НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ И ИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
NANOTECHNOLOGICAL COMPLEX BASED ON EPITAXIAL AND ION TECHNOLOGIES

Изделие относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства новых изделий наноэлектроники.
Известен нанотехнологический комплекс, включающий вакуумную камеру с методиками молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения [1].
Этот комплекс представляет собой лабораторную установку, не предназначенную для массового выпуска изделий наноэлектроники. Взаимовлияние методик резко ограничивает ее функциональные возможности.
Известен также нанотехнологический комплекс, содержащий модули молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и измерения, линейно расположенные друг относительно друга [2].
Данная конфигурация модуля жестко привязана к определенной последовательности операций, что ограничивает его функциональные возможности.
Известен также сверхвысоковакуумный эпитаксиально-литографический комплекс, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом носителей подложек и средства откачки [3].
Этот комплекс, как и предыдущий, имеет жесткую конфигурацию. Кроме этого он не имеет возможности наращивания методик. Это ограничивает его функциональные возможности из-за отсутствия варьирования технологическими маршрутами.
Данный комплекс выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей комплекса.
Указанный технический результат достигается тем, что в нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий, включающий камеру загрузки, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль ионной имплантации, транспортную систему с захватом, носители подложек и средства откачки, введен блок переворота подложек, а транспортная система выполнена в виде автономной распределительной камеры с блоком откачки и соединенными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, состыкованными через соединительные фланцы с распределительной камерой.
Существует вариант, в котором распределительная камера снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным соединительным фланцем.
Существует также вариант, в котором распределительная камера снабжена модулем подготовки подложек.
Возможны варианты, в которых блок переворота подложек расположен внутри модуля молекулярно-лучевой эпитаксии, или внутри модуля ионной имплантации, или внутри камеры загрузки, или внутри распределительной камеры.
Возможен также вариант, в котором комплекс снабжен блоком подготовки подложек, расположенным в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии и (или) модуле ионной имплантации и (или) распределительной камере.
Существует также вариант, в котором робот-манипулятор снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным захватом носителей подложек.
Нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий (фиг.1) содержит распределительную камеру 1 с центральным роботом-распределителем 2, содержащим захват 3 носителей подложек 4, и соединительными фланцами 5.
Распределительная камера 1 через соединительные фланцы 5 состыкована с камерой загрузки 6, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии 7, модулем ионной имплантации 8 и, например, модулем подготовки подложек 9. Распределительная камера 1, камера загрузки 6, модуль молекулярно-лучевой эпитаксии 7, модуль ионной имплантации 8 и модуль подготовки подложек 9 соединены со средствами откачки (не показаны). Между камерой загрузки 6 и распределительной камерой 1 должен быть установлен затвор 10. Также затворы 10 могут быть установлены и перед другими модулями.
Комплекс снабжен блоком переворота подложек 11, который может быть расположен, например, в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7.
Существуют другие варианты, в которых блок переворота подложек может быть расположен в модуле ионной имплантации 8, в камере загрузки 6, в камере подготовки подложек 9 или в распределительной камере 1 (не показано).
Комплекс может быть также снабжен блоком подготовки подложек 12, который устанавливают, например, в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7. Возможны также варианты, в которых блок (блоки) подготовки подложек могут быть расположены в модуле ионной имплантации 8 или распределительной камере 1. В качестве блока подготовки подложек 12 может использоваться устройство резистивного нагрева, устройство электронной или плазменной очистки. Этот блок может использовать те же принципы, что и модуль подготовки подложек 9.
Следует заметить, что соединительные фланцы 5 могут быть расположены попарно друг напротив друга. Свободными соединительными фланцами комплекс может быть подстыкован к внешним технологическим комплексам (не показано).
Помимо этого к свободным соединительным фланцам могут быть подстыкованы дополнительные технологические и измерительные устройства (также не показаны).
В состав модуля молекулярно-лучевой эпитаксии могут входить дифрактометр быстрых электронов, квадрупольный масс-спектр и датчик Байярда-Альперта. Более подробно модули молекулярно-лучевой эпитаксии, ионной имплантации и подготовки подложек описаны в [4, 5, 6, 7, 8, 9].
Нанотехнологический комплекс работает следующим образом.
Подложки закрепляют в носителях 4 и устанавливают, например, в кассету (не показана), расположенную в камере загрузки 6. После этого камеру загрузки 6 закрывают и перемещают кассету в положение, обеспечивающее сопряжение носителя 4 с захватом 3 робота-распределения 2. Далее производят откачку камеры загрузки 6, открытие затвора 11 и подачу захвата 3 робота 2 в камеру 6.
Процесс состыковки захвата 3 с носителем 4 контролируют через окно в камере 6, после чего переносят носитель 4 в распределительную камеру 1, закрывают затвор 11 и поворачивают робот 2 в требуемом направлении.
Следует заметить, что последовательность операций может быть несколько иной. Например, перемещение кассеты в камере загрузки 6 может быть осуществлено после ее откачки и т.п. Подробно выполнение роботов, кассет, механизмов перемещений, носителей подложек и процессы их захвата см. в [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].
Дальнейшая последовательность операций зависит от технологического изготовления продукции.
Носитель 4 с подложкой может быть помещен в модуль подготовки подложек 9, в котором в зависимости от его исполнения может осуществляться электронная или плазменная очистка поверхности подложек, а также термический отжиг.
Процесс подготовки поверхности подложки может происходить как на захвате 4 робота 2, так и на столике модуля 9 (не показан). Процессы подготовки поверхности подложки подробно см. в [4, 5, 8].
После этого, в зависимости от технологического маршрута, подложку переносят в модуль молекулярно-лучевой эпитаксии 7 или ионной имплантации 8. Здесь также при наличии в них блоков подготовки подложек может происходить дополнительная подготовка их поверхности. Помимо этого в модуле молекулярно-лучевой эпитаксии 7 возможен переворот подложек, связанный с тем, что их рабочая поверхность при эпитаксии может быть расположена как внизу, так и под углом, а в ионных или других модулях - вверху.
Для согласования расположения поверхностей подложек в различных модулях можно осуществлять переворот подложек также в других местах комплекса.
Один вариант создания новых изделий наноэлектроники может быть основан на эффекте графоэпитаксии для создания несоразмерных кристаллических структур.
В этом случае в модуле ионной имплантации 8 на поверхности подложки формируются зоны ячеек с размерами, отличными от ее кристаллической структуры I, соответствующие размерам кристаллической структуры II предполагаемой эпитаксиальной пленки.
После этого в модуле 7 проводят процесс эпитаксиального роста пленки кристаллической структуры II, элементарными зародышами которой будут ячейки с ее характерными размерами.
Подробно процесс графоэпитаксии см. в [20, 21].
3
5
Таким образом, можно изготавливать 3-мерные схемы наноэлектроники, а также схемы на основе полупроводниковых соединений АВ.
Второй вариант создания новых изделий может заключаться в формировании в модуле 8 каталитических зон, например, никеля на подложке при помощи локального ионного разложения металлоорганики. После этого в модуле 7 в определенных местах на подложке можно формировать нанотрубки (см., например, [22, 23]).
Используя координатно-связанные зоны нанотрубок можно изготавливать нанотранзисторы, экраны мониторов, радиаторы с высокой теплоотдачей и т.д.
Помимо указанного с использованием этого комплекса можно будет изготавливать интегральные схемы наноэлектроники на кристаллах алмаза, квантовые приборы на основе эффекта Джозефсона на самоорганизованных периодических структурах и т.п.
Использование транспортной системы, выполненной в виде распределительной камеры с блоком откачки и соединительными фланцами, в которой расположен центральный робот-распределитель с возможностью осевого вращения, а также с возможностью взаимодействия, по меньшей мере, одним захватом носителей подложек с камерой загрузки, модулем молекулярно-лучевой эпитаксии и модулем ионной имплантации, расширяет функциональные возможности устройства.
Введение блока переворота подложек, расположенного внутри модуля молекулярно-лучевой эпитаксии, или внутри модуля ионной имплантации, или внутри камеры загрузки, или внутри распределительной камеры обеспечивает согласование оптимального расположения подложек относительно источников воздействия.
Снабжение распределительной камеры дополнительными фланцами позволяет подсоединять к комплексу дополнительные устройства, расширяющие его функциональные возможности.
Снабжение комплекса модулем подготовки подложек или блоком подготовки подложек увеличивает возможности подготовки поверхности подложек и расширяет функциональные возможности комплекса.
Снабжение робота-манипулятора дополнительными захватами носителей подложек позволяет оптимизировать носители для конкретных технологических процессов с учетом индивидуальных особенностей пристыкованных модулей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент JP 5203406, G01B 7/34, 1993 г.
2. Патент RU 2308782, H01J 37/26, 2006 г.
3. Сверхвысоковакуумный эпитаксиально-литографический комплекс. В.Д.Белов и др. Третий всесоюзный семинар «Микролитография», Черноголовка, 1990 г., с.131-132.
4. Е.З.Мазель. Планарная технология кремниевых приборов. М.: Энергия, 1974 г., 384 с.
5. С.М.Файнштейн. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1970 г., 294 с.
6. Патент RU 2208845, G12B 21/00, 2003 г.
7. Патент RU 2169440, Н05В 3/06, 2001 г.
8. О.С.Моряков. Элионная обработка. М.: Высшая школа, 1990 г., 125 с.
9. И.М.Скворцов и др. Технология и температура газовой эпитаксии кремния и германия. М.: Энергия, 1978 г., 133 с.
10. Information of Omicron. Multi - mode UHV Scanning Probe Microscope, р.1, 2.
11. Патент RU 2158454, H01J 37/26, 2000 г.
12. Патент ЕР 0899561, G01N 27/00, 1999 г.
13. Патент US 5157256, H01J 37/26, 1991 г.
14. Information of Omicron. UHV Scanning tunnling Microscope.
15. 3ондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др., Сенсорные системы, т.12, 1998 г., №1, с.99-121.
16. Сканирующая туннельная и атомносиловая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И. Успехи химии, 64 (8), 1995 г., с.818-833.
17. Патент RU 2163343, H01J 37/28, 2000 г.
18. Патент RU 59564, С03В 23/08, 2006 г.
19. Патент RU 59632, С03В 23/08, 2006 г.
20. Ю.Д.Третьяков и др. Каталог научнообразовательных ресурсов МГУ. www.msu.su/ru.
21. А.А.Остроушко и др. Физико-химические основы получения твердых материалов электронной техники, гл.9, 1998 г. http://geg.chem.usu.ru.
22. Углеродные нанотрубки обогнали лучшие прототипы кремниевых транзисторов. http://itnens.com.na.
23. И.В.Золотухин. Углеродные нанотрубки, 1999 г. www.pereplet.ru.