WO2007026859A1

WO2007026859A1 - プラズマ電子密度測定用の面状共振素子並びにプラズマ電子密度測定方法及び装置

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Publication number: WO2007026859A1
Application number: PCT/JP2006/317298
Authority: WO
Inventors: Hideo Sugai; So Yajima; Keiji Nakamura
Original assignee: National University Corporation Nagoya University
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20090230973A1; JPWO2007026859A1; US8040138B2; JP4701408B2

Abstract

電磁波の共振現象を利用する面状共振素子１は、導電板を備える本体１０と、同軸ケーブル２０とを備えている。本体１０は、一端が本体１０の外縁に開口して所定の幅ｄ及び長さＬを有する細長空間部１１を有するとともに、第１面部１２及びアンテナ第２面部１３を有している。同軸ケーブル２０の外皮導体２１が第１面部１２にＧ点で接続され、同軸ケーブル２０の芯導体２１がリード線２３を介して第２面部２３にＡ点で接続されている。従来のＵ字型線状共振プローブと比較して、製作が容易で、かつ、機械的強度も高くなる。

Description

明細書プラズマ電子密度測定用の面状共振素子並びにプラズマ電子密度測定方法及び装置技術分野

本発明は、プラズマ電子密度測定用の面状共振素子並びにプラズマ電子密度測定方法及び装置に関し、詳しくは電磁波の共振現象を利用して、容器内に生成したプラズマの電子密度を測定するプラズマ電子密度測定用の面状共振素子並びにプラズマ電子密度測定方法及び装置に関する。本発明に係るプラズマ電子密度測定用の面状共振素子並びにプラズマ電子密度測定方法及び装置は、例えば、薄膜素子の製造工程や、粒子ビーム源又は分析装置等に用いられるプラズマにおけるプラズマ電子密度を測定する際に適用することができる。背景技術

反応性ガスの放電で生成されるプラズマを用いたェツチングゃ C V D 等の材料プロセスの技術は、広く産業界で応用され重要な基盤技術として定着している。この技術のさらなる高度化に向けて、プラズマの状態、特にその基本情報である電子密度を測定し、その大きさや空間分布 ·経時変化を把握して制御することが強く求められている。しかしながら、この産業界のニーズに十分に応えられる電子密度の計測技術が確立しているとは言えないのが現状である。

古典的な電子密度測定法としては、図 1 7に示すように、プラズマ容器 8 0内で発生させたプラズマ 8 1内に金属電極 8 2を挿入し、この金属電極 8 2に直流電圧を印加したときに流れる電流を測る「ラングミュアブロープ」を用いる方法がある。この方法は、膜堆積が起こらないァルゴン、水素、窒素などの放電プラズマでは非常に有効で簡便な方法である。しかし、実際の反応性プラズマによる材料プロセスでは、プラズマ 8 1内に挿入した金属電極 8 2の表面が堆積膜で覆われることにより、電圧電流特性が劣化してしまうことが多い。このため、実際の反応性プラズマによる材料プロセスにラングミユアプローブを使うことは困難である。また、ラングミュアプローブからは重金属の不純物が放出されるため、特に半導体プロセスにラングミユアプローブを適用することは困難である。

このような金属汚染や薄膜堆積の影響を受けない方法として、図 1 8 に示されるように、入射アンテナ 8 3からプラズマ 8 1にマイクロ波を照射し、プラズマ 8 1を透過したマイク口波を受信アンテナ 8 4で受信することで、マイク口波がプラズマ 8 1を透過するときの位相差を測つて電子密度を測定する「マイクロ波干渉法」が知られている。この技術の短所として、マイク口波の入射 ·透過のための大きな窓をプラズマ容器 8 0に設ける必要があること、プラズマ 8 1のサイズも大きくする必要があること、マイク口波の通過路に沿う平均電子密度しか得られないこと（空間分解能の欠如）、及び測定装置が高価であることが挙げられる。

一方、測定系への薄膜堆積の影響を受けず、また金属不純物を放出せず、さらに十分な空間分解能をもつ高感度の電子密度測定法として、「表面波プローブ」（プラズマ吸収プローブとも呼ぶ）が最近、開発された（例えば、特許文献 1 ：特開 2 0 0 0— 1 0 0 5 9 9号公報参照）。

図 1 9に示すようにこの方法は、プラズマ 8 1に挿入した棒状の表面波プローブ 8 5の表面を伝わる波（表面波）を、ネットワークアナライザ一 8 6から送るマイクロ波信号で励起する。なお、この表面波プローブ 8 5は、誘電体チューブ内に同軸ケーブル及びこれに接続されたループアンテナを収容したものである。この表面波は、電子密度で決まる特定の周波数 f 。のときに共鳴的に定在波となって強く励起される。そのときに、ネットワークアナライア一 8 6で観測される表面波プローブ 8 5からの反射信号が共鳴的に減少するので、共鳴周波数 f 。を測定でき、これから電子密度を求めることができる。この表面波プローブを用いる方法は反応性プラズマに広く適用でき、

1 0⁸ c m— ³のような低密度から 1 0 ^{1 2} c m— ³の高密度まで測定可能であり、 1 0— ⁵ T o r rの低圧から 1 0 T o r r程度の高圧までの放電圧力でも適用可能である。

そして、表面波プローブ 8 5を容器 8 0のポート穴からプラズマ 8 1 内に挿入し、表面波プローブ 8 5を移動させることによって、電子密度の空間分布を数 mmの分解能で計測できる。この機能は、最適条件を精查する研究開発にとって重要な手段となる。

しかし、決まった条件で大量に生産を繰り返す量産機においては、電子密度の空間分布を数 mmの分解能で計測する必要性は低い。逆に、量産機のプラズマ内に棒状の異物が突き出ていると、プロセス中にプラズマが乱れる原因となったり、プロセス終了後のプラズマ容器のクリー二ング時に、容器内に突き出た棒状の表面波プローブ 8 5を破損するトラプルが起きたりする。

そこで、従来の棒状の表面波プローブを後退させて、プローブ先端が壁面とほぼ一致するところに設置して測定するという方策も考えられるが、壁面付近の電子密度が低いために、表面波プローブを壁面付近まで後退させると、信号が雑音に隠れてしまい、正確な計測が困難になる。一方、金 M製のダイポールアンテナによる、電磁波の共振現象を利用する電子密度測定法が知られている（例えば、非特許文献 1 ： R. L. S t e n z e l , R e v . S c i . I n s t r u m. 4 7， 6 0 4 ( 1 9 7 6 )、非特許文献 2 : R. B . P i e j a k , V. A. G o d y a k , R . G a m e r a n d B. M. A l e x a n d r o v i c h, N. S t e rnb e r g , J . A P P 1 . P h y s . 9 5 , 3 7 8 5 ( 2 0 0 4) 参照）。

プラズマに限らず一般に、比誘電率 _ε の媒質空間を伝わる電磁波の波長；は、真空中の光速を c とするとき、 λ = c / ( ε ^{1 / 2} ) と与えられる。そして、この比誘電率 ε の媒質空間に、長さ L.の金属線が同軸ケ一プルの中心導体に接続されるとともに、同じく長さ Lの金属線が同軸ケーブルの外皮接地導体に接続されてなる T字型のアンテナを配置した状態で、このアンテナに周波数 f の電力を送るとき、 -ぇ / となる周波数 f _r において共鳴的に電磁波の共振が起こってパワーがアンテナに蓄積される。このようなアンテナはダイポールアンテナと呼ばれる。すなわち、与えられたダイポール長 2 Lと比誘電率 ε に対して、共振周波数は、

ί _T = c / (4 L ε ^{1 /2} ) … （ 1 ) と与えられる。プラズマ空間の場合、最も簡単な近似（無衝突、冷たいプラズマのモデル）では、プラズマの比誘電率は次式で表せる。

_£ = l - ( f _p ² / f ² ) … （2) ただし、 f _p は電子プラズマ周波数と呼ばれる物理量で、素電荷 e、電子の質量 m_e 、真空の誘電率 ε 。と電子密度 n _e を用いて次式で与えられる。

f _p = ( 1 / 2 π) · ( e ² n _e /m_e ε ₀ ) ^{1 / 2} … （ 3 ) 式（2) と（3 ) を式（ 1 ) に代入すれば、プラズマ中のダイポールアンテナの共振周波数 f _r が求まり、プラズマの無い真空のときの共振周波数を f 0 と書けば、

f _r ² = f 0 ² + f p ² … （4) が得られる。したがって、 f 。 (GH z ) と f _r (GH z ) を測定し、その差から電子密度 n _e は次のように求まる。

n _e = {( f _r ² - f o ² ) / 0. 8 1 } ( 1 0^{1 0} c m-³)

… ( 5 )

標準的なダイポールアンテナ系は T字型をしており、同軸給電線の先端にこれと垂直に直線状の全長； 1/ 2の放射アンテナが接続される。この放射アンテナは必ずしも直線状である必要はなく、楕円形や U字型であってもよく、そのアンテナの全周の長'さ 2 Lが； L / 2となる周波数 f _r のときに共振現象が起こる。プラズマの電子密度測定を考えると、容器の壁からアンテナを揷入するポート穴のサイズが小さいので、丁字型よりも U字型の方が望ましい。図 2 0は、 U字型アンテナとしての U字型線状共振プローブ 8 7をプラズマ 8 1に挿入した状態を示し、図 2 1は前記非特許文献 1に記載される U字型線状共振プローブの原理を説明している。ここで、同軸ケーブル 8 8の先端に取り付けた微小ループ（送信用ループアンテナ） 8 9 に流れる電流がつくる磁力線は、 U字型アンテナ 9 0の底部と鎖交して U字線に沿う電流を駆動し、そこから電磁波が放射される。放射された電磁波を別の微小ループ（受信用ループアンテナ） 9 1でピックアップする。送信用ループアンテナ 8 9への入射パワーを I、受信用ループアンテナ 9 1で受ける透過パワーを Tとすれば、図 2 3 ( a ) のように周波数 f に対して入射パワー I が一定であるとき、透過パワー Tは式 ( 2 ) の L =え / 4を満たす周波数 f において共鳴的に強くなる。ここで U字型アンテナ 9 0の幅 dは、 U字線の周りにできるシース（鞘）の厚さ（数 m m)より大きい値とする。

図 2 1に示されたプローブは、送信用と受信用の 2つのループと、 2 本の同軸ケーブルを必要とする。これに対して、前記非特許文献 2には、図 2 2に示されるように、一つのループと 1本の同軸ケーブルを用いて、反射パワー Rをモニターする方法が記載されている。ここで、同軸ケーブル 9 2の芯導体 9 3の先端 Cと、 U字型アンテナ 9 4の底部の点 Aとが、円弧状リード線 9 5で接続されている。さらに U字アンテナ 9 4の底部は点 Gで同軸ケーブル 9 2の外皮導体 9 6 と接続されている。このとき、同軸ケーブル 9 2から入射されたパワー Iは円弧状リード線の部分で U字アンテナ 9 4を励振するのに用いられ、残りは反射パワーとして同軸ケーブル 9 2から電源側に戻ってくる。ネットワークアナライザ一は周波数を掃引しならが微小の入射パワー I をアンテナ側に送り、同時にアンテナから電源（ネットワークアナライザー）に戻ってくる反射パワー Rもモニターする機能が付いている。そこで、反射パワー Rを計測すれば、図 2 3 ( c ) に示すように共振周波数 f _r において共鳴的に反射が減少する。この減少を利用して、式（ 5 ) から電子密度を求めることが出来る。しかし、前記非特許文献 2に記載された U字型線状共振プローブとしての U字型アンテナ 9 4は、構造的には微小の円弧状リード線 9 5と U 字型アンテナ 9 4とを細い同軸ケーブル 9 2の先端で結合させる必要があることから、製作が難しく、また、機械的強度が弱い。さらに、表面波プローブと同様に、測定プローブとしての U字型アンテナ 9 4は細長い形状をしており、この U字型アンテナ 9 4がプラズマ容器の壁面から突出してプラズマ内に挿入されるので、プラズマに与える擾乱が大きく、量産機では破損の危険性が高くなるという問題がある。

なお、前記特許文献 1には、表面波プローブの特殊形状として、数 m m角の金属平板を使う例が、記載されている。しかし、これは、表面波プローブにおけるアンテナとして単純な矩形状の金属平板を採用したものにすぎず、電磁波の共振現象を利用する共振素子とは原理的に異なるものである。発明の開示

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、電磁波の共振現象を利用する共振素子を採用しつつ、製作が容易で、かつ、機械的強度の高い面状のものを提供することを目的とするものである。

また、本発明の他の目的は、測定用素子がプラズマ内に突出することに起因するプラズマの擾乱や測定用素子の破損を抑制することである。本発明のさらに他の目的は、製作が容易で、かつ、機械的強度の高い面状共振素子の小型化を図ることである。

上記課題を解決する本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子は、導電板を備える本体と、外皮導体及ぴ該外皮導体内に充填された絶縁材料中に埋設された芯導体がそれぞれ該本体の一面に電気的に接続された同軸ケーブルとを備え、電磁波の共振現象を利用して、容器内に生成したプラズマの電子密度を測定するプラズマ電子密度測定用の面状共振素子であって、前記本体は、両端のうちの一端が該本体の外縁に開口する細長空間部の閉端部に隣接する連結部と、該連結部を境に仕切られるとともに該連結部により一体に連結された第 1面部及び第 2面部とからなり、前記同軸ケーブルの前記外皮導体が前記第 1面部及び前記第 2 面部のうちの一方に接続されるとともに、該同軸ケーブルの前記芯導体が該第 1面部及び該第 2面部のうちの他方に接続されていることを特徴とするものである。

このプラズマ電子密度測定用の面状共振素子では、導電板を備える本体が、第 1面部及び第 2面部と、該第 1面部及ぴ該第 2面部を一体に連結する連結部とからなる。そして、第 1面部及び第 2面部のうちの一方に同軸ケーブルの外皮導体が接続され、他方に同軸ケーブルの芯導体が接続されている。このため、前述した従来の U字型線状共振プローブと比較して、製作が容易で、かつ、機械的強度も高くなる。

また、この面状共振素子を前記容器の壁を貫通するポート穴内に挿入するとともに、該容器の内壁面に前記本体が沿うように配置した状態で測定すれば、測定中に面状共振素子がプラズマ内に突出することに起因するプラズマの擾乱を抑えることができる。そして、この状態でメンテナンス等をしても面状共振素子が破損するおそれも少ない。このため、量産機のプラズマ電子密度測定に好適に利用することができる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子の好適な態様において、前記細長空間部の幅は、プラズマの電子密度及ぴ電子温度で決まるシース厚さに基づいて設定され、前記細長空間部の長さは、測定を希望するプラズマの電子密度と、所望の測定精度及び該測定精度で測定が可能となる共振周波数の条件とに基づいて設定される。

ここに、細長空間部の幅は、細長空間部内にプラズマを良好に導入させる観点より、プラズマの電子密度及び電子温度で決まるシース厚さより十分に大きくすることが望ましい。

また、ネットワークアナライザーの測定限界周波数が 3 G H z程度であることが多いので、その範囲内で高密度プラズマを測定するには、細長空間部の長さを大きくする方が有利となる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子では、前記第 1面部は前記第 2面部よりも面積が大きくされている方が好ましい場合がある。この場合、第 2面部よりも面積の大きい第 1面部により、機械的強度を良好に確保することができる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子は、好適な態様において、前記同軸ケーブルの前記外皮導体が前記第 1面部に接続されるとともに、該同軸ケーブルの前記芯導体が前記第 2面部に接続され、前記同軸ケーブルは、前記外皮導体が前記第 1面部の投影面内に収まるように配設されている。

このように同軸ケーブルの外皮導体が第 1面部に接続されていれば、該第 1面部により、同軸ケーブルをプラズマから有効に遮蔽することができる。また、外皮導体が第 1面部の投影面内に収まるように同軸ケーブルが配設されていれば、第 1面部により、外皮導体をプラズマから遮蔽することができる。

特に、前記第 1面部は前記第 2面部よりも面積が大きくされている場合に、前記同軸ケーブルの前記外皮導体が前記第 1面部に接続されるともに、該同軸ケーブルの前記芯導体が前記第 2面部に接続され、芯導体よりも外径の大きい外皮導体が第 2面部よりも面積の大きい第 1面部に接続されていれば、大きいもの同士と小さいもの同士がそれぞれ接続されることになるので、製作がより容易となる。また、面積の大きい第 1 面部により、同軸ケーブルをプラズマから有効に遮蔽することができるので、不純物抑制の点で有利となる。また、前記外皮導体が面積の大きい第 1面部の投影面内に収まるように同軸ケーブルが配設されていれば、面積の大きい第 1面部により、外皮導体をプラズマから確実に遮蔽することができる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子の好適な態様において、前記細長空'間部は、前記本体の外縁側から中心側に向かって渦巻き状に延びる直線部又は曲線部により形成されている。

このプラズマ電子密度測定用の面状共振素子では、細長空間部が渦巻き状に延びて形成されているので、本体の大きさにかかわらず細長空間部の長さを容易に長ぐすることができる。前記（ 1 ) 式からわかるように、細長空間部の長さ Lを長くすれば、共振周波数 f _f を下げることができる。このため、共振周波数 f _r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な細長空間部の長さ Lを所定値以上に確保しつつ、本体の小型化を図ることが可能となる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子の好適な態様において、前記本体は、前記同軸ケーブルが接続された前記一面と反対側の他面に誘電体薄膜を有している。

このプラズマ電子密度測定用の面状共振素子では、プラズマと接触する本体の前記他面が誘電体薄膜で被覆されているので、本体からの不純物発生を抑制することができ、プラズマが不純物で汚染されることを抑制することが可能となる。

本発明のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子の好適な態様において、前記本体は、前記同軸ケーブルとの電気的接続点を除く該本体の表面全体に形成された誘電体薄膜を有している。

このプラズマ電子密度測定用の面状共振素子では、本体の同軸ケープルとの電気的接続点を除く表面全体が誘電体薄膜で被覆されている。前記（ 1 ) 式からわかるように、比誘電率 ε を大きくすれば、共振周波数 f _r を下げることができる。このため、共振周波数 f _r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な比誘電率 ε の大きさを所定値以上に確保しつつ、本体の小型化を図ることが可能となる。ここに、誘電体薄膜が厚くなりすぎると、プラズマの影響を受けにくくなつて感度が落ちる。このため、誘電体薄膜による測定精度の低下を抑える観点より、誘電体薄膜の厚さは 2 m m程度以下とすることが好ましく、 0 . 1 m m程度以下とすることがより好ましい。一方、比誘電率 εの増大による本体小型化の効果が有効に達成するには、誘電体薄膜の厚さを 0 . 5 m m程度以上とすることが好ましく、 2 m m程度以上とすることがより好ましい。

また、前記誘電体薄膜の材料としては特に限定されず、石英、プラスチックスゃセラミックス等から適宜採択することができる。なお、取り扱いの容易性等を考慮すれば、アルミナ等のセラミックスを用いることが好ましい。

上記課題を解決する本発明のプラズマ電子密度測定方法は、請求項 1 乃至 7のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子を用いるプラズマ電子密度測定方法であって、前記容器のポート穴内に揷入した前記面状共振素子を、該容器の内壁面に前記本体が沿うように配置した状態で測定することを特徴とするものである。

このプラズマ電子密度測定方法では、容器の内壁面に前記本体が沿うように配置した状態で測定するので、測定中に面状共振素子がプラズマ内に突出することに起因するプラズマの擾乱を抑えることができる。そして、この状態でメンテナンス等をしても面状共振素子が破損するおそれも少ない。このため、量産機のプラズマ電子密度測定に好適に利用することができる。

上記課題を解決する本発明のプラズマ電子密度測定装置は、請求項 1 乃至 7のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子を、前記容器のポート穴内に配設したことを特徴とするものである。このプラズマ電子密度測定装置では、容器のポート穴内に面状共振素子が配設されているので、測定中に面状共振素子がプラズマ内に突出することに起因するプラズマの擾乱を抑えることができる。そして、この状態でメンテナンス等をしても面状共振素子が破損するおそれも少ない。このため、量産機のプラズマ電子密度測定に好適に利用することができる。

本発明のプラズマ電子密度測定装置の好適な態様において、前記面状共振素子は、前記容器の内壁面と前記本体の他面とが略面一状態となるように、前記ポート穴内に配設されている。

このプラズマ電子密度測定装置では、容器の内壁面と前記本体の他面とが略面一状態となるように、面状共振素子がポート穴内に配置されているので、測定中にこの面状共振素子がプラズマ内に突出することがない。このため、プラズマの擾乱や面状共振素子の破損を確実に防止することができる。図面の簡単な説明

図 1は、実施形態 1に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 2は、実施形態 1に係る面状共振素子を用いて、プラズマの電子密度を測定する様子を模式的に示す部分断面図である。

図 3は、実施形態 1に係る面状共振素子を用いて、プラズマの電子密度を測定する様子を模式的に示す説明図である。

図 4は、実施形態 2に係る面状共振素子の構成を模式的に示す断面図である。

図 5は、実施形態 3に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 6は、実施形態 4に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 7は、実施形態 5に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 8は、実施形態 6に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 9は、実施形態 7に係る面状共振素子の全体構成を模式的に示す平面図である。

図 1 0は、実施形態 8に係る面状共振素子の構成を模式的に示す断面図である。

図 1 1は、実施形態 3に係る面状共振素子について、素子の周波数特性の電磁界シミユレーションを行った結果を示す図である。

図 1 2は、図 1 1から共鳴周波数を読んで、電子密度に対してプロットした図である。

図 1 3は、実施形態 3に係る面状共振素子について、誘電体フィルムが素子特性に与える影響をシミュレーションで調べた結果を示す図である。

図 1 4は、実施形態 3に係る面状共振素子について、シースの厚さが素子特性に与える影響をシミユレーションで調べた結果を示す図である図 1 5は、実施形態 3に係る面状共振素子について、素子特性の実験結果を示す図である。

図 1 6は、図 1 5に示される共振周波数から、式（4 ) に基づき計算により求めた電子密度を示す図である。

図 1 7は、従来例に係り、ラングミュアプローブを用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。

図 1 8は、従来例に係り、マイクロ波干渉法を用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。

図 1 9は、従来例に係り、表面波プローブを用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。

図 2 0は、従来例に係り、 U字型線状共振プローブを用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。

図 2 1は、従来例に係り、 2本の同軸ケーブルをもつ U字型線状共振プローブを用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。図 2 2は、従来例に係り、 1本の同軸ケーブルをもつ U字型線状共振プローブを用いたプラズマ電子密度の測定方法を示す説明図である。図 2 3は、入射パワー I、透過パワー T及び反射パワー Rと、周波数との関係を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

(実施形態 1 )

図 1〜図 3に示される本実施形態に係る面状共振素子 1は、電磁波の共振現象を利用して、容器 2内に生成したプラズマ 3の電子密度を測定するためのものである。

この面状共振素子 1は、導電板としての金属製平板よりなる本体 1 0 と、この本体 1 0の一面に電気的に接続された同軸ケーブル 2 0とを備えている。

前記本体 1 0は、厚さが 0 . l〜 l m mで、矩形状の金属製平板の一部を所定形状に切り抜くことにより、全体形状が略矩形状に形成されている。すなわち、この本体 1 0は、両端のうちの一端が本体 1 0の外縁に開口して所定の幅 d及び長さ Lを有する細長空間部 1 1を有している。この細長空間部 1 1は、切り抜き幅に対して切り抜き長さが長くなるように、本体 1 0の外縁から本体 1 0の一部が細長く切り抜かれた状態とされることで形成されている。

細長空間部 1 1は、本体 1 0の長手方向（図 1の左右方向）の一端側 (図 1の左側）の外縁から他端側（図 1の右側）に向かって長手方向に細長く直線状に延びている。また、この細長空間部 1 1は、本体 1 0の短手方向の一端側（図 1の上側）に近い位置に形成されている。さらに、細長空間部 1 1の形状は U字型とされている。

以下に示すように、細長空間部 1 1の幅は、プラズマの電子密度及ぴ電子温度で決まるシース厚さに基づいて設定され、また、細長空間部 1 1の長さは、測定を希望するプラズマの電子密度と、所望の測定精度及ぴ該測定精度で測定が可能となる共振周波数の条件とに基づいて設定される。

細長空間部 1 1の幅 dは、後述する第 2面部 1 3の周りにできるシース（鞘）の厚さ（数 m m)より大きい値とされている。

この細長空間部 1 1の幅 dは、細長空間部 1 1内にプラズマを良好に導入させる観点より、電子密度と電子温度で決まるシースの厚さより十分に大きくすることが望ましい。通常の材料プロセスに用いられるブラズマの場合、 dの値は数 m m以上とするのが望ましい。

また、細長空間部 1 1の長さ Lは、以下に述べる考察から、測定したい電子密度 n。と、欲しい測定精度から、ある長さより大きい値とするのが望ましい。すなわち、前記式

² + f

から分かるように、電子密度 n。のときの共振周波数 f _r は、電子密度が零であるときの共振周波数 f 。よりも、電子プラズマ周波数 f _p の分だけ高い方にずれる。

ここで、 n。 = 0のとき前記式，（ 2 ) から ε - lであり、これを前記式（ 1 ) に代入して、

f 0 = c / ( 4 L ) … ( 6 ) となり、長さ Lだけで f 。の値は決まる。これに対して f _p は Lによらず、電子密度 n。だけで決まる。したがって式（4 ) から、測定したい電子密度 n。で決まる f _p 力 S、長さ Lで決まる f 。よりもはるかに小さいとき、プラズマによる周波数のズレが非常に小さくなってしまい、測定精度が悪くなり、ついには測定不能になる。

以上のことから、 f 。が f _p より大きいほど、観測される周波数のズレが小さくなり、彻]定が困難となる。そこで、実用上許される精度で測定が可能になる最低条件として、

f 0 < 1 0 f _p … （ 7 ) を仮定すれば、式（6 ) と式（ 7 ) から

L > ( π c / 2 0 ) ( m _e ε 。 / e ² η 。） ^{1 / 2} …

( 8 )

を満たすように長さ Lの値を決定すればよい。

前記本体 1 0は、前記細長空間部 1 1を挟んで細長空間部 1 1の幅方向（アンテナ本体 1 0の短手方向）に相対する第 1面部 1 2及び第 2面部 1 3 と、第 1面部 1 2及び第 2面部 1 3を一体に連結する連結部（図 1に斜線で示す部分） 1 4とから構成されている。すなわち、本体 1 0 は、細長空間部 1 1の閉端部 1 1 aに隣接する連結部 1 4と、連結部 1 4を境に仕切られるとともに連結部 1 4により一体に連結された第 1面部 1 2及ぴ第 2面部 1 3 とから構成されている。なお、第 1面部 1 2は連結部 1 4よりも本体 1 0の中心側に在る（本体 1 0の中心が第 1面部 1 2内に在る）。

前記第 1面部 1 2は、帯状に細長く延びる前記第 2面部 1 3よりも面積が大きくされている。面積の大きい第 1面部 1 2により機械的強度を良好に確保する観点からは、第 1面部 1 2の面積は第 2面部 1 3の面積の 2倍以上であることが好ましく、 5倍以上であることがより好ましく、 8倍以上であることが特に好ましい。なお、本実施形態では、第 1面部 1 2の面積は第 2面部 1 3の面積の 1 ' 0倍程度とされている。

同軸ケーブル 2 0は、いわゆるセミリジッドケーブルよりなり、外皮導体（銅パイプ） 2 1 と、この外皮導体 2 1内に充填された絶縁材料 (ポリエチレン）中に埋設された芯導体 2 2とを備えている。なお、本実施形態では、同軸ケーブル 2 0の外径は 3 m mとした。

そして、同軸ケーブル 2 0の外皮導体 2 1が第 1面部 1 2に電気的に接続されるとともに、同軸ケーブル 2 0の芯導体 2 2が第 2面部 1 3に電気的に接続されている。より具体的には、細長空間部 1 1の他端側付近（U字型の底部たる閉端部 1 1 a付近）において、はんだ付けにより、外皮導体 2 1の先端部が G点で第 1面部 1 2に固定されており、芯導体 2 2の先端 Cから延びるリ一ド線 2 3が A点で第 2面部 1 3に固定されている。なお、リード線 2 3は、芯導体 2 2の延長線として一体に設けてもよい。

また、同軸ケーブル 2 0は、第 1面部 1 2に対して平行方向に鉛直に延びる縦部 2 4と、第 1面部 1 2に対して直角方向に水平に延びる横部 2 5とを有している（図 1及び図 2参照）。そして、同軸ケーブル 2 0 の縦部 2 4の長さは、第 1面部 1 2の幅よりも小さくされている。したがって、同軸ケーブル 2 0は、外皮導体 2 1が第 1面部 1 2の投影面内に収まるように配設されている。

このように本体 1 0に対して同軸ケーブル 2 0が電気的に接続されることで、芯導体 2 2の先端 C、リ一ド線 2 3の先端たる第 2面部 1 3の A点、連結部 1 4、及び第 1面部 1 2の G点たる外皮導体 2 1の先端により、電流ループ C A Gが形成される。この電流ループ C A Gは、前述した u字型線状共振プローブにおける微小ループアンテナと等価であり、図 1 6の送信用ループ 8 9と同じ働きをする。

すなわち、電源としてネットワークアナライザー 4 (図 3参照）から同軸ケーブル 2 0の芯導体 2 2を介して入射された入射パワー I は電流ループ C A Gの部分で本体 1 0を励振するのに用いられ、残りは反射パヮー Rとして同軸ケーブル 2 0の外皮導体 2 2から電源側に戻る。そして、この電流ループ C A Gで励起された電磁波は、細長空間部 1 1の縁に沿って伝搬し、前記共振条件の（ 1 ) 式を満たすとき、共鳴的に電磁波が強く励起される。この励起パワーの分だけ同軸ケーブル 2 0を通つて電源側にもどる反射パワー Rが減少するので、図 1 8 ( c ) のように周波数 f _r で反射パワー Rが減少する。厳密には、周波数 f _r は本体 1 0の形状やループの形状等に若干依存するので、正確には電磁界シミユレーションを行って較正する必要がある。

本実施形態に係る面状共振素子 1を用いて、プラズマの電子密度を測定する方法を以下、説明する。

図 2及び図 3は、本実施形態に係るプラズマ電子密度測定装置の概略構成を模式的に示すものである。

このプラズマ電子密度測定装置では、図 2に示されるように、プラズマ 3が生成される密閉空間を有する略円筒状の容器 2の側壁 2 aに、素子挿入用の筒部 2 dがー体に設けられており、この筒部 2 dにより外部と容器 2内とを連通するポート穴 2 bが形成されている。そして、このポート穴 2 b内に前記面状共振素子 1が挿入され、容器 2の内壁面 2 c に本体 1 0が沿うように配置されている。より詳しくは、容器 2の内壁面 2 c と本体 1 0の他面（同軸ケーブル 2 0が固定された前記一面とは反対側の裏面） 1 0 a とが略面一状態となるように、面状共振素子 1がポート穴 2 b内に配設されている。また、この装置は、周波数を掃引しならが高周波電力を入射パワー I として面状共振素子 1に供給するとともに、面状共振素子 1から戻る反射パワー Rをモニター可能なネットヮークアナライザー 4と、容器 2内でプラズマを生成するためのプラズマ生成手段（図示せず）とを備えている。

この状態で、図 3に示すように、電源としてのネットワークアナライザ一 4から入射パワー Iの電力を同軸ケーブル 2 0に供給する。そして、上述のとおり電流ループ C A Gで電磁波が励起され、励起された電磁波は細長空間部 1 1からプラズマ 3側へ放射される。このネットワークァナライザ一 4は周波数を掃引しならが微小の入射パワー Iを本体 1 0側に送り、同時に本体 1 0から戻ってくる反射パワー Rもモニターする機能が付いている。このため、反射パワー Rを計測すれば、図 1 8 ( c ) に示すように共振周波数 f _r において共鳴的に反射が減少することを利用して、式（ 5 ) から細長空間部 1 1近傍の電子密度を求めることができる。

また、図 3の一点鎖線で示すように、面状共振素子 1を容器 2内で進退動させれば、プラズマ 3内の電子密度分布を測定することが可能である。ただし、本体 1 0全体のサイズが大きいので、本体 1 0の前記他面 1 0 aにシースが形成されて電子密度が局所的に低下するおそれがある。この面状共振素子 1によるプラズマの乱れの影響を考慮して、挿入前の電子密度を求めるには、一度、擾乱の少ないラングミユア · プローブ等によって正しい密度を測っておいて、較正することが望ましい。

一方、面状共振素子 1を移動させて、容器 2の内壁面 2 c と本体 1 0 の他面 1 0 a とを一致させれば、プラズマ 3に対する擾乱を無くして、壁面付近における電子密度を正確に測定することができる。

以上のとおり、本実施形態に係る面状共振素子 1では、本体 1 0が、第 1面部 1 2、第 2面部 1 3及び連結部 1 4が平面状に一体に形成されてなる。そして、第 1面部 1 2に同軸ケーブル 2 0の外皮導体 2 1が接続され、第 2面部 1 3に同軸ケーブル 2 0の芯導体 2 2が接続されている。このため、前述した従来の U字型線状共振プローブと比較して、製作が容易で、かつ、機械的強度も高くなる。

また、この面状共振素子 1では、第 2面部 1 3よりも面積の大きい第 1面部 1 2により、機械的強度を良好に確保することができる。そして、この面積の大きい第 1面部 1 2の投影面内に外皮導体 2 1が収まるように同軸ケーブル 2 0が配設されているので、外皮導体 2 1をプラズマ 3 から確実に遮蔽することができる。

そして、この面状共振素子 1を、容器 2の内壁面 2 c と本体 1 0の他面 1 0 a とが略面一状態となるように、ポート穴 2 b内に配置した状態で測定することで、測定中にこの面状共振素子 1がプラズマ 3内に突出することがない。このため、プラズマ 3の擾乱や面状共振素子 1の破損を確実に防止することができる。したがって、量産機のプラズマ電子密度測定に好適に利用することができる。

(実施形態 2 )

図 4に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、前記本体 1 0の前記他面 1 0 aが誘電体薄膜 1 5で被覆されている。

このため、本体 1 0から金属不純物が発生することを抑制でき、ブラズマ 3が金属不純物で汚染されることを抑制することが可能となる。かかる金属汚染をより効果的に抑制する観点からは、前記本体 1 0の全体（ただし、本体 1 0の前記一面のうち同軸ケーブル 2 0との電気的接続点を除く）を誘電体薄膜 1 5で被覆することが好ましい。

その他の構成及び作用効果は、前記実施形態 1 と同様である。したがつて、実施形態 1の説明を援用し、重複的記載を避けることとする。

(実施形態 3 )

図 5に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、本体 5 0が、円（真円）形状の金属製平板の一部を所定形状に切り抜くことにより、全体形状が略円形状に形成されている。すなわち、この本体 5 0は、両端のうちの一端が本体 5 0の外縁に開口して所定の幅 d及ぴ長さ Lを有する細長空間部 5 1を有している。この細長空間部 5 1は、切り抜き幅に対して切り抜き長さが長くなるように、本体 5 0の外縁から本体 5 0の一部が細長く切り抜かれた状態とされることで形成されている。

細長空間部 5 1は、本体 5 0の直径部分の一端から円弧状（半円弧状に）に細長く延ぴている。また、この細長空間部 0 1は、本体 5 0の外周側に近い位置に形成されている。

細長空間部 5 1の幅 dは、後述する第 2面部 5 3の周りにできるシース（鞘）の厚さ（数 m m )より大きい値とされている。

本体 5 0は、前記細長空間部 5 1 を挟んで細長空間部 5 1 の幅方向 (本体 1 0の半径方向）に相対する第 1面部 5 2及び第 2面部 5 3と、第 1面部 5 2及び第 2面部 5 3を一体に連結する連結部 5 4 (図 5に斜線で示す部分）とから構成されている。すなわち、本体 5 0は、細長空間部 5 1の閉端部 5 1 aに隣接する連結部 5 4と、連結部 5 4を境に仕切られるとともに連結部 5 4により一体に連結された第 1面部 5 2及び第 2面部 5 3とから構成されている。なお、第 1面部 5 2は連結部 5 4 よりも本体 5 0の中心側に在る（本体 5 0の中心が第 1面部 5 2内に在る）。

前記第 1面部 5 2は、半円弧帯状に細長く延びる前記第 2面部 5 3よりも面積が大きくされている。 '

その他の構成は、前記実施形態 1 と同様である。したがって、本実施形態は、前記実施形態 1 と基本的に同様の作用効果を奏する。よって、実施形態 1の説明を援用し、重複的記載を避けることとする。

(実施形態 4 )

図 6に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は.、前記実施形態 1において、細長空間部 1 1が略矩形状の本体 1 0の四辺に沿って連続して延ぴて本体 1 0をほぼ一周するように、細長空間部 1 1の長さを長くしたものである。

したがって、この実施形態に係る面状共振素子 1は、実施形態 1に係る面状共振素子 1 と比較して、鉀長空間部 1 1の長さ Lが長くなつている分だけ、共振周波数 f _r を下げることができる。よって、共振周波数 f r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な細長空間部 1 1の長さ Lを所定値以上に確保しつつ、本体 1 0の小型化を図ることが可能となる。

(実施形態 5 )

図 7に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、前記実施形態 1において、細長空間部 1 1が略矩形状の本体 1 0の四辺に沿って連続して延ぴて本体 1 0をほぼ二周するように、細長空間部 1 1の長さを長くしたものである。

すなわち、この実施形態における本体 1 0は、細長空間部 1 1の閉端部 1 1 aに隣接する連結部 1 4と、連結部 1 4を境に仕切られるとともに連結部 1 4により一体に連結された第 1面部 1 2及び第 2面部 1 3とから構成されている。 ^お、第 1面部 1 2は連結部 1 4よりも本体 1 0 の中心側に在る（本体 1 0の中心が第 1面部 1 2内に在る）。

そして、細長空間部 1 1は、本体 1 0の外縁側から中心側に向かって渦巻き（ほぼ 2周する渦巻き）状に延びる直線部により形成されている。細長空間部 1 1を渦巻き状にすれば、本体 1 0の大きさにかかわらず細長空間部 1 1の長さ Lを容易に長くすることができる。

したがって、この実施形態に係る面状共振素子 1は、実施形態 1及び実施形態 4に係る面状共振素子 1 と比較して、細長空間部 1 1の長さ L が長くなつている分だけ、より効果的に共振周波数 f _r を下げることができる。よって、共振周波数 f _r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な細長空間部 1 1の長さ Lを所定値以上に確保しつつ、本体 1 0の小型化をより効果的に図ることが可能となる。ここに、渦巻き状に延びる細長空間部 1 1の卷き数は特に限定されないが、巻き数を多くして細長空間部 1 1の長さ Lを長くすればするほど本体 1 0をより効果的に小型化することができる。

(実施形態 6 ) 図 8に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、前記実施形態 3において、細長空間部 5 1が略円形の本体 5 0の外周に沿って連続して延ぴて本体 5 0をほぼ一周するように、細長空間部 5 1の長さを長くしたものである。

したがって、この実施形態に係る面状共振素子 1は、実施形態 3に係る面状共振素子 1 と比較して、細長空間部 5 1の長さ Lが長くなっている分だけ、共振周波数 f _r を下げることができる。よって、共振周波数 f _r . を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な細長空間部 1 1の長さ Lを所定値以上に確保しつつ、本体 5 0の小型化を図ることが可能となる。

(実施形態 7 )

図 9に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、前記実施形態 3において、細長空間部 5 1が略円形状の本体 5 0の外周に沿って連続して延ぴて本体 5 0をほぼ二周するように、細長空間部 5 1の長さを長くしたものである。

すなわち、この実施形態における本体 5 0は、細長空間部 5 1の閉端部 5 1 aに隣接する連結部 5 4と、連結部 5 4を境に仕切られるとともに連結部 5 4により一体に連結された第 1面部 5 2及び第 2面部 5 3とから構成されている。なお、第 1面部 5 2は連結部 5 4よりも本体 1 0 の中心側に在る（本体 5 0の中心が第 1面部 5 2内に在る）。

そして、細長空間部 5 1は、本体 5 0の外縁側から中心側に向かって渦巻き（ほぼ 2周する渦巻き）状に延びる曲線部により形成されている。細長空間部 5 1を渦巻き状にすれば、本体 5 0の大きさにかかわらず細長空間部 5 1の長さ Lを容易に長くすることができる。

したがって、この実施形態に係る面状共振素子 1は、実施形態 3及ぴ実施形態 6に係る面状共振素子 1 と比較して、細長空間部 5 1の長さ L が長くなつている分だけ、より効果的に共振周波数 f ^ を下げることができる。よって、共振周波数 f _r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な細長空間部 5 1の長さ Lを所定値以上に確保しつつ、本体 5 0の小型化をより効果的に図ることが可能となる。ここに、渦巻き状に延びる細長空間部 5 1の巻き数は特に限定されないが、卷き数を多くして細長空間部 5 1の長さ Lを長くすればするほど本体 5 0をより効果的に小型化することができる。

その他の構成は、前記実施形態 1 と同様である。したがって、本実施形態は、前記実施形態 1 と基本的に同様の作用効果を奏する。よって、 '実施形態 1の説明を援用し、重複的記載を避けることとする。

(実施形態 8 )

図 1 0に示す本実施形態に係る面状共振素子 1は、前記本体 1 0の表面全体（ただし、本体 1 0の前記一面のうち同軸ケーブル 2 0との電気的接続点を除く）を誘電体薄膜 1 5で被覆したものである。

この誘電体薄膜 1 5は、本体 1 ◦をアルミナクロス (厚さ 0 . 1 m m 程度のアルミナ製布状のもの）で覆い、ァロンセラミックなどの接着剤で固定することにより、本体 1 0の表面全体に形成した。なお、アルミナ溶射で覆って誘電体薄膜とする方法も試みたが、厚さが不均一になつた。

したがって、この実施形態に係る面状共振素子 1では、共振周波数 f r を所定値以下に下げたい場合に、プラズマ電子密度の測定に必要な' 比誘電率 ε の大きさを所定値以上に確保しつつ、本体 1 0の小型化を図ることが可能となる。

また、本体 1 0から金属不純物が発生することを確実に抑制でき、プラズマ 3が金属不純物で汚染されることを確実に抑制することが可能となる。

その他の構成及び作用効果は、前記実施形態 1 と同様である。したがつて、実施形態 1の説明を援用し、重複的記載を避けることとする。【実施例】前記実施形態 3で示した面状共振素子の特性についての、シミュレーション結果や実測結果等を以下に示す。

(面状共振素子の特性のシミユレーション例 1 )

前記実施形態 3に係る面状共振素羊の円形素子あって、その半径が 1 5 mmであり、前記細長空間部の幅 dが 2 mmである場合に、これを一様な電子密度 n _e のプラズマ中においたときの、面状共振素子の周波数特性の電磁界シミュレーションを行った。周波数を変えながら、図 5 の点 Aからマイク口波を給電したときに、電源側に反射されて戻ってくる反射パワー Rをシミュレーションすると、図 1 1の結果が得られる。この図 1 1から、電子密度が零（プラズマが無し）の真空の場合、 1. 7 8 GH zのときに反射が共鳴的に減少していることが分かる。この共振周波数は、電子密度が増えるにつれて高い方にずれていき、 n _e = l O X l O ^ c m—³のときは 3. 3 GH zまで上昇する。

また、図 1 1から共振周波数を読んで、電子密度に対してプロットすると図 1 2が得られる。図 1 2中の実線は、式（4 ) から予想される共振周波数の値を示しており、シミュレーションから得られた点とよく一致している。

(面状共振素子の特性のシミユレーシヨン例 2)

金属が露出した共振素子本体がプラズマに直接さらされると、共振素子本体から金属原子が不純物として放出することがある。特に半導体製造では金属汚染が許されないので、共振素子本体を誘電体フィルム（誘電体薄膜）で被覆する必要がある。この誘電体フィルムが面状共振素子の特性にどのような影響を及ぼすかを、シミュレーションを行って評価することができる。

前記シミュレーション例 1で用いたのと同じ金属円板（厚さ 0. 2 m m) の両面を比誘電率 3の材料で薄くコーティングして、電子密度 n _e = 1 X 1 O i O c rn— ³のプラズマ中で用いたとき、シミュレーションによって図 6のような素子特性が得られる。その共振周波数をそのまま式 (4 ) に代入して計算される見かけ上の電子密度を η ·„ とし、正しい電子密度を n _e として、 n _a と n _e との比を A= n _a /n _e とするとき、 Aの値が誘電体薄膜フィルムの厚さによってどう変化するかを示したのが図 1 3である。

このシミュレーション結果から、誘電体フィルムが 0. 1 2 mmより薄ければ、 9 0 %の精度で式（4) からそのまま電子密度を計算できることが分かる。膜厚がそれよりかなり厚い場合は、図 1 3のシミュレ一シヨン結果を逆に利用して、見かけ上の電子密度 n _a を Aの値で割つて、正しい電子密度 n _e を求めなければならない。

(面状共振素子の特性のシミュレーション例 3 )

一般に、プラズマ中に物体を挿入すると、その周りにシースと呼ばれる境界層が形成される。その厚さは、電子密度と電子温度で決まるデバィ長の数倍と言われ、この層を真空であると仮定して、面状共振素子のシミュレーションを行った。この計算は、前記シミュレーション例 2で示した図 1 3のシミュレーションにおける誘電率を 1 とおき、誘電体の厚さをシースの厚さに置き換えたものとなる。そこで得られた結果を整理して、 Aの値と電子密度との関係として表したのが図 1 4である。ここで電子温度は 2. 5 e V—定としてシミュレ一ションしている。

図 1 4力ら、電子密度が 1 X I 0 ^{1 ()} c m— ³以上であれば A= lであり、シースの影響がないことが分かる。しかし、これより電子密度が低くなればなるほど、 Aの値は小さくなるので、シースの影響を考慮して較正する必要が出てくる。

(面状共振素子の特性の実測例）

前記シミユレーション例 1で示す図 1 1、図 1 2の電磁界シミュレーションに用いたものと同じ円板形状の面状共振素子を実際'に製作して実験を行った。直径 3 0 c mの円筒容器の中に、アルゴン圧力 2 0 mT o r rにおいて高周波誘導結合プラズマを生成した。このプラズマ中に、作製した面状共振素子を半径方向から挿入して、中心軸から 9 c mの位置に設置して、ネットワークアナライザーを用いて面状共振素子の特性を測定した。その結果を図 1 5に示す。ここで、放電パワーが零のとき、すなわち、真空においては共振周波数が 1. 7 9 GH zであることから、前述のシミュレーション結果と良く一致している。放電パワーを上げるにつれて、共振周波数が高くなり、電子密度が増していくのが見て取れる。この共振周波数から、式（4) を用いて求めた電子密度を図 1 6に示す。

Claims

請求の範囲

1 . 導電板を備える本体と、外皮導体及び該外皮導体内に充填された絶縁材料中に埋設された芯導体がそれぞれ該本体の一面に電気的に接続された同軸ケーブルとを備え、電磁波の共振現象を利用して、容器内に生成したプラズマの電子密度を測定するプラズマ電子密度測定用の面状共振素子であって、

前記本体は、両端のうちの一端が該本体の外縁に開口する細長空間部の閉端部に隣接する連結部と、該連結部を境に仕切られるとともに該連結部により一体に連結された第 1面部及び第 2面部とからなり、

前記同軸ケーブルの前記外皮導体が前記第 1面部及び前記第 2面部のうちの一方に接続されるとともに、該同軸ケーブルの前記芯導体が該第 1面部及ぴ該第 2面部のうちの他方に接続されていることを特徴とするプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

2 . 前記細長空間部の幅は、プラズマの電子密度及び電子温度で決まるシース厚さに基づいて設定され、

前記細長空間部の長さは、測定を希望するプラズマの電子密度と、所望の測定精度及ぴ該測定精度で測定が可能となる共振周波数の条件とに基づいて設定されることを特徴とする請求項 1記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

3 . 前記同軸ケーブルの前記外皮導体が前記第 1面部に接続されるとともに、該同軸ケーブルの前記芯導体が前記第 2面部に接続され、

前記同軸ケーブルは、前記外皮導体が前記第 1面部の投影面内に収まるように配設されていることを特徴とする請求項 1又は 2記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

4 . 前記細長空間部は、前記本体の外縁側から中心側に向かって渦巻き状に延びる直線部又は曲線部により形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

5 . 前記本体は、前記同軸ケーブルが接続された前記一面と反対側の他面に形成された誘電体薄膜を有していることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

6 . 前記本体は、該本体の前記同軸ケーブルとの電気的接続点を除く表面全体に形成された誘電体薄膜を有していることを特徴とする請求項 1 乃至 4のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子。

7 . 請求項 1乃至 6のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子を用いるプラズマ電子密度測定方法であって、

前記容器のポート穴内に挿入した前記面状共振素子を、該容器の内壁面に前記本体が沿うように配置した状態で測定することを特徴とするプラズマ電子密度測定方法。

8 . 請求項 1乃至 6のいずれか一つに記載のプラズマ電子密度測定用の面状共振素子を、前記容器のポート穴内に配設したことを特徴とするプラズマ電子密度測定装置。

9 . 前記面状共振素子は、前記容器の内壁面と前記本体,の他面とが略面一状態となるように、前記ポート穴内に配設されていることを特徴とする請求項 8記載のプラズマ電子密度測定装置。