TW202336956A - 基板處理裝置、基板處理方法及半導體元件之製造方法 - Google Patents

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內藤綱彦
山內英之
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日商住友重機械離子科技股份有限公司
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Abstract

[課題]提高半導體製造製程中的生產性。 [解決手段]基板處理裝置(10)具備：真空處理室(16)；基板支架(50)，在真空處理室(16)內保持基板(S)；密封件，在由基板支架(50)保持之基板(S)與基板支架(50)之間，形成封閉之空間(82)；氣體路徑(84)，與空間(82)連通；氣體供給路(86)，向氣體路徑(84)內供給氣體；氣體排出路(88)，從氣體路徑(84)內排出氣體；第1閥(90)，能夠在氣體路徑(84)與氣體供給路(86)之間開閉；及第2閥(92)，能夠在氣體路徑(84)與氣體排出路(88)之間開閉。

Description

基板處理裝置、基板處理方法及半導體元件之製造方法
本揭示係關於一種基板處理裝置、基板處理方法及半導體元件之製造方法。
在半導體製造製程等中處理基板的情況下，有時向由真空處理室內的基板支架保持之基板與基板支架之間供給導熱氣體，來調整基板的溫度。例如，以基板與基板支架之間的導熱氣體的測量壓力值成為設定壓力值的方式，控制導熱氣體的供給。(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-240356號公報
[發明所欲解決之問題]
為了提高半導體製造製程中的生產性，進一步縮短導熱氣體的供給所需之時間為較佳。
本揭示的一樣態的例示性目的之一在於提供一種用於提高半導體製造製程中的生產性之技術。 [解決問題之技術手段]
本揭示的一樣態的基板處理裝置具備：真空處理室，進行對基板的處理；基板支架，設置於真空處理室內而保持基板；密封件，在由基板支架保持之基板與基板支架之間，形成封閉之空間；氣密容器，設置於真空處理室內，氣體壓力比真空處理室內高；氣體路徑，設置於氣密容器內，與空間連通；氣體供給路，向氣體路徑內供給氣體；氣體排出路，從氣體路徑內排出氣體；第1閥，設置於氣密容器內，能夠在氣體路徑與氣體供給路之間開閉；及第2閥，設置於氣密容器內，能夠在氣體路徑與氣體排出路之間開閉。
本揭示的另一樣態係基板處理方法，該方法在真空處理室內對由基板支架保持之基板進行處理。與形成於由基板支架保持之基板與基板支架之間之封閉空間連通之氣體路徑，經由可開閉的第1閥而與氣體供給路連接，進而氣體路徑經由可開閉的第2閥而與氣體排出路連接。該方法具備如下製程：由基板支架保持基板；關閉第1閥而將氣體供給路內的氣體壓力設為第1目標壓力；由基板支架保持基板，並且在氣體供給路內的氣體壓力成為第1目標壓力之後，打開第1閥而將氣體供給路內的氣體供給至氣體路徑；打開第1閥之後，對基板的表面進行處理；關閉第1閥，打開第2閥而將氣體路徑內的氣體排出至氣體排出路；及打開第2閥之後，解除由基板支架保持基板。
本揭示的又一樣態係包括一樣態的基板處理方法之半導體元件之製造方法。
另外，將以上構成要素的任意組合、本揭示的構成要素或表述在方法、裝置、系統等之間相互置換者，亦作為本揭示的樣態而有效。 [發明之效果]
依據本發明的非限定性例示的實施方式，能夠提供一種用於提高半導體製造製程中的生產性的技術。
以下，參照圖式，對用於實施本揭示之基板處理裝置、基板處理方法及半導體元件之製造方法的形態進行詳細說明。再者，在圖式說明中，對相同的要素標註相同的符號，並省略重複說明。又，以下所述之結構為例示，對本發明的範圍不進行任何限定。
圖1係表示實施方式之基板處理裝置10的概略結構之俯視圖。圖2係表示實施方式之基板處理裝置10的概略結構之側視圖。基板處理裝置10係構成為對被處理物的表面實施離子植入處理之離子植入裝置。被處理物例如係基板，例如係半導體晶圓。為了便於說明，在本說明書中，有時將被處理物稱為“基板S”，但這並不是指將植入處理的對象限定於特定的物體。
基板處理裝置10構成為如下：藉由使離子束沿一個方向往復掃描，並使基板S沿與掃描方向正交之方向進行往復運動，遍及基板S的處理面整體照射點狀的離子束。在本書中，為了便於說明，將沿著設計上的束線(beam line)A行進之離子束的進行方向定義為z方向，將與z方向垂直的面定義為xy面。在對基板S掃描離子束的情況下，將射束的掃描方向設為x方向，與z方向及x方向垂直的方向設為y方向。因此，射束的往復掃描在x方向上進行，基板S的往復運動在y方向上進行。
基板處理裝置10具備離子生成裝置12、束線裝置14、真空處理室16及基板搬送裝置18。離子生成裝置12構成為對束線裝置14賦予離子束。束線裝置14構成為從離子生成裝置12向真空處理室16輸送離子束。在真空處理室16中收納有成為植入處理的對象之基板S，並且進行將從束線裝置14賦予之離子束照射到基板S之植入處理。基板搬送裝置18構成為將植入處理前的未處理基板搬入真空處理室16，並將植入處理後的處理完畢基板從真空處理室16搬出。基板處理裝置10具備用於向離子生成裝置12、束線裝置14、真空處理室16及基板搬送裝置18提供所期望的真空環境的真空排氣系統(未圖示)。
束線裝置14從束線A的上游側依序具備質譜分析部20、射束駐留裝置24、射束整形部30、射束掃描部32、射束平行化部34及角能量過濾器(AEF；Angular Energy Filter)36。再者，束線A的上游是指靠近離子生成裝置12的一側，束線A的下游是指靠近真空處理室16(或射束阻擋器46)的一側。
質譜分析部20設置於離子生成裝置12的下游，構成為從離子生成裝置12引出之離子束中，藉由質譜分析選擇所需的離子種類。質譜分析部20具有質譜分析磁鐵21、質譜分析透鏡22、質譜分析狹縫23。
質譜分析磁鐵21對從離子生成裝置12引出之離子束施加磁場，使離子束以根據離子的質量電荷比M=m/q(m為質量、q為電荷)的值而不同的路徑偏向。質譜分析磁鐵21例如對離子束施加y方向(圖1及圖2中為-y方向)的磁場而使離子束向x方向偏向。質譜分析磁鐵21的磁場強度被調整為使具有所期望的質量電荷比M之離子種類通過質譜分析狹縫23。
質譜分析透鏡22設置於質譜分析磁鐵21的下游，構成為調整對離子束的收斂/發散力。質譜分析透鏡22調整通過質譜分析狹縫23之離子束的射束進行方向(z方向)的收斂位置，並調整質譜分析部20的質譜分解度M/dM。再者，質譜分析透鏡22不是必須的結構，在質譜分析部20中亦可以不設置質譜分析透鏡22。
質譜分析狹縫23設置於質譜分析透鏡22的下游，且設置於從質譜分析透鏡22遠離的位置。質譜分析狹縫23構成為基於質譜分析磁鐵21的射束偏向方向(x方向)成為狹縫寬度，並具有x方向相對短且y方向相對長的形狀的開口23a。
質譜分析狹縫23為了調整質譜分解度，亦可以構成為狹縫寬度可變。質譜分析狹縫23由可在狹縫寬度方向上移動的兩片射束遮蔽體構成，亦可以構成為能夠藉由改變兩片射束遮蔽體之間隔來調整狹縫寬度。質譜分析狹縫23亦可以構成為藉由切換為狹縫寬度不同的複數個狹縫中的任一個而使狹縫寬度可變。
射束駐留裝置24構成為將離子束從束線A暫時退壁，並遮蔽朝向下游的真空處理室16(或基板S)之離子束。射束駐留裝置24能夠配置於束線A的途中的任意位置，例如，能夠配置於質譜分析透鏡22與質譜分析狹縫23之間。由於質譜分析透鏡22與質譜分析狹縫23之間需要一定的距離，因此藉由在它們之間配置射束駐留裝置24，能夠比配置於其他位置的情況進一步縮短束線A的長度，並能夠使基板處理裝置10的整體小型化。
射束駐留裝置24具備一對駐留電極25(25a、25b)及集束26。一對駐留電極25a、25b隔著束線A相對向，並且與質譜分析磁鐵21的射束偏向方向(x方向)正交之方向(y方向)相對向。集束26設置於比駐留電極25a、25b更靠束線A的下游側，從束線A向駐留電極25a、25b的相對向方向遠離而設置。
第1駐留電極25a配置於比束線A更靠重力方向上側，第2駐留電極25b配置於比束線A更靠重力方向下側。集束26設置於比束線A更向重力方向下側遠離之位置，配置於質譜分析狹縫23的開口23a的重力方向下側。集束26例如由未形成有質譜分析狹縫23的開口23a之部分構成。集束26亦可以與質譜分析狹縫23分開構成。
射束駐留裝置24利用施加在一對駐留電極25a、25b之間之電場而使離子束偏向，並使離子束從束線A退避。例如，藉由以第1駐留電極25a的電位為基準而對第2駐留電極25b施加負電壓，使離子束從束線A向重力方向下方偏向而入射到集束26。在圖2中，用虛線表示朝向集束26之離子束的軌跡。又，射束駐留裝置24中，藉由將一對駐留電極25a、25b設為同電位，使離子束沿束線A通過下游側。射束駐留裝置24構成為能夠通過切換使離子束通過下游側之第1模式和使離子束入射到集束26之第2模式而進行動作。
在質譜分析狹縫23的下游設置有注入器法拉第杯28。注入器法拉第杯28構成為能夠藉由注入器驅動部29的動作而出入束線A。注入器驅動部29使注入器法拉第杯28向與束線A的延伸方向正交之方向(例如y方向)移動。如圖2的虛線所示，注入器法拉第杯28配置在束線A上的情況下，阻斷朝向下游側之離子束。另一方面，如圖2的實線所示，注入器法拉第杯28從束線A上移開時，解除朝向下游側之離子束的阻斷。
注入器法拉第杯28構成為對由質譜分析部20質譜分析之離子束的射束電流進行計測。注入器法拉第杯28藉由一邊改變質譜分析磁鐵21的磁場強度一邊測量射束電流，能夠計測離子束的質譜分析光譜。使用所計測之質譜分析光譜，能夠計算質譜分析部20的質譜分解度。
射束整形部30具備收斂/發散四極透鏡(Q透鏡)等收斂/發散裝置，構成為將通過質譜分析部20之離子束整形為所期望的截面形狀。射束整形部30例如由電場式的三段四極透鏡(亦稱為三極Q透鏡)構成，具有三個四極透鏡30a、30b、30c。射束整形部30藉由使用三個透鏡裝置30a～30c，能夠分別針對x方向及y方向獨立調整離子束的收斂或發散。射束整形部30可以包括磁場式的透鏡裝置，亦可以包括利用電場和磁場這兩者對射束進行整形之透鏡裝置。
射束掃描部32構成為提供射束的往復掃描，係沿x方向掃描所整形之離子束之射束偏向裝置。射束掃描部32具有在射束掃描方向(x方向)上相對向之掃描電極對。掃描電極對與可變電壓電源(未圖示)連接，藉由使施加在掃描電極對之間之電壓周期性地變化而使電極之間產生之電場變化，從而使離子束偏向各種角度。其結果，離子束在x方向的整個掃描範圍內被掃描。在圖1中，藉由箭頭X表示射束的掃描方向及掃描範圍，用單點鏈線表示掃描範圍內的離子束的複數個軌跡。再者，射束掃描部32亦可以被其他射束掃描裝置替換，射束掃描裝置亦可以構成為利用磁場之磁鐵裝置。
射束平行化部34構成為使被掃描之離子束的進行方向與設計上的束線A的軌道平行。射束平行化部34具有在y方向的中央部設置有離子束的通過狹縫之圓弧形狀的複數個平行化透鏡電極。平行化透鏡電極與高壓電源(未圖示)連接，使藉由施加電壓而產生之電場作用於離子束，從而使離子束的進行方向平行。再者，射束平行化部34亦可以被其他射束平行化裝置替代，射束平行化裝置亦可以構成為利用磁場之磁鐵裝置。
在射束平行化部34的下游亦可以設置用於加速或減速離子束的AD(Accel/Decel：加速/減速)立柱(未圖示)。
角能量過濾器(AEF)36構成為分析離子束的能量並將所需能量的離子偏向下方而引導至真空處理室16。角能量過濾器36具有電場偏向用的AEF電極對。AEF電極對與高壓電源(未圖示)連接。在圖2中，藉由對上側的AEF電極施加正電壓、對下側的AEF電極施加負電壓，使離子束偏向下方。再者，角能量過濾器36可以由磁場偏向用的磁鐵裝置構成，亦可以由電場偏向用的AEF電極對和磁鐵裝置的組合構成。
如此，束線裝置14將應該照射到基板S之離子束供給至真空處理室16。在本實施方式中，將離子生成裝置12及束線裝置14亦稱為射束生成裝置。射束生成裝置構成為藉由調整構成射束生成裝置之各種機器的動作參數，來生成用於實現所期望的處理條件的離子束。
真空處理室16從束線A的上游側依序具備能量狹縫38、電漿簇射裝置40、側杯(side cup)42(42L、42R)、輪廓儀杯(profiler cup)44及射束阻擋器46。真空處理室16具備保持1片或複數片基板S之基板支架50、支撐基板支架50之支撐機構52。
能量狹縫38設置於角能量過濾器36的下游側，與角能量過濾器36一起進行入射於基板S之離子束的能量分析。能量狹縫38係由在射束掃描方向(x方向)上橫長的狹縫構成之能量限制狹縫(EDS；Energy Defining Slit)。能量狹縫38使所期望的能量值或能量範圍的離子束通過基板S，並遮蔽除此以外的離子束。
電漿簇射裝置40位於能量狹縫38的下游側。電漿簇射裝置40根據離子束的射束電流量向離子束及基板S的表面(基板處理面)供給低能量電子，抑制在離子植入中所產生之基板處理面中的正電荷的充電。電漿簇射裝置40例如包括供離子束通過之簇射管、向簇射管內供給電子之電漿發生裝置。
側杯42(42L、42R)構成為在向基板S的離子植入處理中測量離子束的射束電流。側杯42L、42R相對於配置在束線A上之基板S向左右(x方向)錯開配置，並配置於在離子植入時不遮蔽朝向基板S之離子束之位置。由於離子束超出基板S所在的範圍沿x方向被掃描，因此在離子植入時，被掃描之射束的一部分會入射於側杯42L、42R。藉此，藉由側杯42L、42R計測離子植入處理中的射束電流量。
輪廓儀杯44係構成為測量基板處理面中的射束電流之法拉第杯。輪廓儀杯44構成為藉由輪廓驅動裝置45的動作可動，在離子植入時從基板S所在之植入位置退避，在基板S未位於植入位置時插入到植入位置。輪廓儀杯44藉由一邊沿x方向移動一邊測量射束電流，能夠遍及x方向的射束掃描範圍的整體測量射束電流。輪廓儀杯44亦可以形成為複數個法拉第杯沿x方向排列而成的陣列狀，以能夠同時計測射束掃描方向(x方向)的複數個位置中的射束電流。
側杯42及輪廓儀杯44中的至少一方可以具備用於測量射束電流量的單一的法拉第杯，亦可以具備用於測量射束的角度資訊的角度計測器。角度計測器例如具備狹縫、從狹縫沿射束進行方向(z方向)分離設置之複數個電流檢測部。角度計測器例如藉由利用沿狹縫寬度方向排列之複數個電流檢測部計測通過狹縫之射束，能夠測量狹縫寬度方向的射束的角度成分。側杯42及輪廓儀杯44中的至少一方亦可以具備能夠測量x方向的角度資訊之第1角度測量器、能夠測量y方向的角度資訊之第2角度測量器。
基板支架50包括用於保持基板S的靜電吸盤等。基板支架50由支撐機構52支撐。支撐機構52包括扭轉機構53、往復運動機構54及傾斜機構55。
扭轉機構53係調整基板S的旋轉角之機構，藉由以基板處理面的法線為軸使基板S旋轉，來調整設置於基板S的外周部之對準標記與基準位置之間的扭轉角。在此，基板S的對準標記是指設置於基板S的外周部之凹槽(Notch)或定向平面(orientation flat)，是指成為基板S的結晶軸方向或基板S的周圍方向的角度位置的基準之標記。扭轉機構53設置於基板支架50與往復運動機構54之間。
往復運動機構54藉由使扭轉機構53沿與射束掃描方向(x方向)正交之往復運動方向(y方向)進行往復運動，使由基板支架50保持之基板S沿y方向進行往復運動。在圖2中，藉由箭頭Y例示基板S的往復運動。
傾斜機構55係調整基板S的斜度之機構，對朝向基板處理面之離子束的進行方向與基板處理面的法線之間的傾斜角進行調整。在本實施方式中，將基板S的傾斜角中之以x方向的軸為旋轉的中心軸之角度作為傾斜角進行調整。傾斜機構55設置於往復運動機構54與真空處理室16的內壁之間，構成為藉由使往復運動機構54沿R方向進行旋轉來調整由基板支架50保持之基板S的傾斜角。
支撐機構52構成為能夠使由基板支架50保持之基板S在離子束照射到基板S之植入位置和在基板搬送裝置18之間搬入或搬出基板S之搬送位置之間移動。圖2表示基板S位於植入位置之狀態，支撐機構52以由基板支架50保持之基板S與束線A成為交叉的位置及方向的方式支撐基板支架50。基板S的搬送位置與藉由設置於基板搬送裝置18之搬送機構或搬送機器人通過搬送口48而搬入或搬出基板S時的基板支架50的位置相對應。
射束阻擋器46設置於束線A的最下游，例如，安裝於真空處理室16的內壁。在束線A上不存在基板S的情況下，離子束入射於射束阻擋器46。射束阻擋器46位於連接真空處理室16與基板搬送裝置18之間之搬送口48附近，設置於比搬送口48更靠鉛直下方的位置。
在射束阻擋器46上設置有複數個調諧杯47(47a、47b、47c、47d)。複數個調諧杯47係構成為測量入射於射束阻擋器46之離子束的射束電流之法拉第杯。複數個調諧杯47沿x方向隔開間隔而配置。複數個調諧杯47例如用於不使用輪廓儀杯44而簡單地測量植入位置中的射束電流。
側杯42(42L、42R)、輪廓儀杯44及調諧杯47(47a～47d)係用於測量射束電流作為離子束的物理量的射束測量裝置、或用於檢測射束電流作為離子束的物理量的射束檢測部(beam detector)。側杯42(42L、42R)、輪廓儀杯44及調諧杯47(47a～47d)亦可以是用於測量射束角度作為離子束的物理量的射束測量裝置、或用於檢測射束角度作為離子束的物理量的射束檢測部。
基板處理裝置10還具備控制裝置56。控制裝置56控制基板處理裝置10的整體動作。控制裝置56在硬體上由以電腦的CPU或記憶體為代表之元件或機械裝置來實現，在軟體上由電腦程式等來實現。由控制裝置56提供之各種機能能夠藉由硬體及軟體的協同來實現。
控制裝置56包括CPU(Central Processing Unit：核心處理單元)等處理器57和ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)或RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)等記憶體58。例如，藉由處理器57執行儲存在記憶體58中之程式，控制裝置56依據程式控制基板處理裝置10的整體動作。處理器57可以執行儲存在與記憶體58不同之任意儲存裝置中之程式，亦可以執行由讀取裝置從任意的記錄媒體中獲取之程式，亦可以執行經由網絡獲取之程式。儲存有程式之記憶體58可以為DRAM(Dynamic Random Access Memory：動態隨機存取記憶體)等揮發性記憶體，亦可以為EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：電氣可抹除可程式)、快閃記憶體、磁阻記憶體(Magnetoresistive RAM)、電阻式隨機存取記憶體(Resistive random-access memory)、鐵電式隨機存取記憶體(Ferroelectric RAM)等非揮發性記憶體。非揮發性記憶體、磁帶及磁碟(magnetic disk)等磁性記錄媒體、以及光碟(optical disk)等光學記錄媒體是非暫時(non-transitory)且有形(tangible)的電腦可讀取(computer readable)的記錄媒體(storage medium)的一例。
控制裝置56所提供之各種機能可以藉由具備處理器57及記憶體58之單一的裝置來實現，亦可以藉由分別具備處理器57及記憶體58之複數個裝置的協同來實現。
基板處理裝置10還具備導熱氣體供給排出系統80。導熱氣體供給排出系統80構成為向由基板支架50保持之基板S與基板支架50之間的封閉之導熱空間82供給氣體，從導熱空間82排出氣體。供給至導熱空間82之氣體用於調整基板S的溫度。導熱氣體供給排出系統80具備與導熱空間82連通之氣體路徑84、向氣體路徑84供給氣體之氣體供給路86、從氣體路徑84排出氣體之氣體排出路88、能夠在氣體路徑84與氣體供給路86之間開閉的第1閥90、能夠在氣體路徑84與氣體排出路88之間開閉的第2閥92、向氣體供給路86供給氣體之氣體供給源94。
導熱氣體供給排出系統80藉由控制第1閥90及第2閥92的開閉，來控制向氣體路徑84的氣體供給和從氣體路徑84的氣體排出。導熱氣體供給排出系統80藉由打開第1閥90並關閉第2閥92，從氣體供給路86通過氣體路徑84向導熱空間82供給氣體。導熱氣體供給排出系統80藉由關閉第1閥90並打開第2閥92，從導熱空間82通過氣體路徑84向氣體排出路88排出氣體。
在由基板支架50保持未處理基板之狀態下，導熱氣體供給排出系統80藉由關閉第2閥92並打開第1閥90而向導熱空間82供給氣體。在解除基於基板支架50的處理完畢基板的保持的情況下，導熱氣體供給排出系統80藉由在基板S的保持解除之前，關閉第1閥90並打開第2閥92而從導熱空間82排出氣體。
導熱氣體供給排出系統80關閉第1閥90，從氣體供給源94向氣體供給路86填充成為過填充壓力(第1目標壓力P1)的氣體。導熱氣體供給排出系統80藉由在填充成為過填充壓力的氣體之後打開第1閥90，藉此縮短導熱空間82的氣體壓力達到對基板S的溫度調整較佳的壓力(第2目標壓力P2)的時間。依據本揭示，能夠迅速進行向導熱空間82的氣體供給，並提高基板處理裝置10的生產性。在從導熱空間82排出氣體的情況下，導熱氣體供給排出系統80藉由關閉第1閥90，能夠在從導熱空間82排出氣體之同時向氣體供給路86過填充氣體。其結果，能夠削減用於過填充氣體的追加的處理時間，並能夠提高基板處理裝置10的生產性。
圖3係表示實施方式之導熱氣體供給排出系統80的結構之圖。圖3中示出設置有導熱氣體供給排出系統80的一部分之基板支架50及支撐機構52的詳細內容。在說明導熱氣體供給排出系統80的詳細內容之前，對基板支架50及支撐機構52的結構進行說明。
基板支架50包括工作臺60、流體流路62、吸盤電極64、絕緣層66及密封件68。
工作臺60為基板支架50的基部，由鋁或不鏽鋼等金屬材料構成。工作臺60安裝於支撐軸71的一端，經由支撐軸71由支撐機構52支撐。流體流路62設置於工作臺60的內部。流體流路62是供用於調整工作臺60的溫度的水等溫度調整流體流動之流路。藉由使供給至流體流路62之溫度調整流體的溫度變化，能夠調整工作臺60的溫度。
吸盤電極64設置於絕緣層66的內部。吸盤電極64藉由未圖示之電源所施加之直流電壓，對基板S產生基於靜電吸引的吸附力。絕緣層66設置於工作臺60的上表面。絕緣層66例如由聚醯亞胺等樹脂材料、氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al 2O 3)等陶瓷材料構成。在絕緣層66的外周部設置有與基板S直接接觸之密封件68。基板S由密封件68支撐。形成於基板S與絕緣層66之間之導熱空間82被密封件68封閉。在與絕緣層66的基板S相對向之表面上亦可以形成有用於支撐基板S的複數個凸部。
扭轉機構53具有第1氣密容器70、支撐軸71及馬達72。第1氣密容器70為收納構成扭轉機構53之各種機器之筐體，設置於真空處理室16的內部。支撐軸71從第1氣密容器70朝向基板支架50延伸，支撐基板支架50。支撐軸71構成為能夠相對於第1氣密容器70繞軸進行旋轉。馬達72設置於第1氣密容器70的內部，構成為使支撐軸71轉動。藉由驅動馬達72而支撐軸71轉動，可變控制安裝於支撐軸71的一端之基板支架50的扭轉角。
往復運動機構54具有第2氣密容器74及線性致動器(linear actuator)75。第2氣密容器74為收納構成往復運動機構54之各種機器之筐體，設置於真空處理室16的內部。第2氣密容器74安裝於傾斜機構55，構成為藉由傾斜機構55相對於真空處理室16進行轉動。線性致動器75設置於第1氣密容器70與第2氣密容器74之間，構成為使第1氣密容器70相對於第2氣密容器74進行往復運動。
傾斜機構55具有連通口76。連通口76設置成貫通真空處理室16的壁，並構成為連通第2氣密容器74的內部空間74a和真空處理室16的外部空間16b。藉由連通口76，第2氣密容器74的內部空間74a的氣體壓力與真空處理室16的外部空間16b的氣體壓力成為相同，例如成為大氣壓(760torr)。
支撐機構52還包括連通路77。連通路77構成為連接第1氣密容器70的內部空間70a與第2氣密容器74的內部空間74a。連通路77連接設置於第1氣密容器70的壁上之第1連接口77a和設置於第2氣密容器74的壁上之第2連接口77b之間。藉由連通路77，第1氣密容器70的內部空間70a的氣體壓力與第2氣密容器74的內部空間74a的氣體壓力成為相同，例如成為大氣壓(760torr)。第1氣密容器70及第2氣密容器74亦可以被稱為設置於真空處理室16的內部之大氣箱。再者，第1氣密容器70及第2氣密容器74的內部空間70a、74a的氣體壓力可以為大氣壓，亦可以為高於真空處理室16的內部空間16a的任意的氣體壓力(例如100torr以上)。
導熱氣體供給排出系統80具備導熱空間82、氣體路徑84、氣體供給路86、氣體排出路88、第1閥90、第2閥92、氣體供給源94、質量流量控制器(massflow controller)96及氣體排出口98。
導熱空間82係被由基板支架50保持之基板S、絕緣層66及密封件68封閉之空間。供給至導熱空間82之氣體促進基板S與基板支架50之間的熱傳遞。例如，在基板支架50藉由流過流體流路62之水被冷却的情況下，導熱空間82中的氣體促進從基板S向基板支架50的熱傳遞從而冷卻基板S。導熱空間82中的氣體壓力為了促進熱傳遞而設定為1torr以上且100torr以下，例如為3torr以上且30torr以下，5torr以上且15torr以下為較佳。
氣體路徑84具有第1氣體路徑84a、第2氣體路徑84b及第3氣體路徑84c。第1氣體路徑84a設置於第1氣密容器70的內部空間70a，在第1閥90與第2閥92之間延伸。第2氣體路徑84b設置於第1氣密容器70的內部空間70a，在支撐軸71的周圍以螺旋狀延伸。第3氣體路徑84c在基板支架50及支撐軸71的內部延伸。由於第2氣體路徑84b構成為螺旋狀，因此兼顧第3氣體路徑84c相對於第1氣體路徑84a的轉動和第1氣體路徑84a與第3氣體路徑84c之間的連接。第2氣體路徑84b亦可以代替構成為螺旋狀而藉由具有沒有旋轉限制的機械密封(mechanical seal)機構，可轉動地連接第1氣體路徑84a與第3氣體路徑84c之間。
氣體供給路86設置於第1閥90與質量流量控制器96之間。氣體供給路86具有第1氣體供給路86a、第2氣體供給路86b、第3氣體供給路86c、第1連接部86d及第2連接部86e。第1氣體供給路86a設置於第1氣密容器70的內部空間70a，在第1閥90與第1連接部86d之間延伸。第2氣體供給路86b設置於真空處理室16的內部空間16a，在第1氣密容器70與第2氣密容器74之間延伸。第3氣體供給路86c設置於第2氣密容器74的內部空間74a及真空處理室16的外部空間16b。第1連接部86d設置於第1氣密容器70的壁，連接第1氣體供給路86a與第2氣體供給路86b之間。第2連接部86e設置於第2氣密容器74的壁，連接第2氣體供給路86b與第3氣體供給路86c之間。
氣體排出路88設置於第1氣密容器70的內部空間70a，連接第2閥92與氣體排出口98之間。氣體排出口98設置於第1氣密容器70的壁，朝向真空處理室16的內部空間16a排出氣體。通過氣體排出口98排出至真空處理室16的內部空間16a之氣體通過真空處理室16的真空排氣系統(未圖示)排出至真空處理室16的外部。再者，藉由設置連接氣體排出口98與真空排氣系統之間之追加的氣體排出路，通過氣體排出路88之氣體可以不經由真空處理室16的內部空間16a而排出至真空處理室16的外部。
第1閥90及第2閥92設置於第1氣密容器70的內部空間70a。第1閥90及第2閥92例如為電磁閥，構成為能夠依據來自控制裝置56的指令進行開閉。
氣體供給源94設置於真空處理室16的外部。氣體供給源94向質量流量控制器96供給氣體。氣體供給源94供給具有大於過填充壓力(第1目標壓力P1)的氣體壓力之氣體。氣體供給源94具有收納氣體之儲氣瓶(gas bomb)100、能夠在儲氣瓶100與質量流量控制器96之間開閉的閥102。閥102可以為依據來自控制裝置56的指令而可開閉的電磁閥，亦可以為可手動進行開閉的閘閥。
質量流量控制器96設置於真空處理室16的外部。質量流量控制器96具有流量控制閥104、流量感測器106及第1壓力感測器108。流量控制閥104構成為可變控制從氣體供給源94供給至氣體供給路86之氣體的流量。流量感測器106對流過氣體供給路86之氣體的流量進行計測。第1壓力感測器108對氣體供給路86的氣體壓力進行計測。控制裝置56獲取流量感測器106及第1壓力感測器108的計測值。
質量流量控制器96藉由依據來自控制裝置56的指令來控制流量控制閥104的開度，可變控制供給至氣體供給路86之氣體的流量。質量流量控制器96亦可以依據流量感測器106及第1壓力感測器108的計測結果可變控制氣體流量。質量流量控制器96例如亦可以依據從控制裝置56指令之目標壓力，可變控制氣體流量，以使氣體供給路86的氣體壓力成為目標壓力。
導熱氣體供給排出系統80還可以具備第2壓力感測器110及第3壓力感測器112。第2壓力感測器110設置於第1氣密容器70的內部空間70a，對氣體排出路88的氣體壓力進行計測。第3壓力感測器112設置於第1氣密容器70的內部空間70a，對氣體路徑84的氣體壓力進行計測。控制裝置56亦可以獲取第2壓力感測器110及第3壓力感測器112中的至少一方的計測值。
第3壓力感測器112可以具有壓差感測器，亦可以輸出壓差信號，所述壓差信號顯示出真空處理室16的內部空間16a的氣體壓力與氣體路徑84的氣體壓力之差是否超過預定的閾值。在此，能夠將預定的閾值設為對導熱空間82中的熱傳遞較佳的氣體壓力的下限值，例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。控制裝置56可以從壓差感測器獲取壓差信號。
第3壓力感測器112亦可以具有複數個壓差感測器。第3壓力感測器112亦可以具有第1壓差感測器及第2壓差感測器。第1壓差感測器亦可以輸出第1壓差信號，所述第1壓差信號顯示出真空處理室16的內部空間16a的氣體壓力與氣體路徑84的氣體壓力之差是否超過第1閾值。第2壓差感測器亦可以輸出第2壓差信號，所述第2壓差信號顯示出真空處理室16的內部空間16a的氣體壓力與氣體路徑84的氣體壓力之差是否超過大於第1閾值的第2閾值。在此，能夠將第1閾值設為對導熱空間82中的熱傳遞較佳的氣體壓力的下限值，例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。能夠將第2閾值設為對導熱空間82中的熱傳遞較佳的氣體壓力的上限值，例如能夠在15torr以上且100torr以下的範圍內進行設定。第2閾值例如亦可以在30torr以上且70torr以下的範圍內進行設定。控制裝置56亦可以獲取第1壓差信號及第2壓差信號。
圖4係表示基板處理裝置10的動作的一例之時序圖。圖4表示將未處理基板搬入真空處理室16而執行對基板S的表面的處理，並將處理完畢基板從真空處理室16搬出為止的流程。
圖4的第1時間點t1係對基板支架50配置未處理基板之前的狀態。在第1時間點t1，基板S未保持在基板支架50上，打開第2閥92，關閉第1閥90。在第1時間點t1，開始向氣體供給路86填充成為過填充壓力(第1目標壓力P1)的氣體。控制裝置56將質量流量控制器96的目標壓力設定為第1目標壓力P1。質量流量控制器96打開流量控制閥104開始向氣體供給路86的氣體供給，並使氣體供給路86的氣體壓力上升至第1目標壓力P1。例如，在從第1時間點t1起經過預定時間之後的第2時間點t2，氣體供給路86的氣體壓力達到第1目標壓力P1。從第1時間點t1到第2時間點t2為止所需的時間例如為0.5秒以上且5秒以下，較佳為2秒以下。在氣體供給路86的氣體壓力達到第1目標壓力P1以上之後，控制裝置56將質量流量控制器96的目標壓力設定為第2目標壓力P2。
第1目標壓力P1大於對基板S的溫度調整較佳的第2目標壓力P2。第2目標壓力P2為1torr以上且100torr以下，例如為3torr以上且30torr以下，較佳為5torr以上且15torr以下。第1目標壓力P1為2torr以上且2100torr以下，例如為6torr以上且630torr以下，較佳為10torr以上且315torr以下。在第1時間點t1，氣體供給路86的氣體壓力為第2目標壓力P2。在第1時間點t1，氣體路徑84及氣體排出路88的氣體壓力與成為植入處理所需的高真空狀態的真空處理室16的內部空間16a的氣體壓力(高真空壓力P0)相等。高真空壓力P0小於1torr，例如為10 -3torr以下或10 -5torr以下。
質量流量控制器96亦可以如下進行控制：依據流量感測器106的計測值，藉由流量控制閥104控制供給至氣體供給路86之氣體的流量及氣體的供給時間，藉此使氣體供給路86的氣體壓力成為第1目標壓力P1。質量流量控制器96亦可以如下進行控制：依據第1壓力感測器108的計測值，藉由流量控制閥104控制供給至氣體供給路86之氣體的流量，以使氣體供給路86的氣體壓力成為第1目標壓力P1。
在圖4的第3時間點t3，在基板支架50上配置未處理基板，開始基於基板支架50的基板S的保持。例如，藉由對基板支架50的吸盤電極64施加電壓，基板S由於靜電吸引而被保持。在基板支架50上配置未處理基板之第3時間點t3，打開第2閥92，關閉第1閥90。由基板支架50保持未處理基板之第3時間點t3，可以在氣體供給路86的氣體壓力成為第1目標壓力P1的第2時間點t2之前，亦可以在開始氣體供給路86中的氣體過填充之第1時間點t1之前。
接著，在第4時間點t4關閉第2閥92，在之後的第5時間點t5打開第1閥90。第1閥90的打開在如下條件下執行：基板S由基板支架50保持，並且氣體供給路86的壓力成為第1目標壓力P1。第1閥90的打開還以第2閥92關閉為條件為較佳。但是，在裝置上的實際安裝中，關閉第2閥92的第4時間點t4和打開第1閥90的第5時間點t5的前後關係沒有嚴格地限制。亦即，打開第1閥90的第5時間點t5和關閉第2閥92的第4時間點t4可以為同時，亦可以為在關閉第2閥92的第4時間點t4稍前。
若在第5時間點t5打開第1閥90，則從氣體供給路86向氣體路徑84供給氣體。其結果，氣體供給路86的壓力從第1目標壓力P1下降，並且氣體路徑84的壓力從高真空壓力P0上升。在之後的第6時間點t6，氣體路徑84與氣體供給路86的壓力成為相等的平衡狀態，成為對基板S的溫度調整較佳的第2目標壓力P2。在將氣體供給路86的容積設為V1、氣體路徑84的容積設為V2的情況下，藉由設為第1目標壓力P1=P2×(V1+V2)/V1，平衡狀態下的壓力成為第2目標壓力P2。從第5時間點t5到第6時間點t6為止所需的時間為1秒以下，例如為0.5秒以下，較佳為0.2秒以下。
質量流量控制器96亦可以藉由在關閉流量控制閥104而停止從氣體供給源94向氣體供給路86的氣體供給的情況下打開第1閥90，將氣體供給路86的氣體壓力設為第2目標壓力P2。質量流量控制器96亦可以如下進行控制：依據流量感測器106及第1壓力感測器108中的至少一方的計測值，藉由流量控制閥104控制供給至氣體供給路86之氣體的流量，以使氣體供給路86的氣體壓力成為第2目標壓力P2。
若在第6時間點t6，氣體路徑84的氣體壓力成為第2目標壓力P2，則導熱空間82的氣體壓力亦成為第2目標壓力P2，成為能夠適當地調整由基板支架50保持之基板S的溫度的狀態。在第6時間點t6，開始對基板S的處理，例如，開始對基板S照射離子束之離子植入處理。對基板S的處理的開始亦可以在如下條件下執行：從在第5時間點t5打開第1閥90起經過預定時間。
再者，亦可以在第6時間點t6氣體路徑84的氣體壓力達到第2目標壓力P2之前，開始對基板S的處理。例如，亦可以以氣體路徑84的氣體壓力超過第3目標壓力P3為條件，開始對基板S的處理。第3目標壓力P3例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。控制裝置56亦可以以在打開第1閥90之後第3壓力感測器112的計測值超過第3目標壓力P3為條件，開始對基板S的處理。在第3壓力感測器112具有第1壓差感測器的情況下，控制裝置56亦可以以從第1壓差感測器獲取顯示出超過第1閾值之第1壓差信號為條件，開始對基板S的處理。第1閾值例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。
在從第6時間點t6到第7時間點t7為止的基板處理中，將氣體供給路86的氣體壓力維持為第2目標壓力P2。由於質量流量控制器96的目標壓力被設定為第2目標壓力P2，因此質量流量控制器96以氣體供給路86的氣體壓力成為第2目標壓力P2的方式控制流量控制閥104。藉此，在基板處理中，通過氣體路徑84而將導熱空間82的氣體壓力維持為第2目標壓力P2，將基板S的溫度維持為被適當調整的狀態。再者，在基板處理中，在從導熱空間82、氣體路徑84及氣體供給路86未發生漏氣的情況下，質量流量控制器96亦可以藉由在關閉流量控制閥104而停止從氣體供給源94向氣體供給路86的氣體供給的情況下，將氣體供給路86的氣體壓力維持為第2目標壓力P2。
在從第6時間點t6的對基板S的處理開始起經過預定時間之後，在第7時間點t7結束對基板S的處理，例如，停止對基板S的離子束的照射。關於對基板S的處理時間，可以作為對基板S的處理條件按每個基板或每一批進行設定。
之後，在第8時間點t8關閉第1閥90。控制裝置56例如以對基板S的處理的完成為條件關閉第1閥90。控制裝置56亦可以在從打開第1閥90的第5時間點t5起經過預定時間之後，關閉第1閥90。控制裝置56亦可以在從由於第1閥90的打開而氣體路徑84的氣體壓力成為第2目標壓力P2的第6時間點t6起經過預定時間之後，關閉第1閥90。
之後，在第9時間點打開第2閥92。第2閥92的開放可以在如下條件下執行：基板S被基板支架50保持，並且完成了對基板S的處理。第2閥92的打開還以第1閥90關閉為條件為較佳。但是，在裝置上的實際安裝中，關閉第1閥90的第8時間點t8和打開第2閥92的第9時間點t9的前後關係沒有嚴格地限制。亦即，打開第2閥92的第9時間點t9和關閉第1閥90的第8時間點t8可以為同時，亦可以為關閉第1閥90的第8時間點t8稍前。
若在第9時間點t9打開第2閥92，則從氣體路徑84向氣體排出路88排出氣體。氣體排出路88經由氣體排出口98而與真空處理室16的內部空間16a連通，藉由真空處理室16的真空排氣系統維持為高真空壓力P0。若打開第2閥92，則氣體路徑84的氣體壓力從第2目標壓力P2向高真空壓力P0下降。又，若打開第2閥92，則氣體排出路88的氣體壓力在上升之後，向高真空壓力P0下降。
之後，若在第10時間點t10氣體路徑84及氣體排出路88的壓力達到第3目標壓力P3，則能夠解除基於基板支架50的基板S的保持。第3目標壓力P3以不發生因基板S的表面與背面的壓力差引起之基板S跳動的程度設定為較低的壓力，例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。控制裝置56以第2壓力感測器110或第3壓力感測器112的計測值成為第3目標壓力P3以下為條件，關閉施加到基板支架50的吸盤電極64上的電極，並在第11時間點t11解除基板S的保持。在第3壓力感測器112具有第1壓差感測器的情況下，控制裝置56亦可以以從第1壓差感測器獲取顯示出未超過第1閾值之第1壓差信號為條件，解除基板S的保持。第1閾值例如能夠在1torr以上且5torr以下的範圍內進行設定。在第11時間點t11解除基板S的保持之後，從真空處理室16搬出處理完畢基板。
在圖4所示之例中，將第3目標壓力P3設定為用於基板S的處理開始及基板S的保持解除的共通的閾值。在變形例中，亦可以分別設定用於基板S的處理開始的閾值和用於基板S的保持解除的閾值。用於基板S的處理開始的閾值亦可以大於用於基板S的保持解除的閾值。用於基板S的處理開始的閾值亦可以小於用於基板S的處理開始的閾值。
控制裝置56亦可以在從基板S被基板支架50保持之第3時間點t3到第11時間點t11為止的期間中，在氣體路徑84的氣體壓力超過比第2目標壓力P2還大的第2閾值的情況下，輸出錯誤，並中斷對基板S的處理。第2閾值以因基板S的表面與背面的壓力差而難以保持基板S的程度設定為較高壓力，例如能夠在30torr以上且100torr以下的範圍內進行設定。控制裝置56亦可以在第3壓力感測器112的計測值超過第2閾值的情況下，輸出錯誤。控制裝置56亦可以在第3壓力感測器112具有第2壓差感測器的情況下，以從第2壓差感測器獲取顯示出超過第2閾值之第2壓差信號為條件，輸出錯誤。控制裝置56亦可以在氣體路徑84的氣體壓力超過第2閾值的情況下，打開第2閥92而使氣體路徑84的氣體壓力下降。
為了連續處理複數個基板S，能夠重複執行圖4所示之處理流程。例如，在第11時間點t11搬出第1基板之後，為了進行對下一個第2基板的處理，能夠從第1時間點t1開始執行圖4的處理流程。此時，為了第2基板而開始向氣體供給路86填充成為過填充壓力(第1目標壓力P1)的氣體之第1時間點t1亦可以在解除第1基板的保持之第11時間點t11之前。例如，若在完成對第1基板的處理而關閉第1閥90的第8時間點t8之後，則為了第2基板能夠開始向氣體供給路86填充成為過填充壓力(第1目標壓力P1)的氣體。亦即，若在第1閥90的關閉期間，則能夠同時執行為了搬出第1基板而從導熱空間82排出氣體並解除第1基板的保持之製程、及為了第2基板而向氣體供給路86過填充氣體之製程。其結果，能夠縮短或省略用於過填充氣體的追加的處理時間，並能夠提高基板處理裝置10的生產性。
在連續處理複數個基板S的情況下，亦可以依據分別對應於複數個基板S的處理條件等而變更第2目標壓力P2的值。例如，在基板的溫度容易上升的處理條件的情況下，亦可以藉由使第2目標壓力P2大於標準值來提高基板S與基板支架50之間的熱傳遞效率。又，在特意提高基板的溫度而進行處理之高溫處理的情況下，亦可以藉由使第2目標壓力P2小於標準值來特意降低基板S與基板支架50之間的熱傳遞效率，從而促進基板S的溫度上升。在第2目標壓力P2變更的情況下，根據第1目標壓力P1與第2目標壓力P2之間的關係式，第1目標壓力P1亦會變更。
亦可以依據工作臺60的溫度變更第2目標壓力P2的值。例如，在長時間連續地進行處理的情況下，基於流過流體流路62之水的工作臺60的冷却能力不足，有時工作臺60的溫度會上升。在對工作臺60的溫度進行計測之溫度感測器的計測值上升並高於預定的閾值的情況下，亦可以藉由使第2目標壓力P2大於標準值來提高基板S與基板支架50之間的導熱效率，從而抑制基板S的冷却力的下降。此外，亦可以依據連續處理基板之處理次數而變更第2目標壓力P2的值。在第2目標壓力P2變更的情況下，根據第1目標壓力P1與第2目標壓力P2之間的關係式，第1目標壓力P1亦會變更。
圖5係表示實施方式之基板處理方法的一例之流程圖。向真空處理室16搬入基板S並由基板支架50保持基板S(S10)，關閉第1閥90並向氣體供給路86填充氣體(S12)。直到氣體供給路86內的氣體壓力達到第1目標壓力P1以上為止持續氣體的填充(S14的否)，在氣體供給路86內的氣體壓力達到第1目標壓力P1以上的情況下(S14的是)，關閉第2閥92，打開第1閥90並將氣體供給路86內的氣體供給至氣體路徑84(S16)。接著，對基板S的表面進行處理(S18)，在處理完基板S之後關閉第1閥90，打開第2閥92並將氣體路徑84內的氣體排出至氣體排出路88(S20)。在打開第2閥92之後，解除基於基板支架50的基板S的保持並從真空處理室16搬出基板S(S22)。若存在下一個應進行處理的基板S(S24的是)，則重複S10～S22的處理。若沒有下一個應進行處理的基板S(S24的否)，則結束本流程。
圖6係表示第1變形例之導熱氣體供給排出系統80A的結構之圖。在第1變形例中，進一步設置有可開閉第1氣體供給路86a的第3閥114，這一點與上述的實施方式不同。對於第1變形例，以與上述的實施方式的不同點為中心進行說明，並適當省略共通點。
導熱氣體供給排出系統80A具備導熱空間82、氣體路徑84、氣體供給路86、氣體排出路88、第1閥90、第2閥92、氣體供給源94、質量流量控制器96、氣體排出口98及第3閥114。
第3閥114設置於第1氣密容器70的內部空間70a。第3閥114設置於第1氣體供給路86a的途中，設為可開閉第1氣體供給路86a。第3閥114例如為電磁閥，構成為能夠依據來自控制裝置56的指令進行開閉。第1氣體供給路86a分為設置於第1連接部86d與第3閥114之間之第1部分86f和設置於第3閥114與第1閥90之間之第2部分86g。
第3閥114在關閉第1閥90時開放。第3閥114在關閉第1閥90並打開第2閥92以排出氣體路徑84的氣體之後打開。第3閥114在關閉第1閥90並向氣體供給路86填充氣體以成為第1目標壓力P1之製程中打開。因此，在向氣體供給路86填充氣體之製程中，向第3閥114與第1閥90之間的第2部分86g填充成為第1目標壓力P1的氣體。
第3閥114在打開第1閥90之前關閉。第3閥114在氣體供給路86的氣體壓力成為第1目標壓力P1之後關閉。第3閥114在打開第1閥90並從氣體供給路86向氣體路徑84開始氣體供給之前關閉。當打開第1閥90時，填充到第1閥90與第3閥114之間的第2部分86g之氣體被供給至氣體路徑84。
依據本變形例，藉由設置第3閥114，能夠從具有比氣體供給路86的整體容積V1小的容積V3之第2部分86g向氣體路徑84供給氣體。藉由使第2部分86g的容積V3小於容積V1，能夠進一步縮短氣體路徑84的氣體壓力達到第2目標壓力P2為止的時間。在本變形例中，第1目標壓力P1=P2×(V3+V2)/V3。
圖7係表示打開第1閥90時的氣體路徑84的壓力變化的一例之圖表。曲線120是不向氣體供給路86過填充氣體之比較例。曲線122是不設置第3閥114並向氣體供給路86過填充氣體之實施例，與上述圖3的實施方式相對應。曲線124是設置第3閥114並向氣體供給路86過填充氣體之實施例，與圖6的變形例相對應。在圖7中，將第2目標壓力P2設為15torr，將氣體供給路86的容積V1為150cm 3，將氣體路徑84的容積V2設為50cm 3，將第2部分86g的容積V3設為10cm 3。
在成為比較例的曲線120的條件下，不向氣體供給路86過填充氣體，而在打開第1閥90的同時將質量流量控制器96的目標壓力從0torr變更為第2目標壓力P2，藉此從氣體供給路86向氣體路徑84供給氣體。在該情況下，從第1閥90打開1秒後的氣體路徑84的壓力為11torr，未達到第2目標壓力P2。在該條件下，達到第2目標壓力P2需要5秒以上的時間。在成為實施例的曲線122的條件下，藉由將第1目標壓力P1設為20torr並向氣體供給路86過填充氣體，能夠在從第1閥90打開0.7秒後使氣體路徑84的壓力達到第2目標壓力P2。在成為實施例的曲線124的條件下，藉由將第1目標壓力P1設為100torr並向氣體供給路86過填充氣體，能夠在從第1閥90打開0.1秒後使氣體路徑84的壓力達到第2目標壓力P2。由此可見，藉由減小過填充供給至氣體路徑84之氣體之第2部分86g的容積V3，並提高過填充到第2部分86g之氣體的第1目標壓力P1，能夠縮短氣體路徑84的氣體壓力達到第2目標壓力P2為止的時間。
為了縮短氣體路徑84的壓力達到第2目標壓力P2為止的時間，使第2部分86g的容積V3小於氣體路徑84的容積V2是有效的，例如，設為氣體路徑84的容積V2的50%以下或20%以下為較佳。再者，若第2部分86g的容積V3過小，則必須使第1目標壓力P1非常高，因此第2部分86g的容積V3設為氣體路徑84的容積V2的5%以上為較佳。
在使第2部分86g的容積V3小於氣體路徑84的容積V2的情況下，第1目標壓力P1需要設定為第2目標壓力P2的2倍以上。在將第2部分86g的容積V3設為氣體路徑84的容積V2的5%的情況下，第1目標壓力P1需要設定為第2目標壓力P2的21倍。例如，若第2目標壓力P2為1torr以上100torr以下，則第1目標壓力P1能夠在2torr以上且2100torr以下的範圍內進行設定。
圖8係表示第2變形例之導熱氣體供給排出系統80B的結構之圖。在第2變形例中，氣體路徑84的往程和返程是分開的，藉由連接第1閥90與導熱空間82之間之往程和連接導熱空間82與第2閥92之間之返程構成氣體路徑84。對於第2變形例，以與上述的實施方式的不同點為中心進行說明，並適當省略共通點。
氣體路徑84具有第1氣體路徑84d、第2氣體路徑84e、第3氣體路徑84f、第4氣體路徑84g、第5氣體路徑84h及第6氣體路徑84i。第1氣體路徑84d設置於第1氣密容器70的內部空間70a，與第1閥90連接。第2氣體路徑84e設置於第1氣密容器70的內部空間70a，在支撐軸71的周圍以螺旋狀延伸。第3氣體路徑84f在基板支架50及支撐軸71的內部延伸。第1氣體路徑84d、第2氣體路徑84e及第3氣體路徑84f構成用於從第1閥90向導熱空間82供給氣體之往程。
第4氣體路徑84g在基板支架50及支撐軸71的內部延伸。第5氣體路徑84h設置於第1氣密容器70的內部空間70a，在支撐軸71的周圍以螺旋狀延伸。第6氣體路徑84i設置於第1氣密容器70的內部空間70a，與第2閥92連接。第4氣體路徑84g、第5氣體路徑84h及第6氣體路徑84i構成用於從導熱空間82向第2閥92排出氣體的返程。
第3壓力感測器112亦可以設置於第1氣體路徑84d或第6氣體路徑84i。
在本變形例中，由於第2氣體路徑84e構成為螺旋狀，因此兼顧第3氣體路徑84f相對於第1氣體路徑84d的轉動和第1氣體路徑84d與第3氣體路徑84f之間的連接。又，由於第5氣體路徑84h構成為螺旋狀，因此兼顧第4氣體路徑84g相對於第6氣體路徑84i的轉動和第6氣體路徑84i與第4氣體路徑84g之間的連接。第2氣體路徑84e及第5氣體路徑84h代替構成為螺旋狀，亦可以具有沒有旋轉限制的機械密封機構。
在本變形例中，亦能夠發揮與上述的實施方式相同的效果。
以上，參照上述的各實施方式對本揭示進行了說明，但本揭示並不限定於上述的各實施方式，可以適當組合亦可以替換各實施方式的結構。又，依據本領域技術人員的知識，能夠適當替換各實施方式中的組合或處理順序或者對實施方式施加各種設計變更等變形，該種替換或施加變形之實施方式可以包含在本揭示之基板處理裝置、基板處理方法及半導體元件製造方法的範圍內。
對於本領域技術人員顯而易見的是，上述的導熱氣體供給排出系統80、80A、80B能夠運用到用於在真空處理室內對基板S進行處理的任意的基板處理裝置中，並且不限於上述的離子植入裝置。成為本揭示的對象的基板處理裝置可以為化學氣相沈積(CVD；chemical vapor deposition)、物理氣相沈積(PVD；Physical VaporDeposition)、分子束外延(MBE：molecular beam epitaxy)等使用薄膜堆積法之薄膜堆積裝置，亦可以為電漿處理裝置、蝕刻裝置、灰化(ashing)裝置等。在基板S為半導體晶圓的情況下，半導體元件之製造方法能夠包括上述的基板處理方法。成為本揭示的對象的半導體元件之製造方法代替上述的離子植入製程或除此以外，亦可以包括薄膜堆積製程、電漿處理製程、蝕刻製程、灰化製程等。
本揭示之實施方式可以採取，可以採用包括記載本揭示之方法之電腦可讀取的一個以上的順序之電腦程式的形態，亦可以採用儲存有這種電腦程式之非暫時且有形的記錄媒體(例如，非揮發性記憶體、磁帶、磁碟或光碟)的形態。處理器亦可以藉由執行這種電腦程式來實現本揭示之方法。 本申請案係主張基於2022年3月1日申請之日本專利申請第2022-031270號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。
10:基板處理裝置 16:真空處理室 50:基板支架 52:支撐機構 53:扭轉機構 54:往復運動機構 55:傾斜機構 56:控制裝置 68:密封件 82:導熱空間 84:氣體路徑 86:氣體供給路 88:氣體排出路 90:第1閥 92:第2閥 104:流量控制閥 106:流量感測器 108:第1壓力感測器 110:第2壓力感測器 112:第3壓力感測器 114:第3閥 S:基板
[圖1]係表示實施方式之基板處理裝置的概略結構之俯視圖。 [圖2]係表示實施方式之基板處理裝置的概略結構之俯視圖。 [圖3]係表示實施方式之導熱氣體供給排出系統的結構之圖。 [圖4]係表示基板處理裝置的動作的一例之時序圖。 [圖5]係表示實施方式之基板處理方法的一例之流程圖。 [圖6]係表示第1變形例之導熱氣體供給排出系統的結構之圖。 [圖7]係表示打開第1閥時的氣體路徑的壓力變化的一例之圖表。 [圖8]係表示第2變形例之導熱氣體供給排出系統的結構之圖。
10:基板處理裝置
12:離子生成裝置
14:束線裝置
16:真空處理室
18:基板搬送裝置
20:質譜分析部
21:質譜分析磁鐵
22:質譜分析透鏡
23:質譜分析狹縫
23a:開口
24:射束駐留裝置
25:駐留電極
28:注入器法拉第杯
30:射束整形部
30a:四極透鏡
30b:四極透鏡
30c:四極透鏡
32:射束掃描部
34:射束平行化部
36:角能量過濾器
38:能量狹縫
40:電漿簇射裝置
42R:側杯
42L:側杯
44:輪廓儀杯
45:輪廓驅動裝置
46:射束阻擋器
47:調諧杯
47a:調諧杯
47b:調諧杯
47c:調諧杯
47d:調諧杯
50:基板支架
52:支撐機構
56:控制裝置
57:處理器
58:記憶體
80:導熱氣體供給排出系統
82:導熱空間
84:氣體路徑
86:氣體供給路
88:氣體排出路
90:第1閥
92:第2閥
94:氣體供給源
A:束線
S:基板
X:箭頭

Claims (32)

  1. 一種基板處理裝置，具備： 真空處理室，對基板進行處理； 基板支架，設置於前述真空處理室內而保持前述基板； 密封件，在由前述基板支架保持之前述基板與前述基板支架之間，形成封閉之空間； 氣密容器，設置於前述真空處理室內，氣體壓力比前述真空處理室內高； 氣體路徑，設置於前述氣密容器內，與前述空間連通； 氣體供給路，向前述氣體路徑內供給氣體； 氣體排出路，從前述氣體路徑內排出氣體； 第1閥，設置於前述氣密容器內，能夠在前述氣體路徑與前述氣體供給路之間開閉；及 第2閥，設置於前述氣密容器內，能夠在前述氣體路徑與前述氣體排出路之間開閉。
  2. 如請求項1所述之基板處理裝置，其中，還具備： 流量感測器，對供給至前述氣體供給路之氣體的流量進行計測；及 流量控制閥，依據前述流量感測器的計測值，控制供給至前述氣體供給路之氣體的流量。
  3. 如請求項2所述之基板處理裝置，其中，還具備： 第1壓力感測器，對前述氣體供給路內的氣體壓力進行計測， 前述流量控制閥進一步依據前述第1壓力感測器的計測值，控制供給至前述氣體供給路之氣體的流量。
  4. 如請求項1至請求項3之任一項所述之基板處理裝置，其中，還具備： 第2壓力感測器，對前述氣體排出路內的氣體壓力進行計測。
  5. 如請求項1至請求項3之任一項所述之基板處理裝置，其中，還具備： 第3壓力感測器，對前述氣體路徑內的氣體壓力進行計測。
  6. 如請求項1至請求項3之任一項所述之基板處理裝置，其中，還具備： 第1壓差感測器，輸出第1壓差信號，該第1壓差信號顯示出前述氣體路徑內的氣體壓力與前述真空處理室內的氣體壓力之差是否超過第1閾值。
  7. 如請求項6所述之基板處理裝置，其中，還具備： 第2壓差感測器，輸出第2壓差信號，該第2壓差信號顯示出前述氣體路徑內的氣體壓力與前述真空處理室內的氣體壓力之差是否超過大於前述第1閾值的第2閾值。
  8. 如請求項1至請求項3之任一項所述之基板處理裝置，其中，還具備： 可開閉的第3閥，設置於前述氣密容器內，能夠開閉前述氣體供給路， 前述第1閥設置於前述第3閥與前述氣體路徑之間。
  9. 如請求項8所述之基板處理裝置，其中， 前述第1閥與前述第3閥之間的前述氣體供給路的容積小於前述氣體路徑的容積。
  10. 如請求項9所述之基板處理裝置，其中， 前述第1閥與前述第3閥之間的前述氣體供給路的容積為前述氣體路徑的容積的5%以上且20%以下。
  11. 如請求項1至請求項3之任一項所述之基板處理裝置，其中，還具備： 支撐機構，設置於前述真空處理室內，支撐前述基板支架， 前述氣密容器設置於前述支撐機構。
  12. 如請求項11所述之基板處理裝置，其中， 前述支撐機構包括使前述基板支架旋轉之扭轉機構。
  13. 一種基板處理方法，在真空處理室內，對由基板支架保持之基板進行處理，其中，與形成於由前述基板支架保持之前述基板與前述基板支架之間之封閉之空間連通之氣體路徑，經由可開閉的第1閥而與氣體供給路連接，此外，前述氣體路徑經由可開閉的第2閥而與氣體排出路連接，前述基板處理方法包括如下製程： 由前述基板支架保持前述基板； 關閉前述第1閥而將前述氣體供給路內的氣體壓力設為第1目標壓力； 由前述基板支架保持前述基板，並且在前述氣體供給路內的氣體壓力成為前述第1目標壓力之後，打開前述第1閥而將前述氣體供給路內的氣體供給至前述氣體路徑； 打開前述第1閥之後，對前述基板的表面進行處理； 關閉前述第1閥，打開前述第2閥而將前述氣體路徑內的氣體排出至前述氣體排出路；及 打開前述第2閥之後，解除由前述基板支架保持前述基板。
  14. 如請求項13所述之基板處理方法，其中， 將前述氣體供給路內的氣體壓力設為前述第1目標壓力包括如下製程： 獲取對供給至前述氣體供給路之氣體的流量進行計測之流量感測器的計測值；及 依據前述流量感測器的計測值，藉由流量控制閥對供給至前述氣體供給路之氣體的流量及氣體的供給時間進行控制。
  15. 如請求項13所述之基板處理方法，其中， 將前述氣體供給路內的氣體壓力設為前述第1目標壓力包括如下製程： 獲取對前述氣體供給路內的氣體壓力進行計測之第1壓力感測器的計測值；及 依據前述第1壓力感測器的計測值，藉由流量控制閥對供給至前述氣體供給路之氣體的流量進行控制。
  16. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 在從前述第1閥打開起經過預定時間之後，開始前述基板的表面的前述處理。
  17. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中，還具備如下製程： 從壓差感測器獲取壓差信號，該壓差信號顯示出前述氣體路徑內的氣體壓力與前述真空處理室內的氣體壓力之差是否超過閾值， 在前述第1閥打開之後，在從前述壓差感測器獲取到之壓差信號超過前述閾值的情況下，開始前述基板的表面的前述處理。
  18. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 在從前述第1閥打開起經過預定時間之後，關閉前述第1閥。
  19. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 在前述第2閥打開起經過預定時間之後，解除由前述基板支架保持前述基板。
  20. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中，還具備如下製程： 從壓差感測器獲取壓差信號，該壓差信號顯示出前述氣體路徑內的氣體壓力與前述真空處理室內的氣體壓力之差是否超過閾值， 在前述第2閥打開之後，在從前述壓差感測器獲取到之壓差信號未超過前述閾值的情況下，解除由前述基板支架保持前述基板。
  21. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 前述第1目標壓力為2torr以上且2100torr以下。
  22. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 打開前述第1閥將前述氣體供給路內的氣體供給至前述氣體路徑包括將前述氣體路徑內的氣體壓力設為小於前述第1目標壓力之第2目標壓力之製程。
  23. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 前述第1目標壓力P1當前述氣體供給路的容積V1、前述氣體路徑的容積V2、前述第2目標壓力P2時，成為P1=P2×(V1+V2)/V1。
  24. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 將前述氣體路徑內的氣體壓力設為前述第2目標壓力包括如下製程： 獲取對供給至前述氣體供給路之氣體的流量進行計測之流量感測器的計測值；及 獲取對前述氣體供給路內的氣體壓力進行計測之第1壓力感測器的計測值；及 依據前述流量感測器的計測值及前述第1壓力感測器的計測值，藉由流量控制閥對供給至前述氣體供給路之氣體的流量進行控制。
  25. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 將前述氣體路徑內的氣體壓力設為前述第2目標壓力包括如下製程： 在停止向前述氣體供給路的氣體供給的情況下打開前述第1閥。
  26. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 在從因打開前述第1閥而前述氣體路徑內的氣體壓力達到前述第2目標壓力起經過預定時間之後，關閉前述第1閥。
  27. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 在因打開前述第2閥而前述氣體路徑內的氣體壓力達到小於前述第2目標壓力之第3目標壓力之後，解除由前述基板支架保持前述基板。
  28. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 前述第2目標壓力為1torr以上且100torr以下。
  29. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 前述第2目標壓力為3torr以上且30torr以下。
  30. 如請求項22所述之基板處理方法，其中， 前述第2目標壓力為5torr以上且15torr以下。
  31. 如請求項13至請求項15之任一項所述之基板處理方法，其中， 對前述基板的表面進行處理包括向前述基板植入離子的製程。
  32. 一種半導體元件之製造方法，包括請求項13至請求項31之任一項所述之基板處理方法。
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