DE19812558B4 - Device for generating linearly extended ECR plasmas - Google Patents

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DE19812558B4 DE1998112558 DE19812558A DE19812558B4 DE 19812558 B4 DE19812558 B4 DE 19812558B4 DE 1998112558 DE1998112558 DE 1998112558 DE 19812558 A DE19812558 A DE 19812558A DE 19812558 B4 DE19812558 B4 DE 19812558B4
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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen mit einem linear ausgedehnten Innenleiter (2), der von einem Schutzrohr (3) umgeben ist und an dem die zur Plasmaerzeugung benötigte HF-Leistung einseitig oder beidseitig an den Enden eingekoppelt werden kann, sowie einer zum Innenleiter (2) parallelen Multipol-Magnetanordnung (4), dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Innenleiter (2) und zum Schutzrohr (3) in einem Abstand R ein Wellenleiter vorgesehen ist, derart daß in einem Plasmaraum (1) zwischen dem Schutzrohr (3) und dem Wellenleiter ein Plasma ausgebildet wird, daß der Wellenleiter parallel zum Innenleiter (2) einen Spalt S aufweist und daß die Multipol-Magnetanordnung (4) derart am Wellenleiter angeordnet ist, daß am Spalt S ein magnetisches Feld ausgebildet wird.Device for generating linearly extended ECR plasmas with a linearly extended inner conductor (2), which is surrounded by a protective tube (3) and at which the RF power required for plasma generation can be coupled on one side or both sides at the ends, and one to the inner conductor (2) parallel multipole magnet arrangement (4), characterized in that coaxial to the inner conductor (2) and to the protective tube (3) at a distance R, a waveguide is provided such that in a plasma chamber (1) between the protective tube (3) and a plasma is formed on the waveguide, that the waveguide parallel to the inner conductor (2) has a gap S and that the multipole magnet assembly (4) is arranged on the waveguide, that at the gap S, a magnetic field is formed.

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Description

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen bestehend aus der Kombination eines Doppelkoaxialleiters und einer linearen Multipol-Magnetanordnung dar. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaraum Teil des äußeren Koaxialleiters ist und das erzeugte Plasma längs dieses Koaxialleiters die fehlende Wand des Koaxialleiters ergänzt.The The invention provides a device for generating linearly extended ECR plasmas consisting of the combination of a double coaxial conductor and a linear multipole magnet arrangement It is characterized in that the plasma space is part of the outer coaxial conductor is and the generated plasma along this coaxial conductor complements the missing wall of the coaxial conductor.

Die DE 39 23 390 A1 gibt eine Vorrichtung zur Bildung eines großflächigen aufgedampften Films an, der aus wenigstens zwei gasförmigen Komponenten besteht. Die gasförmigen Komponenten werden in parallelen Kammern geleitet, in denen Stabantennen zur Übertragung von Mikrowellen vorgesehen sind, wodurch an der Außenfläche bzw. am Umfang der Stabantenne die gasförmigen Komponenten durch elektrische Entladung aktiviert werden. Zum Vermischen werden die gasförmigen Komponenten über Gaseinführungsöffnungen in eine Filmbildungskammer eingeführt. Die Gaseinführungsöffnungen haben eine rechteckige oder elliptische Form.The DE 39 23 390 A1 discloses an apparatus for forming a large area evaporated film consisting of at least two gaseous components. The gaseous components are passed into parallel chambers in which rod antennas are provided for transmitting microwaves, whereby the gaseous components are activated by electrical discharge on the outer surface or on the circumference of the rod antenna. For mixing, the gaseous components are introduced via gas introduction openings in a film-forming chamber. The gas introduction openings have a rectangular or elliptical shape.

Bei der Erfindung EP 0 486 943 A1 handelt es sich um eine ECR-Plasmaanordnung mit einem Hohlraumresonator und speziellen Koppelelementen. Die Koppelelemente ragen gleichzeitig in den Hohlraumresonator und in den Plasmaraum hinein. In der Nähe der Auskopplung der Mikrowellenleistung in den Plasmaraum sind Dauermagnete angeordnet, wodurch ein ECR-Plasma erzeugt wird.In the invention EP 0 486 943 A1 it is an ECR plasma arrangement with a cavity resonator and special coupling elements. The coupling elements protrude simultaneously into the cavity resonator and into the plasma chamber. In the vicinity of the coupling of the microwave power in the plasma chamber permanent magnets are arranged, whereby an ECR plasma is generated.

Das Patent EP 0 279 895 B1 beschreibt eine Anordnung bei der Mikrowellen über einen Hornstrahler durch ein Mikrowellenfenster aus Quarzglas in den Plasmaraum eingestrahlt werden. Durch eine Magnetanordnung nahe der MW-Einkopplung im Plasmaraum wird ein ECR-Plasma gezündet. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß das MW-Fenster je nach Gasdruck und MW-Leistung durch Plasma-Wand-Kollosionen und durch Polarisationsverluste stark belastet wird.The patent EP 0 279 895 B1 describes an arrangement in which microwaves are radiated via a horn radiator through a microwave window made of quartz glass into the plasma chamber. A magnet arrangement near the MW coupling in the plasma chamber ignites an ECR plasma. A disadvantage of these arrangements is that the MW window is heavily loaded by plasma wall collisions and by polarization losses, depending on the gas pressure and MW output.

In der Erfindung DE 41 36 297 A1 wird eine Vorrichtung zur lokalen Erzeugung von Mikrowellenplasmen mittels eines koaxialen Wellenleiters, gekennzeichnet durch einen metallischen Innenleiter und einem dielektrischen Führungsrohr, beschrieben. Durch das erzeugte Plasma entlang des Führungsrohres wird dieses zum Außenleiter. Die Anordnung benötigt kein MW-Einkoppelfenster. Der Einsatzdruckbereich ist bevorzugt von etwa 0,1 mbar bis 10 mbar. Soll der Druckbereich zu niedrigen Drücken erweitert werden, kann durch spezielle Magnetanordnungen der ECR-Effekt ausgenutzt werden. Nachteilig ist, daß die HF-Leistung nur einseitig eingespeist wird. Besonders bei längeren Anordnungen kommt es dadurch zu einem starken Abfall der Plasmadichte von der Einkoppelseite zum Koaxialleiterende.In the invention DE 41 36 297 A1 A device for locally generating microwave plasmas by means of a coaxial waveguide characterized by a metallic inner conductor and a dielectric guide tube is described. Due to the generated plasma along the guide tube this becomes the outer conductor. The arrangement requires no MW coupling window. The feed pressure range is preferably from about 0.1 mbar to 10 mbar. If the pressure range is to be extended to low pressures, the ECR effect can be utilized by means of special magnet arrangements. The disadvantage is that the RF power is fed only on one side. Especially with longer arrangements, this leads to a sharp drop in plasma density from the coupling side to the coaxial conductor end.

Die Erfindung DE 195 03 205 C1 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Erzeugung lokaler Plasmen mittels eines koaxialen Wellenleiters. Wie auch bei DE 41 36 297 A1 bildet das Plasma zumindest teilweise den Außenleiter. Dem Abfall der Plasmadichte wird gegenüber DE 41 36 297 A1 durch die zusätzliche Einspeisung von HF-Leistung am Ende des koaxialen Wellenleiters entgegnet. Die so erzeugten Plasmen sind aber auf Grund der fehlenden Magnetfelder instabil, inhomogen und erreichen nur eine geringe Plasmadichte. Außerdem ist der Einsatzdruckbereich damit auf ca. 0,1 mbar bis etwa 10 mbar begrenzt.The invention DE 195 03 205 C1 also describes a device for generating local plasmas by means of a coaxial waveguide. As with DE 41 36 297 A1 the plasma forms at least partially the outer conductor. The drop in plasma density is compared DE 41 36 297 A1 responded by the additional supply of RF power at the end of the coaxial waveguide. Due to the lack of magnetic fields, however, the plasmas thus generated are unstable, inhomogeneous and only achieve a low plasma density. In addition, the application pressure range is limited to about 0.1 mbar to about 10 mbar.

Zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen einer Länge L mit der Dimension von ca. 1 m oder darüber werden zur Erreichung hoher Plasmadichten große HF-Leistungen zur Speisung des Plasmagebietes benötigt. Bei Anordnungen mit Koppelfenster kommt es vor, daß besonders bei Drücken um 0,01 mbar und darüber das Plasma spontan am Einkoppelfenster gezündet wird. Die Belastung des Koppelfensters ist dann besonders hoch und führt oft zur thermischen Überlastung. Anordnungen zur Erzeugung von ECR-Plasmen arbeiten deshalb normalerweise im Druckbereich unterhalb von 0,01 mbar. Damit werden die Belastungsprobleme der Koppelfenster verringert, aber der Einsatzdruckbereich zu höheren Drücken eingeschränkt.to Generation of linearly extended ECR plasmas of length L with The dimension of about 1 m or more will help achieve high plasma densities size RF power needed to power the plasma area. at Arrangements with coupling window, it happens that especially at pressures to 0.01 mbar and above the plasma is ignited spontaneously at the coupling window. The burden of Coupling window is then particularly high and often leads to thermal overload. Arrangements for producing ECR plasmas therefore normally work in the pressure range below 0.01 mbar. This will be the stress problems the coupling window is reduced but the feed pressure range is restricted to higher pressures.

Eine weitere wichtige Voraussetzung zum Betrieb lang gestreckter Plasmaanordnungen ist die homogene Bereitstellung der HF-Leistung in das Plasmagebiet. Gelöst wird dieses Problem in anderen Erfindungen meist durch Mehrfacheinkopplungen. Es werden Hohlleiteranordnungen und Vorrichtungen mit Schlitzantennen, Stromschleifenantennen oder Stabantennen oder deren Kombination verwendet. Durch spontane Dichteschwankungen und damit Anpassungsänderungen im Plasma kommt es häufig zur lokalen Überlastung der Antennen bzw. der Koppelfenster. Der langzeitig stabile Einsatz derartiger Vorrichtung ist deshalb problematisch.A Another important requirement for the operation of elongated plasma arrays is the homogeneous provision of RF power in the plasma environment. Solved In other inventions this problem is usually caused by multiple couplings. There are waveguide assemblies and devices with slot antennas, Current loop antennas or rod antennas or their combination used. By spontaneous density fluctuations and thus adaptation changes in plasma it often happens local overload the antennas or the coupling window. The long-term stable use such device is therefore problematic.

Die hier vorgestellte Vorrichtung löst die oben aufgeführten Probleme dadurch, daß eine Doppelkoaxialleiteranordnung verwendet wird. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Plasmaraum (1), der die Form eines koaxialen Wellenleiters hat und einem Innenleiter (2) der mit einem Schutzrohr (3) umgeben ist. Der Mantel des Plasmaraumes (1) bildet den äußeren Koaxialwellenleiter und weist an einer Stelle eine spaltförmige Öffnung (6) in axialer Richtung auf (1, 3 und 5). An dieser Öffnung (6) befinden sich beiderseitig Multipol-Magnetanordnungen (4) im Abstand D vom Zentrum der Koaxialleiteranordnung. Der Innenleiter (2) wird vorzugsweise durch ein gut elektrisch leitendes metallisches Rohr gebildet. Dieses Rohr wird zum Schutz vor Kontamination, Absputtern oder vor reaktiven Gasen mit einem Rohr aus dielektrischen oder leitendem Material umhüllt. Die Ausführung des Innenleiters als Rohr ermöglicht dabei das Rohr mit einem geeigneten Kühlmittel zu kühlen. Aber auch der Raum zwischen Innenleiter (2) und Schutzrohr (3) kann zur Kühlung verwendet werden. Soll auch die Innenwand des Plasmaraumes, der Außenkoaxialleiter ist, geschützt werden, so kann das durch eine Schutzauskleidung aus dielektrischen oder leitendem Material geschehen. Die Einspeisung der HF-Leistung erfolgt einseitig oder auch beiderseitig der Koaxialleiterenden. Es werden bevorzugt Mikrowellen verwendet (2,45 GHz, 910 MHz). Aber auch kurzwelligere und langwelligere HF-Leistungen sind möglich. Die Ankopplung der HF-Leistung an die Koaxialleiteranordnung erfolgt über HF-Übertragungseinrichtungen z. B. Hohlleiter-Koaxialumsetzer (7). Zur Vermeidung von negativen Überlagerungseffekten bei der Wellenausbreitung kann die HF-Leistung phasenversetzt gepulst werden. Durch die als bekannt vorausgesetzte Wellenausbreitung in einem Koaxialleiter treten an dem Längsspalt (6) des Außenleiters starke elektrische Feldkomponenten auf. Die spezielle Multipol-Magnetanordnung (4) bildet ein statistisches Magnetfeld aus, dessen magnetische Feldvektoren bevorzugt im Spaltbereich des Außenleiters senkrecht auf den elektrischen Feldvektoren der sich ausbreitenden HF-Welle stehen. Damit sind die Voraussetzungen zur Erzeugung eines ECR-Plasmas im Spaltbereich des Koaxialleiters gegeben. Die Spaltbreite S kann je nach Ausdehnung des Plasmas vergrößert oder verkleinert werden. Die hohe Leitfähigkeit der Plasmas garantiert, daß der Außenleiter als in sich elektrisch geschlossen angenommen werden kann. Die Vorrichtung kann bevorzugt in einem Gasdruckbereich von 10–4 mbar bis 10–2 mbar eingesetzt werden. Wird der Gasdruck weiter erhöht, so kommt es zum spontanen Durchzünden des Plasmas in den Koaxialleiter hinein. Dadurch wird der Koaxialwellenleiter normalerweise kurzgeschlossen. Im Falle aber, daß der Innenleiter (2) mit einem Schutzrohr (3) aus geeignetem dielektrischem Material umgeben ist, daß das Schutzrohr (3) gleichzeitig die Vakuumabtrennung übernimmt und der Innenleiter (2) mit Normaldruck umgeben ist, bildet sich das Plasma bevorzugt entlang dieses Schutzrohres aus. Voraussetzung dabei ist, daß das Schutzrohr gleichzeitig die Vakuumabtrennung übernimmt und der Innenleiter mit Normaldruck umgeben ist. So kann ein Zünden von Plasma zwischen Innenleiter (2) und Schutzrohr (3) vermieden werden. Es ist ein neuer Koaxialaußenleiter im Inneren des Plasmaraumes entstanden. Bei dieser Doppelkoaxialleiteranordnung kann durch die Wahl des Verhältnisses vom Durchmesser des Innenleiters d zum Außendurchmesser des Schutzrohres (3) die Koaxialleiteranpassung so erfolgen, daß in einem weiten Gasdruckbereich ohne Nachregelung des Anpaßzustandes gearbeitet werden kann. Das statische Magnetfeld entlang des Spaltes (6) des äußeren Koaxialaußenleiters wirkt sich bei Drücken oberhalb 10–2 mbar dann stabilisierend auf das Plasma am Schutzrohr aus. Die so ausgeführte Vorrichtung stellt eine besonders stabile Anordnung zur Erzeugung eines Plasmas dar, und kann in einem weiten Druckbereich von < 10–4 mbar bis über 10 mbar eingesetzt werden.The device presented here solves the above problems by using a double coaxial conductor arrangement. The arrangement consists essentially of a plasma chamber ( 1 ), which has the form of a coaxial waveguide and an inner conductor ( 2 ) with a protective tube ( 3 ) is surrounded. The mantle of the plasma chamber ( 1 ) forms the outer coaxial waveguide and has at one point a gap-shaped opening ( 6 ) in the axial direction ( 1 . 3 and 5 ). At this opening ( 6 ) are mutually multipole magnet arrangements ( 4 ) at a distance D from the center of the coaxial conductor arrangement. The inner conductor ( 2 ) will be presented preferably formed by a good electrically conductive metallic tube. This tube is wrapped with a tube of dielectric or conductive material to prevent contamination, sputtering or reactive gases. The execution of the inner conductor as a tube makes it possible to cool the tube with a suitable coolant. But also the space between inner conductors ( 2 ) and protective tube ( 3 ) can be used for cooling. If the inner wall of the plasma chamber, which is the outer coaxial conductor, is also to be protected, this can be done by a protective lining of dielectric or conductive material. The RF power is fed in on one side or on both sides of the coaxial conductor ends. Preferably, microwaves are used (2.45 GHz, 910 MHz). But shorter-wave and long-wave RF power are possible. The coupling of the RF power to the coaxial conductor arrangement via RF transmission facilities z. B. waveguide coaxial converter ( 7 ). To avoid negative interference effects in the wave propagation, the RF power can be pulsed out of phase. Due to the known wave propagation in a coaxial conductor, 6 ) of the outer conductor on strong electric field components. The special multipole magnet assembly ( 4 ) forms a statistical magnetic field whose magnetic field vectors are preferably perpendicular to the electric field vectors of the propagating RF wave in the gap region of the outer conductor. Thus, the conditions for generating an ECR plasma in the gap region of the coaxial conductor are given. The gap width S can be increased or decreased depending on the extent of the plasma. The high conductivity of the plasma guarantees that the outer conductor can be assumed to be electrically closed in itself. The device can preferably be used in a gas pressure range of 10 -4 mbar to 10 -2 mbar. If the gas pressure is further increased, spontaneous ignition of the plasma into the coaxial conductor occurs. This normally short circuits the coaxial waveguide. In case, however, that the inner conductor ( 2 ) with a protective tube ( 3 ) is surrounded by a suitable dielectric material that the protective tube ( 3 ) simultaneously takes over the vacuum separation and the inner conductor ( 2 ) is surrounded by normal pressure, the plasma prefers to form along this protective tube. The prerequisite is that the protective tube simultaneously takes over the vacuum separation and the inner conductor is surrounded by atmospheric pressure. Thus, ignition of plasma between inner conductors ( 2 ) and protective tube ( 3 ) be avoided. A new coaxial outer conductor has been created inside the plasma chamber. In this Doppelkoaxialleiteranordnung can by the choice of the ratio of the diameter of the inner conductor d to the outer diameter of the protective tube ( 3 ) the Koaxialleiteranpassung done so that you can work in a wide gas pressure range without readjustment of Anpaßzustandes. The static magnetic field along the gap ( 6 ) of the outer coaxial outer conductor has a stabilizing effect on the plasma on the protective tube at pressures above 10 -2 mbar. The device designed in this way represents a particularly stable arrangement for generating a plasma, and can be used in a wide pressure range of <10 -4 mbar to over 10 mbar.

Wird der Durchmesser 2R des äußeren Koaxialleiters vergrößert, so wird der koaxiale Außenleiter schließlich zum Rundhohlleiter (ca. 90 mm und größer bei einer Frequenz von 2,45 GHz). Die 2, 4, 6, und 7 zeigen solche Vorrichtungen mit einem Rundhohlleiter. Damit kann der Innenleiter (2) auch entfallen. Die Einspeisung der HF-Leistung erfolgt dann z. B. durch kurze Stabantennen (8). Zum Schutz der Stabantennen (8) und zur Vakuumtrennung werden kurze Koppelbecher (13) aus geeignetem dielektrischem Material verwendet. Durch die gezielte Wahl des Durchmesser des Koaxialaußenleiters können solche Wellenmoden ausgewählt werden, die für den ECR-Effekt geeignete elektrische Feldvektoren im Spaltbereich des Außenleiters liefern. Die Ausbildung des Plasmaraumes (1) als Rundhohlleiter hat außerdem den Vorteil, daß bei der einseitigen Einkopplung der HF-Leistung ein Kurzschlußschieber (9) zur Beeinflussung der Wellenausbreitung im Hohlleiter und damit auch zur Beeinflussung der Homogenität des erzeugten Plasmas im Hohlleiter verwendet werden kann (7). Solche Anordnungen sind besonders für die Erzeugung kürzerer Plasmazonen vorteilhaft. Die Vorrichtung mit Rundhohlleiter kann so bevorzugt im Gasdruckbereich 10–4 mbar bis etwa 10–2 mbar eingesetzt werden.When the diameter 2R of the outer coaxial conductor is increased, the coaxial outer conductor eventually becomes the circular waveguide (about 90 mm and larger at a frequency of 2.45 GHz). The 2 . 4 . 6 , and 7 show such devices with a circular waveguide. Thus, the inner conductor ( 2 ) also omitted. The feed of the RF power is then z. B. by short rod antennas ( 8th ). To protect the rod antennas ( 8th ) and vacuum separation are short coupling cup ( 13 ) of suitable dielectric material. Through the specific choice of the diameter of the coaxial outer conductor, it is possible to select those wave modes which provide electric field vectors suitable for the ECR effect in the gap region of the outer conductor. The formation of the plasma space ( 1 ) as a circular waveguide also has the advantage that in the one-sided coupling of the RF power a shorting slide ( 9 ) can be used to influence the wave propagation in the waveguide and thus also to influence the homogeneity of the generated plasma in the waveguide ( 7 ). Such arrangements are particularly advantageous for the generation of shorter plasma zones. The device with a circular waveguide can thus be used preferably in the gas pressure range from 10 -4 mbar to about 10 -2 mbar.

Wird der Spalt (6) der Plasmaaustrittsöffnung (10) vergrößert, so können ein oder mehrere Gitter (12) angebracht werden (9 und 10). Damit besteht die Möglichkeit, je nach Polarität der Spannungen an den Gittern, geladene Teilchen aus dem ECR-Plasma zu extrahieren. Die Vorrichtung ist bevorzugt auf einem rechteckförmigen Vakuumflansch (5) montiert. Dieser Flansch sollte gleichzeitig alle zum Betrieb der Anordnung notwendigen Durchführungen tragen. Zum Beispiel für Kühlmittel, Gaszuführungen (11) oder auch Meßdurchführungen zur Überwachung. Auf Grund der modularen Anordnung erlaubt sie die Montage am Vakuumkessel sowohl als Aufsatzvariante (1 u. 2) als auch als Einbauvariante (8) unabhängig von der Flanschgeometrie. Das zu behandelnde Substrat wird in der Nähe der Plasmaaustrittsöffnung (10) positioniert.Will the gap ( 6 ) of the plasma outlet opening ( 10 ), one or more grids ( 12 ) ( 9 and 10 ). This makes it possible, depending on the polarity of the voltages on the grids, to extract charged particles from the ECR plasma. The device is preferably mounted on a rectangular vacuum flange ( 5 ) assembled. This flange should at the same time carry all necessary for the operation of the arrangement bushings. For example, for coolants, gas supplies ( 11 ) or also measuring bushings for monitoring. Due to the modular arrangement, it allows mounting on the vacuum vessel both as an attachment variant ( 1 u. 2 ) as well as installation variant ( 8th ) regardless of the flange geometry. The substrate to be treated is placed close to the plasma exit opening ( 10 ).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described in more detail.

Ausführungsbeispielembodiment

Die 11 zeigt die Vorrichtung zur Erzeugung eines linearen ECR-Plasmas mit Mikrowellen der Frequenz 2,45 GHz. Die Doppelkoaxialleiteranordnung ist hierbei auf einen Rechteckflansch (5) der Abmessungen 245 × 910 mm aufgebaut. Die Vakuumabdichtung erfolgt mit einem O-Ring. Der Plasmaraum (1), der gleichzeitig äußerer Koaxialleiter ist, hat einen Radius von ca. 45 mm. Die Plasmaaustrittsöffnung hat die Abmessung 90 × 830 mm. Beiderseitig der Anordnung befinden sich Standardflansche DN 50-KF (14). In diese Flansche ist der Innenleiter (2) und das Schutzrohr (3) eingesetzt. Der Innenleiter ist ein Kupferrohr 8 × 1 mm. Das Schutzrohr besteht aus Quarzglas und hat einen Durchmesser von 30 mm und einer Wanddicke von 2,5 mm. Durch eine spezielle Vakuumdichtung an den DN 50 wird gewährleistet, daß sich im Inneren des Schutzrohres Normaldruck befindet und außerhalb Vakuum erzeugt werden kann. Die Dichtung erfüllt den Hochvakuum-Standard. Der Vakuumübergang ist so gestaltet, daß ein schneller Wechsel des Schutzrohres möglich ist. An diesen DN 50 sind gleichzeitig die Hohlleiter-Koaxialumsetzer (7) angeflanscht. Die Umsetzer ermöglichen die verlustarme Ankopplung eines R 26-Hohlleiters an die koaxialen Einkopplungen. Die Hohlleiter-Koaxialumsetzer enthalten dabei zusätzlich eine verstellbare Wand, mit deren Position im Hohlleiter der Anpaßzustand zur Einspeisung der Mikrowellen in das erzeugte Plasma variiert wird. Der Schieber (15) zum Einstellen der Position der Kurzschlußwand ist als Rohr ausgeführt und ermöglicht damit Luft durch die Hohlleiter-Koaxialumsetzer und durch das Schutzrohr der Doppelkoaxialleiteranordnung zu blasen. Dadurch ist eine effektive Kühlung des Schutzrohres und des Innenleiters vorhanden. Weitere Komponenten der angeflanschten MW-Versorgung sind 3-Stab-Tuner, Zirkulatoren und MW-Generatoren die jeweils bis zu 1200 W MW-Leistung abgeben. Die Generatoren enthalten Magentrons die wassergekühlt sind. Mit zwei Hochspannungsnetzteilen wird die erzeugte MW-Leistung der Magnetrons geregelt. Der Anpaßzustand zum Plasma wird durch zwei Detektoren an den Zirkulatoren gemessen. Beiderseitig der Plasmaaustrittsöffnung befinden sich Multipol-Magnetanordnungen (4). Das ECR-Plasma wird bevorzugt im Bereich der dichtesten Magnetfeldlinien im Spalt der Doppelkoaxialleiteranordnung erzeugt. Durch die Überlagerung von Magnetfeldlinien im Spaltbereich wird das Magnetfeld homogenisiert. Dadurch bildet das erzeugte ECR-Plasma einen homogenen leitenden Abschluß des Koaxialleiters im Spaltbereich. Durch Veränderung der Lage der Magnetanordnung im Bezug zur Achse des Koaxialleiters wird die Wellenleitung im Koaxialleiter optimiert. Die Gaszuführung erfolgt über Diffusion aus dem gasgefüllten Vakuumkessel. Mit dieser Anordnung wurden Tests zum Funktionsnachweis der Anordnung in einem Druckbereich von 10–4 mbar bis 10 mbar durchgeführt. Es zeigt sich, daß über der Länge der Plasmaaustrittsöffnung ein homogenes ECR-Plasma erzeugt wird und das der Anpaßzustand in diesem Druckbereich > 90% der eingesetzten Leistung betrug. Oberhalb von ca. 10–2 mbar konnte ein besonders stabiles magnetfeldgestütztes Plasma erzeugt werden.The 11 shows the apparatus for generating a 2.74 GHz frequency ECR plasma with microwaves. The Doppelkoaxialleiteranordnung is in this case on a rectangular flange ( 5 ) of dimensions 245 × 910 mm. The vacuum sealing takes place with an O-ring. The plasma space ( 1 ), which is also an outer coaxial conductor, has a radius of about 45 mm. The plasma exit opening has the dimension 90 × 830 mm. On both sides of the arrangement there are standard flanges DN 50-KF ( 14 ). In these flanges is the inner conductor ( 2 ) and the protective tube ( 3 ) used. The inner conductor is a copper tube 8 × 1 mm. The protective tube is made of quartz glass and has a diameter of 30 mm and a wall thickness of 2.5 mm. A special vacuum seal on the DN 50 ensures that normal pressure is inside the protective tube and can be generated outside the vacuum. The seal meets the high vacuum standard. The vacuum transition is designed so that a quick change of the protective tube is possible. At the same time, the waveguide coaxial converters ( 7 ) flanged. The converters enable the low-loss coupling of an R 26 waveguide to the coaxial couplings. The waveguide coaxial converter additionally contain an adjustable wall, with whose position in the waveguide the Anpaßzustand for feeding the microwaves is varied in the plasma generated. The slider ( 15 ) for adjusting the position of the short-circuiting wall is designed as a tube and thus allows air to blow through the waveguide Koaxialumsetzer and through the protective tube of the Doppelkoaxialleiteranordnung. As a result, an effective cooling of the protective tube and the inner conductor is present. Further components of the flange-mounted MW supply are 3-bar tuners, circulators and MW generators, which deliver up to 1200 W MW each. The generators contain magentrons that are water-cooled. Two high voltage power supplies control the MW output of the magnetrons. The state of matching to the plasma is measured by two detectors on the circulators. Both sides of the plasma exit opening are multipole magnet arrangements ( 4 ). The ECR plasma is preferably generated in the region of the densest magnetic field lines in the gap of the double coaxial conductor arrangement. The superimposition of magnetic field lines in the gap area homogenizes the magnetic field. As a result, the generated ECR plasma forms a homogeneous conductive termination of the coaxial conductor in the gap region. By changing the position of the magnet arrangement in relation to the axis of the coaxial conductor, the waveguide in the coaxial conductor is optimized. The gas supply takes place via diffusion from the gas-filled vacuum vessel. With this arrangement, tests were performed to verify the performance of the arrangement in a pressure range of 10 -4 mbar to 10 mbar. It turns out that over the length of the plasma outlet opening, a homogeneous ECR plasma is generated and that the Anpaßzustand in this pressure range> 90% of the power used was. Above about 10 -2 mbar a particularly stable magnetic field assisted plasma could be generated.

Claims (12)

Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen mit einem linear ausgedehnten Innenleiter (2), der von einem Schutzrohr (3) umgeben ist und an dem die zur Plasmaerzeugung benötigte HF-Leistung einseitig oder beidseitig an den Enden eingekoppelt werden kann, sowie einer zum Innenleiter (2) parallelen Multipol-Magnetanordnung (4), dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Innenleiter (2) und zum Schutzrohr (3) in einem Abstand R ein Wellenleiter vorgesehen ist, derart daß in einem Plasmaraum (1) zwischen dem Schutzrohr (3) und dem Wellenleiter ein Plasma ausgebildet wird, daß der Wellenleiter parallel zum Innenleiter (2) einen Spalt S aufweist und daß die Multipol-Magnetanordnung (4) derart am Wellenleiter angeordnet ist, daß am Spalt S ein magnetisches Feld ausgebildet wird.Device for generating linearly extended ECR plasmas with a linearly extended inner conductor ( 2 ) of a protective tube ( 3 ) is surrounded and at which the RF power required for plasma generation can be coupled on one side or both sides at the ends, and one to the inner conductor ( 2 ) parallel multipole magnet arrangement ( 4 ), characterized in that coaxial with the inner conductor ( 2 ) and the protective tube ( 3 ) at a distance R a waveguide is provided such that in a plasma chamber ( 1 ) between the protective tube ( 3 ) and the waveguide, a plasma is formed, that the waveguide parallel to the inner conductor ( 2 ) has a gap S and that the multipole magnet arrangement ( 4 ) is arranged on the waveguide such that at the gap S, a magnetic field is formed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipol-Magnetanordnung (4) außerhalb, horizontal und/oder vertikal am Wellenleiter verschiebbar angeordnet ist.Device according to Claim 1, characterized in that the multipole magnet arrangement ( 4 ) is arranged outside, horizontally and / or vertically displaceable on the waveguide. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Multipol-Magnetanordnung (4) innerhalb, horizontal und/oder vertikal am Wellenleiter verschiebbar angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the multipole magnet arrangement ( 4 ) within, horizontally and / or vertically slidably disposed on the waveguide. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer einseitigen Einspeisung der HF-Leistung an der dem Innenleiter (2) gegenüberliegenden Seite ein Kurzschlussschieber (9) vorgesehen ist, der derart ausgebildet ist um im Plasmaraum (1) eine stehende Welle zu erzeugen.Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that, in the case of a one-sided feed of the HF power at the inner conductor ( 2 ) opposite side a shorting slide ( 9 ) is provided, which is designed to be in the plasma chamber ( 1 ) to create a standing wave. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer doppelseitigen Einspeisung der HF-Leistung als Innenleiter zwei axial gegenüber liegende kurze Stabantennen (8) und als Schutzrohr je ein kurzer Koppelbecher (13) aus dielektrischem Material vorhanden sind.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in a double-sided feed of the RF power as an inner conductor two axially opposite short rod antennas ( 8th ) and as a protective tube each a short coupling cup ( 13 ) are made of dielectric material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Plasmaraum (1) Gaszuführungen (11) einmünden.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the plasma space ( 1 ) Gas supplies ( 11 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter zum Plasmaraum (1) hin mit einer Schutzauskleidung aus dielektrischem oder leitendem Material versehen ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the waveguide to the plasma space ( 1 ) is provided with a protective lining of dielectric or conductive material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Plasmaraumes (1) und vor dem Spalt S ein oder mehrere Gitter (12) vorhanden ist/sind, an das/die zur Extraktion geladener Teilchen aus dem ECR-Plasma eine Spannung angelegt werden kann.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that outside the plasma chamber ( 1 ) and before the gap S one or more grids ( 12 ) to which a voltage can be applied for the extraction of charged particles from the ECR plasma. Verfahren zur Anwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Innenleiter (2) eine Hochfrequenz mit 2,45 GHz, 910 MHz, 27 MHz oder 13,56 MHz zugeführt und die Vorrichtung bei einem Arbeitsdruck zwischen 10–4 mbar bis 10–2 mbar betrieben wird.Method for using a device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner conductor ( 2 ) is supplied with a 2.45 GHz, 910 MHz, 27 MHz or 13.56 MHz radio frequency and the device is operated at a working pressure of between 10 -4 mbar and 10 -2 mbar. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistung dem Innenleiter (2) kontinuierlich oder gepulst zugeführt wird.A method according to claim 9, characterized in that the RF power to the inner conductor ( 2 ) is supplied continuously or pulsed. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei doppelseitiger und gepulster Zuführung der HF-Leistung diese an den beiden Enden eines Innenleiters (2) oder den gegenüberliegenden Stabantennen (8) phasenversetzt zugeführt wird.Method according to Claim 10, characterized in that, in the case of double-sided and pulsed supply of the RF power, these are at the two ends of an inner conductor ( 2 ) or the opposite rod antennas ( 8th ) is supplied out of phase. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Innenleiter (2) und Schutzrohr (3) und/oder der Plasmaraum (1) und/oder die Multipol-Magnetanordnung (4) mit einem dielektrischen Kühlmittel, bevorzugt Luft, gekühlt wird.Method according to claim 10, characterized in that the space between inner conductors ( 2 ) and protective tube ( 3 ) and / or the plasma space ( 1 ) and / or the multipole magnet arrangement ( 4 ) is cooled with a dielectric coolant, preferably air.
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