JPS58194241A - イオン注入装置のタ−ゲツト冷却装置 - 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】 この発明は、イオン注入装置のターゲット冷却装置に関
し、回転および移動自在のディスクの冷却路に冷却媒体
を容易に供給できるようにし、ディスクに装着さｆｌた
ターゲットを効果的に冷却でさるようにしたものである
。

一般に、大電流イオン注入装置では、大電流イオンビー
ムをスポット状で入射させるとともに、複数のイオン注
入用ターゲットが装着されたディスクを回転および直線
移動してイオン注入するメカニカルスキャンカ式が採用
されている。これによると、大電流イオンビームそのも
のを走査させる必習がないため、磁場を与えるための多
くの電磁石が全く工費となり、装置を小形かつ軽量にで
きるものである。ところで、この種イオン注入装置ｆｔ
では、各ターゲットがイオン注入により太さな勲エネル
ギーを受けるため、各ターゲットを効果的に冷却する必
要があるが、メカニカルスキャンするディスク上のター
ゲットの冷却は容易ではな（）。

そこで、従来のイオン注入装置のターゲット冷却装置で
は、第１図および第２図に示すように、回転駆動軸（υ
により回転されるとともに図示しない移動機構により直
線移動される軸（２〕に円板状のディスク（３）が支持
され、ディスク（３）土の外周部に複数個の銅ブロック
からなるヒートシンク（４）が等間隔に設けられるとと
もに、各ヒート７／り（４）上にそれぞれターゲットと
なるウエノ〜−（５）が載置され、これら各ウエノ＼−
（５）が各ヒートシンク（４）に取り付けられた板ばね
（６）により、　ヒートシンク（４）に圧接され、保持
されている。そして、イオン注入によシ各ウニノー、−
ｔ５）が受けた熱エネルギーは、それぞれ当該のヒート
シンク（４）に逃がされ、各ウェハー（５）は慣性冷却
力式により冷却される。

しかし、前記従来のターゲット冷却装置によると、ディ
スク（３）上のヒートシンク（４）ではその容積に応じ
た冷却しか行なえず、冷却能力が極めて低いものであり
、大電流高エネルギービームによる高濃度イオン注入で
は、ウニ・・−（５）の効果的な冷却が行なえず、良質
のデバイスが得られない欠点があり、この様イオン注入
装置では、その注入可能なパワーが制約されてしまう欠
点がある。捷だ、ディスク（３）内に冷却路を形成し、
これに冷却媒体を循環するとともに、ディスク（３）上
にウェハー（５ンを振触させれば、ウェハー（５）を効
果的に冷却できるものであるが、メカニカルスキャンす
るディスクＩ３）内への冷却媒体の供給は極めて困難で
ある。

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
回転および移動自在のターゲット装着用ディスクに冷却
路を形成し、軸体と該軸体の外周に気密かつ回転自在に
設けられた筒体との間に環状通路を形成して固定点、移
動点および中間点の各ロータリジヨイントを構成し、前
記ディスクの中心軸に前記移動点ロータリジヨイントの
軸体を一体に設けるとともに、前記固定点ロータリジヨ
イントと前記中間点ロータリジヨイントのそれぞれの軸
体間および前記中間点ロータリジヨイントと前記移動点
ロータリジヨイントのそれぞれの筒体間をそれぞれ冷却
管で連結し、冷却媒体を前記各ロータリジヨイントを介
して前記ディスクの前記冷却路に供給することを特徴と
するイオン注入装置のターゲット冷却装置である。

したがって、冷却媒体を、固定点ロータ１ノジヨイント
の環状通パ路・冷却管・中間点ロータ、１ノジヨイント
の環状通路・冷却管・移動点ロータ１ノジヨイントの環
状通路を通してディスクの冷却路に供給できるため、デ
ィスク上に装着されたターゲットを効果的に冷却できる
ものであり、シめ・も、各ロータリジヨイントにおいて
軸体と筒体と７５：気密に回転されるため、ディスクの
回転および移動に際しても、それぞれの軸体と筒体上の
間で回転７５：行なわれ、中間点ロータリジヨイントの
；移動、ヘロータリジョイントの移動に応じて回転移動
するのみであり、前記と同様にして冷却媒体を供給でき
るものであり、理想的な冷却系を構成でき、このため、
ターゲットを低温下でイオン注入でき、良質のデバイス
を得ることができるものである。

つぎにこの発明を、そのｌ実施例を示した第３図以下の
図面とともに詳細に説明する。

これらの図面において、（７）は大電流イオン注入装置
の筐体状の装置本体であり、内筒ニに高圧用へ。

真空ポンプ等が備えられている。（８）は装置本体（７
）の前側に設けられたエンドステーション、（９）はエ
ンドステーション（８）上の装置本体（７）の前面に一
体に設けられたターゲットチャンバー、Ｏｑはターゲッ
トチャンバー（９）の右側内部に形成され常時高真苧 空に保持されるイオン注入室であり、高圧部からのイオ
ンビームのビームラインにイオン入射口（１１（を介し
て接続されている。ｕｚはターゲットチャ／バー（９）
の左側に前面に開口しほぼ円筒状に形成されたチャンバ
一本体であり、後面に真空ポンプに連通ずる真空排気口
ａ３が透設□されている。Ｇ４Ｉはチャンバ一本体ａ２
の前面にヒンジ（１５）を介して前後に開閉自在に設け
られた円形のチャ／バー蓋であり５エンドステーシヨン
（８）上に設けられたエアシリンダー、油圧シリンダー
等のシリンダー叫により開閉操作され、チャンバー蓋ｑ
４１の開時には保持具面によりほぼ水平に保持される。

（１８１はチャンノ（一本体（１２１とチャ／バー蓋ｕ
４１とにより形成されたチャンバー室、ａ印はイオン注
入室ローとチャンノ（−室Ｌ１８１　（！−を連通ずる
断面が細長い通路、ｔ２０＋は該通路（１９）を回転移
動により開閉する断面はぼ半円形のノζルプである。

２１＋および＠はチャンバー蓋ｕ４１の外側面に支持さ
れそれぞれの回転軸がチャンバー蓋ｕ４Ｉの内側に導入
された回転用モータおよび移動用ステッピングモータで
あり、後述のディスクの駆動機構さなる。

１３１および（至）はチャンバー蓋ｕ４Ｉの内１１１１
に左右力向に設けられそれぞれ回転用モータＱυおよび
ステンピングモータ嗟により回転される回転駆動軸およ
び移動用駆動軸、傷）はチャンバー蓋ｕ４１の内側に左
右力向に設けられた対のガイドレール、Ｇｌ！６１ｒｄ
該ｎのガイドレール、（２５）に左右力向に移動自在に
支持された移動体であり、この移動体（至）には、第６
図に示すように、前記移動用駆動軸■が噛合するめねじ
咥が形成されており、モータ（２）の駆動による駆動軸
（至）の回転により移動体（２ｉｉ）が左右に直線移動
される。□□□は移動体（至）に回転自在に内装され回
転駆動軸回）が挿通するとともに該駆動軸１２３＋によ
り回転されるねじ車、凶は移動体□□□に回転自在に支
持され後述のディスクの中心軸となる軸であり、その中
腹部外周に前記ねじ車（ハ）に噛合する歯車■が一体に
設けられ１回転駆動軸回）の回転により軸（２９）が回
転される。（３Ｉ）および国は軸（ハ）の内部に軸力向
に形成された冷却媒体の往路および還路である。

（３３１は軸２ｆｌｌの上端部に支持された円板状のテ
゛イスクであり、回転用モータ（２１）およびステッピ
ングモータ４により回転および直線移動される。（３４
）はディスク（淵の外周部に等間隔に形成された複数個
のイオン注入用ターゲットの装着部であり、それぞれ外
力に切り欠いた１対の溝例を有しており、これが後述の
ハンドリング装置のベルト挿入孔となゐ。１鏝はディス
外３３）の各装着部（３４）土に装着されたイオン注入
用ターゲットとなる円形のウェハー、肋は各装着部（財
）の内部にそれぞれ対の満開の内側に浴う蛇行状に形成
された冷却路、（３８）および（３９）はディスク瞥の
内部に放射状に形成されそれぞれ冷却路（３力の一端お
よび他端に連通する冷却用往通路および冷却用還通路で
あり、冷却用往通路３８１が軸　　　　”因）の往路イ
１）に、冷却用還通路（３９１が゛還路１３４にそれぞ
れ連通されており、軸内の往路ｉ３１に供給された水等
の冷却媒体が各冷却用往通路（３８）を通って各冷却路
（３ηにそれぞれ流入され、装着ｓ例上のウェハー（３
６）を冷却したのち、各冷却用還通路０９）を通って軸
ン９）の還路（３２に戻される。（４０）は各装着部（
３４１上のウニ・・−ｆ３ｆｆ、を当該装着部（補に圧
接する馬蹄形のホルダであり、ホルダ（４０）の基部に
はディスク（３３）を貫通するビン（４１）が設けられ
るとともに、該ビン（４１）の端部とディスク（３３）
の下面との間にスプリング（４４が介装されており、こ
のスプリング（４りのばね力によりウェハー（３６）が
保持される。

（４３）は軸内の下端部に一体の軸体（偵とその外周に
気密かつ回転自在に設けられた筒体（４四七により構成
された移動点ロータリジヨイントであり、軸体（４４）
の外周面および筒体（伺の内周面にはそれぞれ互いに合
致する断面半円形の３条の環状溝が形成され、これによ
り８条の環状通路（４６ａ）、（４６ｂ）、（４６０）
　カ形成されており、両環状通路（４６ｂ）、（４６０
）がそれぞれ往路（３１ｉ、還路Ｉ３４に連通されてい
る。（４ηは軸体（州吉該軸体（州の外側に気密かつ回
転自在に設けられた筒体（４９）とにより構成された中
間点ロータリジヨイントであり、軸体（４８１と筒体（
４９）との間に前記と同様Ｋ　Ｌ４８　＋ｏ環状通路（
５０ａ）、（５０ｂ）、（５００）　カ形ｆｆ　サれ、
軸体（４１１９内に形成された３つの通路（５１ａ）、
（５１ｂ）。

（５ｔｃ）　ｉ：ソｈソｈ　環状ｍ　Ｍ　（５０ａ）、
（５０ｂ）、（５０Ｇ）　Ｋ　連通すれている。（５２
）は軸体（５８）と該軸体（５３）の外周に気密かつ回
転自在に設けられた筒体（５４）とにより構成され支持
体（５５）を介してチャンバー蓋（１４Ｉの内面に支持
された固定点ロータリジヨイントであり、軸体（５３）
と筒体（５４）との間に３条の環状通路（５６ａ）。

（５６ｂ）、（５６０）が形成され、軸体（５３）内の
３つの通路（５７ａ）、（５７ｂ）、（５７ｃ）　ｉ：
それぞれ環状通路（５６ａ）、（５６ｂ）、（５６ｃ）
ＶＣ連通さｈている。（５８ａ）、（５８ｂ）、（５８
ｃ）　ｕ　移ｍ　点ｏ　−タリジョイント（へ）と中間
点ロータリジヨイント（４７１のそれぞれの筒体＋４５
）　、　（４９）間を連結し環状通路（４６ａ）。

（４６１υ、（４６８）と環状ｍ　Ｍ　（５０ａ）、（
５０ｂ）、（５０Ｃ）とヲソレソれ連通する真空排気管
、往側冷却管、遠側冷却管、（５９ａ）、（５９ｂ）、
（５９０）　ｕ中間点ＣＩ　−ｐ　＋）　ジヨイントｆ
４７］　ト固定点ロータリジヨイント（５２）の軸体（
４〜、　　（５３）間を連結し通路（５１ａ）、（５１
ｂ）、（５１０）と通路（５７ａ）、（５７ｂ）、（５
７ｃ）とをそれぞれ連通する真空排気管、往側冷却管。

遠側冷却管、　　（６ｏａ）、（ｓｏｂ）、（６ｏｃ）
は固定点ロークリジヨイント（５２）の筒体（５４）に
接続されるとさもにそれぞれ環状通路（５６ａ）、（５
６ｂ）、（５６０）に連通された真空排気主管、冷却媒
体供給管１回収管であり、それぞれチャンバーｆｉｕ４
１より導出され、真空排気主管（６０Ｂ）が真空ポンプ
に接続されるとともに、供給管（６０ｂ）　、回収管（
６００）が熱交換器および循環ポンプに接続されている
。（６■）は各ロータリジヨイント（４３）　。

（４η、　　（５２）等の一可動部の０リングシールで
あり、可動部における水もれを防止する。

（６２）はエンドステーション（８）上に設けられたウ
ェハー＋３１１９の・・ンドリング装置であり、その操
作台（６３）が前後および上下に移動自在に支持され、
操作台（６３）の先端にディスク瞥の装着部製の満空に
挿入自在の対のベル）　（６４）が設けられる古ともに
。

操作台（６Ｂ）にウエノ・−キャリヤ（６５）が設置さ
れており、この種ノ・ンドリング装置（６２）が回収用
と装着用との２台備えられている。そして、ウエノ・−
（３６）の回収あるいは装着を行なう場合は、操作台（
６３）によりディスク１３３）の装着部（３４Ｉのホル
タ＋４０１　カ’ｃのスプリング（４匂のばね力に抗し
て浮上され、ウニ・・−・萬の移動を容易にしている。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

まず、ディスク１３３１の各装着部但（１）にそれぞれ
未注入ウェハー（隔を装着し、第３図に示すように２チ
ヤンバー蓋ｕ４１を閉じてディスク（３３）をチャンバ
ー室ｔ１８１内に収納する。そして、チャンバー室（瑚
をその真空排気口（１３１を介して真空排気し、イオン
注入室＋Ｉ（ｌと同程度の高真空に排気したのち、パル
プ（２０）を回転移動してチャンバー室（１８１とイオ
ン注入室ｆＩＯとを通路１１ｇ１を介して連通ずる。つ
ぎに、回転用モータｔ２］１が駆動し１回転駆動軸シ３
）、ねじ事例、歯車（３０）および軸（５）を介してデ
ィスク（３３）が回転されるとともに、図下しない冷却
媒体の循環ポンプが駆動し、ディスク（３３）の各冷却
路（３力に冷却媒体が循環される。

すなわち、冷却媒体供給管（６０１１）からの冷却媒体
は。

固定点ロータリジヨイント（５２）の環状通路（５６１
１）・軸体（５３）の通路（５７ｂ）・往側冷却管（５
９ｂ）・中間点ロータリジヨイント（４ηの軸体（４８
）の通路（５１ｂ）・環状通路（５０ｂ）・往１１１１
冷却管（５８ｂ）・移動点ロータリジヨイント（４３１
の環状通路（４６ｂ）・軸内の往路（３Ｉ）をノｒＩＪ
す、各冷却用往通路關を介して各装着部：圓の冷却路（
３７）に流入され、装着部１３４）土のウェハー（嘉を
冷却したのち、各冷却用還通路（３９）を介して軸内の
還路°（３４に戻される。さらに、還路１３２の冷却媒
体は、環状通路（４６Ｃ）・遠側冷却管（５８Ｃ）・環
状通路（５０ｅ）・通路（５１０）・遠側冷却管（５９
０）・通路（５７Ｇ）・環状通路（５６Ｃ）を通り、冷
却媒体回収管（６００）より熱交換器に戻される。ここ
で、各ロータリジョインＨ４３）、　＋４７１．　　（
５２）においては、その可動部で水もれが生じないよう
０リングシール（６１）によりシールされているが、万
一０リングシール（６１）で水もれが起きても、真空排
気主管（６０ａ）より真空引されることにより、各環状
通路（４ｓａ）、（５ｏａ）、（５６ａ）よりもれ水が
吸引され、真空中のチャンバー室σ印内への水もれが確
実に防１トされる。

つぎに、移動用ステンピングモータ１２ｚが駆動し。

移動用駆動軸（至）およびφねじ（４）を介して移動体
鑓がガイド防）に沿って右方へ移動され、回転中のディ
スク（３３）が右方へ直線移動される。このとき、移動
点ロータリジヨイント（鈎は軸ＩＪＩの移動とともに移
動するが、各ロータリジヨイント［４３ｊ、　＋４７１
．　　（５２）において、軸体ｔ４４）、を祷、　　（
５３）と筒体＋４５ｉ）、　ｔｏ）、　　（５４）とが
それぞれ気密に回転されるため、各ロータリジョイン）
（４３１，甑、　（５２）のそれぞれの間を一定に保持
しながら、中間点ロータリジヨイント（４７１が固定点
ロータリジヨイント（５２）に対して回転移動し、冷却
媒体の循環に支障はない。さらに、ディスク・判が右方
へ移動すると、ディスク（３３）は通路０９）を通って
イオン注入室＋１（ｌに導入し、第４図および第５図に
示すように、ディスク（３３）の約半分がイオン注入室
ｉｌｌ内に導入されると、今度は、両七−タｔ２１＋　
。

のによりディスク關が高速回転しながら左右に細かく移
動され、スポット状でイオン注入口（Ｉｌｌからイオン
注入室ａｃｊ内に入射されたイオンビームにより、ディ
スク瞥上の各ウエノ・−１３６がイオン注入される。こ
のとき、イオン注入により各ウエノ・−１３６）が受け
る熱エネルギーは、前記した冷却媒体のディスク３３）
内への循環により回収され、各ウエノ・−１４６、は低
温処理される。

つぎに、前述のイオン注入が完了すると、ステッピング
モータ（社）によシディスク１３３）はチャンバー室（
１８）内に移動され、バルブ翰が閉じ、チャンバー室（
１８１が大気圧に戻される。そして、チャンバー蓋（１
４１が前方に回動してディスク關が水平に保持さ７″１
．２当該デイスク（署が回転用モータ（２１１で節動回
転され、前述のハンドリング装置（６２）により、注入
光ｒウェハー１３（ｉの回収および未注入ウェハー１３
６；の装着が行なわれる。

したがって、前記実施例によると、メカニカルスキャン
を行なうディスク（３３）の軸（支）に一体に移動点ロ
ータリジヨイント（４３１を設けるとともに、チャンバ
ー１ａ４１の内側に一体に固定点ロータリジヨイント（
５２）を設け、両ロータリジヨイント＋４３１．　　（
５２）間に中間点ロータリジヨイント（４カを設け、移
動点と中間点の両ロータリジヨイント（４３）、　（４
ηのぞれぞれの筒体（伺、　＋４９）間および中間点と
固定点の両ロータリジヨイントＩ４力、　　（５２）の
それぞれの軸体（４Ｂ、　（５３）間をそれぞれ、往側
冷却管（５８ｂ）、（５９ｂ）　、遠側冷却管（５８ｃ
）、（５９０）で連結するため、冷却媒体を外部から各
ロータリジヨイント（５２）　、　＋４７］　、　［４
３１を介してディスク關の各装着部−の冷却路（３′７
）に供給することができ、各ウェハー（３６１を効果的
に冷却し、イオン注入により受ける熱を除去してウェハ
ー１３句を低温ドでイオン注入でき、良質のデバイスを
得ることができるものである。ここで、ディスク１３３
）は回転および直線移動を行なうが、各ロータリジヨイ
ントｔｉｅ　、　＋４７１　、　　（５２）において、
それぞれの軸体（４４）、を個。

（５３）と筒体（僧、＋４９）、　　（５４）とが気密
かつ回転自在であるため、冷却媒体の循環経路がディス
ク（鏝のメカニカルスキャンによって変化することはな
く。

常に安定した冷却媒体の供給が実現できるものである。

さらに、前記実施例では、各ロータリジヨイントｔ４Ｌ
ｔ４η、　　（５２）にそれぞれ真空排気主管（６Ｑａ
）より真空排気される環状通路（４６ａ）、（５０ａ）
、（５６ａ）を設けるため、冷却媒体が各ロータリジヨ
イント１４３）　。

（初、　　（５２）の可動部よりもれるこ七がなく、安
全である。

なお、前記実施例では、ディスク１３３）の各装着部（
３４１の冷却路９ηを並列接続としたが、これを直列あ
るいは直並列に接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のイオン注入装置のターゲッ
ト冷却装置を示し、第１図は正面図、第２図は一部の平
面図、第３図以下の図面はこの発明のイオン注入装置の
ターゲット冷却装置の１実施例を示し、第３図は全体側
面図、第４図および第５図はターゲットチャンバ一部分
の正面図および切断平面図、第６図は要部のディスク冷
却系の展開断面図、第７図はディスクの一部の平面図で
ある。 四・・・軸、１３３）・・・ディスク、１３１・・・ウ
ェー・−、＋３７）・・・冷却路、（伺・・・移動点ロ
ータリジヨイント、（４７１・・・中間点ロータリジヨ
イント、　　（５２）・・・固定点ロータリジヨイント
、（個、　＋４１１９．　　（５Ｂ）・・・軸体、＋４
５１．１４９）、　　（５４）・・・筒体、（４６ｂ）
、（４６０）、（５０ｂ）、（５０ｃ）、（５６ｂ）、
（５６Ｃ）・・・環状通路、（５８ｂ）、（５９ｂ）・
・・往側冷却管、（５８０）、（５９０）・・・遠側冷
却管。 代理人　弁理士　　藤田龍太部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■　回転および移動自在のターゲット装着用ディスクに
   冷却路を形成し、軸体と該軸体の外周に気密かつ回転自
   在に設けられた筒体との間に環状通路を形成して固定点
   、移動点および中間点の各ロータリジヨイントを構成し
   、前記ディスクの中・○軸に前記移動点ロータリジヨイ
   ントの軸体を一体に設けるとともに、前記固定点ロータ
   リジヨイント七前記中間点ロータリジヨイントのそれぞ
   れの軸体間および前記中間点ロータリジヨイントと前記
   移動点ロータリジヨイントのそれぞれの局俸間をそれぞ
   れ冷却管で連結し、冷却媒体を前記各ロータリジヨイン
   トを介して前記ディスクの前記冷却路に供給することを
   特徴とするイオン注入装置のターゲット冷却装置。