JPH04325678A - 真空遮蔽体内の物体冷却装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造工程
において使用される真空遮蔽体内に放熱が困難な状態で
配置された物体を冷却するための真空中遮蔽体内の物体
冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、上記のようにな真空中遮蔽体内に放
熱が困難な状態に置かれた物体を冷却する場合、従来は
装置の運転バッチ当りの処理量又は熱負荷を低減して、
１バッチ当りの総発熱量を一定以下に抑え、且つ場合に
よっては真空遮蔽体の外側を流水等で間接的に冷却する
という手段をとっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
方法による場合、製造工程がバッチ毎に分断され、■各
バッチ毎の製品処理量が制限温度で決まる一定以下の値
に制限される。また、昇温度を抑えるために、投入エネ
ルギーや電力、給熱量を自由に増強するということは、
不可能となっている。また、真空遮蔽体の外側を冷却し
ても、内部の放熱には殆ど効果を及ぼさないことがわか
っている。従って、■、■の条件によって、製品の生産
性を思うように高めることができないという欠点があっ
た。

【０００４】例えば、半導体を製造するための一貫生産
ラインは、ウエハを非常に多くの異種工程にまたがって
移送し、各工程特有の操作を施すことから成り立ってい
る。そしてこれら各工程のプロセス雰囲気に必然的に高
真空のもの、低真空のもの等が混在している。真空のプ
ロセスの一部が、冷却、放熱上の問題から、そこでの処
理量を低くせざるを得ないということになると、それに
伴う工程上の待ち時間の増大等の重大な障害が生じるこ
とによって、連続一貫生産上のネックとなりかねないと
いう問題がある。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
、上記従来例の欠点を除去し、真空遮蔽体内に放熱が困
難な状態に配置された物体を効果的に冷却できる真空遮
蔽体内の物体冷却装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、真空遮蔽体内に位置する被冷却物体に熱伝導
体で冷却体を連結し、該被冷却物体と該冷却体の間に位
置する真空遮蔽体の真空遮蔽境界対応部分に１ケ所又は
数ケ所に設けた差動排気用口に差動排気系を接続すると
共に、冷却体に近い側の真空遮蔽境界にオリフィス部又
はシール部を設け、該差動排気系を作動することによっ
て、冷却体の周囲圧力を物体周囲圧力より高い値に保持
することを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記のように、真空遮蔽体内の被冷却物体と冷
却体とを熱伝導体で連結しているため、該真空遮蔽体内
の物体からの熱は該熱伝導体を通して冷却体に伝えられ
、該冷却体から放熱される。この際冷却体に近い側の真
空遮蔽境界にオリフィス部又はシール部を設け、該差動
排気系を作動することによって、冷却体の周囲圧力を被
冷却物体周囲圧力より高い値に保持するから、真空遮蔽
体内の圧力に影響を与えることなく、冷却体からの放熱
は効率よく行われる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例である半導体のイオン注
入装置の構成を示す図である。

【０００９】図示するように、真空遮蔽体１の内部にお
いて被冷却物体としてのサセプタ−４が配置され、該サ
セプタ−（被冷却物体）４は熱伝導棒６で冷却体７に連
結されている。熱伝導棒６は真空遮蔽体１に回転支持部
２で回転自在に支持されている。前記サセプタ−４に対
向してイオン源１１が設けられている。前記サセプタ−
４のイオン源１１の対向面には多数の半導体用ウエハ３
が載架されている。前記サセプタ−４の外周には多数の
従動用マグネット３４が固定されている。

【００１０】前記熱伝導棒６の回転中心と同一の回転中
心を有すヨ−ク３２が真空遮蔽体１の外周に回転自在に
取り付けられている。ヨーク３２の回転軸は原動機３１
から回転力を得て回転するようになっている。該ヨ−ク
３２は内周面には前記サセプタ−４の外周に固定された
従動用マグネット３４に対向して駆動用マグネット３３
が固定されている。

【００１１】前記冷却体７は冷却室２６内に収容されて
おり、該冷却室２６には冷却ガスを導入するガス導入口
１０と冷却ガスを排出するガス排出口１４が設けられて
いる。また、冷却体７のガス導入口１０側には冷却フィ
ン１３が設けられている。また、真空遮蔽体１と冷却室
２６の間には軸シ−ル部５が設けられている。

【００１２】真空遮蔽体１には主排気系９が接続される
主排気口が設けられ、更に回転支持部２と非接触軸シ−
ル部５との間、即ち真空遮蔽境界部分に１ケ所又は数ケ
所に設けた排気口１５が設けられ、該排気口１５に差動
排気系８が接続している。該差動排気系８の真空ポンプ
としてはターボ分子ポンプ１６と多段式ドライポンプ１
７が直列に接続されてなるものが使用されている。なお
、２７は差動排気系８に直列に接続された弁、２８はタ
ーボ分子ポンプ１６をバイパスする弁である。

【００１３】上記構成の半導体のイオン注入装置におい
て、真空遮蔽体１内は主排気系９の作動により真空状態
になっている。また、原動機３１の起動により、該ヨ−
ク３２の内周面の駆動用マグネット３３と従動用マグネ
ット３４の間に作用する吸引力又は反発力により、サセ
プタ−４はヨーク３２の回転に追従して回転する。また
、差動排気系８の作動により、冷却体７の周囲圧力をサ
セプター４の周囲圧力より高い値に保持する。

【００１４】この状態でイオン源１１からドーピング種
のイオンが真空遮蔽体１の内部で回転する多数の半導体
用ウエハ３が載架されたサセプター４に入射する。この
イオンの運動エネルギーは半導体用ウエハ３等に注入さ
れた後、最終的には熱となってサセプター４に蓄積され
る。このサセプター４は真空状態の真空遮蔽体１内に懸
架しているため十分な放熱ができないから、適当な方法
で冷却をしないとサセプター４の温度が過度に上昇して
、半導体用ウエハ３が熱損傷したり、回転支持部２が焼
損したりする。

【００１５】そこで本実施例では、このサセプター４を
熱伝導率の高い熱伝導棒６で冷却体７に連結しているの
で、サセプター４に蓄積される熱は該熱伝導棒６を通し
て冷却体に伝えられる。

【００１６】冷却体７には冷却フィン１３が設けられて
おり、該冷却フィン１３の回転により、ガス導入口１０
から冷却ガスが吸引され、更に冷却フィン１３の回転に
伴って、吸引された冷却ガスに遠心力を生じ、これによ
って冷却ガスに運動エネルギーにを与えるので、冷却ガ
スを冷却体７の中心から周辺部へ圧送し、排出口１４か
ら排出することができる。この一連の冷却ガスの運動に
伴って冷却体７の表面の熱を奪い去ることができる。

【００１７】この冷却ガスによる冷却作用は、ガス導入
口１０に与圧をかけて吸引ガス量を増すか、冷却体７の
回転速度を増すか、比熱のより大きい冷却ガスを使用す
ることにより増加させることができる。但し、当然のこ
とながら、サセプター４側への僅かな漏洩によっても、
イオン注入に支障を来すようなガス種の使用は好ましく
ない。

【００１８】軸シール部５は接触タイプの方が、シール
効果は優れているが、接触タイプの軸シールは発熱した
り、摩擦による塵が発生して真空遮蔽体１の内部を汚染
したりするので、非接触タイプの軸シールを用いること
が好ましく、本実施例では軸シール部５はラビリンスに
よっている。また、軸シール部５は固体同士が接触しな
いタイプのものであれば通常に使用されるものでもよい
。例えば磁性流体シールを使用しても構わない。

【００１９】差動排気系８の真空ポンプとして、上記実
施例ではターボ分子ポンプ１６と多段式ドライポンプ１
７を用いいたが、通常の真空排気系であればよい。この
ように差動排気系８とその近くに配置した軸シール部５
によって、サセプター４の周囲圧力と、冷却体７の周囲
の圧力に大きい差をつけることができるから、サセプタ
ー４によるイオン注入、冷却体７による冷却作用をそれ
ぞれ互いに阻害し合うことなく、実行することができる
。また、場合によっては、差動排気系８を一系統ではな
く複数の系統と設けることによって、サセプター４の周
囲圧力と冷却体７の周囲の圧力差を更に大きくすること
もできる。

【００２０】また、冷却体７は必ずしも回転させる必要
がない。この回転させない場合は、冷却ガスのガス導入
口１０に押し込み圧力を加えて冷却ガス流量を増加させ
たり、導入する冷却ガスの温度を下げたり、導入する冷
却ガスの熱容量を増やしたり、また冷却フィンの放熱容
量を増加する等のいずれか一つ又はその複数を組合せる
ことによって、冷却性能を補強すればよい。また、上記
サセプター４を回転させる場合も、回転手段は上記例に
限定されるものではない。

【００２１】図２及び図３は本発明の真空遮蔽体内の物
体冷却装置の冷却効果を調査をするための装置の構成を
示す図で、図２は本発明の冷却方法を用いて電動機を冷
却する場合を示し、図３は本発明の冷却方法を用いない
場合を示す。

【００２２】図２においては、真空遮蔽体４１内には電
動機部５２の固定子４４が嵌合されており、該固定子４
４内に回転子４２がその軸４２ａを回転支持部５４によ
り回転自在に支持されて配置されている。軸４２ａの端
部にはコンプレッサ５３の羽根車５１が固定されている
。真空遮蔽体４１とコンプレッサ５３の間にはラビリン
ス４９が配置されている。また、真空遮蔽体４１には主
排気系４７が接続され、回転支持部５４とラビリンス４
９の間には差動排気系４８が接続されている。なお、図
において、４５は真空遮蔽体１内の真空度を測定する真
空計、４３は遮蔽体４１の温度を測定するための熱電対
、５０は圧力計である。

【００２３】図２に示す装置において、主排気系４７に
よって電動機部５２内の圧力、即ち遮蔽体１内の圧力を
下げ、差動排気系４８とラビリンス４９によってコンプ
レッサ部５３との圧力差を確保した状態で、固定子４４
に駆動電流を供給すると電動機（カゴ型誘導電動機）部
５２の回転子４２が回転する。この回転子４２の回転に
よりコンプレッサ５３の羽根車５１が回転する。これに
より、ガス導入口からコンプレッサ５３内には水素ガス
が吸い込まれ羽根車５１の表面の熱を奪ってガス排出口
から排出される。電動機が回転することによって回転子
４２内に発生した熱は真空遮蔽体４１内が真空であるた
め、放熱が効果的に行われず軸４２ａを伝わり羽根車５
１の表面か水素ガスにより放熱される。この電動機側の
銅損、鉄損に起因する自己発熱とコンプレッサ５３によ
る放熱との釣合いにより、昇温度がある時点で停止し、
一定温度に保持される。

【００２４】図３の装置はコンプレッサ５３がない、即
ち本発明の冷却方法を用いないだけで他は図２の装置と
全く同一である。なお、図３において、図２と同一番号
を付した部分は同一又は相当部分を示す。図３の装置は
比較のため図２の電動機部５２と同じ圧力条件で比較実
験を行った。

【００２５】図２、図３の装置を運転し安定した温度状
態に達したときの真空遮蔽体４１の外表面温度と内部の
圧力を、熱電対４３及び真空計４５と圧力計５０により
測定した。その結果は次のようになった。

【００２６】（１）真空遮蔽体外表面温度及び内部圧力
図２の装置　　　　　　外表面温度　　４５℃　　　　
内部圧力　　０．５Ｔｏｒｒ 図３の装置　　　　　　外表面温度　　５５℃　　　　
内部圧力　　０．５Ｔｏｒｒ （２）コンプレッサ部 図２の装置　　　　　　外表面温度　　３０℃　　　　
内部圧力　　７６０Ｔｏｒｒ

【００２７】上記調査の結果から、図２の装置、即ち本
発明の冷却方法を用いた装置は、本発明の冷却方法を用
いない装置に比較して、真空遮蔽室の内部温度が１０℃
も低い状態に維持できることが判明した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空遮蔽体内に位置する被冷却物体を熱伝導体で冷却体と
連結し、真空遮蔽境界対応部分に差動排気系を接続する
と共に、オリフィス部又はシール部を設け、該差動排気
系を作動させることにより、冷却体の周囲圧力を物体周
囲圧力より高い値に保持することができるから、真空遮
蔽体内の圧力に影響を与えることなく、冷却対象物体の
冷却、放熱を大幅に改善することができるという優れた
効果が得られる。従って、例えば半導体等の製造工程に
おいて、本発明の物体冷却装置を用いれば生産性や品質
の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体のイオン注入装
置の構成を示す図である。

【図２】本発明の冷却装置の冷却効果を調査をするため
の装置の構成を示す図である。

【図３】本発明の冷却装置の冷却効果を調査をするため
の装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　真空遮蔽体２　　　　　　
　　　　　　回転支持部３　　　　　　　　　　　　半
導体用ウエハ４　　　　　　　　　　　　サセプター（
被冷却物体）５　　　　　　　　　　　　軸シ−ル部６
　　　　　　　　　　　　熱伝導棒 ７　　　　　　　　　　　　冷却体 ８　　　　　　　　　　　　差動排気系９　　　　　　
　　　　　　主排気系 １０　　　　　　　　　　　　ガス導入口１１　　　　
　　　　　　　　イオン源１２　　　　　　　　　　　
　イオンビ−ム１３　　　　　　　　　　　　冷却フィ
ン１４　　　　　　　　　　　　ガス排出口１５　　　
　　　　　　　　　排気口 １６　　　　　　　　　　　　タ−ボ分子ポンプ１７　
　　　　　　　　　　　多段式ドライポンプ２６　　　
　　　　　　　　　冷却室 ２７　　　　　　　　　　　　弁 ２８　　　　　　　　　　　　弁 ３１　　　　　　　　　　　　原動機 ３２　　　　　　　　　　　　ヨ−ク ３３　　　　　　　　　　　　駆動用マグネット３４　
　　　　　　　　　　　従動用マグネット４１　　　　
　　　　　　　　真空遮蔽体４２　　　　　　　　　　
　　回転子 ４３　　　　　　　　　　　　熱電対 ４４　　　　　　　　　　　　固定子 ４５　　　　　　　　　　　　真空計 ４７　　　　　　　　　　　　主排気系４８　　　　　
　　　　　　　差動排気系４９　　　　　　　　　　　
　ラビリンス５０　　　　　　　　　　　　圧力計 ５１　　　　　　　　　　　　羽根車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空遮蔽体内に位置する被冷却物体に
   熱伝導体で冷却体を連結し、該被冷却物体と該冷却体の
   間に位置する真空遮蔽体の真空遮蔽境界対応部分に１ケ
   所又は数ケ所に設けた差動排気用口に差動排気系を接続
   すると共に、前記冷却体に近い側の前記真空遮蔽境界に
   オリフィス部又はシール部を設け、該差動排気系を作動
   することによって、前記冷却体の周囲圧力を前記被冷却
   物体周囲圧力より高い値に保持することを特徴とする真
   空遮蔽体内の物体冷却装置。