(57)【要約】【課題】配設方向による依存が低いプラズマ密度情報測定用プローブおよびそれを用いたプラズマ密度情報測定方法並びにその装置、プラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理方法およびその装置を提供することを目的とする。【解決手段】測定プローブ７は、同軸ケーブル１０の先端部を加工成形することによって構成されており、この同軸ケーブル１０は誘電体製のチューブ１９に被覆されている。先端部において同軸ケーブル１０の中心導体１０ｄはアンテナの機能を果たし、アンテナ付近ではチューブ１９は、球形状に構成されているとともに、アンテナである先端部における中心導体１０ｄも、球形状に構成されている。このように構成することで、配設方向による依存が低い測定プローブ７を実現することができる。【選択図】　　　　図２
2004039733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマに供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定するプラズマ密度情報測定用プローブであって、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、前記第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、前記アンテナが構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、少なくとも前記誘電体性領域は球形状に構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、少なくとも前記誘電体性領域は正多面体で構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、少なくとも前記誘電体性領域は、円状の軌跡の一部分に沿って湾曲された円筒形状に構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、前記アンテナは、前記誘電体性領域に直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、前記アンテナと誘電体性領域との間には空隙が介在されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ密度情報測定方法であって、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、（ｂ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記（ａ）の過程は、磁化されたプラズマに供給する過程であって、前記（ｂ）の過程は、磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程であることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマ密度情報測定方法において、プラズマを磁化する磁場の方向が、前記第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定することを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定方法において、プラズマ処理室の壁もしくはプラズマ処理に関する被処理物の長手方向が、前記第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定することを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定方法において、プラズマ処理を行うための印加電極の面が、前記第１平面または第２平面に平行になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定することを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ密度情報測定装置において、プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブとを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理方法であって、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、（ｂ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｃ）測定された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する過程とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプラズマ処理方法において、前記（ａ）の過程は、磁化されたプラズマに供給する過程であって、前記（ｂ）の過程は、磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程であって、前記（ｃ）の過程は、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を制御する過程であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプラズマ処理方法において、プラズマを磁化する磁場の方向が、前記第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１７】
請求項１４から請求項１６のいずれかに記載のプラズマ処理方法において、プラズマ処理室の壁もしくはプラズマ処理に関する被処理物の長手方向が、前記第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１８】
請求項１４から請求項１７のいずれかに記載のプラズマ処理方法において、プラズマ処理を行うための印加電極の面が、前記第１平面または第２平面に平行になるように、前記プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理装置であって、プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブと、測定された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や薄膜素子の製造工程や、粒子ビーム源あるいは分析装置等に用いられるプラズマ密度情報測定用プローブおよびそれを用いたプラズマ密度情報測定方法並びにその装置、プラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを応用した技術として、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）やプラズマエッチング等が知られている。このようなプラズマ応用技術では、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理室（例えばチャンバ）内のプラズマが経時的に変化するので、生成プラズマの特性を良く示すプラズマ密度に関する情報、すなわちプラズマ密度情報を十分に把握することが、適切な処理を行う上で非常に重要となる。プラズマ密度情報に関する有用な物理量として電子密度に関係する量、すなわち吸収周波数や、プラズマ表面波共鳴周波数等がある。これらの周波数等を測定することによってプラズマ密度情報を十分に把握してプラズマ処理を行うことができる。
【０００３】
プラズマ密度情報を測定する手法として、本発明者は、特開２０００−１００５９８号の発明を先に提案している。この発明では、図１８に示すように、プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用プローブ１０１（以下、適宜『測定プローブ１０１』と略記する）をプラズマ処理室であるチャンバ１０２内に挿入して、プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源１０３（以下、適宜『測定用電源１０３』と略記する）からプラズマ密度情報測定用電力（以下、適宜『測定用電力』と略記する）をチャンバ１０２内のプラズマＰＭに供給することによって測定が行われる。測定プローブ１０１は電力を放射するアンテナ１０４と、測定用電力を伝送する同軸ケーブル１０５と、先端が閉じられた誘電体製のチューブ１０６とから構成されており、この誘電体製のチューブ１０６内にアンテナ１０４と同軸ケーブル１０５とが接続されて挿設されている。
【０００４】
測定用電源１０３から測定用電力は同軸ケーブル１０５を介してアンテナ１０４に放射されて、チャンバ１０２内のプラズマＰＭに供給される。チャンバ１０２内のプラズマＰＭに供給された測定用電力は、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて同軸ケーブル１０５を介して戻ってくる。つまり、プラズマＰＭに供給された測定用電力によって、測定プローブ１０１の誘電体製のチューブ１０６の表面にプラズマによる表面波が励起して、それによってプラズマ負荷の吸収または反射が起こる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報が測定される。
【０００５】
詳述すると、測定用電源１０３は周波数掃引式であって、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電力が吸収または反射されると、チャンバ１０２内のプラズマＰＭに供給した方向とは逆方向に電力の反射分が伝送されて、測定プローブ１０１と測定用電源１０３との間に配設されている方向性結合器１０７で検出されてモニタなどに出力する出力装置１０８に送り込まれる。出力装置１０８には測定用電源６から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【０００６】
出力装置１０８は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、測定用電力の反射率の対周波数変化を求める。つまり、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算を行い測定用電力の反射率を求め、掃引される周波数と測定用電力の反射率とを対応付けてプロットする。そして、得られた結果に基づいて、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。上述の吸収周波数は電子密度などのようなプラズマ密度情報と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、プラズマ密度情報が容易に求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する測定プローブを用いてプラズマ密度情報を測定すると、次のような問題がある。
例えばマイクロ波と磁場とを印加して電子の共鳴的加速を起こす電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）（以下、『ＥＣＲ』とする）による放電を利用したＥＣＲプラズマ等、磁化されたプラズマ中ではプラズマ密度情報を正確に測定することができない、あるいはチャンバの壁や被処理物（例えば半導体素子や薄膜素子の製造工程に用いられる基板）の近傍におけるプラズマ中またはＣＶＤやエッチング処理を行うべくバイアス電圧を印加することによるビーム要素の強いプラズマ中ではプラズマ密度情報を正確に測定することができないという問題がある。以下に、詳しく説明する。
【０００８】
磁化されたプラズマ、すなわち有磁場のプラズマ中では磁場の影響により、無磁場のプラズマ中で観測された吸収周波数における吸収ポイントからシフトしてしまう。従って、無磁場のときに用いた方法で、有磁場のプラズマ中で観測された吸収周波数から電子密度等のプラズマ密度情報を導出しても、プラズマ密度情報を正確に測定することができない。さらに、磁場の大きさが同じであっても磁場の方向が異なれば、磁場中で測定されたプラズマ密度情報の結果も異なってくる。
【０００９】
また、チャンバの壁や被処理物の近傍ではプラズマ分布が大きく、チャンバの壁または被処理物に沿って測定プローブを配設する場合と、チャンバの壁または被処理物に対して垂直方向に測定プローブを配設する場合とでは、プラズマ密度情報の結果も異なってくる。
【００１０】
また、プラズマ中またはＣＶＤやエッチング処理を行うためにバイアス電圧を印加すると、プラズマ中のイオンなどが印加された電極に向かって一斉に移動するので、イオンなどが移動する方向に沿って測定プローブを配設する場合と、イオンなどが移動する方向に対して垂直方向に測定プローブを配設する場合とでは、プラズマ密度情報の結果も異なってくる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、配設方向による依存が低いプラズマ密度情報測定用プローブおよびそれを用いたプラズマ密度情報測定方法並びにその装置、プラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
マックスウェルの方程式を時間，空間で差分化し、出力点の時間応答を得るＦＤＴＤ法　（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｍｅｔｈｏｄ）を用いてシミュレーションを行った。図１９は、測定プローブの長手方向（すなわちプローブの同軸方向）に対して垂直に磁場をかけたときの、後述するｆＭＥＳにおけるプローブ周辺の電界強度の２乗分布を模式的に表した図である。このとき、電磁波は測定プローブ表面の誘電体とプラズマとの界面において表面波を励起させ、同軸方向である長手方向に伝搬する。伝搬した表面波は、同軸の両端で反射し、強い定在波を励起させ、プローブの先端で領域の長さで節，腹，節を形成し、共鳴吸収している様子が図１９からわかる。
【００１３】
また、このとき、表面波が励起する面はプローブの同軸に対して回転対称であるので、磁場がプローブの長手方向（同軸方向）に対して垂直である限り、同じｆＭＥＳで共鳴吸収を示す。なお、ｆＭＥＳは、後述する『基本吸収周波数（または０次の吸収周波数）』と呼ばれる周波数であって、有用なプラズマ密度情報の１つである。
【００１４】
また、これと同じことが、磁場がプローブの長手方向に対して平行に印加されているときもおこる。しかし、垂直時のｆＭＥＳとは違う周波数の値になる。これはプラズマの等価誘電率が磁場と電界との方向によって異方性を示すからである（Ａ．　Ｗ．　Ｔｒｉｖｅｌｐｉｅｃｅ　ａｎｄ　Ｒ．　Ｗ．　Ｇｏｕｌｄ：　Ｊ．ＡｐｐｌＰｈｙｓ．　３０　（１９５９）　１７８４．）。従って、このような測定プローブの場合、磁場の方向と測定プローブの配設方向とを把握するか、または方向を一定にしないと、上述したようにプラズマ密度情報の結果も異なってくる。言い換えると、測定プローブの形状によっては、プラズマ密度情報に関して同じ結果を得られる可能性も考えられる。
【００１５】
そこで、本発明者は、磁場の方向はもちろんのこと、ビーム要素の強いプラズマの方向による依存が低い測定プローブ（プラズマ密度情報測定用プローブ）を構成することに想到した。このような知見に基づく本発明は、次のような構成をとる。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載の発明は、プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマに供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定するプラズマ密度情報測定用プローブであって、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（以下、適宜『測定用電源』と略記する）から供給されたプラズマ密度情報測定用電力（以下、適宜『測定用電力』と略記する）はプラズマ密度情報測定用プローブのケーブルを介してアンテナまで伝送されて、アンテナから放出されてプラズマ負荷に吸収されるか、反射されてケーブルを介して戻ってくる。つまり、プラズマ密度情報測定用プローブの表面である誘電体性領域にプラズマ表面波が励起されて、測定用電源から供給された測定用電力はその誘電体性領域を介してプラズマと結合して、それによってプラズマ負荷による吸収または反射が起こる。
【００１８】
ここで、例えば有磁場またはビーム要素の強いプラズマ中において、プラズマ密度情報測定用プローブの配設方向を、少しずつズラしながら測定して、配設方向の角度を横軸にとり、測定されたプラズマ密度情報の値を縦軸にとると正弦波を描く。つまり、ある配設方向の角度を０°としたとき、一番誤差が大きいのはその角度が９０°（または２７０°）になったときで、他の角度のときには９０°（または２７０°）ほどには誤差が大きくならない。
【００１９】
そこで、プラズマに結合する誘電体性領域について、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、その第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも誘電体性領域を構成すると、第１平面において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさとがほぼ等しくなるので、配設方向による依存が低いプラズマ密度情報測定用プローブを実現することができる。
【００２０】
また、誘電体性領域のみならず、アンテナについても同じように構成してよい。すなわち、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、アンテナを構成（請求項２に記載の発明）してもよい。このように構成することで、アンテナについても配設方向による依存が低くなるので、配設方向による依存がより低いプラズマ密度情報測定用プローブを実現することができる。
【００２１】
なお、配設方向の角度０°に対して、一番誤差が大きいのはその角度が９０°（または２７０°）になったときで、他の角度のときには９０°（または２７０°）ほどには誤差が大きくならないことから、第１平面または第２平面に対して垂直にならない面において累積された表面積の大きさが、第１平面または第２平面において累積された表面積の大きさに必ずしも一致する必要はないが、配設方向による依存がより一層低いプラズマ密度情報測定用プローブを実現するためには、第１平面または第２平面に対して垂直にならない面において累積された表面積の大きさについても、第１／第２平面において累積された表面積の大きさにほぼ等しくなるように誘電体性領域を構成するのが好ましい。
【００２２】
例えば、少なくとも誘電体性領域を球形状に構成（請求項３に記載の発明）してもよい。この場合、ある面において累積された表面積の大きさと、他の面において累積された表面積の大きさとが、すべての面について等しいので、配設方向による依存がより一層低いプラズマ密度情報測定用プローブを実現することができる。
【００２３】
また、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとが必ずしも完全に等しくなる必要はなく、『ほぼ』等しくなっていればよいので、例えば、少なくとも誘電体性領域を、正多面体（請求項４に記載の発明）、あるいは円状の軌跡の一部分に沿って湾曲された円筒形状（請求項５に記載の発明）に構成してもよい。なお、多面体については面の数が大きいほど球に近づくので、面の数が大きいほど配設方向による依存が低くなる。
【００２４】
また、アンテナは誘電体性領域に直接に被覆（請求項６に記載の発明）されていてもよいし、アンテナと誘電体性領域との間には空隙が介在（請求項７に記載の発明）されていてもよい。
【００２５】
かかるプラズマ密度情報測定用プローブを、下記の請求項８に記載の発明であるプラズマ密度情報測定方法に用いてもよい。すなわち、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ密度情報測定方法であって、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、（ｂ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
〔作用・効果〕請求項８に記載の発明によれば、（ａ）の過程においてプラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）からプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）をプラズマに供給すると、測定用電源から入射された測定用電力は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。（ｂ）の過程では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは配設方向による依存が低いので、配設方向による依存によらずにプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【００２７】
また、請求項８に記載のプラズマ密度情報測定方法において、（ａ）の過程は、磁化されたプラズマに供給する過程であって、（ｂ）の過程は、磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程（請求項９に記載の発明）、すなわち有磁場中でプラズマ密度情報を測定してもよい。有磁場の場合には、プラズマを磁化する磁場の方向が、第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定する（請求項１０に記載の発明）のが好ましい。このように測定することで、磁場の方向が第１平面に垂直の方向の場合でも、また磁場の方向が第２平面に垂直の方向の場合でも、それらの方向によらずにプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【００２８】
磁場に限らず、例えばプラズマ処理室の壁もしくはプラズマ処理に関する被処理物の長手方向が、第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定（請求項１１に記載の発明）してもよいし、プラズマ処理を行うための印加電極の面が、第１平面または第２平面に平行になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ密度情報を測定（請求項１２に記載の発明）してもよい。請求項１１に記載の発明の場合には、例えばチャンバの壁や基板の近傍のようなプラズマ分布が大きいときにおいても有用であるし、請求項１２に記載の発明の場合には、例えばプラズマ中またはＣＶＤやエッチング処理を行うためにバイアス電圧を印加するときのようなビーム要素の強いプラズマ中においても有用である。
【００２９】
また、本発明のプラズマ密度情報測定用プローブを、下記の請求項１３の発明であるプラズマ密度情報測定装置に用いてもよい。すなわち、請求項１３に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ密度情報測定装置において、プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブとを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするものである。
【００３０】
〔作用・効果〕請求項１３に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは配設方向による依存が低いので、配設方向による依存によらずにプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【００３１】
また、本発明のプラズマ密度情報測定用プローブを、下記の請求項１４の発明であるプラズマ処理方法に用いてもよい。すなわち、請求項１４に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理方法であって、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、（ｂ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｃ）測定された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する過程とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするものである。
【００３２】
〔作用・効果〕請求項１４に記載の発明によれば、（ａ）の過程においてプラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）からプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）をプラズマに供給すると、測定用電源から入射された測定用電力は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。（ｂ）の過程では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定することにより、（ｃ）の過程においてプラズマ処理が制御される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは配設方向による依存が低いので、配設方向による依存によらずにプラズマ処理を精度良く制御することができる。
【００３３】
また、請求項１４に記載のプラズマ密度情報測定方法において、（ａ）の過程は、磁化されたプラズマに供給する過程であって、（ｂ）の過程は、磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程であって、（ｃ）の過程は、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を制御する過程（請求項１５に記載の発明）、すなわち有磁場中でプラズマ処理を制御してもよい。有磁場の場合には、プラズマを磁化する磁場の方向が、第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御する（請求項１６に記載の発明）のが好ましい。このようにプラズマ処理を制御することで、磁場の方向が第１平面に垂直の方向の場合でも、また磁場の方向が第２平面に垂直の方向の場合でも、それらの方向によらずにプラズマ処理を精度良く制御することができる。
【００３４】
磁場に限らず、例えばプラズマ処理室の壁もしくはプラズマ処理に関する被処理物の長手方向が、第１平面または第２平面に垂直の方向になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御（請求項１７に記載の発明）してもよいし、プラズマ処理を行うための印加電極の面が、第１平面または第２平面に平行になるように、プラズマ密度情報測定用プローブをプラズマ中に配設して、プラズマ処理を制御（請求項１８に記載の発明）してもよい。請求項１７に記載の発明の場合には、例えばチャンバの壁や基板の近傍のようなプラズマ分布が大きいときにおいても有用であるし、請求項１８に記載の発明の場合には、例えばプラズマ中またはＣＶＤやエッチング処理を行うためにバイアス電圧を印加するときのようなビーム要素の強いプラズマ中においても有用である。
【００３５】
また、本発明のプラズマ密度情報測定用プローブを、下記の請求項１９の発明であるプラズマ処理装置に用いてもよい。すなわち、請求項１９に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のプラズマ密度情報測定用プローブを用いたプラズマ処理装置であって、プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブと、測定された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備えるとともに、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備え、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、前記第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも前記誘電体性領域は構成されていることを特徴とするものである。
【００３６】
〔作用・効果〕請求項１９に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定することにより、制御手段によってプラズマ処理が制御される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは配設方向による依存が低いので、配設方向による依存によらずにプラズマ処理を精度良く制御することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、本発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブに用いられるプラズマ処理装置の一実施例の概略構成を示したブロック図である。なお、本実施例では電子サイクロトロン共鳴による放電を利用したＥＣＲプラズマであって、エッチング処理を例に採って説明する。
【００３８】
本実施例に係るエッチング処理装置は、図１に示すように、プラズマＰＭが生成されるチャンバ１を備えており、このチャンバ１内には処理用の電圧に接続されている電極２が配設されており、この電極２上に被処理物である基板Ｗが載置されている。この電極２に処理用の電圧を印加することによってプラズマによる基板Ｗのエッチング処理が行われる。チャンバ１の上部には導波管３が接続されており、この導波管３を介して、プラズマＰＭを生成するための生成用電力がチャンバ１内に供給される。本実施例では、この生成用電力は１ｋＷ程度で周波数が２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波である。
【００３９】
また、チャンバ１の上部の周辺部にはコイル４が配設されており、このコイル４によって図１中の矢印の方向に磁場（磁束密度）Ｂが発生する。一方、導波管３を介してチャンバ１内に供給された生成用電力は、コイル４によって発生した磁場Ｂのローレンツ力（Ｌｏｒｅｎｔｚ　Ｆｏｒｃｅ）を受けて電子として回転運動、つまりサイクロトロン運動を行う。この回転運動を行う周波数は、いわゆる電子サイクロトロン周波数と呼ばれるものであって、この電子サイクロトロン周波数と、供給された生成用電力の周波数（本実施例では２．４５ＧＨｚ）とが一致するとき、電子の共鳴的加速が起こる。この電子の共鳴的加速の発生により、低圧力でも高密度のプラズマＰＭが生成される。ここで、電子サイクロトロン周波数をｆＣで表す。
【００４０】
なお、本実施例に係るチャンバ１は、上述したようにＥＣＲプラズマに用いられるチャンバであるが、電子サイクロトロン周波数よりも低い周波数の高周波電流をアンテナに流してプラズマを生成するヘリコン波プラズマに用いられるチャンバであってもよい。また、２つの電極を互いに対向させて、両電極間にプラズマを生成する、いわゆるＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）　型、すなわち容量結合プラズマや、コイルを備えたアンテナに電流を流すことでアンテナに磁場を発生させて、アンテナからの磁場による誘導電場の発生によってプラズマを生成する、いわゆるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）型、すなわち誘導結合プラズマといった無磁場のプラズマであって、チャンバの周辺部に配設されたコイル等によってプラズマを磁化させたチャンバを用いてもよい。
【００４１】
プラズマＰＭを生成するための生成用電源５は、生成用電力制御部６を介して、導波管３に接続されており、この生成用電力制御部６によって生成用電源５からチャンバ１に供給される生成用電力が操作される。この生成用電力制御部６は、本発明における制御手段に相当する。
【００４２】
また、チャンバ１内には、上述した基板Ｗや電極２の他に、チャンバ１内のプラズマ密度情報を測定する測定プローブ７が挿入されており、この測定プローブ７の近傍に、磁場Ｂを測定するためのガウスメータ８が配設されている。本実施例では、測定プローブ７は、図１中の磁場Ｂと垂直する方向にチャンバ１内に挿入されて配設されている。この測定プローブ７は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用プローブに相当する。
【００４３】
測定プローブ７と、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源９とは、同軸ケーブル１０とプローブ制御部１１とを介して接続されている。なお、本実施例では、プラズマ密度情報として電子密度を測定しているが、その他のプラズマ密度情報として例えばプラズマ密度やイオン密度や後述する吸収周波数やプラズマ表面波共鳴周波数等がある。測定用電源９は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電源に相当する。
【００４４】
ガウスメータ８によって測定された磁場の結果に基づいて電子サイクロトロン周波数ｆＣが導出されるように、ガウスメータ８は、電子サイクロトロン周波数ｆＣを導出する電子サイクロトロン周波数導出部１２に接続されている。この電子サイクロトロン周波数導出部１２は、プローブ制御部１１内にあって後述する吸収周波数校正部２５に接続されている。
【００４５】
上述の基板Ｗ、電極２、測定プローブ７の他に、チャンバ１と、プラズマＰＭを生成するためのガスを供給するガス供給源（タンク）１３とは、ガス調整用バルブ１４を介して連通接続されている。
【００４６】
次に、生成用電力制御部６の具体的構成について説明する。生成用電力制御部６は、エッチングレート変換部１５と、エッチング時間変換部１６と、エッチング時間設定部１７と、インピーダンス整合器１８とから構成されている。エッチングレート変換部１５は、測定プローブ７とプローブ制御部１１とによって測定された電子密度を電子密度に応じたエッチングレートに変換するように構成されており、エッチング時間変換部１６は、変換されたエッチングレートを電子密度に応じたエッチング時間に変換するように構成されている。また、エッチング時間設定部１７は、エッチング時間を設定するように構成されており、インピーダンス整合器１８は、チャンバ１への生成用電力の供給を調節したり、設定されたエッチング時間が経過するとチャンバ１への生成用電力の供給を終了するように構成されている。なお、本明細書中において用いられるエッチングレートとは単位時間当たりにエッチングされる膜の厚みのことをいう。
【００４７】
エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とは、ＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部の機能を備えており、エッチングレートと電子密度とが比例関係にあることを利用して、測定された電子密度を演算部によって係数倍したものがエッチングレートとして変換されるとともに、エッチングすべき膜厚の厚みをエッチングレートで割った値がエッチング時間として変換される。本実施例では、エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とをＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部で構成したが、図示を省略する記憶部をも備えるとともに、その記憶部に電子密度とエッチングレートとの相関関係を示す検量線等を予め記憶させて、測定された電子密度に応じてその記憶部から随時読み出しを行ってエッチングレートやエッチング時間等を導出するように構成してもよい。
【００４８】
エッチング時間設定部１７は、タイマやクロックの機能を備えており、電子密度が測定されるのとほぼ同時にタイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用の電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。なお、本実施例では、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８を操作することによって、プラズマＰＭへの生成用の電力の供給を終了させたが、生成用電源５に対して直接的に操作して電圧の印加等を直接的に終了するようにエッチング時間設定部１７を構成してもよいし、電極２に印加している処理用の電圧等を直接的に操作するように構成してもよい。また、基板Ｗを連続的に処理する場合には、エッチング時間設定部１７によって設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、処理中の基板Ｗをチャンバ１内から取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するように構成してもよい。
【００４９】
インピーダンス整合器１８は、生成用電源５の周波数がＭＨｚオーダの周波数の場合、インダクタンスとキャパシタンスとを組み合わせた整合回路が用いられる。また上述の周波数が１ＧＨｚ以上の周波数の場合、ＥＨチューナやスタブチューナが用いられる。
【００５０】
次に、測定プローブ７について、図２を参照して説明する。測定プローブ７は、同軸ケーブル１０の先端部を加工成形することによって構成されており、図２に示すように、先端部において同軸ケーブル１０の外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去してから先端部が閉じられている誘電体製のチューブ１９を被せることによって構成されている。また、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂと、さらに中心絶縁体１０ｃを除去したことによって同軸ケーブル１０の先端部において中心導体１０ｄのみとなって、中心導体１０ｄは、同軸ケーブル１０を介して伝送された電力を放射するアンテナの機能を果たすことになる。従って、先端部における中心導体１０ｄは、本発明におけるアンテナに相当し、同軸ケーブル１０は、本発明におけるケーブルに相当し、チューブ１９は、本発明における誘電体性領域に相当する。
【００５１】
測定プローブ７をプラズマＰＭ中に挿入させる。次に、測定用電源９から測定用電力を伝送させる。すると、測定プローブ７の吸収周波数において、先端ではチューブ１９や同軸ケーブル１０等を境界条件に持ちながら共鳴吸収が起きる。この結果、測定用電源９から供給されて伝送された電磁波が吸収されるので、測定プローブ７の吸収周波数において反射電力が小さくなる。また、測定用電力がプラズマＰＭによって吸収されると吸収されなかった残りの測定用電力は、測定用電源９側からプラズマＰＭ側に伝送した方向とは逆方向に、測定用電源９側に向かって伝送される。また、測定用電力がプラズマＰＭによって反射されると、反射された測定用電力は、同様に測定用電源９側に向かって伝送される。この測定用電力は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電力に相当する。
【００５２】
チューブ１９は、本実施例では比誘電率が約４である石英（ＳｉＯ２　）で形成されている。チューブ１９を形成する物質については、例えば比誘電率が２であるフッ素樹脂や、比誘電率が１０であるアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）や、比誘電率が３５であるジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）（ＺｒＯ２　）や、異方性誘電体や、純度によって比誘電率が変化するが比誘電率が約２０前後である炭化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｃａｒｂｉｄｅ　）（ＳｉＣ）等のように、特に限定されないが、固体の誘電体の場合ではチューブ１９を形成し易い点から鑑みると、比誘電率が２から５０までの物質でチュ−ブ１９は形成されている方が好ましい。
【００５３】
また、アンテナ付近ではチューブ１９は、球形状に構成されているとともに、アンテナである先端部における中心導体１０ｄも、球形状に構成されている。また、図２に示すように、チューブ１９の外径をＲ１として、内径をｒ１とする。さらに、球形状に構成されたアンテナ付近におけるチューブ１９の外径をＲ２として、内径をｒ２とし、球形状に構成されたアンテナの直径をｒ３とする。本実施例では、チューブ１９の外径Ｒ１を２ｍｍ，内径ｒ１を１ｍｍとするとともに、球形状に構成されたアンテナ付近におけるチューブ１９の外径Ｒ２を１０ｍｍ，内径ｒ２を８ｍｍとし、さらに球形状に構成されたアンテナの直径ｒ３を１ｍｍとする。
【００５４】
続いて、本実施例に係る測定プローブ７と従来の測定プローブとの構成上の差異を、図３を参照して説明するとともに、その構成上の差異を参照しながら本実施例の特徴部分を説明する。図１，図３（ａ）中の磁場Ｂの方向に垂直な面を、『第１平面』と定義づけるとともに、図３（ａ）中の符号Ｆ１をその第１平面に付する。球形状に構成されたアンテナ付近におけるチューブ１９の表面を、図３（ａ）に示すように微小面積ｄｓで分割する。第１平面Ｆ１と、微小面積ｄｓにおける平面とのなす角度をθ１とし、第１平面Ｆ１と、その微小面積ｄｓに隣接する微小面積における平面とのなす角度を（θ１＋ｄθ１）とすると、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさの一部は、ｄｓ・ｓｉｎθ１・ｄθ１を−π／２から３π／２まで積分した値となる。なお、図２，図３では断面図で表しているが、実際の累積される表面積はチューブ１９の径に対する垂直方向にもおよぶ。従って、チューブ１９の径に対する垂直方向の角度をφとすると、同様にｄｓ・ｓｉｎφ・ｄφを−π／２から３π／２まで積分することになる。つまり、第１平面において累積された表面積の大きさは球の表面積全体となる。
【００５５】
また、磁場Ｂと平行に測定プローブ７が配設されている場合を、図３（ｂ）を参照して説明する。なお、図３（ｂ）では、測定プローブ７の配設方向を、図３（ａ）での配設方向と同じ方向にして説明する。従って、図３（ｂ）の磁場Ｂの方向が図３（ａ）中の磁場Ｂの方向に対して垂直に向くことになる。第１平面Ｆ１に対する垂直な平面の１つであって、図３（ｂ）の磁場Ｂの方向に垂直な面を、『第２平面』と定義づけるとともに、図３（ａ）中の符号Ｆ２をその第２平面に付する。図３（ａ）と同じく微小面積ｄｓで分割し、第２平面Ｆ２と、微小面積ｄｓにおける平面とのなす角度をθ２とすると、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさは、ｄｓ・ｓｉｎθ２・ｄθ２を−π／２から３π／２まで積分し、さらにｄｓ・ｓｉｎφ・ｄφを−π／２から３π／２まで積分することになる。つまり、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさも球の表面積全体となる。従って、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさとが等しくなる。
【００５６】
これに対して、従来の測定プローブの場合には、アンテナ付近におけるチューブは球形状でなく、半球形状と円筒形状とを組み合わせた形状となっている。従って、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさは、図３（ｃ）に示すように、半球形状の表面積の大きさと、円筒形状の表面積の大きさとを足した値となるのに対して、第２平面において累積された表面積の大きさは、図３（ｄ）に示すように、半球形状の表面積の大きさのみとなる。従って、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとは等しくない。
【００５７】
このことから、本実施例に係る測定プローブ７の場合、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさとが等しくなるので、磁場Ｂの方向が第１平面Ｆ１に垂直の方向の場合でも、また磁場Ｂの方向が第２平面Ｆ２に垂直の方向の場合でもこれらの表面波の大きさは互いに等しい。つまり、測定プローブ７の配設方向によらずにこれらの表面波の大きさは互いに等しいことになる。
【００５８】
なお正確には、本実施例に係る測定プローブ７の場合、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさは、図３（ａ）に示すように、球の表面積全体のみならず、アンテナより後端にある円筒形状のチューブ１９の表面積にわずかにおよび、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさは、図３（ｂ）に示すように、球の表面積全体のみとなる。従って、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさとは完全には等しくならず、ほぼ等しい状態となる。
【００５９】
続いて、プローブ制御部１１の具体的構成について説明する。プローブ制御部１１は、図１に示すように、方向性結合器２１と、減衰器２２と、フィルタ２３と、吸収周波数導出部２４と、吸収周波数校正部２５と、電子密度変換部２６とから構成されている。測定プローブ７には、同軸ケーブル１０を介して測定用電源９側から順に、方向性結合器２１、減衰器２２、およびフィルタ２３が接続されている。
【００６０】
測定用電源９は周波数掃引式であって、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電源９から出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０中を伝送しながら方向性結合器２１、減衰器２２、およびフィルタ２３の順に経由して、測定プローブ７へ伝送される。一方、測定用電力が吸収または反射されると、上述したように逆方向に電力の反射分が伝送されて、方向性結合器２１で検出されて、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。吸収周波数導出部２４には測定用電源９から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【００６１】
フィルタ２３は、プローブ制御部１１に混入してくる電力やノイズを除去する機能を果たす。また、減衰器２２は、測定プローブ７へ送り込む測定用電力の量を調整する機能を果たす。
【００６２】
吸収周波数導出部２４は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、測定用電力の反射率の対周波数変化を求める。そして、得られた結果に基づいて、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。なお、吸収周波数の具体的な導出については、後述するフローチャートで説明する。
【００６３】
プラズマＰＭは磁化されているので、吸収周波数導出部２４によって導出された吸収周波数はプラズマ中での磁場の影響を受けている。従って、正確な吸収周波数を求めるべく、上述の吸収周波数は、吸収周波数校正部２５によって校正される。なお、吸収周波数の具体的な校正についても、後述するフローチャートで説明する。
【００６４】
電子密度変換部２６は、吸収周波数校正部２５によって校正された吸収周波数に基づいて電子密度に変換するように構成されている。上述の吸収周波数は電子密度と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、電子密度が容易に求められる。
【００６５】
続いて、上述した構成を有するエッチング処理装置において、エッチング処理の流れを、図４のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップＳ１の時点ではプラズマ生成用の生成用電源５のスイッチは既にＯＮ状態であって、ガス供給源（タンク）１３からチャンバ１内にガスが既に供給されて、プラズマＰＭも既に生成されており、コイル４によってプラズマＰＭが磁化されているものとする。
【００６６】
〔ステップＳ１〕測定プローブ７を、図１中の磁場Ｂと垂直する方向にチャンバ１内に挿設するとともに、測定プローブ７の近傍にガウスメータ８を挿設する。
【００６７】
このような条件の下で、測定用電源９のスイッチをＯＮにしてガウスメータ８によって磁場Ｂを測定する。測定された磁場Ｂの結果は、電子サイクロトロン周波数導出部１２に送り込まれる。送り込まれた磁場Ｂの測定結果に基づいて、電子サイクロトロン周波数ｆＣが導出される。詳述すると、そのときの角周波数（角振動数，角速度）をωＣ，磁場をＢ，電子素量をｅ，電子質量をｍとそれぞれすると、これらは次式（１）のような関係で表される。
ωＣ　＝２πｆＣ＝ｅＢ／ｍ　　　　　…　（１）
【００６８】
磁場Ｂと電子素量ｅと電子質量ｍとを上記（１）式に代入することにより、電子サイクロトロン周波数ｆＣを導出する。また、電子サイクロトロン周波数導出部１２によって導出されたこの電子サイクロトロン周波数ｆＣは、吸収周波数校正部２５に送り込まれる。
【００６９】
〔ステップＳ２〕測定用電源９から１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。また、自動掃引しながら吸収周波数導出部２４に上述の周波数が逐次送り込まれる。出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０を介して測定プローブ７に供給される。このステップＳ２は、本発明における（ａ）の過程に相当する。
【００７０】
〔ステップＳ３〕供給された測定用電力は、表面波によって吸収または反射が起こって、供給時とは逆方向に同軸ケーブル１０を介して測定用電力の反射分だけ測定用電源９側に伝送される。測定用電力の反射量は、フィルタ２３、減衰器２２、および方向性結合器２１の順に経由して、方向性結合器２１で検出される。そして、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。
【００７１】
吸収周波数導出部２４では、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算が行われて測定用電力の反射率が求められる。掃引される周波数と、この測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、図５に示すような測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。図５に示すように、反射率が大きく下がるところは、電子密度に起因して測定電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が吸収周波数ということになる。
【００７２】
図５中では吸収ポイントＰａ，Ｐｂの２つが現れている。通常、吸収ポイントは複数個現れて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、いずれにおいても電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があるが、特に、吸収周波数のうち、電子密度に対して２乗に比例する吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数と呼ばれている。電子密度等のプラズマ密度情報を導出する際においてこのプラズマ表面波共鳴周波数は有用な物理量の１つである。なお、電子密度等のプラズマ密度情報は局所的に変化するので、測定プローブ７は基板Ｗの表面の近傍で測定を行うのが好ましい。このステップＳ３は、本発明における（ｂ）の過程に相当する。
【００７３】
なお、本明細書中では、Ｑ値（ｑｕａｌｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ）がもっとも大きい吸収ポイントにおける吸収周波数を『０次の吸収周波数』または『基本吸収周波数』と呼ぶ。そして、吸収の大きい順に１次，２次，…と吸収周波数を定義づける。一番高次の吸収周波数、すなわち吸収のもっとも小さい吸収ポイントにおける吸収周波数は、電子密度に対して２乗に比例する、上述したプラズマ表面波共鳴周波数となる。
【００７４】
従って、実際に、プラズマ密度情報を測定するには、Ｑ値が大きい吸収は、吸収（反射による損失）が大きく、かつ半値幅が狭い吸収であるので、Ｑ値がもっとも大きい吸収周波数、すなわち０次の吸収周波数（基本吸収周波数）を測定するのが通常である。本実施例では、０次の吸収周波数、すなわちＱ値がもっとも大きい吸収ポイントにおける基本吸収周波数（０次の吸収周波数）を測定する。
【００７５】
〔ステップＳ４〕吸収周波数導出部２４によって導出されたこの吸収周波数は、上述したように測定プローブ７によって直接的に測定された基本吸収周波数であって、磁場Ｂの影響を受けている吸収周波数である。そこで、この基本吸収周波数を、吸収周波数校正部２５によってプラズマ表面波共鳴周波数として校正する。ここで、基本吸収周波数をｆＭＥＳとし、校正後のプラズマ表面波共鳴周波数をｆＰとする。
【００７６】
続いて、具体的な校正方法について説明する。吸収周波数校正部２５は、図示を省略する記憶部に予め記憶されているｆＭＥＳ／ｆＰの対ｆＣ／ｆＭＥＳの変化をプロットしたデータと、実際に測定されたｆＣおよびｆＭＥＳとに基づいて、実際に測定されるｆＭＥＳが校正されてｆＰが求まるように構成されている。ｆＭＥＳ／ｆＰの対ｆＣ／ｆＭＥＳの変化をプロットしたデータは、例えば図６のグラフで表される。
【００７７】
このグラフは、上述したＦＤＴＤ法のシミュレーションによって予めプロットされたものである。また、図６は、本実施例の測定プローブ７を用いてプロットしたグラフであって、図７は、その比較のために従来の測定プローブを用いてプロットしたグラフである。なお、従来の測定プローブではチューブの外径が６ｍｍ，内径が４ｍｍを用いている。図６，図７のグラフ中において、２点鎖線と三角のプロットとは磁場Ｂと垂直する方向に測定プローブ７が配設されたときのデータであって、実線と黒丸のプロットとは磁場Ｂと平行に測定プローブ７が配設ときのデータである。
【００７８】
ステップＳ１で求められた電子サイクロトロン周波数ｆＣと、ステップＳ３で測定された基本吸収周波数ｆＭＥＳと、図６のグラフとに基づいて、プラズマ表面波共鳴周波数ｆＰとして校正する。このようにして求められたプラズマ表面波共鳴周波数ｆＰは、電子密度変換部２６に送り込まれる。
【００７９】
〔ステップＳ５〕吸収周波数が吸収周波数校正部２５によってプラズマ表面波共鳴周波数として校正されて求まると、電子密度変換部２６によって電子密度に変換されて、導出される。
【００８０】
〔ステップＳ６〕電子密度が求まってから、基板Ｗをチャンバ１内に投入して、電極２上に載置する。この電極２に処理用の電圧を印加することによって、プラズマＰＭ中のイオンや電子が基板Ｗの表面に到達して、基板Ｗのエッチング処理が行われる。従って、処理用の電圧を印加するのとほぼ同時に、またはエッチング処理が開始されるのとほぼ同時に、エッチング時間設定部１７において、タイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。エッチング処理をより精密に行うという点において、チャンバ１内への基板Ｗの投入とステップＳ５での電子密度の測定とはほぼ同時に行われる方が好ましい。
【００８１】
〔ステップＳ７〕一方、測定された電子密度は、生成用電力制御部６内のエッチングレート変換部１５に送り込まれて、電子密度に基づいてエッチングレートに変換される。上述したように、エッチングレートと電子密度とは比例関係にあるので、測定された電子密度を係数倍するだけでエッチングレートが求まる。
【００８２】
〔ステップＳ８〕エッチングレートが求まると、エッチング時間変換部１６によってエッチング時間が求まる。例えば、エッチングしたい膜厚の厚みが１０μｍであって、エッチングレートが１μｍ／ｍｉｎのとき、エッチング時間は、上記膜厚の厚みの１０μｍから上記エッチングレートの１μｍ／ｍｉｎで割った１０ｍｉｎとなって求められる。
【００８３】
〔ステップＳ９〕エッチング時間が求まると、エッチング時間設定部１７に送り込まれる。ステップＳ６において開始されたタイマがエッチング時間に相当する分だけカウントされると、すなわちエッチング時間が経過すると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。この操作によって生成用電源５から供給される生成用電力は０となって、エッチング処理が終了する。このステップＳ６〜Ｓ９は、本発明における（ｃ）の過程に相当する。
【００８４】
以上のステップＳ１〜Ｓ９から、ステップＳ２において測定用電源９から測定用電力をプラズマＰＭに供給すると、測定用電源９から入射された測定用電力は、測定プローブ７を介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。ステップＳ３では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、測定プローブ７を用いてプラズマ密度情報である吸収周波数が測定される。
【００８５】
また、本実施例に係る測定プローブ７は、アンテナ付近では球形状に構成されたチューブ１９を有している。この球形状のチューブ１９において、磁場Ｂの方向に垂直な面である第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさと、その第１平面Ｆ１に対する垂直な平面の１つである第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなり、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさで結合するプラズマＰＭによる表面波の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさで結合するプラズマＰＭによる表面波の大きさとがほぼ等しくなる。その結果、配設方向による依存が低い測定プローブ７を実現することができる。
【００８６】
なお、本実施例に係る測定プローブ７についても、ＦＤＴＤ法のシミュレーションによる電界強度の２乗分布を求め、確認を行った。図８は、シミュレーションの結果による電界強度の２乗分布を模式的に表した図であって、図８（ａ）は本実施例に係る測定プローブ７の長手方向に対して平行に磁場をかけたときの模式図、図８（ｂ）は本実施例に係る測定プローブ７の長手方向に対して垂直に磁場をかけたときの模式図である。図８からも分かるように、磁場の方向が異なれば電界強度の２乗分布も異なるが、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさとがほぼ等しいので、第１平面Ｆ１において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさと、第２平面Ｆ２において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさとがほぼ等しくなる。
【００８７】
このことは、図６のグラフからも確認することができる。つまり、図６に示すように、磁場と垂直する方向に測定プローブ７が配設されたデータと、磁場と平行に測定プローブ７が配設されたデータとはほとんど一致する。それに対し、従来の測定プローブを用いた図７のグラフからは、磁場の方向、さらにはプローブの配設方向に依存することがわかる。
【００８８】
このように本実施例に係る測定プローブ７は配設方向による依存が低いので、配設方向による依存によらずに吸収周波数（例えば基本吸収周波数やプラズマ表面波共鳴周波数）や電子密度などのプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【００８９】
その測定結果である電子密度などのプラズマ密度情報が配設方向による依存によらないので、ステップＳ６〜Ｓ９においてプラズマエッチング処理を精度良く制御することができる。
【００９０】
なお、本実施例の場合には、測定プローブ７が磁場に垂直するように配設、すなわち磁場の方向が測定プローブ７の第１平面に垂直の方向になるように配設されているのみならず、図１に示すように、チャンバ１の壁や、エッチング処理を行う被処理物である基板Ｗの長手方向が、第１平面または第２平面に垂直の方向になるように測定プローブ７が配設されているので、チャンバ１の壁や基板Ｗの近傍のようなプラズマ分布が大きいときにおいても、本実施例に係る測定プローブ７によってプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。さらには、プラズマエッチング処理を行うための処理用の電圧（バイアス電圧）を印加する電極２の面が、測定プローブ７の第１平面に平行になるように測定プローブ７が配設されているので、ビーム要素の強いプラズマＰＭ中においても、本実施例に係る測定プローブ７によってプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【００９１】
また、本実施例では、アンテナである先端部における中心導体１０ｄも、球形状に構成されているので、アンテナについても配設方向による依存が低くなり、配設方向による依存がより低い測定プローブ７を実現することができる。
【００９２】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００９３】
（１）上述した本実施例でのステップＳ１〜Ｓ９では、１枚の基板Ｗのエッチング処理が終了すると生成用電源５から供給する生成用電力を０にする手順であったが、基板Ｗを連続的に処理する場合にはエッチング時間に達すると、処理中の基板Ｗをチャンバから１枚取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するような手順であってもよい。
【００９４】
（２）上述した本実施例ではエッチング処理についてのプラズマ処理であったが、例えばＣＶＤ（化学気相成長）処理や、アッシング処理や、チャンバのクリーニング処理等、プラズマ中の被処理物に行うプラズマ処理であれば、特に限定されない。また、プラズマ処理のみならず、プラズマ密度情報を単に測定するプラズマ密度情報測定装置にも本発明を適用することができる。
【００９５】
（３）本実施例ではプラズマを生成するための生成用電力を操作してプラズマ処理を制御したが、例えば生成用電力以外にもプラズマを生成するガス圧や、ガスの混合比等を操作してプラズマ処理を制御してもよく、通常のプラズマ制御において用いられる方法ならば、特に限定されない。
【００９６】
また、本実施例では電子密度に応じてエッチング時間等の処理時間を設定して、生成用電力を操作したが、処理時間を固定にしておいて、インピーダンス整合器１８などを操作することによって生成用電力を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい、同様の手法で、図１中のガス調整用バルブ１５によってガス圧や、ガスの混合比等を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。また、上述したこれらの方法を適宜互いに組み合わせることもできる。
【００９７】
（４）上述した本実施例ではプラズマ密度情報は吸収周波数や電子密度であったが、イオン密度もプラズマの特性を示すので、これらの物理量を校正して測定することで、プラズマ発生に係る物理量（例えば生成用電力や、ガス圧や、ガスの混合比など）を操作してもよい。例えば、図１中の吸収周波数校正部２５によって吸収周波数を求めた後、吸収波数とエッチング処理との相関関係によって生成用電力を操作してもよい。
【００９８】
（５）測定プローブを磁場に垂直になる方向に配設、すなわち磁場の方向が測定プローブの第１平面に垂直の方向になるように配設したが、測定プローブが磁場に平行になるように配設、すなわち磁場の方向が測定プローブの第２平面に垂直の方向になるように配設してもよい。また、磁場がチャンバに対して斜め方向にかかっている場合には、測定プローブを磁場に垂直あるいは平行の方向になるように測定プローブを配設、つまり測定プローブもチャンバに対しては斜め方向に挿設してもよい。
【００９９】
また、チャンバの壁や基板の近傍のようなプラズマ分布が大きい位置で測定プローブを配設しないのであれば、チャンバの壁や基板の長手方向が第１平面または第２平面に垂直の方向になるように測定プローブを配設する必要はない。つまり、測定プローブをチャンバや基板に対して斜め方向に挿設してもよい。また、本実施例の場合にはビーム要素の強いプラズマであったが、バイアス電圧を印加しないのであれば、バイアス電圧を印加する電極の面が、測定プローブ７の第１平面あるいは第２平面に平行になるように測定プローブを配設する必要はない。
【０１００】
（６）上述した本実施例において測定プローブについては、図２に示すように、アンテナの先端付近におけるチューブ１９は球形状に構成されているとともに、アンテナである先端部における中心導体１０ｄも球形状に構成されていたが、図９に示すように、アンテナの先端付近におけるチューブ１９のみ球形状に構成するとともに、アンテナである先端部における中心導体１０ｄを直線状に構成してもよいし、図１０に示すように、チューブ１９の外径Ｒ１，内径ｒ１，球形状に構成されたアンテナ付近におけるチューブ１９の外径Ｒ２，内径ｒ２を本実施例よりも大きく構成してもよい。
【０１０１】
図２に示す本実施例の測定プローブを『Ａタイプ』，図９に示す測定プローブを『Ｂタイプ』，図１０に示す測定プローブを『Ｃタイプ』（外径Ｒ１を６ｍｍ，内径ｒ１を４ｍｍ，外径Ｒ２を１２ｍｍ，内径ｒ２を１０ｍｍ）とそれぞれし、磁場に対して測定プローブを平行／垂直に配設した場合での、電子サイクロトロン周波数ｆＣが０．８ＧＨｚでプラズマ表面波共鳴周波数ｆＰが２．４ＧＨｚのときの基本吸収周波数ｆＭＥＳを、それぞれ測定した。その測定結果は、図１１に示すとおりである。
【０１０２】
Ａタイプ、すなわち本実施例に係る測定プローブでは平行／垂直間では誤差が０％であったのに対し、Ｂタイプ，Ｃタイプに従って誤差が大きくなることがわかる。これは、Ｂタイプについてはアンテナを直線状にしたことで配設方向による依存性がＡタイプと比較して大きくなったことに起因することがわかるし、Ｃタイプについてはチューブ１９の外径Ｒ１（もしくは内径ｒ１）と球形状に構成されたアンテナ付近におけるチューブ１９の外径Ｒ２（もしくは内径ｒ２）との比がＡタイプの比と比較して１に近くなって従来の測定プローブの形に近くなったことに起因することがわかる。
【０１０３】
また、これらのＡ〜Ｃタイプでは、アンテナ（中心導体１０ｄ）と誘電体性領域であるチューブ１９との間には空隙が介在されていたが、アンテナがチューブ１９に直接に被覆されていてもよい。
【０１０４】
（７）上述した本実施例において測定プローブについては、図２に示すように、アンテナの先端付近におけるチューブ１９は球形状に構成されていたが、必ずしも球形状に限定されるものではない。第１平面において累積された表面積の大きさと、その第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるような形状のものであれば、アンテナの先端付近におけるチューブ１９の形状については限定されない。
【０１０５】
例えば、図１２（ａ）の一部縦断面図および図１２（ｂ）の平面図に示すように、アンテナの先端付近におけるチューブ１９を、円状の軌跡に沿って湾曲された円筒形状、いわゆる『ドーナツ』形状に構成するとともに、アンテナである先端部における中心導体１０ｄをも『ドーナツ』形状に構成してもよい。また、中心部に被処理物、例えば基板Ｗを設置してもよい。
【０１０６】
また、プローブのある配設方向の角度を０°としたとき、その配設方向の角度０°に対して一番誤差の大きいのはその角度が９０°（または２７０°）になったときで、他の角度のときには９０°（または２７０°）ほどには大きくならないことから、第１平面または第２平面に対して垂直にならない面において累積された表面積の大きさが、第１平面または第２平面において累積された表面積の大きさに必ずしも一致する必要はない。
【０１０７】
従って、図１３に示すように、アンテナの先端付近におけるチューブ１９を直角状に屈曲してもよい。この場合、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとが等しくなるように屈曲するチューブ１９の長さを決定すればよい。つまり、後端部分においてプラズマが結合する部分が屈曲部分から面積Ｓにおよぶ場合には、屈曲部分より先端についても面積Ｓになるように屈曲するチューブ１９の長さを決定すればよい。図１３の構成を有する測定プローブの場合には、上述したように第１平面または第２平面に対して垂直にならない面において累積された表面積の大きさが、第１平面または第２平面において累積された表面積の大きさに一致しないが、配設方向による依存がより一層低い測定プローブを実現するためには、第１平面または第２平面に対して垂直にならない面において累積された表面積の大きさについても、第１／第２平面において累積された表面積の大きさにほぼ等しくなるように誘電体性領域を構成するのが好ましい。
【０１０８】
このことから、図１３に示す測定プローブのように直角状に屈曲して構成するのでなく、図１４〜図１６に示すように、円状の軌跡の一部分に沿って湾曲された円筒形状に構成してもよい。図１４の場合には、アンテナの先端付近におけるチューブ１９を、いわゆる『Ｊ字』形状に湾曲しており、図１５の場合には、チューブ１９を、いわゆる『Ｕ字』形状に湾曲しており、図１６の場合には、チューブ１９を、円状の軌跡の一部分をつなぎあわせて『螺旋』形状に湾曲している。図１４〜図１６のいずれの場合においても、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように湾曲状に構成する。
【０１０９】
なお、図１５に示す『Ｕ字』形状に構成した測定プローブにおいて、磁場をｚ軸，ｘ軸，ｙ軸にそれぞれ印加した場合での、電子サイクロトロン周波数ｆＣが１．２ＧＨｚでプラズマ表面波共鳴周波数ｆＰが２．４ＧＨｚのときの基本吸収周波数ｆＭＥＳを、それぞれ測定した。その測定結果は、図１７に示すとおりである。なお、Ｕ字形状に湾曲した曲がり半径をＲ３とし、外径Ｒ１を２ｍｍ，内径ｒ１を１ｍｍ，曲がり半径Ｒ３を４ｍｍとして測定プローブを構成した。また、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸は、図１６に示す方向であって、ｘ軸は、第１平面に垂直な軸（測定プローブの長手方向に垂直な軸）、ｚ軸は、第２平面に垂直な軸（測定プローブの長手方向に平行な軸）、ｙ軸は、紙面に対して垂直な軸、すなわちＵ字の曲がり回転軸である。また、磁場をｚ軸にかけたときの基本吸収周波数をｆＭＥＳＺとし、磁場をｘ軸にかけたときの基本吸収周波数をｆＭＥＳＸとし、磁場をｙ軸にかけたときの基本吸収周波数をｆＭＥＳＹとする。
【０１１０】
磁場をｚ軸にかけたときに対するｘ軸の誤差、すなわちｆＭＥＳＺとｆＭＥＳＸとの誤差が４．１％に対し、磁場をｚ軸にかけたときに対するｙ軸の誤差、すなわちｆＭＥＳＺとｆＭＥＳＹとの誤差が６．４％と、磁場をｙ軸にかけたときの誤差が大きくなることがわかる。これは、ｙ軸に磁場をかけたときの方向に垂直な面を、『第３平面』と定義づけると、第１平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとの等しさほど、第３平面において累積された表面積の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさとが等しくないことに起因することがわかる。
【０１１１】
また、図１２〜図１６に示すような測定プローブの他に、正四面体や正六面体などの正多面体状に、アンテナの先端付近におけるチューブ１９を構成してもよい。なお、多面体については面の数が大きいほど球に近づくので、面の数が大きいほど配設方向による依存が低くなる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、所定の平面である第１平面において累積された表面積の大きさと、その第１平面に対する垂直な平面の１つである第２平面において累積された表面積の大きさとがほぼ等しくなるように、少なくとも誘電体性領域を構成することで、第１平面において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさと、第２平面において累積された表面積の大きさで結合するプラズマによる表面波の大きさとがほぼ等しくなるので、配設方向による依存が低いプラズマ密度情報測定用プローブを実現することができる。
【０１１３】
また、かかるプラズマ密度情報測定用プローブを、プラズマ密度情報測定方法およびその装置に用いる（請求項８，請求項１３に記載の発明）ことで、配設方向による依存によらずにプラズマ密度情報を精度良く測定することができ、かかるプラズマ密度情報測定用プローブを、プラズマ処理方法およびその装置に用いる（請求項１４，請求項１９に記載の発明）ことで、配設方向による依存によらずにプラズマ処理を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る測定プローブの構成を示す一部縦断面図である。
【図３】本実施例と従来とにおける測定プローブの構成上の差異についての説明に供する側面図であって、（ａ）は本実施例に係る測定プローブを磁場の方向に対して垂直に配設したとき、（ｂ）は本実施例に係る測定プローブを磁場の方向に対して平行に配設したとき、（ｃ）は従来の測定プローブを磁場の方向に対して垂直に配設したとき、（ｄ）は従来の測定プローブを磁場の方向に対して平行に配設したときの各断面図である。
【図４】本実施例に係るエッチング処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】吸収周波数を求める説明に供するグラフである。
【図６】本実施例の測定プローブを用いた場合における、ｆＭＥＳ／ｆＰの対ｆＣ／ｆＭＥＳの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】従来の測定プローブを用いた場合における、ｆＭＥＳ／ｆＰの対ｆＣ／ｆＭＥＳの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】本実施例の測定プローブを用いた場合における、シミュレーションの結果による電界強度の２乗分布を模式的に表した図であって、（ａ）は測定プローブの長手方向に対して平行に磁場をかけたとき、（ｂ）は測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場をかけたときのそれぞれの模式図である。
【図９】変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１０】さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１１】図２，図９，図１０に示す測定プローブを磁場に対して平行／垂直に配設した場合での基本吸収周波数の測定結果である。
【図１２】（ａ）は、さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す一部縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図１３】さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１４】さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１５】さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１６】さらなる変形例に係る測定プローブの構成を示す側面図である。
【図１７】図１５に示す測定プローブにおいて磁場をｚ軸，ｘ軸，ｙ軸にそれぞれ印加した場合での基本吸収周波数の測定結果である。
【図１８】プラズマ密度情報を測定するための従来の手法の説明に供する図である。
【図１９】従来の測定プローブを用いた場合における、シミュレーションの結果による電界強度の２乗分布を模式的に表した図であって、測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場をかけたときの模式図である。
【符号の説明】
６　…　生成用電力制御部
７　…　測定プローブ
９　…　測定用電源
１０　…　同軸ケーブル
１０ｄ　…　中心導体
１９　…　チューブ
ＰＭ　…　プラズマ
Ｗ　…　基板
Ｆ１　…　第１平面
Ｆ２　…　第２平面
【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】
2004039733.tif 000017
【図１６】
2004039733.tif 000018
【図１７】
2004039733.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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