JPS6235513A - 分子線エピタキシ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超高真空中で、基板上に分子線結晶成長により
薄膜を形成する分子線エピタキシ装置に係り、特に量産
用の装置として、好適な分子線エピタキシ装置に関する
。

〔発明の背景〕

工業調査全編「分子線エピタキシー技術」高橋著Ｐ６４
に示されている″モジュール化されたシステム″に示さ
れる装置は、基板を投入する室と、結晶成長済みの基板
を取出す搬出室の明確な区分がなく、量産装置として８
頃条件である装置への基板の投入と、結晶成長と、装置
から基板の取出しが各々独立してできることを満足し得
ない。

又、特開昭５７−１７０５１９　ｒ分子線被着装置とそ
の方法」に記載する装置は、基板の多量処理を可能にす
るための考案されたものであるが、カセツ１〜（プラテ
ン）に１０枚〜２５枚の基板を同時に装着した場合、カ
セットの直径は５００〜６００＋＋＋＋＋＋となり、各
室を区切るためのバルブは成長あるいは解析室と同規模
の大きさが必要となり、装置が大型になる。更に、導入
室、ＦｊＯ出室が主室を中心に分散されていて、操作者
が、同じ操作位置から基板の投入、取出しを行うことが
できず量産用装置としては不適であるという欠点がある
。

〔発明の目的〕

本発明は上述の如き問題点に鑑み、クリーンルームとメ
ンテナンスルームとを仕切壁で仕切った箇所への設置が
容易であり、かつ小形であるために量産用装置として好
適な分子線エピタキシ装置を提供することを目的とする
。

〔発明の概要〕

本発明に係る分子線エピタキシ装置は、導入室から移送
された基板を成長室へ、更に成長室から移送された成長
後の基板を搬出室へ移送する搬送手段は、複数枚の基板
を載置して成長室、更に搬出室へ搬送する回転盤により
構成し、導入室は回転盤が回転起点（０度）から３／８
回転（３５度）、好ましくは２／８回転（９０度）する
範囲のいずれかの位置、成長室は３７８回転から５／８
回転（２２５度）する範囲のいずれかの位置、搬出室は
回転盤が５／８回転から回転起点、好ましくは６／８回
転（２７０度）から回転起点まで回転する範囲のいずれ
かの位置にそ九ぞれ取付けることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細を図によって説明する。

第１図（ａ）は−実施例の平面図を示す。装置に架台１
の上に装着され、分子線結晶成長室（以下成長室と呼ぶ
）２．搬送室３．導入室４．搬出室５が図の如く配置さ
れている。ここで、搬送室３は本例では四角柱状で示し
ているが六角柱状として、−辺飛びに、成長室２．導入
室４．搬出室５を配置しても良いし、又導入室４と搬出
室５を逆に配置しても良い。

第１図（ｂ）は導入室４．成長室２．導出室５の位置関
係を説明する詳細図で、導入室４は回転起点（０度）か
ら３／８回転（１３５度）、好ましくは２／８回転（９
０度）する範囲、成長室は３７８回転から５／８回転（
２２５度）する範囲のいずれかの位置、導出室は５／８
回転、好ましくは６／８回転（２７０度）から回転起点
まで回転する範囲のいずれかの位置にそれぞれ取付けれ
ば良い。

各室の真空排気系は、おおむね架台１の中に配置（図示
せず）されている、使用される真空排気ポンプは、イオ
ンポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、チタン
サブリメーションポンプ。

油回転ポンプなどが適当に組合わされて使用される。

成長室２と搬送室３はゲートバルブ６で、搬送室３と導
入室４はゲートバルブ７で、搬送室３と搬出室５はゲー
トバルブ８でそれぞれ仕切られており、基板１１を他の
室に移送する時以外は締切った状態で各々の室の真空を
独立したものとしている。

因みに各室に要求される真空到達圧力は、成長室２：１
０−日Ｐａ台、搬送室３：１０−’Ｐａ台。

導入４及搬出室５：１Ｏ−６Ｐａ台程度である。

成長室２には、基板ホルダ９２分子線源１０が設けであ
る０分子線源１０は、用途によって異なるが６〜１０個
を１組として取付けである。

基板ホルダ９は本体の軸を中心に回転する公転（矢印Ｃ
）と、基板１１を保持する機能と、基板１１を回転させ
る自転（矢印Ｄ）ができるようになっている、公転は、
基板１１の受取り、分子線結晶成長１分析などの用途に
応じてポジションが変えられるようになっており、自転
は分子線結晶成長の膜厚の均一化のために用いられてい
る。

分子線ｇ１０には各々シャッタ１２が併設してあり、シ
ャッタ１２を開閉することによって分子線結晶成長の制
御を行なう、高成長室２は、液体窒素を充満できるよう
にされた、シュラウド１３及び１４が設けてあり、分子
線源１０で蒸発した分子を付着させ余分な分子により汚
染がないようになっている。

搬送室３には、軸受１５を中心に回転自在に枢着された
基板載置装置１６が設けてあり、これは基板１１がカセ
ット１７によって一度に持ち込める数に近いかあるいは
それ以上の基板１１を載置することができるようになっ
ている。そのために。

大気中から導入室４に投入された基板１１は、導入室４
を真空排気した後直ちに、全ての基板１１゜を搬送室３
の基板載置装置１６へ移し換えて、分子線結晶成長の順
番待ちとなる。前述した如く、搬送室３は導入室４に比
べて、真空のレベルが良いので、基板の清浄効果がある
。別にヒーティングなどの手段によって清浄化の効果を
高めることもできる。

搬送室３には符号Ｍ１〜Ｍ３で示す３個所に、第２図及
び第４図に示す基板押上げ装［２０が枢着され、且つ搬
送室３の容器に固着されたピン２１を支点に、伸縮自在
の基板移送機構１８が設けである。基板移送機構１８は
、動力導入機構１９によって直線運動を伝達することに
よって伸縮する。基板移送機構１８の伸縮方向の抑制は
別に設けたガイド（図示せず）などの手段により、所定
の方向に伸縮するようにしである。符号Ｍ１及びＭ３で
示す個所と係器する位置に関連して旋回アーム２３およ
び２４が回転自在に設けである。

第２図は基板１１を導入室４から搬送室３への移送方法
の説明図で、導入室４ヘセツトされたカセット１７は、
ベローズ３３を介して昇降機構３２によって基板１１の
置かれているピッチに合った量を間欠的に上下動可能に
なっている。カセット１７はガイドレール（図示せず）
などによって振れを防止しである。第３図は旋回アーム
２４の駆！ｊＪ機構を示すもので、旋回アーム２３はこ
れと勝手違いに構成されている。旋回アーム２４は基板
積載位置２４ａを有し、他端に＠２７が固着されている
。軸２７は、軸受２５，２６で支承されていて、他にレ
バー２８が固着される。レバー２８はピン２９によって
駆動機構３ｏと回転自在に枢着され、駆動機４Ｌ３０は
ベローズ３１を介して大気中へ連接されて、アクチュエ
ータ（図示せず）によって直進運動が導入される。

ここで、基Ｆｉ１１が装着に投入され、分子線結晶成長
を完了して装置から取出されるまでの一連の動きを説明
する。アクチュエータ及びセンサーについては省略して
いるが本発明の分子線エピタキシ装置については、圧力
流体あるいは電力を動力源とするアクチュエータと、セ
ンサの組合せにより全て自動運転が可能となっている。

大気中で所定の枚数をカセット１７にセットされた基板
１１は、大気圧に戻された導入室４の扉４ａを明けて、
カセット１７毎導入室４の所定位置にセットされ扉４ａ
を閉じる。扉４ａのシール方法としては開閉が頻繁であ
るために、例えばふっ素ゴムなどの弾性体を使用する。

この時ゲートバルブ６．７．８は全て閉で、導入室４以
外の各室は真空に保持されている。

次に導入室４を真空排気し、所定の圧力以下に排気され
たことを検知した後、ゲートバルブ７を開いて旋回アー
ム２３を旋回させて第１図の状態にし、カセット１７を
降して、−滑下の基板１１と旋回アーム２３の上に載せ
る。第２図は、旋回アーム２３に基板１１が載った状態
である。この後旋回アーム２３を符号Ｍ１の点まで戻す
。この時基板１１は符号１１ｂの位置にある。次に押上
げ機構２０を作動させて基板１１を符号１１ａの位置迄
持ち上げて旋回アーム２３との縁を切り、旋回アーム２
４と対称の位置迄旋回して退避した後、押上げ機構を下
げていく途中で基板１１は、基板載置装置１６へ受渡さ
れる。次に基板載置装置１６を１ピッチ分回転させる。

これを基板枚数分だけ繰返すことによって、カセット１
７の基板１１は全て、搬送室３へ移送されて、ゲー！、
バルブ７を閉じ、導入室４は次の基板投入のための準備
に入る。

基板載置装置１Ｇは各々の基板位置にインデックスが付
され、それによって分子線結晶成長しようとする基板１
】が符号Ｍ２の位置になるように回転して停止する。こ
こで第４図に示す押上げ機ｇＩ２０で基板】−】を符号
１１ａの位置まで押上げ、移送機構１８の基板載置部２
２が符号Ｍ２の位置となる所迄伸びて一旦停止し、押上
げ機構２０を下げて、基板１１．を符号２２に移す。ゲ
ートバルブ６を開けて、移送機構１８を成長室２の中の
。

回転マニプレータ９との受渡し場所迄伸長させる。

この時回転マニプレータ９は、第１図々示より９０’回
転（公転）して、基板取付面が下向きとなって、移送機
構１８によって持込まれた基板１１と対面する。次に、
押上げ機構によって、適当な位置に基板１１を持ち上げ
回転マニプレータ９に係合させる。次に押上げ機構を下
げ、移送機構１８を元の位置に戻し、ゲートバルブ６を
閉めて、分子線結晶成長のための準備を終了する。第１
図においては、基板１１を受取った回転マニプレータ９
は約９０°回転して第１図の状態で分子線結晶成長を行
なう。分子線結晶成長が終了した後、成長室２から基板
１１を符号Ｍ２の点に戻すのは、持込む場合の逆の手段
によって行う。

当該基板１１を直ちに取出す場合は、当該基板１１が符
号Ｍ３の位置になるように、基板載置装置１６を回転さ
せて、取出しの操作を行っても良いが、分子線結晶成長
の終った基板１１を逐次基板載置装置１６ヘストツクし
て、１力セツト分の処理が終った時点で纏めて取出す方
が真空性能保持の点から合理的である。基板取出しの手
順は、はぼ基板投入への逆手順であるが、概略説明する
と、符号Ｍ３の位置にある押上機構２０によって、符号
Ｍ３の位置の基板１１を持上げ、旋回アーム２４を旋回
して、基板１１を押上げ機構２ｏから受取り、ゲームバ
ルブ８を開けて、７１２回アーム２４を更に旋回させて
搬出室５のカセット１７へ基板１１を渡す。導入室４の
場合と異なるのは、カセット１７が旋回アーム２４の下
から基板１１を持上げて受取るためカセット１７の上段
側から順次受取ることになる点である。

以上述べた如く本実施例によれば、導入室及び導出室を
成長室から仕切壁で容易に仕切れるように配置したので
１分子線エピタキシ装置のいわゆるスルーザラオールの
設置が容易となり、成長室及び搬送室に対し、超高真空
を得るためにベーキング処理をしても、これに伴なって
発生する塵埃をメンテナンススムールに封じ込めること
ができ、基板の装置への導入及び装置外へ導出は常にク
リーンルームで行なうことが可能な分子線エピタキシ装
置が得られる。又、基板の搬送手段を回転盤により構成
したので装置の小形化（設置床面積を約２分の１に縮小
）がはかれる。

なお、導入室４と導出室５の位置関係を上記実施例と反
対にすることも可能であり、この場合、生産性は若干」
ユ記実施例より劣るもののその他効果については同様で
ある。

更に、第３図に示すように、駆動側レバーの長さくｒ）
と、移送側のアーム長さくＲ）を意識的に極力大きい比
とすることによって、必要な移送量Δに対して、駆動部
の移動量δを小さくすることができ、ベローズの伸縮に
より放出ガス量を減らすことができる。

第５図は分子線結晶成長するためのプロセスを分子線源
の代表的温度Ｔ阿と、基板の温度Ｔｓをもとに説明する
ものである。分子線源の昇温を始め、基板を回転マニプ
レータに受取って、基板を昇温する（順番は逆でも良い
）。

ここで時間ｔ１は基板受渡し時間である。温度ＴＭ及び
Ｔｓが所定の温度で安定した所から分子線結晶成長を行
い（ｔａｘ）、終了すると、分子線源の温度ＴＭは、若
干下げるかあるいはそのまま次の分子線結晶成長を待つ
、一方基板は搬送のために支障のない温度迄下げ（元の
温度迄下げる必要はない）で、次の基板との交換をする
（ｔ２）。

２枚目の基板は昇温されて、温度条件が整った所で分子
線結晶成長（ｔ　Ｅ２）を行なう、この第２枚目の処理
周期ｔｚ　を繰返し行うことによって、搬送はもとより
、分子線結晶成長プロセスを含めて、全自動の分子線エ
ピタキシ装置となし得るものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、導入室及び導出室
を成長室から仕切壁で容易に仕切れるように配置し、か
つ基板の搬送手段を回転盤で構成することにより量産に
適した小形の分子線エピタキシ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分子線結晶成長を行なう成長室と、基板の導入を行
   なう導入室と、成長後の基板を搬出する搬出室と、導入
   室から移送された基板を成長室へ、更に成長室から移送
   された成長後の基板を搬出室へ移送する搬送手段とから
   なる分子線エピタキシ装置において、前記搬送手段は複
   数枚の基板を載置して、成長室、更に搬出室へ搬送する
   回転盤により構成し、前記導入室は回転盤が回転起点か
   ら３／８回転する範囲のいずれかの位置、成長室は３／
   ８回転から５／８回転する範囲のいずれかの位置、搬出
   室は５／８回転から前記回転起点まで回転する範囲のい
   ずれかの位置にそれぞれ取付けることを特徴とする分子
   線エピタキシ装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、導入室
   は回転起点から２／８回転する範囲のいずれかの位置、
   搬出室は６／８回転から回転起点まで回転する範囲のい
   ずれかの位置にそれぞれ取付けることを特徴とする分子
   線エピタキシ装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、導入室
   に複数枚の基板を収納するカセットを収納することを特
   徴とする分子線エピタキシ装置。 ４、特許請求の範囲第３項記載の装置において、基板載
   置装置の基板載置枚数をカセットが収納する基板の枚数
   と等しいか、もしくは多くすることを特徴とする分子線
   エピタキシ装置。 ５、特許請求の範囲第３項記載の装置において、各室間
   の開閉手段のゲートバルブを同一平面に設け、基板の移
   送方向が水平方向であることを特徴とする分子線エピタ
   キシ装置。