DE19812558A1 - Producing linearly-expanded ECR plasma - Google Patents

Producing linearly-expanded ECR plasma

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Abstract

The plasma chamber (1) forms part of the coaxial line. The inner conductor (2) is surrounded by a protective tube (3). HF energy required for plasma excitation is coupled into the linear device at one or both ends.

Description

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen bestehend aus der Kombination eines Doppelkoaxialleiters und einer linearen Multi­ pol-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 invention provides an apparatus for generating linearly expanded ECR plasmas consisting of the combination of a double coaxial conductor and a linear multi pole magnet arrangement. It is characterized in that the plasma space is part of the outer Coaxial conductor and the plasma generated along this coaxial conductor is the missing wall of the Coaxial conductor added.

Vorrichtungen zur Erzeugung linear ausgedehnter Plasmen sind z. B. aus den Patenten EP 0 486 943 A1, EP 0 279 895 B1, DE 41 36 297 A1 und DE 195 03 205 C1 bekannt.Devices for generating linearly expanded plasmas are e.g. B. from the patents EP 0 486 943 A1, EP 0 279 895 B1, DE 41 36 297 A1 and DE 195 03 205 C1 are known.

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.The invention EP 0 486 943 A1 is an ECR plasma arrangement with a cavity resonator and special coupling elements. The coupling elements protrude at the same time into the cavity and into the plasma space. Near the Decoupling the microwave power in the plasma space, permanent magnets are arranged, thereby generating an ECR plasma.

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.Patent EP 0 279 895 B1 describes an arrangement in which microwaves are used a horn radiator through a quartz glass microwave window into the plasma room be irradiated. Through a magnet arrangement near the MW coupling in An ECR plasma is ignited in the plasma room. A disadvantage of these arrangements is that MW window depending on gas pressure and MW output through plasma wall collisions and through Polarization losses are heavily burdened.

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 the local generation of Microwave plasmas using a coaxial waveguide, characterized by a metallic inner conductor and a dielectric guide tube, described. By the Generated plasma along the guide tube, this becomes the outer conductor. The order does not require a MW coupling window. The operating pressure range is preferably about 0.1 mbar up to 10 mbar. If the pressure range is to be expanded to low pressures, you can use special magnet arrangements of the ECR effect can be used. The disadvantage is that the RF power is only fed in on one side. It happens especially with longer arrangements this leads to a sharp drop in the 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 using a coaxial waveguide. As with DE 41 36 297 A1 forms the plasma at least partially the outer conductor. The decrease in plasma density will compared to DE 41 36 297 A1 by the additional feeding of RF power at the end of counteracts coaxial waveguide. The plasmas generated in this way are due to the missing magnetic fields are unstable, inhomogeneous and only achieve a low plasma density. In addition, the operating pressure range is limited to approximately 0.1 mbar to approximately 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.For generating linearly extended ECR plasmas of a length L with the dimension of approx. 1 m or more, large RF powers are used to achieve high plasma densities Feeding the plasma area needed. In the case of arrangements with a coupling window, that especially at pressures of 0.01 mbar and above the plasma spontaneously Coupling window is ignited. The load on the coupling window is then particularly high and often leads to thermal overload. Arrangements for the generation of ECR plasmas therefore normally work in the pressure range below 0.01 mbar. With that, the  The loading problems of the coupling window are reduced, but the operating pressure range increases Pressing restricted.

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.Another important requirement for operating elongated Plasma arrangements are the homogeneous provision of RF power in the plasma area. In other inventions, this problem is usually solved by multiple couplings. It waveguide arrangements and devices with slot antennas, Current loop antennas or rod antennas or a combination thereof are used. By There are spontaneous fluctuations in density and thus changes in the plasma often for local overloading of the antennas or the coupling window. The long-term stable The use of such a 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 (Fig. 1, 3 und Fig. 5). An dieser Öffnung (6) befinden sich beiderseitig Multi­ pol-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-Über­ tragungseinrichtungen 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 problems listed above by using a double coaxial conductor arrangement. The arrangement essentially consists of a plasma space ( 1 ) which has the shape of a coaxial waveguide and an inner conductor ( 2 ) which is surrounded by a protective tube ( 3 ). The jacket of the plasma chamber (1) forms the outer coaxial waveguide and has at one point a slot-shaped opening (6) in the axial direction (Fig. 1, 3 and Fig. 5). At this opening ( 6 ) there are multi-pole magnet arrangements ( 4 ) on both sides at a distance D from the center of the coaxial conductor arrangement. The inner conductor ( 2 ) is preferably formed by a metal tube that is a good electrical conductor. To protect against contamination, sputtering or reactive gases, this tube is covered with a tube made of dielectric or conductive material. The execution of the inner conductor as a tube enables the tube to be cooled with a suitable coolant. The space between the inner conductor ( 2 ) and the protective tube ( 3 ) can also be used for cooling. If the inner wall of the plasma space, which is the outer coaxial conductor, is also to be protected, this can be done by a protective lining made of dielectric or conductive material. The RF power is fed in on one side or on both sides of the coaxial conductor ends. Microwaves are preferably used (2.45 GHz, 910 MHz). However, short-wave and long-wave RF outputs are also possible. The coupling of the RF power to the coaxial conductor arrangement takes place via RF transmission devices such. B. waveguide coaxial converter ( 7 ). In order to avoid negative superimposition effects during wave propagation, the RF power can be pulsed out of phase. As a result of the wave propagation in a coaxial conductor, which is assumed to be known, strong electrical field components occur at the longitudinal gap ( 6 ) of the outer conductor. The special multipole magnet arrangement ( 4 ) forms a statistical magnetic field, the magnetic field vectors of which are preferably perpendicular to the electrical field vectors of the propagating HF wave in the gap region of the outer conductor. This creates the prerequisites for generating an ECR plasma in the gap area of the coaxial conductor. The gap width S can be increased or decreased depending on the expansion 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 increased further, the plasma spontaneously ignites into the coaxial conductor. This normally short-circuits the coaxial waveguide. However, in the event that the inner conductor ( 2 ) is surrounded by a protective tube ( 3 ) made of 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 preferably forms along this protective tube. The prerequisite for this is that the protective tube simultaneously takes over the vacuum separation and the inner conductor is surrounded by normal pressure. Ignition of plasma between the inner conductor ( 2 ) and the protective tube ( 3 ) can thus be avoided. A new coaxial outer conductor has been created in the interior of the plasma room. In this double coaxial conductor arrangement, the choice of the ratio of the diameter of the inner conductor d to the outer diameter of the protective tube ( 3 ) enables the coaxial conductor to be adjusted such that work can be carried out in a wide gas pressure range without readjustment of the adaptation state. The static magnetic field along the gap ( 6 ) of the outer coaxial outer conductor then 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 from <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 Fig. 2, 4, 6, und Fig. 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 (Fig. 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.If the diameter 2 R of the outer coaxial conductor is increased, the coaxial outer conductor finally becomes a round waveguide (approx. 90 mm and larger at a frequency of 2.45 GHz). Figs. 2, 4, 6, and FIG. 7 show such devices with a circular waveguide. This means that the inner conductor ( 2 ) can also be omitted. The RF power is then fed z. B. by short rod antennas ( 8 ). Short coupling cups ( 13 ) made of suitable dielectric material are used to protect the rod antennas ( 8 ) and for vacuum separation. By specifically selecting the diameter of the coaxial outer conductor, wave modes can be selected that deliver electrical field vectors in the gap area of the outer conductor that are suitable for the ECR effect. The design of the plasma space ( 1 ) as a circular waveguide also has the advantage that a short-circuit slide valve ( 9 ) can be used for influencing the wave propagation in the waveguide and thus also influencing the homogeneity of the plasma generated in the waveguide when the RF power is coupled in ( Fig. 7). Such arrangements are particularly advantageous for the generation of shorter plasma zones. The device with a circular waveguide can thus preferably be used in the gas pressure range of 10 -4 mbar to approximately 10 -2 mbar.

Wird der Spalt (6) der Plasmaaustrittsöffnung (10) vergrößert, so können ein oder mehrere Gitter (12) angebracht werden (Fig. 9 und Fig. 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 (Fig. 1 u. Fig. 2) als auch als Einbauvariante (Fig. 8) unabhängig von der Flanschgeometrie. Das zu behandelnde Substrat wird in der Nähe der Plasmaaustrittsöffnung (10) positioniert.Be the gap (6) of the plasma discharge opening (10) is increased, one or more grid (12) mounted (FIG. 9 and FIG. 10). This makes it possible to extract charged particles from the ECR plasma, depending on the polarity of the voltages at the grids. The device is preferably mounted on a rectangular vacuum flange ( 5 ). This flange should at the same time carry all the bushings necessary to operate the arrangement. For example for coolants, gas feeds ( 11 ) or measuring bushings for monitoring. Due to the modular arrangement, it allows mounting on the vacuum vessel both as a top variant ( Fig. 1 and Fig. 2) and as a built-in variant ( Fig. 8) regardless of the flange geometry. The substrate to be treated is positioned in the vicinity of the plasma outlet opening ( 10 ).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in the following described in more detail.  

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Fig. 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 Hohl­ leiter-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 magnetfeldgestutztes Plasma erzeugt werden. Fig. 11 shows the apparatus for generating a linear ECR plasma with microwaves of frequency 2.45 GHz. The double coaxial conductor arrangement is built on a rectangular flange ( 5 ) with dimensions of 245 × 910 mm. The vacuum seal is done with an O-ring. The plasma space ( 1 ), which is also the outer coaxial conductor, has a radius of approx. 45 mm. The plasma outlet opening has the dimensions 90 × 830 mm. Standard flanges DN 50-KF ( 14 ) are located on both sides of the arrangement. The inner conductor ( 2 ) and the protective tube ( 3 ) are inserted into these flanges. The inner conductor is an 8 × 1 mm copper tube. 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 there is normal pressure inside the protective tube and that a vacuum can be generated outside. The seal meets the high vacuum standard. The vacuum transition is designed so that the protective tube can be changed quickly. The waveguide coaxial converters ( 7 ) are flanged to this DN 50 at the same time. The converters enable low-loss coupling of an R 26 waveguide to the coaxial couplings. The waveguide coaxial converters additionally contain an adjustable wall, the position of which in the waveguide varies the state of adaptation for feeding the microwaves into the generated plasma. The slide ( 15 ) for adjusting the position of the short-circuit wall is designed as a tube and thus allows air to blow through the hollow conductor coaxial converter and through the protective tube of the double coaxial conductor arrangement. This provides effective cooling of the protective tube and the inner conductor. Other components of the flanged MW supply are 3-rod tuners, circulators and MW generators, each delivering up to 1200 W MW power. The generators contain magentrons that are water-cooled. The MW power generated by the magnetrons is regulated with two high-voltage power supplies. The state of adaptation to the plasma is measured by two detectors on the circulators. Multipole magnet arrangements ( 4 ) are located on both sides of the plasma outlet opening. The ECR plasma is preferably generated in the area of the densest magnetic field lines in the gap of the double coaxial conductor arrangement. The magnetic field is homogenized by superimposing magnetic field lines in the gap area. As a result, the ECR plasma generated forms a homogeneous conductive termination of the coaxial conductor in the gap area. The waveguide in the coaxial conductor is optimized by changing the position of the magnet arrangement in relation to the axis of the coaxial conductor. The gas is supplied via diffusion from the gas-filled vacuum boiler. With this arrangement, tests to verify the function of the arrangement were carried out in a pressure range from 10 -4 mbar to 10 mbar. It can be seen that a homogeneous ECR plasma is generated over the length of the plasma outlet opening and that the adaptation state in this pressure range was <90% of the power used. A particularly stable magnetic field-assisted plasma could be generated above approximately 10 -2 mbar.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Erzeugung linear ausgedehnter ECR-Plasmen bestehend aus der Kombination eines linearen Doppelkoaxialleiters und einer linearen Multipol-Magnetanordnung (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaraum (1) Teil der Koaxialleiteranordnung ist, daß der Innenleiter (2) mit einem Schutzrohr (3) umgeben wird und die zur Plasmaerzeugung benötigte HF-Leistung einseitig oder beidseitig an den Enden der linearen Vorrichtung eingekoppelt wird.1. Device for generating linearly extended ECR plasmas consisting of the combination of a linear double coaxial conductor and a linear multipole magnet arrangement ( 4 ), characterized in that the plasma space ( 1 ) is part of the coaxial conductor arrangement, that the inner conductor ( 2 ) with a protective tube ( 3 ) is surrounded and the RF power required for plasma generation is coupled in on one or both sides at the ends of the linear device. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Längsspalt (6) in axialer Richtung aufweist und durch die Multipol-Magnetanordnung (4), die entlang des Koaxialaußenleiters, innerhalb oder außerhalb, horizontal und/oder vertikal verschiebbar angeordnet wird, die Generation des Plasmas unter Ausbildung des ECR-Effektes bevorzugt an der offenen Seite des Plasmaraumes, der durch den Wellenleiter gebildet wird, erfolgt und damit die fehlende Wand des Koaxialaußenleiters im Längsspalt (6) ergänzt.2. Device according to claim 1, characterized in that the device has a longitudinal gap ( 6 ) in the axial direction and by the multipole magnet arrangement ( 4 ) which is arranged along the coaxial outer conductor, inside or outside, horizontally and / or vertically, the generation of the plasma with the formation of the ECR effect takes place preferably on the open side of the plasma space which is formed by the waveguide and thus complements the missing wall of the coaxial outer conductor in the longitudinal gap ( 6 ). 3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der linearen Plasmaanordnung lediglich durch die eingespeiste Leistung der eingesetzten Hochfrequenzen von bevorzugt 2,45 GHz, aber auch 910 MHz, 27 MHz und 13.56 MHz begrenzt wird.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the length of the linear Plasma arrangement only by the fed-in power of the high frequencies used of preferably 2.45 GHz, but also 910 MHz, 27 MHz and 13.56 MHz is limited. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspeisung der HF-Leistung an den Enden des linearen Doppelkoaxialleiters, kontinuierlich oder gepulst, oder gepulst mit Phasenversetzung bei der doppelseitigen Einspeisung erfolgt.4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that an injection of the RF power at the ends of the double linear coaxial conductor, continuous or pulsed, or pulsed with phase shift in the double-sided feed. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der einseitigen Einspeisung der HF-Leistung die gegenüberliegende Seite mit einer Anpassungsvorrichtung (9) versehen wird, die entlang der koaxialen Anordnung eine stehende Welle erzeugt und damit die Homogenität des ECR-Plasmas beeinflußt.5. The device according to claim 1 to 4, characterized in that in the one-sided feeding of the RF power, the opposite side is provided with an adapter ( 9 ) which generates a standing wave along the coaxial arrangement and thus the homogeneity of the ECR plasma influenced. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Innenleiter (2) mit variierbaren Außendurchmesser ein gut elektrisch leitender metallischer Stab oder bevorzugt ein Rohr verwendet wird.6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that a well electrically conductive metallic rod or preferably a tube is used as the inner conductor ( 2 ) with variable outer diameter. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz vor Kontaminationen, Absputtern und vor reaktiven Gasen ein Schutzrohr (3) aus dielektrischem oder auch leitendem Material, das im Durchmesser variierbar ist und gleichzeitig die Vakuumabtrennung übernimmt, den Innenleiter (2) umhüllt.7. The device according to claim 1 to 6, characterized in that for protection against contamination, sputtering and reactive gases, a protective tube ( 3 ) made of dielectric or conductive material, which is variable in diameter and at the same time takes over the vacuum separation, the inner conductor ( 2nd ) envelops. 8. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter in seinem Innendurchmesser so vergrößert oder verkleinert werden kann, das er zum Rundhohlleiter wird und das mit dieser Dimensionierung des Durchmessers des Rundhohlleiters bestimmte Wellenmoden im Hohlleiter favorisiert werden und daß dadurch der Innenleiter (2) entfallen kann.8. The device according to claim 1 to 7, characterized in that the outer conductor can be enlarged or reduced in its inner diameter so that it becomes the circular waveguide and with this dimensioning of the diameter of the circular waveguide certain wave modes in the waveguide are favored and that thereby the inner conductor ( 2 ) can be omitted. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, bei einer doppelseitigen Einspeisung der HF-Leistung der Innenleiter (3) an beiden Enden der Vorrichtung nur als Kurzstab (8) in einem Einkoppelbecher (13) aus einem dielektrischen Material, der gleichzeitig die Vakuumabtrennung übernimmt, ausgebildet sein kann. 9. The device according to claim 1 to 8, characterized in that with a double-sided feeding of the RF power of the inner conductor ( 3 ) at both ends of the device only as a short rod ( 8 ) in a coupling cup ( 13 ) made of a dielectric material, which at the same time Vacuum separation takes over, can be trained. 10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Plasma­ raumes Gasführungen und Gasduschen (11) für Prozessgase eingesetzt werden können.10. The device according to claim 1 to 9, characterized in that along the plasma space gas ducts and gas showers ( 11 ) can be used for process gases. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das der Plasmaraum (1) mit oder ohne eine Schutzauskleidung ausgeführt ist.11. The device according to claim 1 to 10, characterized in that the plasma space ( 1 ) is designed with or without a protective lining. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung bevorzugt im Arbeitsdruckbereich von <10-4 mbar bis 10-2 mbar eingesetzt wird.12. The device according to claim 1 to 11, characterized in that the device is preferably used in the working pressure range from <10 -4 mbar to 10 -2 mbar. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drücken <10-2 mbar das Plasma bevorzugt als neuer Koaxialaußenleiter entlang des Schutzrohres (3) ausgebildet wird und dadurch der äußere Koaxialaußenleiter als Führungsleiter für die sich ausbreitenden Wellen dient.13. The device according to claim 1 to 12, characterized in that at pressures <10 -2 mbar, the plasma is preferably formed as a new coaxial outer conductor along the protective tube ( 3 ) and thereby the outer coaxial outer conductor serves as a guide conductor for the propagating waves. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Multi­ pol-Magnetfeld (4) sich stabilisierend auf das Plasma entlang des Schutzrohres (3) auswirkt.14. The device according to claim 1 to 13, characterized in that the multi-pole magnetic field ( 4 ) has a stabilizing effect on the plasma along the protective tube ( 3 ). 15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserverhältnisse dieser Doppelkoaxialleiteranordnung so eingestellt werden, daß beim Übergang vom ECR-Plasma zum magnetfeldgestützten Plasma nur geringe Anpassungsänderungen der HF-Leistungseinspeisung auftreten und damit die Doppelkoaxialleiteranordnungen in einem Gasdruckbereich von <10-4 mbar bis etwa 10 mbar, ohne Umbau einsetzbar ist.15. The device according to claim 1 to 14, characterized in that the diameter ratios of this double coaxial conductor arrangement are set so that only small changes in adaptation of the RF power supply occur during the transition from the ECR plasma to the magnetic field-supported plasma and thus the double coaxial conductor arrangements in a gas pressure range of <10 - 4 mbar to about 10 mbar, can be used without modification. 16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Innenleiter (2) und Schutzrohr (3), der Plasmaraum (1) des Koaxialleiters und die Multi­ pol-Magnetanordnung (4) zur Erreichung hoher Plasmadichten mit einem dielektrischen Kühlmittel, bevorzugt Luft, effektiv gekühlt wird.16. The device according to claim 1 to 15, characterized in that the space between the inner conductor ( 2 ) and protective tube ( 3 ), the plasma space ( 1 ) of the coaxial conductor and the multi-pole magnet arrangement ( 4 ) for achieving high plasma densities with a dielectric coolant , preferably air, is effectively cooled. 17. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit Vergrößerung des Austrittsspaltes (6) an der koaxialen Anordnung Einfach- und/oder Mehrfachgitter (12) angebracht werden können, mit deren Hilfe, je nach Polarität der angelegten Spannungen an diesen Gittern (12), verschieden geladene Teilchen aus dem Plasma extrahiert werden.17. The device according to claim 1 to 16, characterized in that with enlargement of the outlet gap ( 6 ) on the coaxial arrangement single and / or multiple grids ( 12 ) can be attached, with the help of which, depending on the polarity of the voltages applied to these grids ( 12 ), differently charged particles are extracted from the plasma. 18. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung bevorzugt auf einen Flansch (5) als Einbau- oder Aufsatzvariante, der alle zur Versorgung, Regelung und/oder Überwachung der modularen Plasmaanordnung notwendigen Durchführungen trägt, aufgebaut ist.18. The device according to claim 1 to 17, characterized in that the device is preferably constructed on a flange ( 5 ) as a built-in or top-up variant which carries all the bushings necessary for supplying, regulating and / or monitoring the modular plasma arrangement.
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