Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии

Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()ю С 30 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3759328/26 (22) 28.06.84 (46) 15,11.91. Бюл. М 42 (72) А.Г,Денисов, Н.А.Кузнецов, В.М.Ляпин и В.И.Никандров (53) 621.315.692 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 823117, кл. В 25 J 11/00, 1981. (54}(57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ, включающая технологические камеры по обработке подложек и нанесению на них.слоев, шлюзовые камеры для загрузки и выгрузки подложек и вакуумную транспортную систему со средством для продольного перемещения подложек из одной камеры в другую, соединенную с технологическими камерами через шиберные затворы и каналы, и систему вакуумирования, отличающаяся тем, что. с целью повышения уровня автоматизации и снижения металлоемкости конструкции, транспортная система выполнена в виде цилиндра, по окружности которого радиально расположены технологические и шлюзовые камеры,.а средство для перемеИзобретение относится к вакуумной технике и предназначено для создания автоматизированного вакуумного оборудования по производству изделий микроэлектроники.

Целью изобретения является повышение автоматизации. и снижение металлоемкости конструкции.

На фиг. 1 представлена общая схема комплекса установки, вид сверху; на фиг. 2 — разрез. А-А на фиг, 1.

„„5U„„1231920 А1 щения подложек выполнено в виде манипулятора, имеющего возможность поворота в горизонтальной плоскости.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что манипулятор выполнен в виде зубчатореечного захвата, укрепленного на платформе, имеющей два зубчатых колеса. одно из которых жестко соединено с платформой, а другое свободно и кинематически связано с. механизмом продольного перемещения, при этом каждое колесо кинематически связано с вакуумными вводами, выполненными иэ герметичных металлических элементов, снабженных приводами, расположенными снаружи камеры, а средство захвата кинематически связано с вакуумным вводом, снабженным приводом и расположенным по оси цилиндра.

3. Установка по п.1 или 2, о т л и ч а ю ща яс я тем, что система вакуумирования выполнена в виде двух модулей для предварительной откачки шлюзовых камер со сверхвысоковакуумной откачкой технологических камер.

Установка состоит иэ вакуумной транспортной системы 1, шлюзовых камер 2 и 3 для загрузки и выгрузки и технологических сверхвысоковакуумных камер по обработке подложек, например камера 4 для термоионной очистки поверхности полупроводниковых подложек, камеры 5 эпитаксиального роста структуры из молекулярных пучков, камеры 6 нанесения диэлектрических покрытий,соединенныхстранспортнойсисте1231920

20

50 мой радиальными каналами 7 через вакуумные шиберные затворы 8;

Транспортная система устройства выполнена в виде цилиндра 9, по окружности которого радиально расположены технологические камеры и шлюзовые устройства, соединенного со средствами 10 и 11 вакуумирования. Внутри цилиндра размещен манипулятор 12 с двумя степенями подвижности для продольного перемещения подложек и перемещения их в горизонтальной плоскости.

Манипулятор 12 представляет собой зубчатореечный продольный механизм с устройством 13 захвата, закрепленный на платформе 14, вращающейся в опорах 15 относительно бси цилиндра 9. На платформе установлены два зубчатых колеса 16 и 17, первое из которых жестко соединено с платформой, а второе установлено свободно в опорах 18 и вращается относительно нее.

Зубчатое колесо 16 кинематически связано с вакуумным вводом 19 движения для поворота платформы в горизонтальной плоскости, Зубчатое колесо 17 нижним краем венца кинематически связано с вакуумным вводом 20 движения продольного перемещения манипулятора 12, а верхним краем венца кинематически связано с помощью закрепленных на платформе шестеренок 21 и 22 с ползуном 23 манипулятора, Вакуумные вводы 19 и 20 движения представляют собой известные конструкции на основе герметичных металлических сильфонов, Они закреплены герметично на цилиндре 9 и имеют приводы, состоящие из редукторов 24 и 25 и электродвигателей 26 и 27 соответственно, расположенные на .фланце 28 снаружи цилиндра 9.

Управление устройством 13 захвата осуществляется с помощью сильфонного ввода 29 движения, установленного на фланце 30 цилиндров 9 по его оси. На перемещаемом штоке 31 ввода движения закреплен ролик 32, вращающийся в опорах

33 и осуществляющий при своем перемещении относительно роликов 34, закрепленных на платформе 14, воздействие. на тросик 35 устройства захвата.

Шлюзовое устройство для загрузки и выгрузки состоит из камеры 36, механизма

37 шагового перемещения с клапаном 38 и накопительной кассеты 39. Камера 36 имеет боковой патрубок с фланцем 40 для подсоединения к цилиндру 9 манипулятора 12. На верхней части камеры 36 имеется фланец41 с уплотняющим элементом 42 и закрепленными на фланце захватами 43 для подсоединения кассеты 39, а в нижние части камеры закреплен механизм 37 шагового перемещения. Ниже фланца 41 расположен вакуумный ввод 44 движения с приводом 45, а также патрубок 46 для подсоединения к средству 10 вакуумирования или к атмосфере с помощью вентилей 47 и 48 соответственно.

Механизм 37 шагового перемещения состоит из винтовой пары 49, кинематически связанной через шестеренки 50 и 51 с вакуумным вводом 52 движения, выполненным на основе герметичного металлического сильфона и имеющим привод, состоящий из редуктора 53 и электродвигателя 54, располо>кенных,снаружи камеры 36. На винте

55 механизма 37 шагового перемещения установлен клапан 38, обеспечивающий с помощью уплотнительного элемента 56 герметизацию объема камеры 36 при снятии и установке кассеты 39. В верхней части клапана 38 размещено устройство 57 захвата, состоящее из фиксатора 58 и пружины

59, Накопительная кассета 39 состоит из колпака 60, магазина 61 для установки подложкодержателей с подложками 62 и клапана 63, обеспечивающего герметичность кассеты с помощью уплотнительного элемента 64. Клапан 63 верхней частью жестко связан с магазином 61, а в нижней части имеет выступы 65 для соединения с клапаном 38 с помощью фиксатора 58 под действием пружины 59.

Средство 10 вакуумирования выполнено в виде модуля предварительной откачки, который с помощью трубопроводов 66 и 67 и вентилей 68 и 47 соответственно, подключается на период предварительной откачки к.вакуумному объему цилиндра 12 и объему шлюзового загрузочного устройства для откачки "кармана". образуемого между клапанами 38 и. 63 при установке кассеты 39, Средство 11 вакуумирования выполнено в виде второго модуля, который подключен постоянно к цилиндру 12 с помощью трубопровода 69 и вентиля 70. Средства откачки выполнены по известным схемам: модуль предварительной откачки состоит из турбомолекулярного и форвакуумного насосов, а модуль свервысоковакуумной откачки выполнен на базе магниторазрядного или гелиевого насоса с криогенератором.

Вакуумные шиберные затворы 8 имеют злектроприводы 71 для открытия и закрытия уплотнительных клапанов, Технологические вакуумные камеры4,5 и 6 выполнены по единой схеме и отличаются компановкой и составом технологических и аналитических устройств входящих в них.

Каждая камера имеет автономные откачные средства, прецизионные манипуляторы 72 с

1231920

30

55 приводами 73 для поворота подложек 62 внутри камеры относительно технологических и аналитических устройств, перемещения и управления захватом при передаче подложек в камеру и обратно. На приводах всей установки снаружи расположены датчики (не показаны), контролирующие перемещение и взаимодействие механизмов в ручном и автоматическом режимах.

Вакуумные части установки обезгаживаются съемными электрическими печами (не показаны).

Работа устройства включает следующие основные стадии: исходное со"таяние, загрузка и выгрузка накопительных кассет с подложками, перегрузка и транспортирование подложек из одной установки в другую, осуществление технологических операций в сверхвакуумных камерах, передача подложек после полного завершения процесса в кассету для выгрузки.

В исходном состоянии манипулятор 12 находится напротив шлюзового загрузочного устройства 2, фиксатор 58 устройства 57 захвата смещен в крайнее левое положение штоком сильфонного ввода 44 движения, клапан 38 находится в крайнем верхнем положении и поджимает элемент 56 с помощью механизма 37 шагового перемещения, вакуумные шиберные затворы 8 во всех технологических камерах 4, 5 и

6 закрыты.

На устройствах для загрузки и выгрузки устанавливаются накопительные кассеты соответственно с подложками и без них, при этом накопительные кассеты могут быть предварительно вакуумированы на отдельном откачном стенде. Колпак 60 накопительной кассеты устанавливается на фланец камеры 36 и поджимается к нему с помощью захватов 43, осуществляя тем самым герметизацию объема "кармана" между клапанами 38 и 63,. Включается привод 45 и сильфонный ввод движения 44 перемещает свой шток в крайнее правое положение, при этом фиксатор 58 смещается под усилием пружины 59 также в крайнее правое положение, обеспечивая при этом фиксацию положения клапана 63 относительно клапана

38. Вентиль 47 открывается и модуль предварительной откачки по трубопроводу 67 начинает производить откачку объема "кармана" между клапанами 38 и 63. Стадия загруэки накопительной кассеты закончена.

По достижении необходимого вакуума в

"кармане" вентиль 47 перекрывается, включается электродвигатель 54, с помощью ко-орого перемещается клапан 38, а вместе с ним клапан 63 с закрепленным на нем магазином 61 с подложками 62. Дальнейшая откачка вакуумного объема камеры 36 производится сверхвысоковакуумным модулем через цилиндр 9. Механизм 37 шагового перемещения устанавливает магазины 61 на позицию для передачи подложки на манипулятор 1 . Вакуумный ввод 29 движения перемещает шток 31 с закрепленным на нем роликом 32. Последний воздействует на тросик 35 и тем самым осуществляет раскрытие губок устройства 13 захвата. Производится продольное перемещение устройства 13 захвата манипулятора 12 по радиальному каналу 7 в направлении магазина 61 с подложками 62 за счет перемещения ползуна манипулятора.

Перемещение ползуна 23 осуществляется от двигателя 27 через ввод 20 движения, зубчатое колесо 17 и шестеренок 21 и

22.

Линейное перемещение ползуна 23 прекращается при достижении им позиции перегрузки,. после чего осуществляется захват подложки закрытием губок устройства

13 захвата, которое срабатывает от тросика

35 при перемещении ролика 32, установленного на штоке 31 вакуумного ввода 29 движения. Включается электродвигатель линейного перемещения и манипулятор 12 с захваченной подложкой занимает исходное положение внутри цилиндра 9. Стадия перегрузки подложки из накопительной кассеты на манипулятор закончена.

Включается электродвигатель 26. Вакуумный ввод 19 движения, связанный кинематически с жестко закрепленным на платформе 14 зубчатым колесом 16, начинает поворачивать в горизонтальной плоскости ползун 23, установленный на платформе

14. При совмещении ползуна 23 с осью радиального канала 7, соединенного со сверхвысоковакуумной технологической камерой

4 для термоионной очистки поверхности подложек, электропривод 26 останавливается. Включается электропривод 71 вакуумного шиберного затвора 8 для открытия канала 7, после чего производится продольное перемещение манипулятора 12.с подложкой внутрь камеры 4, выполняются операции по передаче подложки с манипулятораа t2 на захватное устройство прецизионного манипулятора 72, после чего манипулятор 12 занимает исходное положение внутри цилиндра 9. Вакуумным шиберным затвором 8 перекрывается канал 7.

Стадия перегрузки подложки в сверхвысоковакуумную технологическую камеру закончена.

Проводятся технологические операции по очистке и контролю поверхности подложки.

1231920

По окончании процесса очистки поверхности подложки открывается вакуумный шиберной затвор 8, производится продоль.ное перемещение манипулятора 12 внутрь камеры 4 с последующим выполнением операций по передаче на него подложки с прециз.ионного манипулятора 72, Затем манипулятор 12 с захваченной подложкой возвращаются в исходное положение внутрь цилиндра: 9, -поворачивается в горизонтальной плоскости на определенный угол, останавливаясь напротив камеры 5 эпитаксиального роста структуры иэ молекулярных пучков, после чего выполняются операции па передаче подложки внутрь этой камеры.

Во время проведения эпитаксиального роста структуры в камере 5 освободившийся манипулятор может. возвратиться к шлюзовому устройству загрузки за другой подложкой и передать ее в камеру 4 очистки поверхности.

После окончания эпитаксиального роста структуры подложка перемещается манипуляторами 12 в камеру 6 нанесения диэлектрических покрытий и дальше в шлюзовую камеру 3 выгрузки. .Таким образом, манипулятор 12 осуществляет перегрузку подложек из одной камеры в другую до тех пор, пока все подложки, последовательно пройдя технологические операции комплекса, не будут перенесены из устфойства загрузки в устройство выгрузки.

После заполнения в камере 3 для выгрузки магазина 61 подложками, он переме5 щается в крайнее верхнее положение механизмом 37.шагового перемещения, при этом производится герметизация вакуумных объемов кассеты 39 и камеры 36 за счет клапанов 63 и 38. Фиксатор 58 перемещает10 ся штоком сильфонного ввода 44 движения в крайнее левое положение, выводя из кинематического зацепления клапаны 38 и 63.

Через вентиль 48 в объем "кармана" напускается газ до атмосферного давления, за

15 счет чего осуществляется прижим клапана

63 к прокладке 64; Раскрывается устройство захвата 43, кассета 39 снимается с загрузочного устройства и направляется для дальнейшей обработки подложек. Стадия

20 выгрузки подложек закончена.

Накопительная кассета может быть снята с устройства выгрузки как полностью заполненная подложками, так и с одной готовой или прошедшей конкретную техно25 логическую операцию.

Накопительная кассета в устройстве загрузки заменяется по мере полного. выбора подложек из магазина 61.

Операции по извлечению свободной

30 кассеты с устройства загрузки аналогичны операциям по извлечению заполненной кассеты с устройства выгрузки.

1231920

1231920

fb

Составитель В.Безбородова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Ф

Редактор В.Трубченко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101,Заказ 4639 Тираж- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5