JPH07263178A - プラズマ計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、空間的に不均一な密度分布を有する
プラズマでも計測対象とでき、利用範囲の拡大を図るこ
とができるプラズマ測定装置を提供する。 【構成】真空容器２１の同一高さ周面に沿って設けられ
た窓２３１、２３２より出力されるプラズマ２２からの
放射光を、光学フィルタ２４１とＣＣＤカメラ２５１、
光学フィルタ２４２とＣＣＤカメラ２５２のそれぞれの
組により検知し、ＣＣＤカメラ２５１、２５２よりプラ
ズマ２２側面の同一高さから見た映像信号として演算装
置２６に与え、プラズマ断面位置を一致させてスペクト
ル線強度分布を求めるとともに、これに基づいてプラズ
マ電子密度、中性子密度および電子温度の空間分布を計
測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用した装
置における、プラズマ生成、計測および制御などに適用
されるプラズマ計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実用化されているプラズマ計測装
置には、プローグ法（探針法）、マイクロ波法、光計測
法などを適用したものが知られている。このうちプロー
グ法は、最も簡単で安価なプラズマ計測方法であり、広
く使用されているが、局所的なプラズマ電子密度を計測
するものであるから、例えば、密度分布を計測する場合
には、プローグの位置を掃引するような面倒な操作を必
要となる。また、プローグを構成する導体、絶縁体をプ
ラズマ空間に挿入することになるので、プラズマ場を乱
すことがあり、さらに、反応性プラズマに対しては、プ
ローグのコーティングや汚れが原因で計測不能になるこ
ともある。

【０００３】また、マイクロ波法は、プラズマに対して
非接触であるが、マイクロ波を透過させる方向に平均化
された電子密度がわかるだけのものである。さらに、光
計測法は、プラズマに対して非接触であるが、結果的に
プラズマ局所から放射されるスペクトルを観察するため
密度分布を計測する場合は、計測機器の移動が必要とな
る。

【０００４】図２は、従来の光計測法を適用したプラズ
マ計測装置の一例を示すものである。この場合の光計測
法は、プラズマ中にレーザ光を入射し、その散乱光を観
察する場合も、自然放出光を観察する場合も、それぞれ
プラズマから放射される光を計測するようになる。

【０００５】まず、真空容器１中のプラズマ２に対し、
計測したい部分に、レンズ４の焦点を合わせる。この状
態で、プラズマ２からの放射光を真空容器１に設置され
ている窓３を通して取り出す。

【０００６】この取り出された放射光を、レンズ４を介
して分光器５に導入する。分光器５では、放射光より波
長掃引された反射光スペクトル信号を生成する。そし
て、この分光器５からの反射光スペクトル信号を、アン
プ６、ＡＤコンバータ（アナログ・デジタル変換器）７
を介して演算装置８に与え、ここで演算処理し、演算装
置８の出力として、プラズマ電子温度あるいは電子密度
を求めるようになる。

【０００７】しかして、このようなプラズマ計測法によ
ると、プローグ法の場合、局所的な計測となるととも
に、密度分布測定にプローグ位置を掃引するような面倒
な操作を必要とし、計測に時間がかかり、さらに、反応
性プラズマに対して、プローグのコーティングや汚れが
原因で計測不能になることがある。また、マイクロ波法
の場合には、プラズマの体積に対して平均化された密度
しか計測できない。そして、光計測法の場合、局所的な
計測となり、密度分布計測には、計測機器を移動するよ
うな面倒な操作が必要になる。

【０００８】そこで、最近、このような緒問題を解決す
べく、図３に示すようなプラズマ計測装置が考えられて
いる。この場合、真空容器１１内にある軸対象のプラズ
マ１２から径方向に放射される光を窓１３を通して取り
出し、この放射光を光学フィルタ１４に透過して目的と
するスペクトル線だけを選び出し、さらに、この透過し
た光をＣＣＤカメラ１５で検知し、ここで選択されたス
ペクトル線の映像信号を生成して演算装置１６に取り込
み、この演算装置１６で画像プログラムによってスペク
トル線強度分布を生成し、このスペクトル線強度分布を
アーベル変換することによりプラズマ断面方向の放射密
度分布を検出し、これより電子密度、電子温度などを演
算し、最終的に、プラズマ断面方向分布を測定できるよ
うにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
プラズマ計測装置によると、計測対象となるプラズマ
は、軸対象であるか放射光の光路に沿って均一な密度を
持つものに限られており、これら以外の軸対象でないプ
ラズマのように空間的に不均一な密度分布を有するもの
については、密度分布の推定ができず、測定不能に陥る
ことがあるなど、実際に利用できる範囲が限定されると
いう問題点があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、空間的に不均一な密度分布を有するプラズマについ
ても計測対象とすることができ、利用範囲の拡大を図る
ことができるプラズマ測定装置を提供することを目的と
する。また、

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、プラズ
マを発生するプラズマ発生源と、このプラズマ発生源の
プラズマからの放射光から任意のスペクトル線を抽出す
る波長選択素子と、この波長選択素子により抽出される
スペクトル線を取り込む撮像手段とを具備し、前記波長
選択素子および撮像手段を一組として前記プラズマ発生
源の周囲に複数組配置され、それぞれの撮像手段より出
力される映像信号によるプラズマ断面位置を一致させて
スペクトル線強度分布を求めるように構成されている。

【００１２】

【作用】この結果、本発明によれば、プラズマ発生源の
プラズマからの放射光から任意のスペクトル線を抽出す
る波長選択素子と該波長選択素子より抽出されるスペク
トル線を取り込む撮像手段を一組にして、これらの組を
プラズマ発生源の周囲に複数組配置するとともに、撮像
手段より出力される映像信号からのプラズマ断面位置を
一致させてスペクトル線強度分布を求めるようにしたの
で、空間的に不均一な密度分布をもつプラズマについて
も計測対象とすることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従い説明す
る。図１は、同実施例の概略構成を示している。図にお
いて、２１は真空容器で、この真空容器２１は紙面と直
角方向にある長さを持った円筒状をなしている。そし
て、この真空容器２１の内部には、電子、イオンおよび
中性粒子からなるプラズマ２２が発生しているものとす
る。この場合、真空容器１１内部に発生しているプラズ
マ２２も円筒状である。

【００１４】また、真空容器２１の同一高さ周面に沿っ
て複数個（図示例では２個）の窓２３１、２３２を設け
ている。これら窓２３１、２３２は、真空容器２１内部
のプラズマ２２中の電子、イオンまたは中性粒子から放
射される光を取り出すためのものである。

【００１５】そして、窓２３１より取り出した放射光の
任意波長のスペクトルを光学フィルタ２４１を介してＣ
ＣＤカメラ２５１に取り込むようにしている。同様にし
て、窓２３２より取り出した放射光の任意波長のスペク
トルを光学フィルタ２４２を介してＣＣＤカメラ２５２
に取り込むようにしている。

【００１６】ここで、光学フィルタ２４１、２４２は、
目的とする放射光スペクトルのみを選択するためのもの
である。また、ＣＣＤカメラ２５１、２５２は、ＣＣＤ
（Ｃｈａｒｇ Ｃｏｕｐｌｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子を２
次元配置したもので、目的の放射光スペクトル強度を２
次元分布で検知するようにしている。

【００１７】そして、これらＣＣＤカメラ２５１、２５
２からの出力を、真空容器２１内のプラズマ２２側面の
同一高さから見た映像信号として演算装置２６に与える
ようにしている。

【００１８】演算装置２６は、予め用意された画像処理
プログラムに従って演算動作するもので、各ＣＣＤカメ
ラ２５１、２５２より出力される映像信号について撮像
点であるプラズマ断面位置を一致させてスペクトル強度
分布を求め、これら目的のスペクトル強度分布および異
なるスペクトル線の強度比分布を周知のＣＴ（Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒ Ｔｏｍｏｇｒａｈｙ）技法を用いて演算処理
することにより、所定位置でのプラズマ電子密度、中性
子密度および電子温度の空間分布を推定するようにして
いる。

【００１９】次に、以上のように構成した実施例の動作
を説明する。いま、真空容器２１内部で、電子、イオン
および中性粒子からなるプラズマ２２を発生すると、こ
のプラズマ２２中の電子、イオンまたは中性粒子からの
光が真空容器２１の同一高さ周面に沿って設けられた窓
２３１、２３２より放射光としてそれぞれ出力される。

【００２０】これら窓２３１、２３２より取り出した放
射光の任意波長のスペクトルは、それぞれ光学フィルタ
２４１、２４２を介してＣＣＤカメラ２５１、２５２に
取り込まれ、放射光スペクトル強度の２次元分布で検知
される。

【００２１】そして、ＣＣＤカメラ２５１、２５２より
プラズマ２２側面の同一高さから見た映像信号として演
算装置２６に与えられる。演算装置２６では、予め用意
された画像処理プログラムに従って演算処理が実行され
る。この場合、ＣＣＤカメラ２５１、２５２からの映像
信号について撮像点であるプラズマ断面位置を一致させ
てスペクトル強度分布が求められ、さらに、このスペク
トル強度分布を基に周知のＣＴ技法を用いて演算処理が
行われ、プラズマ電子密度、中性子密度および電子温度
の空間分布が求められ、これらが計測結果として出力さ
れるようになる。

【００２２】従って、このような実施例によれば、真空
容器２１の同一高さ周面に沿って設けられた窓２３１、
２３２より出力されるプラズマ２２からの放射光を、光
学フィルタ２４１とＣＣＤカメラ２５１、光学フィルタ
２４２とＣＣＤカメラ２５２のそれぞれの組により検知
し、ＣＣＤカメラ２５１、２５２よりプラズマ２２側面
の同一高さから見た映像信号として演算装置２６に与
え、プラズマ断面位置を一致させてスペクトル線強度分
布を求めるとともに、これに基づいてプラズマ電子密
度、中性子密度および電子温度の空間分布を計測できる
ようにしたので、従来、軸対象でないプラズマのように
空間的に不均一な密度分布を有するものについては、密
度分布の推定ができず、測定不能に陥ることがあったも
のに比べ、軸対象でないプラズマのように空間的に不均
一な密度分布をもつプラズマについても計測対象とする
ことができるようになり、その利用できる範囲をさらに
拡大することができる。

【００２３】なお、本発明は上記実施例にのみ限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
例えば、上述では、光学フィルタとＣＣＤカメラの組み
合わせを２組用いる場合を述べたが、これらは３組以上
設けるようにしてもよい。また、上述では、光学フィル
タについて述べたが、これに代えて回析格子、プリズ
ム、エタロンなどの波長選択素子およびこれらを機能さ
せるための光学素子を用いることもできる。また、上述
では、ＣＣＤ素子を使用したＣＣＤカメラの場合を述べ
たが、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ）型素子、ＣＰＤ（Ｃｈａｒｇ Ｐｒｉ
ｍｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）型素子を適用しても同様な機
能を得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のプラズマ計
測装置によれば、プラズマ発生源のプラズマからの放射
光から任意のスペクトル線を抽出する波長選択素子と該
波長選択素子より抽出されるスペクトル線を取り込む撮
像手段を一組にして、これらの組をプラズマ発生源の周
囲に複数組配置するとともに、撮像手段より出力される
映像信号からのプラズマ断面位置を一致させてスペクト
ル線強度分布を求めるようにしたので、軸対象でないプ
ラズマのように空間的に不均一な密度分布をもつものに
対しても計測対象とすることができ、その利用できる範
囲をさらに拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成を示す図。

【図２】従来のプラズマ測定装置の一例を示す図。

【図３】従来考えられているプラズマ測定装置の一例を
示す図。

【符号の説明】

２１…真空容器、 ２２…プラズマ、 ２３…窓、 ２４１、２４２…光学フィルタ、 ２５１、２５２…ＣＣＤカメラ、 ２６…演算装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを発生するプラズマ発生源と、 このプラズマ発生源のプラズマからの放射光から任意の
   スペクトル線を抽出する波長選択素子と、 この波長選択素子により抽出されるスペクトル線を取り
   込む撮像手段とを具備し、 前記波長選択素子および撮像手段を一組として前記プラ
   ズマ発生源の周囲に複数組配置され、それぞれの撮像手
   段より出力される映像信号によるプラズマ断面位置を一
   致させてスペクトル線強度分布を求めることを特徴とす
   るプラズマ計測装置。
2. 【請求項２】 前記波長選択素子と光学フィルタからな
   る組は、それぞれ前記プラズマ発生源に対し同一高さで
   配置されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ計
   測装置。