JP2006275584A - Measuring probe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は測定プローブに係り、特に、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための測定プローブに関する。 The present invention relates to a measurement probe, and more particularly to a measurement probe for measuring the spectral intensity of plasma generated between plasma electrodes of a plasma discharge processing apparatus.
近時、プラズマ放電処理技術は、基板に対する成膜やエッチング、洗浄等の種々の処理に広く用いられている。プラズマ放電処理は、通常、対向する一対の電極、いわゆるプラズマ電極間に形成される放電空間にガスを導入し、プラズマ電極に高電圧を印加して放電空間内のガスをプラズマ化することで行われる。 Recently, plasma discharge processing technology has been widely used for various processes such as film formation, etching, and cleaning on a substrate. Plasma discharge treatment is usually performed by introducing a gas into a discharge space formed between a pair of opposed electrodes, so-called plasma electrodes, and applying a high voltage to the plasma electrode to convert the gas in the discharge space into plasma. Is called.
従来、このようなプラズマ放電処理は、通常、プラズマ放電処理装置の真空チャンバー内を数Pa程度の低圧にしてその中で行われており、プラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度は、レンズと光ファイバ等とを備えた測定プローブによりプラズマの発光を集光レンズで集光して光ファイバ等に入射し、その光情報を分光器等に伝送して測定されていた(例えば、特許文献1等参照)。
このような従来の低圧環境下で処理を行うプラズマ放電処理装置では、プラズマ電極間の間隙を比較的広くとることができた。しかし、近年開発が進められている大気圧近傍の圧力下で放電処理を行うプラズマ放電処理装置では、プラズマ電極間の距離は数十μm〜1mm程度に狭くせざるを得ない。 In such a conventional plasma discharge processing apparatus that performs processing in a low-pressure environment, the gap between the plasma electrodes can be made relatively wide. However, in a plasma discharge treatment apparatus that performs discharge treatment under a pressure in the vicinity of atmospheric pressure that has been developed in recent years, the distance between the plasma electrodes must be narrowed to about several tens of μm to 1 mm.
また、近年、プラズマ電極が単純な平行平板状ではなく、例えば、ドラム状の第1電極に対して単数または複数の第2電極が対向した状態に構成されたプラズマ放電処理装置等も開発されている。そのため、プラズマ電極間に形成される放電空間も平面を境界とする空間以外に種々の形状をとるようになっている。 In recent years, a plasma discharge processing apparatus or the like in which a plasma electrode is not a simple parallel plate shape, for example, a single or a plurality of second electrodes are opposed to a drum-shaped first electrode has been developed. Yes. For this reason, the discharge space formed between the plasma electrodes has various shapes other than the space having a plane as a boundary.
このようなプラズマ電極間の間隙が狭い或いは放電空間が複雑な形状をとるプラズマ放電処理装置に対して前記特許文献1に記載のような従来の測定プローブでプラズマの分光強度を測定すると、散乱光等の影響を受けて測定結果が外乱を受け易くなる。
When the spectral intensity of the plasma is measured with the conventional measurement probe as described in
すなわち、図5(A)に示すように、従来の測定プローブ100では集光レンズ101で集光された光が光ファイバ102を伝送されて図示しない分光器に送られるが、その際、集光レンズ101で集光される範囲は、図5(B)に示すように、プラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極、すなわち第1電極E1および第2電極E2の間隙に生じるプラズマPの部分を含む比較的広い範囲となる。
That is, as shown in FIG. 5A, in the
このような状態で集光レンズ101に集光される光には、プラズマ自体からの発光のみならず、例えば、第1電極E1や第2電極E2によるプラズマPからの発光の散乱光等も多く含まれる。このような散乱光が集光レンズ101を介して光ファイバ102に入射され分光されると、散乱光に含まれる電極面の凹凸や汚れ等に起因するノイズがある程度の強度を持って多数測定されるため、正確なプラズマPの分光強度測定が困難になる。
The light condensed on the
そのため、散乱光の影響を受けずにプラズマP自体からの発光のみを集光できる測定プローブの開発が要請されている。なお、図5(A)はドラム状の第1電極E1を備えるプラズマ放電処理装置Dを側方から見た図、図5(B)は同じプラズマ放電処理装置Dを測定プローブ100側から見た図である。
Therefore, there is a demand for the development of a measurement probe that can collect only light emitted from the plasma P itself without being affected by scattered light. 5A is a side view of the plasma discharge processing apparatus D provided with the drum-shaped first electrode E1, and FIG. 5B is the same plasma discharge processing apparatus D viewed from the
そこで、本発明は、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間距離が狭く或いは放電空間の形状がいかなる形状であっても散乱光等の外乱を受けずにプラズマからの発光だけを集光可能な測定プローブを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a measurement probe capable of condensing only light emitted from plasma without being affected by disturbance such as scattered light regardless of the distance between plasma electrodes of the plasma discharge processing apparatus or the shape of the discharge space. The purpose is to provide.
前述の問題を解決するために、請求項1に記載の測定プローブは、
プラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報を伝送する光導部材と、
前記プラズマの発光を前記光導部材の端面に集光するための集光レンズと、
前記集光レンズと前記プラズマ電極との間に配置され複数のスリットを有するスリット部材と備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the measurement probe according to
An optical member for transmitting optical information for measuring the spectral intensity of the plasma generated between the plasma electrodes in the plasma discharge treatment apparatus;
A condensing lens for condensing the plasma emission on the end face of the optical member;
It is provided with the slit member which is arrange | positioned between the said condensing lens and the said plasma electrode, and has a some slit.
請求項1に記載の発明によれば、測定プローブは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの発光のうちのプラズマ電極による散乱光をスリット部材のスリット以外の部分で遮断し、スリットを通過したプラズマの発光を集光レンズで集光し、光導部材の端面に入射し、光導部材がその光をプラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報として伝送する。 According to the first aspect of the present invention, the measuring probe blocks scattered light from the plasma electrode among the plasma emission generated between the plasma electrodes of the plasma discharge processing apparatus at a portion other than the slit of the slit member. As light information for measuring the spectral intensity of the plasma generated between the plasma electrodes in the plasma discharge processing device, the light emitted from the plasma that has passed through is collected by the condenser lens and incident on the end face of the light guide member. To transmit.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の測定プローブにおいて、前記スリット部材の前記複数のスリットは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the measurement probe according to the first aspect, the plurality of slits of the slit member are a distance between plasma electrodes of a plasma discharge processing apparatus and a discharge space formed between the plasma electrodes. The slit pattern is determined according to the shape.
請求項2に記載の発明によれば、スリット部材には、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められた複数のスリットが設けられており、これらのスリットをプラズマから直接外部に放射された光が通過し、プラズマ電極で反射した散乱光はほとんど通過しない。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の測定プローブにおいて、前記スリット部材は、前記スリットパターンが異なる他のスリット部材と交換可能とされていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the measurement probe according to the second aspect, the slit member can be replaced with another slit member having a different slit pattern.
請求項3に記載の発明によれば、放電空間の形状等が異なるプラズマ放電処理装置に対応するようにスリットパターンが異なる複数のスリット部材を形成しておき、必要に応じて交換する。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して測定プローブを用いる際に、スリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材に交換する。 According to the third aspect of the present invention, a plurality of slit members having different slit patterns are formed so as to correspond to plasma discharge processing apparatuses having different discharge space shapes and the like, and are replaced as necessary. In addition, when using the measurement probe for the same plasma discharge processing apparatus, the slit probe is replaced with another slit member having a different slit shape, slit width, slit pattern, or the like.
請求項1に記載の発明によれば、測定プローブは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの発光のうちのプラズマ電極による散乱光をスリット部材のスリット以外の部分で遮断し、スリットを通過したプラズマの発光を集光レンズで集光し、光導部材の端面に入射し、光導部材がその光をプラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報として伝送するように構成した。 According to the first aspect of the present invention, the measuring probe blocks scattered light from the plasma electrode among the plasma emission generated between the plasma electrodes of the plasma discharge processing apparatus at a portion other than the slit of the slit member. As light information for measuring the spectral intensity of the plasma generated between the plasma electrodes in the plasma discharge processing device, the light emitted from the plasma that has passed through is collected by the condenser lens and incident on the end face of the light guide member. Configured to transmit.
このように構成することで、スリット部材のスリット以外の部分でプラズマ放電処理装置のプラズマ電極で反射された散乱光の大部分を遮断することが可能となる。そのため、本発明の測定プローブでは、スリット部材のスリットを通過した光を、散乱光をほとんど含まないプラズマから直接外部に放射された光とすることができ、光導部材を介してプラズマ電極の凹凸や汚れ等に起因するノイズをほとんど含まない光情報を伝送することが可能となる。 By comprising in this way, it becomes possible to interrupt | block most of the scattered light reflected by the plasma electrode of the plasma discharge processing apparatus in parts other than the slit of a slit member. Therefore, in the measurement probe of the present invention, the light that has passed through the slit of the slit member can be directly emitted to the outside from the plasma containing almost no scattered light. It is possible to transmit optical information that hardly contains noise caused by dirt or the like.
請求項2に記載の発明によれば、スリット部材には、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められた複数のスリットが設けられており、これらのスリットをプラズマから直接外部に放射された光が通過し、プラズマ電極で反射した散乱光はほとんど通過しないように構成した。
According to the invention described in
そのため、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離が狭かったり放電空間の形状がいびつな形状であっても、それに対応するようにスリット部材に複数のスリットのスリットパターンを形成しておくことで、散乱光をほとんど遮断することが可能となり、前記請求項1に記載の発明の効果をより的確に発揮させることができる。
Therefore, even if the distance between the plasma electrodes of the plasma discharge processing apparatus is narrow or the shape of the discharge space is irregular, by forming a slit pattern of a plurality of slits in the slit member so as to correspond to it, Scattered light can be almost blocked, and the effect of the invention of
請求項3に記載の発明によれば、放電空間の形状等が異なるプラズマ放電処理装置に対応するようにスリットパターンが異なる複数のスリット部材を形成しておき、必要に応じて交換する。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して測定プローブを用いる際に、スリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材に交換するように構成した。 According to the third aspect of the present invention, a plurality of slit members having different slit patterns are formed so as to correspond to plasma discharge processing apparatuses having different discharge space shapes and the like, and are replaced as necessary. Moreover, when using a measurement probe with respect to the same plasma discharge processing apparatus, it comprised so that it might replace | exchange for another slit member from which the shape of a slit, a slit width, a slit pattern, etc. differ.
そのため、放電空間の形状等が異なる他のプラズマ放電処理装置に測定プローブを用いる際に、スリットパターンが異なる他のスリット部材に交換することで、容易に前記各請求項に記載の発明の効果を発揮させることができる。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して異なるスリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が別のスリット部材を用いることで、光導部材を伝送される光情報をノイズがより排除されたものにしたり、或いは光導部材に入射される光量を増加させたりすることが可能となる。 Therefore, when the measurement probe is used in another plasma discharge processing apparatus having a different discharge space shape or the like, the effect of the invention described in each of the claims can be easily obtained by replacing the slit probe with another slit member having a different slit pattern. It can be demonstrated. In addition, by using different slit members with different slit shapes, slit widths, slit patterns, etc. for the same plasma discharge treatment apparatus, optical information transmitted through the optical member can be made more noise-free. Alternatively, it is possible to increase the amount of light incident on the optical member.
以下、本発明に係る測定プローブの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a measurement probe according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る測定プローブの構成を説明する図である。本実施形態の測定プローブ1は、光導部材2と、集光レンズ3と、スリット部材4とを備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the measurement probe according to the present embodiment. The
なお、本実施形態に用いられるプラズマ放電処理装置Dは、大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電処理を行うプラズマ放電処理装置であり、図1では、図5に示したものと同様のドラム状の第1電極E1を有するプラズマ放電処理装置を示しているが、これに限定されない。また、図1では測定プローブ1がプラズマ放電処理装置Dにおけるドラム状の第1電極E1の端面側から集光する状態が記載されているが、第1電極E1および第2電極E2の側方から集光するように配置することも可能である。
The plasma discharge treatment apparatus D used in the present embodiment is a plasma discharge treatment apparatus that performs plasma discharge treatment under a pressure close to atmospheric pressure. In FIG. 1, a drum-like shape similar to that shown in FIG. Although the plasma discharge processing apparatus having the first electrode E1 is shown, the present invention is not limited to this. 1 shows a state in which the
本実施形態では、光導部材2は、図2(A)に示すように光ファイバからなり、図2(B)の拡大図に示すように、複数の光ファイバの束で構成されている。光導部材2はフレキシブルに形状を変化させることができるようになっており、光導部材2の一端側には、分光強度測定器10が取り付けられている。
In this embodiment, the
また、光導部材2の他端側は入射面5とされており、光導部材2は、図示しない支持部材により入射面5を集光レンズ3およびスリット部材4を介してプラズマ放電処理装置Dの第1電極E1と第2電極E2との間隙に対向するように位置固定されている。
The other end side of the
光導部材2の入射面5には、集光レンズ3で集光された光が入射されるようになっており、入射面5に入射された光は光情報として光導部材2の内部を分光強度測定器10に向けて伝送されるようになっている。なお、光導部材2を単線の光ファイバや光情報を伝送可能な他の素材で構成することも可能である。
The light collected by the
なお、分光強度測定器10では、光導部材2を伝送されてきた光情報に基づいてプラズマ放電処理装置Dにおけるプラズマ電極E1、E2間に生じるプラズマPの分光強度が測定されるようになっている。また、光導部材2に十分な長さを持たせることで分光強度測定器10をプラズマ放電処理装置Dの外部に配設することができる。
The spectral
光導部材2の入射面5のプラズマ放電処理装置側には、図示しない保持手段で支持され且つ光軸方向に移動可能とされた凸レンズ状の集光レンズ3が配設されている。集光レンズ3は、プラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極E1、E2間に形成される放電空間SにおけるプラズマPの発光を集光して光導部材2の入射面5にいわばピントがあう状態に入射させるように配置されている。
A convex lens-
集光レンズ3は、複数枚配置されることも可能であり、凹レンズ状のレンズや種々の機能を有する特殊なレンズを組み合わせることも可能である。また、集光レンズ3は、単数または複数のレンズを移動させることでプラズマ電極E1、E2間の放電空間Sに形成されているプラズマPの任意の位置に焦点を合わせることができるようになっている。
A plurality of condensing
集光レンズ3とプラズマ放電処置装置Dとの間には、複数のスリット6を有するスリット部材4が図示しない支持手段により支持されて配置されている。本実施形態では、スリット部材4には、集光レンズ3側から見た場合、図3(A)〜(C)に示すようにプラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極E1、E2間の距離およびプラズマ電極E1、E2間に形成される放電空間Sの形状に応じて放電空間Sに対応する位置に特有のスリットパターンを有する複数のスリット6が穿設されている。
Between the
本実施形態では、スリット部材4は、図3(A)〜(C)に示したように用いられるプラズマ放電処理装置Dの放電空間Sの形状等に応じて複数のスリット6のスリットパターンが異なる他のスリット部材と交換可能とされている。また、同一のプラズマ放電処理装置Dに対してもスリット6の形状やスリット幅、スリットパターン等が異なるスリット部材4を交換して用いるように構成することも可能である。
In the present embodiment, the
なお、スリット6は、図3では円形状に形成される場合が示されているが、この他にも例えば細線状に形成したり或いは適宜効果的な形状や長さに形成することも可能である。また、スリット部材4は、図3では正方形状に構成されているが、任意の形状に形成できる。
In addition, although the case where the
また、分光強度測定器10で得られたプラズマ電極E1、E2間に形成されるプラズマPの分光強度の測定情報をプラズマ放電処理装置Dの図示しない制御装置に送信して、プラズマ電極E1、E2間の距離や電極に印加する電圧等を自動的に調整するように構成することも可能である。
Further, the measurement information of the spectral intensity of the plasma P formed between the plasma electrodes E1 and E2 obtained by the spectral
次に、本実施形態に係る測定プローブ1の作用について説明する。
Next, the operation of the
プラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極である第1電極E1および第2電極E2に電圧が印加されると、プラズマ電極E1、E2間に形成されている放電空間Sに導入されたガスがプラズマ化して発光し、プラズマPから周囲に光が放射される。プラズマPの発光の一部は放電空間Sから直接外部に放射され、他の発光は第1電極E1や第2電極E2に反射した後、外部に放射される。 When a voltage is applied to the first electrode E1 and the second electrode E2 that are plasma electrodes of the plasma discharge treatment apparatus D, the gas introduced into the discharge space S formed between the plasma electrodes E1 and E2 is turned into plasma. Light is emitted and light is emitted from the plasma P to the surroundings. A part of the light emission of the plasma P is directly emitted from the discharge space S to the outside, and the other light emission is emitted to the outside after being reflected by the first electrode E1 and the second electrode E2.
プラズマPから放射された光のうちの一部が測定プローブ1の方向に向かう。その際、図4に示すように、スリット部材4に形成されたスリット6に向かう光L1はスリット6を通過し、回折して広がりながら集光レンズ3に集光され、屈折されて光導部材2の入射面5に入射される。
A part of the light emitted from the plasma P is directed toward the
しかし、仮にスリット部材4が存在しなければ集光レンズ3に集光される散乱光L2、L3の大部分はスリット部材4により遮断され、集光レンズ3には集光されず、従って光導部材2には入射されない。
However, if the
このようにして、スリット部材4のスリット6を通過した光は、散乱光をほとんど含まない直接外部に放射されたプラズマPの発光であり、そのような光が光導部材2の入射面5に入射され、光情報として分光強度測定器10に伝送される。そして、分光強度測定器10によりプラズマ放電処理装置Dにおけるプラズマ電極E1、E2間に生じるプラズマPの分光強度が測定される。
In this way, the light that has passed through the
また、別のプラズマ放電処理装置DのプラズマPの分光強度を測定する場合には、その装置Dの放電空間Sに対応したスリットパターンを有するスリット6が設けられたスリット部材4に交換して測定を行う。また、同一のプラズマ放電処理装置Dに対してスリット6の形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材4に交換することも可能である。
When measuring the spectral intensity of the plasma P of another plasma discharge processing apparatus D, the measurement is performed by exchanging the
以上のように、本実施形態に係る測定プローブ1によれば、測定プローブ1に、プラズマ放電処理装置Dの放電空間Sの形状等に対応したスリットパターンを有するスリット6を有するスリット部材4を設けたことで、プラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極、すなわち第1電極E1や第2電極E2で反射された散乱光の大部分を遮断することが可能となる。
As described above, according to the
そのため、本実施形態の測定プローブ1では、スリット部材4のスリット6を通過した光を、散乱光をほとんど含まない直接外部に放射されたプラズマPからの発光とすることができ、光導部材2を介してプラズマ電極E1、E2の凹凸や汚れ等に起因するノイズをほとんど含まない光情報を分光強度測定器10に伝送することが可能となる。
Therefore, in the
また、図3(A)〜(C)に示したように、プラズマ放電処理装置Dのプラズマ電極E1、E2間の距離が狭く、或いは放電空間Sの形状がいかなる形状であっても、それに対応するようにスリット部材4に複数のスリット6のスリットパターンを形成することで、散乱光等の外乱を遮断することが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 3A to 3C, the distance between the plasma electrodes E1 and E2 of the plasma discharge processing apparatus D is narrow, or the discharge space S can have any shape. As described above, by forming the slit pattern of the plurality of
なお、スリット6によりプラズマPの発光および散乱光が遮断されるが、大気圧近傍の圧力下でのプラズマPの発光は十分に強度を有するものであり、複数のスリット6を通過した光で十分にプラズマPの分光強度を測定できることが確認されている。
Although the light emission and scattered light of the plasma P are blocked by the
1 測定プローブ
2 光導部材
3 集光レンズ
4 スリット部材
6 スリット
D プラズマ放電処理装置
E1 第1電極
E2 第2電極
P プラズマ
S 放電空間
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記プラズマの発光を前記光導部材の端面に集光するための集光レンズと、
前記集光レンズと前記プラズマ電極との間に配置され複数のスリットを有するスリット部材と備えることを特徴とする測定プローブ。 An optical member for transmitting optical information for measuring the spectral intensity of the plasma generated between the plasma electrodes in the plasma discharge treatment apparatus;
A condensing lens for condensing the plasma emission on the end face of the optical member;
A measurement probe comprising a slit member disposed between the condenser lens and the plasma electrode and having a plurality of slits.
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CN111992854A (en) * | 2020-08-28 | 2020-11-27 | 哈尔滨工业大学(威海) | Method and device for collecting plasma spectrum spatial domain information |
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