JP2000003879A - 基板冷却機構 - Google Patents

基板冷却機構

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JP2000003879A
JP2000003879A JP16553398A JP16553398A JP2000003879A JP 2000003879 A JP2000003879 A JP 2000003879A JP 16553398 A JP16553398 A JP 16553398A JP 16553398 A JP16553398 A JP 16553398A JP 2000003879 A JP2000003879 A JP 2000003879A
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JP
Japan
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substrate
cooling
rotating disk
high speed
chamber
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JP16553398A
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Inventor
Kenji Koukado
健二 香門
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高真空中での高速回転ディスク上にセットさ
れている基板を効率よく均一に冷却することができる基
板冷却機構を提供すること。 【解決手段】 基板冷却手段として、基板10と基板保
持部21aとの間に環状の密封部材24を介して区画さ
れ回転ディスク21の高速回転時に基板10に作用する
遠心力の分力(Fsinθ)を受けて密閉される冷却室
26と、この冷却室26へ冷却ガスGを導入可能な導入
通路25とを備えさせ、回転ディスク21の高速回転時
にのみ冷却室26へ冷却ガスGを導入する。これにより
基板10が効率よく、均一に冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板冷却機構に関
し、更に詳しくは、回転ディスクを高速回転させながら
基板処理を施す半導体製造装置、例えばバッチ式イオン
注入装置に用いて好適な高速回転ディスク上の基板冷却
機構に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来のバッチ式のイオン注入装
置を示している。これは、ベルト7を介して駆動部6の
回転駆動力を受けて高速回転可能な回転ディスク1の周
縁部の基板保持部に基板あるいはウェーハ(シリコン、
ガラス、石英、ガリウム砒素等を含む。)10を配し、
ディスクチャンバ2の内部において高真空下で回転ディ
スク1を高速回転させながら、ディスクチャンバ2の開
口2aを通るイオンビームIを基板10の表面に照射
し、基板10の物性を制御する装置である。回転ディス
ク1は毎分1200〜1600回転という高速で回転さ
れることにより、所定のティルト角で傾斜された基板1
0にイオンビームIが均一に照射される。一般にバッチ
式のイオン注入装置には高電流タイプが多いため、イオ
ンビームIの照射位置は固定されている。したがって、
回転ディスク1に装着された各基板10には、図8にお
いて符号Pで示す軌跡を描いてイオンが打ち込まれるこ
とになる。そこで、回転ディスク1をディスクチャンバ
2内で図7において上下方向に並進させ、基板10の表
面全域をカバーするようにしている。つまり、図7を参
照して、回転ディスク1をスライディングプレート5に
対して相対的に静止させて設けるとともに、ディスクチ
ャンバ2と一体化されたシールプレート3に対して、ス
ライディングシール4を介してスライディングプレート
5を相対移動可能に設けている。なお、回転ディスク1
に形成されるスリット1a(図8参照)は、イオンビー
ムIの電流量を検出するべく回転ディスク1の後方に配
置されるファラデー系9に、イオンビームIを到達させ
るためのものである。
【0003】イオン注入工程においては、イオン注入領
域を定めるために基板10の表面にレジストをマスクと
して形成しているが、イオン注入時における基板10の
発熱によるレジストの破壊を防止する必要がある。そこ
で従来では、図9に示すように回転ディスク周縁部にお
いて基板10が装着される基板保持部12の内部に冷却
水導入管11及び冷却ジャケット13を設け、冷却水供
給部8(図7参照)から導入される冷却水を循環させて
パッド14を冷却することにより、ストッパ15及びク
ランプ16により挟持されパッド14に載置された基板
10を間接的に冷却するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の基板冷却機構では、次のような問題があ
る。すなわち、第1に、基板10とパッド14との完全
な面接触を得ることができず、高真空中における基板1
0の冷却はこれら基板10とパッド14との接触面の熱
伝導にのみ依存するため、基板10の冷却効率が劣ると
いう問題がある。第2に、基板10とパッド14との完
全な面接触を得ることができないため、基板10の冷却
均一性が劣るという問題がある。
【0005】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、高真
空中での高速回転ディスク上にセットされている基板を
効率よく、均一に冷却することができる基板冷却機構を
提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明は、基板冷却手段として、基板と基板保
持部との間に環状の密封部材を介して区画された冷却室
と、この冷却室へ冷却ガスを導入可能な導入通路とを備
えている。冷却室は、回転ディスクの高速回転時に基板
に作用する遠心力の分力を受けて密閉され、この回転デ
ィスクの高速回転時にのみ冷却ガスを冷却室へ導入して
基板を冷却するようにしている。これにより、効率よく
均一に基板を冷却することができる。また、このとき、
冷却室の密閉性により冷却ガスが冷却室の外部へ漏出す
ることはない。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、本実施の形態におい
てはバッチ式のイオン注入装置に本発明を適用した場合
について説明するが、特に説明したところ以外は、詳述
せずとも上述の従来の構成と同様に構成されるものとす
る。また、図中、図7に対応する部分については同一の
符号を付している。
【0008】基板(ウェーハ)10は、皿状の回転ディ
スク21の周縁部の基板保持部21aに複数枚(数枚〜
十数枚)、鉛直方向に対してティルト角θだけ傾斜して
保持されている。ディスクチャンバ22は、回転ディス
ク21を内部に収容し、イオンビームIを透過させる開
口22aと、真空排気系に連絡する孔22bが形成され
ている。
【0009】図2を参照して、基板10は、基板保持部
21aにおいてストッパ27及びクランプ28で支持さ
れている。ストッパ27は、回転ディスク21の高速回
転時に作用する遠心力を受けて基板10が回転ディスク
21の径外方側へ移動するのを規制するものであり、他
方のクランプ28は一対あり(一方のみ図示)、基板1
0を回転ディスク21の径外方側へ押圧するためのもの
である。これにより基板10はストッパ27及びクラン
プ28に挟持されることになる。また、基板10と基板
保持部21aとの間には例えばゴムで成る環状の密封部
材24を介在させ、これら基板10、基板保持部21a
及び密封部材24とにより冷却室26を区画している。
冷却室26には回転ディスク21の内部に形成される導
入通路25が常時連通しており、この導入通路25を介
して冷却室26に冷却ガス(例えばヘリウムガス)Gを
導入可能としている。
【0010】図3は、冷却ガスGの制御系統図を示して
いる。冷却ガスGは、ガス供給口31から空圧作動バル
ブV1 、マスフローコントローラ32、空圧作動バルブ
2を介して回転ディスク21の内部の導入通路25に
導入される。冷却ガスGの圧力制御は、キャパシタンス
マノメータ33と可変コンダクタンスバルブV5 とによ
り行われる。このキャパシンタンスマノメータ33は、
差圧の発生により非常に薄い隔壁が変形するのを利用
し、それをキャパシタンスの変化に変換させて測定する
圧力計である。可変コンダクタンスバルブV5 は、ディ
スクチャンバ22の内部空間を真空引きするターボ分子
ポンプ34及びロータリーポンプ(あるいはドライポン
プ)35で成る排気系に連絡しており、冷却ガスGの圧
力が粘性流領域の例えば10Torr前後に保たれる。
【0011】本実施の形態は以上のように構成され、次
にこの作用について説明する。
【0012】図3を参照して、空圧作動バルブV4 、V
6 及びV7 は開弁して、ターボ分子ポンプ34及びロー
タリーポンプ35を駆動し、ディスクチャンバ22の内
部を孔22bを介して10-5〜10-6Torrまで真空
引きする。他の空圧作動バルブV1 、V2 及びV3 は閉
弁している。回転ディスク21の基板保持部21aへ所
定の枚数の基板10を装着し、回転ディスク21をその
回転軸29に関して回転させ、高速回転(1200〜1
600rpm)の定常状態になったことを確認した後、
バルブV1 及びV2 を開き、冷却ガス(ヘリウムガス)
Gを導入通路25を介して各基板保持部21aの冷却室
26へ導入する。そこで本実施の形態によれば、冷却室
26に面する基板10の裏面が直接、冷却ガスにより冷
却されるので、従来よりも冷却効率、及び、冷却均一性
を大幅に向上させることができる。
【0013】また、回転ディスク21の高速回転時、各
基板保持部21a上の基板10は、回転ディスク21の
径外方側へ向かう遠心力Fを受け、このうち基板保持部
21aに正対する方向に向かう遠心力の分力(Fsin
θ)により基板10が密封部材24と密着し、冷却室2
6が密閉される。したがって、冷却室26に導入された
冷却ガスGがディスクチャンバ22内へ漏出することは
なく、イオン注入処理に支障を来すことはない。また、
可変コンダクタンスバルブV5 を制御することによって
冷却ガスGの導入圧力を常に一定の圧力に保つことがで
きるとともに、各冷却室26へ導入した冷却ガスGをバ
ルブV3 及びV5 を介して排気し冷却ガスの入替えを行
うことにより、基板10の冷却効率を維持することがで
きる。
【0014】以上のように、本実施の形態によれば、高
速で回転する回転ディスク21上の基板10に作用する
遠心力の分力を利用して冷却室26の高真空気密性を得
た状態で、基板10の裏面を直接冷却ガスGで冷却する
ようにしているので、高真空下における基板10の冷却
作用を効率良く、かつ均一に行うことができ、これによ
り基板10上に形成されたレジストを保護することがで
きる。
【0015】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0016】例えば以上の実施の形態では、冷却室26
の密閉作用を基板10に作用する遠心力の分力のみで行
うようにしていたが、基板保持部21aを図5又は図6
に示すように構成して冷却室26の密閉作用を高めるよ
うにしてもよい。
【0017】すなわち、図5に示す構成例は、回転ディ
スク21の高速回転時においてストッパ27が基板10
から受ける押圧力をクランプ28へ伝達して、基板10
を基板保持部21aへ押し付ける力へと変換するリンク
手段40を設けている。ストッパ27には、回転ディス
ク21の高速回転時に基板10に作用する最大の遠心力
よりも大きな付勢力を有するばね部材48が取り付けら
れており、このばね部材48とリンク41、リンク41
と42、そしてリンク42とクランプ28とはそれぞれ
ピン継手43、44及び45で接続されるとともに、リ
ンク41及びクランプ28が支点46及び47に関して
それぞれ回動可能に回転ディスク21に支持されてい
る。この構成により、ストッパ27に作用する基板10
からの押圧力がばね部材27及びリンク41、42を介
してクランプ28に伝達され、基板10を基板保持部2
1aへ押し付ける力に変化されることになり、冷却室2
6の密閉性が高められる。なお、基板保持部21aに対
する基板10の着脱は、ばね部材48を弾性変形させて
ストッパ27とクランプ28との間の距離を調整するこ
とにより容易に行える。
【0018】一方、図6に示す構成例は、基板保持部2
1aに静電チャック50を設け、これに環状の密封部材
24を介して基板10を装着させたもので、高速回転時
に基板10に作用する遠心力の分力のみならず静電チャ
ック50による基板10の吸引力が付加されるので、冷
却室26の密閉性を高めることができる。
【0019】また、以上の実施の形態では、冷却ガスの
圧力調整用の排気系を、ディスクチャンバ22の排気系
と共用するようにしたが、これに代えて図4に示すよう
に、冷却ガスの圧力調整用の専用排気系として、ターボ
分子ポンプ34’、空圧作動バルブV7 ’及びロータリ
ーポンプ(あるいはドライポンプ)35’を別途設けて
もよい。この場合、冷却ガスGの圧力調整を精度よく行
うことができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の基板冷却機
構によれば、高速で回転する回転ディスク上の基板に作
用する遠心力の分力を利用して冷却室の高真空気密性を
得た状態で、基板の裏面を直接冷却ガスで冷却するよう
にしているので、高真空下における基板の冷却作用を効
率良く、かつ均一に行うことができる。また、請求項2
又は請求項3の構成により、冷却室の密閉性を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す側断面図である。
【図2】同要部の拡大図である。
【図3】冷却ガスの制御系統図である。
【図4】図3の一変形を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態の変形例を示す要部の断面
図である。
【図6】同他の変形例を示す要部の断面図である。
【図7】従来のバッチ式イオン注入装置の側断面図であ
る。
【図8】同作用を説明する模式図である。
【図9】従来の基板冷却機構を示す要部の断面図であ
る。
【符号の説明】
10……基板、21……回転ディスク、21a……基板
保持部、22……ディスクチャンバ、24……密封部
材、25……導入通路、26……冷却室、27……スト
ッパ、28……クランプ、40……リンク手段、50…
…静電チャック、G……冷却ガス。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空下、高速回転可能な回転ディスク
    と、この回転ディスクの周縁部に形成され基板を傾斜さ
    せて保持する基板保持部と、前記回転ディスク上で基板
    を冷却する基板冷却手段とを備えた基板冷却機構におい
    て、 前記基板冷却手段は、 前記基板と前記基板保持部との間に環状の密封部材を介
    して区画され、前記回転ディスクの高速回転時に前記基
    板に作用する遠心力の分力を受けて密閉される冷却室
    と、 この冷却室へ冷却ガスを導入可能な導入通路とを有し、 前記回転ディスクの高速回転時にのみ前記冷却室へ前記
    冷却ガスを導入し、前記基板を冷却するようにしたこと
    を特徴とする基板冷却機構。
  2. 【請求項2】 前記基板保持部は、 前記回転ディスクの径外方側への前記基板の移動を規制
    するストッパと、 前記基板を前記回転ディスクの径外方側へ押圧するクラ
    ンプと、 前記回転ディスクの高速回転時において前記ストッパが
    前記基板から受ける押圧力を前記クランプへ伝達して、
    前記基板を前記基板保持部へ押し付ける力へと変換する
    リンク手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載
    の基板冷却機構。
  3. 【請求項3】 前記基板保持部には、前記基板を吸引可
    能な静電チャックが設けられることを特徴とする請求項
    1に記載の基板冷却機構。
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