JPH0264384A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体ウニ／Ｘ等の真空室内における
処理に際しての冷却装置に関する。

（従来の技術） 半導体装置の製造工程において、半導体ウェハに不純物
を注入する装置としてイオン注入装置が広く使用されて
いる。

このイオン注入装置は、例えばイオン発生装置および質
量分析マグネット等からなるイオンビーム発生装置から
出力されたイオンビームを加速装置や電子レンズ等によ
り所望のビームに整形し、このイオンビームをウェハホ
ルダに保持された半導体ウェハにＸ−Ｙ方向に走査しな
がら照射してイオンを注入するように構成されているも
のが一般的である。

ところで、このようなイオン注入装置においては、イオ
ンビームの照射により半導体ウェハが高温になり、イオ
ン注入部に欠陥が生じやすいという問題がある。そこで
、イオンビームの注入時に半導体ウェハを冷却すること
が必要となる。

従来、イオン注入装置における半導体ウェハの冷却は、
ウェハホルダ内に冷却液を循環させる等してウェハホル
ダ自体を冷却することにより、このウェハホルダに密接
して保持された半導体ウェハを冷却することが行われて
いる。しかし、この方法では、半導体ウェハとウェハホ
ルダとを完全に密着させることができず、例えば１Ｏ−
７Ｔｏｒｒ程度の真空中での処理であるため、空隙が存
在していると熱の伝達が阻害され、冷却不良が発生しや
すいという問題があった。そこで、半導体ウェハとウェ
ハホルダ間にシリコンゴム等を介在させ、密着性を向上
させることが行われているが、基本的に固体一固体間の
接触であるため、完全に密着させることはできない。

これらに対し、半導体ウェハの裏面とウェハホルダとの
間の僅かな空隙に、外部から数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒ
ｒの気体を導入し、所定の減圧状態とすることによって
気体分子の移動を充分に活発化させ、冷却されたウェハ
ホルダとの熱の伝達を行わせることにより冷却を行うこ
とが試みられている。この方法は、半導体ウェハを均一
にかつ有効に冷却することができるという利点を有して
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、大電流型のイオン注入装置のように、回
転駆動機構に連結されたディスクの円周方向に複数のウ
ェハホルダを設置し、このディスクを回転させることに
よってメカニカルスキャンを行う装置においては、個々
の半導体ウニ／−の裏面の空隙に外部から減圧状態の気
体を供給することが困難であり、事実上大電流型イオン
注入装置等には適用できないという問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題に対処するためにな
されたもので、例えば大電流型イオン注入装置のように
回転等の移動状態にある被処理物の裏面に所定圧力の減
圧空間を簡易な構造でかつ効果的に形成することを可能
にし、被処理物の冷却が効果的にかつ均一に行える冷却
装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の冷却装置は、真空室内に設けられ被冷
却体の裏面に気密空間が形成されるように設けられたホ
ルダと、このホルダの他方面に設けられたシリンダ部と
、前記シリンダ部に設けられたピストン部とを具備し、
前記真空室内の排気による前記気密空間と真空室内との
圧力差によって前記ピストン部を移動させ、前記気密空
間内を所定圧力の減圧状態とし、この減圧された気密空
間を冷却用空間として前記被冷却体の冷却を行うことを
特徴としている。

（作　用） 例えば被処理物の保持部内や被処理物保持部と同一構造
体内に、往復運動可能なピストン部が配置されたシリン
ダ部を設ける。このシリンダ部は被処理物の処理室であ
る真空室に接続されているため、処理開始に先立ち真空
室内の排気を行うと、当初常圧状態にある被処理物の一
方の面によって気密封止されている空間と真空室内との
圧力差によって、気密空間側が膨脂するようにピストン
部が移動する。これによって気密空間内は、数Ｔｏｒｒ
−数１０Ｔｏｒｒ程度の伝熱が効率的に行われる所定の
減圧状態となる。そして、この減圧状態とされた気密空
間を介して、例えば冷却された被処理物保持部と半導体
ウェハとの間で熱の伝達を行うことにより、被処理物を
均一にかつ効率よく冷却することができる。

（実施例） 次に、本発明の冷却装置を大電流型イオン注入装置に適
用した実施例について説明する。

被処理物である半導体ウェハ１は、ウェハホルダ２の上
面に配置されたＱ　ＩＪソング上に載置され、・このＯ
リング３によって半導体ウェハ１の裏面に所要の体積の
気密封止された冷却用空間４が形成されるように、環状
のウェハクランプ５によって半導体ウェハ１の周辺部が
保持されている。

ウェハホルダ２内には、半導体ウェハ１裏面に形成され
た冷却用空間４と貫通孔６によって接続された中空形状
のシリンダ部７が形成されている。

このシリンダ部７の一方の側は、これらが配置される真
空室内に対して開放されている。シリ、り部７内には、
このシリンダ部７の内面に対して往復動可能に密接して
いる円板形状のピストン８が配置されており、またこの
ピストン８の移動行程を制限するストッパ９とシリンダ
部７内面とピストン８との気密性を保持する０リング１
０とが設置されている。

また、ウェハホルダ２は、このウェハホルダ２自体を冷
却する冷却用ジャケット１１により冷却されている。

ウェハホルダ２の上面には、第２図に示すように、処理
する半導体ウェハ１の形状に対応したＯリング３が設置
されている。また、ウェハホルダ２の中心部にはシリン
ダ部７に接続した貫通孔６が形成されており、この貫通
孔６に接続するように排気用の溝１２が設けられている
。

この半導体ウェハ１が保持される各ウェハホルダ２は、
第３図に示すように、裏面に回転シャフト１３を介して
図示を省略した回転駆動機構に連結されたディスクベー
ス１４の円周方向に複数配置されており、それぞれ′の
ウェハホルダ２内部にシリンダ部７が形成されて、ウェ
ハ保持部１５が構成されている。

このウェハ保持部１５は、Ｘ方向またはＹ方向の一方向
のみに走査されたイオンビーム１６を導入する導入管１
７の終端部に接続された真空チャンバ１８内に配置され
ている。なお、導入管１７には図示を省略したイオンビ
ーム発生機構およびイオンビームの走査系が接続されて
いる。

また、真空チャンバ１８の裏側には、半導体ウェハ１の
ロード・アンロードが可能なように蓋部１８ａが設置さ
れており、この蓋部１８ａの開閉と同時にウェハ保持部
１５も追従するように構成されている。

各ウェハホルダ２に設置された冷却用ジャケット１１は
、図示を省略した配管を介して回転シャフト１３に接続
された図示を省略したロータリージヨイントによって冷
却液供給機構に接続されている。

上記構成の大電流型イオン注入装置においては、以下の
ような手順によりイオン注入操作が行われる。すなわち
まず、真空チャンバ１８の蓋部１８ａを開状態として真
空チャンバ１８内を大気開放し、各ウェハホルダ２に半
導体ウェハ１をセットする。次いで、真空チャンバ１８
の蓋部１８ａを閉じ、真空チャンバ１８内を気密状態と
する。

次に、図示を省略した排気管によって真空チャンバ１８
内を所定の真空圧、例えば１Ｏ−７Ｔｏｒｒ程度まで排
気する。この際に、半導体ウェハ１裏面に形成された気
密な冷却用空間４内は、当初大気圧状態とされいる。真
空チャンバ１８内の排気が進むと、第４図に示すように
、冷却用空間４内の圧力と真空チャンバ１８内の圧力と
の差によって、ピストン８が冷却用空間４の体積が膨脂
するように図中矢印Ａの方向に移動する。これによって
、冷却用空間４内の空気は、貫通孔６および排気用の溝
１２を介してシリンダ７側に流入し、所定の圧力例えば
数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ程度の減圧状態とされる。

また、冷却用ジャケット１１内には冷却液が供給され、
上記所定の減圧状態とされた冷却用空間４を介して半導
体ウェハ１の冷却が行われる。

そして、イオンビーム１６が回転しているディスクベー
ス１４上の半導体ウェハ１に照射されてイオン注入が行
われる。

このように、ウェハホルダ２内部に真空チャンバ１８と
半導体ウェハ１によって気密封止された冷却用空間４と
に接続されたシリンダ部７を設けることによって、真空
チャンバ１８内を所定の真空圧に排気する際にピストン
８を移動させ、半導体ウェハ１裏面と接する位置に数Ｔ
ｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ程度の所定の減圧空間を容易に
かつ外部から減圧気体を供給することなく形成すること
ができる。

また、減圧気体を外部から供給する必要がないため、前
述の実施例の大電流型イオン注入装置のように複数の半
導体ウェハ１を回転させつつ処理を行う際にも、障害な
く所定の減圧空間を形成することができる。

これによって、別途冷却されたウェハホルダ２と半導体
ウェハ１との間で均一にかつ効率よく熱の伝達が行え、
イオンの注入時においても半導体ウェハ１を高温状態と
することなくイオン注入作業が行え、半導体ウェハ１の
欠陥発生を有効にかつ均一に防止することが可能となる
。

また、前述の実施例では個々のウェハホルダ内に冷却用
空間を所定の減圧状態とするシリンダ部を設けた大電流
型イオン注入装置について説明したが、第５図に示すよ
うに、シリンダ部を有しない複数のウェハホルダ２１が
設置されたディスクベース２２の内部に、個々のウェハ
ホルダ２１に保持された半導体ウェハ１の裏面に形成さ
れた冷却用空間４が所定の減圧状態となる内容積番有す
るシリンダ部２３を設け、このシリンダ部２３内に前述
の実施例と同様にピストン２４を配置するように構成し
てもよい。このシリンダ部２３は、前述の実施例と同様
にイオンビームの照射面と反対側の面で真空チャンバ内
に開放されており、このシリンダ部２３内と個々の冷却
用空間４とは、配管２５によってそれぞれ接続されてい
る。なお、前述の実施例と同一部分については、同一符
号を付し説明を省略する。

このように構成された大電流型イオン注入装置において
も、前述の実施例と同様に、イオン注入作業に先立って
真空チャンバ内を所定の真空圧まで排気する際に、第６
図に示すように、ピストン２４が図中矢印Ａの方向に移
動することによって、冷却用空間４が所定の減圧状態と
され、この冷却用空間４を介して冷却用ジャケット１１
によって半導体ウェハ１が冷却されつつイオン注入作業
が行われ、前述の実施例と同様な効果が得られる。

なお、上記実施例では、大電流型イオン注入装置に本発
明の冷却装置を適用した例について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、真空室内で処理を行
う各種処理装置に適用可能であり、特に被処理物を回転
させる等、移動状態で処理を行う場合に有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の冷却装置によれば、例えば
被処理物を回転させつつ処理を行うような場合において
も簡単な構造でかつ容易に被処理物の一方の面と接する
所定の減圧空間を形成することができる。従って、この
減圧空間を伝熱媒体として被処理物を均一にかつ有効に
冷却することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の冷却装置を適用した大電流
型イオン注入装置の要部を示す断面図、第２図は第１図
のウェハホルダの平面図、第３図は第１図の大電流型イ
オン注入装置における設置状態を示す図、第４図は第１
図の動作を説明するための図、第５図は本発明の他の実
施例の冷却装置を適用した大電流型イオン注入装置の要
部を示す断面図、第６図は第５図の動作を説明するため
の図である。 １・・・・・・半導体ウェハ、２・・・・・・ウェハホ
ルダ、３・・・・・・０リング、４・・・・・・冷却用
空間、７・・・・・・シリンダ部、８・・・・・・ピス
トン、１１・・・・・・冷却用ジャケット、１４・・・
・・・ディスクベース、１５・・・・・・ウェハ保持部
、１８・・・・・・真空チャンバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空室内に設けられ被冷却体の裏面に気密空間が形成さ
   れるように設けられたホルダと、このホルダの他方面に
   設けられたシリンダ部と、前記シリンダ部に設けられた
   ピストン部とを具備し、前記真空室内の排気による前記
   気密空間と真空室内との圧力差によって前記ピストン部
   を移動させ、前記気密空間内を所定圧力の減圧状態とし
   、この減圧された気密空間を冷却用空間として前記被冷
   却体の冷却を行うことを特徴とする冷却装置。