JP5703038B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、真空容器内部の処理室内に配置された試料台状に載せられた半導体ウエハなど基板状の試料をこの処理室内で形成されたプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、試料台内部に冷凍サイクルを循環する冷媒の流路を備えて試料台の温度を調節しつつ試料を処理するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a substrate-like sample such as a semiconductor wafer placed on a sample stage disposed in a processing chamber inside a vacuum vessel, using plasma formed in the processing chamber. The present invention relates to a plasma processing apparatus that includes a refrigerant flow path that circulates in a refrigeration cycle and processes a sample while adjusting the temperature of a sample stage.

従来より半導体デバイスの製造工程においては、プラズマエッチング装置やプラズマCVD装置などにより、半導体ウエハなどの試料に対しプラズマ処理が行われている。これらプラズマ処理においては、試料の温度が処理結果に強く影響する。具体的には、プラズマエッチング処理においては、エッチングによって試料表面に形成される加工パターンの寸法や加工形状に影響し、プラズマCVD処理においては、試料表面に形成される膜の品質や成膜速度に影響する。そのため、これらプラズマ処理において試料基板の表面に施す処理の質を向上させるために、試料温度を管理することは非常に重要である。   Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process, plasma processing is performed on a sample such as a semiconductor wafer by a plasma etching apparatus, a plasma CVD apparatus, or the like. In these plasma treatments, the temperature of the sample strongly affects the treatment results. Specifically, the plasma etching process affects the size and shape of the processed pattern formed on the sample surface by etching, and the plasma CVD process affects the quality and deposition rate of the film formed on the sample surface. Affect. Therefore, it is very important to manage the sample temperature in order to improve the quality of the treatment applied to the surface of the sample substrate in these plasma treatments.

このようなプラズマ処理においては、試料の温度を制御するために、試料を保持する試料台の内部に配置された温度調節手段により、試料台内部および試料保持面の温度を調節する技術が採用されてきた。例えば、試料台内部に冷媒の流路を形成し、この流路内に液体冷媒を流入させることにより、冷媒とそれが接する流路壁面との間の熱伝達によって熱交換させることで試料台の温度を調節し、その試料を所望の温度に調節する装置体系が用いられている。このような場合は、配管を介して試料台に冷媒温度調節部(例えば、チラーユニット等)を接続し、冷媒温度調節部内の冷却装置又は加熱装置により所定の温度に調節された冷媒が試料台内部の流路内に供給され熱交換した後、再度冷媒温度調節部に戻される。   In such plasma processing, in order to control the temperature of the sample, a technique of adjusting the temperature of the sample table and the sample holding surface by means of temperature adjusting means arranged inside the sample table holding the sample is adopted. I came. For example, a coolant channel is formed inside the sample stage, and a liquid coolant is allowed to flow into the channel to exchange heat by heat transfer between the coolant and the channel wall surface in contact with the coolant. An apparatus system that adjusts the temperature and adjusts the sample to a desired temperature is used. In such a case, a refrigerant temperature adjusting unit (for example, a chiller unit) is connected to the sample stage through a pipe, and the refrigerant adjusted to a predetermined temperature by the cooling device or the heating device in the refrigerant temperature adjusting unit is supplied to the sample stage. After being supplied into the internal flow path and exchanging heat, it is returned to the refrigerant temperature adjusting unit again.

このような冷媒温度調節部では、一旦この液体冷媒を貯留するタンクに溜めて、その温度を調節した後に冷媒を試料台に供給する構成である。この構成では、温度調節のために多量の冷媒を用いるため冷媒の熱容量が大きくなり、その結果、試料および試料台への入熱量が変化しても試料の温度を一定に保つために有利である。しかし一方で、積極的に試料および試料台の温度を、大きく且つ速く変化させようとした場合、冷媒の熱容量が大きいために温度変化の速度を大きくできないという問題があった。また、液体冷媒と流路との間の熱交換が熱伝達のみであり伝熱量が小さいことも、試料台および試料の温度変化を速くできない原因であった。   Such a refrigerant temperature adjusting unit is configured to temporarily store the liquid refrigerant in a tank for storing the liquid refrigerant and supply the refrigerant to the sample stage after adjusting the temperature. In this configuration, since a large amount of refrigerant is used for temperature adjustment, the heat capacity of the refrigerant increases, and as a result, it is advantageous for keeping the sample temperature constant even if the heat input to the sample and the sample stage changes. . On the other hand, however, when the temperature of the sample and the sample stage is positively and rapidly changed, there is a problem that the rate of temperature change cannot be increased due to the large heat capacity of the refrigerant. In addition, the heat exchange between the liquid refrigerant and the flow path is only heat transfer, and the amount of heat transfer is small, which is the cause of the rapid change in temperature of the sample stage and the sample.

一方、半導体デバイスの製造においては、前述したようなプラズマ処理における試料である半導体ウエハの大口径化に伴い、処理中に試料に印加される電力は増加傾向にあり、その結果、試料および試料台への入熱量は以前よりも大きくなってきている。そのため、このような大きな入熱に対しても安定して高速且つ高精度に半導体基板の温度の調節を行う技術が求められている。さらに、半導体デバイス構造の複雑化や半導体基板表面の膜の多層化により、複数の膜の各々を処理する各処理ステップに応じて、試料の温度を素早く適正に調節することが望まれている。   On the other hand, in the manufacture of semiconductor devices, as the diameter of a semiconductor wafer, which is a sample in plasma processing as described above, increases, the power applied to the sample during processing tends to increase. The amount of heat input to is getting bigger than before. For this reason, there is a need for a technique for stably adjusting the temperature of a semiconductor substrate at high speed and with high accuracy even with such large heat input. Furthermore, it is desired to adjust the temperature of the sample quickly and appropriately in accordance with each processing step for processing each of the plurality of films due to the complicated semiconductor device structure and the multilayered film on the surface of the semiconductor substrate.

また従来の冷媒温度調節部では、液体冷媒が試料台内部の流路を流れながら流路の壁と液体冷媒との間の熱伝達を行っているため液体冷媒の温度は、流路の入口に入ってから出口から出るまでに徐々に上がっていくことになる。試料台表面の温度は、流路を流れる冷媒の温度の影響を受けるため、このような冷媒の温度変化は、試料台表面の面内温度分布の悪化につながる恐れがある。その結果、試料の面内温度分布の悪化が起こり、プラズマ処理の面内分布の悪化を引き起こす原因となり得る。   Further, in the conventional refrigerant temperature control unit, the liquid refrigerant flows through the flow path inside the sample stage and transfers heat between the wall of the flow path and the liquid refrigerant. It will gradually rise from the entrance to the exit. Since the temperature of the sample table surface is affected by the temperature of the refrigerant flowing through the flow path, such a temperature change of the refrigerant may lead to deterioration of the in-plane temperature distribution on the sample table surface. As a result, the in-plane temperature distribution of the sample is deteriorated, which may cause deterioration of the in-plane distribution of the plasma treatment.

このような課題に対して、試料台冷却するための冷媒が循環する経路を、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器からなる冷凍サイクルとして構成し、試料台内の冷媒の流路において冷媒を沸騰・蒸発させて試料台を冷却する、すなわち試料台を冷凍サイクルの蒸発器として作用させる、いわゆる直接膨張式の冷媒温度調節部により試料台の温度を調節する技術が提案されている。このような技術の例としては、特開平6−346256号公報(特許文献1)や特開2005−83864号公報(特許文献2)に開示されたものが知られている。   In response to such a problem, a path through which the refrigerant for cooling the sample stage circulates is configured as a refrigeration cycle including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and the refrigerant is provided in the refrigerant flow path in the sample stage. A technique has been proposed in which the temperature of the sample stage is adjusted by a so-called direct expansion type refrigerant temperature adjusting unit, in which the sample stage is cooled by boiling and evaporating the sample stage, that is, the sample stage acts as an evaporator of the refrigeration cycle. As examples of such a technique, those disclosed in JP-A-6-346256 (Patent Document 1) and JP-A-2005-83864 (Patent Document 2) are known.

これらの従来技術には、例えば代替フロンR410a(ハイドロフルオロカーボン)を冷媒として、試料台内部の冷媒流路に導入して当該試料台を蒸発器として動作させる冷凍サイクルを構成して、冷媒の蒸発潜熱を冷媒と流路壁面との間の熱交換に利用し、試料および試料台への大きな入熱量にも対応してその温度を調節する技術が開示されている。また、膨張弁の開度を調節することによって流路内の冷媒の圧力を素早く調節することで冷媒の温度を素早く変化させることができ、その結果、試料台および試料の温度を所望に変動させて試料の処理の精度や再現性を向上させるものが開示されている。   In these prior arts, for example, an alternative chlorofluorocarbon R410a (hydrofluorocarbon) is used as a refrigerant, introduced into a refrigerant flow path inside the sample stage, and a refrigeration cycle is configured to operate the sample stage as an evaporator. Is used for heat exchange between the refrigerant and the flow path wall surface, and a technique for adjusting the temperature corresponding to a large amount of heat input to the sample and the sample stage is disclosed. Also, the temperature of the refrigerant can be changed quickly by adjusting the opening of the expansion valve to quickly adjust the pressure of the refrigerant in the flow path. As a result, the temperature of the sample stage and the sample can be changed as desired. In order to improve the accuracy and reproducibility of sample processing, a method has been disclosed.

特開平6−346256号公報JP-A-6-346256 特開2005−89864号公報JP 2005-89864 A

特許文献1および特許文献2に開示されている直接膨張式の冷媒温度調節部を用いた試料台の温度調節機構では、試料台にプラズマからの入熱がある場合でも、流路での冷媒が気液混相流の状態であるときには冷媒の温度が一定となる。それに対し冷媒の液体の部分が完全に蒸発して気体だけになるドライアウトと呼ばれる状態になった場合は、冷媒の温度は上昇する。   In the temperature control mechanism of the sample table using the direct expansion type refrigerant temperature control unit disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, even when the sample table has heat input from plasma, When the gas-liquid mixed phase flow is present, the refrigerant temperature is constant. On the other hand, when the liquid portion of the refrigerant completely evaporates and becomes a state called dryout in which only the gas is obtained, the temperature of the refrigerant rises.

そのため、試料台の冷媒入口から入り、試料台内部の流路を循環し、出口から出て行く途中で、プラズマからの入熱により徐々に乾き度が上がり試料台の内部でドライアウトになった場合、ドライアウトになった地点よりも下流側では、その上流側よりも冷媒の温度が高くなり、その結果試料台の温度分布が不均一、あるいは所期のものとすることができず、試料の処理の再現性や精度が損なわれてしまう。これを防止するためには、上記冷媒のドライアウトまたはその生起の兆候を検知,検出することが必要であるが、このような課題について上記従来技術では考慮されていなかった。   Therefore, it entered from the refrigerant inlet of the sample stage, circulated through the flow path inside the sample stage, and on the way out from the outlet, the dryness gradually increased due to heat input from the plasma and became dry out inside the sample stage. In this case, the temperature of the refrigerant is higher on the downstream side than the point where the dryout occurs, and as a result, the temperature distribution on the sample stage is not uniform or cannot be expected. The reproducibility and accuracy of the process will be impaired. In order to prevent this, it is necessary to detect and detect the dry-out of the refrigerant or an indication of its occurrence, but such a problem has not been taken into account in the prior art.

また、特許文献1および特許文献2に開示されている直接膨張式の冷媒温度調節部は、試料台内部が冷凍サイクルを構成するために、循環させる冷媒の圧力が試料台外部で温度が調節された冷媒が供給され試料台を冷凍サイクルの一部として用いない場合と比べより高圧になる。例えば、前述したチラーユニットによって液体冷媒を循環させる構成においては、冷媒が0.4〜0.8MPa(4〜8気圧)程度の圧力であるのに対し、特許文献1および特許文献2に開示の技術では、例えば代替フロンR410aを用いた場合には、冷媒が2.0〜4.0MPa(20〜40気圧)程度の高圧に達する。   In addition, the direct expansion type refrigerant temperature control unit disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is configured such that the temperature of the circulating refrigerant pressure is adjusted outside the sample stage because the inside of the sample stage constitutes a refrigeration cycle. The refrigerant is supplied with a higher pressure than when the sample stage is not used as part of the refrigeration cycle. For example, in the configuration in which the liquid refrigerant is circulated by the above-described chiller unit, the refrigerant is at a pressure of about 0.4 to 0.8 MPa (4 to 8 atm), whereas disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. In the technology, for example, when the substitute Freon R410a is used, the refrigerant reaches a high pressure of about 2.0 to 4.0 MPa (20 to 40 atmospheres).

なお、試料を載置する試料台は、その表面を溝状に削ることによって冷媒流路を構成した金属円盤と、もう1枚の金属円盤とを接合することによって一般的に製造される。そのため、冷媒の圧力によって冷媒流路にかかる力は、これら2枚の金属円盤を剥離させるように作用する。そのため、冷媒が0.4〜0.8MPa程度の圧力の場合には、接合の強度を容易に確保できるのに対し、冷媒が2.0〜4.0MPa程度の高圧になる場合には、接合部が剥離し試料台の破損につながる危険性が高くなるという課題がある。また、前述したように試料台内部の冷媒は沸騰しながら流動するが、その沸騰に伴って試料台に振動が生じるため、試料台を構成する2枚の金属円盤の接合部の剥離が発生する危険性は増大する。   Note that a sample stage on which a sample is placed is generally manufactured by joining a metal disk that forms a coolant channel and another metal disk by cutting the surface into a groove shape. Therefore, the force applied to the refrigerant flow path by the pressure of the refrigerant acts to peel off these two metal disks. Therefore, when the refrigerant has a pressure of about 0.4 to 0.8 MPa, the bonding strength can be easily secured, whereas when the refrigerant has a high pressure of about 2.0 to 4.0 MPa, the bonding There is a problem that there is a high risk that the part will peel off and lead to breakage of the sample stage. In addition, as described above, the refrigerant inside the sample table flows while boiling, but the sample table vibrates with the boiling, so that the joint between the two metal disks constituting the sample table is peeled off. The risk increases.

プラズマ処理は一般的に数Pa程度に減圧された処理室の内部で行われるため、その処理室内部に配置された試料台の外周部の接合部が剥離し、冷媒が試料台の外部に漏れた場合には、その冷媒が気化することによって処理室内の圧力が上昇し、プラズマ処理に支障をきたす。また冷媒が代替フロンだった場合には、それが水素・フッ素・炭素の化合物であるために、プラズマ中にそれらの成分が拡散することによってプラズマ処理に支障をきたす。また、その試料台の外周部の接合部は有効に接合され、試料台の外部への冷媒の漏れが無かったとしても、内周部の接合部が剥離し冷媒流路の短絡が発生した場合には、設けていた流路以外の領域に冷媒の流れが発生してしまう。試料台内部の流路は厳密に設計されたものであるため、冷媒の流れが乱れることによって、試料台の温度分布が本来意図していないものに変わり、その結果、試料表面に施されるプラズマ処理の面内の分布が変化することになる。   Since plasma processing is generally performed inside a processing chamber that has been depressurized to about several Pa, the joint at the outer periphery of the sample stage located inside the processing chamber peels off, and refrigerant leaks outside the sample stage. In this case, the pressure in the processing chamber rises due to the vaporization of the refrigerant, which hinders plasma processing. When the refrigerant is an alternative chlorofluorocarbon, since it is a compound of hydrogen, fluorine, and carbon, these components diffuse into the plasma, which hinders plasma processing. In addition, when the joint part of the outer periphery of the sample stage is effectively joined, and even if there is no leakage of the refrigerant to the outside of the sample stage, the joint part of the inner periphery is peeled off and the refrigerant flow path is short-circuited In this case, a refrigerant flow occurs in a region other than the provided flow path. Since the flow path inside the sample stage is strictly designed, the temperature distribution of the sample stage changes to an unintended one by disturbing the flow of the refrigerant, and as a result, the plasma applied to the sample surface The distribution within the processing plane will change.

このように、試料台内部の流路を流れているときの冷媒のドライアウトの検知手段や試料台の接合部の剥離や試料台の破損を検知するという課題について、上記従来技術では考慮されていなかった。このため、プラズマ処理装置による処理の精度,再現性や信頼性が損なわれてしまうという問題が生じる点について考慮されていなかった。   As described above, the prior art takes into account the problem of detecting the dry-out detection means of the refrigerant when flowing through the flow path inside the sample stage, the peeling of the joint of the sample stage, and the breakage of the sample stage. There wasn't. For this reason, it has not been considered about the problem that the accuracy, reproducibility and reliability of the processing by the plasma processing apparatus are impaired.

本発明の目的は、処理の精度あるいは信頼性を向上させたプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus with improved processing accuracy or reliability.

上記目的は、真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方に配置されその上面に試料が載置される試料台であってその内部に冷凍サイクルの冷媒が通流して蒸発器として動作する円筒形を有する試料台と、前記試料台の内部に配置され前記円筒の中心について同心状に配置された前記冷媒の流路と、前記試料台の下方に配置され前記冷媒の前記試料台内部への入口の近傍の箇所と連結されてこの試料台の振動を検出する少なくとも1つの検知器と、この検知器からの出力から前記流路内側を通流する前記冷媒の乾き度を検出した結果に基づいて前記冷凍サイクルを構成する圧縮機または膨張弁の動作を調節する調節部とを備えたプラズマ処理装置により達成される。
The object is to provide a processing chamber in which plasma is formed inside a vacuum vessel, and a sample stage which is arranged below the processing chamber and on which a sample is placed, in which a refrigerant for a refrigeration cycle is placed. A sample stage having a cylindrical shape that operates as an evaporator through which the gas flows, a flow path of the refrigerant disposed concentrically with respect to the center of the cylinder disposed inside the sample stage, and disposed below the sample stage And at least one detector connected to a location in the vicinity of the inlet of the refrigerant into the sample table to detect vibration of the sample table, and the flow from the output from the detector to the inside of the flow path. This is achieved by a plasma processing apparatus that includes a compressor or an adjustment unit that adjusts the operation of an expansion valve that constitutes the refrigeration cycle based on the result of detecting the dryness of the refrigerant.

また、前記検知器からの出力から前記流路内側を通流する前記冷媒の乾き度を検出した結果に基づいて前記冷凍サイクル上の前記圧縮機と前記試料台との間に配置され前記試料台に流入する冷媒の温度を調節する調節部とを備えたプラズマ処理装置により達成される。   Further, the sample table disposed between the compressor and the sample table on the refrigeration cycle based on a result of detecting the dryness of the refrigerant flowing inside the flow path from the output from the detector. This is achieved by a plasma processing apparatus including an adjustment unit that adjusts the temperature of the refrigerant flowing into the chamber.

さらにまた、前記試料台の下面に配置された前記冷媒の出口の近傍の箇所に連結されて前記検知器が配置されたことにより達成される。   Furthermore, this is achieved by arranging the detector connected to a location near the outlet of the refrigerant arranged on the lower surface of the sample stage.

さらにまた、前記冷媒の流路が前記試料台の内部で前記中心からの異なる半径方向の距離に同心状に多重に配置された複数の円弧状の流路とこれらの円弧状の流路のうちの2つを連結する連結路とを有し、前記試料台の下面であって前記連結路の近傍に前記検知器が配置されたことにより達成される。   Furthermore, among the arc-shaped channels, a plurality of arc-shaped channels in which the refrigerant channels are arranged concentrically at different radial distances from the center inside the sample stage. This is achieved by arranging the detector on the lower surface of the sample stage and in the vicinity of the connection path.

さらにまた、前記連結路の平面形が前記円弧状の流路の曲率よりも小さな曲率を有した平面形を有したことにより達成される。   Furthermore, this is achieved by having a planar shape of the connecting path having a curvature smaller than the curvature of the arcuate channel.

さらにまた、前記試料台の前記流路が上下2つの部材が接合されて構成されたものであり、前記試料台の下面の連結路の近傍の箇所に連結して配置された前記検知器からの出力から前記上下の部材の接合の不備を検出することにより達成される。   Furthermore, the flow path of the sample stage is configured by joining two members on the upper and lower sides, and from the detector arranged in a position connected to the vicinity of the connection path on the lower surface of the sample stage. This is achieved by detecting a deficiency in joining of the upper and lower members from the output.

さらにまた、前記試料台の下面に接して配置された電気的に絶縁性を有する部材を有し、この絶縁性を有する部材に接して前記検知器が配置されたことにより達成される。   Furthermore, this is achieved by having an electrically insulating member disposed in contact with the lower surface of the sample stage, and disposing the detector in contact with the insulating member.

本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the plasma processing apparatus which concerns on the Example of this invention. 図1に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す横及び縦断面図である。It is the horizontal and longitudinal cross-sectional view which expands and shows the structure of the sample stand of the Example shown in FIG. 図1に示す第1実施例の試料台に配置された各振動センサの検出した出力を時系列に示すグラフである。It is a graph which shows the output which each vibration sensor arrange | positioned at the sample stand of 1st Example shown in FIG. 1 detected in time series. 図1に示す実施例の変形例に係る試料台の構成の概略を示す横及び縦断面図である。It is a horizontal and longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the sample stand which concerns on the modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の別の変形例に係る試料台の構成の概略を示す横及び縦断面図である。It is a horizontal and longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the sample stand which concerns on another modification of the Example shown in FIG. 図1に示す実施例の別の変形例に係る試料台の構成の概略を示す横及び縦断面図である。It is a horizontal and longitudinal cross-sectional view which shows the outline of a structure of the sample stand which concerns on another modification of the Example shown in FIG. 図6に示す変形例において圧力計が検出した出力を時系列に示すグラフである。It is a graph which shows the output which the pressure gauge detected in the modification shown in FIG. 6 in time series.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例について図1乃至図3を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。特に、本実施例は、マイクロ波による電界と磁界とを用いてECRプラズマを形成して真空容器の内部の処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料をエッチングするプラズマ処理装置の構成を示している。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In particular, the present embodiment is a configuration of a plasma processing apparatus that forms ECR plasma using an electric field and a magnetic field by microwaves and etches a substrate-like sample such as a semiconductor wafer disposed in a processing chamber inside a vacuum vessel. Is shown.

本実施例において、真空容器を構成し円筒形状を有する処理室壁1の上に同じく真空容器の上部を構成し内外を気密に封止する円板状の石英によって構成された処理室蓋2を配置し、これにより内部に減圧される処理室3が構成される。処理室3の内部の下方には円筒形状を有する試料台4が設けられ、この上面の載置面に試料5(本実施例では、半導体ウエハ)が保持される。   In this embodiment, a processing chamber lid 2 made of disc-shaped quartz that forms a vacuum vessel on a cylindrical processing chamber wall 1 that also forms the upper portion of the vacuum vessel and hermetically seals the inside and outside. A processing chamber 3 is configured which is arranged and thereby decompressed inside. A sample stage 4 having a cylindrical shape is provided below the inside of the processing chamber 3, and a sample 5 (in this embodiment, a semiconductor wafer) is held on the upper mounting surface.

処理室3の上部にはガス導入管6の開口が設けられ、開口からエッチング処理を行うための反応性の高いガスである処理ガス7が処理室3内に導入される。処理室3の下部には排気口8が設けられ、処理室3に導入された処理ガス7や、プラズマ,エッチングによって生じた反応生成物の粒子が排気される。排気口8の先には圧力調節バルブ9と真空ポンプの一種であるターボ分子ポンプ12が設けられ、圧力調節バルブ9の開度を調節することにより、処理室3の圧力が数Pa程度に調節される。   An opening of a gas introduction pipe 6 is provided in the upper part of the processing chamber 3, and a processing gas 7 that is a highly reactive gas for performing an etching process is introduced into the processing chamber 3 from the opening. An exhaust port 8 is provided in the lower part of the processing chamber 3 to exhaust the processing gas 7 introduced into the processing chamber 3 and the particles of the reaction product generated by plasma and etching. A pressure adjusting valve 9 and a turbo molecular pump 12 which is a kind of vacuum pump are provided at the tip of the exhaust port 8, and the pressure of the processing chamber 3 is adjusted to about several Pa by adjusting the opening degree of the pressure adjusting valve 9. Is done.

処理室3の上部の処理室蓋2を経由し、マイクロ波10が印加され、これと処理室壁1の周りに配置されたソレノイドコイル(図示しない)によって生じる磁場との相互作用により処理室3内にプラズマ11が発生する。このプラズマ11に試料5を曝すことにより、プラズマエッチング処理が行われる。   The microwave 10 is applied via the processing chamber lid 2 at the upper part of the processing chamber 3, and the processing chamber 3 is interacted with a magnetic field generated by a solenoid coil (not shown) arranged around the processing chamber wall 1. Plasma 11 is generated inside. A plasma etching process is performed by exposing the sample 5 to the plasma 11.

また、本実施例では円形の半導体ウエハである試料5の温度を制御するために、試料台4の内部に冷媒流路20が設けられている。この冷媒流路20には、直接膨張式の冷凍サイクルを用いた冷媒温度調節部21が接続されており、冷媒として代替フロンが流路20に流される。   In this embodiment, a coolant channel 20 is provided inside the sample stage 4 in order to control the temperature of the sample 5 which is a circular semiconductor wafer. A refrigerant temperature adjusting unit 21 using a direct expansion refrigeration cycle is connected to the refrigerant flow path 20, and alternative chlorofluorocarbon is flowed to the flow path 20 as a refrigerant.

冷媒温度調節部21は、圧縮機22,凝縮器23,膨張弁24−1および膨張弁24−2,蒸発器26からなっている。試料台4から出た冷媒は、開度が調節された膨張弁24−2を経由し蒸発器26に導入され、そこで乾き度がほぼ0になるまで気化される。その後、冷媒は圧縮機22に導入され、そこで圧縮され、そして凝縮器23に導入される。   The refrigerant temperature adjustment unit 21 includes a compressor 22, a condenser 23, an expansion valve 24-1, an expansion valve 24-2, and an evaporator 26. The refrigerant discharged from the sample stage 4 is introduced into the evaporator 26 via the expansion valve 24-2 whose opening degree is adjusted, and is vaporized until the dryness becomes almost zero. Thereafter, the refrigerant is introduced into the compressor 22 where it is compressed and introduced into the condenser 23.

凝縮器23には冷却水25が導入されており、これにより凝縮器23に導入された冷媒が冷却され、その結果凝縮される。凝縮された冷媒は、開度が調節された膨張弁24−1に導入され、その開度によって所望の圧力に調節された後に冷媒流路20に導入され、沸騰・気化しながら循環する。   Cooling water 25 is introduced into the condenser 23, whereby the refrigerant introduced into the condenser 23 is cooled and condensed as a result. The condensed refrigerant is introduced into the expansion valve 24-1 whose opening degree is adjusted, and after being adjusted to a desired pressure by the opening degree, the refrigerant is introduced into the refrigerant flow path 20 and circulates while boiling and vaporizing.

上記の冷凍サイクルの構成により、試料台4が所望の温度に制御される。なお、試料台4の内部に導入された冷媒は沸騰しながら試料台4を温調するので、言わば試料台4が第1の蒸発器として機能し、冷媒温度調節部21の内部の蒸発器26は第2の蒸発器として機能することになる。   The sample stage 4 is controlled to a desired temperature by the configuration of the refrigeration cycle. In addition, since the refrigerant introduced into the sample stage 4 boils and regulates the temperature of the sample stage 4, the sample stage 4 functions as a first evaporator, and the evaporator 26 inside the refrigerant temperature adjusting unit 21 is so-called. Will function as a second evaporator.

また、図示しないが、膨張弁24−1と試料台4との間の配管、および膨張弁24−2と試料台4との間の配管は断熱材で覆われており、これにより断熱されている。   Although not shown, the piping between the expansion valve 24-1 and the sample table 4 and the piping between the expansion valve 24-2 and the sample table 4 are covered with a heat insulating material, and are thus insulated. Yes.

なお、膨張弁24−1の開度を小さくすると冷媒流路20内部の冷媒の圧力が下がるため温度が下がり、逆に膨張弁24−1の開度を大きくすると冷媒の圧力が上がるため温度が上がる。また、膨張弁24−2の開度を小さくすると冷媒流路20内部の冷媒の圧力が上がるため温度が上がり、逆に膨張弁24−2の開度を大きくすると冷媒の圧力が下がるため温度が下がる。   Note that if the opening of the expansion valve 24-1 is reduced, the pressure of the refrigerant in the refrigerant flow path 20 is reduced, so that the temperature is lowered. Conversely, if the opening of the expansion valve 24-1 is increased, the pressure of the refrigerant is increased, so the temperature is Go up. Further, if the opening degree of the expansion valve 24-2 is decreased, the refrigerant pressure in the refrigerant flow path 20 increases, so that the temperature rises. Conversely, if the opening degree of the expansion valve 24-2 is increased, the refrigerant pressure decreases, so that the temperature increases. Go down.

圧縮機22の回転数を上げると試料台4に導入される冷媒の流速が上がるため圧力が上がり温度が上がる。これら膨張弁24−1と膨張弁24−2の開度および圧縮機22の回転数を制御することにより試料台4が所望の温度に制御され、その結果、試料5がプラズマエッチング処理に適した目標温度に制御される。   When the rotation speed of the compressor 22 is increased, the flow rate of the refrigerant introduced into the sample stage 4 is increased, so that the pressure is increased and the temperature is increased. By controlling the opening degree of the expansion valve 24-1 and the expansion valve 24-2 and the rotational speed of the compressor 22, the sample stage 4 is controlled to a desired temperature. As a result, the sample 5 is suitable for the plasma etching process. Controlled to target temperature.

本実施例の試料台4の下面の複数の箇所には、振動を検知する検知器である振動センサ37−1〜3が配置されており、これにより配置した場所近傍での振動が検出される。なお、本実施例では振動センサとしてAEセンサ(Acoustic Emission Sensor)を使用した。   Vibration sensors 37-1 to 37-3, which are detectors for detecting vibrations, are arranged at a plurality of locations on the lower surface of the sample stage 4 of the present embodiment, whereby vibrations in the vicinity of the arranged locations are detected. . In this embodiment, an AE sensor (Acoustic Emission Sensor) is used as the vibration sensor.

図2は、図1に示す実施例の試料台の構成を拡大して示す横及び縦断面図である。図2(a)は試料台4の断面を上から見た図である。   2 is an enlarged horizontal and vertical cross-sectional view showing the configuration of the sample stage of the embodiment shown in FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view of the sample table 4 as viewed from above.

本実施例で使用される試料台4の内部には、この図に示される様に複数の異なる半径の位置に略同心円状に冷媒流路が多重に配置された平面形が円弧形の部分を複数備えている。ここで、ある半径の位置での任意の円弧状の流路から、外側あるいは内側にある異なる半径位置の円弧状の流路に冷媒を通流させるために流路同士を連結して配置された曲率半径がより小さな円弧状の平面形を有する通路が配置されており、この通路の部分またはこれが配置された試料台4の部分を屈曲部と呼ぶ。   Inside the sample stage 4 used in the present embodiment, as shown in this figure, a planar shape in which a plurality of refrigerant flow paths are arranged substantially concentrically at a plurality of different radius positions is an arc-shaped portion. There are multiple. Here, the flow paths are connected to each other in order to allow the coolant to flow from an arc-shaped flow path at a certain radius position to an arc-shaped flow path at a different radial position outside or inside. A passage having an arcuate planar shape having a smaller radius of curvature is disposed, and a portion of the passage or a portion of the sample table 4 on which the passage is disposed is referred to as a bent portion.

冷媒入口30から導入された冷媒は、矢印で示されるように二方向に分かれて冷媒流路20に沿って循環し、屈曲部31を経由してさらに内側の流路へと流される。このように略同心円状の流路と屈曲部31とを経由し循環した後に、冷媒は冷媒出口32近傍で合流すると共に冷媒出口32から試料台4の外に排出され、図1に示したような冷媒温度調節部21に戻る。このような構成により異なる半径の位置での周方向の試料または試料台の温度の均一性が向上する。   The refrigerant introduced from the refrigerant inlet 30 divides in two directions as indicated by arrows, circulates along the refrigerant flow path 20, and flows to the inner flow path via the bent portion 31. Thus, after circulating through the substantially concentric flow path and the bent portion 31, the refrigerant joins in the vicinity of the refrigerant outlet 32 and is discharged from the sample outlet 4 from the refrigerant outlet 32, as shown in FIG. Return to the correct refrigerant temperature control unit 21. Such a configuration improves the temperature uniformity of the sample or sample stage in the circumferential direction at different radius positions.

また、図2(b)は試料台4の近傍の構成を示した図である。試料台4は、2枚の金属製(例えばアルミニウム合金製)の円板35−1および円板35−2により構成されている。円板35−1の底面には、図2(a)に示したような上方から見た平面形状の流路断面が矩形状の溝が配置されており、円板35−1の底面において溝が掘られていない領域と、円板35−2の上面とを接合することによって、冷媒流路20が構成されている。そのため、接合している領域は図2(a)においてハッチングで示されている部分となる。   FIG. 2B is a diagram showing a configuration in the vicinity of the sample stage 4. The sample stage 4 is composed of two metal (for example, aluminum alloy) discs 35-1 and 35-2. On the bottom surface of the disc 35-1, a groove having a rectangular channel cross section as viewed from above as shown in FIG. 2A is disposed, and a groove is formed on the bottom surface of the disc 35-1. The refrigerant flow path 20 is configured by joining a region where no digging is made and the upper surface of the disk 35-2. Therefore, the joined region is a portion indicated by hatching in FIG.

本実施例では、振動センサを試料台4の下面に配置し、冷媒によって発生する振動を測定することにより、冷媒の状態を検出した。また、接合された円板35−1および円板35−2の剥離に伴う振動も検出した。   In this embodiment, the state of the refrigerant was detected by arranging a vibration sensor on the lower surface of the sample stage 4 and measuring the vibration generated by the refrigerant. Moreover, the vibration accompanying peeling of the joined disk 35-1 and disk 35-2 was also detected.

以下、図2(b)を用いて振動センサの配置場所について説明する。なお配置場所について理解を助けるために、図2(a)にも振動センサ37−1〜3の配置場所を破線で示した。   Hereinafter, the location of the vibration sensor will be described with reference to FIG. In addition, in order to help an understanding about an arrangement location, the arrangement location of the vibration sensors 37-1 to 37-3 was also shown with the broken line also in Fig.2 (a).

試料台4の下面であり且つ冷媒入口30の近傍に振動センサ37−1を、試料台4の下面であり且つ内側冷媒出口32の近傍に振動センサ37−3を、それぞれ配置した。またさらに、試料台4の下面であり且つ屈曲部31の近傍に振動センサ37−2を配置した。これらの場所にそれぞれ振動センサを配置することにより、それぞれの近傍での振動を検出できる。例えば振動センサ37−1は冷媒入口30の近傍に配置されているため、冷媒入口30近傍での振動を検出できる。また、これらの振動センサ37−1〜3で検出した振動の信号は、信号処理部39に送られ処理される。   A vibration sensor 37-1 is arranged on the lower surface of the sample table 4 and in the vicinity of the refrigerant inlet 30, and a vibration sensor 37-3 is arranged on the lower surface of the sample table 4 and in the vicinity of the inner refrigerant outlet 32. Furthermore, a vibration sensor 37-2 is arranged on the lower surface of the sample stage 4 and in the vicinity of the bent portion 31. By arranging vibration sensors at these locations, vibrations in the vicinity of each can be detected. For example, since the vibration sensor 37-1 is disposed in the vicinity of the refrigerant inlet 30, vibration in the vicinity of the refrigerant inlet 30 can be detected. Further, vibration signals detected by the vibration sensors 37-1 to 37-3 are sent to the signal processing unit 39 for processing.

以下、振動センサ37−1〜3で検出した振動の具体的な評価処理の方法について説明する。本実施例において試料台4の下面に振動センサ37−1〜3を配置した目的は、主に気液混相の状態にある冷媒の沸騰に伴う振動を検出するためである。しかし、それ以外にも試料台4の下面で検出される振動が存在する。例えば、プラズマ処理装置を配置している場所の床からの振動や処理室壁1に取り付けられたターボ分子ポンプ12の振動などがそれであり、これらは本実施例での検出におけるノイズ成分となる。   Hereinafter, a specific method for evaluating vibrations detected by the vibration sensors 37-1 to 37-3 will be described. In the present embodiment, the purpose of arranging the vibration sensors 37-1 to 37-3 on the lower surface of the sample stage 4 is mainly to detect vibrations accompanying boiling of the refrigerant in a gas-liquid mixed phase state. However, there are other vibrations detected on the lower surface of the sample stage 4. For example, the vibration from the floor where the plasma processing apparatus is disposed, the vibration of the turbo molecular pump 12 attached to the processing chamber wall 1, and the like are noise components in the detection in this embodiment.

そこで冷媒の沸騰に伴う振動とノイズ成分とを分離するために、音などの振動データの分析に一般的に用いられている高速フーリエ解析を用いたスペクトル解析を行い、振動データの周波数とそれにおける強度を示すパワースペクトルに変換できる。また、得られたパワースペクトルをデシベル変換することにより音圧レベル(Sound Pressure Level)が得られる。デシベル変換とはパワースペクトルを基準値との比の常用対数によって表現するものであり、一般的に式(1)により、ある周波数における強度pから音圧レベルLpが得られる。   Therefore, in order to separate vibration and noise components due to the boiling of the refrigerant, spectrum analysis using fast Fourier analysis, which is generally used for analysis of vibration data such as sound, is performed. It can be converted into a power spectrum indicating intensity. Moreover, a sound pressure level is obtained by decibel transforming the obtained power spectrum. The decibel transform expresses the power spectrum by the common logarithm of the ratio to the reference value, and generally the sound pressure level Lp is obtained from the intensity p at a certain frequency by the equation (1).

Lp=20×log10(p/p0) …(1)
ここで、p0=20×10-6[Pa](パスカル)
得られた音圧レベルはノイズ成分を含んだデータであるので、ある閾値未満のものをノイズとみなし、それ以上のものを冷媒の沸騰に伴う振動の分析に使用する。本実施例では、閾値を0とした。この操作により振動センサによるデータのノイズ成分のうち、弱いものは除去される。例えば前述したノイズの1つである、プラズマ処理装置を配置している場所の床からの振動はこの操作により除去される。
Lp = 20 × log 10 (p / p 0 ) (1)
Here, p 0 = 20 × 10 −6 [Pa] (Pascal)
Since the obtained sound pressure level is data including a noise component, the sound pressure level less than a certain threshold is regarded as noise, and the sound pressure level higher than that is used for the analysis of the vibration accompanying the boiling of the refrigerant. In this embodiment, the threshold is set to 0. This operation removes weak noise components of the data from the vibration sensor. For example, the vibration from the floor where the plasma processing apparatus is placed, which is one of the noises described above, is removed by this operation.

以上のような方法を用いて整理した、振動センサ37−1および振動センサ37−3により検出した結果を時系列のデータとして図3(a)および図3(c)にそれぞれ示す。また、複数ある振動センサ37−2のうちの1つによる検出結果を図3(b)に示す。図3は、図1に示す第1実施例の試料台に配置された各振動センサの検出した出力を時系列に示すグラフである。なお、これらのグラフは、処理室3においてプラズマ11を発生させた状態で、且つ冷媒温度調節部21により冷媒流路20に冷媒を供給している状態で得られたものであり、横軸は周波数、縦軸は音圧レベルを示す。   The results detected by the vibration sensor 37-1 and the vibration sensor 37-3 arranged using the method as described above are shown as time series data in FIGS. 3A and 3C, respectively. Moreover, the detection result by one of the plurality of vibration sensors 37-2 is shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing, in time series, outputs detected by the vibration sensors arranged on the sample stage of the first embodiment shown in FIG. These graphs are obtained in a state where the plasma 11 is generated in the processing chamber 3 and in a state where the refrigerant is supplied to the refrigerant flow path 20 by the refrigerant temperature adjusting unit 21. The frequency and the vertical axis indicate the sound pressure level.

ここで、特に図3(c)は冷媒出口32でドライアウトが発生していない場合に得られた検出結果を示している。図3(a)のグラフ中で、ピーク40−aは450Hz,900Hz,1350Hzの周波数に現れている。これらは、ターボ分子ポンプ12の回転数27000rpmの基本周波数450Hzとその2次周波数900Hzと3次周波数1350Hzと一致するためターボ分子ポンプ12の運転に起因するものと判断される。   Here, in particular, FIG. 3C shows a detection result obtained when no dry-out occurs at the refrigerant outlet 32. In the graph of FIG. 3A, the peak 40-a appears at frequencies of 450 Hz, 900 Hz, and 1350 Hz. These are determined to be caused by the operation of the turbo molecular pump 12 because they coincide with the fundamental frequency 450 Hz of the rotational speed 27000 rpm of the turbo molecular pump 12 and the secondary frequency 900 Hz and the tertiary frequency 1350 Hz.

また、図3(b)と図3(c)にそれぞれ示される振動センサ37−2と振動センサ37−3の検出結果においても、ピーク40−aと全く同じ周波数(すなわち450Hz,900Hz,1350Hz)に、それぞれピーク40−bとピーク40−cに示されるピークが現れている。またさらに、これらのピーク40−a〜cの音圧レベルはほとんど同じである。これは試料台4が処理室壁1に機械的に接続されているために、試料台4の下面に配置された振動センサ37−1〜3にほぼ同じ強度でターボ分子ポンプ12の振動が伝わり、その結果、ほとんど同じ音圧レベルで振動を検出したためである。   Also, in the detection results of the vibration sensor 37-2 and the vibration sensor 37-3 shown in FIGS. 3B and 3C, respectively, the same frequency as that of the peak 40-a (that is, 450 Hz, 900 Hz, 1350 Hz). The peaks shown as the peak 40-b and the peak 40-c appear, respectively. Furthermore, the sound pressure levels of these peaks 40-ac are almost the same. This is because the sample stage 4 is mechanically connected to the processing chamber wall 1, and the vibration of the turbo molecular pump 12 is transmitted to the vibration sensors 37-1 to 3-3 disposed on the lower surface of the sample stage 4 with substantially the same strength. As a result, vibration was detected at almost the same sound pressure level.

また図3(a)〜(c)では、ピーク40−a〜cの他に、650Hz近辺にピーク41−a〜cがそれぞれ現れている。ここで、ターボ分子ポンプ12を運転させ、かつ冷媒温度調節部21の運転を停止し、冷媒流路20への冷媒の供給を止めた状態での振動センサ37−2の検出結果を図3(d)に示す。冷媒が流れている場合には、図3(b)に示すように650Hz近辺にピーク41−bが現れていたのに対し、冷媒が流れていない場合には、図3(d)に示されるように650Hz近辺にピークは現れない。また、ここでは示さないが、冷媒が流れていない場合には、振動センサ37−1および振動センサ37−3の検出結果においても、図3(d)と同様に650Hz近辺にピークが現れなかった。そのためピーク41−a〜cは冷媒が通流しているときだけに現れると判断される。   Further, in FIGS. 3A to 3C, peaks 41-a to c appear in the vicinity of 650 Hz in addition to the peaks 40-a to c. Here, the detection result of the vibration sensor 37-2 in a state where the turbo molecular pump 12 is operated, the operation of the refrigerant temperature adjusting unit 21 is stopped, and the supply of the refrigerant to the refrigerant channel 20 is stopped is shown in FIG. d). When the refrigerant is flowing, a peak 41-b appears in the vicinity of 650 Hz as shown in FIG. 3B, whereas when the refrigerant is not flowing, it is shown in FIG. Thus, no peak appears in the vicinity of 650 Hz. Although not shown here, when no refrigerant is flowing, no peak appears in the vicinity of 650 Hz in the detection results of the vibration sensor 37-1 and the vibration sensor 37-3 as in FIG. . Therefore, it is determined that the peaks 41-a to c appear only when the refrigerant is flowing.

ここで冷媒が流れている状態である図3(a)〜(c)における650Hz近辺のピーク41−a〜cを比較すると、そのピークの大きさに差が生じている。ここで冷媒入口30の近傍に配置した振動センサ37−1でのピーク41−aの高さがごく小さいものであることから、このピークは冷媒の沸騰に伴う振動によって生じたものである。なぜならば、冷媒入口30の近傍では、乾き度がほとんど0の状態である冷媒が冷媒流路20に導入された直後であり、プラズマ11からの入熱をほとんど受けていないために、ほとんど沸騰が起きず、その結果、振動がほとんど発生しないためである。   When the peaks 41-ac in the vicinity of 650 Hz in FIGS. 3A to 3C where the refrigerant is flowing are compared, there is a difference in the size of the peaks. Here, since the height of the peak 41-a in the vibration sensor 37-1 disposed in the vicinity of the refrigerant inlet 30 is extremely small, this peak is caused by vibration accompanying boiling of the refrigerant. This is because, in the vicinity of the refrigerant inlet 30, it is immediately after the refrigerant having almost zero dryness is introduced into the refrigerant flow path 20, and receives almost no heat from the plasma 11, so that almost no boiling occurs. This is because no vibration occurs as a result.

また、図3(b)に示される屈曲部31の近傍に配置された振動センサ37−2の検出結果では、冷媒が冷媒入口30から屈曲部31まで流れる過程でプラズマ11からの入熱を受け、沸騰が盛んに起きることにより振動が大きくなり、その結果650Hz近辺のピーク41−bはピーク41−aよりも高くなる。またさらに屈曲部31−1よりも下流側の位置にある内側冷媒出口32近傍に配置された振動センサ37−3の検出結果(図3(b))では、ピーク41−cはピーク41−bよりも音圧レベルが低くなっている。これは、冷媒が屈曲部31から冷媒出口32へと流れる過程でプラズマ11からの入熱により沸騰が続き、乾き度が高く、すなわち気液混相状態にある冷媒のうち液体の割合が少なくなったため、沸騰によって生じる振動の大きさが小さくなったためである。   Further, in the detection result of the vibration sensor 37-2 arranged in the vicinity of the bent portion 31 shown in FIG. 3B, the heat input from the plasma 11 is received in the process in which the refrigerant flows from the refrigerant inlet 30 to the bent portion 31. When the boiling occurs vigorously, the vibration increases, and as a result, the peak 41-b near 650 Hz is higher than the peak 41-a. Further, in the detection result (FIG. 3B) of the vibration sensor 37-3 disposed in the vicinity of the inner refrigerant outlet 32 located downstream of the bent portion 31-1, the peak 41-c is the peak 41-b. The sound pressure level is lower than. This is because boiling continues due to heat input from the plasma 11 while the refrigerant flows from the bent portion 31 to the refrigerant outlet 32, and the dryness is high, that is, the proportion of the liquid in the gas-liquid mixed phase state is reduced. This is because the magnitude of vibration caused by boiling has been reduced.

以上より、図3(a)〜(c)における650Hz近辺のピーク41−a〜cは沸騰によって生じる振動によるものであると断定される。   From the above, it is concluded that the peaks 41-ac in the vicinity of 650 Hz in FIGS. 3A to 3C are due to vibration caused by boiling.

次に、冷媒が冷媒出口32に達するまでにドライアウトが発生し、その結果冷媒出口32での冷媒が全て気体になった状態での振動センサ37−3の検出結果を図3(e)に示す。なお、冷媒出口32でのドライアウトは、プラズマ11から試料台4への入熱量が大きすぎたり、冷媒流路20に導入される冷媒の流速が小さすぎたりする場合に起きる。この図3(e)に示されるようにドライアウトが起きた場合は650Hz近辺でのピークは現れない。   Next, dryout occurs before the refrigerant reaches the refrigerant outlet 32, and as a result, the detection result of the vibration sensor 37-3 in a state in which all the refrigerant at the refrigerant outlet 32 becomes gas is shown in FIG. Show. The dryout at the refrigerant outlet 32 occurs when the amount of heat input from the plasma 11 to the sample table 4 is too large or the flow rate of the refrigerant introduced into the refrigerant flow path 20 is too small. As shown in FIG. 3E, when dryout occurs, a peak around 650 Hz does not appear.

図3(a)〜(c)のピーク41−a〜cが示す沸騰による振動は、液体中で気泡が生成する時と、気液界面まで上昇し気泡が弾ける時に発生する。そのため、図3(e)に示されるように、冷媒出口32においてドライアウトとなっている場合には、冷媒が全て蒸発し気体のみになったため振動が生じず、650Hz近辺のピークが現れなかった。   The vibration due to boiling indicated by the peaks 41-a to c in FIGS. 3A to 3C occurs when bubbles are generated in the liquid and when the bubbles rise to the gas-liquid interface and the bubbles are blown. Therefore, as shown in FIG. 3 (e), when the refrigerant outlet 32 is dry-out, the refrigerant is evaporated and becomes only gas, so no vibration occurs and no peak near 650 Hz appears. .

以上より、冷媒出口32の近傍に配置した振動センサ37−3での検出結果において、冷媒の沸騰を示すピーク41−cが現れている場合にはドライアウトが起きていない状態であり、ピーク41−cが現れていない場合にはドライアウトが起きていると見なせる。   As described above, in the detection result of the vibration sensor 37-3 arranged in the vicinity of the refrigerant outlet 32, when the peak 41-c indicating the boiling of the refrigerant appears, the dry-out has not occurred, and the peak 41 If -c does not appear, it can be considered that dryout has occurred.

以上のような、振動センサ37−1〜3で検出されたそれぞれの振動データに対し高速フーリエ解析を用いたスペクトル解析を施し、パワースペクトルへの変換およびデシベル変換により音圧レベルを算出し、それが0以上のピークを抽出し、冷媒の沸騰を示すピークを同定し、その高さによりドライアウトの有無を判断する処理は、信号処理部39によって行われる。   Spectral analysis using fast Fourier analysis is performed on each vibration data detected by the vibration sensors 37-1 to 3-3 as described above, and a sound pressure level is calculated by conversion to a power spectrum and decibel conversion. The signal processing unit 39 performs processing for extracting a peak of 0 or more, identifying a peak indicating boiling of the refrigerant, and determining the presence or absence of dryout based on the height.

ここで、本実施例が、ドライアウトの兆候が検出されたと信号処理部39で判断された場合での動作について説明する。本実施例では、振動センサ37−3での検出結果で冷媒の沸騰を示すピーク41−cの音圧レベルが、ある閾値(例えば3デシベル)よりも低くなった場合には、冷媒の流量が増やされる。これにより冷媒の流速を上げ、完全に気化する前に冷媒出口32から排出させられるため、ドライアウトが回避される。   Here, the operation of this embodiment when the signal processing unit 39 determines that a sign of dryout has been detected will be described. In the present embodiment, when the sound pressure level of the peak 41-c indicating the boiling of the refrigerant in the detection result of the vibration sensor 37-3 is lower than a certain threshold (for example, 3 decibels), the flow rate of the refrigerant is Increased. Accordingly, the flow rate of the refrigerant is increased and the refrigerant is discharged from the refrigerant outlet 32 before being completely vaporized, so that dryout is avoided.

このために冷媒温度調節部21内の圧縮機22の回転数が増大される。ただし、圧縮機22の回転数を上げると、冷媒流路20内の冷媒の温度が上がり、試料台4および試料5の温度が上がってしまう。その結果、試料5が目標温度よりも上がってしまうため、エッチング処理に悪影響が生じてしまう。   For this reason, the rotation speed of the compressor 22 in the refrigerant temperature adjusting unit 21 is increased. However, when the rotation speed of the compressor 22 is increased, the temperature of the refrigerant in the refrigerant flow path 20 is increased, and the temperatures of the sample stage 4 and the sample 5 are increased. As a result, since the sample 5 rises above the target temperature, the etching process is adversely affected.

これを防ぐため、冷媒温度調節部21において圧縮機22の回転数が増加されると共に、膨張弁24−1の開度を下げるか、もしくは膨張弁24−2の開度が大きくされる。この動作によって、冷媒の流速を上げながら冷媒を温度の増大が抑制される。また、このような操作を行うことにより、冷媒出口32での乾き度が下がり、振動センサ37−3の検出結果のピーク41−cがある閾値よりも高くなった場合にはドライアウトが抑制されたものと判断して、圧縮機22の回転数や膨張弁24−1および膨張弁24−2の開度を維持し続けても良い。このような動作により、ドライアウトが抑制されながら試料5の温度が所望の範囲内に維持、調節されて試料の処理の精度及び信頼性が向上する。   In order to prevent this, the rotation speed of the compressor 22 is increased in the refrigerant temperature adjusting unit 21, and the opening degree of the expansion valve 24-1 is lowered or the opening degree of the expansion valve 24-2 is increased. By this operation, an increase in the temperature of the refrigerant is suppressed while increasing the flow rate of the refrigerant. Further, by performing such an operation, when the dryness at the refrigerant outlet 32 decreases and the peak 41-c of the detection result of the vibration sensor 37-3 becomes higher than a certain threshold value, the dryout is suppressed. Therefore, the rotation speed of the compressor 22 and the opening degree of the expansion valve 24-1 and the expansion valve 24-2 may be maintained. Such an operation improves the accuracy and reliability of sample processing by maintaining and adjusting the temperature of the sample 5 within a desired range while suppressing dry-out.

上記のような冷媒の流量と温度の調節を行う上で、圧縮機22の回転数と膨張弁24−1および膨張弁24−2の開度と、冷媒の温度もしくは試料台4の温度との相関、関係を、予め実験等により求めてそのデータを記録しておくことが望ましい。本実施例では、冷媒の温度調節部制御部33は、図示しない内部の記憶装置に記憶されたデータを演算器が読み出し、同様に記憶装置に記憶されていたプログラムに沿って、上記データを用いて設定すべき冷媒の温度の値に選択し、当該温度に調節するように冷媒温度調節部21に指令信号を入出力インターフェースを介して発信する。   In adjusting the flow rate and temperature of the refrigerant as described above, the rotation speed of the compressor 22, the opening degree of the expansion valve 24-1 and the expansion valve 24-2, and the temperature of the refrigerant or the temperature of the sample table 4 are It is desirable to obtain the correlation and relationship in advance through experiments and record the data. In the present embodiment, the refrigerant temperature adjusting unit control unit 33 reads out the data stored in the internal storage device (not shown) by the arithmetic unit, and similarly uses the above data in accordance with the program stored in the storage device. The value of the refrigerant temperature to be set is selected, and a command signal is transmitted to the refrigerant temperature adjustment unit 21 via the input / output interface so as to adjust to the temperature.

信号を受信した冷凍サイクルの圧縮機22の回転数と膨張弁24−1および膨張弁24−2の開度は図示しないこれらの駆動装置によって動作が調節され、冷媒の温度が所望の値に調節される。またさらに、試料台4に温度計を配置するか、冷媒温度調節部21の内部に配置した温度計27により冷媒の温度を計測し、その温度が所定の範囲内になるように上記圧縮機22等を動作させる指令を冷媒の温度調節部制御部33から発信してもよい。   The operation of the rotational speed of the compressor 22 of the refrigeration cycle and the opening degree of the expansion valve 24-1 and the expansion valve 24-2 that have received the signal are adjusted by these drive devices (not shown), and the refrigerant temperature is adjusted to a desired value. Is done. Furthermore, a temperature meter is arranged on the sample stage 4 or a temperature of the refrigerant is measured by a thermometer 27 arranged inside the refrigerant temperature adjusting unit 21, and the compressor 22 is adjusted so that the temperature falls within a predetermined range. Or the like may be transmitted from the refrigerant temperature control unit 33.

なお、本実施例では冷媒の沸騰に伴う振動のピークは650Hz付近に現れたが、必ずこの周波数に現れるとは限らない。この振動は前述したように気泡の生成と消失によるものであるため、冷媒の粘度,密度,表面張力などの物性や乾き度の影響を受ける。またそれらの物性は冷媒の種類や、温度の影響を受けるため、冷媒の沸騰による振動のピークが、どの周波数に現れるかを事前に予測するのは困難である。しかしながら、冷媒の沸騰による振動と混同する可能性があるターボ分子ポンプ12の振動は、前述したように非常に音圧レベルが高く、またそのピークの周波数は回転数の整数倍に現れることから判別することが可能となる。   In this embodiment, the peak of vibration accompanying the boiling of the refrigerant appears in the vicinity of 650 Hz, but it does not always appear at this frequency. Since this vibration is caused by the generation and disappearance of bubbles as described above, it is affected by physical properties such as the viscosity, density and surface tension of the refrigerant and the dryness. In addition, since these physical properties are affected by the type and temperature of the refrigerant, it is difficult to predict in advance which frequency the vibration peak due to the boiling of the refrigerant will appear. However, the vibration of the turbo molecular pump 12, which may be confused with the vibration due to the boiling of the refrigerant, is distinguished from the fact that the sound pressure level is very high as described above, and the peak frequency appears at an integer multiple of the rotation speed. It becomes possible to do.

そのため、本実施例では、冷媒の沸騰に伴う振動とターボ分子ポンプ12の振動とを区別して冷媒の沸騰に係る振動のスペクトルを検出する。また、前述したように、冷媒の沸騰が生じている位置での検出結果(図3(b))と、冷媒温度調節部21−1の運転を停止し冷媒流路20への冷媒の供給を止めた場合での検出結果(図3(d))とを比較することにより、冷媒の沸騰に伴う振動を示すピークの周波数を確定することが容易となる。   Therefore, in this embodiment, the vibration spectrum associated with the boiling of the refrigerant is detected by distinguishing the vibration associated with the boiling of the refrigerant and the vibration of the turbo molecular pump 12. In addition, as described above, the detection result at the position where the refrigerant is boiling (FIG. 3B), the operation of the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 is stopped, and the refrigerant is supplied to the refrigerant flow path 20. By comparing the detection result in the case of stopping (FIG. 3D), it becomes easy to determine the peak frequency indicating the vibration accompanying the boiling of the refrigerant.

なお、本実施例の試料台4においては、冷媒入口30と冷媒出口32のそれぞれに1個ずつと、6箇所の屈曲部31の近傍に1個ずつ、合計8個の振動センサ37−1〜3を配置したが、配置する個数はこれに限るものではない。本実施例に示した冷媒流路20の構造では、冷媒が冷やされることは無く、冷媒流路20の壁面から熱を受けて沸騰しながら通流するため、通流した距離が長いほど、すなわち冷媒出口に近いほど一般的に乾き度が高くなる。そのため冷媒出口32の近傍の1箇所のみに振動センサ37−3を配置し冷媒の沸騰に伴う振動を検出すれば、最低限のドライアウト検知は可能である。   In the sample stage 4 of the present embodiment, a total of eight vibration sensors 37-1, one for each of the refrigerant inlet 30 and the refrigerant outlet 32 and one for the vicinity of the six bent portions 31. Although 3 is arranged, the number of arrangement is not limited to this. In the structure of the refrigerant flow path 20 shown in the present embodiment, the refrigerant is not cooled, and flows while receiving heat from the wall surface of the refrigerant flow path 20 while boiling. Generally, the closer to the refrigerant outlet, the higher the dryness. Therefore, if the vibration sensor 37-3 is arranged only at one location near the refrigerant outlet 32 and the vibration accompanying the boiling of the refrigerant is detected, the minimum dryout detection is possible.

さらに、屈曲部31近傍の箇所に配置された振動センサ37−2で当該屈曲部31での振動を検出することにより、冷媒を通流させつつ冷媒の蒸発が正常に生じているか、試料台4の冷却が行われているか、異常な状態であるかが誠意度良く判別できる。また、振動センサ37−1で冷媒入口30近傍での振動を検出することにより、冷媒入口30付近での冷媒の乾き度が0(0%)かこれに近接した値(冷媒は飽和液状態)となっているか否かを精度良く判別できるため、冷媒温度調節部21による冷媒の温度の調節の要否と精度とを向上させることができる。   Further, by detecting the vibration at the bent portion 31 with the vibration sensor 37-2 arranged in the vicinity of the bent portion 31, whether the refrigerant is normally evaporated while flowing the refrigerant, or the sample table 4 It is possible to determine with good sincerity whether the cooling is being performed or the state is abnormal. Further, by detecting the vibration near the refrigerant inlet 30 by the vibration sensor 37-1, the dryness of the refrigerant near the refrigerant inlet 30 is 0 (0%) or a value close to this (the refrigerant is in a saturated liquid state). Therefore, it is possible to improve the necessity and accuracy of the refrigerant temperature adjustment by the refrigerant temperature adjustment unit 21.

また、プラズマ11から試料5や試料台4が受ける熱量が非常に大きく且つ冷媒の流量が少ない場合は、冷媒入口30から導入された冷媒が屈曲部31に達するまでにドライアウトが生じる可能性もある。その場合には冷媒の沸騰に伴う振動を示すピークが振動センサ37−2および振動センサ37−3では検出されず、振動センサ37−1のみで検出される。その場合は、前述したような屈曲部31と冷媒出口32との間でドライアウトが生じた場合よりもさらに冷媒の流量を増やす必要があるため、圧縮機22の回転数をさらに上げると共に、膨張弁24−1の開度を下げるか、もしくは膨張弁24−2の開度を上げることによって、冷媒の流速を上げながら冷媒を目標温度に保てる。このように冷媒流路20のどの地点でドライアウトが生じているかを判断することにより、冷媒流量の制御の信頼性を高められる。そのため、本実施例に示したように複数の振動センサを配置することが望ましい。   Further, when the amount of heat received by the sample 5 or the sample stage 4 from the plasma 11 is very large and the flow rate of the refrigerant is small, there is a possibility that dryout may occur before the refrigerant introduced from the refrigerant inlet 30 reaches the bent portion 31. is there. In that case, the peak indicating the vibration accompanying the boiling of the refrigerant is not detected by the vibration sensor 37-2 and the vibration sensor 37-3, but is detected only by the vibration sensor 37-1. In that case, since it is necessary to increase the flow rate of the refrigerant further than when the dry-out occurs between the bent portion 31 and the refrigerant outlet 32 as described above, the rotation speed of the compressor 22 is further increased and the expansion is performed. By reducing the opening degree of the valve 24-1 or increasing the opening degree of the expansion valve 24-2, the refrigerant can be maintained at the target temperature while increasing the flow rate of the refrigerant. Thus, by determining at which point in the refrigerant flow path 20 the dry-out occurs, the reliability of control of the refrigerant flow rate can be improved. Therefore, it is desirable to arrange a plurality of vibration sensors as shown in this embodiment.

また、前述したように流路の下の位置で、且つ冷媒入口30と冷媒出口32との間の位置に振動センサを配置することにより、ドライアウトの生起の兆候とその箇所との検出の精度及びこれらの検出の結果に基づいて行われる冷媒の供給の調節による蒸発して生起した気泡の溜りの低減とドライアウトの抑制の効果が向上する。また、これらの検知手段は屈曲部31等の近傍に配置することが望ましい。   In addition, as described above, by arranging a vibration sensor at a position below the flow path and between the refrigerant inlet 30 and the refrigerant outlet 32, the accuracy of detection of an indication of the occurrence of dryout and its location. In addition, the effect of reducing the accumulation of bubbles generated by evaporation and the suppression of dry-out by adjusting the supply of refrigerant performed based on the detection results is improved. In addition, it is desirable to arrange these detection means in the vicinity of the bent portion 31 and the like.

なぜなら、冷媒流路20においては、屈曲部31で各々の流路での曲率半径が最も小さくなるため冷媒の内圧により円板35−1と円板35−2とを剥離させようとする応力の集中が屈曲部31の近傍の接合部で起きやすく、剥離や亀裂等接合の不備が生起する可能性が高くなる。そこで、屈曲部31の近傍に振動センサ37−2を配置することにより、冷媒の沸騰による振動だけでなく、接合部の剥離が発生した場合にはそれに伴う振動が検出され、剥離の発生の検出が可能となる。   This is because in the refrigerant flow path 20, the radius of curvature in each flow path becomes the smallest at the bent portion 31, and therefore the stress of trying to separate the disk 35-1 and the disk 35-2 by the internal pressure of the refrigerant. Concentration is likely to occur at the joint in the vicinity of the bent portion 31, and there is a high possibility that incomplete joining such as peeling or cracking occurs. Therefore, by arranging the vibration sensor 37-2 in the vicinity of the bent portion 31, not only the vibration due to the boiling of the refrigerant, but also the vibration accompanying the separation is detected when the joint is separated, and the occurrence of the separation is detected. Is possible.

このような構成においては、振動を検出した結果は各振動センサ37−1,2等から信号が出力され信号処理部39に送られ、この信号処理部39内の演算器によって接合部の剥離に伴う振動と判断された場合には、処理結果が装置制御部43に通信手段を介して送信され、装置制御部43は予め内部の記憶手段に記憶されたプログラムに従って異常が起きたことをプラズマ処理装置に具備された報知手段を用いて報知、或いは使用者の指令入力機のモニタ上に表示する。例えば、指令入力用のCRTモニタに表示される制御用の画面上に警告を表示させ作業者に知らせられる。   In such a configuration, as a result of detecting the vibration, a signal is output from each vibration sensor 37-1, 2, etc. and sent to the signal processing unit 39. When it is determined that the vibration is accompanied, the processing result is transmitted to the apparatus control unit 43 via the communication unit, and the apparatus control unit 43 determines that the abnormality has occurred according to the program stored in the internal storage unit in advance. Information is displayed using the notification means provided in the apparatus, or displayed on the monitor of the user's command input device. For example, a warning is displayed on the control screen displayed on the CRT monitor for command input to notify the operator.

以上のように、試料台4の下面に配置された検知手段からの出力を受信して通流する冷媒の乾き度やドライアウトの生起を検出し、この結果に基づいて冷媒温度調節部21が冷凍サイクルの動作或いは冷媒の通流、試料台4内の冷媒流路20に導入する冷媒の温度を所望の値を調節することよりドライアウトの生起を抑制し、処理中の試料5の温度を所望の範囲内に維持して、処理の精度と歩留まり、再現性が向上する。また、試料台4の接合部の剥離が生じやすい屈曲部31での剥離の発生を早期に検出することで、保守点検に要する作業の量や時間を低減してプラズマ処理装置の信頼性或いは装置による処理の効率とが向上する。   As described above, the output from the detecting means arranged on the lower surface of the sample stage 4 is received to detect the dryness of the refrigerant flowing and the occurrence of dryout, and based on the result, the refrigerant temperature adjusting unit 21 Owing to the operation of the refrigeration cycle or the flow of the refrigerant, and the temperature of the refrigerant introduced into the refrigerant flow path 20 in the sample table 4 is adjusted to a desired value, the occurrence of dryout is suppressed, and the temperature of the sample 5 being processed is controlled. Maintaining within a desired range improves processing accuracy, yield, and reproducibility. In addition, by detecting the occurrence of separation at the bent portion 31 where the joint portion of the sample stage 4 is likely to be peeled off at an early stage, the amount of work and time required for maintenance and inspection can be reduced, and the reliability or apparatus of the plasma processing apparatus can be reduced. The efficiency of processing by the is improved.

〔変形例1〕
上記の実施例では試料台4の内部の冷媒流路20は1系統、つまり冷媒流路20に供給される冷媒は1つの条件に調節され、試料台4は実質的に1つの温度に調節される構成であった。その場合は、試料台4の表面や試料5の温度は面内でほぼ均一となる。
[Modification 1]
In the above embodiment, the refrigerant channel 20 inside the sample stage 4 is one system, that is, the refrigerant supplied to the refrigerant channel 20 is adjusted to one condition, and the sample stage 4 is adjusted to substantially one temperature. The configuration was In that case, the surface of the sample stage 4 and the temperature of the sample 5 are substantially uniform in the plane.

それに対し、試料台4の内部に複数系統、例えば2系統の冷媒流路を形成し、外側の系統よりも内側の系統に高い温度の冷媒を導入したときには、試料台4や試料5の温度を内側で高い凸型の分布にすることができる。   On the other hand, when a plurality of systems, for example, two systems of refrigerant flow paths are formed in the sample table 4 and a refrigerant having a higher temperature is introduced into the inner system than the outer system, the temperature of the sample table 4 or the sample 5 is set. A highly convex distribution can be achieved on the inside.

ゲート電極を形成するエッチング処理工程においては、処理で生じた反応生成物の密度が内周側で高くなるため、試料5の温度を内側で高くすることにより反応生成物のゲートへの付着係数を下げ、その結果、ゲート電極寸法を試料5の面内で均一になるように処理することが一般的に行われている。このように試料5および試料台4の温度分布を制御するために、試料台4の内部に複数系統の冷媒流路を形成した場合の構成を、上記実施例の変形例として図4を用いて説明する。   In the etching process for forming the gate electrode, the density of the reaction product generated in the process is increased on the inner peripheral side. Therefore, by increasing the temperature of the sample 5 on the inner side, the adhesion coefficient of the reaction product to the gate is increased. As a result, the gate electrode dimensions are generally processed so as to be uniform within the surface of the sample 5. In order to control the temperature distribution of the sample 5 and the sample stage 4 in this way, a configuration in which a plurality of refrigerant flow paths are formed inside the sample stage 4 will be described with reference to FIG. 4 as a modification of the above embodiment. explain.

以下、図4は、図1に示す実施例の変形例に係る試料台の構成の概略を示す横及び縦断面図である。図4(a)は試料台4の上断面を示す図である。試料台4には、半径方向に温度分布を持たせるために、内側冷媒流路20−1と外側冷媒流路20−2を設け、それらを第1実施例と同様に略同心円状の流路と屈曲部とからなる構造とした。また、内側冷媒流路20−1と外側冷媒流路20−2とには、上記実施例で説明した直接膨張方式の冷媒温度調節部21−1と冷媒温度調節部21−2とがそれぞれ接続されている。   FIG. 4 is a horizontal and vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of the sample stage according to the modification of the embodiment shown in FIG. FIG. 4A is a view showing an upper section of the sample stage 4. The sample stage 4 is provided with an inner refrigerant flow path 20-1 and an outer refrigerant flow path 20-2 in order to have a temperature distribution in the radial direction, which are substantially concentric flow paths as in the first embodiment. And a bent portion. In addition, the direct expansion type refrigerant temperature adjustment unit 21-1 and the refrigerant temperature adjustment unit 21-2 described in the above embodiment are connected to the inner refrigerant channel 20-1 and the outer refrigerant channel 20-2, respectively. Has been.

内側冷媒流路20−1においては、内側冷媒入口30−1から導入された冷媒が二方向に分かれて内側冷媒流路20−1に沿って循環し、屈曲部31−1を経由してさらに内周側の流路に流れる。前述した二方向に分かれて流れていた冷媒は、内側冷媒出口32−1近傍で合流すると共に内側冷媒出口32−1から試料台4の外に排出され、図4に示したような冷媒温度調節部21−1に戻る。   In the inner refrigerant flow path 20-1, the refrigerant introduced from the inner refrigerant inlet 30-1 is divided into two directions and circulated along the inner refrigerant flow path 20-1, and further via the bent portion 31-1. It flows in the flow path on the inner circumference side. The refrigerant flowing in two directions as described above merges in the vicinity of the inner refrigerant outlet 32-1 and is discharged from the inner refrigerant outlet 32-1 to the outside of the sample table 4 to adjust the refrigerant temperature as shown in FIG. Return to Part 21-1.

同様に、外側冷媒流路20−2においても、外側冷媒入口30−2から導入された冷媒は二手に分かれて外側冷媒流路20−2に沿って循環し、屈曲部31−2を経由してさらに内周側の流路に流れる。前述した二手に分かれて流れた冷媒は、外側冷媒出口32−2で合流すると共に外側冷媒出口32−2から試料台4の外に流される。   Similarly, also in the outer refrigerant channel 20-2, the refrigerant introduced from the outer refrigerant inlet 30-2 divides into two hands and circulates along the outer refrigerant channel 20-2, and passes through the bent portion 31-2. Further flows into the flow path on the inner peripheral side. The refrigerant that has flowed in two steps as described above joins at the outer refrigerant outlet 32-2, and flows out of the sample stage 4 from the outer refrigerant outlet 32-2.

また、図4(b)は試料台4の近傍の構成を示した図である。上記実施例と同様に、試料台4の下面であり且つ内側冷媒入口30−1の近傍に振動センサ37−1を、試料台4の下面であり且つ内側冷媒出口32−1の近傍に振動センサ37−3を、試料台4の下面であり且つ外側冷媒入口30−2の近傍に振動センサ37−4を、試料台4の下面であり且つ外側冷媒出口32−2の近傍に振動センサ37−6を配置した。またさらに、試料台4の下面であり且つ屈曲部31−1の近傍に振動センサ37−2を、試料台4の下面であり且つ屈曲部31−2の近傍に振動センサ37−6を配置した。   FIG. 4B is a diagram showing a configuration in the vicinity of the sample table 4. As in the above embodiment, the vibration sensor 37-1 is located on the lower surface of the sample stage 4 and near the inner refrigerant inlet 30-1, and the vibration sensor is located on the lower surface of the sample stage 4 and near the inner refrigerant outlet 32-1. 37-3 is the lower surface of the sample stage 4 and in the vicinity of the outer refrigerant inlet 30-2, and the vibration sensor 37-4 is the lower surface of the sample stage 4 and in the vicinity of the outer refrigerant outlet 32-2. 6 was placed. Furthermore, a vibration sensor 37-2 is disposed on the lower surface of the sample table 4 and in the vicinity of the bent portion 31-1, and a vibration sensor 37-6 is disposed on the lower surface of the sample table 4 and in the vicinity of the bent portion 31-2. .

これらの場所にそれぞれ振動センサを配置することにより、実施例と同様に、それらの近傍での振動を検出できる。また、これらの振動センサ37−1〜6で検出した振動の信号は、信号処理部39に送られ処理される。   By arranging the vibration sensors at these places, vibrations in the vicinity thereof can be detected as in the embodiment. The vibration signals detected by the vibration sensors 37-1 to 37-6 are sent to the signal processing unit 39 for processing.

これら振動センサ37−1〜6による検出の方法は第1実施例と同様である。すなわち、内側冷媒入口30−1,屈曲部31−1,内側冷媒出口32−1,外側冷媒入口30−2,屈曲部31−2および外側冷媒出口32−2における冷媒の振動を振動センサ37−1〜6で検出する。また、振動センサ37−1〜6で検出されたそれぞれの振動データに対し高速フーリエ解析を用いたスペクトル解析を施し、パワースペクトルへの変換およびデシベル変換により音圧レベルを算出し、それが0以上のピークを抽出し、冷媒の沸騰を示すピークを同定し、その高さによりドライアウトの有無を判断する処理を、信号処理部39によって行い、内側冷媒出口32−1もしくは外側冷媒出口32−2で冷媒のドライアウトが生じているか否かを判断する。   The method of detection by these vibration sensors 37-1 to 6 is the same as in the first embodiment. That is, vibrations of the refrigerant at the inner refrigerant inlet 30-1, the bent portion 31-1, the inner refrigerant outlet 32-1, the outer refrigerant inlet 30-2, the bent portion 31-2, and the outer refrigerant outlet 32-2 are detected by the vibration sensor 37-. Detect with 1-6. In addition, spectrum analysis using fast Fourier analysis is performed on each vibration data detected by the vibration sensors 37-1 to 6-6, and a sound pressure level is calculated by conversion to a power spectrum and decibel conversion. Is extracted, the peak indicating the boiling of the refrigerant is identified, and the signal processing unit 39 performs the process of determining the presence or absence of the dryout based on the height thereof, and the inner refrigerant outlet 32-1 or the outer refrigerant outlet 32-2. It is then determined whether or not the refrigerant has been dried out.

また、ドライアウトの兆候が検出されたことが信号処理部39で判断された場合には、温度調節部制御部33により冷媒温度調節部21−1もしくは冷媒温度調節部21−2内の圧縮機22の回転数と膨張弁24−1および膨張弁24−2の開度が第1実施例と同様に制御され、ドライアウトを防止しながら内側冷媒流路20−1および外側冷媒流路20−2の内部の冷媒温度を所望の値に制御できる。また、試料台4の接合部の剥離が振動センサ37−1〜6によって検知された場合には、異常が起きたことを示す警告を装置制御部43によってプラズマエッチング装置に出す。   When the signal processing unit 39 determines that a sign of dryout has been detected, the temperature controller 21 controls the refrigerant temperature controller 21-1 or the compressor in the refrigerant temperature controller 21-2. The rotational speed of 22 and the opening degree of the expansion valve 24-1 and the expansion valve 24-2 are controlled in the same manner as in the first embodiment, and while preventing dryout, the inner refrigerant flow path 20-1 and the outer refrigerant flow path 20- 2 can be controlled to a desired value. When peeling of the joint portion of the sample stage 4 is detected by the vibration sensors 37-1 to 37-6, a warning indicating that an abnormality has occurred is issued to the plasma etching apparatus by the apparatus control unit 43.

以上のような装置構成および操作を実施することにより、試料台4に複数系統の冷媒流路すなわち内側冷媒流路20−1および外側冷媒流路20−2を設けた場合でも、実施例と同様に、ドライアウトを防止しながらそれぞれに導入する冷媒の温度を所望の値に制御し、その結果試料4の温度分布を制御でき良好なエッチング処理を行える。また第1実施例と同様に、試料台4の接合部の剥離が生じやすい屈曲部31−1および屈曲部31−2での剥離の発生を検知することができる。   By implementing the apparatus configuration and operation as described above, even when a plurality of refrigerant flow paths, that is, the inner refrigerant flow path 20-1 and the outer refrigerant flow path 20-2 are provided on the sample stage 4, the same as in the embodiment. In addition, the temperature of the refrigerant introduced into each of them is controlled to a desired value while preventing dryout, and as a result, the temperature distribution of the sample 4 can be controlled and a good etching process can be performed. Further, as in the first embodiment, it is possible to detect the occurrence of peeling at the bent portion 31-1 and the bent portion 31-2 where the bonded portion of the sample table 4 is likely to be peeled off.

ここで、本実施例における内側冷媒入口30−1と内側冷媒出口32−1との位置関係について説明する。本実施例では内側冷媒入口30−1を内側冷媒出口32−1よりも内周側に配置した。   Here, the positional relationship between the inner refrigerant inlet 30-1 and the inner refrigerant outlet 32-1 in the present embodiment will be described. In this embodiment, the inner refrigerant inlet 30-1 is arranged on the inner peripheral side with respect to the inner refrigerant outlet 32-1.

また、本実施例では試料5の温度を外周部よりも中央部で高い凸分布にするために、内側冷媒流路20−1に導入する冷媒の温度を、外側冷媒流路20−2に導入する冷媒の温度よりも高くした。そのとき、内側冷媒入口30−1から導入された乾き度がほぼ0の冷媒は、プラズマ11からの入熱を受けて沸騰し、乾き度が上がりながら内側冷媒流路20−1の内周側を循環し、屈曲部31−1を経由し、その後は内側冷媒流路20−1の外周側を、プラズマ11から加熱されると共に外周側の隣にある外側冷媒流路20−2から冷却されながら循環し、内側冷媒出口32−1から排出される。   In the present embodiment, the temperature of the refrigerant introduced into the inner refrigerant flow path 20-1 is introduced into the outer refrigerant flow path 20-2 so that the temperature of the sample 5 is higher in the central portion than the outer peripheral portion. Higher than the temperature of the refrigerant. At that time, the refrigerant having a degree of dryness of approximately 0 introduced from the inner refrigerant inlet 30-1 is boiled by receiving heat input from the plasma 11, and the inner circumference side of the inner refrigerant flow path 20-1 while increasing the degree of dryness. And the outer peripheral side of the inner refrigerant channel 20-1 is heated from the plasma 11 and then cooled from the outer refrigerant channel 20-2 adjacent to the outer peripheral side. It circulates while being discharged from the inner refrigerant outlet 32-1.

その場合は、屈曲部31−1での冷媒の乾き度を充分高くしておくことにより、もし外側冷媒流路20−2からの冷却熱量がプラズマ11からの加熱熱量よりも大きく、乾き度が下がりながら内側冷媒流路20−1の外周側を循環したとしても、内側冷媒出口32−1に到達するまでに乾き度が下がり0になることが抑制される。そのため、内側冷媒流路20−1から導入された冷媒は、内側冷媒出口32−1から排出されるまでに乾き度が0になることは無い。このように気液混相の冷媒の乾き度が0ではない場合は、冷媒の温度は変化しないため、内側冷媒流路20−1を流れる過程で冷媒温度は変化しない。そのため、試料台4および試料5は周方向に偏りのない温度分布を実現できる。   In that case, if the degree of dryness of the refrigerant in the bent portion 31-1 is sufficiently high, the amount of cooling heat from the outer refrigerant flow path 20-2 is larger than the amount of heating heat from the plasma 11, and the degree of dryness is high. Even if it circulates on the outer peripheral side of the inner refrigerant flow path 20-1 while being lowered, it is suppressed that the dryness is reduced to zero before reaching the inner refrigerant outlet 32-1. Therefore, the dryness of the refrigerant introduced from the inner refrigerant flow path 20-1 does not become zero before being discharged from the inner refrigerant outlet 32-1. Thus, when the dryness of the gas-liquid mixed phase refrigerant is not 0, the temperature of the refrigerant does not change, so the refrigerant temperature does not change in the process of flowing through the inner refrigerant flow path 20-1. Therefore, the sample stage 4 and the sample 5 can realize a temperature distribution without any deviation in the circumferential direction.

それに対し、本実施例とは逆に、内側冷媒入口30−1を内側冷媒出口32−1よりも外周側に配置した場合は、例えば図4(a)においては、内側冷媒出口32−1から冷媒を導入し、内側冷媒入口30−1から排出するようになる。そして内側冷媒流路20−1に導入する冷媒の温度を、外側冷媒流路20−2に導入する冷媒の温度よりも高くした場合は、内側冷媒出口32−1から導入された乾き度がほぼ0の冷媒は、プラズマ11からの加熱による入熱を受けると共に、外周側の隣にある外側冷媒流路20−2の最内周の流路から冷却されながら循環し、屈曲部31−1に到達する。   On the other hand, when the inner refrigerant inlet 30-1 is arranged on the outer peripheral side of the inner refrigerant outlet 32-1, contrary to the present embodiment, for example, in FIG. The refrigerant is introduced and discharged from the inner refrigerant inlet 30-1. When the temperature of the refrigerant introduced into the inner refrigerant flow path 20-1 is higher than the temperature of the refrigerant introduced into the outer refrigerant flow path 20-2, the dryness introduced from the inner refrigerant outlet 32-1 is almost equal. The 0 refrigerant receives heat input from the plasma 11 and circulates while being cooled from the innermost flow path of the outer refrigerant flow path 20-2 adjacent to the outer peripheral side, and enters the bent portion 31-1. To reach.

この場合に、もし外側冷媒流路20−2からの冷却熱量がプラズマ11からの加熱熱量よりも大きい場合には、乾き度が0のまま冷媒の温度が下がりながら内側冷媒流路20−1の外周側を循環し屈曲部31−1に到達することになる。そのため内側冷媒流路20−1での周方向の温度分布が偏り、試料台4および試料5の周方向の温度分布が偏り、その結果、試料5のプラズマ処理の面内分布の均一性が著しく損なわれてしまう。   In this case, if the amount of cooling heat from the outer refrigerant flow path 20-2 is larger than the amount of heating heat from the plasma 11, the temperature of the inner refrigerant flow path 20-1 decreases while the dryness remains zero. It circulates on the outer peripheral side and reaches the bent portion 31-1. Therefore, the temperature distribution in the circumferential direction in the inner refrigerant flow path 20-1 is biased, and the temperature distribution in the circumferential direction of the sample table 4 and the sample 5 is biased. It will be damaged.

なお、本実施例の様に内側冷媒入口30−1を内側冷媒出口32−1よりも内周側に配置した場合の屈曲部31−1における冷媒の乾き度の最適値は、外側冷媒流路20−2からの冷却熱量とプラズマ11からの加熱熱量とによって影響される。例えば前者が後者よりも大きければ屈曲部31−1を経由した冷媒は内側冷媒流路の外周側の流路を循環するときに乾き度が徐々に低くなる。そのため内側冷媒出口32−1から排出されるまでに冷媒の乾き度が0にならないように、屈曲部31−1での乾き度は充分高くしておく必要がある。   In addition, the optimal value of the dryness of the refrigerant | coolant in the bending part 31-1 when the inner side refrigerant | coolant inlet 30-1 is arrange | positioned in the inner peripheral side rather than the inner side refrigerant | coolant outlet 32-1 like a present Example is an outer side refrigerant | coolant flow path. It is influenced by the amount of cooling heat from 20-2 and the amount of heating heat from the plasma 11. For example, if the former is larger than the latter, the degree of dryness of the refrigerant passing through the bent portion 31-1 gradually decreases when circulating through the flow path on the outer peripheral side of the inner refrigerant flow path. Therefore, the degree of dryness at the bent portion 31-1 needs to be sufficiently high so that the degree of dryness of the refrigerant does not become zero before being discharged from the inner refrigerant outlet 32-1.

逆に、外側冷媒流路20−2からの冷却熱量がプラズマ11からの加熱熱量よりも小さい場合には、屈曲部31−1を経由した冷媒は内側冷媒流路の外周側の流路を循環するときに乾き度が徐々に高くなる。そのため内側冷媒出口32−1から排出されるまでに冷媒の乾き度が1にならないように、つまりドライアウトが生じないように、屈曲部31−1での乾き度を充分低くしておく必要がある。このようにプラズマからの入熱量と、隣り合う冷媒流路からの冷却量を予め計算や実験によって求め、さらに最適な屈曲部31−1での乾き度を求めておけば、プラズマ処理中に振動センサ37−2によって、乾き度が最適な値になっているか否かを確認できる。すなわち、屈曲部31−1での乾き度の最適値が高く1(100%)に近い場合には、冷媒の液体部分が少なくなるべきなので、図3(b)に示すピーク41−bが低くなっているべきである。   Conversely, when the amount of cooling heat from the outer refrigerant channel 20-2 is smaller than the amount of heating heat from the plasma 11, the refrigerant that passes through the bent portion 31-1 circulates in the outer peripheral channel of the inner refrigerant channel. When dry, the dryness gradually increases. Therefore, the degree of dryness at the bent portion 31-1 needs to be sufficiently low so that the dryness of the refrigerant does not become 1 before being discharged from the inner refrigerant outlet 32-1, that is, the dryout does not occur. is there. As described above, if the amount of heat input from the plasma and the amount of cooling from the adjacent refrigerant flow path are obtained in advance by calculation or experiment, and if the optimum dryness at the bent portion 31-1 is obtained, vibration during plasma processing will occur. Whether or not the dryness is an optimum value can be confirmed by the sensor 37-2. That is, when the optimum value of the dryness at the bent portion 31-1 is high and close to 1 (100%), the liquid portion of the refrigerant should be reduced, so the peak 41-b shown in FIG. Should be.

また逆に屈曲部31−1での乾き度の最適値が低い場合には、冷媒の液体部分が多く沸騰が盛んに起きているために図3(b)に示すピーク41−bが高くなっているべきである。以上のようにプラズマ処理中に振動センサ37−1および振動センサ37−3によって内側冷媒入口30−1および内側冷媒出口32−1での振動を検出すると共に、振動センサ37−2によって、屈曲部31−1振動を検出することにより、内側冷媒流路20−1の全領域において乾き度が0あるいはドライアウトが生じるのを防止できる。   On the other hand, when the optimum value of the dryness at the bent portion 31-1 is low, the peak 41-b shown in FIG. Should be. As described above, vibrations at the inner refrigerant inlet 30-1 and the inner refrigerant outlet 32-1 are detected by the vibration sensor 37-1 and the vibration sensor 37-3 during the plasma processing, and the bent portion is detected by the vibration sensor 37-2. By detecting the 31-1 vibration, it is possible to prevent the dryness from being 0 or dryout in the entire region of the inner refrigerant flow path 20-1.

また冷媒流路の配置に関しては、試料台4の内部に複数系統の冷媒流路を設け、それぞれの系統に異なる温度の冷媒を導入する場合には、本実施例に示したように、より低い温度の冷媒が通る冷媒流路と隣り合う流路に冷媒が到達する前に、プラズマ11からの加熱によって乾き度が上がるようにすることが望ましい。これにより試料台4および試料5の周方向の温度分布の偏りを無くし、その結果、試料5のプラズマエッチング処理の面内分布を均一にすることができる。   Further, regarding the arrangement of the refrigerant flow paths, when a plurality of refrigerant flow paths are provided inside the sample table 4 and refrigerants having different temperatures are introduced into the respective systems, the refrigerant flow paths are lower as shown in this embodiment. It is desirable that the dryness is increased by heating from the plasma 11 before the refrigerant reaches the flow path adjacent to the flow path through which the refrigerant of temperature passes. Thereby, the uneven temperature distribution in the circumferential direction of the sample stage 4 and the sample 5 is eliminated, and as a result, the in-plane distribution of the plasma etching process of the sample 5 can be made uniform.

〔変形例2〕
以下、本発明の第3実施例について図4を用いて説明する。第2実施例では、振動センサ37−1〜37−6を試料台4の下面に直接配置していた。しかし、エッチング処理においては、プラズマ11中のイオンを被処理体である試料5に引き込むために、試料台4に高周波電源53を接続して高周波を印加する場合が多い。その場合には、高周波が振動センサ37−1〜37−6に悪影響を及ぼすため、それらを試料台4の下面に直接配置できない。本発明の第2実施例はこの課題に対処するものであり、実施例1と同様に試料台4に導入する冷媒の沸騰による振動を振動センサで検出し、冷媒のドライアウトを検知するが、第1実施例と異なり試料台4下部に電気的に絶縁性の材料(例えばアルミナセラミクス)で構成された配管を配置し、その絶縁性の配管に振動センサを配置し、振動を検出する。
[Modification 2]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the vibration sensors 37-1 to 37-6 are directly arranged on the lower surface of the sample stage 4. However, in the etching process, in order to draw ions in the plasma 11 into the sample 5 that is the object to be processed, a high frequency power source 53 is often connected to the sample stage 4 to apply a high frequency. In that case, since the high frequency adversely affects the vibration sensors 37-1 to 37-6, they cannot be arranged directly on the lower surface of the sample stage 4. The second embodiment of the present invention addresses this problem. Like the first embodiment, the vibration due to the boiling of the refrigerant introduced into the sample stage 4 is detected by the vibration sensor, and the dryout of the refrigerant is detected. Unlike the first embodiment, a pipe made of an electrically insulating material (for example, alumina ceramics) is arranged below the sample stage 4, and a vibration sensor is arranged on the insulating pipe to detect vibration.

図5は本実施例で用いる試料台の近傍と、それに接続された構成部品を示したものである。また、ここでは試料台4を上から見た断面図は示さないが、本発明の第2実施例に示した試料台4と同様なものを用いる。試料台4の下側を構成する円板35−2の、内側冷媒入口30−1,内側冷媒出口32−1,外側冷媒入口30−2および外側冷媒出口32−2と接続する部分には円形の穴が形成されており、その穴に絶縁性配管51−1〜4がそれぞれ挿入され接続されている。これら絶縁性配管51−1〜4のそれぞれの上部にはOリング57が配置され軸シール構造になっており、内側冷媒流路20−1に導入または内側冷媒流路20−1から排出される冷媒が漏れないようにシールされている。さらに、これら絶縁性配管51−1〜4には振動センサ37−1,振動センサ37−3,振動センサ37−4および振動センサ37−6がそれぞれ直接配置されている。また、図示しないが、振動センサ37−1,振動センサ37−3,振動センサ37−4および振動センサ37−6が配置されていない領域の絶縁性配管51−1〜4は断熱材で覆われており、これにより断熱されている。   FIG. 5 shows the vicinity of the sample stage used in this embodiment and the components connected thereto. Here, although a cross-sectional view of the sample stage 4 seen from above is not shown, the same sample stage 4 as that shown in the second embodiment of the present invention is used. A circular portion is connected to the inner refrigerant inlet 30-1, the inner refrigerant outlet 32-1, the outer refrigerant inlet 30-2 and the outer refrigerant outlet 32-2. Are formed, and the insulating pipes 51-1 to 5-4 are respectively inserted and connected to the holes. An O-ring 57 is disposed on each of the insulating pipes 51-1 to 51-4 to form a shaft seal structure, and is introduced into or discharged from the inner refrigerant flow path 20-1. Sealed to prevent leakage of refrigerant. Furthermore, a vibration sensor 37-1, a vibration sensor 37-3, a vibration sensor 37-4, and a vibration sensor 37-6 are directly arranged in these insulating pipes 51-1 to 51-4. Although not shown, the insulating pipes 51-1 to 51-4 in the region where the vibration sensor 37-1, the vibration sensor 37-3, the vibration sensor 37-4, and the vibration sensor 37-6 are not disposed are covered with a heat insulating material. It is insulated by this.

これら絶縁性配管51−1〜4は試料台4の下面に強固に接触・固定されていることにより、内側冷媒入口30−1,内側冷媒出口32−1,外側冷媒入口30−2および外側冷媒出口32−2における冷媒による振動を、絶縁性配管51−1〜4を経由して、それぞれ振動センサ37−1,振動センサ37−3,振動センサ37−4および振動センサ37−6によって検出できる。   These insulative pipes 51-1 to 51-4 are firmly in contact with and fixed to the lower surface of the sample stage 4, so that the inner refrigerant inlet 30-1, the inner refrigerant outlet 32-1, the outer refrigerant inlet 30-2, and the outer refrigerant. The vibration due to the refrigerant at the outlet 32-2 can be detected by the vibration sensor 37-1, the vibration sensor 37-3, the vibration sensor 37-4, and the vibration sensor 37-6 via the insulating pipes 51-1 to 51-4. .

さらに、内側冷媒流路20−1の屈曲部31−1および外側冷媒流路20−2の屈曲部31−2の真下かつ試料台4の下面には絶縁性の材料によって構成された部材である絶縁性配管55−1および絶縁性配管55−2がそれぞれ強固に接触・固定されており、その絶縁性配管55−1および絶縁性配管55−2にはそれぞれ振動センサ37−2および振動センサ37−5が強固に接触・固定されている。これにより、屈曲部31−1および屈曲部31−2における冷媒の振動を、振動センサ37−2および振動センサ37−5によって検出できる。この構成においては、それぞれの絶縁性配管55−1〜4と試料台4とがそれぞれ強固に接触・固定されているために、絶縁性配管55−1〜4のどの位置に振動センサ37−1,振動センサ37−3,振動センサ37−4および振動センサ37−6を配置しても振動は検出できる。しかしながら、それぞれの振動センサが試料台4から離れ、冷媒温度調節部21−1もしくは冷媒温度調節部21−2に近い位置に配置された場合は、膨張弁24−1や膨張弁24−2や圧縮機22などの駆動部品の振動も検出されるためにSN比が下がってしまう。そのため、それぞれの振動センサはそれぞれの絶縁性配管の試料台4に近い領域に配置することが望ましい。   Furthermore, a member made of an insulating material is provided directly below the bent portion 31-1 of the inner refrigerant channel 20-1 and the bent portion 31-2 of the outer refrigerant channel 20-2 and on the lower surface of the sample table 4. The insulating pipe 55-1 and the insulating pipe 55-2 are firmly contacted and fixed, and the insulating pipe 55-1 and the insulating pipe 55-2 are respectively connected to the vibration sensor 37-2 and the vibration sensor 37. -5 is firmly contacted and fixed. Thereby, the vibration of the refrigerant | coolant in the bending part 31-1 and the bending part 31-2 can be detected with the vibration sensor 37-2 and the vibration sensor 37-5. In this configuration, since each of the insulating pipes 55-1 to 55-4 and the sample table 4 are firmly contacted and fixed, the vibration sensor 37-1 is located at any position of the insulating pipes 55-1 to 55-4. The vibration can be detected even if the vibration sensor 37-3, the vibration sensor 37-4, and the vibration sensor 37-6 are arranged. However, when the respective vibration sensors are separated from the sample stage 4 and are arranged at positions close to the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 or the refrigerant temperature adjusting unit 21-2, the expansion valve 24-1, the expansion valve 24-2, Since the vibration of driving parts such as the compressor 22 is also detected, the S / N ratio is lowered. Therefore, it is desirable to arrange each vibration sensor in a region close to the sample stage 4 of each insulating pipe.

この振動センサ37−1〜6による検出の方法は第1実施例と同様である。すなわち、内側冷媒入口30−1,屈曲部31−1,内側冷媒出口32−1,外側冷媒入口30−2,屈曲部31−2および外側冷媒出口32−2における冷媒の振動を振動センサ37−1〜6で検出し、信号処理部39によって処理されたデータを用いて内側冷媒出口32−1もしくは外側冷媒出口32−2で冷媒のドライアウトが生じているか否かを判断する。また、ドライアウトが起きそうになったと信号処理部39で判断された場合には冷媒温度調節部21−1もしくは冷媒温度調節部21−2内の圧縮機22の回転数と膨張弁24−1および膨張弁24−2の開度を第1実施例と同様に制御すれば、ドライアウトを防止しながら内側冷媒流路20−1および外側冷媒流路20−2の内部の冷媒温度を所望の値に制御できる。   The method of detection by the vibration sensors 37-1 to 6 is the same as in the first embodiment. That is, vibrations of the refrigerant at the inner refrigerant inlet 30-1, the bent portion 31-1, the inner refrigerant outlet 32-1, the outer refrigerant inlet 30-2, the bent portion 31-2, and the outer refrigerant outlet 32-2 are detected by the vibration sensor 37-. It is determined whether or not the refrigerant is dry-out at the inner refrigerant outlet 32-1 or the outer refrigerant outlet 32-2, using the data detected at 1 to 6 and processed by the signal processor 39. When the signal processing unit 39 determines that the dry-out is about to occur, the rotation speed of the compressor 22 in the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 or the refrigerant temperature adjusting unit 21-2 and the expansion valve 24-1. If the opening degree of the expansion valve 24-2 is controlled in the same manner as in the first embodiment, the refrigerant temperature inside the inner refrigerant flow path 20-1 and the outer refrigerant flow path 20-2 is set to a desired value while preventing dryout. Can be controlled to a value.

以上のような装置構成および操作を実施することにより、試料台4に高周波を印加する場合においても、第1実施例と同様に、ドライアウトを防止しながら内側冷媒流路20−1と外側冷媒流路20−2に導入する冷媒の温度を所望の値に制御し、その結果試料4の温度分布を制御でき良好なエッチング処理を行える。また第1実施例と同様に、試料台4の接合部の剥離が生じやすい屈曲部31−1および屈曲部31−2での剥離の発生を検知することができる。   Even when a high frequency is applied to the sample stage 4 by performing the apparatus configuration and operation as described above, the inner refrigerant flow path 20-1 and the outer refrigerant are prevented while preventing dryout as in the first embodiment. The temperature of the refrigerant introduced into the flow path 20-2 is controlled to a desired value, and as a result, the temperature distribution of the sample 4 can be controlled and a good etching process can be performed. Further, as in the first embodiment, it is possible to detect the occurrence of peeling at the bent portion 31-1 and the bent portion 31-2 where the bonded portion of the sample table 4 is likely to be peeled off.

〔変形例3〕
第1および第2実施例においては、試料台4の接合部での剥離を振動センサ37−1〜6によって検知する構造となっている。それに対し第3実施例は、冷媒温度調節部21−1もしくは冷媒温度調節部21−2と試料台4との間の配管に圧力計を配置し、それによって冷媒の圧力を検出して試料台4の接合部の剥離や冷媒漏れの発生を検知する。以下、図6,図7を用いて第3実施例について説明する。
[Modification 3]
In the first and second embodiments, the separation at the joint portion of the sample stage 4 is detected by the vibration sensors 37-1 to 37-6. On the other hand, in the third embodiment, a pressure gauge is arranged in the pipe between the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 or the refrigerant temperature adjusting unit 21-2 and the sample stage 4, thereby detecting the pressure of the refrigerant and thereby providing a sample stage. Detecting the peeling of the joint 4 and the occurrence of refrigerant leakage. Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIGS.

図6は本実施例で用いる試料台4の近傍と、それに接続された構成部品を示したものである。また、この試料台4の構造は図2(a)に上断面図を示したものと同じ構造であり、同じ符号を用いて説明する。   FIG. 6 shows the vicinity of the sample stage 4 used in this embodiment and the components connected thereto. The structure of the sample stage 4 is the same as that shown in the upper sectional view of FIG. 2A, and will be described using the same reference numerals.

内側冷媒流路20−1および外側冷媒流路20−2には冷媒温度調節部21−1および冷媒温度調節部21−2がそれぞれ接続されており、それぞれの流路に冷媒が供給される。ここで、冷媒温度調節部21−1の内部の膨張弁24−1の下流で且つ内側冷媒入口30−1との間の配管には圧力計60−1が接続されており、内側冷媒流路20−1での冷媒の圧力とほぼ同じ圧力を測れる。   A refrigerant temperature adjusting unit 21-1 and a refrigerant temperature adjusting unit 21-2 are connected to the inner refrigerant channel 20-1 and the outer refrigerant channel 20-2, respectively, and the refrigerant is supplied to the respective channels. Here, a pressure gauge 60-1 is connected to a pipe downstream of the expansion valve 24-1 inside the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 and between the refrigerant inlet 30-1 and the inner refrigerant flow path. The pressure almost the same as the pressure of the refrigerant in 20-1 can be measured.

このような構成において圧力計60−1で検出した冷媒の圧力の時間変化を図6(a)に示す。冷媒の設定温度を上下に変化させず、またプラズマ11から試料5および試料台4への入熱量が変化しない場合には、圧力安定領域72−1の様に冷媒の圧力は時間的に変化せず一定となる。そのような状態において試料台4の接合部で剥離が生じた場合、冷媒流路の容積が急激に増えるために冷媒の圧力が低下し、圧力変化72−2が生じる。そして剥離の進展が止まると容積の変化が止まるため、冷媒の圧力変化72−2も止まり圧力安定領域72−3の様に再び一定となる。このような現象は圧力の変化として、特定の時間内での圧力の減少とその回復或いは圧力が安定した値から急激に減少した後元の圧力の値と同じか近接した値に回復するといった時系列の圧力の変動として現れる。この様な冷媒の圧力を検出した結果は信号処理部39に送られる。   FIG. 6A shows the time change of the refrigerant pressure detected by the pressure gauge 60-1 in such a configuration. When the set temperature of the refrigerant is not changed up and down and the amount of heat input from the plasma 11 to the sample 5 and the sample stage 4 does not change, the pressure of the refrigerant changes with time as in the pressure stabilization region 72-1. It becomes constant. In such a state, when peeling occurs at the joint portion of the sample stage 4, the volume of the refrigerant flow path increases rapidly, so that the pressure of the refrigerant decreases and a pressure change 72-2 occurs. Then, since the change in volume stops when the progress of peeling stops, the pressure change 72-2 of the refrigerant also stops and becomes constant again like the pressure stable region 72-3. Such a phenomenon is a change in pressure, such as when pressure decreases and recovers within a specific time, or when pressure suddenly decreases from a stable value and then recovers to a value close to or close to the original pressure value. Appears as fluctuations in the pressure of the series. The result of detecting the pressure of such a refrigerant is sent to the signal processing unit 39.

図7(a)に示したような圧力安定領域72−1と圧力安定領域72−3との間に圧力変化72−2が現れ、その大きさが予め決められた閾値以上になった場合には剥離が生じているとして信号処理部39により判定され、処理結果が装置制御部43に送られ、或いは受診した信号処理部39からの信号に基づいて装置制御部43の演算器により判定され、これにより異常が起きたことを示す警告をプラズマエッチング装置に出す。例えばプラズマエッチング装置の制御画面に警告を表示させ作業者に知らせる。   When the pressure change 72-2 appears between the pressure stable region 72-1 and the pressure stable region 72-3 as shown in FIG. 7A and the magnitude thereof is equal to or greater than a predetermined threshold value. Is determined by the signal processing unit 39 as being peeled off, and the processing result is sent to the device control unit 43, or is determined by the computing unit of the device control unit 43 based on the signal from the signal processing unit 39 that has been examined, As a result, a warning indicating that an abnormality has occurred is issued to the plasma etching apparatus. For example, a warning is displayed on the control screen of the plasma etching apparatus to notify the operator.

また、一般的にプラズマエッチング装置では同じ処理条件を用いて複数のウエハ処理を繰り返すため、その際に冷媒圧力の検出結果を保存しておき、過去の同種の処理での冷媒圧力の検出結果と比較することによっても冷媒圧力の変化を検知しても良い。図6(b)に破線で示すように正常にプラズマエッチング処理された場合の冷媒圧力の検出結果75−1と、同図に実線で示すように圧力変化72−2が現れた場合の検出結果75−2とを比較することによって、より確実に試料台4の接合部の剥離に伴う圧力変動を検知できる。   In general, a plasma etching apparatus repeats a plurality of wafer processes using the same processing conditions. At that time, the detection result of the refrigerant pressure is stored, and the detection result of the refrigerant pressure in the same type of processing in the past is stored. You may detect the change of a refrigerant | coolant pressure also by comparing. The refrigerant pressure detection result 75-1 when the plasma etching process is normally performed as shown by the broken line in FIG. 6B and the detection result when the pressure change 72-2 appears as shown by the solid line in FIG. By comparing with 75-2, it is possible to more reliably detect pressure fluctuations accompanying peeling of the joint portion of the sample stage 4.

なお本実施例では膨張弁24−1の下流で且つ内側冷媒入口30−1との間に圧力計60−1を配置したが、配置する場所はそこに限るものではない。圧力計60−1の配置の目的は冷媒流路20−1の内部の冷媒の圧力の検出なので、その圧力にできるだけ近い圧力を測定できる場所が望ましい。そのため、膨張弁24−1と内側冷媒入口30−1との間の様に、バルブ類などコンダクタンスが低い部品が無いことが必要である。そのため、内側冷媒出口32−1の下流で且つ膨張弁24−2との間に圧力計60−1を配置しても良い。   In the present embodiment, the pressure gauge 60-1 is disposed downstream of the expansion valve 24-1 and between the inner refrigerant inlet 30-1. However, the location is not limited thereto. Since the purpose of disposing the pressure gauge 60-1 is to detect the pressure of the refrigerant inside the refrigerant flow path 20-1, a place where the pressure as close as possible to the pressure can be measured is desirable. Therefore, it is necessary that there is no part with low conductance, such as valves, between the expansion valve 24-1 and the inner refrigerant inlet 30-1. Therefore, a pressure gauge 60-1 may be disposed downstream of the inner refrigerant outlet 32-1 and between the expansion valve 24-2.

なお、本実施例では内側冷媒流路20−1の内部を流れる冷媒の圧力を検出するために内側冷媒入口30−1と冷媒温度調節部21−1との間に圧力計60−1を配置したが、同様に外側冷媒入口30−2と冷媒温度調節部21−2との間に圧力計60−2を配置することにより、外側冷媒流路20−2の内部を流れる冷媒の圧力を検出でき、信号処理部39と装置制御部43により、試料台4の接合部の剥離を検知し、作業者に異常を知らせることができる。なお、本実施例のように試料台4の内部に内側冷媒流路20−1と外側冷媒流路20−2の複数系統(本実施例では2系統)の冷媒流路がある場合には、その全ての系統において冷媒流路と冷媒温度調節部との間に圧力計を配置することが望ましい。   In the present embodiment, a pressure gauge 60-1 is disposed between the inner refrigerant inlet 30-1 and the refrigerant temperature adjusting unit 21-1 in order to detect the pressure of the refrigerant flowing inside the inner refrigerant flow path 20-1. However, similarly, the pressure of the refrigerant flowing inside the outer refrigerant flow path 20-2 is detected by disposing the pressure gauge 60-2 between the outer refrigerant inlet 30-2 and the refrigerant temperature adjusting unit 21-2. In addition, the signal processing unit 39 and the device control unit 43 can detect separation of the joint portion of the sample stage 4 and notify the operator of the abnormality. In addition, when there are a plurality of refrigerant channels (two in this embodiment) of the inner refrigerant channel 20-1 and the outer refrigerant channel 20-2 inside the sample stage 4 as in the present example, In all of the systems, it is desirable to arrange a pressure gauge between the refrigerant flow path and the refrigerant temperature adjusting unit.

以上の様に冷媒温度調節部21−1および冷媒温度調節部21−2と試料台4との間に圧力計24−1を配置し、冷媒の圧力を検出し、その時間変動を捉えることによって試料台4の接合部の剥離を検知し、作業者に異常を知らせることができる。   As described above, the pressure gauge 24-1 is arranged between the refrigerant temperature adjusting unit 21-1, the refrigerant temperature adjusting unit 21-2, and the sample stage 4, and the pressure of the refrigerant is detected, and the time variation is captured. It is possible to detect the peeling of the joint portion of the sample stage 4 and notify the operator of the abnormality.

以上説明した第1〜第3実施例を適用することにより、プラズマ処理装置に直接膨張式の温度調節部を用いた場合に起こりえるドライアウトの防止および試料台4の接合部の剥離の検知を行うことができる。   By applying the first to third embodiments described above, it is possible to prevent dry-out and to detect separation of the joint portion of the sample stage 4 that can occur when a direct expansion type temperature control unit is used in the plasma processing apparatus. It can be carried out.

上記実施の例によれば、試料台内部の冷媒の乾き度を精度良く検出して冷媒の通流を調節し処理中の試料または試料台の温度の値或いは試料の周方向または径方向の温度の分布を所望のものに近づけることができる。また、試料台内部の通路を構成する部材同士の接合された部分の剥離を早期に精度良く検出することができる。これらの作用により、プラズマ処理装置の試料の処理の精度、再現性あるいは信頼性が向上される。   According to the above embodiment, the dryness of the refrigerant inside the sample stage is accurately detected to adjust the flow of the refrigerant, and the value of the temperature of the sample or the sample stage being processed or the circumferential or radial temperature of the sample Can be brought close to the desired distribution. In addition, it is possible to detect the separation of the joined portions of the members constituting the passage inside the sample stage early and with high accuracy. By these actions, the accuracy, reproducibility, or reliability of the processing of the sample of the plasma processing apparatus is improved.

1 処理室壁
2 処理室蓋
3 処理室
4 試料台
5 試料
6 ガス導入管
7 処理ガス
8 排気口
9 圧力調節バルブ
10 マイクロ波
11 プラズマ
12 ターボ分子ポンプ
20−1 内側冷媒流路
20−2 外側冷媒流路
21−1,2 冷媒温度調節部
22 圧縮機
23 凝縮器
24−1,2 膨張弁
25 冷却水
26 蒸発機
27 温度計
30−1 内側冷媒入口
30−2 外側冷媒入口
31−1,2 屈曲部
32−1 内側冷媒出口
32−2 外側冷媒出口
33 温度調節部制御部
35−1,2 円板
37−1〜6 振動センサ
39 信号処理部
40−a,40−b,40−c,41−a,41−b,41−c ピーク
41 冷媒沸騰による振動のピーク
43 装置制御部
51−1〜6,55−1,2 絶縁性配管
53 高周波電源
57 Oリング
60−1,2 圧力計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing chamber wall 2 Processing chamber lid 3 Processing chamber 4 Sample stand 5 Sample 6 Gas introduction pipe 7 Processing gas 8 Exhaust port 9 Pressure control valve 10 Microwave 11 Plasma 12 Turbo molecular pump 20-1 Inner refrigerant flow path 20-2 Outside Refrigerant flow path 21-1, 2 Refrigerant temperature control unit 22 Compressor 23 Condenser 24-1, Expansion valve 25 Cooling water 26 Evaporator 27 Thermometer 30-1 Inner refrigerant inlet 30-2 Outer refrigerant inlet 31-1, 2 Bent part 32-1 Inner refrigerant outlet 32-2 Outer refrigerant outlet 33 Temperature adjusting part control part 35-1, disc 37-1-6 Vibration sensor 39 Signal processing part 40-a, 40-b, 40-c , 41-a, 41-b, 41-c Peak 41 Peak of vibration due to refrigerant boiling 43 Device control unit 51-1, 6-5-1, Insulating piping 53 High frequency power supply 57 O-ring 60-1, 2 Pressure Total

Claims (7)

真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方に配置されその上面に試料が載置される試料台であってその内部に冷凍サイクルの冷媒が通流して蒸発器として動作する円筒形を有する試料台と、前記試料台の内部に配置され前記円筒の中心について同心状に配置された前記冷媒の流路と、前記試料台の下方に配置され前記冷媒の前記試料台内部への入口の近傍の箇所と連結されてこの試料台の振動を検出する少なくとも1つの検知器と、この検知器からの出力から前記流路内側を通流する前記冷媒の乾き度を検出した結果に基づいて前記冷凍サイクルを構成する圧縮機または膨張弁の動作を調節する調節部とを備えたプラズマ処理装置。
A processing chamber that is arranged inside the vacuum vessel and in which plasma is formed inside, and a sample stage that is arranged below the processing chamber and on which the sample is placed. The refrigerant of the refrigeration cycle flows through the processing chamber. a sample stage having a cylindrical operating as an evaporator, a flow path of the refrigerant is disposed concentrically about the center of the arranged inside the sample stage the cylinder, the arranged sample stage below the refrigerant At least one detector connected to a location near the entrance to the inside of the sample stage to detect vibration of the sample stage, and the dryness of the refrigerant flowing through the inside of the flow path from the output from the detector And a controller for adjusting the operation of the compressor or the expansion valve that constitutes the refrigeration cycle based on the detection result.
真空容器内部に配置され内側でプラズマが形成される処理室と、この処理室内の下方に配置されその上面に試料が載置される試料台であってその内部に冷凍サイクルの冷媒が通流して蒸発器として動作する円筒形を有する試料台と、前記試料台の内部に配置され前記円筒の中心について同心状に配置された前記冷媒の流路と、前記試料台の下方に配置され前記冷媒の前記試料台内部への入口の近傍の箇所と連結されてこの試料台の振動を検出する少なくとも1つの検知器と、この検知器からの出力から前記流路内側を通流する前記冷媒の乾き度を検出した結果に基づいて前記冷凍サイクル上の前記圧縮機と前記試料台との間に配置され前記試料台に流入する冷媒の温度を調節する調節部とを備えたプラズマ処理装置。
A processing chamber that is arranged inside the vacuum vessel and in which plasma is formed inside, and a sample stage that is arranged below the processing chamber and on which the sample is placed. The refrigerant of the refrigeration cycle flows through the processing chamber. a sample stage having a cylindrical operating as an evaporator, a flow path of the refrigerant is disposed concentrically about the center of the arranged inside the sample stage the cylinder, the arranged sample stage below the refrigerant At least one detector connected to a location near the entrance to the inside of the sample stage to detect vibration of the sample stage, and the dryness of the refrigerant flowing through the inside of the flow path from the output from the detector A plasma processing apparatus comprising: an adjustment unit that is arranged between the compressor and the sample stage on the refrigeration cycle and adjusts the temperature of the refrigerant flowing into the sample stage based on the detection result.
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台の下面に配置された前記冷媒の出口の近傍の箇所に連結されて前記検知器が配置されたプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the detector is connected to a location in the vicinity of an outlet of the refrigerant disposed on a lower surface of the sample stage.
請求項1乃至3のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記冷媒の流路が前記試料台の内部で前記中心からの異なる半径方向の距離に同心状に多重に配置された複数の円弧状の流路とこれらの円弧状の流路のうちの2つを連結する連結路とを有し、前記試料台の下面であって前記連結路の近傍に前記検知器が配置されたプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein a plurality of flow paths of the refrigerant are arranged concentrically at different distances in the radial direction from the center inside the sample stage. 5. A plasma having an arc-shaped channel and a connecting channel that connects two of these arc-shaped channels, and the detector is disposed on the lower surface of the sample stage and in the vicinity of the connecting channel Processing equipment.
請求項に記載のプラズマ処理装置であって、前記連結路の平面形が前記円弧状の流路の曲率よりも小さな曲率を有した平面形を有したプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein the planar shape of the connection path has a planar shape having a curvature smaller than that of the arc-shaped flow path .
請求項1乃至5のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台の前記流路が上下2つの部材が接合されて構成されたものであり、前記試料台の下面の連結路の近傍の箇所に連結して配置された前記検知器からの出力から前記上下の部材の接合の不備を検出するプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow path of the sample stage is configured by joining two upper and lower members, and a connection path on a lower surface of the sample stage. The plasma processing apparatus which detects the defect of joining of the said upper and lower members from the output from the said detector connected and arrange | positioned at the location of the vicinity .
請求項1乃至6のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、前記試料台の下面に接して配置された電気的に絶縁性を有する部材を有し、この絶縁性を有する部材に接して前記検知器が配置されたプラズマ処理装置。 7. The plasma processing apparatus according to claim 1 , comprising an electrically insulating member disposed in contact with a lower surface of the sample stage, and in contact with the insulating member. A plasma processing apparatus in which the detector is disposed .
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