JPS58194240A - イオン注入装置のタ−ゲツト冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、イオン注入装置のターゲット冷却装置に関
し、回転および移動自在のディスクの内部に冷却用通路
を形成するとともに、冷却用通路を移動する媒体により
ディスクの装着部のイオン注入用ターゲットを冷却する
ようにし、ターゲットを効果的に冷却し、大電流高エネ
ルギービームによりイオン注入が行なえるとともに、良
質のデバイスを得るようにしたものである。

一般に２大電流イオン注入装置では、大電流イオンビー
ムをスポット状で入射させるとともに、複数のイオン注
入用ターゲットが装着されたディスクを回転および直線
移動してイオン注入するメカニカルスキャン力式が採用
されて′いる。これによるさ、大電流イオンビームその
ものを走査させる必要がないため、磁場を与えるための
多くの電磁石が全く不要となり、装置を小形かつ軽量に
できるものである。ところで、この種イオン注入装置で
は、各ターゲットがイオン注入により大きな熱エネルギ
ーを受けるため、各ターゲットを効果的に冷却する必要
があるが、メカニカルスキャンするデ゛イスク上のター
ゲットの冷却は容易ではない。

そこで、従来のイオン注入装置のターゲット冷却装置で
は、第１図および第２図に示すように、回転駆動軸（１
）により回転されるとさもに図示しない移動機構により
直線移動される軸（２）に円板状のデ′イスク（３）が
支持され、ディスク（３）上の外周部に複数個の銅ブロ
ックからなるヒートシンク（４）が等間隔に設けられる
とともに、各ヒートシンク（４）上にそれぞれターゲッ
トとなるウェハー（５）が載置され、これら各ウェハー
（５）が各ヒートシンク（４）に耽り付けられた板ばね
（６）により、ヒートシンク（４）に圧接され、保持さ
れている。そして、イオン注入により各ウェハー（５勝
；受けた熱エネルギーは、それぞれ当該のヒートシンク
（４）に逃がされ、各ウニ・・−（５）は慣性冷却力式
により冷却される。

しかし、前記従来のターゲット冷却装置によると、ディ
スク（３〕土のヒートシンク（４）ではその容積に応じ
た冷却しか行なえず、冷却能力が極めて低いものであり
、大電流高エネルギービームによる高濃度イオン注入で
は、ウェハー（５）の効果的な冷却が行なえず、良質の
デバイスが得られない欠点があり、この種イオン注入装
置では、その注入可能なパワーが制約されてしまう欠点
がある。また、ディスク（３）上の各ウェハー（５）は
それぞれ、ヒート７ンク（４）上で板ばね（６）により
保持されるため、ウェハー（５）のディスク（３）への
自動装填が行なえない欠点があり、仮りに、ウェハー（
５）をヒートシンク（４）上に乗せるだけの構造にして
その自動装填を可能にすると、ウェハー（５）のヒート
シンク（４）との接触が不十分となり、冷却能が悪くな
る問題が生じる。

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
回転および移動自在のディスクのりを周部にイオン注入
用ターゲットの複数個の装着部を形成し、前記ディスク
の内部に該ディスクの中心軸と前記各装着部とを結ぶ冷
却用通路を形成し、前記冷却用通路を移動する媒体によ
り前記各装着部のターゲットを冷却することを特徴さす
るイオン注入装置のターゲット冷却装置である。

したがって、ディスクの複数個の装着部にそれぞれ装着
された各ターゲットは、冷却用通路を移動する媒体によ
り冷却されるため、各ターゲットはイオン注入により大
きな熱エネルギーを受けるにもかかわらず、その温度上
昇は低く押えられ。

ターゲットの低温処理が可能となり、良質のデバイスを
得る七ともに、大電流高エネルギービームによるイオン
注入が実現でき、短時間にイオン注入を行なうことがで
きるものである。

つぎにこの発明を、その１実施例を示した第３図以下の
図面と七もに詳細に説明する。

これらの図面において、（７）は大電流イオン注入装置
の筐体状の装置大体であり、内部に高圧部。

真空ポンプ等が備えられている。（８）は装置本体（７
）の前側に設けられたエンドステーション、（９）はエ
ンドステーション（８）上の装置本体（７）の前面に一
体に設けられたターゲットチャンバー、０１はターゲッ
トチャンバー（９）の右側内部に形成され常時高真空に
保持されるイオン注入室であり、高圧部からのイオンビ
ームのビームラインにイオン入射口（１１）を介して接
続されている。ｕｚはターゲットチャンバー（９）の左
側に前面に開口しほぼ円筒状に形成されたチャンバ一本
体であり、後面に真空ポンプに連通する真空排気口ｕ３
が一役されている。（１４１はチャンバ一本体ａｚの前
面にヒンジ（１５）を介して前後に開閉自在に設けられ
た円形のチャンバー蓋であり、エンドステーション（８
）　上に設ケラれたエアシリンダー、油圧シリンダー等
のシリンダー（１６１により開閉操作され、チャンバー
蓋（１４１の開時には保持具（１７）によりほぼ水平に
保持される。（１８１はチャンバ一本体（１２１とチャ
ンバー蓋口Φとにより形成されたチャンバー室、０翅は
イオン注入室ＱＱとチャンバー室（１８）とを連通ずる
断面が細長い通路、（２０）は該通路（１９）を回転移
動により開閉する断面はぼ半円形のパルプである。

ｃ２１）および＠はチャンバー蓋財の外側面に支持され
それぞれの回転軸がチャンバー蓋Ｑ４１の内側に導入さ
れた回転用モータおよび移動用ステッピングモータであ
り、後述のディスクの駆動機構゛さなる。

（２３１および（至）はチャンバー蓋ｌの内側［に左右
力向に設けられそれぞれ回転用モータ１２１１およびス
テッピングモーターにより回転される回転駆動軸および
移動用駆動軸、に）はチャンバー蓋（１４１の内側に左
右力向に設けられた対のガイドレール、例は核力のガイ
ドレール（支）ｊに左右力向に移動自在に支持された移
動体であり、この移動体□□□には、第６図に示すよう
に、前記移動用駆動軸（至）が噛合するめねしくイ）が
形成されており、モータ凶の駆動による駆動軸（２４１
の回転により移動体（至）が左右に直線移動される。（
社）は移動体■に回転自在に内装され回転駆動軸ｃ２３
＋が挿通するとさもに該駆動軸（ハ）により回転される
ねじ車、ρ９）は移動体（至）に回転自在に支持され後
述のディスクの中心軸となる軸であり、その中腹部外周
に前記ねじ車１２８）に噛合する歯車□□□が一体に設
けられ、回転駆動軸回）の回転により軸Ｉ２９）が回転
される。ｇ３１＋および（３カは軸回の内部に軸方向に
形成された冷却媒体の往路および還路である。

１；１３）は軸凶の上端部に支持された円板状のディス
クであり、回転用モータＱυおよびステッピングモータ
（〃により回転および直線移動される。（３４）はディ
スク（判の外周部に等間隔に形成された複数個のイオン
注入用ターゲットの装着部であり、それぞれ外力に切り
欠いた１対の溝（至）を有しており、これが後述のハン
ドリング装置のベルト挿入孔となる。１３句はディスク
（３３）の各装着部（３４）土に装着されたイオン注入
用ターゲットとなる円形のウェハー１、潤は各装着部（
３蜀の内部にそれぞれ対の溝（３５１の内側に清う蛇行
状に形成された冷却路、　１３８１および（３９）はデ
ィスク（３３）の内部に放射状に形成されそれぞれ冷却
路（３力の一端および他端に連通ずる冷却用往通路およ
び冷却用還通路であり、冷却用往通路（３８）が軸１２
９）の往路印）に、冷却用還通路（３９）が還路（３４
にそれぞれ連通されており、軸回の往路ｔ３１）に供給
された水等の冷却媒体が各冷却用往通路（３８１を通っ
て各冷却路（３７）にそれぞれ流入され、装着部１列上
のウエノ・−１３６ノを冷却したのち、各冷却用還通路
（３９）を通って軸Ｉ２９）の還路改に戻される。（４
０）は各装着部（財）上のウニ・・−ｔ、Ｗ）を当該装
着部（３４）に圧接する馬蹄形のホルダであり、ホルダ
（４０）の基部にはディスク＋３３）を゛貫通するピン
（４Ｉ）が設けられるとともに、該ピン１４１）の端部
とディスク（晒の下面との間にスプリング（４４が介装
されており、このスプリング（４２のばね力によりウェ
ハー１隔が保持される。

（州は軸凶の下端部に一体の軸体（４４）とその外周に
気密かつ回転自在に設けられた筒体（４均七により構成
された移動点ロータリジヨイントであり、軸体（４４）
の外周面および筒体（４均の内周面にはそれぞれ互いに
合致する断面半円形の３条の環状溝が形成され、これに
より３条の環状通路（４６ａ）、（４６ｂ）、（４６Ｇ
）が形成されており、両頂状通路（４６１））、（４６
０）がそれぞれ往路の１）、還路（３２１に連通されて
いる。（４ηは軸体（４８）と該軸体＋４８）の外側に
気密かつ回転自在に設けられた筒体（４９）とにより構
成された中間点ロータリジヨイントであり、軸体（州と
筒体（４９）との間に、前記と同様にして３条の環状通
路（５ｏａ）、（５ｏｂ）、（５ｏｃ）が形成され、軸
体１．州内に形成された３つの通路（５１ａ）、（５１
ｂ）。

（５１Ｃ）がそれぞれ環状通路（５０ａ）、（５０ｂ）
、（５００）に連通されている。（５２）は軸体（５３
）と該軸Ｉｌｌ　（５８）の外周に気密かつ回転自在に
設けられた筒体（５４）とにより構成され支持体（５５
）を介してチャンバー蓋（１４１の内面に支持された固
定点ロータリジヨイントであり、軸体（５３）と筒体（
５４）との間に３条の環状通路（５６ａ、）。

（５６ｂ）、（５６Ｃ）が形成され、軸体（５３）内の
３つの通路（５７ａ）、（５７ｂ）、（５７ｃ）がそれ
ぞれ環状通路（５６ａ）、（５６１））、（５６０）に
連通されている。（５８ａ）、（５８ｂ）、（５８０）
は移動点ロータリジヨイント（４３）と中間点ロータリ
ジヨイント甑のそれぞれの筒体［４５）　、　＋４９＋
間を連結し環状通路（４６ａ）。

（４６ｂ）、（４６０）と環状通路（５０ａ）、（５０
ｂ）、（５００）とをそれぞれ連通する真空排気管、往
側冷却管、遠側冷却管。

（５９ａ）、（５９ｂ）、（５９０）は中間点ロータリ
ジヨイント甑と固定点ロータリジヨイント（５２）の軸
体ｔ４８）、　　（５３）間を連結し通路（５ｈａ）、
（５ｘｂ）、（５１ｃ）と通路（＋７ａ）、（５７ｂ）
、（５７ｃ）とをそれぞれ連通する真空排気管、往側冷
却管。

遠側冷却管、　（６０ａ）、（６０ｂ）、（６００）は
固定点ロータリジヨイント（５２）の筒体（５４）に接
続されるとともにそれぞれ環状通路（５６ａ）、（５６
ｂ）、（５６ｃ）に連通された真空排気主管、冷却媒体
供給管２回収管であり、それぞれチャンバー蓋σ勾より
導出され、真空排気主管（６０ａ）が真空ポンプに接続
されるとさもに、°供給管（６０ｂ）　、回収管（６０
０）が熱交換器および循環ポンプに接続されている。（
６１）は各ロータリジョインＨ４３１゜（４η、　　（
５２）等の可動部のＯリングシールであり、可動部にお
ける水もれを防止する。

（６２）はエンドステーション（８）上に設けられたウ
ェハー（閲の）・ンドリング装置であり、その操作台（
６３）が前後および上下に移動自在に支持され、操作台
（６３）の先端にディスク（３３）の装着５ｔ３４）の
溝・３５１に挿入自在の対のベル）　（６４）が設けら
れるとともに、操作台（６３）にウエノ・−キャリヤ（
６５）が設置されており、この種ノ為ンドリング装置（
６２）が回収用と装着用との２台備えられている。そし
て、ウエノ・−（３（支）の回収あるいは装着を行なう
場合は、操作台（６３）によりディスク（３３）の装着
部（３４）のホルダ（４０）がそのスプリング（傾のば
ね力に抗して浮上され、ウェハー（３６）の移動を容易
にしている。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

まず、ディスク（３３）の各装着部１３４）にそれぞれ
未注入ウェハー例を装着し、第３図に示すように、チャ
ンバー蓋Ｑ４１を閉じてディスク（絢をチャンバー室（
ｊ８）内に収納する。そして、チャンバー室ａεをその
真空排気口（１３を介して真空排気し、イオン注入室（
１りと同程度の高真空に排気したのち、バルブ１２０］
を回転移動してチャンバー室冊とイオン圧入室Ｏｑとを
通路（１湧を介して連通ずる。つぎに１回転用モータｃ
７１）が駆動し、回転駆動軸回）、ねじ車色、歯車（３
０）および軸（ロ）を介してディスク＋３３）が回転さ
れるとともに、図示しない冷却媒体の循環ポンプが駆動
し、ディスク（３３）の各冷却路１３７）に冷却媒体が
循環される。

すなわち、冷却媒体供給管（６０ｂ）からの冷却媒体は
、固定点ロータリジヨイント（５２）の環状通路（５６
１１）・軸体（５３）の通路（５７ｂ）・往側冷却管（
５９ｂ）　　・中間点ロータリジョイン）　（４７１の
軸体（州の通路（５１１））・環状通路（５０ｂ）・往
”１４１１冷却管（５８ｂ）・移動点ロータリジヨイン
ト（４３１の環状通路（４６ｂ）・軸（２９）の往°路
（３すを通り、各冷却用柱通路１３８）を介して各装着
部ｃ３４）の冷却路（３７）に流入され、装着部（３４
）上のウェハー（３６）を冷却したのち、各冷却用還通
路（３９）を介して軸齢）の還路改に戻される。さらに
、還路（繋の冷却媒体は、環状通路（４６０）・遠側冷
却管（５８０）・環状通路（５００）・通路（５１Ｃ）
・遠側冷却管（５９０）・通路（５７Ｇ）・環状通路（
５６ｅ）を通り、冷却媒体回収管（６００）より熱交換
器に戻される。ここで、各ロータリジヨイント（個、甑
、（５２）においては、その可動部で水もれが生じない
よう０リングシール（６１）によりシールされているが
、万一０リングシール（６１）で水もれが起きても、真
空排気主管（６０ａ）より真空引されることにより、各
環状通路（４６ａ）、、（５０ａ）、（５６ａ）よりも
れ水が吸引され。

真空中のチャンバー室α８）内への水もれが確実に防止
される。

つぎに、移動用ステッピングモータ（２）が駆動し。

移動用駆動軸内およびめねし鰭を介して移動体（２６）
がガイド（２５）に活って右方へ移動され１回転中のデ
ィスク（３３）が右方へ直線移動される。このとき、移
動点ロータリジヨイント（４３）は軸（２９）の移動と
ともに移動するが、各ロータリジヨイント＋４３１．　
（４７］、　（５２）において、軸体（４４）、　＋４
８）、　　（ｍと筒体（伺、　１４９）　、　　（５４
）吉がそれぞれ気密に回転されるため、各ロータリジョ
イント（ト）、（４η、　　（５２）のそれぞれの間を
一定に作詩しながら、中間点ロータリジヨイント甑が固
定点ロータリジヨイント（５２）に対して回転移動し、
冷却媒体の循環に支障はない。さらに、ディスク（３３
）が右方へ移動すると、ディスク（３３）は通路（１９
）を通ってイオン注入室四に導入し、第４図および第５
図に示すように、ディスク（３３）の約半分がイオン注
入室曲内に導入されると、今度は、両モータ１２１＋　
。

（２２）によりディスク（８３）が高速回転しながら左
右に細かく移動され、スポット状でイオン注入口１１１
）からイオン注入室曲内に入射されたイオン圧入室によ
り、ディスク１３３）上の各ウエノ・−（隔がイオン注
入さハる。このとき、イオン注入により各ウエノ・−（
３Ｇ）が受ける熱エネルギーは、前記した冷却媒体のデ
ィスク１３３）内への循環により回収され、・各ウエノ
・−１３６、は低温処理される。

つぎに、前述のイオン注入が完了すると、ステッピング
モータ１２２によりディスク（３３）はチャンバー室（
１８］内に移動され、パルプ例が閉じ、チャンバー室（
１８１が大気圧に戻される。そして、チャンパル蓋（１
４１が前方に回動してディスク（３３）が水平に保持さ
れ、当該ディスク（３３）が回転用モータ（２１）で節
動回転゛され、前述のハンドリング装置（６２）により
、注入完了ウェハー（隔の回収および未注入ウェハー１
３６．の装着が行なわれる。

したがって、前記実施例によると、メカニカルスキャン
を行なうディスクｌ３３）内に冷却用柱通路１３８）お
よび冷却用還通路（３９）を形成し、軸内に供給された
冷却媒体を各装着部（３４）の冷却路（３７）に循環で
きるため、装着部（３４）のウニ・・−（３６を効果的
に冷却でき、ウェハー（３６１が受ける熱エネルギーを
除去できるものであり、しかも、ウェハー１３６）はホ
ルダ）４０）により装着部（３燭面に密着されるため、
その冷却能は極めて高いものであり、良質のデ′バイス
を得ることができ、また、これにより、大電流高エネル
ギービームによるイオン注入が実現でき、イオン注入を
短時間で完了できるとともに、イオン注入の特徴が生か
せるものである。さらに、ディスク（判の軸ＣＩ！９）
への冷却媒体の供給は、３個のロータリジョイン）　１
４３１　、　（４η、　　（５２）を使用するため、移
動するディスク（到への冷却媒体の供給が容易さなり、
しかも、各ロータリジヨイント＋４３１．　＋４７１．
　　（５２）において真空引用の環状通路（４６ａ）、
（５０ａ）、（５６ａ）を設けるため、水もれが確実に
防止でき、安全である。

また、ウェハー１Ｓの回収、装着用のハンドリング装置
（６２）に装着部１３４）の対の溝（閲に挿入自在のベ
ル）　（６４）を備えるため、ホルダ（４０）を装Ｍ部
（３４）より浮かせて、ベルト（６４）Ｋよりウェハー
＋３（Ｅの搬送が行々え、ウェハー［３６１の回収、装
着の自動化が実現できるものであり、これにより、省力
化およびスループントの同士が達成できるものである。

なお、前記実施例では、ディスク１３３）の各装着部・
３４）の冷却路６′７）を並列接続としたが、これを直
列あるいは直並列に接続してもよい。

また、前記実施例では、ディスク（園内に水等の冷却媒
体を循環してウエノ・−１３６）を冷却するようにした
が、これに限らず、ディスク（３３）内に各装着部　　
　′１３４）に至る冷却用通路を放射状に形成し、これ
にそれぞれヒートパイプを埋め込み、ヒートパイプの蒸
発部を装着部（３４）に配置するとともに、ヒートパイ
プの凝縮部を軸内内に導入し、ウェハー（３６；の熱ヲ
ヒートハイプを介して軸内に集め、轟該′ヒートパイプ
の熱を軸ので循環冷却媒体に伝達するようにしてもよく
、ウェハー關を効果的に冷却できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のイオン注入装置のターゲッ
ト冷却装置を示し、弔１図は正面図、第２図は一部の平
面図、第３図以下の図面はこの発明のイオン注入装置の
ターゲット冷却装置のｌ実施例を示し、第３図は全体側
面図、第４図および第５図はターゲットチャンバ一部分
の正面図および切断平面図、第６図は要部のディスク冷
却系の展開断面図、第７図はディスクの一部の平面図で
ある。　　　　・ （２ｇ）・・・軸、（榊・・・ディスク、１３蜀・・・
装着部、＋３６．ｉ・・・ウェハー、１３力・・・冷゛
却路、關・・・冷却用柱通路、＋３９）・・・冷却用還
通路。 代理人　弁理士　　藤田戚太部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　回転および移動自在のディスクの外周部にイオン注
   入用ターゲットの複数個の装着部を形成し。 前記ディスクの内部に該ディスクの中心軸と前記各装着
   部とを結ぶ冷却用通路を形成し、前記冷却用通路を移動
   する媒体により前記各装着部のターゲットを冷却するこ
   とを特徴とするイオン注入装置のターゲット冷却装置。 （８）ディスクの冷却用通路を各装着部への往路および
   各装着部からの還路により構成し、前記往路および前記
   還路に冷却媒体を循環することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のイオン注入装置のターゲット冷却装
   置。 ■　デ゛イスクの冷却用通路を複数個の放射状に形成し
   、前記各冷却用通路にそれぞれ、装着部に蒸発部を配置
   したヒートパイプを埋め込み、前記ディスクの中心軸で
   前記各ヒートパイプの熱を循環冷却媒体に伝達すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン注入
   装置のターゲット冷却装置。