(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマにレーザを照射し、該照射によって前記プラズマ中の負イオンから光離脱した電子を、前記プラズマ内の前記レーザが照射されている部分に挿入したプローブにより捕集して光離脱電子電流を計測することによって、前記負イオンの密度を計測するプラズマ中の負イオン計測方法において、
前記プラズマに、断面長方形のシート状レーザを照射すると共に、前記捕集中、前記シート状レーザの厚さ方向に対向する一対の面の一面から他面に向かって、前記プローブが挿入されている
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測方法。
【請求項２】
プラズマに照射するレーザを発生するレーザ発生手段と、前記プラズマ内の前記レーザが照射されている部分に挿入され、前記照射によって前記プラズマ中の負イオンから光離脱した電子を捕集するプローブとを備え、前記プローブによって捕集した光離脱電子電流を計測することによって、前記負イオンの密度を計測するプラズマ中の負イオン計測装置において、
前記レーザ発生手段は、断面長方形のシート状レーザを発生すると共に、該発生したシート状レーザを前記プラズマに照射し、
前記プローブは、前記捕集中、前記シート状レーザの厚さ方向に対向する一対の面の一面から他面に向かって、挿入されている
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記プローブの位置を、前記シート状レーザの厚さ方向に対して垂直な垂直方向に、移動させるプローブ移動手段と、
前記垂直方向における前記プローブの位置を変えながら、前記負イオンから光離脱した電子を捕集するように、前記プローブ移動手段を制御するプローブ制御手段と
をさらに備えたことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記プローブ制御手段は、前記負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、前記プローブが前記プラズマ外に移動するように、前記プローブ移動手段を制御する
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項５】
請求庫２記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記プローブを移動させるプローブ移動手段と、
前記負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、前記プローブが前記プラズマ外に移動するように、前記プローブ移動手段を制御するプローブ制御手段とを
さらに備えることを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項６】
請求項３、４又は５記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記プローブ移動手段は、前記プローブを、当該設置位置を基準にして、所定量、前記垂直方向に駆動する第１駆動手段と、
前記第１駆動手段を、前記所定量より小さい駆動範囲内で、前記垂直方向に駆動する第２駆動手段とを有する
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項７】
請求項２〜６何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記シート状レーザの照射位置を、当該シート状レーザの厚さ方向に移動させるレーザ移動手段と、
前記厚さ方向における前記シート状レーザの照射位置を変えながら、前記負イオンから光離脱した電子を捕集するように、前記レーザ移動手段を制御するレーザ制御手段と
をさらに備えたことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項８】
請求項２〜７何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記プラズマはシート状であり、
前記レーザ発生手段は、前記シート状プラズマの厚さ方向と、前記シート状レーザの厚さ方向とが垂直になるように、前記シート状レーザを照射する
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項９】
請求項２〜８何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記レーザ発生手段は、断面円形のレーザを断面長方形のシート状レーザに変換して出射する光学系を有する
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【請求項１０】
請求項９記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、
前記光学系が、平凹レンズと平凸レンズからなる
ことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ中の負イオン計測方法及びプラズマ中の負イオン計測装置に係わり、特に、エッチングや成膜などに用いられるプラズマ中の負イオンの密度を測定するためのプラズマ中の負イオン計測方法及び当該計測方法を実施したプラズマ中の負イオン計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負イオン計測は、エッチングや成膜などのプロセス用プラズマ、タイバータ周辺での核融合プラズマ、さらにダストプラズマなどの基礎プラズマの分野において重要な役割を果たしている。そのためプラズマ内の状態を理解するため、プラズマ中の負イオンの空間的な自動計測の必要が高まっている。
【０００３】
従来、この種の計測法として、図６に示すように、プラズマに断面円形のレーザ２を照射し、この照射によって負イオンから光脱離された電子をプローブ３により捕集し負イオンの密度を求める方法が特開平５−１３１９４号公報にて提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この提案の方法では、図６（ｂ）に示すように、レーザ２の径方向Ｙ１（詳しくはレーザ２の照射方向Ｙ２及びプローブ３の挿入方向Ｙ３の両者に垂直な径方向）の照射位置と、プローブ３の位置とを正確に合わせる必要があり、測定精度や時間効率において問題があった。また、この方法では、レーザ２をプローブ３にレンズなどの光学系を用いて集束させることが必要であり、自動的にプラズマ中の負イオン密度の空間分布を計測することが困難である。
【０００５】
この問題を解決するために、レーザ２の照射面積Ｓを大きくして、レーザ２の照射位置と、プローブ３の位置との位置合わせを容易にすることも考えられるが、レーザの照射面積を大きくするに従って、コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また反応性プラズマや高密度プラズマでは、長時間のプローブ挿入により、プローブの損傷が起こり、測定の信頼性を低下させていた。そのため産業用利用や遠隔操作等の観点から不都合が生じており、実用的な計測法として用いられていないのが現状である。
【０００７】
よって、本発明は、上述した現状に鑑みなされたもので、プラズマにレーザを照射して負イオンから光脱離された電子をプローブによって捕集して負イオンの密度を求めるに当たって、安価に、プラズマ内の負イオン計測の高精度化と高効率化を図ることができるプラズマ中負イオン計測方法及び装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１に示すように、プラズマ１０にレーザ２を照射し、該照射によって前記プラズマ中の負イオンから光離脱した電子を、前記プラズマ内の前記レーザが照射されている部分に挿入したプローブ３により捕集して光離脱電子電流を計測することによって、前記負イオンの密度を計測するプラズマ中の負イオン計測方法において、前記プラズマに、断面長方形のシート状レーザ２を照射すると共に、前記捕集中、前記シート状レーザの厚さ方向（ｘ軸方向）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、前記プローブが挿入されていることを特徴とするプラズマ中の負イオン計測方法に存する。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、プラズマ１０に、厚さ方向が幅方向に比べて肉薄となる断面長方形のシート状レーザ２を照射する。プラズマ１０内のシート状レーザ２が照射されている部分に、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸方向）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、プローブ３が挿入されている。照射によってプラズマ１０中の負イオンから光離脱した電子を、プローブ３によって捕集し、捕集した光離脱電子電流を計測することによって、負イオンの密度を計測する。
【００１０】
従って、プラズマ１０にシート状レーザ２を照射し、かつ、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸方向）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、プローブ３を挿入することにより、シート状レーザ２の幅方向となる幅広な幅Ｗを有する一対の面Ｆ１又はＦ２からプローブ３を挿入すればよく、プローブ３の位置とレーザ２の照射位置との位置合わせが容易となる。しかも、プローブ３挿入方向のシート状レーザ２は、肉薄となっているため、照射面積を小さく抑えることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、図１に示すように、プラズマ１０に照射するレーザ２を発生するレーザ発生手段と、前記プラズマ内の前記レーザが照射されている部分に挿入され、前記照射によって前記プラズマ中の負イオンから光離脱した電子を捕集するプローブとを備え、前記プローブによって捕集した光離脱電子電流を計測することによって、前記負イオンの密度を計測するプラズマ中の負イオン計測装置において、前記レーザ発生手段は、断面長方形のシート状レーザ２を発生すると共に、該発生したシート状レーザを前記プラズマに照射し、前記プローブは、前記捕集中、前記シート状レーザの厚さ方向に対向する一対の面の一面から他面に向かって、挿入されていることを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、レーザ発生手段が、プラズマ１０に、厚さ方向が幅方向に比べて肉薄となる断面長方形のシート状レーザ２を照射する。プラズマ１０内のシート状レーザ２が照射されている部分に、シート状レーザ２の断面長方形の厚さ方向（ｘ軸方向）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、プローブ３が挿入されている。照射によってプラズマ１０中の負イオンから光離脱した電子を、プローブ３によって捕集し、捕集した光離脱電子電流を計測することによって、負イオンの密度を計測する。
【００１３】
従って、プラズマ１０にシート状レーザ２を照射し、かつ、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、プローブ３を挿入することにより、シート状レーザ２の幅方向となる幅広な幅Ｗを有する一対の面Ｆ１又はＦ２からプローブ３を挿入すればよく、プローブ３の位置とレーザ２の照射位置との位置合わせが容易となる。しかも、プローブ３挿入方向のシート状レーザ２は、肉薄となっているため、照射面積を小さく抑えることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記プローブの位置を、前記シート状レーザの厚さ方向に対して垂直な垂直方向に、移動させるプローブ移動手段と、前記垂直方向における前記プローブの位置を変えながら、前記負イオンから光離脱した電子を捕集するように、前記プローブ移動手段を制御するプローブ制御手段とをさらに備えたことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、プローブ移動手段が、プローブの位置を、厚さ方向に対して垂直な垂直方向に、移動させる。プローブ制御手段が、垂直方向におけるプローブの位置を変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集するように、プローブ移動手段を制御する。従って、レーザの照射位置を変えることなく、厚さ方向に対して垂直な垂直方向における、負イオンの密度分布を計測することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記プローブ制御手段は、前記負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、前記プローブが前記プラズマ外に移動するように、前記プローブ移動手段を制御することを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、プローブ制御手段が、負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、プローブがプラズマ外に移動するようにプローブ移動手段を制御する。従って、一回捕集する毎に、プローブをプラズマ外に移動することにより、長時間プローブがプラズマ内に挿入されることがなくなり、プローブの損傷を防止することができる。しかも、プローブの位置を変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集するためのプローブ移動手段を用いてプラズマ外に移動させることにより、捕集のためのプローブ移動手段とプラズマ外に移動させるためのプローブ移動手段とを別途に設ける必要がない。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求庫２記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記プローブを移動させるプローブ移動手段と、前記負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、前記プローブが前記プラズマ外に移動するように、前記プローブ移動手段を制御するプローブ制御手段とをさらに備えることを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、負イオンから光離脱した電子を一回捕集する毎に、プローブがプラズマ外に移動するようにプローブ移動手段を制御する。従って、一回捕集する毎に、プローブをプラズマ外に移動することにより、長時間プローブがプラズマ内に挿入されることがなくなり、プローブの損傷を防止することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項３、４又は５記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記プローブ移動手段は、前記プローブを、当該設置位置を基準にして、所定量、前記垂直方向に駆動する第１駆動手段と、前記第１駆動手段を、前記所定量より小さい駆動範囲内で、前記垂直方向に駆動する第２駆動手段とを有することを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、プローブ移動手段において、第１駆動手段が、プローブを、その設置位置を基準にして、所定量、垂直方向に駆動する。第２駆動手段が、第１駆動手段を、所定量より小さい駆動範囲内で、垂直方向に駆動する。
【００２２】
以上の構成によれば、第１駆動手段として、応答速度は速いが、細かい駆動が行えないエアシリンダなどを用い、第２駆動手段として、応答速度は遅いが、細かい駆動が行えるステッピングモータなどを用いることができる。そして、プローブがプラズマ外にあるとき、第２駆動手段が、プラズマ内でのプローブの予め定めた垂直方向位置に応じて量、第１駆動手段を駆動して、第１駆動手段の設置位置を変える。その後、第１駆動手段が、プラズマ外からプラズマ内に向かって垂直方向に、所定量、プローブを駆動すれば、プローブをプラズマ内の予め定めた垂直方向位置に移動させることができる。
【００２３】
そして、捕集・計測後、第１駆動手段が、プローブを再び、プラズマ内からプラズマ外に向かって垂直方向に、所定量、駆動して、プラズマ外に移動させる。第１駆動手段及び第２駆動手段を用いて以上のように、プローブを駆動させれば、プローブのプラズマ外からプラズマ内またはプラズマ内からプラズマ外への移動を素早く行えると共に、プラズマ内でのプローブの垂直方向位置の移動も正確に行うことができる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項２〜６何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記シート状レーザの照射位置を、当該シート状レーザの厚さ方向に移動させるレーザ移動手段と、前記厚さ方向における前記シート状レーザの照射位置を変えながら、前記負イオンから光離脱した電子を捕集するように、前記レーザ移動手段を制御するレーザ制御手段とをさらに備えたことを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００２５】
請求項７記載の発明によれば、レーザ移動手段が、シート状レーザの照射位置を、厚さ方向に、移動させる。レーザ制御手段が、厚さ方向におけるシート状レーザの位置を変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集するように、前記レーザ移動手段を制御する。従って、プローブの位置を変えることなく、厚さ方向における、負イオンの密度分布を計測することができる。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項２〜７何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記プラズマはシート状であり、前記レーザ発生手段は、前記シート状プラズマの厚さ方向と、前記シート状レーザの厚さ方向とが垂直になるように、前記シート状レーザを照射することを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、プラズマはシート状である。レーザ発生手段が、シート状プラズマの厚さ方向と、シート状レーザの厚さ方向とが垂直になるように、シート状レーザを照射する。従って、厚さ方向とが一致する場合に比べて、シート状プラズマに対するシート状レーザの照射位置の位置合わせを簡単に行うことができる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項２〜８何れか１項記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記レーザ発生手段は、断面円形のレーザを断面長方形のシート状レーザに変換して出射する光学系を有することを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、レーザ発生手段が、断面円形のレーザを断面長方形のシート状レーザに変換して出射する光学系を有する。従って、光学系を用いてシート状レーザを得ることにより、簡単にシート状レーザを発生させることができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のプラズマ中の負イオン計測装置であって、前記光学系が、平凹レンズと平凸レンズからなることを特徴とするプラズマ中の負イオン計測装置に存する。
【００３１】
請求項１０記載の発明によれば、光学系が、平凹レンズと平凸レンズからなる。従って、レンズ光学系を簡単な構成にすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図２は、プラズマ中の負イオン計測方法を実施したプラズマ中の負イオン計測装置の一実施形態を示す図である。同図において、１は断面正方形の方形の空間を形成しているプラズマ発生室であり、部分的に破断して描かれている。プラズマ発生室１は、図示しない排気ポンプによって排気管１１を通じて排気されて低圧にされている。
【００３３】
プラズマ発生室１は、その内部に、図示しない対極との間にプラズマ１０を発生させるプラズマ発生電極１２を有する。図示の例では、プラズマ発生室１内において発生されるプラズマ１０は断面長方形のシート状になっている。なお、図において、１３はプラズマ発生室１の外部からプラズマ発生電極１２にプラズマ発生のための電力を供給する電力供給線である。
【００３４】
今、後の説明のため、プラズマ発生室１内のプラズマ発生電極間に発生されるプラズマ発生方向をｚ軸、発生されたシート状のプラズマ１０の厚さ方向をｙ軸、そして幅方向をｘ軸とする直交座標の軸方向を定めている。
【００３５】
プラズマ発生室１を形成している壁面のうち、プラズマ１０のシート面に平行な面を有する一方の壁１ａには、詳細は後述する断面長方形のシート状レーザ２を入射するためのｚ軸方向を長辺、ｘ軸方向を短辺とする長方形状の光透過窓１５が気密を保って形成されている。
【００３６】
上記シート状レーザ２は、厚さ方向がｘ軸に、幅方向がｚ軸に平行になるように入射されている。以上のことから、プラズマ１０の厚さ方向（ｙ軸）と、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸）とが垂直になるように、シート状レーザ２がシート状プラズマ１０に照射されていることがわかる。
【００３７】
このように、シート状のプラズマ１０とシート状レーザ２との厚さ方向を一致させる場合に比べて、プラズマ１０に対するシート状レーザ２の照射位置の位置合わせを簡単に行うことができる。
【００３８】
また、３はプローブであり、このプローブ３は、図１に示すように、互いに略直交する上端部３ａ及び下端部３ｂから構成されている。このプローブ３の上端部３ａは、図２に示すように、ｙ軸方向に延びており、光透過窓１５が形成されている壁１ａの面と平行な面を有する他方の壁１ｂに設けられた孔に挿入されている。
【００３９】
一方、プローブ３の下端部３ｂは、図１に示すように、ｘ軸方向に延びており、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって挿入されている。プローブ３としてはラングミュア・プローブが使用されている。この孔が開けられた壁１ｂの外側には、プローブ３をｙ軸方向に移動させるプローブ移動手段としてのプローブ駆動機構４が取り付けられている。
【００４０】
図３はシート状レーザ２の発生の仕方と、このシート状レーザ２のシート状プラズマ１０への照射の仕方とを示す図である。シート状レーザ２は、図示しないＹＡＧレーザが発生する断面円形のレーザを、光学系２１を用いて断面長方形に変換して得られたものである。
【００４１】
光学系２１は、いずれも柱方向がｘ軸に一致されてｚ軸方向に離間して配された柱状レンズの一種であり、１面が平面で１面が凹面である単レンズからなる平凹レンズ２１ａと、１面が平面で１面が凸面である単レンズからなる平凸レンズ２１ｂとによって形成されている。
【００４２】
柱方向がｘ軸に沿った平凹レンズ２１ａは、平面側に入射したＹＡＧレーザからの断面円形のレーザビームをｙ軸方向に発散して凹面側から出射する。平凸レンズ２１ｂは、平凹レンズによってｙ軸方向に拡散したレーザビームを平面側に入射し、これを収束して平行光に変換して凸面側から出射することで、シート状レーザ２を発生する。平凸レンズ２１ｂから出射されたシート状レーザ２は、ミラー２１ｃによって反射され、シート状プラズマ１０に照射される。以上のことから明らかなように、図示しないＹＡＧレーザ及び光学系２１がレーザ発生手段を構成している。また、このように、光学系２１を用いれば、簡単な構成で、シート状レーザ２を発生することができる。
【００４３】
次に、上述したプローブ駆動機構４の詳細について、図４を参照して、説明する。プローブ駆動機構４は、プローブ３の上端部３ａに固定されたフランジ４ａと、フランジ４ａからプラズマ発生室１までのプローブ３を覆う伸縮可能なベローズ４ｂと、フランジ４ａに駆動力を与えることによって、プローブ３を、その設置位置から所定量、ｙ軸方向に駆動させる第１駆動手段としてのエアシリンダ４ｃと、エアシリンダ４ｃの設置位置を、上記所定量より小さい駆動範囲内で、ｙ軸方向に駆動させる第２駆動手段としてのステッピングモータ４ｄとを備えている。
【００４４】
上述したステッピングモータ４ｄは、ｚ軸方向の回転駆動力を発生する。このステッピングモータ４ｄには、ｙ軸方向に延在し、ｚ軸方向に回転可能な回転軸４ｅの一端が接続されている。この回転軸４ｅの他端には、ギア４ｆが取り付けられている。そして、このギア４ｆは、ｚ軸方向に延在し、ｙ軸方向に回転可能な回転軸４ｇの中央部に固定されたギア４ｈと噛み合っている。
【００４５】
上述した回転軸４ｇの下端には、ハンドル４ｉが設けられている。また、回転軸４ｇの上端には、ギア４ｊが取り付けられている。そして、このギア４ｊには、ｙ軸方向に延在し、ｚ軸方向に回転可能な回転軸４ｋの一端に固定されたギア４ｌと噛み合っている。上記回転軸４ｋには、ねじ山が形成されており、このねじ山と螺合するねじ孔部４ｍに挿入されている。また、上述したねじ孔部４ｍには、エアシリンダ４ｃが固定されている。
【００４６】
以上の構成によれば、ステッピングモータ４ｄがｚ軸方向の回転駆動力を発生すると、このｚ軸方向の回転駆動力が回転軸４ｅを介してギア４ｆに伝達され、ギア４ｆもｚ軸方向に回転する。ギア４ｆのｚ軸方向の回転は、ギア４ｈによってｙ軸方向の回転に変換され、回転軸４ｇを介して、ギア４ｊに伝達される。つまり、ギア４ｊはｙ軸方向に回転する。そして、このギア４ｆのｙ軸方向の回転は、ギア４ｌによってｚ軸方向の回転に変換され、回転軸４ｋに伝達され、回転軸４ｋがｚ軸方向に回転する。
【００４７】
この回転軸４ｋのｚ軸方向の回転により、回転軸４ｋのねじ山と螺合するねじ孔部４ｍがｙ軸方向に駆動される。このねじ孔部４ｍのｙ軸方向の駆動に応じて、このねじ孔部４ｍに固定されたエアシリンダ４ｃの設置位置もｙ軸方向に駆動される。以上の動作により、ステッピングモータ４ｄによって、エアシリンダ４ｃを駆動して、設置位置を変えることができる。また、上述したプローブ駆動機構４においては、ハンドル４ｉをｙ軸方向に回転させても、エアシリンダ４ｃを駆動して、その設置位置を変えることができる。
【００４８】
次に、上述したプローブ駆動機構４には、図４に示すように、プローブ駆動機構４を制御する制御系回路５と、プローブ３が捕集した光離脱電子電流を計測するための計測系回路６とが接続されている。制御系回路５は、エアシリンダ４ｃを駆動させるための空気圧回路に直流電源を投入するＤＣサプライ５ａと、ステッピングモータ４ｃに対して駆動パルスを出力するユニバーサルソース５ｂとを備えている。
【００４９】
また、計測系回路６は、プローブ３に電圧を印加するユニバーサルソース６ａと、プローブ３に流れる光離脱電子電流値を読み取るデジタルマルチメータ６ｂとを備えている。上記ＤＣサプライ５ａ、ユニバーサルソース５ｂ、ユニバーサルソース５ｃ、デジタルマルチメータ５ｄは、マイクロコンピュータ７（以下、μＣＯＭ７）に接続され、μＣＯＭ７によって動作が制御されている。
【００５０】
上述した構成のプラズマ中の負イオン計測装置の動作を以下説明する。このプラズマ中の負イオン計測装置は、プローブ下端部３ｂの厚さ方向（ｘ軸方向）と垂直なｙ軸方向の位置を一定距離（≪所定量）つづ変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集して、光離脱電子電流を計測することにより、プラズマ１０のｙ軸方向の負イオン密度分布の計測を行うものである。
【００５１】
まず、初期状態において、プローブ下端部３ｂは、プラズマ１０外に配されており、プラズマ１０よりプローブ駆動機構４側に位置している。また、エアシリンダ４ｃの初期設置位置は、例えば、初期設置位置を基準として所定量、プローブ３をｙ軸上のプラズマ１０側に向かって駆動したとき、プローブ下端部３ｂのｙ軸方向の位置が、プラズマ１０の厚さ方向に対向する一対の面のうち、プローブ駆動機構４側にある面Ｆ３（図１参照）と一致するように定められている。
【００５２】
この状態で、μＣＯＭ７は、ユニバーサルソース６ｂを制御して、プローブ３に数１０又は数１００Ｈｚのサイン波形の電圧を印加する。次に、μＣＯＭ７は、ユニバーサルソース５ｂを通じて、ステッピングモータ４ｄを制御し、エアシリンダ４ｃを、初期設置位置から一定距離、ｙ軸上のプラズマ１０側に向かって駆動させる。次に、μＣＯＭ７は、ＤＣサプライ５ａを制御して、ＤＣサプライ５ａからエアシリンダ４ｃの空気圧回路に直流電源を投入させる。
【００５３】
この直流電源の投入に応じて空気圧回路が作動し、エアシリンダ４ｃが、ｙ軸上のプラズマ１０側に向かって、プローブ３を所定量駆動する。この結果、プローブ下端部３ｂが、シート状プラズマの面Ｆ３から一定距離、ｙ軸上のプラズマ１０側に移動する。
【００５４】
上述したプローブ３の移動終了後、デジタルマルチメータ６ｂはプローブ３に流れる光離脱電子電流を読み込む。次に、μＣＯＭ７は、ＤＣサプライ５ａを制御して、ＤＣサプライ５ａからエアシリンダ４ｃの空気圧回路に対する電源供給を遮断する。この電源供給遮断に応じて空気圧回路の作動が停止し、エアシリンダ４ｃが、ｙ軸上のプローブ駆動機構４側に向かって、プローブ３を所定量駆動する。この結果、プローブ下端部３ｂは、プラズマ１０外に移動する。
【００５５】
その後、デジタルマルチメータ６ｂは、読み込んだ光離脱電子電流をμＣＯＭ７に送る。μＣＯＭ７は、光離脱電子電流を受け取ると、再びユニバーサルソース５ｂを通じてステッピングモータ４ｄを制御して、エアシリンダ４ｃを、一定量、ｙ軸上のシート状プラズマ１０側に動かし、以下同様の動作を繰り返す。上述した計測を行った結果、図５に示すように、プラズマ１０の厚さ方向（ｙ軸方向）の負イオン密度分布を得ることができる。以上の動作から、μＣＯＭ７がプローブ制御手段として働くことが明らかである。
【００５６】
上述したプラズマ中の負イオン計測装置によれば、プラズマ１０にシート状レーザ２を照射し、かつ、シート状レーザ２の厚さ方向（ｘ軸方向）に対向する一対の面の一面Ｆ１から他面Ｆ２に向かって、プローブ３を挿入している。これにより、幅方向となる幅広な幅Ｗを有する一対の面Ｆ１又はＦ２からプローブ３を挿入すればよく、プローブ３の位置とレーザ２の照射位置との位置合わせが容易となる。
【００５７】
しかも、プローブ３挿入方向のシート状レーザ２は、肉薄となっているため、シート状レーザ２の照射面積を小さく抑えることができる。このため、シート状プラズマ１０にシート状レーザ２を照射して負イオンから光脱離された電子をプローブ３によって捕集して負イオンの密度を求めるに当たって、安価に、シート状プラズマ１０内の負イオン計測の高精度化と高効率化を図ることができる。
【００５８】
また、上述したプラズマ中の負イオン計測装置によれば、一回捕集し、計測する毎に、プローブ３をシート状プラズマ１０外に移動している。これにより、長時間プローブ３がシート状プラズマ１０内に挿入されることがなくなり、プローブ３の損傷を防止することができる。しかも、プローブ３の位置を変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集するためのプローブ駆動機構４を用いてシート状プラズマ１０外に移動させることにより、捕集のためのプローブ駆動機構と捕集毎にシート状プラズマ１０外に移動させるためのプローブ駆動機構とを別途に設ける必要がない。従って、安価に、計測の信頼性向上を図ることができる。
【００５９】
また、上述したプラズマ中の負イオン計測装置によれば、ｙ軸方向とシート状レーザの照射方向とを一致させることにより、プローブ３のみをｙ軸方向に移動することにより、簡単に、ｙ軸方向におけるプラズマ１０の負イオンの密度分布を計測した。
【００６０】
また、上述したように、応答速度は速いが、細かい駆動が行えないエアシリンダ４ｃによる駆動と、応答速度は遅いが、細かい駆動が行えるステッピングモータ４ｄによる駆動とを組み合わせてプローブ３の駆動を行うことにより、プローブ３のプラズマ１０外からプラズマ１０内またはプラズマ１０内からプラズマ１０外への移動を素早く行えると共に、プラズマ１０内でのプローブ３のｙ軸方向位置の移動も正確に行うことができる。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、プローブ３のｙ軸方向の位置を変えながら、負イオンの密度を計測する際、プローブ３による捕集が行われる毎に、プローブ３をプラズマ１０外に移動させていた。しかし、プローブ３のｙ軸方向の位置を変えず、同じ位置を何回か計測する場合も、プローブ３による捕集が行われる毎に、プローブ３をプラズマ１０外に移動させる必要がある。
【００６２】
また、上述した実施形態では、プローブ駆動機構４を用いて、プローブ３をｙ軸方向に駆動することにより、ｙ軸方向におけるプラズマの負イオン密度分布を計測していた。しかしながら、ｘ軸方向におけるプラズマの負イオン密度分布を計測したい場合は、レンズ光学系２１をｘ軸方向に駆動させる図示しないレーザ駆動機構（レーザ移動手段）をさらに設け、レーザ制御手段として働く、μＣＯＭ７の制御により、シート状レーザ２の照射位置をｘ軸方向に変えながら、プローブ３によって負イオンから光離脱した電子を捕集するようにする。このように、プローブ３の挿入方向と、ｘ軸とを略一致させれば、レンズ光学系２１を駆動して、シート状レーザ２を駆動するだけで、簡単に負イオンの密度分布を計測することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２記載の発明によれば、プラズマにシート状レーザを照射し、かつ、シート状レーザの厚さ方向に対向する一対の面の一面から他面に向かって、プローブを挿入することにより、シート状レーザの幅方向となる幅広な幅を有する一対の面からプローブを挿入すればよく、プローブの位置とレーザの照射位置との位置合わせが容易となる。しかも、プローブ挿入方向のシート状レーザは、肉薄となっているため、照射面積を小さく抑えることができるので、プラズマにレーザを照射して負イオンから光脱離された電子をプローブによって捕集して負イオンの密度を求めるに当たって、安価に、プラズマ内の負イオン計測の高精度化と高効率化を図ることができるプラズマ中の負イオン計測方法及び装置を得ることができる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、レーザの照射位置を変えることなく、厚さ方向に対して垂直な垂直方向における、負イオンの密度分布を計測することができるプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、一回捕集する毎に、プローブをプラズマ外に移動することにより、長時間プローブがプラズマ内に挿入されることがなくなり、プローブの損傷を防止することができる。しかも、プローブの位置を変えながら、負イオンから光離脱した電子を捕集するためのプローブ移動手段を用いてプラズマ外に移動させることにより、捕集のためのプローブ移動手段とプラズマ外に移動させるためのプローブ移動手段とを別途に設ける必要がないので、安価に、計測の信頼性向上を図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００６６】
請求項５記載の発明によれば、一回捕集する毎に、プローブをプラズマ外に移動することにより、長時間プローブがプラズマ内に挿入されることがなくなり、プローブの損傷を防止することができるので、計測の信頼性向上を図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００６７】
請求項６記載の発明によれば、プローブのプラズマ外からプラズマ内またはプラズマ内からプラズマ外への移動を素早く行えると共に、プラズマ内でのプローブの垂直方向位置の移動も正確に行うことができるので、計測の信頼性向上を図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００６８】
請求項７記載の発明によれば、プローブの位置を変えることなく、厚さ方向における、負イオンの密度分布を計測することができるプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００６９】
請求項８記載の発明によれば、厚さ方向とが一致する場合に比べて、シート状プラズマに対するシート状レーザの照射位置の位置合わせを簡単に行うことができるので、計測の信頼性向上を図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００７０】
請求項９記載の発明によれば、光学系を用いてシート状レーザを得ることにより、簡単にシート状レーザを発生させることができるので、コストダウンを図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【００７１】
請求項１０記載の発明によれば、レンズ光学系を簡単な構成にすることができるので、コストダウンを図ったプラズマ中の負イオン計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ中の負イオン計測方法及び装置を説明するための図である。
【図２】本発明のプラズマ中の負イオン計測方法及び装置の一実施形態を示す図である。
【図３】シート状レーザ２の発生の仕方と、このシート状レーザのプラズマ１０への照射の仕方とを示す図である。
【図４】図２のプラズマ中の負イオン計測装置を構成するプローブ駆動機構４の詳細図である。
【図５】本発明のプラズマ中の負イオン計測方法を実施した結果、得られたプラズマ１０の厚さ方向（ｙ軸方向）の負イオン密度分布である。
【図６】従来のプラズマ中の負イオン計測方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｆ１    一面
Ｆ２    他面
２      シート状レーザ
３      プローブ
４      プローブ駆動機構（プローブ移動手段）
４ｃ    エアシリンダ（第１駆動手段）
４ｄ    ステッピングモータ（第２駆動手段）
７      μＣＯＭ（プローブ制御手段）
１０    プラズマ
２１    光学系
２１ａ  平凹レンズ
２１ｂ  平凸レンズ
【図１】
0003595546.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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