JP2013257977A - プラズマ処理装置及びプローブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高周波電力変調型の装置における電気特性サンプリングのタイミング変動を低減する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０では、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替えて、上部電極３０及び下部電極１６のうちの一電極に供給される。プローブ検出器Ｐｄが、給電ライン５８における電気的特性を計測して計測信号を生成し、プローブ装置ＰＡの処理部ＰＵが、計測信号をサンプリングしてサンプル値を生成する。処理部は、高周波電力のＯＮとＯＦＦの切替えに対応したパルス信号を受けて、パルス信号のパルスの立ち上がりタイミングから所定のマスク期間経過後、該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、所定のサンプリング間隔で計測信号のサンプリングを行って一以上のサンプル値を生成し、当該一以上のサンプリング値のうち立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、プラズマ処理装置、及びプローブ装置に関するものである。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、一般的に、プラズマ処理装置の処理容器内において処理ガスのプラズマを生成することにより、被処理基体に対するエッチング又は成膜といった処理が行われる。例えば、平行平板型のプラズマ処理装置は、処理容器内に処理ガスを供給し、処理容器内に設けられた上部電極と下部電極の一方に高周波電源から高周波電力を供給して両電極間に高周波電界を発生させることにより、処理ガスのプラズマを生成している。
また、平行平板型のプラズマ処理装置では、高周波電源と電極との間に整合器が設けられており、整合器から出力される高周波電力が給電ラインを介して電極に供給される。このように整合器を設けることにより、平行平板型のプラズマ処理装置では、電極の入力イーダンスと高周波電源の出力インピーダンスとを整合させて、処理容器内において効率良くプラズマを発生させることが可能となっている。
このような平行平板型のプラズマ処理装置において発生するプラズマの状態は、電極に供給される高周波電力、電圧、及び、電流、並びに負荷インピーダンスといった電気的パラメータに依存する。したがって、これら電気的パラメータを求めて、当該電気的パラメータに基づいてプラズマ処理装置の制御パラメータを調整すれば、プラズマの状態の最適化及び安定化を図ることができる。このような電気的パラメータを求めることが可能なプラズマ処理装置は、例えば、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、下部電極と整合器とを接続する給電棒を有しており、当該給電棒に取り付けられたプローブ検出器を有している。このプラズマ処理装置では、例えば、プローブ検出器を用いて給電棒における電流及び電圧を計測することで得た計測信号を解析ユニットが解析することで、上述した電気的パラメータを求めている。
より具体的には、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置は、高周波電源からの高周波電力が連続的に下部電極に供給されることを想定しており、プローブ検出器によって計測された電流及び電圧等の計測信号を一定の周期で連続的にサンプリングして検出値（即ち、標本化したデジタル値）を得ている。
一方、平行平板型のプラズマ処理装置では、下部電極に対してパルス状の高周波電力を与えることがある。即ち、高周波電力のＯＮとＯＦＦを交互に切り替えることにより、下部電極に対する高周波電力の供給と供給停止を交互に切り替えることがある。これにより、例えば、下部電極に対する高周波電力の供給を停止して被処理基体上のプラズマシースを消失させ、更に、上部電極に負の電圧を与えて負イオン又は電子を被処理基体に対して供給し、被処理基体の帯電を中和させることができ、その結果、後続する被処理基体のエッチングにおける正イオンの直進性を高めることができる。
特開２００９−２３１６８３号公報
特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、上述したように、高周波電源からの高周波電力が連続的に下部電極に供給されているので、給電棒における電気特性をプローブ検出器を用いて計測することで得た計測信号の時間的な変動は小さい。したがって、特許文献１に記載されたプラズマ処理装置では、一定の周期で連続的に計測信号のサンプリングを行っても、安定した検出値が得られる。
しかしながら、高周波電力のＯＮとＯＦＦを交互に切り替えるプラズマ処理装置では、高周波電力が時間的に変動するので、計測信号のレベルも時間的に大きく変動する。したがって、計測信号のサンプリングを行うことにより得られる検出値は、サンプリングのタイミングに依存して大きく変動する。その結果、上述した電気的パラメータを精度良く求めることができなくなる。
このような背景の下、本技術分野においては、電極に供給する高周波電力のＯＮとＯＦＦを交互に切り替え可能な平行平板型のプラズマ処理装置において、整合器と電極との間の給電ラインからプローブ検出器によって得られる計測信号のサンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することが要請されている。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、上部電極、載置台、高周波電源、整合回路、給電ライン、及びプローブ装置を備えている。ガス供給部は、処理容器内に処理ガスを供給する。上部電極は、処理容器内に設けられている。載置台は、処理容器内において上部電極と対向配置された下部電極を有する。高周波電源は、高周波電力を発生する。高周波電源は、当該高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替えることができる。整合回路は、高周波電源と上部電極又は下部電極のうち一方の電極の間に設けられている。給電ラインは、整合回路と前記一方の電極の間に設けられている。プローブ装置は、給電ラインにおける電気的特性を計測して計測信号を生成するプローブ検出器、及び、当該計測信号をサンプリングしてサンプル値を生成する処理部を有している。処理部は、高周波電力がＯＮの期間に第１のレベルをとり高周波電力がＯＦＦの間に第２のレベルをとるパルス信号を受けて、当該パルス信号のパルスの立ち上がりタイミングから所定のマスク期間経過後、該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、所定のサンプリング間隔で計測信号のサンプリングを行って一以上のサンプル値を生成し、当該一以上のサンプリング値のうち前記立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用する。
そのＯＮとＯＦＦとを切り替えてパルス状に高周波電力を電極に供給する平行平板型のプラズマ処理装置では、給電ラインにおける高周波電力が、高周波電力をＯＮに制御した後に安定したレベルに達するまでに時間を要する。この時間は、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える周波数にも依存し得る。本発明の上記側面に係るプラズマ処理装置では、プローブ装置の処理部に、高周波電力がＯＮの期間に第１のレベルをとり高周波電力がＯＦＦの間に第２のレベルをとるパルス信号が与えられる。この処理部は、パルス信号のパルスの立ち上がりから所定のマスク期間経過後、当該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、プローブ検出器の計測信号をサンプリングし、得られた一以上のサンプリング値のうちパルスの立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用している。即ち、本プラズマ処理装置では、パルスの立ち下がりタイミングをトリガとして用い、パルスの立ち下がりタイミングの直前に得られた一以上のサンプル値を検出値として採用している。かかる検出値は、給電ラインにおける高周波電力が安定したレベルに達したときの計測信号に基づく値となり得る。したがって、このように検出値を得ることによって、時間的に変動する計測信号のサンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することが可能となる。また、パルスの立ち下がりタイミングをトリガとして検出値が得られるので、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える周波数（以下、「切替周波数」という）が変更されても、サンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することができる。
一実施形態においては、処理部は、高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数に基づいて、周波数に応じて予め定められた採用するサンプル値の個数を求め、求めた個数のサンプル値を検出値として採用してもよい。この実施形態によれば、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、一定の期間の経過後に得られる検出値の個数が同数となるように、一つのパルスの期間で得られるサンプル値のうち検出値として採用するサンプル値の個数を予め設定しておくことができる。これにより、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、一定の期間の経過後に、同数の検出値を得ることが可能となる。したがって、例えば、処理部が複数の検出値に基づく解析値を出力する場合に、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、当該解析値の出力タイミングを等しくすることが可能となる。なお、解析値としては、例えば、複数の検出値にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用することによって得られる値が例示される。なお、一実施形態においては、プラズマ処理装置は、高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数を設定する制御部を更に備え、処理部は、当該周波数を特定する情報を当該制御部から受けて、サンプル値の個数を当該情報に基づいて求めてもよい。また、別の実施形態においては、処理部は、前記パルス信号を解析して高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数を求めてもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置は、プローブ装置の処理部に前記パルス信号を供給し、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替えるためのパルス信号を高周波電源に供給するパルス制御部を更に備えていてもよい。この実施形態のプラズマ処理装置は、（ａ）前記高周波電力の周波数とは異なる周波数を有し、当該高周波電力がＯＮの期間にＯＮになり当該高周波電力がＯＦＦの間にＯＦＦとなる別の高周波電力を発生する別の高周波電源と、（ｂ）別の高周波電源と給電ラインとの間に設けられた別の整合回路と、を更に備え、パルス制御部が、別の高周波電力のＯＮとＯＦＦを切り替えるためのパルス信号を別の高周波電源に供給してもよい。別の実施形態では、高周波電源が、プローブ装置の処理部に供給する前記パルス信号を発生するパルス発生部を有していてもよい。
本発明の別の側面は、給電ラインを介して上部電極及び下部電極の一方に供給する高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替え可能なプラズマ処理装置の当該給電ラインにおける電気的特性の検出値を生成するプローブ装置である。このプローブ装置は、給電ラインにおける電気的特性を計測して計測信号を生成するプローブ検出器と、当該計測信号をサンプリングしてサンプル値を生成する処理部とを備えている。処理部は、高周波電力がＯＮの期間に第１のレベルをとり高周波電力がＯＦＦの間に第２のレベルをとるパルス信号を受けて、当該パルス信号のパルスの立ち上がりタイミングから所定のマスク期間経過後、当該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、所定のサンプリング間隔で計測信号のサンプリングを行って一以上のサンプル値を生成し、該一以上のサンプリング値のうち立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用する。本プローブ装置は、時間的に変動する計測信号のサンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することが可能である。また、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える周波数（即ち、切替周波数）が変更されても、サンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することができる。
一実施形態においては、処理部は、高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数を特定する情報を受け、周波数に応じて予め定められた採用するサンプル値の個数を当該情報に基づいて求め、求めた該個数のサンプル値を検出値として採用してもよい。この実施形態によれば、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、一定の期間の経過後に得られる検出値の個数が同数となるように、一つのパルスの期間で得られるサンプル値のうち検出値として採用するサンプル値の個数を予め設定しておくことができる。これにより、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、一定の期間の経過後に、同数の検出値を得ることが可能となる。したがって、例えば、処理部が複数の検出値に基づく解析値を出力する場合に、切替周波数が異なる複数の周波数のうち何れであっても、当該解析値の出力タイミングを等しくすることが可能となる。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、電極に供給する高周波電力のＯＮとＯＦＦを交互に切り替え可能な平行平板型のプラズマ処理装置において、整合器と電極との間の給電ラインからプローブ検出器によって得られる計測信号のサンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することが可能となる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。 一実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。 一実施形態に係る直流電源の構成を示す回路図である。 高周波電源の出力波形と直流電源の出力電圧の波形を例示するタイミングチャートである。 プローブ検出器の計測信号の波形、及び、プローブ装置の処理部に供給されるパルス信号の波形の一例を示す図である。 プローブ検出器の計測信号の波形、及び、プローブ装置の処理部に供給されるパルス信号の波形の一例を示す図である。 プローブ検出器の計測信号の波形、及び、プローブ装置の処理部に供給されるパルス信号の波形の一例を示す図である。 一実施形態における検出値の採用方法を説明するための図である。 サンプリング部が参照するテーブルの一例を示す図である。 別の実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。
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装置を示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、例えばアルミニウムといった金属から構成された基台１６を支持している。この基台１６は、処理容器１２内に設けられており、一実施形態においては、下部電極を構成している。
基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は基台１６と共に一実施形態の載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理基体Ｗを吸着保持することができる。
基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。
基台１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置された被処理基体Ｗの温度が制御される。
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給する。
また、処理容器１２内には、上部電極３０が設けられている。この上部電極３０は、下部電極である基台１６の上方において、当該基台１６と対向配置されており、基台１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、被処理基体Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ４２及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４を介して、ガス源４０が接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源４０は、例えば、Ｃ４Ｆ８ガスのようなフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ）を含む処理ガスのガス源である。このガス源４０からの処理ガスは、ガス供給管３８からガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。ガス源４０、バルブ４２、ＭＦＣ ４４、ガス供給管３８、並びに、ガス拡散室３６ａ、ガス通流孔３６ｂ、及びガス吐出孔３４ａを画成する上部電極３０は、一実施形態におけるガス供給部を構成している。
また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁には被処理基体Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において被処理基体Ｗと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図１に示す位置に限られるものではない。例えば、導電性部材５６は、基台１６の周囲に設けられる等、基台１６側に設けられてもよく、また上部電極３０の外側にリング状に設けられる等、上部電極３０の近傍に設けられてもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、下部電極を構成する基台１６に高周波電力を供給するための給電棒５８を更に備えている。給電棒５８は、一実施形態に係る給電ラインを構成している。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂを含んでいる。棒状導電部材５８ａは、処理容器１２外から処理容器１２の底部を通って処理容器１２内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材５８ａの上端は、基台１６に接続されている。また、筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように当該棒状導電部材５８ａと同軸に設けられており、処理容器１２の底部に支持されている。これら棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の２枚の絶縁部材５８ｃが介在して、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとを電気的に絶縁している。
また、一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、整合器ＭＵを更に備え得る。整合器ＭＵには、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの下端が接続されている。この整合器ＭＵには、電源システムＰＳが接続されている。また、電源システムＰＳには、上部電極３０も接続されている。一実施形態においては、電源システムＰＳは、下部電極を構成する基台１６に二つの異なる高周波電力を供給し、上部電極３０に直流電圧を印可し得る。この電源システムＰＳの詳細については、後述する。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源システムＰＳ等を、制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
以下、図２を参照して、電源システムＰＳについて説明する。図２は、一実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。図２に示すように、一実施形態においては、電源システムＰＳは、直流電源６０、第１の高周波電源６２、及び第２の高周波電源６４を備えている。
第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、配線Ｌ１０を介して、整合器ＭＵに接続されている。この整合器ＭＵは、整合回路６６ａ、フィルタ回路６６ｂ、整合回路６８ａ、及びフィルタ回路６８ｂを含んでいる。整合回路６６ａには、第１の高周波電源６２が接続されており、当該整合回路６６ａは、フィルタ回路６６ｂを介して給電棒５８に接続されている。整合回路６６ａは、第１の高周波電源６２の第１の高周波電力がＯＮとなっているとき、即ち、第１の高周波電源６２から第１の高周波電力が整合回路６６ａに供給されているときに、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。フィルタ回路６６ｂは、後述する第２の高周波電力が整合回路６６ａに侵入することを防止する回路である。
第２の高周波電源６４は、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理基体Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波電力を発生する。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。第２の高周波電源６４は、配線Ｌ１２を介して整合回路６８ａに接続されている。この整合回路６８ａは、フィルタ回路６８ｂを介して給電棒５８に接続されている。整合回路６８ａは、第２の高周波電源６４の第２の高周波電力がＯＮとなっているとき、即ち、第２の高周波電源６４から第２の高周波電力が整合回路６８ａに供給されているときに、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。フィルタ回路６８ｂは、第１の高周波電力が整合回路６８ａに侵入することを防止する回路である。
一実施形態においては、電源システムＰＳは、パルス制御部ＰＣを更に備え得る。パルス制御部ＰＣは、高周波電源６２，６４それぞれが発生する高周波電力のＯＮとＯＦＦを切り替えるためのパルス信号を発生する。パルス制御部ＰＣは、高周波電源６２，６４に配線Ｌ１４，Ｌ１６を介して接続されている。このパルス制御部ＰＣは、配線Ｌ１４を介して第１の高周波電源６２にパルス信号ＰＳ１を供給する。パルス信号ＰＳ１は、第１の高周波電力をＯＮとするために第１のレベル（例えば、高レベル）をとり、第１の高周波電力をＯＦＦとするために第２のレベル（例えば、低レベル）をとる。また、パルス制御部ＰＣは、配線Ｌ１６を介して第２の高周波電源６４にパルス信号ＰＳ２を供給する。パルス信号ＰＳ２は、第２の高周波電力をＯＮとするために第１のレベル（例えば、高レベル）をとり、第２の高周波電力をＯＦＦとするために第２のレベル（例えば、低レベル）をとり得る。
パルス制御部ＰＣによって発生されるパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２の周波数及びデユーティー比は、制御部Ｃｎｔによって調整される。具体的には、制御部Ｃｎｔは、パルス信号の周波数及びデユーティー比を設定する制御信号ＣＳ１を、配線ＤＬ１０を介してパルス制御部ＰＣに送出する。この制御信号ＣＳ１を受けると、パルス制御部ＰＣは、当該制御信号に応じた周波数及びデューティー比を有するパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２を発生する。
第１の高周波電源６２は、パルス制御部ＰＣから供給されるパルス信号ＰＳ１に応じて、当該パルス信号ＰＳ１の周波数に対応する切替周波数で、第１の高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える。また、第２の高周波電源６４も、パルス制御部ＰＣから供給されるパルス信号ＰＳ２に応じて、当該パルス信号ＰＳ２の周波数に対応する切替周波数で、第２の高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える。これにより、処理容器１２内においてプラズマが存在している状態とプラズマが消滅した状態とが交互に形成される。
一実施形態においては、第１の高周波電源６２は、パルス信号ＰＳ１の立ち上がりタイミングから僅かに遅延して高周波電力をＯＮとし、また、パルス信号ＰＳ１の立ち上がりタイミングから僅かに遅延して高周波電力をＯＦＦとし得る。また、第２の高周波電源６４も同様に、パルス信号ＰＳ２の立ち上がりタイミングから僅かに遅延して高周波電力をＯＮとし、また、パルス信号ＰＳ２の立ち上がりタイミングから僅かに遅延して高周波電力をＯＦＦとし得る。第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４のかかる遅延量は、共通の遅延量であり、これら電源に設定され得る。
なお、以下の説明においては、第１の高周波電源６２に供給されるパルス信号ＰＳ１と第２の高周波電源６４に供給されるパルス信号ＰＳ２とは、同期しているものとする。即ち、これらパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２の位相は揃えられている。しかしながら、別の実施形態においては、パルス信号ＰＳ１とパルス信号ＰＳ２との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。即ち、第１の高周波電源６２が第１の高周波電力を出力している期間中の一部期間において第２の高周波電源６４によって第２の高周波電力が出力されてもよい。なお、この場合には、後述するパルス信号ＰＳ６は、パルス信号ＰＳ２と同期していてもよい。
また、パルス制御部ＰＣは、第１の高周波電源６２の第１の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り替えに、整合回路６６ａの整合動作が同期するよう当該整合回路６６ａを制御する。さらに、パルス制御部ＰＣは、第２の高周波電源６４の第２の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り替えに、整合回路６８ａの整合動作が同期するよう当該整合回路６８ａを制御する。このため、パルス制御部ＰＣは、配線Ｌ１８，Ｌ２０を介して、整合回路６６ａ，６８ａにそれぞれ接続されている。パルス制御部ＰＣは、配線Ｌ１８を介して整合回路６６ａにパルス信号ＰＳ３を供給し、配線Ｌ２０を介して整合回路６８ａにパルス信号ＰＳ４を供給する。パルス信号ＰＳ３は、パルス信号ＰＳ１に同期し、パルス信号ＰＳ４は、パルス信号ＰＳ２に同期し得る。
また、図２に示すように、電源システムＰＳの直流電源６０は、ローパスフィルタ７０を介して、上部電極３０に接続されている。この直流電源６０は、負の直流電圧を上部電極３０に出力する。一実施形態においては、この直流電源６０は、配線Ｌ２２を介してパルス制御部ＰＣに接続されており、当該配線Ｌ２２を介してパルス制御部ＰＣからパルス信号ＰＳ５を受ける。以下、図２に加えて図３を参照して、直流電源６０について更に説明する。図３は、一実施形態に係る直流電源の構成を示す回路図である。図３に示す直流電源６０は、第１の直流電源部７２、第２の直流電源部７４、選択回路７６、放電回路７８を備えている。
第１の直流電源部７２は、選択回路７６に電気的に接続されており、負の直流電圧である第１の直流電圧を発生する。第１の直流電圧は、例えば０〜−８００Ｖの間に設定される。一実施形態においては、第１の直流電源部７２と選択回路７６との間には、第１の直流電圧の値を安定させるための回路部８０が設けられている。この回路部８０は、コンデンサ８０ａ，８０ｂ、及び、抵抗素子８０ｃを有している。抵抗素子８０ｃの一端は第１の直流電源部７２に接続されており、当該抵抗素子８０ｃの他端は選択回路７６に接続されている。また、コンデンサ８０ａ及び８０ｂの一端は接地電位に接続されており、これらコンデンサの他端は、第１の直流電源部７２と抵抗素子８０ｃとの間のノードに接続している。コンデンサ８０ａ，８０ｂは、例えば、１μＦの容量を有し、抵抗素子８０ｃは、例えば５０Ωの抵抗値を有する。
第２の直流電源部７４は、選択回路７６に電気的に接続されており、負の直流電圧である第２の直流電圧を発生する。第２の直流電圧の絶対値は、第１の直流電圧の絶対値よりも大きい。第２の直流電圧は、例えば、−２０００Ｖよりも低い電圧として設定され得る。第２の直流電源部７４と選択回路７６との間には、第２の直流電圧の値を安定させるための回路部８２が設けられている。この回路部８２は、コンデンサ８２ａ，８２ｂ、及び、抵抗素子８２ｃを有している。抵抗素子８２ｃの一端は第２の直流電源部７４に接続されており、当該抵抗素子８２ｃの他端は選択回路７６に接続されている。また、コンデンサ８２ａ及び８２ｂの一端は接地電位に接続されており、これらコンデンサの他端は、第２の直流電源部７４と抵抗素子８２ｃとの間のノードに接続している。コンデンサ８２ａ，８２ｂは、例えば１μＦの容量を有し、抵抗素子８２ｃは、例えば５０Ωの抵抗値を有する。
選択回路７６は、第１の直流電源部７２と第２の直流電源部７４を選択的に上部電極３０に接続する。一実施形態においては、選択回路７６は、二つのスイッチ素子７６ａ及び７６ｂを有している。スイッチ素子７６ａ及び７６ｂはそれぞれ、第１の端子、第２の端子、及び制御端子を有している。スイッチ素子７６ｂの第１の端子は第１の直流電源部７２に電気的に接続されている。スイッチ素子７６ａの第１の端子は第２の直流電源部７４に電気的に接続されている。スイッチ素子７６ａの第２の端子及びスイッチ素子７６ｂの第２の端子は互いに電気的に接続されており、これら出力端子の間のノードは、ローパスフィルタ７０を介して上部電極３０に接続している。なお、ローパスフィルタ７０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波をトラップするものであり、例えば、ＬＲフィルタ又はＬＣフィルタで構成され得る。
スイッチ素子７６ａの制御端子及びスイッチ素子７６ｂの制御端子は、回路部８４を介してパルス制御部ＰＣに接続されている。回路部８４は、スイッチ素子７６ａに接続された反転回路８４ａ、及び、スイッチ素子７６ｂに接続された非反転回路８４ｂを含んでいる。パルス制御部ＰＣから出力されるパルス信号ＰＳ５は、回路部８４の反転回路８４ａ及び非反転回路８４ｂに供給される。反転回路８４ａは、パルス信号ＰＳ５の反転信号をスイッチ素子７６ａの制御端子に供給する。一方、非反転回路８４ｂは、パルス信号ＰＳ５の非反転信号を、スイッチ素子７６ｂの制御端子に供給する。これにより、選択回路７６は、第１の高周波電源６２が第１の高周波電力を出力している期間において、第１の直流電源部７２を選択的に上部電極３０に接続し、第１の高周波電源６２が第１の高周波電力の出力を停止している期間において、第２の直流電源部７４を選択的に上部電極３０に選択的に接続する。
なお、一実施形態においては、パルス制御部ＰＣから直流電源６０に供給されるパルス信号ＰＳ５は、パルス制御部ＰＣから高周波電源６２及び６４に供給されるパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２と同期している。別の実施形態においては、パルス信号ＰＳ５とパルス信号ＰＳ１との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。即ち、第１の高周波電源６２が第１の高周波電力を出力している期間中の一部期間において第１の直流電源部７２が選択的に上部電極３０に接続され、第１の高周波電源６２が第１の高周波電力の出力を停止している期間中の一部期間において、第２の直流電源部７４が選択的に上部電極３０に接続されるように、パルス信号ＰＳ１とパルス信号ＰＳ５との間には、所定の位相差が設定されていてもよい。
一実施形態においては、図３に示すように、直流電源６０は、放電回路７８を更に備えている。放電回路７８は、第１の直流電源部７２と選択回路７６の間のノードＮ１に接続している。このノードＮ１は、具体的には、スイッチ素子７６ｂの入力端子と回路部８０との間に設けられている。放電回路７８は、上部電極３０に接続する直流電源部が、第２の直流電源部７４から第１の直流電源部７２に切り替わる際に、処理容器１２内に蓄積されている電荷を接地電位に対して放電する。一実施形態においては、図３に示すように、放電回路７８は、抵抗素子Ｒｓを含んでいる。この抵抗素子Ｒｓの一端は設置電位に接続されており、その他端はノードＮ１０に接続される。抵抗素子Ｒｓは、例えば５０〜１００ｋΩの抵抗値を有し、例えば、２００Ωの抵抗値を有し得る。
このように、プラズマ処理装置１０では、上部電極３０に接続する直流電源部が第２の直流電源部７４から第１の直流電源部７２に切り替わるときに、処理容器１２内に蓄積されている電子が、放電回路７８を通じて急速に放電される。これにより、上部電極３０に接続する直流電源部が第２の直流電源部７４から第１の直流電源部７２に切り替わる際に、直流電源６０の出力電圧は第１の直流電圧に急速に制御される。したがって、上部電極３０に与える絶対値の異なる負の直流電圧の高周波の切替えに、直流電源６０の出力電圧を追従させることが可能となる。なお、別の実施形態においては、放電回路７８は、定電流回路であってもよい。
また、図３に示すように、一実施形態においては、直流電源６０は、スイッチ回路８６を更に備え得る。このスイッチ回路８６は、放電回路７８とノードＮ１０との間に設けられている。スイッチ回路８６は、放電回路７８をノードＮ１０に選択的に接続することができる。具体的には、第１の直流電源部７２と第２の直流電源部７４とを交互に上部電極３０に接続する場合には、スイッチ回路８６を閉じて、放電回路７８をノードＮ１０に接続することができる。一方、第１の直流電源部７２及び第２の直流電源部７４のうち一方のみを連続的に上部電極３０に接続する場合には、スイッチ回路８６を開いて、ノードＮ１０から放電回路７８を切り離すことができる。
このプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行うときには、静電チャック１８上に被処理基体Ｗが載置される。被処理基体Ｗは、被エッチング層と、当該エッチング層上に設けられたレジストマスクを有し得る。そして、排気装置５０により処理容器１２内を排気しながら、ガス源４０からの処理ガスを所定の流量で処理容器１２内に供給し、処理容器１２内の圧力を、例えば、０．１〜５０Ｐａの範囲内に設定する。なお、処理ガスとしては、例えばＣ４Ｆ８ガスのようなフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ）に代表されるハロゲン元素を含有するガスを用いることができる。さらに、処理ガスには、ＡｒガスやＯ２ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
次いで、パルス信号ＰＳ１が高レベルであることに応じて、図４に示すように、第１の高周波電源６２が、期間Ａ１において、第１の高周波電力（図４の波形Ｇ１を参照）を下部電極１６に供給する。また、パルス信号ＰＳ２が高レベルであることに応じて、第２の高周波電源６４が、期間Ａ１において、第２の高周波電力（図４の波形Ｇ２を参照）を下部電極１６に供給する。さらに、パルス信号ＰＳ５が高レベルであることに応じて、直流電源６０が、第１の直流電圧Ｖ１（図４の波形Ｇ３を参照）を上部電極３０に供給する。これにより、上部電極３０と下部電極１６との間に高周波電界が形成され、処理空間Ｓに供給された処理ガスが、プラズマ化する。このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって被処理基体Ｗの被エッチング層がエッチングされる。
次いで、パルス信号ＰＳ２が低レベルであることに応じて、第１の高周波電源６２が、期間Ａ２において、第１の高周波電力（図４の波形Ｇ１を参照）の供給を停止する。また、パルス信号ＰＳ２が低レベルであることに応じて、第２の高周波電源６４が、期間Ａ２において、第２の高周波電力（図４の波形Ｇ２を参照）の供給を停止する。さらに、パルス信号ＰＳ５が低レベルであることに応じて、直流電源６０が、第２の直流電圧Ｖ２（図４の波形Ｇ３を参照）を上部電極３０に供給する。これにより、期間Ａ２においては、被処理基体Ｗ上のプラズマシースが消滅又は減少する。この状態において、処理空間Ｓ内の正イオンが上部電極３０に衝突することで発生する二次電子が、被処理基体Ｗに向けて加速されて、当該被処理基体Ｗに照射される。これにより、被処理基体Ｗの帯電状態が中和され、また、レジストマスクが改質される。その結果、レジストマスクのプラズマ耐性を強化し、また、エッチングに寄与するイオンの直進性を高めて、被エッチング層の選択性、及び、被エッチング層に形成する孔の垂直性を向上することができる。
再び図１及び図２を参照する。このプラズマ処理装置１０は、更に、プローブ装置ＰＡを更に備えている。プローブ装置ＰＡは、プローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２、処理部ＰＵを含んでいる。プローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２は、下部電極１６と高周波電源６２及び６４とを接続する給電ライン、即ち、本実施形態においては給電棒５８における電気的特性を計測して、計測信号を出力する。これら、プローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２は、例えば、筒状導電部材５８ｂに取り付けられ得る。一実施形態においては、プローブ検出器Ｐｄ１は給電棒５８の棒状導電部材５８ａを流れる電流を測定する電流プローブ検出器であり、プローブ検出器Ｐｄ２は給電棒５８の棒状導電部材５８ａにおける電圧を測定する電圧プローブ検出器であり得る。これらプローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２は、棒状導電部材５８ａに直接的に接触して、電流又は電圧を測定してもよく、或いは、棒状導電部材５８ａの静電気的な表面電位を静電容量を介して非接触に測定してもよい。また、プローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２は、給電棒５８において進行波電力及び反射波電力を計測してもよく、或いは、プローブ装置ＰＡは、進行波電力及び反射波電力を計測する別のプローブ検出器を更に有していてもよい。
プローブ検出器Ｐｄ１及びＰｄ２は、処理部ＰＵに接続されている。一実施形態においては、処理部ＰＵは、サンプリング部９０、記憶部９２、及び、解析部９４を有し得る。サンプリング部９０は、プローブ検出器Ｐｄ１，Ｐｄ２に、配線Ｌ３０，Ｌ３２を介して接続されている。サンプリング部９０は、検出器Ｐｄ１，Ｐｄ２から、配線Ｌ３０，Ｌ３２を介して計測信号を受ける。また、サンプリング部９０は、配線Ｌ３４を介してパルス制御部ＰＣに接続されており、当該配線Ｌ３４を介してパルス制御部ＰＣからパルス信号ＰＳ６を受ける。このパルス信号ＰＳ６は、第１の高周波電力又は第２の高周波電力がＯＮとなる期間に第１のレベル（例えば、高レベル）となり、ＯＦＦとなる期間に第２のレベル（例えば、低レベル）になるパルス信号である。一実施形態においては、パルス信号ＰＳ６は、パルス信号ＰＳ１と同期され得る。さらに、サンプリング部９０は、制御部Ｃｎｔに配線ＤＬ１２を介して接続されていてもよい。サンプリング部９０は、制御部Ｃｎｔがパルス制御部ＰＣに対して設定したパルス信号の周波数及びデューティー比を特定する情報ＣＳ２を、配線ＤＬ１２を介して受けることもできる。
ここで、図５〜図７に、プローブ検出器の計測信号の波形、及び、プローブ装置ＰＡの処理部ＰＵに供給されるパルス信号ＰＳ６の波形を例示する。図５には、周波数５ｋＨｚ及びデューティー比（オンデューティー）６０％のパルス信号ＰＳ６の波形ＰＷと、当該パルス信号ＰＳ６に同期したパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２が高周波電源６２及び６４にそれぞれ供給されたときの計測信号の波形ＲＷが示されている。図６には、周波数１０ｋＨｚ及びデューティー比（オンデューティー）６０％のパルス信号ＰＳ６の波形ＰＷと、当該パルス信号ＰＳ６に同期したパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２が高周波電源６２及び６４にそれぞれ供給されたときの計測信号の波形ＲＷが示されている。また、図７には、周波数４０ｋＨｚ及びデューティー（オンデューティー）比６０％のパルス信号ＰＳ６の波形ＰＷと、当該パルス信号ＰＳ６に同期したパルス信号ＰＳ１及びＰＳ２が高周波電源６２及び６４にそれぞれ供給されたときの計測信号の波形ＲＷが示されている。なお、図５〜図７の各図では、波形ＲＷについてはその包絡線が、波形ＰＷについてはその線図が描かれている。
図５〜図７に示すように、給電棒５８における電気的特性は、パルス信号ＰＳ１及びＰＳ２に応じて変動するため、プローブ検出器によって計測される計測信号（波形ＲＷを参照）も変動する。また、図５〜図７に示すように、給電棒５８における電気的特性、即ち、プローブ検出器によって計測される計測信号のレベルは、パルス信号ＰＳ１及びＰＳ２の立ち上がりタイミング後に増加していき、当該立ち上がりタイミングから遅れて、あるレベルに到達する。したがって、一定のサンプリング間隔で連続的に計測信号をサンプリングすることにより得られるサンプル値は、大きく変動する。このように大きく変動するサンプル値を検出値として用いても、当該検出値からは、プラズマ処理装置１０の適切な電気的パラメータを求めることはできない。
そこで、プラズマ処理装置１０の処理部ＰＵでは、以下に説明するように、検出値を取得する。ここで、図８を参照する。図８は、一実施形態における検出値の取得方法を説明するための図である。図８の（ａ）は、周波数４０ｋＨｚ及びデューティー比６０％のパルス信号ＰＳ１に同期したパルス信号ＰＳ６と当該パルス信号ＰＳ１及びパルス信号ＰＳ２が高周波電源６２及び６４に供給された場合のプローブ検出器の計測信号ＭＳを示している。図８の（ｂ）は、周波数５ｋＨｚ及びデューティー比６０％のパルス信号ＰＳ１に同期したパルス信号ＰＳ６と当該パルス信号ＰＳ１及びパルス信号ＰＳ２が高周波電源６２及び６４に供給された場合のプローブ検出器の計測信号ＭＳを示している。
処理部ＰＵのサンプリング部９０には、上述したように、パルス信号ＰＳ１に同期したパルス信号ＰＳ６が入力される。サンプリング部９０は、図８に示すように、入力されるパルス信号ＰＳ６のパルスの立ち上がりタイミングＬｅから所定のマスク期間ＭＰの経過後に計測信号ＭＳのサンプリングを開始し、サンプリングを当該パルスの立ち下がりタイミングＴｅまで継続する。この所定のマスク期間ＭＰは、サンプリング部９０が保持する所定のパラメータであってもよく、或いは、制御部Ｃｎｔによりサンプリング部９０に設定されてもよい。また、サンプリング部９０が一つのサンプル値Ｓｉを得るための期間、即ち、サンプリング期間ＳＤ、及び、隣接するサンプリング期間の間隔、即ち、サンプリング間隔ＳＩも、サンプリング部９０が保持する所定のパラメータであってもよく、或いは、制御部Ｃｎｔによりサンプリング部９０に設定されてもよい。なお、本実施形態では、サンプリング間隔ＳＩはサンプリング期間ＳＤと同時間長の間隔である。
サンプリング部９０は、このようにして一つのパルスの間に得たサンプル値を記憶部９２に格納し得る。サンプリング部９０は、一つのパルスに対して得られて記憶部９２に格納されたサンプル値Ｓｉのうち、当該パルスの立ち下がりタイミングＴｅに対して最終の一回以上のサンプリングで得られるサンプル値を、検出値として採用する。これにより、サンプリング部９０は、立ち上がりタイミングＬｅの後に、あるレベルに到達した計測信号のサンプリング値を、検出値として採用することができる。したがって、サンプリング部９０は、計測信号のサンプリングのタイミングに依存する検出値の変動を低減することが可能である。
また、一実施形態においては、サンプリング部９０は、一つのパルスの間に得られるサンプル値のうち、パルス信号ＰＳ１の周波数、即ち切替周波数に応じた個数のサンプル値を、検出値として採用することができる。そのため、上述したように、制御部Ｃｎｔは、パルス制御部ＰＣに対して設定したパルス信号ＰＳ１の周波数及びデューティー比を特定する情報ＣＳ２を、配線ＤＬ１２を介して受ける。そして、サンプリング部９０は、情報ＣＳ２に基づいて特定される周波数及びデューティー比に応じたサンプル値の個数を求める。
このため、一実施形態においては、記憶部９２に図９に示すテーブルＴＢが記憶されている。図９に示すように、テーブルＴＢには、パルス信号の周波数とデューティー比とに対応づけて、検出値として採用するサンプル値の個数が登録されている。一実施形態においては、テーブルＴＢに登録されているサンプル値の採用個数は、一定の期間の経過後に得られる検出値の個数がパルス信号ＰＳ１の周波数及びデューティー比によらず同数となるように、設定されている。
かかるテーブルＴＢを参照することにより、サンプリング部９０は、情報ＣＳ２に基づいて特定される周波数及びデューティー比に応じた採用個数を、特定する。そして、サンプリング部９０は、一つのパルスの間に得られるサンプル値のうち、パルスの立ち下がりタイミングＴｅに対して最終の一以上のサンプル値であり、特定された採用個数のサンプル値を検出値として採用する。
より詳細な例を説明すると、サンプリング部９０は、パルス信号ＰＳ１の周波数が４０ｋＨｚであり、そのデューティー比（オンデューティー）が６０％である場合には、テーブルＴＢを参照することにより、検出値として採用するサンプル値の個数が「１」であることを特定する（図９参照）。また、パルス信号ＰＳ１の周波数が４０ｋＨｚであり、そのデューティー比が６０％である場合には、一つのパルスが第１のレベル（例えば、高レベル）にある期間は、１５μｓｅｃである。この場合に、マスク期間ＭＰを１０μｓｅｃとし、サンプリング期間ＳＤ（即ち、サンプリング間隔ＳＩ）を５μｓｅｃとすると、パルス信号ＰＳ１に同期したパルス信号ＰＳ６の一つのパルスの間に得られるサンプル値は、図８の（ａ）に示すように、サンプル値Ｓ１のみとなる。この場合には、サンプリング部９０は、サンプル値Ｓ１、即ち、最終の一つのサンプル値Ｓｎを、検出値として採用する。
また、サンプリング部９０は、パルス信号ＰＳ１の周波数が５ｋＨｚであり、そのデューティー（オンデューティー）比が６０％である場合には、テーブルＴＢを参照することにより、検出値として採用するサンプル値の個数が「８」であることを特定する。また、パルス信号ＰＳ１の周波数が５ｋＨｚであり、そのデューティー比が６０％である場合には、一つのパルスが高レベルにある期間は、１２０μｓｅｃである。この場合に、マスク期間ＭＰを１０μｓｅｃとし、サンプリング期間ＳＤ（即ち、サンプリング間隔ＳＩ）を５μｓｅｃとすると、パルス信号ＰＳ１に同期したパルス信号ＰＳ６の一つのパルスの間に得られるサンプル値は、図８の（ｂ）に示すように、２２個のサンプル値Ｓ１〜Ｓｎとなる。この場合には、サンプリング部９０は、サンプル値Ｓ１〜Ｓｎのうち、最終の８つのサンプル値Ｓｎ〜Ｓｎ−７を、検出値として採用する。
図９に示したテーブルに登録されている採用個数は、一定の期間の経過後に得られる検出値の個数が、パルス信号ＰＳ１の周波数及びデューティー比によらず、同数となるように設定されている。例えば、パルス信号ＰＳ１の周波数が４０ｋＨｚであり、そのデューティー比（オンデューティー）が６０％である場合には、２５μｓｅｃの一周期の間に一つの検出値が得られ、一定の期間、即ち、２５．６ｍｓｅｃの間に、１０２４個の検出値が得られる。また、パルス信号ＰＳ１の周波数が４０ｋＨｚであり、そのデューティー比（オンデューティー）が６０％である場合には、２００μｓｅｃの一周期の間に８つの検出値が得られ、一定の期間、即ち、２５．６ｍｓｅｃの間に、１０２４個の検出値が得られる。このように検出値として採用するサンプル値の採用個数を設定しておくことにより、パルス信号ＰＳ１の周波数及びデューティー比によらず、一定の期間に同数の検出値を得ることができる。
一実施形態においては、処理部ＰＵの解析部９４は、サンプリング部９０によって出力される検出値を取得する。解析部９４は、取得した検出値に所定の解析処理を施すことにより、プラズマ処理装置１０の電気的パラメータを算出する。電気的パラメータとしては、第１の高周波電力の周波数及び第２の高周波電力の周波数の各々についての電圧、電流、電力、及び、負荷インピーダンスが例示される。かかる電気的パラメータを求めるために、解析部９４は、取得した検出値に対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用することができる。このように、解析部９４が算出する電気的パラメータは、ある個数の検出値に基づいており、また、上述したように、サンプリング部９０は、一定の期間に同数の検出値を出力することができる。したがって、解析部９４は、パルス信号ＰＳ１の周波数及びデューティー比によらず、一定の更新速度で、電気的パラメータを算出することができる。
一実施形態においては、解析部９４は、このようにして得た電気的パラメータを、配線ＤＬ１４を介して制御部Ｃｎｔに送ることができる。電気的パラメータが送信されると、制御部Ｃｎｔは、配線ＤＬ１６，ＤＬ１８，ＤＬ２０，ＤＬ２２を介して第１の高周波電源６２、第２の高周波電源６４、整合回路６６ａ、整合回路６８ａにそれぞれ、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔは、このように制御信号を送出することにより、第１の高周波電力の電力値、第２の高周波電力の電力値、及び、整合器ＭＵの整合回路６６ａ及び６８ｂの容量性リアクタンス成分の大きさを制御することができる。これにより、プラズマ処理装置１０におけるプラズマの最適化と安定化が図られる。
以上、種々の実施形態について説明したが、これら実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、図２に示した実施形態では、サンプリング部９０が、制御部Ｃｎｔから送られる情報ＣＳに基づいて、周波数及びデューティー比を特定してサンプル値の採用個数を特定しているが、解析部９４がパルス信号ＰＳ６を解析することによりパルス信号ＰＳ６の周波数及びデューティー比を求め、当該周波数及びデューティー比に基づいて、サンプル値の採用個数を特定してもよい。
また、上述した実施形態では、下部電極１６に二つの高周波電源が接続されているが、下部電極１６と上部電極３０のうち一方に第１の高周波電源が接続され、他方に第２の高周波電源が接続されていてもよい。また、直流電源６０は、単一の直流電源部のみを備えて、当該単一の直流電源部のＯＮとＯＦＦをパルス信号ＰＳ５に基づいて制御してもよい。
また、上述した実施形態では、二つの高周波電源６２及び６４の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦが切り替えられているが、別の実施形態では、これら二つの高周波電源のうち何れか一方の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦが切り替えられてもよい。当該別の実施形態の一例を図１０に示す。図１０は、別の実施形態に係る電源システムの構成を示す図である。図１０に示すプラズマ処理装置１０Ａは、パルス制御部ＰＣを備えておらず、第１の高周波電源６２Ａにパルス発生部６２ｐが設けられている。
パルス発生部６２ｐは、制御部Ｃｎｔから配線ＤＬ１０を介して供給される制御信号ＣＳ１に応じた切替周波数及びデューティー比で、第１の高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える。この実施形態では、第２の高周波電源６４Ａは、常時、高周波電力を出力し、また、直流電源６０Ａからは、一定の直流電圧が、常時、上部電極３０に与えられる。また、パルス発生部６２ｐは、制御信号ＣＳ１に応じた切替周波数及びデューティー比を有するパルス信号ＰＳ３を発生して、当該パルス信号ＰＳ３を配線Ｌ１８を介して整合回路６６ａに供給する。さらに、パルス発生部６２ｐは、制御信号ＣＳ１に応じた切替周波数及びデューティー比を有するパルス信号ＰＳ６を発生して、当該パルス信号ＰＳ６を配線Ｌ６２を介してサンプリング部９０に供給し得る。サンプリング部９０は、パルス信号ＰＳ６に基づいて、上述したプラズマ処理装置１０と同様に、検出値を取得することができる。
なお、別の例では、第１の高周波電源６２Ａは、常時、高周波電力を出力し、第２の高周波電源６４Ａがパルス発生部６２ｐと同様のパルス発生部を有し、第２の高周波電源６４Ａの高周波電力のＯＮとＯＦＦが切替えられてもよい。この別の例では、第２の高周波電源６４Ａのパルス発生部から、パルス信号ＰＳ４が整合回路６８ａに供給され、パルス信号ＰＳ６がサンプリング部９０に与えられる。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…基台（下部電極）、１８…静電チャック、３０…上部電極、４０…ガス源、５８…給電棒（給電ライン）、ＰＳ…電源システム、６０…直流電源、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、ＭＵ…整合器、６６ａ…整合回路、６８ａ…整合回路、ＰＡ…プローブ装置、Ｐｄ１，Ｐｄ２…プローブ検出器、ＰＵ…処理部、９０…サンプリング部、９２…記憶部、９４…解析部、Ｃｎｔ…制御部、ＰＣ…パルス制御部、Ｗ…被処理基体。

Claims (7)

  1. 処理容器と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記処理容器内に設けられた上部電極と、
    前記処理容器内において前記上部電極と対向配置された下部電極を有する載置台と、
    高周波電力を発生する高周波電源であり、該高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替える、該高周波電源と、
    前記高周波電源と前記上部電極又は下部電極のうち一方の電極の間に設けられた整合回路と、
    前記整合回路と前記一方の電極の間に設けられた給電ラインと、
    前記給電ラインにおける電気的特性を計測して計測信号を生成するプローブ検出器、及び、該計測信号をサンプリングしてサンプル値を生成する処理部を有するプローブ装置と、
    を備え、
    前記処理部は、前記高周波電力がＯＮの期間に第１のレベルをとり前記高周波電力がＯＦＦの間に第２のレベルをとるパルス信号を受けて、該パルス信号のパルスの立ち上がりタイミングから所定のマスク期間経過後、該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、所定のサンプリング間隔で前記計測信号のサンプリングを行って一以上のサンプル値を生成し、該一以上のサンプリング値のうち前記立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記処理部は、前記高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数に基づいて、周波数に応じて予め定められた採用するサンプル値の個数を求め、求めた該個数のサンプル値を前記検出値として採用する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記プローブ装置の前記処理部に前記パルス信号を供給し、前記高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替えるためのパルス信号を前記高周波電源に供給するパルス制御部を更に備える、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記高周波電力の周波数とは異なる周波数を有し、該高周波電力がＯＮの期間にＯＮになり前記高周波電力がＯＦＦの間にＯＦＦとなる別の高周波電力を発生する別の高周波電源と、
    前記別の高周波電源と前記給電ラインとの間に設けられた別の整合回路と、
    を更に備え、
    前記パルス制御部は、前記別の高周波電力のＯＮとＯＦＦを切り替えるためのパルス信号を前記別の高周波電源に供給する、
    請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記高周波電源は、前記パルス信号を発生するパルス発生部を有する、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 給電ラインを介して上部電極及び下部電極の一方に供給する高周波電力のＯＮとＯＦＦとを切り替え可能なプラズマ処理装置の該給電ラインにおける電気的特性の検出値を生成するプローブ装置であって、
    前記給電ラインにおける電気的特性を計測して計測信号を生成するプローブ検出器と、
    前記計測信号をサンプリングしてサンプル値を生成する処理部と、
    を備え、
    前記処理部は、前記高周波電力がＯＮの期間に第１のレベルをとり前記高周波電力がＯＦＦの間に第２のレベルをとるパルス信号を受けて、該パルス信号のパルスの立ち上がりタイミングから所定のマスク期間経過後、該パルスの立ち下がりタイミングまでの間、所定のサンプリング間隔で前記計測信号のサンプリングを行って一以上のサンプル値を生成し、該一以上のサンプリング値のうち前記立ち下がりタイミングに対して最終の一回以上のサンプリングによって得た一以上のサンプル値を検出値として採用する、
    プローブ装置。
  7. 前記処理部は、前記高周波電力のＯＮとＯＦＦとの切り替えの周波数に基づいて、周波数に応じて予め定められた採用するサンプル値の個数を求め、求めた該個数のサンプル値を前記検出値として採用する、請求項６に記載のプローブ装置。
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