JP3455899B2 - 冷却媒体移送式冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却媒体移送式冷却
装置にかかるもので、とくに半導体の製造にあたってシ
リコンウェハーなどに各種のイオンを注入するイオン注
入装置におけるシリコンウェハーの冷却操作、あるいは
プラズマ表面処理装置などにおけるコーティング時の冷
却操作などに用いられる冷却媒体移送式冷却装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、集積回路（ＩＣ）やトランジ
スターのような半導体部品の製造時に、シリコンウェハ
ー上にトランジスターを作る構成において、半導体をＰ
型やＮ型にするため不純物のイオン注入が行われてい
る。イオン注入では、高電圧で加速した不純物イオンを
シリコンウェハーに衝突させて打ち込みを行う。この打
ち込みの際に、イオンの持っていた運動エネルギーは、
打ち込まれたシリコンウェハー内部で熱に変わり、シリ
コンウェハーの温度を上昇させる。とくにイオン注入を
大電流で行う場合には、この温度上昇が大きく、シリコ
ンウェハーの特性を悪化させるという問題がある。

【０００３】通常は、この温度上昇を少なくするため
に、シリコンウェハーを載せる台（プラテン、あるいは
ペデスタル）を水で冷却し、発生熱を除去している。し
かしながら、製造するトランジスターの種類によって
は、水冷却では不十分で、さらに特性の改善のために
は、液体窒素などの冷却媒体を使用して上記プラテンな
どを極低温まで冷却し、低温注入を行う必要性が生じて
きた。ところが、従来の冷却装置では、極低温まで冷却
することができないとともに、液体窒素などを用いる場
合にも不具合が発生するという問題がある。

【０００４】図１１ないし図１５にもとづき概説する。
図１１は、半導体製造装置１の概略断面図であって、半
導体製造装置１は、密閉室２と、イオン加速機３と、イ
オン注入装置４と、を有する。密閉室２内は、常温・常
圧で、その外部から内部のイオン加速機３およびイオン
注入装置４を操作可能としている。イオン加速機３は、
所定のイオンを加速するとともに、イオン分離を行っ
て、共通の高真空となっているイオンガイドパイプ５を
介してこのイオンをイオン注入装置４に供給する。イオ
ン注入装置４は、その真空仕切り壁６内を真空室７とし
てあり、その注入窓口８からイオンの供給を受け、三次
元方向設定角度可変型装置９においてイオンをシリコン
ウェハーに打ち込む。

【０００５】図１２は、イオン注入装置４および三次元
方向設定角度可変型装置９の概略側面図である。一般に
イオン注入装置４は、大きく分けて二種類あり、ディス
ク型と呼ばれる装置と、枚葉型と呼ばれる装置と、があ
る。ディスク型装置は、大量のシリコンウェハーを処理
する場合に用いられ、円盤（ディスク）上にシリコンウ
ェハーを載せる台（ペデスタル）を多数配置して、これ
を高速回転させながら、イオン注入を行う。枚葉型装置
は、比較的小量のシリコンウェハーを処理するときに用
いられ、一枚づつのシリコンウェハーを処理する。本発
明に関連して説明するイオン注入装置４は、この枚葉型
に関する。

【０００６】三次元方向設定角度可変型装置９は、シリ
コンウェハーＳを載置するプラテン１０と、プラテン１
０を回動方向に駆動するプラテン回動機構１１と、プラ
テン１０をスキャン方向（往復動方向）に往復動させる
プラテンスキャン機構１２と、ガイド１３と、を有す
る。プラテン１０は、プラテン回動機構１１およびプラ
テンスキャン機構１２により注入窓口８の部分に対向す
るように案内駆動され、シリコンウェハーＳへのイオン
注入を可能とする。

【０００７】図１３は、プラテン回動機構１１を側面か
ら見た図であって、プラテン回動機構１１は、真空仕切
り壁６の側面に固定した回転中心軸１４にこれを回転可
能に支持し、プラテンスキャン機構１２は、プラテン回
動機構１１に所定の直線方向に往復動可能にこれを取り
付けてある。なお、プラテン１０へのシリコンウェハー
Ｓの供給および取出しを行うハンドリングアーム、ハン
ドリングアームを出し入れする扉、ロードロック室、お
よび真空排気装置などは、これを省略してある。

【０００８】図１４は、プラテン回動機構１１を駆動し
たときの概略断面図、図１５は、プラテンスキャン機構
１２を駆動したときの概略断面図である。図１４に示す
ように、プラテン回動機構１１によってプラテン１０を
回動させ、シリコンウェハーに対して垂直にイオンを注
入するときの位置まで移動させる。必要に応じて、この
回動角度（シリコンウェハーＳに対するイオンの注入角
度）は、図１４に図示の状態から約±２５度だけ変化す
る。イオン注入にあたっては、プラテンスキャン機構１
２によりプラテン１０を移動させ、図１４に示す状態か
ら図１５に示す状態にプラテン１０（シリコンウェハー
Ｓ）を位置させ、イオンをシリコンウェハーＳ全面に均
一に注入可能とする。この注入深さは、イオンの加速電
圧によりこれを調整する。イオン注入が終了すると、プ
ラテン回動機構１１は図示とは逆方向に回動して、図１
２に示したシリコンウェハーＳの取出し状態に戻る。

【０００９】上述のように、プラテン１０、ならびにプ
ラテン１０を支持するプラテン回動機構１１およびプラ
テンスキャン機構１２は、回動および往復動をともなっ
た複雑な動きを行うとともに、その動作範囲も大きいも
のである。

【００１０】さて、図示は省略してあるが、プラテン回
動機構１１の軸（回転中心軸１４を含む軸）は多重構造
となっており、一方プラテン１０の冷却水の通路は、そ
の往復流路で互いに熱交換しないことが必要であって、
多重軸構造の内部にこれを設けることは難しい。したが
って、プラテン１０への冷却水は、プラテン回動機構１
１およびプラテンスキャン機構１２の外部に沿って設け
たプラスチック製のチューブを通してこれを供給する。
なお冷却水用のチューブ以外にも、プラテン回動機構１
１およびプラテンスキャン機構１２の電気信号線もあ
り、冷却水の通水に使用可能なチューブの外径は非常に
小さく、たとえば約６ｍｍ程度にすぎない。また、従来
の冷却水の配管は電気信号線と束になって配置されてい
たが、液体窒素を流す場合には、この束にすることもで
きない。すなわち、液体窒素に接している電線の絶縁被
覆が凍って、無理に動かすと砕けてしまうからである。

【００１１】しかして、プラテン１０を極低温にまで冷
却するために、上述のような配管構造であるプラスチッ
クチューブに冷却媒体（たとえば液体窒素）を流すこと
ができれば好都合である。しかしながら液体窒素は、１
気圧のもとでは温度７７Ｋ（−１９６℃）であるためこ
のプラスチックチューブは凍り、その弾性変形範囲の変
形（実際には、金属と同様）しか許容することができな
くなる。したがってプラスチックチューブは、注入窓口
８に向かうプラテン１０の大きな動作には追従すること
ができず、無理にこれを動かすと、非常に大きな力を要
するとともに、弾性限界をこえると、砕け散るように破
壊してしまうという問題がある。

【００１２】上記プラスチックチューブの代わりとして
金属製のベローズなどによっても冷却媒体移送は困難で
ある。ベローズは、ステンレス鋼など薄い金属の管（あ
るいは溶接の場合には板）を蛇腹状にして、大きな変形
が可能なように製作されている。したがって、ベローズ
になっていない管に比較して大きな変形が可能である。
しかしながら、既述のようにプラテン１０の動作範囲が
あまりに大きいため、ベローズであってもその金属の弾
性範囲内では追従が困難である。すなわち、金属ベロー
ズの場合には、前記プラスチックチューブの場合のよう
に液体窒素を流しても、その硬さ（動きに対する抵抗
力）はあまり大きくはならないが、プラテン１０をその
動作範囲で動かすと、ベローズの応力は弾性限度をこえ
て、塑性変形に入る。したがって、金属ベローズでは、
数百回程度のイオン注入でひび割れを生ずる可能性があ
る。

【００１３】寿命を長くするには、非常に長いベローズ
を、一様に弾性限度内に変形させればよいが、ベローズ
およびその支持機構が大きくなり、真空室７内にこれを
収納することができなくなる。さらにベローズは、その
変形位置を正確に制御することができないので、設置場
所に大きな隙間を必要とするという問題がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、液体窒素その他の冷
却媒体を使用してイオン注入装置などにおけるプラテン
その他の被冷却物を冷却可能な冷却媒体移送式冷却装置
を提供することを課題とする。

【００１５】また本発明は、動作範囲が大きなイオン注
入装置あるいはプラズマ表面処理装置などにおいても、
その動作範囲内の所定部分に冷却媒体を移送可能な冷却
媒体移送式冷却装置を提供することを課題とする。

【００１６】また本発明は、イオン注入装置などにおけ
る三次元方向設定角度可変型装置の所定部分（たとえば
プラテン）など、動作範囲が大きな被冷却物に追従が可
能な冷却媒体移送式冷却装置を提供することを課題とす
る。

【００１７】また本発明は、冷却媒体の往復流路を形成
可能で、効率的な冷却作用が可能な冷却媒体移送式冷却
装置を提供することを課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、いわ
ゆるバイヨネット式の継ぎ手構造を採用すること（ただ
しこれを屈伸可能とすること）、液体窒素その他の冷却
媒体を移送可能な配管をリンク構造とすること、このリ
ンク構造を多節として屈伸可能とし、イオン注入装置な
どにおける三次元方向設定角度可変型装置など動作範囲
の大きな装置に追従可能とすることに着目したもので、
第一の発明は、冷却媒体を被冷却物に移送してこれを冷
却する冷却媒体移送式冷却装置であって、上記冷却媒体
を第１の方向へ移送可能な軸方向移送リンクと、この第
１の方向に交差する第２の方向に上記冷却媒体を移送可
能な回動方向移送リンクと、この回動方向移送リンクお
よび上記軸方向移送リンクを相対的に回動可能に連結可
能な回動継ぎ手部と、を用いて多関節状に接続した多節
リンクを設け、この多節リンクの一端側の上記軸方向移
送リンクから上記冷却媒体を供給可能とするとともに、
この多節リンクを経て他端側の上記軸方向移送リンクか
ら上記被冷却物に上記冷却媒体を移送するようにしたこ
とを特徴とする冷却媒体移送式冷却装置である。また第
二の発明は、真空室内の三次元方向設定角度可変型装置
に装着し三次元空間内で任意の姿勢に制御可能としてあ
る被冷却物に、冷却媒体を移送してこれを冷却する冷却
媒体移送式冷却装置であって、上記冷却媒体を第１の方
向へ移送可能な軸方向移送リンクと、この第１の方向に
交差する第２の方向に上記冷却媒体を移送可能な回動方
向移送リンクと、この回動方向移送リンクおよび上記軸
方向移送リンクを相対的に回動可能に連結可能な回動継
ぎ手部と、を用いて多関節状に接続し上記三次元方向設
定角度可変型装置の動作に追従可能な多節リンクを設
け、上記真空室の真空仕切り壁に形成した供給側入り口
部からこの多節リンクに上記冷却媒体を供給可能とする
とともに、この多節リンクを経て上記被冷却物に上記冷
却媒体を移送するようにしたことを特徴とする冷却媒体
移送式冷却装置である。

【００１９】上記被冷却物は、たとえば既述のイオン注
入装置におけるプラテンなどであって、三次元空間内で
任意の姿勢にこれを制御可能であることができる。

【００２０】上記多節リンクは、上記回動継ぎ手部を介
してこれを屈伸可能とすることができる。

【００２１】上記軸方向移送リンクは、第１の断熱パイ
プを有し、上記回動方向移送リンクは、第２の断熱パイ
プを有するとともに、これら第１の断熱パイプおよび第
２の断熱パイプを互いに嵌合させてその内部に上記冷却
媒体の流路を形成することができる。

【００２２】上記冷却媒体の上記流路に上記冷却媒体の
供給流路および帰還流路を互いに独立して形成すること
ができる。もちろん、流路として、単一なものを形成す
ることもできる。

【００２３】上記多節リンクの上記軸方向移送リンクお
よび上記回動方向移送リンクは、これを断熱真空部、帰
還流路、および供給流路、の三重構造とすることができ
る。

【００２４】上記多節リンクの上記軸方向移送リンクお
よび上記回動方向移送リンクは、これを第１の断熱真空
部、第２の断熱真空部、これら第１の断熱真空部および
第２の断熱真空部の間の付属断熱部、帰還流路、ならび
に供給流路、の五重構造とすることができる。

【００２５】上記付属断熱部に、Ｏリングなどのシール
部材を設けることができる。

【００２６】上記付属断熱部に、脱落防止用ストッパー
を設けて上記軸方向移送リンクおよび上記回動方向移送
リンクが相対的に脱落しないようにすることができる。

【００２７】上記多節リンクは、シール部材および取付
けフランジを介してこれを真空仕切り壁にその一端を固
定し、この真空仕切り壁により形成した真空室内にこれ
を可動可能とし、動作範囲の大きな被冷却物に追従可能
とすることができる。

【００２８】上記冷却媒体は、これを液体窒素とするこ
とができる。もちろん、任意の極低温まで冷却可能な液
体ヘリウムその他の媒体を採用可能である。

【００２９】本発明による冷却媒体移送式冷却装置にお
いては、冷却媒体を移送可能な軸方向移送リンクおよび
回動方向移送リンクを設け、これを回動継ぎ手部を介し
て多関節状に接続したので（多節リンクの内部は、冷却
系配管を兼用している）、これら移送リンクのいずれか
一方をたとえばイオン注入装置の外壁部（真空仕切り
壁）に固定するとともに、他方を三次元方向設定角度可
変型装置などのプラテンあるいはその他の装置部分に固
定した状態で、三次元方向設定角度可変型装置が所定動
作範囲内に回動ないしスキャニング操作を行っても、軸
方向移送リンクおよび回動方向移送リンクは、互いにそ
の回動継ぎ手部において相対的に回動し、三次元方向設
定角度可変型装置のプラテン回動機構あるいはプラテン
スキャン機構などの動作範囲の大きな動作に的確に追従
することができる。したがって、液体窒素や液体ヘリウ
ムなど極低温にまで冷却することが可能な冷却媒体であ
っても、軸方向移送リンクおよび回動方向移送リンクの
必要であれば複数本の組み合わせにより、その内部に流
路を構成して、三次元方向設定角度可変型装置の他の駆
動部分とは独立して、任意の部位の被冷却物に冷却媒体
を供給可能な冷却媒体配管が可能で、既述のようなプラ
スチックチューブあるいは金属製ベローズとは異なり、
三次元方向設定角度可変型装置の動作によく追従し、自
由度が高い状態で所定の冷却機能を発揮することができ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態によ
る冷却媒体移送式冷却装置をイオン注入装置に適用した
場合を例に取って、図１ないし図９にもとづき説明す
る。ただし、図１１ないし図１５と同様の部分には同一
符号を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、図１
２と同様の、イオン注入装置２０および三次元方向設定
角度可変型装置２１の概略断面図、図２は、図１３と同
様の、プラテン回動機構１１を側面から見た図であっ
て、三次元方向設定角度可変型装置２１は、従来の三次
元方向設定角度可変型装置９（図１２、図１３）に加え
て、本発明による冷却媒体移送式冷却装置２２を有す
る。

【００３１】冷却媒体移送式冷却装置２２は、図１中、
ハッチングで示した回動用多節リンク２３と、ハッチン
グを付していないプラテン回動機構用固定リンク２４
と、ハッチングで示したスキャン用多節リンク２５と、
ハッチングを示していないプラテン用固定リンク２６
と、を有する。これらリンク２３、２４、２５、２６の
内部構造自体は、図５、図６、図７、図８などにもとづ
いて後述するように基本的には事実上同一である。

【００３２】回動用多節リンク２３は、イオン注入装置
４の真空仕切り壁６に形成した供給側入口部２７から冷
却冷媒（たとえば液体窒素）を供給され、当該冷却媒体
移送式冷却装置２２を介してプラテン回動機構１１（プ
ラテン１０）側に送り込む部分である。プラテン回動機
構用固定リンク２４は、回動用多節リンク２３とスキャ
ン用多節リンク２５とを連結するもので、プラテン回動
機構１１にこれを固定してある。スキャン用多節リンク
２５は、回動用多節リンク２３からプラテン回動機構用
固定リンク２４を介して受けた冷却冷媒をプラテンスキ
ャン機構１２側に供給する。プラテン用固定リンク２６
は、スキャン用多節リンク２５とプラテン１０とを連結
するもので、プラテン１０にこれを固定し、冷却媒体に
よるプラテン１０の冷却を可能とする。

【００３３】図３は、プラテン回動機構１１が駆動され
て、プラテン１０が注入窓口８の方向に対向した状態を
示す、図１４と同様の概略断面図、図４は、プラテンス
キャン機構１２を駆動したときの、図１５と同様の概略
断面図であって、供給側入口部２７からの冷却媒体は、
所定の屈折を行う回動用多節リンク２３、固定状態のプ
ラテン回動機構用固定リンク２４、所定の屈折を行うス
キャン用多節リンク２５、および固定状態のプラテン用
固定リンク２６を通って、プラテン１０を冷却し、ガス
化して、逆方向に帰還して供給側入口部２７に戻る。

【００３４】回動用多節リンク２３、プラテン回動機構
用固定リンク２４、スキャン用多節リンク２５およびプ
ラテン用固定リンク２６、ならびにその接続構造は、事
実上同様の構成とすることができるので、回動用多節リ
ンク２３の構造についてのみ以下説明する。

【００３５】図５は、回動用多節リンク２３の斜視図、
図６は、回動用多節リンク２３の断面図および直線状態
で示す側面図であって、回動用多節リンク２３は、第１
の軸方向移送リンク２８（第１の移送リンク）と、第１
の回動方向移送リンク２９（第２の移送リンク）と、第
２の軸方向移送リンク３０（第１の移送リンク）と、第
２の回動方向移送リンク３１（第２の移送リンク）と、
第３の軸方向移送リンク３２（第１の移送リンク）と、
を有する。第１の軸方向移送リンク２８と第１の回動方
向移送リンク２９とは、第１の回動継ぎ手部３３によ
り、互いに相対的に回動可能にこれを連結してある。第
１の回動方向移送リンク２９と第２の軸方向移送リンク
３０とは、折り曲がり部３４において直角に折り曲げた
一体の移送リンクである。第２の軸方向移送リンク３０
と第２の回動方向移送リンク３１とは、第２の回動継ぎ
手部３５により、互いに相対的に回動可能にこれを連結
してある。第２の回動方向移送リンク３１と第３の軸方
向移送リンク３２とは、第３の回動継ぎ手部３６によ
り、互いに相対的に回動可能にこれを連結してある。第
３の軸方向移送リンク３２は、第１の回動継ぎ手部３
３、第２の回動継ぎ手部３５あるいは第３の回動継ぎ手
部３６と同様の継ぎ手構造により、プラテン回動機構用
固定リンク２４の端部にこれを接続し、互いに相対的に
回動可能としてある。

【００３６】回動用多節リンク２３において、第１の軸
方向移送リンク２８と第１の回動方向移送リンク２９と
の間の連結機構、第２の軸方向移送リンク３０と第２の
回動方向移送リンク３１との間の連結機構、第２の回動
方向移送リンク３１と第３の軸方向移送リンク３２との
間の連結機構は事実上同様であって、図７においてその
一例を説明する。図７は、回動用多節リンク２３のうち
の一例として、第１の軸方向移送リンク２８の部分、お
よび第１の回動方向移送リンク２９と間の第１の回動継
ぎ手部３３の部分を示す断面図であって、第１の軸方向
移送リンク２８は、第１の断熱パイプ３７と、第２の断
熱パイプ３８と、液体窒素供給管３９と、を有する。

【００３７】第１の断熱パイプ３７は、二重管構造であ
って、その内部を第１の断熱真空部４０としてある。第
２の断熱パイプ３８も、二重管構造であって、その内部
を第２の断熱真空部４１としてある。第１の断熱パイプ
３７の端部はこれを凹部として、この内部に第２の断熱
パイプ３８の凸部とした端部を所定長さ（差込み部４
２）にわたって挿入し、この嵌合部分のわずかな間隙部
を付属断熱部４３としてある。この付属断熱部４３の最
奥部（第１の回動継ぎ手部３３の部分）に、Ｏリング４
４（シール部材）と、差込み部４２が抜けてしまうこと
を防止可能な脱落防止用ストッパー４５および脱落防止
用フランジ４６と、を設けてある。したがって、第１の
断熱パイプ３７および第２の断熱パイプ３８（すなわち
第１の軸方向移送リンク２８および第１の回動方向移送
リンク２９）は、軸方向には一体で相対的に移動するこ
とはなく、第１の回動継ぎ手部３３ないし差込み部４２
において相対的に回動可能となっている。液体窒素供給
管３９どおしの接続部には、Ｕ型シール４７を設けてあ
る。このＵ型シール４７の部分からわずかに漏れがあっ
ても、第１の断熱パイプ３７および第２の断熱パイプ３
８の内部であるので、問題にはならない。

【００３８】液体窒素供給管３９内部が液体窒素ＬＮの
供給流路４８となり、液体窒素供給管３９と第２の断熱
パイプ３８あるいは第１の断熱パイプ３７との間がガス
化した窒素ガスＧＮの帰還流路４９となる。

【００３９】なお、付属断熱部４３の部分から窒素ガス
ＧＮが外方（真空室７方向）に漏れ出る可能性はある
が、Ｏリング４４によりシールしてあるとともに、付属
断熱部４３はわずかな隙間しかないので、この間に進入
した窒素ガスＧＮは多少の温度差があっても対流するこ
とはほとんどできず、低温の窒素ガスＧＮの存在によ
り、断熱作用を呈することができる。また、Ｏリング４
４部分は、室温程度となっているので、Ｏリング４４が
凍ることはないし、グリースなどで潤滑することができ
る。さらに、第１の断熱パイプ３７および第２の断熱パ
イプ３８は、薄肉のステンレス鋼材料によりこれを構成
しているので、この部分を伝わって低温部に入る侵入熱
はこれを非常に少なくすることができる。

【００４０】かくして、第１の軸方向移送リンク２８な
いし回動用多節リンク２３は、断熱真空部４０、４１、
帰還流路４９、および供給流路４８、の三重構造となっ
ている。あるいは、第１の断熱真空部４０、第２の断熱
真空部４１、第１の断熱真空部４０および第２の断熱真
空部４１の間の付属断熱部４３、帰還流路４９、ならび
に供給流路４８、の五重構造ということもできる。

【００４１】図８は、真空仕切り壁６の供給側入口部２
７部分に第１の軸方向移送リンク２８を固定する場合の
断面図であって、第１の断熱パイプ３７の端部に一体形
成したフランジ部材５０を真空仕切り壁６の内壁部に設
け、内壁部との間にＯリング５１を設けてシールすると
ともに、一方の第２の断熱パイプ３８を直角に折り曲げ
てある。このフランジ部材５０の部分が、前記第１の回
動継ぎ手部３３に相当することになる。

【００４２】こうした構成の第１の軸方向移送リンク２
８および回動用多節リンク２３、さらには、同様の構成
によるプラテン回動機構用固定リンク２４、スキャン用
多節リンク２５およびプラテン用固定リンク２６を有す
る冷却媒体移送式冷却装置２２においては、とくに図７
に示すように、液体窒素ＬＮが一定供給方向に流れると
ともに、図１ないし図４に示すように、三次元方向設定
角度可変型装置９のプラテン１０に到達してこれを極低
温に冷却しガス化した窒素ガスＧＮが帰還流路４９内を
反対帰還方向に流れる。したがって、液体窒素供給管３
９は、対向流の熱交換器のようになるが、プラテン１０
の温度が低温となれば、蒸発した窒素ガスＧＮは液体窒
素ＬＮの温度に近いので、供給流路４８および帰還流路
４９の間ではほとんど熱交換作用はない。また、多少の
温度差があっても、液体窒素供給管３９における途中の
侵入熱は少ないので、プラテン１０までの液体窒素ＬＮ
の供給は保障される。

【００４３】さらに、第１の断熱パイプ３７と第２の断
熱パイプ３８とは互いに軸方向には移動不可能である
が、回動方向には任意の角度だけ回動可能であるため、
冷却媒体移送式冷却装置２２は、イオン注入工程にとも
なうプラテン１０の動きによく追従して冷却機能を維持
することができる。

【００４４】図９は、回動用多節リンク２３と真空仕切
り壁６との相対関係、すなわち折り曲がり部３４および
第２の回動継ぎ手部３５、さらに第３の回動継ぎ手部３
６の動作可能範囲を示す側面図であって、折り曲がり部
３４、第２の回動継ぎ手部３５および第３の回動継ぎ手
部３６部分における回動作用により、第１の回動方向移
送リンク２９および第２の回動方向移送リンク３１は図
示のように移動可能である。たとえば第３の回動継ぎ手
部３６は、図９のハッチングを施した範囲内を可動であ
る。したがって、第１の軸方向移送リンク２８、第１の
回動方向移送リンク２９、第２の軸方向移送リンク３０
および第２の回動方向移送リンク３１の長さをそれぞれ
所定長さに設定することにより、三次元方向設定角度可
変型装置９およびプラテン１０との衝突部分を避けて、
これらとは独立にプラテン１０の動作に追従可能である
とともに、供給側入口部２７からプラテン１０に液体窒
素ＬＮを供給してこれを冷却し、窒素ガスＧＮを帰還さ
せることができる。

【００４５】かくして、プラテン回動機構１１およびプ
ラテンスキャン機構１２がイオン注入装置４の真空室７
内においてどの位置ないし状態にあっても、冷却媒体移
送式冷却装置２２によりプラテン１０に液体窒素ＬＮを
供給し、これを冷却することができる。液体窒素ＬＮに
より冷却されたプラテン１０とシリコンウェハーＳとは
熱的に接触されているので、プラテン１０と同じ温度ま
で冷却され、極低温でイオン注入を行うことができる。

【００４６】なお本発明においては、図７に示すような
供給流路４８および帰還流路４９の循環路を形成する場
合とは別に、一方向に液体窒素ＬＮを供給可能とする場
合もある。図１０は、一方向に液体窒素ＬＮを供給する
場合の第１の軸方向移送リンク６０（第１の移送リン
ク）の断面図であって、第１の軸方向移送リンク６０
は、第１の断熱パイプ６１および第２の断熱パイプ６２
を組み合わせ、その間の付属断熱部６３にＯリング６４
を設けることができる。すなわち、第１の軸方向移送リ
ンク６０は、図７において既述した第１の軸方向移送リ
ンク２８と同様に構成し、液体窒素供給管３９、脱落防
止用ストッパー４５および脱落防止用フランジ４６を省
略した構造である。第１の断熱パイプ６１は、二重管構
造であって、その内部を第１の断熱真空部６５としてあ
る。第２の断熱パイプ６２も、二重管構造であって、そ
の内部を第２の断熱真空部６６としてある。脱落防止用
ストッパー４５および脱落防止用フランジ４６に相当す
る構造を採用してもよい。

【００４７】第１の断熱パイプ６１および第２の断熱パ
イプ６２により形成された供給流路６７内を液体窒素Ｌ
Ｎを一方向に供給可能であるとともに、プラテン１０な
どの被冷却物との熱的接触によりガス化した窒素ガスＧ
Ｎと混相状態で供給帰還させることができる。

【００４８】かくして、第１の軸方向移送リンク６０
は、断熱真空部６５、６６、および供給流路６７、の二
重構造となっている。あるいは、第１の軸方向移送リン
ク６０は、第１の断熱真空部６５、第２の断熱真空部６
６、付属断熱部６３、および供給流路６７、の四重構造
ということもできる。

【００４９】こうした構成の第１の軸方向移送リンク６
０によっても、第１の断熱パイプ６１および第２の断熱
パイプ６２の相対的な回動運動を保障しつつ、冷却媒体
（液体窒素ＬＮ）をプラテン１０などの被冷却物に供給
してこれを冷却することができる。とくに、図１に示し
たスキャン用多節リンク２５とプラテン１０との間に接
続するプラテン用固定リンク２６は、プラテン１０との
間では相対的に移動不要で、液体窒素ＬＮをプラテン１
０に熱接触させることができればよいので、これを上記
第１の軸方向移送リンク６０により構成することができ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多節リン
クによる液体窒素の供給構造としたので、イオン注入装
置における三次元方向設定角度可変型装置などの大きな
動作範囲に追従して確実に液体窒素などの冷却媒体を供
給し、プラテンなど所定部分を極低温に冷却可能であ
る。また、配管設計上、大きな応力を発生する部品がな
いため、長寿命かつ信頼製の高い冷却装置とすることが
できるとともに、比較的大きな流路断面積を確保可能
で、大きな冷却能力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による冷却媒体移送式冷却
装置２２を装備した、イオン注入装置２０および三次元
方向設定角度可変型装置２１の、図１２と同様の概略断
面図である。

【図２】同、図１３と同様の、プラテン回動機構１１を
側面から見た図である。

【図３】同、プラテン回動機構１１が駆動されて、プラ
テン１０が注入窓口８の方向に対向した状態を示す、図
１４と同様の概略断面図である。

【図４】同、プラテンスキャン機構１２を駆動したとき
の、図１５と同様の概略断面図である。

【図５】同、回動用多節リンク２３の斜視図である。

【図６】同、回動用多節リンク２３の断面図および直線
状態で示す側面図である。

【図７】同、回動用多節リンク２３のうちの一例として
第１の軸方向移送リンク２８の部分、および第１の回動
方向移送リンク２９と間の第１の回動継ぎ手部３３の部
分を示す断面図である。

【図８】同、真空仕切り壁６の供給側入口部２７部分に
第１の軸方向移送リンク２８を固定する場合の断面図で
ある。

【図９】同、回動用多節リンク２３と真空仕切り壁６と
の相対関係、すなわち折り曲がり部３４および第２の回
動継ぎ手部３５、さらに第３の回動継ぎ手部３６の動作
可能範囲を示す側面図である。

【図１０】同、一方向に液体窒素ＬＮを供給する場合の
第１の軸方向移送リンク６０（第１の移送リンク）の断
面図である。

【図１１】従来の半導体製造装置１の概略断面図であ
る。

【図１２】同、イオン注入装置４および三次元方向設定
角度可変型装置９の概略側面図である。

【図１３】同、プラテン回動機構１１を側面から見た図
である。

【図１４】同、プラテン回動機構１１を駆動したときの
概略断面図である。

【図１５】同、プラテンスキャン機構１２を駆動したと
きの概略断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体製造装置（図１１） ２ 密閉室 ３ イオン加速機 ４ イオン注入装置 ５ イオンガイドパイプ ６ 真空仕切り壁 ７ 真空室 ８ 注入窓口 ９ 三次元方向設定角度可変型装置 １０ プラテン １１ プラテン回動機構 １２ プラテンスキャン機構 １３ ガイド １４ 三次元方向設定角度可変型装置９の回転中心軸 ２０ イオン注入装置（図１） ２１ 三次元方向設定角度可変型装置 ２２ 冷却媒体移送式冷却装置（実施の形態、図１） ２３ 回動用多節リンク（図５、図６） ２４ プラテン回動機構用固定リンク（図１） ２５ スキャン用多節リンク（図１） ２６ プラテン用固定リンク（図１） ２７ 供給側入口部（図１） ２８ 第１の軸方向移送リンク（第１の移送リンク）
（図７、図８） ２９ 第１の回動方向移送リンク（第２の移送リンク） ３０ 第２の軸方向移送リンク（第１の移送リンク） ３１ 第２の回動方向移送リンク（第２の移送リンク） ３２ 第３の軸方向移送リンク（第１の移送リンク） ３３ 第１の回動継ぎ手部（図５、図６） ３４ 折り曲がり部（図５、図６） ３５ 第２の回動継ぎ手部（図５、図６） ３６ 第３の回動継ぎ手部（図５、図６） ３７ 第１の断熱パイプ（図７、図８） ３８ 第２の断熱パイプ（図７、図８） ３９ 液体窒素供給管 ４０ 第１の断熱真空部 ４１ 第２の断熱真空部 ４２ 第１の断熱パイプ３７と第２の断熱パイプ３８と
の間の差込み部 ４３ 差込み部４２における付属断熱部 ４４ Ｏリング ４５ 脱落防止用ストッパー ４６ 脱落防止用フランジ ４７ Ｕ型シール ４８ 供給流路 ４９ 帰還流路 ５０ フランジ部材（図８） ５１ Ｏリング ６０ 第１の軸方向移送リンク（図１０） ６１ 第１の断熱パイプ ６２ 第２の断熱パイプ ６３ 付属断熱部 ６４ Ｏリング ６５ 第１の断熱真空部 ６６ 第２の断熱真空部 ６７ 供給流路 Ｓ シリコンウェハー ＬＮ 液体窒素 ＧＮ 窒素ガス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−343024（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302697（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250081（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−52396（ＪＰ，Ｕ) 実公 平１−43595（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25D 3/10 H01L 21/265 603

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却媒体を被冷却物に移送してこれを
   冷却する冷却媒体移送式冷却装置であって、 前記冷却媒体を第１の方向へ移送可能な軸方向移送リン
   クと、 この第１の方向に交差する第２の方向に前記冷却媒体を
   移送可能な回動方向移送リンクと、 この回動方向移送リンクおよび前記軸方向移送リンクを
   相対的に回動可能に連結可能な回動継ぎ手部と、 を用いて多関節状に接続した多節リンクを設け、 この多節リンクの一端側の前記軸方向移送リンクから前
   記冷却媒体を供給可能とするとともに、この多節リンク
   を経て他端側の前記軸方向移送リンクから前記被冷却物
   に前記冷却媒体を移送するようにした ことを特徴とする
   冷却媒体移送式冷却装置。
2. 【請求項２】 前記多節リンクは、前記回動継ぎ手部
   を介してこれを屈伸可能としたことを特徴とする請求項
   １記載の冷却媒体移送式冷却装置。
3. 【請求項３】 前記軸方向移送リンクは、第１の断熱
   パイプを有し、 前記回動方向移送リンクは、第２の断熱パイプを有する
   とともに、 これら第１の断熱パイプおよび第２の断熱パイプを互い
   に嵌合させてその内部に前記冷却媒体の流路を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却媒体移送式冷却装
   置。
4. 【請求項４】 前記冷却媒体の前記流路に前記冷却媒
   体の供給流路および帰還流路を互いに独立して形成した
   ことを特徴とする請求項３記載の冷却媒体移送式冷却装
   置。
5. 【請求項５】 前記多節リンクの前記軸方向移送リン
   クおよび前記回動方向移送リンクは、 これを断熱真空部、帰還流路、および供給流路、の三重
   構造としたことを特徴とする請求項１記載の冷却媒体移
   送式冷却装置。
6. 【請求項６】 前記多節リンクの前記軸方向移送リン
   クおよび前記回動方向移送リンクは、 これを第１の断熱真空部、第２の断熱真空部、これら第
   １の断熱真空部および第２の断熱真空部の間の付属断熱
   部、帰還流路、ならびに供給流路、の五重構造としたこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷却媒体移送式冷却装
   置。
7. 【請求項７】 前記付属断熱部に、シール部材を設け
   たことを特徴とする請求項６記載の冷却媒体移送式冷却
   装置。
8. 【請求項８】 前記付属断熱部に、脱落防止用ストッ
   パーを設けたことを特徴とする請求項６記載の冷却媒体
   移送式冷却装置。
9. 【請求項９】 前記多節リンクは、 シール部材および取付けフランジを介してこれを真空仕
   切り壁にその一端を固定し、 この真空仕切り壁により形成した真空室内にこれを可動
   可能としたことを特徴とする請求項１記載の冷却媒体移
   送式冷却装置。
10. 【請求項１０】 前記冷却媒体は、これを液体窒素と
    したことを特徴とする請求項１記載の冷却媒体移送式冷
    却装置。
11. 【請求項１１】 真空室内の三次元方向設定角度可変
    型装置に装着し三次元空間内で任意の姿勢に制御可能と
    してある被冷却物に、冷却媒体を移送してこれを冷却す
    る冷却媒体移送式冷却装置であって、 前記冷却媒体を第１の方向へ移送可能な軸方向移送リン
    クと、 この第１の方向に交差する第２の方向に前記冷却媒体を
    移送可能な回動方向移送リンクと、 この回動方向移送リンクおよび前記軸方向移送リンクを
    相対的に回動可能に連結可能な回動継ぎ手部と、 を用いて多関節状に接続し前記三次元方向設定角度可変
    型装置の動作に追従可能な多節リンクを設け、 前記真空室の真空仕切り壁に形成した供給側入り口部か
    らこの多節リンクに前記冷却媒体を供給可能とするとと
    もに、この多節リンクを経て前記被冷却物に前記冷却媒
    体を移送するようにしたことを特徴とする 冷却媒体移送
    式冷却装置。