DE69500694T2

DE69500694T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Plasmaparameter

Info

Publication number: DE69500694T2
Application number: DE69500694T
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Klick
Original assignee: ADOLF SLABY INST FORSCHUNGSGES
Current assignee: Plasmetrex 12489 Berlin De GmbH
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2015-12-08
Also published as: DE4445762A1; DE69500694D1; US5861752A; EP0719077B1; JP2872954B2; ES2109045T3; US5705931A; JPH08222396A; ATE158134T1; EP0719077A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung absoluter Plasmaparameter unsymmetrischer Hochfrequenz (HF)-Niederdruckplasmen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Messung des hochfrequenten Entladungsstroms an einem als Masseelektrode oder geerdeter Elektrode wirkenden Teil eines Plasmareaktors.
In der Physik bedeutet der Begriff "Plasma" ein ionisiertes Gas. Bei diesem Prozeß wird ein Gasmolekül ionisiert, d. h. ein Gasmolekül wird in ein freies Elektron und ein positives Ion (ionisiertes Molekül) aufgespalten. Dieser Prozeß ist häufig eine Elektronenstoßionisation. Das Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes führt zu einer Energieaufnahme durch die Elektronen für einen unelastischen Stoß. Die Elektronen treffen auf andere Gasmoleküle, die dann wieder, wie zuvor beschrieben, in freie Elektronen und positive Ionen aufgespalten werden. Durch diesen Prozeß bildet sich im gesamten Reaktor ein Plasmazustand. Elektronen und Ionen rekombinieren auf der Wand, da der Ladungsträger, nämlich die freien Elektronen und die positiven Ionen, zu den Reaktorwänden hin abfließen. Dadurch bildet sich wieder ein Gasmolekül, so daß sich im Reaktor letztlich ein Gleichgewicht einstellt.
Das hochfrequente Wechselfeld wird mittels einer Parallelplattenanordnung im Plasmareaktor erzeugt, bei welcher eine erregte oder getriebene Hochfrequenz (HF)-Elektrode einer Masseelektrode gegenüberliegt. Die HF-Elektrode wird auch "heiße" Elektrode genannt. Nachfolgend wird unter dem Begriff "Masseelektrode" die eigentliche Elektrode verstanden, die elektrisch die Erde oder Masse bildet, die der HF-Elektrode unmittelbar gegenüberliegt und die ebenfalls als Masse wirkende Teile der Reaktorwand umfasst. In aller Regel sind die Elektroden des Plasmareaktors horizontal angeordnet. Die HF-Elektrode erstreckt sich nahe und parallel zum Reaktorboden oder zur Reaktordecke.
Unter einem HF-Niederdruckplasma wird nachfolgend ein Plasma mit einer Anregungsfrequenz zwischen 10 und 100 MHz und einem Druck von 0,1 bis 100 Pa, vorzugsweise 0,1 bis 20 Pa, verstanden. Das Gas befindet sich also unter einem bestimmten konstanten Druck (Vakuum) im Reaktor. Es ist auch möglich, das Gas kontinuierlich in den Reaktor einzuleiten und das Gas kontinuierlich aus dem Reaktor abzuziehen.
Die Plasmaprozesse finden somit in einem evakuierten Reaktor statt. HF-Niederdruckplasmen werden im Bereich der Grundlagenforschung und vor allem auf dem Gebiet der Halbleitertechnik verwendet. Bekannt sind z. B. Verfahren wie das Plasmaätzen (PE), das reaktive Ionenätzen (RIE) und das plasmaunterstützte chemische Abscheiden (PECVD).

Beschreibung des Standes der Technik

Für HF-Niederdruckplasmen sind im wesentlichen die nachfolgenden Methoden der Plasmadiagnostik bekannt.
Bei den optischen Methoden handelt es sich vor allem um emissionspektrometrische Verfahren, wobei die Emission teilweise extern angeregt wird. Diese Methode hat den Vorteil, daß das Meßobjekt kaum wahrnehmbar beeinflusst wird; diese Methode hat jedoch den Nachteil, daß in aller Regel nur relative Meßergebnisse gewonnen werden können. Massenspektrometrische Verfahren gestatten die Bestimmung der relativen Intensität oder auch die massenselektive Bestimmung der Ionenenergieverteilung. Die Bestimmung absoluter Werte für die Teilchendichte oder für die Stromdichte ist wegen des kleinen Öffnungswinkels und der nichtkonstanten Transmission im allgemeinen nicht möglich. Mit Hilfe von Langmuir-Sonden ist die Bestimmung lokaler Plasmaparameter, wie z. B. der Elektronen-, der Ionenstromdichte und der Elektronenenergie, möglich. In reaktiven oder schichtbildenden Plasmen können Langmuir-Sonden jedoch nur sehr beschränkt eingesetzt werden. Mit Hilfe der Mikrowelleninterferometrie können integrale Plasmaparameter, wie z. B. die mittlere Elektronendichte, bestimmt werden. Die Frequenz der Mikrowellen liegt über der lokalen Elektronenplasmafrequenz, um die Wellenausbreitung im Plasma zu ermöglichen. Dieses Verfahren effordert im allgemeinen eine starre Referenzleitung (in Form eines Hohlleiters). Dieses Verfahren ist daher wenig flexibel. Außerdem ist für eine genaue Bestimmung der mittleren Elektronendichte die Kenntnis der räumlichen Elektronendichteverteilung notwendig. Diese räumliche Elektronendichteverteilung müßte znsätzlich beispielsweise mit einer Langmuir-Sonde ermittelt werden. Integrale Plasmaparameter können aber auch mit Hilfe von Resonanzsonden bestimmt werden. Diese Sonden nutzen die Resonanzfähigkeit des Plasmas einschließlich seiner Randschichten zu umgebenden Festkörpern. Die Plasmaresonanzfrequenz, die auch geometrische Plasmaresonanzfrequenz genannt werden kann, liegt in Abhängigkeit von der Dicke der Randschichten stets geringfügig unter der Elektronenplasmafrequenz. Resonanzsonden können bei HF-Entladungen nicht eingesetzt werden, da die Entladung selbst ein breites Spektrum an harmonischen Oszillationen erzeugt und somit die Antwort der externen Anregung über die Resonanzsonde überdeckt.
In dem Dokument "Measurement Science & Technology", Vol. 2, Nr. 8, August 1991, Seite 801 - 806 ist ein hochfrequentes (HF) Sondenverfahren für die Plasmadiagnostik von HF- Entladungen beschrieben. Es ist eine elektrostatische Sondentechnik für HF-Plasmen offenbart. Die Gegenwart von HF-Potentialschwankungen zwischen der Sonde und dem Plasma stört die Langmuir-Sondencharakteristik; dadurch ergeben sich bei den Plasmaparametern große Fehler. Das neue Verfahren ist eine verbesserte Version des von Braithwaite et al vorgeschlagenen Verfahrens zum Beseitigen des Einflusses einer HF-Schwankung auf die Sondeneigenschaften. Es besteht in einem Überlagern der Schwankung des Raumpotentials, welche durch eine Emissionssonde gemessen wird, und der an der Sonde anliegenden Gleichspannung (DC). Diese Technik wird bei der Messung der Elektronentemperatur und -dichte in Helium- und Argon-HF- Entladungen bei 13,56 MHz angewendet. Die Elektronentemperatur in den HF-Plasmen liegt höher als diejenige in den äquivalenten DC-Plasmen, und die Elektronendichte in den HF- Plasmen liegt niedriger als diejenige in den äquivalenten DC-Plasmen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der obenerwähnten Art anzugeben, mit dem absolute Plasmaparameter zuverlässig und reproduzierbar bestimmt werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung eines Teils des Entladungsstroms an einem Plasmarreaktor zu schaffen.
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Bestimmung absoluter Plasmaparameter gelöst, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem hochfrequenten Meßsystem, das unempfindlich gegen dünne, aber im allgemeinen optisch dichte Schichten ist, so daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung relativ unempfindlich gegen Verschmutzungen, Schichtbildungen und reaktive Stoffe ist. Daraus folgt, daß das Verfahren eine hohe Langzeitstabilität und eine hohe Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmten absoluten Plasmaparameter ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms wenigstens eine Resonanzfrequenz der Entladung bestimmt. Bei der Resonanzfrequenz gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich nicht um die Elektronenplasmafrequenz (Langmuir-Frequenz), die die Resonanz im Plasma selbst ohne Beteiligung der Randschichten (Raumladungsschichten) beschreibt. Bei dieser Resonanzfrequenz handelt es sich vielmehr um eine geometrische Resonanz, die um einen Geometriefatktor unter der tatsächlichen Plasmafrequenz liegt. Die geometrische Resonanz ist bei einer stark unsymmetrischen HF-Entladung besonders ausgeprägt. Günstig ist dabei, daß durch die Selbstanregung eine erzwungene, d. h. externe, Anregung nicht erforderlich ist.
Aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms wird die Ionenenergieverteilung in der harmonischen Oszillation vor der HF-Elektrode bestimmt, wobei der gemessene Entladungsstrom einen frequenzunabhängigen Teil des gesamten Entladungsstroms bildet und wobei dieser Teil vorzugsweise über die Flächenverhältnisse von als Masseelektrode wirkendem Teil des Reaktors zur HF-Elektrode bestimmt wird. Günstig ist dabei, daß aus der ermittelten Ionendichteverteilung bei Kenntnis der zeitlich mittleren Potentialdifferenz zwischen dem Plasma und der HF- Elektrode die mittlere Ionenenergie der Ionen beim Auftreffen auf die Elektrodenoberfläche ermittelt werden kann. Die mittlere Ionenenergie ist ein wichtiger Prozeßparameter beim Bearbeiten eines sich auf der HF-Elektrode befindenden Substrats, wie z. B. einer Halbleiterplatte.
Günstig ist ferner, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms die Dämpfungskonstante des durch Stöße der Elektronen mit Neutralteilchen des Plasmas gedämpft schwingenden Systems bestimmt wird. Aus der Dämpfungskonstante läßt sich nämlich eine effektive Elektronenanstoßrate (auch effektive Elektronenstoßfrequenz genannt) bestimmen, welche Rate ein Maß für die Stöße der Elektronen mit den Neutralteilchen des Plasmas ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung des Absolutwertes der mittleren Schichtdicke der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode und/oder zur Bestimmung der mittleren Ionenenergie ferner das an der HF- Elektrode anliegende Potential oder zumindest dessen DC-Anteil (Gleichanteil) bestimmt. Dadurch lassen sich auf zuverlässige und letzlich kostengünstige Weise wichtige, das Plasma charakterisierende Parameter ermitteln, die beispielsweise Rückschlüsse auf den Ätzprozeß zulassen.
Die obengenannten Aufgaben werden auch durch eine Vorrichtung zur Messung des hochfrequenzten Entladungsstroms an einem als Masseelektrode wirkenden Teil des Plasmareaktors dadurch gelöst, daß
- eine Meßelektrode (die auch Messungselektrode genannt werden kann) auf ihrer Umfangsfläche eine elektrische Isolierung aufweist und die Meßelelektrode derart in einem Flansch oder einer Ausnehmung der zumindest als Teil der Masseelektrode wirkenden Reaktorwand angeordnet ist, daß sich die Isolierung wenigstens zwischen Meßelektrode und der Wand des Reaktors befindet und die Stirnfläche der Meßelektrode mit der zum Innenraum des Reaktors gerichteten Innenwand des Reaktors etwa fluchtet,
- und daß die Stirnfläche der Meßelektrode so bemessen ist, daß das durch die Meßelektrode bewirkte HF-Potential im Reaktor vernachlässigbar klein gegenüber dem Potential zwischen Plasma und Masselektrode ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Meßelektrode, den Entladungsstrom an der Reaktorwand zu messen, wobei die Meßelektrode einen virtuellen Teil der Wand darstellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung soll das HF-Potential an der Meßelektrode hinreichend klein gegenüber dem Potential zwischen Plasma und Masseelektrode sein. Das vorgenannte HF- Potential beträgt etwa zwischen 5 und 100 mV, vorzugsweise etwa 10 bis 20 mV. Das HF- Potential liegt damit um mehrere Größenordnungen unter dem Plasmapotential und dessen HF- Anteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Meßelektrode mittels einer elektrisch isolierenden Vakuumdurchführung am Reaktor befestigt. Die Meßelektrode weist einen stabförmigen, außerhalb des Reaktors geerdeten elektrischen Leiter auf. Der elektrische Leiter ist mit einem aus dem gemessenen Strom eine Spannung erzeugenden Stromwandler verbunden. Diese Weiterbildung stellt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einfachem konstruktivem Aufbau und der möglichen Verwendung handelsüblicher Vakuumdurchführungen dar. Aufgrund der möglichen großen Elektrodenfläche hat diese Meßelektrode eine relativ hohe Empfindlichkeit.
Vorteilhafterweise ist ein mittels einer elektrisch isolierenden Vakuumdurchführung am Reaktor befestigter Meßaufnehmer vorgesehen, der einen mit der Meßelektrode verbundenen Innenleiter, einen den Innenleiter umgebenden Isolierkörper, die Isolierung der Meßelektrode und einen mit der Reaktorwand verbundenen Außenleiter aufweist. Der Außenleiter sollte vorzugsweise in dem Flansch und so nahe wie möglich an der Innenseite der Reaktorwand vorgesehen sein. Dieser Meßaufnehmer stellt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Günstig ist dabei, daß ein solcher Meßaufnehmer eine hohe Bandbreite hinsichtlich der zu messenden Frequenz hat. Diese Bandbreite reicht von der Anregungsfrequenz des Plasmas, z. B. von 13,56 MHz, bis über die geometrische Plasmaresonanzfrequenz, so daß Messungen des Entladungsstromes mit einer Frequenz von mehr als 300 MHz bis etwa 500 MHz möglich sind.
Vorteilhafterweise ist die Vakuumdurchführung bei der erwähnten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beidseitig mit einem Koaxialanschluß versehen, der mit einem entsprechenden, dem Innenleiter, dem Isolierkörper und dem Außenleiter verbundenen Gegenanschluß verbindbar ist. Damit ist es möglich, den Meßaufnehmer auch im Reaktor bis an die eigentliche Meßelektrode heran als Koaxialkabel auszubilden, um die vorgenannte möglichst hohe Bandbreite zu erreichen. Der Meßaufnehmer kann deshalb auf einfache und kostengünstige Weise ein "abgeschnittenes" Koaxialkabel mit einer unmittelbar daran angefügten Meßelektrode darstellt. Ein Trennen von Meßelektrode und Vakuumdurchführung ist durch die Koaxialanschlüsse ohne weiteres möglich, so daß die Einzelteile des Meßaufnehmers, sollte dies gewünscht sein, schnell ausgetauscht werden können.

Beschreibung der Zeichnungen

Ein besseres Verständnis der Erfindung wird mit Bezug auf die nachfolgend detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erreicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaubild, in dem der gemessene Teil des Entladungsstrom über der normierten Zeit aufgetragen ist;
Fig. 2 ein Schaubild, in dem das Fourier-Spektrum des gemessenen Stroms über der normierten Frequenz aufgetragen ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen absoluter Plasmaparameter;
Fig. 4 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Messen des hochfrequenten Entladungsstroms an einem Reaktor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Messen des hochfrequenten Entladungsstroms an einem Reaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Messen des hochfrequenten Entladungsstroms an einem Reaktor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.

Eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen absoluter Plasmaparameter unsymmetrischer Hochfrequenz (HF)-Niederdruckplasmen ist schematisch in Fig. 3 gezeigt.
In einem Reaktor 2, nachfolgend Plasmareaktor genannt, befindet sich eine Elektrode 3. Die Elektrode 3 erstreckt sich horizontal unter Belassung eines Abstandes parallel zur Oberwand 4 des Reaktors 2. Die Elektrode 3 ist elektrisch mit der Oberwand verbunden. Ferner weist der Reaktor 2 Seitenwände 5, 6 auf, die einerseits mit der Oberwand 4 und die andererseits mit der Bodenwand 7 verbunden sind.
Nahe der Bodenwand 7 und parallel zu dieser erstreckt sich in horizontaler Richtung die Hochfrequenz (HF)-Elektrode 10. Die Elektrode 10 ist elektrisch über eine Leitung 11 mit einem Anpaßnetzwerk 12 und über eine weitere Leitung 13 mit einem Generator 14 verbunden. Der Generator 14 erzeugt eine Spannung mit sinusförmigem Verlauf. Die Leitung 11 weist zumindest im Bereich ihrer Durchführung durch die Bodenwand 7 eine Isolierung 15 auf, so daß die HF- Elektrode 10 und die Leitung 11 elektrisch nicht mit der Bodenwand 7 verbunden sind. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird die Elektrode 3 einschließlich der Wände 4, 5, 6 und 7 des Reaktors 2 nachfolgend als Masseelektrode bezeichnet. In dem Reaktor 2 befindet sich im Bereich 16 zwischen der HF-Elektrode 10 und der Elektrode 3 das Plasma 17. Es wird daraufhingewiesen, daß in Fig. 3 der Bereich 16 lediglich aus zeichnerischen Gründen in Form von geraden Linien dargestellt ist.
An der Seitenwand 5 ist ein Meßaufnehmer 20 befestigt. Mit Hilfe dieses Meßaufnehmers wird ein Teil des hochfrequenten Entladungsstroms, nämlich der Teil des Stroms, der auf die in der Seitenwand 5 sitzende Meßelektrode 21 trifft, gemessen. Der Meßaufnehmer 20 ist mit einem Analog/Digital (A/D)-Wandler 22, beispielsweise einem digitalen Speicheroszilloskop, verbunden. Der A/D-Wandler 22 ist an eine Datenverarbeitungsanlage 23, beispielsweise einen Personal Computer, angeschlossen.
Die von dem Meßaufnehmer 20 gemessenen analogen Signale gelangen über die Leitung 24 zum A/D-Wandler 22, welcher Wandler 22 die analogen Signale (Daten) in digitale Signale umwandelt und welcher die digitalen Signale über die Leitung 25 zur Datenverarbeitungsanlage 23 weitergibt. Die Steuerung des A/D-Wandlers 22 erfolgt mittels der Datenverarbeitungsanlage 23 über die Leitung 26.
Über einen Spannungsteiler 27, vorzugsweise einen Tastkopf, ist die das Anpaßnetzwerk 12 mit der HF-Elektrode 10 verbindende Leitung 11 mit Hilfe der Leitung 30 an den A/D-Wandler 22 angeschlossen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 näher beschrieben.
Durch das Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes werden die sich in dem Reaktor 2 befindenden Gasmoleküle ionisiert, d. h. in freie Elektronen und positive Ionen aufgespalten. Im Plasmazustand bilden sich im Reaktor 2 Stromlinien 31 mit jeweils in bezug auf die Symmetrieachse 32 radialer und axialer Komponente aus. Der besseren Übersicht halber sind in Fig. 3 lediglich zwei Stromlinien 31 dargestellt. Die Stromlinien verlaufen von der HF-Elektrode 10 zur Masseelektrode (Elektrode 3, Oberwand 4, Seitenwände 5, 6, Bodenwand 7). Sie stehen sowohl auf der HF-Elektrode als auch auf dem betreffenden Teil der Masseelektrode senkrecht. Der Einfachheit halber sind in Fig. 3 die Stromlinien 31 lediglich innerhalb des Bereichs 16 dargestellt.
Mit Hilfe der Meßelektrode 21 des Meßaufnehmers 20 wird ein Teil des hochfrequenten Entladungsstroms, nämlich der auf die Meßelektrode 21 auftreffende Teil des Entladungsstroms, gemessen. In Fig. 1 ist dieser gemessene Teil des Entladungsstroms Ip über der normierten Zeit aufgetragen. Für die normierte Zeit gilt die folgende Beziehung:
φ = ω&sub0; t
wobei ω&sub0; die Anregungsfrequenz [1/s] und t die Zeit [s] bezeichnen. Dieses Schaubild gilt für einen Druck p von 10 Pa und für eine Anregungsfrequenz von 13,56 MHz.
Ferner zeigt Fig. 1 das Elektrodenpotential U, welches an die HF-Elektrode 10 und die Elektrode 3 angelegt wird, über der normierten Zeit.
Fig. 1 verdeutlicht einen sägezahnähnlichen Verlauf mit überlagerten Schwingungen des über der normierten Zeit aufgetragenen, gemessenen Entladungsstroms. Ein solcher Verlauf bedeutet, daß innerhalb der Periodendauer einer Schwingung zunächst ein steiler Anstieg und anschließend ein allmählicher Abfall des gemessenen Stroms stattfindet. Dieser sägezahnähnliche Verlauf ergibt sich infolge nichtlinearer Verzerrungen aufgrund der Nichtlinearität der Raumladungsschicht 33 vor der HF-Elektrode 10 (in Fig. 3 über der HF-Elektrode 10). Durch die Nichtlinearität der Raumladungsschicht werden im Entladungsstrom harmonische Oszillationen erzeugt. Durch die Abhängigkeit der Schichtdicke der Raumladungsschicht von der Potentialdifferenz zwischen dem Plasma und der HF-Elektrode wirkt die Raumladungsschicht als nichtlineare Kapazität. Die nichtlineare Wirkung der Raumladungsschicht wird deutlich durch die Ionendichteverteilung in der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode 10 beeinflußt.
Das über der normierten Zeit in Fig. 1 aufgetragene Elektrodenpotential U zeigt einen an eine sinusförmige Schwingung angenäherten Verlauf. Der besseren Darstellung halber ist dieser etwa sinusförmige Verlauf in Fig. 1 punktiert dargestellt.
Durch die träge Masse der Elektronen und die rückstellende Kraft aufgrund der elektrischen Felder in den Raumladungsschichten zwischen dem Plasma und der Masseelektrode auf der einen Seite bzw. zwischen dem Plasma und der HF-Elektrode auf der anderen Seite stellt die aus dem Plasmakörper und den Raumladungsschichten bestehende Entladung ein schwingungsfähiges System dar. Die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems liegt unterhalb der Elektronenplasmafrequenz (auch Langmuir-Frequenz genannt). Durch die Stöße der Elektronen mit den Gas-Neutralteilchen wird das System gedämpft, so daß dieses letztlich eine gedämpfte Schwingung ausführt.
Durch die zuvor beschriebene Nichtlinearität der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode und die daraus resultierenden harmonischen Oszillationen im Entladungsstrom regt sich das Plasma selbst zu Schwingungen an, die in der Nähe der Resonanzfrequenz besonders stark ausgeprägt sind. In Fig. 2 ist ein diskretes Spektrum der Meßwerte dargestellt. Es ergibt sich im in Fig. 2 dargestellten Fourier-Spektrum des gemessenen Entladungsstroms ein Maximum etwa im Bereich der 10. bis 11. harmonischen Oszillation. Da in Fig. 2 das Fourier-Spektrum über der normierten Frequenz ω/ω&sub0; aufgetragen ist, folgt daraus, daß die Resonanzfrequenz ωr etwa zehnmal so groß wie die Anregungsfrequenz ω&sub0; ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die vorerwähnte Resonanzfrequenz nicht mit der Elektronenplasmafrequenz ωpe gleichzusetzen ist.
Gemäß Fig. 1 werden innerhalb der Periodendauer einer Schwingung etwa 10 überlagerte Schwingungen ausgeführt. Dieses Ergebnis deckt sich in etwa mit der Darstellung in Fig. 2, gemäß der die Resonanzfrequenz etwa im Bereich der 10. bis 11. harmonischen Oszillation auftritt.
Die zuvor beschriebene Eigenanregung des Systems ist bei einer stark unsymmetrischen Hochfrequenzentladung besonders ausgeprägt. Bei einer solchen Entladung dominiert die Raumladungsschicht 33 vor der HF-Elektrode 10. Demgegenüber kann die Raumladungsschicht vor der Masseelektrode vernachlässigt werden. Da sich die Eigenanregung wenigstens bis zur 10. harmonischen Oszllation erstreckt, ist eine externe Anregung des Systems nicht erforderlich.
Erfindungsgemäß wird der hochfrequente Entladungsstrom in Form analoger Signale an einem als Masseelektrode wirkenden Teil des Reaktors 2 mit Hilfe der Meßelektrode 21 des Meßaufnehmers 20 gemessen. Der hochfrequente Entladungsstrom wird über die Leitung 24 zum A/D- Wandler 22 geleitet. Dort werden die gemessenen analogen Signale in digitale Signale umgewandelt. Letztere werden über die Leitung 25 zur Datenverarbeitungsanlage 23 geleitet. Mittels eines mathematischen Algorithmus werden die Plasmaparameter aus den von dem A/D-Wandler abgegebenen Signalen berechnet.
Der mathematische Algorithmus beruht auf einer geeigneten Darstellung für den Spannungsabfall über der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode nach dem Verschiebungsfluß an der Oberfläche der Elektrode in der das System beschreibenden Differentialgleichung. Letztere erfaßt auch die träge Masse der Elektronen, ihre Stöße mit den Neutralteilchen des Gases und den Ionenstrom zur Wand (Masseelektrode) oder zur HF-Elektrode. Durch eine anschließende Fourier-Transformation kann der die zu bestimmenden Parameter enthaltende Parametersatz durch algebraische Umformungen gewonnen werden.
Im einzelnen können die träge Masse des Elektrons wie eine Induktivität und die Stöße mit den Neutralteilchen einschließlich der Leistungsaufnahme in der expaniderenden Schicht wie ein Widerstand angesehen werden. Letztlich ist es die Schicht, welche als nichtlineare Kapazität wirkt. Somit kann das Plasma als gedämpfter Serienschwingkreis aufgefaßt werden. Die nichtlineare Raumladungskapazität regt das Plasma durch das Vorsehen harmonischer Oszillationen in der Nähe der geometrischen Resonanzfrequenz zu gedämpften Schwingungen an, welche Resonanzfrequenz unterhalb der Plasmafrequenz (Langmuir-Frequenz) liegt. Die Beziehung zwischen der zeitlichen Ableitung der Schichtspannung u [V], der Schichtbreite s [m] und dem Verschiebungsstrom i [A]
verdeutlicht die nichtlinearen Eigenschaften der Schicht, wobei A&sub0; die Fläche [m²] der HF- Elektrode bezeichnet. Unter Verwendung einer hydrodynamischen Näherung für die Bewegung der Elektronen lautet die bekannte Gleichung für die Dielektrizitätskonstante &epsi;[As/(Vm)] des "kalten" Plasmas
wobei &epsi;&sub0; die Dielektrizitätskonstante [As/(Vm)] des freien Raums (Vakuum), ωe die (Elektronen)-Plasmafrequenz [1/s] bedeutet, ν die Stoßfreqnenz [1/s], e die Elementarladung [As], n die Elektronenplasmadichte [1/m³] und me die Elektronenmasse [kg] bedeutet. Gleichung (2) wird für eine verschwindende Stoßfrequenz ν ECCLES-Beziehung genannt. Die Leitfähigkeit des Plasmas kann nun geschrieben werden als
und der Potentialabfall des Plasmas beträgt
Unter Vernachlässigung der Leitungsströme der Ionen und Elektronen in der Schicht erhält man für die gesamte, durch die Spannung urf an der HF-Elektrode angeregte Entladung
welche eine nichtlineare inhomogene Differentialgleichung zweiter Ordnung ist. Auf der rechten Seite obiger Gleichung findet man ein lineares, schwingungsfähiges System mit der geometrischen Resonanzfrequenz ωp² = ωe² s/l für ein Plasma mit geringer Dämpfung, wobei l die geometrische Länge des Plasmas bedeutet.
Die Abhängigkeit der Schichtdicke s von dem Verschiebungsstrom schließt eine spezielle Näherung ein und erfordert normalerweise eine numerische Lösung der Differentialgleichung (5).
Diese Differenzialgleichung kann an Hand eines Ersatzschaltbildes interpretiert werden. Auf der einen Seite befindet sich die externe Anregung - die Matchbox umfaßt den HF-Generator. Die Entladung wird als gedämpfter Schwingkreis behandelt, wie dies durch die rechte Seite von Gleichung (5) vorgeschlagen wird.
Schließlich bleiben die durch den zweiten Term auf der linken Seite von Gleichung (5) gegebenen, nichtlinearen Phänomene, welche durch Spannungsquellen, wie die innere Anregung in Abhängigkeit von dem Verschiebungsstrom, und als weiterer nichtlinearer Effekt durch die Bias- Spannung dargestellt werden. Die durch Gleichung (1) gegebene Nichtlinearität der Schicht bewirkt harmonische Oszillationen und der Schwingkreis eine zusätzliche Resonanz vor allem im Entladungsstrom.
Unter Verwendung der Differentialgleichung und des gemessenen Entladungsstroms können die unbekannten Parameter bestimmt werden. Die Elektronenplasmadichte, die Stoßfrequenz, der Plasmawiderstand und die im Plasmakörper dissipierte Energie können berechnet werden.
Aus dem zeitlichen Verlauf des gemessenen Entladungsstroms läßt sich die bereits oben erwähnte wenigstens eine Resonanzfrequenz bestimmen, auf welcher sich die Entladung durch infolge der Nichtlinearität der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode erzeugte harmonische Oszillationen im Entladungsstrom selbst anregt. Wegen der Zweidimensionalität des Stromflusses (jede Stromlinie 31 in Fig. 3 hat eine axiale und eine radiale Komponente) und der Nichtlinearität der Raumladungsschicht können mehrere Resonanzfrequenzen auftreten. Bei höheren Drücken ergibt sich lediglich eine Resonanzfrequenz. Ferner läßt sich aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms die Ionendichteverteilung in der harmonischen Oszillation vor der HF- Elektrode bestimmen, wobei der gemessene Entladungsstrom einen frequenzunabhängigen Teil des gesamten Entladungsstrom bildet. Dieser frequenzunabhängige Teil des gesamten Entladungsstroms wird in einer ersten Näherung über die Flächenverhältnisse von als Masseelektrode wirkendem Teil des Reaktors zur HF-Elektrode bestimmt. Mit Blick auf das mathematische Modell kann dieser Teil auch durch die Bestimmung des Stromteilerfaktors und der Dicke des elektrischen Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode abgeschätzt werden. Außerdem läßt sich aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms die Dämpfungskonstante des gedämpft schwingenden Systems bestimmen. Sofern zusätzlich das an der HF-Elektrode anliegende Potential oder zumindest dessen Gleichanteil beispielsweise an einer Stelle 34 außerhalb des Reaktors 2 in Fig. 3 gemessen wird, können ferner der Absolutwert der mittleren Schichtdicke der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode und die mittlere Ionenenergie bestimmt werden.
Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens können wichtige Plasmaparameter in absoluten Größen bestimmt werden, die die Betriebsbedingungen im Reaktor eindeutig charakterisieren. Einer dieser wichtigen Plasmaparameter, die über das Volumen gemittelte Elektronendichte, kann leicht aus der Elektronenplasmafrequenz (auch Langmuir-Frequenz genannt) oder unmittelbar aus der geometischen Resonanzfrequenz bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Parameter lassen sich Rückschlüsse auf den Plasmazustand und den konkreten Anwendungsfall, beispielsweise einen Ätzprozeß von Halbleiterscheiben, ziehen. Es ist somit möglich, unsymmetrische Hochfrequenz-Niederdruckplasmen reproduzierbar, d. h. zuverlässig, und schnell zu charakterisieren. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann deshalb eine "In-situ"-Kontrolle der Plasmaparameter erfolgen. Durch die ausschließliche Messung eines hochfrequenten Stromes verursachen Verschmutzungen oder Schichtabscheidungen auf der Meßelektrode unterhalb von etwa 0,1 mm keinen nennenswerten Fehler. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch an Plasmen mit kombinierter Anregung, d. h. einer HF-Anregung und einer Anregung mittels Mikrowelle, angewendet werden, da die Anregungsfrequenz der Mikrowellen mit etwa 2,45 GHz im allgemeinen wesentlich über der zuvor genannten HF-Anregung liegt.
Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Messen eines hochfrequenten Entladungsstroms an einem als Masseelektrode wirkenden Teil des Plasmareaktors geeignet.
Eine Vorrichtung 35 zum Messen eines hochfrequenten Entladungsstroms an einem Plasmareaktor 2 ist beispielhaft in den Fig. 4 bis 6 gezeigt, wobei das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 auch in Fig. 3 schematisch angedeutet ist.
Erfindungsgemäß weist die Meßelektrode 21 auf ihrer Umfangsfläche 36 eine elektrische Isolierung 37 auf. Die Isolierung 37 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Die Meßelektrode 21 ist derart in einem Flansch oder einer Ausnehmung 40 der als Teil der Masseelektrode 3 bis 7 wirkenden Reaktorwand 5 angeordnet, daß sich die Isolierung 37 wenigstens zwischen der Meßelektrode 21 und der Wand 5 des Reaktors 2 befindet und die Stirnfläche 41 der Meßelektrode 21 mit der zum Reaktorinnenraum 42 gerichteten Innenwand 43 des Reaktors 2 fluchtet. Dadurch bilden die Meßelektrode 21 und die Isolierung 37 einen Teil der Reaktorwand. Erfindungsgemäß ist die Stirnfläche 41 der Meßelektrode 21 so bemessen, daß das durch die Meßelektrode 21 bewirkte HF-Potential im Reaktor 2 vernachlässigbar klein gegenüber dem Potential zwischen Plasma 17 und Masseelektrode 3 bis 7 ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 35 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Meßelektrode 21 ist mittels einer elektrisch isolierenden und in Fig. 4 gestrichelt angedeuteten Vakuumdurchführung 44 an der Wand 5 des Reaktors 2 befestigt. Die Meßelektrode 21 weist einen stabförmigen, außerhalb des Reaktors 2 geerdeten elektrischen Leiter 45 auf. Der Leiter 45 ist mit einem aus dem gemessenen Strom 1 eine Spannung U erzeugenden Stromwandler 46 verbunden. Der Stromwandler 46 ist über eine Leitung 47 wieder mit Masse, d. h. mit der Wand 5 des Reaktors, verbunden. Diese Spannung U wird, wie zuvor beschrieben, als Eingangsgröße zum A/D-Wandler 22 geleitet und gelangt von dort als digitales Signal zur weiteren Verarbeitung in die Datenverarbeitungsanlage 23.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der einfache konstruktive Aufbau und die Verwendung handelsüblicher Vakuumdurchführungen. Die Vorrichtung der ersten Ausführungsform weist eine relativ hohe Empfindlichkeit wegen der großen, bei dieser Ausführugnsform verwendeten Elektrodenfläche auf. Die Bandbreite dieser Vorrichtung ist durch die obere Grenzfrequenz des Stromwandlers und parasitäre Induktivitäten der Zuleitungen sowie durch Streukapazitäten auf etwa 150 MHz begrenzt.
Gemäß einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, in Fig. 4 den Stromwandler 46 durch einen Abschlußwiderstand 50, wie er beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist, von vorzugsweise 50 Ohm zu ersetzen.
Es wird darauf hingewiesen, daß im Innenraum der Vakuumdurchführung 44 und im Reaktorinnenraum 42 ein Vakuum anliegt. Diese Räume sind gasdicht gegenüber der umgebenden Atmosphäre.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 35 ist schematisch und teilweise im Schnitt in Fig. 5 dargestellt, wobei nachfolgend gleiche oder ähnliche Elemente dieselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeigen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein mittels der Vakuumdurchführung 44 an der Wand 5 des Reaktors 2 befestigter Meßaufnehmer 20 vorgesehen. Der Meßaufnehmer 20 weist einen mit der Meßelektrode 21 verbundenen Innenleiter 51, einen den Innenleiter 51 mantelförmig umgebenden Isolierkörper 52, die Isolierung 37 der Meßelektrode 21 und einen mit der Wand 5 des Reaktors 2 verbundenen Außenleiter 53 auf. Der Außenleiter 53 sollte vorzugsweise in dem Flansch oder der Ausnehmung, jedoch so nahe wie möglich, an der Innenseite der Reaktorwand 5 vorgesehen sein. Dieser Meßaufnehmer 20 entspricht damit einem Koaxialkabel mit einem konstanten Wellenwiderstand von vorzugsweise 50 Ohm, so daß der Meßaufnehmer 20 etwa denselben Aufbau wie das zuvor erwähnte Koaxialkabel hat. Der Innenleiter 51 leitet den von der Meßelektrode 21 gemessenen Strom 1 zum reellen Abschlußwiderstand 50. Dieser Widerstand ist über die Leitung 47 mit dem Außenleiter 53 und der Wand 5 (Masse) des Reaktors elektrisch verbunden. Der Strom im Innen- und Außenleiter ist vom Betrag her gleich groß. Bei einem derartigen Meßaufnehmer treten deshalb keine externen Magnetfelder auf.
Der Meßaufnehmer 20 ist gemäß Fig. 5 mit einem Koaxialkabel 54 verbunden. Diese Verbindung ist jedoch in Fig. 5 nicht näher gezeigt und kann beispielsweise ein sogenannter BNC-Anschluß, also eine Buchsen-Stecker-Anordnung (patrizenförmige/matrizenförmige Verbindung) sein. Es ist auch möglich, daß sich die Vakuumduchführung 44 lediglich bis zum äußeren Ende des Meßaufnehmers 20 erstreckt und gegenüber dem Meßaufnehmer abgedichtet ist. Die Isolierung 37 besteht ebenso wie der Isolierkörper 52 vorzugsweise aus Teflon (PTFE).
Der in den Fig. 5 und 6 gezeigte Meßaufnehmer 20 ist gemäß Fig.3 an den A/D-Wandler 22 mit einem Abschlußwiderstand 50 von vorzugsweise 50 Ohm über das den Innenleiter 51, den Isolierkörper 52 und den Außenleiter 53 aufweisende Koaxialkabel 54 angeschlossen. Der Wellenwiderstand des Koaxialkabels entspricht dem Wellenwiderstand des Meßaufnehmers 20 und dem Abschlußwiderstand 50.
Da die erfindungsgemäße Voriichtung 35 bis an die eigentliche Meßelektrode 21 heran als Koaxialkabel ausgebildet ist (siehe Fig. 5), kann mit diesem Meßaufnehmer eine hohe Bandbreite bezüglich der Frequenz des zu messenden Entladungsstroms realisiert werden. Damit ist von der Meßelektrode bis beispielsweise zum Eingang des A/D-Wandlers 22 eine reflektionsfreie Übertragung des Meßsignals mit hoher Bandbreite möglich. Bei einem Abschlußwiderstand 50 von beispielsweie 50 Ohm, welcher dem Wellenwiderstand des Kabels entspricht, ist der Eingangswiderstand des Meßaufnehmers 20 klein verglichen mit dem Blindwiderstand der Raumladungskapazität der Meßelektrode 21 gegenüber dem Plasma, so daß das durch die Meßelektrode bewirkte HF-Potential im Reaktor vernachlässigbar klein gegenüber dem Potential zwischen Plasma und Masseelektrode ist. Für technische Plasmen und die dabei verwendeten Anregungsfrequenzen unterhalb von 50 MHz beträgt der Durchmesser der Meßelektrode 21 etwa 5 mm.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 35 ist schematisch teilweise im Schnitt in Fig. 6 dargestellt.
Die hier gezeigte Vakuumdurchführung 44 ist mit einer Abschlußplatte 55 versehen, die mittels nicht näher gezeigter Klemmen 56 über eine Ringdichtung 57 mit einem flanschartigen Ansatz 60 am freien Ende der Vakuumdurchführung 44 fest verbunden ist. Die Abschlußplatte 55 weist beidseitig einen Koaxialanschluß 61 auf, wobei das eine Ende vorzugsweise als Stecker (patrizenförmig) und das andere Ende vorzugsweise als Buchse (matrizenförmig) ausgebildet ist. Der zur Reaktorwand 5 weisende Koaxialanschluß 61 ist mit einem entsprechenden, in Fig. 6 nicht näher gezeigten Gegenanschluß 62 verbunden. Die Elemente dieser Verbindung (Innenleiter 51, Isolierkörper 52, Außenleiter 53) entsprechen denjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5. Daraus folgt, daß der Innenleiter 51 unmitttelbar mit der eigentlichen Meßelektrode 21 und der Außenleiter 53 über ein Wandelement 63 mit der Wand 5 des Reaktors 2 elektrisch verbunden sind. Zwischen dem Innenleiter 51 und der Meßelektrode 21 einerseits und zwischen dem Außenleiter 53 und dem Wandelement 63 andererseits erstrecken sich der Isolierkörper 52 und die Isolierung 37. Der Isolierkörper 52 und die Isolierung 37 sind ebenso wie die Abschlußplatte 55 vorzugsweise aus Teflon gefertigt. Gemäß Fig. 6 ist der zylindrische Teil der Vakuumdurchführung 44 mit der Seitenwand 5 des Reaktors verschweißt.
Bei dem letztgenannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung fließt der Entladungsstrom von der Meßelektrode 21 über den Innenleiter 51 und die in Fig. 3 gezeigte Leitung 24 zum A/D-Wandler 22 und von dem Wandler über eine Leitung 24, welche ebenfalls als Koaxialkabel ausgebildet ist, über den Außenleiter 53 und das Wandelement 63 zurück zu der als Masseelektrode wirkenden Seitenwand 5 des Reaktors 2. Es ist klar, daß die Ringdichtung 57 als Vakuumdichtung ausgebildet ist und daß ein einwandfreier elektrischer Kontakt zwischen der Mantelfläche des Wandelements 63 und der Seitenwand 5 des Reaktors besteht.
Die Vorrichtung gemäß dem letztgenannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Anregung im Entladungsstrom mit einer Bandbreite bis etwa 500 MHz zu messen. Diese Messung erfolgt relativ unabhängig von der Entfernung zwischen dem Meßaufnehmer 20 und dem A/D-Wandler 22.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen absoluter Plasmaparameter unsymmetrischer Hochfrequenz (HF)-Niederdruckplasmen, umfassend die folgenden Schritte:

a) Erzeugen eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes mit Hilfe von Anregungsfequenzen zwischen etwa 10 und 100 MHz in einem Plasmareakor, durch welches elektrische Wechselfeld sich die Entladung mittels infolge der Nichtlinearität der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode erzeugter Oberwellen im Entladungsstrom selbst zu Schwingungen anregt;

b) Messen des in dem Plasmareaktor erzeugten hochfrequenten Entladungsstroms an einem als Masseelektrode wirkenden Teil des Plasmareaktors und Umwandeln des gemessenen Stroms in eine in Form analoger Signale vorliegende Spannung;

c) Umwandeln der unter b) ermittelten analogen Signale in digitale Signale; und

d) Berechnen der Plasmaparameter aus den unter c) erhaltenen digitalen Signalen mittels eines mathematischen Algorithmus.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Resonanzfrequenz der Entladung aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms die Ionendichteverteilung in der harmonischen Oszillation vor der HF-Elektrode bestimmt wird, wobei der gemessene Entladungsstrom durch eine näherungsweise frequenzunabhängige Teilung des gesamten Entladungsstroms gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzunabhängige Teilung des gesamten Entladungsstroms in einer ersten Näherung über die Flächenverhältnisse von dem als Masseelektrode wirkenden Teil des Reaktors und der HF-Elektrode abgeschätzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zeitlichen Verlauf des Entladungsstroms die Dämpfungskonstante des durch Stöße der Elektronen mit Neutralteilchen des Plasmas gedämpft schwingenden Systems bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Absolutwertes der mittleren Schichtdicke der Raumladungsschicht vor der HF-Elektrode und/oder zur Bestimmung der mittleren Ionenenergie das an der HF-Elektrode anliegende Potential oder zumindest dessen Gleichanteil gemessen wird.

7. Vorrichtung zum Messen des hochfrequenten Entladungsstroms an einem als Masseelektrode (3 bis 7) wirkenden Teil eines Plasmareaktors (2), dadurch gekennzeichnet,

daß eine Meßelektrode (21) auf ihrer Umfangsfläche (36) eine elektrische Isolierung aufweist und derart in einem Flansch oder einer Ausnehmung (40) der zumindest als Teil der Masseelektrode (3 bis 7) wirkenden Reaktorwand (5) angeordnet ist, daß sich die Isolierung (37) wenigstens zwischen Meßelektrode (21) und der Wand (5) des Reaktors (2) befindet und die Stirnfläche (41) der Meßelektrode (21) mit der zum Innenraum (42) des Reaktors (2) gerichteten Innenwand (43) des Reaktors (2) etwa fluchtet, und

daß die Stirnfläche (41) der Meßelektrode (21) so bemessen ist, daß das durch die Meßelektrode (21) bewirkte HF-Potential im Reaktor (2) vernachlässigbar klein gegenüber dem Potential zwischen Plasma (17) und Masseelektrode (3 bis 7) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (21) mittels einer elektrisch isolierten Vakuumdurchführung (44) am Reaktor (2) befestigt ist und daß die Meßelektrode (21) einen stabförmigen, außerhalb des Reaktors (2) geerdeten elektrischen Leiter (45) autweist, der mit einem aus dem gemessenen Strom (I) eine Spannung (U) erzeugenden Stromwandler (46) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels einer elektrisch isolierten Vakuumdurchführung (44) am Reaktor (2) befestigter Meßaufnehmer (20) vorgesehen ist, der einen mit der Meßelektrode (21) verbundenen Innenleiter (51), einen den Innenleiter (51) mantelförmig umgebenden Isolierkörper (52), die Isolierung (37) der Meßelektrode (21) und einen mit der Wand (5) des Reaktors (2) verbundenen Außenleiter (53) aufweist, wobei der Außenleiter (53) so nahe wie möglich an der Innenseite der Reaktorwand (5) mit dem Flansch oder der Ausnehmung versehen ist und wobei die Koaxialkonstruktion der Meßelektrode (21) derart ausgebildet ist, daß der Wellenwiderstand vorzugsweise 50 Ohm beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (20) an einen Analog/Digital-Wandler (22) mit einem Abschlußwiderstand (50) von vorzugsweise 50 Ohm über ein den Innenleiter (51), den Isolierkörper (52) und den Außenleiter (53) aufweisendes Koaxialkabel (54) angeschlossen ist, dessen Wellenwiderstand demjenigen des Meßaufnehmers (20) und des Abschlußwiderstandes (50) entspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumdurchführung (44) beidseitig mit einem Koaxialanschluß (61) versehen ist, der mit einem entsprechenden, mit dem Innenleiter (51), dem Isolierkörper (52) und dem Außenleiter (53) verbundenen Gegenanschluß (62) verbindbar ist.