JP2014120239A

JP2014120239A - プラズマ測定装置及びプラズマ測定方法

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Publication number: JP2014120239A
Application number: JP2012272697A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Takahashi; 伸明高橋
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】プラズマ密度を精度よく測定する。
【解決手段】プラズマ測定装置１００は、プラズマに露出されるプローブ電極１０４を備える計測部であって、イオン飽和電流を測定するための測定領域を含む電圧範囲においてプローブ電極１０４の電流電圧特性曲線を計測する計測部と、プローブ電極１０４からの放出電子をプローブ電極１０４に向けて偏向させる磁場を前記測定領域において発生させる磁場発生器１１４と、を備える。プラズマ測定装置１００は、イオン飽和電流を用いてプラズマ密度を演算する演算部１１２を備えてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ測定装置及びプラズマ測定方法に関する。

被処理試料にエッチングをするためのプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このプラズマ処理装置は、被処理試料の支持電極に入射するプラズマ電流を検出するプラズマ電流検出手段を有する。

特開平９−２７４７６号公報

プラズマ密度を測定するためにイオン飽和電流を測定する場合がある。この場合、イオン飽和電流を正確に測定することが望まれる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン飽和電流の測定精度を向上し、それによりプラズマ密度の測定精度を向上することができるプラズマ測定装置及びプラズマ測定方法を提供することにある。

本発明のある態様によると、プラズマに露出される電極を備える計測部であって、イオン飽和電流を測定するための測定領域を含む電圧範囲において前記電極の電流電圧特性曲線を計測する計測部と、前記電極からの放出電子を前記電極に向けて偏向させる磁場を前記測定領域において発生させる磁場発生器と、を備えるプラズマ測定装置が提供される。

前記磁場は、前記電極の表面の法線に垂直な成分を有してもよい。前記磁場の大きさは、前記放出電子を前記表面に入射させる回転半径を前記放出電子に与えるように定められていてもよい。

前記磁場発生器は、前記電極の表面に隣接する局所域に前記磁場を発生させてもよい。

前記磁場発生器は、前記電圧範囲のうち前記測定領域の外側の少なくとも一部において前記磁場の発生を停止してもよい。

前記プラズマ測定装置は、前記磁場発生器から前記プラズマへの漏れ磁場を低減するための磁気回路を備えてもよい。前記プラズマ測定装置は、前記磁気回路を構成する磁性体を覆う保護カバーを備えてもよい。

前記プラズマ測定装置は、前記イオン飽和電流を用いてプラズマ密度を演算する演算部をさらに備えてもよい。

本発明のある態様によると、プラズマに露出される電極の電流電圧特性曲線を、イオン飽和電流を測定するための測定領域を含む電圧範囲において計測することと、前記電極からの放出電子を前記電極に向けて偏向させる磁場を前記測定領域において発生させることと、を備えるプラズマ測定方法が提供される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、イオン飽和電流の測定精度を向上することができる。

本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置を模式的に示す図である。プローブ電極の電流電圧特性曲線を例示する図である。プローブの先端部を示す図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置における原理を説明するための図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置のプローブを示す図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置のプローブを示す図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置のプローブを示す図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置のプローブを示す図である。本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置のプローブを示す図である。

図１は、本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置１００を模式的に示す図である。プラズマ測定装置１００は、プラズマ密度を測定するためにプラズマ処理装置１０に設けられている。

プラズマ処理装置１０は、プラズマ室１２と、気体供給部１４と、プラズマ源１６と、を備える。プラズマ室１２は、その内部にプラズマＰの生成及び維持に適する真空環境を提供するための真空容器である。気体供給部１４は、プラズマＰの原料となるガスをプラズマ室１２に供給するよう構成されている。プラズマ源１６は、プラズマ室１２に供給されたガスにプラズマＰを発生させるよう構成されている。プラズマ室１２には、被処理物（例えば基板）１８を保持するための物体保持部２０が設けられている。物体保持部２０は、プラズマＰに処理されるべき被処理物１８の表面をプラズマＰに向けるように被処理物１８を保持する。

なお、プラズマ源１６は任意の公知の方式でプラズマＰを発生させるプラズマ源である。例えば、プラズマ源１６は、プラズマ室１２外に設けられたＲＦ電源及び／またはマイクロ波源からプラズマ室１２内にＲＦ電界及び／またはマイクロ波を与える無電極プラズマ源である。あるいは、プラズマ源１６は、プラズマ室１２内に設置された電極を有するプラズマ源であってもよい。

また、プラズマ処理装置１０を制御するためのプラズマ処理制御部２２が設けられている。プラズマ処理制御部２２は、所望のプラズマ処理を提供するようにプラズマ処理装置１０の構成要素を制御する。ある実施形態においては、プラズマ処理制御部２２は、プラズマ測定装置１００により測定されたプラズマ密度に基づいてプラズマ処理装置１０を制御してもよい。この場合、プラズマ処理制御部２２は、例えば、プラズマ測定装置１００によるプラズマ密度の測定値が目標のプラズマ密度となるように気体供給部１４及び／またはプラズマ源１６を制御する。

プラズマ測定装置１００は、ラングミュアプローブまたは静電探針とも呼ばれるプローブ１０２を備える。プローブ１０２はプラズマ室１２の壁を貫通しており、任意の適切な真空シールを介してプラズマ室１２に取り付けられている。プローブ１０２はプラズマ室１２に固定されていてもよいし、プラズマ室１２の壁に対し移動可能であってもよい。例えば、図において矢印で示すように、プローブ１０２は、プラズマ室１２の壁に対し垂直に前進及び後退可能であってもよい。

プローブ１０２は先端に電極部を有しており、この電極部を以下ではプローブ電極１０４と呼ぶ。プローブ電極１０４はプラズマ室１２内においてプラズマＰに向けて露出された導体である。プローブ電極１０４は例えば金属であり、通常はタングステンのような高融点金属が用いられる。金属粒子によるプラズマＰの汚染を抑えることを重視する場合には、プローブ電極１０４はその他の導体例えばカーボンであってもよい。プローブ１０２のプローブ電極１０４以外の部分は絶縁物で被覆されている。

プラズマ測定装置１００は、プローブ電極１０４に電圧を印加するための電源と、プローブ電極１０４に印加された電圧を測定するための電圧計と、プローブ電極１０４に流れる電流を測定するための電流計と、を備える。本実施形態においては、プラズマ測定装置１００は、そうした電源、電圧計、及び電流計を有するソースメータ１０６を備える。また、プラズマ測定装置１００は、参照電極１０８を備える。参照電極１０８はプラズマ室１２の壁の任意の部分である。プラズマ室１２は接地されているので、参照電極１０８も接地されている。ソースメータ１０６は、プローブ電極１０４と参照電極１０８とを接続する導線１１０の中途に設けられている。

プラズマ測定装置１００は、ソースメータ１０６が得た測定結果を処理するための演算部１１２を備える。演算部１１２は、プラズマ処理制御部２２の一部を構成する。あるいは、演算部１１２はプラズマ処理制御部２２とは別に設けられていてもよい。

また、詳しくは後述するように、プラズマ測定装置１００は、プローブ電極１０４の近傍に磁場を発生させる磁場源としての磁場発生器１１４を備える。磁場発生器１１４は、磁場を発生させるための例えばヘルムホルツコイル等のコイルまたは導線を備える。磁場発生器１１４は、図１に示す実施形態においては、プラズマ室１２に取り付けられ、プラズマ室１２の外側に設置されている。

また、磁場発生器１１４は、磁場発生器１１４が磁場を発生させるオン状態と、磁場発生器１１４が磁場の発生を停止するオフ状態とを切り換えるための切替部１１５を備える。切替部１１５は、ソースメータ１０６がプローブ電極１０４に印加する電圧に応じて磁場発生器１１４のオンオフを切り換えるよう構成されているスイッチを備える。例えば、切替部１１５は、プローブ電極１０４への印加電圧がある切替しきい値以下のとき磁場発生器１１４をオンにし、プローブ電極１０４への印加電圧がその切替しきい値を超えるとき磁場発生器１１４をオフにする。この切替しきい値は、例えばある負の値またはゼロであり、後述する測定範囲ａの上限値より大きい値である。したがって、測定範囲ａにわたって磁場発生器１１４は磁場を発生させることになる。

このようにして、プラズマ測定装置１００は、プローブ電極１０４の電流電圧特性曲線（以下、Ｉ−Ｖカーブともいう）を計測する計測部を備える。上述のプローブ１０２及びソースメータ１０６は、この計測部の主要な構成要素である。プラズマＰが生成されているときに、ソースメータ１０６は、ある電圧範囲にわたってプローブ電極１０４に印加する電圧を掃引し、プローブ電極１０４に流れる電流を測定する。こうして、その電圧範囲におけるプローブ電極１０４のＩ−Ｖカーブを得ることができる。演算部１１２は、得られたＩ−Ｖカーブを出力または表示してもよい。

図２は、プローブ電極１０４の電流電圧特性曲線を例示する図である。図２において縦軸はプローブ電極１０４に流れる電流を表し、横軸はプローブ電極１０４に印加される電圧を表す。図２に示されるように、プローブ電極１０４のＩ−Ｖカーブは大きく３つの領域に分けられる。これを電圧の低いほうから順に、イオン電流飽和領域Ａ、電子反発領域Ｂ、電子電流飽和領域Ｃと呼ぶことにする。

イオン電流飽和領域Ａにおいてはプローブ電極１０４に負の電位が与えられている。イオン電流飽和領域Ａではプローブ電極１０４に概ね一定の電流が流れ、これがイオン飽和電流と呼ばれる。プローブ電極１０４に印加される電圧が負から正に転じるとき、電圧ゼロの近傍でプローブ電極１０４に流れる電流が大きく増加する。このとき電流の向きも逆転する。さらにプローブ電極１０４に印加される電圧が大きくなると、電子電流飽和領域Ｃに達する。電子電流飽和領域Ｃではプローブ電極１０４に概ね一定の電流が流れ、これは電子飽和電流と呼ばれる。

したがって、イオン電流飽和領域Ａに含まれるある測定領域ａにおいてプローブ電極１０４に流れる電流をソースメータ１０６で測定することにより、イオン飽和電流を求めることができる。また、Ｉ−Ｖカーブにおける電圧ゼロの近傍での電流の傾きから電子温度を求められることが知られている。よって、電子反発領域Ｂにおいてプローブ電極１０４に流れる電流を測定することにより、電子温度を求めることができる。さらに、電子電流飽和領域Ｃにおいてプローブ電極１０４に流れる電流を測定することにより、電子飽和電流を求めることができる。

Ｉ−Ｖカーブからプラズマ密度を解析する方法には一般に二種類ある。１つはイオン飽和電流と電子温度からプラズマ密度を演算する方法であり、もう１つは電子飽和電流と電子温度からプラズマ密度を演算する方法である。前者の方法の場合、プラズマ密度（電子密度）Ｎｅ（個／ｍ^３）は次式で求められる。ここで、Ｊｉはイオン飽和電流、ｅは電気素量、Ｓｐはプローブ表面積（ｍ^２）、Ｍはイオン質量、ｋはボルツマン定数、Ｔｅは電子温度を表す。なお後者の方法においてもプラズマ密度は類似の式を用いて演算される。

本発明者は、プラズマＰの生成又は制御のためにプラズマ室１２に磁場を作用させている場合には、後者の方法では電子の運動が磁場によって大きくなりすぎることがあり、そのために電子飽和電流の測定に影響が生じるという知見を得ている。電子は質量が小さいからである。そこで、本実施形態においては、プラズマ測定装置１００は、前者の方法、すなわちイオン飽和電流を用いる方法で、プラズマ密度を測定する。

しかし、本発明者の考察によると、イオン飽和電流を用いるプラズマ密度測定にも課題がある。これを図３を参照して説明する。図３は、プローブ１０２の先端部を示す図である。上述のようにイオン飽和電流は、プローブ電極１０４に負の電圧を作用させたときにプローブ電極１０４に流れる電流から求められる。ここでは一般的なプラズマを考えているから、プラズマには荷電粒子として電子と陽イオンが含まれる。プローブ電極１０４には負電圧が印加されているので、図３に示されるように、プラズマからプローブ電極１０４にイオン（図において白丸）が集まってくる。これらのイオンによってプローブ電極１０４に流れる電流が、求めるべき真のイオン飽和電流である。

ところが、プローブ電極１０４の表面１１６へのイオンの衝突によって、プローブ電極１０４から二次電子が放出され得る。あるいは、プローブ電極１０４の加熱によって、プローブ電極１０４の表面１１６から熱電子が放出され得る。こうした放出電子（図において黒丸）があるために、プローブ電極１０４に流れる電流は真のイオン飽和電流よりも大きくなる。従って、イオン飽和電流と同様にプラズマ密度も、真の値より大きく見積もられることになる。

そこで、本実施形態においては、プラズマ測定装置１００は、イオン飽和電流の測定に際してプローブ電極１０４の表面１１６からの放出電子をプローブ電極１０４の表面１１６に戻すよう構成されている。具体的には、プラズマ測定装置１００は上述のように磁場発生器１１４を備える。磁場発生器１１４は、プローブ電極１０４からの放出電子をプローブ電極１０４に向けて偏向させる磁場を測定領域ａ（図２参照）において発生させる。

図４は、本発明のある実施の形態に係るプラズマ測定装置１００における原理を説明するための図である。図４には、プローブ電極１０４（図１及び図３参照）の表面１１６の部分拡大図が示されている。図４に示されるように、磁場発生器１１４は、表面１１６に垂直な磁場Ｂ（図４においては紙面の手前から奥に向かう方向）を発生させる。表面１１６から出た放出電子１２０には磁場Ｂによってローレンツ力が作用する。ローレンツ力により放出電子１２０には回転運動１２２が生じ、再び表面１１６へと戻される。図４において放出電子１２０の回転運動１２２を矢印で示す。

磁場Ｂの役割は放出電子１２０にローレンツ力を作用させることである。よって、磁場Ｂの方向は、プローブ電極１０４の表面１１６の法線Ｎに垂直な成分を有する限り、任意である。表面１１６は、プラズマＰ（図１参照）に向けられたプローブ電極１０４の前面である。プローブ電極１０４の前面の法線Ｎに垂直な成分を有する磁場によって、前面から放出された電子１２０をその前面に戻すことができる。なお、本願において、プローブ電極１０４の表面１１６とは、プローブ電極１０４の前面には限られず、プローブ電極１０４の前面とプローブ１０２の絶縁被覆部分１０５とを接続するプローブ電極１０４の側面またはその他の任意の表面であってもよい。

放出電子１２０にローレンツ力を効率的に作用させるために、磁場Ｂの方向は好ましくは、プローブ電極１０４の表面１１６の法線Ｎに垂直な面に沿う方向である。ただし、ここでの「垂直」は、厳密な垂直のみには限られない。繰り返しになるが、磁場Ｂはプローブ電極１０４の表面１１６の法線に垂直な成分を有していればよいので、磁場Ｂの方向は表面１１６の法線に垂直な面からいくらかずれていてもよい。

また、磁場Ｂの大きさは、放出電子１２０を表面１１６に入射させる回転半径を放出電子１２０に与えるように定められている。放出電子１２０の有するエネルギーの分布は例えば適切な公知のシミュレーション等により求めることができる。そうしたエネルギーをもつ放出電子１２０が磁場Ｂによるローレンツ力によって表面１１６へと偏向するように放出電子１２０の回転半径が定められる。実際上は、プローブ電極１０４の寸法よりも十分に小さい回転半径が放出電子１２０に与えられるように磁場Ｂの大きさが定められる。

図４に示すように、磁場発生器１１４は、プローブ電極１０４の表面１１６に隣接する局所的な空間領域１１８に磁場Ｂを発生させるよう構成されている。磁場Ｂの作用する領域を局所化することにより、プラズマＰ及びその他の周辺機器への磁場Ｂの影響を小さくすることができる。ただし、プローブ１０２が可動式である場合には、磁場発生器１１４は、プローブ電極１０４の可動範囲にわたって磁場Ｂを発生させてもよい。

磁場発生器１１４の切替部１１５は、Ｉ−Ｖカーブ計測のための電圧範囲のうちイオン飽和電流測定領域ａの外側の少なくとも一部において磁場の発生を停止する。具体的には例えば、磁場発生器１１４は、電子電流飽和領域Ｃでは磁場を発生させず、イオン電流飽和領域Ａでは磁場を発生させる。電子電流飽和領域Ｃにおいてはプローブ電極１０４は正電位にありイオンの衝突及び電子放出は生じないので、磁場は不要である。電子反発領域Ｂにおいては、磁場発生器１１４は磁場を発生させてもよいし、発生させなくてもよい。電子反発領域Ｂはプローブ電極１０４に負電位を与える領域を含むので、磁場発生器１１４により磁場を与えることによりいくらかの測定精度の向上がみられるかもしれない。

プラズマ測定装置１００の動作を説明する。測定に先立って、プラズマ処理装置１０においてプラズマ処理制御部２２の制御のもとで気体供給部１４から原料ガスが供給されプラズマ源１６が運転されて、プラズマＰがプラズマ室１２に生成される。続いて、プラズマ測定装置１００の測定動作が実行される。なお、プラズマＰが生成されている間においてプラズマ測定装置１００の測定動作が実行されていないときには、磁場発生器１１４は当然、磁場を発生させていない。

プラズマ測定装置１００のソースメータ１０６は、イオン飽和電流測定領域ａを含む電圧範囲にわたってプローブ電極１０４に電圧を印加し、プローブ電極１０４に流れる電流を測定する。こうしてプラズマ測定装置１００は、例えばイオン電流飽和領域Ａ及び電子反発領域Ｂについてプローブ電極１０４のＩ−Ｖカーブを計測する。このとき、磁場発生器１１４は、予め定められた電圧範囲において磁場を発生させる。この磁場発生電圧範囲は上述のように、少なくともイオン飽和電流測定領域ａを含む。磁場発生器１１４は、磁場発生電圧範囲外では磁場を発生させない。

演算部１１２は、ソースメータ１０６の出力から得られるＩ−Ｖカーブから、イオン飽和電流と電子温度を演算する。演算部１１２は、イオン飽和電流と電子温度とを用いてプラズマ密度を演算する。このようにして、プラズマ測定装置１００は、プラズマ室１２におけるプローブ電極１０４の位置でのプラズマＰのプラズマ密度を解析する。

なお、プローブ１０２が可動である場合には、プローブ電極１０４は可動範囲内の任意の測定位置に位置決めされる。プラズマ測定装置１００は、その測定位置でのＩ−Ｖカーブを取得しプラズマＰのプラズマ密度を求める。あるいは複数の測定位置にプローブ電極１０４が順次位置決めされてもよく、プラズマ測定装置１００はそれぞれの測定位置でＩ−Ｖカーブを取得しプラズマ密度を演算してもよい。

説明したように、プラズマ測定装置１００はイオン飽和電流を測定する際にローレンツ力により放出電子をプローブ電極１０４に戻すように構成されている。したがって、図２に示すように、プラズマ測定装置１００は、放出電子に起因するイオン飽和電流の見かけ上の割増分Ｘを抑制し、真のイオン飽和電流（図２に破線で示す）を精度よく測定することができる。よって、プラズマ測定装置１００は、プラズマ密度を高精度に解析することができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。また、言うまでもないが、ある実施形態に関連して説明するある特徴は、他のいずれかの実施形態に適用してもよい。

ある実施形態においては、図５に示されるように、磁場発生器１１４は、プローブ電極１０４に近接して設けられている磁場発生素子１３０を備えてもよい。磁場発生素子１３０は、プラズマ室１２（図１参照）の内部に設けられている。磁場発生素子１３０は、プローブ電極１０４に沿って延びる導線を備えてもよい。磁場発生素子１３０に電流を流すことにより、磁場発生素子１３０は放出電子１２０をプローブ電極１０４へと戻す磁場Ｂを発生させることができる。ここで、磁場発生素子１３０の導線は、例えば金属であり、通常はタングステンのような高融点金属が用いられる。金属粒子によるプラズマＰの汚染を抑えることを重視する場合には、磁場発生素子１３０はその他の導体例えばカーボンであってもよい。

また、ある実施形態においては、図６に示されるように、磁場発生素子１３０は、プローブ１０２に隣接して一体に設けられていてもよい。磁場発生素子１３０は、プローブ電極１０４に近接する導線部分（またはコイル部分）１３２を備える。上述の実施形態と同様に、磁場発生素子１３０の導線部分１３２に電流を流すことにより、プローブ電極１０４の近傍に局所的な磁場を発生させることができる。磁場発生素子１３０をプローブ１０２と一体に形成することにより、磁場発生素子１３０をプラズマ室１２（図１参照）内でプローブ１０２とともに移動させることができる。移動方向の一例を図１と同様に図６に矢印で示す。また、プローブ電極１０４は、図示されるように平板（例えば円板）形状を有してもよい。このようにプローブ電極１０４は任意の形状を有してもよく、図１に示す円柱形状には限られない。

ある実施形態においては、図７に示されるように、プローブ電極１０４は、物体保持部２０に組み込まれていてもよい。このようにすれば、被処理物１８の近傍でのプラズマ密度を測定することが容易である。この場合、物体保持部２０は、プローブ電極１０４の上方に磁場Ｂを発生させるための磁場発生器１１４または磁場発生素子１３０をプローブ電極１０４の下方に備えてもよい。

また、ある実施形態においては、図８に示されるように、磁場発生素子１３０からプラズマＰへの漏れ磁場を低減するための磁気回路１３２が構成されていてもよい。磁気回路１３２は、プローブ１０２に付設された磁性体１３４を備えてもよい。磁性体１３４は、例えば鉄などの棒状の部材に形成され、プローブ１０２の内部に設けられている。磁性体１３４は、プローブ１０２の絶縁被覆部分１０５に埋設され、プローブ電極１０４に沿って配設されている。加えて、もう１つの磁性体１３４が磁場発生素子１３０に隣接して設けられている。このように磁気回路１３２を構成したことにより、磁場発生素子１３０から磁力線Ｍを磁性体１３４へと導くことができる。よって、漏れ磁場を減らすことができるので、測定対象であるプラズマＰに漏れ磁場が与える影響を小さくすることができる。

図８に示す実施形態においては、プローブ１０２と磁場発生素子１３０の両方に磁性体１３４が付設されているが、磁性体１３４は、プローブ１０２及び磁場発生素子１３０の少なくとも一方に設ければよい。例えば、磁性体１３４は、プローブ１０２にだけ設けられていてもよい。このようにしても、漏れ磁場を減らすことができる。なお絶縁被覆部分１０５は、図９を参照して述べる磁性体１３４の保護カバー１４０であるとみなすこともできる。また、磁性体１３４は、漏れ磁場低減部材としてプローブ１０２及び磁場発生素子１３０とは別体に設けられ、プラズマ室１２（図１参照）内に配設されていてもよい。

ある実施形態においては、図９に示されるように、帰還磁気回路１３６が設けられていてもよい。図示されるように、この磁気回路１３６は、プローブ１０２及び磁場発生素子１３０に関連して設けられている磁性体１３４に加えて、接続部分１３８を備える。接続部分１３８もまた、磁性体１３４と同様に磁性材料（例えば鉄）で形成されている。接続部分１３８は、プローブ１０２の磁性体１３４と磁場発生素子１３０の磁性体１３４とを磁気的に接続するように、これら２つの磁性体１３４の間に配設されている。接続部分１３８は、例えば、プラズマ室１２の外表面に沿って配置されている。

また、ある実施形態においては、図９に示されるように、磁場発生素子１３０及び磁性体１３４を覆う保護カバー１４０を備えてもよい。保護カバー１４０は、プラズマＰ（図１参照）から磁場発生素子１３０及び磁性体１３４を保護するために設けられている。これにより、磁場発生素子１３０及び磁性体１３４がプラズマに直接さらされることを避けることができる。そのため、プラズマＰの金属汚染を抑えることができる。したがって、保護カバー１４０は、アルミナなどの非金属で形成されていることが好ましい。このようにすれば、磁力線Ｍに影響を与えずに、プラズマＰの金属汚染を防ぐことができる。なお、保護カバー１４０は、磁場発生素子１３０及び磁性体１３４のうち一方のみを保護するために、当該一方を覆うよう構成されていてもよい。

ある実施形態においては、プラズマ測定装置１００は、複数のプローブ１０２を備えてもよい。複数のプローブ１０２を用いることで、同時に複数の測定位置でプラズマＰのプラズマ密度を測定することができる。この場合、複数のプローブ１０２は、一次元または二次元のプローブアレイを形成してもよい。また、図６に示されるように、プローブ１０２に磁場発生素子１３０が付随する場合には、プラズマ測定装置１００は、プローブ１０２と磁場発生素子１３０との組を複数備え、それらの組が一次元または二次元のプローブ／磁場発生素子アレイを形成してもよい。

ある実施形態においては、放出電子を効率的にプローブ電極１０４に回収するために、磁場発生器１１４により発生させる磁場Ｂの分布が調整されていてもよい。それとともに又はそれに代えて、ある実施形態においては、放出電子を効率的にプローブ電極１０４に回収するために、プローブ電極１０４の表面１１６の形状が調整されていてもよい。

磁場発生器１１４は、永久磁石を備えてもよい。この場合、永久磁石は移動可能または取り外し可能に設けられていてもよく、それにより、磁場発生器１１４は、磁場を発生させる必要がないときに永久磁石を待避させてもよい。

プラズマ測定装置１００は、プラズマ処理装置１０だけではなく、プラズマを使用する任意の機器に適用することができる。例えば、プラズマ測定装置１００は、イオン注入装置や粒子線治療装置のイオン源、またはその他の装置のプラズマ室に設けることもできる。

１０プラズマ処理装置、１２プラズマ室、１００プラズマ測定装置、１０２プローブ、１０４プローブ電極、１０６ソースメータ、１０８参照電極、１１２演算部、１１４磁場発生器、１１６表面、１２０放出電子、１３０磁場発生素子、１３２磁気回路、１３４磁性体、１４０保護カバー、Ｐプラズマ。

Claims

プラズマに露出される電極を備える計測部であって、イオン飽和電流を測定するための測定領域を含む電圧範囲において前記電極の電流電圧特性曲線を計測する計測部と、
前記電極からの放出電子を前記電極に向けて偏向させる磁場を前記測定領域において発生させる磁場発生器と、を備えることを特徴とするプラズマ測定装置。
前記磁場は、前記電極の表面の法線に垂直な成分を有し、
前記磁場の大きさは、前記放出電子を前記表面に入射させる回転半径を前記放出電子に与えるように定められていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ測定装置。
前記磁場発生器は、前記電極の表面に隣接する局所域に前記磁場を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ測定装置。
前記磁場発生器は、前記電圧範囲のうち前記測定領域の外側の少なくとも一部において前記磁場の発生を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ測定装置。
前記磁場発生器から前記プラズマへの漏れ磁場を低減するための磁気回路を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ測定装置。
前記磁気回路を構成する磁性体を覆う保護カバーを備えることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ測定装置。
前記イオン飽和電流を用いてプラズマ密度を演算する演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ測定装置。
プラズマに露出される電極の電流電圧特性曲線を、イオン飽和電流を測定するための測定領域を含む電圧範囲において計測することと、
前記電極からの放出電子を前記電極に向けて偏向させる磁場を前記測定領域において発生させることと、を備えることを特徴とするプラズマ測定方法。