(57)【要約】【課題】被試験体にダメージを与えずに、被試験体のインピーダンスの高周波電圧依存性を効率的かつ適確に試験すること。【解決手段】この試験装置は、高周波電源部１０、基準波形発生器１２、整合器１４、オシロスコープ１６、操作パネル１８および主制御部２０を備えている。この試験装置においては、整合器１４により高周波電源部１０とＤＵＴ（被試験体）との間でインピーダンスの整合がとられている状態つまり同調状態の下で、高周波電源部１０より比較的低いパワーで出力される高周波パルスを高周波耐電圧試験に必要な電圧まで昇圧してＤＵＴに印加することができる。そして、ＤＵＴ印加電圧ＶDUTの波形が規定の波形（たとえば菱形波形）であるか否か（つまりインピーダンスが始終不変であるか否か）をオシロスコープ１６上で簡明にモニタ観察することができる。【選択図】図１
2014142266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性または誘導性のインピーダンスを有する被試験体について前記インピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための試験装置であって、
一定周波数の高周波を可変のエンベロープで出力する高周波電源部と、
時間軸上の一定区間で逆テーパ状に増大するエンベロープ部分を有する高周波パルスを出力するように前記高周波電源部を制御する制御部と、
前記高周波電源部と前記被試験体との間でインピーダンスの整合をとる整合部と、
前記高周波電源部からの前記高周波パルスに応じて前記被試験体にかかる高周波電圧のエンベロープ波形をモニタするモニタ部と
を有する試験装置。
【請求項２】
前記モニタ部は、オシロスコープを有する、請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
前記モニタ部は、
前記被試験体にかかる前記高周波電圧のエンベロープを検出し、前記高周波電圧のエンベロープを表わすエンベロープ検出信号を発生する電圧センサと、
前記エンベロープ検出信号に基づいて、前記高周波電圧のエンベロープ波形を表示する表示部と
を有する、請求項１に記載の試験装置。
【請求項４】
前記モニタ部は、
前記被試験体にかかる前記高周波電圧のエンベロープを検出し、前記高周波電圧のエンベロープを表わすエンベロープ検出信号を発生する電圧センサと、
前記エンベロープ検出信号に基づいて、前記高周波電圧のエンベロープが時間軸上の前記一定区間で逆テーパ状に増大するときの傾きに屈曲があるか否かを信号処理によって判定する信号処理部と
を有する、請求項１に記載の試験装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記高周波電圧のエンベロープの傾きに屈曲があると判定したときは、その屈曲点の電圧値を前記被試験体の高周波耐電圧と決定する、請求項４に記載の試験装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記高周波パルスのエンベロープ波形を規定する基準波形信号を発生する基準波形発生器を有し、
前記高周波電源部は、前記高周波を一定のパワーで発振出力する高周波発振器と、前記高周波発振器からの前記高周波を所望のパワーまで増大させる高周波パワーアンプと、前記基準波形発生器からの前記基準波形信号に応じて前記高周波パワーアンプの利得を可変に制御する電源制御部とを有する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項７】
前記高周波電源部は、前記高周波パワーアンプと前記整合部との間の高周波伝送ライン上に設けられ、前記高周波伝送ライン上を順方向に伝搬する進行波の電圧を表わす進行波検出信号を出力する方向性結合器を有し、
前記電源制御部は、前記方向性結合器からの前記進行波検出信号を前記基準波形信号と比較して、比較誤差を零に近づけるように前記高周波パワーアンプの利得を可変に制御する、
請求項６に記載の試験装置。
【請求項８】
前記高周波電源部は、前記高周波パワーアンプと前記整合部との間の高周波伝送ライン上に設けられ、前記高周波伝送ライン上を逆方向に伝搬する反射波の電圧またはパワーを表わす反射波検出信号を出力する方向性結合器を有し、
前記電源制御部は、前記方向性結合器からの前記反射波検出信号に基づいて、前記反射波の電圧またはパワーが所定の閾値を超えたときは直ちに前記高周波パワーアンプの増幅動作を止める、
請求項６に記載の試験装置。
【請求項９】
前記高周波電源部より出力される前記高周波パルスは、三角形のエンベロープ波形を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項１０】
前記高周波電源部より出力される前記高周波パルスは、菱形のエンベロープ波形を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項１１】
容量性または誘導性のインピーダンスを有する被試験体について前記インピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための試験装置であって、
一定周波数の高周波を出力する高周波電源部と、
前記高周波電源部と前記被試験体との間でインピーダンスの整合をとる整合部と、
時間軸上で後順位になるほど振幅の大きい複数の高周波パルスを断続的に出力するように前記高周波電源部を制御する制御部と、
前記複数の高周波パルスの各々に応じて前記被試験体にかかる高周波電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の高周波パルスの各々に応じて前記被試験体を流れる高周波電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部および前記電流測定部よりそれぞれ得られる電圧測定値および電流測定値から前記被試験体のインピーダンス測定値を演算するインピーダンス演算部と、
前記電圧測定部より得られる前記電圧測定値および前記インピーダンス演算部より得られる前記インピーダンス測定値に基づいて、前記インピーダンスの高周波電圧依存性を監視する監視部と
を有する試験装置。
【請求項１２】
前記監視部は、ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記高周波パルスに対する前記インピーダンス測定値が（ｎ−1）回目の前記高周波パルスに対する前記インピーダンス測定値よりも所定値以上低いときは、（ｎ−1）回目の前記高周波パルスに対する前記電圧測定値およびｎ回目の前記高周波パルスに対する前記電圧測定値の少なくとも一方に基づいて前記被試験体の高周波耐電圧を決定する、請求項１１に記載の試験装置。
【請求項１３】
前記監視部は、ｎ回目（ｎは２以上の整数）の前記高周波パルスに対する前記インピーダンス測定値が（ｎ−1）回目の前記高周波パルスに対する前記インピーダンス測定値よりも所定値以上低くはならず、かつｎ回目の前記高周波パルスに対する前記電圧測定値が所定の上限電圧値を超えたときは、前記被試験体は前記上限電圧値に耐えられたと判定する、請求項１１に記載の試験装置。
【請求項１４】
前記被試験体は、プラズマ処理装置において高周波が流れる一経路に設けられており、
前記プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成せずに前記被試験体について前記試験が行われる、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の試験装置。
【請求項１５】
プラズマ処理が行われる処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、プラズマ処理が行われる時に高周波を印加される高周波電極と、
高周波電源部から前記高周波電極を介して接地電位部材に至るまでの所定の高周波伝搬経路上に設けられる容量性または誘導性のインピーダンスを有する１つまたは複数の部材と、
前記高周波伝搬経路についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の試験装置と
を有するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性または誘導性のインピーダンスを有する被試験体についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための試験装置およびこの試験装置を備えるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の微細加工または処理には、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマが利用されている。通常のプラズマ処理装置は、プラズマを生成するために、高周波またはマイクロ波を用いて真空の処理容器内で処理ガスを励起して放電させる。高周波を用いる処理ガスの放電には、処理容器の中に設けられる平行平板電極間に高周波を印加する容量結合型の放電や、処理容器の周囲に螺旋形または渦巻状に取り付けられるコイルに高周波を印加する誘導結合型の放電などがある。
【０００３】
また、プラズマ処理装置は、プラズマから被処理基板に入射するイオンのエネルギーを制御するために、チャンバ内で基板を載置する載置台（サセプタ）の電極に比較的低い周波数の高周波を印加するようにしている。
【０００４】
プラズマ処理装置は、このようにプラズマの生成や、プラズマから被処理基板に入射するイオンのエネルギーの制御に、様々な高周波を使用する。そのために、高周波を処理容器へ供給する高周波給電ラインを設け、所定の高周波伝搬経路を処理容器内に設定している。通常、プラズマ処理装置の高周波給電ラインないし高周波伝搬経路は、高周波電源からチャンバ内の電極を通って所定の接地電位部材に至るようになっており、その途中には容量性または誘導性のインピーダンスを有する１つまたは複数の部材が設けられている。
【０００５】
たとえば、処理容器内で基板を静電チャックにより保持する場合がある。静電チャックは、内部に導体層（内部電極）を封入した誘電体層であり、サセプタの主面（プラズマと対向する側の面）上に配置される。そして、該内部電極に所定の直流電圧を印加し、基板と誘電体層との間に発生する静電吸着力によって基板を保持する仕組みになっている。上記のように載置台の電極にイオン引き込み用の高周波を印加する場合は、その高周波が静電チャックおよび基板を通ってプラズマ生成空間または処理空間に放射される。この時、静電チャックの誘電体（容量性の部材）には、相当（通常１０００Ｖ以上）の高周波電圧がかかる。
【０００６】
また、プラズマ処理装置は、プラズマ処理時の基板温度を高い応答速度で制御する場合がある。そして、一般的には、通電により発熱する発熱体を静電チャックまたはサセプタに組み込んで、該発熱体の発生するジュール熱を制御するヒータ方式を採用している。このようなヒータ方式においては、サセプタ内蔵の発熱体を介してヒータ給電ラインに入ってくる高周波のノイズがヒータ電源に到達すると、ヒータ電源の動作ないし性能が害されるおそれがある。そこで、ヒータ給電ライン上で高周波のノイズを減衰させまたは遮断するためのフィルタを設けている。通常、この種のフィルタは、非常に大きなインダクタンスを有するコイルを備えている。このコイル（誘導性の部材）にも、相当（通常１０００Ｖ以上）の高周波電圧がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９９８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような静電チャックの誘電体や高周波ノイズ遮断フィルタのコイルのように、プラズマ処理装置において高周波が伝搬する容量性または誘導性の部材については、装置に組み込まれる前に予め高周波耐電圧試験を行って高周波に対する耐圧性能を確認する必要があり、また部材製造時の個体差を限りなく小さくすることも重要である。したがって、高周波耐電圧試験は、個々の部材毎に行う必要がある。
【０００９】
従来より、この種の高周波耐電圧試験には、昇圧トランスが多く用いられている。高周波電源より出力された高周波電圧を、巻線比１：ｎ（たとえばｎ＝１０）の昇圧トランスによりｎ倍（１０倍）に昇圧して、被試験体に印加することができる。被試験体が誘電体である場合は、高周波電源のＲＦ出力を徐々に上げながら被試験体における電圧降下(二次電圧)および負荷電流（二次電流）をモニタし、負荷電流が急激に増加して短絡状態になる直前の被試験体電圧降下の値を耐電圧測定値とする。
【００１０】
高周波耐電圧試験では、実際に運用される周波数（通常ＭＨｚ帯域）の高周波が用いられるため、誘電体の被試験体が絶縁破壊してなくても相当の負荷電流が流れる。この点に関して、昇圧トランス方式は、負荷電流のｎ倍の電流が一次側で流れるので、大電流容量つまり大型の高周波電源を必要とすることが大きな不利点となっている。また、トランスのインダクタンスによって大きな突入電流が生ずることも懸念されている。
【００１１】
また、上記のように試験中に被試験体を負荷電流が持続的に長時間流れると、その間に漏れ抵抗の発熱等によって被試験体インピーダンスの高周波電圧依存性が変化することがある。このため、絶縁破壊電圧の測定精度が低いことや、絶縁破壊に至らないまでも絶縁破綻によってインピーダンスが劣化（低下）するときの高周波電圧依存性を適確にモニタできないことも課題となっている。さらには、高周波電源のＲＦ出力を徐々に上げながら被試験体電圧降下をモニタする試験作業員の手際が良くないと、被試験体に高周波電圧が耐電圧付近の値で持続的に印加されることによって、被試験体がダメージを受けることがあり、この点も問題となっている。
【００１２】
一方、コイルのような誘導性の部材は、絶縁破壊という観点での耐電圧試験は不要である。ただし、コア入りのコイルは、鉄損による発熱によって温度がキュリー温度を超えるとコアの透磁率（ひいてはコイルのインピーダンス）が急激に低下して高周波ノイズ遮断機能が効かなくなるので、その観点での耐電圧試験が必要となる。しかしながら、上記のような従来の昇圧トランス式の試験装置は、コア入りコイルのインピーダンスが低下（劣化）するときの高周波電圧依存性を適確にモニタすることができない。
【００１３】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、被試験体にダメージを与えずに、そのインピーダンスの高周波電圧依存性を効率的かつ適確に試験することができる試験装置およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の観点における試験装置は、容量性または誘導性のインピーダンスを有する被試験体について前記インピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための試験装置であって、一定周波数の高周波を可変のエンベロープで出力する高周波電源部と、時間軸上の一定区間で逆テーパ状に増大するエンベロープ部分を有する高周波パルスを出力するように前記高周波電源部を制御する制御部と、前記高周波電源部と前記被試験体との間でインピーダンスの整合をとる整合器と、前記高周波電源部からの前記高周波パルスに応じて前記被試験体にかかる高周波電圧のエンベロープ波形をモニタするモニタ部とを有する。
【００１５】
上記構成の試験装置においては、整合器により高周波電源部と被試験体との間でインピーダンスの整合をとり、高周波電源部より比較的低いパワーで出力される高周波パルスを整合器に通して高周波耐電圧試験に必要な電圧まで昇圧して被試験体に印加することができる。これにより、昇圧トランスを用いる必要がなく、被試験体の有するインピーダンス毎に適切なトランスを保有または用意することが無くなるため、高周波電源部を安価小型のもので済ますことができる。また、被試験体に所要の高周波電圧をパルス持続時間だけ印加するので、被試験体にダメージを与えなくて済む。さらに、被試験体にかかる高周波電圧（被試験体印加電圧）の波形が規定の波形であるか否か（つまりインピーダンスが始終不変であるか否か）をグラフの形態で簡明にモニタ観察することもできる。特に、被試験体印加電圧の波形の逆テーパ状に増加するエンベロープ部分に屈曲、歪み、降落、欠損等があった場合は、その波形崩れの態様を観察することによって、被試験体のインピーダンスの高周波耐電圧依存性（特に高周波耐電圧）の詳細を正確に取得することができる。加えて、規定された波形の高周波電圧を被試験体に印加するので、高周波耐電圧試験の定型性および再現性を向上させることができる。
【００１６】
本発明の第２の観点における試験装置は、容量性または誘導性のインピーダンスを有する被試験体について前記インピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための試験装置であって、一定周波数の高周波を出力する高周波電源部と、前記高周波電源部と前記被試験体との間でインピーダンスの整合をとる整合器と、時間軸上で後順位になるほど振幅の大きい複数の高周波パルスを断続的に出力するように前記高周波電源部を制御する制御部と、前記複数の高周波パルスの各々に応じて前記被試験体にかかる高周波電圧を測定する電圧測定部と、前記複数の高周波パルスの各々に応じて前記被試験体を流れる高周波電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部および前記電流測定部よりそれぞれ得られる電圧測定値および電流測定値に基づいて、前記インピーダンスの高周波電圧依存性を監視する監視部とを有する。
【００１７】
上記構成の試験装置においては、整合器により高周波電源部と被試験体との間でインピーダンスの整合をとり、高周波電源部より比較的低いパワーで出力される高周波パルスを整合器に通して高周波耐電圧試験に必要な電圧まで昇圧して被試験体に印加することができる。これにより、昇圧トランスを用いる必要がなく、高周波電源部を安価かつ小型のもので済ますことができる。また、被試験体に所要の高周波電圧をパルス持続時間だけ印加するので、被試験体にダメージを与えなくて済む。また、規定された波形の高周波電圧を被試験体に印加するので、高周波耐電圧試験の定型性および再現性を向上させることができる。
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器内に設けられ、プラズマ処理が行われる時に高周波を印加される高周波電極と、高周波電源部から前記高周波電極を介して接地電位部材に至るまでの所定の高周波伝搬経路上に設けられる容量性または誘導性のインピーダンスを有する１つまたは複数の部材または部品と、前記高周波伝搬経路についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための本発明の試験装置とを有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の試験装置またはプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、被試験体にダメージを与えずに、そのインピーダンスの高周波電圧依存性を効率的かつ適確に試験することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における試験装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記試験装置において、整合回路（π形結合回路）と誘電体の被試験体とからなる負荷の回路を示す図である。
【図３】上記試験装置においてインピーダンスの整合がとれているときに高周波電源部側から見える負荷のインピーダンスを示す図である。
【図４】上記試験装置においてインピーダンスの整合がとれているときの負荷の等価回路を示す図である。
【図５】上記試験装置において、誘電体の被試験体について試験が行われる場合の各部の波形を模式的に示す図である。
【図６Ａ】オシロスコープの画面上に表示される無負荷時の被試験体印加電圧の実際の波形（写真）を示す図である。
【図６Ｂ】誘電体の被試験体が絶縁破壊した場合にオシロスコープの画面上に表示される被試験体印加電圧の実際の波形（写真）を示す図である。
【図７】被試験体印加電圧の交流波形を含まないエンベロープ波形を表示出力する場合の一例を示す図である。
【図８Ａ】上記試験装置において、コア入りコイル（被試験体）が菱形の波形の被試験体印加電圧に持ち堪えた場合のオシロスコープ上の電圧波形を模式的に示す図である。
【図８Ｂ】上記試験装置において、コア入りコイル（被試験体）が菱形の波形の被試験体印加電圧に耐えられなかった場合のオシロスコープ上の電圧波形を模式的に示す図である。
【図９】オシロスコープの画面上に表示される被試験体印加電圧の実際の波形（写真）を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における試験装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の試験装置が所与の被試験体についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するときの手順を示すフローチャート図である。
【図１２】上記試験における装置内の各部の波形を模式的に示す図である。
【図１３】第３の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す図である。
【図１４】上記プラズマ処理装置における試験部の構成例を示すブロック図である。
【図１５】上記プラズマ処理装置における試験部の別の構成例を示すブロック図である。
【図１６Ａ】変形例における試験用の高周波パルスの波形を模式的に示す図である。
【図１６Ｂ】別の変形例における試験用の高周波パルスの波形を模式的に示す図である。
【図１６Ｃ】別の変形例における試験用の高周波パルスの波形を模式的に示す図である。
【図１６Ｄ】他の変形例における試験用の高周波パルスの波形を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本発明において「パルス」または「高周波パルス」とは、短時間に電圧の振幅が急峻に変化する任意の波形を意味し、矩形波（方形波）に限定されず、たとえば菱形波、三角波（ランプ波）、のこぎり波、台形波等も含まれる。
ただし、インダクタンス成分が大きい被試験体を測定する場合には、印加時および印加終了時に生ずる突入電流のオーバーシュートが発生することもあるので、そのような突入電流のオーバーシュートを回避するには菱形波がより適している。
［試験装置（実施形態１）の構成］
【００２２】
図１に、本発明の第１の実施形態における試験装置の構成を示す。この試験装置は、容量性または誘導性のインピーダンスを有する所与の被試験体についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するための装置であり、基本構成として、高周波電源部１０、基準波形発生器１２、整合器１４、オシロスコープ１６、操作パネル１８および主制御部２０を備えている。
【００２３】
高周波電源部１０は、所望の周波数および所望のパルス波形を有する試験用の高周波パルスを発生するように構成されている。高周波電源部１０には、高周波発振器２２、高周波パワーアンプ２４、電源制御部２６および方向性結合器２８が設けられている。
【００２４】
高周波発振器２２は、一定周波数または可変周波数の高周波を正弦波で発生する。高周波パワーアンプ２４は、高周波発振器２２より発生される正弦波の出力（パワー）を可変の利得または増幅率で増幅する。電源制御部２６は、主制御部２０からの制御信号にしたがって高周波発振器２２および高周波パワーアンプ２４を直接制御する。方向性結合器２８は、高周波パワーアンプ２４と整合器１４との間の高周波伝送ライン上で、順方向に伝搬する進行波の電圧Ｖf（より正確には、進行波電圧Ｖfの正極性エンベロープ）および逆方向に伝搬する反射波の電圧Ｖr（より正確には、反射波電圧Ｖrの正極性エンベロープ）をそれぞれ表わす進行波検出信号ＭＶfおよび反射波検出信号ＭＶrを取り出す。進行波検出信号ＭＶfは、高周波パルスの波形制御のためのフィ−ドバック信号として、電源制御部２６に与えられる。電源制御部２６は、方向性結合器からの進行波検出信号ＭＶfと後述する基準波形発生器１２からの基準波形信号ＷＳとを比較して、比較誤差を生成する誤差増幅器（図示せず）を有している。反射波検出信号ＭＶrは、被試験体側から所定の閾値を超える大きな反射波が伝搬して来た時に、高周波パワーアンプ２４の出力を制限または停止させるタイミング信号として、電源制御部２６に与えられる。
【００２５】
基準波形発生器１２は、たとえばファンクション・ジェネレータからなり、三角波、のこぎり波、矩形波等の所望の波形を有する基準波形信号ＷＳを発生する。この基準波形信号ＷＳは、高周波電源部１０より出力される試験用の高周波パルスのエンベロープ波形を規定する。ここで、高周波パルスは、通常は電圧のパルスＶRFとして定義されるが、電流のパルスあるいは電力のパルスとして定義されてもよい。高周波パルスＶRFの持続時間またはパルス幅は、任意の長さに設定可能であるが、通常は０．５秒〜３秒に選ばれる。また、高周波パルスＶRFの極大値またはピーク値は、この高周波パルスＶRFによって被試験体にかかる高周波電圧の最大値を規定する。したがって、所与の被試験体に対する高周波耐電圧試験においては、高周波パルスＶRFのピーク値を調整することで、被試験体にかける高周波電圧の最大値を調整することができる。
【００２６】
整合器１４は、高周波電源部１０と被試験体との間でインピーダンスの整合をとるために、１つまたは複数の可変リアクタンス素子を含む整合回路と、それらの可変リアクタンス素子を可変に操作するための手動式または自動式の操作部とを有している。手動操作式の場合は、試験の作業員が、進行波・反射波の電圧またはパワーを計器でモニタしながら、たとえば進行波の電圧またはパワーが最大になるように、あるいは反射波の電圧またはパワーが最小になるように、つまみ類やボタン類を操作して整合をとるようになっている。自動操作式の場合は、マッチングコントローラ、インピーダンスセンサ、駆動部（モータ）等で構成されるオートマッチング機構が動作して整合をとるようになっている。
【００２７】
通常、高周波電源部１０は、５０Ω（純抵抗）の出力インピーダンスＺRFを有している。したがって、高周波電源部１０側から見た被試験体および整合回路の合成インピーダンス（負荷インピーダンス）ＺLが５０Ωの純抵抗となるように可変リアクタンス素子の静電容量またはインダクタンスが調整されることで、インピーダンスの整合がとられる。整合器１４の出力端子は、被試験体の一箇所に接触する一方の接触子Ｕaに接続されている。被試験体の別の箇所に接触する帰線側の接触子Ｕbは接地される。
【００２８】
オシロスコープ１６は、被試験体にかかる高周波電圧を波形観測するためのモニタ装置であり、ブラウン管オシロスコープやアナログ・オシロスコープでも構わないが、波形データを保持または蓄積するメモリ機能や主制御部２０へ送信できる通信機能等を備えたディジタル・オシロスコープを好適に使用できる。なお、被試験体にかかる高周波電圧または被試験体印加電圧は、電圧プローブ３０を介してオシロスコープ１６に取り込まれる。
【００２９】
主制御部２０は、１つまたは複数のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を含み、装置内の各部つまり高周波電源部１０、基準波形発生器１２、整合器１４、オシロスコープ１６の各々の動作を制御する。また、主制御部２０は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル１８および各種プログラムや設定値等の各種データを格納または蓄積する外部記憶装置（図示せず）等とも接続されている。
［試験装置（実施形態１）の作用］
【００３０】
この試験装置は、整合器１４により高周波電源部１０と被試験体との間でインピーダンスの整合がとられている状態つまり同調状態の下で、高周波電源部１０より比較的低いパワーで出力される高周波を高周波耐電圧試験に必要な電圧まで昇圧して被試験体に印加することができる。
【００３１】
たとえば、図２に示すように、整合器１４の整合回路をπ形結合回路で構成し、インピーダンスＺUT（ＺUT＝ρ＋１／ｊωＣUT）を有する誘電体の被試験体についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験する場合を考える。ここで、ＣUTは被試験体の静電容量、ρは被試験体の漏れ抵抗、ωは試験で使用する高周波の角周波数である。
【００３２】
このπ形結合回路においては、上記のような手動操作式または自動操作式により可変コンデンサＣ1，Ｃ2の静電容量が調整され、インピーダンスの整合がとられる。そうして同調状態が確立すると、図３に示すように、高周波電源部１０側から見える負荷［整合器１４，被試験体］のインピーダンスＺLは高周波電源部１０の出力インピーダンスＺRFに等しい値つまり５０Ω（純抵抗）となる。したがって、高周波電源部１０のＲＦ出力がたとえば２００Ｗ（実効値）のときは、１００Ｖ（実効値）の高周波電圧ＶRFで２Ａ（実効値）の高周波電流ＩRFが整合器１４に入力される。
【００３３】
なお、図４の等価回路における抵抗ＲAおよび容量ＣAは、次の式（１），（２）でそれぞれ表わされる。
ＲL＝Ｇ／（Ｇ2＋Ｂ2）        ・・・・・（１）
ＣA＝（Ｇ2＋Ｂ2）／ωＢ      ・・・・・（２）
ただし、Ｇ＝１／ρ、Ｂ＝ω（Ｃ2＋ＣUT）である。
【００３４】
図５に、この試験装置において、誘電体の被試験体についてそのインピーダンスの高周波電圧依存性（特に耐電圧特性）を試験する場合の各部の波形を示す。
【００３５】
この試験に先立ち、整合器１４において、高周波電源部１０と被試験体との間でインピーダンスの整合をとるための手動式または自動式の同調操作が行われる。この同調操作では、高周波電源部１０より連続波の高周波を相当低目（通常１０Ｗ以下）のパワーで出力させる。そして、同調状態が確立した時点で、高周波電源部１０をいったんオフにするとともに、整合器１４内のすべての可変リアクタンスを固定（ロック）する。
【００３６】
次いで、主制御部２０は、図５の（ａ）に示すように所定のタイミングｔ0でトリガ信号ＴＲをオシロスコープ１６に与えてから、一定の遅延時間Ｔsの経過後に（時点ｔ1で）基準波形発生器１２に制御信号（スタート信号）ＳＴを送って、図５の（ｂ）に示すような三角波の基準波形信号ＷＳを発生させる。同時に、主制御部２０は、高周波電源部１０をアクティブにする。
【００３７】
高周波電源部１０内では、高周波発振器２２およびパワーアンプ２４が可変のパワーで所定周波数の高周波を発生する。そして、電源制御部２６が、方向性結合器２８からの進行波検出信号ＭＶfを基準波形発生器１２からの基準波形信号ＷＳと比較して、比較誤差を零に近づけるように高周波パワーアンプ２４の利得を可変に制御する。こうして、高周波電源部１０より、基準波形信号ＷＳによって規定される菱形波形およびピーク値Ｖmaxを有する高周波パルスＶRFが得られる（図５の（ｃ））。ここで、この菱形波形の高周波パルスＶRFは、時間軸上の一定区間（開始から中間点までの区間）で逆テーパ状に増大するエンベロープｅｎを有している。そして、この高周波パルスＶRFが整合状態を保持している整合器１４に通されることによって、おおよそ（ＺUT／ＺRF）1/2倍に昇圧された高周波電圧ＶUTが被試験体に印加される。
【００３８】
ここで、被試験体のインピーダンスＺUTが始終不変または一定であるとき、つまり被試験体が高周波電圧ＶUTのピーク値Ｖmaxに持ち堪えたときは、図５の（ｄ）に示すようにその高周波電圧つまり被試験体印加電圧（または被試験体電圧降下）ＶUTは時間軸上で規定の菱形波形を始終維持する。
【００３９】
しかし、被試験体が印加電圧ＶUTに耐えきれなくて絶縁破綻または絶縁破壊を起こすこともある。一般に、絶縁破綻した場合は、図５の（ｅ）に示すように、被試験体印加電圧ＶUTが或る値（絶縁破綻電圧）ＶJを超える区間で菱形波形の上部および下部が幾らか潰れるように屈曲する。また、絶縁破壊した場合は、図５の（ｆ）に示すように、被試験体印加電圧ＶUTが或る値（絶縁破壊電圧）ＶKに達するや否やそこから波形が一気（略垂直）に崩落または屈曲する。試験作業員は、オシロスコープ１６の画面上で上記のような被試験体印加電圧ＶUTの波形が途中（特に逆テーパ状傾斜部ＥＮ）で屈曲する態様を観測し、その屈曲点の電圧値を絶縁破綻電圧ＶJまたは絶縁破壊電圧ＶKとして読み取ることができる。
【００４０】
なお、被試験体印加電圧ＶUTの波形が崩れるときは、高周波パルスＶRFの波形もその影響を受ける。また、被試験体が絶縁破壊した場合あるいは絶縁破綻の度合いが著しい場合は、被試験体のインピーダンスＺUTが急激に低下することによって、インピーダンスの整合が外れる。そうすると、被試験体側から大きな反射波が整合器１４を通って高周波電源部１０に伝搬する。高周波電源部１０においては、方向性結合器２８がその反射波の電圧（またはパワー）を検出し、電源制御部２６が高周波パワーアンプ２４の出力をたとえば垂下型保護回路によって制限または停止させるようになっている。
【００４１】
図６Ａおよび図６Ｂに、オシロスコープ１６の画面上に表示される被試験体印加電圧ＶUTの実際の波形（写真）を示す。図６Ａの波形は、接触子Ｕ，Ｕbが被試験体に接続していない場合（無負荷時）の波形である。図６Ｂの波形は、誘電体の被試験体が絶縁破壊した場合の波形である。
【００４２】
モニタ表示形態の別の実施例として、ディジタル式のオシロスコープ１６より被試験体印加電圧ＶUTの観測波形データを主制御部２０に送ってもよい。主制御部２０は、観測波形データを基に、所定のアルゴリズムを用いた信号処理により、被試験体印加電圧ＶUTの波形の途中（逆テーパ状傾斜部ＥＮ）に屈曲があるか否かを判定することで、絶縁破綻または絶縁破壊の有無を判定することができる。さらに、主制御部２０は、所定のアルゴリズムを用いた信号処理により、逆テーパ状波形傾斜部ＥＮにおける屈曲点の電圧値を読み取って、絶縁破綻電圧ＶJまたは絶縁破壊電圧ＶKを決定することができる。そして、操作パネル１８上でモニタ結果の情報を表示出力することができる。
【００４３】
その場合は、図７に示すように、被試験体印加電圧ＶUTの高周波の正弦波波形を含まないエンベロープ波形を表示出力することもできる。あるいは、被試験体印加電圧ＶUTの波形観測を一切行わないモニタ出力形態も可能である。たとえば、絶縁破綻または絶縁破壊のいずれも起こらずに被試験体印加電圧ＶUTの波形が菱形を維持した場合は、その旨（たとえば「ＯＫ」）のモニタ結果をランプ点灯または文字情報で表示出力してよく、菱形波形のピーク電圧ＶMAX（持ち堪えた電圧）を文字情報で表示出力してもよい。また、絶縁破綻または絶縁破壊が起こったときは、その旨（たとえば「ＮＧ」）のモニタ結果をランプ点灯または文字情報で表示出力してよく、絶縁破綻電圧ＶJあるいは絶縁破壊電圧ＶKを文字情報で表示出力してもよい。
【００４４】
この試験装置において、被試験体が誘導性の部材たとえばコア入りコイルである場合は、図示省略するが、整合器１４の整合回路をＴ形結合回路で構成するのが好ましい。その場合も、高周波耐電圧試験に先立ち、整合器１４において同調操作が行われる。すなわち、手動操作または自動操作によりＴ形結合回路の可変リアクタンス素子の静電容量またはインダクタンスが調整され、インピーダンスの整合がとられる。これによって、高周波電源部１０側から見える負荷［整合器１４，被試験体］のインピーダンスＺLは高周波電源部１０の出力インピーダンスＺRFに等しい値つまり５０Ω（純抵抗）となる（図３）。
【００４５】
次いで、上記と同様に、主制御部２０の制御の下で、高周波電源部１０が基準波形信号ＷＳによって規定される菱形のエンベロープ波形を有する高周波パルスＶRFを出力し、オシロスコープ１６が被試験体印加電圧ＶUTの波形を観測表示する。
【００４６】
この場合も、高周波電圧ＶUTの印加中に被試験体（コア入りコイル）のインピーダンスＺUT（ＺUT≒ｊωＬ、ただしＬはインダクタンス）が始終不変または一定であるとき、つまり被試験体（コア入りコイル）が高周波電圧ＶUTのピーク値ＶMAXに持ち堪えたときは、図８Ａに示すように被試験体印加電圧（電圧降下）ＶUTの波形は整った菱形になる。
【００４７】
しかし、コア入りコイルにおいては、高周波の通電による発熱温度がキュリー温度を超えるとコアの透磁率が激減してインダクタンスつまりインピーダンスが急激に低下する。高周波電圧ＶUTの印加中にそのようなことが起こると、図８Ｂに示すように被試験体印加電圧ＶUTが或る値（降伏電圧）ＶN、−ＶNで飽和するように（つまり波形の上部および下部が切り取られるように）屈曲する。試験作業員は、オシロスコープ１６の画面上で上記のように被試験体印加電圧ＶUTの波形が屈曲する態様を観察し、降伏電圧または高周波耐電圧ＶNを読み取ることができる。
【００４８】
図９に、被試験体がコア入りコイル（トロイダルコイル）である場合にオシロスコープ１６の画面上に表示される被試験体印加電圧ＶUTの実際の波形（写真）を示す。
【００４９】
また、別のモニタ表示形態として、ディジタル式のオシロスコープ１６より被試験体印加電圧ＶUTの観測波形データを主制御部２０に送ってもよい。主制御部２０は、所定のアルゴリズムを用いる信号処理により、観測波形データを基に、コア入りコイルのインピーダンスの高周波電圧依存性または高周波耐電圧特性を判定・評価し、さらには降伏電圧または高周波耐電圧ＶNを決定し、操作パネル１８上にモニタ結果情報を表示出力する。この場合も、操作パネル１８の表示部を通じて被試験体印加電圧ＶUTの高周波の正弦波波形を含まないエンベロープ波形を表示出力することが可能であり、あるいはモニタ結果を文字情報で表示出力することもできる。
【００５０】
なお、オシロスコープ１６を用いる代わりに、被試験体印加電圧ＶUTのエンベロープを検出できる電圧センサ（図示せず）を設け、この電圧センサより得られるエンベロープ検出信号を主制御部２０に送り、主制御部２０において上記のような信号処理を行ってモニタ結果情報を操作パネル１８上で表示出力することも可能である。
【００５１】
また、この試験装置においては、所定の設定電圧を有する単一の高周波パルスＶRFを用いて被試験体印加電圧ＶUTの波形観測を１回行うことを基本の試験モードとする。しかし、たとえば、被試験体の高周波耐電圧（ＶJ，ＶK，ＶN）が判明するまで、ピーク値ＶMAXが比較的低い値から段階的に順次増大する複数の高周波パルスＶRFを用いて、被試験体印加電圧ＶUTの波形観測を連続的に多数回行う試験モードも可能である。
【００５２】
上記のように、この実施形態の試験装置においては、整合器１２により高周波電源部１０と被試験体との間でインピーダンスの整合をとり、高周波電源部１０より比較的低いパワーで出力される高周波パルスＶRFを整合器１２に通して高周波耐電圧試験に必要な電圧ＶUTまで昇圧して被試験体に印加することができる。これにより、昇圧トランスを用いる必要がなく、高周波電源部１０を安価小型のもので済ますことができる。
【００５３】
また、被試験体に所要の高周波電圧ＶUTを数秒以下の短い時間だけ印加するので、被試験体にダメージを与えなくて済む。さらに、被試験体印加電圧ＶUTの波形が菱形波形であるか否か（つまりインピーダンスが始終不変であるか否か）をグラフの形態で簡明にモニタ観察することができる。そして、被試験体印加電圧ＶUTの波形の逆テーパ状傾斜部ＥＮに屈曲、歪み、降落、欠損等があった場合は、その波形崩れの態様を観察することによって、被試験体のインピーダンスの高周波耐電圧依存性（特に高周波耐電圧）の詳細を正確に取得することができる。加えて、菱形波形の高周波電圧ＶUTを被試験体に印加するので、高周波耐電圧試験の定型性および再現性を向上させることができる。
［試験装置（実施形態２）の構成］
【００５４】
図１０に、第２の実施形態における試験装置の構成を示す。この試験装置は、モニタ部として、オシロスコープ１６（図１）の代わりに、被試験体にかかる高周波電圧ＶUTを測定するための電圧センサ３２および被試験体を流れる負荷電流ＩUTを測定するための電流センサ３４を備えている。それ以外は、上述した第１の実施形態における試験装置（図１）と同一または同様の構成になっている。
【００５５】
この試験装置では、高周波電源部１０より矩形波の高周波パルスＶRFを発生させる。そのために、基準波形発生器１２は、矩形波の基準波形信号ＷＳを発生する。電圧センサ３２は、好ましくは高周波電圧ＶUTのピーク値ＶMAX（またはピーク・ツー・ピーク値Ｖpp）を測定するが、高周波電圧ＶUTの実効値または平均値を測定する電圧測定器であってもよい。また、電流センサ３４は、好ましくは負荷電流ＩUTのピーク値ＶMAX（またはピーク・ツー・ピーク値Ｉpp）を測定するが、負荷電流ＩUTの実効値または平均値を測定する電流測定器であってもよい。電圧センサ３２および電流センサ３４よりそれぞれ出力される電圧測定値信号ＭＶMAXおよび電圧測定値信号ＭＩMAXは、主制御部２０に与えられる。
［試験装置（実施形態２）の作用］
【００５６】
図１１に、この試験装置が所与の被試験体についてインピーダンスの高周波電圧依存性を試験するときの手順（特に主制御部２０のＣＰＵにおける制御または演算処理手順）を示す。
【００５７】
同調操作（ステップＳ1）は、上述した第１の実施形態と同じであり、整合器１４において手動操作式または自動操作式により通電の試験に先立って行われる。この同調操作の後、主制御部２０において初期化が行われ、高周波パルスＶRFのピーク値ＶMAXの初期値ＶMAX(1)およびステップアップ値ΔＶがセットされる（ステップＳ2）。初期値ＶMAX(1)は、被試験体のインピーダンスに殆ど影響しない程度の低い電圧値に選ばれる。
【００５８】
主制御部２０は、試験作業員よりたとえば操作パネル１８を通じて試験の開始を指示されると、高周波電源部１０および基準波形発生器１２を制御して、初期値ＶMAX(1)のピーク値を有する１回目の矩形波の高周波パルスＶRF(1)を発生させる（ステップＳ3）。この矩形波の高周波パルスＶRF(1)が整合器１４に通されることで、昇圧された矩形波の高周波電圧ＶUTが被試験体に印加される。そして、電圧センサ３２および電流センサ３４により、被試験体印加電圧ＶUT(0)および負荷電流ＩUT(0)のピーク値ＶMAX，ＩMAXがそれぞれ測定される（ステップＳ4，Ｓ5）。主制御部２０は、電圧センサ３２および電流センサ３４からの電圧測定値信号ＭＶMAXおよび電流測定値信号ＭＩMAXを基に、１発目の高周波パルスＶRF(1)に対する被試験体のインピーダンスＺUT(1)を演算する（ステップＳ6）。
【００５９】
そして、主制御部２０は、この被試験体インピーダンスＺUT(1)を前回の高周波パルスに対する被試験体インピーダンスＺUT(0)と比較する（ステップＳ7）。もっとも、１回目は、その前の回が存在しないので、仮想の被試験体インピーダンスＺUT(0)を非常に大きなデフォルト値に設定するか、あるいは無条件で１回目の被試験体印加電圧ＶUT(1)をこの高周波耐電圧試験用の上限電圧値ＶSと比較する（ステップＳ8）。この場合、１回目の被試験体印加電圧ＶUT(1)は相当低いので、ＶUT(1)＜ＶSの条件が必ず成立する。これによって、高周波パルスＶRFのピーク値がＶmax(1)からＶmax(2)に更新される（ステップＳ8）。ここで、Ｖmax(2)＝Ｖmax(1)＋ΔＶである。
【００６０】
この後、高周波電源部１０がピーク値Ｖmax(2)を有する２回目の矩形波の高周波パルスＶRF(2)を出力し（ステップＳ3）、この高周波パルスＶRF(2)について上記と同様の処理を行う（ステップＳ3〜Ｓ8）。ただし、ステップＳ7では、今回（２回目）の被試験体インピーダンスＺUT(2)が前回（１回目）の被試験体インピーダンスＺUT(1)よりも所定値ΔＺ以上低下した否かを判定する。通常、２回目では、ＺUT(2)＜ＺUT(1)＋ΔＺの条件は成立しない。
【００６１】
こうして、矩形波の高周波パルスＶRF(n)（ｎは２以上の整数）のピーク値ＶmaxをΔＶずつ段階的に上げながら、昇圧された矩形波の高周波電圧ＶUTを被試験体に印加し、その時の被試験体インピーダンスＺUT(n)が前回の高周波パルスＶRF(n-1)に対する被試験体インピーダンスＺUT(n-1)と略同じ値を維持しているか否かを主制御部２０内のＣＰＵが電圧センサ３１および電流センサ３４を通して監視する。
【００６２】
そして、今回（ｎ回目）の高周波パルスＶRF(n)に対するインピーダンス測定値ＺUT(n)が前回の高周波パルスＶRF(n-1)に対するインピーダンス測定値ＺUT(n-1)よりもΔＺ以上低いとき（つまり、ステップＳ7でＺUT(2)＜ＺUT(1)＋ΔＺの条件が成立したとき）は、前回の高周波パルスＶRF(n-1)に対する電圧測定値ＶUT(n-1)または今回の高周波パルスＶRF(n)に対する電圧測定値ＶUT(n)に基づいて被試験体の高周波耐電圧（Ｖj，Ｖk，ＶN）を決定する（ステップＳ7→Ｓ10）。すなわち、高周波耐電圧（Ｖj，Ｖk，ＶN）として、電圧測定値ＶUT(n)またはＶUT(n-1)のいずれかを選んでもよく、あるいはそれらの中間値または平均値を選んでもよい。
【００６３】
また、今回の高周波パルスＶRF(n)に対するインピーダンス測定値ＺUT(n)が前回の高周波パルスＶRF(n-1)に対するインピーダンス測定値ＺUT(n-1)よりもΔＺ以上低くはならず、かつ今回の高周波パルスＶRF(n)に対する電圧測定値ＶRF(n)が上限電圧値ＶQを超えたときは、当該被試験体は上限電圧値ＶQに持ち堪えたと判定する（ステップＳ8→Ｓ11）。
【００６４】
なお、この実施形態の試験装置においては、高周波電源部１０より出力される高周波パルスＶRFが矩形波なので、精密な波形制御は必要ではない。したがって、基準波形発生器１２を省いて、高周波電源部１０内で高周波パルスＶRFの制御を行ってもよい。
［プラズマ処理装置の構成］
【００６５】
図１３に、本発明の別の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型チャンバ（処理容器）４０を有している。チャンバ４０は接地されている。
【００６６】
チャンバ４０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板形状のサセプタ４２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ４２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ４０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部４４により非接地で支持されている。この絶縁性筒状支持部４４の外周に沿ってチャンバ４０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部４６とチャンバ４０の内壁との間に環状の排気路４８が形成され、この排気路４８の底に排気口５０が設けられている。この排気口５０には排気管５２を介して排気装置５４が接続されている。排気装置５４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ４０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ４０の外壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ５６が取り付けられている。チャンバ４０の内壁にはデポシールドまたは防着板５５が貼り付けられている。
【００６７】
サセプタ４２には、第１および第２の高周波電源５８，６０がマッチングユニット６２および給電棒６４を介して電気的に接続されている。ここで、第１の高周波電源５８は、主としてプラズマの生成に寄与する一定周波数（通常２７ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦを出力する。一方、第２の高周波電源６０は、主としてサセプタ４２上の半導体ウエハＷに対するイオンの引き込みに寄与する一定周波数（通常１３ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦを出力する。マッチングユニット６２には、第１および第２の高周波電源５８，６０とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための後述する第１整合器１３０（図１４）および第２整合器（図示せず）が収容されている。
【００６８】
給電棒６４は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ４２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット６２内の上記第１整合器１３０（図１４）および第２整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ４０の底面とマッチングユニット６２との間には、給電棒６４の周りを囲む円筒形の導体カバー６５が設けられている。より詳細には、チャンバ１０の底面（下面）に給電棒６４の外径よりも一回り大きな所定の口径を有する円形の開口部が形成され、導体カバー６５の上端部がこのチャンバ開口部に接続されるとともに、導体カバー６５の下端部がマッチングユニット６２の接地（帰線）端子に接続されている。
【００６９】
サセプタ４２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ４２の上面は、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されている。ウエハ載置部の上に、処理対象の半導体ウエハＷが載置される。環状周辺部の上には、半導体ウエハＷの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング６６が取り付けられる。このフォーカスリング６６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。
【００７０】
サセプタ４２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック６８および発熱体７０が設けられている。静電チャック６８は、サセプタ４２の上面に一体形成または一体固着された膜状または板状の誘電体７２の中にＤＣ電極７４を封入しており、ＤＣ電極７４にはチャンバ４０の外に配置される外付けの直流電源７５がスイッチ７６、高抵抗値の抵抗７８およびＤＣ高圧線８０を介して電気的に接続されている。直流電源７５からの高圧の直流電圧がＤＣ電極７４に印加されることにより、静電力で半導体ウエハＷを静電チャック６８上に吸着保持できるようになっている。なお、ＤＣ高圧線８０は、被覆線であり、円筒体の給電棒６４の中を通り、サセプタ４２を下から貫通して静電チャック６８のＤＣ電極７４に接続されている。
【００７１】
発熱体７０は、静電チャック６８のＤＣ電極７４と一緒に誘電体７２の中に封入されるたとえばスパイラル状の抵抗発熱線からなり、この実施形態ではサセプタ４２の半径方向において内側の発熱線７０(IN）と外側の発熱線７０(OUT)とに２分割されている。このうち、内側発熱線７０(IN）は、絶縁被覆された給電導体８２(IN)、フィルタユニット８４(IN)および電気ケーブル８６(IN)を介して、チャンバ４０の外に配置される専用のヒータ電源８８(IN)に電気的に接続されている。外側発熱線７０(OUT)は、絶縁被覆された給電導体８２(OUT)、フィルタユニット８４(OUT)および電気ケーブル８６(OUT)を介して、やはりチャンバ４０の外に配置される専用のヒータ電源８８(OUT)に電気的に接続されている。
【００７２】
サセプタ４２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室または冷媒通路９０が設けられている。この冷媒室９０には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ４２の温度を下げる方向に制御できる。そして、サセプタ４２に半導体ウエハＷを熱的に結合させるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管およびサセプタ４２内部のガス通路９２を介して静電チャック６８と半導体ウエハＷとの接触界面に供給されるようになっている。
【００７３】
チャンバ４０の天井には、サセプタ４２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド９４がリング状の絶縁体９５を介してチャンバ４０に取り付けられている。このシャワーヘッド９４は、サセプタ４２と向かい合う電極板９６と、この電極板９６をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体９８とを有し、電極支持体９８の内部にガス室１００を設け、このガス室１００からサセプタ４２側に貫通する多数のガス吐出孔１０２を電極支持体９８および電極板９６に形成している。電極板９６とサセプタ４２との間の空間ＳＰがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室１００の上部に設けられるガス導入口１００ａには、処理ガス供給部１０４からのガス供給管１０６が接続されている。電極板９６はたとえばＳi、ＳiＣ、ＳiＯ2あるいはＣからなり、電極支持体９８はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。
【００７４】
このプラズマエッチング装置は、上部電極９４に負極性の好ましくは可変の直流電圧Ｖdcを印加するための直流電源１１０を備える。この直流電源部１１０の出力端子は、スイッチ１１２、フィルタ回路１１４および直流給電ライン１１６を介して上部電極９４に電気的に接続される。フィルタ回路１１４は、直流電源１１０からの直流電圧Ｖdcをスルーで上部電極９６に印加する一方で、サセプタ４２から処理空間ＰＳおよび上部電極９４を通って直流給電ライン１１６に入ってきた高周波を接地ラインへ流して直流電源１１０側へは流さないように構成されている。
【００７５】
また、チャンバ４０内で処理空間ＰＳに面する適当な箇所に、たとえばＳi，ＳiＣ等の導電性材料からなるＤＣグランドパーツ（図示せず）が取り付けられている。このＤＣグランドパーツは、接地ライン（図示せず）を介して常時接地されている。
【００７６】
主制御部１２０は、このプラズマエッチング装置内の各部すなわち排気装置５４、高周波電源５８，６０、マッチングユニット６２、直流電源７５のスイッチ７６、ヒータ電源８８(IN)，８８(OUT)、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部１０４等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。また、主制御部１２０は、キーボード等の入力装置や液晶ディスプレイ等の表示装置を含むマン・マシン・インタフェース用の操作パネル１２２および各種プログラムや設定値等の各種データを格納または蓄積する外部記憶装置（図示せず）等とも接続されている。
【００７７】
このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本的な動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ５６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ４０内に搬入して、静電チャック６８の上に載置する。そして、処理ガス供給部１０４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ４０内に導入し、排気装置５４によりチャンバ４０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源５８、６０をオンにして第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット６２および給電棒６４を介してサセプタ（下部電極）４２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック６８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、静電チャック用のスイッチ７６をオンにして、静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。一方で、ヒータ電源８８(IN)，８８(OUT)をオンにして、内側発熱線７０(IN)および外側発熱線７０(OUT)を各々独立したジュール熱で発熱させ、サセプタ４２上面の温度ないし温度分布を設定値に制御する。シャワーヘッド９４より吐出されたエッチングガスは両電極４２，９４間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
【００７８】
また、このプラズマエッチング装置においては、エッチングプロセスの最中に、高周波電源５８、６０よりサセプタ４２に印加された高周波ＨＦ，ＬＦの一部が発熱体７０の発熱線７０(IN)，７０(OUT)を介してヒータ給電ライン８２(IN)，８２(OUT)に入ってくる。しかし、フィルタユニット８４(IN)，８４(OUT)内に設けられているコイルが、入ってきた高周波ＨＦ，ＬＦのノイズを遮断するようになっている。
【００７９】
このプラズマ処理装置においては、たとえば静電チャック６８の誘電体７２、上部電極（シャワーヘッド）９４の電極板９６、絶縁性筒状支持部４４、防着板５５等が高周波伝搬経路内に設けられる容量性のインピーダンスを有する部材または部品である。また、フィルタユニット８４(IN)，８４(OUT)内のコイルが高周波伝搬経路内に設けられる誘導性のインピーダンスを有する部材または部品である。したがって、それらの容量性または誘導性の部材または部品を装置に組み込む前に、上記のような独立ユニットの試験装置（図１、図１０）による高周波耐電圧試験に付することができる。
【００８０】
また、この実施形態のプラズマ処理装置においては、図１４および図１５に示すように、高周波電源５８、第１整合器１３０、主制御部１２０、操作パネル１２２等からなる試験部により、１つまたは複数の容量性または誘導性の部材が含まれているチャンバ４０内の高周波伝搬経路を被試験体として、そのインピーダンスの高周波電圧依存性を試験することが可能である。この場合、高周波電源５８よりチャンバ４０内に供給される高周波は、専ら試験のために用いられ、プラズマの生成やイオンの引き込みには用いられない。したがって、処理ガス供給部７４よりチャンバ４０内に処理ガスは導入されない。また、チャンバ４０内は減圧状態でなくてもよいので、排気装置５４も止まったままでよい。
【００８１】
このようにプラズマ処理装置に組み込まれる試験部は、上記のような高周波耐電圧試験を行うこともできるが、当該高周波伝搬経路におけるインピーダンスの高周波電圧依存性の経時変化を多面的かつ定期的に検査するものであってもよい。
【００８２】
上記のような高周波伝搬経路の被試験体としては、たとえば、第１の整合器１３０→給電棒６４→サセプタ４２→絶縁性筒状支持部４４→導電性筒状支持部４６→チャンバ４０（接地電位部材）を選ぶことができる。この場合、絶縁性筒状支持部４４が容量性の部材を構成する。
【００８３】
あるいは、短絡用導体（図示せず）を用いて、第１の整合器１３０→給電棒６４→サセプタ４２→静電チャック６８→該短絡用導体→チャンバ４０（接地電位部材）を高周波伝搬経路の被試験体に選ぶことができる。この場合は、静電チャック６８の誘電体層が容量性の部材を構成する。あるいは、第１の整合器１３０→給電棒６４→サセプタ４２→静電チャック６８→該短絡用導体→電極板９６→電極支持体９８→接地電位部材を高周波伝搬経路の被試験体に選ぶことができる。この場合も、静電チャック６８の誘電体層は容量性の部材を構成する。また、電極板９６が誘電体たとえば石英である場合は、電極板９６も容量性の部材を構成する。
【００８４】
また、第１の整合器１３０→給電棒６４→サセプタ４２→発熱線７０(IN)，７０(OUT)→フィルタユニット８４(IN)，８４(OUT)→接地電位部材を高周波伝搬経路の被試験体に選ぶこともできる。この場合は、フィルタユニット８４(IN)，８４(OUT)内のコイル（たとえばトロイダルコイル）が誘導性の部材（部品）を構成する。
【００８５】
図１４の試験部は、上記第１の実施形態における試験装置（図１）に対応する。すなわち、高周波電源５８、第１整合器５８、主制御部１２０、操作パネル１２２および基準波形発生器１２４は、上記試験装置（図１）における高周波電源部１０、整合器１４、主制御部２０、操作パネル１８および基準波形発生器１２にそれぞれ対応する。
【００８６】
特に、高周波電源５８における高周波発振器１３２、高周波パワーアンプ１３４、電源制御部１３６およびＲＦモニタ１３８は、高周波電源部１０における高周波発振器２２、高周波パワーアンプ２４、電源制御部２６および方向性結合器２８にそれぞれ対応する。なお、ＲＦモニタ１３８は、負荷側から高周波電源５８に返ってくる反射波のパワーをモニタ表示用に測定する機能を有するのが好ましい。
【００８７】
整合器１３０において、電圧センサ１４０は、整合器１３０より出力される高周波の電圧たとえばピーク・ツー・ピーク値（Ｖpp）を検出して、主制御部１２０にＶpp検出信号を送るＶppセンサであってよく、オシロスコープ１６（その観測波形データ取得および送信機能）に対応する。整合器１３０の整合回路に含まれる可変リアクタンス素子ＸH1，ＸH2は、たとえば可変コンデンサまたは可変リアクトルであり、インピーダンスセンサ１４２、マッチングコンローラ１４４およびモータ１４６，１４８からなるオートマッチング機構によってそれぞれの静電容量またはインダクタンスを可変に制御される。
【００８８】
図１５の試験部は、上記第２の実施形態（図１０）において基準波形発生器（１２）を省いた試験装置に対応している。したがって、電圧センサ１５０および電流センサ１５２は、上記試験装置（図２）における電圧センサ３２および電流センサ３４にそれぞれ対応する。
【００８９】
なお、上記試験部（図１４、図１５）において、プラズマ生成用の第１高周波電源５８および第１整合器１３０の代わりに、イオン引き込み用の第２高周波電源６０および第２整合器を利用することも可能である。
［他の実施形態又は変形例］
【００９０】
上記実施形態における容量結合型のプラズマ処理装置は、下部電極（サセプタ）４２にプラズマ生成用の高周波ＨＦおよびイオン引き込み用の高周波ＬＦを重畳して印加する下部２周波印加方式であった。しかし、プラズマ生成用の高周波ＨＦを上部電極９４に印加し、イオン引き込み用の高周波ＬＦを下部電極４２に印加する方式や、あるいは下部電極４２に１種類の高周波を印加するプラズマ処理装置にも本発明は適用可能である。
【００９１】
また、本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。
【００９２】
また、試験用の高周波パルスのエンベロープ波形は、上記実施形態における菱形の波形に限るものではなく、たとえば図１６Ａに示すような三角形の波形、図１６Ｂに示すような三角形と菱形の中間の波形、図１６Ｃに示すような五角形の波形等も可能である。要するに、時間軸上の一定区間で逆テーパ状に増大するエンベロープ部分ｅｎを有するものであればよい。したがって、たとえば、オートマッチング機構を用いる場合は、同調操作用の低電圧の高周波（ＣＷ）ＶCWと試験用の高周波パルスＶRFとを一体的または連続的に繋ぐことも可能である。また、逆テーパ状に増大するエンベロープ部分ｅｎは、直線が最も好ましいが、曲線であってもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０    高周波電源部
１２    基準波形発生器
１４    整合器
１６    オシロスコープ
１８    操作パネル
２０    主制御部
３２    電圧センサ
３４    電流センサ
４０    チャンバ
４２    サセプタ
５８，６０    高周波電源
６２    マッチングユニット
６８    静電チャック
８４(IN)，８４(IN)    フィルタユニット
１２０    主制御部
１２２    操作パネル
１２４    基準波形発生器
１４０    電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図９】
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