JPS62272444A - イオン注入用タ−ゲツト機構 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔概　要〕 半導体用イオン注入装置のエンドステーションとして交
換可能なビーム照射用ディスク及び該ディスクを支持し
回転させるサポートから成るターゲット機構内に冷却手
段を設け、ターゲット機構の温度上昇を抑制し、ひいて
は、ビーム照射用ディスクに装着されたウェハの温度上
昇を抑制する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体用イオン注入装置に関するものであり
、より特定的には、イオン注入装置のエンドステーショ
ンとしてのターゲット機構の冷却に関する。

〔従来の技術〕

第４図に本発明に係るターゲット機構が適用されるイオ
ン注入装置の構成図を示す。

イオン注入装置は大地に接地された外部筺体４と内部筺
体４１との間に、代表的には最大１７５〜１６０ｋＶの
電圧の第１の電［４８が接続されている。

内部筺体４１内には、イオン源４３と引出電極４４との
間に、代表的には２５〜４０ｋＶの電圧の第２の電源４
５が接続され、この電圧によりイオン源４３からイオン
ビームが射出される。射出されたイオンビームは分析マ
グネット４６内に導入され、図示の向きの磁束密度Ｂが
存在する場合、質量の軽いイオン１ｉｉｔ量の重いイオ
ンｉｈはそれぞれ分析マグネット４６の内壁に射突し吸
収され、所望の質量のイオンが分析マグネット４６から
射出される。分析マグネット４６から射出されたイオン
はさらにスリット４７で所望のもののみ選択され、加速
装置４２で加速されて照射筺体５に導入される。電圧４
５の低電位側、分析マグネット４６、スリット４７およ
び加速装置４２のイオン入射側は内部筺体４１と同電位
である。従って、大地に対し電源４８の電圧分だけ高い
。加速装置４２はこの電位差で電界加速を行う。

照射筺体５の内部は真空であり、ターゲット機構がその
内部におかれる。

従来のターゲット機構の断面図を第５図に示す。

従来のターゲット機構３は、アルミニウム製サポートシ
ャフト３２にアルミニウム製のターゲットディスク３１
が装着された構造となっている。ターゲットディスク３
１の面にイオン照射すべきウェハ２が装着される。第５
図に図示の姿態でターゲット機構３が照射筐体５内の真
空雰囲気中に置かれ、回転軸０−０′を中心として回転
させられる。

これによりターゲットディスク３１の面の周縁に置かれ
たウェハ２が順次、イオンビームＩＯＮにより照射され
、ウェハにイオン注入が行なわれる。

尚、ターゲット機構３は、照射筐体５内で、垂直方向ｖ
−ｖ’　にも移動可能であり、ウエノＸ２の全面につい
てイオン注入が可能なようになっている。

イオン注入完了後、ターゲット機構３は、照射筺体５か
ら取り出され、第５図の状態から９０°回転させられ、
ターゲットディスク３１のウエノｈ装着面が水平になる
状態で、ターゲ・ノドディスク３１がサポートシャフト
３２から外される。新たにイオン注入すべきウェハを装
着したターゲットディスクがサポートシャフト３２に装
着され、ターゲット機構が再び照射筐体５内の真空雰囲
気中に置かれ、第５図に図示の姿態で、前述の如く、イ
オン注入処理が行なわれる。一方、大気中でサポートシ
ャフト３２から外されたターゲットディスク３１は、イ
オン注入処理済みのウェハを取り外し、次にイオン注入
すべきウェハを装着し、次のイオン注入処理に備える。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記例において、大地に対する第１および第２の電源４
８　、４５の電圧の和が約２００ｋＶ、イオンビームの
電流が１０ｍＡとした場合、ターゲット機構には２ｋｗ
の熱エネルギーが印加されることになり、これにより、
ウェハにイオン注入が行なわれるのみでなく、一端が大
地に接地されたターゲット機構を加熱させることになる
。イオン注入時間は場合に応じて異なるが通常１〜３０
分の範囲である。

ターゲットディスクはアルミニウム製で直径７０１程度
とした場合、１２０〜１３０℃以上もの高温になる。イ
オン注入後、ターゲット機構は照射筺体５から取り出さ
れ、ターゲットディスク交漠によりターゲットディスク
は大気中で自然冷却されるが次にイオン注入すべきウェ
ハを装着後、十分に冷却されないうち再度イオン注入処
理が行なわれ、このイオン注入に伴って加熱される。そ
の結果、従来のターゲット機構は、相当高温に加熱され
る。

特に長時間注入時にこの温度上昇の影響は著しい。

上述のターゲット機構の加熱に伴う温度上昇、就中、タ
ーゲットディスクのウェハ装着面の温度上昇はウェハの
温度を上昇させることになる。ウェハの温度上昇に伴っ
てウェハに形成されたレジストも加熱される。ここでレ
ジストは熱に弱いことが知られており、かかる高温によ
りレジストが破壊されるという問題に遭遇している。ま
たウェハへのイオン注入はウェハ温度が低温である場合
の方が特性が良好になることが知られており、高温下で
のイオン注入は、注入後の結晶回復が難しくなることに
よりウェハの特性を悪化させるという問題を惹起させて
いる。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、上述のイオン注入処理においてターゲット機
構が高温加熱化されることによって生ずる問題を解決す
るものであり、イオン注入処理中においても、ターゲッ
ト機構、就中、ターゲットディスクのウェハ装着面が高
温加熱されないようにするものである。

従って本発明においては、内空部を有する台座および該
内空部に連通し冷却媒体を導入し且つ排出する孔が設け
られたシャフトを備え、該シャフトの軸中心について回
動し得るサポート、および、該サポートの台座に面着さ
れる面、咳面と対向しイオン注入すべきウェハを装着す
る面、および前記シャフトの軸中心に対し放射状に且つ
前記２つの面の間に設けられた熱輸送手段を備えたター
ゲットディスクを具備するターゲット機構が提供される
。

〔作　用〕

前記シャフトの孔に冷却媒体を導入し前記台座内の内空
部を介して前記熱輸送手段を冷却し、前記シャフトの孔
から加熱された冷却媒体を排出させ、前記ターゲットデ
ィスクのウェハ装着面を冷却する。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）に本発明の一実施例としてのター
ゲット機構ｌを示す。ターゲット機構ｌは、ターゲット
ディスク１１、サポート１２およびターゲットディスク
１１とサポート１２との間に装着されたシリコンゴムシ
ート１３から構成されている。

ターゲットディスク１１の一方の面にイオン注入すべき
ウェハ２が装着される。

第１図（ａ）は第５図に対応するターゲット機構ｌの断
面図を示すが、第５図が回転軸０−０“が図中水平方向
にあるように示されているのに対し、第１図（ａｌは９
０°回転した状態で示されている。しかしながら、第４
図に図示のイオン注入装置の照射筐体５内およびその外
側でのターゲット機構ｌの姿態は前述と同様である。す
なわち第５図に図示の姿態でイオン注入され、ウェハ装
着面が水平になる姿態で大気中でターゲットディスクの
サポートへの着脱が行なわれる。

第１図（ａｌにおいて、サポート１２は、第１のシャフ
ト１２−１、台座１２−２および第２のシャフト１２−
４が一体構造に形成されており、台座１２−２内に内空
部１２−３および第２のシャツ）　１２−４内に内空部
１２−３と連通ずる孔１２−５を有している。サポート
１２は軸ｏ−ｏ’　について矢印Ａ方向に回動し得る。

ターゲットディスク１１はサポートのシャフト１２−１
に挿入可能な穴を有するディスク１１−１およびサポー
ト１２の台座１２−２に着脱自在な爪部１１−３が一体
構造に形成されており、ディスク１１−１内に熱輸送手
段１１−２が設けられている。ディスク１１−１と台座
１２−２とは面着されるよにうなっている。しかしなが
ら、かかる面着性を良好ならしめるため、ディスク１１
−１と台座１２−２との両面着面の間に熱接触手段とし
てのシリコンゴムシート１３が介挿されている。シリコ
ンゴムシート１３の平面図を第１図（ｄｌに示す。

第１図（ｂ）は第１図（ａｌのＩｌｌ　−Ｈ４’面にお
ける平面図を示す。ターゲットディスク１１のディスク
１１−１のウェハ装着面に円周に沿って８個のウェハ２
が装着されている。イオン注入時、サポート１２の回転
と共にターゲットディスク１１も回転し、ディスク１１
−１面上のウェハ２も矢印Ａの向きで順次回転される。

第１図（Ｃ）は第１図（ａｌのＨ２−１量２°面におけ
る平面図、すなわちディスク１１−１および熱輸送手段
１１−２の平面構造を示す。熱輸送手段１１−２は、回
転軸中心に対し、放射状に、ウェハ装着位置に対応して
８個設けられており、この例示においては高速且つ高効
率の熱輸送手段の１つとして知られているヒートバイブ
１１−２−１〜１１−２−８である。ヒートパイプ１１
−２−１〜１１−２−８は個々独立しており、各々が内
壁にウェブ又は溝が設けられており、その中に冷却媒体
、例えば水が封入されている。ヒートパイプの原理は良
く知られているように、高温部、この例においてはイオ
ンビーム照射により加熱される周縁部の冷却媒体が加熱
されることによりヒートバイブ内に熱対流が生じ、低温
部、この例においては回転軸近傍の低温の冷却媒体がウ
ェブ又は溝を毛細管現象に基づき高速に高温部に流れ込
む。この動作がくり返されることにより、高温部の熱を
低温部に輸送するものである。

上述のターゲット機構１が第４図に図示のイオン注入装
置の照射筐体５内に置かれウェハにイオン注入される動
作は前述の通りである。この場合、前述の如く、ターゲ
ット機構１、就中、ディスク１１−１のウェハ装着面お
よびウェハ２は約２に−の熱を受ける。ここで、ディス
ク１１−１は熱輸送手段１１−２により周縁部の高温加
熱温度が回転軸中心近傍の低温部と均衡を保つように冷
却される。一方、熱輸送手段１１−２内の冷却媒体は、
ディスク１１−１、シリコンゴムシート１３および台座
１２−２を介して、台座１２−２内に設けられた内空部
１２−３に孔１２−５を介して冷却媒体が導入されるこ
とにより冷却される。

熱輸送手段１１−２内の冷却媒体を冷却することにより
温度上昇した内空部１２−３内の冷却媒体は再び孔１２
−５を介して排出される。以上の冷却動作をイオン注入
処理期間中行う。従って、ディスク１１−１のウェハ装
着面は従来のように高温加熱されることなく、比較的低
温に維持される。イオン注入処理時の温度は約８０℃以
下で行うことが望ましいとされており、上記冷却によれ
ば、該温度より十分低い温度まで下げることができる。

上記イオン注入時、サポート１２の回転に応じてターゲ
ットディスク１１が回転される。これに伴いディスク１
１−１も回転するが、この回転は１分間当り１１０００
ＲＰ程度と比較的高速である。従って第４図に図示の姿
態においては、熱輸送手段１１−２の個々のヒートパイ
プは垂直杖態になり且つ高温部が上、低温部が下になっ
ても、冷却媒体の重力よりも遠心力の方が大きく、軸中
心近傍の低温の冷却媒体が遠心力により高温部に強制的
に移動させられる効果を有し、熱輸送の効果を高める。

換言すれば、ヒートパイプの取付方向には殆ど冷却効果
に対して問題とはならない。

イオン注入処理終了後、ターゲット機構１は照射筐体５
から取り出され、大気中においてターゲットディスク１
１がサポート１２から取り外される。次いで、次にイオ
ン照射すべきウェハが装着された第１図（ａｌ〜（Ｃ）
に図示の構造のターゲットディスクがサポート１２に取
りつけられ、照射筐体５において、前述の如く、イオン
注入される。

ターゲットディスクの着脱時は特に前述の冷却を行う必
要がない。大気中での作業でありターゲットディスクは
自然冷却されることがあっても加熱されることがないか
らである。

しかしながら、ターゲットディスク着脱時もサポート１
２のシャフト１２−４の孔に冷却媒体の導入。

排出をするとこの系統が複雑になるが、ターゲ・ノドデ
ィスク着脱時の冷却を行うことは一層好ましい。

熱輸送手段１１−２としては、第１図（Ｃ）に図示の如
く個別のヒートパイプ１１−２−１−１１−２−８を設
けることの外、種々の変形形態が考えられる。第１の例
は、第１図（Ｃ）に実線で図示の如く個別のヒートパイ
プとせず、第１図（Ｃ１の破線で図示の如く回転軸中心
の周囲に円形の共通内空部１１−２−０を設け、該共通
内空部から放射状にヒートパイプ１１−２−１〜１１−
２−８が延びるように配設することができる。　　′第
２図に熱輸送手段の他の実施例を示す。第２図は第１図
（Ｃ）に対応する図である。第２図に図示の熱輸送手段
は、放射状に設けられた８個のヒートパイプ１１−２−
１’〜１１−２−８°から構成されている。

ヒートパイプの各々は、ウェハに置かれる位置に対応す
る周縁部のヒートパイプの面積が実質的に太き（し、イ
オン照射によりウェハを介して加熱されるディスク１１
−１の放熱がより迅速に行なわれるように、先端を鍵形
に歪曲させたものである。

第１図（Ｃ）、第２図に図示の例示において熱輸送手段
としてそれぞれヒートパイプを用いた場合について述べ
たが、ディスク１１−１．本例示においてはアルミニウ
ム製、より熱伝導度の大きい冷却媒体を封入した穴とす
ることでもよい。

第３図に熱接触手段としてのシリコンゴムシートの変形
例を示す。第３図は第１図（ａ）に対応する図である。

第１図（ａ）においてはシリコンゴムシートは第１図（
ｄｌに図示の平面形状を有し、ディスク１１−１の下面
とサポート１２の台座１２−２との回着部に介挿されて
いるが、第３図に図示のものはさらにシャツ）１２−１
’　の周囲とディスク１１−１の中心穴の内壁との間に
もシリコンゴムシート部が設けられた形状のシリコンゴ
ム１３゛である。シャフト１２−１’　の内部には内空
部１２−３と連通ずる内空部１２−６が設けられており
、孔１２−５からの冷却媒体が流れ込むようになってい
る。第３図に図示の構成により、ディスク１１−１は一
層冷却される。

熱接触手段は、第１図（ｄ）、第３図に図示の如くシリ
コンゴムの外、真空中で安定であり且つ金属面の面着性
を高めるものであれば他のものでもよい。

以上の実施例においては、ディスク１１−１が相当高温
に加熱される場合に対し十分冷却を行うようにしたター
ゲット機構である。一方、ディスクの温度がさ程加熱さ
れない場合には、ディスクに熱輸送手段を設ける必要は
特になく、従来と同様のディスクでもよい。ディスクの
温度は熱接触手段、サポート内の冷却媒体により低下さ
れる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明によれば、高出力。

長時間にわたるイオン注入に伴うディスクの加熱が抑制
されウェハの温度が過度に上昇することが防止される。

その結果として、ウェハのレジストの熱破壊、ウェハの
特性劣化が防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜Ｔｄ＋は本発明の実施例のターゲット機
構を示す図であって、第１図（ａ）は断面図、第１図（
ｂ）は第１図（ａ）のＩ（ｔ　−Ｈｌ　’面における平
面図、第１図（Ｃ１は第１図（ａｌのＨ２−１２”面に
おける平面図、第１図（ｄ）は第１図（ａ）のシリコン
ゴムシートの平面図、 第２図は第１図（Ｃ１に対応する熱輸送手段の他の実施
例を示す平面図、 第３図は第１図（ａ）に対応する他の実施例のターゲッ
ト機構の断面図、 第４図は本発明のターゲット機構が適用されるイオン注
入装置の構成図、 第５図は従来のターゲット機構の断面図である。 （符号の説明） １　・・・・・・　ターゲット機構 １１　　・・・・・・　ターゲットディスク、１１−１
　　・・・　ディスク、 １１−２　　・・・　熱輸送手段、 １１−３　　・・・　爪部、 １２　　・・・・・・　サポート、 １２−１　　・・・　シャフト、 １２−２　　・・・　台座、 １２−３　　・・・　内空部、 １２−４　　・・・　シャフト、 １２−５　　・・・　孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内空部（１２−３）を有する台座（１２−２）およ
   び該内空部に連通し冷却媒体を導入し且つ排出する孔（
   １２−５）が設けられたシャフト（１２−４）を備え、
   該シャフトの軸中心について回動し得るサポート（１２
   ）、および、 該サポートの台座に面着される面、該面と対向しイオン
   注入すべきウェハを装着する面、および前記シャフトの
   軸中心に対し放射状に且つ前記２つの面の間に設けられ
   た熱輸送手段（１１−２）を備えたターゲットディスク
   （１１）、 を具備し、前記シャフトの孔に冷却媒体を導入し前記台
   座内の内空部を介して前記熱輸送手段を冷却し、前記シ
   ャフトの孔から加熱された冷却媒体を排出させ、前記タ
   ーゲットディスクのウェハ装着面を冷却する、 イオン注入用ターゲット機構。 ２、前記熱輸送手段がヒートパイプである、特許請求の
   範囲第１項に記載のターゲット機構。 ３、前記ターゲットディスクの面着面と前記サポートの
   台座との間に熱接触手段を介挿し、前記ターゲットディ
   スクの面着面と前記サポートの台座との熱的接触を向上
   させるようにした、特許請求の範囲第２項に記載のター
   ゲット機構。 ４、前記ターゲットディスクは前記サポートに対し着脱
   可能である、特許請求の範囲第３項に記載のターゲット
   機構。