JPWO2013176144A1 - プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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Abstract

プラズマ処理装置ＰＭ１は、プラズマ処理空間Ｓを画成する処理容器１２と、被処理基板Ｗの設置用のステージ１４と、プラズマ反応に用いられる処理ガスをプラズマ処理空間Ｓへ導入するガス供給系３８等とを備える。また、プラズマ処理装置ＰＭ１は、処理ガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供給するマイクロ波発生器１６を備える。また、プラズマ処理装置ＰＭ１は、処理容器１２の外部の基板搬入ステージに設置された被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令が発行されて被処理基板Ｗが処理容器１２内へ搬送されている間に、ウェーハレスの状態で、処理ガスを供給するとともに電磁エネルギーを供給するウォームアップ処理を行う制御部１００を備える。

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関するものである。
半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理を実行するプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置は、例えば薄膜の堆積処理を行うプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や、エッチング処理を行うプラズマエッチング装置が挙げられる。
プラズマ処理装置は、被処理基板を処理するための処理室、処理室内に被処理基板を設置する試料台、及びプラズマ反応に必要な処理ガスを処理室内に導入するためのガス供給系などを備える。また、プラズマ処理装置は、処理室内の処理ガスをプラズマ化するため、マイクロ波、ＲＦ波などの電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構、及びバイアス電圧を試料台に印加し、試料台上に設置された被処理基板に向けてプラズマ中のイオンを加速するためのバイアス電圧印加機構などを備える。
ところで、プラズマ処理装置は、処理室の内表面温度のばらつきに起因して、同じ処理条件でプラズマ処理を繰り返しても被処理基板の加工精度がばらつく場合がある。一例としてプラズマエッチング装置を挙げて説明する。例えば、前回のプラズマエッチング処理の実行後ある程度の時間をあけてプラズマエッチング処理を行うと、このプラズマエッチング処理の最初のロット（ファーストロット）の１枚目の被処理基板のエッチングレートが、後続の被処理基板に比べてエッチングレートが低くなる場合がある。これは、前回のプラズマエッチング処理の実行後ある程度の時間をあけたことにより処理室の内表面の温度が低下し、その状態のままプラズマエッチング処理が実行されることに起因するものと考えられる。
従来、このような問題に対しては、例えば、特許文献１のようにファーストロットの被処理基板に対してプラズマ処理を実行する前に、シーズニングを行うことが知られている。シーズニングとは、ファーストロットのプラズマ処理を実行する前に、試料台にダミーウェハを設置して、プラズマを生成させる処理を実行することにより、処理室の内表面温度を上昇させるものである。そして、処理室の内表面温度が上昇した後、通常のプラズマ処理を実行する。これによれば、いったん処理室の内表面温度が低下した後のファーストロットの被処理基板を処理する場合でも、エッチングレートが低下することを抑制することができると考えられる。
特開２００５−２４４０６５号公報
しかしながら、従来技術は、シーズニングプロセスによってファーストロットの被処理基板を処理する前にダミーウェハを設置してプラズマ処理を行うので、単位時間あたりの被処理基板の処理枚数が低下する。このため、従来技術では、ファーストロットの被処理基板のエッチングレートの低下を抑制し、かつ、被処理基板のプラズマ処理のスループットの低下を抑制することは難しい。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理空間を画成する処理容器と、前記処理容器内に設けられ、被処理基板が設置される試料台とを備える。また、プラズマ処理装置は、プラズマ反応に用いられる処理ガスを前記プラズマ処理空間へ導入するガス供給機構と、前記プラズマ処理空間内に導入された処理ガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構とを備える。また、プラズマ処理装置は、前記処理容器の外部の基板搬入ステージに設置された被処理基板に対するプラズマ処理開始の指令が発行されて該被処理基板が前記基板搬入ステージから前記処理容器内へ搬送されている間に、前記試料台に被処理基板が設置されていない状態で、前記ガス供給機構によって前記処理ガスを前記処理空間へ供給するとともに前記プラズマ生成機構によって前記電磁エネルギーを供給するウォームアップ処理を実行する制御部を備える。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、ファーストロットの被処理基板のエッチングレートの低下を抑制し、かつ、被処理基板のプラズマ処理のスループットの低下を抑制することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法が実現される。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理システムの概略を示す図である。 図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略を示す図である。 図３は、一実施形態に係るスロット板を軸線Ｘ方向から見た平面図である。 図４は、一実施形態に係るインジェクタ及び誘電体窓の貫通孔を拡大して示す断面図である。 図５は、一実施形態に係るプラズマ処理方法の概略を示す図である。 図６は、一実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートである。 図７Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。 図７Ｂは、一実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。 図７Ｃは、一実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。 図８は、一実施形態に係るプラズマ処理方法における処理ガス種類ごとの誘電体窓の温度の推移を示す図である。 図９は、誘電体窓の温度測定ポイントの一例を示す図である。 図１０は、放射温度測定器による温度測定の一例を示す図である。 図１１は、放射温度測定器による温度測定の一例を示す図である。 図１２は、誘電体窓の温度測定ポイントごとの温度の推移を示す図である。 図１３は、光ファイバ温度計による温度測定の一例を示す図である。 図１４Ａは、ロット間における誘電体窓の温度の推移を示す図である。 図１４Ｂは、ロット間における誘電体窓の温度の推移を示す図である。 図１５は、一実施形態に係るロット間ウォームアップ処理のフローチャートである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理システムの概略を示す図である。図１に示すように、一実施形態に係るプラズマ処理システム１０００は、大気搬送室１１、搬入出ポート１３０、ロードロック室１５０、アライメントモジュール１６０を備える。また、プラズマ処理システム１０００は、真空搬送室１３、複数のプラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４、及び制御部１００を備える。
大気搬送室１１は、大気圧力下に設けられ、搬入出ポート１３０に設置された被処理基板Ｗを例えばプラズマ処理装置ＰＭ１へ搬送するための直方体状の搬送容器である。大気搬送室１１内には、搬入出ポート１３０、アライメントモジュール１６０、及びロードロック室１５０の相互の間で、被処理基板Ｗを受け渡す回転伸縮自在な搬送アームを有する搬送機構１２０が設けられる。搬入出ポート１３０は、大気搬送室１１の長辺の一方の側壁に並べて複数（一実施形態では３つ）設けられる。各搬入出ポート１３０は、ドア１４０を介して大気搬送室１１の長辺の一方の側壁に接続され、プラズマ処理が施される前の被処理基板Ｗを収納するＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を有する。
ロードロック室１５０は、大気搬送室１１の長辺の他方の側壁に並べて複数（一実施形態では２つ）設けられる。ロードロック室１５０は、ゲートバルブＧ１を介して大気搬送室１１の長辺の他方の側壁に接続され、大気圧力下の被処理基板Ｗを真空圧力下の真空搬送室１３へ受け渡すための予備真空室である。アライメントモジュール１６０は、大気搬送室１１の短辺の一方の側壁に設けられ、被処理基板Ｗの位置合わせを行うためのオリエンタを有する。
真空搬送室１３は、平面形状が６角形の被処理基板Ｗの搬送容器であり、図示しない真空ポンプにより室内が真空雰囲気に保たれている。真空搬送室１３の２辺の側壁にはそれぞれ、ゲートバルブＧ２を介してロードロック室１５０が接続される。また、真空搬送室１３の残りの４辺の側壁にはそれぞれ、ゲートバルブＧ３を介してプラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４が接続される。真空搬送室１３内には、ロードロック室１５０、及びプラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４の相互の間で被処理基板Ｗを受け渡す、回転伸縮自在な搬送アームを有する搬送機構２２０が設けられている。
制御部１００は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリといった記憶装置を備えるコンピュータであってもよい。制御部１００は、記憶装置に記憶されたプログラム及び処理レシピに従って種々の制御信号を出力する。制御部１００は、例えば、被処理基板Ｗの搬送、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３及びドア１４０の開閉、各プラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４における処理、ウォームアップ処理、及びロット間ウォームアップ処理の制御を行う。制御部１００から出力される種々の制御信号は、搬送機構１２０，２２０、各ゲートバルブＧ１〜Ｇ３、ドア１４０、及びプラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４へ入力される。なお、制御部１００によって実行されるウォームアップ処理及びロット間ウォームアップ処理の詳細は後述する。
次に、一実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４の構成を説明する。本実施形態では、プラズマ処理装置ＰＭ１〜ＰＭ４がいずれもプラズマエッチング装置である場合を例に挙げて説明するが、これには限られない。以下の説明では、プラズマ処理装置ＰＭ１を代表して説明するが、プラズマ処理装置ＰＭ２〜ＰＭ４も同様の構成を有するものとする。
図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の概略を示す図である。図２に示すプラズマ処理装置ＰＭ１は、処理容器１２、ステージ１４、マイクロ波発生器１６、アンテナ１８、及び誘電体窓２０を備えている。
処理容器１２は、プラズマ処理を行うための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを有する。側壁１２ａは、略筒形状に形成されている。以下、側壁１２ａの筒形状の中心において筒形状の延在する軸線Ｘを仮想的に設定し、軸線Ｘの延在方向を軸線Ｘ方向という。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられ、側壁１２ａの底側開口を覆う。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。
側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓２０によって閉じられている。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング２１が介在している。誘電体窓２０は、Ｏリング２１を介して側壁１２ａの上端部に設けられる。Ｏリング２１により、処理容器１２の密閉がより確実なものとなる。ステージ１４は、処理空間Ｓ内に収容され、被処理基板Ｗが載置される。誘電体窓２０は、処理空間Ｓに対向する対向面２０ａを有する。
マイクロ波発生器１６は、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。一実施形態においては、プラズマ処理装置ＰＭ１は、チューナ２２、導波管２４、モード変換器２６、及び同軸導波管２８を更に備えている。
マイクロ波発生器１６は、チューナ２２を介して導波管２４に接続されている。導波管２４は、例えば、矩形導波管である。導波管２４は、モード変換器２６に接続されており、モード変換器２６は、同軸導波管２８の上端に接続されている。
同軸導波管２８は、軸線Ｘに沿って延びている。この同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含んでいる。外側導体２８ａは、軸線Ｘ方向に延びる略円筒形状を有している。内側導体２８ｂは、外側導体２８ａの内部に設けられている。この内側導体２８ｂは、軸線Ｘに沿って延びる略円筒形状を有している。
マイクロ波発生器１６によって発生されたマイクロ波は、チューナ２２及び導波管２４を介してモード変換器２６に導波される。モード変換器２６は、マイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８からのマイクロ波は、アンテナ１８に供給される。
アンテナ１８は、マイクロ波発生器１６によって発生されるマイクロ波に基づいて、プラズマ励起用のマイクロ波を放射する。アンテナ１８は、スロット板３０、誘電体板３２、及び冷却ジャケット３４を有する。アンテナ１８は、誘電体窓２０の対向面２０ａの反対側の面２０ｂ上に設けられ、マイクロ波発生器１６によって発生されるマイクロ波に基づいて、誘電体窓２０を介してプラズマ励起用のマイクロ波を処理空間Ｓへ放射する。なお、マイクロ波発生器１６及びアンテナ１８等は、処理空間Ｓ内に導入された処理ガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構となる。
スロット板３０は、軸線Ｘに板面が直交する略円板状に形成される。スロット板３０は、誘電体窓２０の対向面２０ａの反対側の面２０ｂ上に、誘電体窓２０と互いに板面を合わせて配置される。スロット板３０には、軸線Ｘを中心にして周方向に複数のスロット３０ａが配列される。
図３は、一実施形態に係るスロット板を軸線Ｘ方向から見た平面図である。一実施形態においては、図３に示すように、スロット板３０は、ラジアルラインスロットアンテナを構成するスロット板である。スロット板３０は、導電性を有する金属製の円板状に形成される。スロット板３０には、複数のスロット３０ａが形成される。各スロット３０ａは、互いに交差又は直交する方向に延びる長孔であるスロット３０ｂとスロット３０ｃを含んでいる。複数のスロット３０ａは、径方向に所定の間隔で配置されており、また、周方向に所定の間隔で配置されている。
言い換えれば、複数のスロット３０ａは、スロット板３０の円周方向に沿って複数配置されて形成された第１のスロット群３０ａ−１と、第１のスロット群３０ａ−１よりスロット板３０の径方向の外側において、スロット板３０の円周方向に沿って複数配置されて形成された第２のスロット群３０ａ−２とを有する。また、スロット板３０の中央部には、後述する導管３６が貫通可能な貫通孔３０ｄが形成される。
図２を再び参照する。誘電体板３２は、板面が軸線Ｘに直交する略円板状に形成される。誘電体板３２は、スロット板３０と冷却ジャケット３４の下側表面との間に設けられている。誘電体板３２は、例えば石英製であり、略円板形状を有している。また、誘電体窓２０は、処理空間Ｓに面した対向面２０ａの、円板形状の中央部と外周部との間に環状の凹部２０ｃが形成されている。これにより、誘電体窓２０には、円板形状の中央部における肉厚部２０ｄと、円板形状の中央部と外周部との間における肉薄部２０ｅが形成される。
冷却ジャケット３４の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット３４は、内部に冷媒が通流可能な流路３４ａが形成されており、冷媒の通流により誘電体板３２及びスロット板３０を冷却する。冷却ジャケット３４の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３４及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。
同軸導波管２８からのマイクロ波は、誘電体板３２に伝播され、スロット板３０のスロット３０ａから誘電体窓２０を介して、処理空間Ｓ内に導入される。一実施形態においては、同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３６が通っている。スロット板３０の中央部には、導管３６が貫通可能な貫通孔３０ｄが形成されている。導管３６は、軸線Ｘに沿って延在しており、ガス供給系３８、ガス供給系３９、及び、ガス供給系４０に接続される。
ガス供給系３８は、導管３６に被処理基板Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系３８によって供給される処理ガスは、フッ素系ガスを含む。処理ガスは、一実施形態では、エッチングガスであり、例えば、ＣＦ４ガス、又は、ＣＨ２Ｆ２ガスである。ガス供給系３８は、ガス源３８ａ、弁３８ｂ、及び流量制御器３８ｃを含み得る。ガス源３８ａは、処理ガスのガス源である。弁３８ｂは、ガス源３８ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３８ａからの処理ガスの流量を調整する。
ガス供給系３９は、導管３６に被処理基板Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系３９によって供給される処理ガスは、酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む。ガス供給系３９は、ガス源３９ａ、弁３９ｂ、及び流量制御器３９ｃを含み得る。ガス源３９ａは、酸素ガスのガス源である。弁３９ｂは、ガス源３９ａからのガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３９ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３９ａからのガスの流量を調整する。
ガス供給系４０は、アルゴンガスを導管３６に供給する。一実施形態においては、ガス供給系３９からの処理ガスに加えて、ガス供給系４０からアルゴンガスが供給される。ガス供給系４０は、ガス源４０ａ、弁４０ｂ、及び流量制御器４０ｃを含み得る。ガス源４０ａは、アルゴンガスのガス源である。弁４０ｂは、ガス源４０ａからのアルゴンガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４０ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４０ａからのアルゴンガスの流量を調整する。なお、ガス供給系３８，３９，４０は、プラズマ反応に用いられる処理ガスを処理空間Ｓへ導入するガス供給機構となる。
一実施形態においては、プラズマ処理装置ＰＭ１は、更に、インジェクタ４１を更に備え得る。インジェクタ４１は、導管３６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通孔２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓに供給される。以下の説明では、導管３６、インジェクタ４１、及び、貫通孔２０ｈによって構成されるガス供給経路を、「中央ガス導入部」ということがある。
一実施形態においては、プラズマ処理装置ＰＭ１は、ガス供給部４２を更に備える。ガス供給部４２は、ステージ１４と誘電体窓２０との間において、軸線Ｘの周囲からガスを処理空間Ｓに供給する。以下の説明では、ガス供給部４２のことを、「周辺ガス導入部」ということがある。ガス供給部４２は、導管４２ａを含む。導管４２ａは、誘電体窓２０とステージ１４との間において軸線Ｘを中心に環状に延在している。導管４２ａには、複数のガス供給孔４２ｂが形成されている。複数のガス供給孔４２ｂは、環状に配列され、軸線Ｘに向けて開口しており、導管４２ａに供給されたガスを、軸線Ｘに向けて供給する。このガス供給部４２は、導管４６を介して、ガス供給系４３、ガス供給系４４、及びガス供給系４５に接続されている。
ガス供給系４３は、ガス供給部４２に被処理基板Ｗを処理するための処理ガスを供給する。ガス供給系４３から供給される処理ガスは、ガス供給系３８の処理ガスと同様に、フッ素系ガスを含む。この処理ガスは、一実施形態では、エッチングガスであり、例えば、ＣＦ４ガス、又は、ＣＨ２Ｆ２ガスである。ガス供給系４３は、ガス源４３ａ、弁４３ｂ、及び流量制御器４３ｃを含み得る。ガス源４３ａは、処理ガスのガス源である。弁４３ｂは、ガス源４３ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４３ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４３ａからの処理ガスの流量を調整する。
ガス供給系４４は、ガス供給系３９の処理ガスと同様に、酸素ガスを含む。ガス供給系４４は、酸素ガス（Ｏ２ガス）を含む処理ガスをガス供給部４２に供給する。ガス供給系４４は、ガス源４４ａ、弁４４ｂ、及び流量制御器４４ｃを含み得る。ガス源４４ａは、酸素ガスのガス源である。弁４４ｂは、ガス源４４ａからのガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４４ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４４ａからのガスの流量を調整する。
ガス供給系４５は、アルゴンガスをガス供給部４２に供給する。一実施形態においては、ガス供給系４４からの処理ガスに加えて、ガス供給系４５からアルゴンガスが供給される。ガス供給系４５は、ガス源４５ａ、弁４５ｂ、及び流量制御器４５ｃを含み得る。ガス源４５ａは、アルゴンガスのガス源である。弁４５ｂは、ガス源４５ａからのアルゴンガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器４５ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源４５ａからのアルゴンガスの流量を調整する。なお、ガス供給系４３，４４，４５は、プラズマ反応に用いられる処理ガスを処理空間Ｓへ導入するガス供給機構となる。
ステージ１４は、軸線Ｘ方向において誘電体窓２０と対面するように設けられている。このステージ１４は、誘電体窓２０と当該ステージ１４との間に処理空間Ｓを挟むように設けられている。ステージ１４上には、被処理基板Ｗが載置される。一実施形態においては、ステージ１４は、台１４ａ、フォーカスリング１４ｂ、及び、静電チャック１４ｃを含む。
台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。
排気路５１の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置５６により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。
台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、給電棒６２及びマッチングユニット６０を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理基板Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理基板Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃの径方向外側には、被処理基板Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでいる。電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被処理基板Ｗを吸着保持することができる。
台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニット（図示せず）より配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック１４ｃの上面温度が制御される。伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック１４ｃの上面と被処理基板Ｗの裏面との間に供給されており、この静電チャック１４ｃの上面温度により被処理基板Ｗの温度が制御される。なお、制御部１０から出力される種々の制御信号は、マイクロ波発生器１６、排気装置５６、弁３８ｂ、流量制御器３８ｃ、弁４３ｂ、流量制御器４３ｃ、弁３９ｂ、流量制御器３９ｃ、弁４０ｂ、流量制御器４０ｃ、弁４４ｂ、流量制御器４４ｃ、弁４５ｂ、及び、流量制御器４５ｃへ入力される。
以下、図４を参照して、インジェクタ４１及び誘電体窓２０の貫通孔２０ｈについてより詳細に説明する。図４は、一実施形態に係るインジェクタ及び誘電体窓の貫通孔を拡大して示す断面図である。
図４に示すように、誘電体窓２０は、軸線Ｘに沿って上方から順に収容空間２０ｓ、貫通孔２０ｈを画成している。貫通孔２０ｈは、収容空間２０ｓと処理空間Ｓとを連通させている。この貫通孔２０ｈは、アンテナ１８側の開口と処理空間Ｓ側の開口との間の一部における面積が、当該一部とアンテナ１８側の開口との間の当該貫通孔２０ｈの他の一部における面積より小さくなるように、構成されている。ここで、「面積」とは、軸線Ｘに直交する面での貫通孔２０ｈの面積である。一例においては、図４に示すように、貫通孔２０ｈは、軸線Ｘに沿って下方に向かうにつれてその直径が小さくなるテーパー形状を有している。
収容空間２０ｓには、インジェクタ４１、及び、導管３６の一端部３６ｂが収容されている。導管３６は、導電性を有する金属により構成され得る。導管３６は、本体部３６ａ及び一端部３６ｂを含んでいる。本体部３６ａは、軸線Ｘに沿って延在する筒形状を有している。一端部３６ｂは、略円板形状を有しており、本体部３６ａより大きな外径を有している。導管３６には、本体部３６ａ及び一端部３６ｂにわたって貫通するガス供給用の内孔が設けられている。この導管３６の本体部３６ａは、内側導体２８ｂの内孔を通っている。
内側導体２８ｂは、上述したように、スロット板３０に接続されている。一実施形態においては、スロット板３０の内側縁部は、内側導体２８ｂの下端と金属製の部材８０とにより、狭持されている。この部材８０は、内側導体２８ｂの下端にねじ８２によって固定されている。また、スロット板３０の下面には、導管３６の一端部３６ｂの上面が接触している。このように、内側導体２８ｂ、スロット板３０、及び導管３６は、電気的に接続されている。
インジェクタ４１は、収容空間２０ｓ内において、導管３６の一端部３６ｂの下方に収容されている。インジェクタ４１は、導電性を有しており、略円板形状を有している。インジェクタ４１は、例えば、アルミニウム又はステンレス製である。
インジェクタ４１は、一端部３６ｂ側の第１の面４１ａと貫通孔２０ｈ側の第２の面４１ｂとを含んでいる。インジェクタ４１には、第１の面４１ａから第２の面４１ｂまで延在する複数の貫通孔４１ｈが形成されている。一実施形態においては、第２の面４１ｂには、Ｙ２Ｏ３の膜が形成されていてもよい。この膜は、Ｙ２Ｏ３を第２の面４１ｂにコーティングした後に、コーティングされた膜を電子ビームにより溶融させることによって形成されてもよい。
インジェクタ４１は、ねじ８４により導管３６の一端部３６ｂに対して固定されており、当該一端部３６ｂに電気的に接続している。したがって、インジェクタ４１は、内側導体２８ｂ、スロット板３０、及び導管３６と同電位に設定され得る。インジェクタ４１は、例えば、接地電位に設定され得る。
一実施形態においては、インジェクタ４１の第２の面４１ｂと誘電体窓２０との間にはＯリング８６が設けられる。Ｏリング８６は、複数の貫通孔４１ｈの貫通孔２０ｈ側の開口を囲むように環状に延在している。このＯリング８６により、インジェクタ４１と誘電体窓２０との間における気密が確保される。更に、インジェクタ４１の第１の面４１ａと導管３６の一端部３６ｂとの間にはＯリング８８が設けられる。Ｏリング８８は、複数の貫通孔４１ｈの一端部３６ｂ側の開口を囲むように環状に延在している。これにより、インジェクタ４１と導管３６の一端部３６ｂとの間の気密が確保される。
このように構成されたプラズマ処理装置ＰＭ１では、導管３６及びインジェクタ４１の貫通孔４１ｈを介して、誘電体窓２０の貫通孔２０ｈから処理空間Ｓ内に軸線Ｘに沿ってガスが供給される。また、貫通孔２０ｈよりも下方において、ガス供給部４２から軸線Ｘに向けてガスが供給される。さらに、アンテナ１８から誘電体窓２０を介して処理空間Ｓ及び／又は貫通孔２０ｈ内にマイクロ波が導入される。これにより、処理空間Ｓ及び／又は貫通孔２０ｈにおいてプラズマが発生する。このように、プラズマ処理装置ＰＭ１によれば、磁場を加えずに、プラズマを発生させることができる。
次に、プラズマ処理装置ＰＭ１を用いたプラズマ処理方法について説明する。図５は、一実施形態に係るプラズマ処理方法の概略を示す図である。図５は、被処理基板Ｗの搬送の流れと、ウォームアッププラズマ処理及びプラズマ処理のシーケンスを示すものである。図５の例は、被処理基板Ｗが搬入出ポート１３０からプラズマ処理装置ＰＭ１へ搬送され、プラズマ処理装置ＰＭ１においてプラズマ処理される場合を例に挙げるが、これには限られない。
まずは、被処理基板Ｗの搬送について説明する。図５に示すように、まず、被処理基板Ｗは搬入出ポート１３０に設置される。そして、搬入出ポート１３０に設置された被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令が発令されると、制御部１００は、被処理基板Ｗの搬送を開始する。制御部１００は、被処理基板Ｗを搬入出ポート１３０からドア１４０及び大気搬送室１１を介してアライメントモジュール１６０へ搬送する。アライメントモジュール１６０は、被処理基板Ｗの位置合わせ処理を行う。
続いて、制御部１００は、位置合わせ処理が行われた被処理基板Ｗをアライメントモジュール１６０からゲートバルブＧ１を介してロードロック室１５０へ搬送する。ロードロック室１５０は、被処理基板Ｗが搬送された後、真空圧力に減圧される。続いて、制御部１００は、真空圧力下のロードロック室１５０から被処理基板Ｗを、ゲートバルブＧ２、真空搬送室１３、及びゲートバルブＧ３を介してプラズマ処理装置ＰＭ１へ搬送する。プラズマ処理装置ＰＭ１は、搬送された被処理基板Ｗに対して、例えばエッチング処理等のプラズマ処理を実行する。
次に、制御部１００のウォームアップ処理について説明する。図５に示すように、制御部１００は、搬入出ポート１３０に設置された被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令に応じて被処理基板Ｗの搬送を開始したら、ウォームアップ処理を実行する。ウォームアップ処理とは、被処理基板Ｗが搬送されている間に、ステージ１４に被処理基板Ｗが設置されていない状態（ウェーハレス状態）で、ガス供給機構によって処理ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給するとともに、プラズマ生成機構によって電磁エネルギーを供給する処理（ウォームアッププラズマ処理）である。
制御部１００は、被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１の手前のゲートバルブＧ３に到着して、プラズマ処理装置ＰＭ１に搬送される前に、ウォームアップ処理を終了する。被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１に搬送されてステージ１４に設置された後、プラズマ処理装置ＰＭ１は、例えばエッチング処理などのために、ガス供給機構によって処理ガスをプラズマ処理空間Ｓへ供給するとともにプラズマ生成機構によって電磁エネルギーを供給する処理（プラズマ処理）を実行する。
なお、上記の一実施形態では、被処理基板ＷがゲートバルブＧ３に到着した後にウォームアップ処理を終了する例を示したが、これには限られない。図６は、一実施形態に係るプラズマ処理方法のフローチャートである。
図６に示すように、制御部１００は、搬入出ポート１３０に設置された被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令が発令されたら（Ｓ１０１）、搬入出ポート１３０に設置された被処理基板Ｗの搬送を開始する（Ｓ１０２）。続いて、制御部１００は、被処理基板Ｗの搬送が開始されたらウォームアップ処理を開始する（Ｓ１０３）。続いて、制御部１００は、誘電体窓２０の例えば対向面２０ａの中央部の温度があらかじめ設定された温度以上になるか、又はあらかじめ設定された時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１０４）。
制御部１００は、誘電体窓２０の例えば対向面２０ａの中央部の温度があらかじめ設定された温度以上になるか、又はあらかじめ設定された時間が経過するまで（Ｓ１０４，Ｎｏ）、ウォームアップ処理を継続する。一方、制御部１００は、誘電体窓２０の例えば対向面２０ａの中央部の温度があらかじめ設定された温度以上になるか、又はあらかじめ設定された時間が経過したら（Ｓ１０４，Ｙｅｓ）、ウォームアップ処理を終了する（Ｓ１０５）。
続いて、制御部１００は、被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１（ステージ１４）へ到着したら（Ｓ１０６）、プラズマエッチング等のプラズマ処理を開始する（Ｓ１０７）。
一実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１及びプラズマ処理方法によれば、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令に応じて被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１まで搬送される間にウォームアップ処理が実行される。したがって、被処理基板Ｗがファーストロットであったとしても、このファーストロットの被処理基板Ｗに対するプラズマ処理を実行する際にはプラズマ処理装置ＰＭ１の例えば誘電体窓２０の温度が所望の温度まで加熱されている。これに加えて、ウォームアップ処理は、被処理基板Ｗが搬送されている間に実行されるので、スループットに影響を及ぼし難い。その結果、一実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１及びプラズマ処理方法によれば、ファーストロットの被処理基板Ｗのエッチングレートの低下を抑制し、かつ、被処理基板Ｗのプラズマ処理のスループットの低下を抑制することができる。
次に、一実施形態に係るプラズマ処理方法による効果について説明する。図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃは、一実施形態に係るプラズマ処理方法による効果を説明するための図である。図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃは、一実施形態に係るプラズマ処理方法の効果を示す図である。
図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃにおいて、横軸は、プラズマ処理装置ＰＭ１へ投入した被処理基板Ｗの１ロット内の処理順番を示した番号（スロット番号）を示し、縦軸は、エッチングレート（ｎｍ／分）、誘電体窓２０の時間平均温度（℃）を示している。また、図７Ａは、一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いずに、被処理基板Ｗに対してプラズマエッチング処理を実行した場合の、誘電体窓２０の温度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。一方、図７Ｂ，図７Ｃは、一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いて被処理基板Ｗに対してプラズマエッチング処理を実行した場合の、誘電体窓２０の温度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。
まず、図７Ａに示すように、一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いなかった場合、グラフ１７４に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際には、他のスロット番号の被処理基板Ｗを処理する場合と比べて、誘電体窓２０の温度が低くなった。また、グラフ１７２に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗに対するエッチングレートは、他のスロット番号の被処理基板Ｗのエッチングレートと比べて、低くなった。これは、Ｆｉｒｓｔ ｗａｆｅｒ ｅｆｆｅｃｔと呼ばれ、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際に誘電体窓２０（及び処理空間Ｓ）の温度が低いことに起因して、スロット番号「１」の被処理基板Ｗのエッチングレートが低くなる現象である。
これに対して、一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いた場合、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令に応じて被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１まで搬送される間にウォームアップ処理が実行される。その結果、図７Ｂのグラフ１７８に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際には、他のスロット番号の被処理基板Ｗを処理する場合と比べて、誘電体窓２０の温度が同等又は多少高くなった。このように、一実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際の誘電体窓２０（及び処理空間Ｓ）の温度を高く保つことができる。その結果、グラフ１７６に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗに対するエッチングレートを、他のスロット番号の被処理基板Ｗのエッチングレートと比べて、同等に保つことができた。
また、図７Ｃは、図７Ｂの場合よりも、ウォームアップ処理を長時間行った場合の、誘電体窓２０の温度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。図７Ｃのグラフ１８２に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際には、他のスロット番号の被処理基板Ｗを処理する場合と比べて、誘電体窓２０の温度が大幅に高くなった。このように、一実施形態に係るプラズマ処理方法によれば、スロット番号「１」の被処理基板Ｗを処理する際の誘電体窓２０（及び処理空間Ｓ）の温度を高く保つことができる。その結果、グラフ１８０に示すように、スロット番号「１」の被処理基板Ｗに対するエッチングレートを、他のスロット番号の被処理基板Ｗのエッチングレートと比べて、同等に保つことができた。
ところで、制御部１００は、ウォームアップ処理の際に、ガス供給機構によって酸素ガスを含む処理ガスを処理空間Ｓへ供給することができる。また、制御部１００は、ウォームアップ処理の際に、まずガス供給機構によってフッ素系ガスを含む第１の処理ガスを処理空間Ｓへ供給した後、酸素ガスを含む第２の処理ガスを処理空間Ｓへ供給することもできる。この点について、以下説明する。
図８は、一実施形態に係るプラズマ処理方法における処理ガス種類ごとの誘電体窓の温度の推移を示す図である。図８において横軸は、ウォームアップ処理を開始してからの経過時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は誘電体窓２０の温度（℃）を示している。
また、図８において、グラフ１９０は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、フッ素系ガスであるＳＦ６：１５０ｓｃｃｍとＯ２：５０ｓｃｃｍとを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。また、グラフ１９１は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、ＳＦ６：１００ｓｃｃｍとＯ２：１００ｓｃｃｍとを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。グラフ１９２は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、ＳＦ６：５０ｓｃｃｍとＯ２：１５０ｓｃｃｍとを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。
また、グラフ１９３は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、Ｏ２：２００ｓｃｃｍを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。グラフ１９４は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、Ｏ２：３５０ｓｃｃｍとを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。
また、グラフ１９５は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、Ａｒ：２００ｓｃｃｍを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。グラフ１９６は、ウォームアップ処理における処理ガスとして、Ａｒ：１５０ｓｃｃｍとＯ２：５０ｓｃｃｍとを処理空間Ｓへ供給した場合の誘電体窓２０の温度推移を示すものである。
また、誘電体窓２０の温度が１５０（℃）に達するまでの時間は、ＳＦ６：１５０ｓｃｃｍ及びＯ２：５０ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９０）の場合、１４７（ｓｅｃ）であった。また、誘電体窓２０の温度が１５０（℃）に達するまでの時間は、ＳＦ６：１００ｓｃｃｍ及びＯ２：１００ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９１）の場合、２４６（ｓｅｃ）であった。
また、誘電体窓２０の温度が１５０（℃）に達するまでの時間は、Ｏ２：２００ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９３）の場合、２６４（ｓｅｃ）であった。また、誘電体窓２０の温度が１５０（℃）に達するまでの時間は、ＳＦ６：５０ｓｃｃｍ及びＯ２：１５０ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９２）の場合、２８３（ｓｅｃ）であった。
また、誘電体窓２０の温度が１５０（℃）に達するまでの時間は、Ｏ２：３５０ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９４）の場合、２９９（ｓｅｃ）であった。また、Ａｒ：２００ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９５）の場合、Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ及びＯ２：５０ｓｃｃｍの処理ガス（グラフ１９６）の場合、いずれも誘電体窓２０の温度は１５０（℃）に達しなかった。
これらの結果、及び図８からわかるように、処理ガスとしてＡｒよりもＯ２を用いたほうが、ウォームアップ処理による誘電体窓２０の温度上昇は速くなる。そこで、一実施形態では、ウォームアップ処理用の処理ガスとして、酸素ガスを含む処理ガスを処理空間Ｓへ供給することができる。
また、これらの結果、及び図８からわかるように、ＳＦ６ガスの濃度が高いほど、ウォームアップ処理による誘電体窓２０の温度上昇は速くなる。その一方で、ウォームアップ処理時にＳＦ６ガスを用いてプラズマを発生させた場合、その後のエッチング等のプラズマ処理前に処理容器１２内をクリーニングすることが好ましい。そこで、一実施形態では、ウォームアップ処理用の処理ガスとして、まずフッ素系ガスを含む第１の処理ガスを処理空間Ｓへ供給した後、酸素ガスを含む第２の処理ガスを処理空間Ｓへ供給することができる。これによれば、ウォームアップ処理において誘電体窓２０の温度を迅速に上昇させるとともに、プラズマ処理前に処理容器１２内をクリーニングすることができる。
次に、誘電体窓２０の温度計測について説明する。図９は、誘電体窓の温度測定ポイントの一例を示す図である。図１０，図１１は、放射温度測定器による温度測定の一例を示す図である。
図９に示すように、誘電体窓２０の温度測定ポイントは、誘電体窓２０に形成された凹部２０ｃによって設けられた肉薄部２０ｅの内表面のポイント２０２、及び誘電体窓２０の中央部の肉厚部２０ｄの内表面のポイント２０４が考えられる。
ポイント２０２の温度を計測する場合、図１０に示すように、放射温度計２１０を側壁１２ａの外部に設置する。そして、放射温度計２１０は、側壁１２ａに設けられた測定窓２１２を介して、測定ポイント２０２から放出される赤外線等の放射エネルギーを計測し、測定ポイント２０２の表面温度を測定する。
また、ポイント２０４の温度を計測する場合、図１１に示すように、放射温度計２１０の設置角度を調整する。そして、放射温度計２１０は、側壁１２ａに設けられた測定窓２１２を介して、測定ポイント２０４から放出される赤外線等の放射エネルギーを計測し、測定ポイント２０４の表面温度を測定する。
次に、ポイント２０２とポイント２０４の温度を計測した場合の、誘電体窓２０の温度の推移を説明する。図１２は、誘電体窓の温度測定ポイントごとの温度の推移を示す図である。図１２において横軸は、ウォームアップ処理を開始してからの経過時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は誘電体窓２０の温度（℃）を示している。
また、図１２においてグラフ２１２は、測定ポイント２０２の温度推移を示しており、グラフ２１４は、測定ポイント２０４の温度推移を示すものである。図１２に示すように、ウォームアップ処理を開始後、測定ポイント２０２、つまり誘電体窓２０の肉薄部２０ｅの温度が先に急激に上昇し、測定ポイント２０４、つまり誘電体窓２０の肉厚部２０ｄの温度がなだらかに上昇する。
ここで、例えばファーストロットなど初期のロットの被処理基板Ｗのエッチングレートが低くなる現象（Ｆｉｒｓｔ ｗａｆｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）は、仮に肉薄部２０ｅが所定の温度（例えば１５０（℃））に到達していても、誘電体窓２０の中央部の肉厚部２０ｄが所定の温度（例えば１５０（℃））に到達していない場合には発生し得る。言い換えると、肉薄部２０ｅに対応する測定ポイント２０２の温度を計測し、計測された温度が所定の温度に到達したことによってウォームアップ処理を終了した場合、誘電体窓２０の肉厚部２０ｄが十分に加熱されていないことに起因して、Ｆｉｒｓｔ ｗａｆｅｒ ｅｆｆｅｃｔが発生するおそれがある。そこで、一実施形態では、放射温度計２１０を用いて誘電体窓２０の肉厚部２０ｄの温度を計測し、制御部１００は、放射温度計２１０によって測定された誘電体窓２０の肉厚部２０ｄの温度があらかじめ設定された温度（例えば１５０（℃））以上になるまで、ウォームアップ処理を実行することが好ましい。
なお、誘電体窓２０の温度の測定方法は、放射温度計２１０に限られない。例えば、光ファイバ温度計を用いることができる。図１３は、光ファイバ温度計による温度測定の一例を示す図である。
図１３に示すように、光ファイバ温度計２２０は、処理容器１２の外部から誘電体窓２０の側部の温度を測定するように設置されている。ここで、上述のように、誘電体窓２０は、対向面２０ａの中央部と側部では温度上昇の推移が異なり、Ｆｉｒｓｔ ｗａｆｅｒ ｅｆｆｅｃｔを抑制するためには中央部の温度を測定しながらウォームアップ処理を行うのが好ましい。
しかしながら、例えば事前の実験又はシミュレーションにより、誘電体窓２０の中央部と側部との温度の相関を計測することにより、簡易な構成で誘電体窓２０の温度計測を行うことができる。温度の相関とは、例えば、誘電体窓２０の側部の温度がある温度（例えば２５０（℃））まで上昇すれば、誘電体窓２０の対向面２０ａの中央部の温度が所望の温度（例えば１５０（℃））まで上昇したと見なせるといった温度の関係である。
そこで、制御部１００は、光ファイバ温度計２２０によって測定された誘電体窓２０の側部の温度が、光ファイバ温度計２２０によって測定された誘電体窓２０の側部の温度と誘電体窓２０の対向面２０ａの中央部の温度との相関関係に基づいてあらかじめ設定された温度以上になるまで、ウォームアップ処理を実行することが好ましい。
これによれば、誘電体窓２０の対向面２０ａの中央部の温度を放射温度計２１０によって計測することなく、例えば光ファイバ温度計２２０で大気側から誘電体窓２０の側部の温度を計測することができるので、温度計測に関する構成を簡易化することができる。
次に、ロット間ウォームアップ処理について説明する。図１４Ａ，図１４Ｂは、ロット間における誘電体窓の温度の推移を示す図である。図１４Ａ，図１４Ｂにおいて、横軸は時間経過（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、誘電体窓２０の温度（℃）及びマイクロ波のパワー（Ｗ）を示している。また、図１４Ａは、ロットとロットの間の時間が比較的長い場合の誘電体窓の温度の推移を示し、図１４Ｂは、ロットとロットの間の時間が比較的短い場合の誘電体窓の温度の推移を示すものである。また、図１４Ａにおいてグラフ２３０はマイクロ波のパワーの推移を示し、グラフ２３２は誘電体窓２０の温度の推移を示すものである。図１４Ｂにおいてグラフ２４０はマイクロ波のパワーの推移を示し、グラフ２４２は誘電体窓２０の温度の推移を示すものである。
図１４Ａのグラフ２３０に示すように、最初のロットでプラズマ処理を実行した後、ロット交換時間２３４が比較的長い場合、誘電体窓２０の温度は大きく低下する。この場合、最初のロット（ファーストロット）における被処理基板Ｗのエッチングレートの平均が１５．８ｎｍ／ｍｉｎであったのに対して、ロット交換後のロット（セカンドロット）では、被処理基板Ｗのエッチングレートの平均が１４．６ｎｍ／ｍｉｎと大きく低下した。
一方、図１４Ｂのグラフ２４０に示すように、最初のロットでプラズマ処理を実行した後、ロット交換時間２４４が比較的短い場合、誘電体窓２０の温度の低下は比較的小さい。この場合、最初のロット（ファーストロット）における被処理基板Ｗのエッチングレートの平均が１５．４ｎｍ／ｍｉｎであったのに対して、ロット交換後のロット（セカンドロット）では、被処理基板Ｗのエッチングレートの平均が１５．３ｎｍ／ｍｉｎとなった。このように、ロット交換の時間が短く、誘電体窓２０の温度低下が比較的小さい場合には、被処理基板Ｗのエッチングレートの低下は比較的小さい。
言い換えれば、ロット交換の時間が長い場合には、誘電体窓２０の温度低下が比較的大きくなり、ロット交換後の被処理基板Ｗのエッチングレートが低下するので、ロットとロットの間のウォームアップ処理（ロット間ウォームアップ処理）が有効である。なお、ロット間ウォームアップ処理とは、第１のロットと第２のロットとの間に、ステージ１４に被処理基板Ｗが設置されていない状態（ウェーハレス状態）で、ガス供給機構によって処理ガスを処理空間Ｓへ供給するとともに、プラズマ生成機構によって電磁エネルギーを供給する処理である。
図１５は、一実施形態に係るロット間ウォームアップ処理のフローチャートである。図１４に示すように、制御部１００は、第１のロットに対するプラズマ処理が終了したら（Ｓ２０１）、第２のロットに対するプラズマ処理実行前にあらかじめ設定された時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２０２）。
制御部１００は、第２のロットに対するプラズマ処理実行前にあらかじめ設定された時間が経過していないと判定したら（Ｓ２０２，Ｎｏ）、第２のロットに対するプラズマ処理実行前に誘電体窓２０の温度があらかじめ設定された温度未満になったか否かを判定する（Ｓ２０３）。
制御部１００は、第２のロットに対するプラズマ処理実行前にあらかじめ設定された時間が経過したと判定するか（Ｓ２０２，Ｙｅｓ）、又は第２のロットに対するプラズマ処理実行前に誘電体窓２０の温度があらかじめ設定された温度未満になったと判定したら（Ｓ２０３，Ｙｅｓ）、ロット間ウォームアップ処理を開始する（Ｓ２０４）。続いて、制御部１００は、ロット間ウォームアップ処理の後、第２のロットに対するプラズマ処理を実行する（Ｓ２０５）。
このように、第１のロットと第２のロットの間に、あらかじめ設定された時間が経過するか、又は誘電体窓２０の温度があらかじめ設定された温度未満になった場合には、ロット間ウォームアップ処理を実行する。したがって、第１のロットと第２のロットの間のロット交換時間に処理容器１２の内表面（誘電体窓２０）の温度が低下するのを抑制することができるので、ロット交換後の被処理基板Ｗのエッチングレートが低下するのを抑制することができる。
以上、本実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１によれば、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理開始の指令に応じて被処理基板Ｗがプラズマ処理装置ＰＭ１まで搬送される間にウォームアップ処理が実行される。したがって、被処理基板Ｗがファーストロットであったとしても、このファーストロットの被処理基板Ｗに対するプラズマ処理を実行する際にはプラズマ処理装置ＰＭ１の例えば誘電体窓２０の温度が所望の温度まで加熱されている。これに加えて、ウォームアップ処理は、被処理基板Ｗが搬送されている間に実行されるので、スループットに影響を及ぼし難い。その結果、一実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１及びプラズマ処理方法によれば、ファーストロットの被処理基板Ｗのエッチングレートの低下を抑制し、かつ、被処理基板Ｗのプラズマ処理のスループットの低下を抑制することができる。
また、本実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１によれば、ウォームアップ処理の際に、酸素ガスを含む処理ガスを用いるため、迅速に誘電体窓２０の温度を上昇させることができる。また、本実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１は、ウォームアップ処理の際に、フッ素系ガスを含む第１の処理ガスをプラズマ処理空間へ供給した後、酸素ガスを含む第２の処理ガスをプラズマ処理空間へ供給する。したがって、本実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１によれば、第１の処理ガスによって迅速に誘電体窓２０の温度を上昇させることができるとともに、第２の処理ガスによって処理容器１２をクリーニングすることができる。
また、本実施形態のプラズマ処理装置ＰＭ１は、ロット交換の際に、あらかじめ設定された時間が経過するか、又は誘電体窓２０の温度があらかじめ設定された温度未満になった場合には、ロット間ウォームアップ処理を実行する。このロット間ウォームアップ処理によってロット交換の際に誘電体窓２０の温度が低下するのを抑制することができるので、ロット交換後の被処理基板Ｗのエッチングレートが低下するのを抑制することができる。
１２ 処理容器
１４ ステージ
１６ マイクロ波発生器
１８ アンテナ
２０ａ 対向面
２０ｄ 肉厚部
２０ｅ 肉薄部
２０ 誘電体窓
３０ スロット板
３８，３９，４０，４３，４４，４５ ガス供給系
１００ 制御部
１２０ 搬送機構
１３０ 搬入出ポート
１５０ ロードロック室
１６０ アライメントモジュール
２１０ 放射温度計
２２０ 光ファイバ温度計
ＰＭ１ プラズマ処理装置

Claims (8)

  1. プラズマ処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、被処理基板が設置される試料台と、
    プラズマ反応に用いられる処理ガスを前記プラズマ処理空間へ導入するガス供給機構と、
    前記プラズマ処理空間内に導入された処理ガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構と、
    前記処理容器の外部の基板搬入ステージに設置された被処理基板に対するプラズマ処理開始の指令が発行されて該被処理基板が前記基板搬入ステージから前記処理容器内へ搬送されている間に、前記試料台に被処理基板が設置されていない状態で、前記ガス供給機構によって前記処理ガスを前記処理空間へ供給するとともに前記プラズマ生成機構によって前記電磁エネルギーを供給するウォームアップ処理を実行する制御部と、
    を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記プラズマ生成機構は、
    マイクロ波発生器と、
    前記処理空間に対向する対向面を有する誘電体と、
    前記誘電体の前記対向面の反対側の面上に設けられ、前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波に基づいて、前記誘電体を介してプラズマ励起用のマイクロ波を前記処理空間へ放射するアンテナとを有し、
    前記制御部は、前記誘電体の前記対向面の中央部の温度があらかじめ設定された温度以上になるまで、前記ウォームアップ処理を実行する
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記処理容器の外部から前記誘電体の前記対向面の中央部の温度を測定する放射温度計を備え、
    前記制御部は、前記放射温度計によって測定された前記誘電体の前記対向面の中央部の温度があらかじめ設定された温度以上になるまで、前記ウォームアップ処理を実行する
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記処理容器の外部から前記誘電体の側部の温度を測定する光ファイバ温度計を備え、
    前記制御部は、前記光ファイバ温度計によって測定された前記誘電体の側部の温度が、前記光ファイバ温度計によって測定された前記誘電体の側部の温度と前記誘電体の前記対向面の中央部の温度との相関関係に基づいてあらかじめ設定された温度以上になるまで、前記ウォームアップ処理を実行する
    ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記処理ガスは酸素ガスを含み、
    前記制御部は、前記ガス供給機構によって前記酸素ガスを含む処理ガスを前記処理空間へ供給する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記処理ガスは、フッ素系ガスを含む第１の処理ガスと、酸素ガスを含む第２の処理ガスとを含み、
    前記制御部は、前記ガス供給機構によって前記第１の処理ガスを前記処理空間へ供給した後、前記ガス供給機構によって前記第２の処理ガスを前記処理空間へ供給する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記制御部は、第１のロットにおいて被処理基板に対してプラズマ処理を実行した後、次ロットにおいて被処理基板に対してプラズマ処理を実行する前に、あらかじめ設定された時間が経過するか、又は前記プラズマ処理装置のあらかじめ設定された箇所の温度があらかじめ設定された温度未満になったら、前記試料台に被処理基板が設置されていない状態で前記ガス供給機構によって前記処理ガスを前記処理空間へ供給するとともに前記プラズマ生成機構によって前記電磁エネルギーを供給するロット間ウォームアップ処理を実行する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
  8. プラズマ処理空間を画成する処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、被処理基板が設置される試料台と、
    プラズマ反応に用いられる処理ガスを前記プラズマ処理空間へ導入するガス供給機構と、
    前記プラズマ処理空間内に導入された処理ガスをプラズマ化するための電磁エネルギーを供給するプラズマ生成機構と、
    を備えたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
    前記処理容器の外部の基板搬入ステージに設置された被処理基板に対するプラズマ処理開始の指令が発行されて該被処理基板が前記基板搬入ステージから前記処理容器内へ搬送されている間に、前記試料台に被処理基板が設置されていない状態で、前記ガス供給機構によって前記処理ガスを前記処理空間へ供給するとともに前記プラズマ生成機構によって前記電磁エネルギーを供給する
    ことを特徴とするプラズマ処理方法。
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