JPH0515674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、量産型の分子線エピタキシー装置
に関し、基板に対する各成長サイクルごとの成長
室の脱ガス時間を著しく短縮し、あるいは省略す
ることができるように構成されたものに関する。

【従来の技術】

−族化合物半導体の製造過程において単結
晶基板上に−族元素をエピタキシヤル成長さ
せる手法として、分子線はエピタキシー法が注目
されている。これは、真空蒸着法の一種であり、
ガリウムGa、アルミニウムAl、インジウムInな
どの族元素、および素As、燐Ｐなどの族元
素を成長材料として、10^-11torrの超高真空の中
でこれらを原子または分子線の形で照射してGa
As、In Ｐなどの単結晶基板上にGa As、Al Ga
As、In Ｐ、In Ga As Ｐなどの−族化合物
半導体結晶をエピタキシヤル成長させる方法であ
る。 このような分子線エピタキシー法によると、
超高真空中での蒸着であるため、残留ガスからの
不純物の混入が非常に少なく、基板表面を洗浄に
保つことができる、大面積にわたり、均一でか
つ原子レベルで平坦な膜を得ることができる、
蒸着速度を非常に遅くでき、しかも正確に制御で
きるため、膜厚を数Åという単原子層のオーダで
高精度に制御することができる、多成分系の混
晶薄膜も蒸発源を増やすだけで容易に得られる、
結晶成長中に成長層表面、あるいは分子線から
成長条件についてのさまざま情報を得ることがで
き、それを直ちに成長制御にフイードバツクする
ことができる、などの利点を享受することができ
る。 まず、従来の分子線エピタキシー装置およびこ
れによる結晶成長の手法の概要につき、説明す
る。 第１３図は分子線エピタキシー装置の中心装置
である成長室２を示し、これは、超高真空ポンプ
１につなげられている。そしてその中央には、成
長室の軸線回りに回転制御可能な基板支持具３が
配置されており、この基板支持具３には、図示し
ない基板トランスフア装置によつて基板ホルダ
（図示略）上に載せて成長室に運び込まれた複数
個の基板Ｂがマニピユレータ等によつて装着され
る。なお、基板支持具３が回転制御しうるように
するのは、基板上の結晶成長を一様なものとする
ためである。また、この基板支持具３に支持され
る基板を所望の温度に昇温させるためのヒータ
（図示略）が付設されている。上記基板支持具３
に装着された基板Ｂの成長面と対向する成長室の
一側には、各軸線ａ，ｂ…が上記基板支持具３の
中央にむかつて集中するようにそれぞれ成長室の
軸線ｌに対して傾斜させられた蒸発源５ａ，５ｂ
…が成長室２の軸線ｌを中心とする環状に、かつ
基板支持具に装着された基板Ｂの中心からの距離
がほぼ等しくなるように配置されている。各蒸発
源５ａ，５ｂ…は、上記基板Ｂの中央に向けて開
口するルツボ４…に各成長材料を充填して構成さ
れ、図示しない温度センサによる検出温度に基づ
いて制御されるヒータにより、所望の温度に昇温
されるようになつている。また、各蒸発源５ａ，
５ｂ…は、互いに他の蒸発源による熱影響や汚染
の影響を受けないように、液体窒素シユラウド６
で囲まれている。結晶成長の開始および停止は、
各ルツボ４の開口に配置されたシヤツタ７を開閉
することにより行われる。 たとえば、Ga As単結晶基板上にGa As層を
成長させるには、Gaが充填された蒸発源および
Asが充填された蒸発源を所定の温度に加熱する
とともに、基板の温度を適当な温度に設定しつ
つ、上記の各蒸発源のシヤツタ７を所定時間開状
態とするように制御する。なお、このとき、Al
を一緒に蒸発させるとGa_xAl_1-x層が成長する。
このときのGaとAlの蒸発量の比を制御すれば、
組成ｘが制御できる。また成長層をｎ形にするに
は、Si、Snなどを同時に蒸発させ、ｐ形にする
には、Be、Mgなどを同時に成長させる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、これまで主として実験室あるいは研
究室内での使用に供されてきた上記分子線エピタ
キシー装置を、化合物半導体用の量産型とするこ
とが考慮されているが、そのためには、成長室へ
の基板の搬入、搬出を自動化する必要がある。そ
して、基板の搬入、搬出の手法として、第１４図
に概略構成を示すように、成長室２に対して真空
隔離しうる第一のゲートバルブ８によつて成長室
２につなげられ、かつ外部に対して真空隔離しう
る第二のゲートバルブ９を備える搬送室ないし基
板準備室１０を設け、外部大気中で基板ホルダＨ
に複数個の基板を保持させ、この基板ホルダＨ
を、上記第一のゲートバルブ８を閉じて成長室内
を超高真空に維持したま第二のゲートバルブ９を
開いて基板準備室１０に搬入し、第二のゲートバ
ルブ９を閉じて基板準備室１０を成長室２と同程
度の真空度まで排気した後、第一のゲートバルブ
８を開いて成長室内に搬入し、そして第一のゲー
トバルブ８を閉じるといつた手法が考えられてい
る。このようにすると、成長室を基板交換時に毎
回昇圧および減圧する必要がなく、連続した運転
ができる。なお、成長室から結晶成長済みの基板
を搬出するには、基板は、上述と全く逆の手順に
よつて搬出される。 しかしながら、上述のように成長室への基板搬
入手法を採用したとしても、なお、次の問題が残
る。 すなわち、複数の基板を載せるための上記基板
ホルダＨは、強度、高温での安定性、耐蝕性が優
れていることから、モリブデンあるいはモリブデ
ン合金などでできたモリブデンブロツクが採用さ
れるとはいえ、大気中から超高真空を必要とする
成長室までを移動し、かつ成長室、成長室内に留
まるため、この基板ホルダＨの表面に付着した水
分、空気あるいはその他の汚染源を成長室での成
長開始までに完全に脱ガスできる補償はなく、ま
た、脱ガスによつてこれらの汚染源を取り除くと
しても安全をみて非常に長い時間を必要とするの
である。 この発明は、上述の事情のもとで考え出された
ものであつて、成長室へ基板を載せて搬入される
基板ホルダの脱ガスを容易とし、基板ホルダによ
る成長室の汚染を最少限に制御することができ、
効率的な連続運転を可能とした分子線エピタキシ
ー装置を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記の従来の課題を解決するため、この発明で
は、次の技術的手段を講じている。 すなわち、本願発明の分子線エピタキシー装置
は、超高真空減圧が可能であり、かつ基板ホルダ
に保持された基板を支持するための基板支持具を
有する成長室と、この成長室に対して第一ゲート
バルブを介して連結され、かつ真空減圧が可能な
基板準備室と、この基板準備室に対して第二ゲー
トバルブを介して連結され、真空減圧可能であつ
て基板装填口をもつ基板装填室とを備えており、 上記基板装填室には、その内部の基板受け取り
位置から開状態の上記第二ゲートバルブを通つて
上記基板準備室内の基板移載位置までを往復移動
可能であり、かつ基板を載置保持する第一搬送ト
レイが設けられており、 上記基板準備室には、基板を保持する基板ホル
ダを載置して基板移載位置から開状態の上記第一
ゲートバルブを通つて上記成長室の基板支持具ま
でを往復移動可能な第二搬送トレイ、および、基
板移載位置にある第一搬送トレイと、同じく基板
移載位置にある第二搬送トレイ上の基板ホルダと
の間の基板の受け渡しを行う基板移載機構を備え
ており、 上記成長室の基板支持具は、成長室内まで移動
した上記第二搬送トレイとの間の基板ホルダの受
け渡しを行なえるように構成されていることを特
徴とする。

【作用】

成長室への基板の搬入は、基板装填室で第一搬
送トレイ上に装填された基板が基板準備室内で待
つ第二搬送トレイ上の基板ホルダ上に移載され、
こうして基板が移載された基板ホルダを載せる第
二搬送トレイが成長室内に入ることにより行われ
る。基板装填室は、装填位置にある第一搬送トレ
イに基板が装填された後、減圧される。そして第
二ゲートバルブが開状態となつて第一搬送トレイ
が基板準備室の基板移載位置まで移動する。この
時点で基板移載機構が第二搬送トレイ上の基板ホ
ルダに上記第一搬送トレイ上の基板を移載する。
この移載が終了すると第一搬送トレイは基板装填
室に退避し、第二ゲートバルブが閉じられる。そ
して、基板準備室がさらに減圧されると、第一ゲ
ートバルブが開かれ、成長室と基板準備室とが連
通させられる。第二搬送トレイは、第一ゲートバ
ルブを通つて基板ホルダを成長室内に搬送し、そ
して基板ホルダは、成長室内の基板支持具に装着
される。次にこの第二搬送トレイは基板準備室に
退避し、第一ゲートバルブが閉じられ、ここで外
部と完全に隔離された成長室内において、所定の
前準備ののち基板に対する結晶成長が開始され
る。結晶成長終了後の基板は、上記と逆の手順に
よつて、基板装填室から搬出される。

【発明の効果】

上記のように、本願発明の分子線エピタキシー
装置においては、基板以外にこれに伴なつて大気
中から成長室まで入り込む部材は存在しない。た
とえば、基板を保持して成長室内に装着される基
板ホルダは、基板準備室と成長室との間を減圧下
で移動するだけである。また、基板搬送過程にお
いて大気に触れる第一搬送トレイは、基板装填室
から基板準備室との間を移動するだけで、成長室
までは入らない。しかもこの移動は、減圧下で行
われる。 したがつて、外部汚染源による成長室の汚染を
非常に少なくすることができ、また、成長室での
脱ガスが容易、かつ単時間ですみ、装置により効
率的な運転が可能となる。

【実施例の説明】

以下、本願発明の実施例を第１図ないし第１２
図を参照して具体的に説明する。なお、これらの
図において従来例と同等の部材あるいは部品には
同一の符号を付してある。 第１図は平面的に示すように、本願発明の分子
線エピタキシー装置は、基板Ｂに対する結晶成長
を行う成長室２と、この成長室２に対して第一ゲ
ートバルブ８を介して連結される基板準備室１０
と、この基板準備室１０に対して第二ゲートバル
ブ９を介して連結される基板装填室１１とを有す
る。以下、これらを詳説する。 第２図は成長室２の縦断面を示す。本例の成長
室２の基本的構成は第１３図の従来例と同様であ
る。この成長室２は、全体として縦形の円筒形を
しており、天井板１２に貫通支持された支軸１９
には、第１図における成長室２に仮想線で示すよ
うに一定間隔を隔てて対向する内向フランジ状の
基板ホルダ載置部１３，１３を有するケージ状の
基板支持具３が取付けられている。第２図に戻つ
て、この基板支持具３の上部にはボス部１４が形
成されており、このボス部１４が上記支軸１９の
下端に回転可能に嵌合している。この基板支持具
３は、ボス部１４に固定されたギヤ１５に外部モ
ータ１６の出力軸のピニオン１７を噛合させるこ
とにより、回転制御されるようになつており、か
つ、天井板１２の上部に設けたアクチユエータ１
８によつて上記支軸１９を進退させることによ
り、一定距離上下に移動させられるようになつて
いる。これは、後記する基板準備室１０から成長
室２内に挿入された第二搬送トレイ２４から基板
Ｂを載せた基板ホルダＨを受け渡しするためであ
り、これについては後述する。なお、支軸１９の
先端には、基板支持具３に支持される基板ホルダ
Ｈないし基板Ｂの背後に位置するヒータ２０が設
けられており、これによつて基板Ｂを所望の温度
に加熱しうる。なお、成長室２の側壁内周は液体
窒素シユラウド２１で囲まれており、脱ガス時で
の不純物を吸着して超高真空を維持するようにし
てある。また、図示しない超高真空ポンプがこの
成長室につながれており、これによつて成長室２
を超高真空まで減圧しうる。 成長室２の底部は、中央が最も窪んだ略すりば
ち状をしており、この部にはいくつかの蒸発源５
ａ，５ｂ，５ｃ…が、その軸線ａ，ｂ，ｃ…が上
記基板支持具３に保持される基板ホルダＨの中心
を向くように配置されている。本例では、ヒ素
AsなどのＶ族元素を成長材料とする蒸発源５ａ
を、上記基板ホルダＨに対して正面対向するよう
に、すなわち、この蒸発源５ａを成長室２の鉛直
中心線と一致するように配置するとともに、その
他の蒸発源５ｂ，５ｃを、上記Ｖ族蒸発源５ａの
軸線ａを中心とする環状に配置してある。第２図
においては図の煩雑化を避けるため、Ｖ族蒸発源
５ａを挟んで対向する二つの蒸発源５ｂ，５ｃの
みを示してあるが、実際には、大小５〜７個の蒸
発源が、各軸線が基板支持具３の中心を向くよう
にして環状に配置されている。 上記各蒸発源５ａ，５ｂ，５ｃは、成長室２の
底壁に上端に固定された有底円筒状の容器内に、
各成長材料が充填されたルツボ４…をそれぞれ装
填して構成される。そして、各蒸発源５ａ，５
ｂ，５ｃのルツボ４…は、これが収容される容器
に配設した図に表れないヒータによつて所望の温
度に加熱されるようになつている。また、各ルツ
ボ４を囲む容器には、液体窒素シユラウド６…が
一体構成されており、各蒸発源５ａ，５ｂ，５ｃ
…が互いに熱影響や汚染の影響を受けないように
してある。 成長室２を超高真空状態とし、基板Ｂおよび各
蒸発源５ａ，５ｂ，５ｃ…を所定の温度まで昇温
させると、蒸発源５ａ，５ｂ，５ｃ…内の成長材
料が原子あるいは分子線の形で基板表面にあた
り、基板Ｂ上に結晶が成長するのであるが、この
成長の開始および停止は、各蒸発源５ｂ，５ｃ…
の開口をシヤツタ７で開閉することにより行われ
る。このシヤツタ７は、成長室の内壁において外
部からそれぞれ回転制御可能に挿入された軸７ａ
の先端に、閉位置において各蒸発源５ｂ，５ｃの
開口を覆いうるシヤツタ板７ｂを固定して構成さ
れている。 さて、上記基板ホルダＨは、第４図および第５
図に詳示するように、モリブデンあるいはモリブ
デン合金でできた薄板円板に７枚の円板状基板Ｂ
を下向きにはめ込み保持させることができる７個
の保持孔２２を規則的に開けた形態をもつてい
る。なお、各保持孔２２に３個所設けられている
切り欠き２２ａは、後記する移載機構２８の爪２
８ｂが逃がすためのものである。基板Ｂは、基板
装填室１１において第一搬送トレイ２３に載せら
れ、基板準備室１０において上記基板ホルダＨに
保持され、そしてこの基板ホルダＨに載つた恰好
で第二搬送トレイ２４によつて成長室２に搬入さ
れる。 前にも説明したように、上述の成長室２には、
第一ゲートバルブ８を介して基板準備室１０が連
結され、さらにこの基板準備室１０には、第二ゲ
ートバルブ９を介して基板装填室１１が連結され
る。基板準備室１０は、ほぼ成長室２の側壁にお
ける上記基板支持具３の高さと対応する位置に水
平状に連結された筒形をしており、基板装填室１
１は、上記筒形の基板準備室１０に対して直交
し、水平方向に延びるように連結された筒形をし
ている。 基板装填室１１に配置される第一搬送トレイ２
３の詳細を第６図に平面的に示す。この第一搬送
トレイ２は、その基部を外部アクチユエータ（図
示略）によつて基板装填室１１の軸線方向に進退
する支持棒２５に連結されており、基板ホルダＨ
における各保持孔２２と対応した配置の基板収容
孔２６をもつとともに、支持棒２５の進退方向に
並ぶ三列の収容孔２６…は、支持棒２５の進出方
向に開放される所定幅の逃げ溝２７…によつてつ
なげられている。この逃げ溝２７は、基板準備室
１０に配設される移載機構２８のポスト２８ａを
逃げるためのものであつて、これについては後述
する。また、各収納孔２６…には、それぞれ等間
隔に３箇所の切り欠き２６ａ…が形成されている
が、これは、上記移載機構２８の爪２８ｂを逃げ
るためのものであり、これについても後述する。 上記第一搬送トレイ２３は、第１図に実線で示
す基板受け取り位置から第１図に仮想線で示す基
板移載位置までの間を往復移動可能である。基板
移載位置は、平面的には基板準備室１０内で移動
する第二搬送トレイ２４の基板移載位置と一致し
ており、基板準備室１０の軸線と基板装填室１１
の軸線の平面視での交点上に位置する。第３図に
表れているように、基板受け取り位置にある第一
搬送トレイ２３と対応する基板装填室１１の上面
には、気密封鎖可能な基板装填口２９が設けられ
ており、これから、第一搬送トレイ２３の各収容
孔２６に基板Ｂが成長面を下向きにしてはめ込み
装填される。また、第３図において符号３０は排
気口を示し、これによりこの基板装填室１１は真
空減圧可能である。 基板準備室１０に配設される第二搬送トレイ２
４の詳細を第７図および第８図に示す。このトレ
イ２４は、基板準備室１０の一端に配設されたス
ライド装置３１（第１図および第９図参照。）に
よつて基板準備室１０の軸方向に往復スライドさ
せられるスライドロツド３２の先端に取付けられ
ており、円板の対向周部を上記スライドロツド３
２のスライド方向と平行な弦状に削除したような
形状をもつており、第６図と比較すると明らかな
ように、上記第一搬送トレイ２３の収容孔２６と
重なるように配置された７個の透孔３３が開けら
れている。また、スライド装置３１の軸線方向に
対向する弧状の周縁部には、基板ホルダＨの外周
を嵌合保持する立壁３４が形成されている。そう
して、この第二搬送トレイ２４が移載位置にある
ときは、原則として基板ホルダＨを嵌合保持して
いる。なお、この第二搬送トレイ２４の対向周部
を上記のように弦状に削除したのは、成長室２内
の基板支持具３において対向配置構成された一対
の基板ホルダ載置部１３，１３間にこの第二搬送
トレイ２４が進入できるようにするためである。
上記透孔３３は、移載機構２８のポスト２８ａを
収容するためのものであり、各透孔３３に３個所
設けられている切り欠き３３ａは、基板ホルダＨ
および第一搬送トレイ２３の保持孔２２および収
容孔２６のそれと同様に、移載機構２８の爪２８
ｂを逃がすためのものである。なお、この第二搬
送トレイ２４は、上記移載位置から、第一ゲート
バルブ８を通つ成長室２の内部までの間を往復移
動可能としてある。 基板準備室１０における上記第一搬送トレイ２
３および第二搬送トレイ２４の各基板移載位置の
下方には、第二搬送トレイ２４上の基板ホルダＨ
と、第一搬送トレイ２３との間に基板Ｂを受け渡
すための基板移載機構２８が配設される。この基
板移載機構２８は、第３図に示すように、基板準
備室１０の底壁から室内へ上下方向にスライド制
御可能に延入された支軸３５の上端に円形のベー
ス板３６を取付け、このベース板３６の上面に、
基板移載位置にある第一搬送トレイ２３、これに
支持される基板ホルダＨおよび第二搬送トレイ２
４の各保持孔２２ないし透孔３３と対応して配置
される７本のポスト２８ａを立設し、さらに第１
１図に詳示するように、各ポスト２８ａの上端に
基板Ｂの周囲３個所を引つ掛けてこれを保持でき
る３本の爪２８ｂを設けて構成されている。前に
も述べたように、第一搬送トレイ２３、第二搬送
トレイ２４、および基板ホルダＨの各保持孔２２
ないし透孔３３の周縁に形成される切り欠きは、
上記の各ポスト２８ａの上端の爪２８ｂの平面的
な配置と対応している。したがつて、第一搬送ト
レイ２３、第二搬送トレイ２４、および基板ホル
ダＨが平面視で重なつているとき、各ポスト２８
ａの爪２８ｂは上記の各切り欠きを上下方向に通
りうる。 第３図に示すように、基板移載位置にある第一
搬送トレイ２３および第二搬送トレイ２４の上下
位置関係は、第一搬送トレイ２３が第二搬送トレ
イ２４の上方となる。また、通常状態における上
記移載機構２８は、第３図に仮想線で示すよう
に、各爪２８ｂが第二搬送トレイ２４より下方に
没下するように下動している。そうして、この移
載機構２８は、上記没下位置と、各爪２８ｂが第
一搬送トレイ２３より上方に突出する基板持ち上
げ位置との間を上下移動制御できるようになつて
いる。 上記移載機構２８による第一搬送トレイ２３か
ら第二搬送トレイ２４上の基板ホルダＨへ基板Ｂ
の移載は次のようにして行われる。 基板移載機構２８が没下位置にある状態におい
て、基板Ｂを保持する第一搬送トレイ２３および
基板ホルダＨを保持する第二搬送トレイ２４がそ
れぞれ移載位置をとり、そうして、移載機構２８
の爪２８ｂが上動して各基板Ｂの周囲を引つ掛
け、第３図に表れているように、これを第一搬送
トレイ２３からさらに上方に持ち上げる。次に、
第一搬送トレイ２３が退動して基板装填室１１の
基板受け取り位置まで戻る。前にも説明したよう
に、第一搬送トレイ２３の移動方向に並ぶ３列の
収容孔２６はポスト２８ａを逃げる逃げ溝２７に
よつてつながれているため、移載装置２８が上動
していても問題なく第一搬送トレイ２３が退避動
しうるのである。 次に移載機構２８の爪２８ｂが下げられ、そう
すると、爪２８ｂによつて引つ掛けられていた各
基板Ｂは、第二搬送トレイ２４上の基板ホルダＨ
の各保持孔２２に嵌まり込んで保持される。 また、上記とは逆に、第二搬送トレイ２４上の
基板ホルダＨに保持された結晶成長済みの基板Ｂ
を第一搬送トレイ２３に移載するには、上記とは
逆の手順をふむ。すなわち、結晶成長済みの基板
Ｂを保持した基板ホルダＨを載せる第二搬送トレ
イ２４が移載位置までくると、基板移載機構２８
の爪２８ｂが第一搬送トレイ２３の移動軌跡より
上の持ち上げ位置まで持ち上げて第一搬送トレイ
２３の移載位置への到着をまつ。そうして、第一
搬送トレイ２３が移載位置までくると、基板移載
機構２８は下動し、このとき爪２８ｂによつて持
ち上げられていた各基板Ｂは第一搬送トレイ２３
の収容孔２６に保持される。 さて、基板準備室１１内において上記のように
して第一搬送トレイ２３から成長前の基板Ｂを受
け取つた基板ホルダＨは、第二搬送トレイ２４に
載せられて成長室２内に搬入されるのであるが、
本実施例における基板準備室１１における上記第
二トレイ２４の基板移載位置から成長室２までの
間に、基板Ｂをあわらかじめ加熱して予備的に脱
ガスを行うとともに基板Ｂあるいは基板ホルダＨ
のストツク機能をもつ予備加熱装置３７が設けら
れる。 この予備加熱装置３７は、第１０図および第１
２図に示すように、基板ホルダＨの周縁部を引つ
掛けてこれを支持することができる棚３８を上下
方向等間隔に複数個有するストツカ３９を上下方
向に移動制御可能に基板準備室１１内に配置して
構成される。上記ストツカ３９の上下軸線は、基
板準備室１１の軸線、すなわち、第二搬送トレイ
２４の移動軌跡と交差するようになされ、かつ、
上記各棚３８の間隔は、その間を基板ホルダＨを
載せた第二搬送トレイ２４が通過しうるように定
められる。ただし、各棚３８は、基板ホルダＨに
対しては垂直方向に干渉するが、第二搬送トレイ
２４に対しては垂直方向に干渉しないように形づ
くられている。 ストツカ３９の棚３８に基板ホルダＨを載せる
には、載せるべき棚３８が第二搬送トレイ２４の
移動軌跡よりやや下となるようにストツカ３９を
位置させ、この棚３８と、この棚の一つ上の棚と
の間のすきまに基板ホルダＨを載せた第二搬送ト
レイ２４を導入し、そして、ストツカ３９を上動
させる。逆に、ストツカ３９のいずれかの棚３８
に載せられた基板ホルダＨを第二搬送トレイ２４
上に載せるには、当該棚３８が第二搬送トレイ２
４の移動軌跡よりやや上となるようにストツカ３
９を位置させ、この棚３８と、これの一つの下の
棚との間のすきまに第二搬送トレイ２４を導入し
てストツカ３９を下動させる。 なお、第１０図において符号４０は、ストツカ
３９に蓄えられた基板Ｂを予備加熱すするための
ヒータである。また、第１図において符号４１
は、排気口を示し、これにより基板準備室１０は
高真空まで減圧可能である。 第二搬送トレイ２４に載せられた基板ホルダＨ
は、成長室２内に導入され、次のようにして基板
支持具３に保持される。 前にも説明したように、第２図において、成長
室２内での基板保持具３は上下移動制御可能であ
り、より具体的には、基板ホルダ載置部１３，１
３が成長室内での第二搬送トレイ２４の移動軌跡
よりやや下の位置とやや上の位置との間を上下に
往復移動制御できるようになつている。また、こ
の基板支持具３は、支軸１９回りに回転可能であ
るが、第二搬送トレイ２４が導入され、これに載
置された基板ホルダＨを受け取る時には、対向す
る各基板ホルダ載置部１３，１３が第二搬送トレ
イ２４の移動軸に対して平行となるようにその回
転位置が決められる。この状態において、各基板
ホルダ載置部１３，１３は、第二搬送トレイ２４
上の基板ホルダＨには上下方向に干渉するが、第
二搬送トレイそれ自体２４には上下方向に干渉し
ない。 基板支持具３は、その各基板ホルダ載置部１
３，１３が第二搬送トレイ２４の移動方向線を挟
んで対向するように回転位置が決められながら、
下動位置をとつて第二搬送トレイ２４の導入を待
つ。そして第二搬送トレイ２４が導入されると、
基板支持具３が上動し、その基板ホルダ載置部１
３，１３が基板ホルダＨの周縁を引つ掛けてこれ
を持ち上げる。基板ホルダＨの移載を終えた第二
搬送トレイ２４は基板準備室１１へ退動する。 次に、本願発明装置の全体の作動を説明する。 まず、成長前の基板Ｂの成長室２への搬入手順
の一例について、説明する。 この段階において、成長室２は、結晶成長に備
えて超高真空となつており、基板準備室１０もま
た高真空状態となつている。成長室２と基板準備
室１０とを隔離する第一ゲートバルブ８と基板準
備室１０と基板装填室１１とを隔離する第二ゲー
トバルブ９とは、ともに閉状態となつている。基
板装填室１１において、第一搬送トレイ２３は、
基板受け取り位置にあり、基板Ｂ、基板装填口２
９から第一搬送トレイ２３の各収容孔２６にはめ
込み支持される。次に上記基板装填口２９が閉じ
られ、この基板装填室１１が減圧されて基板準備
室１０と同程度の真空度とされる。 次に、第二ゲートバルブ９が開かれて基板準備
室１０と基板装填室１１とが連通させられ、第一
搬送トレイ２３が第二ゲートバルブ９を通つて基
板準備室１０の移載移載位置まで進出する。基板
準備室１０では、予備加熱装置３７のストツカ３
９の棚３８から空の基板ホルダＨを載せてきた第
二搬送トレイ２４が基板移載位置で待つている。
そうして、基板移載機構２８が上述のように作動
して第一搬送トレイ２３上の基板Ｂが第二搬送ト
レイ２４上の基板ホルダＨの保持孔２２に移載保
持される。第一搬送トレイ２３は退動して基板装
填室１１内の基板受け取り位置に戻り、第二ゲー
トバルブ９が閉じられる。このとき基板装填室１
１では、引き続いて第一搬送トレイ２３への基板
装填が行われる。 基板準備室１０では、基板Ｂを保持した基板ホ
ルダＨが上述のようにして移載させられた第二搬
送トレイ２４が予備加熱装置３７まで進出し、基
板ホルダがストツカ３９の所定の棚３８に上述の
ようにして載せられる。こうして、予備加熱装置
３７の棚３８上にあつたすべての空の基板ホルダ
Ｈは、第二搬送トレイ２４に載せられて基板移載
位置まで運ばれた上で第一搬送トレイ２３から基
板Ｂの移載を受け、再びストツカ３９の棚３８上
に保持される。ストツカ３９内の各基板ホルダＨ
およびこれが保持する基板Ｂは、ヒータ４０によ
つて加熱され、脱ガスされる。 次に、第一ゲートバルブ８が開けられて成長室
２および基板準備室１０が連通させられ、予備加
熱装置３７から一つの基板ホルダＨを受けとつた
第二搬送トレイ２４は、第一ゲートバルブ８から
成長室２内に進出し、前述のようにして成長室２
内の基板支持具３に移載される。移載後は、第二
搬送トレイ２４は基板準備室１０内に戻り、第一
ゲートバルブ８が閉じられる。 成長室２内では、所定時間の脱ガス後、基板ホ
ルダＨに保持された各基板Ｂの成長面に対し、分
子線エピタキシー法による結晶成長が所定のよう
に行われる。 次に、成長室２から結晶成長済みの基板Ｂの搬
出の手順の一例について説明する。 基板準備室１０が高真空状態とされた上で第一
ゲートバルブ８が開かれる。成長室２内で上動状
態にある基板支持具３の基板ホルダ載置部１３，
１３は第二搬送トレイ２４の移動軸線方向と対向
するようにその回転位置が制御され、この基板ホ
ルダ載置部１３，１３の間に第二搬送トレイ２４
が進出する。そして、基板ホルダ載置部１３，１
３が下動すると、基板ホルダＨは、第二搬送トレ
イ２４上に移載される。なお、このとき第二ゲー
トバルブ９は閉じている。 第二搬送トレイ２４は基板準備室１０に退動す
るとともに、第一ゲートバルブ８が閉じられる。
この間に基板装填室１１は真空状態となつてお
り、移載位置をとらされた第二搬送トレイ２４に
載る基板ホルダＨ上の基板Ｂは、第二ゲートバル
ブ９が開いて移載位置まで進出した第一搬送トレ
イ２３に移載される。移載が終わると、基板Ｂを
保持する第一搬送トレイ２３は基板装填室１１の
基板受け取り位置まで退動し、第二ゲートバルブ
９が閉じられる。そして基板装填室１１が昇圧さ
れ、基板装填孔２９から結晶成長済みの基板Ｂが
取り出される。 また、基板準備室１０において第一搬送トレイ
２３への基板Ｂの移載を終えて空状態となつた基
板ホルダは、第二搬送トレイ２４に載つたまま予
備加熱装置３７まで搬送され、ストツカ３９の所
定の棚３８に載せられる。 しかし、いずれの搬送の手順をとるとしても、
本願発明においては、装置運転中、基板ホルダＨ
は高真空が維持される基板準備室１０と、超高真
空が維持される成長室２との間を移動するだけで
あり、一切大気に接触しない。したがつて、空気
中で基板ホルダに基板を装填し、この基板を基板
準備室を介して成長室に搬送するという従来の基
板Ｂの搬送の考え方における問題は一切解消され
るのである。 なお、基板Ｂの搬送の手順は上記の例に限られ
るものではない。基板ホルダのごとの基板Ｂの搬
入と搬出を、予備加熱室３７をバツフアとしてう
まく利用しながら交互に行ない、成長室２の作動
を長期間連続させることも可能である。なお、本
願発明の要部である基板搬送系の主要構成部材で
ある第一搬送トレイ２３、第二搬送トレイ２４、
これに載せられる基板ホルダＨ、基板移載機構２
８、予備加熱装置３７および成長室内の基板ホル
ダ載置部１３，１３等の関係を第１２図の模式的
に示す。これにより、上記の基板搬入および搬出
の動作の理解がより容易となろう。 もちろん、この発明の範囲は上述の実施例に限
定されるものではない。たとえば、実施例では、
基板準備室１０の内部に予備加熱室３７を設けて
いるが、これを設けるかどうかは選択事項であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の一実施例の平面的断面図、
第２図は成長室の詳細を示し、第１図の−線
に沿う拡大断面図、第３図は第１図の−線に
沿う拡大断面図、第４図は基板ホルダＨの拡大平
面図、第５図は第４図の−線に沿う拡大断面
図、第６図は第一搬送トレイの拡大平面図、第７
図は第二搬送トレイの拡大平面図、第８図は第７
図の−線に沿う拡大断面図、第９図は第１図
の−線に沿う拡大断面図、第１０図は第１図
の−線に沿う拡大断面図、第１１図は基板移
載機構における各ポストないし爪の詳細を示す斜
視図、第１２図は本実施例の主要構成要素の配置
関係を示す模式的斜視図、第１３図は従来の分子
線エピタキシー装置の成長室を示す模式的断面
図、第１４図は従来の分子線エピタキシー装置の
全体の概略構成図である。 ２……成長室、３……基板支持具、８……第一
ゲートバルブ、９……第二ゲートバルブ、１０…
…基板準備室、１１……基板装填室、２３……第
一搬送トレイ、２４……第二搬送トレイ、２８…
…基板移載機構、Ｈ……基板ホルダ、Ｂ……基
板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超高真空減圧が可能であり、かつ基板ホルダ
   に保持された基板を支持するための基板支持具を
   有する成長室と、この成長室に対して第一ゲート
   バルブを介して連結され、かつ真空減圧が可能な
   基板準備室と、この基板準備室に対して第二ゲー
   トバルブを介して連結され、かつ真空減圧可能で
   あつて基板装填口をもつ基板装填室とを備えてお
   り、 上記基板装填室には、その内部の基板受け取り
   位置から開状態の上記第二ゲートバルブを通つて
   上記基板準備室内の基板移載位置までを往復移動
   可能であり、かつ基板を載置保持する第一搬送ト
   レイが設けられており、 上記基板準備室には、基板を保持する基板ホル
   ダを載置して基板移載位置から開状態の上記第一
   ゲートバルブを通つて上記成長室の基板支持具ま
   でを往復移動可能な第二搬送トレイ、および、基
   板移載位置にある第一搬送トレイと、同じく基板
   移載位置にある第二搬送トレイ上の基板ホルダと
   の間の基板の受け渡しを行う基板移載機構を備え
   ており、 上記成長室の基板支持具は、成長室内まで移動
   した上記第二搬送トレイとの間の基板ホルダの受
   け渡しを行なえるように構成されていることを特
   徴とする、分子線エピタキシー装置。