JP2000268993A - プラズマ計測用プローブ，プラズマ計測装置及びプラズマ生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマのイオン電流及び電子電流を精度良く
測定する。 【解決手段】箱状の導体１１のプラズマに対向する面に
設けられた導体１１の開口部には、導体１１と電気的に
接続するように溶接されたステンレス製メッシュ１２が
設置されている。導体１１とメッシュ１２に囲まれた空
間内において、メッシュ１２に接してドーナツ状の導電
性スペーサ１３が、さらに導電性スペーサ１３に面して
ドーナツ状の絶縁性スペーサ１４が設置されている。そ
して、絶縁性スペーサ１４に接するようにコレクタ１５
が設置されている。さらに、コレクタ１５には導体軸１
７の一端が取り付けられている。この導体軸１７は、導
体１１の穴２０より導体１１の外部に引き出されて、そ
の他端が５０Ωの抵抗１８に取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング、アッ
シング等の基板処理を行うために、高周波放電によって
プラズマを生成したり、あるいは高周波電波を印加して
プラズマの引き出しを行うプラズマ生成装置におけるプ
ラズマ計測用プローブ，プラズマ計測装置、及び該プロ
ーブを具備するプラズマ生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、シリコンウェハやＬＣＤ
基板等の基板に対してエッチング処理やアッシング処理
を行う方法として、プロセスガスを放電によりプラズマ
化させて基板処理を行う方法がある。なかでも、反応室
内に２つの電極を平行に設置し、両電極に高周波（一般
には１３．５６ＭＨｚ）電圧を印加してプラズマを生成
する容量結合式のプラズマ生成装置は、構成が比較的簡
単で、基板の大面積化に対応し易いことから、一般的に
使用されている。

【０００３】特に近年、このようなプラズマ生成装置で
は、基板の大型化に伴う大口径化や、プラズマ処理の高
速化が要求されるようになっている。これらの要求に伴
い、プラズマ特性を測定し、制御することが必要となっ
ている。中でも、基板に入射するイオン電流の量はプラ
ズマ処理の速度を決める主要パラメータの一つであり、
さらにこのイオン電流の基板上における分布はプラズマ
処理の均一度を決める要因の一つである。

【０００４】プラズマ生成装置において、イオン電流を
計測する装置には、ファラデーカップと呼ばれる装置が
ある。図９は、一例のファラデーカップの概略構成を示
す断面図である。

【０００５】図９において、ステンレスのような金属か
らなり、内部にイオンが入射するための開口部９３が設
けられた円筒状の導体９１内に、導体９１と絶縁された
アルミニウム製のカップ９４が配置されている。このカ
ップ９４は抵抗９５を介して接地電位に接続されてい
る。さらに、抵抗９５と並列に高入力インピーダンスを
持つ電圧計９６が配置されている。

【０００６】また、導体９１の開口部とカップ９４の間
にはステンレス製メッシュからなるグリッド９７が、導
体９１及びカップ９４と非接触に配置されている。この
グリッド９７は、定電圧電源９８より導体９１に対して
マイナスの定電圧が供給され、開口部９３を通過した荷
電粒子中の電子がカップ９４に入射するのを遮断する働
きをする。

【０００７】図９に示すファラデーカップにおいては、
次のような方法でイオン電流が測定される。開口部９３
を通過した荷電粒子のうち、負電荷を持つ電子はグリッ
ド９７により遮蔽され、イオンのみがカップ９４に到達
することができる。カップ９４に到達したイオンは抵抗
９５を通じてアースに流れ、イオン電流は抵抗９５に発
生する電圧として電圧計９６によって測定される。

【０００８】しかしながら、ファラデーカップには次の
ような問題があった。すなわち、ファラデーカップで
は、導体９１の開口部９３とカップ９４の間に、電子を
遮断するためのグリッド９７を設ける必要があるので、
開口部９３とカップ９４の距離を小さくすることができ
ない。

【０００９】一方、基板処理を行うためのプラズマ生成
装置においては、通常、バッファガスの条件が数１０ｍ
Ｔｏｒｒ程度のガス圧で使用されるので、開口部を通過
したイオンがカップにたどり着くまでに、バッファガス
を構成する中性粒子（原子、分子等）と衝突し減少する
ので、イオン電流を正しく測定できないという不具合が
ある。

【００１０】さらに、ファラデーカップでは、グリッド
に電位を与えるための電源を必要とするために、コスト
がかかり、また、これらを設置するためのスペースを必
要とするという問題もある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のイ
オン電流計測用プローブであるファラデーカップにあっ
ては、開口部を通過したイオンがカップに到達するまで
に中性粒子と衝突し減少するので、イオン電流が正しく
測定できないという不具合があった。また、グリッドに
電位を与えるための電源を必要とするために、コストが
かかり、また、これらを設置するためのスペースを必要
とするという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、中性粒子とイオンとの衝
突を抑制し、イオンと中性粒子との衝突によるイオン電
流の誤差を抑制し得ると共に、グリッドに電位を与える
ための電源を不要とし、コスト削減及び省スペース化を
図り得るプラズマ計測用プローブ，プラズマ計測装置を
提供することにある。また、このようなプラズマ計測用
プローブを備えたプラズマ生成装置を提供することも本
発明の目的の一つである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】［構成］本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。

【００１４】（１）本発明（請求項１）のプラズマ計測
用プローブは、プラズマに対向する面の少なくとも一部
に開口が設けられた箱状の導体と、この導体の開口に設
置され、前記導体に電気的に接続するメッシュと、前記
導体及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該導体
及びメッシュと電気的に分離されたコレクタと、このコ
レクタに接続される抵抗とを具備してなることを特徴と
する。

【００１５】（２）本発明（請求項２）のプラズマ計測
用プローブは、プラズマに対向する面の少なくとも一部
に開口が設けられた箱状の導体と、この導体の開口に設
置され、前記導体に電気的に接続するメッシュと、前記
導体及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該導体
及びメッシュと電気的に分離されたコレクタとを具備し
てなることを特徴とする。

【００１６】（３）本発明（請求項３）のプラズマ計測
装置は、プラズマに対向する面の少なくとも一部に開口
が設けられた箱状の導体と、この導体の開口に設置さ
れ、前記導体に電気的に接続するメッシュと、前記導体
及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該導体及び
メッシュと電気的に分離されたコレクタと、前記コレク
タに接続される抵抗と、この抵抗にかかる電圧を計測す
る電圧計測部を具備してなることを特徴とする。

【００１７】（４）本発明（請求項６）のプラズマ生成
装置は、反応容器と、この反応室内に配置され平行に対
面して設けられた第１の電極及び第２の電極と、第１の
電極と第２の電極との間にプロセスガスを供給するガス
供給機構と、二つの電極間への高周波電力の注入に伴う
放電により前記プロセスガスのプラズマを生成する電力
供給機構とを備えたプラズマ生成装置において、前記プ
ラズマに対向する面の少なくとも一部に開口が設けられ
た箱状の導体と，この導体の開口に設置される導電性の
メッシュと，前記導体及びメッシュに囲まれる空間内に
配置され、該導体及びメッシュと電気的に分離されたコ
レクタと，このコレクタに接続される抵抗とを具備して
なるプラズマ計測用プローブが第１の電極或いは第２の
電極に設置されていることを特徴とする。なお、このプ
ラズマ生成装置は、ＩＣＰ型或いはＥＣＲ型のプラズマ
生成装置であっても良い。

【００１８】本発明の好ましい実施態様を以下に記す。
前記コレクタと前記メッシュの間に、前記コレクタと前
記メッシュとを絶縁分離するスペーサが設けられてい
る。なおさらに好ましくは、前記スペーサのメッシュに
接する面は、導電性を有する材料で形成されている。前
記メッシュの線間隔が前記コレクタと前記メッシュとの
間隔よりも小さい。前記コレクタのメッシュに対向する
側の面が平面形状を成している。前記コレクタと前記メ
ッシュとの間の空間に、前記メッシュとほぼ平行な向き
に磁場を印加している磁場印加手段を具備する。なお、
磁場印加手段として永久磁石を用いる。前記抵抗にかか
る電圧波形をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換部
と、によって前記電圧波形を処理してプラズマパラメー
タを決定するデータ処理部を具備する。

【００１９】［作用］本発明は、上記構成によって以下
の作用・効果を有する。本発明に係るプラズマ計測用プ
ローブでは、電子を遮蔽するためのグリッドのような機
構を必要としないので、コレクタを電気的に接触しない
範囲内でメッシュに近づけることができる。プラズマ生
成装置の一般的なガス圧５０ｍＴｏｒｒの条件下では、
イオンの中性粒子との衝突断面積１×１０^-14 ｃｍ² と
して、イオンの平均自由行程は０．７ｍｍ程度である。
よって、コレクタとメッシュの距離をこれ以下にするこ
とによって、イオンの中性粒子との衝突によるイオン電
流の誤差を無視できる範囲内に抑えることができる。

【００２０】さらに、本発明に係るプラズマ計測用プロ
ーブでは、グリッドに電位を与えるための電源等が不要
であり、大幅にコストを低減でき、また、大幅に省スペ
ースな計測装置を提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。

【００２２】［第１実施形態］図１には本発明の第１実
施形態に係るプラズマ計測用プローブの概略構成を示す
断面図である。

【００２３】図１に示すように、例えばステンレスのよ
うな金属からなり、プラズマに対向する面が開口である
箱状の導体１１の側面には、プラズマ生成装置への取り
付けがたやすくできるように、ねじ溝が形成されてい
る。また、導体１１の開口が形成された面と対向する面
には、穴２０が開けられている。

【００２４】導体１１の開口部には、導体１１と電気的
に接続するように溶接され、線径０．０２ｍｍ、線間隔
０．０２ｍｍのステンレス製メッシュ１２が設置されて
いる。メッシュ１２は、導体１１に電気的に接続してお
り、コレクタ１５に対して高周波電場をシールドする働
きと、外部に存在するプラズマを導体の開口部で乱さな
い働きをする。

【００２５】導体１１とメッシュ１２に囲まれた空間内
において、メッシュ１２に接して例えばモリブデンから
なるドーナツ状の導電性スペーサ１３が、さらに導電性
スペーサ１３に面して例えばポリイミドからなるドーナ
ツ状の絶縁性スペーサ１４が設置されている。そして、
絶縁性スペーサ１４に接するようにコレクタ１５が設置
されている。コレクタ１５の側面には、絶縁膜１６が形
成されている。なお、絶縁性スペーサ１４によって、メ
ッシュ１２とコレクタ１５との間の絶縁性が確保されて
いる。なお、導電性スペーサ１３は絶縁性スペーサ１４
の表面に流れ込むイオン及び電子をメッシュ１２から導
体１１に逃がして、絶縁性スペーサ１４の表面電荷がコ
レクタ１５に誘起する電場を低減し、絶縁性スペーサ１
４のチャージアップを抑制する。

【００２６】さらに、コレクタ１５には導体軸１７の一
端が取り付けられている。この導体軸１７は、導体１１
の穴２０より導体１１の外部に引き出されて、その他端
が５０Ωの抵抗１８に取り付けられている。導体軸１７
と穴２０の間は絶縁及び真空シールドのため、樹脂２１
により埋められている。

【００２７】なお、抵抗１８の大きさは、一般に主とし
て導体１１およびコレクタ１５で構成されるこのプラズ
マ計測用プローブの浮遊インピーダンスより十分小さく
なるように選択し、抵抗１８に流れる電流が浮遊インピ
ーダンスの影響をほとんど受けないようする。ただし、
電子電流は高周波成分を持つのに対してイオン電流は高
周波に対してほぼ一定であるので、イオン電流成分のみ
測定する場合は、抵抗１８の大きさは浮遊インピーダン
スより大きくてもよい。

【００２８】ここで、導体１１の内径は１５ｍｍ、導電
性スペーサ１３の外径、内径、厚さはそれぞれ１５ｍ
ｍ、８ｍｍ、０．０５ｍｍ、絶縁性スペーサ１４の外
径、内径、厚さはそれぞれ１５ｍｍ、８ｍｍ、０．１ｍ
ｍ、コレクタ１５の外径は１０ｍｍである。メッシュ１
２とコレクタ１５の隙間は、導電性スペーサ１３および
絶縁性スペーサ１４によって形成され、この間隔は０．
１５ｍｍである。

【００２９】イオンと中性粒子との衝突断面積が１×１
０^-14 ｃｍ² であるとき、イオンの平均自由行程がメッ
シュとコレクタとの間隔０．１５ｍｍより大きくなるよ
うな中性粒子の密度は６．７×１０^-15 ｃｍ^-3である。
この中性粒子の密度は、状態方程式よりバッファガス温
度が７５℃のときのガス圧２４０ｍＴｏｒｒに当たる。
よって、図１で示したプラズマ計測用プローブでは、２
４０ｍＴｏｒｒ以下のガス圧に対して、イオンが中性粒
子と衝突して減少する影響を無視することができる。

【００３０】また、図１で示したプラズマ計測用プロー
ブ１０では、メッシュ１２とコレクタ１５の間隔に比
べ、メッシュ１２の空間が十分に小さく取られており、
メッシュから漏れる高周波電場がコレクタに与える影響
は無視できる程度にまで小さくなる。

【００３１】次に、本プローブによるイオン電流及び電
子電流の測定原理を説明する。対向する２つの電極に高
周波電場を印加すると、これら２つの電極間に存在する
プラズマ中のイオンは、質量が大きいために高周波電場
に追従できず、時間に対して平均的な電場により引き出
されるので、時間的にほぼ一定のイオン電流値をもつ。
これに対して、プラズマ中の電子は、質量が小さく高周
波電場に追従するため、高周波電場の一周期内のある位
相では各々の電極に流れ込むが、他の位相では電子は電
極に流れ込まない。したがって、電子が電極に流れ込ま
ない位相において、高周波電場により誘起される誘導電
流を遮蔽し、電極に流れ込む電流値を測定することによ
り、イオン電流の値を得ることができる。

【００３２】なお、通常、電極表面では電荷保存則が成
り立つので、一周期内にわたってイオン電流と電子電流
をそれぞれ積分すると、これらは一致する。よって、イ
オン電流を測定することにより、電子電流の時間平均値
をもとめることができ、また逆に電子電流を測定するこ
とによって、イオン電流を求めることができる。

【００３３】本計測プローブ１０では、コレクタ１５の
プラズマに対向する面に設置されたメッシュ１２によっ
て高周波電場を遮蔽している。よって、コレクタ１５に
流れ込む電流は、イオン電流と電子電流の２つの成分の
和である。ところが、イオン電流は高周波電場に対して
ほぼ一定であるのに対して、電子電流は高周波電場に追
従した波形を持つので、それぞれの成分を分離すること
ができる。

【００３４】このコレクタ１５に流れる電流は、コレク
タ１５に接続された抵抗１８によって、電圧に変換され
て出力される。出力される電圧波形において、イオン電
流成分は高周波電場に対してほぼ一定であり、電子電流
成分は高周波電場に追従しているので、双方を分離する
ことができ、イオン電流および電子電流をそれぞれ測定
することができる。

【００３５】次に、図１に示したプラズマ計測用プロー
ブ１０をプラズマ生成装置に取り付けた例を図２に示
す。図２は、本発明の図１に示すプラズマ計測用プロー
ブが取り付けられたプラズマ生成装置の概略構成を示す
断面図である。

【００３６】図２に示すように、反応容器２５内には円
盤状の第１の電極２７が絶縁材２８で支持され、かつ反
応容器２５の上壁に平行に対面する関係に配置されてい
る。この例では反応容器２５の上壁が第２の電極２６を
兼ねている。第１の電極２７の上面には、シリコンウェ
ハ等の被処理基板２９が配置される。第１の電極２７の
下面にはＲＦ給電導体３０の一端側が接続されており、
このＲＦ給電導体３０の他端側はマッチング回路３１及
び出力周波数が１３．５６ＭＨの高周波電源３２を介し
て接地電位に接続されている。また、反応容器２５は接
地電位に接続されている。反応容器２５には図示されな
いガス供給機構によってプロセスガスが導入される。

【００３７】このように、図２で示したプラズマ生成装
置は、平行平板型の電極に高周波電力を供給する容量結
合型のプラズマ生成装置であって、エッチング等の基板
処理装置として一般的に用いられている装置である。

【００３８】このプラズマ生成装置において、プラズマ
計測用プローブ１０は、第２の電極２６に、開口部を反
応容器２５の内側に向けるようにして埋め込まれてい
る。また、抵抗１８の一端のうちコレクタ１５側は同軸
ケーブル３３の信号線に、他端は同軸ケーブル３３のグ
ランド線に接続されている。そして、プラズマ計測用プ
ローブ１０は、同軸ケーブル３３を介して、オシロスコ
ープのようなアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３４
及びデータ処理部３５に接続されている。

【００３９】次に、プローブ１０から出力される電圧波
形について説明する。図３は、図２に示したプラズマ生
成装置において、反応容器２５に高周波電源３２より電
力を供給しプラズマを生成したときに、プラズマ計測用
プローブ１０から出力される電圧波形を示す特性図であ
る。ここでは、電圧波形を平均化することによってノイ
ズの低減を測っている。なお、図３において、横軸は時
間、縦軸は電圧であり、周波数１３．５６ＭＨｚに対応
して一周期７３ナノ秒で繰り返す電圧波形が得られる。

【００４０】図３に示すように、プローブ１０から得ら
れる電圧波形は、電圧がほぼ一定な領域Ａと電圧が急激
に変化する領域Ｂに分けられる。ここで、領域Ａは電子
がコレクタ１５に流れ込まない位相で、イオン電流成分
のみが生成する電圧である。一方、領域Ｂは電子がコレ
クタ１５に流れ込む位相であって、イオン電流成分と電
子電流成分の和からなる電圧である。したがって、領域
Ａの電圧を読むことによって、イオン電流を得ることが
できる。また、領域Ａの電圧を領域Ｂまで延長し、この
延長線と電圧波形が形成する部分（図３中の斜線部）の
面積を求めることによって、電子電流の積分値、および
電子電流の平均値を求めることができる。

【００４１】データ処理部３５におけるイオン電流を求
めるための波形処理の方法としては、電子電流の寄与が
あって波形が急激に変化する領域を取り除き平均化する
方法、繰り返し周波数と同期をとり波形が急激に変化し
ない領域のある時刻における電流値を採る方法、電流の
最大値を採る、波形フィッティングや周波数分解等を行
う等、状況に応じて選ぶことができる。なお、電子電流
も同様の方法によってを求めることが可能である。

【００４２】上述したように、本発明のプラズマ計測用
プローブでは、メッシュを通過したイオンがコレクタ到
達するまでに中性粒子と衝突して減少することがないの
で、精度よくイオン電流計測することができる。

【００４３】さらに、本発明のプラズマ計測装置では、
電子をシールドするための電源および回路を必要としな
いので、大幅にコストが小さく、また省スペースである
プラズマ計測装置を供給することができる。

【００４４】［第２実施形態］図４は、本発明の第２実
施形態に係わるプラズマ計測用プローブの概略構成を示
す断面図である。なお、図４において、図１と同一な部
位には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４５】先の実施例では、コレクタ１５に流れ込む
電流を抵抗１８にて電圧波形に変換して出力する構成と
したが、本計測用プローブでは、抵抗１８を接続せずに
直接コレクタ１５から電流波形を取り出せるように端子
が取り付けられている。本プローブの場合、端子と電流
波形を計測する装置、例えばオシロスコープをケーブル
によって接続し、さらに電流計測部の入力インピーダン
スを５０Ωに設定すれば、第１の実施例と同様の出力波
形が得られる。

【００４６】［第３実施形態］図５は、本発明の第３実
施形態に係わるプラズマ計測用プローブの概略構成を示
す断面図である。なお、図５において、図１と同一な部
位には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００４７】本プローブでは、図５に示すように、導体
１１に永久磁石５１を埋め込み、コレクタ１５とメッシ
ュ１２との間の空間に、コレクタ１５及びメッシュ１２
とほぼ平行になるように磁場を印加している。

【００４８】一般に、イオンがコレクタ１５に入射する
と、コレクタ１５の表面より２次電子が放出される。こ
の２次電子の寄与が、イオン電流および電子電流を求め
る際に誤差の要因となり得る。ところが、本プローブの
ように、コレクタ１５とメッシュ１２の間の空間に、コ
レクタ１５及びメッシュ１２とほぼ平行に磁場が印加さ
れているので、この磁場によって２次電子の軌道が曲げ
られ、再びコレクタ１５に戻ってくるようになる。

【００４９】なお、本実施形態では、コレクタ１５及び
メッシュ１２とほぼ平行な磁場を印加するために、導体
１１に永久磁石を埋め込んでいるが、外部より磁場を印
加する等、他の方法であっても良い。また、本実施形態
では、コレクタ１５に抵抗１８を接続し、抵抗１８にか
かる電圧を出力するようにしているが、第２実施形態と
同様、直接コレクタ１５から電流波形を取り出してもよ
い。

【００５０】［第４実施形態］続いて、本実施形態で
は、本発明のプラズマ計測用プローブを適用した他の例
のプラズマ生成装置について説明する。図６は、本発明
の第４実施形態に係わるプラズマ生成装置の概略構成を
示す断面図である。なお、図６において、図２と同一な
部位には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００５１】第１実施形態ではプラズマ計測用プローブ
１０の導体１１が第２の電極２６に埋め込まれる構造と
したが、本実施形態は、図６に示すように、第２の電極
２６に導体１１と同様の空洞を設け、この空洞に設けら
れた開口部に直接メッシュ１２を取り付けるというよう
に、第２の電極２６と導体１１を一体型にした構造にし
ている。本装置においても、第１実施形態と同様の方法
で、イオン電流または電子電流を測定することができ
る。

【００５２】［第５実施形態］次に、本発明のプラズマ
計測用プローブを適用したさらに別のプラズマ生成装置
の例を示す。

【００５３】図７は、本発明の第５実施形態に係わるプ
ラズマ生成装置の概略構成を示す断面図である。なお、
図７において、図２と同一な部位には同一符号を付し、
その説明を省略する。

【００５４】本装置は、図７に示すように、プラズマ計
測用プローブ１０（１０ａ〜１０ｅ）が第２の電極２６
に複数個（この例ではｎ個）取り付けられている。エッ
チング処理等を行うプラズマ生成装置では、しばしば、
プラズマ密度分布およびイオン電流分布の不均一を起因
として、基板処理の速度が一様でないと行った問題が生
じる。このため、イオン電流分布を計測することが要求
されている。本装置では、ファラデーカップのように計
測プローブ自体が電源を必要とせず、また、構造が単純
であって小型化できるために、反応容器に複数個取り付
けることができるので、イオン電流分布を計測すること
が可能となる。

【００５５】［第６実施形態］前の実施形態では、容量
移行型のプラズマ生成装置についての計測例を示した
が、インダクション型やＥＣＲ装置のように外部回路に
よってプラズマを生成し、高周波電場によってプラズマ
を引き出すプラズマ生成装置においても、同様の方法で
イオン電流を計測することができる。

【００５６】図８は、本発明の第６実施形態に係わるイ
ンダクション型のプラズマ生成装置の概略構成を示す断
面図である。なお、図８において、図２と同一な部位に
は同一符号を付し、その説明を省略する。

【００５７】図８に示すように、反応容器８１内には円
盤状に形成された電極８２が反応容器８１の上壁に平行
に対面する位置に配置されている。電極８２の上面に
は、シリコンウェハ等の被処理基板２９が配置される。
反応容器８１の上部にはアンテナ８４が配置されてい
る。このアンテナ８４には、マッチング回路８５および
周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源８６によって高周
波電力が供給される。アンテナ８４に供給された高周波
電力はインダクション結合によって反応容器８１内に導
入され、反応容器８１内にプラズマを生成する。

【００５８】電極８２の下面にはＲＦ供給導体８８の一
端が接続されており、出力周波数が５ＭＨｚ高周波電源
８３を介して接地電位に接続される。電極８２に印加さ
れる高周波電力は、インダクション結合により反応容器
８１内に生成されたプラズマを被処理基板に引き込む働
きをする。

【００５９】このプラズマ生成装置において、プラズマ
計測用プローブ１０は、開口部が反応容器８１の内側に
向けるようにして電極８２に埋め込まれている。また、
抵抗１８の両端にかかる電圧波形は、同軸ケーブル３３
を介してオシロスコープなどのＡ／Ｄ変換器３４につな
がれている。このプラズマ生成装置では、プラズマ計測
用プローブ１０は接地電位に対して周波数５ＭＨｚで電
位が変化する電極８２に埋め込まれているので、Ａ／Ｄ
変換器３４は電位的に接地電位から浮かされて配置され
ている。そして、Ａ／Ｄ変換器３４からのデータ信号
は、光ファイバーケーブル８７を通じてデータ処理部３
５に送られる。

【００６０】本装置においても、データ処理部３５で
は、一周期毎に繰り返す急峻な電子電流成分と、ほぼ一
定なイオン電流成分からなる電圧波形が得られる。この
波形より、イオン電流あるいは電子電流を得ることがで
きる。

【００６１】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することが可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、グ
リッドのような電子を遮蔽するための機構を必要とせ
ず、イオンが中性粒子との衝突により損失する影響を無
視することができる程度まで、コレクタをメッシュまで
近づけることができるので、イオンと中性粒子との衝突
によるイオン電流及び電子電流を精度良く測定すること
ができる。

【００６３】また、グリッドに電位を与えるための電源
装置等が不要になるので、大幅にコストを低減できると
共に、大幅に省スペース化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るプラズマ計測用プローブの
概略構成を示す断面図。

【図２】図１に示すプラズマ計測用プローブが取り付け
られたプラズマ生成装置の概略構成を示す断面図。

【図３】図２に示すプラズマ生成装置において、プラズ
マ計測用プローブ１０から出力される電圧波形を示す特
性図。

【図４】第２実施形態に係わるプラズマ計測用プローブ
の概略構成を示す断面図。

【図５】第３実施形態に係わるプラズマ計測用プローブ
の概略構成を示す断面図。

【図６】第４実施形態に係わるプラズマ生成装置の概略
構成を示す断面図。

【図７】第５実施形態に係わるプラズマ生成装置の概略
構成を示す断面図。

【図８】第６実施形態に係わるインダクション型のプラ
ズマ生成装置の概略構成を示す断面図。

【図９】従来のプラズマ計測用プローブであるファラデ
ーカップの概略構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０…プラズマ計測用プローブ １１…導体 １２…メッシュ １３…導電性スペーサ １４…絶縁性スペーサ １５…コレクタ １６…絶縁膜 １８…抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 悦夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大岩 徳久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F004 CB01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマに対向する面の少なくとも一部に
   開口が設けられた箱状の導体と、 この導体の開口に設置された導電性のメッシュと、 前記導体及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該
   導体及びメッシュと電気的に分離されたコレクタと、 このコレクタに接続される抵抗とを具備してなることを
   特徴とするプラズマ計測用プローブ。
2. 【請求項２】プラズマに対向する面の少なくとも一部に
   開口が設けられた箱状の導体と、 この導体の開口に設置される導電性のメッシュと、 前記導体及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該
   導体及びメッシュと電気的に分離されたコレクタとを具
   備してなることを特徴とするプラズマ計測用プローブ。
3. 【請求項３】前記コレクタと前記メッシュの間に、前記
   コレクタと前記メッシュとを絶縁分離するスペーサが設
   けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   プラズマ計測用プローブ。
4. 【請求項４】前記スペーサのメッシュに接する面は、導
   電性を有する材料で形成されていることを特徴とする請
   求項３に記載のプラズマ計測用プローブ。
5. 【請求項５】プラズマに対向する面の少なくとも一部に
   開口が設けられた箱状の導体と、 この導体の開口に設置される導電性のメッシュと、 前記導体及びメッシュに囲まれる空間内に配置され、該
   導体及びメッシュと電気的に分離されたコレクタと、 前記コレクタに接続される抵抗と、 この抵抗にかかる電圧波形を計測する電圧波形計測部を
   具備してなることを特徴とするプラズマ計測装置。
6. 【請求項６】反応容器と、この反応室内に配置され平行
   に対面して設けられた第１の電極及び第２の電極と、第
   １の電極と第２の電極との間にプロセスガスを供給する
   ガス供給機構と、二つの電極間への高周波電力の注入に
   伴う放電により前記プロセスガスのプラズマを生成する
   電力供給機構とを備えたプラズマ生成装置において、 前記プラズマに対向する面の少なくとも一部に開口が設
   けられた箱状の導体と，この導体の開口に設置される導
   電性のメッシュと，前記導体及びメッシュに囲まれる空
   間内に配置され、該導体及びメッシュと電気的に分離さ
   れたコレクタと，このコレクタに接続される抵抗とを具
   備してなるプラズマ計測用プローブが第１の電極或いは
   第２の電極に設置されていることを特徴とするプラズマ
   生成装置。