JP2002141194A - プラズマ中の電子エネルギー分布の測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波プラズマ中の電子エネルギー分布を求
めることができる電子エネルギー分布の測定方法を提供
する。 【解決手段】 高周波電力で生成されたプラズマ中の電
子エネルギー分布の測定方法において、前記プラズマＰ
中に通電によって加熱される加熱プローブ４を挿入し、
前記加熱プローブの熱時定数より十分に短い周期を持つ
パルス電圧を加えて熱電子を放出する程度に加熱してこ
の放出電子の数が十分で前記放出電子の有するプラズマ
振動数が前記高周波電力の周波数よりも十分に高い状態
にすれば、前記プラズマ中に存在する高周波電位振動の
前記加熱プローブへの影響を除去できるという性質を利
用し、前記パルス電圧の有電圧期と無電圧期における浮
動電位差を、前記パルス電圧の電位を種々変更しつつ検
出し、この検出値に基づいて前記プラズマ中の電子エネ
ルギー分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電力で生成
されるプラズマ中の電子エネルギー分布の測定方法及び
その装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラズマＣＶＤ法やプラズマス
パッタリング法による半導体デバイスの酸化膜の形成な
ど、プラズマを利用した反応生成物の成膜装置において
は、安定で再現性の良いプラズマの発生が不可欠であ
り、そのためにはプラズマ中の電子エネルギー分布の測
定及び制御が極めて重要である。特に、これらのプラズ
マはほとんどの場合、高周波電力で生成されるが、この
高周波プラズマ中での電子エネルギー分布の測定及び制
御がとりわけ重要である。そこで、従来からプラズマの
発生雰囲気中にプローブ或いは加熱プローブを挿入し、
これによって捕集された電子電流がプローブのバイアス
電圧及びプラズマエネルギーの１つであるプラズマ電子
温度と一定の関係を有することを利用してプラズマ電子
温度を測定する方法が広く採用されている。

【０００３】しかしながら、これらの方法には、プラズ
マ中に常に存在する高周波電位振動のプローブへの影響
を除去するために複雑な防御回路を設置する必要がある
などの欠点がある。すなわち、プローブによりプラズマ
から電子電流を捕集することにより電子温度を決定する
従来法においては、プローブの電圧−電流特性が、本来
非線形であるために、電源電圧の高周波振動にともなっ
てプラズマ電位が振動すると、整流電流が同時にプロー
ブに捕集されてしまう。このため、プローブにより捕集
される電流は、電子温度を正しく反映している電子電流
とは大きく相違したものとなり、これによる電子温度の
測定は原理的に不可能となる。

【０００４】そのため、従来方法ではこの整流電流を除
去するために、プローブ回路に新たに高周波電流除去回
路を付け、プラズマ中の振動電圧と同じ大きさで逆位相
の高周波電圧をプローブに印加することにより、整流電
流の流れることを防止している。しかしながら、この方
法では、プローブに印加すべき逆位相の電圧値がプロー
ブとプラズマ間に存在するシースの容量に依存するた
め、正確に求めることは難しく、広いプラズマ領域にお
いてプラズマ電位と正確に同値で逆位相の電圧をプロー
ブ回路に印加することは不可能に近い。そこで、本発明
者は、先の出願（特開平２−３００９８号公報）におい
て、プローブから熱電子を放出し得るような状態に維持
し、これに交流の半波電圧を印加して、有電圧期と無電
圧期のよう浮動電位差を求め、これに基づいてプラズマ
電子温度を測定する方法を提案した。

【０００５】しかしながら、この方法によれば、マック
スウェル分布において平均エネルギーに相当する電子温
度しか測ることができず、それ以外の一般的な電子エネ
ルギー分布に関しては測定することができない、といっ
た問題があった。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、高周波プラズマ中の電子エネルギー分布
を求めることができる電子エネルギー分布の測定方法及
びその装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
高周波電力で生成されたプラズマ中の電子エネルギー分
布の測定方法において、前記プラズマ中に通電によって
加熱される加熱プローブを挿入し、前記加熱プローブの
熱時定数より十分に短い周期を持つパルス電圧を加えて
熱電子を放出する程度に加熱してこの放出電子の数が十
分で前記放出電子の有するプラズマ振動数が前記高周波
電力の周波数よりも十分に高い状態にすれば、前記プラ
ズマ中に存在する高周波電位振動の前記加熱プローブへ
の影響を除去できるという性質を利用し、前記パルス電
圧の有電圧期と無電圧期における浮動電位差を、前記パ
ルス電圧の電位を種々変更しつつ検出し、この検出値に
基づいて前記プラズマ中の電子エネルギー分布を求める
ようにしたことを特徴とするプラズマ中の電子エネルギ
ー分布の測定方法である。請求項２に係る発明は、上記
方法発明を実施するための装置発明であり、高周波電力
によって生成されるプラズマ中の電子エネルギー分布の
測定装置において、前記プラズマ中に挿入される加熱プ
ローブと、前記加熱プローブにパルス高さが可変になさ
れたパルス電圧を印加して熱電子を放出する程度に前記
加熱プローブを加熱するパルス電源と、前記パルス電圧
の有電圧期と無電圧期における浮動電位差を検出する検
出手段と、前記検出手段の検出値に基づいて前記プラズ
マ中の電子エネルギー分布を求める演算手段とを備えた
ことを特徴とするプラズマ中の電子エネルギー分布の測
定装置である。請求項３に規定する発明は、高周波電力
によって生成されるプラズマ領域中の電子エネルギー分
布を測定する測定装置において、前記プラズマ領域中に
挿入され、パルス電圧の印加により加熱されるプローブ
部を有する加熱プローブと、前記加熱プローブにバッテ
リーを電源とするパルス電圧を印加して、前記プローブ
部を熱電子が放出可能な状態まで加熱するパルス電源
と、１つの基板上に集積化された回路素子により構成さ
れ、高速処理により前記パルス電圧の有電圧期（Ｈレベ
ル）と無電圧期（Ｌレベル）における浮遊電位差を検出
する検出部と、前記検出部に一体的若しくは別体の基板
上に構成され、前記検出部で求められた測定データをデ
ジタル化するＡ／Ｄ変換部と、電気信号と光信号の相互
変換機能と通信機能を有し、前記Ａ／Ｄ変換部からの測
定データを光信号に変更して送信する、若しくは、受信
した光信号の制御信号を電気信号に変換する第１の光信
号変換部と、電気信号と光信号の相互変換機能と通信機
能を有し、前記第１の光信号変換部より送信された測定
データを電気信号に変換する、若しくは、制御信号を光
信号に変換する第２の光信号変換部と、前記第２の光信
号変換部により与えられた測定データに基づいて、前記
プラズマ領域中の電子エネルギー分布を求める演算部
と、前記演算部により求められた電子エネルギー分布を
３示する表示部とを備えた事を特徴とするプラズマ中の
電子温度測定装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ中
の電子エネルギー分布の測定方法及びその装置の一実施
例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明方法で
用いるエミッシブプローブ法を説明するための原理図、
図２はプラズマを生成する高周波電力の電圧が正位相の
時と逆位相の時のプローブ電流を示すグラフ、図３は加
熱プローブにパルス電圧を印加した時のプローブ電流の
変化を示すグラフ、図４は本発明の電子エネルギー分布
の測定装置を示すブロック構成図、図５は加熱プローブ
にパルス電圧が印加された時の状態を示す図、図６は本
発明方法の原理を説明するための説明図である。

【０００８】まず、本発明の特徴とするところは次の点
にある。すなわち、図１に示すように真空引き可能にな
された高周波プラズマ発生容器２内にて発生したプラズ
マＰ中に円弧状に露出された加熱プローブ（フィラメン
ト）４を浮動状態で差し込む。ここで先の特開平２−３
００９８号公報の技術では、この加熱プローブ４に交流
半波電圧を印加していたが、本発明では上記交流半波電
圧に代えてパルス電圧Ｖ_PPを印加し、更に、このパルス
高さＶ_H を種々変更して、その都度、データを取るよう
にしている。この場合、例えばパルス幅Ｗ１及びパルス
間幅Ｗ２はそれぞれ１０〜１５μｓｅｃ及び２０〜３５
μｓｅｃに設定され、その周波数は２０〜３０ｋＨｚ程
度になっている。すなわち、本発明では、上記加熱プロ
ーブ４に有電圧期と無電圧期とを有する上記パルス電圧
Ｖ_PP（周期はフィラメント熱時定数より充分短いもの）
を加えて加熱し、加熱プローブ４から熱電子放出させ、
この放出電子数が充分で加熱プローブ４の浮動電位がプ
ラズマＰ中に存在する高周波電位振動に追随できる条件
下で、被測定量はこの放出電子電流の影響を受けないよ
うに上記パルス電圧Ｖ_PPの有電圧期と無電圧期における
加熱プローブ４の浮動電位の差ΔＶ_F とすることによ
り、前記従来法の各種の欠点の一掃を図ったものであ
る。次に、本発明の測定原理について説明する。

【０００９】図１に示すように、プラズマ発生容器２内
に各周波数ω_S の高周波電力で生成されたプラズマＰが
あり、その中に加熱プローブ４を挿入し、パルス高さが
Ｖ_Hのパルス電圧Ｖ_PPで加熱する。この時、放出電子飽
和電流Ｉ_ESが以下に示す数１の式の条件を満足していれ
ば、加熱プローブ４の浮動電位はプラズマ中の高周波電
位振動に追随できる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここでω_PEは放出電子が持つプラズマ振動
数（電子密度ｎ_E ）、ε_O は真空中の誘電率、ｅ及びｍ
は電子電荷及び質量、Ａ_P はプローブ表面積、Ｔ_W はプ
ローブ温度、ｋはボルツマン定数である。上記数１の関
係は放出電子のプラズマ振動数が、プラズマ中の電位振
動数よりも充分大きいことを意味するが、この条件下で
はプラズマ中の振動電位に放出電子はすみやかに追随
し、加熱プローブ４とプラズマＰ間には高周波の電位振
動が存在しなくなる。この様子を図２に示した。図２
（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ高周波電源電圧が正位相及び
逆位相の時の放出電子電流Ｉ_E 及び捕集電子電流Ｉ_C の
特性を示したものである。ここで放出電子電流とはフィ
ラメントから放出される熱電子の作る電流であり、捕集
電子電流とはプラズマ電子がフィラメントプローブに到
達して形成される電流であり、これらの両電流の方向は
互いに逆向きである。プラズマ電位がそれぞれの位相に
応じてＶ_P1からＶ_P2に変化しても数１の条件下では放出
電子がすみやかにプラズマ電位の振動に追随し、放出電
子電流及び捕集電子電流特性は横幅に沿って平行移動し
た形となる。尚、図２中において、いずれか一方の電
流、例えば放出電子電流Ｉ_E の正負は、本発明の理解を
容易にするために逆に記載されている。

【００１２】従って、プローブが浮動状態にある場合に
は、プラズマ電位がＶ_P1からＶ_P2間で振動するとその浮
動電位はＶ_F1とＶ_F2 間で振動する。それ故に、プロー
ブとプラズマ間には高周波の振動電位差は存在しなくな
り、プラズマから捕集される電子は振動電位を見ずに常
に同一の電位差Ｖ_P1−Ｖ_F1（＝Ｖ_P2−Ｖ_F2）を見ること
から捕集電子電流は高周波振動電圧の影響を受けなくな
るので、この捕集電流は正しく電子温度（電子エネルギ
ー）を反映していることになる。このような条件下でパ
ルス電圧Ｖ の有電圧期と無電圧期におけるプローブの
浮動電位差ΔＶ_F の値は図３に示すようにＩ_ES＜Ｉ
_CS（Ｉ_CSは捕集電子飽和電流）の領域では捕集電子電流
−電圧特性の勾配に依存する。この勾配は、電子温度が
Ｔ_e であれば１／ｋ・Ｔ_e の値であるので結局、図３の
ようにＶ_H に対する浮動電位差ΔＶ_F を測定することに
より電子温度は次の数２の式より求めることができる。

【００１３】

【数２】

【００１４】尚、数２を用いて電子温度を測定する方法
については、特願昭６２−２１８３７３号にて既に出願
済である。また、浮動電位を測定する場合には、パルス
電圧Ｖ_H による変化以外にプラズマ電位の振動に呼応し
た電位振動が浮動電位に含まれるので、この振動成分を
フィルター等で除去しなければならない。通常、高周波
電源の各周波数ω_S とパルス電圧Ｖ_H の周波数は、極端
に相違するのでこのフィルターリングは容易である。上
記説明は、先の出願（特開平２−３００９８号公報）に
おいても説明されたように、電子温度を測定するための
方法であるが、本発明では電子のエネルギー分布を測定
するために前述したように、パルス電圧Ｖ_PPのパルス高
さＶ_H を種々変更させる。この測定装置を図４に示す。

【００１５】図４中において、２は真空引き可能になさ
れた高周波プラズマ発生容器（以下、チャンバーとも称
す）であり、この容器２内に例えば１３．５６ＭＨｚや
２７ＭＨｚの高周波電源６に接続された平行平板電極８
が設置されている。そして、この容器２内にプラズマガ
スとして例えばＡｒガスを導入し、両電極８、８間にプ
ラズマＰが立てられる。そして、この発生容器２の側壁
に、先に図２を参照して説明した加熱プローブ４が絶縁
体１０を介して浮動的に取り付けられ、このタングステ
ンフィラメントよりなる加熱プローブ４は、プラズマＰ
内に挿入される。そして、この加熱プローブ４にパルス
電源１４が接続され、上記加熱プローブ４に図１にて説
明したようなパルス電圧Ｖを印加して加熱するようにな
っている。

【００１６】一方、加熱プローブ４の浮動電位がどの程
度の高周波振動に追随できるかは外部回路にも依存し、
これは加熱プローブ４の回路全体がアースに対して持つ
浮遊容量によって決まる。従って、加熱プローブ４の浮
動電位ができる限り高い周波数でも振動し得るようにす
るためには、この浮遊容量による影響を極力除去する必
要がある。その一つの方策として図４に示す回路例で
は、上記パルス電源１４に接続されたダミープローブ１
８を設置している。そして、上記加熱プローブ４の浮動
電位の測定は差動電圧増幅器１９を通して、ダミープロ
ーブ１８との差電位を、浮動電位差を検出するための検
出手段であるシンクロスコープ２０で測定する方法を用
いている。このように、ダミープローブ１８との差電位
を取ることにより、加熱プローブ４がアースに対して持
つ浮遊容量の影響を除去することができる。尚、フィル
ター２２は加熱プローブ４に現れる高周波振動を除去
し、またプラズマ自体が発するノイズを除去するための
ものである。このようにして、シンクロスコープ２０に
加熱プローブ４の加熱電圧による浮動電圧の変化の波形
が得られ、この浮動電位差やパルス電圧やプローブ浮動
電位などから、後述するように電子のエネルギー分布を
求める。

【００１７】この時の電子のエネルギー分布を求める演
算は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる演算部２
４で行なわれ、その結果は、例えば液晶パネル等よりな
る表示部２６に表示される。さて、このような測定装置
を用いて行なわれる電子エネルギー分布の測定方法につ
いて説明する。図５は上記加熱プローブ４とこれに印加
されるパルス電圧Ｖ_PPを模式的に示す模式図であり、こ
れは図１に対応するものである。図６はパルス電圧Ｖ_H
とプローブ電流ｉとの関係を示すグラフであり、これは
図３に対応するものである。まず、図５に基づいてエミ
ッシブプローブ法の原理からプローブ捕集電流（電流密
度）−電圧特性ｉ（Ｖ）を求める方法について説明す
る。ここで、Ｖ_H はパルス電圧のパルス高さ、Ｖ_F はプ
ローブ浮動電位、ΔＶ_F は浮動電位差である。まず、加
熱プローブ４の長さをＬ、プローブフィラメントの直径
を２ｒとすると、プローブの電位は常に浮遊状態にあ
る。このため、パルス電圧Ｖ_PPの有電圧期（Ｈレベル）
と無電圧期（Ｌレベル）におけるプローブ全捕集電流は
どちらの場合とも、プローブ放出電流と同じ値にならな
ければならない。プローブの電位がプラズマ電位Ｖ_P よ
り低い領域では、この放出電流は、プローブの電位に無
関係に一定値ｉ_ES（放出電子飽和電流）となるため、両
捕集電流の間の関係は、下記の数３の式のように表すこ
とができる。

【００１８】

【数３】

【００１９】ｉ（Ｖ）は、図１から図３において説明に
用いているプローブ捕集電流Ｉ_C と同義であるが、ここ
での原理説明をできる限り明確にするためにｉ（Ｖ）を
用いている。また、同様な理由により、放出電流にはｉ
_ESを用いている。数３の左辺はパルス電圧Ｖ_PPがＶ_H の
時（有電圧期）のプローブ全捕集電流を示し、右辺はパ
ルス電圧が０ボルトの時（無電圧期）のプローブ全捕集
電流を示す。また、ｒは加熱プローブ４の半径を示す。
上記数３の左辺を変形すると以下の数４の式のようにな
る。

【００２０】

【数４】

【００２１】従って、数３の右辺と数４との関係より、
下記の数５の式が求まる。

【００２２】

【数５】

【００２３】そして、上記数５を変形すると、下記の数
６の式が求まる。

【００２４】

【数６】

【００２５】ここで、図６を用いてエミッシブプローブ
法の解析を行なう。まず、点Ａの電流Ｉ（Ｖ_F ，Ｖ_H ）
は以下の数７の式のように定まる。

【００２６】

【数７】

【００２７】更に、点Ｂの電流Ｉ（Ｖ_F ＋ΔＶ_F ，Ｖ
_H ）は以下の数８の式のように定まる。

【００２８】

【数８】

【００２９】従って、上記数７及び数８との関係より以
下の数９の式が定まる。

【００３０】

【数９】

【００３１】そして、以上のようにして求められた上記
数６或いは数９にて求められた一般式を変形して微分形
式にすると以下の数１０の式が求まる。

【００３２】

【数１０】

【００３３】この数１０よりＶ_H に対するΔＶ_F 、Ｖ_F
の各測定値を用いてｉ（Ｖ）の形を求めることができ
る。ここで前述のように、パルス電圧Ｖ_PPのパルス高さ
Ｖ_H は例えば５〜５０ボルトの範囲で適宜種々の値に変
更され、その都度、ΔＶ_F 、Ｖ_F を測定する。この場
合、パルス高さＶ_H は、例えば５０ミリボルト単位で少
しずつ増加、或いは減少させてその都度、ΔＶ_F やＶ_F
の測定を行なう。このようにして、ｉ（Ｖ）が求まる
と、電子のエネルギー分布の関数Ｆ（Ｅ）は次の数１１
の式により求まる。

【００３４】

【数１１】

【００３５】尚、ｋ１は比例定数である。以上の各数式
の演算は前述のように演算部２４（図４参照）で行なわ
れ、また、求められた関数Ｆ（Ｅ）は、例えば表示部２
６にて表示することができる。以上のようにして電子の
エネルギー分布の関数Ｆ（Ｅ）を求めると、例えば図７
に示すように表される。図７中において、横軸はエネル
ギー（Ｅ）、縦軸は電子数（ｎ）をそれぞれとってい
る。図７に示すように、電子温度の分布はマックスウェ
ル分布に従っているが、本発明方法で求めた電子のエネ
ルギー分布はマックスウェル分布とは大きくずれてお
り、電子のより正確なエネルギー分布を反映している。

【００３６】尚、前述した実施形態では、測定装置は、
ＣＶＤ装置やスパッタリング装置等の成膜装置に搭載す
ることを想定して説明を行っていたが、勿論、これに限
定されるものではなく、エッチング装置やアニール装置
など高周波電力を印加することによりプラズマを発生さ
せて種々のプラズマ処理を行う装置に搭載して、同等の
効果が容易に得られることは勿論である。これらの処理
装置のチャンバー（プラズマ領域を生成するチャンバ
ー）の電位に対して、絶縁された状態で加熱プローブと
取り付けられて、電位的には浮動状態となっている。以
上説明したように、本発明のプラズマ中の電子エネルギ
ー分布の測定方法及びその装置によれば、加熱プローブ
に印加するパルス電圧のパルス高さを適宜変更しつつ浮
動電位差を求めることにより、高周波プラズマ中の電子
のエネルギー分布を適正に求めることができる。

【００３７】次に、図８を参照して、前述した実施形態
における第１の変形例について説明する。ここで、図８
に示す構成部位で前述した図４に示した構成部位と同等
のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略す
る。この第１の変形例は、電子エネルギー分布を求める
ための浮動電位差やパルス電圧やプローブ浮動電位等を
測定データとして求める測定部４０と、この測定部４０
による測定データをワイヤレスで通信するための光通信
ボード３４と、着信した光通信ボード３４からの測定デ
ータを演算して電子エネルギー分布を求めるためのマイ
クロコンピュータ等よりなる演算部２４と、表示部２６
とで構成される。

【００３８】前述した図４に示した測定部は、パルス電
源１４、ダミープローブ１８、フィルター２２及びシン
クロスコープ２０（検出部）等てせ構成していた。これ
に対して、測定部４０、パルス電源１４、高性能バッテ
リー３１、検出部２２、Ａ／Ｄ変換ボード３２及び光通
信ボード３３で構成している。高性能バッテリー３１
は、パルス電源１４に電源を供給する。また検出部２２
は、１つの基板上に集積化された回路素子により構成さ
れ、高速処理によりパルス電圧の有電圧期と無電圧期に
おける浮動電位差を検出する。Ａ／Ｄ変換ボードは、検
出部２２に一体若しくは別体の基板上に構成され、検出
部２２で求められた測定データをデジタル化する。

【００３９】光通信ボード３３は、Ａ／Ｄ変換ボード３
２によりデジタル化された測定データを電気信号から光
信号に変更して送信する。また、光通信ボード３４から
受信した光信号からなる制御信号を電気信号に変更し
て、検出部２２の動作を制御することもできる。これは
演算部２４をパソコン等により構築することにより、演
算処理だけでなく、各測定用部位の制御もすることによ
り、測定の遠隔化が実現でき、装置の小型化、配置の自
由度など種々のメリットが生まれる。

【００４０】特に、この測定部４０の幾何学的寸法が極
力小さくなるように構成して、測定部４０が有するアー
ス電位に対する浮遊容量を極限まで小さくする。また、
光通信ボード３３と光通信ボード３４との間で光通信に
より測定データを伝搬して、演算部２４へ入力する。演
算部２４では測定データから電子エネルギー分布が求め
られ、適宜、その電子エネルギー分布が数値表やグラフ
として表示部２６に表示される。このように測定データ
の伝搬に光通信を用いたことで、測定部４０と演算部２
４とが有線接続されていないため、測定部４０のアース
電位に対する浮遊容量をさらに小さく（極小化）するこ
とができる。このような浮遊容量の極小化は、プラズマ
発生用電源の周波数の測定上限を大きくするものであ
り、現行に使用する周波数である１３．５６ＭＨｚ及び
２７ＭＨｚは、勿論こと、６０ＭＨｚやそれ以上の周波
数で生成されるプラズマにおける電子エネルギー分布も
測定可能となる。さらに、測定部４０と演算部２４との
ワイヤレス化は、装置構成上で構成部位の配置の分散化
や遠隔化ができる他、種々のメリットを得ることがで
き、高性能、高機能な測定装置を提供する。

【００４１】次に、図９を参照して、前述した実施形態
における第２の変形例について説明する。ここで、図９
に示す構成部位で前述した図８に示した構成部位と同等
のものには、同じ参照符号を付して、その説明を省略す
る。この測定装置では、チャンバー２が絶縁物２ａで形
成されている例である。本発明が提案する電子エネルギ
ー分布の測定方法は、プローブの電位が恒に浮遊状態で
あり、原理的にプラズマからのプローブ電流を供給して
測定する必要が無く、プラズマを発生させるためのチャ
ンバー２が絶縁性の部材により形成されていても測定す
ることができる。例えば、プラズマエッチング装置にお
けるプラズマを発生させるためのチャンバーは、アルミ
ナ等の絶縁性の部材により形成されている。このような
場合でも電子エネルギー分布を測定することもできる。
これは、本発明の電子エネルギー分布の測定がアース電
位に対して浮遊状態にある電位のプローブを用いて測定
を行っているために実現するものである。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
中の電子エネルギー分布の測定方法及びその装置によれ
ば、次のように優れた作用効果を発揮することができ
る。加熱プローブに印加するパルス電圧のパルス高さを
適宜変更しつつ浮動電位差を求めることにより、高周波
プラズマ中の電子のエネルギー分布を適正に求めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法で用いるエミッシブプローブ法を説
明するための原理図である。

【図２】プラズマを生成する高周波電力の電圧が正位相
の時と逆位相の時のプローブ電流を示すグラフである。

【図３】加熱プローブにパルス電圧を印加した時のプロ
ーブ電流の変化を示すグラフである。

【図４】本発明の電子エネルギー分布の測定装置を示す
ブロック構成図である。

【図５】加熱プローブにパルス電圧が印加された時の状
態を示す図である。

【図６】本発明方法の原理を説明するための説明図であ
る。

【図７】電子のエネルギー（Ｅ）と電子数（ｎ）との関
係の一例を示すグラフである。

【図８】本発明による第１の変形例の構成を示す図であ
る。

【図９】本発明による第２の変形例の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

２ プラズマ発生器 ４ 加熱プローブ ６ 高周波電源 ８ 平行平板電極 １４ パルス電源 １８ ダミープローブ ２０ シンクロスコープ（検出手段） ２４ 演算部 Ｐ プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 FA01 KA30 KA39 5F045 AA08 BB02 EH14 EH19 GB08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電力で生成されたプラズマ中の電
   子エネルギー分布の測定方法において、前記プラズマ中
   に通電によって加熱される加熱プローブを挿入し、前記
   加熱プローブの熱時定数より十分に短い周期を持つパル
   ス電圧を加えて熱電子を放出する程度に加熱してこの放
   出電子の数が十分で前記放出電子の有するプラズマ振動
   数が前記高周波電力の周波数よりも十分に高い状態にす
   れば、前記プラズマ中に存在する高周波電位振動の前記
   加熱プローブへの影響を除去できるという性質を利用
   し、前記パルス電圧の有電圧期と無電圧期における浮動
   電位差を、前記パルス電圧の電位を種々変更しつつ検出
   し、この検出値に基づいて前記プラズマ中の電子エネル
   ギー分布を求めるようにしたことを特徴とするプラズマ
   中の電子エネルギー分布の測定方法。
2. 【請求項２】 高周波電力によって生成されるプラズマ
   中の電子エネルギー分布の測定装置において、前記プラ
   ズマ中に挿入される加熱プローブと、前記加熱プローブ
   にパルス高さが可変になされたパルス電圧を印加して熱
   電子を放出する程度に前記加熱プローブを加熱するパル
   ス電源と、前記パルス電圧の有電圧期と無電圧期におけ
   る浮動電位差を検出する検出手段と、前記検出手段の検
   出値に基づいて前記プラズマ中の電子エネルギー分布を
   求める演算手段とを備えたことを特徴とするプラズマ中
   の電子エネルギー分布の測定装置。
3. 【請求項３】 高周波電力によって生成されるプラズマ
   領域中の電子エネルギー分布を測定する測定装置におい
   て、 前記プラズマ領域中に挿入され、パルス電圧の印加によ
   り加熱されるプローブ部を有する加熱プローブと、 前記加熱プローブにバッテリーを電源とするパルス電圧
   を印加して、前記プローブ部を熱電子が放出可能な状態
   まで加熱するパルス電源と、 １つの基板上に集積化された回路素子により構成され、
   高速処理により前記パルス電圧の有電圧期（Ｈレベル）
   と無電圧期（Ｌレベル）における浮遊電位差を検出する
   検出部と、 前記検出部に一体的若しくは別体の基板上に構成され、
   前記検出部で求められた測定データをデジタル化するＡ
   ／Ｄ変換部と、 電気信号と光信号の相互変換機能と通信機能を有し、前
   記Ａ／Ｄ変換部からの測定データを光信号に変更して送
   信する、若しくは、受信した光信号の制御信号を電気信
   号に変換する第１の光信号変換部と、 電気信号と光信号の相互変換機能と通信機能を有し、前
   記第１の光信号変換部より送信された測定データを電気
   信号に変換する、若しくは、制御信号を光信号に変換す
   る第２の光信号変換部と、 前記第２の光信号変換部により与えられた測定データに
   基づいて、前記プラズマ領域中の電子エネルギー分布を
   求める演算部と、 前記演算部により求められた電子エネルギー分布を表示
   する表示部とを備えた事を特徴とするプラズマ中の電子
   温度測定装置。