JPH08255696A - プラズマ診断装置 - Google Patents

プラズマ診断装置

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JPH08255696A
JPH08255696A JP7058682A JP5868295A JPH08255696A JP H08255696 A JPH08255696 A JP H08255696A JP 7058682 A JP7058682 A JP 7058682A JP 5868295 A JP5868295 A JP 5868295A JP H08255696 A JPH08255696 A JP H08255696A
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JP
Japan
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plasma
frequency
electromagnetic wave
reflected
electron density
Prior art date
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Withdrawn
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JP7058682A
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English (en)
Inventor
Seiichi Nishida
聖一 西田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマ状態に外乱を与えることなく、プラズ
マ反応容器内部が汚れるような状態におけるプラズマ中
の電子密度計測を計測時間(継続時間)の制約なしに行
なうことを可能にする。 【構成】成膜やガスの分解、合成、及び表面処理等を行
なうためにプラズマ反応容器1内に発生されたプラズマ
1cの電子密度を測定し、プラズマの状態を診断するプ
ラズマ診断装置において、プラズマ1c中に電磁波を入
射させる送信機3及び送信アンテナ5と、送信アンテナ
5から入射され、プラズマ1c中を通過した電磁波を吸
収する受信アンテナ6及び無反射終端器7と、送信アン
テナ5から入射されプラズマ1cにより反射された電磁
波を検出し、その反射波の周波数に基づいて電子密度を
算出し、その結果を表示する演算表示器8を具備して構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して成
膜やガスの分解、合成、及び表面処理等を行なう装置の
プラズマ中の電子密度を測定し、そのプラズマの状態を
診断するプラズマ診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、プラズマを利用して成膜やガスの
分解、合成、及び表面処理等を行なう装置のプラズマ中
の電子密度を測定するプラズマ診断装置に用いられる方
式としては、プローブ挿入や接触方式、あるいはレーザ
等を利用した光学的方式があった。
【0003】しかし、プラズマCDV等のプラズマ反応
容器内部に膜が形成される状態(観測窓が汚れる場合)
においては、プラズマの状態に外乱を与えることなく、
プラズマ中の電子密度を測定することができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のプラ
ズマ診断装置において、プローブ挿入や接触方式を用い
る場合、プラズマ場を乱してしまうという問題があっ
た。また、光学的方式(例えばレーザ利用による分光
法)を用いて電子密度を測定する場合、プラズマCVD
等、成膜を行なう際には観測窓にも成膜されるため、そ
の観測窓の光透過性が著しく損なわれることにより計測
時間(継続時間)の制約となってしまう問題があった。
【0005】本発明は前記のような事情を考慮してなさ
れたもので、プラズマ状態に外乱を与えることなく、プ
ラズマ反応容器内部が汚れるような状態におけるプラズ
マ中の電子密度計測を計測時間(継続時間)の制約なし
に行なうことが可能なプラズマ診断装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、成膜やガスの
分解、合成、及び表面処理等を行なうためにプラズマ反
応容器内に発生されたプラズマの電子密度を測定し、プ
ラズマの状態を診断するプラズマ診断装置において、プ
ラズマ中に電磁波を入射させる電磁波入射手段と、前記
電磁波入射手段によって入射され、プラズマ中を通過し
た電磁波を吸収する電磁波吸収手段と、前記電磁波入射
手段によって入射されプラズマにより反射された電磁波
を検出し、その反射波の周波数に基づいて電子密度を算
出する演算手段とを具備したことを特徴とする。
【0007】
【作用】このような構成によれば、電磁波入射手段(例
えば送信機と送信アンテナ)により、例えばグロー放電
プラズマ中に、周波数が数100MHZ〜数10000M
HZ、好ましくは周波数900MHZ〜28460MHZの電
磁波を入射すると、電子プラズマ共振周波数と一致した
周波数の電磁波が反射され、それ以外の周波数の電磁波
がプラズマ中を通過し、電磁波吸収手段、例えば受信ア
ンテナに共振して無反射終端器に吸収される。
【0008】これにより、送信機と送信アンテナとの間
の伝送線路上には、上記プラズマによる反射波(電磁
波)が生ずる。従って、演算手段により、反射波が最大
となる周波数を送信機の発振周波数、及び電力計の反射
電力比(反射波電力/進行波電力)より求めると、その
反射電力比最大の周波数は電子プラズマ共振周波数fe
[kHZ]に等しく、次式により電子密度が求められる。
【0009】N[個/cm3 ]=fe 2 /81 本発明では電磁波を使用しているので、プラズマ反応容
器内部が汚れていても測定に支障が無く、また電磁波を
送信する送信アンテナをプラズマ発生部から外れた位置
に設置できるのでプラズマに外乱を与えず、さらには受
信アンテナ及び無反射終端器が測定に不要な電磁波を吸
収しS/N比を向上させる、といった作用がある。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は本実施例に係わるプラズマを利用して成
膜やガスの分解、合成、及び表面処理等を行なう装置、
及びプラズマ診断装置の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、プラズマ診断の対象とするプラズマ
反応容器1内には、電極1a,1bが設けられている。
電極1a,1b間には、プラズマ発生用電源2によりプ
ラズマが発生される。
【0011】プラズマ診断装置は、図1に示すように、
送信機3、電力計4、送信アンテナ5、受信アンテナ
6、無反射終端器7、及び演算表示器8によって構成さ
れている。
【0012】プラズマ診断装置には、プラズマ中に電磁
波(周波数:数100MHZ〜数10000MHZ)を入射
させる第1の機能と、プラズマ中を通過する電磁波を吸
収する第2の機能と、プラズマにより反射される電磁波
を検出し、その反射波の周波数よりプラズマ中の電子密
度を算出し、その結果を通知する第3の機能が設けられ
ている。
【0013】第1の機能は、送信機3及び送信アンテナ
5によって実現される。送信機3は、周波数数100M
HZ〜数10000MHZの範囲で発振するもので、好まし
くは周波数900MHZ〜28460MHZの範囲で発振す
る。
【0014】送信アンテナ5は、プラズマ反応容器1内
部のプラズマ発生部から外れた位置に設置され、送信機
3の発振に応じた電磁波を発射する。第2の機能は、受
信アンテナ6と無反射終端器7によって実現される。
【0015】受信アンテナ6は、プラズマ反応容器1内
部のプラズマ発生部から外れた位置で、かつ送信アンテ
ナ5と対称位置でプラズマ発生部(測定対象部)をはさ
む位置に設置され、送信アンテナ5から発射されプラズ
マ発生部を通過した電磁波に共振する。
【0016】無反射終端器7は、受信アンテナ6り出力
端に接続され、受信アンテナ6に共振した電磁波、すな
わち測定に不要な電磁はを吸収する。受信アンテナ6及
び無反射終端器7により電磁波を吸収することによって
S/N比が向上される。
【0017】第3の機能は、電力計4及び演算表示器8
によって実現される。電力計4は、送信機3と送信アン
テナ5との間に配設され、例えばCM型によって構成さ
れ、送信電力(進行波電力及び反射波電力)を検出す
る。
【0018】演算表示器8は、送信機3及び電力計4に
接続され、送信周波数と送信電力(反射電力比)よりプ
ラズマの電子密度を計算し、その計算結果を表示するこ
とにより通知する。なお、演算表示器8における計算結
果(プラズマ診断結果)の通知は、紙媒体への印刷や音
(音声等)を利用したものでも良い。
【0019】次に、本実施例の動作、及び作用効果につ
いて説明する。ここでは、グロー放電プラズマ中の電子
密度の計測を行なう場合を例にして説明する。プラズマ
反応容器1の内部に設置された電極1a,1bにプラズ
マ発生用電源2から、例えば直流電圧が印加されると、
両電極1a,1b間にはグロー放電プラズマ1cが発生
する。
【0020】そこで、送信機3を作動させ、任意の周波
数(例えば900MHZ〜28460MHZの範囲)で発振
させ、例えば数マイクロワット〜数100マイクロワッ
トの電力で、電力計4を介して送信アンテナ5に電力供
給し、受信アンテナ6に向けて電磁波を発射する。
【0021】このとき、電力計4を作動させて進行波電
力Pf 、及び反射電力Pr を測定し、反射電力比(Pr
/Pf )を求める。次に、送信機3の発振周波数を変化
させて、前述と同様にして再度、反射電力比(Pr ´/
Pf ´)を求める。
【0022】このようにして、送信周波数を適宜、変化
させて、各々の周波数における反射電力比を計測し、反
射電力比最大の周波数fe [kHZ]を求める。周波数f
e は電子プラズマ共振周波数に等しく、これにより電子
密度N[個/cm3 ]が計測できる。
【0023】N=fe 2 /81 …(1) 各々の周波数で、演算表示器8に送信機3の周波数、及
び電力計4の進行波電力と反射波電力のそれぞれの値を
入力していき、反射電力比(Pr /Pf )最大の周波数
fe [kHZ]を判定し、前記(1)式の演算を行なえば
電子密度が求まり、その結果を演算表示器8で表示す
る。
【0024】本実施例では送信周波数900MHZ〜28
460MHZの場合を例にして説明しているが、前記
(1)式によると、この周波数範囲は電子密度1010
1013[個/cm3 ]に相当し、グロー放電(1010個/
cm3 )に至る範囲までのプラズマ状態の診断に適用でき
ることになる。
【0025】図2には周波数fe と反射電力比(Pr ´
/Pf ´)の関係を示している。現実には周波数をスイ
ープさせなくても、予め電子プラズマ共振周波数が、ほ
ぼ判っているので、その周辺の数点の周波数で電磁波を
発振して測定しても良い。
【0026】また、無反射終端器7は、プラズマ反応容
器1内壁による乱反射を防止して計測精度を高める役割
を果たしている。なお、本発明のプラズマ診断装置にお
ける測定原理は、送信する電磁波の周波数と、電子プラ
ズマ共振周波数が等しくなると、電磁波がプラズマにほ
ぼ完全に反射され、それにより送信側の反射波が増大す
る性質を利用したものである。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、プ
ラズマ状態に外乱を与えることなく、プラズマ反応容器
内部が汚れるような状態におけるプラズマ中の電子密度
計測を計測時間(継続時間)の制約なしに行なうことが
可能となるものである。従って、適用範囲が広く、プラ
ズマ診断装置としての産業上の価値を著しく向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わるプラズマ診断装置の
構成を示すブロック図。
【図2】本実施例における周波数fe と反射電力比(P
r ´/Pf ´)の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 プラズマ反応容器 1a,1b 電極 2 プラズマ発生用電源 3 送信機 4 電力計 5 送信アンテナ 6 受信アンテナ 7 無反射終端器 8 演算表示器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成膜やガスの分解、合成、及び表面処理
    等を行なうためにプラズマ反応容器内に発生されたプラ
    ズマの電子密度を測定し、プラズマの状態を診断するプ
    ラズマ診断装置において、 プラズマ中に電磁波を入射させる電磁波入射手段と、 前記電磁波入射手段によって入射され、プラズマ中を通
    過した電磁波を吸収する電磁波吸収手段と、 前記電磁波入射手段によって入射されプラズマにより反
    射された電磁波を検出し、その反射波の周波数に基づい
    て電子密度を算出する演算手段とを具備したことを特徴
    とするプラズマ診断装置。
JP7058682A 1995-03-17 1995-03-17 プラズマ診断装置 Withdrawn JPH08255696A (ja)

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