KR101572590B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

시료대의 온도 또는 분포를 효율적으로 실현하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
진공용기 내에 배치되고 플라즈마가 형성되는 처리실과, 그 상면에 상기 플라즈마에 의한 처리의 대상인 시료가 탑재되고 동심원 형상으로 배치되어, 내측을 냉매가 통류하는 복수의 냉매 유로를 가지고 제 1 증발기로서 기능하는 시료대를 가진 플라즈마 처리 장치에 있어서, 냉매의 입구 및 냉매의 출구의 각각에 연결되어 당해 각각의 냉매의 입구로 유입되는 냉매 및 각각의 냉매의 출구로부터 유출되는 냉매의 유량 또는 압력을 조절하는 복수의 상류측 팽창 밸브와 하류측 팽창 밸브를 가지고, 상기 냉매가 통류하게 하는 냉동 사이클에 있어서, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 각각과 상기 복수의 냉매 유로를 거쳐 상기 복수의 하류측 팽창 밸브 각각과의 사이의 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 진공용기 내부의 처리실 내에 배치한 시료대 상의 상면에 반도체 웨이퍼 등의 기판 상의 시료를 탑재하여 당해 처리실 내에 형성한 플라즈마를 이용하여 에칭 등의 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 또는 처리 방법에 관련된 것으로서, 냉동 사이클을 구성하는 상기 시료대의 내부의 냉매 유로에 냉매를 통류(通流)하여 시료대의 온도를 조절하면서 상기 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 또는 처리 방법에 관한 것이다.
종래부터 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 CVD 장치 등에 의해, 반도체 웨이퍼 등의 시료에 대하여 플라즈마 처리가 행하여지고 있다. 이 플라즈마 처리에서는, 시료의 온도가 처리 결과에 강하게 영향을 준다. 구체적으로는, 플라즈마 에칭 처리에서는, 에칭에 의해 시료 표면에 형성되는 가공 패턴의 치수나 가공 형상에 영향을 주고, 플라즈마 CVD 처리에서는, 시료 표면에 형성되는 막의 품질이나 성막(成膜) 속도에 영향을 준다. 그 때문에, 이 플라즈마 처리에서 시료 기판의 표면에 실시하는 처리의 질을 향상시키기 위하여, 시료 온도를 관리하는 것은 매우 중요하다.
이와 같은 플라즈마 처리에서는, 시료의 온도를 제어하기 위하여, 시료를 유지하는 시료대의 내부에 배치된 온도 조절 수단에 의해, 시료대 내부 및 시료 유지면의 온도를 조절하는 기술이 채용되어 왔다. 예를 들면, 시료대 내부에 냉매의 유로를 형성하고, 이 유로 내에 액체 냉매를 유입시켜 열전달에 의해 시료대의 온도를 조절하고, 그 시료를 원하는 온도로 조절하는 장치 체계가 이용되고 있다. 이와 같은 경우는, 배관을 통하여 시료대에 냉매 온도 조절부(예를 들면, 칠러 유닛 등)를 접속하고, 냉매 온도 조절부 내의 냉각 장치 또는 가열 장치에 의해 소정의 온도로 조절된 냉매가 시료대 내부의 유로 내에 공급되어, 플라즈마로부터의 입열(入熱)을 흡열한 후, 다시 냉매 온도 조절부에 되돌려진다.
이와 같은 냉매 온도 조절부는, 일단 이 액체 냉매를 저류(貯留)하는 탱크에 모아서, 그 온도를 조절한 후에 냉매를 시료대에 공급하는 구성으로 되어 있다. 이 구성에서는, 온도 조절을 위하여 다량의 냉매를 이용하기 때문에 냉매의 열용량이 커지고, 그 결과, 시료 및 시료대로의 입열량이 변화되더라도 시료의 온도를 일정하게 유지하기 때문에 유리하다. 그러나 반면에, 적극적으로 시료 및 시료대의 온도를 크고도 빠르게 변화시키려고 했을 경우, 냉매의 열용량이 크기 때문에 온도 변화를 빠르게 하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 액체 냉매와 유로 사이의 열교환이 열전달뿐이고 전열량이 작은 것도, 시료대 및 시료의 온도 변화를 빠르게 할 수 없는 원인 중 하나였다.
한편, 반도체 디바이스의 제조에서는, 전술한 바와 같은 플라즈마 처리에서의 시료인 반도체 웨이퍼의 대구경화에 따라, 처리중에 시료에 인가되는 전력은 증가 경향에 있고, 그 결과, 시료 및 시료대로의 입열량은 이전보다 커지고 있다. 그 때문에, 이와 같은 큰 입열에 대해서도 안정적으로 고속이고도 고정밀도로 반도체 기판의 온도의 조절을 행하는 기술이 요구되고 있다. 또한, 반도체 디바이스 구조의 복잡화나 반도체 기판 표면의 막의 다층화에 의해, 복수의 막의 각각을 처리하는 각 처리 단계에 따라, 시료의 온도를 빠르게 적정하게 조절하는 것이 요망되고 있다.
상기 과제에 대하여, 시료대를 온도조절하기 위한 냉매가 순환하는 경로를, 압축기와 응축기와 팽창 밸브와 증발기로 이루어지는 히트 사이클로서 구성하고, 시료대 내의 냉매의 유로에서 냉매를 비등·증발시켜, 시료대를 히트 사이클의 증발기의 하나로서 작용하게 하는, 직접 팽창식의 냉매 온도 조절 기술이 제안되어 있다. 이와 같은 기술의 예로서는, 일본 공개특허 특개2008-34409호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 알려져 있다.
이 특허문헌 1에 기재된 히트 사이클의 구성에서는, 예를 들면, 대체 프레온 R410a를 냉매로서 이용하여, 그것을 시료대 내부의 냉매 유로에 도입함으로써, 기액 2상류 상태의 냉매의 증발 잠열을 냉매와 유로 벽면 사이의 열교환에 이용하여, 시료 및 시료대로의 큰 입열량에 대응할 수 있다. 또한, 팽창 밸브의 개도(開度)를 조절하는 것에 의해 유로 내의 냉매의 압력을 재빠르게 조절함으로써 냉매의 온도를 재빠르게 변화시킬 수 있고, 그 결과, 시료대 및 시료의 온도를 재빠르게 변화시킬 수 있다.
또한, 특허문헌 1에는, 시료대 내부의 내측과 외측에 냉매의 유로를 동심 형상으로 배치하고, 각각의 유로에 냉매를 흐르게 할 수 있는 구성으로 되어 있어 시료대의 지름 방향의 온도의 분포를 실현하는 구성이 개시되어 있다. 즉, 각 유로의 바로 앞(상류측)에 각각 유량 밸브를 설치하고, 그 개도를 조절함으로써 각 계통의 냉매의 압력을 독립적으로 제어할 수 있고, 그 결과, 각 계통의 냉매 온도를 제어할 수 있다. 이에 의해, 시료대 및 시료의 온도 분포의 제어가 가능하게 된다.
또한, 시료대 내부의 냉매 유로를 흐르는 냉매가, 기액 2상류 상태에 있는 경우는, 플라즈마로부터의 입열을 흡열하였다고 하더라도, 냉매가 그 비등점보다 온도가 오르지 않기 때문에, 냉매 유로를 순환하고 있는 동안의 냉매 온도가 일정하게 유지된다. 이 때문에, 원형 시료대의 둘레 방향의 온도 분포가 보다 균일에 가까워지고, 그 결과, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 둘레 방향의 온도 분포를 보다 균일에 가까운 것으로 할 수 있다.
일본 공개특허 특개2008-34409호 공보
그러나, 상기 종래 기술에서는 다음 사항에 대한 고려가 불충분하기 때문에 문제가 발생하였다. 즉, 특허문헌 1에서는, 각 유로의 출구의 하류에 냉매의 합류점이 있기 때문에 각 유로의 압력차를 크게 할 수 없고, 그 결과, 각 유로에서의 냉매의 조건, 예를 들면, 온도 혹은 증발 온도의 차이를 크게 하기가 어려워진다는 문제가 있었다. 그 때문에, 시료의 온도의 면 내의 차이를 크게 한 분포를 단시간에 효율적으로 실현하기가 곤란하게 되어 있었다.
또한, 통상의 플라즈마 처리에서는, 시료대에 도입하는 냉매를 소정의 온도 혹은 증발 온도로 설정하고, 시료대 및 시료를 처리에서 정한 원하는 온도가 되도록 조절한다. 그러나, 상술한 특허문헌 1에는 냉매를 목표 온도로 조절하는 구체적인 방법이 개시되어 있지 않았다.
또한, 시료대 내부의 유로의 각각에 독립된 냉매의 온도 조절 수단, 예를 들면, 냉동 사이클을 연결한다는 수단을 채용하면, 경로 수와 동일한 개수의 냉동 사이클이 필요하게 되어, 반도체 제조 장치의 대형화나 비용 상승이 되어 버린다.
본 발명은, 시료를 탑재하는 시료대의 냉매 유로를 냉동 사이클의 일부로서 연결하여 시료대의 온도를 조절하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 시료대의 온도 또는 그 분포를 효율적으로 실현하는 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적은, 진공용기 내에 배치되고 플라즈마가 형성되는 처리실과, 그 상면에 상기 플라즈마에 의한 처리의 대상인 시료가 탑재되고 동심원 형상으로 배치되어 내측을 냉매가 통류하는 복수의 냉매 유로를 가지고 제 1 증발기로서 기능하는 시료대와, 상기 복수의 냉매 유로에 배치된 냉매의 입구 및 냉매의 출구와, 상기 처리실의 내부를 배기하여 감압하는 배기 수단을 가진 플라즈마 처리 장치에 있어서, 이들 냉매의 입구 및 냉매의 출구의 각각에 연결되어 당해 각각의 냉매의 입구로 유입되는 냉매 및 각각의 냉매의 출구로부터 유출되는 냉매의 유량 또는 압력을 조절하는 복수의 상류측 팽창 밸브와 하류측 팽창 밸브를 가지고, 압축기와 응축기와 상기 복수의 상류측 팽창 밸브와 상기 복수의 냉매 유로와 상기 복수의 하류측 팽창 밸브와 제 2 증발기가 이 순서로 냉매의 관로에 의해 연결되어 구성되어 상기의 순서로 냉매가 통류하는 냉동 사이클에 있어서, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 각각과 상기 복수의 냉매 유로를 거쳐 상기 복수의 하류측 팽창 밸브 각각과의 사이의 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치에 의해 달성된다.
또한, 진공용기 내부의 처리실 내에 배치되고 그 상면에 상기 플라즈마에 의한 처리의 대상인 시료를 탑재하고, 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하여 상기 시료를 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 시료대는, 그 내부에 동심원 형상으로 배치되고 내측을 냉매가 통류하는 복수의 냉매 유로와, 상기 복수의 냉매 유로에 배치된 냉매의 입구 및 냉매의 출구를 가지고 제 1 증발기로서 기능하는 것이며, 또한, 상기 시료대가, 상기 냉매의 입구 및 냉매의 출구 각각에 연결되어 당해 각각의 냉매의 입구로 유입되는 냉매 및 각각의 냉매의 출구로부터 유출되는 냉매의 유량 또는 압력을 조절하는 복수의 상류측 팽창 밸브와 하류측 팽창 밸브를 가지고, 압축기와 응축기와 상기 복수의 상류측 팽창 밸브와 상기 복수의 냉매 유로와 상기 복수의 하류측 팽창 밸브와 제 2 증발기가 이 순서로 냉매의 관로에 의해 연결되어 상기의 순서로 냉매가 통류하는 냉동 사이클을 구성하는 것으로서, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 각각과 상기 복수의 냉매 유로를 거쳐 상기 복수의 하류측 팽창 밸브 각각과의 사이의 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법에 의해 달성된다.
시료대에 도입하는 온도 조절 유체의 드라이 아웃을 방지함과 함께, 온도 조절 유체 온도의 제어를 효율적으로 행할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 온도의 제어를 행하는 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 온도를 제어하는 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치가 도 4에 나타낸 동작을 행할 때의 팽창 밸브의 개도와 냉매의 온도의 타임 차트이다.
도 6은, 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 팽창 밸브의 개도를 조절하는 동작의 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
도 7은, 도 1에 나타낸 실시예의 변형례에 관련된 팽창 밸브의 개도와 냉매의 온도의 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 8은, 도 1에 나타낸 실시예의 다른 변형례에 관련된 냉매 온도 조절부의 구성을 모식적으로 나타낸 종단면도이다.
본 발명의 실시형태를 이하 도면을 이용하여 설명한다.
상술한 특허문헌 1에는, 냉동 사이클에 연결된 시료대 내부의 냉매 유로로서 그 내측과 외측에 2개의 유로를 동심 형상으로 배치하고, 이들의 각각에 하나의 냉동 사이클을 구성하는 압축기, 응축기를 통과한 냉매를 흐르게 하여 시료대의 온도의 분포를 형성하는 것이 개시되어 있다. 이것은, 각 유로의 바로 앞(상류측)에 각각 유량 밸브를 설치하고, 그 개도를 조절함으로써 각 유로의 냉매의 압력을 독립적으로 제어할 수 있고, 그 결과, 각 냉매의 온도를 조절함으로써 시료대 및 시료의 온도 분포의 제어가 가능해지는 것이다. 그러나, 각 유로의 출구의 하류에 냉매의 합류점이 있기 때문에 각 계통의 압력차를 크게 할 수 없고, 그 결과, 각 유로에서의 냉매의 온도차를 크게 하기 어렵게 된다. 그 때문에, 시료의 온도의 면 내 차이를 크게 하고 싶은 경우에 대응하기 어렵다는 과제가 있었다.
또한, 통상의 플라즈마에서는, 시료대에 도입하는 냉매를 어떤 목표 온도로 설정하고, 시료대 및 시료를 원하는 온도로 조절하여 처리를 행한다. 그러나, 특허문헌 1에는 냉매를 목표 온도로 조절하는 구체적인 방법이 개시되어 있지 않았다.
또한, 2개의 냉매의 유로의 입구에는, 냉동 사이클의 냉매 경로로부터 분기한 배관이 각각 병렬로 접속되어 있고, 또, 유로의 출구에는 2개의 나란히 설치된 배관이 연결되어 이들 배관 상에 밸브를 구비하고 있고, 2개의 배관은 다시 하류측에서 합류하여 압축기에 연결되는 구성으로 되어 있다. 이 구성에서, 예를 들면, 내측의 냉매 유로의 냉매의 온도를 유지하기 위하여 내측의 유로에 연결된 밸브의 개도를 바꾸지 않은 채, 외측의 냉매 온도를 바꾸려고 하여 외측의 유로에 연결된 밸브의 개도를 크게 한 경우에는, 외측의 유로로의 냉매의 유량이 늘고, 내측의 유로로의 냉매의 유량이 줄어 버린다.
그 결과, 내측의 유로의 밸브의 개도가 불변임에도 불구하고, 그 내측의 유로에서의 냉매의 온도가 내려가 버린다. 즉, 한쪽 유로의 밸브의 개도의 조정이, 다른 쪽 유로의 냉매의 온도에 영향을 준다는 문제가 생겨 버린다. 이와 같은 경우는, 내측 유로에서의 냉매의 온도를 바꾸면 외측 유로에서의 냉매의 온도까지 바뀌어 버리고, 거꾸로 외주측의 온도를 보정하려고 하면, 내측의 온도까지 바뀌어 버린다는, 소위 헌팅이 일어나 버려, 냉매의 온도, 나아가서는 시료대, 시료의 온도와 그 분포의 조절이 곤란하게 되어 버린다는 문제가 발생하였다.
또한, 예를 들면, 한쪽 유로에서의 밸브의 개도를 극단적으로 작게 하면, 그 유로의 냉매의 유량이 극단적으로 작아져, 액체 상태의 것을 포함하는 냉매가 유로를 흐르고 있는 동안에 완전히 기화되어 버리는, 소위 드라이 아웃이 생길 위험성이 증대하게 된다. 유로 내에서 냉매의 드라이 아웃이 발생한 경우에는 유로 내에서의 냉매의 온도가 급격히 상승하여, 시료대의 냉매의 유로의 흐름 방향에 대한 시료대의 온도의 분포가 현저하게 변화되어 버리고, 그 결과, 반도체 웨이퍼 등 시료의 둘레 방향에 대한 온도의 분포가 소기의 것으로부터 손상된다는 문제가 생겨 버린다.
이러한 과제의 해결로서, 각 유로에 각각 독립된 냉동 사이클 등의 냉매 온도 조절 수단을 연결한다는 수단을 채용하면, 유로와 동일한 개수의 냉매 온도 조절 수단이 필요하게 되어, 반도체 제조 장치의 대형화나 비용 상승이 되기 때문에, 유효한 해결 방법이라고는 말하기 어렵다.
본 실시형태는, 이상의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 시료의 온도 분포의 조절을 위하여 직접 팽창 방식의 온도 조절 수단을 적용한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 시료대 내의 복수의 냉매 유로를 순환하여 통류하는 냉매의 온도의 조절과, 시료대, 나아가서는 시료의 온도와 그 분포의 실현을 효율적으로 가능하게 하는 것이다.
(실시예1)
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 도면에서, 플라즈마 처리 장치는, 원통형을 가지는 진공용기(1)의 상방(上方)에 플라즈마를 형성하기 위한 전계 및 자계의 형성 수단을 배치하고, 하방(下方)에 진공용기(1) 내부를 배기하는 배기 수단이 연결되어 배치되어 있다. 진공용기(1)의 내부에 배치된 공간인 처리실(3)은, 내부가 감압되는 공간이며 처리 대상인 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료(5)가 배치되어 처리가 실시되는 공간이다.
진공용기(1)의 상부에는, 처리실(3)의 상방에 위치하여 진공용기(1) 및 처리실(3)의 내외를 기밀하게 구획하는 덮개를 구성하는 석영 등의 유전체제(製)의 원판인 덮개(2)가 배치되어 있다. 처리실(3)의 하부에는 원통 형상을 가지는 시료대(4)가 배치되고, 시료대(4)의 상부에 시료(5)의 형상에 맞추어 원형으로 배치된 탑재면의 상면에 시료(5)가, 도시하지 않은 반송용의 로봇 아암의 아암 상에 유지되어 처리실(3) 내에 반입·반출된다.
처리실(3)의 상부에는 가스 도입관(6)이 연결되어 있고, 가스 도입관(6) 내를 통류하는 처리 가스(7)는 가스 도입관(6)과 연결된 적어도 1개의(바람직하게는 복수의) 도입구로부터 에칭 처리를 행하기 위한 처리실(3)에 도입된다. 처리실(3)의 하부이며 시료대(4)의 하방에는 배기구(8)가 배치되고, 처리실(3)에 도입된 처리 가스(7)나, 에칭에 의해 생긴 반응 생성물이 배기구(8)를 통과하여 처리실(3) 밖으로 배기된다. 배기구(8)는 압력 조절 밸브(9)를 사이에 개재하여 터보 분자 펌프(12) 등의 진공펌프와 연결되고, 압력 조절 밸브(9)의 개도가 조절됨으로써, 진공 펌프의 배기의 유량 속도가 조절되어 도입되는 처리 가스(7)의 유량 속도와의 밸런스에 의해 처리실(3)의 압력이 소정의 진공도의 압력(본 실시예에서는 4Pa 이하)으로 조절된다.
처리실(3)의 상방에는, 전계 또는 자계의 발생 장치가 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 전계는 마그네트론 등의 마이크로파 발진기(14)에 의해 발신된 마이크로파(10)가 이용되고 있다. 도파관(16)의 단부(端部)에 배치된 마이크로파 발신기(14)에 의해 생성된 마이크로파(10)는, 도파관(16)을 수평방향으로, 또한 상하방향 하방을 향하여 전파(傳播)하여, 처리실(3)의 상부의 덮개(2)를 바닥면으로서 구성하는 원통 형상을 가지는 공간인 공진부에서 소정 모드의 전계가 형성되어, 덮개(2)를 투과하여 상방으로부터 처리실(3)로 도입된다.
또한, 덮개(2)의 상방과 진공용기(1)의 처리실(3)을 구성하는 원통형 부분의 측벽의 외주에는, 직류 전력이 공급되어 자계를 형성하기 위한 솔레노이드 코일(18)이 배치되어 있다. 솔레노이드 코일(18)에 의해 생성된 자장은, 처리실(3) 내에 도입되고, 처리실(3) 내에 도입된 마이크로파(10)와 상호작용이 발생하여, 처리 가스(7)의 원자, 분자로 하여금 처리실(3) 내에 플라즈마(11)가 형성된다.
이 플라즈마(11)를 이용하여 시료(5)의 상면에 미리 형성된 복수의 막층을 포함하는 막 구조에 대하여 에칭 처리가 행하여진다. 본 실시예에서의 막 구조는, 그 상부에 수지제의 포토 레지스트 등의 마스크층과 그 하방에 배치된 처리 대상이 되는 게이트, 메탈 혹은 절연막의 층을 적어도 1개 가지는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 시료(5)의 온도를 처리에 적합한 값의 범위 내로 조절하기 위하여, 시료대(4)의 내부에 열교환용 매체인 냉매의 유로가 배치되어 있다. 이 냉매 유로(20)의 내부에는 냉매로서 대체 프레온 R410a가 통류하여 순환되고, 입구로부터 시료대(4) 내부의 냉매 유로(20)의 내부에서 시료대(4)의 부재와 열교환하여 증발한 냉매는 냉매 유로(20)의 출구로부터 시료대(4)의 외부에 유출된 후, 후술한 바와 같이, 냉동 사이클을 통류하여 다시 응축되고 액화되어 재차 냉매 유로(20)의 입구로부터 시료대(4)의 내부에 유입되도록 순환한다.
도 2를 이용하여 냉매 유로의 구성을 보다 구체적으로 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이 도면에 나타나 있는 바와 같이, 냉매 유로(20)는, 횡단면이 원통형 또는 원판형을 가지는 시료대(4)의 내부에서, 그 반경 방향에 대하여 대략 동심원 형상으로 다중의 유로를 가지고 배치되고, 냉매의 입구와 출구를 가지고 있다. 게다가, 시료대(4) 및 시료(5)의 중앙측과 그 외주측에, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)를 가지는 복수의 동심 형상의 유로를 구비하고 있다.
이들 2개의 유로는 각각 냉매의 입구 및 출구를 가지고 있고, 다른 조건의 냉매가 공급되어 순환한다. 예를 들면, 중앙측 냉매 유로(20-1) 내를 순환하는 냉매의 증발하는 온도를, 외주측 냉매 유로(20-2)를 순환하는 냉매의 증발 온도보다 높게 한 경우는, 시료대(4)의 표면 및 시료(5)의 반경 방향 온도는 중앙측의 부분이 높게 된 분포가 되어, 온도의 값을 그래프로 하면 중심부가 높고 외주부에서 낮아지는 볼록 분포가 된다. 반대로, 중앙측 냉매 유로(20-1)를 순환하는 냉매의 증발 온도를 외주측 냉매 유로(20-2)를 순환하는 냉매의 증발 온도보다 낮게 한 경우는, 시료대(4)의 표면 및 시료(5)의 반경 방향 온도는 오목 분포가 된다.
시료대(4)의 냉매 유로(20)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 시료대(4)의 외부에 배치된 압축기(22), 팽창 밸브(24-1, 24-2, 24-3, 24-4) 등으로 구성되는 구성요소와 냉매가 통류하는 냉매 관로에 의해 연결된 냉동 사이클의 일부를 구성하고 있다. 이 구성에서, 시료대(4) 내의 냉매 유로(20)에서 열교환여고 증발하여 잠열을 빼앗은 냉매는, 시료대(4)의 외부에서 응축되어 잠열을 방출하여 다시 액화된다.
중앙측 냉매 유로(20-1)는, 내부에 중앙측 냉매 입구(30-1) 및 중앙측 냉매 출구(32-1)를 가지고, 중앙측 냉매 입구(30-1)로부터 팽창 밸브(24-1)를 경유하여 냉매가 내부에 도입된다. 본 실시예에서, 중앙측 냉매 입구(30-1)에 도입된 냉매는, 원호 형상으로 배치된 냉매 유로의 둘레 방향에 대하여 시계 회전 및 반시계 회전 방향의 두 곳으로 갈라져서 중앙측 냉매 유로(20-1)를 통류하고, 중앙측 냉매 입구(30-1)가 배치된 중앙측 냉매 유로(20-1)의 외주측의 유로에 배치된 외주측 냉매 출구(32-1)에서 합류하여 중앙측 냉매 유로(20-1)로부터 유출되고, 팽창 밸브(24-3)를 경유하여 압축기(22)를 향해 통류한다.
마찬가지로, 외주측 냉매 유로(20-2)에는, 냉매는 팽창 밸브(24-2)를 경유하여 외주측 냉매 입구(30-2)를 통해서 외주측 냉매 유로(20-2) 내에 도입되고, 두 곳으로 갈라져서 외주측 냉매 유로(20-2)를 흘러, 외주측 냉매 입구(30-2)가 배치된 유로의 중앙측의 주변의 외주측 냉매 유로(20-2)에 배치된 외주측 냉매 출구(32-2)에서 합류하여 유출되고, 팽창 밸브(24-4)를 거쳐 압축기(22)측을 향해 통류한다.
본 실시예에서, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)의 각각으로부터 유출된 냉매는, 중앙측 냉매 출구(32-1), 외주측 냉매 출구(32-2)의 각각에 연결한 냉매의 냉매 관로 각각의 위에 배치된 팽창 밸브(24-3, 24-4)에서, 그 유량 또는 압력이 조절된다. 팽창 밸브(24-3, 24-4)는 내부에 배치된 냉매의 통로의 단면적을 가변으로 조절하는 밸브를 가지고, 이 밸브의 개도가 증감함으로써 냉매의 유량 속도가 변경된다. 또한, 본 실시예에서 이들 팽창 밸브(24-3, 24-4)는 내부의 통로에서 내부의 압력을 급감시켜 냉매를 기화시키는 구성을 구비하여 냉매의 압력을 조절하는 것이어도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 팽창 밸브(24-3, 24-4)와 연결된 냉매의 관로는 그 냉매의 하류 방향에서 압축기와 연결되어 있으므로, 밸브의 개도의 증감에 의한 유량의 조절에 의해서도 이들 팽창 밸브(24-3, 24-4)를 통과하는 냉매의 압력을 저감시켜 조절하는 것이 가능하다. 이들 팽창 밸브(24-3, 24-4)를 통과하여 압력이 조절된 냉매는, 그 후, 상기 2개의 냉매 관로가 합류하는 합류부(52)에서 합류하고, 잠열을 흡수한 냉매의 온도를 조절하는 냉매 온도 조절부(21)에 도입된다. 냉매 온도 조절부(21)는 시료대(4)의 냉매 유로(20)가 포함되는 냉동 사이클을 구성하는 것으로서, 냉매를 열교환시켜 내부의 잠열을 다시 방출시켜 액화시키는 부분이며, 증발기(26), 압축기(22), 응축기(23)를 구비하고, 이 순서로 냉매의 냉매 관로에 의해 연결되어 구성되어 있다.
냉매 온도 조절부(21)에 도입된 냉매는, 먼저 증발기(26)에 도입된다. 증발기(26)는, 도입된 상기 냉매가 내부를 통류하는 냉매 관로와 열교환 가능한 위치, 구성에 의해 병렬로 배치되어 당해 냉매와 열교환시키기 위한 열교환 매체인 물(25-1)이 내부를 흐르는 유로를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 냉매 관로를 흐르는 냉매는 팽창 밸브(24-3, 24-4)를 통과하여 압력이 저하되어 있고, 그 때문에, 그 온도가 내려간 냉매는 증발기(26)에서 열교환 매체의 유로 내를 흘러 순환하는 물(25-1)과 열교환하여 증발하고, 그 건조도가 대략 1이 될 때까지 기화된다.
본 실시예의 냉매 유로(20)를 구비한 시료대(4)는 증발기로서 기능하는 것도 가능하므로, 증발기(26)는 제 2 증발기이기도 하다. 또한, 이하에 설명하는 바와 같이, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 동작에 의한 각각의 개도의 밸런스에 의해 시료대(4) 내부의 냉매 유로(20) 내의 냉매의 압력 또는 증발 압력이 가변으로 조절되어 시료대(4)는 응축기(시료의 가열기)로서도 동작 가능한 구성으로 되어 있다.
기화되어 가스가 된 냉매는 압축기(22) 입구에 도입되고, 내부에서 압축되어 압력을 상승시킨다. 압축기(22)의 출구로부터 유출된 고압의 냉매는 응축기(23)에 도입되어 응축된다. 응축기(23)에는, 증발기(26)와 마찬가지로, 내부를 열교환용 매체인 물(25-2)이 통류하는 유로가 냉매 관로와 열교환 가능하게 배치되어 있고, 응축기(23)에 도입된 냉매는 열교환 매체의 유로를 흐르는 물(25-2)과 열교환하여 냉각되고, 그 건조도가 대략 0이 될 때까지 응축된다. 본 실시예에서는, 열교환용 매체로서 물(25-1, 25-2)을 이용하고 있지만, 다른 유체를 이용해도 된다.
응축기(23)로부터 유출된 냉매는, 냉매 관로를 시료대(4)를 향해 통류하고, 냉매 관로 상에 배치된 분기부(50)에서 2개의 경로로 나누어져 통류한다. 2개의 경로 중, 한쪽은 팽창 밸브(24-1)가 배치되어 시료대(4)의 중앙측 냉매 유로(20-1)에 연결된 경로에, 다른 쪽은, 팽창 밸브(24-2)가 배치되어 외주측 냉매 유로(20-2)에 연결된 경로에 도입된다. 이들 팽창 밸브(24-1, 24-2)는 팽창 밸브(24-3, 24-4)와 각각 동일한 구성을 가지고 있는 것이며, 내부를 통과하는 냉매의 통로의 단면적을 가변으로 증감하여 냉매의 유량 속도를 조절하는 구성을 구비하고 있다. 또한, 마찬가지로, 통로 내의 압력을 급감시켜 냉매의 기화를 행하는 구성을 구비하고 있어도 된다. 또한, 팽창 밸브(24-1, 24-2)도 냉매의 관로, 및 시료대(4)의 냉매 유로(20)를 거쳐 냉동 사이클의 하류측에 압축기(22)가 연결되어 있기 때문에, 팽창 밸브(24-1, 24-2)에 의해 냉매의 유량 속도가 조절되는 것에만 의해서도 그 하류측의 냉매의 압력이 조절 가능한 구성으로 되어 있다.
또한, 그 후, 이들 경로를 흐르는 냉매는, 각각 내주측 냉매 유로(20-1), 외주측 냉매 유로(20-2)에 다시 도입되어, 시료대(4)의 각각의 냉매의 유로를 구성하는 부재와 열교환하여 비등·기화되어 통류하여 시료대(4)로부터 유출되고, 다시 팽창 밸브(24-3, 24-4)를 거쳐서 압축기(22)를 향해 흘러 순환한다. 본 실시예에서는, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도는, 도시하지 않은 제어부에 의해 조정됨으로써, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)에 도입하는 냉매의 증발 온도 등의 조건이 원하는 값의 범위가 되도록 조절된다.
예를 들면, 중앙측 냉매 유로(20-1)에 도입되는 냉매는, 중앙측 냉매 유로(20-1)의 입구에 연결되어 배치된 팽창 밸브(24-1)의 개도를 작게 하거나, 출구에 연결되어 배치된 팽창 밸브(24-3)의 개도를 크게 하거나 하면, 이들 사이에 놓인 냉매의 유로인 중앙측 냉매 유로(20-1) 내부를 통류하는 냉매의 압력이 내려가고, 그 결과, 그 내부에서의 냉매가 증발하는 온도(증발 온도)가 내려간다. 반대로, 팽창 밸브(24-1)의 개도를 크게 하거나, 팽창 밸브(24-3)의 개도를 작게 하거나 하면, 중앙측 냉매 유로(20-1)를 순환하는 냉매의 압력이 올라가고, 냉매의 증발 압력이 올라가게 된다.
또한 마찬가지로, 외주측 냉매 유로(20-2)에 도입하는 냉매에 관해서는, 팽창 밸브(24-2)의 개도를 작게 하거나, 팽창 밸브(24-4)의 개도를 크게 하거나 하면, 냉매의 압력이 내려가고, 그 결과, 외주측 냉매 유로(20-2)를 순환하는 냉매 온도가 내려간다. 반대로, 팽창 밸브(24-2)의 개도를 크게 하거나 팽창 밸브(24-4)의 개도를 작게 하거나 하면, 냉매의 압력이 올라가고, 그 결과, 외주측 냉매 유로(20-2)를 순환하는 냉매 온도가 올라간다. 이와 같은 팽창 밸브(24-1 내지 24-4) 각각에 개도의 증감에 의한 내주측 냉매 유로(20-1), 외주측 냉매 유로(20-2)를 통류하는 냉매의 온도, 증발 온도가 가변으로 조절되고, 이들 유로를 증발기(시료의 냉각기) 또는 응축기(시료의 가열기) 중 어느 하나의 동작이 전환되어 행하여진다.
이러한 경우에 있어서, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)에 도입되는 냉매의 온도는, 이들 입구에 연결된 냉매 관로 상에 배치된 팽창 밸브(24-1) 및 팽창 밸브(24-2)의 하류측의 냉매 관로 상이며, 이들과 중앙측 냉매 입구(30-1), 외주측 냉매 입구(30-2)와의 사이에 배치된 온도계(40-1), 온도계(40-2)에 의해 각각 검지된다. 이하, 온도계(40-1)와 온도계(40-2)에 의해 검지된 냉매의 온도를 각각 T1, T2라고 한다.
본 실시예는, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 가변으로 조절함으로써, 1개의 직접 팽창식 히트 사이클로 이루어지는 냉매 온도 조절부(21)로부터 분기하여 공급된 중앙측 냉매 유로(20-1) 및 외주측 냉매 유로(20-2)의 복수의 냉매의 유로에서의 냉매의 온도 또는 증발 온도를 적절한 범위로 한다. 또한, 1개의 직접 팽창식 히트 사이클이란, 본 명세서에서는 1개의 압축기를 가지는 직접 팽창식 히트 사이클이라는 의미를 나타내는 것으로 한다.
도 3을 이용하여 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도 제어를 위한 구성을 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 온도의 제어를 행하는 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 이 도면에서는 신호의 흐름을 파선으로 나타내는 것으로 한다.
온도계(40-1) 및 온도계(40-2)에 의해 검지된 결과를 나타내는 각각의 신호는, 유선 또는 무선 중 어느 하나의 통신 수단을 통해서 분석부(35)로 송신된다. 분석부(35)에서는 수신한 신호에 의거하여, 각각의 냉매 온도(T1, T2)를 검출하고, 시료(5)의 처리에 적합한 온도의 값과 그 반경 방향의 분포에 따라 필요한 냉매의 온도 또는 증발 온도를 검출하고, 이 온도와, 신호로부터 검출한 실제의 냉매 온도(T1, T2)에 따라, 적절한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 산출한다. 산출된 결과의 신호는 통신 수단을 통해서 제어부(37)에 송신되고, 제어부(37)는 팽창 밸브(24-1∼4)에 각각 산출된 개도로 하기 위한 지령 신호가 팽창 밸브(24-1 내지 24-4) 또는 이들의 구동 장치에 송신되어, 팽창 밸브의 개도가 조절된다.
본 실시예에서, 분석부(35), 제어부(37)는 다른 부재로서 나타내어져 있지만, 1개의 집적회로에 포함된 것이어도 되고, 1개의 기판 상에 배치된 복수의 회로가 유선, 무선의 통신회로를 통하여 통신 가능하게 구성되어 있어도 된다. 또한, 분석부(35)는 그 내부에 기억기, 연산기, 통신 인터페이스를 포함하여 구성된 회로이며, 마이크로 프로세서나 마이크로 컴퓨터 등으로 구성된 연산기가 기억기로서 DRAM, ROM 등의 메모리나 하드디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브 등의 외부 기억 장치에 미리 소프트웨어로서 기록된 알고리즘을 읽어내어 이것에 의거하여, 통신 인터페이스를 통해서 수신한 신호를 이용하여 온도나 개도, 혹은 지령 신호를 산출한다. 이들 연산기, 기억기, 통신 인터페이스는 분석부(35), 제어부(37)의 기능을 겸한 것이어도 된다.
다음으로, 본 실시예에서 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도 제어에 의해, 중앙측 냉매 유로(20-1) 및 외주측 냉매 유로(20-2)의 냉매 온도를 조절하는 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서는, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)에 각각 도입하는 냉매의 온도의 제어를, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 조절함으로써 행한다. 즉, 팽창 밸브(24-1) 및 중앙측 냉매 유로(20-1) 및 팽창 밸브(24-3)와 이들을 연결하는 냉매의 관로를 구성으로 가지는 냉매의 경로에서의 컨덕턴스와, 팽창 밸브(24-2) 및 외주측 냉매 유로(20-2) 및 팽창 밸브(24-4)와 이들을 연결하는 냉매의 관로를 구성으로 가지는 냉매의 경로에서의 컨덕턴스가 같아지도록, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 조절한다.
예를 들면, 중앙측 냉매 유로(20-1)에 도입하는 냉매에 관해서는, 팽창 밸브(24-1)의 개도가 작게 됨과 함께, 팽창 밸브(24-3)의 개도가 크게 조절된다. 이와 같은 동작에 의해, 팽창 밸브(24-1)와 팽창 밸브(24-3) 사이의 냉매의 경로에서의 냉매의 압력이 내려가고, 그 결과, 중앙측 냉매 유로(20-1)를 통류하는 냉매의 온도 또는 증발 온도가 저하된다. 반대로, 팽창 밸브(24-1)의 개도가 크게 됨과 함께, 팽창 밸브(24-3)의 개도가 작게 조절된다. 이 동작에 의해, 중앙측 냉매 유로(20-1)를 통류하는 냉매의 압력이 올라가고, 이 냉매의 온도 또는 증발 온도가 상승한다.
또한 마찬가지로, 외주측 냉매 유로(20-2)를 통류하는 냉매에 관해서는, 팽창 밸브(24-2)의 개도가 작게 됨과 함께, 팽창 밸브(24-4)의 개도가 크게 된다. 이에 의해, 냉매의 압력이 내려가고, 그 결과, 외주측 냉매 유로(20-2)를 통류하는 냉매의 온도 또는 증발 온도가 내려간다. 반대로, 팽창 밸브(24-2)의 개도가 크게 됨과 함께, 팽창 밸브(24-4)의 개도가 작게 된다. 이에 의해, 냉매의 압력이 올라가고, 그 결과, 외주측 냉매 유로(20-2)를 통류하는 냉매의 온도 또는 증발 온도가 올라간다.
이와 같은 팽창 밸브(24-1 및 24-3), 팽창 밸브(24-2 및 24-4)의 동작을 행할 때에, 상기와 같이 시료대(4) 내의 냉매 유로(20)를 포함하는 이들 사이의 냉매의 경로에서의 컨덕턴스끼리가 같아지도록, 각 팽창 밸브의 개도가 분석부(35) 또는 제어부(37)로부터의 지령에 의해 조절된다. 즉, 본 실시예에서는 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 컨덕턴스를 각각 C1∼C4라고 했을 경우, 다음에 나타내는 수학식 1을 만족시키도록 이들 팽창 밸브의 개도가 조절된다.
[수학식 1]
1/C1+1/C3=1/C2+1/C4 …(수학식 1)
이에 의해, 팽창 밸브(24-1)와 중앙측 냉매 유로(20-1)를 거친 팽창 밸브(24-3)와의 사이의 냉매의 경로에서의 냉매의 컨덕턴스와, 팽창 밸브(24-2)와 외주측 냉매 유로(20-2)를 거친 팽창 밸브(24-4)와의 사이의 냉매의 경로에서의 컨덕턴스가 같거나 실질적으로 같다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 값이 되고, 또한, 다른 처리의 조건에 대해서도 동등하게 유지됨으로써, 이들 경로를 각각 흐르는 냉매의 유량이 실질적으로 동등하게 된다. 그 때문에, 한쪽 경로의 냉매의 온도를 조절하기 위해 팽창 밸브의 개도를 바꾼 경우이더라도, 다른 쪽 경로의 냉매 유량에 영향을 주지 않고 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 팽창 밸브의 개도를 바꾸지 않는 경우에 냉매의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 정확하게는, 팽창 밸브(24-1)와 팽창 밸브(24-3) 사이의 경로, 및 팽창 밸브(24-2)와 팽창 밸브(24-4) 사이의 경로에는, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)의 컨덕턴스가 각각 포함되지만, 유로의 컨덕턴스는, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 컨덕턴스에 비하여 크기 때문에, 수학식 1을 만족시키는 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도 조절에서 문제가 생기지 않는다는 것을 발명자들은 확인하였다.
또한, 본 실시예에서는, 이들 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)는 구성을 같게 하는 것으로 어느 하나는 다른 것과 치환하여 동일한 성능을 발휘하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 더 구체적으로는, 이들 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)는 동일한 유닛, 부품이 적용된 것으로, 어느 하나의 동작을 다른 어느 것이 행하더라도 냉매의 유량 또는 압력에 대하여 동일한 결과가 얻어지는 것이다. 이와 같은 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절에서는, 각각의 팽창 밸브 내를 흐르는 냉매의 컨덕턴스가, 당해 팽창 밸브의 개도에 비례하는 범위의 개도를 이용했다. 그 경우는, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 각각 V1∼V4로 하면, 수학식 2를 만족시키도록 각각의 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도가 조절되게 된다.
[수학식 2]
1/V1+1/V3=1/V2+1/V4 …(수학식 2)
이상에 나타낸 구성을, 3개의 다른 냉매 온도 조건을 이용하는, 즉, 3개의 단계로 이루어지는 플라즈마 에칭 처리에 적용했을 경우의, 팽창 밸브(24-1∼4)의 개도 조절의 플로우 차트를 도 4에, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도와 냉매의 온도의 추이를 나타내는 타임 차트를 도 5에 나타낸다. 도 4는, 도 1에 나타낸 실시예의 시료대의 온도를 조절하는 동작의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 5는, 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치가 도 4에 나타낸 동작을 행할 때의 팽창 밸브의 개도와 온도 조절 유체 온도의 타임 차트를 나타낸 도면이다.
또한, 도 5 (a)는 냉매 온도 T1과 T2에 관한 타임 차트, 도 5 (b)는 팽창 밸브(24-1)의 개도(V1)와 팽창 밸브(24-3)의 개도(V3)에 관한 타임 차트, 도 5 (c)는 팽창 밸브(24-2)의 개도(V2)와 팽창 밸브(24-4)의 개도(V4)에 관한 타임 차트이다. 이하, 이들 도면을 이용하여 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도 조절의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 플라즈마 에칭 처리의 단계 1(S1)에서, T1과 T2의 설정 온도가 20℃인 경우, 냉매의 온도와 압축기(22)의 회전수(예를 들면, 3000rpm)로부터, 제어부(37)의 내부의 데이터베이스를 바탕으로, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도가 각각 50%로 설정된다.
다음으로, 단계 1(S1)로부터, T1 및 T2의 설정치가 각각 25℃, 20℃인 단계 2(S2)로 이행하는 경우는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 단계 1과 단계 2 사이의 이행 단계 12(S12)에서, T2를 변화시키지 않고 T1을 20℃로부터 25℃로 변화시킬 필요가 있다. 그 경우는 V1을 크게 하면서 V3을 작게 하는데, V1의 변화에 따라 수학식 2를 만족시키도록 V3를 조절한다. 이 때, 온도계(40-1) 및 온도계(40-2)에 의해 계측된 냉매의 온도 T1과 T2는 상시 계측되고 있고, T1이 설정치에 도달했다고 간주될 때까지 V1과 V3의 조절은 행하여진다. 또한, 이 이행 단계 12(S12)에서는 T2를 바꿀 필요가 없기 때문에, V2와 V4는 50%로 유지한다.
이행 단계 12(S12)에서 T1이 설정치(이 경우는 25℃)에 도달했다고 간주되었을 경우에는, 이행 단계 S12가 완료되었다고 간주하고, 단계 2(S2)를 개시한다.
다음으로, 단계 2(S2)의 종료 후에, T1 및 T2의 설정치가 각각 30℃, 15℃인 단계 3(S3)으로 이행하는 경우는, 이들 단계의 사이에 있는 이행 단계 23(S23)의 전반(前半)에서, 우선 T1을 변화시키지 않고 T2를 20℃로부터 15℃로 변화시킨다. 그 경우는 V2를 작게 하면서 V4를 크게 하는데, V2의 변화에 따라 수학식 2를 만족시키도록 V4를 조절한다. 이 V2와 V4의 조절은, T2가 설정치에 도달했다고 간주될 때까지 행하여진다. 또한, 이 동안은 T1을 일정하게 하기 위해서 V1과 V3은 유지한다.
이 이행 단계 23(S23)의 전반에서 T2가 설정치(이 경우는 15℃)에 도달했다고 간주되었을 경우에는, 다음으로 이행 단계 23(S23)의 후반에서, T2를 변화시키지 않고 T1을 설정치(이 경우는 30℃)로 바꾸기 위한 조절을 행한다. 그 경우는, V1을 크게 하면서 V3를 작게 하는데, V1의 개도 변화에 따라 수학식 2를 만족시키도록 V3를 조절한다. 이 V1과 V3의 조절은, T1이 설정치에 도달했다고 간주될 때까지 행하여진다. 또한, 이 동안은 T2를 일정하게 하기 위해서, V2와 V4는 유지한다.
이 이행 단계 23(S23)의 후반에서 T1이 설정치에 도달했다고 간주되었을 경우에는, 이행 단계 23(S23)이 완료되었다고 간주하여, 단계 3(S3)을 개시하고, 이 단계가 끝난 경우에는 에칭 처리가 종료된다.
또한, 이상에서 설명한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도는, 냉매의 온도의 설정치와 T1 또는 T2를 비교하면서 수학식 2를 만족시키도록 조절하였으나, 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제어부(37)의 내부에 미리 데이터 베이스를 저장해 두고, 냉매의 설정 온도로부터 V1∼V4의 초기 설정치를 추산하고, 그들 추산치에 V1∼V4를 먼저 조절하고, 그 후에 T1과 T2가 설정치가 되도록 V1∼V4를 미조정(微調整)해도 된다.
이와 같은 조절의 동작을, 상술한 이행 단계 12(S12)에 적용한 경우의 플로우 차트의 발췌를 도 6에 나타낸다. 도 6은, 도 1에 나타낸 실시예에 관련된 팽창 밸브의 개도를 조절하는 동작의 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
단계 1(S1)로부터, T1 및 T2를 각각 25℃, 20℃의 단계 2(S2)로 이행하는 경우는, 먼저 제어부(37)의 내부에 모아둔 데이터 베이스를 바탕으로 V1∼V4의 개도의 초기 설정치를 추산하고, 그들 값으로 조절한다. 또한, 그들 초기 설정치는 수학식 2를 만족시키는 것으로 한다(S12-1).
다음으로, T1 및 T2가 단계 2(S2)의 설정치로 되어 있는지의 여부를 판정한다. 금회의 경우는, T2는 불변이기 때문에 T1에 관해서만 판정한다. 만약 T1이 설정치(금회에는 25℃)보다 높은 경우는, T1을 낮추기 위하여 V1을 작게 함과 함께 수학식 2를 만족시키도록 V3를 크게 한다. 만약 T1이 설정치보다 낮은 경우는, T1을 높이기 위하여 V1을 크게 함과 함께 수학식 2를 만족시키도록 V3를 작게 한다. 이러한 때, T2는 불변이기 때문에 V2와 V4는 유지한다. 이와 같은 조절을 행하여, T1이 설정치에 도달했다고 간주되었을 경우는, 이행 단계 S12가 완료되었다고 간주하고, 단계 2(S2)를 개시한다.
이와 같은 조절을 행함으로써, 먼저 V1∼V4를 초기 설정치로 조절하고, 그 후에 V1∼V4를 미조정하여 T1 및 T2를 설정치로 조절할 수 있다. 또한, 단계 2(S2)가 완료되어, 단계 3(S3)으로 이행하는 경우도, 그들 사이의 이행 단계 23(S23)에서 V1∼V4의 조절을 동일하게 행함으로써, T1 및 T2를 설정치로 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절을 행함으로써, 1개의 직접 팽창식 히트 사이클로 이루어지는 냉매 온도 조절부(21)에 의해 시료대(4)에 도입하는 복수 계통의 냉매의 온도를 조절하는 구성에서, 한쪽 계통의 냉매 온도를 바꾸는 경우이더라도, 다른 쪽 계통의 냉매 온도에의 영향을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 각 냉매 유로의 냉매의 온도 조절의 헌팅의 발생을 억제하여, 냉매의 온도 또는 증발 온도를 효율적으로 조절할 수 있다. 또한, 이와 같은 조절을 행하는 경우에 있어서도, 양쪽 계통의 냉매 유량을 동일하게 하면서 냉매의 온도를 조절하기 때문에, 냉매 유량이 극단적으로 줄어듦으로써 생기기 쉬워지는 드라이 아웃의 위험성이 낮아진다. 이에 의해, 시료대(4) 및 시료(5)의 온도 분포가 둘레 방향이 되는 것이 저감된다.
[변형례 1]
본 발명의 제 1 실시예에서는, 복수 계통의 냉매의 온도를 조절하는 경우에, 한쪽 계통의 냉매 온도를 일정하게 유지하면서 다른 쪽 계통의 냉매 온도를 변화시키고 있었다. 그러나, 반도체 제조 장치의 스루풋 향상을 위해서는 냉매 온도의 재빠른 조절이 요구되기 때문에, 실시예에서 나타낸 조절 방법보다 빠른 온도 조절이 필요한 경우가 있다. 또한, 복수 계통의 냉매 온도의 차이를 재빠르게 넓히거나 재빠르게 줄이거나 하는 조절이 필요한 경우가 있다. 이와 같은 과제를 해결하기 위한 변형례를 이하에 설명한다.
변형례에서도, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 냉매의 온도 조절을 위한 구성은, 실시예에서 나타낸 것과 동등하다고 가정한다. 그리고, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절을 행하는 경우에, 다음에 나타내는 수학식 3을 만족시키도록 각각의 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도(V1∼V4)를 조절한다. 또한, 본 변형례에서도, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)는 실시예와 동일한 구성을 구비하고 있는 것이다.
[수학식 3]
V1=V4 또한 V2=V3 …(수학식 3)
이 수학식 3이 충족될 경우에는, 수학식 1과 수학식 2도 충족된다. 그 때문에, 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)에 도입되는 냉매의 유량은 같아지고, 또한, 이것이 다른 조건의 처리에서도 동일하게 유지된다. 그 점은 실시예와 동일하지만, 수학식 3을 만족시키도록 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도를 조절한 경우는, 한쪽 경로의 냉매의 온도가 올라갈 때에는 다른 쪽 냉매의 온도가 내려가는, 즉, 양쪽 경로의 냉매의 온도가 동시에 역방향으로 변하게 된다.
이상에서 나타낸 조절의 동작을, 3개의 다른 냉매 온도 조건을 이용하는, 즉, 3개의 단계로 이루어지는 플라즈마 에칭 처리에 적용한 경우의 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도와 냉매의 온도의 추이를 나타내는 플로우 차트를, 도 7에 나타낸다. 도 7은, 도 1에 나타낸 실시예의 변형례에 관련된 팽창 밸브의 개도와 냉매의 온도의 변화를 나타내는 타임 차트이다.
이 도면에 있어서, 먼저, 플라즈마 에칭 처리의 단계 1(S1)에서, T1과 T2의 설정 온도가 양쪽 모두 20℃인 경우, 냉매의 온도와 압축기(22)의 회전수로부터, 제어부(37)의 내부의 데이터 베이스를 바탕으로, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도가 각각 50%로 설정된다.
다음으로, 단계 1(S1)로부터, T1 및 T2를 각각 25℃, 15℃인 단계 2(S2)로 이행하는 경우는, 그들 단계의 사이에 있는 이행 단계 12(S12)에서, T1을 높이기 위하여 V1을 크게 하면서 V3를 작게 하는데, V1 및 V3의 변화와 마찬가지로, T2를 낮추기 위하여 수학식 3을 만족시키도록 V4를 크게 하고, V2를 작게 한다. 이에 의해 T1이 올라감과 함께 T2가 내려가, 단계 2(S2)의 설정 온도로 각각 조절된다.
이행 단계 12(S12)에서 T1 및 T2가 목표 온도(이 경우는 각각 25℃, 15℃)에 도달했다고 간주되었을 경우에는, 이행 단계 12(S12)가 완료되었다고 간주하고, 단계 2(S2)를 개시한다.
다음으로, 단계 2(S2)가 완료되고, T1 및 T2의 설정치가 양쪽 모두 20℃인 단계 3(S3)으로 이행하는 경우는, 그들 단계의 사이에 있는 이행 단계 23(S23)에서, V1을 작게 하면서 V3을 크게 하는데, V1 및 V3의 변화와 마찬가지로, 수학식 3을 만족시키도록 V4를 작게 하고, V2를 크게 한다. 이에 의해 T1이 내려감과 함께 T2가 올라가, 단계 3(S3)의 설정 온도로 각각 조절된다. 이행 단계 23(S23)에서 T1 및 T2가 목표 온도(이 경우는 각각 20℃)에 도달했다고 간주되었을 경우는, 이행 단계 23(S23)이 완료되었다고 간주하여, 단계 3(S3)을 개시하고, 이 단계가 끝난 경우에는 에칭 처리가 완료된다.
이상에서 설명한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절을 행함으로써, 1개의 직접 팽창식 히트 사이클로 이루어지는 냉매 온도 조절부(21)에 의해 시료대(4)에 도입하는 복수 계통의 냉매의 온도를 조절하는 구성에서, 복수의 경로에 서의 냉매 온도의 차이의 확대나 축소를 보다 단시간에 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 한쪽 경로에서의 냉매의 온도를 바꾸는 경우이더라도, 다른 쪽 경로의 냉매의 온도에의 영향을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 각 냉매 유로의 냉매의 온도 조절의 헌팅의 발생을 억제하여, 냉매의 온도 또는 증발 온도를 효율적으로 조절할 수 있다. 또한, 이와 같은 조절을 행하는 경우에 있어서도, 양쪽 계통의 냉매 유량을 동일하게 하면서 냉매의 온도를 조절하기 때문에, 냉매 유량이 극단적으로 줄어듦으로써 생기기 쉬워지는 드라이 아웃의 위험성이 낮아진다. 이에 의해, 시료대(4) 및 시료(5)의 온도 분포가 둘레 방향이 되는 것이 저감된다.
[변형례 2]
상기의 실시예 및 변형례는, 시료대(4)의 내부의 중앙측 냉매 유로(20-1)와 외주측 냉매 유로(20-2)에 각각 도입하는 냉매의 온도의 조절을, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절에 의해서만 행하는 것이다. 그러나, 이와 같은 경우는 조절할 수 있는 온도 범위가 좁은 경우가 있다. 예를 들면, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도 조절만으로 실현할 수 있는 온도보다 낮은 냉매 온도가 필요한 경우에 대응할 수 없다는 과제가 있다.
또한, 변형례에서 나타낸 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 조절에서는, 복수 경로의 냉매의 온도로부터 재빠르게 냉매 온도의 차이를 넓히거나 줄이거나 할 수는 있지만, 실현할 수 없는 온도 조건도 존재한다. 예를 들면, 단계 1(S1)의 양쪽 계통의 T1 및 T2가 20℃인 상태로부터, T1 및 T2를 각각 25℃와 15℃로 조절하는 것은 변형례에서 나타낸 바와 같이 가능하지만, 각각 25℃와 10℃로 조절하는 것은, 이 변형례에서 나타낸 방법만으로는 어렵다.
본 발명의 제 3 실시예는, 이러한 과제에 대응하는 것이다. 이하, 도 8을 이용하여 본 발명의 제 3 실시예의 장치 구성에 대하여 설명한다. 도 8은, 도 1에 나타낸 실시예의 다른 변형례에 관련된 냉매 온도 조절부의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 이 장치는, 도 1에 나타낸 구성의 응축기(23)와 분기부(50) 사이에, 메인 라인(44)과 바이패스 라인(46)과 온도계(40-3)를 추가한 것이다. 또한, 본 변형례에서도, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)는 실시예와 동일한 구성을 구비하고 있는 것이다.
응축기(23)에서 응축된 냉매는, 메인 라인(44) 또는 바이패스 라인(46)에 도입된다. 메인 라인(44)과 바이패스 라인(46)에는, 밸브(48-1)와 밸브(48-2)가 각각 접속되어 있고, 그 개폐 또는 개도의 증감에 의해 이들 내부를 흐르는 냉매의 유량을 조절한다.
밸브(48-1)의 개도가 크며 또한 밸브(48-2)의 개도가 작을 때는, 냉매의 대부분은 메인 라인(44)을 경유한다. 한편, 밸브(48-1)의 개도가 작으며 또한 밸브(48-2)의 개도가 클 때는, 냉매의 대부분은 바이패스 라인(46)을 경유한다. 이 경우, 냉매는 밸브(48-2)의 하류에 설치된 캐필러리(42)를 경유한다. 캐필러리(42)는 컨덕턴스가 낮은 세관(細管)에 의해 형성되어 있고, 여기를 경유하는 경우에는 냉매의 압력이 낮춰질 수 있다. 즉, 냉매의 대부분이 바이패스 라인(46)을 경유하는 경우에는, 냉매의 대부분이 메인 라인(44)을 경유하는 경우에 비하여, 냉매의 압력이 낮아지고, 그 결과, 냉매의 온도는 낮아진다.
메인 라인(44) 및 바이패스 라인(46)을 경유한 냉매의 온도는 온도계(40-3)에 의해 계측된다. 이 온도계(40-3)로 측정되는 온도(T3라고 한다)는, 그 후, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 조절에 의해 최종적으로 정해지는 냉매의 온도 T1 및 T2의, 이를테면 베이스 온도가 된다. 분석부(35) 및 제어부(37)에 의해 밸브(48-1)와 밸브(48-2)의 개도는 조절된다. 그 결과, 메인 라인(44)과 바이패스 라인(46)에 각각 흐르는 냉매 유량이 조절되고, 최종적으로 T3가 조절된다.
이상, 도 8에 나타낸 구성에서, 제 1 실시예에서 설명한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절을 적용한 경우에는, 1개의 히트 사이클로 이루어지는 냉매 온도 조절부(21)에 의해 시료대(4)에 도입하는 복수 계통의 냉매의 온도를 조절하는 구성에서, 한쪽 계통의 냉매 온도를 바꾸는 경우이더라도, 다른 쪽 계통의 냉매 온도에의 영향을 없앨 수 있음과 함께, 온도계(40-3)의 조절에 의해 냉매 온도 범위를 넓힐 수 있다. 예를 들면, T1과 T2의 설정치를 낮게 하고 싶은 경우에는, 밸브(48-1)의 개도를 작게 하고, 밸브(48-2)의 개도를 크게 하면 된다. 이와 같은 조절은 분석부(35) 및 제어부(37)에 의해 밸브(48-1) 및 밸브(48-2)를 조절함으로써 T3를 조절하고, 그 후, 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)에 의해 T1과 T2가 최종적으로 조절된다.
또한, 도 8에 나타낸 구성에서, 제 2 실시예에서 설명한 팽창 밸브(24-1 내지 24-4)의 개도의 조절을 적용하여, T1과 T2의 설정 온도를 각각 25℃와 10℃로 하고 싶은 경우에는, 밸브(48-1)의 개도를 작게 하고, 밸브(48-2)의 개도를 크게 함으로써 T3를 낮게 하며, 또한 도 7에 나타낸 조건에 비하여 V1과 V4를 크게, V2 와 V3를 작게 함으로써, T1과 T2의 온도 차이를 넓힘으로써 실현할 수 있다.
이상에서 나타낸 바와 같이, 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 나타낸 냉매 온도의 조절 방법을 적용한 경우이더라도, 온도 범위를 보다 저온측으로 넓힐 수 있다.
이상에서 설명한 제 1∼제 3 실시예를 적용함으로써, 플라즈마 처리 장치에 1개의 직접 팽창식의 히트 사이클로 이루어지는 온도 조절부를 적용하여 복수의 경로에서의 각각의 냉매의 온도를 조절하는 경우에, 냉매의 온도 조절의 헌팅이나 드라이 아웃의 발생을 억제할 수 있다.
1 : 진공용기
2 : 덮개
3 : 처리실
4 : 시료대
5 : 시료
6 : 가스 도입관
7 : 처리 가스
8 : 배기구
9 : 압력 조절 밸브
10 : 마이크로파
11 : 플라즈마
12 : 터보 분자 펌프
14 : 마이크로파 발진기
16 : 도파관
18 : 솔레노이드 코일
20-1 : 중앙측 냉매 유로
20-2 : 외주측 냉매 유로
21 : 냉매 온도 조절부
22 : 압축기
23 : 응축기
24-1, 24-2, 24-3, 24-4 : 팽창 밸브
25-1, 25-2 : 물
26 : 증발기
30-1 : 중앙측 냉매 입구
30-2 : 외주측 냉매 입구
32-1 : 중앙측 냉매 출구
32-2 : 외주측 냉매 출구
35 : 분석부
37 : 제어부
40-1, 40-2, 40-3 : 온도계
42 : 캐필러리
44 : 메인 라인
46 : 바이패스 라인
48-1, 48-2 : 밸브
50 : 분기부
52 : 합류부

Claims (11)

  1. 진공용기 내에 배치되고 플라즈마가 형성되는 처리실과, 그 상면에 상기 플라즈마에 의한 처리의 대상인 시료가 탑재되고 동심원 형상으로 배치되어 내측을 냉매가 통류하는 복수의 냉매 유로를 가지고 제 1 증발기로서 기능하는 시료대와, 상기 복수의 냉매 유로에 배치된 냉매의 입구 및 냉매의 출구와, 상기 처리실의 내부를 배기하여 감압하는 배기 수단을 가진 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    이들 냉매의 입구 및 냉매의 출구의 각각에 연결되어 당해 각각의 냉매의 입구로 유입되는 냉매 및 각각의 냉매의 출구로부터 유출되는 냉매의 유량 또는 압력을 조절하는 복수의 상류측 팽창 밸브와 하류측 팽창 밸브를 가지고, 압축기와 응축기와 상기 복수의 상류측 팽창 밸브와 상기 복수의 냉매 유로와 상기 복수의 하류측 팽창 밸브와 제 2 증발기가 이 순서로 냉매의 관로에 의해 연결되어 구성되어 상기의 순서로 냉매가 통류하는 냉동 사이클에 있어서, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 각각과 상기 복수의 냉매 유로를 거쳐 상기 복수의 하류측 팽창 밸브 각각과의 사이의 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 상류측 팽창 밸브의 각각과 상기 복수의 냉매 유로 각각의 냉매의 입구와의 사이의 복수의 냉매 관로 상에 배치되고 이들 냉매 관로 내를 통류하는 냉매의 온도를 검지하는 검지기의 검지 결과에 의거하여 검출한 상기 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매 유로가 상기 시료대의 중앙측에 배치된 중앙측 냉매 유로와 그 외주측에 배치된 외주측 냉매 유로를 가지고, 상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 냉매의 컨덕턴스의 역수의 합이, 상기 외주측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 냉매의 컨덕턴스의 역수의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매 유로가 상기 시료대의 중앙측에 배치된 중앙측 냉매 유로와 그 외주측에 배치된 외주측 냉매 유로를 가지고, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브는 공통의 구성을 구비한 것이며, 상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 개도의 역수의 합이, 상기 외주측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 개도의 역수의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 하류측 팽창 밸브의 개도와 상기 외주측 냉매 유로의 상기 상류측 팽창 밸브의 개도의 합이, 상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브의 개도와 상기 외주측 냉매 유로의 상기 하류측 팽창 밸브의 개도의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 응축기와 복수의 상기 상류측 팽창 밸브의 사이에, 상기 냉매를 흐르게 하기 위한 메인 라인 및 이 메인 라인에 병렬로 배치되고 컨덕턴스가 작은 캐필러리를 가지는 바이패스 라인과, 상기 메인 라인 및 바이패스 라인의 각각의 상류측에 설치되어 이들을 개폐하는 밸브와, 상기 메인 라인 및 바이패스 라인의 하류측에 설치된 온도계를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  7. 진공용기 내부의 처리실 내에 시료대가 배치되고 그 상면에 플라즈마에 의한 처리의 대상인 시료를 탑재하고, 상기 처리실 내에 플라즈마를 형성하여 상기 시료를 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 시료대는, 그 내부에 동심원 형상으로 배치되고 내측을 냉매가 통류하는 복수의 냉매 유로와, 상기 복수의 냉매 유로에 배치된 냉매의 입구 및 냉매의 출구를 가지고 제 1 증발기로서 기능하는 것이며,
    또한, 상기 시료대가, 상기 냉매의 입구 및 냉매의 출구 각각에 연결되어 당해 각각의 냉매의 입구로 유입되는 냉매 및 각각의 냉매의 출구로부터 유출되는 냉매의 유량 또는 압력을 조절하는 복수의 상류측 팽창 밸브와 하류측 팽창 밸브를 가지고, 압축기와 응축기와 상기 복수의 상류측 팽창 밸브와 상기 복수의 냉매 유로와 상기 복수의 하류측 팽창 밸브와 제 2 증발기가 이 순서로 냉매의 관로에 의해 연결되어 상기의 순서로 냉매가 통류하는 냉동 사이클을 구성하는 것으로서,
    상기 복수의 상류측 팽창 밸브 각각과 상기 복수의 냉매 유로를 거쳐 상기 복수의 하류측 팽창 밸브 각각과의 사이의 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 상류측 팽창 밸브의 각각과 상기 복수의 냉매 유로 각각의 냉매의 입구와의 사이의 복수의 냉매 관로 상에 배치되고 이들 냉매 관로 내를 통류하는 냉매의 온도를 검지하는 검지기의 검지 결과에 의거하여 검출한 상기 복수의 냉매의 경로에서의 상기 냉매의 유량의 변화가 생기지 않도록 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매 유로가 상기 시료대의 중앙측에 배치된 중앙측 냉매 유로와 그 외주측에 배치된 외주측 냉매 유로를 가지고,
    상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 냉매의 컨덕턴스의 역수의 합이, 상기 외주측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 냉매의 컨덕턴스의 역수의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 냉매 유로가 상기 시료대의 중앙측에 배치된 중앙측 냉매 유로와 그 외주측에 배치된 외주측 냉매 유로를 가지고, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브는 공통의 구성을 구비한 것이며,
    상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 개도의 역수의 합이, 상기 외주측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브 각각에서의 개도의 역수의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 하류측 팽창 밸브의 개도와 상기 외주측 냉매 유로의 상기 상류측 팽창 밸브의 개도의 합이, 상기 중앙측 냉매 유로에 연결된 상기 상류측 팽창 밸브의 개도와 상기 외주측 냉매 유로의 상기 하류측 팽창 밸브의 개도의 합과 같아지도록, 상기 복수의 상류측 팽창 밸브 및 하류측 팽창 밸브의 개도를 조절하는 플라즈마 처리 방법.
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