JPH07519B2

JPH07519B2 - 分子線エピタキシ−装置

Info

Publication number: JPH07519B2
Application number: JP62148486A
Authority: JP
Inventors: 哲二稲葉
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPS63315594A

Description

【発明の詳細な説明】（ア）技術分野この発明は、複数の分子線結晶成長室を含む分子線結晶
成長装置の真空室の配列と基板搬送手段の改良に関す
る。

分子線結晶成長装置は、超高真空中に基板を保持しこれ
を加熱しておき、原料を加熱して蒸発、気化して生じた
分子線を基板に照射し、基板の上に薄膜をエピタキシヤ
ル成長させるものである。

分子線結晶成長装置は、中心的な価値をもつ分子線結晶
成長室の他にいくつかの真空室を備えている。

これらの真空室の間には、基板を搬送する基板搬送機構
がある。そして、これらの真空室はゲートバルブで閉じ
ることができる。真空室は独立の真空排気装置を備えて
いるので、ゲートバルブを閉じていれば、他の真空室の
状態とは無関係に、その真空室の真空度を維持すること
ができる。

（イ）従来技術分子線結晶成長室が複数ある場合、従来は、全ての真空
室を直線上に配置していた。これらの真空室は、ひとつ
の基板搬送室によつて連結されている。

第３図は従来例にかかる分子線結晶成長装置の概略平面
図である。

ここでは、５つの真空室Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏが直線上に
配置されているものを示している。この先へさらに、真
空室を追加する事ができる。

図示していないが、これらの真空室は、全て独立の真空
排気装置を備えている。

これらの真空室は弧立しているのではない。直線状の基
板搬送室25があつて、これらの真空室を連結している。
真空室の連絡管部23と細長い基板搬送室25とは直角をな
すようにつながつている。

連絡管部23の途中には、隔壁バルブ24が設けてある。

基板搬送室25の中には、基板を搬送するための搬送手段
26が設けてある。これを横搬送手段と呼ぶ。これは、基
板搬送室25の長手方向に基板を搬送するものである。

これに対して、基板搬送室25に対し直交するように縦方
向の搬送手段27が設けられている。

縦搬送手段27というのは、基板搬送室から真空室へ、或
は真空室から基板搬送室へと基板を搬送するものであ
る。

縦搬送手段27と横搬送手段26とを組合わせて、基板を任
意の真空室から他の任意の真空室へ運搬することができ
る。

真空室の内の少なくともひとつは、成長室である。成長
室が２つ以上ある場合もある。成長室の他の真空室とし
ては、装置内へ基板を導入するための基板導入室や、エ
ピタキシヤル成長後の基板を取出すための基板取出室な
どがある。

ここでは、真空室Ｋ、Ｌが基板導入室、基板取出室であ
る。ゲートバルブがあつて、大気中から基板を導入する
事ができる。

たとえば、真空室Ｋを基板導入室とする。隔壁バルブ24
を閉じておき、真空室Ｋに大気を導入する（実際には、
窒素を入れることが多い）。ゲートバルブを開き、基板
ホルダを真空室Ｋへ導入する。基板ホルダはたとえばMo
の円板であつて、In金属などにより基板を貼りつけるよ
うになつている。

基板ホルダを真空室Ｋに入れた後、ゲートバルブを閉じ
る。真空室Ｋを真空に引く。真空に引いてから、真空室
Ｋの隔壁バルブ24を開き、縦搬送手段27により、基板ホ
ルダをｋ点まで引出す。

この後、横搬送手段26によつて、適当な真空室へ搬送す
る。

真空室Ｏ、Ｎ、Ｍ…は、分子線結晶成長室、分析室、ガ
スエツチング室など任意である。

これら真空室に於ける処理を受けた後、基板ホルダは、
基板取出室である真空室Ｌに入る。そして真空室Ｌから
大気中へ取出される。

基板導入室や基板取出室では、実際には、棚があつて、
ここに基板ホルダが上下に並んで収容されるようになつ
ている。

搬送手段27、26は、同時に２枚以上の基板ホルダを運ぶ
ことはできない。しかし、基板導入や、基板取出は棚に
入れたり出したりする事によつて行なうので、複数枚同
時に行なう事ができる。

このように、真空室を直線に並べた構造は、真空室の数
を自在に増減することができる。柔軟性に富む、という
長所がある。

（ウ）従来技術の問題点しかしながら、直線上に真空室を配列した構造には、次
のような欠点がある。

（１）真空室の数が増えるに従つて、横搬送手段がそ
れに比例して長いものになつてゆく。真空室を十分な高
真空にするため、真空室は高温に加熱しガス出しをする
事がある。ベーキングという。すると、真空室は高温に
なつたり低温になつたりし、熱膨脹、熱収縮を繰返す。
基板搬送室の寸法、横搬送手段の寸法は、熱による膨縮
を考慮して設計しなければならない。すると、基板搬送
室、横搬送手段の構造が複雑なものになる。距離が延び
るので、良好に作動しにくくなる。

（２）基板搬送室25もできる限り高真空である事が望
ましい。清浄な雰囲気でなければ、基板搬送の途中で汚
染され、エピタキシヤル成長膜の膜質を低下させるから
である。

基板板搬送室25が細長い空間になると、これを高真空に
保つのが難しくなる。ひとつの真空排気装置だけでは役
に立たない。排気コンダクタンスが小さいからである。

これを避けるために、基板搬送室25に多数の真空排気装
置を設ける必要がある。そのようにすると、排気系が複
雑で高価なものとなるのである。

さらに、基板搬送室は、成長室よりも真空度が悪く、基
板搬送室内の汚れが成長室へ入る可能性がある。そうな
ると、結晶成長膜へ悪影響を及ぼす事になる。

（エ）目的基板搬送のための空間をより高度の真空に引くことがで
きるようにした分子線エピタキシー装置を提供する事が
本発明の目的である。

基板搬送のための空間を真空にするための真空排気系の
構造をより単純化する事のできる分子線エピタキシー装
置を提供する事が本発明の第２の目的である。

（オ）構成本発明の分子線エピタキシー装置は、真空室を放射状に
配置する。放射状に配置した真空室の中央部の円形の空
間を基板の搬送のために用いる。ここでは第３図の空間
と区別するため、基板交換室と呼ぶ。

第１図は本発明の分子線エピタキシー装置の概略平面図
である。第２図は縦断面図である。

この例では、８つの真空室Ａ、Ｂ…Ｈが、円周上に設け
られている。真空室の中心に、円形の基板交換室５があ
る。

真空室の連絡管部３は、半径方向にあつて、真空室と基
板交換室５とを連結するものである。

連絡管部３の途中には、隔壁バルブ４が開閉自在に設け
られる。

隔壁バルブを閉じることにより、真空室と基板交換室５
の気体の流通を断つことができる。

真空室Ａ〜Ｈは、それぞれ独立の真空排気装置を備え
る。簡単のため真空排気装置の図示を略した。

基板交換室５も真空排気装置を備える。従来の基板搬送
室25も真空排気装置を備えていたのであるが、真空度が
悪かつた。

本発明の基板交換室５はより超高真空に引くことができ
る。円形の空間であり、排気コンダクタンスが高いの
で、真空に引きやすいという事がある。

真空室の内どれかが、基板導入室、基板取出室、成長室
に当る。この他に、ガスエツチング室や、分析室などに
当ててもよい。

基板導入室が真空室Ａ、基板取出室が真空室Ｂとする
と、これらには大気に通ずるゲートバルブ８、８を設置
する。その他の真空室は、大気と通じる部分がなく、隔
壁バルブ４を開くことにより、基板交換５にのみ連通す
る事ができる。

基板交換室５の中にある基板搬送手段６は、伸縮運動と
回転運動を行なう事ができ、基板ホルダを真空室の間で
移動させる事ができる。

すなわち、回転に関しては、真空室の連絡管の中心線と
一致する８つの定点があつて、いずれの定点にも基板搬
送手段６を停止させる事ができる。

伸縮運動のストロークは、基板を真空室内の定まつた点
まで運搬するに十分な長さとなつている。

基板搬送手段６は、第２図に示すように、鉛直の回転主
軸11と、回転主軸11の上頂部に支持された基台12と、基
台12から延伸できる第１伸縮腕13、第２伸縮腕14など
と、回転導入器15、駆動装置16などよりなつている。

回転導入器15は、基板交換室５の真空度を保ちながら、
外部の駆動装置16の回転運動を回転主軸11へ伝えるもの
である。

基板交換室５には、真空排気装置もある。例えばイオン
ポンプが使われる。これは第２図で図示を略した。イオ
ンポンプだけでも10^-9〜10^-10Torrまで高真空に引く事
ができる。

さらに、チタンサブリメーシヨンポンプ９がある。これ
を囲んで液体窒素シユラウド18が設けられる。チタン原
子がチタンサブリメーシヨンポンプ９のフイラメントか
ら飛びだし、液体窒素シユラウド18の壁に付着し、吸着
能力が向上する。一度吸着されたガス分子が液体窒素シ
ユラウド18から再離脱しにくくなる。

シールド板10は昇華したチタン原子が基板搬送手段につ
かないようにしたものである。また、チタンサブリメー
シヨンポンプの排気効率が落ちないように最適の形状が
選ばれている。

基板交換室は、イオンポンプ、チタンサブリメーシヨン
ポンプを備え、成長室と同等又はそれ以上の超高真空に
する事ができる。

真空室のうち、少なくともひとつは成長室として使われ
る。成長室の内部構成の図示を省略している。これは、
通常の成長室と同じである。

成長室は、基板を保持し回転するマニピユレータと、こ
れを加熱する基板ヒータ、液体窒素シユラウド、真空排
気装置、適数の分子線源セルなどを備えている。

分子線源セルは、原料を入れるルツボ、これを加熱する
ヒータ、熱遮蔽板、熱電対、シヤツタなどよりなつてい
る。これは、原料の分子線を生ずるものである。

（カ）作用真空室Ａ〜Ｈは、独立の真空排気装置によつて真空に引
かれている。中央の基板交換室５も超高真空に引かれて
いる。

基板導入室、基板取出室の真空度は、10^-8〜10^-7Torr、
成長室は10^-11〜10^-10Torrで、基板交換室は10^-11Torr
になる。

通常、隔壁バルブ４が閉じている。

基板を移動させるには、隔壁バルブ４を開き、第１伸縮
腕13、第２伸縮腕14を、真空室の内部へ伸長させる。先
端の基板戴置台17に基板７を載置する。そして、第２伸
縮腕14、第１伸縮腕13を収縮させる。すると、一点鎖線
で示す位置に基板７が運ばれる。つまり基板交換室５の
中へ取り出されたことになる。隔壁バルブを閉じる。

この後、回転主軸11を適当な角度だけ回転して、他の真
空室へこの基板を搬入する。搬入の過程は、先述の場合
と逆になる。

（キ）効果真空室を放射状に配置し、中心に円形の基板交換室を設
けている。このため、次の効果がある。

（１）基板交換室が円形に近いので、真空排気しやす
い。排気コンダクタンスの大きい形状になつているから
である。さらに、液体窒素シユラウド、チタンサブリメ
ーシヨンポンプを設ける事ができるから、成長室と同等
か、成長室よりも高い真空度10^-11Torrに引くことがで
きる。

このため、基板搬送の過程で基板が汚染されるという事
がない。

（２）搬送中に基板が汚染されないから、品質の高い
エピタキシヤル成長膜が得られる。

（３）成長室の数が多くても、基板搬送手段の構造が
複雑にはならない。

（４）基板導入室は、単独では10^-8Torrぐらいまでし
か排気できない。しかし、基板交換室５との間の隔壁を
開くと、基板交換室５の有力な真空排気装置の作用によ
つて10^-9〜10^-10Torrまで真空排気することができる。

（５）複数の成長室を有する装置であつて、各々の成
長室で異なつた材料のエピタキシヤル成長を行わせると
いう場合がある。この場合、材料が違うので、基板交換
室を介して、成長室が他の成長材料によつて汚染される
という可能性がある。しかし、本発明の場合、基板交換
室が、成長室よりもさらに高真空又は同等の真空である
から、このような事がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分子線エピタキシー装置の平面図。第２図は第１図の縦断面図。第３図は従来例の分子線エピタキシー装置の概略平面
図。Ａ〜Ｈ……真空室３……連絡管部４……隔壁バルブ５……基板交換室６……基板搬送手段７……基板８……ゲートバルブ９……チタンサブリメーシヨンポンプ 10……シールド板 11……回転主軸 12……基台 13……第１伸縮腕 14……第２伸縮腕 15……回転導入器 16……駆動装置 17……基板戴置台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一平面上にあって放射状に配置され成長
室、基板導入室を含む複数の真空室Ａ、Ｂ、…と、真空
室の中心にこれらと同一平面上に設けられた基板交換室
５と、基板交換室５と真空室とを連絡する連絡管部３
と、連絡管部３に設けられた隔壁バルブ４と、基板交換
室５の上部壁面にそって設けられる液体窒素シュラウド
と、基板交換室５に設けられたチタンサブリメーシヨン
ポンプ９を含む真空排気装置と、基板交換室５に設けら
れ鉛直軸のまわりに回転する回転機構と真空室内部まで
伸張でき基板交換室内部に収縮できる伸縮機構とよりな
る基板搬送手段６とよりなり、上記放射上に配置された
真空室のうち少なくとも一つは基板導入室であり、基板
導入室には大気に通ずるゲートバルブを備えここから基
板を導入しあるいは取り出すようにしてあり、基板交換
室５において液体窒素シュラウドと基板搬送手段６の間
にチタンサブリメーションポンプが配置され、基板交換
室の真空度は成長室の真空度と同程度に保持できるよう
にしたことを特徴とする分子線エピタキシー装置。