JP2012099298A - Ion implanter - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ウエハにイオンビームを照射して、当該ウエハ上に半導体素子を形成させるイオン注入装置に関する。特に、イオンビームが照射されるウエハを冷却する機構を備えたイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion implantation apparatus for irradiating a wafer with an ion beam to form a semiconductor element on the wafer. In particular, the present invention relates to an ion implantation apparatus having a mechanism for cooling a wafer irradiated with an ion beam.
ウエハ(例えば、シリコンウエハ)には所定領域へのイオン注入を実現する為に、レジスト膜が設けられている。ウエハへのイオン注入がなされた時、ウエハの温度は上昇する。この温度上昇の程度はイオン注入条件(ドーズ量、ビーム電流等の値)やウエハの種類によって様々に変化するが、ウエハが高温になった場合にはレジスト膜が熱変形してしまうので所望する領域へのイオン注入が出来なくなるといった問題が発生していた。 A wafer (for example, a silicon wafer) is provided with a resist film in order to realize ion implantation into a predetermined region. When ion implantation is performed on the wafer, the temperature of the wafer rises. The degree of this temperature rise varies depending on the ion implantation conditions (values of dose, beam current, etc.) and the type of wafer, but it is desirable because the resist film is thermally deformed when the wafer becomes hot. There has been a problem that ion implantation into the region becomes impossible.
この問題を解決するために、従来からウエハの温度上昇を抑制する為の冷却機構を備えたイオン注入装置が採用されている。具体的には、特許文献1に開示されているように、ウエハを保持するホルダを駆動させるホルダ回転軸、ホルダ支持アームならびにホルダ主軸のそれぞれの内側領域に冷媒の流路を設けておき、当該流路を通してホルダへ冷媒を供給するといった構成の冷却機構が使用されていた。 In order to solve this problem, an ion implantation apparatus having a cooling mechanism for suppressing the temperature rise of the wafer has been conventionally employed. Specifically, as disclosed in Patent Document 1, a coolant flow path is provided in each inner region of a holder rotation shaft that drives a holder that holds a wafer, a holder support arm, and a holder main shaft. A cooling mechanism configured to supply a coolant to the holder through the flow path has been used.
また、一般にこのような冷却機構で用いられる冷媒としては、純水(約20℃)が用いられており、イオン注入中のウエハの表面温度はレジスト膜が変形しない程度の温度(約100℃)であれば良いとされていた。 In general, pure water (about 20 ° C.) is used as a refrigerant used in such a cooling mechanism, and the surface temperature of the wafer during ion implantation is such that the resist film is not deformed (about 100 ° C.). If it was good.
昨今では、半導体素子の微細化が進み、ウエハ面上から非常に浅い領域へのイオン注入が要求されている。このような領域へのイオン注入を達成すための技術として、イオン注入中のウエハの温度を従来よりも更に低い温度(0℃以下。例えば-60℃〜-20℃程度。以下、極低温と呼ぶ。)に保ちながら、ウエハへのイオン注入を実施する技術が着目されている。 In recent years, miniaturization of semiconductor elements has progressed, and ion implantation into a very shallow region from the wafer surface is required. As a technique for achieving ion implantation into such a region, the temperature of the wafer during ion implantation is set to a lower temperature (0 ° C. or less, for example, about −60 ° C. to −20 ° C. Attention has been paid to a technique for performing ion implantation into a wafer while maintaining the above.
特許文献1に開示される冷媒の流路に極低温の冷媒を流した場合、ホルダ回転軸やホルダ支持アームといったホルダを駆動させる為のホルダ駆動機構や当該機構に用いられる軸受け、真空シールといった部材の冷却収縮を引き起こしてしまう。その結果、ホルダを駆動させた際にガタツキが発生してイオンビームとウエハとの相対的な位置関係が当初に設定されたものからずれてしまい、所望するイオン注入が行えなくなってしまう。 A holder driving mechanism for driving a holder such as a holder rotating shaft and a holder support arm, a bearing used in the mechanism, and a member such as a vacuum seal when a cryogenic refrigerant flows in the refrigerant flow path disclosed in Patent Document 1. Cause cooling shrinkage. As a result, rattling occurs when the holder is driven, and the relative positional relationship between the ion beam and the wafer deviates from the initial setting, and desired ion implantation cannot be performed.
そこで上記問題を解決するために、冷媒を供給する為のチューブをホルダ駆動機構の外側に設けておき、このチューブをホルダに直接組み付けることが考えられる。このような構成を採用すれば、ホルダ駆動機構に冷却による収縮作用が生じなくなる。 Therefore, in order to solve the above problem, it is conceivable that a tube for supplying the refrigerant is provided outside the holder driving mechanism, and this tube is directly assembled to the holder. By adopting such a configuration, the holder driving mechanism is not contracted by cooling.
しかしながら、イオン注入装置では様々なイオン注入処理を行う為に、ウエハへのイオン注入中あるいはイオン注入の前後に、ウエハ中心位置でのウエハ面への法線を回転軸としてウエハ面上に設けられた所定の基準位置を0度とし、その位置から約360度の範囲内でウエハ(ウエハを保持するホルダ)を回転させることが要求されている。 However, in order to perform various ion implantation processes, the ion implantation apparatus is provided on the wafer surface with the normal line to the wafer surface at the center position of the wafer as a rotation axis during or before ion implantation into the wafer. The predetermined reference position is set to 0 degree, and it is required to rotate the wafer (holder for holding the wafer) within a range of about 360 degrees from the position.
その為、冷媒供給用のチューブが短いとウエハの回転に支障を来たしてしまうので、ウエハの回転を許容出来る程度にチューブを長くして撓ませておくことが必要とされるが、そのような構成にしても依然として次のような問題が残る。 Therefore, if the refrigerant supply tube is short, the rotation of the wafer will be hindered. Therefore, it is necessary to make the tube long and bent to an extent that the wafer can be rotated. Even with the configuration, the following problems still remain.
ウエハと一緒に冷媒供給用のチューブが回転した時に、チューブがウエハに照射されるイオンビームを遮ってしまう恐れがある。イオンビームが遮断されると、所望するイオン注入が行えない。また、長く撓んだチューブはウエハを回転させる機構に巻き付いてしまい、ウエハを回転させる動作に支障を来たしてしまう。 When the refrigerant supply tube rotates together with the wafer, the tube may block the ion beam applied to the wafer. When the ion beam is interrupted, the desired ion implantation cannot be performed. In addition, the long bent tube is wound around a mechanism for rotating the wafer, which hinders the operation of rotating the wafer.
よって、本発明では、極低温でウエハを冷却する場合であっても、ホルダ駆動機構の動作に支障を来たすことなく、所望するイオン注入を達成することのできるイオン注入装置を提供することを期所の課題とする。 Therefore, the present invention is intended to provide an ion implantation apparatus that can achieve a desired ion implantation without hindering the operation of the holder driving mechanism even when the wafer is cooled at an extremely low temperature. As an issue.
本発明のイオン注入装置は、ウエハを保持するホルダと、少なくともツイスト角調整機構とティルト角調整機構を有するホルダ駆動機構とを備えたイオン注入装置において、前記ツイスト角調整機構の駆動源を成し、回転子が前記ホルダに取り付けられたツイストモータと、前記ツイストモータの固定子が取り付けられた筐体と、前記ホルダと対向する前記筐体の場所に配置された冷却フランジと、冷媒が蓄積された冷媒タンクと、一端が前記冷却フランジに接続され、他端が前記冷却タンクに接続された冷媒供給用のチューブとを有しており、前記チューブが前記ホルダ駆動機構の外側領域に配置されていることを特徴としている。 An ion implantation apparatus according to the present invention comprises a holder for holding a wafer and a holder driving mechanism having at least a twist angle adjusting mechanism and a tilt angle adjusting mechanism, and serves as a drive source for the twist angle adjusting mechanism. , A twist motor having a rotor attached to the holder, a housing to which a stator of the twist motor is attached, a cooling flange disposed at a location of the housing facing the holder, and a refrigerant accumulated. And a refrigerant supply tube having one end connected to the cooling flange and the other end connected to the cooling tank, and the tube is disposed in an outer region of the holder driving mechanism. It is characterized by being.
上記したように、回転子側に位置するホルダと対向する固定子側の位置に冷却フランジが設けられているので、ホルダ駆動機構によるホルダの回転に支障を来たすことなく、ホルダに保持されたウエハを冷却させることが可能となる。さらに、ホルダ駆動機構の外側領域に冷媒供給用のチューブを配置しているので、ホルダ駆動機構が冷却収縮されない。その為、極低温でウエハを冷却する場合であっても、ホルダ駆動機構の動作に支障を来たすことなく、所望するイオン注入を達成することができる。 As described above, since the cooling flange is provided at the position on the stator facing the holder located on the rotor side, the wafer held by the holder without hindering the rotation of the holder by the holder driving mechanism. Can be cooled. Furthermore, since the refrigerant supply tube is arranged in the outer region of the holder driving mechanism, the holder driving mechanism is not cooled and contracted. Therefore, even when the wafer is cooled at an extremely low temperature, desired ion implantation can be achieved without hindering the operation of the holder driving mechanism.
ウエハの冷却効率を向上させる為には、前記ウエハの径方向において、前記ホルダと前記冷却フランジとの間の空間をシールするシール部材と、前記シール部材によってシールされた空間にガスを供給する為のガス源とを有していることが望ましい。 In order to improve the cooling efficiency of the wafer, in order to supply a gas to the space sealed by the seal member and the seal member that seals the space between the holder and the cooling flange in the radial direction of the wafer It is desirable to have a gas source.
このような構成を採用すれば、冷却フランジとホルダとの間に供給されたガスによって冷却フランジからの冷気がホルダ側へ伝わり易くなる。 If such a structure is employ | adopted, the cold air from a cooling flange will become easy to be transmitted to the holder side with the gas supplied between the cooling flange and the holder.
また、更なる冷却効率の向上の為には、前記ホルダの前記ウエハとの対向面に互いに連通するように形成された複数の凹部と、前記ホルダ駆動機構の内側領域に設けられ、前記凹部の少なくとも1つに接続されたガス導入用の流路と、一端が前記ガス源に接続され、他端が前記ガス導入用の経路に接続されたガス導入用のチューブとを有しているとともに、前記複数の凹部と前記シール部材によってシールされた空間と前記ガス導入経路とが互いに連通する構成を採用することが望ましい。 Further, in order to further improve the cooling efficiency, a plurality of recesses formed to communicate with each other on the surface of the holder facing the wafer, and an inner region of the holder driving mechanism, A gas introduction flow path connected to at least one; a gas introduction tube having one end connected to the gas source and the other end connected to the gas introduction path; It is desirable to employ a configuration in which the plurality of recesses, the space sealed by the seal member, and the gas introduction path communicate with each other.
一方で、前記ホルダの前記ウエハとの対向面に互いに連通するように形成された複数の凹部と、前記ツイスト角調整機構を構成し、前記ホルダに連結されたツイスト軸と、前記ツイスト軸に軸受シールを介して取り付けられ、前記ガス源からのガスが導入されるガス導入部材と、前記ガス導入部材、前記軸受シールならびに前記ツイスト軸に連通されたガス導入経路とをさらに有しているとともに、前記複数の凹部と前記シール部材によってシールされた空間と前記ガス導入経路とが互いに連通する構成を採用することが望ましい。このような構成を採用すると、先の構成と同様に更なる冷却効率の向上が期待できるだけでなく、真空容器内の構成を簡素化させることが可能となる。 On the other hand, a plurality of recesses formed to communicate with each other on the surface of the holder facing the wafer, the twist angle adjusting mechanism, the twist shaft connected to the holder, and a bearing on the twist shaft A gas introduction member that is attached via a seal and into which gas from the gas source is introduced; and a gas introduction path that communicates with the gas introduction member, the bearing seal, and the twist shaft; It is desirable to employ a configuration in which the plurality of recesses, the space sealed by the seal member, and the gas introduction path communicate with each other. By adopting such a configuration, it is possible not only to expect further improvement in cooling efficiency like the previous configuration, but also to simplify the configuration inside the vacuum vessel.
その上、前記冷却フランジと前記筐体との間には断熱材が設けられていることが望ましい。このような構成を用いると、筐体側からの熱が冷却フランジ側へ伝わらないので、冷却フランジの温度が低温に保つことができる。 In addition, it is desirable that a heat insulating material is provided between the cooling flange and the housing. When such a configuration is used, the heat from the housing side is not transmitted to the cooling flange side, so that the temperature of the cooling flange can be kept low.
極低温でウエハを冷却する場合であっても、ホルダ駆動機構の動作に支障を来たすことなく、所望するイオン注入を達成することができる。 Even when the wafer is cooled at an extremely low temperature, desired ion implantation can be achieved without hindering the operation of the holder driving mechanism.
本発明では、便宜上、リボン状のイオンビーム1の長辺方向をX方向、リボン状のイオンビーム1の短辺方向および当該リボン状イオンビーム1を横切るウエハ2のスキャン方向をY方向、リボン状のイオンビーム1の進行方向をZ方向とし、XYZの方向は互いに直交しているものとする。以下、図面を参照し、本発明で用いられる各実施形態について説明する。 In the present invention, for convenience, the long side direction of the ribbon-like ion beam 1 is the X direction, the short side direction of the ribbon-like ion beam 1 and the scanning direction of the wafer 2 crossing the ribbon-like ion beam 1 is the Y direction, and the ribbon shape. The traveling direction of the ion beam 1 is assumed to be the Z direction, and the XYZ directions are orthogonal to each other. Embodiments used in the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第一の実施形態>
図1には第一の実施形態に係るイオン注入装置の注入室内での様子が描かれている。本実施形態に示される注入機構は、いわゆるハイブリッドスキャン方式と呼ばれている。
<First embodiment>
FIG. 1 illustrates a state in the implantation chamber of the ion implantation apparatus according to the first embodiment. The injection mechanism shown in this embodiment is called a so-called hybrid scan system.
シリコン等のウエハ2へ所望するイオン注入を行う為に、ウエハ2を保持するホルダ3(例えば、静電チャック)は図1中のA軸とB軸周りに回転させられる。これらの回転動作は、ツイスト角調整、ティルト角調整として従来から知られている。 In order to perform a desired ion implantation to the wafer 2 such as silicon, a holder 3 (for example, an electrostatic chuck) for holding the wafer 2 is rotated around the A axis and the B axis in FIG. These rotational operations are conventionally known as twist angle adjustment and tilt angle adjustment.
A軸はウエハ2の中心位置でウエハ2の面に垂直な方向に設けられた回転軸であり、この軸周りにホルダ3を回転させることでウエハ2のツイスト角(ウエハのノッチやオリフラをある基準位置からウエハの中心を回転軸として回転させた時の角度)の調整が行われる。 The A axis is a rotation axis provided at a center position of the wafer 2 in a direction perpendicular to the surface of the wafer 2. By rotating the holder 3 around this axis, the twist angle of the wafer 2 (the notch or orientation flat of the wafer is present). The angle is adjusted from the reference position when the center of the wafer is rotated about the rotation axis.
一方、B軸はA軸に直交する方向に設けられた回転軸であり、この軸周りにホルダ3を回転させることでウエハ2のティルト角(ウエハ面に立てられた法線とウエハ面に照射されるイオンビームとが成す角度)の調整が行われる。なお、本発明の実施形態の図面においてB軸がX方向に平行な軸として設定されているが、この方向に限られない。B軸はA軸に直交する方向に設定されていれば良い。 On the other hand, the B axis is a rotation axis provided in a direction perpendicular to the A axis. By rotating the holder 3 around this axis, the tilt angle of the wafer 2 (normal line standing on the wafer surface and irradiation to the wafer surface are irradiated). The angle formed by the ion beam to be adjusted is adjusted. In the drawings of the embodiment of the present invention, the B axis is set as an axis parallel to the X direction, but is not limited to this direction. The B axis may be set in a direction perpendicular to the A axis.
このようにしてツイスト角、ティルト角の調整がなされた後、真空容器25の外側(大気側)に設けられたスキャンモータ24によって軸受シール27を介してスキャン軸23が図中の矢印C方向へ沿って摺動させられる。図示されるリボン状のイオンビーム1はX方向での寸法がウエハ2の直径よりも長い。その為、スキャン軸23に間接的に支持されるウエハ2がリボン状のイオンビーム1をY方向において上から下、あるいは下から上へ横切るように移動させられることで、ウエハ2の全面へのイオン注入が達成される。 After the twist angle and tilt angle are adjusted in this way, the scan shaft 23 is moved in the direction of arrow C in the figure via the bearing seal 27 by the scan motor 24 provided outside the vacuum vessel 25 (atmosphere side). Slide along. The ribbon-shaped ion beam 1 shown in the figure has a dimension in the X direction longer than the diameter of the wafer 2. Therefore, the wafer 2 indirectly supported by the scan shaft 23 is moved across the ribbon-like ion beam 1 from the top to the bottom or from the bottom to the top in the Y direction. Ion implantation is achieved.
図2は、図1に記載の筐体周辺の構成を説明する要部拡大図である。この図2では、図1に示されたホルダ3等をB軸周りに回転させて、ちょうどA軸がY方向と平行となるような状態にした時の様子が描かれている。この図を参酌し、ツイスト角調整機構とティルト角調整機構について簡単に説明する。 FIG. 2 is an enlarged view of a main part for explaining the configuration around the casing shown in FIG. FIG. 2 shows a state in which the holder 3 shown in FIG. 1 is rotated around the B axis so that the A axis is just parallel to the Y direction. The twist angle adjustment mechanism and the tilt angle adjustment mechanism will be briefly described with reference to this figure.
ホルダ3の下面にはツイスト軸4が図示されないねじ等により取り付けられている。そして、このツイスト軸4は駆動源としてツイストモータ17を備えており、このツイストモータ17の固定子側は筐体20に取り付けられている。また、このツイスト軸4は筐体20に対して図示されない軸受を介して支持されていることで、その回転が許容されているとともに、Y方向への抜け落ちも防止されている。 A twist shaft 4 is attached to the lower surface of the holder 3 with screws or the like (not shown). The twist shaft 4 includes a twist motor 17 as a drive source, and the stator side of the twist motor 17 is attached to the housing 20. The twist shaft 4 is supported by a housing 20 via a bearing (not shown) so that the rotation is allowed and the drop in the Y direction is prevented.
このようにしてウエハ2のツイスト角を調整する機構をツイスト角調整機構と呼ぶ。ただし、この構成は一例であって、これに限られない。機構の細部については様々な変形例が考えられる。例えば、ツイスト軸にベルトかけておき、ツイスト軸から遠く離れた位置に設けたモータの回転軸にこのベルトをかけるようにしてツイスト軸を回転させるような構成であっても構わない。本発明におけるツイスト角調整機構は、動力源をモータとし、回転子側にウエハ2を保持するホルダ3が設けられており、固定子側に後述する冷却フランジが設けられている構成であれば、細部の構成はどのようなものであっても構わない。 A mechanism for adjusting the twist angle of the wafer 2 in this way is called a twist angle adjusting mechanism. However, this configuration is an example, and the present invention is not limited to this. Various modifications can be considered for details of the mechanism. For example, the belt may be hung on the twist shaft, and the twist shaft may be rotated such that the belt is hung on the rotation shaft of a motor provided at a position far from the twist shaft. In the twist angle adjusting mechanism of the present invention, the power source is a motor, the holder 3 for holding the wafer 2 is provided on the rotor side, and the cooling flange described later is provided on the stator side. The details of the configuration may be anything.
ベース22より延設された一対の支持アーム21にティルト軸19が連結されている。そして、このティルト軸19は、B軸に沿って、筐体20の内部に挿通されている。図2の左側に配置されるティルト軸19にはティルトモータ18が取り付けられており、このティルトモータ18によってティルト軸19に対して筐体20が回転させられる。なお、ティルト軸19と当該軸が挿通されている筐体20との間には図示されない軸受が設けられている。 A tilt shaft 19 is connected to a pair of support arms 21 extending from the base 22. The tilt shaft 19 is inserted into the housing 20 along the B axis. A tilt motor 18 is attached to the tilt shaft 19 arranged on the left side in FIG. 2, and the casing 20 is rotated with respect to the tilt shaft 19 by the tilt motor 18. A bearing (not shown) is provided between the tilt shaft 19 and the housing 20 through which the shaft is inserted.
このようにしてウエハ2のティルト角を調整する機構をティルト角調整機構と呼ぶ。ただし、ツイスト角調整機構と同じく、ここに示される構成は一例であって、これに限られない。本発明におけるティルト角調整機構は、動力源をモータとし、ツイスト角調整機構の全体を回転させることのできる機構であれば、細部の構成はどのようなものであっても構わない。 A mechanism for adjusting the tilt angle of the wafer 2 in this way is called a tilt angle adjusting mechanism. However, like the twist angle adjusting mechanism, the configuration shown here is an example, and the present invention is not limited to this. The tilt angle adjusting mechanism according to the present invention may have any configuration as long as the power source is a motor and the entire twist angle adjusting mechanism can be rotated.
なお、本発明の実施形態として記載されているイオン注入装置はハイブリッドスキャン方式である為に、スキャン軸23やスキャンモータ24を有しているが、リボン状のイオンビーム1の寸法がウエハ2の全面を覆うような寸法を有するものであれば、これらの部材は必要ない。また、スポット状のイオンビームが静電あるいは磁場によって走査されることで、ウエハ2の全面へのイオン注入が達成されるラスタースキャン方式のイオン注入装置でも、スキャン軸等の部材は必要ない。本発明はこれらのタイプのイオン注入装置であっても適用可能である。 Since the ion implantation apparatus described as an embodiment of the present invention is a hybrid scan system, it has a scan shaft 23 and a scan motor 24. However, the dimensions of the ribbon-like ion beam 1 are those of the wafer 2. These members are not necessary if they have dimensions that cover the entire surface. In addition, a member such as a scan axis is not required even in a raster scan type ion implantation apparatus in which ion implantation to the entire surface of the wafer 2 is achieved by scanning a spot-like ion beam by electrostatic or magnetic fields. The present invention can be applied to these types of ion implantation apparatuses.
その為、本発明で言うホルダ3を駆動させる為のホルダ駆動機構とは、少なくともツイスト角調整機構とティルト角調整機構を有する機構のことを意味し、このホルダ駆動機構にスキャン軸23ならびに当該軸を摺動させるスキャン機構(スキャンモータ24等)が含まれるかどうかは、ウエハ2に照射されるイオンビーム1の寸法やイオンビームの走査方式によって変わってくる。 Therefore, the holder driving mechanism for driving the holder 3 in the present invention means a mechanism having at least a twist angle adjusting mechanism and a tilt angle adjusting mechanism, and the holder driving mechanism includes the scan shaft 23 and the shaft. Whether or not a scanning mechanism (such as a scan motor 24) that slides is included depends on the size of the ion beam 1 irradiated on the wafer 2 and the scanning method of the ion beam.
本発明のイオン注入装置は冷却フランジ5を有している。冷却フランジ5は、前述した筐体20に断熱材6(例えば、フッ素系の材料からなる)を介して取り付けられている。このような断熱材6を用いることで、モータ17、18が取り付けられている筐体20からの熱伝達を抑制することができる。ただし、この断熱材は必須ではない。例えば、冷却フランジ5と筐体20との接触面積を減らしたり、両部材間を離間させたりすることで、真空断熱を利用して冷却フランジ5への熱伝達を抑制するようにしても良い。 The ion implantation apparatus of the present invention has a cooling flange 5. The cooling flange 5 is attached to the casing 20 described above via a heat insulating material 6 (for example, made of a fluorine-based material). By using such a heat insulating material 6, heat transfer from the housing 20 to which the motors 17 and 18 are attached can be suppressed. However, this heat insulating material is not essential. For example, the heat transfer to the cooling flange 5 may be suppressed using vacuum insulation by reducing the contact area between the cooling flange 5 and the housing 20 or by separating both members.
図2に示されているように冷却フランジ5はホルダ3と対向するような位置で筐体20に取り付けられている。このような構成を採用しているので、ホルダ3およびそれに保持されるウエハ2の回転を支障なく行うことができる。 As shown in FIG. 2, the cooling flange 5 is attached to the housing 20 at a position facing the holder 3. Since such a configuration is adopted, the holder 3 and the wafer 2 held by the holder 3 can be rotated without any trouble.
図1に示されているように大気側に配置された冷媒タンク8に冷媒供給用のチューブ7が接続されており、このチューブがフィードスルー26を介して真空容器25内部に設けられた冷却フランジ5に接続される。これにより、冷媒タンク8から冷却フランジ5への冷媒の供給が実施される。 As shown in FIG. 1, a refrigerant supply tube 7 is connected to a refrigerant tank 8 arranged on the atmosphere side, and this tube is provided with a cooling flange provided inside the vacuum vessel 25 via a feedthrough 26. 5 is connected. Thereby, the refrigerant is supplied from the refrigerant tank 8 to the cooling flange 5.
本発明では、冷媒を循環させる為に、冷媒の往路と復路として2本の冷媒供給用のチューブ7を用いた例が示されているが、これに限られない。例えば、冷媒供給用のチューブ7の本数を1本にしておき、それを往復路として兼用させても良い。また、チューブ7の本数を3本以上用いて、冷媒タンク8と冷却フランジ5間での冷媒の供給を行うようにしても良い。さらに、このチューブ7の外周にはエアロフレックス(登録商標)等の断熱材を設けておくことが望ましい。このようにすると、冷媒の搬送経路が多少長くなったとしても冷媒の温度を十分に低い温度に保ったまま搬送させることが可能となる。 In the present invention, in order to circulate the refrigerant, an example is shown in which two refrigerant supply tubes 7 are used as the refrigerant forward path and the backward path, but the present invention is not limited thereto. For example, the number of the refrigerant supply tubes 7 may be one, and this may be used as a reciprocating path. Further, the refrigerant may be supplied between the refrigerant tank 8 and the cooling flange 5 by using three or more tubes 7. Furthermore, it is desirable to provide a heat insulating material such as Aeroflex (registered trademark) on the outer periphery of the tube 7. If it does in this way, even if the conveyance route of a refrigerant | coolant becomes a little long, it will be possible to make it convey with the temperature of a refrigerant | coolant kept at low temperature enough.
従来技術では、冷媒がホルダ駆動機構の内側領域を通過するように構成されていたが、本発明では前述したように冷媒供給用のチューブ7がホルダ駆動機構の外側領域に配置されているので、ホルダ駆動機構を構成する各部材に冷却収縮が発生しない。 In the prior art, the refrigerant is configured to pass through the inner region of the holder driving mechanism, but in the present invention, as described above, the refrigerant supply tube 7 is disposed in the outer region of the holder driving mechanism. Cooling shrinkage does not occur in each member constituting the holder driving mechanism.
冷却フランジ5の内側には、冷媒を流す為の冷媒流路9が設けられており、具体的な構成は図3に示されている。この図3に示されるように、冷却フランジ5にはその全面に渡って一筆書きで描かれるような冷媒流路9が形成されている。このような構成にすることで、冷却フランジ5の全面を効率良く冷却することが可能となる。 Inside the cooling flange 5, there is provided a refrigerant flow path 9 for flowing the refrigerant, and a specific configuration is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the cooling flange 5 is formed with a refrigerant flow path 9 drawn in a single stroke over the entire surface thereof. With this configuration, the entire surface of the cooling flange 5 can be efficiently cooled.
<第二の実施形態>
図4〜図8には本発明の第二の実施形態に係る構成が描かれている。第一の実施形態との違いは、冷却効率を改善する為に熱伝達用のガス(例えば、水素やヘリウム)を用いている点である。その他の点については、第一の実施形態と同じである為、重複する部分については説明を省略する。
<Second Embodiment>
4 to 8 illustrate a configuration according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a heat transfer gas (for example, hydrogen or helium) is used to improve the cooling efficiency. Since the other points are the same as those in the first embodiment, description of overlapping parts is omitted.
先に説明した第一の実施形態では、冷却フランジ5とホルダ3との間に隙間が存在していた。真空容器25内は真空状態にある為、真空の断熱作用によって冷却フランジ5からの冷気がホルダ3側へ伝わり難い。このような構成では、冷却効率の点からしてあまり好ましくない。以下に、第一の実施形態における冷却効率の改善を目的とした第二の実施形態について説明する。 In the first embodiment described above, there is a gap between the cooling flange 5 and the holder 3. Since the inside of the vacuum vessel 25 is in a vacuum state, it is difficult for the cool air from the cooling flange 5 to be transmitted to the holder 3 side by the heat insulating action of the vacuum. Such a configuration is not preferable from the viewpoint of cooling efficiency. Below, 2nd embodiment aiming at the improvement of the cooling efficiency in 1st embodiment is described.
図4に記載されているように第二の実施形態では、大気側にガス源16が設けられている。このガス源16にはガス供給用のチューブ10が接続されており、真空容器25の壁に設けられたフィードスルー26を介して真空容器25の内側に設けられた冷却フランジ5へガスの供給が行われる。 As described in FIG. 4, in the second embodiment, the gas source 16 is provided on the atmosphere side. A gas supply tube 10 is connected to the gas source 16, and gas is supplied to the cooling flange 5 provided inside the vacuum vessel 25 through a feedthrough 26 provided on the wall of the vacuum vessel 25. Done.
この実施形態において、冷却フランジ5にはガスの導入出を可能にする為のガスの流路28が設けられている。この様子が図5に描かれている。また、ウエハ2の径方向(図中のX方向)において、冷却フランジ5とホルダ3との間の空間をシールするシール部材11が設けられている。このシール部材11はツイスト角調整時におけるホルダ3の回転が許容できる程度にホルダ3の下面に接触している。そして、ホルダ3の回転時に発生する摩擦によってシール機能が損なわれないように、例えばバリシール(登録商標)やバリリップ(登録商標)といった耐摩耗性の高いシール部材が使用されている。なお、図5ではツイスト軸4を挟んで右側(X方向側)に位置する冷却フランジ5等の図示を省略している。これはツイスト軸4の左側に描かれる構成と同一であるからである。 In this embodiment, the cooling flange 5 is provided with a gas flow path 28 for enabling introduction and extraction of gas. This is illustrated in FIG. Further, a seal member 11 that seals a space between the cooling flange 5 and the holder 3 is provided in the radial direction of the wafer 2 (X direction in the drawing). The seal member 11 is in contact with the lower surface of the holder 3 to such an extent that the rotation of the holder 3 can be allowed when adjusting the twist angle. In order to prevent the sealing function from being impaired by the friction generated when the holder 3 rotates, for example, a highly wear-resistant seal member such as Variseal (registered trademark) or Varilip (registered trademark) is used. In FIG. 5, illustration of the cooling flange 5 and the like located on the right side (X direction side) with the twist shaft 4 interposed therebetween is omitted. This is because the configuration is the same as that depicted on the left side of the twist shaft 4.
このようにしてホルダ3と冷却フランジ5との間のシール部材11によってシールされた空間12(図中、一点鎖線でハッチングされている部分)にガスが充満されることで、冷却フランジ5からホルダ3への熱の伝達率が改善され、冷却フランジ5の冷気がホルダ3へ伝わり易くなる。このような構成を採用することで、ウエハ2の冷却効率を改善することが可能となる。なお、ガスは流路28を通じて、流入出が可能な構成にしておいても良いし、流入のみが可能な構成にしておいても良い。 Thus, the gas is filled in the space 12 (the hatched portion in the figure) sealed by the sealing member 11 between the holder 3 and the cooling flange 5, so that the holder is cooled from the cooling flange 5. The heat transfer rate to 3 is improved, and the cool air of the cooling flange 5 is easily transmitted to the holder 3. By adopting such a configuration, the cooling efficiency of the wafer 2 can be improved. The gas may be configured to be able to flow in and out through the flow path 28, or may be configured to be capable of only flowing in.
図6は図5に記載のシール部材11の断面図である。この図6より理解できるように、この例では空間12はシール部材11によっておおよそドーナツ形状に区切られている。また、このような空間12に連通されるガスの流路28は図示されているように1つでもいいし、複数個設けるようにしても良い。 6 is a cross-sectional view of the seal member 11 shown in FIG. As can be understood from FIG. 6, in this example, the space 12 is roughly divided into a donut shape by the seal member 11. Further, there may be one gas flow path 28 communicating with the space 12 as shown in the figure, or a plurality of gas flow paths 28 may be provided.
図7には、更なる冷却効率の改善が期待出来る構成が開示されている。この例において、ホルダのウエハとの対向面には、互いに連通した複数の凹部13(図中、二点鎖線でハッチングされている部分)が形成されている。この凹部13はシール部材11によりシールされた空間12に貫通孔14によって連通されている。このような構成を用いることで、冷却フランジ5に供給されたガスがウエハ2の下面にまで充填されることになるので、冷却フランジ5からの冷気をより効率的にウエハ2へ伝達させることが可能となる。 FIG. 7 discloses a configuration that can be expected to further improve the cooling efficiency. In this example, a plurality of concave portions 13 (portions hatched by a two-dot chain line in the figure) are formed on the surface of the holder facing the wafer. The recess 13 communicates with the space 12 sealed by the seal member 11 by a through hole 14. By using such a configuration, the gas supplied to the cooling flange 5 is filled up to the lower surface of the wafer 2, so that the cool air from the cooling flange 5 can be more efficiently transmitted to the wafer 2. It becomes possible.
図8には図7に記載のホルダ3をY方向逆側から見た時の様子が描かれている。なお、図7に描かれるホルダ3は、図8に記載のX方向に沿った線分D−Dでホルダ3をY方向に沿って切断した時の断面に相当する。この図8において、二点鎖線でハッチングされている部分が凹部13に相当する。そして、貫通孔14を除いたその他の部分がウエハ2の下面に当接し、ウエハ2を保持する部分となる。また、数多くの貫通孔14を設けたり、貫通孔14の大きさを広げたりしておくと、ウエハ2の下面へのガス導入時間を短くすることができる。 FIG. 8 illustrates a state when the holder 3 illustrated in FIG. 7 is viewed from the opposite side in the Y direction. 7 corresponds to a cross section when the holder 3 is cut along the Y direction along a line segment DD along the X direction shown in FIG. In FIG. 8, a hatched portion with a two-dot chain line corresponds to the concave portion 13. The other parts excluding the through holes 14 are in contact with the lower surface of the wafer 2 and serve as parts for holding the wafer 2. Further, if a large number of through holes 14 are provided or the size of the through holes 14 is increased, the gas introduction time to the lower surface of the wafer 2 can be shortened.
<第三の実施形態>
第二の実施形態では、冷却フランジ5を通してガスを供給する構成について述べたが、ツイスト軸4にガス導入部材15を取り付けおき、その部材を通してガスを供給するようにしても良い。こうした構成を用いると、冷却フランジ5にガスの流路28を設ける必要がないので、その分、冷却フランジ5の構成を簡素なものにすることが出来る。
<Third embodiment>
In the second embodiment, the configuration in which the gas is supplied through the cooling flange 5 has been described. However, the gas introduction member 15 may be attached to the twist shaft 4 and the gas may be supplied through the member. When such a configuration is used, it is not necessary to provide the gas flow path 28 in the cooling flange 5, and accordingly, the configuration of the cooling flange 5 can be simplified.
この第三の実施形態についての具体的な構成が図9〜図11に示されている。一例として、ガス導入部材15は同心円柱形状の部材であって、ツイスト軸4の外周部を取り巻くように軸受シール29を介してツイスト軸4に取り付けられている。そして、この実施形態ではガスの流路28が、ガス導入部材15、軸受シール29ならびにツイスト軸4、さらにはホルダ3に形成された凹部13を連通するように形成されている。 Specific configurations of the third embodiment are shown in FIGS. As an example, the gas introduction member 15 is a concentric columnar member, and is attached to the twist shaft 4 via a bearing seal 29 so as to surround the outer periphery of the twist shaft 4. In this embodiment, the gas flow path 28 is formed so as to communicate with the gas introduction member 15, the bearing seal 29, the twist shaft 4, and the recess 13 formed in the holder 3.
図11には図10に記載のガス導入部材15を含むツイスト軸4の断面図が描かれている。ガス導入部材15が取り付けられているツイスト軸4のY方向の位置において、ツイスト軸4の外周面には環状の溝30(図中、ハッチングされている部分)が形成されている。この溝30によって、ツイスト軸4が回転した場合であっても、ガス導入部材15と軸受シール29に形成されたガスの流路28とツイスト軸4の径方向および長さ方向に延出されたガスの流路28との連結が可能となる。 FIG. 11 is a sectional view of the twist shaft 4 including the gas introduction member 15 shown in FIG. At the position in the Y direction of the twist shaft 4 to which the gas introduction member 15 is attached, an annular groove 30 (hatched portion in the figure) is formed on the outer peripheral surface of the twist shaft 4. Even when the twist shaft 4 is rotated by the groove 30, the gas flow path 28 formed in the gas introduction member 15 and the bearing seal 29 and the radial direction and the length direction of the twist shaft 4 are extended. Connection with the gas flow path 28 is possible.
<第四の実施形態>
第二、第三の実施形態では、フィードスルー26を介して真空容器5内部にガス供給用のチューブ10を導入する構成にしていたが、真空容器5の内部領域にはウエハ2の搬送に用いられる搬送アームが存在しているので、このような搬送アームとの干渉避ける為にも真空容器5の内部領域は簡素な構成にしておくことが望まれる。
<Fourth embodiment>
In the second and third embodiments, the gas supply tube 10 is introduced into the vacuum vessel 5 through the feedthrough 26. However, the gas supply tube 10 is used for transporting the wafer 2 in the inner region of the vacuum vessel 5. In order to avoid interference with such a transfer arm, it is desirable that the inner region of the vacuum vessel 5 be configured simply.
その為、この実施形態ではスキャン軸23等のホルダ搬送機構の内側領域にガス導入用のチューブ10を配置している。この様子が図12に描かれている。 Therefore, in this embodiment, the gas introduction tube 10 is disposed in the inner region of the holder conveyance mechanism such as the scan shaft 23. This is illustrated in FIG.
ガスは本発明で使用される極低温の冷媒と比べて比較的高温のものを使用することが出来る。これはガスを用いてウエハ2を冷却するというものではなく、ガスはあくまで熱伝達を良くする為に使用されるからである。その為、このようなガスの流路をホルダ駆動機構の内側領域に設けたとしてもホルダ駆動機構に冷却収縮が生じることはない。 A gas having a relatively high temperature can be used as compared with the cryogenic refrigerant used in the present invention. This is because the gas is not used to cool the wafer 2 but is used only to improve heat transfer. For this reason, even if such a gas flow path is provided in the inner region of the holder driving mechanism, the holder driving mechanism does not undergo cooling shrinkage.
<その他の変形例>
冷媒タンク8は、真空容器5の内側領域に設けられていても良い。そのようにすると、冷却フランジ5までの冷媒を供給する経路を短くすることが出来るので、搬送途中での冷媒の温度上昇を避けることができる。
<Other variations>
The refrigerant tank 8 may be provided in the inner region of the vacuum vessel 5. By doing so, the path for supplying the refrigerant to the cooling flange 5 can be shortened, so that an increase in the temperature of the refrigerant during the conveyance can be avoided.
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。 In addition to the above, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
2.ウエハ
3.ホルダ
4.ツイスト軸
5.冷却フランジ
6.断熱材
7.冷媒供給用のチューブ
8.冷媒タンク
9.冷媒流路
10.ガス供給用のチューブ
11.シール部材
17.ツイストモータ
20.筐体
2. Wafer 3. Holder 4. Twist shaft5. 5. Cooling flange Insulation material7. 7. Tube for supplying refrigerant Refrigerant tank 9. Refrigerant flow path 10. 10. Gas supply tube Seal member 17. Twist motor 20. Enclosure
Claims (7)
前記ツイスト角調整機構の駆動源を成し、回転子が前記ホルダに取り付けられたツイストモータと、
前記ツイストモータの固定子が取り付けられた筐体と、
前記ホルダと対向する前記筐体の場所に配置された冷却フランジと、
冷媒が蓄積された冷媒タンクと、
一端が前記冷却フランジに接続され、他端が前記冷却タンクに接続された冷媒供給用のチューブとを有しており、前記チューブが前記ホルダ駆動機構の外側領域に配置されていることを特徴とするイオン注入装置。 In an ion implantation apparatus comprising a holder for holding a wafer and a holder driving mechanism having at least a twist angle adjusting mechanism and a tilt angle adjusting mechanism,
A twist motor that constitutes a drive source of the twist angle adjusting mechanism and a rotor is attached to the holder;
A housing to which the stator of the twist motor is attached;
A cooling flange disposed at a location of the housing opposite the holder;
A refrigerant tank in which refrigerant is accumulated;
A refrigerant supply tube having one end connected to the cooling flange and the other end connected to the cooling tank; and the tube is disposed in an outer region of the holder driving mechanism. Ion implantation device.
前記シール部材によってシールされた空間にガスを供給する為のガス源とを有していることを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。 A seal member that seals a space between the holder and the cooling flange in the radial direction of the wafer;
The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a gas source for supplying a gas to the space sealed by the seal member.
前記ホルダ駆動機構の内側領域に設けられ、前記凹部の少なくとも1つに接続されたガス導入用の流路と、
一端が前記ガス源に接続され、他端が前記ガス導入用の経路に接続されたガス導入用のチューブとを有しているとともに、
前記複数の凹部と前記シール部材によってシールされた空間と前記ガス導入経路とが互いに連通していることを特徴とする請求項2記載のイオン注入装置。 A plurality of recesses formed to communicate with each other on a surface of the holder facing the wafer;
A gas introduction flow path provided in an inner region of the holder driving mechanism and connected to at least one of the recesses;
A gas introduction tube having one end connected to the gas source and the other end connected to the gas introduction path;
The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the plurality of recesses, the space sealed by the seal member, and the gas introduction path communicate with each other.
前記ツイスト角調整機構を構成し、前記ホルダに連結されたツイスト軸と、
前記ツイスト軸に軸受シールを介して取り付けられ、前記ガス源からのガスが導入されるガス導入部材と、
前記ガス導入部材、前記軸受シールならびに前記ツイスト軸に連通されたガス導入経路とをさらに有しているとともに、前記複数の凹部と前記シール部材によってシールされた空間と前記ガス導入経路とが互いに連通していることを特徴とする請求項2記載のイオン注入装置。 A plurality of recesses formed to communicate with each other on a surface of the holder facing the wafer;
Constituting the twist angle adjusting mechanism, and a twist shaft coupled to the holder;
A gas introduction member that is attached to the twist shaft via a bearing seal and into which gas from the gas source is introduced;
The gas introduction member, the bearing seal, and a gas introduction path communicated with the twist shaft are further included, and the plurality of recesses, the space sealed by the seal member, and the gas introduction path communicate with each other. The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein:
7. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein a heat insulating material is provided between the cooling flange and the housing.
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