JPH0359543B2

JPH0359543B2 -

Info

Publication number: JPH0359543B2
Application number: JP57084189A
Authority: JP
Inventors: Toshimichi Taya; Eiji Myochin
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1991-09-10
Also published as: JPS5951448A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は半導体製造工程で用いられる大電流イ
オン打込装置に係り、特に、イオン打込用回転円
板の冷却機構に関するものである。

最近のイオン打込装置においては、10ｍＡ程度
の大電流イオンを80KV程度の加速電圧でウエハ
に打込んでいるので、800Wものビーム加熱をウ
エハおよびウエハを取り付けたアルミニウム製の
回転円板に与えることになる。このようにウエハ
が強く加熱されると、結晶性の損傷や表面のマス
クの損傷が起るので、これを防ぐためには150℃
以下に冷却する必要があり、そのためには次のよ
うな水冷機構が用いられている。

第１図は従来の大電流イオン打込装置の打込室
付近の断面図である。１はイオン発生器によつて
作られた特定元素のイオンビームであり、２はイ
オンビーム１の標的となつているウエハである。
このウエハ２は周辺部がアルミニウム製の回転円
板３の同一半径円周上に配列してあり、回転円板
３を定速度で回転させ乍らイオンビーム１を僅か
に上下させると、複数個のウエハ２に均一なイオ
ン打込みを行うことができる。なお、回転円板３
が収容されている真空打込室６とイオンビーム１
の通路はイオンビームの通過をさまたげない程度
の高真空に減圧されており、また、回転円板３は
水冷されている。

上記の如く大電流打込み時はウエハ２を加熱し
て結晶性を傷う恐れがあるので、回転円板３の中
央部をステンレス製の水冷容器４に気密に接続
し、冷却水で冷却している。そのために回転円板
３の中央部はステンレス製の円板４ａとし、ステ
ンレス製の盃状カバー４ｂと接触させると共にね
じ１２ｂで気密に結合させている。即ち、ステン
レス製の水冷容器４は耐食性の大きなステンレス
材によつて形成され、水の存在下で異種金属が接
触しないように構成してある。また、このステン
レス製の円板４ａに接続されている回転円板３は
回転体の軽量化に役立つと共に、比較的熱伝導も
良好である。

この回転円板３を取り付けたステンレス製の水
冷容器４の左端面に中央には１本のステンレス管
１５が横方向に接続され、このステンレス管１５
は電磁流体式真空シール７を介して真空打込室６
のケース６ａの端面を通過すると共に、その先に
平歯車９ｂを固定している。更にステンレス管１
５の先端部は軸受支持部材１７に回転自在に嵌合
している。

ステンレス管１５の中には冷却水導入管５が貫
通し、この冷却水導入管５の先端はステンレス製
の水冷容器４内にまで延びており、その開口端に
はステンレス製の円板１４が取り付けてある。し
たがつて、冷却水導入管５を通つてステンレス製
の水冷容器４内に入つた冷水は、ステンレス製の
円板４ａの内面を冷却し乍ら円板１４の周辺を通
り冷却水導入管５とステンレス管１５との間の管
状の隙間を流れて排水管１６より流出する。な
お、ステンレス管１５は平歯車９ｂ，９ａを介し
てモータ１０で定速度で回転させられるので、冷
却水導入管５は回転自在継手８を介して水道管に
接続されている。

真空打込室６は真空排気装置に接続されると共
にイオンビーム１の通路となつている開口部を形
成したケース６ａと、Ｏリング１１を介してこれ
に対向しているケース６ｂとよりなり、ねじ１２
ａおよびナツト１３によつて周辺の複数箇所を締
め付けて１体に組立てている。

このように構成したイオン打込機の操作の概略
を次に説明する。ウエハ２を回転円板３に取り付
けて真空打込室６を封止し減圧する。次に、冷却
水導入管５より通水し乍らモータ１０を作動させ
て回転円板３をステンレス製の水冷容器４と共に
回転させる。この状態で所定の元素のイオンビー
ム１を僅かに上下方向に動揺させ乍ら照射する
と、複数個のウエハ２に所定のイオンを均一に打
込むことができる。

しかるにこのような従来のイオン打込装置には
次のような問題点をもつていた。

(1) ウエハ２を多数装着している回転部材は、耐
食性アルミニウム材を用いた回転円板３として
軽量化を図ると共に、ウエハ２の重金属汚染を
防止している。また、アルミニウムは比較的熱
伝達が良好であるという利点をもつている。一
方、この回転円板３を取り付けているステンレ
ス製の水冷容器４は腐食防止と耐真空溶接の確
実性の面からステンレス材が用いられている。
しかし、熱伝導の点から考えるとステンレスは
耐食性アルミニウムよりも１桁程度低い。した
がつて、ウエハ２の冷却作用が不十分であつ
た。

(2) 高真空の真空打込室６内でアルミニウム製の
回転円板３とステンレス製の円板４ａおよびス
テンレス製の盃状カバー４ｂとをねじ１２ｂで
接続させているので、接続熱抵抗が大きく、ア
ルミニウム製の回転円板３の冷却効率が著しく
低い。即ち、金属板同志をねじ締めしても実際
は全面が密着していないので、伝熱効率が低
い。

本発明は上記のような従来技術の欠点を解消
し、アルミニウム製の回転円板の冷却効率を大幅
に向上させることができるイオン打込用回転円板
の冷却機構を提供することを目的とし、その特徴
とするところは、周辺部の同一円周上に加速され
た特定イオンビームを打込む複数個の標的が配列
されている回転円板と、該回転円板の中央部にそ
の開口部が固定され該回転円板の中央部とともに
該回転円板の水冷容器を構成するステンレス製の
盃状カバーとを有し、大電流イオンの打ち込みの
行われるイオン打込用回転円板の冷却機構におい
て、上記回転円板が上記周辺部と上記中央部とが
一体のアルミニウム製の円板よりなり、上記盃状
カバーの上記開口部がステンレス薄板を介する状
態で該開口部の開口端により上記回転円板の中央
部に固定され、かつ、該中央部に複数個の小孔が
設けてあることにある。

第２図は本発明の一実施例である大電流イオン
打込装置の打込室付近の断面図であり、第１図と
同じ部分には同一符号を付している。この場合は
回転円板３の代わりにアルミニウム製の完全な円
板状に形成したアルミニウム製回転円板３０を用
い、、ステンレス製の水冷容器４の盃状カバー４
ｂとの間にＯリング１８とステンレス薄板２０を
介してねじ１２ｂでねじ止めしている。また、ア
ルミニウム製回転円板３０のステンレス薄板２０
の背後の部分には複数個の小孔１９を設けてい
る。

第３図は第２図Ａ部の拡大図である。冷却水は
大気圧以上に加圧されており、真空打込室６内は
高真空状態となつているので、ステンレス薄板２
０はアルミニウム製回転円板３０に向つて圧迫さ
れてこれに密着している。また、ステンレス薄板
２０は0.2mm厚さであるので、ステンレスの熱伝
導度は低いが両面間を迅速に伝熱する。したがつ
て、アルミニウム製回転円板３０の熱はステンレ
ス薄板２０を通つて効率良く冷却水に伝達され、
アルミニウム製回転円板３０のビーム加熱による
温度上昇を抑制し、ウエハ２への熱的影響を緩和
することができる。

上記ステンレス薄板２０は0.2mm厚であるので
相当柔軟性をもつており、流通水と真空室との間
を境する場合のアルミニウム製回転円板３０への
密着性は良好であり、アルミニウム製回転円板３
０の熱を良く伝えることができた。また、小孔１
９に接する部分には１気圧以上の吸引力が局部的
に作用するが、強靭なステンレス板であるので打
ち抜けるようなことはない。なお、アルミニウム
製回転円板３０に設けた複数個の小孔１９は袋小
路となつているステンレス薄板２０とアルミニウ
ム製回転円板３０との間の空気を速やかに排気さ
せて密着性を良くするために設けたものである。

さて、第１図の従来のステンレス円板４ａの厚
さを５mmとし、本実施例のステンレス薄板２０の
厚さを0.5mmとしたとすると、熱抵抗は1/10に改
善されることになる。また、従来の水冷容器と回
転円板の接触面積は、真空中での剛体間では通常
対面する面積の1/10程度しか期待できない。本実
施例のようなステンレス薄板とすることにより、
これに大気圧と水圧とが加わつてアルミニウム製
回転円板３０の表面の凹凸になじんで接触面積は
従来の第１図の場合よりは５倍以上増加してい
る。したがつて、熱抵抗は従来に比して1/50に減
少すると略算できる。

本実施例のイオン打込用回転円板の冷却構造は
次のような効果をもつている。

(1) 冷却水が接触するのはスレンレス材の部分だ
けであつて異種金属の接合部は存在しない。し
たがつて、腐食防止効果が大きい。即ち、ステ
ンレス製の水冷容器４はすべてスレンレス材で
形成されている。

(2) ウエハ２を取り付けているアルミニウム製回
転円板３０は水冷されているステンレス薄板２
０に殆んど密着している。また、ステンレス薄
板２０は厚さが0.2mm程度で伝熱距離が短い。
一般にステンレス材は伝熱効率は低いが、この
ように薄くしてあるのでアルミニウム製回転円
板３０の熱を迅速に冷却水に伝え、アルミニウ
ム製回転円板３０の温度上昇を抑制することが
できる。

上記実施例ではステンレス薄板２０に0.2mm程
度のものを使用したが、0.3mm以下0.1mm程度でも
使用できるし、薄い程伝熱効果が良くなる。

本発明のイオン打込用回転円板の冷却構造は回
転円板の冷却効率を大幅に向上させ、ウエハのス
ループツトを増すことができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の大電流イオン打込装置の打込室
付近の断面図、第２図は本発明の一実施例である
大電流イオン打込装置の打込室付近の断面図、第
３図は第２図のＡ部の拡大図である。１……イオンビーム、２……ウエハ、３……回
転円板、４……ステンレス製の水冷容器、４ａ…
…ステンレス製の円板、４ｂ……ステンレス製の
盃状カバー、５……冷却水導入管、６……真空打
込室、７……電磁流体式真空シール、８……回転
自在継手、９……平歯車、１０……モータ、１
１，１８……Ｏリング、１２……ねじ、１３……
ナツト、１４……円板、１５……ステンレス管、
１６……排水管、１７……軸受支持部材、１９…
…小孔、２０……ステンレス薄板、３０……アル
ミニウム製回転円板。

Claims

【特許請求の範囲】１周辺部の同一円周上に加速された特定イオン
ビームを打込む複数個の標的が配列されている回
転円板と、該回転円板の中央部にその開口部が固
定され該回転円板の中央部とともに該回転円板の
水冷容器を構成するステンレス製の盃状カバーと
を有し、大電流イオンの打ち込みの行われるイオ
ン打込用回転円板の冷却機構において、上記回転
円板が上記周辺部と上記中央部とが一体のアルミ
ニウム製の円板よりなり、上記盃状カバーの上記
開口部がステンレス薄板を介する状態で該開口部
の開口端により上記回転円板の中央部に固定さ
れ、かつ、該中央部に複数個の小孔が設けてある
ことを特徴とするイオン打込用回転円板の冷却機
構。２上記ステンレス薄板が、厚さが0.3mm以下の
ステンレス板である特許請求の範囲第１項記載の
イオン打込用回転円板の冷却機構。