JPS6259409B2 - - Google Patents

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ツト冷却
装置に関し、回転および移動自在のデイスクの冷
却路に冷却媒体を容易に供給できるようにし、デ
イスクに装着されたターゲツトを効果的に冷却で
き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
オンビームをスポツト状で入射させるとともに、
複数のイオン注入用ターゲツトが装着されたデイ
スクを回転および直線移動してイオン注入するメ
カニカルスキヤン方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
る必要がないため、磁場を与えるための多くの電
磁石が全く不要となり、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
置では、各ターゲツトがイオン注入により大きな
熱エネルギーを受けるため、各ターゲツトを効果
的に冷却する必要があるが、メカニカルスキヤン
するデイスク上のターゲツトの冷却は容易ではな
い。

そこで、従来のイオン注入装置のターゲツト冷
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１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
デイスク３が支持され、デイスク３上の外周部に
複数個の銅ブロツ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、各ヒートシンク４上
にそれぞれターゲツトとなるウエハー５が載置さ
れ、これら各ウエハー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
により各ウエハー５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、各ウエ
ハー５は慣性冷却方式により冷却される。

しかし、前記従来のターゲツト冷却装置による
と、デイスク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、ウエハー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、この種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。ま
た、デイスク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、デイスク３上にウエハ
ー５を接触させれば、ウエハー５を効果的に冷却
できるものであるが、メカニカルスキヤンするデ
イスク３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ツト装着用
デイ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、前記デイスクの
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イスクの前
記冷却路に供給することを特徴とするイオン注入
装置のターゲツト冷却装置である。

したがつて、冷却媒体を、固定点ロータリジヨ
イントの環状通路・冷却管・中間点ロータリジヨ
イントの環状通路・冷却管・移動点ロータリジヨ
イントの環状通路を通してデイスクの冷却路に供
給できるため、デイスク上に装着されたターゲツ
トを効果的に冷却できるものであり、しかも、各
ロータリジヨイントにおいて軸体と筒体とが気密
に回転されるため、デイ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との間で回転が
行なわれ、中間点ロータリジヨイントが移動点ロ
ータリジヨ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、ターゲツ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１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、内部に高圧部、
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ヨン、９はエ
ンドステーシヨン８上の装置本体７の前面に一体
に設けられたターゲツトチヤンバー、１０はター
ゲツトチヤンバー９の右側内部に形成され常時高
真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。１２はターゲツト
チヤンバー９の左側に前面に開口しほぼ円筒状に
形成されたチヤンバー本体であり、後面に真空ポ
ンプに連通する真空排気口１３が透設されてい
る。１４はチヤンバー本体１２の前面にヒンジ１
５を介して前後に開閉自在に設けられた円形のチ
ヤンバー蓋であり、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１６により開閉操作され、チヤンバー蓋
１４の開時には保持具１７によりほぼ水平に保持
される。１８はチヤンバー本体１２とチヤンバー
蓋１４とにより形成されたチヤンバー室、１９は
イオン注入室１０とチヤンバー室１８とを連通す
る断面が細長い通路、２０は該通路１９を回転移
動により開閉する断面ほぼ半円形のバルブであ
る。

２１および２２はチヤンバー蓋１４の外側面に
支持されそれぞれの回転軸がチヤンバー蓋１４の
内側に導入された回転用モータおよび移動用ステ
ツピングモータであり、後述のデイスクの駆動機
構となる。２３および２４はチヤンバー蓋１４の
内側に左右方向に設けられそれぞれ回転用モータ
２１およびステツピングモータ２２により回転さ
れる回転駆動軸および移動用駆動軸、２５はチヤ
ンバー蓋１４の内側に左右方向に設けられた対の
ガイドレール、２６は該対のガイドレール２５に
左右方向に移動自在に支持された移動体であり、
この移動体２６には、第６図に示すように、前記
移動用駆動軸２４が噛合するめねじ２７が形成さ
れており、モータ２２の駆動による駆動軸２４の
回転により移動体２６が左右に直線移動される。
２８は移動体２６に回転自在に内装され回転駆動
軸２３が挿通するとともに該駆動軸２３により回
転されるねじ車、２９は移動体２６に回転自在に
支持され後述のデイ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２８に噛合する
歯車３０が一体に設けられ、回転駆動軸２３の回
転により軸２９が回転される。３１および３２は
軸２９の内部に軸方向に形成された冷却媒体の往
路および還路である。

３３は軸２９の上端部に支持された円板状のデ
イスクであり、回転用モータ２１およびステツピ
ングモータ２２により回転および直線移動され
る。３４はデイスク３３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ツトの装着部
であり、それぞれ外方に切り欠いた１対の溝３５
を有しており、これが後述のハンドリング装置の
ベルト挿入孔となる。３６はデイスク３３の各装
着部３４上に装着されたイオン注入用ターゲツト
となる円形のウエハー、３７は各装着部３４の内
部にそれぞれの対の溝３５の内側に沿う蛇行状に
形成された冷却路、３８および３９はデイスク３
３の内部に放射状に形成されそれぞれ冷却路３７
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３８が軸２９
の往路３１に、冷却用還通路３９が還路３２にそ
れぞれ連通されており、軸２９の往路３１に供給
された水等の冷却媒体が各冷却用往通路３８を通
つて各冷却路３７にそれぞれ流入され、装着部３
４上のウエハー３６を冷却したのち、各冷却用還
通路３９を通つて軸２９の還路３２に戻される。
４０は各装着部３４上のウエハー３６を当該装着
部３４に圧接する馬蹄形のホルダであり、ホルダ
４０の基部にはデイスク３３を貫通するピン４１
が設けられるとともに、該ピン４１の端部とデイ
スク３３の下面との間にスプリング４２が介装さ
れており、このスプリング４２のばね力によりウ
エハー３６が保持される。

４３は軸２９の下端部に一体の軸体４４とその
外周に気密かつ回転自在に設けられた筒体４５と
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４５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３条の環状通路４６
ａ，４６ｂ，４６ｃが形成されており、両環状通
路４６ｂ，４６ｃがそれぞれ往路３１、還路３２
に連通されている。４７は軸体４８と該軸体４８
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４８と筒体４９との間に前記と同様に
して３条の環状通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃが形
成され、軸体４８内に形成された３つの通路５１
ａ，５１ｂ，５１ｃがそれぞれ環状通路５０ａ，
５０ｂ，５０ｃに連通されている。５２は軸体５
３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とにより構成された支持体５５を
介してチヤンバー蓋１４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５
４との間に３条の環状通路５６ａ，５６ｂ，５６
ｃが形成され、軸体５３内の３つの通路５７ａ，
５７ｂ，５７ｃがそれぞれ環状通路５６ａ，５６
ｂ，５６ｃに連通されている。５８ａ，５８ｂ，
５８ｃは移動点ロータリジヨイント４３と中間点
ロータリジヨイント４７のそれぞれの筒体４５，
４９間を連結し環状通路４６ａ，４６ｂ，４６ｃ
と環状通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃとをそれぞれ
連通する真空排気管、往側冷却管、還側冷却管、
５９ａ，５９ｂ，５９ｃは中間点ロータリジヨイ
ント４７と固定点ロータリジヨイント５２の軸体
４８，５３間を連結し通路５１ａ，５１ｂ，５１
ｃと通路５７ａ，５７ｂ，５７ｃとをそれぞれ連
通する真空排気管、往側冷却管、還側冷却管、６
０ａ，６０ｂ，６０ｃは固定点ロータリジヨイン
ト５２の筒体５４に接続されるとともにそれぞれ
環状通路５６ａ，５６ｂ，５６ｃに連通された真
空排気主管、冷却媒体供給管、回収管であり、そ
れぞれチヤンバー蓋１４より導出され、真空排気
主管６０ａが真空ポンプに接続されるとともに、
供給管６０ｂ、回収管６０ｃが熱交換器および循
環ポンプに接続されている。６１は各ロータリジ
ヨイント４３，４７，５２等の可動部のＯ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はエンドステーシヨン８上に設けられたウ
エハー３６のハ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の先端にデイスク３３の装着部３４の
溝３５に挿入自在の対のベルト６４が設けられる
とともに、操作台６３にウエハーキヤリヤ６５が
設置されており、この種ハンドリング装置６２が
回収用と装着用との２台備えられている。そし
て、ウエハー３６の回収あるいは装着を行なう場
合は、操作台６３によりデイスク３３の装着部３
４のホルダ４０がそのスプリング４２のばね力に
抗して浮上され、ウエハー３６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、デイスク３３の各装着部３４にそれぞれ
未注入ウエハー３６を装着し、第３図に示すよう
に、チヤンバー蓋１４を閉じてデイスク３３をチ
ヤンバー室１８内に収納する。そして、チヤンバ
ー室１８をその真空排気口１３を介して真空排気
し、イオン注入室１０と同程度の高真空に排気し
たのち、バルブ２０を回転移動してチヤンバー室
１８とイオン注入室１０とを通路１９を介して連
通する。つぎに、回転用モータ２１が駆動し、回
転駆動軸２３、ねじ車２８、歯車３０および軸２
９を介してデイスク３３が回転されるとともに、
図示しない冷却媒体の循環ポンプが駆動し、デイ
スク３３の各冷却路３７に冷却媒体が循環され
る。すなわち、冷却媒体供給管６０ｂ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５６ｂ・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４７の軸体４８
の通路５１ｂ・環状通路５０ｂ・往側冷却管５８
ｂ・移動点ロータリジヨイント４３の環状通路４
６ｂ・軸２９の往路３１を通り、各冷却用往通路
３８を介して各装着部３４の冷却路３７に流入さ
れ、装着部３４上のウエハー３６を冷却したの
ち、各冷却用還通路３９を介して軸２９の還路３
２に戻される。さらに、還路３２の冷却媒体は、
環状通路４６ｃ・還側冷却管５８ｃ・環状通路５
０ｃ・通路５１ｃ・還側冷却管５９ｃ・通路５７
ｃ・環状通路５６ｃを通り、冷却媒体回収管６０
ｃより熱交換器に戻される。ここで、各ロータリ
ジヨイント４３，４７，５２においては、その可
動部で水もれが生じないようＯリングシール６１
によりシールされているが、万一Ｏリングシール
６１で水もれが起きても、真空排気主管６０ａよ
りも真空引されることにより、各環状通路４６
ａ，５０ａ，５６ａよりもれ水が吸引され、真空
中のチヤンバー室１８内への水もれが確実に防止
される。

つぎに、移動用ステツピングモータ２２が駆動
し、移動用駆動軸２４およびめねじ２７を介して
移動体２６がガイド２５に沿つて右方へ移動さ
れ、回転中のデイスク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４３は
軸２９の移動とともに移動するが、各ロータリジ
ヨイント４３，４７，５２において、軸体４４，
４８，５３と筒体４５，４９，５４とがそれぞれ
気密に回転されるため、各ロータリジヨイント４
３，４７，５２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４７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、デイスク３３
が右方へ移動すると、デイスク３３は通路１９を
通つてイオン注入室１０に導入し、第４図および
第５図に示すように、デイスク３３の約半分がイ
オン注入室１０内に導入されると、今度は、両モ
ータ２１，２２によりデイスク３３が高速回転し
ながら左右に細かく移動され、スポツト状でイオ
ン注入口１１からイオン注入室１０内に入射され
たイオンビームにより、デイスク３３上の各ウエ
ハー３６がイオン注入される。このとき、イオン
注入により各ウエハー３６が受ける熱エネルギー
は、前記した冷却媒体のデイスク３３内への循環
により回収され、各ウエハー３６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
ツピングモータ２２によりデイスク３３はチヤン
バー室１８内に移動され、バルブ２０が閉じ、チ
ヤンバー室１８が大気圧に戻される。そして、チ
ヤンバー蓋１４が前方に回動してデイスク３３が
水平に保持され、当該デイスク３３が回転用モー
タ２１で節動回転され、前述のハンドリング装置
６２により、注入完了ウエハー３６の回収および
未注入ウエハー３６の装着が行なわれる。

したがつて、前記実施例によると、メカニカル
スキヤンを行なうデイスク３３の軸２９に一体に
移動点ロータリジヨイント４３を設けるととも
に、チヤンバー蓋１４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４３，５２間に中間点ロータリジヨイント４７
を設け、移動点と中間点の両ロータリジヨイント
４３，４７のそれぞれの筒体４５，４９間および
中間点と固定点の両ロータリジヨイント４７，５
２のそれぞれの軸体４８，５３間をそれぞれ、往
側冷却管５８ｂ，５９ｂ、還側冷却管５８ｃ，５
９ｃ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５２，４７，４３を介してデイス
ク３３の各装着部３４の冷却路３７に供給するこ
とができ、各ウエハー３６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エハー３６
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。ここで、デイスク３
３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４３，４７，５２において、それぞれ
の軸体４４，４８，５３と筒体４５，４９，５４
とが気密かつ回転自在であるため、冷却媒体の循
環経路がデイスク３３のメカニカルスキヤンによ
つ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４３，４７，５
２にそれぞれ真空排気主管６０ａ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４３，４
７，５２の可動部よりもれることがなく、安全で
ある。

なお、前記実施例では、デイスク３３の各装着
部３４の冷却路３７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
ターゲツト冷却装置を示し、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ツト冷却装置の１実
施例を示し、第３図は全体側面図、第４図および
第５図はターゲツトチヤンバー部分の正面図およ
び切断平面図、第６図は要部のデイスク冷却系の
展開断面図、第７図はデイスクの一部の平面図で
ある。 ２９……軸、３３……デイスク、３６……ウエ
ハー、３７……冷却路、４３……移動点ロータリ
ジヨイント、４７……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、４４，
４８，５３……軸体、４５，４９，５４……筒
体、４６ｂ，４６ｃ，５０ｂ，５０ｃ，５６ｂ，
５６ｃ……環状通路、５８ｂ，５９ｂ……往側冷
却管、５８ｃ，５９ｃ……還側冷却管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転および移動自在のターゲツト装着用デイ
   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、前記デイスクの中心
   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イスクの前記冷
   却路に供給することを特徴とするイオン注入装置
   のターゲツト冷却装置。