DE391156T1 - Radiofrequenzplasmaerzeugungsvorrichtung vom koaxialkavitaetstyp. - Google Patents

Radiofrequenzplasmaerzeugungsvorrichtung vom koaxialkavitaetstyp.

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DE391156T1 DE199090105450T DE90105450T DE391156T1 DE 391156 T1 DE391156 T1 DE 391156T1 DE 199090105450 T DE199090105450 T DE 199090105450T DE 90105450 T DE90105450 T DE 90105450T DE 391156 T1 DE391156 T1 DE 391156T1
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EP 5967-25/SÜ Aktenzeichen: 90 105 450.2 Anmelder: THE BOARD OF TRUSTEES OF THE MICHIGAN STATE Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma unter Anwendung von Radiofrequenzen einschließlich UHF oder Mikrowellen, mit einer Plasmaquelle und einem metallischen Wellenkoppler in Form einer hohlen Kavität, wobei die Plasmaquelle in einem oder mehreren Resonanz-Modii erregt wird und vorzugsweise ein statisches magnetisches Feld um das Plasma aufgebaut ist, das beim Koppeln der Radiofrequenz-Energie bei einer
Elektronen-Zyklotron-Resonanz und bein Umgrenzen von Ionen in dem Plasma in einer elektrisch isolierten Kammer des Kopplers behilflich ist, wobei die Kammer eine mit dem Koppler gemeinsame Längsachse besitzt und in eng beabstandeter und abgeschlossener Relation zu einem Bereich des Kopplers angebracht sind, der an einem Ende der Kammer mit einer öffnung versehen ist; mit Gaszuführmitteln zum Einführen eines Gases, das zum Formen des Plasmas in der Kammer ionisierbar ist, wobei die auf den Koppler aufgebrachten Radiofrequenzwellen das Plasma um die zentrale Längsachse in der Kammer bilden und aufrechterhalten; mit in der Kavität im Koppler beweglich angebrachten Metallplatten, die sich senkrecht zur zentralen Längsachse erstrecken und entlang der zentralen Längsachse auf die Kammer zu und von dieser weg bewegbar sind, und mit einer beweglichen Sonde, die mit dem Koppler verbunden ist und sich nach innen in den Koppler erstreckt, um die
Radiofrequenz-Wellen mit dem Koppler zu koppeln, gekennzeichnet durch:
a) eine Sonde, die in Längsrichtung und in Linie mit der zentralen Längsachse der Kammer und des Kopplers im Koppler so angebracht ist, daß sich ein Ende der Sonde relativ zur Kammer in beabstandeter Relation befindet; und
b) einen koaxialen Leiter, der sich entlang der Längsachse der Kavität derart erstreckt, daß das distale Ende des Leiters benachbart zu einem verschlossenen Ende der Kammer und entgegengesetzt zu der Öffnung der Kammer angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Kammer die Kammer umgebende Magneten vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß am distalen Ende des Leiters Magneten vorgesehen sind.
4. Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma unter Anwendung von Radiofrequenzen einschließlich UHF oder Mikrowellen, mit einer Plasmaquelle und einem metallischen Wellenkoppler in Form einer hohlen Kavität, wobei die Plasmaquelle in einem oder mehreren Resonanz-Modii erregt wird und vorzugsweise ein statisches magnetisches Feld um das Plasma aufgebaut ist, das beim Koppeln der Radiofrequenz-Energie bei einer
Elektronen-Zyklotron-Resonanz und beim Umgrenzen von Ionen in dem Plasma in einer elektrisch isolierten Kammer des Kopplers behilflich ist, wobei die Kammer eine mit dem Koppler gemeinsame Längsachse besitzt und
in eng beabstandeter und abgeschlossener Relation zu einem Bereich des Kopplers angebracht ist, der an einem Ende der Kammer mit einer Öffnung versehen ist; mit Gaszuführmitteln zum Einführen eines Gases, das zum Formen des Plasmas in der Kammer ionisierbar ist, wobei die auf den Koppler aufgebrachten Radiofrequenzwellen das Plasma um die zentrale Längsachse in der Kammer bilden und aufrechterhalten; mit in der Kavität im Koppler beweglich angebrachten Metallplatten, die sich senkrecht zur zentralen Längsachse erstrecken und entlang der zentralen Längsachse auf die Kammer zu und von dieser weg bewegbar sind, und mit einer beweglichen Sonde, die die mit dem Koppler verbunden ist und sich nach innen in den Koppler erstreckt, um die Radiofrequenz-Wellen mit dem Koppler zu koppeln, gekennzeichnet durch:
a) eine Sonde, die in Längsrichtung und in Linie mit der zentralen Längsachse der Kammer und des Kopplers im Koppler angebracht ist, so daß sich ein Ende der Sonde relativ zur Kammer in beabstandeter Relation befindet; und
b) Platten mit einer in Linie mit der zentralen Längsachse der Kammer liegenden Öffnung, wobei die Platten die Sonde derart abstützen, daß die Sonde in der Öffnung in den Platten entlang der zentralen Längsachse bewegbar ist;
c) einen entlang der Längsachse der Kavität angebrachten koaxialen Leiter, daß dessen distales Ende benachbart zu einem verschlossenen Ende der Kammer entgegengesetzt zu der Öffnung aus der Kammer liegt;
d) an einem außenliegenden Abschnitt des Kopplers
angebrachte Stützmittel für die Sonde, wobei die Stützmittel verstellbare Haltemittel aufweisen, die eine Bewegung der Sonde in Linie mit der zentralen Längsachse der Kammer gestatten, um den Abstand zwischen der Kammer und dem Ende der Sonde zu verändern, und
e) an den Stützmitteln verstellbar angebrachte und mit den Platten verbundene Stangen, die es gestatten, die Platten von den Kammermitteln weg und zur Kammer hin zu bewegen, wobei eine Bewegung der Platten und der Sonden im Koppler einen ausgewählten Resonanzmodus erreichen läßt und die Resonanz des Modus der Radiofrequenz-Wellen in der Kammer verändert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der und um die Kammer Magneten vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und der Leiter als Zylinder um die zentrale Längsachse geformt sind und zylindrische Seitenwände aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein zweiter Satz von Magneten außerhalb der und benachbart zu dem verschlossenen Ende der Kammer am Leiter vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnetensatz innerhalb eines leitfähigen Rohres angebracht ist, das als der Leiter dient und dem verschlossenen Ende der Kammer benachbart ist, und daß das Rohr benachbart zum zweiten Magnetensatz perforiert ist, damit ein kühlendes Gas durch das Rohr in die Kavität bringbar ist, um insbesondere den zweiten
Magnetensatz und die Kammer zu kühlen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu und beabstandet zur zentralen Längsachse wenigstens eine Kühlleitung vorgesehen ist, die neben dem Magnetensatz und benachbart zu den zylindrischen Seitenwänden der Kammer wenigstens eine Öffnung zum Aufbringen eines kühlenden Gases auf den Magnetensatz aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler um die zentrale Längsachse in beabstandeter Relation zur Kammer vorgesehen ist, daß der Magnetensatz zwischen dem Koppler und der Außenwand der Kammer positioniert ist, und daß ein metallisches Haltemittel im Koppler angebracht ist, das die Magneten zwischen der Außenwand der Kammer und dem Koppler in ihrer Position festhält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde um eine zweite Längsachse der Sonde bewegbar ist, die zur zentralen Längsachse parallel liegt, daß an den Stützmitteln Lösemittel vorgesehen sind, um die Sonde für diese Bewegung um die zweite Längsachse der Sonde freizugeben und die Sonde in ihrer Position festzulegen, und daß die Sonde mit einer Kupplungsschleife an demjenigen Ende versehen ist, das der Kammer benachbart ist, so daß die Position der Kupplungsschleife in der Kavität durch Bewegen der Sonde um die zweite Längsachse der Sonde veränderbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öffnung des einen Endes der Kammer wenigstens ein Gitter oder ein Schirm vorgesehen ist, um das Plasma in der Kammer einzugrenzen und das Ausbringen
von Ionen und erregten Spezien, die in dem Plasma erzeugt werden, aus der Kammer zu gestatten.
13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer, die Sonde, die Platte, der Koppler und der Leiter in einem Querschnitt senkrecht zur zentralen Längsachse des Kopplers und der Kammer kreisförmig sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführmittel an einer innenseitigen Wand des Kopplers angeordnet sind, um Gas in die Kammer zu führen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer als eine die zentrale Längsachse mit einer zylindrischen innenseitigen Fläche und einer zylindrischen außenseitigen Fläche umgebende zylindrische Wand geformt ist, daß ein zu einem Ring geformter Magnetensatz benachbart zur außenseitigen Fläche der Wand der Kammer um die zentrale Längsachse angeordnet ist, daß ein zweiter Magnetensatz benachbart zum verschlossenen Ende der Kammer vorgesehen ist, wobei der zweite Magnetensatz in einem den Leiter bildenden leitfähigen Rohr benachbart zum verschlossenen Ende der Kammer innen angeordnet ist, daß das Rohr benachbart zu dem zweiten Magnetensatz perforiert ist, damit ein kühlendes Gas durch das Rohr in die Kavität zum Kühlen des zweiten Magnetensatzes, der Kavität und der Kammer einbringbar ist, und daß parallel benachbart zur zentralen Längsachse an einer innenseitigen Fläche einer Wand des Kopplers eine Leitung für ein kühlendes Gas angeordnet ist, die neben dem Magnetensatz eine Öffnung aufweist, um dem Magnetensatz ein kühlendes Gas zuzuleiten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung für das kühlende Gas in einer Vertiefung in der innenseitigen Fläche der Wand des Kopplers angeordnet ist, und daß sich die Vertiefung parallel zur zentralen Längsachse erstreckt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführmittel zum Formen des Plasmas aus einer zweiten Leitung bestehen, die in einer zweiten Vertiefung in der innenseitigen Fläche der Wand des Kopplers angeordnet ist und sich parallel zur zentralen Längsachse erstreckt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Kopplers von der Wand der Kammer um die zentrale Längsachse herum beabstandet ist und senkrecht zur zentralen Längsachse liegt, um den Magnetensatz zwischen einer innenseitigen Fläche einer Wand des Kopplers und der außenseitigen Fläche der Wand der Kammer zu positionieren, und daß ein leitfähiges Haltemittel am Koppler angebracht ist, das die Magneten zwischen der Wand der Kammer und der Wand des Kopplers in ihrer Position hält.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde an einem der Kammer benachbarten Ende mit einer Kupplungsschleife versehen ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öffnung aus der Kammer wenigstens ein Gitter oder Schirm vorgesehen ist, um das Plasma in der Kammer einzuschließen und eine gesteuerte Entnahme von Ionen und erregten Spezien zu gestatten, die in dem Plasma erzeugt werden.
03S1156
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer, die Sonde, die Platten, der Leiter und der Koppler in einem Querschnitt senkrecht zur zentralen Längsachse der Kammer kreisförmig sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer aus Quarz hergestellt sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer aus Quarz und Molybdän hergestellt sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde um eine zweite Längsachse der Sonde bewegbar sind, die zur zentralen Längsachse parallel liegt, daß an den Stützmitteln zum Freigeben der Sonde für eine derartige Bewegung um die Längsachse der Sonde und zum erneuten Festlegen der Sonde in einer Position Lösemittel vorgesehen sind, und daß die Sonde mit einer Kupplungsschleife an demjenigen Ende ausgestattet ist, das der Kammer benachbart ist, so daß die Position der Kupplungsschleife in der Kavität durch Bewegen der Sonde um die zweite Längsachse der Sonde geändert werden kann.
25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler eine Länge aufweist, die erheblich größer als seine in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse gesehene Weite ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die die radiofrequenten Wellen
einschließende Kavität eine Länge zwischen ca. 7cm und ca. 15m und eine Weite zwischen ca. 3,5cm und ca. 6cm aufweist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf einem Vakuumsystem angebracht ist.
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