(57)【要約】【課題】基板近傍の高周波電力を計測する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１０は、プラズマにより基板Ｇに所望の処理を施す処理容器１００と、処理容器１００の内部に設けられ、基板Ｇを載置するサセプタ１０６（載置台）と、載置台の内部に埋設された給電部１０８と、給電部１０８に接続され、高周波電力を印加する高周波電源１１２とを有する。給電部１０８には、給電部１０８と高周波電源１１２とを接続する電源線１１４のうち処理容器１００の内部に位置する電源線１１４間または給電部１０８の一部または全部に設けられ、シース容量の１０倍以下の容量を有するコンデンサ１０８ａが設けられている。計測手段２０は、プローブ１４２ａ、１４２ｂに接続されたコンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１、Ｖ２をオシロスコープ１４４ａ、１４４ｂにて計測する。これにより、基板直下の電力を計測することができる。【選択図】図１
2008277275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、
前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、
前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記載置台に設けられたコンデンサと、
前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記コンデンサの容量Ｃは、
シース容量Ｃシースをグラウンド側シース容量Ｃ２とし、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定される請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの４．２倍以下である請求項２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記載置台の内部に設けられた給電部をさらに備え、
前記コンデンサは、
前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設けられる請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記載置台の内部に設けられた給電部をさらに備え、
前記コンデンサは、
前記載置台に載置される被処理体に対向しない位置にて前記給電部の一部に設けられる請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記コンデンサは、
前記給電部の端部にて前記給電部の一部に設けられる請求項４又は５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記コンデンサの容量Ｃは、
前記コンデンサの電極間の誘電体として所定の誘電率を有することにより、または、電極面積および電極間隔を所定の値とすることにより、前記シース容量Ｃシースの４．２倍以下になるように形成される請求項２〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記コンデンサに直列に接続された共振回路をさらに備える請求項１〜７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記コンデンサは、前記載置台の内部に形成される請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの２．１倍以下である請求項２〜９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記高周波電源は、前記給電部を介して高周波電力を印加し、
前記高周波電源と前記給電部との間にて前記高周波電源と前記給電部とに接続され、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記給電部側の負荷インピーダンスを整合する整合器をさらに備える請求項４〜１０のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測装置。
【請求項１３】
前記コンデンサの容量Ｃは、
シース容量Ｃシースをグラウンド側シース容量Ｃ２とし、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項１２に記載された計測装置。
【請求項１４】
シース容量Ｃシースの４．２倍以下の容量Ｃを有する前記コンデンサの両極の電圧を測定する請求項１２又は請求項１３のいずれかに記載された計測装置。
【請求項１５】
内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測方法。
【請求項１６】
前記コンデンサの容量Ｃは、
シース容量Ｃシースをグラウンド側シース容量Ｃ２とし、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項１５に記載された計測方法。
【請求項１７】
シース容量Ｃシースの４．２倍以下の容量Ｃを有する前記コンデンサの両極の電圧を測定する請求項１５又は請求項１６のいずれかに記載された計測方法。
【請求項１８】
内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記載置台の内部に埋設された給電部と、前記高周波電源に接続され、高周波電力を印加する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記プラズマを制御する制御装置であって、
前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記コンデンサの両極の電圧を用いて前記高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて前記高周波電源をフィードバック制御する制御部とを備える制御装置。
【請求項１９】
前記コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースをグラウンド側シース容量Ｃ２とし、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されている請求項１８に記載された制御装置。
【請求項２０】
前記計測手段は、
シース容量Ｃシースの４．２倍以下の容量Ｃを有する前記コンデンサの両極の電圧を計測する請求項１８又は請求項１９のいずれかに記載された制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを制御するパラメータを計測可能なプラズマ処理装置、プラズマを制御するパラメータを計測する計測装置およびその計測方法、およびプラズマを制御するパラメータを計測可能なプラズマ処理装置を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５に示したように、処理室Ｕにてガスをプラズマ化させ、そのプラズマにより基板Ｇにエッチングやスパッタリングなどのプラズマ処理を施すプラズマ処理装置１０００が、一般的に知られている。プラズマ処理装置１０００には、プラズマ処理が行われる処理容器１００５の内部にて基板Ｇを載置するサセプタ１０１０が設けられ、サセプタ１０１０の内部には、電極１０１５が埋設されている。電極１０１５には、高周波電源１０２０が接続されていて、高周波電源１０２０から出力された高周波電力により処理室Ｕ内に所定のバイアス電圧を印加する。これにより、プラズマに含まれる荷電粒子が基板Ｇに衝突する際のエネルギーを増加させることができる。
【０００３】
電極１０１５と高周波電源１０２０との間には整合器１０２５が設けられている。整合器１０２５には、電源線１０３０ａを介して電極１０１５に直列に接続された直列可変コンデンサＣ１、電源線１０３０ｂと接地線との間に接続された並列可変コンデンサＣ２およびインダクタＬが設けられている。整合器１０２５は、高周波電源１０２０の出力インピーダンスと、整合器１０２５の負荷および処理容器１００５内部の負荷を結合させた負荷インピーダンスと、を見かけ上一致させるように機能する。これにより、高周波電源１０２０を保護するとともに高周波電源１０２０から出力された高周波電力の利用効率を高めることができる。
【０００４】
しかしながら、マイクロ波プラズマ処理装置１０００には、処理容器１００５とサセプタ１０１０あるいは処理容器１００５とサセプタ１０１０を支持する給電棒１０１０ａとの間にて静電容量Ｃｓ（寄生容量）が発生する。また、高周波では、電源線１０３０ａにかなりの電圧降下を生じさせるインダクタンスＬが存在する。このようにして発生する整合器１０２５の下流側（高周波電源１０２０側を上流とする）のインピーダンスにより、高周波電源１０２０から出力された高周波電力が電源線１０３０ａを伝送する際、かなりの高周波電力が消費される。すなわち、整合器１０２５の下流側のインピーダンスが大きければ大きいほど、プラズマの制御に利用することができる高周波電力は小さくなる。
【０００５】
これに加えて、整合器１０２５の下流側にて発生する容量性成分および誘導性成分の状態は、マイクロ波プラズマ処理装置１０００の寸法、材質などに左右されるとともに、処理容器１００５やサセプタ１０１０の壁面に堆積する堆積物の量や種類などによって変化する。このようにして、整合器１０２５の下流側のインピーダンスに予測できない変化が生じているために、高周波信号が整合器１０２５の下流側を伝送中、高周波電力に予測できない損失が発生する。
【０００６】
そこで、整合器１０２５と電極１０１５との間の電源線１０３０ａに計測器１０３５を接続し、計測器１０３５にて、たとえば、計測位置Ｐに加わる電圧や電力を計測し、制御回路１０４０にて計測されたパラメータと望ましい目標値とを比較し、その結果に基づき高周波電源１０２０をフィードバック制御するシステムＳＳが提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１６８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述したように、高周波信号が計測位置Ｐから基板直下まで伝送される間に、サセプタ１０１０や給電棒１０１０ａの周りに発生する静電容量Ｃｓや電源線１０３０に発生するインダクタンスＬにより高周波電力は消費される。よって、計測位置Ｐを伝送される高周波信号の実測値と基板直下の高周波電力との間にはかなりの電力差が生じる。さらに、この電力差は、前述したように、容量性成分Ｃｓや誘導性成分Ｌが変動するとともに変動する。実際、メンテナンス（クリーニング）などで処理容器１００５内に付着した堆積物の状態やプロセスの状態が変動すると、これらとともに容量性成分Ｃｓや誘導性成分Ｌは大きく変動する。これに伴い、計測位置Ｐから電極１０１５に高周波信号が伝送される間に損失する高周波電力も大きく変動する。
【０００９】
このように、高周波信号の伝送過程における高周波電力の損失は、比較的大きくかつ処理室内の状態によって経時的に変化し、予測できない部分を含んでいる。これらの理由から、基板から離れた計測位置Ｐにて電圧や電力を計測する上記計測方法では、基板直下の高周波電力の状態を正確に把握することができない。よって、上記計測方法では、プロセスを精度良く制御することやプロセスをより安定的に遂行することは難しかった。この結果、メンテナンスの都度、高周波電源１０２０から出力する高周波電力を含むプロセス条件をこれまでの経験に基づきながら人力で設定し直さなければならず、煩雑であった。
【００１０】
一方、高周波信号が伝播する過程でのこのような高周波電力の大幅な損失や変動は、プロセス速度を予想外に変化させる可能性がある。このため、プラズマを精度良く制御し、プロセスをより安定的に遂行するためには、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を直接計測することが望ましい。
【００１１】
そこで、上記問題を解消するために、本発明は、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することが可能なプラズマ処理装置、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測する計測装置およびその計測方法、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することによりプラズマ処理装置を制御する制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、を備えるプラズマ処理装置が提供される。
【００１３】
このとき、前記コンデンサの容量Ｃは、グラウンド側シース容量をＣシース、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されていてもよい。また、前記コンデンサの容量Ｃは、グラウンド側シース容量Ｃシースの４．２倍以下であってもよい。
【００１４】
発明者による実際の計測によれば、予め定められた電極電圧の振幅の比が１．２より小さくなると計測誤差が大きくなること、すなわち、電圧振幅の比率が１．２程度より小さくなると計測精度が悪化することが分かっている。この実験を後述する式（９）に示された「１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝≧電圧振幅の比率」に当てはめると、プラズマ処理装置の処理容器内の給電部近傍にシース容量の４．２倍以下の容量を有するコンデンサを設けると測定誤差が許容範囲となる。すなわち、コンデンサの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２を計測したときの測定誤差が許容範囲となると考えられる。
【００１５】
ここで、電圧Ｖ１，Ｖ２を周波数成分、すなわち、電源周波数を基本波とする高調波成分に分解し、最小二乗法により係数を決定し、各周波数での振幅Ｍｋ、位相差φＫを計算し（後述する式（１）〜（３）参照）、振幅ＭIｋ，ＭＶIｋの実効値および力率（ｃｏｓ（φIｋ−φＶIｋ））から、コンデンサに印加された電力Ｐが以下の式により直接的に求められる。
【数１】
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ｋ＝高調波の次数
【００１６】
このようにして、コンデンサの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２の実測値に基づいて、直接的にコンデンサに印加された電力Ｐ、換言すれば、ほぼ基板直下の電力に等しい電力Ｐを計測することができる。また、上式により算出される電力Ｐに含まれる計測誤差は、コンデンサの容量をシース容量の４．２倍以下（好ましくは２．１倍以下）にすることにより充分に小さくすることができる。なお、計測誤差については後述する。
【００１７】
コンデンサの容量をシース容量の４．２倍以下にする一例としては、前記コンデンサを、前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設ける方法が挙げられる。
【００１８】
また、コンデンサの容量をシース容量の４．２倍以下にする他の一例としては、前記コンデンサを、前記載置台に載置される被処理体に対向しない位置にて前記給電部の一部に設ける方法が挙げられる。
【００１９】
また、前記コンデンサを、前記給電部の端部にて前記給電部の一部に設けてもよい。
【００２０】
さらに、前記コンデンサの電極間の誘電体として所定の誘電率を有するものとすることにより、または、電極面積および電極間隔を所定の値とすることにより、前記コンデンサの容量を前記シース容量の４．２倍以下にしてもよい。
【００２１】
さらに、コンデンサに対して直列に接続された共振回路を備えてもよい。
【００２２】
これによれば、コンデンサを設けたことにより増加した負荷インピーダンスをコンデンサに直列に設けられた共振回路を用いてうち消すことができる。これにより、電源線上のインピーダンスを小さくして高周波電力の損失を小さくすることにより、プラズマの制御に利用可能な高周波電力をさらに増やすことができる。
【００２３】
プラズマ処理装置は、前記処理容器の内部にて被処理体を載置する載置台をさらに備えていて、前記給電部は、前記載置台の内部に埋設され、前記コンデンサは、前記載置台に載置された被処理体に対向する位置にて前記給電部の一部または全部に設けられていてもよく、前記コンデンサは、前記載置台の内部に形成されていてもよい。これによれば、パーティクルの発生源となりうるコンデンサを載置台の内部に埋設することにより、処理容器内をクリーンな状態に保つことができる。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測装置が提供される。
【００２５】
このとき、前記コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースをグラウンド側シース容量Ｃ２と、コンデンサの電極側シース容量Ｃ１に対するグラウンド側シース容量Ｃ２の比をψとしたとき、１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝の値が、前記コンデンサを用いて測定された電極の電圧比のうち、誤差が許容範囲となる電圧比以上となるように決定されていてもよい。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、内部にてプラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器内にて被処理体を載置する載置台と、前記載置台に高周波電力を供給する高周波電源と、前記載置台に設けられたコンデンサと、を備えたプラズマ処理装置の載置台に印加された前記高周波電源からの高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測方法が提供される。
【００２７】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、プラズマにより被処理体に所望の処理を施す処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、被処理体を載置する載置台と、前記載置台に設けられたコンデンサと、前記載置台の内部に埋設された給電部と、前記高周波電源に接続され、高周波電力を印加する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記プラズマを制御するためのパラメータを計測し、計測されたパラメータに基づき前記プラズマを制御する制御装置であって、前記高周波電源から前記載置台に印加された高周波電力に対して、前記コンデンサの両極の電圧を測定する計測手段と、前記計測手段により計測された前記コンデンサの両極の電圧を用いて前記高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて前記高周波電源をフィードバック制御する制御部とを備える制御装置が提供される。
【００２８】
これらの場合、前記制御部は、シース容量Ｃシースの４．２倍以下の容量Ｃを有する前記コンデンサを用いて前記プラズマを制御するためのパラメータを計測してもよい。また、前記コンデンサの両極の電圧値、電流値、位相値の少なくともいずれかを前記プラズマを制御するためのパラメータとして計測し、前記計測されたパラメータから前記高周波電力を算出してもよい。
【００２９】
これらによれば、上記少なくともいずれかのパラメータにより正確な基板直下の電力を把握することができる。
【００３０】
前記給電部に接続され、高周波電力を印加する高周波電源をさらに備え、前記高周波電源と前記給電部との間にて前記高周波電源と前記給電部とに接続され、前記高周波電源の出力インピーダンスと前記給電部側の負荷インピーダンスを整合する整合器をさらに備えていてもよい。
【００３１】
これによれば、高周波電源と給電部との間に整合器が設けられる。これにより、整合器の上流側では、フィードバック制御によって高周波電源から出力される高周波電力を最適化しながら、整合器の下流側にて絶えず変化する負荷インピーダンスを、整合器を用いて高周波電源の出力インピーダンスに整合することができる。これにより、高周波電源から出力された高周波電力の損失を最低限に抑え、プラズマを制御するために高周波電力を最大限利用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、コンデンサを用いて基板近傍の高周波電力を計測することができる。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。また、本明細書中、０℃、１ａｔｍのとき、１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃ、１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａとする。
【００３４】
まず、本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を用いた計測システムの構成について、図１を参照しながら説明する。
【００３５】
（計測システム）
計測システムＳは、マイクロ波プラズマ処理装置１０にて生成されるプラズマを制御するパラメータとして基板近傍の電圧を計測する計測手段２０および計測手段２０により計測された電圧値に基づき高周波電源をフィードバック制御する制御装置１４８を有している。以下に、マイクロ波プラズマ処理装置１０、計測手段２０および制御装置１４８について順に説明する。なお、マイクロ波プラズマ処理装置は、プラズマにより被処理体に所望の処理を施すプラズマ処理装置の一例である。
【００３６】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０は、処理容器１００と蓋体１０２を備えている。処理容器１００は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１００と蓋体１０２とは、処理容器１００と蓋体１０２と接触面に配設されたＯリング１０４により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。処理容器１００および蓋体１０２は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００３７】
処理容器１００には、その内部にてガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するためのサセプタ１０６が設けられている。サセプタ１０６は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１０８が設けられている。サセプタ１０６は、給電棒１０６ａにより支持されている。サセプタ１０６および給電棒１０６ａを含んだ部分を、以下、載置台という。
【００３８】
サセプタ１０６の内部には、給電部１０８が設けられている。給電部１０８は、基板Ｇと対向した位置に基板Ｇと同面積の２枚の金属板からなるコンデンサ１０８ａとして設けられている。コンデンサ１０８ａの間には、金属板と同面積の誘電率の低い誘電体１０８ｂが挟まれている。このように、コンデンサ１０８ａの間に誘電体１０８ｂを挟むことにより、コンデンサ１０８ａの容量は、シース容量の４．２倍以下の容量になっている。
【００３９】
なお、コンデンサ１０８ａの間に誘電率の低い誘電体１０８ｂを挟む代わりに、コンデンサ１０８ａを構成する２枚の金属板の距離を大きくすることにより、コンデンサ１０８ａの容量をシース容量の４．２倍以下の容量にしてもよい。このようにコンデンサ１０８ａの容量をシース容量の４．２倍以下（好ましくは２．１倍以下）の容量にする理由については後述する。
【００４０】
給電部１０８には、整合器１１０を介して高周波電源１１２が接続されている。整合器１１０および高周波電源１１２は、処理容器１００の外部に設けられ、高周波電源１１２は接地されている。
【００４１】
給電部１０８は、高周波電源１１２から出力された高周波電力により処理容器１００の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１０８は、図示しない高圧直流電源から出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００４２】
整合器１１０には、電源線１１４ａを介して給電部１０８に直列に接続された直列可変コンデンサＣ１、インダクタＬおよび電源線１１４ｂと接地線との間に接続された並列可変コンデンサＣ２が設けられている。整合器１１０は、高周波電源１１２の出力インピーダンスと整合器１１０の負荷および処理容器１００の内部の負荷を結合させた負荷インピーダンスを見かけ上一致させることにより、伝送中の高周波電力の損失を最小限に抑えるように機能する。電源線１１４ｂが貫通する処理容器１００の底壁には、Ｏリング１１６が配設され、これにより、処理容器の内部は密閉されている。なお、できるだけ低いインピーダンスで高周波電源１１２と整合器１１０とが接続されるように電源線１１４ｂ上であって高周波電源１１２の近傍にコンデンサ１１８が設けられている。
【００４３】
サセプタ１０６の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１２０が設けられている。処理容器１００の底部には、処理容器１００の外部にて真空ポンプ（図示せず）が備えられていて、ガス排出管１２２を介して処理容器１００内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧するようになっている。
【００４４】
蓋体１０２には、６本の導波管１２４、スロットアンテナ１２６および誘電体窓１２８（複数枚の誘電体パーツ１２８ａから構成）が設けられている。６本の導波管１２４は、その断面形状が矩形状であり、蓋体１０２の内部にて平行に並べて設けられている。各導波管１２４の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材１２４ａで充填されていて、その誘電部材１２４ａにより、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各導波管１２４の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材１２４ａの誘電率である。
【００４５】
各導波管１２４の下部には、アンテナとして機能するスロットアンテナ１２６が設けられている。スロットアンテナ１２６には、各導波管１２４の下面にてスロット（開口）１２６ａが切られている。なお、各導波管１２４の下面に形成されるスロット１２６ａの個数は任意である。
【００４６】
誘電体窓１２８は、複数枚の誘電体パーツ１２８ａから構成され、各誘電体パーツ１２８ａは、アルミナから形成されている。なお、誘電体パーツ１２８ａは、石英ガラス、ＡｌＮ、サファイア、ＳｉＮ、セラミックスなどの誘電材料により形成されてもよい。各誘電体パーツ１２８ａには、基板Ｇと対向する面にて凹凸が形成されている。
【００４７】
スロットアンテナ１２６の下面には、複数枚の誘電体パーツ１２８ａが設けられている。複数枚の誘電体パーツ１２８ａは、格子状の梁１３０により処理容器１００の天井面に固定されている。梁１３０は、アルミニウムなどの非磁性金属体である導電性材料にて形成されている。梁１３０には、複数のガス導入管１３２が貫通していて、ガス導入管１３２の端部には、ガスを基板Ｇに向かって導入するように下向きに開口Ａが設けられている
【００４８】
ガス供給源１３４は、バルブの開閉およびマスフローコントローラの開度（ともに図示せず）をそれぞれ制御することにより、所望のガスをガス流路１３６に通し、複数のガス導入管１３２の開口Ａから下方に供給する。
【００４９】
冷却水配管１３８には、冷却水供給源１４０が接続されていて、冷却水供給源１４０から供給された冷却水が冷却水配管１３８内を循環して冷却水供給源１４０に戻ることにより、蓋体１０２を所望の温度に保つようになっている。
【００５０】
以上に説明した構成により、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、図示しないマイクロ波発生器から出力されたマイクロ波を６本の導波管１２４に伝送させ、スロットアンテナ１２６のスロット１２６ａに通し、複数枚の誘電体パーツ１２８ａを透過させて処理容器１００の内部に供給する。このようにして供給されたマイクロ波の電界エネルギーにより処理容器１００内に供給されたガスからプラズマが生成され、生成されたプラズマにより処理室Ｕ内にて基板Ｇに所望のプラズマ処理が施される。
【００５１】
（計測手段）
つぎに、以上に説明したように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置１０を用いて基板直下の高周波電力を計測する計測手段２０について説明する。
【００５２】
計測手段２０は、２本のプローブ１４２ａ、１４２ｂおよびオシロスコープ１４４を有している。２本のプローブ１４２ａ、１４２ｂは、その一端にてコンデンサ１０８ａの上部金属板および下部金属板に接続されている。各プローブ１４２ａ、１４２ｂの他端は、処理容器１００の壁を貫通して、処理容器１００の外部に接続されたオシロスコープ１４４に接続されている。オシロスコープ１４４は、接地されている。
【００５３】
オシロスコープ１４４は、コンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１、Ｖ２を計測し、計測された電圧Ｖ１、Ｖ２を制御装置１４８に向けて出力するようになっている。このようにして、計測手段２０は、高周波電源１１２から電源線１１４を介してコンデンサ１０８ａに印加される高周波電力（電圧）を、プラズマを制御するためのパラメータとして計測する。
【００５４】
プラズマを制御するためのパラメータとしては、コンデンサ１０８ａの両極の電圧値だけでなく、たとえば、電流値、位相値の少なくともいずれかであってもよい。なお、各プローブ１４２ａ、１４２ｂが貫通する処理容器１００の壁には、Ｏリング１４６ａ、１４６ｂが配設され、これにより、処理容器１００の内部は密閉される。
【００５５】
（制御装置）
つぎに、計測手段２０により計測された電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて高周波電力を制御する制御装置１４８についてハードウエア構成を示した図２を参照しながら説明する。制御装置１４８は、２つの波形整形回路１４８ａ、１４８ｂ、電圧・位相比較器１４８ｃおよび制御回路１４８ｄを有している。波形整形回路１４８ａ、１４８ｂは、計測手段２０により計測された電位Ｖ１、Ｖ２を入力し、それぞれ波形整形する。電圧・位相比較器１４８ｃは、波形整形された電圧Ｖ１、Ｖ２を入力し、電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差を求める。制御回路１４８ｄは、波形整形された電圧Ｖ１、Ｖ２の振幅差および位相差に基づき、サセプタ１０６に印加される電力Ｐを求める。以下に電力Ｐの算出方法を具体的に説明する。
【００５６】
まず、コンデンサの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２を、周波数成分（すなわち、高周波電源から出力される高周波信号の周波数を基本波とする高調波成分）に分解することにより次式（１）を導く。ここで、ｋは高調波の次数、Ｉは計測ポイントの位置を示す。このとき、係数は、最小二乗法により決定される。
【数２】
2008277275.tif 000004
【００５７】
つぎに、電圧Ｖ１，Ｖ２の差分から次式（２）が求められる。
【数３】
2008277275.tif 000005
【００５８】
つぎに、各周波数で電流の振幅Ｍｋ、位相φｋを計算する。具体的には、ΔＶにｊωＣを掛けてコンデンサに流れる電流Ｉを求める代わりに、電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅差ＭΔＶｋにｋωＣを掛け、電圧Ｖ１，Ｖ２の位相差φΔＶｋにπ／２を足す。結果をそれぞれＭＩｋ，φＩｋとすると、次式（３）が成り立つ。
【数４】
2008277275.tif 000006
【００５９】
振幅ＭIｋ、ＭＶIｋの実効値および力率（ｃｏｓ（φIｋ−φＶIｋ））から、コンデンサに印加された電力Ｐが次式（４）のように求められる。
【数１】
2008277275.tif 000007
【００６０】
このようにして、基板近傍の２点の実測値Ｖ１，Ｖ２に基づいて求められた電力Ｐは、基板直下の高周波電力、すなわち、プラズマの制御に利用可能な電力にほぼ等しいと考えられる。また、このようにして求められた式（４）により算出される電力Ｐに含まれる計測誤差は、コンデンサの容量をシース容量の４．２倍以下（好ましくは２．１倍以下）にすることにより充分に小さくすることができる。このようにして、シース容量の４．２倍以下（好ましくは２．１倍以下）の容量をもつコンデンサの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２の実測値に基づき、式（４）を用いてサセプタ１０６に印加される高周波電力Ｐを求めることにより、プラズマの制御に利用可能な電力を正確に把握することができる。
【００６１】
制御回路１４８ｄは、算出された電力から目標とする所望のプロセス処理を行うために投入すべき高周波電源１１２の電力を求め、求められた電力情報をもつ制御信号を高周波電源１１２に向けて出力する。これにより、高周波電源１１２から所望の高周波電力を有する高周波信号が出力され、この結果、基板Ｇ直下の電力を所望の値に制御することができる。これにより、エッチング速度などのプロセス速度をより正確に制御することができ、基板Ｇを精度よくプラズマ処理することができる。制御装置１４８が、計測結果に基づき実行する電力のフィードバック制御については、さらに後述する。
【００６２】
（シース電圧）
処理容器１００内で生成されたプラズマには、電子とイオンを含む荷電粒子が存在する。電子は、軽いため高速に運動する。一方、イオンは重いため電子の動きより遅い。よって、プラズマが生成されると、プラズマ中の電子が先に処理容器１００の内壁表面や基板Ｇの表面に衝突し、壁面の表面に存在するイオンと結合する。これにより、処理容器１００の内壁表面や基板Ｇの表面は、イオンを失って負に帯電する。負に帯電された処理容器の内壁表面や基板表面は、電子を退け、イオンを引きつける。このため、これらの表面は、正電荷で覆われる。これは、一般的に空間電荷、すなわち、シースと呼ばれている。
【００６３】
図３（ａ）には、モデル化されたマイクロ波プラズマ処理装置１０が示されている。バッフル板１２０の上方には、処理容器１００の内部壁面の表面に形成されたグラウンド側シースＳｕが形成されている。また、基板Ｇの表面には、電極側シースＳｌが形成されている。各シースＳｕ、Ｓｌがもつ電位は、重いイオンを各表面に引き寄せる働きをする。特に、電極側シースＳｌの電位Ｖｄｃは、主としてプラズマ中のイオンが基板Ｇに衝突する際のエネルギーを決定する。よって、電極側シースＳｌの電位Ｖｄｃを正確に制御することができれば、エッチング速度や膜質などを精度良く制御することができる。
【００６４】
（計測誤差）
そこで、電極側シースＳｌの電位Ｖｄｃを正確に制御する方法として精度良く高周波電源１１２を制御するためには、前述したように、コンデンサ１０８ａの容量が、シース容量の４．２倍以下であることが必要である。これは、コンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２から電力Ｐを求める過程で、コンデンサ１０８ａの容量が、シース容量の４．２倍以下であれば、算出された電力Ｐに含まれる計測誤差は許容される程度の値をとることが、発明者らにより裏付けられたからである。この裏付け方法について以下に説明する。
【００６５】
コンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅の比をαｋ（＝Ｍｖ１Ｋ／Ｍｖ２ｋ）とし、電圧Ｖ１，Ｖ２の位相差をφｋとするとΔＶ（＝Ｖ２―Ｖ１＝Ｉ／ｊωＣ）の位相θｋおよび振幅ＭΔｖｋは、次のように展開される。ここで、ｋは高調波の次数である。
【数５】
2008277275.tif 000008
【００６６】
つぎに、発明者らは、計測電力Ｐに含まれる誤差の見積もりを、図３（ａ）のモデル化されたマイクロ波プラズマ処理装置１０に対する図３（ｂ）の等価回路に基づき考察した。ここで、グラウンド側シースＳｕのインピーダンスＺｕは、容量性成分Ｃ２および誘導性成分Ｒ２を有している。電極側シースＳｌのインピーダンスＺｌは、容量性成分Ｃ１および誘導性成分Ｒ１を有している。グラウンド側シースＳｕと電極側シースＳｌとの間には、誘導性成分Ｒｐを有するプラズマのインピーダンスＺｐが存在している。さらに、本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１０の場合、以上に説明したインピーダンス（Ｚｕ，Ｚｌ，Ｚｐ）の総和Ｚ’に加えてコンデンサ１０８ａを付加したことに伴うインピーダンスＺが存在する。
【００６７】
このとき、次式が成り立つ。
ν＝１／αｋ＝Ｖ２／Ｖ１＝（Ｚ＋Ｚ’）／Ｚ’＝Ｚ／Ｚ’＋１
【００６８】
つぎに、この式を用いて、位相差（−φｋ）および電圧比Ｖ２／Ｖ１（＝１／αｋ（＝Ｍｖ２Ｋ／Ｍｖ１ｋ））の絶対値を評価する。なお、その際の条件は、Ｒｐ≒０、Ｒ１，２＞＞１／ωＣ１，２（＝１／ωＣ）である。
【００６９】
（位相の評価）
まず、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との位相差φについて評価する。図４は、横軸が実数軸、縦軸が虚数軸の複素平面にてＺとＺ’と角度εとの関係を示したものである。
【００７０】
前述したように、電圧比とインピーダンス比は次の式にて表される。
Ｖ２／Ｖ１＝Ｚ／Ｚ’＋１
また、図４から、次式が求められる。
ａｒｇ（Ｚ）＝−π／２
ａｒｇ（Ｚ’）＝−π／２＋ε
ａｒｇ（Ｚ／Ｚ’）＝ε
【００７１】
以上から次式が導かれる。
｜ａｒｇ（ν）｜＝｜ａｒｇ（Ｚ／Ｚ’ ＋１）｜＜｜ε｜
【００７２】
Ｒｐ≒０、Ｒ１，２＞＞１／ωＣであるから、｜ε｜は非常に小さい値となり、ａｒｇ（ν）≒０と近似することができる。この結果、電圧Ｖ２と電圧Ｖ１との位相差φの絶対値は、コンデンサ１０８ａの容量Ｃに寄らず小さな値になると考えられる。
【００７３】
（電圧比の絶対値の評価）
つぎに、電圧比Ｖ２／Ｖ１の絶対値について評価する。電圧比Ｖ２／Ｖ１の絶対値は、前述した式から次のように表される。
１／α＝｜ν｜＝｜Ｖ２／Ｖ１｜＝｜Ｚ／Ｚ’＋１｜
Ｚ／Ｚ’≒Ｃ１Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｃ
ここで、Ｒ１，２＞＞１／ωＣ、Ｒｐ≒０である。
【００７４】
図５は、横軸の電子温度Ｔｅ（ｅＶ）、縦軸の電子密度Ｎｅ（ｃｍ−３）に対するＶ２／Ｖ１の絶対値が、コンデンサの容量Ｃとシースの容量Ｃシースとの大小関係においてどのような値を取るかを示した図である。このグラフによれば、電子温度Ｔｅおよび電子密度Ｎｅにて示されるプラズマの状態によりＶ２／Ｖ１の絶対値は変化する。シースの容量Ｃシースがコンデンサの容量Ｃにほぼ等しいとき、実測によりα＝｜Ｖ１／Ｖ２｜＝０．６６７であるから、Ｖ２／Ｖ１の絶対値は「１．５」に漸近する。
【００７５】
一方、シースの容量Ｃシースがコンデンサの容量Ｃの１／１０にほぼ等しいとき、実測によりα＝｜Ｖ１／Ｖ２｜＝０．９５２であるから、Ｖ２／Ｖ１の絶対値は「１．０５」に漸近する。
【００７６】
（誤差の見積もり）
つぎに、実測値Ｖ１、Ｖ２の振幅αおよび位相φの誤差δαｋ、δφｋが、電圧Ｖ１，Ｖ２の振幅差ＭΔＶｋおよび電圧Ｖ１，Ｖ２の位相差φｋに与える影響について見積もるために、それぞれの偏微分を計算した。
【数６】
2008277275.tif 000009
ＭΔＶｋ：Ｖ１とＶ２の振幅差  φｋ：Ｖ１とＶ２の位相差  ＭＶ２ｋ：Ｖ２の振幅
αｋ：Ｖ１とＶ２の絶対値の比  φｋ：Ｖ１とＶ２の位相差
【００７７】
前述した位相の評価により、位相差φｋはほぼ「０」に近くなることが分かっている。そこで、φｋ＝０の付近での各式（５）〜（８）の振る舞いを近似的に表すとつぎのようになる。
【数７】
2008277275.tif 000010
ＭＶ２ｋ：Ｖ２の振幅  αｋ：Ｖ１とＶ２の絶対値の比
θｋ：Ｖ１とＶ２の位相  φｋ：Ｖ１とＶ２の位相差
【００７８】
以上のように近似した式（５）〜（８）を考察すると、式（８）について言えば、αｋが「１」に漸近するような条件では、式（８）の値は発散する。これは、Ｖ１とＶ２の位相の計測誤差が、Ｖ２−Ｖ１（＝Ｉ／ｊωＣ）の位相誤差に与える影響が大きくなることを意味する。
【００７９】
また、式（６）を見ると、φ＝０では、式（６）の値は、「０」となるものの、分母に（１−αｋ）２があるため、αｋが「１」に漸近する、その近傍では大きな値を取る。式（６）が大きな値を取るということは、Ｖ１とＶ２の絶対値の計算誤差が、位相誤差の原因となりうることを意味する。
【００８０】
また、いずれの場合においても、αｋ（Ｖ１とＶ２の絶対値の比）が「１」に漸近するのは、つまり、図５に示した１Ｅ＋１０に近づくのは、電子密度（プラズマ密度）Ｎｅが低い場合または電子温度Ｔｅが高い場合の少なくともいずれかの場合であって、そのようなときに誤差が発生しやすくなることが分かる。
【００８１】
（計測）
以上の誤差の見積もりを踏まえて、発明者らは、以上に説明したコンデンサ１０８ａを有するマイクロ波プラズマ処理装置１０を用いて実際に計測を行った。まず、発明者らは、図６に示したように、サセプタ１０６上に同じ面積のプレートを８枚、ガラス基板Ｇ４、金属電極ＭＰ４、ガラス基板Ｇ３、金属電極ＭＰ３、ガラス基板Ｇ２、金属電極ＭＰ２、ガラス基板Ｇ１、金属電極ＭＰ１の順に積層させた。最上部にはアルミ板Ｗｇの重しを置き、各金属電極間の容量の安定化を図った。
【００８２】
コンデンサの容量Ｃは、シース容量の４．２倍以下とし、具体的には、金属電極ＭＰ４および金属電極ＭＰ３から構成されるコンデンサの容量Ｃ４３は、１．００１×１０−８（Ｆ）、金属電極ＭＰ３および金属電極ＭＰ２から構成されるコンデンサの容量Ｃ３２は、１．０１９×１０−８（Ｆ）、金属電極ＭＰ２および金属電極ＭＰ１から構成されるコンデンサの容量Ｃ２１は、１．０１５×１０−８（Ｆ）とした。
【００８３】
計測に際しては、オシロスコープのキャリブレーション（較正）として、一番上に置かれたアルミ板Ｗｇにすべてのプローブを取り付けて、同一の信号を計測し、その波形によりチャンネル間の振幅、位相を補正するテーブルを作成した。
【００８４】
プロセス条件としては、処理容器１００の上部から５５００Ｗまたは３０００Ｗのマイクロ波を供給した。下部に位置する高周波電源１１２からは、１００Ｗの高周波電力を出力した。また、処理室Ｕの圧力を３０ｍＴｏｒｒに制御した。また、処理ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスを５００ｓｃｃｍ導入した。
【００８５】
このように設定された実験装置を用いて、発明者らは、プロセス実行中、４枚の金属電極ＭＰ１〜ＭＰ４を用いて電圧Ｖ１〜Ｖ４を実測し、各電圧の電位差（Ｖ２／Ｖ１、Ｖ３／Ｖ２、Ｖ４／Ｖ３）を求めた。その結果を図７に示す
【００８６】
図７は、マイクロ波のパワーＰμを３０００Ｗまたは５５００Ｗに設定した場合であって、高周波電力Ｐｒｆを１００Ｗまたは５００Ｗに設定したときの各電極電圧（Ｖ１〜Ｖ４）の測定結果および測定結果から算出される電圧の振幅の比率Ｖ２／Ｖ１、Ｖ３／Ｖ２、Ｖ４／Ｖ３を示している。すなわち、発明者らは、最初に、マイクロ波のパワーＰμが３０００Ｗであって高周波電力Ｐｒｆが１００Ｗと５００Ｗのときの各電極電圧（Ｖ）および各位相（ｒａｄ）を測定し、これらから電圧の振幅の比率を求め、つぎに、マイクロ波のパワーＰμが５５００Ｗであって高周波電力Ｐｒｆが１００Ｗと５００Ｗのときの各電極電圧（Ｖ）および各位相（ｒａｄ）を測定し、これらから電圧の振幅の比率を求めた。
【００８７】
つぎに、発明者らは、測定された各電極電圧（Ｖ）および各位相（ｒａｄ）に基づき式（４）を用いて計算される図８の電流波形（Ｉ２１、Ｉ３２、Ｉ４３）および電力（Ｐ２１、Ｐ３２、Ｐ４３）を算出した。これによれば、マイクロ波のパワーが５５００Ｗの場合には、図７に示した各基板の電極電位（Ｖ４、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１）から計算される図８の電流波形および電力の値は、比較的よく一致したが、３０００Ｗの場合には、精度が悪くなった。
【００８８】
この結果は、マイクロ波のパワーＰμが５５００Ｗのときのようにプラズマ密度（電子密度Ｎｅ）が高くも低くもなく適度な密度である場合には、図５に示したように、シースの容量Ｃシースはコンデンサの容量Ｃにほぼ等しくなり、Ｖ２／Ｖ１の絶対値は「１．５」に漸近するため、コンデンサの容量Ｃをどのような値にしても誤差は発生しにくく、マイクロ波のパワーＰμが３０００Ｗのときのようにプラズマ密度（電子密度Ｎｅ）が低い場合には、シースの容量Ｃシースがコンデンサの容量Ｃの１／１０にほぼ等しくなり、Ｖ２／Ｖ１の絶対値は「１．０５」に漸近するため、誤差が発生しやすくなるという前記式（５）〜（８）の考察の結果と一致する。
【００８９】
図７にて、電圧の振幅の比率を見てみると、電圧の振幅の比率は、マイクロ波のパワーに依存し、高周波電力には依存していない。そこで、マイクロ波のパワーに注目すると、マイクロ波のパワーが５５００Ｗの場合、各比率は、１．２６〜２程度になっている。一方、マイクロ波のパワーが３０００Ｗの場合、各比率は、１．１１〜１．２８程度になっている。これにより、発明者らは、現状の計測精度では、電圧振幅の比が１．２程度を境界として計測誤差が大きくなること、すなわち、電圧振幅の比率は、１．２程度を境として計測精度が悪化することが分かった。また、確実に計測誤差をなくすためには、電圧振幅の比率は、１．４程度にすべきことが分かった。
【００９０】
（コンデンサの容量の最適化）
以上の実験結果から、発明者らは、測定誤差が許容範囲となるコンデンサの容量の最適値について次のように考えた。前述したように、発明者らが試みた誤差の見積もり中の位相の評価によれば、位相φｋはほぼ「０」に近くなることがわかっっている。そこで、図３（ａ）に示したように、コンデンサのインピーダンスＺ、およびグラウンド側シースのインピーダンスＺｕと電極側シースのインピーダンスＺｌとプラズマのインピーダンスＺｐとの総和Ｚ’を実数で近似することにより、シース容量Ｃシースとコンデンサの容量Ｃとの関係は、次のようにして導き出せる。
【００９１】
Ｃシース＝Ｃ２（図３（ｂ）のグラウンド側シース容量）＝ψＣ１（電極側シース容量）とする。
前述したように、ν＝１／αｋ＝Ｖ２／Ｖ１＝（Ｚ＋Ｚ’）／Ｚ’＝１＋Ｚ／Ｚ’、および、Ｚ／Ｚ’≒Ｃ１Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｃであるから、これらの式に上記容量の関係を代入すると、
ν＝１＋Ｚ／Ｚ’＝１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝
【００９２】
現状の計測精度では、電圧振幅の比が１．２程度を境界として計測誤差が大きくなるという前記結果から、ＣシースとＣとの関係としてつぎのことがいえる。
１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝≧１．２・・・（９）
【００９３】
ここで、ψが「１」に等しいとき、すなわち、シース容量Ｃシースがグラウンド側シース容量Ｃ２及び電極側シース容量Ｃ１に等しいとき、シース容量Ｃシースの係数５ψ／（１＋ψ）は、２．５になる。しかし、ψが「１」に等しいときとは、グラウンド側シース容量と電極側シース容量が等しいときである。プラズマが生成されているときのシース領域の広狭を考えるとグラウンド側シース容量と電極側シース容量が等しくなることは考えられず、実際には、グラウンド側シース容量は、電極側シース容量の１．５倍〜５倍程度になると考えられる。そこで、ψ＝１．５〜５として上式（９）を計算すると、ψが「１．５」のとき、コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの３倍以下となり、ψが「５」のとき、コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの４．２倍以下となる。よって、発目者らは、測定誤差が許容範囲となるコンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの４．２倍以下であると結論付けた。
【００９４】
また、確実に計測誤差をなくすためには、前述したとおり、電圧振幅の比率は、１．４程度にすべきであり、この場合には、次式が成り立つ。
１＋ψ×Ｃシース２／｛（１＋ψ）×Ｃシース×Ｃ｝≧１．４・・・（１０）
【００９５】
ここでも先程の計算と同様に、ψ＝１．５〜５として上式（１０）を計算すると、ψが「１．５」のとき、コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの１．５倍以下となり、ψが「５」のとき、コンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの２．１倍以下となる。よって、発目者らは、確実に計測誤差をなくすことのできるコンデンサの容量Ｃは、シース容量Ｃシースの２．１倍以下であると結論付けた。
【００９６】
以上の実験から、本実施形態にかかる計測手段２０によれば、コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にすれば、コンデンサ１０８ａの電力を精度良く計測することができ、また、確実に誤差をなくすためには、コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの２．１倍以下にすることが好ましいことがわかった。そして、このように容量Ｃが定められたコンデンサ１０８ａを用いた計測結果に基づき、高周波電力をプラズマの制御により効率的に利用するための設計（すなわち、設計時の処理装置の構成、材質など）の最適化を図ることができる。
【００９７】
以上の考察および実験により、計測のために設けるコンデンサ１０８ａの容量Ｃがシース容量Ｃシースの５倍以上になると、計測誤差が大きくなることが分かった。以上から、発明者らは、計測のために設けるコンデンサの容量Ｃは、シース容量よりも４．２倍以下であって、十分に小さく（好ましくは２．１倍以下）する必要があることをつきとめた。
【００９８】
そこで、発明者らは、コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にするために、複数の方法を考えた。一つ目は、図１に示したように、基板Ｇと同面積の電極をサセプタ１０６内であってサセプタ１０６上に載置された基板Ｇに対向する位置に設けるとともに、誘電率の低い誘電体１０８ｂを挟む方法である。または、誘電率の低い誘電体１０８ｂを挟む代わりに、電極間の距離を大きくすることにより、コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にしてもよい。
【００９９】
これによれば、コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にすることにより、計測された電極間の電圧Ｖ１，Ｖ２に含まれる計測誤差を非常に小さくすることができる。ただし、この方法では、プラズマ条件が変わった場合においても、コンデンサ１０８ａの容量を十分に小さくする必要がある。
【０１００】
（フィードバック制御）
制御装置１４８が実行するフィードバック制御について、図１３に示したフィードバック制御のフローチャートを参照しながら説明する。なお、制御装置１４８の記憶領域（図示せず）には、膜に混入させるイオンの量により定められる膜質Ｄとその膜質を得るための電力Ｐとの関係が示されたテーブルＴが予め格納されている。ここでは、目標とする膜質Ｄｓを得るために、初期状態では高周波電源１１２から電力Ｐｓが出力されることとする。
【０１０１】
制御装置１４８により実行されるフィードバック制御は、図１３のステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３０５にてコンデンサ１０８の両極の電圧Ｖ１、Ｖ２を測定する。つぎに、ステップ１３１０にて測定された電圧Ｖ１、Ｖ２を波形整形し、ステップ１３１５に進んで、電圧Ｖ１，Ｖ２を周波数成分、すなわち、電源周波数を基本波とする高調波成分に分解し、最小二乗法により係数を決定する。次に、ステップ１３２０にて式（１）〜式（３）に基づき各周波数での振幅Ｍｋ、位相差φＫを計算し、ステップ１３２５にて、求められた振幅ＭIｋ，ＭＶIｋの実効値および力率（ｃｏｓ（φIｋ−φＶIｋ））を式（４）に代入することによりコンデンサに印加された電力Ｐｒを算出する。
【０１０２】
電力Ｐｒがコンデンサ１０８ａ（サセプタ１０６）に印加されている場合、図１４によれば、形成された膜の膜質Ｄｒは目標とする膜質Ｄｓと異なっているため、欲する膜の特性からずれている。そこで、ステップ１３３０に進んで、テーブルＴに基づき、目標とする膜質Ｄｓが得られる電力Ｐｓと算出された電力Ｐｒとの電力差Ｐｄ（＝Ｐｒ−Ｐｓ）を求める。ついで、ステップ１３３５に進み、電力差Ｐｄが「０」以上と判定された場合、図１４のテーブルＴに示したように、コンデンサ１０８ａに印加された電力Ｐｒは理想の電力Ｐｓより大きいので、ステップ１３４０にて高周波電源１１２から出力する電力Ｐを電力差Ｐｄだけ小さくするように制御し、ステップ１３９５にて処理を終了する。一方、ステップ１３３５にて電力差Ｐｄが「０」の値より小さいと判定された場合、コンデンサ１０８ａに印加された電力Ｐｒは理想の電力Ｐｓより小さいので、ステップ１３４５にて高周波電源１１２から出力する電力Ｐを電力差Ｐｄだけ大きくするように制御し、ステップ１３９５にて処理を終了する。
【０１０３】
以上に説明したように、制御装置１４８を用いてサセプタ１０６に印加される高周波電力を直接計測することにより、電力のより正確なフィードバック制御を実現することができる。この結果、処理室の状態やプロセスの種類に左右されずに良質の膜を非常に高い精度で成膜し続けることができる。
【０１０４】
また、式（４）によれば、他のデータを必要とすることなく、電極間の電圧Ｖ１，Ｖ２のみのデータに基づいて電力Ｐが算出される。また、電極全面にて電力を計測することができる。これにより、非常に正確な計測を実現することができる。このようにして、シース容量の４．２倍以下の容量をもつコンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２を実測し、その実測値から高周波電力を求めることにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に把握することができる。
【０１０５】
（変形例１）
コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にするために発明者らが見いだした二つ目の方法は、図９に示したように、基板Ｇに対向しない、すなわち、プロセスに影響しない、サセプタ１０６の端部に小さな電極（コンデンサ１０８ａ）を形成する方法である。
【０１０６】
これによっても、一つ目の方法と同様に、コンデンサの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２の実測値に基づきサセプタ１０６の高周波電力Ｐを算出することにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に導き出すことができる。これに加えて、変形例１の方法によれば、プロセスに影響を与えずに電圧Ｖ１，Ｖ２を計測することができる。また、コンデンサ１０８ａの容量を容易に小さくすることができる。ただし、基板に対向しない部分で電圧Ｖ１，Ｖ２を計測するため、電極内部の面内分布が大きい場合などに計測結果と実際の電力値との間に誤差が生じる場合がある。
【０１０７】
（変形例２）
コンデンサ１０８ａの容量Ｃをシース容量Ｃシースの４．２倍以下にするために発明者らが見いだした三つ目の方法は、図１０に示したように、サセプタ１０６の下部の給電棒１０６ａの内部にて電源線１１４ａにコンデンサ１０８ａを接続する方法である。
【０１０８】
これによっても、コンデンサ１０８ａの両極の電圧Ｖ１，Ｖ２の実測値に基づきサセプタ１０６の高周波電力Ｐを求めることにより、プラズマの制御に利用可能な基板直下の高周波電力を正確に導き出すことができる。ただし、サセプタ１０６下部から処理容器１００への電力漏洩がある場合には、その電力漏洩を検出することができない場合がある。
【０１０９】
（変形例３）
さらに、図１、図９および図１０に示したいずれのコンデンサ１０８ａにおいても、たとえば、図１１に示したように、コンデンサ１０８ａに直列に共振回路（ＬＣ＝１／ω０２；ω０共振周波数）としてのインダクタ１５０を接続してもよい。
【０１１０】
これによれば、コンデンサ１０８ａを設けたことにより増加した負荷インピーダンスをインダクタ１５０（直列共振回路）によりうち消すことにより、電源線１１４ａのインピーダンスを小さくすることができる。これにより、整合器１１０の負荷を低減することができる。
【０１１１】
以上に説明した実施形態およびその変形例によれば、コンデンサ１０８ａを用いて基板直下の電力を精度良く計測することができる。
【０１１２】
なお、以上に説明した実施形態では、プラズマを制御するためのパラメータとしてコンデンサ１０８ａの両極の電気信号の電圧値を測定したが、これに限られず、電圧値、電流値、位相値の少なくともいずれかまたはこれらの組み合わせを計測してもよい。
【０１１３】
また、コンデンサの面積が基板のサイズより小さい場合には、シース容量Ｃシース（＝グラウンド側シース容量Ｃ２）の限定を変えてもよい。
【０１１４】
また、制御回路１４８ｄは、計測手段２０により計測されたパラメータを用いて高周波電力を算出し、算出された高周波電力に基づいて高周波電源１１２をフィードバック制御する制御部の一例である。すなわち、制御部は、ハードウエア（回路）によって構成されていてもよく、ソフトウエア（プログラム）によって構成されていてもよい。
【０１１５】
処理装置にて処理される基板Ｇのサイズは、たとえば、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の寸法：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）のＧ４．５基板サイズや、１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の寸法：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）のＧ５基板サイズであってもよい。また、所望の処理が施される被処理体は、上記サイズの基板Ｇに限られず、たとえば２００ｍｍや３００ｍｍのシリコンウエハであってもよい。
【０１１６】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置を用いた計測装置の実施形態を、プラズマ処理装置を用いた計測方法の実施形態とすることができる。
【０１１７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１８】
たとえば、本発明にかかる計測システムＳは、図１に示したマイクロ波プラズマ処理装置１０のカソード側の電極(下部電極、ＲＩモード)の電圧を計測するだけでなく、図１２に示したマイクロ波プラズマ処理装置にて生成されるプラズマを制御するパラメータとしてアノード側の電極(上部電極、ＲＩモード)の電圧を計測してもよい。
【０１１９】
すなわち、本発明にかかる計測システムは、図１のマイクロ波プラズマ処理装置に示したように、基板Ｇが高周波電源側に置かれたカソードカップリングにおいて、電極の電圧を計測する場合に限られず、図１２のマイクロ波プラズマ処理装置に示したように、基板Ｇを接地電極側におき、上部からマイクロ波を照射することによりプラズマを生成するアノードカップリングにおいて、電極の電圧を計測する場合にも利用することができる。特に、アノードカップリングでは、処理室上部にて生成されたプラズマが、拡散される間に、処理容器の内部側壁にてロスするため、電極の電圧を実測する意義は大きい。
【０１２０】
また、本発明にかかる誘電体部材を用いたプラズマ処理装置としては、上述した複数枚の誘電体窓パーツを有するマイクロ波プラズマ処理装置に限られず、ＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）型マイクロ波プラズマ処理装置、誘導結合型（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、容量結合型プラズマ処理装置、電子サイクロトロン方式（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）のプラズマ処理装置に使用することができる。したがって、本発明にかかる計測システムは、このような多種のプラズマ処理装置のアノード側またはカソード側の電極の電圧の計測に利用することができる。
【０１２１】
さらに、プラズマ処理装置にて実行されるプロセスは、エッチング処理、スパッタリング処理、ＣＶＤ処理などその種類は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。
【図２】制御装置の内部構成図である。
【図３】図３（ａ）は、処理装置内の電気的状態を説明するための図であり、図３（ｂ）は、等価回路を示した図である。
【図４】複素平面にてＺとＺ’との関係を示した図である。
【図５】プラズマの状態変化に対するＶ２／Ｖ１の絶対値の変化をコンデンサの容量Ｃとシースの容量Ｃシースとの大小関係に基づきグラフに示した図である。
【図６】実験装置の電極近傍を拡大した図である。
【図７】各基板の電極電位の計測結果を示した図である。
【図８】計測された電位から計算される電流波形および電力を示した図である。
【図９】変形例１にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。
【図１０】変形例２にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。
【図１１】変形例３にかかるマイクロ波プラズマ処理装置を含んだ計測システム構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の変形例を含んだ計測システム構成図である。
【図１３】高周波電力のフィードバック制御を示したフローチャートである。
【図１４】電力と膜質との関係を示したテーブルである。
【図１５】関連するプラズマ処理装置を含んだシステム構成図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０                  マイクロ波プラズマ処理装置
２０                  計測手段
１００、１００５      処理容器
１０６、１０１０      サセプタ
１０６ａ、１０１０ａ  給電棒
１０８                給電部
１０８ａ              コンデンサ
１０８ｂ              誘電体
１１０、１０２５      整合器
１１２、１０２０      高周波電源
１１４ａ、１１４ｂ、１０３０ａ、１０３０ｂ  電源線
１４２ａ、１４２ｂ    プローブ
１４４ａ、１４４ｂ    オシロスコープ
１４８                制御装置
１５０                インダクタ
Ｓ                    計測システム
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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