JPS63270388A - 分子線結晶成長装置 - 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】 〔概要〕 基板交換室、基板準備室を含む分子線結晶成長装置の前
記各室内を排気しながら水素ガスを導入する手段を設け
、各室内に水素ガスを導入しながら排気することで、分
子線エピタキシャル成長前と成長後の基板を交換した際
、各室内に残留している不純物ガスの排気を確実に、か
つ排気速度を高めた状態で排気できるようにするととも
に、基板の搬送装置が円滑に作動でき、結晶成長室の基
板の設置台に基板が再現性良く設置できるようにした分
子線結晶成長装置。

〔産業上の利用分野〕

本発明は分子線結晶成長装置に係り、特に基板搬送装置
の駆動時に該装置より放出されるガスの影響を防止した
分子線結晶装置に関する。

周知のように半導体装置を製造する場合、結晶基板に沿
って半導体膜をエピタキシャル成長するエピタキシャル
方法が用いられており、これは半導体製造の最も基本的
な技術である。このようなエピタキシャル方法に於いて
、最近分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）が知られて
おり、この方法は超高真空下（１０−”Ｔｏｒｒ以下）
で蒸着する方法で清浄な結晶基板面が維持できるために
、低温度でのエピタキシャル成長が可能で、且つ膜厚や
不純物分布を数１０人程度の単原子レベルで精密な制御
ができるという特徴がある。

更にＭＢＢ法は各種元素、或いは化合物元素のへテロ接
合やグレーデッドへテロ接合も容易に得られるという利
点があり９、ＧａＡｓ等の化合物半導体のエピタキシャ
ル成長に広く利用されつつある。

このような分子線結晶成長装置に於いては、エピタキシ
ャル成長前の基板を基板搬送装置に設置した後、この搬
送装置により基板を自動的に基板交換室より基板準備室
および結晶成長室内に搬送しており、その基板搬送時に
搬送装置に含まれている残留ガスが基板交換室、基板準
備室内で放出された時、速やかに除去され、かつ基板が
その放出ガスによる影響を受けず、更にその搬送装置が
円滑に作動するような分子線結晶成長装置が要望されて
いる。

〔従来の技術〕

二のような従来の分子線結晶成長装置の模式図を第２図
に示す。

第２図に示すように、従来の分子線結晶成長装置は、外
気を遮蔽する開閉蓋１を有し、エピタキシャル成長前と
成長後のＧａＡｓのような化合物半導体基板を交換し、
かつ排気ポンプ２により１０−”ｔ。

ｒｒ程度の真空度に排気された基板交換室３と、該基板
交換室３とゲートバルブ４で仕切られ、基板を基板搬送
装置５に設置して結晶成長室６内に搬送する準備をし、
排気ポンプ７によって１０−”ｔｏｒｒの真空度に排気
された基板準備室８と、該基板準備室８とゲートバルブ
９で仕切られた結晶成長室６とよりなる。

この結晶成長室６内には図示しないが基板を設置した基
板設置台を設置して、それを微動させる基板マニピュレ
ータと、エピタキシャル成長用材料が収容され、周囲に
ヒータを設けた複数の分子線源が設置されている。

このような分子線結晶成長装置を用いて基板上に分子線
エピタキシャル結晶を成長する場合について述べる。

まず基板交換室３の開閉蓋１を開いて基板１０を設けた
基板ホルダー１１を、台車１２上に設置し、この台車１
２をチェノ１３上に設置する。

この基板交換室３内は排気ポンプ２により１０−”ｔｏ
ｒｒ程度の真空度に成る迄排気された後、基板ホルダー
１１を設置した台車１２は、チェノ１３により矢印Ａ方
向に移動する。このチェノ１３は、基板交換室３の外部
に設置されている回転導入機によって移動する。

次いでチェノ１３上の台車１２は、ゲートバルブ４を開
いて基板準備室８内のチェノ１４上に設置される。この
基板準備室８では加熱ヒータ１５を用いて、基板準備室
８内が２００°Ｃ程度の温度になる迄加熱され、更に排
気ポンプ７を用いて基板準備室８内が１０−”ｔｏｒｒ
の真空度に成るまで排気され、内部の残留している不要
なガスを排気している。

またこの基板準備室８内を加熱しながら排気する段階で
、結晶成長室６の内部も１０−１゜ｔｏｒｒ程度の真空
度になる迄、イオンポンプ或いは油拡散ポンプ（図示せ
ず）等の排気ポンプを用いて排気されている。

そしてゲートバルブ９を開いて基板準備室８内に搬送さ
れている台車１２上の基板ホルダー１１を、トランスフ
ァーロンド１６を用いて更に結晶成長室６内に導入して
、結晶成長室６内の基板設置台に設置し、結晶成長室６
内に設置されている分子線源より分子線となって放射さ
れる成分を、基板１０上に照射することで基板上に分子
線エピタキシャル結晶を成長していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し、このような従来の分子線結晶成長装置に於ける基
板ホルダー１１、台車１２およびチェノ１３のような基
板搬送装置には、基板交換時に基板に付着している大気
中のガスが付着する恐れがあり、また基板交換時に基板
交換室内に大気が入り込む問題がある。

このように基板搬送装置に付着しているガスが結晶成長
室６内に導入されると、高品位のエビタキシャル層が得
られない問題がある。

また基板搬送装置に於いて基板ホルダー１１や台車１２
等の基板搬送装置どうしが触れ合う部分より、必ず搬送
装置に吸蔵されている不純物ガスが放出され、基板表面
が汚染される問題がある。

そのため基板準備室を加熱することで、基板搬送装置を
ベーキングして基板搬送装置の吸蔵ガスを除去していた
が、このベーキング時間が長いと搬送装置の摩擦係数が
大きくなり搬送装置が円滑に動作しない問題がある。

本発明は上記した問題点を除去し、基板搬送装置を構成
する台車１２とチェ７１３間の摩擦係数が増大しなく、
且つ基板搬送装置を構成する部品どうしが接触する箇所
で吸蔵されているガスが放出された場合、その放出ガス
が速やかに除去されるようにした分子線結晶成長装置の
提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の分子線結晶成長装置
は、エピタキシャル成長前、およびエピタキシャル成長
後の基板を出し入れする基板交換室と、該基板交換室と
ゲートバルブで仕切られ、該基板を結晶成長室に搬送す
るｔ＄備を行う基板準備室とを含む装置に於いて、 前記基板交換室、基板準備室の各室内に水素ガスを導入
する手段と、前記水素ガスを各室内に導入しながら当該
室内を排気する排気手段とを設ける。

〔作用］ 本発明の分子線結晶成長装置によれば、高純度の水素ガ
スの雰囲気によって、基板搬送装置に設置された基板表
面々（保護され、搬送装置の駆動部や、ｉＦ５．搬送室
内の内壁面から放出される吸蔵ガスによる基板の汚染が
防止できる。

また搬送装置の駆動部には水素ガスが存在することによ
り、この水素ガスが潤滑剤としての役目をするため、基
板の搬送を再現性良く安定に行い得ることができる。

また基板交換室、基板準備室内の内壁面からの放出ガス
が、水素ガスをキャリアガスとして迅速に排気されるた
め、基板搬送装置より放出されたガスが再び内壁に吸着
される確率が低くなる。

また基板交換室、基板準備室の内壁面に吸着されている
不純物ガスはＨｚＯ、ｃｏ□或いは炭化水素ガスであり
、このガスが化学的に活性なガスである水素ガスと反応
して、より比重の小さい軽いガスとなって各室より外部
に速やかに排気されやすく成る。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の一実施例につき詳細に
説明する。

第１図は本発明の分子線結晶成長装置の模式図である。

図示するように基板交換室３の底部は、ゲートバルブ２
１を介してターボ分子ポンプ２２に接続され、更にロー
タリーポンプ２３に接続されている。このようにターボ
分子ポンプ２２とロータリーポンプ２３を接続して使用
するのはポンプ内の油が排気すべき基板交換室３内に逆
流する恐れがあるので両者を組み合わせて使用する。

またこの基板交換室３の上部はバルブ２４、マスフロー
メータ２５を介して水素ガスボンベ２６に接続されてい
る。

更に基板交換室３とゲートバルブ２７によって仕切られ
ている基板準備室８の底部にゲートバルブ２８を介して
ターボ分子ポンプ２９が接続され、更にロータリーポン
プ３０が接続されている。

更に基板準備室８の上部はバルブ３１、およびマスフロ
ーメータ２５を介して水素ガスボンベ２６が接続されて
いる。

また基板搬送室８の上部はゲートバルブ３２を介してメ
イン排気ポンプであるイオンポンプ３３が接続されてい
る。

このような分子線結晶成長装置を用いて基板上に化合物
半導体結晶層を分子線エピタキシャル成長する場合につ
いて述べる。

まず前記した第２図に示すように基板交換室３の開閉蓋
１を開いて台車１２上の基板ホルダー１１に基板１０を
設置する。

次いで第１図に示すように、ゲートバルブ２１を開放に
してターボ分子ポンプ２２とロータリーポンプ２３を用
いて基板交換室３内を、１０−　”　ｔｏｒｒの真空度
に成るまで排気した後、バルブ２４を開いてマスフロー
メータ２５を介して水素ガスボンベ２６より基板交換室
２内が１０−３〜１０−　’　ｔｏｒｒの真空度になる
迄水素ガスを導入する。

この状態で基板を設置した基板搬送装置を所定時間、基
板交換室３内に設置する。この間に基板準備室８内もゲ
ートバルブ２８を開いてターボ分子ポンプ２９とロータ
リーポンプ３０を用いて基板準備室８内が１０”３ｔｏ
ｒｒの真空度になるまで、バルブ３１を開いてマスフロ
ーメータ２５を介して水素ガスボンベ２６より水素ガス
を導入する。

次いで基板交換室３と基板準備室８の間のゲートバルブ
２７を開いて基板ホルダーを設置した台車を基板準備室
８内に導入する。

この基ｖｉ搬送室８内では、室内に有るヒータ３４を用
いて基板を約３００〜９００°Ｃの温度で所定時間加熱
して基板の表面に付着している水蒸気を飛ばした後、水
素ガスの導入を一時停止して、該基板搬送室内の真空度
が１０−　ｌ１ｔｏｒｒの真空度になる迄排気した後、
結晶成長室に通じるゲートバルブ３５を開いて基板を成
長室内に導入する。

このようにすれば、基板の表面が水素ガスによって被覆
されるため、台車やチェノ等の基板搬送装置からの放出
ガスによる基板の汚染が防止される。

また水素ガスが基板搬送装置の潤滑剤としての働きをす
るため、基板搬送装置をベーキングしても装置の摩擦係
数が増加することがなく、搬送装置が円滑に動作するの
で、再現性の良い安定した基板の搬送が実施される。

更に水素ガスを基板交換室、および基板準備室に導入し
ながら排気しているので、室内および基板搬送装置に吸
蔵されている不純物ガスが従来より速やかに排気され、
エピタキシャル成長の工程時間が短縮され、装置の稼動
率が向上する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の分子線結晶装置によれば、
基板搬送装置に吸蔵されている残留ガスが容易に除去で
き、またこの水素ガスが基板搬送装置の潤滑剤としての
働きをするため、基板搬送装置の駆動が円滑になり再現
性の良い基板の搬送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分子線結晶成長装置の模式図、第２図
は従来の分子線結晶成長装置の模式図である。 図に於いて、 １は開閉蓋、３は基板交換室、８は基板準備室、２１．
２７．２８，３２．３５はゲートバルブ、２２．２９は
ターボ分子ポンプ、２３．３０はロータリーポンプ、２
４．３１はバルブ、２５はマスフローメータ、２６は水
素ガス手発明ｑｇ’ｌ＝）顕或閏 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エピタキシャル成長前、およびエピタキシャル成長後の
   基板を出し入れする基板交換室（３）と、該基板交換室
   （３）とゲートバルブ（４）で仕切られ、該基板を結晶
   成長室に搬送する準備を行う基板準備室（８）とを含む
   装置に於いて、 前記基板交換室（３）、基板準備室（８）の各室内に水
   素ガスを導入する手段（２４、２５、２６、３１）と、
   前記水素ガスを上記各室（３、８）内に導入しながら当
   該各室内を排気する排気手段（２１、２２、２３、２８
   、２９、３０）とを設けたことを特徴とする分子線結晶
   成長装置。