JPS6322409B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、外周部にイオン注入用ターゲツト
の複数個の装着部を形成したデイスクを冷却媒体
により冷却するイオン注入装置のターゲツト冷却
装置に関する。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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、ウエハー５のデイスク３への自動装填に対す
る対策が十分でない。

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための手段を、実施例に
対応する第３図ないし第７図を用いて以下に説明
する。

この発明のイオン注入装置のターゲツト冷却装
置は、外周部にイオン注入用ターゲツトの複数個
の装着部３４を形成した回転および移動自在の円
板状のデイスク３３と、前記装着部３４に外方に
切り欠いて形成されハンドリング装置６２のベル
ト６４が挿入される１対の溝３５と、前記装着部
３４に前記１対の溝３５に沿い蛇行状に形成され
た冷却路３７と、前記デイスク３３に放射状に形
成されそれぞれ前記冷却路３７の一端および他端
に連通した冷却用往通路３８および冷却用還通路
３９と、前記デイスク３３の軸２９に軸方向に形
成されそれぞれ前記冷却用往通路３８および冷却
用還通路３９に連通し冷却媒体が流通する往路３
１および還路３２とを備えるという技術的手段を
講じている。

〔作用〕

したがつて、この発明によると、冷却媒体が往
路３１から冷却用往通路３８、冷却路３７、冷却
用還通路３９を経て還路３２に流通し、とくに装
着部３４の冷却路３７が蛇行状に形成されている
ため、装着部３４全面が効率よく十分冷却され、
ターゲツトがイオン注入により大きな熱エネルギ
ーを受けるにもかかわらず、その温度上昇は低く
押えられ、ターゲツトの低温処理が可能となり、
良質のデバイスを得るとともに、大電流高エネル
ギービームによるイオン注入が実現でき、短時間
にイオン注入を行なうことができる。その上、装
着部３４に外方に切り欠いた１対の溝３５が形成
されているため、ハンドリング装置６２の１対の
ベルト６４が１対の溝３５に挿入でき、ウエハー
３６の装着および回収を自動的に行なうことが容
易であり、技術的課題が解決される。

〔実施例〕

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３３
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３４
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。４
０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４
０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、通路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５
１ａ，５１ｂ，５１ｃがそれぞれ環状通路５０
ａ，５０ｂ，５０ｃに連通されている。５２は軸
体５３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
５４との間に３条の環状通路５６ａ，５６ｂ，５
６ｃが形成され、軸体５３内の３つの通路５７
ａ，５７ｂ，５７ｃがそれぞれ環状通路５６ａ，
５６ｂ，５６ｃに連通されている。５８ａ，５８
ｂ，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４
５，４９間を連結し環状通路４６ａ，４６ｂ，４
６ｃ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，
５１ｃ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、６０ａ，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
り真空引されることにより、各環状通路４６ａ，
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内に冷却用往通路
３８および冷却用還通路３９を形成し、軸２９に
供給された冷却媒体を各装着部３４の冷却路３７
に循環できるため、装着部３４のウエハー３６を
効果的に冷却でき、ウエハー３６が受ける熱エネ
ルギーを除去できるものであり、しかも、ウエハ
ー３６はホルダ４０により装着部３４面に密着さ
れるため、その冷却能は極めて高いものであり、
良質のデバイスを得ることができ、また、これに
より、大電流高エネルギービームによるイオン注
入が実現でき、イオン注入を短時間で完了できる
とともに、イオン注入の特徴が生かせるものであ
る。さらに、デイスク３３の軸２９への冷却媒体
の供給は、３個のロータリジヨイント４３，４
７，５２を使用するため、移動するデイスク３３
への冷却媒体の供給が容易となり、しかも、各ロ
ータリジヨイント４３，４７，５２において真空
引用の環状通路４６ａ，５０ａ，５６ａを設ける
ため、水もれが確実に防止でき、安全である。

また、ウエハー３６の回収、装着用のハンドリ
ング装置６２に装着部３４の対の溝３５に挿入自
在のベルト６４を備えるため、ホルダ４０を装着
部３４より浮かせて、ベルト６４によりウエハー
３６の搬送が行なえ、ウエハー３６の回収、装着
の自動化が実現できるものであり、これにより、
省力化およびスループツトの向上が達成できるも
のである。

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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によると、冷却媒体が
往路３１から冷却用往通路３８、冷却路３７、冷
却用還通路３９を経て還路３２に流通し、とくに
装着部３４の冷却路３７が蛇行状に形成されてい
るため、装着部３４全面が効率よく十分冷却さ
れ、ターゲツトがイオン注入により大きな熱エネ
ルギーを受けるにもかかわらず、その温度上昇は
低く押えられ、ターゲツトの低温処理が可能とな
り、良質のデバイスを得るとともに、大電流高エ
ネルギービームによるイオン注入が実現でき、短
時間にイオン注入を行なうことができる。その
上、装着部３４に外方に切り欠いた１対の溝３５
が形成されているため、ハンドリング装置６２の
１対のベルト６４が１対の溝３５に挿入でき、ウ
エハー３６の装着および回収を容易に自動的に行
なうことができるものである。

【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、３１…往路、３２…還路、３３…デ
イスク、３４…装着部、３５…溝、３６…ウエハ
ー、３７…冷却路、３８…冷却用往通路、３９…
冷却用還通路、６２…ハンドリング装置、６４…
ベルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外周部にイオン注入用ターゲツトの複数個の
   装着部を形成した回転および移動自在の円板状の
   デイスクと、前記装着部に外方に切り欠いて形成
   されハンドリング装置のベルトが挿入される１対
   の溝と、前記装着部に前記１対の溝に沿い蛇行状
   に形成された冷却路と、前記デイスクに放射状に
   形成されそれぞれ前記冷却路の一端および他端に
   連通した冷却用往通路および冷却用還通路と、前
   記デイスクの軸に軸方向に形成されそれぞれ前記
   冷却用往通路および冷却用還通路に連通し冷却媒
   体が流通する往路および還路とを備えたことを特
   徴とするイオン注入装置のターゲツト冷却装置。