JPS62229948A - 半導体ウエハ処理装置の冷却装置 - 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、半導体ウェハ処理装置の冷却装置に係シ、特
に、例えばイオン打込装置、イオンミリング装置など真
空′：ｌ；、凹気内で生気内ウェハに発熱をともなう処
理を行うものに好適な、半導体ウェハ処理装置の冷却装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えばイオン打込装置のように、真空オ囲気内で半導体
ウェハを処理し、処理にともなって半導体ウェハ（以下
単にウェハという）が発熱する処理工程では、ウェハの
温度が過度に上昇しないように、ウェハを冷却する必要
がある。ウニ凸表面にフォトレジストが塗布されている
場合には、フォトレジストの耐熱性からウェハ温度は１
００〜１２００以下に保つ必要がある。

真空チ囲気中での処理であるため、ウェハ表面からの冷
却は期待できない。

そこで、ウェハ裏面を冷却するために、従来は凸状彎曲
面状の冷却壁面にウエノ・を締付けり／グなどで押付け
る方法や、ウェハと冷却壁面との間に数トルー数十トル
の低圧のガスを送ることによって、ウェハと冷却壁面間
の熱抵抗の低減が図られている。

一例として、特開昭５８−２１３４３４号公報に記載さ
れているように、冷却壁面を凸状彎曲面に形成し、ウェ
ハを当接させて与圧をかけ、さらにウェハと冷却壁面と
、の間に数十トルのガス圧を与えることによって冷却を
行い、大きな発熱をともななウェハ処理が可能となって
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、ウェハと冷却壁面との間に柔軟な熱伝導体を介在
させる接触熱伝導方式が多く用いられているが、よシ冷
却性能の高い、前述のようなガス冷却方式が用いられる
ようになっている。

しかし、特開昭５８−２１３４３４号公報に開示されて
いるように、ウェハと冷却壁面間にガス圧を与える熱移
送は、自由分子熱伝導によるもので。

温度差当りの熱移送量はガス圧力に比例する。

熱移送量を増すためにガス圧力を上げると、ウェハの反
り（変形）が大きくなシウエハに過大な応力が加わって
割れる恐れがある。

また１例えばイオンビームなどをウェハに打ち込む場合
には、ウェハの反シが大きいと、ウェハに対するイオン
ビームの打込み角度が変シ、打込みの均一性が低下する
。

なお、ウェハの反りは、ガスの圧力に比例し、ウェハ直
径の４乗に比例する。

ウェハと冷却壁面の間の熱移送はガス圧力によって決ま
るので、冷却効果に制約があり、したがって半導体ウェ
ハ処理において、ガス圧力による熱移送では、よシ発熱
量を増したり、処理速度を上げることは難しいという問
題があった。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、半導体ウェハと冷却壁面との間の熱抵抗
を低減し、半導体ウェハを低い温度に保つことができ、
このため熱負荷の大きい処理を可能にする半導体ウェハ
処理装置の冷却装置を提供することを、その目的として
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するために、本発明に係る半導体ウ
ェハ処理装置の冷却装置は、真空雰囲気内で半導体ウェ
ハに発熱をともなう処理を行うための半導体ウェハ処理
装置の冷却装置であって、半導体ウェハを当接せしめる
ウェハ支持体表面に形成した。半導体ウェハを冷却する
ための冷却壁面と、この冷却壁面に半導体ウェハを当接
させるための手段と、前記冷却壁面に冷却液を流し、半
導体ウェハを当接させて当該半導体ウェハと前記冷却壁
面との間に液膜を形成せしめるための手段と、半導体ウ
ェハを前記冷却壁面に当接させたときに冷却液が真空雰
囲気へ漏出することを防止する手段と、前記液膜形成に
ともなう余剰冷却液を排出する手段とを備えたものであ
る。

なお付記すると、本発明は、ウェハと冷却壁面との間を
、従来のガスの代りに熱伝導率の大きい冷却液で満たす
ことによシ熱抵抗を低減するものである。

この冷却液としては、ウェハを汚損せず、ウェハ交換後
、冷却壁面を洗浄するなどの処理を必要としないもの、
例えば純水などが好ましい。また。

冷却液の蒸気圧が高いと、ウェハと冷却壁面との間で液
の一部が蒸発することになシ、このためウェハ裏面に圧
力がかがシ、熱抵抗の増大、反シの増大、ひいてはウェ
ハの破損の可能性が生じる。

すなわち、冷却液は、使用温度での蒸気圧が十分低くな
ければならない。

〔作用〕

前述の技術手段による作用を、後述する実施例に対応す
る第１図を参照して説明する。

ウェハ３′！：冷却壁面ｌａ上に当接させる前に冷却壁
面１ａの表面に少量の液を液流出管６から流し、壁面に
薄い液膜２を形成する。次いで、ウェハ３を冷却壁面ｌ
ａ上に移送し、締付はリング４によシ冷却壁面ｌａに押
し付ける。

冷却壁面１ａとウェハ３との間に薄い液膜２が残り、余
った冷却液はウニ八周辺部に設けた液受け溝７に集り、
液排出管８から排出される。

ウェハ３を固定したのち、周囲を真空にして、例えばイ
オンビームの打込みなどの処理を施す。

真空にする際、液膜２が漏出するのを防止するためウェ
ハ周辺はシール５により気密が保たれている。

また、液排出管８もパルプ９を閉じて、外部の圧力がウ
ェハ３と冷却壁面１ａとの間隙に加わるのを防止する。

イオンビームの打込みなどの処理によるウェハ３の発生
熱は、ウェハ３裏面の冷却液による薄い液膜２を通して
冷却壁面１ａに伝わシ、小さな温度差で大量の熱を伝え
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る半導体ウェハ
処理装置の冷却装置の縦断面図、第２図は、イオン打込
装置の略示構成図である。

第１図の実施例は、第２図に示すイオン打込装置におけ
る半導体ウェハの冷却構造を示すものである。

イオン打込装置は、半導体ウェハ（以下単にウェハとい
う）の表面にイオンを打込み、ウェハの表面の物理的、
電気的性質を変える目的で使用する。

まず、第２図を参照してイオン打込装置について説明す
る。

第２図において、１５は、イオンビーム２１を発生する
イオン発生源、１６は、装置各部を真空にひくための真
空排気系、１７はイオン打込室で、このイオン打込室１
７内に回転円板１８に取付けたウェハ１９が配置されて
、イオン打込み処理が施される。

２０は偏向用電磁石、２２ば、特定のイオンだけを取出
す分離用電磁石である。

イオン発生源１５で発生したイオンは高電圧の電界で加
速され、特定のイオンだけを分離されて、イオン打込室
１７で回転円板１８上のウェハ１９に打込まれる。

イオンビームの照射による発熱量は、加速のための電圧
と打込まれるイオンビーム２１の電流によって決まる。

イオンを深く打込むためには高電圧が必要となシ、また
、多量のイオンを短時間で打込むためには大電流が必要
となる。

イオンの打込みによりウェハ１９表面で熱が発生するが
、ウェハ１９の温度上昇は、ウェハ１９表面に塗布した
フォトレジストの耐熱性などから１００〜１２０Ｃ程度
に制限される。イオンの打込みは真空雰囲気内で行うた
め、ウェハ１９で発生した多量の熱はウェハ１９裏面か
ら逃がす必要がある。

ウェハ１９は、第２図のようにイオン打込室、１７内で
回転円板１８上に取付けられ、同時に多数のウェハへの
打込みが行われる。回転円板１８は、外部から冷却流体
を導入して冷却されるもので、この冷却された回転円板
１８が、第１図に示すウェハ支持体１であり、その表面
部が冷却壁面１ａである。

ウェハを冷却する構造の詳細を第１図に示す。

第１図において、１はウェハ支持体ｍｌａは、ウェハ支
持体１の表面部に形成した冷却壁面を示す。ウェハ支持
体１内には冷却流路１４が形設されており、冷却流体が
導入され冷却されている。

２は、冷却壁面１に供給される冷却液によって形成され
る液膜を示す。３はウェハである。

４は締付はリング、１１は支え板、１２は支柱、１３は
ばねを示し、これら各部材によって、冷却壁面１ａにウ
ェハ３を当接させるための手段を構成している。

５は、冷却壁面１ａのウェハ当接部の周辺位置に設けた
シールでアシ、このシール５は、液膜２の冷却液が真空
博囲気へ漏出するのを防止する手段である。

６は、冷却壁面１ａへ外部から冷却液を導くための液流
出管で、本例の場合、この液流出管６はウェハ支持体１
に穿設されている。液流出管６にはパルプ１０が具備さ
れている。

液流出管６によって冷却液が流出される冷却壁面１ａは
、前記締付リング４でウェハ３を押し付けた際にウェハ
３中夫に大きな隙間が生じないように凸状彎曲表面を形
成している。また、冷却壁面１ａは、冷却液と反応して
腐食することのない材質、例えばアルミニウム合金など
が好ましい。

さらに、冷却液が薄い液膜を形成しやすいように微細な
凹凸を有する面としている。

このように形成された冷却壁面１ａと、液流出管６とに
よって、冷却壁面１に冷却液を流し、ウェハ３を当接さ
せたときに、ウェハ３と冷却壁面１との間に液膜２を形
成せしめる手段が構成されている。

７は、冷却壁面１ａのウェハ当接部の周辺位置に設けた
液受は溝、８は、この液受は溝７に接続する液排出管、
９はパルプでｓｂ、これらで、液膜２の形成にともなう
余剰冷却液を排出する手段を構成している。

次に、このようなウェハを冷却する装置の作用を説明す
る。

冷却壁面１ａにウェハ３を当接させる前に、冷却壁面ｌ
ａ上に液流出管６からパルプ１ｏを開いて少量の冷却液
を流して壁面を濡らす。液としては純水を使用する。そ
の後、ウェハ搬送装置（図示せず）によってウェハ３を
冷却壁面ｌａ上に移送し、締付はリング４でウェハ３を
冷却壁面１ａに押しつける。締付は力はばね１３によシ
加えられる。このとき、過剰な冷却液は液受は溝７に溜
シ、液排出管８から排出される。

ウェハ３を冷却壁面ｌａ上に当接固定したのち、液排出
管８のパルプ９を閉じ、イオン打込室１７内を真空に引
き毒呑、所定の真空害囲気に達したときにイオン打込み
処理を行う。イオン打込みによりウェハ３で発生した熱
は小さな熱抵抗で冷却壁面１ａに伝わり、ウェハ３は冷
却される。このことは第２図でいえば、ウェハ１９の熱
は回転円板１８に伝わりウェハ１９が冷却されることで
ある。

本実施例によれば、ウェハと冷却壁面との間の熱抵抗が
低減され、ウェハを低い温度に保つことができる。この
ため、熱負荷の大きい処理、例えばイオン打込みでは、
高電圧、大電流の打込みが可能となり、一定のイオンを
打込む場合には打込み時間を短縮して生産量を増大する
ことができる。

次に、本発明の他の実施例を第３図を参照して説明する
。

ここに第３図は、本発明の他の実施例に係る半導体ウェ
ハ処理装置の冷却装置の縦断面図で、（ａ）は冷却液供
給時、（ｂ）はウェハ当接時を示す図である。図中、第
１図と同一符号のものは、先の実施例と同等部分である
から、その説明を省略する。

第３図の実施例で、第１図の実施例と異なるところは、
冷却液の供給径路である。第３図（ａ）に示すように、
冷却壁面１ａ上忙外部から液供給ノズル２３を介して冷
却液を流すようになっている。

その後、液供給ノズル２３を移動させ、冷却壁面ｌａ上
にウェハ３を移送し、第３図（ｂ）のように締付はリン
グ４で固定する。

本実施例によれば、先の第１図の実施例で説明したと全
く同様の効果が期待できる。

なお、前述の各実施例では、冷却液として純水を用いた
が、本発明はこれに限定されるものではない。

また、冷却壁面１ａは、液膜２を形成せしめるための微
細な凹凸を有する例を説明したが、冷却壁面が親水性の
よい材質で、液膜が拡がりやすい場合は、その表面は平
滑でもよい。表面に液膜が拡がりやすい材質をコーティ
ングするなどしてもよい。

さらに、第２図のイオン打込装置では、多数のウェハ１
９を回転円板１８に取シ付け、パッチ処理を行う装置の
例を示したが、１枚づつウェハを処理する装置であって
もよい。

さらにまた、本発明のウェハを冷却する装置は、イオン
打込装置のみに適用されるものでなく、真空ネ囲気内で
ウェハに発熱をともなう処理を行う装置、例えばミリン
グ装置等に適用してもよいこことはいうまでもない。

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、半導体ウェハと冷
却壁面との間の熱抵抗を低減し、半導体ウェハを低い温
度に保つことができ、このため熱負荷の大きい処理を可
能にする、半導体ウェハ処理装置の冷却装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体ウェハ処理装
置の冷却装置の縦断面図、第２図は、イオン打込装置の
略示構成図、第３図は、本発明の他の実施例に係る半導
体ウェハ処理装置の冷却装置の縦断面図で、（ａ）は冷
却液供給時、Φ）はウェハ当接時を示す図である。 １・・・ウェハ支持体、１ａ・・・冷却壁面、２・・・
液膜、３・・・ウェハ、４・・・締付はリング、５・・
・シール、６・・・液流出管、７・・・液受は溝、８・
・・液排出管、１７・・・イオン打込室、１８・・・回
転円板、１９・・・ウェハ。 謄１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空雰囲気内で半導体ウェハに発熱をともなう処理
   を行うための半導体ウェハ処理装置の冷却装置であつて
   、半導体ウェハを当接せしめるウェハ支持体表面に形成
   した、半導体ウェハを冷却するための冷却壁面と、この
   冷却壁面に半導体ウェハを当接させるための手段と、前
   記冷却壁面に冷却液を流し、半導体ウェハを当接させて
   当該半導体ウェハと前記冷却壁面との間に液膜を形成せ
   しめるための手段と、半導体ウェハを前記冷却壁面に当
   接させたときに冷却液が真空零囲気へ漏出することを防
   止する手段と、前記液膜形成にともなう余剰冷却液を排
   出する手段とを備えたことを特徴とする半導体ウェハ処
   理装置の冷却装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、冷却壁
   面は、凸状彎曲表面を形成し、その表面に冷却液の液膜
   を形成せしめるための微細な凹凸を有するものである半
   導体ウェハ処理装置の冷却装置。