特開 2023-180320 プラズマ処理装置及び共振周波数測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180320

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置及び共振周波数測定方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20231214BHJP

   H05H 1/00 20060101ALI20231214BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

H05H1/46 R

H05H1/00 A

H01L21/302 103

H01L21/302 101D

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093512

(22)【出願日】2022-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506158197

【氏名又は名称】公立大学法人 滋賀県立大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 和史

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 英紀

(72)【発明者】

【氏名】酒井 道

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA01

2G084BB02

2G084CC06

2G084CC09

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD04

2G084DD19

2G084DD37

2G084DD38

2G084DD42

2G084DD45

2G084DD47

2G084DD53

2G084DD56

2G084DD62

2G084DD66

2G084EE03

2G084EE04

2G084EE06

2G084FF14

2G084FF32

2G084HH02

2G084HH05

2G084HH07

2G084HH25

2G084HH28

2G084HH29

2G084HH42

5F004AA16

5F004BB14

5F004CA06

5F004CB20

(57)【要約】

【課題】共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うこと。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理容器と、電磁波発生器と、共振構造体と、測定部と、制御部とを備える。処理容器は、処理空間を提供する。電磁波発生器は、処理空間に供給される電磁波を発生させる。共振構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、処理容器内に位置する。測定部は、電磁波発生器から共振構造体へ進行する電磁波の電力と、共振構造体での電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力とを周波数ごとに測定する。制御部は、プラズマ処理の実行前に、電磁波の電力と、透過波、反射波又は散乱波の電力とを測定部により測定する測定処理と、電磁波の電力と透過波、反射波又は散乱波の電力とから算出される、共振構造体の特性値の周波数分布に基づいて、共振構造体の共振周波数を算出する算出処理とを実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ処理が行われる処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給される電磁波を発生させる電磁波発生器と、
前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、前記処理容器内に位置する共振構造体と、
前記電磁波発生器から前記共振構造体へ進行する前記電磁波の電力と、前記共振構造体での前記電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力とを周波数ごとに測定する測定部と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記プラズマ処理の実行前に、前記電磁波の電力と、前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力とを前記測定部により測定する測定処理と、
前記電磁波の電力と前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力とから算出される、前記共振構造体の特性値の周波数分布に基づいて、前記共振構造体の共振周波数を算出する算出処理と
を実行する、プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記プラズマ処理中に、前記電磁波発生器を制御して前記共振周波数よりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む前記電磁波を発生させることにより、当該電磁波と前記共振構造体とを共振させる共振処理を実行する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記電磁波発生器を制御して、前記処理空間にプラズマが生成されないように前記プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波を発生させ、前記処理空間にプラズマが生成されていない状態で、前記測定処理を実行する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記電磁波発生器を制御して、前記プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波であって、単一の周波数成分を含む前記電磁波を発生させ、前記電磁波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせながら前記測定処理を実行する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記電磁波発生器を制御して、前記プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波であって、所定の周波数帯域幅に属する複数の周波数成分を含む前記電磁波を発生させ、前記電磁波の複数の周波数成分の各周波数に関して前記測定処理を実行する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記制御部は、
前記測定処理を実行する前に、前記電磁波発生器を制御して前記プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波の電力以上の電力を有する電磁波を発生させることにより、前記処理空間にプラズマを生成し、生成された前記プラズマを用いて前記共振構造体を加熱する加熱処理を実行する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記電磁波発生器によって発生される前記電磁波を前記処理空間側へ導く導波管を備え、
前記測定部は、前記導波管を伝搬する前記電磁波の電力と、前記導波管を伝搬する前記反射波の電力とを周波数ごとに測定する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記共振構造体は、
第１面を前記処理空間に対向させて設けられた部材の前記第１面に沿って配置される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

第１面を前記処理空間に対向させて設けられた誘電体と、
前記誘電体を介して前記電磁波を前記処理空間に供給する電磁波供給部と
を備え、
前記共振構造体は、
前記誘電体の前記第１面に沿って配置される、請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

プラズマ処理が行われる処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給される電磁波を発生させる電磁波発生器と、
前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、前記処理容器内に位置する共振構造体と、
前記共振構造体における前記電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力を周波数ごとに測定する測定部と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記プラズマ処理の実行前に、前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力を前記測定部により測定する測定処理と、
前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力の周波数分布に基づいて、前記共振構造体の共振周波数を算出する算出処理と
を実行する、プラズマ処理装置。

【請求項11】

プラズマ処理が行われる処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給される電磁波を発生させる電磁波発生器と、
前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、前記処理容器内に位置する共振構造体と、
前記共振構造体における前記電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力を周波数ごとに測定する測定部と
を備えるプラズマ処理装置における前記共振構造体の共振周波数測定方法であって、
前記プラズマ処理の実行前に、前記電磁波の電力と前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力とを周波数ごとに前記測定部により測定する工程と、
前記電磁波の電力と前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力とから算出される、前記共振構造体の特性値の周波数分布に基づいて、前記共振構造体の共振周波数を算出する工程と
を含む、共振周波数測定方法。

【請求項12】

前記プラズマ処理中に、前記電磁波発生器を制御して前記共振周波数よりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む前記電磁波を発生させることにより、当該電磁波と前記共振構造体とを共振させる工程をさらに含む、請求項１１に記載の共振周波数測定方法。

【請求項13】

プラズマ処理が行われる処理空間を提供する処理容器と、
前記処理空間に供給される電磁波を発生させる電磁波発生器と、
前記電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが前記電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、前記処理容器内に位置する共振構造体と、
前記共振構造体における前記電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力を周波数ごとに測定する測定部と
を備えるプラズマ処理装置における前記共振構造体の共振周波数測定方法であって、
前記プラズマ処理の実行前に、前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力を周波数ごとに前記測定部により測定する工程と、
前記透過波、前記反射波又は前記散乱波の電力の周波数分布に基づいて、前記共振構造体の共振周波数を算出する工程と
を含む、共振周波数測定方法。

【請求項14】

前記プラズマ処理中に、前記電磁波発生器を制御して前記共振周波数よりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む前記電磁波を発生させることにより、当該電磁波と前記共振構造体とを共振させる工程をさらに含む、請求項１３に記載の共振周波数測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置及び共振周波数測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、プラズマ励起用のマイクロ波を処理容器内に供給してプラズマを生成するプラズマ処理装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２４５５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、処理容器と、電磁波発生器と、共振構造体と、測定部と、制御部とを備える。処理容器は、プラズマ処理が行われる処理空間を提供する。電磁波発生器は、処理空間に供給される電磁波を発生させる。共振構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、処理容器内に位置する。測定部は、電磁波発生器から共振構造体へ進行する電磁波の電力と、共振構造体での電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力とを周波数ごとに測定する。制御部は、プラズマ処理の実行前に、電磁波の電力と、透過波、反射波又は散乱波の電力とを測定部により測定する測定処理と、電磁波の電力と透過波、反射波又は散乱波の電力とから算出される、共振構造体の特性値の周波数分布に基づいて、共振構造体の共振周波数を算出する算出処理とを実行する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態におけるマイクロ波出力装置、測定器及びチューナの構成例を示す図である。

【図3】図３は、波形発生部の詳細の一例を示すブロック図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る誘電体窓及び共振構造体を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る第１共振器の構成の一例を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る第２共振器の構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る第３共振器の構成の一例を示す図である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る第３共振器の構成の他の一例を示す図である。

【図9】図９は、検証に用いた共振構造体の共振器の寸法の一例を示す図である。

【図10】図１０は、リング部材の外径と共振構造体に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。

【図11】図１１は、誘電体板の厚みと共振構造体に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。

【図12】図１２は、誘電体板の比誘電率と共振構造体に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。

【図13】図１３は、共振構造体の透過特性値（Ｓ２１値）の周波数分布の一例を示す図である。

【図14】図１４は、設計値に基づいて決定された共振周波数と、処理容器内での実際の共振周波数とのずれを説明するための図である。

【図15】図１５は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

【図16】図１６は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置が実行する処理の手順の他の一例を示すフローチャートである。

【図17】図１７は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置が実行する処理の手順の他の一例を示すフローチャートである。

【図18】図１８は、第２実施形態におけるマイクロ波出力装置、測定器及びチューナの構成例を示す図である。

【図19】図１９は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置が実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図20】図２０は、第３実施形態におけるマイクロ波出力装置、測定器及びチューナの構成例を示す図である。

【図21】図２１は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置が実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置及び共振周波数測定方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するプラズマ処理装置及び共振周波数測定方法が限定されるものではない。また、各実施形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることが可能である。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付する。

【0009】

ところで、プラズマ励起用のマイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、プラズマの電子密度を高めるために処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることがある。処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させるほど、プラズマの電子密度を高めることができる。

【0010】

ここで、処理容器内に供給されるマイクロ波の電力を上昇させることによりプラズマの電子密度がある上限値に到達すると、処理容器内の空間の誘電率が負となることが知られている。この電子密度の上限値を適宜「遮断密度」と呼ぶ。また、マイクロ波が空間を伝搬するか否かを示す指標として、屈折率が知られている。屈折率Ｎは、以下の式（１）により表される。
Ｎ＝√ε√μ ・・・（１）
ただし、ε：誘電率、μ：透磁率

【0011】

透磁率は一般に正であるので、処理容器内の空間の誘電率が負となると、上記の式（１）により、処理容器内の空間の屈折率が純虚数となる。これにより、マイクロ波が減衰して処理容器内の空間を伝搬することができなくなる。このように、プラズマの電子密度が遮断密度に到達すると、処理容器内の空間においては、マイクロ波が伝搬できないため、マイクロ波の電力がプラズマに十分に吸収されない。結果として、処理容器内に生成されるプラズマの広範囲での高密度化が阻害されるという問題がある。

【0012】

これに対し、マイクロ波と共振可能な複数の共振器を配列して形成された共振構造体を処理容器内に設けることで、共振構造体とマイクロ波とを共振させて負の屈折率を利用したプラズマを高密度化する技術が検討されている。かかる技術では、共振構造体とマイクロ波との共振により、処理容器内の空間にマイクロ波を効率よく供給することができ且つ処理容器内の空間の透磁率を負にすることができる。透磁率が負である場合、処理容器内の空間で生成されるプラズマの電子密度が遮断密度に到達し且つ処理容器内の空間の誘電率が負である場合であっても、上記の式（１）により屈折率が負の実数となるため、処理容器内の空間においてマイクロ波が伝搬することができる。これによりプラズマの電子密度が遮断密度に到達する場合であっても、プラズマの表皮深さを超えてマイクロ波の伝搬が可能でありプラズマにマイクロ波の電力が効率よく吸収される。その結果、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマを生成することができる。

【0013】

共振構造体とマイクロ波との共振は、処理容器内に供給されるマイクロ波の周波数が共振構造体の共振周波数と一致する場合に発生する。また、共振構造体とマイクロ波との共振は、共振構造体の共振周波数よりも高い所定の周波数帯においても、維持される。したがって、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行う観点から、共振構造体の共振周波数を正確に測定することが重要である。

【0014】

しかしながら、共振構造体の共振周波数は、共振器構造体の機差（例えば、寸法誤差や組付け誤差等）や、共振器構造体の物性値（例えば、共振器構造体を構成する誘電体の誘電率等）の影響により、変化する。また、共振構造体の共振周波数は、共振構造体の使用環境（例えば、共振構造体の温度）によっても変化する。そのため、設計値に基づいて共振構造体の共振周波数が決定されたとしても、決定された共振周波数と、処理容器内での実際の共振構造体の共振周波数とがずれる場合がある。処理容器内に供給されるマイクロ波の周波数が共振周波数及び共振周波数よりも高い所定の周波数帯から逸脱すると、共振構造体とマイクロ波とが共振しないため、マイクロ波の電力がプラズマに十分には吸収されず、プラズマの高密度化が阻害される。

【0015】

そこで、実施形態では、処理容器内でのプラズマ処理の実行前に、処理容器内に設けられた実際の共振構造体の共振周波数を測定することとした。これにより、共振器構造体の機差等の影響を受けることなく、共振構造体の共振周波数を正確に測定することができるため、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【0016】

（第１実施形態）
[プラズマ処理装置１の構成]
図１は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の構成の一例を示す概略断面図である。プラズマ処理装置１は、装置本体１０及び制御装置（制御部の一例）１１を備える。装置本体１０は、処理容器１２、ステージ１４、マイクロ波出力装置（電磁波発生器の一例）１６、アンテナ１８、誘電体窓２０及び共振構造体１００を備える。

【0017】

処理容器１２は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等によって略円筒状に形成されており、内部に略円筒形状の処理空間Ｓを提供している。処理容器１２は、保安接地されている。また、処理容器１２は、側壁１２ａ及び底部１２ｂを有する。側壁１２ａの中心軸線を、軸線Ｚと定義する。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気口１２ｈが設けられている。また、側壁１２ａの上端部は開口している。

【0018】

側壁１２ａには、被処理体である基板ＷＰの搬入及び搬出を行うための開口１２ｃが形成されている。開口１２ｃは、ゲートバルブＧによって開閉される。

【0019】

側壁１２ａの上端部には誘電体窓２０が設けられており、誘電体窓２０は、側壁１２ａの上端部の開口を上方から塞いでいる。誘電体窓（誘電体の一例）２０の下面（第１面の一例）２０ａは、処理空間Ｓに対向している。すなわち、誘電体窓２０は、下面２０ａを処理空間Ｓに対向させて設けられる。誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング１９が配置されている。

【0020】

ステージ１４は、処理容器１２内に収容される。ステージ１４は、軸線Ｚの方向において誘電体窓２０と対面するように設けられている。ステージ１４と誘電体窓２０の間の空間が処理空間Ｓである。ステージ１４の上には、基板ＷＰが載置される。

【0021】

ステージ１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｃを有する。基台１４ａは、アルミニウム等の導電性の材料により略円盤状に形成されている。基台１４ａは、基台１４ａの中心軸線が軸線Ｚに略一致するように処理容器１２内に配置されている。

【0022】

基台１４ａは、絶縁性の材料により形成され且つ軸線Ｚ方向に延伸する筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから誘電体窓２０へ向かって延びている。筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。

【0023】

排気路５１の上部には、厚さ方向に複数の貫通穴が形成された環状のバッフル板５２が設けられている。バッフル板５２の下方には上述した排気口１２ｈが設けられている。排気口１２ｈには、排気管５４を介して、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプや自動圧力制御弁等を有する排気装置５６が接続されている。排気装置５６により、処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

【0024】

基台１４ａは、高周波電極として機能する。基台１４ａには、給電棒６２及びマッチングユニット６０を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、基板ＷＰに引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）のバイアス電力をマッチングユニット６０及び給電棒６２を介して基台１４ａに供給する。

【0025】

マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。整合器の中には自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

【0026】

基台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、静電チャック１４ｃの中心軸線が軸線Ｚに略一致するように、基台１４ａの上面に配置されている。静電チャック１４ｃは、基板ＷＰを静電気力によって吸着保持する。静電チャック１４ｃは、略円盤状の外形を有し、電極１４ｄ、絶縁膜（誘電体膜）１４ｅ、及び絶縁膜（誘電体膜）１４ｆを有する。静電チャック１４ｃの電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、被覆線６８及びスイッチ６６を介して直流電源６４が電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４から印加される直流電圧により発生する静電気力によって、基板ＷＰを上面に吸着保持することができる。また、基台１４ａ上には、エッジリング１４ｂが設けられている。エッジリング１４ｂは、基板ＷＰ及び静電チャック１４ｃを囲むように配置されている。エッジリング１４ｂは、フォーカスリングと呼ばれることもある。

【0027】

基台１４ａの内部には、流路１４ｇが設けられている。流路１４ｇには、図示しないチラーユニットから配管７０を介して冷媒が供給される。流路１４ｇに供給された冷媒は、配管７２を介してチラーユニットに戻される。チラーユニットによって温度が制御された冷媒が基台１４ａの流路１４ｇ内を循環することにより、基台１４ａの温度が制御される。基台１４ａの温度が制御されることにより、基台１４ａ上の静電チャック１４ｃを介して、静電チャック１４ｃ上の基板ＷＰの温度が制御される。

【0028】

また、ステージ１４には、Ｈｅガス等の伝熱ガスを、静電チャック１４ｃの上面と基板ＷＰの裏面との間に供給するための配管７４が形成されている。

【0029】

マイクロ波出力装置１６は、処理容器１２内に供給される処理ガスを励起させるためのマイクロ波（電磁波の一例）を出力する。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の周波数、電力及び帯域幅等の調整が可能である。マイクロ波出力装置１６は、例えば、マイクロ波の帯域幅を略０に設定することによって、単一の周波数成分を含むマイクロ波（以下、適宜「ＳＰ（Single Peak）マイクロ波」と呼ぶ。）を発生することができる。また、マイクロ波出力装置１６は、所定の周波数帯域幅に属する複数の周波数成分を含むマイクロ波（以下、適宜「ＢＢ（BroadBand）マイクロ波」と呼ぶ。）を発生することができる。これら複数の周波数成分の電力は同一の電力であってもよく、帯域内の中央周波数成分のみが他の周波数成分の電力よりも大きい電力を有していてもよい。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の電力を、例えば０Ｗ～５０００Ｗの範囲内で調整することができる。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の周波数又はＢＢマイクロ波の中央周波数を、例えば２．３ＧＨｚ～２．５ＧＨｚの範囲内で調整することができ、ＢＢマイクロ波の帯域幅を例えば０ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲で調整することができる。また、マイクロ波出力装置１６は、ＢＢマイクロ波の複数の周波数成分の周波数のピッチ（キャリアピッチ）を、例えば０～２５ｋＨｚの範囲内で調整することができる。

【0030】

また、装置本体１０は、導波管２１、測定器（測定部の一例）２２、チューナ２６、モード変換器２７、及び同軸導波管２８を備える。マイクロ波出力装置１６の出力部は、導波管２１の一端に接続されている。導波管２１の他端は、モード変換器２７に接続されている。導波管２１は、例えば矩形導波管である。

【0031】

測定器２２は、導波管２１に設けられた方向性結合器２２ａを介して導波管２１に接続されている。方向性結合器２２ａは、マイクロ波出力装置１６から処理容器１２側へ進行するマイクロ波（すなわち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を測定器２２へ出力する。測定器２２は、方向性結合器２２ａから出力される進行波の一部に基づき、導波管２１を伝搬する進行波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。また、測定器２２は、共振構造体１００を透過して後述の導波路２２ｂ（図２参照）によって処理容器１２側から戻ってくるマイクロ波（すなわち、透過波）の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0032】

チューナ２６は、導波管２１に設けられている。チューナ２６は、可動板２６ａ及び可動板２６ｂを有する。導波管２１の内部空間に対する可動板２６ａ及び可動板２６ｂの各々の突出量を調整することにより、マイクロ波出力装置１６のインピーダンスと負荷のインピーダンスとを整合させることができる。

【0033】

モード変換器２７は、導波管２１から出力されるマイクロ波のモードを変換し、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含む。外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂは、略円筒形状を有している。外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂは、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂの中心軸線が軸線Ｚに略一致するようにアンテナ１８の上部に配置されている。同軸導波管２８は、モード変換器２７によってモードが変換されたマイクロ波をアンテナ１８に伝送する。

【0034】

アンテナ１８は、処理容器１２内にマイクロ波を供給する。アンテナ１８は、電磁波供給部の一例である。アンテナ１８は、誘電体窓２０の上面２０ｂに設けられており、誘電体窓２０を介してマイクロ波を処理空間Ｓに供給する。アンテナ１８は、スロット板３０、誘電体板３２、及び冷却ジャケット３４を含む。スロット板３０は、導電性を有する金属によって略円板状に形成されている。スロット板３０は、スロット板３０の中心軸線が軸線Ｚに一致するように誘電体窓２０の上面２０ｂに設けられている。スロット板３０には、複数のスロット穴３０ａが形成されている。複数のスロット穴３０ａは、例えば複数のスロット対を構成している。複数のスロット対の各々は、互いに交差する方向に延びる長孔形状の二つのスロット穴３０ａを含む。複数のスロット対は、スロット板３０の中心軸線周りの一以上の同心円に沿って配列されている。また、スロット板３０の中央部には、後述する導管３６が通過可能な貫通穴３０ｄが形成されている。

【0035】

誘電体板３２は、石英等の誘電体材料によって略円盤状に形成されている。誘電体板３２は、誘電体板３２の中心軸線が軸線Ｚに略一致するようにスロット板３０上に設けられている。冷却ジャケット３４は、誘電体板３２上に設けられている。誘電体板３２は、冷却ジャケット３４とスロット板３０との間に設けられている。

【0036】

冷却ジャケット３４の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット３４の内部には、流路３４ａが形成されている。流路３４ａには、図示しないチラーユニットから冷媒が供給されるようになっている。冷却ジャケット３４の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３４及び誘電体板３２の中央部分に形成された開口を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。

【0037】

同軸導波管２８内を伝搬したマイクロ波は、誘電体板３２内を伝搬して、スロット板３０の複数のスロット穴３０ａから誘電体窓２０を介して処理空間Ｓに放射される。

【0038】

同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内側には、導管３６が設けられている。スロット板３０の中央部には、導管３６が通過可能な貫通穴３０ｄが形成されている。導管３６は、内側導体２８ｂの内側を通って延在しており、ガス供給部３８に接続されている。

【0039】

ガス供給部３８は、基板ＷＰを処理するための処理ガスを導管３６に供給する。ガス供給部３８は、ガス供給源３８ａ、バルブ３８ｂ、及び流量制御器３８ｃを含む。ガス供給源３８ａは、処理ガスの供給源である。バルブ３８ｂは、ガス供給源３８ａからの処理ガスの供給及び供給停止を制御する。流量制御器３８ｃは、例えばマスフローコントローラ等であり、ガス供給源３８ａから導管３６へ供給される処理ガスの流量を制御する。

【0040】

誘電体窓２０には、インジェクタ４１が設けられている。インジェクタ４１は、導管３６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通穴２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通穴２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓ内に噴射され、誘電体窓２０から処理空間Ｓ内に放射されたマイクロ波によって励起される。これにより、処理空間Ｓ内で処理ガスがプラズマ化され、プラズマに含まれるイオン及びラジカル等により、静電チャック１４ｃの上の基板ＷＰが処理される。

【0041】

共振構造体１００は、マイクロ波の磁界成分と共振可能であり且つサイズがマイクロ波の波長よりも小さい複数の共振器を配列して形成され、処理容器１２内に位置する。

【0042】

共振構造体１００が処理容器１２内に位置することにより、アンテナ１８によって処理空間Ｓに供給されるマイクロ波と共振構造体１００とを共振させることができる。マイクロ波と共振構造体１００との共振により、処理容器１２の処理空間Ｓにマイクロ波を効率よく供給することができ且つ処理空間Ｓの透磁率を負にすることができる。処理空間Ｓの透磁率が負である場合、処理空間Ｓ内で生成されるプラズマの電子密度が遮断密度に到達し且つ処理空間Ｓの誘電率が負である場合であっても、上記の式（１）により屈折率が実数となるため、処理空間Ｓにおいてマイクロ波が伝搬することができる。これにより、処理空間Ｓ内で生成されるプラズマの電子密度が遮断密度に到達する場合であっても、プラズマの表皮深さを超えてマイクロ波の伝搬が可能でありプラズマにマイクロ波の電力が効率よく吸収され、結果として、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマを生成することができる。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、共振構造体１００が処理容器１２内に位置することにより、プラズマを広範囲で高密度化を実現することができる。共振構造体１００の詳細な構成は、後述される。

【0043】

制御装置１１は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスを有する。メモリには、プログラム及びプロセスレシピ等が記憶されている。プロセッサは、メモリからプログラムを読み出して実行することにより、メモリ内に記憶されたプロセスレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、装置本体１０の各部を統括制御する。

【0044】

［マイクロ波出力装置１６、測定器２２及びチューナ２６の詳細］
図２は、第１実施形態におけるマイクロ波出力装置１６、測定器２２及びチューナ２６の構成例を示す図である。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波発生部１６ａ、導波管１６ｂ、サーキュレータ１６ｃ、導波管１６ｄ、導波管１６ｅ、方向性結合器１６ｆ、測定器１６ｇ、方向性結合器１６ｈ、測定器１６ｉ、及びダミーロード１６ｊを有する。マイクロ波発生部１６ａは、波形発生部１６１、電力制御部１６２、減衰器１６３、増幅器１６４、増幅器１６５、及びモード変換器１６６を有する。

【0045】

波形発生部１６１は、予め定められた周波数範囲（例えば２．４ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ）において、ＳＰマイクロ波又はＢＢマイクロ波を発生させる。ＳＰマイクロ波は、指定された周波数において単一のピーク（周波数成分）を有する。ＢＢマイクロ波は、指定された中心周波数において、指定された帯域幅を有する。また、波形発生部１６１は、指定された周波数から、指定された周波数まで、指定されたスイープ速度で、ＳＰマイクロ波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせることが可能である。

【0046】

図３は、波形発生部１６１の詳細の一例を示すブロック図である。波形発生部１６１は、例えば、マイクロ波を出力するＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器と、ＰＬＬ発振器に接続されたＩＱデジタル変調器とを有する。波形発生部１６１は、ＰＬＬ発振器から出力されるマイクロ波の周波数を制御装置１１から指定された設定周波数範囲内の周波数に設定する。そして、波形発生部１６１は、ＰＬＬ発振器から出力されたマイクロ波と、当該ＰＬＬ発振器から出力されるマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とを、ＩＱデジタル変調器を用いて変調する。これにより、波形発生部１６１は、設定周波数範囲内の周波数のマイクロ波を生成する。

【0047】

波形発生部１６１は、例えば開始周波数から終了周波数までのＮ個の波形データを走査速度に応じて順次入力し、量子化及び逆フーリエ変換することにより、周波数変調されたマイクロ波を生成することが可能である。

【0048】

本実施形態において、波形発生部１６１は、予めデジタル化された符号の列で表された波形データを有している。波形発生部１６１は、波形データを量子化し、量子化したデータに対して逆フーリエ変換を適用することにより、ＩデータとＱデータとを生成する。そして、波形発生部１６１は、デジタル信号であるＩデータ及びＱデータの各々を、アナログ信号に変換する。そして、波形発生部１６１は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）により、変換された各々のアナログ信号から低周波成分を抽出する。そして、波形発生部１６１は、Ｉ成分のアナログ信号とＰＬＬから出力されたマイクロ波とをミキシングし、Ｑ成分のアナログ信号とＰＬＬから出力されるマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とをミキシングする。そして、波形発生部１６１は、ミキシングされた２つのアナログ信号を合成することにより、周波数変調されたマイクロ波を生成する。

【0049】

なお、波形発生部１６１によるマイクロ波の発生方法は、図３に例示された方法に限定されず、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）及びＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）を用いてマイクロ波が生成されてもよい。

【0050】

図２に戻って説明を続ける。波形発生部１６１から出力されたマイクロ波は、減衰器１６３に入力される。減衰器１６３には、電力制御部１６２が接続されている。電力制御部１６２は、例えば、プロセッサであり得る。電力制御部１６２は、制御装置１１から指定された電力を有するマイクロ波がマイクロ波出力装置１６から出力されるように、減衰器１６３における減衰率を制御する。減衰器１６３から出力されたマイクロ波は、増幅器１６４及び増幅器１６５を介してモード変換器１６６へ出力される。増幅器１６４及び増幅器１６５は、マイクロ波を設定された増幅率で増幅する。モード変換器１６６は、増幅器１６５によって増幅されたマイクロ波のモードを変換する。

【0051】

マイクロ波発生部１６ａの出力端は、導波管１６ｂの一端に接続されている。導波管１６ｂの他端は、サーキュレータ１６ｃの第１ポート２６１に接続されている。導波管１６ｂには、方向性結合器１６ｆが設けられている。なお、方向性結合器１６ｆは、導波管１６ｄに設けられていてもよい。方向性結合器１６ｆは、マイクロ波発生部１６ａから出力されて、サーキュレータ１６ｃに伝搬するマイクロ波（すなわち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を測定器１６ｇへ出力する。測定器１６ｇは、方向性結合器１６ｆから出力された進行波の一部に基づき、導波管１６ｄを伝搬する進行波の電力を測定し、測定結果を電力制御部１６２へ出力する。

【0052】

サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１、第２ポート２６２、及び第３ポート２６３を有する。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１に入力されたマイクロ波を第２ポート２６２から出力し、第２ポート２６２に入力されたマイクロ波を第３ポート２６３から出力する。サーキュレータ１６ｃの第２ポート２６２には、導波管１６ｄの一端が接続されている。導波管１６ｄの他端には、マイクロ波出力装置１６の出力端１６ｔが設けられている。

【0053】

サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３には、導波管１６ｅの一端が接続されており、導波管１６ｅの他端には、ダミーロード１６ｊが接続されている。導波管１６ｅには、方向性結合器１６ｈが設けられている。なお、方向性結合器１６ｈは、導波管１６ｄに設けられていてもよい。方向性結合器１６ｈは、導波管１６ｅに伝搬するマイクロ波（すなわち、反射波）の一部を分岐させて、当該反射波の一部を測定器１６ｉへ出力する。測定器１６ｉは、方向性結合器１６ｈから出力された反射波の一部に基づき、導波管１６ｄを伝搬する反射波の電力を測定し、測定結果を電力制御部１６２へ出力する。

【0054】

ダミーロード１６ｊは、導波管１６ｅを伝搬するマイクロ波を受けて、当該マイクロ波を吸収する。ダミーロード１６ｊは、例えば、マイクロ波を熱に変換する。

【0055】

電力制御部１６２は、測定器１６ｇによって測定される進行波の電力と、測定器１６ｉによって測定される反射波の電力との差が、制御装置１１によって指定される電力となるように、波形発生部１６１及び減衰器１６３を制御する。測定器１６ｇによって測定される進行波の電力と、測定器１６ｉによって測定される反射波の電力との差は、処理容器１２に供給される電力である。

【0056】

チューナ２６は、導波管２１に設けられており、制御装置１１からの制御信号に基づいて、マイクロ波出力装置１６側のインピーダンスと処理容器１２側のインピーダンスとを整合するように可動板の突出位置を調整する。チューナ２６は、図示しないドライバ回路及びアクチュエータにより、可動板を動作させる。なお、可動板の突出位置の調整はスタブ構造で実現されてもよい。

【0057】

測定器２２は、導波管２１に設けられた方向性結合器２２ａを介して導波管２１に接続されている。方向性結合器２２ａは、マイクロ波出力装置１６から処理容器１２側へ進行するマイクロ波（すなわち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を測定器２２へ出力する。測定器２２は、方向性結合器２２ａから出力される進行波の一部に基づき、導波管２１を伝搬する進行波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0058】

また、測定器２２は、導波路２２ｂを介して処理容器１２内の給電棒６２に接続されている。導波路２２ｂは、共振構造体１００を透過してステージ１４及び給電棒６２に伝搬するマイクロ波（すなわち、透過波）の一部を分岐させて、当該透過波の一部を処理容器１２側から測定器２２へ戻す。測定器２２は、導波路２２ｂから戻された透過波の一部に基づき、共振構造体１００を透過する透過波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0059】

導波路２２ｂには、フィルタ２２ｃと、減衰器２２ｄとが設けられる。フィルタ２２ｃは、導波路２２ｂを伝搬するマイクロ波からノイズ成分を除去する。減衰器２２ｄは、導波路２２ｂを伝搬するマイクロ波を設定された減衰率で減衰する。

【0060】

[共振構造体１００の詳細]
図１及び図４を参照して、共振構造体１００の詳細な構成について説明する。図４は、第１実施形態に係る誘電体窓２０及び共振構造体１００を下方向から見た構成の一例を示す平面図である。図４には、誘電体窓２０の下面２０ａが円板状に示されている。

【0061】

図１及び図４に示すように、共振構造体１００は、誘電体窓２０の下面２０ａに沿って配置される。

【0062】

共振構造体１００は、マイクロ波の磁界成分と共振可能であり且つサイズがマイクロ波の波長よりも小さい複数の共振器１０１を格子状に配列して形成される。具体的には、複数の共振器１０１は、図５～図７に示す第１共振器１０１Ａ、第２共振器１０１Ｂ及び第３共振器１０１Ｃの少なくともいずれか一つ共振器を含む。複数の共振器１０１の各々は、コンデンサ等価素子及びコイル等価素子からなる直列共振回路を構成する。直列共振回路は、平面上に導体をパターニングすることで、実現される。

【0063】

図５は、第１実施形態に係る第１共振器１０１Ａの構成の一例を示す図である。図５に示す第１共振器１０１Ａは、導体からなる互いに逆向き且つ同心円状の２枚のＣ字状のリング部材１１１Ａが誘電体板１１２Ａの一面上に積層された構造を有する。内側のリング部材１１１Ａと外側のリング部材１１１Ａの対向面や、各リング部材１１１Ａの両端部においてコンデンサ等価素子が形成され、各リング部材１１１Ａに沿ってコイル等価素子が形成される。これにより、第１共振器１０１Ａは、直列共振回路を構成することができる。

【0064】

図６は、第１実施形態に係る第２共振器１０１Ｂの構成の一例を示す図である。図６に示す第２共振器１０１Ｂは、導体からなるＣ字状のリング部材１１１Ｂの両端によって誘電体板１１２Ｂが挟まれた構造を有する。リング部材１１１Ｂの両端部においてコンデンサ等価素子が形成され、リング部材１１１Ｂに沿ってコイル等価素子が形成される。これにより、第２共振器１０１Ｂは、直列共振回路を構成することができる。なお、図６に示す第２共振器１０１Ｂにおいて、リング部材１１１Ｂの一面上に誘電体板１１２Ｂとは異なる他の誘電体板が接合されてもよい。

【0065】

図７は、第１実施形態に係る第３共振器１０１Ｃの構成の一例を示す図である。図７に示す第３共振器１０１Ｃは、導体からなる２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｃであって、互いに逆向きに隣接して配置されるリング部材１１１Ｃの間に誘電体板１１２Ｃが配置された構造を有する。すなわち、第３共振器１０１Ｃにおいては、互いに逆向きの２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｃによって誘電体板１１２Ｃが挟まれている。２枚のＣ字状のリング部材１１１Ｃの対向面や、各リング部材１１１Ｃの両端部においてコンデンサ等価素子が形成され、各リング部材１１１Ｃに沿ってコイル等価素子が形成される。これにより、第３共振器１０１Ｃは、直列共振回路を構成することができる。

【0066】

なお、図７に示す第３共振器１０１Ｃにおいては、リング部材１１１Ｃの配置数（以下、適宜「積層数」とも言う。）が２であるが、リング部材１１１Ｃの積層数が２よりも大きくてもよい。図８は、第１実施形態に係る第３共振器１０１Ｃの構成の他の一例を示す図である。図８に示す第３共振器１０１Ｃは、導体からなるｎ（ｎ≧２）枚のＣ字状のリング部材１１１Ｃであって、互いに逆向きに隣接して配置されるリング部材１１１Ｃの間に誘電体板１１２Ｃが配置された構造を有する。このような構造によっても、第３共振器１０１Ｃは、直列共振回路を構成することができる。

【0067】

[共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数の変化]
次に、共振構造体１００の共振周波数の変化について図９～図１２を参照して説明する。上述の通り、共振構造体１００の共振周波数は、共振構造体１００の機差（例えば、寸法誤差や組付け誤差等）や、共振構造体１００の物性値（例えば、共振構造体１００を構成する誘電体の誘電率等）の影響により、変化する。これは、共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数が該共振器の機差や物性値の影響により変化するためであると考えられる。本発明者らは、共振構造体１００に含まれる共振器の機差及び物性値を変化させた場合の共振周波数の理論値の変化を、理論式を用いて検証した。

【0068】

図９は、検証に用いた共振構造体１００の共振器の寸法の一例を示す図である。検証に用いた共振器は、図７に示す第３共振器１０１Ｃである。第３共振器１０１Ｃの各種寸法及び物性値は、以下のように、定義される。
ｗ：リング部材１１１Ｃの幅
ｇ：リング部材１１１Ｃの両端部どうしの間隔
ｒ：リング部材１１１Ｃの半径
ｒ_ｏｕｔ：リング部材１１１Ｃの外径
ｒ_ｉｎ：リング部材１１１Ｃの内径
ｄ：誘電体板１１２Ｃの厚み
ε：誘電体板１１２Ｃの比誘電率

【0069】

第３共振器１０１Ｃの共振周波数の理論値ｆ_ｒ０は、以下の式（２）により表される。
ｆ_ｒ０＝１／（２π√ＬＣ） ・・・ （２）
ただし、Ｌ：第３共振器１０１Ｃのインダクタンス、Ｃ：第３共振器１０１Ｃのキャパシタンス

【0070】

また、第３共振器１０１ＣのインダクタンスＬは、以下の式（３）により表される。
Ｌ＝μ_０ｒ（ｌｏｇ（４π）－１） ・・・ （３）
ただし、μ_０：真空の透磁率

【0071】

また、第３共振器１０１ＣのキャパシタンスＣは、以下の式（４）、（５）により表される。
Ｃ＝１／（１／Ｃ_ｈａｌｆ＋１／Ｃ_ｈａｌｆ） ・・・ （４）
Ｃ_ｈａｌｆ＝εε_０（π（ｒ_ｏｕｔ ^２－ｒ_ｉｎ ^２）－ｇｗ）／（２ｄ） ・・・ （５）
ただし、ε_０：真空の誘電率

【0072】

図１０は、リング部材１１１Ｃの外径と共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。図１０に示すように、共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数は、リング部材１１１Ｃの外径の変化に応じて、変化する。

【0073】

図１１は、誘電体板１１２Ｃの厚みと共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。図１１に示すように、共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数は、誘電体板１１２Ｃの厚みの変化に応じて、変化する。

【0074】

図１２は、誘電体板１１２Ｃの比誘電率と共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数の理論値との関係の一例を示す図である。図１２に示すように、共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数は、誘電体板１１２Ｃの比誘電率の変化に応じて、変化する。

【0075】

図１０～図１２の検証結果から、共振構造体１００に含まれる共振器の共振周波数は、該共振器の機差や物性値の影響により変化することが確認された。すなわち、共振構造体１００の共振周波数は、共振構造体１００の機差や物性値の影響により、変化することが確認された。

【0076】

[共振構造体１００の透過特性値の周波数分布]
図１３は、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布の一例を示す図である。図１３は、ＳＰマイクロ波を処理容器１２内の処理空間Ｓに供給した場合の共振構造体１００のＳ_２１値を、ＳＰマイクロ波の周波数ごとにプロットしたものである。共振構造体１００のＳ_２１値は、進行波の電力をＰ１とし、透過波の電力をＰ２とすると、ｌｏｇ（Ｐ２／Ｐ１）により算出される。

【0077】

図１３の例では、処理空間Ｓに供給されるマイクロ波の周波数が共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒ（＝約２．３５ＧＨｚ）と一致する場合に、共振構造体１００のＳ_２１値が極小値となり、マイクロ波と共振構造体１００との共振が発生する。マイクロ波と共振構造体１００との共振は、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒよりも高い所定の周波数帯（例えば、共振周波数ｆ_ｒから約０．１ＧＨｚの範囲）においても、維持される。共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒよりも高い所定の周波数帯においては、マイクロ波と共振構造体１００との共振により処理空間Ｓの誘電率と透磁率をともに負にすることができ、上記の式（１）から分かる通り、処理空間Ｓでのマイクロ波の伝搬が可能となる。

【0078】

したがって、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒよりも高い目標周波数帯（例えば、約０．１ＧＨｚの範囲）の周波数成分を含むマイクロ波を処理容器１２内の処理空間Ｓに供給すれば、マイクロ波と共振構造体１００とを共振させることができる。そして、マイクロ波と共振構造体１００との共振により、処理空間Ｓの誘電率と透磁率をともに負にすることができる。このため、プラズマの電子密度が遮断密度に到達する場合であっても、マイクロ波の伝搬がプラズマの表皮深さを越えて可能となり、プラズマにマイクロ波の電力を効率よく吸収させることができる。その結果、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【0079】

しかしながら、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒは、共振構造体１００の機差（例えば、寸法誤差や組付け誤差等）や、共振構造体１００の物性値（例えば、共振構造体１００を構成する誘電体の誘電率等）の影響により、変化する。これにより、共振構造体１００の共振周波数は、異なるプラズマ処理装置１どうしで異なる場合がある。また、同一のプラズマ処理装置１においても、共振構造体１００の使用環境（例えば、共振構造体１００の温度）の影響により共振構造体１００における各共振器の熱膨張・熱収縮が生じ、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒが変化する。そのため、設計値に基づいて共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒが決定されたとしても、決定された共振周波数ｆ_ｒと、処理容器内での実際の共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒとがずれる場合がある。

【0080】

図１４は、設計値に基づいて決定された共振周波数ｆ_ｒ１と、処理容器１２内での実際の共振周波数ｆ_ｒ２とのずれを説明するための図である。図１４のグラフ５０１は、設計値に基づいて決定された共振周波数ｆ_ｒ１を含む共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を示すグラフである。図１４のグラフ５０２は、処理容器１２内での実際の共振周波数ｆ_ｒ２を含む透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を示すグラフである。図１４に示すように、共振構造体１００の機差、物性値及び使用環境に応じて、処理容器１２内での実際の共振周波数ｆ_ｒ２は、設計値に基づいて決定された共振周波数ｆ_ｒ１からずれる。そして、共振周波数ｆ_ｒ１と共振周波数ｆ_ｒ２とがずれることにより、共振周波数ｆ_ｒ１に対応する目標周波数帯Ｂ１と共振周波数ｆ_ｒ２に対応する目標周波数帯Ｂ２とがずれる。かかる目標周波数帯の変化によりマイクロ波の周波数が目標周波数帯から逸脱すると、マイクロ波と共振構造体１００とが共振しない。そのため、マイクロ波の電力がプラズマに十分には吸収されず、プラズマの高密度化が阻害される。

【0081】

これに対し、本実施形態のプラズマ処理装置１は、処理容器１２内でのプラズマ処理の実行前に、処理容器１２内に設けられた実際の共振構造体１００の共振周波数を測定する。これにより、プラズマ処理装置１は、共振構造体１００の機差等の影響を受けることなく、共振構造体１００の共振周波数を正確に測定することができることから、共振周波数に対応する目標周波数帯を正確に決定することができる。その結果、プラズマ処理装置１は、処理容器１２内の処理空間Ｓに供給されるマイクロ波の周波数が目標周波数帯から逸脱する事態を回避できる。このため、プラズマ処理中に、マイクロ波と共振構造体１００との共振により処理空間Ｓの誘電率と透磁率をともに負に維持できるので、プラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【0082】

[プラズマ処理装置１の具体的動作]
次に、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１の具体的動作について図１５を参照して説明する。図１５は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行する処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１５に示す各処理は、制御装置１１が装置本体１０の各部を制御することにより実現される。

【0083】

まず、制御装置１１は、バルブ３８ｂを開き、予め定められた流量の処理ガスが処理容器１２内に供給されるように流量制御器３８ｃを制御することにより、処理容器１２内の処理空間Ｓへのガスの供給を開始する（ステップＳ１０１）。そして、制御装置１１は、排気装置５６を制御し、処理容器１２内の圧力を調整する（ステップＳ１０２）。

【0084】

次に、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第１マイクロ波を発生させ、アンテナ１８を介して処理容器１２内の処理空間Ｓに第１マイクロ波を供給する（ステップＳ１０３）。第１マイクロ波は、プラズマ処理用のマイクロ波よりも電力が低いマイクロ波であって、単一の周波数成分を含むマイクロ波（つまり、ＳＰマイクロ波）である。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されないようにプラズマ処理用のマイクロ波よりも電力が低いＳＰマイクロ波を発生させる。

【0085】

次に、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、ＳＰマイクロ波の単一の周波数成分の周波数のスイープを開始する（ステップＳ１０４）。

【0086】

次に、制御装置１１は、進行波の電力と、透過波の電力とを測定器２２により測定する（ステップＳ１０５、測定処理）。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されていない状態で、測定処理を実行する。また、制御装置１１は、ＳＰマイクロ波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせながら測定処理を実行する。

【0087】

次に、制御装置１１は、進行波の電力と、透過波の電力とから算出される、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布に基づいて、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを算出する（ステップＳ１０６、算出処理）。制御装置１１は、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布において共振構造体１００のＳ_２１値が極小値となる周波数を共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒとして算出する。

【0088】

共振構造体１００の機差、物性値及び使用環境に応じて、処理容器１２内での実際の共振周波数ｆ_ｒ２は、設計値に基づいて決定された共振周波数ｆ_ｒ１からずれる（図１４参照）。そして、共振周波数ｆ_ｒ１と共振周波数ｆ_ｒ２とがずれることにより、共振周波数ｆ_ｒ１に対応する目標周波数帯Ｂ１と共振周波数ｆ_ｒ２に対応する目標周波数帯Ｂ２とがずれる（図１４参照）。かかる目標周波数帯の変化によりマイクロ波の周波数が目標周波数帯から逸脱している状態で、プラズマ処理用のマイクロ波を発生させて基板ＷＰに対するプラズマ処理を開始すると、マイクロ波と共振構造体１００とが共振しない。そのため、マイクロ波の電力がプラズマに十分には吸収されず、プラズマの高密度化が阻害される。

【0089】

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１では、処理容器１２内でのプラズマ処理の実行前に、測定処理及び算出処理を行って、処理容器１２内に設けられた実際の共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを測定する。これにより、プラズマ処理装置１は、共振構造体１００の機差等の影響を受けることなく、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを正確に測定することができる。

【0090】

次に、制御装置１１は、ステップＳ１０６の算出処理により算出された共振周波数ｆ_ｒよりも高い所定の周波数帯を目標周波数帯として決定する（ステップＳ１０７）。これにより、プラズマ処理装置１は、処理容器１２内に設けられた実際の共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒに対応する目標周波数帯を正確に決定することができる。

【0091】

次に、処理容器１２内への処理ガスの供給を一時的に停止し、処理容器１２内に残留する処理ガスが排気される。その後、ゲートバルブＧが開かれ、図示しないロボットアームにより未処理の基板ＷＰが開口１２ｃを介して処理容器１２内に搬入され、静電チャック１４ｃの上に載置される（Ｓ１０８）。そして、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、制御装置１１は、バルブ３８ｂを開き、予め定められた流量の処理ガスが処理容器１２内に供給されるように流量制御器３８ｃを制御することにより、処理容器１２内へのガスの供給を再開する。そして、制御装置１１は、排気装置５６を制御し、処理容器１２内の圧力を調整する。

【0092】

次に、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第２マイクロ波を発生させ、処理容器１２内の処理空間Ｓに第２マイクロ波を供給する（ステップＳ１０９）。第２マイクロ波は、第１マイクロ波よりも電力が大きい、プラズマ処理用のマイクロ波である。第２マイクロ波は、ＳＰマイクロ波およびＢＢマイクロ波のいずれであってもよい。処理容器１２内の処理空間Ｓに第２マイクロ波が供給されることにより、処理ガスのプラズマが生成され、基板ＷＰに対するプラズマ処理が開始される。このとき、プラズマの電子密度が遮断密度に到達するものとする。プラズマの電子密度が遮断密度に到達すると、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいては、マイクロ波が伝搬できない。

【0093】

そこで、制御装置１１は、プラズマ処理中に、マイクロ波出力装置１６を制御して共振周波数ｆ_ｒよりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む第２マイクロ波を発生させることにより、当該第２マイクロ波と共振構造体１００とを共振させる共振処理を実行する。ここで、目標周波数帯は、処理容器１２内に設けられた実際の共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒに対応している。そのため、共振周波数ｆ_ｒよりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む第２マイクロ波を発生させることにより、第２マイクロ波と共振構造体１００とを確実に共振させることができる。結果として、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【0094】

すなわち、第２マイクロ波と共振構造体１００との共振により、処理空間Ｓのプラズマの誘電率と透磁率をともに負にすることができ、上記の式（１）から分かる通り、処理空間Ｓでの第２マイクロ波の伝搬が可能となる。その結果、処理容器１２内の処理空間Ｓにおいては、第２マイクロ波の伝搬がプラズマの表皮深さを越えて可能となり、プラズマに第２マイクロ波の電力が効率よく注入され、結果として、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマが生成される。

【0095】

次に、制御装置１１は、第２マイクロ波の供給が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここでの所定時間は、第２マイクロ波の供給が開始されてから基板ＷＰに対してエッチング等のプラズマ処理が完了するまでの時間である。所定時間が経過していない場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、再びステップＳ１０９に示された処理が実行される。

【0096】

一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第２マイクロ波の供給を停止する（ステップＳ１１１）。そして、制御装置１１は、バルブ３８ｂを閉じ、処理容器１２内への処理ガスの供給を停止する（ステップＳ１１２）。そして、制御装置１１は、排気装置５６を制御し、処理容器１２内の処理ガスを排気する。そして、ゲートバルブＧが開かれ、図示しないロボットアームにより処理済みの基板ＷＰが処理容器１２内から搬出される（ステップＳ１１３）。基板ＷＰの搬出を終えると、制御装置１１は、プラズマ処理装置１における一連の動作を終了する。

【0097】

次に、図１５に示したプラズマ処理装置１の具体的動作の変形例について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行する処理の手順の他の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図１６に例示された処理において、図１５と同じ符号が付された処理は、図１５を用いて説明された処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0098】

ステップＳ１０２の後、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第３マイクロ波を発生させ、アンテナ１８を介して処理容器１２内の処理空間Ｓに第３マイクロ波を供給する（ステップＳ１０３ａ）。第３マイクロ波は、プラズマ処理用のマイクロ波（つまり、第２マイクロ波）よりも電力が低いマイクロ波であって所定の周波数帯域幅に属する複数の周波数成分を含むマイクロ波（つまり、ＢＢマイクロ波）である。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されないようにプラズマ処理用のマイクロ波よりも電力が低いＢＢマイクロ波を発生させる。

【0099】

次に、制御装置１１は、進行波の電力と、透過波の電力とを測定器２２により測定する（ステップＳ１０５、測定処理）。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されていない状態で、測定処理を実行する。また、制御装置１１は、ＢＢマイクロ波の複数の周波数成分の各周波数に関して測定処理を実行する。そして、ステップＳ１０６以降の処理が実行される。

【0100】

本例によれば、ＢＢマイクロ波を用いることで、周波数をスイープすることなく測定処理を実行することができ、プラズマ処理装置１の処理速度を向上させることができる。

【0101】

図１７は、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行する処理の手順の他の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図１７に例示された処理において、図１５と同じ符号が付された処理は、図１５を用いて説明された処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0102】

ステップＳ１０２の後、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第４マイクロ波を発生させ、アンテナ１８を介して処理容器１２内の処理空間Ｓに第４マイクロ波を供給する（ステップＳ１２１、加熱処理）。第４マイクロ波は、プラズマ処理用のマイクロ波（つまり、第２マイクロ波）の電力以上の電力を有するマイクロ波である。第４マイクロ波は、ＳＰマイクロ波およびＢＢマイクロ波のいずれであってもよい。処理容器１２内の処理空間Ｓに第４マイクロ波が供給されることにより、処理ガスのプラズマが生成される。そして、生成されたプラズマにより、共振構造体１００が加熱される。

【0103】

次に、制御装置１１は、加熱処理が開始されてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。ここでの所定時間は、加熱処理が開始されてから共振構造体１００における各共振器の熱膨張が完了するまでの時間であり、予め実験やシミュレーションにより測定される。所定時間が経過していない場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、再びステップＳ１２１に示された処理が実行される。

【0104】

一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、制御装置１１は、マイクロ波出力装置１６を制御して、第４マイクロ波に代えて、第１マイクロ波を発生させる（ステップＳ１０３）。そして、測定処理（ステップＳ１０５）を含むステップＳ１０４以降の処理が実行される。

【0105】

このように、測定処理を実行する前に、加熱処理を実行することで、共振構造体１００における各共振器が熱膨張した状態で共振周波数ｆ_ｒの測定処理を行うことができる。このため、処理容器１２内の処理空間Ｓに第２マイクロ波を供給する際に共振構造体１００における各共振器の熱膨張が生じたとしても、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒが測定時の値から変化することを抑制することができる。その結果、本例によれば、共振構造体１００における各共振器の熱膨張の影響を抑制しつつ、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを高精度に測定することができる。

【0106】

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出した。これに対し、第２実施形態では、共振構造体１００の反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出する。

【0107】

図１８は、第２実施形態におけるマイクロ波出力装置１６、測定器２２及びチューナ２６の構成例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図１８に例示された構成において、図２と同じ符号が付された部位は、図２を用いて説明された部位と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0108】

第２実施形態に係るプラズマ処理装置１において、測定器２２は、導波管２１に設けられた方向性結合器２２ａを介して導波管２１に接続されている。方向性結合器２２ａは、マイクロ波出力装置１６から処理容器１２側へ進行するマイクロ波（すなわち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を測定器２２へ出力する。また、方向性結合器２２ａは、処理容器１２側からマイクロ波出力装置１６の出力端１６ｔに戻るマイクロ波（すなわち、反射波）の一部を分岐させて、当該反射波の一部を測定器２２へ出力する。測定器２２は、方向性結合器２２ａから出力される進行波の一部に基づき、導波管２１を伝搬する進行波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。また、測定器２２は、方向性結合器２２ａから出力される反射波の一部に基づき、導波管２１を伝搬する反射波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0109】

ここで、共振構造体１００の反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布について説明する。共振構造体１００のＳ_1１値は、進行波の電力をＰ１とし、反射波の電力をＰ３とすると、ｌｏｇ（Ｐ３／Ｐ１）により算出される。共振構造体１００のＳ_1１値の周波数分布は、図１３に例示した共振構造体１００のＳ_２１値の周波数分布と同様である。すなわち、処理空間Ｓに供給されるマイクロ波の周波数が共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒ（＝約２．３５ＧＨｚ）と一致する場合に、共振構造体１００のＳ_1１値が極小値となり、マイクロ波と共振構造体１００との共振が発生する。マイクロ波と共振構造体１００との共振は、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒよりも高い所定の周波数帯（例えば、共振周波数ｆ_ｒから約０．１ＧＨｚの範囲）においても、維持される。

【0110】

次に、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１の具体的動作について図１９を参照して説明する。図１９は、第２実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図１９に例示された処理において、図１５と同じ符号が付された処理は、図１５を用いて説明された処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0111】

ステップＳ１０４の後、制御装置１１は、進行波の電力と、反射波の電力とを測定器２２により測定する（ステップＳ１０５ａ、測定処理）。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されていない状態で、測定処理を実行する。また、制御装置１１は、ＳＰマイクロ波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせながら測定処理を実行する。

【0112】

次に、制御装置１１は、進行波の電力と、反射波の電力とから算出される、共振構造体１００の反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布に基づいて、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを算出する（ステップＳ１０６ａ、算出処理）。制御装置１１は、共振構造体１００の反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布において共振構造体１００のＳ_1１値が極小値となる周波数を共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒとして算出する。そして、ステップＳ１０７以降の処理が実行される。

【0113】

このように、第２実施形態では、共振構造体１００の反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出する。これにより、プラズマ処理装置１は、共振構造体１００の機差等の影響を受けることなく、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを正確に測定することができる。

【0114】

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、進行波の電力と、透過波の電力とから算出される、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出した。これに対し、第３実施形態では、共振構造体１００から側方に散乱する散乱波の電力を測定し、進行波の電力と、散乱波の電力とから算出される、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出する。

【0115】

図２０は、第３実施形態におけるマイクロ波出力装置１６、測定器２２及びチューナ２６の構成例を示す図である。なお、以下に説明する点を除き、図２０に例示された構成において、図２と同じ符号が付された部位は、図２を用いて説明された部位と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0116】

第３実施形態に係るプラズマ処理装置１において、測定器２２は、導波管２１に設けられた方向性結合器２２ａを介して導波管２１に接続されている。方向性結合器２２ａは、マイクロ波出力装置１６から処理容器１２側へ進行するマイクロ波（すなわち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を測定器２２へ出力する。測定器２２は、方向性結合器２２ａから出力される進行波の一部に基づき、導波管２１を伝搬する進行波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0117】

また、処理容器１２の側壁には、アンテナ２３が設けられており、測定器２２は、導波路２２ｂを介してアンテナ２３に接続されている。アンテナ２３は、処理容器１２内に突出している。アンテナ２３は、共振構造体１００から側方に散乱するマイクロ波（すなわち、散乱波）を受信する。導波路２２ｂは、アンテナ２３によって受信された散乱波を処理容器１２側から測定器２２へ戻す。測定器２２は、導波路２２ｂから戻された散乱波に基づき、共振構造体１００から側方に散乱する散乱波の電力を周波数ごとに測定し、測定結果を制御装置１１へ出力する。

【0118】

ここで、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布について説明する。共振構造体１００のＳ_２１値は、進行波の電力をＰ１とし、散乱波の電力をＰ４とすると、ｌｏｇ（Ｐ４／Ｐ１）により算出される。共振構造体１００のＳ_２１値の周波数分布は、図１３に例示した共振構造体１００のＳ_２１値の周波数分布と同様である。すなわち、処理空間Ｓに供給されるマイクロ波の周波数が共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒ（＝約２．３５ＧＨｚ）と一致する場合に、共振構造体１００のＳ_２１値が極小値となり、マイクロ波と共振構造体１００との共振が発生する。マイクロ波と共振構造体１００との共振は、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒよりも高い所定の周波数帯（例えば、共振周波数ｆ_ｒから約０．１ＧＨｚの範囲）においても、維持される。

【0119】

次に、第３実施形態に係るプラズマ処理装置１の具体的動作について図２１を参照して説明する。図２１は、第３実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明する点を除き、図２１に例示された処理において、図１５と同じ符号が付された処理は、図１５を用いて説明された処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【0120】

ステップＳ１０４の後、制御装置１１は、進行波の電力と、散乱波の電力とを測定器２２により測定する（ステップＳ１０５ｂ、測定処理）。制御装置１１は、処理空間Ｓにプラズマが生成されていない状態で、測定処理を実行する。また、制御装置１１は、ＳＰマイクロ波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせながら測定処理を実行する。

【0121】

次に、制御装置１１は、進行波の電力と、散乱波の電力とから算出される、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布に基づいて、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを算出する（ステップＳ１０６ｂ、算出処理）。制御装置１１は、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布において共振構造体１００のＳ_２１値が極小値となる周波数を共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒとして算出する。そして、ステップＳ１０７以降の処理が実行される。

【0122】

このように、第３実施形態では、共振構造体１００から側方に散乱する散乱波の電力を測定し、進行波の電力と、散乱波の電力とから算出される、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出する。これにより、プラズマ処理装置１は、共振構造体１００の機差等の影響を受けることなく、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを正確に測定することができる。

【0123】

（その他の変形例）
上記実施形態では、測定器２２は、進行波の電力と、透過波、反射波又は散乱波の電力とを周波数ごとに測定する場合を例に説明した。開示技術はこれに限らず、進行波の電力の測定は、省略されてもよい。すなわち、測定器２２は、透過波、反射波又は散乱波の電力を周波数ごとに測定してもよい。かかる場合、制御装置１１は、プラズマ処理の実行前に、測定処理において、透過波、反射波又は散乱波の電力を測定器２２により測定する。そして、制御装置１１は、透過波、反射波又は散乱波の電力の周波数分布に基づいて、共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒを算出する。具体的には、制御装置１１は、透過波、反射波又は散乱波の電力の周波数分布において透過波、反射波又は散乱波の電力が極小値となる周波数を共振構造体１００の共振周波数ｆ_ｒとして算出する。

【0124】

ここで、進行波の電力が周波数に対してほぼ変化しない場合、透過波、反射波又は散乱波の電力の周波数分布は、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）又は反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布とほぼ同様の分布となる。かかる場合、制御装置１１は、進行波の電力の測定を測定することなく、透過波、反射波又は散乱波の電力の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出することができる。これにより、共振構造体１００の透過特性値（Ｓ_２１値）又は反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布を用いて共振周波数ｆ_ｒを算出する場合と比べて、処理負荷を低減することができる。

【0125】

上述してきたように、実施形態に係るプラズマ処理装置（例えば、プラズマ処理装置１）は、処理容器（例えば、処理容器１２）と、電磁波発生器（例えば、マイクロ波出力装置１６）と、共振構造体（例えば、共振構造体１００）と、測定部（例えば、測定器２２）と、制御部（例えば、制御装置１１）とを備える。処理容器は、プラズマ処理が行われる処理空間（例えば、処理空間Ｓ）を提供する。電磁波発生器は、処理空間に供給される電磁波（例えば、マイクロ波）を発生させる。共振構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器（例えば、共振器１０１）を配列して形成され、処理容器内に位置する。測定部は、電磁波発生器から共振構造体へ進行する電磁波の電力と、共振構造体での電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力とを周波数ごとに測定する。制御部は、プラズマ処理の実行前に、電磁波の電力と、透過波、反射波又は散乱波の電力とを測定部により測定する測定処理と、電磁波の電力と透過波、反射波又は散乱波の電力とから算出される、共振構造体の特性値（例えば、透過特性値（Ｓ_２１値）又は反射特性値（Ｓ_1１値））の周波数分布に基づいて、共振構造体の共振周波数（例えば、共振周波数ｆ_ｒ）を算出する算出処理とを実行する。したがって、実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。

【0126】

また、制御部は、プラズマ処理中に、電磁波発生器を制御して共振周波数よりも高い目標周波数帯の周波数成分を含む電磁波を発生させることにより、当該電磁波と共振構造体とを共振させる共振処理を実行してもよい。これにより、プラズマの表皮深さを越えた広範囲で高密度なプラズマを生成することができる。

【0127】

また、制御部は、電磁波発生器を制御して、処理空間にプラズマが生成されないようにプラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波を発生させ、処理空間にプラズマが生成されていない状態で、測定処理を実行してもよい。これにより、プラズマの影響を排除しながら測定処理を実行することができる。

【0128】

また、制御部は、電磁波発生器を制御して、プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波であって、単一の周波数成分を含む電磁波（例えば、ＳＰマイクロ波）を発生させ、電磁波の単一の周波数成分の周波数をスイープさせながら測定処理を実行してもよい。これにより、予め指定された周波数帯において、電磁波の電力と、透過波、反射波又は散乱波の電力とを迅速に測定することができる。

【0129】

また、制御部は、電磁波発生器を制御して、プラズマ処理の実行時に発生させる電磁波よりも電力が低い電磁波であって、所定の周波数帯域幅に属する複数の周波数成分を含む電磁波（例えば、ＢＢマイクロ波）を発生させ、電磁波の複数の周波数成分の各周波数に関して測定処理を実行してもよい。これにより、周波数をスイープすることなく測定処理を実行することができ、プラズマ処理装置の処理速度を向上させることができる。

【0130】

制御部は、測定処理を実行する前に、電磁波発生器を制御してプラズマ処理の実行時に発生させる電磁波の電力以上の電力を有する電磁波を発生させることにより、処理空間にプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて共振構造体を加熱する加熱処理を実行してもよい。これにより、共振構造体における各共振器の熱膨張の影響を抑制しつつ、共振構造体の共振周波数を高精度に測定することができる。

【0131】

実施形態に係るプラズマ処理装置は、電磁波発生器によって発生される電磁波を処理空間側へ導く導波管（例えば、導波管２１）を備えていてもよい。かかる場合、測定部は、導波管を伝搬する電磁波の電力と、導波管を伝搬する反射波の電力とを周波数ごとに測定してもよい。これにより、処理空間側により近い位置において、電磁波の電力と反射波の電力とを高精度に測定することができる。

【0132】

共振構造体は、第１面（例えば、下面２０ａ）を処理空間に対向させて設けられた部材の第１面に沿って配置されてもよい。これにより、処理容器内の任意の位置に位置する共振構造体を用いて、プラズマの広範囲での高密度化を実現することができる。

【0133】

実施形態に係るプラズマ処理装置は、第１面（例えば、下面２０ａ）を処理空間に対向させて設けられた誘電体（例えば、誘電体窓２０）と、誘電体を介して電磁波を処理空間に供給する電磁波供給部（例えば、アンテナ１８）とをさらに備えてもよい。そして、共振構造体は、誘電体の第１面に沿って配置されてもよい。これにより、電磁波の電力をプラズマに効率よく吸収することができることから、プラズマの広範囲での高密度化を促進することができる。

【0134】

また、実施形態に係るプラズマ処理装置（例えば、プラズマ処理装置１）は、処理容器（例えば、処理容器１２）と、電磁波発生器（例えば、マイクロ波出力装置１６）と、共振構造体（例えば、共振構造体１００）と、測定部（例えば、測定器２２）と、制御部（例えば、制御装置１１）とを備える。処理容器は、プラズマ処理が行われる処理空間（例えば、処理空間Ｓ）を提供する。電磁波発生器は、処理空間に供給される電磁波（例えば、マイクロ波）を発生させる。共振構造体は、電磁波の磁界成分と共振可能であり且つサイズが電磁波の波長よりも小さい複数の共振器（例えば、共振器１０１）を配列して形成され、処理容器内に位置する。測定部は、共振構造体での電磁波の透過波、反射波又は散乱波の電力を周波数ごとに測定する。制御部は、プラズマ処理の実行前に、透過波、反射波又は散乱波の電力を測定部により測定する測定処理と、透過波、反射波又は散乱波の電力の周波数分布に基づいて、共振構造体の共振周波数（例えば、共振周波数ｆ_ｒ）を算出する算出処理とを実行する。したがって、実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、共振によるプラズマの高密度化を安定的に行うことができる。また、実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、共振構造体の透過特性値（Ｓ_２１値）又は反射特性値（Ｓ_1１値）の周波数分布を用いて共振周波数を算出する場合と比べて、処理負荷を低減することができる。

【0135】

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0136】

１ プラズマ処理装置
１０ 装置本体
１１ 制御装置
１２ 処理容器
１４ ステージ
１４ａ 基台
１４ｂ エッジリング
１４ｃ 静電チャック
１６ マイクロ波出力装置
１８ アンテナ
２０ 誘電体窓
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
２１ 導波管
２２ 測定器
２２ａ 方向性結合器
２２ｂ 導波路
２２ｃ フィルタ
２２ｄ 減衰器
２３ アンテナ
２６ チューナ
２７ モード変換器
２８ 同軸導波管
３０ スロット板
３２ 誘電体板
３４ 冷却ジャケット
３８ ガス供給部
１００ 共振構造体
１０１ 共振器
１０１Ａ 第１共振器
１０１Ｂ 第２共振器
１０１Ｃ 第３共振器
１１１Ａ～１１１Ｃ リング部材
１１２Ａ～１１２Ｃ 誘電体板
Ｓ 処理空間
ＷＰ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】