(57)【要約】【課題】  互いに距離ｄを隔てて平行に配置されていて周波数がｆの高周波電流がそれぞれ流れる第１および第２の線路の内の第１の線路に流れる高周波電流を高い精度で測定する。【解決手段】  第１の線路２１を中心にして内外に、面積がＳout 、Ｓinのピックアップコイル４１、４２を、両者の中心が線路２１の中心軸に対して等距離ｒになるように配置しておき、両ピックアップコイル４１、４２に生じる誘導起電力Ｖout 、Ｖinを測定し、線路２１に流れる高周波電流Ｉ1 を次式に従って算出する。    Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝【選択図】  図３
2015156326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに距離ｄを隔てて実質的に平行に配置されていて周波数がｆの高周波電流がそれぞれ流れる第１および第２の線路を有していて、当該高周波電流を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置の前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を測定する方法であって、
前記第１の線路と第２の線路を結ぶ軸上であって、前記第１の線路を中心にして外側および内側に、面積がそれぞれＳout およびＳinのピックアップコイルを、両ピックアップコイルの中心が前記第１の線路の中心軸に対して実質的に等距離ｒになるように、かつ両ピックアップコイルの巻回面が前記第１の線路の中心軸を中心とする円周とそれぞれ実質的に直交するように配置しておき、
前記外側および内側のピックアップコイルにそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout およびＶinを測定し、
前記外側および内側のピックアップコイルが置かれている雰囲気の透磁率をμとすると、前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を、次の数１またはそれと数学的に等価の式に従って算出する、ことを特徴とする高周波電流の測定方法。
［数１］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝
【請求項２】
前記プラズマ発生装置は、前記高周波電流を流すことによって誘導電界を発生させてプラズマを発生させるアンテナを有している誘導結合型のプラズマ発生装置であり、
前記第１および第２の線路は、前記アンテナの給電点側の電流導入端子と、その近く配置された接地点側の電流導入端子の対である請求項１記載の高周波電流の測定方法。
【請求項３】
前記プラズマ発生装置は、平面形状がそれぞれ実質的にまっすぐな形状をしていて互いに間隔ｐを隔てて実質的に平行に配置された複数のアンテナと、当該各アンテナ用の前記電流導入端子の対とを有しており、
前記間隔ｐを前記距離ｄよりも大きくしている請求項２記載の高周波電流の測定方法。
【請求項４】
互いに距離ｄを隔てて実質的に平行に配置されていて周波数がｆの高周波電流がそれぞれ流れる第１および第２の線路を有していて、当該高周波電流を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置の前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を測定する装置であって、
前記第１の線路と第２の線路を結ぶ軸上であって、前記第１の線路を中心にして外側および内側にそれぞれ配置されていて、面積がそれぞれＳout およびＳinのピックアップコイルであって、両ピックアップコイルの中心が前記第１の線路の中心軸に対して実質的に等距離ｒになるように、かつ両ピックアップコイルの巻回面が前記第１の線路の中心軸を中心とする円周とそれぞれ実質的に直交するように配置されたピックアップコイルと、
前記外側および内側のピックアップコイルにそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout およびＶinを用いて、前記外側および内側のピックアップコイルが置かれている雰囲気の透磁率をμとすると、前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を、次の数１またはそれと数学的に等価の式に従って算出する演算装置とを備えている、ことを特徴とする高周波電流の測定装置。
［数１］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝
【請求項５】
前記プラズマ発生装置は、前記高周波電流を流すことによって誘導電界を発生させてプラズマを発生させるアンテナを有している誘導結合型のプラズマ発生装置であり、
前記第１および第２の線路は、前記アンテナの給電点側の電流導入端子と、その近く配置された接地点側の電流導入端子の対である請求項４記載の高周波電流の測定装置。
【請求項６】
前記プラズマ発生装置は、平面形状がそれぞれ実質的にまっすぐな形状をしていて互いに間隔ｐを隔てて実質的に平行に配置された複数のアンテナと、当該各アンテナ用の前記電流導入端子の対とを有しており、
前記間隔ｐを前記距離ｄよりも大きくしている請求項５記載の高周波電流の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばプラズマＣＶＤ装置、プラズマスパッタ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置等のような、高周波電流を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置を構成する線路に流れる高周波電流を測定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ発生装置の一例として、例えば特許文献１には、高周波電源からアンテナに高周波電流を供給して、アンテナの近傍に誘導電界を発生させてプラズマを発生させる誘導結合型のプラズマ発生装置が提案されている。
【０００３】
このような装置においては、そのアンテナに流れる高周波電流を測定する必要があるが、高周波電源の出力部付近で高周波電流を測定しても、アンテナに流れる高周波電流を正しく測定することはできない。伝送路の途中で高周波電力の損失があるからである。
【０００４】
そこで特許文献１には、アンテナに高周波電流を供給する一対の電流導入端子の内の一方の電流導入端子の近傍に、当該電流導入端子を流れる高周波電流によって作られる高周波磁界がコイルを貫通する方向に、１回巻きのピックアップコイルを配置しておき、このピックアップコイルに生じる誘導起電力を測定することによって、アンテナの近くで当該アンテナに流れる高周波電流を測定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０６４４６０号公報（図４、８頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような一対の電流導入端子は、互いに近くに平行に配置されている場合が多い。その場合、測定対象の電流導入端子に対して、対を成すもう一方の電流導入端子には逆方向の高周波電流が流れる。その結果、上記ピックアップコイルには、その設置場所によっては、二つの高周波電流が発生させる磁界の和または差の磁界による誘導起電力が生じることになり、それによって高周波電流の測定精度が大きく低下する。
【０００７】
また、複数のアンテナが配置されている場合、上記ピックアップコイルには、測定対象の電流導入端子に流れる高周波電流による磁界以外に、他のアンテナの電流導入端子に流れる高周波電流による磁界が交差することになり、その結果このような場合も、高周波電流の測定精度の低下を招く。
【０００８】
上記のような課題は、電流導入端子以外であっても、互いに所定の距離を隔てて実質的に平行に配置されていて高周波電流がそれぞれ流れる二つの線路の内の一方の線路に流れる高周波電流をピックアップコイルを用いて測定する場合に存在する。
【０００９】
そこでこの発明は、このような線路に流れる高周波電流をピックアップコイルを用いて高い精度で測定することができる方法および装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る高周波電流の測定方法は、互いに距離ｄを隔てて実質的に平行に配置されていて周波数がｆの高周波電流がそれぞれ流れる第１および第２の線路を有していて、当該高周波電流を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置の前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を測定する方法であって、
前記第１の線路と第２の線路を結ぶ軸上であって、前記第１の線路を中心にして外側および内側に、面積がそれぞれＳout およびＳinのピックアップコイルを、両ピックアップコイルの中心が前記第１の線路の中心軸に対して実質的に等距離ｒになるように、かつ両ピックアップコイルの巻回面が前記第１の線路の中心軸を中心とする円周とそれぞれ実質的に直交するように配置しておき、
前記外側および内側のピックアップコイルにそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout およびＶinを測定し、
前記外側および内側のピックアップコイルが置かれている雰囲気の透磁率をμとすると、前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を、次の数１またはそれと数学的に等価の式に従って算出する、ことを特徴としている。
［数１］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝
【００１１】
この測定方法によれば、第２の線路を流れる高周波電流が発生させる磁界の影響を除去して、第１の線路に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。
【００１２】
この発明に係る高周波電流の測定装置は、互いに距離ｄを隔てて実質的に平行に配置されていて周波数がｆの高周波電流がそれぞれ流れる第１および第２の線路を有していて、当該高周波電流を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置の前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を測定する装置であって、
前記第１の線路と第２の線路を結ぶ軸上であって、前記第１の線路を中心にして外側および内側にそれぞれ配置されていて、面積がそれぞれＳout およびＳinのピックアップコイルであって、両ピックアップコイルの中心が前記第１の線路の中心軸に対して実質的に等距離ｒになるように、かつ両ピックアップコイルの巻回面が前記第１の線路の中心軸を中心とする円周とそれぞれ実質的に直交するように配置されたピックアップコイルと、
前記外側および内側のピックアップコイルにそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout およびＶinを用いて、前記外側および内側のピックアップコイルが置かれている雰囲気の透磁率をμとすると、前記第１の線路に流れる前記高周波電流Ｉ1 を、次の数１またはそれと数学的に等価の式に従って算出する演算装置とを備えている、ことを特徴としている。
［数１］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝
【００１３】
前記プラズマ発生装置が、前記高周波電流を流すことによって誘導電界を発生させてプラズマを発生させるアンテナを有している誘導結合型のプラズマ発生装置である場合、前記第１および第２の線路は、前記アンテナの給電点側の電流導入端子と、その近く配置された接地点側の電流導入端子の対であっても良い。
【００１４】
前記プラズマ発生装置が、平面形状がそれぞれ実質的にまっすぐな形状をしていて互いに間隔ｐを隔てて実質的に平行に配置された複数のアンテナと、当該各アンテナ用の前記電流導入端子の対とを有している場合、前記間隔ｐを前記距離ｄよりも大きくしているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、第１の線路に対して二つのピックアップコイルを配置しておき、両ピックアップコイルにそれぞれ生じる誘導起電力を用いて、上記数１またはそれと数学的に等価の式に従って、第１の線路に流れる高周波電流Ｉ1 を算出するので、第２の線路を流れる高周波電流が発生させる磁界の影響を除去して、第１の線路に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。
【００１６】
請求項３、６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、複数のアンテナの間隔ｐを、対を成す電流導入端子間の距離ｄよりも大きくしているので、測定対象の電流導入端子に流れる高周波電流の測定に際して、他のアンテナ用の電流導入端子を流れる高周波電流が発生させる磁界の影響をも軽減することができる。従って、複数のアンテナおよび各アンテナ用の電流導入端子の対を有していても、測定対象の電流導入端子に流れる高周波電流を高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明を適用するプラズマ発生装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１中のアンテナ周りの一例を拡大して部分的に示す平面図である。
【図３】図２中の第１および第２の電流導入端子ならびに外側および内側のピックアップコイル周りの一例を拡大して部分的に示す正面図である。
【図４】図２中の三対の電流導入端子およびそれに流れる高周波電流等を模式的に示す平面図である。
【図５】図４中の二対の電流導入端子およびそれに流れる高周波電流等を示す平面図である。
【図６】図４中の他の二対の電流導入端子およびそれに流れる高周波電流等を示す平面図である。
【図７】この発明を適用するプラズマ発生装置の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明を適用するプラズマ発生装置の一例を図１に示す。この図１以降においては、アンテナ１０等の向きを表すために、一点で互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を各図中に記載している。この例では、Ｘ方向はアンテナ１０の長手方向であり、Ｘ方向およびＹ方向は基板２の表面に平行な方向であり、Ｚ方向は基板２の表面に垂直な方向である。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は垂直方向であるが、これに限られるものではない。
【００１９】
この装置は、図示しない真空排気装置によって真空排気される真空容器４を有しており、この真空容器４内の上部にはアンテナ１０が設けられている。下部には基板２を保持するホルダ６が設けられている。この真空容器４内には、プラズマ生成用の所望のガスが導入される。
【００２０】
この装置は、高周波電源３０から整合回路３２を経由してアンテナ１０に高周波電流Ｉ（高周波だから、この高周波電流Ｉの向きは時間によって反転する。以下同様）を流すことによって真空容器４内に誘導電界を発生させて、当該誘導電界によって上記ガスを電離させてプラズマ３４を発生させる誘導結合型のプラズマ発生装置である。高周波電流Ｉの周波数ｆは、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。このプラズマ３４を用いて、例えば基板２に、ＣＶＤ法による膜形成、スパッタリングによる膜形成、エッチング、アッシング等の処理を施すことができる。
【００２１】
このプラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、スパッタリングによって膜形成を行う場合はプラズマスパッタ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置と呼ぶこともできる。
【００２２】
この例では、アンテナ１０の平面形状は、Ｘ方向において実質的にまっすぐである（図２も参照）。また、アンテナ１０は、共に矩形板状をしている２枚の導体１１、１２を両者で全体として矩形板状を成すように互いに隙間１４をあけて近接させて平行に配置し、かつ両導体１１、１２の長手方向の一方端同士を接続導体１３で接続した往復導体構造をしており、この２枚の導体１１、１２に高周波電流Ｉが互いに逆向きに流される。アンテナ１０をこのような往復導体構造にすると、例えばＷＯ２０１２／１７６２４２号公報にも記載されているように（例えば段落００５３参照）、アンテナ１０の実効インダクタンスを小さくして、アンテナ１０の長手方向Ｘの両端部間に発生する電位差を小さく抑えることができる。
【００２３】
そして上記矩形板状のアンテナ１０を、この例では、その主面と基板２の表面とが実質的に垂直な向きで配置している。アンテナ１０をこのように配置すると、基板２側へ拡散するプラズマ３４の均一性をより高めることができる。
【００２４】
このプラズマ発生装置は、二つの線路の例として、アンテナ１０の接地端側の電流導入端子２１と、その近くに配置された給電端側（即ち整合回路３２に接続される側）の電流導入端子２２の対を有している。両電流導入端子２１、２２が真空容器４を貫通する部分には、真空シール用のパッキン２６が設けられている（図７に示す例においても同様）。
【００２５】
この出願では、二つの線路（即ち電流導入端子）の内、後述するピックアップコイル４１、４２を用いて、当該線路に流れる高周波電流Ｉを測定する側を第１と呼び、その反対側を第２と呼んでいる。この例では、電流導入端子２１の両側にピックアップコイル４１、４２を配置して電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉを測定するので、電流導入端子２１が第１の線路に相当する第１の電流導入端子であり、電流導入端子２２が第２の線路に相当する第２の電流導入端子である。但しこれとは反対に、電流導入端子２２の両側にピックアップコイル４１、４２を配置して電流導入端子２２を流れる高周波電流Ｉを測定しても良く、その場合は、当該電流導入端子２２が第１の線路に相当する第１の電流導入端子であり、その反対側の電流導入端子２１が第２の線路に相当する第２の電流導入端子である。
【００２６】
このプラズマ発生装置は、図２に示す例のように、上記構成の複数のアンテナ１０を、基板２の表面に沿う方向に、即ちＹ方向に、互いに平行に等間隔ｐで並べて配置している。このようにすると、より大面積のプラズマ３４を生成することができる。
【００２７】
各アンテナ１０の一端部には、それぞれ、対を成す上記電流導入端子２１および２２を、この例ではＸ方向（即ちアンテナ１０の長手方向）に距離ｄを隔てて互いに実質的に平行に配置している。
【００２８】
そして、各アンテナ１０に流れる高周波電流Ｉを各アンテナ１０の近くで測定するために、この例では真空容器４外の各電流導入端子２１の根本付近に、二つのピックアップコイル４１、４２をそれぞれ配置している。ピックアップコイル４１、４２は真空容器４内に配置しても良いけれども、この例のように真空容器４外に配置する方が、ピックアップコイル４１、４２の取り付けやそれらの配線が容易になる。
【００２９】
両ピックアップコイル４１、４２は、図２、図３も参照して、第１の電流導入端子２１と第２の電流導入端子２２を結ぶ軸４４上であって、第１の電流導入端子２１を中心にして外側（即ち両電流導入端子２１、２２に挟まれていない側）および内側（即ち両電流導入端子２１、２２に挟まれている側）に、電流導入端子２１をＸ方向において挟むように配置している。しかも、両ピックアップコイル４１、４２の中心４１ａ、４２ａが電流導入端子２１の中心軸４６に対して実質的に等距離ｒ（ｒ＜ｄ）になるように配置している。更に、両ピックアップコイル４１、４２の巻回面が、電流導入端子２１の中心軸４６を中心とする円周４８とそれぞれ実質的に直交するように配置している。外側のピックアップコイル４１および内側のピックアップコイル４２の巻回面の面積をそれぞれＳout 、Ｓinとする。
【００３０】
両ピックアップコイル４１、４２は、例えば、１回巻きコイル（１ターンコイル）であるが、それに限られるものではなく、複数回巻きコイル等でも良い。但し、両ピックアップコイル４１、４２の巻数や面積等の構造は、互いに同じにする方が好ましく、そのようにすると目的とする高周波電流を算出するための計算が簡単になる。
【００３１】
そして、電流導入端子２１、２２に高周波電流Ｉを流したときに、外側のピックアップコイル４１および内側のピックアップコイル４２にそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout およびＶinを測定して、第１の電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ（以下これをＩ1 とする）を、次の数１（これは上記数１と同じ式である）またはそれと数学的に等価の式に従って算出する。μは、両ピックアップコイル４１、４２が置かれている雰囲気（この例では大気中）の透磁率であり、ｆは高周波電流の周波数である。
［数１］
Ｉ1 ＝（πｒ／μ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝                                                                
【００３２】
それによって、第２の電流導入端子２２を流れる高周波電流が発生させる磁界の影響を除去して、第１の電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。これを以下に詳述する。
【００３３】
図４は、図２中の三対の電流導入端子２１、２２およびそれに流れる高周波電流Ｉ等を模式的に示す平面図である。
【００３４】
以下においては、次のような条件で計算している。
【００３５】
三対の電流導入端子２１、２２にそれぞれ流れる高周波電流Ｉを、互いに区別すると共に一般化するために、図４中に示すように、高周波電流Ｉ1 〜Ｉ6 とする。高周波電流Ｉ1 とＩ2 、高周波電流Ｉ3 とＩ4 、高周波電流Ｉ5 とＩ6 が、それぞれ対を成す電流導入端子２１、２２に流れる電流である。
【００３６】
各高周波電流Ｉ1 〜Ｉ6 は、同じ向き（図４中における紙面の表向き）を正とし、外側のピックアップコイル４１の中心４１ａにおける磁束密度Ｂout および内側のピックアップコイル４２の中心４２ａにおける磁束密度Ｂinは、どちらも図４中に示すように下向きを正として計算する。
【００３７】
各高周波電流Ｉ1 〜Ｉ6 、それによる各磁束密度Ｂout 、Ｂin、Ｂ0 、各誘導起電力Ｖout 、Ｖinは、実際は正弦波状に交番するものであるが、以下においてはそれらの振幅（ピーク値）または実効値を扱っている。周知のように、正弦波交流では、振幅＝√２実効値の関係があるので、どちらかを統一して用いれば、どちらを用いても良い。例えば、誘導起電力Ｖout 、Ｖinを振幅で扱うならば、上記数１によって求められる高周波電流Ｉ1 等も振幅となり、誘導起電力Ｖout 、Ｖinを実効値で扱うならば、上記数１によって求められる高周波電流Ｉ1 等も実効値となる。正弦波交流では実効値で扱う場合が多いので、例えば全てを実効値で扱えば良い。
【００３８】
また、交流では厳密に言えば位相も加味する必要があるが、各アンテナ１０を構成する往復導体の長さや、隣り合うアンテナ１０間の間隔ｐは、実際は高周波電流の波長（例えば周波数ｆが１３．５６ＭＨｚであれば、波長は約２２ｍ）に比べて十分に小さいので、各高周波電流、各磁界、各誘導起電力は同相で扱っても差し支えなく、以下では同相で扱っている。
【００３９】
（１）高周波電流Ｉ1 およびＩ2 のみに着目した場合
この場合、高周波電流Ｉ1 およびＩ2 がピックアップコイル４１の中心４１ａおよびピックアップコイル４２の中心４２ａに生じさせる磁束密度Ｂout およびＢinは、アンペールの法則より、次式で表される。各符号の意味は前述したとおりである。
【００４０】
［数２］
Ｂout ＝（μ／２π）（Ｉ1 ／ｒ）＋（μ／２π）｛Ｉ2 ／（ｒ＋ｄ）｝
［数３］
Ｂin＝−（μ／２π）（Ｉ1 ／ｒ）＋（μ／２π）｛Ｉ2 ／（−ｒ＋ｄ）｝
【００４１】
（２）高周波電流Ｉ3 およびＩ4 のみに着目した場合
この場合、図５を参照して、高周波電流Ｉ3 およびＩ4 がピックアップコイル４１の中心４１ａおよびピックアップコイル４２の中心４２ａに生じさせる磁束密度Ｂout およびＢinは、アンペールの法則より、以下のように表される。ｒ31、ｒ32、ｒ41、ｒ42は距離、φ31、φ32、φ41、φ42は角度である。
【００４２】
即ち、高周波電流Ｉ3 による磁束密度Ｂout 、Ｂinは次式で表される。
【００４３】
［数４］
Ｂout ＝（μ／２π）（Ｉ3 ／ｒ31）ｓｉｎφ31
＝（μ／２π）（ｒ／ｒ312 ）Ｉ3 
＝（μ／２π）｛ｒ／（ｒ2 ＋ｐ2 ）｝Ｉ3 
［数５］
Ｂin＝−（μ／２π）（Ｉ3 ／ｒ32）ｓｉｎφ32
＝−（μ／２π）（ｒ／ｒ322 ）Ｉ3 
＝−（μ／２π）｛ｒ／（ｒ2 ＋ｐ2 ）｝Ｉ3 
【００４４】
高周波電流Ｉ4 による磁束密度Ｂout 、Ｂinは次式で表される。
【００４５】
［数６］
Ｂout ＝（μ／２π）（Ｉ4 ／ｒ41）ｓｉｎφ41
＝（μ／２π）｛（ｒ＋ｄ）／ｒ412 ｝Ｉ4 
＝（μ／２π）［（ｒ＋ｄ）／｛（ｒ＋ｄ）2 ＋ｐ2 ｝］Ｉ4 
［数７］
Ｂin＝（μ／２π）（Ｉ4 ／ｒ42）ｓｉｎφ42
＝（μ／２π）｛（−ｒ＋ｄ）／ｒ422 ｝Ｉ4 
＝（μ／２π）［（−ｒ＋ｄ）／｛（−ｒ＋ｄ）2 ＋ｐ2 ｝］Ｉ4 
【００４６】
（３）高周波電流Ｉ5 およびＩ6 のみに着目した場合
この場合、図６を参照して、高周波電流Ｉ5 およびＩ6 がピックアップコイル４１の中心４１ａおよびピックアップコイル４２の中心４２ａに生じさせる磁束密度Ｂout およびＢinは、アンペールの法則より、以下のように表される。ｒ51、ｒ52、ｒ61、ｒ62は距離である。
【００４７】
即ち、高周波電流Ｉ5 による磁束密度Ｂout 、Ｂinは、上記数４、数５の場合と同様にして、次式で表される。
【００４８】
［数８］
Ｂout ＝（μ／２π）（ｒ／ｒ512 ）Ｉ5 
＝（μ／２π）｛ｒ／（ｒ2 ＋ｐ2 ）｝Ｉ5 
［数９］
Ｂin＝−（μ／２π）（ｒ／ｒ522 ）Ｉ5 
＝−（μ／２π）｛ｒ／（ｒ2 ＋ｐ2 ）｝Ｉ5 
【００４９】
高周波電流Ｉ6 による磁束密度Ｂout 、Ｂinは、上記数６、数７の場合と同様にして、次式で表される。
【００５０】
［数１０］
Ｂout ＝（μ／２π）｛（ｒ＋ｄ）／ｒ612 ｝Ｉ6 
＝（μ／２π）［（ｒ＋ｄ）／｛（ｒ＋ｄ）2 ＋ｐ2 ｝］Ｉ6 
［数１１］
Ｂin＝（μ／２π）｛（−ｒ＋ｄ）／ｒ622 ｝Ｉ6 
＝（μ／２π）［（−ｒ＋ｄ）／｛（−ｒ＋ｄ）2 ＋ｐ2 ｝］Ｉ6 
【００５１】
（４）高周波電流Ｉ1 〜Ｉ6 の全てに着目した場合
この場合は、ピックアップコイル４１の中心４１ａおよびピックアップコイル４２の中心４２ａに生じる磁束密度Ｂout およびＢinは、上記（１）〜（３）のものを合成したものとなり、次式で表される。
【００５２】
【数１２】
2015156326.tif 000003
【数１３】
2015156326.tif 000004
【００５３】
ここで、測定したいのは高周波電流Ｉ1 であり、それが距離ｒの点に生じさせる磁束密度をＢ0 とすると、当該磁束密度Ｂ0 はアンペールの法則より、次式で表される。つまり、この磁束密度Ｂ0 を上記磁束密度Ｂout およびＢinを用いて求めることができれば、上記高周波電流Ｉ1 を高い精度で求めることができる。これを以下に説明する。
【００５４】
［数１４］
Ｂ0 ＝（μ／２π）（Ｉ1 ／ｒ）
【００５５】
上記磁束密度Ｂ0 を用いると、上記数１２、数１３はそれぞれ次式で表される。
【００５６】
【数１５】
2015156326.tif 000005
【数１６】
2015156326.tif 000006
【００５７】
ここで、上記数１５、数１６中の右辺の第３項および第４項は、分母にｐ2 を有している。図４〜図６では説明を分かりやすくするために、上記距離ｄと上記間隔ｐは互いに同程度の大きさで図示しているけれども、実際のプラズマ発生装置では、通常はｐ＞ｄであるので、上記第３項および第４項を無視しても、高周波電流Ｉ1 の測定に大きな誤差は生じない。例えば、ｒ＝２０、ｄ＝６０、ｐ＝１２５（いずれも単位はｍｍ。以下同様）とすると、上記第４項および第５項を無視して以下に説明する計算で求めた高周波電流Ｉ1 は、無視せずに求めた高周波電流Ｉ1 に対して約１．６％の誤差を有しているに過ぎない。また、アンテナ１０が１本で高周波電流Ｉ1 、Ｉ2 が流れる一対の電流導入端子２１、２２しか存在しない場合は、当然、上記第４項および第５項は存在しない。そこで、上記第４項および第５項を無視しても実用上は差し支えなく、そのようにすると次式となる。
【００５８】
［数１７］
Ｂout ＝Ｂ0 ｛１＋ｒ／（ｒ＋ｄ）・（Ｉ2 ／Ｉ1 ）｝
［数１８］
Ｂin＝Ｂ0 ｛−１＋ｒ／（−ｒ＋ｄ）・（Ｉ2 ／Ｉ1 ）｝
【００５９】
この数１７および数１８から磁束密度Ｂ0 を求めると次式となる。
【００６０】
［数１９］
Ｂ0 ＝（１／２ｄ）｛（ｒ＋ｄ）Ｂout −（−ｒ＋ｄ）Ｂin｝
【００６１】
内外のピックアップコイル４１、４２によって磁束密度Ｂout 、Ｂinをそれぞれ測定すれば、この数１９に従って磁束密度Ｂ0 を求めることができ、更には上記数１４に従って、測定したい高周波電流Ｉ1 を高い精度で求めることができる。そのようにしても良いけれども、通常は、内外のピックアップコイル４１、４２によってそれらに生じる誘導起電力Ｖout 、Ｖinを測定するので、この場合について更に説明する。
【００６２】
まず、上記数１４をＩ1 ＝の形に変形し、それに上記数１９を代入すると次式となる。
【００６３】
［数２０］
Ｉ1 ＝（２πｒ／μ）Ｂ0 
＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）Ｂout −（−ｒ＋ｄ）Ｂin｝
【００６４】
上記磁束密度Ｂout 、Ｂinと、それによる誘導起電力Ｖout 、Ｖinとの関係は、ファラデーの法則により、次式となる。ここで、前述したように、ｆは高周波電流の周波数、Ｓout 、Ｓinはそれぞれ内外のピックアップコイル４１、４２の巻回面の面積である。
【００６５】
［数２１］
Ｂout ＝（１／２πｆＳout ）Ｖout 
［数２２］
Ｂin＝（１／２πｆＳin）Ｖin
【００６６】
これらを上記数２０に代入すると次の数２３となる。これは上記数１と同じ式である。この式またはそれと数学的に等価の式に従って高周波電流Ｉ1 を算出することによって、測定したい高周波電流Ｉ1 、即ち第１の線路の例である第１の電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。
【００６７】
［数２３］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）｛（ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳout ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）（１／２πｆＳin）Ｖin｝
【００６８】
前述したように、内外のピックアップコイル４１、４２は互いに同じ構造にしても良く、その場合の両ピックアップコイル４１、４２の巻回面の面積をＳとすると、上記数２３は次式のように簡単になる。
【００６９】
［数２４］
Ｉ1 ＝（πｒ／μｄ）（１／２πｆＳ）｛（ｒ＋ｄ）Ｖout −（−ｒ＋ｄ）Ｖin｝
【００７０】
（５）ピックアップコイルが２個の場合（本発明）と１個の場合（従来技術）の比較  
（Ａ）内外のピックアップコイル４１および４２の場合と、外側のピックアップコイル４１のみの場合の比較
前者の場合に求めるのは上記磁束密度Ｂ0 であり、後者の場合に求めるのは上記磁束密度Ｂout である。両者の比を求めると、上記数１９から次式となる。
【００７１】
［数２５］
Ｂout ／Ｂ0 ＝２ｄ・Ｂout ／｛（ｒ＋ｄ）Ｂout −（−ｒ＋ｄ）Ｂin｝
＝２ｄ／｛（ｒ＋ｄ）−（−ｒ＋ｄ）・Ｂin／Ｂout ｝
【００７２】
（Ｂ）内外のピックアップコイル４１および４２の場合と、内側のピックアップコイル４２のみの場合の比較
前者の場合に求めるのは上記磁束密度Ｂ0 であり、後者の場合に求めるのは上記磁束密度Ｂinである。両者の比を求めると、上記数２５から次式となる。
【００７３】
［数２６］
Ｂin／Ｂ0 ＝２ｄ（Ｂin／Ｂout ）／｛（ｒ＋ｄ）−（−ｒ＋ｄ）・Ｂin／Ｂout ｝
【００７４】
上記数２５、数２６中のＢin／Ｂout は、上記数１７と数１８から次式で表される。
【００７５】
［数２７］
Ｂin／Ｂout ＝｛−１＋ｒ／（−ｒ＋ｄ）・（Ｉ2 ／Ｉ1 ）｝／｛１＋ｒ／（ｒ＋ｄ）・（Ｉ2 ／Ｉ1 ）｝
【００７６】
この数２７を上記数２５、数２６に代入し、ｒ＝２０、ｄ＝６０、Ｉ2 ＝−Ｉ1 （負号は電流や磁界の方向が逆向きを示す）の場合を計算すると、上記（Ａ）の場合はＢout ／Ｂ0 ＝０．７５となり、ピックアップコイルが１個の場合は２個の場合に比べて２５％の誤差を生じることになる。上記（Ｂ）の場合はＢin／Ｂout ＝−１．５となり、ピックアップコイルが１個の場合は２個の場合に比べて５０％の誤差を生じることになる。このような磁束密度の測定誤差は、上記説明からも分かるように（例えば上記数１４およびその説明参照）、そのまま高周波電流Ｉ1 の測定誤差となる。このことからも、本発明によれば、上記高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができることが分かる。
【００７７】
なお、図２に示した例のように、複数のアンテナ１０が互いに間隔ｐを隔てて平行に配置されていて、各アンテナ１０用に電流導入端子２１、２２の対をそれぞれ有している場合は、当該間隔ｐを、対を成す電流導入端子２１、２２間の距離ｄよりも大きく（即ちｐ＞ｄ）にするのが好ましい。そのようにすると、測定対象の電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 の測定に際して、他のアンテナ１０用の電流導入端子２１、２２を流れる高周波電流が発生させる磁界の影響をも軽減することができるので、測定対象の電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。
【００７８】
図３に示す例のように、上記ピックアップコイル４１、４２にそれぞれ生じる誘導起電力Ｖout 、Ｖinを用いて、第１の線路の例である電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 を、上記数１（＝数２３）またはそれと数学的に等価の式に従って算出する演算装置５２を備えていても良い。高周波電流の測定装置５０は、上記のようなピックアップコイル４１、４２と演算装置５２とを備えている。この測定装置５０によっても、上述した理由によって、第１の線路の例である電流導入端子２１に流れる高周波電流Ｉ1 を高い精度で測定することができる。
【００７９】
上述した各アンテナ１０は、例えば図７に示す例のように、２枚の導体１１、１２をまっすぐなものにして、それらの一方端に上記電流導入端子２１、２２をそれぞれ設け、他方端に電流導入端子２３、２４をそれぞれ設け、両電流導入端子２３、２４を真空容器４外の接続導体１３で接続して、往復導体構造にしても良い。このようにすると、アンテナ１０の両端付近に折り返し部がなくてアンテナ１０の両端付近における磁界の乱れが少なくなるので、アンテナ１０の長手方向Ｘにおけるより広い範囲をプラズマ３４の生成に活用することができる。但し接続導体１３は真空容器４内に設けても良い。
【００８０】
この図７の例においても、電流導入端子２１、２２とピックアップコイル４１、４２の関係は、図１等を参照して上述したものと同じである。図７に示す例のようなアンテナ１０およびそれ用の電流導入端子２１、２２等をＹ方向に複数並設している場合も同様である。
【００８１】
上記いずれの例においても、複数のアンテナ１０を有している場合、それらには、共通の高周波電源３０から高周波電力を並列に供給しても良いし、別の高周波電源３０から高周波電力を個別に供給しても良い。
【００８２】
上記第１および第２の線路は、上記例で取り上げた電流導入端子２１および２２以外の線路でも良い。例えば、図７に示す電流導入端子２３および２４でも良いし、その他の線路でも良い。
【符号の説明】
【００８３】
１０  アンテナ
２１  第１の電流導入端子（第１の線路）
２２  第２の電流導入端子（第２の線路）
３０  高周波電源
３４  プラズマ
４１  外側のピックアップコイル
４２  内側のピックアップコイル
５０  高周波電流の測定装置
５２  演算装置
Ｉ1 〜Ｉ6   高周波電流
【図１】
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【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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【図７】
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