(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマから該プラズマに接している表面へのイオン流を測定する方法であって、高周波電圧源（１３）と該プラズマに接しているプレート状プローブ（１０）との間に接続された測定キャパシタ（１２）の放電レートを測定することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記プローブ（１０）に高周波振動列を周期的に供給し、高周波信号の減衰の後かつ該プローブ（１０）の電位が安定する前に２つの振動列間の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記測定キャパシタ（１２）の両端の電位変化の測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項４】
前記キャパシタ（１２）及び前記プローブ（１０）間に挿設した変換器によって、該測定キャパシタ（１２）の放電電流を測定することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項５】
前記測定キャパシタ（１２）の値が前記プローブ（１）上に形成される薄い層のキャパシタンスの値より低いことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【請求項６】
プラズマ反応器を構成する真空容器（１）内のイオン流を測定する装置であって、
前記容器（１）の内部にあり、平板状の感応表面（１１）を含んでいるプローブ（１０）と、
前記容器（１）の外部にあり、該プローブ（１０）に高周波電圧を周期的に供給する手段（１３）と、
前記容器（１）の外部にあり、前記供給手段（１３）及び前記プローブ（１０）に直列に取り付けられた測定キャパシタ（１２）と、
前記容器（１）の外部にあり、前記測定キャパシタ（１２）の放電電流又は該放電時の該キャパシタ（１２）の両端の電位変化を周期的に測定する手段（１４）とを含んでいることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
前記プローブ（１０）が、実質的に同軸の導体（２１）によって前記測定キャパシタ（１２）の端子（Ｂ）に接続されたディスク（２０）を備えており、該ディスク（２０）の裏面及び側面が絶縁体（２３）とスクリーン及び保護リングとして動作する導電性シース（２２）によって囲まれていることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記シース（２２）がキャパシタを介して前記供給源に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記供給手段が高周波振動列を供給する測定高周波電圧源（１３）を備えており、測定が２つの振動列間で行われることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記高周波振動の周期（Ｔ0）がこれら振動の印加時間（Ｔ1）に対して短く、振動列の印加時間（Ｔ1）が前記プローブ（１０）の自己バイアス（Ｖbias）を確立するのに充分長く、かつ２つの振動列の時間間隔（Ｔ2）が測定を行うのに充分長いことを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の技術分野
本発明は、イオン化されたガス、即ちプラズマから該プラズマに接している個体表面、例えばプラズマ反応器の壁又は処理すべき試料への正イオンの流れを測定するための測定方法及び装置に関する。本発明は、より特定的には、試料に薄膜層をコーティングするためのプラズマ反応器を構成する容器内のイオン流を測定する場合、又はイオン衝突による表面の構造若しくは化学的組成の変更する場合に適用される。
関連技術の説明
図１は、本発明が適用されるプラズマ反応器の一例を概略的に示す断面図である。このプラズマ反応器は、容量結合型の高周波（ＲＦ）励起反応器と称されるものであり得る。
このような反応器は、真空容器１から形成されている。この容器１の第１の壁２に近接して、処理されるべき試料４がウエハ支持体３上に載置されている。試料４は、一般に、容器１の内側に向いており処理されるべき表面を構成している表面８を有するディスク形状となっている。容器１は、例えば約数十ミリトル（ｍＴｏｒｒ）〜数百ミリトル（数十パスカル）の低圧ガスで満たされている。プラズマを生成するために幾つかの手段が使用可能である。例えば、「容量結合型反応性イオンエッチング」と称される構成では、高周波電圧がウエハ支持体に印加される。図１に示すように、プラズマは、ウエハ支持体３から独立したプラズマ源６によって生成することもできる。このプラズマ源６は、例えば、ＤＣ電圧放電用のもの、ウエハ支持体から独立しており高周波発生器によって供給を受ける電極、誘導結合型高周波源（しばしば磁界の印加を伴う）、又はマイクロ波源（磁界の印加を伴うであろう）である。ウエハ支持体３から独立したプラズマ源６を使用する場合、このウエハ支持体は、自己バイアスを確立し、これによって処理すべき表面へのイオンの衝突エネルギを高めるために、高周波源５（図１）によってバイアスされ得る。
プラズマエッチング法又はプラズマデポジション法においては、処理すべき表面とプラズマとの相互作用の特性を知ることが、その方法の実施を制御可能とするために、特にデポジション又はエッチングレートを所望のデポジション厚又はエッチング深さに応じて制御するために重要である。処理すべき表面に到達する及び表面から脱離する荷電粒子（イオン及び電子）の流れは、使用するプラズマに特に依存しているこれら特性を計測可能とする。
誘起蛍光法と称される方法は、限定された幾つかのケースにおいて、イオン速度分布機能を計測可能とする。しかしながら、この方法は、イオン流を明確に決定できない。さらに、その実施は非常に複雑となり多大なコストを必要とする。
本発明は、プラズマ反応器内のイオン流を直接電気的に測定するものである。
電気的測定に基づいてプラズマ反応器の特性を計測するべく幾つかの方法が従来より用いられている。
「ラングミュア（Langmuir）プローブ法」と称される第１の方法は、プラズマの真中に従って容器の壁から離れて一般には円筒形状の小電極を挿入することからなる。この電極は、絶縁シースで囲まれたワイヤにより容器の外部と接続される。可変電圧Ｖがプローブと反応器の壁との間に印加され、ワイヤを流れる電流Ｉが測定される。このようにして得られる電流−電圧特性Ｉ（Ｖ）が、イオン及び電子濃度、電子温度又はプラズマ電位等のプラズマのパラメータの特性を推定可能とする。モデリングにより、これらパラメータから、壁へ向かうイオン流の推定値を得ることができる。
「平板型ラングミュアプローブ法」と称される他の方法は、壁に向いており絶縁材料で被覆された裏面を有しかつ比較的大きな表面Ｓ（例えば数ｃｍ2）を有するディスク形状の電極を容器１の壁（例えば図１の壁９）の隣に配置することからなる。
図２は、プラズマ反応器内におけるこの種の電極の電流−電圧特性の形を示している。負の高電圧Ｖが印加されると、飽和電流Ｉsatに到達する。全ての電子がはね返されるので、この電流Ｉsatは正のイオンの流れΓionに類似している。電流Ｉsatとイオン流Γionとを結ぶ関係は、全てのイオンが１度のみイオン化されるとすれば、Ｉsat＝ｅ・Ｓ・Γionで与えられる。ここで、ｅは１つの電子の電荷を表わしている。
プローブとプラズマとの間のＤＣ電流を測定することからなるラングミュアプローブ法の問題点は、プローブが汚れた場合、特にプラズマが電極上に絶縁層をデポジットした場合、にはもはや動作しないことにある。これは、プラズマに接しているいかなる表面にも薄い絶縁層を素早くデポジットしてしまう化学的複合ガス（ＣＦ4、ＳｉＨ4、ＣＨ4等）を用いた場合には、通常的に起こることである。
第２の方法は、イオン（及び電子）流を容器の壁に近接して置かれた電極内の小さなアパーチャ（一般に約１００μｍという小径を有する）によってサンプリングすることにある。このアパーチャの背後に配置された静電フィルタが、電子から正のイオンを分離することができ、これにより輸送されたイオン電流を測定することができる。この種の方法の問題点は、アパーチャ及び静電フィルタの輸送レートを校正しなければならないことである。さらに、フィルタ上への薄い層のデポジションによりそのレートは変化してしまう。このため、プラズマのもたらすこれら堆積物によって測定が妨害されてしまい、直ちに測定が不能となると共に測定装置の完全な機能停止となる。
以上述べた方法が有する問題点に故に、従来のプラズマ反応器は、一般に、全てのデポジション又はエッチング処理に先だって、例えばアルゴン等の希ガスで動作させるように構成されている。従って、複合ガスの存在する反応器の構成は、モデリング以外には公知であり得ない。
全ての公知方法に共通である他の問題点は、試料の処理中にイオン流の直接測定が全くできないことである。従って、公知方法では、デポジション又はエッチング処理の制御を全く行えない。
発明の要約
本発明は、いかなるプラズマを使用した場合にも実施できるイオン流の測定方法を提供することにより、これら問題点を解消することを目的としている。特に、本発明は、薄い絶縁層をデポジットするプラズマ中のイオン流の測定を可能とすることを目的としている。
本発明は、さらに、デポジション又はエッチング処理自体を妨害しない方法を提供することを目的としている。特に、本発明は、プラズマデポジション又はエッチング処理の制御を可能とすることを目的としている。
本発明は、さらに、このような方法を特に簡易に実施するための装置を提供することを目的としている。
本発明は、またさらに、測定の前に校正を要しない装置を提供することを目的としている。特に、本発明は、イオン流の絶対的な測定を可能とすることを目的としている。
本発明は、さらに、処理すべき試料を受容する容器の壁の近傍におけるイオン流の均一性の測定を可能とする装置を提供することを目的としている。
これら目的を達成するため、本発明は、プラズマからプラズマに接している表面へのイオン流を測定する方法であって、高周波電圧源とプラズマに接しているプレート状プローブとの間に接続された測定キャパシタの放電レートを測定する方法が提供される。
本発明の一実施態様によれば、測定方法は、プローブに高周波振動列を周期的に供給し、高周波信号の減衰の後かつプローブの電位が安定する前に２つの振動列間の測定を行うことを含む。
本発明の一実施態様によれば、測定方法は、測定キャパシタの両端の電位変化の測定を行うことを含む。
本発明の一実施態様によれば、測定方法は、キャパシタ及びプローブ間に挿設した変換器によって、測定キャパシタの放電電流を測定することを含む。
本発明の一実施態様によれば、測定キャパシタの値がプローブ上に形成されるかもしれない薄い層のキャパシタンスの値より低い。
本発明によれば、さらに、プラズマ反応器を構成する真空容器内のイオン流を測定する装置であって、
容器の内部にあり、平板状の感応表面を含んでいるプローブと、
容器の外部にあり、プローブに高周波電圧を周期的に供給する手段と、
容器の外部にあり、供給手段及びプローブに直列に取り付けられた測定キャパシタと、
容器の外部にあり、測定キャパシタの放電電流又は放電時のキャパシタの両端の電位変化を周期的に測定する手段と含んでいる測定装置が提供される。
本発明の一実施態様によれば、プローブが、実質的に同軸の導体によって測定キャパシタの端子に接続されたディスクを備えており、このディスクの裏面及び側面が絶縁体とスクリーン及び保護リングとして動作する導電性シースによって囲まれている。
本発明の一実施態様によれば、シースがキャパシタを介して供給源に接続されている。
本発明の一実施態様によれば、供給手段が高周波振動列を供給する測定高周波電圧源を備えており、測定が２つの振動列間で行われる。
本発明の一実施態様によれば、高周波振動の周期がこれら振動の印加時間に対して短く、振動列の印加時間がプローブの自己バイアスを確立するのに充分長く、かつ２つの振動列の時間間隔が測定を行うのに充分長い。
本発明の上述した目的、さらに構成及び効果等は、添付図面を参照した、特定の実施形態のこれに限定されない以下の記述によって詳しく説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１及び図２は、既に説明したものであり、従来の技術の構成及び解決すべき問題点を説明するための図である、
図３は、本発明によるイオン流を測定するための装置の一実施形態を概略的に示す図である、
図４は、図３に示したような本発明の測定装置のプローブの一例を示す断面図である、
図５及び図６は、本発明によるイオン流の測定方法の一実施形態を説明する図である。
詳細な説明
以下の説明では、明確化のために、本発明による装置の要素であって本発明を理解するのに必要なプラズマ反応器の要素のみが示される。さらに、図５及び図６のタイミング図は実寸ではなく、また、異なる図面においても同じ要素については同一の参照符号を付している。
図３は、本発明によるイオン流を測定するための装置の一実施形態を概略的に示す図である。
この装置は、イオン流がこれに向かって進むことが望ましい表面、例えばプラズマ反応器の真空容器（図示なし）の壁９（図１）、に近接して配置されるプローブ１０を備えている。プローブ１０の感応（検知）表面１１は、容器の内側に向いている。本発明によれば、ブローブ１０はキャパシタンスＣmを有する測定キャパシタ１２に接続されている。キャパシタ１２の第１の端子Ａは、低出力インピーダンス（典型的には５０Ω）を有する高周波（ＲＦ）電圧源１３の第１の端子に接続されている。キャパシタ１２の第２の端子Ｂは、反応器壁に接続されており、この反応器と共に通常はグランド電位である参照電位に接続されている。反応器壁が非導電性材料で形成されている場合は、プローブより大きい表面を有する電極が測定用の参照として使用するべく追加される。キャパシタ１２の第２の端子Ｂは、プローブ１０に接続されるべき装置の入力端子と測定手段、例えばオシロスコープ１４への装置の出力端子との両方を構成している。
図４は、図３に示したような本発明の測定装置を備えたプローブ１０の一例を示す断面図である。
プローブ１０は、導体２１によって測定装置の端子Ｂに接続される平板状のディスク２０を備えている。導体２１は、従って、プローブ１０が近接して配置されている壁（例えば壁９）を貫通している。ディスク２０の容器内側に向いた表面は、プローブの感応表面１１を構成している。プローブは、好ましくは、保護リングによって囲まれている。エッジ効果の影響を避けるためのこの保護リングは、例えば、ディスク２０より大きくかつ厚くこれと共軸の導電性ディスク２２を備えている。ディスク２２は、ディスク２０がその内部に挿入されるキャビティを具備している。ディスク２０の側面及び裏面並びに導体２１は、絶縁体２３によってディスク２２から絶縁されている。ディスク２２は、その保護リングとしての機能をより確実にするため、キャパシタンス値がＣgであるキャパシタ（図示なし）によって図示しない方法で端子Ａに電気的に接続されていることが好ましい。保護リングの電位をプローブ電位に常に近付けておくため、Ｃgは次のように選ばれるであろう。
Ｃg／Ｃm＝Ｓg／Ｓm
ここで、Ｓg及びＳmは、保護リング及びプローブの表面積をそれぞれ表わしている。
本発明によれば、プローブ１０は、高周波電圧源１３によって周期的に励起される。換言すれば、電圧源１３は、規則的な間隔で振動列（oscillation trains）を供給し、その振動列の間は測定キャパシタ１２の放電が計測できる。
図５は、電圧源１３によってキャパシタ１２の端子Ａ印加される信号の形を示している。この図はタイミング図の形で端子Ａの電位ＶAを表わしている。振動列の周期Ｔhは、例えば、１〜２０ＫＨｚ間の周波数ｆh＝１／Ｔhに対応する。高周波振動は、例えば、振動列の周期の約半分（Ｔh／２）に対応する期間Ｔ1の間続く。測定は、持続期間Ｔ1の２つの振動列の間の時間間隔Ｔ2内に行われる。図５に示すような信号は、例えば、電圧源１３からその出力を周波数Ｔhでチョッパ波化することによって得られる。
高周波振動の周波数ｆoは、例えば、１〜２０ＭＨｚ間に含まれる。高周波励起プラズマについては、プラズマ電位との干渉を避けるため、周波数値ｆoがプラズマ励起のための（図１のプラズマ源６による）周波数から充分に離れた値に維持される。特定の例として、約１３．５ＭＨｚの周波数を有する容量結合型生成器によって生成されたプラズマについては、周波数ｆoを１２〜１５ＭＨｚ間の周波数から選択することによって、干渉が避けられるであろう。
電圧源１３によって生じた振動と、プラズマによってプローブに供給された電流の非線形性（印加された電圧による）との影響によって、プローブへ向かう電子の平均流は、初期に、正イオンの平均流を越え、これがキャパシタ１２に印加される。端子Ｂの電位の振動の平均値は、電子流がイオン流と同じ値に到達し従ってそこではプローブ１０内の平均電流がゼロとなる電位Ｖbiasに対応する負の値に到達するまで減少するであろう。この電位Ｖbiasは、プラズマ内に存在する一般的な自己バイアス効果によって得られるものである。
図６は、この動作を説明しており、タイミング図の形でプラズマが存在している場合のキャパシタ１２の端子Ｂの電位を表わしている。自己バイアス電位Ｖbiasは、実質的に、高周波振動のピークトゥピーク振幅ＶCCの半分に対応している。
振動列の終端で、即ち高周波信号が遮断された場合、キャパシタ１２の端子Ｂは、振動が減衰した後には、自己バイアス電位Ｖbiasとなっている。これにより、プローブ１０が負の高電位にバイアスされているので、電子を捕捉することはできない。しかしながら、プローブ１０の表面１１に到達したイオン流は、そのまま変わらず、キャパシタ１２の放電を開始させる。これにより、キャパシタ１２の端子Ｂは、イオン流及び電子流が互いに相殺する値Ｖfに対応する浮動電位に収束するまで直線的に増大するであろう。
本発明によれば、電流がイオン流のみからなる（電子流はゼロである）直線期間の間、キャパシタ１２の放電レートが測定される。このような測定は、端子Ｂの電位の時間微分ｄＶB／ｄｔを計測するか、又はプローブ１０及びキャパシタ１２間に挿入されたトランスによってキャパシタ１２に向かって流れる電流ＩBを計測することによって行われる。このために、例えば、オシロスコープ１４又は特別な信号処理回路が用いられる。測定は、高周波振動が減衰した後かつ信号変化が非線形となる前、即ち端子Ｂの電位が浮動電位Ｖfに近付く前に行われる。
キャパシタ１２の放電の間、端子Ｂの電位の変化は、第１の近似計算式である次の式に従う。
ｄＶB／ｄｔ＝ｅ・Ｓm・（Γion−Γe）／Ｃm
ここで、Γion及びΓeは、イオン流及び電子流をそれぞれ表わし、ｅは１つの電子の電荷を表わしている。
電子流はΓeは、平板型ラングミュアプローブ法の場合のように、電位ＶBに従って変化し、電位ＶBが負の高電位となるとゼロとなる。
高周波信号の振幅は、測定を行うのに充分な時間の間、電子がプローブ１０に捕捉されるのを防止するべく自己バイアス電位Ｖbiasが充分な負電位となるように、充分に大きな値（例えば、約数十ボルト）に選ばれる。これは要するに、高周波信号の振幅ＶCCが、電子ボルトで表される電子温度より明らかに高い値に選ばれることになる。
従って、プローブが電位Ｖfに対して充分に負の電位であるために電子がこのプローブによってはね返される限り、プローブへの電子流Γeはゼロでありかつキャパシタ１２の放電勾配はイオン流Γionに比例する。
オシロスコープ１４によりこの勾配を測定することによって、イオン流は、次の式から推定できる。
ＩB＝Ｃm・ｄＶB／ｄｔ＝ｅ・Ｓm・Γion薄い絶縁層をデポジットするプラズマの存在が、本発明による装置の動作に影響を与えることはない。この薄い絶縁層は、電気的に見れば、端子Ｂ及びプラズマ間でキャパシタ１２と直列であるキャパシタンスＣi（図示なし）として現れる。このキャパシタンスの存在により、端子Ｂで測定された電位は、自己バイアス電位Ｖbiasに対応しないが、絶縁層のキャパシタンスＣiにキャパシタ１２が直列に係っていることからこの電位の分数に対応することとなる。
高周波信号が遮断されているとき、端子Ｂの電位とプラズマに接するプローブ表面の電位ＶSとの関係は次のように表わされる。
ＶB＝ＶS・Ｃi／（Ｃm＋Ｃi）
高周波信号が遮断されているとき、電位ＶSの値はＶbiasのままである。従って、電位ＶBの初期絶対値は、減少するであろう。しかしながら、電位ＶSが充分に負の値のままである限り、キャパシタンスＣm及びＣiを流れるイオン流、従って電流（同じである）も変化しないままとなる。薄い絶縁層のキャパシタンスＣiは、振動列の終わりで得られる電位ＶBの絶対値を減少させ、キャパシタンスＣmを有するキャパシタ１２によって蓄積される電荷を減少させ、さらに、キャパシタ１２の放電時間を、従って測定が可能な期間である線形期間を減少させるという影響を与える。これに対して、時間微分ｄＶB／ｄｔの初期値は変化せずに保たれ、放電レートは、初期には、高周波信号の振幅ＶCCが充分に大きい場合のイオン流Γionに比例する。
好ましくは、キャパシタ１２のキャパシタンスＣmは、プラズマによってプローブ１０上にデポジットされるであろう薄い絶縁層のキャパシタンスより低い値に選ばれる。これは、端子Ｂの電位変動を利用可能な時間が増大するという効果を有する。
キャパシタ１２の値の選択は、本装置が取り付けられる設備の電気的ノイズレベルと所望する利用可能な放電時間とに依存する。もちろん、キャパシタンスＣmが大きくなればなるほど、測定キャパシタ１２の放電がゆっくりとなる。
キャパシタ１２の値があまりにも高いと、測定された電位変化ｄＶB／ｄｔが非常にゆっくりとなり、測定がノイズによって変化してしまう危険が生じる。
キャパシタ１２の値があまりにも低いと、放電があまりにも速くなりプローブ前面の空間電荷領域が平衡に達するのに充分な時間が得られず、その結果、測定エラーとなってしまう危険がある。この平衡に必要な時間は、次のイオン−プラズマ期間から与えられる。
ｔion＝（Ｍi・ε0／ｎ・ｅ2）1/2
ここで、Ｍiはイオンの質量（mass）、ε0は真空の誘電率、ｎはプラズマ内におけるイオン密度をそれぞれ表している。
キャパシタ１２の値は、例えば、数ナノファラド程度に選ばれる。このような値は、プラズマによってデポジットされるであろう薄い絶縁層のキャパシタンスに関する条件に適合する。実際、比誘電率εrが４、厚さが０．１μｍの薄い絶縁層のキャパシタンスは、５ｃｍ2のプローブの場合、約１７７ナノファラドである。
振動の周期Ｔo＝１／ｆoは振動の印加時間Ｔ1に対して短く保たれ、時間Ｔ1は電位Ｖbiasとするプローブの自己バイアスを可能とするために充分に長く保たれ、２つの振動列の時間間隔Ｔ2はキャパシタ１２の放電レートの測定を可能とするために充分に長く保たれるであろう。
本発明の効果は、本発明がいかなるプラズマ化学組成にも適用されることにある。プローブを形成する材料の非常に強い化学的浸食（エッチング）、又はプローブの自己バイアスに到達できないような厚さの絶縁層のデポジションのみが測定装置の動作を制限する。
本発明の他の効果は、得られる結果がプローブによって集められたイオンの化学的性質に無関係である点にある。実際、電流のみ、従って正イオンの流れのトータルのみが測定される。
本発明の他の効果は、その実施中にもデポジション又はエッチング処理の制御が可能な点にある。本発明によるプローブは、処理すべき試料の置かれる位置に隣接する他に容器の壁に近接して配置可能である。これにより、本発明の装置による測定結果は、処理の制御に使用することができる。測定装置がイオン流のわずかな変化を検出（測定キャパシタの放電レートの加速又は減速の検出）した場合、この装置はプラズマを修正するために高周波又はマイクロ波ガス励起信号を変更可能な命令を生成することができる。測定装置がイオン流の急激な落ち込みを検出した場合、この装置は容器の壁が汚染されたことを表す警報を発生することができる。容器の異なる領域の測定を行うために、測定装置をそれぞれ伴う数個のプローブを容器の壁に隣接して分布配置することが可能であることを知っておくべきである。
本発明の他の効果は、容器特性段階（enclosure characterization phase）における、処理すべき試料を受容する領域のイオン流の均一性をチェック可能であり、これをいかなるプラズマにおいても可能である点にある。このため、本発明による数個のプローブ及び測定装置が、処理すべき試料を通常動作において受容する壁に隣接して分布配置される。異なる測定装置から得られる測定結果を判読することにより、当該壁に隣接するイオン流の分布マップを描くことができる。
本発明によれば、プローブ１０の感応表面１１が比較的大きい（約数ｃｍ2）。実際、プローブの表面が大きくなればなるほど、与えられたイオン流についてより大きな電流を収集することができる。これは、信号−雑音比及びプローブの時間分解能を向上可能である。さらに、大きなプローブにより、エッジ効果及び形成され得る絶縁層の影響が最小限となる。位置に対するイオン流のマッピングを確立するために数個のプローブを用いる適用例においては、プローブのサイズは適当な空間分解能を得るように適応される（制限される）であろう。
本発明の他の効果は、イオンの磁気回転半径がプローブのサイズより小さい限り、かつ磁界の振幅及び方向が電子がプローブへ到達することを、従って充電キャパシタ１２が自己バイアスを確立することを妨げない限り、測定が磁界に影響されないことである。従って、プローブ１０のサイズは、生じるであろう最大の磁界に適応できるようになされる。例えば、１ｃｍの直径を有するディスクのプローブでは、１０００ガウスより低い磁界によって測定が妨害されることはない。
本発明の変更例によれば、ウエハ支持体３（図１）がイオン流プローブとして使用可能である。この場合、基板の自己バイアスを確立するために使用されかつ容量結合型反応性イオンエッチングの際にプラズマを供給する高周波供給源（発生器５、図１）は、チョッパ波化され、本発明の高周波電圧源１３の役割を果たす。図３に関連して述べたものと同様の手段がイオン流を測定するために用いられる。このような変更例を用いた場合には基板の処理を妨害する恐れがあるが、イオン生成領域内の非均一な分布による壁上の流れとウエハ支持体上の流れとの間の起こり得る差を調べることは可能である。
本発明がプラズマの電位及び電子温度を決定できることに注目すべきである。実際、電位ＶBが浮動電位Ｖfに近付いたときの端子Ｂの電流−電圧特性を解析することにより、プローブは、従来のラングミュアプローブ法が行っていたように、プラズマのパラメータ特性を提供することができる。
もちろん、本発明は、当業者が容易に行える種々の変更、修正及び改良を含むものである。特に、一例として述べた材料、大きさ、キャパシタンス及び周波数は、特に本発明装置に関連するプラズマ反応器に従って、変更することができる。さらに、以上の記述では、容量結合型高周波発生器によってプラズマを生成する反応器を参照したが、本発明は、例えばＤＣ、高周波又はマイクロ波等を用いた、ガスを励起するいかなる方法にも適用されるものである。さらに、本発明は、プラズマ中に存在する正イオンの他の荷電粒子、例えばナノメータのサイズの集合体又は正に荷電されたダスト粒子等の流れの測定に適用可能である。
このような変更、修正及び改良は上述の記載の一部であり、また、本発明の精神及び範囲に含まれるものである。従って、以上の記載は単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明は、以下に述べる請求の範囲及びその均等体にのみ限定されるものである。
【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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