KR910000078B1 - 분자선 에피택시 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

분자선 에피택시 장치

제1도는 분자선 에피택시 장치의 구성예를 도시한 평면도.

제2도는 종래의 기판 반송 방식을 도시한 사시도.

제3a도는 본 발명에 있어서 기판을 적재한 카세트의 정면의 단면도.

제3b도는 그 측면의 단면도.

제4a도 내지 제4c도는 제1도의 X-X단면으로 도입실에서 반송로까지의 서셉터의 이송순서를 도시한 단면도.

제5도는 운반용 조종기에서 반송로까지의 기판의 운반기구를 도시한 도면.

제6a도 내지 제6d도는 서셉터의 유지상태의 변화를 도시한 도면.

제7a도 내지 제7b도는 기판을 기판홀더에 전달하는 전후의 상태를 도시한 정면도.

제8a도 및 제8b도는 성장실내의 시료의 움직임을 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 도입실 2 : 준비 및 분석실

3 : 성장실 4 : 반출실

5 : 반송실 6 : 운반용 조종기

15 : 기판 16 : 서셉터

17 : 카세트 20 : 트럭

30 : 크너드슨형 분자선 원

본 발명은 분자석 에피택시 장치에 관하여, 특히 기판 표면의 먼지 부착을 방지하면서 진공 용기내에서 기판을 자동반송하는데 가장 적합한 분자선 에피택시 장치에 관한 것이다.

분자선 에피택시법은 기판위에 박막결정을 성장시키는 기술로서, 최근 관심이 집중되고 있다. 그러나, 이것을 공업적 규모로 실시하는데는 장치상 해결해야할 중요한 기술적 과제가 남아 있다.

제1도는 공업적 규모로 분자선 에피택시를 실시하는데 필요한 장치의 구성을 도시한 평면도이다(일본 "표면과학지 제3권 제3호"(1982) p15∼16을 참조). 장치는 크게 분류해서 도입실(1), 준비 및 분석실(2), 성장실(3), 반출실(4)의 각 진공실 및 게이트 밸브(7)을 거쳐서 이들의 진공실과 접속되는 기판 반송실(5)로 구성되어 있다. 반송실(5)와 각 진공실 사이의 기판(도시 생략)의 이송은 게이트 밸브(7)을 관통하는 팔을 가진 운반용 조종기(6)에 의해서 행하여 진다. 기판은 대기중에서 도입실(1)로 투입된다. 도입실(1)을 10^-6∼10^-8Torr의 기압까지 진공배기한후, 게이트 밸브(7)을 열어서 기판을 반송로(5)(기압 : 10^-9∼10^-10Torr)내로 이송한다. 기판은 반송실(5)를 거쳐서 차례로 준비 및 분석실(2)와 성장실(3) (모두가 기압은 10^-10∼10^-11Torr)로 이송되어 각각 기판 표면의 청정화 및 결정성장의 공정을 실시하여, 최후의 반출실(4)(기압 : 10^-6∼10^-8Torr)에서 대기중으로 재차 반출된다.

이상과 같은 장치에 있어서, 기술과제의 하나는 대기중에서 장치내로 투입한 기판을 초고진공실로 반송해서 에피택셜 성장에 필요한 여러공정을 행하고, 재차 대기중으로 반출하기 위한 높은 진공 및 초고진공하의 기판 반송 시스템에 있다. 반송중에는 기판을 손상시키지 않으며, 또 기판을 떨어뜨리는 일없이 확실하게 반송해야만 하며, 또한 에피택시층의 격자결함을 감소시키기 위하여 반송도중에 기판 표면의 먼지 부착을 최대한 피하지 않으면 안된다.

한편, 초고진공을 얻어야 하기 때문에, 이러한 장치에 있어서는 진공용기내에서 윤활유 등의 고분자 재료를 사용할 수가 없다. 또, 용기내 부품의 표면으로부터 방출되는 가스를 저감할 목적으로, 진공용기 전체는 250-3OO。C의 온도로 자주 가열된다. 이와 같이 엄격한 조건하에서는 대기중에서 통상 사용되는 것과 같은 정밀한 운동기구는 부품 사이의 늘어붙음, 마모등의 문제가 일어나기 때문에 사용될 수 없다. 또, 모터 리미트 스위치등의 구동원이나 센서류를 용기내에 설치하는 것도 곤란하다.

그래서, 종래에는 다음에 기술하는 것과 같은 기판을 반송하는 방법이 사용되어 왔다(P.E.Lascher,"THIN SOLID FILM",(1981) p2-12를 참조). 제2도에 그 반송 방식의 주요부를 도시하였다. 예를들면, GaAs와 같이 기계적 강도가 낮은 기판(8)을 강도가 높은 서셉터(susceptor)(9)(예를들면, Mo에 의해 제작된다)에 붙이던가 또는 기계적으로 유지하여 서셉터(9)를 반송의 단위로 한다. 그리고 이러한 서셉터(9)는 그 기판면을 수직으로 세운 상태를 유지하면서 반송로 및 각 진공실 사이로 이송한다.

도입실, 준비 및 분석실, 성장실, 반출실에서 기판홀더와 반송로를 주행하는 기판홀더는 모두가 제2도에 도시한 것과 같이 기판 유지링(13)을 가지고 있다. 서셉터는 그 측면에 세워진 핀(10)을 갖고, 이들과 끼워 맞추는 L자형의 홈(14)에 의해서 기판 유지링(13)에 유지된다. 각 진공실의 기판홀더로부터 서셉터의 붙이고 떼기, 반송도중의 기판홀더로부터 서셉터의 붙이고 떼기는 모두가 기판 이송용 조종기(6)에 의해서 행하여진다. 이 조종기는 진공내에 있는 축(31)을 대기측에서 직진, 회전시키는 기구이다. 축 선단에 있는 그립(grip)부(11)은 상기 기판 유지링(13)과 서셉터의 핀(10)을 끼워 맞추는 홈(12)를 갖는다. 조정기의 직진과 회전운동에 의해 서셉터는 각 진공실에서 반송로로, 또 반송로에서 각 진공실로 이송된다.

이상 기술한 종래의 장치에서 서셉터의 붙이고 떼기 작업은 모두 진공용기의 뷰포오트(viewprot)를 통해 눈으로 보면서 세심한 주위를 기우리며 수동으로 행하고 있다.

이렇게 하여도 서셉터는 수직으로 세운 형태이기 때문에 넘어지기가 쉽고, 서셉터를 떨어뜨릴 확률이 높다. 최근, 장치의 구성이 다수의 진공용기를 갖고 발전함에 따라서, 이송을 위한 장소가 증가하고, 떨어뜨릴 확률은 더욱 증가하고 있다. 떨어뜨린 서셉터는 진공실을 대기중에 노출하지 않는한 주울수가 없으므로, 이러한 종래의 기판 반송 방식에는 큰 결점이 있었다. 그리고, 기판면이 수직으로 세워져 있기 때문에, 진공용기의 안쪽벽에 부착된 먼지가 떨어져서 기판면에 부착되는 것을 완전하게 방지할 수 없다는 결점이 있었다.

본 발명은 이러한 점에 착안해서 이루어진 것으로, 반송중의 기판의 표면에 먼지등이 부착되는 것을 방지함과 동시에 기판의 반송의 신뢰성을 높이고 기판 반송의 자동화를 용이하게 하는 분자선 에피택시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 분자선 에피택시 장치는 에피택셜 성장을 행하는 기판면을 중력방향으로 향하게 하여 기판을 본 장치내에 도입하는 수단, 초고진공 중에서 상기 기판면에 분자선에 의한 에피택셜 성장을 시키는데 필요한 공정을 행하는 처리실, 본 장치내에 도입된 상기 기판을 그 기판면을 상기 중력방향으로 유지한 상태에서 상기 처리실에 반송할 수 있도록 하는 수단, 본 장치내에 도입된 상기 기판을 그 기판면을 상기 중력방향으로 유지한 상태에서 상기 반송수단에 이송하며, 상기 반송수단과 상기 처리실 사이의 이송수단을 구비하고, 분자선 에피택시법으로 상기 기판면에 박막결정을 성장시키도록 한 것이다.

다음에 본 발명을 실시예에 따라 그 내용을 상세하게 설명한다.

제1도에 도시한 구성의 분자선 에피택시 장치에서는 상술한 바와 같이, 기판이 서셉터에 부착되어 도입실(1)로부터 진공용기내로 옮겨지고, 준비 및 분석실(2), 성장실(3)을 거처서 반출실(4)에서 끄집어내게 된다. 각 진공실은 게이트 밸브(7)에 의해서 반송실(5)에서 격리되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 본 발명에서는 대기중에서 도입실내로 기판이 옮겨지는 것을 제3a도 및 제3b도에 도시한 카세트(17)에 의해서 행한다. 기판(15)는 서셉터(16)의 면에 고정시키던가 또는 클램프한후, 카세트(17)의 선반에 수평 및 아래로 향해서 놓여진다. 카세트의 정면은 제3a도와 같이 개방되어 있으며, 선반은 제3b도와 같이 측면에만 존재한다. 본 실시예의 카세트에서는 여러매의 서셉터가 동시에 진공용기내로 옮겨지게 되어, 1로트의 기판의 에피택셜 성장동안 진공용기를 대기에 개방하는 일없이 연속해서 작업이 가능하다.

제1도의 도입실(1)에서 반송로(5)로의 서셉터의 이송순서는 제1도의 X-X단면도로서 제4a도-제4c도에 도시한다. 카세트(17)의 임의의 선반에 있는 서셉터(16)을 이송할 때, 제4a도와 같이 카세트(17)을 상하방향 A로 보내고, 적당한 높이에서 정지시킨다. 이어서 게이트 밸브(7)을 개방하고, 운반용 조정기(6)의 자성결합의 대기측(28)을 전진시키는 것에 의해 진공용기내의 축(32)를 전진시켜 그 선단에 부착된 포오크(fork)(18)을 선반 사이에 진입시킨다. 이어서 제4b도와 같이 포오크(18)을 후퇴시켜 반송로의 레일(21)위에 대기하고 있는 트럭(트랜스포오터)(20)의 바로 위에서 포오크(18)을 정지시킨다. 여기서 게이트 밸브(7)을 폐쇄한다. 이어서 리프트(lift)(19)는 베로우즈(bollows)를 응용한 직진운동 도입기구(29)에 의해서 대기측으로부터 C방향으로 구동되어, 서셉터(16)을 들어올린다. 이 상태에서 포오크(18)을 또 B방향으로 대피시킨후, 리프트(19)를 하강하면, 제4c도와 같이 서셉터는 트럭위로 이송을 완료한다.

제4a도∼제4c도에 있어서 반송로내의 여러기구의 개략도를 제5도에 도시한다. 여기서 중요한 것은 포오크(18), 리프트(19), 트럭(27)등 서셉터(16)을 받치는 모든 기구가 서로 간섭하는 일이 없도록, 또 서셉터에 부착된 기판에 접촉하지 않도록 서셉터를 유지하는 것이다.

제6a도∼제6d도는 이러한 유지상태의 이행을 도시한 것으로, 제6a도에 도시한 것과 같이 카세트(17)의 선반에 배치된 서셉터(16)은 제6b도에 도시한 것과 같이 포오크(18)의 선단에 의해 지지되고, 다음에 제6c도에 도시한 것과 같이 리프트(19)의 선단에 의해 지지되며, 제6d도에 도시한 것과 같이 트럭(20)위의 선반(22)에 운반된다. 각 도면에서는 각각 서셉터를 받치는 위치를 2점쇄선으로 도시하고 있다.

트럭(20)은 제5도에 도시한 것과 같이 기판면이 아래로 향한 그대로 서셉터(16)을 올려놓을 수 있도록 선반(혹은 자리)(22)가 마련되어 있다. 서셉터(16)을 쌓은 트럭(27)은 대기측으로부터 구동되는 와이어에 끌려서 레일(21)위에서 D방향으로 이동한다. 트럭의 구동방법은 이 이외에도 랙과 피니언의 조합, 체인에 의한 견인 또는 전자유도에 의한 구동등도 가능하다.

이상 도입실로부터 반송로의 서셉터의 이송에 대해서 설명하였으나, 반송로에 있어서의 준비 및 분석실, 성장실의 앞에 정지한 트럭(20)에서 기판(15)를 이들의 초고진공실로 보내는 기구에 대해서도 제4b도, 제4c도 및 제5도에 도시한 것과 모두 마찬가지이다.

준비 및 분석실, 성장실에서 서셉터(16)을 받는 기구는 제7a도, 제7b도에 도시한 것과 같다. 운반용 조종기의 포오크(18)에 놓인 서셉터(16)에 대해 기판홀더(23)이 직진운동 E와 회전운동 F를 하고, 그 L자홈(24)에 서셉터측의 로드(25)를 끼워맞추어서 서셉터를 받는다. 분자선의 조사 또는 기판면의 분석에 있어서는 기판면을 진공실내의 적절한 위치로 이동, 회전할 필요가 있다. 본 발명에서는 기판홀더에 회전과 이동의 기능을 부여하는 것에 의해, 기판의 반송에서 기판면의 방향과 관계없이 진공실내의 바라는 위치에서 분자선의 조사, 기판면의 분석을 가능하게 하였다. 1예로서 크너드슨(Knudsen)형 분자선 원을 사용한 성장실내에 있어서 시료의 움직임을 제8a도, 제8b도에 도시한다. 도면중(30)은 크너드슨형 분자선 원을 나타낸다. 기판(15)는 제8a도에 있어서 아래로 향한 그대로 기판홀더(23)에 운반된후, 제8b도에 도시한 것과 같이 축(26)을 중심으로 화살표(27)의 방향의 회전운동에 의해 조사 위치로 이동한다. 운반용 조종기(6)을 반송로측으로 대피시키고, 게이트 밸브(7)을 막고서 분자선의 조사를 행한다. 그리고, 기판의 반송에 대해서는 상술한 반입순서를 거꾸로 하는 것에 의해 행하여 진다.

이상 기술한 기판의 반송과 이송에 있어서, 기판은 시종 아래로 향하고, 즉 중력방향을 향하고 있어서 반송과 이송중에 기판면에 먼지등이 부착될 가능성이 매우 낮다. 특히 성장실에서 기판의 이송에 있어서는 성장실의 벽이나 기판홀더에 부착된 조사물질이 낙하하는 일이 많으므로, 본 방식의 효과는 크다. 또, 운반용 조종기의 운동은 직진뿐이므로 기판 반송의 자동화가 매우 용이하다.

또한, 본 발명의 반송 시스템에 있어서, 카세트(17)의 상하운동 A, 운반용 조종기(6)의 운동 B, 리프트(19)의 상하운동 C, 트럭(20)의 이동 D는 모두가 직진운동뿐이고, 그 구동과 정지의 신호는 진공용기의 뷰포오트의 유리를 통해서 대기중에서 도입되는 적외선 또는 레이저와 이것을 수장하는 광전센서의 조합에 의해서 용이하게 위치의 제어가 가능하게 된다. 또, 회전운동과 직진운동의 조합이 요구되는 유일한 장소인 성장실, 준비 및 분석실의 기판홀더에 대한 서셉터의 붙이고 예기에 있어서도, 운반용 포오크위에 수평으로 놓여져 있는 서셉터에 기판홀더를 눌러 가면서 회전하는 것만의 운동은 눈으로 보고 하는 조작을 불필요로 하였다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 다음의 여러가지 효과가 얻어진다.

(1) 기판면을 아래로 향해서 반송과 이송을 행함으로 인하여 기판면에 먼지등의 부착이 없고, 격자결함이 적은 고품질의 에피택시가 가능하게 된다.

(2) 선반상태의 카세트에 기판을 적재하기 때문에 여러매의 기판을 한번에 진공용기에 넣는 것이 가능하게 되고, 용기내의 진공을 유지한채로 연속적으로 에피택시를 행하는 것도 가능하게 된다.

(3) 기판면에 직접 접촉하는 일없이, 기판의 이송이 가능하며, 또한 기판의 이송에 있어서 기판이 수평으로 유지되어 있으므로, 종래의 방식에 비해서 이송의 실패율이 매우 낮고, 특히 이송 장소가 많은 다실 구성의 장치에 있어서 가동율의 향상을 가져온다.

(4) 기판 운반용 조종기의 운동의 자유도가 종래의 방식에서는 직진과 회전의 2자유도가 있는데 비해 직진만의 1자유도로 되므로 기판의 반송의 자동화가 용이하게 된다.

그리고, 본 실시예에 있어서 도입실의 카세트의 형성, 준비 및 분석실과 성장실중의 기판홀더의 형상, 트럭으로부터 포오크로의 기판 운반의 양상을 다른 형상, 양상으로 변화시켜도 본 발명의 중력을 이용한 아래로 향한 반송의 설계 개념을 이용하면 상기의 효과가 얻어진다. 또, 장치가 제1도에 도시한 구성으로 제한되지 않고, 진공실의 수가 본 실시예보다 증감하거나 반송로가 구불구불하면서 단일 평면내에 없거나, 진공실의 배치가 변하여도 본 발명의 개념이 적용될 수 있는 것은 말할것도 없다.

Claims (2)

1. 에피택셜 성장을 행하는 기판면을 중력방향으로 향하게 하여 기판을 장치내로 도입하는 수단, 초고진공중에서 상기 기판면에 분자선에 의한 에피택셜 성장시키는데 필요한 공정을 행하는 처리실, 본 장치내에 도입된 상기 기판을 그 기판면을 상기 중력방향으로 유지한 상태에서 상기 처리실로 반송시키는 수단, 본 장치내에 도입된 상기 기판을 그 기판면을 상기 중력방향으로 유지한 상태에서 상기 반송수단에 이송하며 상기 반송수단과 상기 처리실 사이에서 이송하는 수단을 포함하고, 분자선 에피택시법과 수직방향으로 상기 처리실내에 반송된 기판의 표면을 재배치하고 분자선의 조사 위치를 향해서 기판표면을 세트하기 위한 수단에 의해 상기 기판면에 박막결정을 성장시키도록한 분자선 에피택시장치.
2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 도입수단은 대기중에서 상기 장치내로 선택적이고 동시에 다수의 기판을 도입하도록 구성되고, 상기 이송수단과 상기 반송수단은 연속적으로 상기 도입수단에서 상기 처리실로 하나씩 상기 기판을 이송 및 반송하는 분자선 에피택시장치.

Images