CN218345592U - 分子束外延衬底处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分子束外延衬底处理装置，分子束外延衬底处理装置包括通过管道连接的进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室；进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室与管道之间分别设置有第一阀门；进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室分别设置有对应的真空泵；管道内设置有送料装置，送料装置用于将衬底运送至进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室中的任意一个。可以对衬底进行湿法处理以及等离子处理，并使衬底生长目标材料。
Description
技术领域
本实用新型涉及分子束外延衬底处理领域，尤其涉及一种分子束外延衬底处理装置。
背景技术
分子束外延(Molecular Beam Epitaxy)技术推动了以超薄层微结构材料为基础的新一代半导体科学技术的发展。它是一种灵活的外延薄膜技术，可以在超高真空环境中通过把热蒸发产生的原子或分子束投射到具有一定取向、一定温度的清洁衬底上而生成高质量的薄膜材料或各种所需结构。
分子束外延设备结构复杂，包含很多精密结构。设备的腔体结构也逐步发展完善。早期的设备只有生长室一个腔体，每次装样都需要对腔体充气，再抽真空后难以获得很高的真空或需要很长时间才能获得。后来逐渐发展至增加一个进样室，这样生长室不需要频繁充气，确保生长室腔体日常的高真空。随后又增加一个预处理室，可以对衬底进行加热预先处理，去除表面吸附的一些杂质气体。但是该处理室只能够对衬底进行加热处理，无法执行其他的处理方法。
并且随着分子束外延所生长结构需求的发展，所生长的材料结构越来越多样化，衬底也逐渐多样。特别是随着异质集成应用需求和技术的发展，希望可生长的衬底种类和规格逐渐增多，现有的处理方法比如制备图形、湿法腐蚀、原子处理等。但是采用这些方法处理的衬底在放入分子束外延腔体前仍会因暴露在空气中而吸附空气中的杂质，所以迫切需要可以对衬底进行多种处于真空环境下的装置和方法。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中分子束外延衬底处理在预处理时需要频繁进行抽真空，且真空不满足需求的缺陷，提供一种分子束外延衬底处理装置及分子束外延衬底处理方法。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型提供一种分子束外延衬底处理装置，所述分子束外延衬底处理装置包括通过管道连接的进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室；
所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室与所述管道之间分别设置有第一阀门；
所述进样室用于放置衬底，所述等离子处理腔用于使用等离子处理衬底，所述湿法处理腔用于湿法处理衬底，所述生长室用于对衬底进行分子束外延生长；
所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室
分别设置有对应的真空泵；
所述真空泵用于将对应的所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室进行抽真空；
所述管道内设置有送料装置，所述送料装置用于将衬底运送至所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室中的任意一个。
优选地，所述分子束外延衬底处理装置还包括第一腔体加热装置，所述第一腔体加热装置用于加热所述等离子处理腔；
所述等离子处理腔设置有等离子束源炉，所述等离子束源炉用于对衬底进行等离子处理。
优选地，所述分子束外延衬底处理装置还包括第二腔体加热装置、液体喷射装置以及液体导流管；
所述第二腔体加热装置用于将所述湿法处理腔加热；
所述液体喷射装置以及所述液体导流管分别通过第二阀门与所述湿法处理腔连通；
所述液体喷射装置用于对衬底喷射湿法处理液，所述液体导流管用于收集喷射后的湿法处理液。
优选地，所述液体导流管包括第一液体导流管、第二液体导流管以及第三液体导流管；
所述液体喷射装置包括第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置；
其中，所述第二液体导流管设置于所述湿法处理腔的底部中央，所述第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置分别设置于所述第二液体导流管的两侧，所述第一液体导流管以及所述第三液体导流管分别对应设置于所述第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置靠近所述第二液体导流管的另外一侧。
优选地，所述液体喷射装置还包括依次连接的液体源、液体槽、波纹管以及电机；
所述液体源用于存储湿法处理液，所述电机用于驱动所述波纹管伸缩，以带动与所述波纹管连接的所述液体源以及所述液体槽伸缩；
所述液体槽靠近衬底的一端设置有液体扩散装置，所述液体扩散装置用于将液体均匀喷射至衬底。
优选地，所述生长室设置有生长材料束源炉、残余气体分析仪、反射高能电子衍射仪；
所述生长材料束源炉用于对衬底喷射生长材料，以对衬底进行分子束外延生长处理；
所述残余气体分析仪用于判断衬底生长结束后的剩余气体成分；
所述反射高能电子衍射仪用于检测衬底生长的平整度。
本实用新型的积极进步效果在于：可以对衬底进行湿法处理以及等离子处理，并使衬底生长目标材料。在衬底运输至进样室、湿法处理腔、湿法处理腔以及生长室时，关闭对应的第一阀门以及真空泵，使分子束外延衬底处理时可以满足较高的真空环境。
附图说明
图1为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第一结构示意图。
图2为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第二结构示意图。
图3为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第三结构示意图。
图4为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第四结构示意图。
图5为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第五结构示意图。
图6为实施例1中分子束外延衬底处理装置的第六结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
请参见图1，本实施例提供一种分子束外延衬底处理装置，分子束外延衬底处理装置包括通过管道连接的进样室1、等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4；
进样室1、等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4与管道之间分别设置有第一阀门5；
进样室1用于放置衬底，等离子处理腔2用于使用等离子处理衬底，湿法处理腔3用于湿法处理衬底，生长室4用于对衬底进行分子束外延生长；
进样室1、等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4分别设置有对应的真空泵6；
真空泵6用于将对应的进样室1、等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4进行抽真空；
管道内设置有送料装置7，送料装置7用于将衬底运送至进样室1、等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4中的任意一个。
在上述实施例方式中，当衬底放入在等离子处理腔2、湿法处理腔3以及生长室4中进行等离子处理、湿法处理或者生长目标材料时，关闭对应腔室的第一阀门5以及打开对应腔室的真空泵6，再对衬底进行相应的处理。
在本实施例中，衬底能够在上述装置完成湿法处理、等离子处理以及分子束外延处理。
需要注意的是，第一，上述实施例的送料装置7可以包括轨道以及送料车，轨道可以伸缩，当第一阀门6打开的时候，轨道就会伸长将装有衬底的送料车送入腔体。第二，图中所展示的真空泵6的位置并不是对真空泵6的位置的限制，图中所展示的情况只是真空泵6设置的一种情况。
在上述分子束外延衬底处理装置中，衬底在处理后在真空下进行传输，确保衬底保持表面洁净，有利于衬底生长所需要的材料。
具体地，请参见图2，分子束外延衬底处理装置还可以包括第一腔体加热装置21，第一腔体加热装置用于加热等离子处理腔2；
等离子处理腔设置有等离子束源炉22，等离子束源炉22用于对衬底进行等离子处理。
在本实施例中，第一腔体加热装置21可将等离子处理腔2加热，使得等离子处理腔2中到达第一温度(第一温度可以根据实际情况具体设置)。衬底表面的吸附物由于腔体内部到达第一温度，所以也会被去除。
在本实施例中，等离子束源炉22可以通过阀门23和等离子处理腔2连通。
在本实施例中，等离子处理腔还可以设置有样品架24。样品架24用于用于放置衬底。
具体地，请参见图3，分子束外延衬底处理装置还可以包括第二腔体加热装置31、液体喷射装置32以及液体导流管33；
第二腔体加热装置31用于将湿法处理腔3加热；
液体喷射装置32以及液体导流管33分别通过第二阀门34与湿法处理腔3连通；
液体喷射装置32用于对衬底喷射湿法处理液，液体导流管33用于收集喷射后的湿法处理液。
在本实施例中，由于对湿法处理腔3中的对衬底进行湿法处理，腔体内部会残留有湿法处理液，所以腔体内部难以达到要求的真空环境。通过第二加热装置31对湿法处理腔3加热，使得残留的湿法处理液蒸发，从而可以达到要求的真空程度。需要注意的是，在本实施例中，经过加热的湿法处理腔为第二温度(第二温度可以根据具体情况具体设置，第二温度通常小于第一温度)。
在本实施例中，液体喷射装置32对衬底喷射湿法处理液，湿法处理液包括但是不限于弱碱性试剂以及去离子水(可以根据衬底表面的杂质确定所需要的去离子水)。喷射后的去离子水通过液体导流管33进行收集。
需要注意的是，请参见图4，图4中的湿法处理腔3中的某两个第二阀门34的不同状态，左侧的第二阀门34表示此时该阀门处于关闭状态，右侧的第二阀门表示该阀门处于打开状态(也就是说，虽然图3中所标出的第二阀门34的结构上是一致的，仅仅是开关状态上的区别)。
具体地，请参见图5，液体导流管可以包括第一液体导流管3301、第二液体导流管3302以及第三液体导流管3303；
液体喷射装置包括第一液体喷射装置3201以及第二液体喷射装置3202；
其中，第二液体导流管3302设置于湿法处理腔3的底部中央，第一液体喷射装置3201以及第二液体喷射装置3202分别设置于第二液体导流管3302的两侧，第一液体导流管3301以及第三液体导流管3303分别对应设置于第一液体喷射装置3201以及第二液体喷射装置3202靠近第二液体导流管3302的另外一侧。
在本实施例中，第二液体导流管3302可以收集喷射完的湿法处理液。由于第一液体导流管3301以及第三液体导流管3303的设置，就可以防止湿法处理液回流到液体喷射装置32中。
需要注意的是，上述“第一液体导流管”以及“第二液体导流管”的描述只是为了描述时进行区别，不应该认为是对液体导流管的限定。同理，上述描述对于液体喷射装置也仅仅是为了便于区别，不应当认为是对液体喷射装置的限定。
具体地，液体喷射装置32还可以包括依次连接的液体源321、液体槽322、波纹管323以及电机324；
液体源321用于存储湿法处理液，电机324用于驱动波纹管323伸缩，以带动与波纹管323连接的液体源321以及液体槽322伸缩；
液体槽322靠近衬底的一端还可以设置有液体扩散装置，液体扩散装置用于将液体均匀喷射至衬底。
当液体喷射装置32中的液体源321中的湿法处理液体使用完毕，液体喷射装置32通过电机324驱动波纹管323缩短，使得整个液体喷射装置32可以取出，并对液体源321中添加湿法处理液。与此同时，湿法处理液使用完毕的液体喷射装置32所对应的第二阀门也是关闭的，以保证湿法处理腔3中的真空。
在本实施例中，湿法处理腔3中还可以设置有液体开关35，液体开关35用于控制液体喷射装置32是否喷出湿法处理液。
具体地，请参见图6，生长室4可以设置有生长材料束源炉41、残余气体分析仪42、反射高能电子衍射仪43；
生长材料束源炉41用于对衬底喷射生长材料，以对衬底进行分子束外延生长处理；
残余气体分析仪42用于判断衬底生长结束后的剩余气体成分；
反射高能电子衍射仪43用于检测衬底生长的平整度。
在本实施例中，反射高能电子衍射仪43配置有荧光屏44，荧光屏44设置在反射高能电子衍射仪43的相对位置。高能电子衍射仪43将高能电子打到衬底上，高能电子经过衬底后衍射到荧光屏44，通过荧光屏44上的电子的分布，获取衬底生长的平整度。
在本实施例中，生长材料束源炉41还可以通过阀门与生长室4所连通。
在上述的实施例中，生长室4中可以配置冷凝真空泵系统，还配备III-V族材料生长所需的In、Ga、Al、As等束源炉。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述分子束外延衬底处理装置包括通过管道连接的进样室、等离子处理腔、湿法处理腔以及生长室；
所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室与所述管道之间分别设置有第一阀门；
所述进样室用于放置衬底，所述等离子处理腔用于使用等离子处理衬底，所述湿法处理腔用于湿法处理衬底，所述生长室用于对衬底进行分子束外延生长；
所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室分别设置有对应的真空泵；
所述真空泵用于将对应的所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室进行抽真空；
所述管道内设置有送料装置，所述送料装置用于将衬底运送至所述进样室、所述等离子处理腔、所述湿法处理腔以及所述生长室中的任意一个。
2.如权利要求1所述的分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述分子束外延衬底处理装置还包括第一腔体加热装置，所述第一腔体加热装置用于加热所述等离子处理腔；
所述等离子处理腔设置有等离子束源炉，所述等离子束源炉用于对衬底进行等离子处理。
3.如权利要求1所述的分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述分子束外延衬底处理装置还包括第二腔体加热装置、液体喷射装置以及液体导流管；
所述第二腔体加热装置用于将所述湿法处理腔加热；
所述液体喷射装置以及所述液体导流管分别通过第二阀门与所述湿法处理腔连通；
所述液体喷射装置用于对衬底喷射湿法处理液，所述液体导流管用于收集喷射后的湿法处理液。
4.如权利要求3所述的分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述液体导流管包括第一液体导流管、第二液体导流管以及第三液体导流管；
所述液体喷射装置包括第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置；
其中，所述第二液体导流管设置于所述湿法处理腔的底部中央，所述第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置分别设置于所述第二液体导流管的两侧，所述第一液体导流管以及所述第三液体导流管分别对应设置于所述第一液体喷射装置以及第二液体喷射装置靠近所述第二液体导流管的另外一侧。
5.如权利要求3所述的分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述液体喷射装置还包括依次连接的液体源、液体槽、波纹管以及电机；
所述液体源用于存储湿法处理液，所述电机用于驱动所述波纹管伸缩，以带动与所述波纹管连接的所述液体源以及所述液体槽伸缩；
所述液体槽靠近衬底的一端设置有液体扩散装置，所述液体扩散装置用于将液体均匀喷射至衬底。
6.如权利要求3所述的分子束外延衬底处理装置，其特征在于，所述生长室设置有生长材料束源炉、残余气体分析仪、反射高能电子衍射仪；
所述生长材料束源炉用于对衬底喷射生长材料，以对衬底进行分子束外延生长处理；
所述残余气体分析仪用于判断衬底生长结束后的剩余气体成分；
所述反射高能电子衍射仪用于检测衬底生长的平整度。
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