JP5478924B2 - 高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数測定が可能な測定方法及び測定装置 - Google Patents
高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数測定が可能な測定方法及び測定装置 Download PDFInfo
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Description
R.B.Piejak,V.A.Godyak,R.Gamer and B.M.Alexandrovich,N.Stemberg,J.APPl.Phys.95,3785(2004)
その他の方法、例えば、レーザー・トムソン散乱法なども測定装置が高価であるという問題があった。
以上、マイクロ波共振を起こすプローブを平行二線伝送路とみなして解析し、その結果に基づいて、プローブの共振スペクトルの実測値から電子密度neや電子衝突周波数νm を求める3種類の測定法(A、B、C)を記した。この方法の妥当性を示すため、予め電子密度neと電子衝突周波数νmを与えて電磁界シミュレーションからプローブの共振特性を求め、伝送線路モデルによる予測とよく合うことを以下に説明する。なお、本発明の測定方法、測定条件などは、実施したシミュレーションの例に限定されない。
(1)本発明の高圧力プラズマの電子密度、電子衝突周波数の測定方法及びプラズマ特性測定装置1によれば、マイクロ波領域の共振アンテナとして作用するプローブ10を高圧力プラズマPに挿入し、高周波発振器21によりプローブ10に周波数を掃引しながら高周波パワーを供給し、反射係数スペクトル表示部25により、プローブ10から反射されるパワーにより得られる反射係数のスペクトルを測定し、プローブ10の共振スペクトルを検出し、反射係数スペクトル表示部25において検出された共振特性から共振周波数及び共振ピークの半値幅を算出し、プラズマ特性算出部26において、当該共振周波数及び共振ピークの半値幅に基づいて、高圧力プラズマの電子密度、電子衝突周波数を算出することができる。共振ピークの半値幅は、高圧力プラズマの電子密度、電子衝突周波数に対して敏感に変化するため、当該共振周波数及び共振ピークの半値幅に基づいて高圧力プラズマの電子密度、電子衝突周波数を精度よく測定することができる。プローブ10は、例えば、長さが数cm程度の金属線から形成することができるので小型であるとともに、空間分解能を有し、測定も例えば市販のネットワークアナライザにより簡便な操作で可能であるため、高価な大型測定装置を用いることなく、圧力が1Torr以上の高圧力プラズマの電子密度、電子衝突周波数を測定することができる。また、プローブ10としてU字型の金属導体により形成されたプローブを採用すると、T字型のプローブなどに比べ、プラズマが発生するチャンバー31に挿入するためのポートを小さくすることができるため、好適に用いることができる。
上述の実施形態では、プローブ10として、U字型のプローブを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、発明者らが開発したJP WO2007/026859号公報に記載の各種プローブを用いることができる。
10 プローブ
11 同軸ケーブル
20 プローブ制御装置
21 高周波発振器
22 方向性結合器
23 減衰器
24 フィルタ
25 反射係数スペクトル表示部
26 プラズマ特性算出部
30 プラズマ処理装置
31 チャンバー
32 制御部
Claims (6)
- マイクロ波領域の共振アンテナとして作用するプローブをプラズマ内に挿入し、前記プローブに周波数を掃引しながら高周波パワーを供給し、前記プローブから反射されるパワーにより得られる反射係数のスペクトルから共振周波数と共振ピークの半値幅とを測定し、当該共振周波数及び共振ピークの半値幅に基づいて、圧力1Torr以上の高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数を算出することを特徴とする高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測定方法。
- プラズマが生成されていない場合の前記プローブの共振ピークの半値幅と共振周波数との比により補正された、プラズマ内の前記プローブの共振ピークの半値幅と共振周波数との比に基づいて電子密度を算出することを特徴とする請求項1に記載の高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測定方法。
- マイクロ波領域の共振アンテナとして作用する、長さの異なる2本のプローブをプラズマ
内に挿入し、前記2本のプローブに周波数を掃引しながら高周波パワーを供給し、前記2本のプローブから反射されるパワーにより得られるそれぞれの反射係数のスペクトルから、共振周波数と共振ピークの半値幅とをそれぞれ測定し、当該共振周波数及び共振ピークの半値幅に基づいて、圧力1Torr以上の高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数を算出することを特徴とする高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測定方法。 - 高圧力プラズマ雰囲気内に挿入され、マイクロ波領域の共振アンテナとして作用するプ
ローブと、
前記プローブに同軸ケーブルを介して電気的に接続され周波数を掃引しながら高周波パ
ワーを供給する高周波発振器と、
前記プローブから反射されるパワーにより得られる反射係数のスペクトルを測定し、前記
プローブの共振特性を検出する共振スペクトル検出部と、
前記共振スペクトル検出部において検出された共振特性から共振周波数及び共振ピークの半値幅を算出し、当該共振周波数及び共振ピークの半値幅に基づいて、圧力1Torr以上の高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数を算出するプラズマ特性算出部と、
を備えたことを特徴とする高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測
定装置。 - 前記プローブは、U字型の金属導体により形成されていることを特徴とする請求項4に記
載の高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測定装置。 - 長さの異なる2本のプローブを備えたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の
高圧力プラズマの電子密度および/または電子衝突周波数の測定装置。
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