JPS605509A

JPS605509A - 分子線エピタキシ装置

Info

Publication number: JPS605509A
Application number: JP58112721A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 一雄佐藤; Sumio Yamaguchi; 山口　純男; Shigeo Kato; 加藤　重雄; Yasuhide Matsumura; 松村　泰秀; Muneo Mizumoto; 宗男水本; Sumio Okuno; 澄生奥野; Naoyuki Tamura; 直行田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1983-06-24
Publication date: 1985-01-12
Also published as: EP0132538B1; US4542712A; EP0132538A1; KR850000904A; DE3462375D1; KR910000078B1; CA1207470A

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、分子線エピタキシ装置に係り、特に、真空槽
内において、基板表面への塵の伺着を防ぎつつ、基板を
自動搬送するのに好適な分子線エピタキシ装置に関する
。

〔発明の背景〕

分子線エピタキシ法は、基板上に薄膜結晶を成長させる
技術として、近年、注目を集めている。

しかしながら、これを工業的規模で実施するには、装置
上、解決すべき重要な技術課題が残されている。

第１図は、工業的規模で分子線エピタキシを実施するの
に必要な装置の構成を示す平面図である。。

装置は、大別して、導入室１、準備分析室２、成長室３
、搬出室４の各真空室、およびこれらの真空室とゲート
パルプ７を介して接続される基板搬送路５からなってい
る。搬送路５と各真空室との間の基板（図示省略）の移
送は、ゲートバルブ７を貫通する腕を持つ移載用マニピ
ュレータ６によつて行われる。基板は大気中から導入室
１に投入される。導入室１を１０−　’　〜１０−８Ｔ
ｏｒｒ　の気圧せで真空排気した後、ゲートバルブ７を
開けて搬送路５（気圧：　１０−’　〜１Ｏ−１ＯＴｏ
ｒｒ　）内に基板を移送する。基板は、搬送路５を介し
て、順に、準備分析室２と成長室３（いずれも気圧はＩ
Ｑ−１０〜１０−”　Ｔｏｒｒ　）に移送されて、それ
ぞれ、基板表面の清浄化および結晶成長のプロセスを施
され、最後に搬出室４（気圧１０−６〜１０−”　Ｔｏ
ｒｒ　）から大気中に再び搬出される。

以上のような装置における技術課題の一つは、基板を大
気中から装置内に投入した後、超高真空至に搬送してエ
ピタキシアル成長に必要な諸プロセスを行い、再び大気
中に搬出するための、高真空ならびに超高真空下の基板
搬送システムにある。

搬送中に基板を損傷することなく、壕だ、基板を取り落
とすことなく確実に搬送し、更に、エピタキ７層の格子
欠陥を低減するため、搬送途中での基板表面の汚れ、表
面への塵の付着を、極力、避けなければならない。

一方、かかる装置においては、超高真空を達成するため
、真空槽内には、潤滑油等の高分子材料が使用できない
。壕だ、槽内部品の表面から放出されるガスを低減する
目的で、１、空槽全体は、２５０〜３００Ｃの＠Ａ度に
頻繁に加熱される。このような苛酷な条件下では、大気
中において通常用いられるような精密な運動機構は、部
品間の焼付き、摩耗等の問題を生じるので使用できない
。

また、モータ、リミットスイッチ等の駆動源やセンサ類
を槽内に設置することも困難である。

このだめ、従来では、以下に述べるような基板を搬送す
る方式がとられている。第２図にその搬送方式の主要部
を示した。例えば、ＧａＡｓのように機械的強度の低い
基板８を、剛性の商いサセプタ９（例えばＭｏにより製
作される〕に貼付けあるいは機械的に保持し、サセプタ
９を搬送の単位とする。そして、かかるサセプタ９は、
その基板面を垂直に立てられた状態を維持し麿から、搬
送路および各真空室間を移送される。

導入室、準備分析室、成長室、搬出室における試料ホル
ダ、さらに搬送路を走行する試料ホルダは、いずれも第
２図に示すような試料保持環１３を持っている。サセプ
タは、その側面に立てられたピン１０を有し、これらと
かん合するＬ字形の溝１４によって試料保持環１３に保
持される。各真空室の試料ホルダからのサセプタの着脱
、搬送路中の試料ホルダからのサセプタの着脱は、いず
れも試料移載用マニピュレータ６によって行われる。こ
れは、大気側から真空内にある軸３１を直進１回転させ
る機構であり、その先端にあるつかみ部１１が、前記の
試料保持３ＪＪ１３とがん合しつつ、同時にサセプタの
ピン１ｏとがん合する溝１２を持つ。マニピュレータの
直進と回転運動により、サセプタは各真空室から搬送路
へ、また搬送路から各真空室へと移載される。

以上に述べた従来の装置では、サセプタの着脱作業は、
すべて真空槽のピユーボートを介した目視により、細心
の注意を払って手動で行われている。それにも拘らず、
サセプタは垂直に立った姿勢であるので倒れやすくサセ
プタの取り落としの確率は高い。近年、装置の構成が多
数の真空槽を有するように発展するに従って、受は渡し
箇所が増し、取り落としの確率は更に増大している。落
ちたサセプタは、真空室を大気に暴露しない限り拾うこ
とができないので、かかる従来の基板搬送方式には、大
きな欠点があった。さらに、また基板面は、垂直に立っ
ているものの、真空槽内壁に付着したフレーク状の塵が
落下して基板面へ付着するのを完全には防止できない欠
点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる点に着目してなさねたものであり、搬
送中の基板の表面に塵等が付着することを避けるととも
に、基板の搬送の信頼性全高め、基板搬送の自動化を容
易ならしめる分子線エビ！キシ装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明では、エピタキシア
ル成長を行う基板面を重力方向（あるいは下向き）に向
けて基板を真空槽内に導入し、準備１分析、成長等のエ
ピタキシアル成長に必要な各プロセスを行うための真空
室間の基板の搬送、および基板の受け渡しを、常に基板
面を上記の方向に維持した状態で行い、かつ基板面に直
接接触することなく基板を受け渡すように構成したもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて、その内容を詳細に説明
する。

第１図に示す構成の分子線エピタキシ装置では、前述し
たように、基板はサセプタに取付けられて、導入室１か
ら真空槽内に持込まれ、準備・分析室２、成長室３を経
て、搬出室４から取出される。

各戸朶室は、ゲートパルプ７によって搬送室５から隔て
られている。

かかる構成において、本発明では、大気中から導入室へ
の基板の持込みは、第３図の（ａ）ｆｉｌおよび（ｂ）
に示すカセットによって行う。基板１５はサセプタ１６
の而に貼り付は又はクランプした後、カセット１７の棚
に水平かつ下向きに置かれる。カセットの正面は同図（
ａ）の如く開口しており、棚は（ｂ）の如く側面のみに
存在する。本実施例のカセットでは、多数枚のサセプタ
を同時に真空槽内へ持込めるので、１０ツトの基板のエ
ピタキシ成長の間、真空槽を大気に開放することなく、
連続した作業が可能である。

第１図の導入室１から搬送路５へのサセプタの移送の手
順を第１図のＸ−Ｘ断面図として第４図の（ａ）、　（
ｂ）、　（Ｃ）に示す。カセット１７の任意の棚にある
サセプタ１６を移送する場合、同図（ａ）のようにカセ
ット１７を上下方向Ａに送り、適当な高さにて停止させ
る。次いでゲートパルプ７を開放し、移載用マニピュレ
ータ６のマグネットカプリングの大気側２８を前進させ
ることにより、真空室内の軸３２を前進させ、その先端
につけだフォー２１８を棚の間に進入させる。次いで同
図（ｂ）のようにフォーク１８を後退させ、搬送路のレ
ール２１上に待機しているトロッコ２０の真」二でフォ
ーク１８を停止する。ここで、ゲートパルプ７は閉鎖す
る。次いで、リフト１９が、ベローズを応用した直進運
動導入機構２９によって大気側からＣ方向に駆動され、
サセプタ１６を持ち上げる。この状態でフォーク１８ｆ
：更にＢ方拘に退避させた後、リフト１９を下降すれば
、同図（Ｃ）のように、サセプタはトロッコ上に移載を
完了する。

第４図における搬送路内の諸機構の概観図を第５図に示
す。ここで重要なことは、フォーク１８、リフト１９、
トロッコ２０など、サセプタ１６を支えるすべての機構
が互いに干渉することのないよう、１だ、サセプタに貼
付けた基板に触れぬようにサセプタを保持することであ
る。第６図の（ａ）〜（ｄ）は、かかる保持状態の移行
を示すもので、同図（ａ）に示すようにカセット１７の
棚に載置されたサセプタ１６’ｆ、（ｂ）に示すように
フォーク１８の先端で支え、つぎに＜Ｃ）　Ｋ示すよう
にリフト１９の先端で支えて、（ｄ）に示すようにトロ
ッコ２０上の棚２２に移載するようにしたものである。

各図では、それぞれサセプタを支える位置を２点鎖線で
示している。

トロッコ２０は、第５図に示すように、基板面を下向き
にしたままサセプタ１６を載せることができるよう、棚
（あるいは座）２２が設けである。

サセプタ１６を積んだトロッコ２０はレール２１上を大
気側から駆動されるワイアに引かれてＤ方向に移動する
。トロッコの駆動方法は、これ以外にもラック・ピニオ
ンの組合せ、チェーンによるけん引、更に電磁誘導によ
る駆動等も可能である。

以上導入室から搬送路へのサセプタの移送について説明
したが、搬送路において準備分析室、成長室の前に停止
したトロッコ２０から基板１５をこれらの超高真空室へ
送り込む機構についても、第４図の（ｂ）、　（ｃ）お
よび第５図に示したものと全く同様である。

準備・分析室、成長室におけるサセプタ１６の受け取り
機構は、第７図の（ａ）、　（ｂ）に示すとおり工ある
。移載用マニピュレータのフォーク１８に載ったサセプ
タ１６に対し、試料ホルダ２３が直進Ｅと回転運動Ｆを
行って、そのＬ字溝２４にサセプタ側のロッド２５をか
ん合させ、サセプタを受け取る。分子線の照射、あるい
は基板面の分析においては、基板面を真空室内の適切な
位置へ移動。

回転する必要がある。本発明では、試料ホルダに回転と
移動の機能を付与することにより、基板の搬送における
基板面の向きと関係なく、真空室内の所望の位置で分子
線の照射、基板面の分析を可能とした。−例としてクヌ
ードセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ　）型分子線源を用いた成長
室内における試料の動きを第８図（ａ）および（ｂ）に
示した。図中、３０はクヌー下セン型分子線源を示す。

基板１５は（ａ）において下向きのまま試料ホルダ２３
に移載された後、（ｂ）に示すように軸２６を中心とし
た矢印２７方向の回転運動により照射位置に移動する。

移載用マニピュレータ１８は搬送路側へ退避し、ゲート
パルプ７が閉じて分子線の照射が行われる。

なお、基板の搬出については、上述の搬入手順を逆にた
どることにより行われる。

以上に述べた基板の搬送と受け渡しにおいて、基板は終
畑下向き、す々わち、重力方向を向いており、搬送、受
は渡し中に、基板面に塵等が付着する可能性は極めて低
い。特に成長室での基板の受け渡しにおいては、成長室
の壁や試料ホルダに付着した照射物質が落下゛すること
が多いので、本方式の効果は太きい。また、移載用マニ
ピュレータの運動は、直進のみであり、基板搬送の自動
化は極めて容易である。

サラに、本発明の搬送システムにおいて、カセット１７
の上下運動Ａｓ　移載用マニピュレータ６の運動Ｂ１　
リフト１９の上下運動Ｃ，）ロツコ２０の移動りはいず
れも直進運動のみであり、その駆動と停止の信号は、真
空槽のビューポートのガラスを介して大気中から導入さ
れる赤外線あるいはレーザとこれを受光する光電センサ
との組合せによって容易に位置の制御が可能になる。捷
た、回転運動と直進運動の組合せが要求される唯一の箇
所である成長室、準備成長室の試料ホルダに対するサセ
プタの着脱においても、移載用フォーク上に水平に置か
れているサセプタに試料ホルダを押し付けながら回転す
るだけの運動は、目視による操作を不要とした。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、以下の諸効果が得られ
る。

（１）基板面を下向きにして搬送、受は渡しを行うので
、基板面に塵等の付着が無く、格子欠陥の少い高品質の
エピタキシが可能になる。

（２）棚状のカセットに基板を積めるので、多数枚の基
板を一度に真空槽に持込むことが可能になり、槽内の真
空を保ったまま、連続的にエピタキシを行うことも可能
になる。

（３）基板の受け渡しにさいして、基板が水平に保持さ
れているので、従来の方式に比して、受は渡しの失敗率
が著しく低く、特に受け渡し箇所の多い多室構成の装置
において、稼動率の向上をもたらす。

（４）基板移載用のマニピュレータの運動の自由度が、
従来の方式では直進と回転の２自由度であるのに対し、
直進のみの１自由度となるので、基板の搬送の自動化が
容易になる。

なお、本実施例における導入室のカセットの形中態、準備・分析ならびに成長惑Ｐ試料ホルダの形状、ト
ロッコからフォークへの基板の移載の形態については、
他の形態、形状であっても、本発明の重力を利用した下
向き搬送の設計思想を用いれば、上記の効果が得られる
。また、装置が第１図に示す構成にとどまらず、真空室
の数が実施例より増減した場合、あるいは搬送路が折れ
曲ったり、単一平面内になくても、また、真空室の配置
が変っても、本発明の思想が適用できること（ｄいうま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、分子線エピタキシ装置の構成例を示す平面図
、第２図は、従来の基板搬送方式を示す見取図、第３図
の（ａ）は、本発明における基板を積載したカセットの
正面の断面図、（ｂ）はその側面の断面図、第４図（ａ
）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は、第１図のＸ−Ｘ＠面で
、導入室から搬送路へのサセプタの移送の手順を示す断
面図、第５図は、移載用マニピュレータから搬送路への
基板の移載機構を示す図、第６図（ａ）〜（ｄ）は、サ
セプタの保持状態の移行を示す図で、第７図（ａ）、　
（ｂ）は、基板を試料ホルダに受け渡す前後の状態を示
す正面図、第８図（ａ）、（ｂ）は、成長室内における
試料の動きを説明する図である。１・・・導入室、２・・・準備・分析室、３・・・成長
室、４・・・搬出室、訃・・搬送路、６・・・移載用マ
ニピュレータ、７・・・ゲートパルプ、１５・・・基板
、１６・・・サセプタ、１７・・・カセット、１８・・
・移載用マニピュレータの先端のフォーク、１９・・・
リフト、２ｏ・・・トロッコ、２１・・・レール、２２
・・・トロッコノ棚、２３・・・試料ホルダ、２４・・
・試料ホルダのＬ字形のて　１　図石　Ｚ　図３ ′ｆＪ３図（ｌスーフ　（し〕狛　４　図冨５図Ｂ１Ｎ　乙　図（Ｃ）　（ｄ）第７図（０−）（′ｂ）第　３　図（Ｌ）５＼土浦市神立町５０２番地株式会社日立製作所機械研究所内＠発　明　者　田村直行下松市豊井７９４番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】１、　エピタキシアル成長を行う基板面を重力方向に向
けて基板を真空槽内に導入し、エピタキシアル成長に必
要なプロセスを行うだめの真空室への前記基板の搬送、
および基板の受け渡しを、前記基板面を上記重力方向に
維持した状態で行う如く構成した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、複数の
基板をまとめて同時に大気中から真空槽内に導入する如
く構成した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１項または第２項記載の装置にお
いて、エピタキシアル成長のための真空室に設けられた
基板ホルダを、前記基板を受け取った後、前記基板面を
分子線の照射位置まで回転せしめ得る機能を有する如く
構成したことを特徴とする分子線エピタキシ装置。