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JPH0515674B2 - - Google Patents
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JPH0515674B2 - - Google Patents

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JPH0515674B2
JPH0515674B2 JP8791888A JP8791888A JPH0515674B2 JP H0515674 B2 JPH0515674 B2 JP H0515674B2 JP 8791888 A JP8791888 A JP 8791888A JP 8791888 A JP8791888 A JP 8791888A JP H0515674 B2 JPH0515674 B2 JP H0515674B2
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JP
Japan
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substrate
chamber
transport tray
growth chamber
growth
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Haruo Tanaka
Masahito Mushigami
Juji Ishida
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Publication of JPH0515674B2 publication Critical patent/JPH0515674B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、量産型の分子線エピタキシー装置
に関し、基板に対する各成長サイクルごとの成長
室の脱ガス時間を著しく短縮し、あるいは省略す
ることができるように構成されたものに関する。
The present invention relates to a mass-produced molecular beam epitaxy apparatus that is constructed so that the degassing time of a growth chamber for each growth cycle for a substrate can be significantly shortened or omitted.

【従来の技術】[Conventional technology]

−族化合物半導体の製造過程において単結
晶基板上に−族元素をエピタキシヤル成長さ
せる手法として、分子線はエピタキシー法が注目
されている。これは、真空蒸着法の一種であり、
ガリウムGa、アルミニウムAl、インジウムInな
どの族元素、および素As、燐Pなどの族元
素を成長材料として、10-11torrの超高真空の中
でこれらを原子または分子線の形で照射してGa
As、In Pなどの単結晶基板上にGa As、Al Ga
As、In P、In Ga As Pなどの−族化合物
半導体結晶をエピタキシヤル成長させる方法であ
る。 このような分子線エピタキシー法によると、
超高真空中での蒸着であるため、残留ガスからの
不純物の混入が非常に少なく、基板表面を洗浄に
保つことができる、大面積にわたり、均一でか
つ原子レベルで平坦な膜を得ることができる、
蒸着速度を非常に遅くでき、しかも正確に制御で
きるため、膜厚を数Åという単原子層のオーダで
高精度に制御することができる、多成分系の混
晶薄膜も蒸発源を増やすだけで容易に得られる、
結晶成長中に成長層表面、あるいは分子線から
成長条件についてのさまざま情報を得ることがで
き、それを直ちに成長制御にフイードバツクする
ことができる、などの利点を享受することができ
る。 まず、従来の分子線エピタキシー装置およびこ
れによる結晶成長の手法の概要につき、説明す
る。 第13図は分子線エピタキシー装置の中心装置
である成長室2を示し、これは、超高真空ポンプ
1につなげられている。そしてその中央には、成
長室の軸線回りに回転制御可能な基板支持具3が
配置されており、この基板支持具3には、図示し
ない基板トランスフア装置によつて基板ホルダ
(図示略)上に載せて成長室に運び込まれた複数
個の基板Bがマニピユレータ等によつて装着され
る。なお、基板支持具3が回転制御しうるように
するのは、基板上の結晶成長を一様なものとする
ためである。また、この基板支持具3に支持され
る基板を所望の温度に昇温させるためのヒータ
(図示略)が付設されている。上記基板支持具3
に装着された基板Bの成長面と対向する成長室の
一側には、各軸線a,b…が上記基板支持具3の
中央にむかつて集中するようにそれぞれ成長室の
軸線lに対して傾斜させられた蒸発源5a,5b
…が成長室2の軸線lを中心とする環状に、かつ
基板支持具に装着された基板Bの中心からの距離
がほぼ等しくなるように配置されている。各蒸発
源5a,5b…は、上記基板Bの中央に向けて開
口するルツボ4…に各成長材料を充填して構成さ
れ、図示しない温度センサによる検出温度に基づ
いて制御されるヒータにより、所望の温度に昇温
されるようになつている。また、各蒸発源5a,
5b…は、互いに他の蒸発源による熱影響や汚染
の影響を受けないように、液体窒素シユラウド6
で囲まれている。結晶成長の開始および停止は、
各ルツボ4の開口に配置されたシヤツタ7を開閉
することにより行われる。 たとえば、Ga As単結晶基板上にGa As層を
成長させるには、Gaが充填された蒸発源および
Asが充填された蒸発源を所定の温度に加熱する
とともに、基板の温度を適当な温度に設定しつ
つ、上記の各蒸発源のシヤツタ7を所定時間開状
態とするように制御する。なお、このとき、Al
を一緒に蒸発させるとGaxAl1-x層が成長する。
このときのGaとAlの蒸発量の比を制御すれば、
組成xが制御できる。また成長層をn形にするに
は、Si、Snなどを同時に蒸発させ、p形にする
には、Be、Mgなどを同時に成長させる。
Molecular beam epitaxy is attracting attention as a method for epitaxially growing - group elements on a single crystal substrate in the process of manufacturing - group compound semiconductors. This is a type of vacuum evaporation method,
Group elements such as gallium Ga, aluminum Al, and indium In, as well as group elements such as elemental As and phosphorus P, are used as growth materials and are irradiated in the form of atomic or molecular beams in an ultra-high vacuum of 10 -11 torr. Ga
Ga As, Al Ga on single crystal substrates such as As and In P
This is a method of epitaxially growing - group compound semiconductor crystals such as As, InP, and InGaAsP. According to this molecular beam epitaxy method,
Because the deposition is performed in an ultra-high vacuum, there is very little contamination of impurities from residual gas, and it is possible to obtain a uniform and flat film at the atomic level over a large area, keeping the substrate surface clean. can,
Because the deposition rate can be extremely slow and precisely controlled, multi-component mixed crystal thin films can be created by simply increasing the number of evaporation sources. easily obtained,
It is possible to obtain various information about the growth conditions from the surface of the growth layer or from the molecular beam during crystal growth, and to enjoy the advantages that this information can be immediately fed back to growth control. First, an overview of a conventional molecular beam epitaxy apparatus and a crystal growth method using the apparatus will be explained. FIG. 13 shows a growth chamber 2, which is the central device of the molecular beam epitaxy apparatus, and is connected to an ultra-high vacuum pump 1. In the center of the growth chamber, a substrate support 3 whose rotation can be controlled around the axis of the growth chamber is arranged. A plurality of substrates B placed on the substrate and carried into the growth chamber are mounted by a manipulator or the like. The reason why the substrate support 3 can be controlled in rotation is to make the crystal growth on the substrate uniform. Further, a heater (not shown) is provided to raise the temperature of the substrate supported by the substrate support 3 to a desired temperature. The above board support tool 3
On one side of the growth chamber opposite to the growth surface of the substrate B mounted on the substrate support 3, the axes a, b... Tilted evaporation sources 5a, 5b
... are arranged in an annular shape centered on the axis l of the growth chamber 2, and so that the distances from the center of the substrate B mounted on the substrate support are approximately equal. Each evaporation source 5a, 5b... is constructed by filling a crucible 4... opening toward the center of the substrate B with each growth material. The temperature is now being raised to . In addition, each evaporation source 5a,
5b... are placed in a liquid nitrogen shroud 6 so that they are not affected by heat or contamination from other evaporation sources.
surrounded by The start and stop of crystal growth is
This is performed by opening and closing shutters 7 placed at the openings of each crucible 4. For example, to grow a GaAs layer on a GaAs single crystal substrate, a Ga-filled evaporation source and
The evaporation source filled with As is heated to a predetermined temperature, the temperature of the substrate is set to an appropriate temperature, and the shutters 7 of each of the evaporation sources are controlled to be open for a predetermined period of time. Note that at this time, Al
When evaporated together, a Ga x Al 1-x layer grows.
If the ratio of the evaporation amount of Ga and Al at this time is controlled,
The composition x can be controlled. Also, to make the growth layer n-type, Si, Sn, etc. are evaporated at the same time, and to make it p-type, Be, Mg, etc. are grown simultaneously.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

ところで、これまで主として実験室あるいは研
究室内での使用に供されてきた上記分子線エピタ
キシー装置を、化合物半導体用の量産型とするこ
とが考慮されているが、そのためには、成長室へ
の基板の搬入、搬出を自動化する必要がある。そ
して、基板の搬入、搬出の手法として、第14図
に概略構成を示すように、成長室2に対して真空
隔離しうる第一のゲートバルブ8によつて成長室
2につなげられ、かつ外部に対して真空隔離しう
る第二のゲートバルブ9を備える搬送室ないし基
板準備室10を設け、外部大気中で基板ホルダH
に複数個の基板を保持させ、この基板ホルダH
を、上記第一のゲートバルブ8を閉じて成長室内
を超高真空に維持したま第二のゲートバルブ9を
開いて基板準備室10に搬入し、第二のゲートバ
ルブ9を閉じて基板準備室10を成長室2と同程
度の真空度まで排気した後、第一のゲートバルブ
8を開いて成長室内に搬入し、そして第一のゲー
トバルブ8を閉じるといつた手法が考えられてい
る。このようにすると、成長室を基板交換時に毎
回昇圧および減圧する必要がなく、連続した運転
ができる。なお、成長室から結晶成長済みの基板
を搬出するには、基板は、上述と全く逆の手順に
よつて搬出される。 しかしながら、上述のように成長室への基板搬
入手法を採用したとしても、なお、次の問題が残
る。 すなわち、複数の基板を載せるための上記基板
ホルダHは、強度、高温での安定性、耐蝕性が優
れていることから、モリブデンあるいはモリブデ
ン合金などでできたモリブデンブロツクが採用さ
れるとはいえ、大気中から超高真空を必要とする
成長室までを移動し、かつ成長室、成長室内に留
まるため、この基板ホルダHの表面に付着した水
分、空気あるいはその他の汚染源を成長室での成
長開始までに完全に脱ガスできる補償はなく、ま
た、脱ガスによつてこれらの汚染源を取り除くと
しても安全をみて非常に長い時間を必要とするの
である。 この発明は、上述の事情のもとで考え出された
ものであつて、成長室へ基板を載せて搬入される
基板ホルダの脱ガスを容易とし、基板ホルダによ
る成長室の汚染を最少限に制御することができ、
効率的な連続運転を可能とした分子線エピタキシ
ー装置を提供することをその目的とする。
By the way, it is being considered that the above-mentioned molecular beam epitaxy equipment, which has been mainly used in laboratories or laboratories, will be mass-produced for compound semiconductors. It is necessary to automate the loading and unloading of materials. As a method for loading and unloading the substrate, as shown in the schematic configuration in FIG. A transfer chamber or substrate preparation chamber 10 equipped with a second gate valve 9 that can be vacuum isolated from the substrate holder H in the external atmosphere is provided.
This substrate holder H holds a plurality of substrates.
The first gate valve 8 is closed to maintain an ultra-high vacuum inside the growth chamber, and the second gate valve 9 is opened to transport the substrate into the substrate preparation chamber 10, and the second gate valve 9 is closed to prepare the substrate. A method has been considered in which the chamber 10 is evacuated to the same degree of vacuum as the growth chamber 2, the first gate valve 8 is opened, the material is carried into the growth chamber, and the first gate valve 8 is closed. . In this way, there is no need to increase or decrease the pressure in the growth chamber each time the substrate is replaced, and continuous operation is possible. Note that, in order to carry out the crystal-grown substrate from the growth chamber, the substrate is carried out in a completely reverse procedure to that described above. However, even if the method for carrying the substrate into the growth chamber as described above is adopted, the following problem still remains. That is, although a molybdenum block made of molybdenum or a molybdenum alloy is used as the substrate holder H for mounting a plurality of substrates because of its excellent strength, stability at high temperatures, and corrosion resistance, Since the substrate holder H moves from the atmosphere to a growth chamber that requires an ultra-high vacuum and remains within the growth chamber, moisture, air, or other contaminants attached to the surface of this substrate holder H are removed from the growth chamber. There is no guarantee that the gas can be completely degassed, and even if these sources of contamination were to be removed by degassing, it would take a very long time to ensure safety. This invention was devised under the above-mentioned circumstances, and facilitates degassing of a substrate holder loaded with a substrate and carried into a growth chamber, thereby minimizing contamination of the growth chamber by the substrate holder. can be controlled,
The purpose of the present invention is to provide a molecular beam epitaxy device that enables efficient continuous operation.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

上記の従来の課題を解決するため、この発明で
は、次の技術的手段を講じている。 すなわち、本願発明の分子線エピタキシー装置
は、超高真空減圧が可能であり、かつ基板ホルダ
に保持された基板を支持するための基板支持具を
有する成長室と、この成長室に対して第一ゲート
バルブを介して連結され、かつ真空減圧が可能な
基板準備室と、この基板準備室に対して第二ゲー
トバルブを介して連結され、真空減圧可能であつ
て基板装填口をもつ基板装填室とを備えており、 上記基板装填室には、その内部の基板受け取り
位置から開状態の上記第二ゲートバルブを通つて
上記基板準備室内の基板移載位置までを往復移動
可能であり、かつ基板を載置保持する第一搬送ト
レイが設けられており、 上記基板準備室には、基板を保持する基板ホル
ダを載置して基板移載位置から開状態の上記第一
ゲートバルブを通つて上記成長室の基板支持具ま
でを往復移動可能な第二搬送トレイ、および、基
板移載位置にある第一搬送トレイと、同じく基板
移載位置にある第二搬送トレイ上の基板ホルダと
の間の基板の受け渡しを行う基板移載機構を備え
ており、 上記成長室の基板支持具は、成長室内まで移動
した上記第二搬送トレイとの間の基板ホルダの受
け渡しを行なえるように構成されていることを特
徴とする。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention takes the following technical measures. That is, the molecular beam epitaxy apparatus of the present invention includes a growth chamber that is capable of ultra-high vacuum depressurization and has a substrate support for supporting a substrate held by a substrate holder, and a first A substrate preparation chamber connected via a gate valve and capable of vacuum reduction; and a substrate loading chamber connected to the substrate preparation chamber via a second gate valve, capable of vacuum reduction and having a substrate loading port. The substrate loading chamber is reciprocally movable from a substrate receiving position therein to a substrate transfer position in the substrate preparation chamber through the second gate valve in an open state; A first transfer tray for placing and holding a substrate is provided in the substrate preparation chamber, and a substrate holder for holding a substrate is placed in the substrate preparation chamber, and the substrate is transferred from the substrate transfer position through the first gate valve in an open state. A second transport tray that can be moved back and forth to the substrate support in the growth chamber, and a substrate holder on the first transport tray that is at the substrate transfer position and the second transport tray that is also at the substrate transfer position. A substrate transfer mechanism is provided for transferring the substrate, and the substrate support in the growth chamber is configured to transfer the substrate holder to and from the second transport tray that has been moved into the growth chamber. It is characterized by

【作用】[Effect]

成長室への基板の搬入は、基板装填室で第一搬
送トレイ上に装填された基板が基板準備室内で待
つ第二搬送トレイ上の基板ホルダ上に移載され、
こうして基板が移載された基板ホルダを載せる第
二搬送トレイが成長室内に入ることにより行われ
る。基板装填室は、装填位置にある第一搬送トレ
イに基板が装填された後、減圧される。そして第
二ゲートバルブが開状態となつて第一搬送トレイ
が基板準備室の基板移載位置まで移動する。この
時点で基板移載機構が第二搬送トレイ上の基板ホ
ルダに上記第一搬送トレイ上の基板を移載する。
この移載が終了すると第一搬送トレイは基板装填
室に退避し、第二ゲートバルブが閉じられる。そ
して、基板準備室がさらに減圧されると、第一ゲ
ートバルブが開かれ、成長室と基板準備室とが連
通させられる。第二搬送トレイは、第一ゲートバ
ルブを通つて基板ホルダを成長室内に搬送し、そ
して基板ホルダは、成長室内の基板支持具に装着
される。次にこの第二搬送トレイは基板準備室に
退避し、第一ゲートバルブが閉じられ、ここで外
部と完全に隔離された成長室内において、所定の
前準備ののち基板に対する結晶成長が開始され
る。結晶成長終了後の基板は、上記と逆の手順に
よつて、基板装填室から搬出される。
To carry the substrate into the growth chamber, the substrate loaded on the first transport tray in the substrate loading chamber is transferred onto the substrate holder on the second transport tray waiting in the substrate preparation chamber.
The second transfer tray on which the substrate holder with the substrate transferred in this manner is placed enters the growth chamber. The substrate loading chamber is depressurized after the substrates are loaded onto the first transport tray at the loading position. Then, the second gate valve is opened and the first transfer tray moves to the substrate transfer position in the substrate preparation chamber. At this point, the substrate transfer mechanism transfers the substrate on the first transfer tray to the substrate holder on the second transfer tray.
When this transfer is completed, the first transfer tray is retreated to the substrate loading chamber, and the second gate valve is closed. Then, when the pressure in the substrate preparation chamber is further reduced, the first gate valve is opened and the growth chamber and the substrate preparation chamber are brought into communication. The second transport tray transports the substrate holder into the growth chamber through the first gate valve, and the substrate holder is attached to a substrate support within the growth chamber. Next, this second transport tray is evacuated to the substrate preparation chamber, the first gate valve is closed, and crystal growth on the substrate is started after predetermined preparations in the growth chamber, which is completely isolated from the outside. . The substrate after crystal growth is carried out from the substrate loading chamber by the reverse procedure to the above.

【発明の効果】【Effect of the invention】

上記のように、本願発明の分子線エピタキシー
装置においては、基板以外にこれに伴なつて大気
中から成長室まで入り込む部材は存在しない。た
とえば、基板を保持して成長室内に装着される基
板ホルダは、基板準備室と成長室との間を減圧下
で移動するだけである。また、基板搬送過程にお
いて大気に触れる第一搬送トレイは、基板装填室
から基板準備室との間を移動するだけで、成長室
までは入らない。しかもこの移動は、減圧下で行
われる。 したがつて、外部汚染源による成長室の汚染を
非常に少なくすることができ、また、成長室での
脱ガスが容易、かつ単時間ですみ、装置により効
率的な運転が可能となる。
As described above, in the molecular beam epitaxy apparatus of the present invention, there is no member other than the substrate that enters the growth chamber from the atmosphere. For example, a substrate holder that holds a substrate and is mounted within the growth chamber is simply moved between the substrate preparation chamber and the growth chamber under reduced pressure. Furthermore, the first transport tray, which comes into contact with the atmosphere during the substrate transport process, only moves between the substrate loading chamber and the substrate preparation chamber, and does not enter the growth chamber. Moreover, this movement is performed under reduced pressure. Therefore, contamination of the growth chamber by external contamination sources can be greatly reduced, and degassing in the growth chamber is easy and takes only a short time, allowing more efficient operation of the apparatus.

【実施例の説明】[Explanation of Examples]

以下、本願発明の実施例を第1図ないし第12
図を参照して具体的に説明する。なお、これらの
図において従来例と同等の部材あるいは部品には
同一の符号を付してある。 第1図は平面的に示すように、本願発明の分子
線エピタキシー装置は、基板Bに対する結晶成長
を行う成長室2と、この成長室2に対して第一ゲ
ートバルブ8を介して連結される基板準備室10
と、この基板準備室10に対して第二ゲートバル
ブ9を介して連結される基板装填室11とを有す
る。以下、これらを詳説する。 第2図は成長室2の縦断面を示す。本例の成長
室2の基本的構成は第13図の従来例と同様であ
る。この成長室2は、全体として縦形の円筒形を
しており、天井板12に貫通支持された支軸19
には、第1図における成長室2に仮想線で示すよ
うに一定間隔を隔てて対向する内向フランジ状の
基板ホルダ載置部13,13を有するケージ状の
基板支持具3が取付けられている。第2図に戻つ
て、この基板支持具3の上部にはボス部14が形
成されており、このボス部14が上記支軸19の
下端に回転可能に嵌合している。この基板支持具
3は、ボス部14に固定されたギヤ15に外部モ
ータ16の出力軸のピニオン17を噛合させるこ
とにより、回転制御されるようになつており、か
つ、天井板12の上部に設けたアクチユエータ1
8によつて上記支軸19を進退させることによ
り、一定距離上下に移動させられるようになつて
いる。これは、後記する基板準備室10から成長
室2内に挿入された第二搬送トレイ24から基板
Bを載せた基板ホルダHを受け渡しするためであ
り、これについては後述する。なお、支軸19の
先端には、基板支持具3に支持される基板ホルダ
Hないし基板Bの背後に位置するヒータ20が設
けられており、これによつて基板Bを所望の温度
に加熱しうる。なお、成長室2の側壁内周は液体
窒素シユラウド21で囲まれており、脱ガス時で
の不純物を吸着して超高真空を維持するようにし
てある。また、図示しない超高真空ポンプがこの
成長室につながれており、これによつて成長室2
を超高真空まで減圧しうる。 成長室2の底部は、中央が最も窪んだ略すりば
ち状をしており、この部にはいくつかの蒸発源5
a,5b,5c…が、その軸線a,b,c…が上
記基板支持具3に保持される基板ホルダHの中心
を向くように配置されている。本例では、ヒ素
AsなどのV族元素を成長材料とする蒸発源5a
を、上記基板ホルダHに対して正面対向するよう
に、すなわち、この蒸発源5aを成長室2の鉛直
中心線と一致するように配置するとともに、その
他の蒸発源5b,5cを、上記V族蒸発源5aの
軸線aを中心とする環状に配置してある。第2図
においては図の煩雑化を避けるため、V族蒸発源
5aを挟んで対向する二つの蒸発源5b,5cの
みを示してあるが、実際には、大小5〜7個の蒸
発源が、各軸線が基板支持具3の中心を向くよう
にして環状に配置されている。 上記各蒸発源5a,5b,5cは、成長室2の
底壁に上端に固定された有底円筒状の容器内に、
各成長材料が充填されたルツボ4…をそれぞれ装
填して構成される。そして、各蒸発源5a,5
b,5cのルツボ4…は、これが収容される容器
に配設した図に表れないヒータによつて所望の温
度に加熱されるようになつている。また、各ルツ
ボ4を囲む容器には、液体窒素シユラウド6…が
一体構成されており、各蒸発源5a,5b,5c
…が互いに熱影響や汚染の影響を受けないように
してある。 成長室2を超高真空状態とし、基板Bおよび各
蒸発源5a,5b,5c…を所定の温度まで昇温
させると、蒸発源5a,5b,5c…内の成長材
料が原子あるいは分子線の形で基板表面にあた
り、基板B上に結晶が成長するのであるが、この
成長の開始および停止は、各蒸発源5b,5c…
の開口をシヤツタ7で開閉することにより行われ
る。このシヤツタ7は、成長室の内壁において外
部からそれぞれ回転制御可能に挿入された軸7a
の先端に、閉位置において各蒸発源5b,5cの
開口を覆いうるシヤツタ板7bを固定して構成さ
れている。 さて、上記基板ホルダHは、第4図および第5
図に詳示するように、モリブデンあるいはモリブ
デン合金でできた薄板円板に7枚の円板状基板B
を下向きにはめ込み保持させることができる7個
の保持孔22を規則的に開けた形態をもつてい
る。なお、各保持孔22に3個所設けられている
切り欠き22aは、後記する移載機構28の爪2
8bが逃がすためのものである。基板Bは、基板
装填室11において第一搬送トレイ23に載せら
れ、基板準備室10において上記基板ホルダHに
保持され、そしてこの基板ホルダHに載つた恰好
で第二搬送トレイ24によつて成長室2に搬入さ
れる。 前にも説明したように、上述の成長室2には、
第一ゲートバルブ8を介して基板準備室10が連
結され、さらにこの基板準備室10には、第二ゲ
ートバルブ9を介して基板装填室11が連結され
る。基板準備室10は、ほぼ成長室2の側壁にお
ける上記基板支持具3の高さと対応する位置に水
平状に連結された筒形をしており、基板装填室1
1は、上記筒形の基板準備室10に対して直交
し、水平方向に延びるように連結された筒形をし
ている。 基板装填室11に配置される第一搬送トレイ2
3の詳細を第6図に平面的に示す。この第一搬送
トレイ2は、その基部を外部アクチユエータ(図
示略)によつて基板装填室11の軸線方向に進退
する支持棒25に連結されており、基板ホルダH
における各保持孔22と対応した配置の基板収容
孔26をもつとともに、支持棒25の進退方向に
並ぶ三列の収容孔26…は、支持棒25の進出方
向に開放される所定幅の逃げ溝27…によつてつ
なげられている。この逃げ溝27は、基板準備室
10に配設される移載機構28のポスト28aを
逃げるためのものであつて、これについては後述
する。また、各収納孔26…には、それぞれ等間
隔に3箇所の切り欠き26a…が形成されている
が、これは、上記移載機構28の爪28bを逃げ
るためのものであり、これについても後述する。 上記第一搬送トレイ23は、第1図に実線で示
す基板受け取り位置から第1図に仮想線で示す基
板移載位置までの間を往復移動可能である。基板
移載位置は、平面的には基板準備室10内で移動
する第二搬送トレイ24の基板移載位置と一致し
ており、基板準備室10の軸線と基板装填室11
の軸線の平面視での交点上に位置する。第3図に
表れているように、基板受け取り位置にある第一
搬送トレイ23と対応する基板装填室11の上面
には、気密封鎖可能な基板装填口29が設けられ
ており、これから、第一搬送トレイ23の各収容
孔26に基板Bが成長面を下向きにしてはめ込み
装填される。また、第3図において符号30は排
気口を示し、これによりこの基板装填室11は真
空減圧可能である。 基板準備室10に配設される第二搬送トレイ2
4の詳細を第7図および第8図に示す。このトレ
イ24は、基板準備室10の一端に配設されたス
ライド装置31(第1図および第9図参照。)に
よつて基板準備室10の軸方向に往復スライドさ
せられるスライドロツド32の先端に取付けられ
ており、円板の対向周部を上記スライドロツド3
2のスライド方向と平行な弦状に削除したような
形状をもつており、第6図と比較すると明らかな
ように、上記第一搬送トレイ23の収容孔26と
重なるように配置された7個の透孔33が開けら
れている。また、スライド装置31の軸線方向に
対向する弧状の周縁部には、基板ホルダHの外周
を嵌合保持する立壁34が形成されている。そう
して、この第二搬送トレイ24が移載位置にある
ときは、原則として基板ホルダHを嵌合保持して
いる。なお、この第二搬送トレイ24の対向周部
を上記のように弦状に削除したのは、成長室2内
の基板支持具3において対向配置構成された一対
の基板ホルダ載置部13,13間にこの第二搬送
トレイ24が進入できるようにするためである。
上記透孔33は、移載機構28のポスト28aを
収容するためのものであり、各透孔33に3個所
設けられている切り欠き33aは、基板ホルダH
および第一搬送トレイ23の保持孔22および収
容孔26のそれと同様に、移載機構28の爪28
bを逃がすためのものである。なお、この第二搬
送トレイ24は、上記移載位置から、第一ゲート
バルブ8を通つ成長室2の内部までの間を往復移
動可能としてある。 基板準備室10における上記第一搬送トレイ2
3および第二搬送トレイ24の各基板移載位置の
下方には、第二搬送トレイ24上の基板ホルダH
と、第一搬送トレイ23との間に基板Bを受け渡
すための基板移載機構28が配設される。この基
板移載機構28は、第3図に示すように、基板準
備室10の底壁から室内へ上下方向にスライド制
御可能に延入された支軸35の上端に円形のベー
ス板36を取付け、このベース板36の上面に、
基板移載位置にある第一搬送トレイ23、これに
支持される基板ホルダHおよび第二搬送トレイ2
4の各保持孔22ないし透孔33と対応して配置
される7本のポスト28aを立設し、さらに第1
1図に詳示するように、各ポスト28aの上端に
基板Bの周囲3個所を引つ掛けてこれを保持でき
る3本の爪28bを設けて構成されている。前に
も述べたように、第一搬送トレイ23、第二搬送
トレイ24、および基板ホルダHの各保持孔22
ないし透孔33の周縁に形成される切り欠きは、
上記の各ポスト28aの上端の爪28bの平面的
な配置と対応している。したがつて、第一搬送ト
レイ23、第二搬送トレイ24、および基板ホル
ダHが平面視で重なつているとき、各ポスト28
aの爪28bは上記の各切り欠きを上下方向に通
りうる。 第3図に示すように、基板移載位置にある第一
搬送トレイ23および第二搬送トレイ24の上下
位置関係は、第一搬送トレイ23が第二搬送トレ
イ24の上方となる。また、通常状態における上
記移載機構28は、第3図に仮想線で示すよう
に、各爪28bが第二搬送トレイ24より下方に
没下するように下動している。そうして、この移
載機構28は、上記没下位置と、各爪28bが第
一搬送トレイ23より上方に突出する基板持ち上
げ位置との間を上下移動制御できるようになつて
いる。 上記移載機構28による第一搬送トレイ23か
ら第二搬送トレイ24上の基板ホルダHへ基板B
の移載は次のようにして行われる。 基板移載機構28が没下位置にある状態におい
て、基板Bを保持する第一搬送トレイ23および
基板ホルダHを保持する第二搬送トレイ24がそ
れぞれ移載位置をとり、そうして、移載機構28
の爪28bが上動して各基板Bの周囲を引つ掛
け、第3図に表れているように、これを第一搬送
トレイ23からさらに上方に持ち上げる。次に、
第一搬送トレイ23が退動して基板装填室11の
基板受け取り位置まで戻る。前にも説明したよう
に、第一搬送トレイ23の移動方向に並ぶ3列の
収容孔26はポスト28aを逃げる逃げ溝27に
よつてつながれているため、移載装置28が上動
していても問題なく第一搬送トレイ23が退避動
しうるのである。 次に移載機構28の爪28bが下げられ、そう
すると、爪28bによつて引つ掛けられていた各
基板Bは、第二搬送トレイ24上の基板ホルダH
の各保持孔22に嵌まり込んで保持される。 また、上記とは逆に、第二搬送トレイ24上の
基板ホルダHに保持された結晶成長済みの基板B
を第一搬送トレイ23に移載するには、上記とは
逆の手順をふむ。すなわち、結晶成長済みの基板
Bを保持した基板ホルダHを載せる第二搬送トレ
イ24が移載位置までくると、基板移載機構28
の爪28bが第一搬送トレイ23の移動軌跡より
上の持ち上げ位置まで持ち上げて第一搬送トレイ
23の移載位置への到着をまつ。そうして、第一
搬送トレイ23が移載位置までくると、基板移載
機構28は下動し、このとき爪28bによつて持
ち上げられていた各基板Bは第一搬送トレイ23
の収容孔26に保持される。 さて、基板準備室11内において上記のように
して第一搬送トレイ23から成長前の基板Bを受
け取つた基板ホルダHは、第二搬送トレイ24に
載せられて成長室2内に搬入されるのであるが、
本実施例における基板準備室11における上記第
二トレイ24の基板移載位置から成長室2までの
間に、基板Bをあわらかじめ加熱して予備的に脱
ガスを行うとともに基板Bあるいは基板ホルダH
のストツク機能をもつ予備加熱装置37が設けら
れる。 この予備加熱装置37は、第10図および第1
2図に示すように、基板ホルダHの周縁部を引つ
掛けてこれを支持することができる棚38を上下
方向等間隔に複数個有するストツカ39を上下方
向に移動制御可能に基板準備室11内に配置して
構成される。上記ストツカ39の上下軸線は、基
板準備室11の軸線、すなわち、第二搬送トレイ
24の移動軌跡と交差するようになされ、かつ、
上記各棚38の間隔は、その間を基板ホルダHを
載せた第二搬送トレイ24が通過しうるように定
められる。ただし、各棚38は、基板ホルダHに
対しては垂直方向に干渉するが、第二搬送トレイ
24に対しては垂直方向に干渉しないように形づ
くられている。 ストツカ39の棚38に基板ホルダHを載せる
には、載せるべき棚38が第二搬送トレイ24の
移動軌跡よりやや下となるようにストツカ39を
位置させ、この棚38と、この棚の一つ上の棚と
の間のすきまに基板ホルダHを載せた第二搬送ト
レイ24を導入し、そして、ストツカ39を上動
させる。逆に、ストツカ39のいずれかの棚38
に載せられた基板ホルダHを第二搬送トレイ24
上に載せるには、当該棚38が第二搬送トレイ2
4の移動軌跡よりやや上となるようにストツカ3
9を位置させ、この棚38と、これの一つの下の
棚との間のすきまに第二搬送トレイ24を導入し
てストツカ39を下動させる。 なお、第10図において符号40は、ストツカ
39に蓄えられた基板Bを予備加熱すするための
ヒータである。また、第1図において符号41
は、排気口を示し、これにより基板準備室10は
高真空まで減圧可能である。 第二搬送トレイ24に載せられた基板ホルダH
は、成長室2内に導入され、次のようにして基板
支持具3に保持される。 前にも説明したように、第2図において、成長
室2内での基板保持具3は上下移動制御可能であ
り、より具体的には、基板ホルダ載置部13,1
3が成長室内での第二搬送トレイ24の移動軌跡
よりやや下の位置とやや上の位置との間を上下に
往復移動制御できるようになつている。また、こ
の基板支持具3は、支軸19回りに回転可能であ
るが、第二搬送トレイ24が導入され、これに載
置された基板ホルダHを受け取る時には、対向す
る各基板ホルダ載置部13,13が第二搬送トレ
イ24の移動軸に対して平行となるようにその回
転位置が決められる。この状態において、各基板
ホルダ載置部13,13は、第二搬送トレイ24
上の基板ホルダHには上下方向に干渉するが、第
二搬送トレイそれ自体24には上下方向に干渉し
ない。 基板支持具3は、その各基板ホルダ載置部1
3,13が第二搬送トレイ24の移動方向線を挟
んで対向するように回転位置が決められながら、
下動位置をとつて第二搬送トレイ24の導入を待
つ。そして第二搬送トレイ24が導入されると、
基板支持具3が上動し、その基板ホルダ載置部1
3,13が基板ホルダHの周縁を引つ掛けてこれ
を持ち上げる。基板ホルダHの移載を終えた第二
搬送トレイ24は基板準備室11へ退動する。 次に、本願発明装置の全体の作動を説明する。 まず、成長前の基板Bの成長室2への搬入手順
の一例について、説明する。 この段階において、成長室2は、結晶成長に備
えて超高真空となつており、基板準備室10もま
た高真空状態となつている。成長室2と基板準備
室10とを隔離する第一ゲートバルブ8と基板準
備室10と基板装填室11とを隔離する第二ゲー
トバルブ9とは、ともに閉状態となつている。基
板装填室11において、第一搬送トレイ23は、
基板受け取り位置にあり、基板B、基板装填口2
9から第一搬送トレイ23の各収容孔26にはめ
込み支持される。次に上記基板装填口29が閉じ
られ、この基板装填室11が減圧されて基板準備
室10と同程度の真空度とされる。 次に、第二ゲートバルブ9が開かれて基板準備
室10と基板装填室11とが連通させられ、第一
搬送トレイ23が第二ゲートバルブ9を通つて基
板準備室10の移載移載位置まで進出する。基板
準備室10では、予備加熱装置37のストツカ3
9の棚38から空の基板ホルダHを載せてきた第
二搬送トレイ24が基板移載位置で待つている。
そうして、基板移載機構28が上述のように作動
して第一搬送トレイ23上の基板Bが第二搬送ト
レイ24上の基板ホルダHの保持孔22に移載保
持される。第一搬送トレイ23は退動して基板装
填室11内の基板受け取り位置に戻り、第二ゲー
トバルブ9が閉じられる。このとき基板装填室1
1では、引き続いて第一搬送トレイ23への基板
装填が行われる。 基板準備室10では、基板Bを保持した基板ホ
ルダHが上述のようにして移載させられた第二搬
送トレイ24が予備加熱装置37まで進出し、基
板ホルダがストツカ39の所定の棚38に上述の
ようにして載せられる。こうして、予備加熱装置
37の棚38上にあつたすべての空の基板ホルダ
Hは、第二搬送トレイ24に載せられて基板移載
位置まで運ばれた上で第一搬送トレイ23から基
板Bの移載を受け、再びストツカ39の棚38上
に保持される。ストツカ39内の各基板ホルダH
およびこれが保持する基板Bは、ヒータ40によ
つて加熱され、脱ガスされる。 次に、第一ゲートバルブ8が開けられて成長室
2および基板準備室10が連通させられ、予備加
熱装置37から一つの基板ホルダHを受けとつた
第二搬送トレイ24は、第一ゲートバルブ8から
成長室2内に進出し、前述のようにして成長室2
内の基板支持具3に移載される。移載後は、第二
搬送トレイ24は基板準備室10内に戻り、第一
ゲートバルブ8が閉じられる。 成長室2内では、所定時間の脱ガス後、基板ホ
ルダHに保持された各基板Bの成長面に対し、分
子線エピタキシー法による結晶成長が所定のよう
に行われる。 次に、成長室2から結晶成長済みの基板Bの搬
出の手順の一例について説明する。 基板準備室10が高真空状態とされた上で第一
ゲートバルブ8が開かれる。成長室2内で上動状
態にある基板支持具3の基板ホルダ載置部13,
13は第二搬送トレイ24の移動軸線方向と対向
するようにその回転位置が制御され、この基板ホ
ルダ載置部13,13の間に第二搬送トレイ24
が進出する。そして、基板ホルダ載置部13,1
3が下動すると、基板ホルダHは、第二搬送トレ
イ24上に移載される。なお、このとき第二ゲー
トバルブ9は閉じている。 第二搬送トレイ24は基板準備室10に退動す
るとともに、第一ゲートバルブ8が閉じられる。
この間に基板装填室11は真空状態となつてお
り、移載位置をとらされた第二搬送トレイ24に
載る基板ホルダH上の基板Bは、第二ゲートバル
ブ9が開いて移載位置まで進出した第一搬送トレ
イ23に移載される。移載が終わると、基板Bを
保持する第一搬送トレイ23は基板装填室11の
基板受け取り位置まで退動し、第二ゲートバルブ
9が閉じられる。そして基板装填室11が昇圧さ
れ、基板装填孔29から結晶成長済みの基板Bが
取り出される。 また、基板準備室10において第一搬送トレイ
23への基板Bの移載を終えて空状態となつた基
板ホルダは、第二搬送トレイ24に載つたまま予
備加熱装置37まで搬送され、ストツカ39の所
定の棚38に載せられる。 しかし、いずれの搬送の手順をとるとしても、
本願発明においては、装置運転中、基板ホルダH
は高真空が維持される基板準備室10と、超高真
空が維持される成長室2との間を移動するだけで
あり、一切大気に接触しない。したがつて、空気
中で基板ホルダに基板を装填し、この基板を基板
準備室を介して成長室に搬送するという従来の基
板Bの搬送の考え方における問題は一切解消され
るのである。 なお、基板Bの搬送の手順は上記の例に限られ
るものではない。基板ホルダのごとの基板Bの搬
入と搬出を、予備加熱室37をバツフアとしてう
まく利用しながら交互に行ない、成長室2の作動
を長期間連続させることも可能である。なお、本
願発明の要部である基板搬送系の主要構成部材で
ある第一搬送トレイ23、第二搬送トレイ24、
これに載せられる基板ホルダH、基板移載機構2
8、予備加熱装置37および成長室内の基板ホル
ダ載置部13,13等の関係を第12図の模式的
に示す。これにより、上記の基板搬入および搬出
の動作の理解がより容易となろう。 もちろん、この発明の範囲は上述の実施例に限
定されるものではない。たとえば、実施例では、
基板準備室10の内部に予備加熱室37を設けて
いるが、これを設けるかどうかは選択事項であ
る。
Embodiments of the present invention are shown in FIGS. 1 to 12 below.
This will be explained in detail with reference to the drawings. In these figures, members or parts that are equivalent to those of the conventional example are given the same reference numerals. As shown in plan in FIG. 1, the molecular beam epitaxy apparatus of the present invention includes a growth chamber 2 in which crystal growth is performed on a substrate B, and a growth chamber 2 connected to the growth chamber 2 via a first gate valve 8. Board preparation room 10
and a substrate loading chamber 11 connected to the substrate preparation chamber 10 via a second gate valve 9. These will be explained in detail below. FIG. 2 shows a longitudinal section of the growth chamber 2. The basic structure of the growth chamber 2 of this example is the same as that of the conventional example shown in FIG. The growth chamber 2 has a vertical cylindrical shape as a whole, and a support shaft 19 is supported through the ceiling plate 12.
Attached to the growth chamber 2 in FIG. 1 is a cage-shaped substrate support 3 having substrate holder placement parts 13, 13 in the form of inward flanges facing each other at a constant interval, as shown by imaginary lines. . Returning to FIG. 2, a boss portion 14 is formed at the top of the substrate support 3, and this boss portion 14 is rotatably fitted to the lower end of the support shaft 19. The rotation of the board support 3 is controlled by meshing a pinion 17 of an output shaft of an external motor 16 with a gear 15 fixed to a boss part 14. Actuator 1 provided
By moving the support shaft 19 forward and backward by means of 8, it is possible to move the support shaft 19 up and down a certain distance. This is to transfer the substrate holder H on which the substrate B is placed from the second transport tray 24 inserted into the growth chamber 2 from the substrate preparation chamber 10, which will be described later, and this will be described later. Note that a heater 20 is provided at the tip of the support shaft 19 and is located behind the substrate holder H or the substrate B supported by the substrate support 3, thereby heating the substrate B to a desired temperature. sell. The inner periphery of the side wall of the growth chamber 2 is surrounded by a liquid nitrogen shroud 21, which adsorbs impurities during degassing and maintains an ultra-high vacuum. In addition, an ultra-high vacuum pump (not shown) is connected to this growth chamber, and thereby the growth chamber 2
can be reduced to ultra-high vacuum. The bottom of the growth chamber 2 has a nearly concave shape with the center being the most concave, and several evaporation sources 5 are placed in this part.
a, 5b, 5c, . . . are arranged such that their axes a, b, c, . . . face the center of the substrate holder H held by the substrate support 3. In this example, arsenic
Evaporation source 5a using Group V elements such as As as a growth material
is arranged so as to face the substrate holder H, that is, this evaporation source 5a is arranged to coincide with the vertical center line of the growth chamber 2, and the other evaporation sources 5b and 5c are arranged so as to face the substrate holder H. They are arranged in a ring shape centered on the axis a of the evaporation source 5a. In order to avoid complication in the diagram, only two evaporation sources 5b and 5c facing each other across the group V evaporation source 5a are shown in FIG. 2, but in reality, there are 5 to 7 evaporation sources of various sizes. , are arranged in a ring shape with each axis facing the center of the substrate support 3. Each of the evaporation sources 5a, 5b, and 5c is placed in a bottomed cylindrical container whose upper end is fixed to the bottom wall of the growth chamber 2.
It is constructed by loading crucibles 4 each filled with each growth material. And each evaporation source 5a, 5
The crucibles 4 b and 5c are heated to a desired temperature by a heater (not shown) provided in the container in which they are housed. Further, a liquid nitrogen shroud 6 is integrally formed in the container surrounding each crucible 4, and each evaporation source 5a, 5b, 5c
... are made so that they are not affected by heat or pollution from each other. When the growth chamber 2 is placed in an ultra-high vacuum state and the substrate B and each evaporation source 5a, 5b, 5c... are heated to a predetermined temperature, the growth material in the evaporation source 5a, 5b, 5c... becomes atomic or molecular beam. crystals contact the substrate surface and grow on the substrate B, but the start and stop of this growth is controlled by each evaporation source 5b, 5c...
This is done by opening and closing the opening of the shutter 7 with the shutter 7. This shutter 7 has shafts 7a each inserted into the inner wall of the growth chamber so as to be rotatably controllable from the outside.
A shutter plate 7b that can cover the openings of the evaporation sources 5b and 5c in the closed position is fixed to the tip of the shutter plate 7b. Now, the above substrate holder H is shown in FIGS. 4 and 5.
As shown in the figure, seven disc-shaped substrates B are mounted on a thin disc made of molybdenum or molybdenum alloy.
It has a shape in which seven holding holes 22 are regularly opened into which the holding holes 22 can be inserted and held downward. Note that the notches 22a provided at three locations in each holding hole 22 are provided with the claws 2 of the transfer mechanism 28, which will be described later.
8b is for escape. The substrate B is placed on the first transport tray 23 in the substrate loading chamber 11, held on the substrate holder H in the substrate preparation room 10, and grown on the second transport tray 24 while being placed on the substrate holder H. It is carried into room 2. As explained before, in the above-mentioned growth chamber 2,
A substrate preparation chamber 10 is connected via a first gate valve 8 , and a substrate loading chamber 11 is further connected to this substrate preparation chamber 10 via a second gate valve 9 . The substrate preparation chamber 10 has a cylindrical shape and is horizontally connected to the side wall of the growth chamber 2 at a position corresponding to the height of the substrate support 3.
1 has a cylindrical shape that is perpendicular to the cylindrical substrate preparation chamber 10 and connected to extend in the horizontal direction. First transport tray 2 arranged in substrate loading chamber 11
The details of No. 3 are shown in plan in FIG. The base of the first transport tray 2 is connected to a support rod 25 that moves back and forth in the axial direction of the substrate loading chamber 11 by an external actuator (not shown), and the substrate holder H
The three rows of accommodation holes 26 arranged in the direction in which the support rod 25 advances and retreats are grooves of a predetermined width that are open in the direction in which the support rod 25 advances. They are connected by 27... This relief groove 27 is for escaping the post 28a of the transfer mechanism 28 disposed in the substrate preparation chamber 10, and will be described later. In addition, three notches 26a are formed in each storage hole 26 at equal intervals, but these are to allow the claws 28b of the transfer mechanism 28 to escape, and this also applies. This will be explained later. The first transport tray 23 is capable of reciprocating between a substrate receiving position shown by a solid line in FIG. 1 and a substrate transfer position shown by a phantom line in FIG. The substrate transfer position coincides with the substrate transfer position of the second transport tray 24 moving within the substrate preparation chamber 10 in plan view, and is aligned with the axis of the substrate preparation chamber 10 and the substrate loading chamber 11.
It is located on the intersection of the axes of . As shown in FIG. 3, a board loading port 29 that can be hermetically sealed is provided on the upper surface of the board loading chamber 11 corresponding to the first transport tray 23 at the board receiving position. The substrate B is fitted and loaded into each accommodation hole 26 of the transport tray 23 with the growth surface facing downward. Further, in FIG. 3, reference numeral 30 indicates an exhaust port, which allows the substrate loading chamber 11 to be evacuated. Second transport tray 2 arranged in the substrate preparation room 10
4 is shown in detail in FIGS. 7 and 8. This tray 24 is attached to the tip of a slide rod 32 that is slid back and forth in the axial direction of the substrate preparation chamber 10 by a slide device 31 (see FIGS. 1 and 9) disposed at one end of the substrate preparation chamber 10. The opposite periphery of the disc is attached to the slide rod 3 above.
2, and as is clear from a comparison with FIG. A through hole 33 is opened. Furthermore, an upright wall 34 that fits and holds the outer periphery of the substrate holder H is formed on an arcuate peripheral edge portion of the slide device 31 that faces in the axial direction. Then, when the second transport tray 24 is at the transfer position, the substrate holder H is fitted and held in principle. Note that the opposite circumferential portions of the second transport tray 24 are removed in a chord shape as described above because the pair of substrate holder mounting portions 13 and 13 are arranged opposite each other in the substrate support 3 in the growth chamber 2. This is to allow the second transport tray 24 to enter in between.
The through holes 33 are for accommodating the posts 28a of the transfer mechanism 28, and the three notches 33a provided in each through hole 33 are for accommodating the posts 28a of the transfer mechanism 28.
Similarly to the holding holes 22 and accommodation holes 26 of the first transport tray 23, the claws 28 of the transfer mechanism 28
This is to allow b to escape. The second transport tray 24 is capable of reciprocating movement from the transfer position to the inside of the growth chamber 2 through the first gate valve 8. The first transport tray 2 in the substrate preparation room 10
Below each substrate transfer position of 3 and the second transport tray 24, there is a substrate holder H on the second transport tray 24.
A substrate transfer mechanism 28 for transferring the substrate B is provided between the first transfer tray 23 and the first transfer tray 23 . As shown in FIG. 3, this substrate transfer mechanism 28 has a circular base plate 36 attached to the upper end of a support shaft 35 that extends from the bottom wall of the substrate preparation chamber 10 into the chamber so as to be able to slide vertically. , on the top surface of this base plate 36,
The first transport tray 23 in the substrate transfer position, the substrate holder H supported by it, and the second transport tray 2
Seven posts 28a are provided to correspond to the respective holding holes 22 to through holes 33 of the four holding holes 28a.
As shown in detail in FIG. 1, each post 28a is provided with three claws 28b at the upper end thereof, which can hook and hold the substrate B at three locations around it. As mentioned before, each holding hole 22 of the first transport tray 23, the second transport tray 24, and the substrate holder H
The notch formed at the periphery of the through hole 33 is
This corresponds to the planar arrangement of the claws 28b at the upper ends of each post 28a described above. Therefore, when the first transport tray 23, the second transport tray 24, and the substrate holder H overlap in plan view, each post 28
The claw 28b of a can pass through each of the above notches in the vertical direction. As shown in FIG. 3, the vertical positional relationship between the first transport tray 23 and the second transport tray 24 at the substrate transfer position is such that the first transport tray 23 is above the second transport tray 24. Further, in the normal state, the transfer mechanism 28 is moved downward so that each claw 28b is sunk below the second transport tray 24, as shown by imaginary lines in FIG. The transfer mechanism 28 can be controlled to move up and down between the depressed position and the substrate lifting position where each claw 28b projects upward from the first transport tray 23. The substrate B is transferred from the first transport tray 23 to the substrate holder H on the second transport tray 24 by the transfer mechanism 28.
The transfer is performed as follows. While the substrate transfer mechanism 28 is in the sunken position, the first transport tray 23 that holds the substrate B and the second transport tray 24 that holds the substrate holder H take their respective transfer positions, and then the transfer begins. Mechanism 28
The claws 28b move upward to catch the periphery of each substrate B and lift it further upward from the first transport tray 23, as shown in FIG. next,
The first transport tray 23 is retracted and returned to the substrate receiving position in the substrate loading chamber 11. As explained above, the three rows of accommodation holes 26 lined up in the moving direction of the first transport tray 23 are connected by the escape groove 27 that escapes the post 28a, so that the transfer device 28 is not moved upward. Therefore, the first transport tray 23 can be retracted without any problem. Next, the claws 28b of the transfer mechanism 28 are lowered, and each substrate B that was hooked by the claws 28b is transferred to the substrate holder H on the second transport tray 24.
It fits into each holding hole 22 and is held. Also, contrary to the above, the crystal-grown substrate B held on the substrate holder H on the second transport tray 24
To transfer the paper to the first transport tray 23, the procedure is reversed to the above. That is, when the second transport tray 24 on which the substrate holder H holding the crystal-grown substrate B is placed reaches the transfer position, the substrate transfer mechanism 28
The claw 28b lifts the first transport tray 23 to a lifting position above the movement trajectory and waits for the first transport tray 23 to arrive at the transfer position. Then, when the first transport tray 23 reaches the transfer position, the substrate transfer mechanism 28 moves downward, and each substrate B, which was lifted by the claw 28b at this time, is transferred to the first transport tray 23.
It is held in the accommodation hole 26 of. Now, the substrate holder H, which has received the ungrown substrate B from the first transport tray 23 in the substrate preparation chamber 11 as described above, is placed on the second transport tray 24 and carried into the growth chamber 2. Yes, but
In this embodiment, between the substrate transfer position of the second tray 24 in the substrate preparation room 11 and the growth chamber 2, the substrate B is preheated and degassed in advance, and the substrate B or the substrate holder is H
A preheating device 37 having a stock function is provided. This preheating device 37 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the substrate preparation chamber 11 is equipped with a stocker 39 having a plurality of shelves 38 spaced at equal intervals in the vertical direction and capable of supporting the periphery of the substrate holder H by controlling its movement in the vertical direction. It is arranged and configured within. The vertical axis of the stocker 39 is made to intersect with the axis of the substrate preparation chamber 11, that is, with the movement locus of the second transport tray 24, and
The intervals between the shelves 38 are determined so that the second transport tray 24 carrying the substrate holders H can pass therebetween. However, each shelf 38 is shaped so that it interferes with the substrate holder H in the vertical direction, but does not interfere with the second transport tray 24 in the vertical direction. To place the substrate holder H on the shelf 38 of the stocker 39, position the stocker 39 so that the shelf 38 on which it should be placed is slightly below the movement trajectory of the second transport tray 24, and place the board holder H on the shelf 38 and one of the shelves. The second transport tray 24 with the substrate holder H placed thereon is introduced into the gap between it and the upper shelf, and the stocker 39 is moved upward. Conversely, any shelf 38 of the stocker 39
The substrate holder H placed on the second transport tray 24
For loading, the shelf 38 is placed on the second transport tray 2.
Move the stocker 3 so that it is slightly above the movement trajectory of 4.
9, the second conveyance tray 24 is introduced into the gap between this shelf 38 and one of the shelves below it, and the stocker 39 is moved downward. Note that in FIG. 10, reference numeral 40 is a heater for preheating the substrates B stored in the stocker 39. In addition, in FIG.
indicates an exhaust port, which allows the substrate preparation chamber 10 to be depressurized to a high vacuum. Substrate holder H placed on second transport tray 24
is introduced into the growth chamber 2 and held on the substrate support 3 in the following manner. As explained before, in FIG. 2, the substrate holder 3 within the growth chamber 2 can be controlled to move up and down, and more specifically, the substrate holder placement parts 13, 1
3 can be controlled to reciprocate up and down between a position slightly below and a position slightly above the movement locus of the second transport tray 24 within the growth chamber. Further, this substrate support 3 is rotatable around the support shaft 19, but when the second transport tray 24 is introduced and receives the substrate holder H placed thereon, each of the opposing substrate holder placement parts The rotational position of the second transport tray 24 is determined so that the second transport tray 24 is parallel to the movement axis of the second transport tray 24 . In this state, each substrate holder mounting section 13, 13 is placed on the second transport tray 24.
Although it interferes with the upper substrate holder H in the vertical direction, it does not interfere with the second transport tray itself 24 in the vertical direction. The substrate support 3 has its respective substrate holder placement parts 1
3 and 13 are positioned so that they face each other across the moving direction line of the second transport tray 24,
It takes the lower position and waits for the second transport tray 24 to be introduced. Then, when the second transport tray 24 is introduced,
The substrate support 3 moves upward and the substrate holder placement part 1
3 and 13 catch the periphery of the substrate holder H and lift it up. After the transfer of the substrate holder H, the second transport tray 24 retreats to the substrate preparation room 11. Next, the overall operation of the device of the present invention will be explained. First, an example of a procedure for carrying the substrate B before growth into the growth chamber 2 will be described. At this stage, the growth chamber 2 is in an ultra-high vacuum state in preparation for crystal growth, and the substrate preparation chamber 10 is also in a high vacuum state. The first gate valve 8 that isolates the growth chamber 2 and the substrate preparation chamber 10 and the second gate valve 9 that isolates the substrate preparation chamber 10 and the substrate loading chamber 11 are both in a closed state. In the substrate loading chamber 11, the first transport tray 23 is
Located at the board receiving position, board B, board loading port 2
9 into each accommodation hole 26 of the first conveyance tray 23 and is supported. Next, the substrate loading port 29 is closed, and the pressure in the substrate loading chamber 11 is reduced to the same level of vacuum as the substrate preparation chamber 10. Next, the second gate valve 9 is opened to communicate the substrate preparation chamber 10 and the substrate loading chamber 11, and the first transfer tray 23 is transferred to and from the substrate preparation chamber 10 through the second gate valve 9. Advance to the position. In the substrate preparation room 10, the stocker 3 of the preheating device 37
The second transport tray 24 on which empty substrate holders H have been loaded from the shelf 38 of No. 9 is waiting at the substrate transfer position.
Then, the substrate transfer mechanism 28 operates as described above, and the substrate B on the first transport tray 23 is transferred and held in the holding hole 22 of the substrate holder H on the second transport tray 24. The first transport tray 23 is retracted and returned to the substrate receiving position within the substrate loading chamber 11, and the second gate valve 9 is closed. At this time, the board loading chamber 1
1, substrates are subsequently loaded onto the first transport tray 23. In the substrate preparation room 10, the second transport tray 24 on which the substrate holder H holding the substrate B was transferred as described above advances to the preheating device 37, and the substrate holder is placed on a predetermined shelf 38 of the stocker 39. It is loaded as described above. In this way, all the empty substrate holders H on the shelf 38 of the preheating device 37 are placed on the second transport tray 24 and transported to the substrate transfer position, and then the substrates B are transferred from the first transport tray 23. After being transferred, it is held on the shelf 38 of the stocker 39 again. Each board holder H in the stocker 39
The substrate B held thereby is heated by the heater 40 and degassed. Next, the first gate valve 8 is opened to communicate the growth chamber 2 and the substrate preparation chamber 10, and the second transfer tray 24, which has received one substrate holder H from the preheating device 37, is opened by the first gate valve 8. Step 8 into the growth chamber 2, and enter the growth chamber 2 as described above.
The substrate is transferred to the substrate support 3 inside. After the transfer, the second transport tray 24 returns to the substrate preparation chamber 10, and the first gate valve 8 is closed. In the growth chamber 2, after degassing for a predetermined time, crystal growth by molecular beam epitaxy is performed on the growth surface of each substrate B held by the substrate holder H in a predetermined manner. Next, an example of a procedure for carrying out the crystal-grown substrate B from the growth chamber 2 will be described. After the substrate preparation chamber 10 is brought into a high vacuum state, the first gate valve 8 is opened. the substrate holder mounting part 13 of the substrate support 3 which is in an upward movement state in the growth chamber 2;
The rotational position of 13 is controlled so that it faces the movement axis direction of the second transport tray 24, and the second transport tray 24 is positioned between the substrate holder placement parts 13, 13.
is expanding. Then, the substrate holder mounting section 13,1
3 moves downward, the substrate holder H is transferred onto the second transport tray 24. Note that at this time, the second gate valve 9 is closed. The second transport tray 24 is retracted into the substrate preparation chamber 10, and the first gate valve 8 is closed.
During this time, the substrate loading chamber 11 is in a vacuum state, and the substrate B on the substrate holder H placed on the second transfer tray 24, which has been placed in the transfer position, advances to the transfer position by opening the second gate valve 9. The paper is transferred to the first transport tray 23 which has been loaded. When the transfer is completed, the first transport tray 23 holding the substrate B is retracted to the substrate receiving position in the substrate loading chamber 11, and the second gate valve 9 is closed. Then, the pressure in the substrate loading chamber 11 is increased, and the crystal-grown substrate B is taken out from the substrate loading hole 29. Further, the substrate holder that has become empty after the substrate B has been transferred to the first transport tray 23 in the substrate preparation room 10 is transported to the preheating device 37 while being placed on the second transport tray 24, and is transported to the stocker 39. is placed on a predetermined shelf 38. However, no matter which transportation procedure is used,
In the present invention, during device operation, the substrate holder H
is moved only between the substrate preparation chamber 10, where a high vacuum is maintained, and the growth chamber 2, where an ultra-high vacuum is maintained, and does not come into contact with the atmosphere at all. Therefore, the problems associated with the conventional concept of transporting the substrate B, in which the substrate is loaded into the substrate holder in the air and transported to the growth chamber via the substrate preparation chamber, are completely eliminated. Note that the procedure for transporting the substrate B is not limited to the above example. It is also possible to carry out the operation of the growth chamber 2 continuously for a long period of time by carrying in and carrying out the substrates B for each substrate holder alternately, making good use of the preheating chamber 37 as a buffer. Note that the first transport tray 23, the second transport tray 24, which are the main components of the substrate transport system, which is the main part of the present invention,
Substrate holder H placed on this, substrate transfer mechanism 2
8. The relationship between the preheating device 37 and the substrate holder placement parts 13, 13, etc. in the growth chamber is schematically shown in FIG. This will make it easier to understand the above-mentioned substrate loading and unloading operations. Of course, the scope of the invention is not limited to the embodiments described above. For example, in the example:
Although a preheating chamber 37 is provided inside the substrate preparation chamber 10, whether or not to provide this is a matter of choice.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本願発明の一実施例の平面的断面図、
第2図は成長室の詳細を示し、第1図の−線
に沿う拡大断面図、第3図は第1図の−線に
沿う拡大断面図、第4図は基板ホルダHの拡大平
面図、第5図は第4図の−線に沿う拡大断面
図、第6図は第一搬送トレイの拡大平面図、第7
図は第二搬送トレイの拡大平面図、第8図は第7
図の−線に沿う拡大断面図、第9図は第1図
の−線に沿う拡大断面図、第10図は第1図
の−線に沿う拡大断面図、第11図は基板移
載機構における各ポストないし爪の詳細を示す斜
視図、第12図は本実施例の主要構成要素の配置
関係を示す模式的斜視図、第13図は従来の分子
線エピタキシー装置の成長室を示す模式的断面
図、第14図は従来の分子線エピタキシー装置の
全体の概略構成図である。 2……成長室、3……基板支持具、8……第一
ゲートバルブ、9……第二ゲートバルブ、10…
…基板準備室、11……基板装填室、23……第
一搬送トレイ、24……第二搬送トレイ、28…
…基板移載機構、H……基板ホルダ、B……基
板。
FIG. 1 is a planar sectional view of an embodiment of the present invention;
FIG. 2 shows details of the growth chamber, and is an enlarged sectional view taken along the - line in FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along the - line in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged plan view of the substrate holder H. , FIG. 5 is an enlarged sectional view taken along the - line in FIG. 4, FIG. 6 is an enlarged plan view of the first conveyance tray, and FIG.
The figure is an enlarged plan view of the second conveyance tray, and FIG.
Fig. 9 is an enlarged sectional view taken along the - line in Fig. 1, Fig. 10 is an enlarged sectional view taken along the - line in Fig. 1, and Fig. 11 is the substrate transfer mechanism. FIG. 12 is a schematic perspective view showing the arrangement of the main components of this embodiment, and FIG. 13 is a schematic diagram showing the growth chamber of a conventional molecular beam epitaxy apparatus. The cross-sectional view, FIG. 14, is a schematic diagram of the entire conventional molecular beam epitaxy apparatus. 2...Growth chamber, 3...Substrate support, 8...First gate valve, 9...Second gate valve, 10...
...Substrate preparation room, 11...Substrate loading room, 23...First transport tray, 24...Second transport tray, 28...
...Substrate transfer mechanism, H...Substrate holder, B...Substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超高真空減圧が可能であり、かつ基板ホルダ
に保持された基板を支持するための基板支持具を
有する成長室と、この成長室に対して第一ゲート
バルブを介して連結され、かつ真空減圧が可能な
基板準備室と、この基板準備室に対して第二ゲー
トバルブを介して連結され、かつ真空減圧可能で
あつて基板装填口をもつ基板装填室とを備えてお
り、 上記基板装填室には、その内部の基板受け取り
位置から開状態の上記第二ゲートバルブを通つて
上記基板準備室内の基板移載位置までを往復移動
可能であり、かつ基板を載置保持する第一搬送ト
レイが設けられており、 上記基板準備室には、基板を保持する基板ホル
ダを載置して基板移載位置から開状態の上記第一
ゲートバルブを通つて上記成長室の基板支持具ま
でを往復移動可能な第二搬送トレイ、および、基
板移載位置にある第一搬送トレイと、同じく基板
移載位置にある第二搬送トレイ上の基板ホルダと
の間の基板の受け渡しを行う基板移載機構を備え
ており、 上記成長室の基板支持具は、成長室内まで移動
した上記第二搬送トレイとの間の基板ホルダの受
け渡しを行なえるように構成されていることを特
徴とする、分子線エピタキシー装置。
[Claims] 1. A growth chamber capable of ultra-high vacuum depressurization and having a substrate support for supporting a substrate held in a substrate holder, and a growth chamber that is connected to the growth chamber through a first gate valve. A substrate preparation chamber connected to the substrate preparation chamber and capable of vacuum reduction, and a substrate loading chamber connected to the substrate preparation chamber via a second gate valve, capable of vacuum reduction and having a substrate loading port. The substrate loading chamber is capable of reciprocating movement from a substrate receiving position therein to a substrate transfer position in the substrate preparation chamber through the open second gate valve, and a substrate is placed therein. A first transfer tray for holding the substrate is provided, and a substrate holder for holding the substrate is placed in the substrate preparation chamber, and the substrate is transferred from the substrate transfer position to the growth chamber through the first gate valve in an open state. A second transport tray that can reciprocate up to the substrate support, and a substrate transfer between the first transport tray at the substrate transfer position and the substrate holder on the second transport tray also at the substrate transfer position. The growth chamber is equipped with a substrate transfer mechanism, and the substrate support in the growth chamber is configured to transfer the substrate holder to and from the second transport tray that has been moved into the growth chamber. Molecular beam epitaxy equipment.
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