(57)【要約】【課題】プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間距離が狭く或いは放電空間の形状がいかなる形状であっても散乱光等の外乱を受けずにプラズマ自体の発光のみを集光可能な測定プローブを提供する。【解決手段】測定プローブ１は、プラズマ放電処理装置Ｄにおけるプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に生じるプラズマＰの分光強度を測定するための光情報を伝送する光導部材２と、プラズマＰの発光を光導部材２の端面に集光するための集光レンズ３と、集光レンズ３とプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２との間に配置され複数のスリット６を有するスリット部材４と備える。【選択図】図１
2006275584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報を伝送する光導部材と、
前記プラズマの発光を前記光導部材の端面に集光するための集光レンズと、
前記集光レンズと前記プラズマ電極との間に配置され複数のスリットを有するスリット部材と備えることを特徴とする測定プローブ。
【請求項２】
前記スリット部材の前記複数のスリットは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められていることを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
【請求項３】
前記スリット部材は、前記スリットパターンが異なる他のスリット部材と交換可能とされていることを特徴とする請求項２に記載の測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定プローブに係り、特に、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための測定プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、プラズマ放電処理技術は、基板に対する成膜やエッチング、洗浄等の種々の処理に広く用いられている。プラズマ放電処理は、通常、対向する一対の電極、いわゆるプラズマ電極間に形成される放電空間にガスを導入し、プラズマ電極に高電圧を印加して放電空間内のガスをプラズマ化することで行われる。
【０００３】
従来、このようなプラズマ放電処理は、通常、プラズマ放電処理装置の真空チャンバー内を数Ｐａ程度の低圧にしてその中で行われており、プラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度は、レンズと光ファイバ等とを備えた測定プローブによりプラズマの発光を集光レンズで集光して光ファイバ等に入射し、その光情報を分光器等に伝送して測定されていた（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開平１０−１０４０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の低圧環境下で処理を行うプラズマ放電処理装置では、プラズマ電極間の間隙を比較的広くとることができた。しかし、近年開発が進められている大気圧近傍の圧力下で放電処理を行うプラズマ放電処理装置では、プラズマ電極間の距離は数十μｍ〜１ｍｍ程度に狭くせざるを得ない。
【０００５】
また、近年、プラズマ電極が単純な平行平板状ではなく、例えば、ドラム状の第１電極に対して単数または複数の第２電極が対向した状態に構成されたプラズマ放電処理装置等も開発されている。そのため、プラズマ電極間に形成される放電空間も平面を境界とする空間以外に種々の形状をとるようになっている。
【０００６】
このようなプラズマ電極間の間隙が狭い或いは放電空間が複雑な形状をとるプラズマ放電処理装置に対して前記特許文献１に記載のような従来の測定プローブでプラズマの分光強度を測定すると、散乱光等の影響を受けて測定結果が外乱を受け易くなる。
【０００７】
すなわち、図５（Ａ）に示すように、従来の測定プローブ１００では集光レンズ１０１で集光された光が光ファイバ１０２を伝送されて図示しない分光器に送られるが、その際、集光レンズ１０１で集光される範囲は、図５（Ｂ）に示すように、プラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極、すなわち第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の間隙に生じるプラズマＰの部分を含む比較的広い範囲となる。
【０００８】
このような状態で集光レンズ１０１に集光される光には、プラズマ自体からの発光のみならず、例えば、第１電極Ｅ１や第２電極Ｅ２によるプラズマＰからの発光の散乱光等も多く含まれる。このような散乱光が集光レンズ１０１を介して光ファイバ１０２に入射され分光されると、散乱光に含まれる電極面の凹凸や汚れ等に起因するノイズがある程度の強度を持って多数測定されるため、正確なプラズマＰの分光強度測定が困難になる。
【０００９】
そのため、散乱光の影響を受けずにプラズマＰ自体からの発光のみを集光できる測定プローブの開発が要請されている。なお、図５（Ａ）はドラム状の第１電極Ｅ１を備えるプラズマ放電処理装置Ｄを側方から見た図、図５（Ｂ）は同じプラズマ放電処理装置Ｄを測定プローブ１００側から見た図である。
【００１０】
そこで、本発明は、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間距離が狭く或いは放電空間の形状がいかなる形状であっても散乱光等の外乱を受けずにプラズマからの発光だけを集光可能な測定プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の問題を解決するために、請求項１に記載の測定プローブは、
プラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報を伝送する光導部材と、
前記プラズマの発光を前記光導部材の端面に集光するための集光レンズと、
前記集光レンズと前記プラズマ電極との間に配置され複数のスリットを有するスリット部材と備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、測定プローブは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの発光のうちのプラズマ電極による散乱光をスリット部材のスリット以外の部分で遮断し、スリットを通過したプラズマの発光を集光レンズで集光し、光導部材の端面に入射し、光導部材がその光をプラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報として伝送する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定プローブにおいて、前記スリット部材の前記複数のスリットは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、スリット部材には、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められた複数のスリットが設けられており、これらのスリットをプラズマから直接外部に放射された光が通過し、プラズマ電極で反射した散乱光はほとんど通過しない。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の測定プローブにおいて、前記スリット部材は、前記スリットパターンが異なる他のスリット部材と交換可能とされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、放電空間の形状等が異なるプラズマ放電処理装置に対応するようにスリットパターンが異なる複数のスリット部材を形成しておき、必要に応じて交換する。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して測定プローブを用いる際に、スリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材に交換する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、測定プローブは、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間に生じるプラズマの発光のうちのプラズマ電極による散乱光をスリット部材のスリット以外の部分で遮断し、スリットを通過したプラズマの発光を集光レンズで集光し、光導部材の端面に入射し、光導部材がその光をプラズマ放電処理装置におけるプラズマ電極間に生じるプラズマの分光強度を測定するための光情報として伝送するように構成した。
【００１８】
このように構成することで、スリット部材のスリット以外の部分でプラズマ放電処理装置のプラズマ電極で反射された散乱光の大部分を遮断することが可能となる。そのため、本発明の測定プローブでは、スリット部材のスリットを通過した光を、散乱光をほとんど含まないプラズマから直接外部に放射された光とすることができ、光導部材を介してプラズマ電極の凹凸や汚れ等に起因するノイズをほとんど含まない光情報を伝送することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、スリット部材には、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離およびプラズマ電極間に形成される放電空間の形状に応じてスリットパターンが決められた複数のスリットが設けられており、これらのスリットをプラズマから直接外部に放射された光が通過し、プラズマ電極で反射した散乱光はほとんど通過しないように構成した。
【００２０】
そのため、プラズマ放電処理装置のプラズマ電極間の距離が狭かったり放電空間の形状がいびつな形状であっても、それに対応するようにスリット部材に複数のスリットのスリットパターンを形成しておくことで、散乱光をほとんど遮断することが可能となり、前記請求項１に記載の発明の効果をより的確に発揮させることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、放電空間の形状等が異なるプラズマ放電処理装置に対応するようにスリットパターンが異なる複数のスリット部材を形成しておき、必要に応じて交換する。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して測定プローブを用いる際に、スリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材に交換するように構成した。
【００２２】
そのため、放電空間の形状等が異なる他のプラズマ放電処理装置に測定プローブを用いる際に、スリットパターンが異なる他のスリット部材に交換することで、容易に前記各請求項に記載の発明の効果を発揮させることができる。また、同一のプラズマ放電処理装置に対して異なるスリットの形状やスリット幅、スリットパターン等が別のスリット部材を用いることで、光導部材を伝送される光情報をノイズがより排除されたものにしたり、或いは光導部材に入射される光量を増加させたりすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る測定プローブの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る測定プローブの構成を説明する図である。本実施形態の測定プローブ１は、光導部材２と、集光レンズ３と、スリット部材４とを備えている。
【００２５】
なお、本実施形態に用いられるプラズマ放電処理装置Ｄは、大気圧近傍の圧力下でプラズマ放電処理を行うプラズマ放電処理装置であり、図１では、図５に示したものと同様のドラム状の第１電極Ｅ１を有するプラズマ放電処理装置を示しているが、これに限定されない。また、図１では測定プローブ１がプラズマ放電処理装置Ｄにおけるドラム状の第１電極Ｅ１の端面側から集光する状態が記載されているが、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２の側方から集光するように配置することも可能である。
【００２６】
本実施形態では、光導部材２は、図２（Ａ）に示すように光ファイバからなり、図２（Ｂ）の拡大図に示すように、複数の光ファイバの束で構成されている。光導部材２はフレキシブルに形状を変化させることができるようになっており、光導部材２の一端側には、分光強度測定器１０が取り付けられている。
【００２７】
また、光導部材２の他端側は入射面５とされており、光導部材２は、図示しない支持部材により入射面５を集光レンズ３およびスリット部材４を介してプラズマ放電処理装置Ｄの第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間隙に対向するように位置固定されている。
【００２８】
光導部材２の入射面５には、集光レンズ３で集光された光が入射されるようになっており、入射面５に入射された光は光情報として光導部材２の内部を分光強度測定器１０に向けて伝送されるようになっている。なお、光導部材２を単線の光ファイバや光情報を伝送可能な他の素材で構成することも可能である。
【００２９】
なお、分光強度測定器１０では、光導部材２を伝送されてきた光情報に基づいてプラズマ放電処理装置Ｄにおけるプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に生じるプラズマＰの分光強度が測定されるようになっている。また、光導部材２に十分な長さを持たせることで分光強度測定器１０をプラズマ放電処理装置Ｄの外部に配設することができる。
【００３０】
光導部材２の入射面５のプラズマ放電処理装置側には、図示しない保持手段で支持され且つ光軸方向に移動可能とされた凸レンズ状の集光レンズ３が配設されている。集光レンズ３は、プラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に形成される放電空間ＳにおけるプラズマＰの発光を集光して光導部材２の入射面５にいわばピントがあう状態に入射させるように配置されている。
【００３１】
集光レンズ３は、複数枚配置されることも可能であり、凹レンズ状のレンズや種々の機能を有する特殊なレンズを組み合わせることも可能である。また、集光レンズ３は、単数または複数のレンズを移動させることでプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間の放電空間Ｓに形成されているプラズマＰの任意の位置に焦点を合わせることができるようになっている。
【００３２】
集光レンズ３とプラズマ放電処置装置Ｄとの間には、複数のスリット６を有するスリット部材４が図示しない支持手段により支持されて配置されている。本実施形態では、スリット部材４には、集光レンズ３側から見た場合、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにプラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間の距離およびプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に形成される放電空間Ｓの形状に応じて放電空間Ｓに対応する位置に特有のスリットパターンを有する複数のスリット６が穿設されている。
【００３３】
本実施形態では、スリット部材４は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示したように用いられるプラズマ放電処理装置Ｄの放電空間Ｓの形状等に応じて複数のスリット６のスリットパターンが異なる他のスリット部材と交換可能とされている。また、同一のプラズマ放電処理装置Ｄに対してもスリット６の形状やスリット幅、スリットパターン等が異なるスリット部材４を交換して用いるように構成することも可能である。
【００３４】
なお、スリット６は、図３では円形状に形成される場合が示されているが、この他にも例えば細線状に形成したり或いは適宜効果的な形状や長さに形成することも可能である。また、スリット部材４は、図３では正方形状に構成されているが、任意の形状に形成できる。
【００３５】
また、分光強度測定器１０で得られたプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に形成されるプラズマＰの分光強度の測定情報をプラズマ放電処理装置Ｄの図示しない制御装置に送信して、プラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間の距離や電極に印加する電圧等を自動的に調整するように構成することも可能である。
【００３６】
次に、本実施形態に係る測定プローブ１の作用について説明する。
【００３７】
プラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極である第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２に電圧が印加されると、プラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に形成されている放電空間Ｓに導入されたガスがプラズマ化して発光し、プラズマＰから周囲に光が放射される。プラズマＰの発光の一部は放電空間Ｓから直接外部に放射され、他の発光は第１電極Ｅ１や第２電極Ｅ２に反射した後、外部に放射される。
【００３８】
プラズマＰから放射された光のうちの一部が測定プローブ１の方向に向かう。その際、図４に示すように、スリット部材４に形成されたスリット６に向かう光Ｌ１はスリット６を通過し、回折して広がりながら集光レンズ３に集光され、屈折されて光導部材２の入射面５に入射される。
【００３９】
しかし、仮にスリット部材４が存在しなければ集光レンズ３に集光される散乱光Ｌ２、Ｌ３の大部分はスリット部材４により遮断され、集光レンズ３には集光されず、従って光導部材２には入射されない。
【００４０】
このようにして、スリット部材４のスリット６を通過した光は、散乱光をほとんど含まない直接外部に放射されたプラズマＰの発光であり、そのような光が光導部材２の入射面５に入射され、光情報として分光強度測定器１０に伝送される。そして、分光強度測定器１０によりプラズマ放電処理装置Ｄにおけるプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間に生じるプラズマＰの分光強度が測定される。
【００４１】
また、別のプラズマ放電処理装置ＤのプラズマＰの分光強度を測定する場合には、その装置Ｄの放電空間Ｓに対応したスリットパターンを有するスリット６が設けられたスリット部材４に交換して測定を行う。また、同一のプラズマ放電処理装置Ｄに対してスリット６の形状やスリット幅、スリットパターン等が異なる別のスリット部材４に交換することも可能である。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る測定プローブ１によれば、測定プローブ１に、プラズマ放電処理装置Ｄの放電空間Ｓの形状等に対応したスリットパターンを有するスリット６を有するスリット部材４を設けたことで、プラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極、すなわち第１電極Ｅ１や第２電極Ｅ２で反射された散乱光の大部分を遮断することが可能となる。
【００４３】
そのため、本実施形態の測定プローブ１では、スリット部材４のスリット６を通過した光を、散乱光をほとんど含まない直接外部に放射されたプラズマＰからの発光とすることができ、光導部材２を介してプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２の凹凸や汚れ等に起因するノイズをほとんど含まない光情報を分光強度測定器１０に伝送することが可能となる。
【００４４】
また、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、プラズマ放電処理装置Ｄのプラズマ電極Ｅ１、Ｅ２間の距離が狭く、或いは放電空間Ｓの形状がいかなる形状であっても、それに対応するようにスリット部材４に複数のスリット６のスリットパターンを形成することで、散乱光等の外乱を遮断することが可能となる。
【００４５】
なお、スリット６によりプラズマＰの発光および散乱光が遮断されるが、大気圧近傍の圧力下でのプラズマＰの発光は十分に強度を有するものであり、複数のスリット６を通過した光で十分にプラズマＰの分光強度を測定できることが確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る測定プローブの構成を説明する図である。
【図２】図１の測定プローブの光導部材の構成を説明する図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は入射面部分の拡大図である。
【図３】図１の測定プローブのスリット部材の構成を説明する図である。
【図４】図１の測定プローブのスリット部材で散乱光が遮断される状態を説明する図である。
【図５】従来の測定プローブによる集光状態を説明する図であり、（Ａ）は側方から見た図、（Ｂ）は測定プローブ側から見た図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    測定プローブ
２    光導部材
３    集光レンズ
４    スリット部材
６    スリット
Ｄ    プラズマ放電処理装置
Ｅ１  第１電極
Ｅ２  第２電極
Ｐ    プラズマ
Ｓ    放電空間
【図１】
2006275584.tif 000003
【図２】
2006275584.tif 000004
【図３】
2006275584.tif 000005
【図４】
2006275584.tif 000006
【図５】
2006275584.tif 000007