JPH0666258B2 - Molecular beam deposition equipment - Google Patents
Molecular beam deposition equipmentInfo
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- JPH0666258B2 JPH0666258B2 JP57048181A JP4818182A JPH0666258B2 JP H0666258 B2 JPH0666258 B2 JP H0666258B2 JP 57048181 A JP57048181 A JP 57048181A JP 4818182 A JP4818182 A JP 4818182A JP H0666258 B2 JPH0666258 B2 JP H0666258B2
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- molecular beam
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/50—Substrate holders
- C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は分子線被着に関し、特に1箇以上の分子線によ
る複数基板上への物質の同時被着に関する。The present invention relates to molecular beam deposition, and more particularly to simultaneous deposition of materials on multiple substrates with one or more molecular beams.
分子線被着は超高真空中において基板に1箇以上の分子
ビームを形成することによつて薄膜を成長させる方法で
あると広義には定義できる。狭義には現在の技術を正確
に説明するものであつて分子線(モレキユラービーム)
エピタキシ法(MBE)であり、1箇以上の分子線を基板
と反応させるか、あるいは分子線粒子の基板上への被着
かのどちらかを含む過程によつて単結晶基板上へエピタ
キシアル薄膜を成長させることであると言うことができ
る。分子線とは多原子層であると同時に単原子層のビー
ムの事でもある。従つて、分子線被着には非エピタキシ
アル成長過程と同時にエピタキシアル成長過程も含まれ
る。例えば、分子線被着には多結晶GaAs層または非晶質
シリコン層の基板上への成長も含むわけである。Molecular beam deposition can be broadly defined as a method of growing a thin film by forming one or more molecular beams on a substrate in ultrahigh vacuum. In a narrow sense, it is an accurate explanation of current technology. Molecular beam (Molecular beam)
An epitaxy method (MBE), which involves the reaction of one or more molecular beams with a substrate or the deposition of molecular beam particles on the substrate by a process including epitaxial thin film on a single crystal substrate. Can be said to be to grow. A molecular beam is not only a polyatomic layer but also a monoatomic layer beam. Therefore, the molecular beam deposition includes the epitaxial growth process as well as the non-epitaxial growth process. For example, molecular beam deposition includes growing a polycrystalline GaAs layer or amorphous silicon layer on a substrate.
分子線被着は単純真空蒸着の変形と考えられるが、真空
蒸着よりも基板上の物質を良好に制御できるものであ
る。被着物質全体にわたつて良好に制御し、可能な限り
被着速度を低くすることによつて、精密に規定の添加物
濃度を有する組成を具備した薄膜を成長することができ
る。液相エピタキシ法またはCVD法(化学的気相析出
法)などの様な他の成長技術と比較して成長が一般に比
較的低基板温度で行なわれると言う事実があるので、組
成制御を行なうことは容易であり、また拡散過程はきわ
めて低速度である。本質的には、任意の膜組成と不純物
分布とを精密に膜厚制御して得ることができるものであ
る。事実、分子線エピタキシ法(MBE)によつて単原子
層の様に薄い層も成長されている。さらに、相互拡散が
あると希望する組成が得難いため、比較的低温度の成長
によつて高温度成長技術では不可能な物質の成長と基板
物質の使用とを達成できる。Although molecular beam deposition is considered a modification of simple vacuum deposition, it allows better control of the material on the substrate than vacuum deposition. By providing good control over the deposited material and by keeping the deposition rate as low as possible, it is possible to grow thin films with compositions having precisely defined additive concentrations. Due to the fact that growth is generally performed at relatively low substrate temperatures compared to other growth techniques such as liquid phase epitaxy or CVD (Chemical Vapor Deposition), control the composition. Is easy and the diffusion process is very slow. Essentially, an arbitrary film composition and impurity distribution can be obtained by precisely controlling the film thickness. In fact, molecular beam epitaxy (MBE) is also used to grow thin layers such as monoatomic layers. Furthermore, because of the difficulty in obtaining the desired composition with interdiffusion, growth at relatively low temperatures can achieve material growth and use of substrate material that is not possible with high temperature growth techniques.
分子線エピタキシ法はIV族、III−V族、II−VI族、IV
−VI族物質などを含む種々の半導体物質の薄膜、または
層を形成するのに使用されてきた。III−V族の範囲内
では、IMPATTダイオード、マイクロ波ミクサダイオー
ド、、二重ヘテロ接合レーザ、ならびにスーパーラテイ
ス(超格子)デバイスなどが製造されてきた。シリコン
の様な元素物質の分子線エピタキシ法は極く最近開発さ
れたもので、この方法でp−nダイオード、p−i−n
ダイオード、バラクタダイオード、ならびにMOSFET構造
なども作られてきた。シリコン金属とシリコン化物との
ヘテロ構造の開発、ならびに絶縁物上へのシリコン成長
技術の改良等のため、シリコンMBE(分子線エピタキシ
法)に対して最近興味が持たれるようになつてきた。The molecular beam epitaxy method includes IV group, III-V group, II-VI group, IV
It has been used to form thin films or layers of various semiconductor materials, including Group VI materials and the like. Within the III-V range, IMPATT diodes, microwave mixer diodes, double heterojunction lasers, as well as superlattice devices have been manufactured. The molecular beam epitaxy method for elemental substances such as silicon has been very recently developed. With this method, a pn diode, a pin
Diodes, varactor diodes, as well as MOSFET structures have been created. Silicon MBE (Molecular Beam Epitaxy) has recently become of interest due to the development of heterostructures of silicon metal and silicon compounds and the improvement of silicon growth technology on insulators.
MBE(分小線エピタキシ法)の開発の成功には勿論、新
しい装置の開発が必要であることは言うまでもない。こ
の開発状況は市販のMBE(分子線エピタキシ成長)装置
が現在入手できる状態にあるところまできている。しか
しながら、斯かる装置、ならびに使用中の研究開発装置
においては処理能力が限られている。例えば、大規模な
数量の分子線からの被着、ならびに比較的短期間に多数
枚のウエハを処理することは通常可能な事ではない。成
長によつて得られる膜の組成や装置の出力には、斯くし
て限りがあるわけである。It goes without saying that the development of a new device is of course necessary for the successful development of the MBE (minute sub-line epitaxy method). This development has been completed to the point that commercial MBE (Molecular Beam Epitaxy) equipment is currently available. However, such a device and the research and development device in use have a limited processing capacity. For example, deposition from large numbers of molecular beams, as well as processing large numbers of wafers in a relatively short period of time, is not usually possible. The composition of the film obtained by growth and the output of the device are thus limited.
処理能力に限りがあることは多くの原因がある。最も重
要な要素には、装置は同時に一枚の基板上にしか蒸着で
きない事、ならびに装置には作業室間で基板を移動させ
るのに比較的むずかしい方法を採用している事である。
作業室間とは、例えば、成長用作業室と、基板表面を特
徴づけている機器を収納するため、あるいは基板を成長
台から解析台へ動かすための解析用チエンバとの間であ
る。さらに、基板全体にわたつて組成を一様化するため
には、代表的には各炉からのビーム束が基板全体にわた
つて一定でなければならず、この要求は同時に使用でき
る炉の数を制限してしまつている。さらに、例えば解析
用作業室と成長用作業室との間で部品の標準化ができて
いないため、装置は自由度が少なくコストが高い。Limited processing power has many causes. The most important factor is that the device can only deposit on one substrate at a time and that the device employs a relatively difficult method of moving the substrate between the work chambers.
The space between the work chambers is, for example, between the growth work chamber and the analysis chamber for accommodating the device characterizing the substrate surface or for moving the substrate from the growth table to the analysis table. Furthermore, in order to homogenize the composition across the substrate, the beam flux from each furnace must typically be constant across the substrate, a requirement that limits the number of furnaces that can be used simultaneously. It has been restricted. Furthermore, for example, since the standardization of the parts has not been made between the analysis work room and the growth work room, the degree of freedom of the device is low and the cost is high.
最近の開発では処理能力が改良されている。例えば、19
79年2月6日付Alfred Y.Cho(アルフレツド ワイ
チヨー)の米合衆国特許4,137,865番では、例えば次の
基板へ蒸着を始める前に或る基板への被着を開始して終
了する様な方法で複数枚の基板上への物質の順次被着を
行なうための分子線装置について記載してある。シリコ
ン用に設計された実験用分子線装置の系統図は、Journa
l of Crystal Growth(結晶成長学会誌)、第45巻の
287ページ〜291ページ、ならびにProceedings of the F
ourth International Conference on Vapor Growth and
Epitaxy(気相成長ならびにエピタキシ関する第4回国
際会議予講)(日本、名古屋にて1978年7月9日〜13日
開催)において示されている。装置は唯一のチエンバを
具備し、同時に唯一枚の基板のみを処理できるものであ
る。すなわち、作業室の中には唯一枚の基板のみが同時
に置かれるのみである。シリコン用に設計された他の装
置は1977年8月に出版されたJournal of Spplied Physi
cs(米国応用物理学会雑誌)、第48巻、3345ページ〜33
99ページに記載されている。この装置はシリコンのMBE
(分子線エピタキシ法)に適しているとは言え、同時に
唯一枚の基板を処理することができるのみである。Recent developments have improved throughput. For example, 19
Alfred Y. Cho (February 6, 1979)
(Chiyo) U.S. Pat.No. 4,137,865, for example, sequentially deposits material on multiple substrates in a manner that begins and ends deposition on one substrate before starting deposition on the next substrate. A molecular beam device for carrying out is described. A schematic diagram of an experimental molecular beam device designed for silicon is available from Journala.
l of Crystal Growth, Volume 45,
Pages 287-291, and Proceedings of the F
ourth International Conference on Vapor Growth and
Epitaxy (4th International Conference on Vapor Growth and Epitaxy) (held July 9-13, 1978, Nagoya, Japan). The device has only one chamber and can process only one substrate at a time. That is, only one substrate is placed in the working chamber at the same time. Another device designed for silicon is the Journal of Spplied Physi, published August 1977.
cs (American Society of Applied Physics), Vol. 48, pages 3345-33
It is described on page 99. This device is a silicon MBE
Although it is suitable for (molecular beam epitaxy), it can only process one substrate at a time.
さらに、垂直被着構造を使用すれば堆積された物質のフ
レークが分子線源へ戻つて落ち込むことになる。もしこ
の様な現象が起ると、フレークが分子線源を汚染する
か、あるいは成長エピタキシアル層に結晶欠陥が生成さ
れる程の高速でフレークが被着されるかである。斯様な
好ましくない結果を避けるためには、クヌードセン(Kn
udsen)形放射源を使つたIII−V族MBE(分子線エピタ
キシ法)装置を垂直から傾斜させて水平に近い状態で被
着をさせるのが一般的である。斯様な垂直方向からの傾
斜は、シリコンのMBE(分子線エピタキシ法)に対して
通常採用されている電子ビーム被着源を使う方法には適
用できない。Moreover, the use of vertical deposition structures results in flakes of deposited material falling back into the molecular beam source. If such a phenomenon occurs, either the flakes contaminate the molecular beam source or the flakes are deposited so fast that crystal defects are generated in the grown epitaxial layer. In order to avoid such unfavorable results, Knudsen (Kn
Generally, a III-V group MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatus using a udsen) type radiation source is tilted from the vertical to perform deposition in a state close to horizontal. Such a tilt from the vertical direction cannot be applied to a method using an electron beam deposition source which is usually adopted for MBE (molecular beam epitaxy) of silicon.
本発明に依る分子線被着過程では、複数枚の基板を実装
してあるプラテンを回転させ、分子線の通路へ基板を順
次移動させている。この方法においては、すべての基板
上へ唯一の処理操作を行なつて希望する被着を行ない、
同時に複数枚の基板を処理している。さらに、基板を実
装したプラテンは本質的に分子線源全体を直接覆うもの
であるため、垂直分子線源を使用することが可能であ
る。斯くして、プラテンを基板と共に除去して再使用前
に洗浄できるので、フレークをもたらす物質が大規模に
堆積されるのを避けることはできる。ロード・アンロー
ド用作業室を含む複数箇の作業室を使用し、バルブを介
して成長用作業室と結合し、各作業室間にプラテンを輸
送する手段を具備すれば、大気圧に至るまで成長用作業
室の圧力をあげることなく基板を満たした複数箇のプラ
テン上へ順次被着を行なうことができる。In the molecular beam deposition process according to the present invention, the platen having a plurality of substrates mounted thereon is rotated to sequentially move the substrates to the molecular beam passage. In this method, a single processing operation is performed on all substrates to achieve the desired deposition,
Simultaneously processing multiple substrates. Further, since the platen having the substrate mounted thereon directly covers the entire molecular beam source, a vertical molecular beam source can be used. In this way, the platen can be removed with the substrate and cleaned prior to reuse, thus avoiding large scale deposition of flake-bearing material. Using multiple working chambers including loading and unloading working chambers, connecting to the growth working chambers via valves, and providing a means for transporting the platen between the working chambers, up to atmospheric pressure The deposition can be sequentially performed on a plurality of platens filled with the substrate without increasing the pressure in the growth work chamber.
以下、図面に従つて本発明を詳細に説明する。図面にお
いては、異なつた図においても同一部品に対しては同一
の参照番号を使用してある。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numbers are used for the same parts in the different figures.
第1図の装置は第1のロード・アンロード用作業室10、
解析用作業室20、成長用作業室30、ならびに第2のロー
ド・アンロード用作業室40を具備している。作業室は円
筒形であり、ステンレス鋼で作つてある。下記の場合を
除き、作業室10と40は同じであることが好ましく、また
作業室20と30も同じであることが好ましい。すなわち、
エアロツクまたはバルブ11,21,31がそれぞれ作業室10と
20、20と30、30と40の中間に置かれていて、隣接した作
業室を互いに他から離しているか、あるいはそれらを希
望に応じて相互に連結する場合である。装置に実装した
これらのエアーロツクや他のエアーロツクの構造は関連
技術分野に従事する者に公知の技術である。これに関し
ては、米合衆国特許4,137,865番を参照すればよいの
で、詳細に論ずる必要はない。The apparatus shown in FIG. 1 has a first loading / unloading work room 10,
An analysis work room 20, a growth work room 30, and a second loading / unloading work room 40 are provided. The working chamber is cylindrical and made of stainless steel. Except as noted below, working chambers 10 and 40 are preferably the same, and working chambers 20 and 30 are also preferably the same. That is,
Aerotock or valve 11,21,31 respectively with working room 10
Located between 20, 20 and 30, 30 and 40, adjacent working chambers may be separated from each other, or they may be interconnected as desired. The construction of these and other aero- locks mounted on the device is a technique known to those skilled in the relevant arts. In this regard, reference may be had to US Pat. No. 4,137,865 and need not be discussed in detail.
作業室10は端子手段101を具備し、図示した装置におい
て開口部101は作業室10へ蝶番(図示してない)によつ
て取付けてある板である。蝶番は開くことができ、作業
室10の内部に置かれるべき複数枚の基板550をプラテン5
00が保持できる様にするものである。作業室に基板を装
着したプラテンをロードした後で、ポンプ102はバルブ1
03を介して作業室10を真空に引く。代表的には、希望す
る圧力は10-6torrである。運搬手段230はプラテン500の
下に配置してある。The working chamber 10 is provided with terminal means 101, and in the illustrated apparatus the opening 101 is a plate attached to the working chamber 10 by a hinge (not shown). The hinges can be opened and platens 5 with multiple boards 550 to be placed inside the working room 10.
It allows 00 to be held. After loading the platen with the substrate into the working chamber, pump 102 turns valve 1
The work chamber 10 is evacuated via 03. Typically, the desired pressure is 10 -6 torr. The carrier 230 is located below the platen 500.
解析用作業室はバルブ202を介して作業室に接続してあ
るポンプ201と、バツフル203とを具備している。作業室
にはさらに、シユラウド(おおい)205、加熱素子207、
輻射熱遮蔽物209、基板保持用のプラテン550を支持する
ための肩部211を有するシヤフト210、シヤフト210を駆
動するための駆動手段212、ならびにベロウズ213が備え
てある。運搬手段230はプラテンの下に配置してある。
フランジ214を介し作業室20に臨ませる準備器具ならび
に解析器具は一般にスパツタ銃215、赤外線温度計217な
どのほか、赤外輻射計測、オージエ電子分光計測、二次
イオン質量分光計測の様な解析を行なうために実装した
解析台240などがある。The analysis work room includes a pump 201 connected to the work room via a valve 202 and a baffle 203. The work room is further equipped with a shroud 205, a heating element 207,
A radiant heat shield 209, a shaft 210 having a shoulder 211 for supporting the platen 550 for holding the substrate, a drive means 212 for driving the shaft 210, and a bellows 213 are provided. The carrier 230 is located below the platen.
The preparation tools and analysis tools that are exposed to the working room 20 via the flange 214 are generally a spatula gun 215, an infrared thermometer 217, etc., as well as infrared radiation measurement, Auger electron spectroscopy measurement, secondary ion mass spectrometry There is an analysis table 240 and the like that are implemented to do this.
ポンプ201は代表的には10-8torr以下の圧力を達成でき
る低温ポンプである。低温流体は代表的には液体窒素
(LN2)であり、液体窒素はポンプを通つてシユラウド2
05を冷却する。加熱素子207は従来方式のもので、図示
された装置においてはすべてのプラテン500を加熱し、
すべての基板を加熱する。もし希望するならば、加熱素
子207はプラテン500の一部のみを加熱する様に構成する
こともできる。熱遮蔽物209は環状構造のものを図示し
てあるが、円筒形遮蔽物でもよく、加熱素子を覆うもの
である。もしプラテン500の一部を選択的に加熱するな
らば、輻射熱遮蔽物209は希望する形状にして加熱部分
のみを遮蔽することができる。輻射熱遮蔽物209ならび
にプラテン500は、希望に応じ、被着される物質に対し
て化学的に不活性な耐火性物質で作られている。例え
ば、シリコンを被着している時にはタンタルが好まし
い。肩部211はプラテン500を支持し、プラテン500に摩
擦結合されているので、シヤフト210はプラテン500を回
転させることができ、プラテン500で基板550を回転させ
ることもできる。ベロウズ213は簡易形のステンレス鋼
製であり、駆動手段212でシヤフト210やプラテン500を
回転させると共に上下運動させることもできる。Pump 201 is typically a cryogenic pump capable of achieving pressures below 10 -8 torr. The cryogenic fluid is typically liquid nitrogen (LN 2 ), which is pumped through the pump to the shroud 2
Cool 05. The heating element 207 is conventional and heats all platens 500 in the illustrated apparatus,
Heat all substrates. If desired, heating element 207 can be configured to heat only a portion of platen 500. Although the heat shield 209 is shown as having an annular structure, it may be a cylindrical shield and covers the heating element. If a portion of the platen 500 is selectively heated, the radiant heat shield 209 can be shaped as desired to shield only the heated portion. The radiant heat shield 209 as well as the platen 500 are made of a refractory material that is chemically inert to the material being deposited, if desired. For example, tantalum is preferred when depositing silicon. The shoulders 211 support the platen 500 and are frictionally coupled to the platen 500 so that the shaft 210 can rotate the platen 500 and the platen 500 can also rotate the substrate 550. The bellows 213 is made of a simple type stainless steel, and the shaft 210 and the platen 500 can be rotated and vertically moved by the driving means 212.
複数の基板上へ少なくとも一種類の物質を少なくとも一
層にわたつて分子線被着する作業は成長用作業室30の内
部で行なう。真空条件は、代表的には、作業室30へバル
ブ302とバツフル303とを介して接続した低温ポンプ301
によつて、成長用作業室内30で得られている程度のもの
である。ポンプは10-10torr以下の圧力を保持できるも
のでなければならない。作業室の内側は解析用作業室に
関して説明したのと同様なシユラウド305で囲まれてい
て、液体窒素の様な流体で低温に冷却されている。成長
用作業室30はn形イオン源306とp形イオン源308とを具
備している。両イオン源を図示してあるが、製造デバイ
スに依つてさらに多くのイオン源を使用するか、さらに
少ないイオン源を使用することもできるものと理解され
たい。シヤツタ駆動部309,311はそれぞれシヤツタ313,3
15の位置を制御するものであり、成長位置にセツトした
基板550に対して、それぞれイオン源306,308からのイオ
ン流の放射を開始、または終結させることができるもの
である。シヤツタ駆動装置とイオン源とはフランジ316
を介して作業室に対してアクセスを有する。フランジ31
6上の作業室30とフランジ214上の作業室20とは本質的に
は同じであることが好ましい。シリコンを被着するため
に説明した装置では、小形であり、且つ、プラズマ用ガ
スが存在しないので差動排気である必要はないため、イ
オン源306,308は電界放出形エミツシヨンイオン源であ
る。電界放出形エミツシヨンイオン源が好ましいとは言
え、クヌドセン(Knudsen)形放射セルも使用できる。The operation of depositing at least one type of substance on a plurality of substrates across at least one layer is performed inside the growth work chamber 30. The vacuum condition is typically a low temperature pump 301 connected to the work chamber 30 via a valve 302 and a baffle 303.
Therefore, it is the same as that obtained in the growth work chamber 30. The pump must be able to hold a pressure below 10 -10 torr. The inside of the work chamber is surrounded by a shell 305 similar to that described for the analysis work chamber, and is cooled to a low temperature by a fluid such as liquid nitrogen. The growth work chamber 30 includes an n-type ion source 306 and a p-type ion source 308. Although both ion sources are shown, it should be understood that more or fewer ion sources could be used depending on the manufacturing device. The shutter drive units 309, 311 are respectively shutters 313, 3
The position of 15 is controlled, and the emission of the ion flow from the ion sources 306 and 308 can be started or terminated with respect to the substrate 550 set at the growth position. Flange 316 between shutter drive and ion source
Have access to the work room through. Flange 31
The working chamber 30 on 6 and the working chamber 20 on flange 214 are preferably essentially the same. In the apparatus described for depositing silicon, the ion sources 306 and 308 are field emission emission ion sources because they are small and do not need differential evacuation because there is no plasma gas. Although field emission emission ion sources are preferred, Knudsen type emission cells can also be used.
運搬手段230はプラテン500の下に配置してある。成長用
作業室30は基板550保持用プラテン500を支持するための
シヤフト318、ならびにシヤフト318用の駆動手段320を
具備している。シヤフト318はベローズ322を介して駆動
手段320に接続してある。これによつて駆動手段320がプ
ラテン500を上下運動させることができる。シヤフト318
の肩部319はプラテン500に対して摩擦結合することがで
きるため、駆動手段320によつてプラテン500を回転させ
ることができる。駆動手段320によつてプラテンを持ち
上げた位置では、基板550は成長位置に支持されている
か、あるいは成長位置へ回転させて持つてくることがで
きる位置に支持されている。成長用作業室30は基板550
の加熱素子324も具備している。加熱素子324は輻射熱遮
蔽物326によつて囲まれている。熱遮蔽物326は環状構造
のものを図示してあるが、解析用作業室20の場合と同様
に円筒形遮蔽物でもよい。しかしながら、すべての基板
に対して同時に蒸着ができる様に、加熱素子324は一般
に熱遮蔽物326の下に配置したすべてのプラテンを加熱
するものである。基板550の温度を監視する場合には、
赤外線温度計328を使用する。異なつた素子、炉、解析
機器等が大形の底面フランジを介して作業室に臨んでい
る点を除き、図示した装置における作業室20,30は同じ
である。The carrier 230 is located below the platen 500. The growth work chamber 30 includes a shaft 318 for supporting the platen 500 for holding the substrate 550, and a driving means 320 for the shaft 318. The shaft 318 is connected to the drive means 320 via a bellows 322. This allows the drive means 320 to move the platen 500 up and down. Shaft 318
Since the shoulder portion 319 of the platen can be frictionally coupled to the platen 500, the platen 500 can be rotated by the driving means 320. In the position where the platen is lifted by the driving means 320, the substrate 550 is supported at the growth position or at a position where it can be rotated and brought to the growth position. Growth chamber 30 is substrate 550
Heating element 324 is also included. The heating element 324 is surrounded by a radiant heat shield 326. Although the heat shield 326 has an annular structure, it may be a cylindrical shield as in the case of the analysis work chamber 20. However, the heating element 324 generally heats all platens located below the thermal shield 326 so that deposition can be performed on all substrates simultaneously. If you want to monitor the temperature of the board 550,
Use infrared thermometer 328. The working chambers 20 and 30 in the illustrated apparatus are the same, except that different elements, furnaces, analytical instruments, etc., face the working chamber through a large bottom flange.
第2のロード・アンロード用作業室は、プラテン500や
基板550を取外すことができる開口部(アクセスポー
ト)101と、バルブ403を介して作業室に結合してあるポ
ンプ手段402とを具備している。運搬手段230はプラテン
500の下に配置してある。製造原価を低減するためには
作業室40は作業室10と同じであるのが好ましいが、この
点に関してはさらに詳細に説明する必要はない。The second loading / unloading work chamber is provided with an opening (access port) 101 through which the platen 500 and the substrate 550 can be removed, and pump means 402 connected to the work chamber via a valve 403. ing. Carrier 230 is a platen
It is located under 500. The working room 40 is preferably the same as the working room 10 in order to reduce manufacturing costs, but this need not be described in further detail.
装置は2箇のロード・アンロード用作業室を具備し、ひ
とつは解析用、いまひとつは成長用であるとは言え、他
の構成も考えられる。例えば、第2の解析用作業室を成
長用作業室と第2のロード・アンロード用作業室との中
間に置くことができ、あるいは、解析用作業室を省略す
るか、第1のロード・アンロード用作業室に結合せるこ
ともできる。さらに、成長用作業室を2箇設ければ相互
の汚染を防止できる。例えば、シリコンを一方の作業室
内で被着してGaPを他の作業室内で被着すれば、シリコ
ン作業室内での燐の汚染を防ぐことができる。最後に、
処理基板枚数に対して装置の効率が多分減少するであろ
うとは言え、解析用作業室と成長室用作業室とに対する
アクセスを唯一つロード・アンロード用作業室から行な
うこともできる。The device is equipped with two loading / unloading work chambers, one for analysis and one for growth, although other configurations are possible. For example, the second analysis work room may be located intermediate the growth work room and the second load / unload work room, or the analysis work room may be omitted or the first load work room may be omitted. It can also be combined with the unloading work room. Further, if two growth working chambers are provided, mutual contamination can be prevented. For example, if silicon is deposited in one working chamber and GaP is deposited in the other working chamber, contamination of phosphorus in the silicon working chamber can be prevented. Finally,
Although the efficiency of the device will probably decrease with respect to the number of processed substrates, it is possible to access the analysis work room and the growth room work room only from the load / unload work room.
第1図の線1−1に沿つた断面は成長用作業室30のもの
であり、これを第2図に示す。第1図に示した素子のほ
かには図示する必要はないが、作業室30は炉330,332,蒸
着計334,336、ならびに運搬手段230を具備している。炉
は成長位置に向う分子線を生成するためのものである。
2箇の炉を図示してあるとは言え、多量、または少量の
分子線源が必要ならば炉の数は多くても少なくてもよ
い。シヤツタ338,340はそれぞれ炉330,332からのビーム
束の放出を開始したり終結したりするものであり、炉を
加熱した後で成長位置へ分子線を導びくものである。シ
ヤツタ338,340の位置はそれぞれシヤツタ駆動手段342,3
44によつて制御されている。図示した装置では、少なく
とも1箇の炉は電子ビーム(図示していない)で融解し
たシリコンで満たされていると考えられる。シリコン片
を炉に入れ、融解したシリコンに対して融解しないシリ
コンがるつぼの役目を果す様にして、電子ビームでシリ
コンの中央部のみを融解する。この融解技術は先行技術
において公知である。もしシリコン金属とシリコン化物
とのヘテロ構造を作る場合には、第2の炉を例えばシリ
コンまたはコバルトで満たすことができる。The cross section along line 1-1 of FIG. 1 is of the growth work chamber 30 and is shown in FIG. Although not shown in addition to the elements shown in FIG. 1, the working chamber 30 is equipped with furnaces 330 and 332, vapor deposition meters 334 and 336, and a transportation means 230. The furnace is for producing molecular beams directed to the growth position.
Although two furnaces are shown, more or fewer furnaces may be used if large or small amounts of molecular beam source are required. Shutters 338 and 340 start and terminate the emission of beam bundles from furnaces 330 and 332, respectively, and guide the molecular beam to the growth position after heating the furnace. The positions of the shutters 338, 340 are respectively the shutter drive means 342, 3
Controlled by 44. In the depicted apparatus, at least one furnace is believed to be filled with electron beam (not shown) molten silicon. A piece of silicon is placed in a furnace and the unmelted silicon acts as a crucible with respect to the melted silicon so that only the central part of the silicon is melted by the electron beam. This melting technique is known in the prior art. If a heterostructure of silicon metal and silicide is made, the second furnace can be filled with, for example, silicon or cobalt.
第1および第2図に示す装置を分子線被着装置として説
明してきたが、図示した炉は、III−V族化合物用分子
線エピタキシ装置において使用したのと同様なクヌード
セン(Knudsen)形放射炉である必要はない。もし成長
用作業室内に1箇を越える分子線源があれば、任意の基
板上での成長は1点を越える成長位置で行なわれること
も明らかである。第1図ならびに第2図に関して説明し
た装置でも、非エピタキシヤル成長法でAu(金)または
Cu(銅)の様な金属を被着することができる。Although the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 has been described as a molecular beam deposition apparatus, the illustrated furnace is a Knudsen type radiant furnace similar to that used in the molecular beam epitaxy apparatus for III-V compounds. Does not have to be. It is also clear that if there are more than one molecular beam source in the growth chamber, then growth on any substrate will take place at more than one growth position. Even in the apparatus described with reference to FIGS. 1 and 2, Au (gold) or non-epitaxial growth method is used.
Metals such as Cu can be deposited.
第3図はプラテンの頂面図である。基板保持用プラテン
500は、シヤフト218,310を通す穴560を中央に具備した
円形状のものが望ましい。複数の基板550はシリコンの
様な半導体、あるいはサフアイアの様な絶縁体から成立
ち、基板を挿入して支持するためのリツプを有する複数
箇の穴に嵌合される。これらのくぼみは一般に図示され
ている基板と同様に円形であり、プラテンの中心から距
離的にr、角度的に360/n(n:基板の枚数)だけくぼ
みの中心が離れて配置されているのが望ましい。図示し
たプラテンは直径がほゞ35.5cm(14インチ)であり、8.
75(3インチ)の基板を実装するものである。FIG. 3 is a top view of the platen. Substrate holding platen
The 500 is preferably a circular one having a hole 560 at the center through which the shafts 218 and 310 pass. The plurality of substrates 550 are made of a semiconductor such as silicon or an insulator such as sapphire, and are fitted in a plurality of holes having lips for inserting and supporting the substrates. These cavities are generally circular, like the substrate shown, and are spaced from the center of the platen by r and angularly 360 / n (n: number of substrates). Is desirable. The platen shown is approximately 35.5 cm (14 inches) in diameter and 8.
A 75 (3 inch) substrate is mounted.
プラテン運搬手段を第4図ならびに第5図に示す。第4
図に示す形のものはプラテンのみを運搬するのに対し、
第5図に示す形のものはプラテンとプラテン保持フレー
ムとを運搬する。第4図において、基板550を実装した
プラテン500は直接、駆動装置501上へ運搬される。駆動
装置501はモータ503で駆動されているホイール505の上
を動く。モータ503は作業室の外側にあり、真空貫通装
置を介してベルト駆動によつて結合されている。運搬手
段は駆動装置501、ホイール505、ならびにモータ503を
具備したものである。異なつた作業室のモータ間には、
同時に同速度ですべての作業室において運搬手段を駆動
できる様に同期をとつてある。逆に、運搬手段間に適当
な結合をすることによつて、すべての作業室において運
搬手段を1箇のモータで駆動することもできる。隣接作
業室の中間にあるバルブを閉めることができる様に、隣
接運搬手段間に間隙を有し、各作業室には運搬手段を具
備している。図示した駆動装置はベルト駆動方式である
とは言え、鎖やウオームギア駆動の様な他の駆動装置も
使用できる。第5図から明らかな様に、プラテン500は
直接駆動装置501上へ運搬する必要はない。この形式の
運搬装置では、プラテン500を支持するためのくぼみを
有するプレート570でプラテンを運搬する。該プレート5
70は、ベルト駆動装置501で支持されかつ該ベルト駆動
装置に接触しているところの突起部572を有する。The platen carrier is shown in FIGS. 4 and 5. Fourth
Whereas the shape shown in the figure carries only the platen,
The form shown in FIG. 5 carries a platen and a platen holding frame. In FIG. 4, the platen 500 on which the substrate 550 is mounted is directly conveyed onto the driving device 501. The driving device 501 moves on a wheel 505 driven by a motor 503. The motor 503 is located outside the working chamber and is coupled by belt drive via a vacuum penetration device. The transportation means includes a drive device 501, a wheel 505, and a motor 503. Between the motors of different work rooms,
At the same time, it is synchronized so that the transport means can be driven in all working rooms at the same speed. On the contrary, it is also possible to drive the vehicle with a single motor in all working chambers by means of a suitable connection between the vehicles. In order to be able to close the valve in the middle of the adjacent working chambers, there is a gap between the adjacent conveying means and each working chamber is equipped with a conveying means. Although the drive system shown is of the belt drive type, other drive systems such as chain or worm gear drive can also be used. As is apparent from FIG. 5, the platen 500 need not be carried directly onto the drive 501. In this type of carrier, the platen is carried by a plate 570 having a recess for supporting the platen 500. The plate 5
70 has a protrusion 572 that is supported by the belt driving device 501 and is in contact with the belt driving device.
シヤフトの回転軸に対し基板と炉がどのへんにあれば成
長位置にとつて適好かは第6図を参照して確認できる。
基板は垂直軸のまわりを回転し、単位半径距離だけ離れ
た点に点イオン源がある。第6図は、垂直軸に対して基
板と炉との間隙をパラメータとし、水平軸に対して回転
軸から測つた基板の半径方向距離をパラメータとし、成
長位置における等ビーム束曲線を描いたものである。明
瞭さと簡易さとのゆえに、垂直軸と水平軸との座標は回
転軸から炉への間隙を単位にとつてプロツトしてあり、
例えば、炉は回転軸から単位長の点に置かれていると考
えられる。言いかえれば、基板の中央をシヤフトの回転
軸から半径方向へ単位長だけ離した時には、炉と同様に
回転軸からも半径方向へ同じ距離だけ離れている。10cm
(4インチ)の基板を表わす長い水平線(1)からも明
らかな様に、炉から基板への垂直距離が回転軸から炉へ
の距離よりもわずかに長く、しかも、回転軸から基板中
心への水平距離が回転軸から炉への水平距離のほゞ0.6
倍であれば、基板全体にわたつて比較的一様なビーム束
が得られる。短い水平線(2)は7.5cm(3インチ)の
基板を表わす。基板が炉を含む面からほゞ1.5単位長の
点に置かれ、しかも回転軸の中心に置かれた場合でも、
きわめて一様なビーム束が得られている。同時に処理で
きる基板数には厳しい制限があるため、この位置は最も
好ましいものと言うわけではない。異なつた直径の基板
では他の間隙とすることができる。一般に、上記2寸法
よりも小さな基板では、炉と基板との間の距離は減少す
るし、軸から基板への半径方向距離は増加する。It can be confirmed by referring to FIG. 6 which distance between the substrate and the furnace with respect to the shaft of the shaft is suitable for the growth position.
The substrate rotates about a vertical axis and the point ion source is located at a unit radius distance. FIG. 6 is a plot of an equal beam flux curve at the growth position, with the vertical axis as the parameter and the gap between the substrate and the furnace as the parameter, and the horizontal axis as the parameter as the radial distance of the substrate measured from the rotation axis. Is. For clarity and simplicity, the coordinates of the vertical and horizontal axes are plotted in terms of the gap from the rotary axis to the furnace,
For example, the furnace is considered to be located at a unit length from the axis of rotation. In other words, when the center of the substrate is separated from the shaft of the shaft by a unit length in the radial direction, the substrate is also separated from the shaft by the same distance in the radial direction as in the case of the furnace. 10 cm
As is clear from the long horizontal line (1) representing the (4 inch) substrate, the vertical distance from the furnace to the substrate is slightly longer than the distance from the rotation axis to the furnace, and moreover, from the rotation axis to the center of the substrate. The horizontal distance is about 0.6 from the axis of rotation to the furnace.
A doubling will result in a relatively uniform beam bundle across the entire substrate. The short horizontal line (2) represents a 7.5 cm (3 inch) substrate. Even if the substrate is placed at a point about 1.5 units long from the plane containing the furnace, and even if it is placed at the center of the rotation axis,
A very uniform beam bundle is obtained. This position is not the most preferred, as there are severe restrictions on the number of substrates that can be processed simultaneously. Other gaps can be provided for substrates of different diameters. In general, for substrates smaller than the above two dimensions, the distance between the furnace and the substrate decreases and the radial distance from the axis to the substrate increases.
上記装置において、基板は平坦な、比較的薄いプラテン
に水平に置かれている。平坦なプラテンを使用すれば、
耐火性物質で作られたプラテンを機械加工する際のコス
トを最小にでき、しかも使用材料の量も減ずることがで
きる。平坦形プラテン以外も使用できる。In the above apparatus, the substrate is placed horizontally on a flat, relatively thin platen. With a flat platen,
The cost of machining platens made of refractory materials can be minimized and the amount of material used can be reduced. Other than flat platen can be used.
装置の動作を以下に説明するが、ここで作業室は最初常
気圧にあると仮定しておく。この仮定は、装置が動作し
始めた後では成立つ必要性はない。成長用作業室30と解
析用作業室20とを希望する真空度に到達させた後では炉
を再ロードする時以外には真空が保たれる。真空を破壊
することなく炉を再ロードすることができる様にインタ
ーロツクを使うこともできる。基板550は最初第1のプ
ラテン500に実装し、第1のプラテンは第1のロード・
アンロード用作業室10内へ入れて運搬手段230上にセツ
トする。最初に、基板550は一般に用いられている方法
に従つて洗浄し、表面汚染物質を除去する。バルブ103
を開放しておき、バルブ11を閉じ、第1のロード・アン
ロード用作業室10の圧力をポンプによつてほゞ10-6torr
に減ずる。圧力が減少したならばバルブ11を開放する。
装置内のバルブ21,31は隣接作業室間を結合させること
ができるが、バルブ11は他のバルブ21,31と同時に開放
したり、閉塞したりするものである。運搬手段230は基
板550を解析用作業室20へ輸送するものである。この後
でバルブ11が再び閉じる。この時、基板550保持用の第
2のプラテン500はロード・アンロード用作業室10内に
置かれる。解析用作業室20に接続してあるポンプ201
は、解析用作業室20の圧力をほゞ10-8torrに減じてい
る。スパツタ用電子銃215で基板を洗浄する過程を含
み、希望する解析過程や準備過程などを終了した後で、
隣接作業室を結合するバルブ11,21,31を再び開放し、運
搬手段230は第1のプラテン500を成長用作業室30へ輸送
し、同時に第2のプラテン500を解析用作業室20へ輸送
する。炉またはイオン源を再ロードする時、あるいは他
の斯かる作業を行なう時を除いて、成長用作業室30ある
いは解析用作業室20を大気圧まで上げることなく装置を
動作させることが作業室とバルブとからなる構成によつ
て達成できる。もし希望するならば、インターロツクを
使つて作業室の真空を破壊することなく炉を再ロードす
ることができる。成長用作業室30における駆動手段320
が動作し、シヤフト318はプラテン500を運搬手段から持
上げ、成長位置でプラテン500と基板550とを回転させ始
める。シリコンを被着している時、加熱素子324は基板5
50とプラテン500との両方をほゞ400℃から1000℃の範囲
内の温度に加熱する。拡散過程が重要になるので高温を
使うこともできるが、分子線被着の特長が減ぜられる。
非晶質物質を成長させるときには低温を使うことができ
る。温度は赤外線温度計328で監視している。分子線源3
30,332の上全面にわたつてプラテン500を置き、物質が
大きな粒に成長するのを防いでいる。プラテン500をロ
ード・アンロード用作業室40から基板550を取付けたま
まの状態で除去する場合には、プラテン500を洗浄でき
る。タンタルの様な化学的に不活性な物質で作られたプ
ラテンは、公知の機械的手段または化学的手段によつて
洗浄することができる。もし堆積物質を完全に除去して
ない場合でも垂直形被着装置で一般に生ずるフレーキン
グの問題が本装置では低減される。分子線源の相互汚染
とエピタキシアル欠陥密度とは共に大幅に減じなければ
ならない。The operation of the device is described below, but here it is assumed that the working chamber is initially at atmospheric pressure. This assumption need not hold after the device has begun to operate. After reaching the desired vacuum degree in the growth work chamber 30 and the analysis work chamber 20, the vacuum is maintained except when the furnace is reloaded. Interlocks can also be used so that the furnace can be reloaded without breaking the vacuum. The board 550 is first mounted on the first platen 500, and the first platen is the first load plate.
It is put into the unloading work room 10 and set on the transportation means 230. First, the substrate 550 is cleaned according to commonly used methods to remove surface contaminants. Valve 103
Is opened, the valve 11 is closed, and the pressure in the first working chamber 10 for loading and unloading is pumped to about 10 -6 torr.
Reduced to. When the pressure decreases, valve 11 is opened.
The valves 21 and 31 in the apparatus can connect the adjacent work chambers, but the valve 11 is opened and closed simultaneously with the other valves 21 and 31. The transportation means 230 transports the substrate 550 to the analysis work room 20. After this valve 11 closes again. At this time, the second platen 500 for holding the substrate 550 is placed in the loading / unloading work chamber 10. Pump 201 connected to the analysis work room 20
Reduces the pressure in the analysis work chamber 20 to about 10 -8 torr. After finishing the desired analysis process and preparation process including the process of cleaning the substrate with the electron gun 215 for sputtering,
The valves 11, 21, 31 connecting the adjacent working chambers are opened again, and the transportation means 230 transports the first platen 500 to the growth working chamber 30 and at the same time transports the second platen 500 to the analysis working chamber 20. To do. Except when reloading the furnace or ion source, or performing other such work, it is important to operate the device without raising the growth work chamber 30 or the analysis work chamber 20 to atmospheric pressure. This can be achieved by a structure including a valve. If desired, the interlock can be used to reload the furnace without breaking the vacuum in the chamber. Drive means 320 in the growth work room 30
Is operated, the shaft 318 lifts the platen 500 from the transportation means and starts rotating the platen 500 and the substrate 550 in the growth position. When silicon is being deposited, the heating element 324 is the substrate 5
Both 50 and Platen 500 are heated to a temperature approximately in the range of 400 ° C to 1000 ° C. Higher temperatures can be used because the diffusion process is important, but the features of molecular beam deposition are diminished.
Lower temperatures can be used when growing amorphous materials. The temperature is monitored by an infrared thermometer 328. Molecular beam source 3
A platen 500 is placed over the entire surface of 30,332 to prevent the material from growing into large particles. When the platen 500 is removed from the loading / unloading work chamber 40 with the substrate 550 attached, the platen 500 can be cleaned. Platens made of chemically inert materials such as tantalum can be cleaned by known mechanical or chemical means. Even if the deposited material is not completely removed, the flaking problems that commonly occur in vertical deposition equipment are reduced with this equipment. Both the molecular beam source cross-contamination and the epitaxy defect density must be significantly reduced.
シリコンは炉330,332のうちの少なくともひとつに入れ
てあるので、公知の方法を使い、シリコン分子線を形成
しているシリコン表面に対して適当な磁界をかけること
によつて電子銃を指向させている。この形式のビーム源
は、溶融シリコンが高活性活を有するので、シリコンで
使うのに適している。n形イオン源306およびp形イオ
ン源308も適当なn形およびp形の添加物で満たされて
いる。これらのイオン源からのビームの放射は、上に論
じた様にそれぞれのシヤツタ313,315を開いたり閉じた
りして開始させたり終結させたりすることができる。Since the silicon is contained in at least one of the furnaces 330 and 332, a known method is used to direct the electron gun by applying an appropriate magnetic field to the silicon surface forming the silicon molecular beam. . This type of beam source is suitable for use with silicon because molten silicon has a high activity. N-type ion source 306 and p-type ion source 308 are also filled with suitable n-type and p-type additives. Beam emission from these ion sources can be initiated and terminated by opening and closing respective shutters 313, 315 as discussed above.
希望する物質層を被着した後、駆動手段320は回転を止
め、プラテン500を運搬手段230上へ降下させる。隣接作
業室間のバルブ11,21,31が開き、運搬手段230によつて
第1のプラテン500を成長用作業室30から第2のロード
・アンロード用作業室40へ移動させ、いつぼう、同時に
第3のプラテン500を第1のロード・アンロード用作業
室10から解析用作業室20へ移動させ、第2のプラテン50
0を解析用作業室20から成長用作業室30へ移動させる。
勿論、斯様な過程は装置から最大の出力を得るものでは
ないが、各作業室にはプラテンを備える必要はない。After depositing the desired material layer, the drive means 320 ceases to rotate and the platen 500 is lowered onto the carrier means 230. The valves 11, 21, 31 between the adjacent work chambers are opened, and the first platen 500 is moved from the growth work chamber 30 to the second load / unload work chamber 40 by the transportation means 230. At the same time, the third platen 500 is moved from the first loading / unloading work room 10 to the analysis work room 20, and the second platen 50 is moved.
0 is moved from the analysis work room 20 to the growth work room 30.
Of course, such a process does not provide maximum output from the device, but each working room need not be equipped with a platen.
希望する膜厚と組成とを有する物質層が成長される様
に、シヤフト318の角速度と基板500の角速度とを成長用
作業室内で制御することができる。例えば、ひとつの炉
330をシリコンで満たし、第2の炉332をコバルトで満た
し、角速度を調整してシリコンとコバルトとの層を交互
に被着させることができる。他の実例では、p形イオン
源309およびn形イオン源311からのビーム束速度、なら
びに基板の角速度を調整して、シリコンのp形層とn形
層とを交互に被着させることができる。代表的な被着速
度は毎秒1〜10Åの間である。低速度では、汚染物質が
被着されることがあり、高速度では精密に膜を制御する
のが困難である。正確な被着速度は製造されているデバ
イスに依存する。The angular velocity of the shaft 318 and the angular velocity of the substrate 500 can be controlled in the growth working chamber so that a material layer having a desired film thickness and composition is grown. For example, one furnace
The 330 can be filled with silicon and the second furnace 332 can be filled with cobalt and the angular rate can be adjusted to deposit alternating layers of silicon and cobalt. In another example, the beam flux velocities from p-type ion source 309 and n-type ion source 311 and the angular velocity of the substrate can be adjusted to deposit p-type and n-type layers of silicon alternately. . Typical deposition rates are between 1 and 10Å / s. At low speeds contaminants may be deposited and at high speeds it is difficult to precisely control the membrane. The exact deposition rate depends on the device being manufactured.
装置の動作に関し、シリコンを使用した場合について説
明してきたが、本装置はIII−V族化合物の様な他の半
導体物質でも使用できると理解すべきである。斯様な化
合物を成長する場合には、上記炉は従来のクヌドセン
(Knudsen)形放射セルに置換されよう。着脱可能なプ
ラテンを炉上に置けばフレーキングの問題を除去でき、
簡便な垂直方向被着法でIII−V族化合物を被着するこ
とができる。この構成では基板を水平に近い状態に保つ
て中央部に集めないで、クヌドセン(Knudsen)形セル
を垂直方向にセルの軸と並行に配置しているので、さら
に多数の炉も使用できる。例えば、イオン源から作業室
への軸方向距離を15cm(6インチ)に設定すれば、現在
市販されている装置における6−8箇の炉の代りに少な
くとも20箇のクヌドセン(Knudsen)形セルを使うこと
ができる。この様に多くの数のセルを使えば、単一シス
テム内で被着できる半導体物質あるいは添加物の数を増
加させることができる。プラテンの回転周波数を低くし
て、適切な構成の炉を使用すれば、変化する組成を有す
る成長構造が得られる。これによつて複雑な構造を有す
る炉のシヤツタを除去することができる。Although the operation of the device has been described using silicon, it should be understood that the device can be used with other semiconductor materials such as III-V compounds. When growing such compounds, the furnace would be replaced by a conventional Knudsen type radiant cell. Placing a removable platen on the furnace eliminates flaking problems,
Group III-V compounds can be deposited by a simple vertical deposition method. In this configuration, more substrates can be used because the Knudsen cells are placed vertically parallel to the cell axis without keeping the substrates near horizontal and gathering in the center. For example, if the axial distance from the ion source to the working chamber is set to 15 cm (6 inches), at least 20 Knudsen cells can be used instead of the 6-8 furnaces in currently available equipment. Can be used. This large number of cells can be used to increase the number of semiconductor materials or additives that can be deposited in a single system. With a low platen rotation frequency and a properly configured furnace, growth structures with varying compositions are obtained. As a result, the shutter of the furnace having a complicated structure can be removed.
複数枚基板上への同時被着に関して装置を説明してきた
が、“同時”と言う言葉は常時すべての基板が等しいビ
ーム束を受けると言う意味ではなく、単一処理操作中に
すべての基板上へ希望する層を被着できると言う意味で
使用されている事を理解すべきである。Although the apparatus has been described with respect to simultaneous deposition on multiple substrates, the term "simultaneous" does not mean that all substrates receive an equal beam flux at all times, but only on all substrates during a single processing operation. It should be understood that it is used in the sense that the desired layer can be deposited.
第1図は本発明に依る装置の断面を示す図である。 第2図は第1図の装置の線1−1に沿つて描いた成長用
作業室の断面図である。 第3図は第1図および第2図の装置に使用するプラテン
の頂面図である。 第4図ならびに第5図は、第1図および第2図の装置に
おいてプラテンを輸送するための運搬手段の透視画法図
である。 第6図は、垂直軸に対して基板と炉との間の間隙、水平
軸に対して回転用前記手段の回転軸から基板面内への距
離をそれぞれパラメータとし、基板上での種々のビーム
束到達速度に対してプロツトしたグラフである。 〔主要部分の符号の説明〕 作業室:10,20,30,40 バルブ:11,21,31 加熱素子:207 プラテン:500 基板:550 駆動手段:212,320 運搬手段:230 分子線源:306,308FIG. 1 shows a cross section of a device according to the invention. FIG. 2 is a sectional view of the growth working chamber taken along line 1-1 of the apparatus of FIG. FIG. 3 is a top view of the platen used in the apparatus of FIGS. 1 and 2. 4 and 5 are perspective views of a vehicle for transporting platens in the apparatus of FIGS. 1 and 2. FIG. 6 shows various beams on the substrate with the gap between the substrate and the furnace with respect to the vertical axis and the distance from the rotation axis of the rotating means to the plane of the substrate with respect to the horizontal axis. It is a graph plotted against the bundle arrival speed. (Explanation of symbols for main parts) Working room: 10,20,30,40 Valve: 11,21,31 Heating element: 207 Platen: 500 Substrate: 550 Driving means: 212,320 Transporting means: 230 Molecular beam source: 306,308
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−110367(JP,A) 特開 昭55−19842(JP,A) 特開 昭54−87477(JP,A) 特開 昭56−4233(JP,A) 特開 昭56−108286(JP,A) 米国特許3667424(US,A) 米国特許3911162(US,A)Continuation of the front page (56) Reference JP-A-53-110367 (JP, A) JP-A-55-19842 (JP, A) JP-A-54-87477 (JP, A) JP-A-56-4233 (JP , A) Japanese Patent Laid-Open No. 56-108286 (JP, A) US Patent 3667424 (US, A) US Patent 3911162 (US, A)
Claims (7)
子線源を設けた真空可能な生長用作業室と、 複数枚の基板を実装するためのプラテンと、 プラテン上に実装された全基板がある軸の回りを単純に
円運動をするように、プラテンをこの軸を中心として回
転させる手段と、 前記複数枚の基板を加熱するための手段とを具備し、 1枚の基板が分子線源に最接近した瞬間にはその基板が
分子線源から受ける分子線束は基板全体にわたって不均
一であるが、プラテンが回転するときに各基板は各分子
線源からほぼ連続して分子線を受けることができ、さら
にプラテンが一回転したとき各基板が分子線源から受け
る分子線の平均束が基板全体にわたりほぼ均一になるよ
うに、分子線源は前記軸から離し、かつプラテンから軸
方向に離して配置されており、 プラテン上の基板実装位置は前記軸から等距離であり、 分子線源は基板実装位置と前記軸の距離よりも大きい距
離だけ前記軸から離して配置され、 プラテンは分子線源と前記軸の距離よりも大きい距離だ
け分子線源から離して配置されることを特徴とする分子
線被着装置。1. A vacuumable growth chamber provided with at least one molecular beam source for generating a molecular beam, a platen for mounting a plurality of substrates, and a platen mounted on the platen. All the substrates are provided with means for rotating the platen about this axis so as to make a simple circular motion about the axis, and means for heating the plurality of substrates, wherein one substrate is The molecular beam flux that the substrate receives from the molecular beam source at the moment when it comes closest to the molecular beam source is non-uniform over the entire substrate, but when the platen rotates, each substrate is almost continuous from each molecular beam source. The molecular beam source is separated from the axis and the axis from the platen so that the average flux of the molecular beam that each substrate receives from the molecular beam source when the platen makes one revolution is substantially uniform over the entire substrate. Placed apart in the direction The substrate mounting position on the platen is equidistant from the axis, the molecular beam source is placed away from the shaft by a distance larger than the distance between the substrate mounting position and the axis, and the platen is A molecular beam deposition apparatus, wherein the molecular beam deposition apparatus is arranged apart from the molecular beam source by a distance larger than the axial distance.
て、複数の分子線源が含まれ、これらは前記軸から等し
く離してかつプラテンから軸方向に等しく離して配置さ
れることを特徴とする分子線被着装置。2. A device according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of molecular beam sources, which are arranged equidistant from the axis and axially equidistant from the platen. Molecular beam deposition device.
装置において、分子線源からプラテンまでの軸方向距離
は、前記軸から分子線源までの距離よりわずかに長いこ
とを特徴とする分子線被着装置。3. The apparatus according to claim 1 or 2, wherein the axial distance from the molecular beam source to the platen is slightly longer than the distance from the shaft to the molecular beam source. Molecular beam deposition device.
て、前記軸から基板までの距離は前記軸から分子線源ま
での距離の約0.6倍であることを特徴とする分子線被着
装置。4. The apparatus according to claim 3, wherein the distance from the axis to the substrate is about 0.6 times the distance from the axis to the molecular beam source. .
か1項に記載の装置において、真空可能な解析用作業室
と、 前記解析用作業室と前記生長用作業室との間の第1のバ
ルブと、 前記解析用作業室と前記生長用作業室との間でプラテン
を輸送するための運搬手段とを具備したことを特徴とす
る分子線被着装置。5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein an analysis work chamber capable of vacuum, and the analysis work chamber and the growth work chamber are provided. 1. A molecular beam deposition apparatus, comprising: a first valve and a transportation means for transporting a platen between the analysis work chamber and the growth work chamber.
て、 第1及び第2のロード・アンロード用作業室と、 前記第1のロード・アンロード用作業室と前記解析用作
業室との間の第2のバルブと、 前記生長用作業室と前記第2のロード・アンロード用作
業室との間の第3のバルブとを含み、 前記運搬手段は、前記第1のロード・アンロード用作業
室と前記解析用作業室との間、及び前記生長用作業室と
前記第二のロード・アンロード用作業室との間でプラテ
ンを輸送することを特徴とする分子線被着装置。6. The apparatus according to claim 5, wherein the first and second work chambers for load / unload, the first work chamber for load / unload and the work chamber for analysis are provided. And a third valve between the growth work chamber and the second load / unload work chamber, wherein the transport means includes the first load / unload chamber. A molecular beam deposition apparatus for transporting a platen between a loading work chamber and the analysis work chamber, and between the growth work chamber and the second loading / unloading work chamber. .
か1項に記載の装置において、 各分子線源をそれぞれの分子線が略垂直方向に向くよう
に設けたことを特徴とする分子線被着装置。7. The apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein each molecular beam source is provided so that each molecular beam is oriented in a substantially vertical direction. Molecular beam deposition device.
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