DK171662B1 - Højfrekvensionkilde - Google Patents

Description

DK 171662 B1

Opfindelsen angår en højfrekvensionkilde til frembringelse af ionstråler med stort overfladeareal, og med en beholder for de materialer, som skal ioniseres, hvilke især er gasarter, idet induktiv højfrekvensenergi kan overføres 5 til plasmaet, og idet der er tilvejebragt et svagt jævnspændings magnetisk felt.

Der er behov for ionkilder med stort areal til mange forskellige anvendelsesformål. De virker eksempelvis som et uundværligt værktøj i tilknytning til moderne overflade- og 10 tyndtlagsteknologi. Typiske anvendelsesområder er materiel bortfjernelse over store arealer af hele eller med struktur frembringende masker dækkede faststofoverflader (ion-stråleætsning) eller ionstråleforstøvning over store flader på en eller flere faststofenheder til frembringelse af tynde 15 overfladelag eller tyndtlagssystemer.

De til anvendelse i tilknytning hertil kendte ionkilder med store arealer består i reglen af et bundt med flere enkelte ionstråler, som frembringes fra et lavtryksplasma ved hjælp af én eller flere efter hinanden placerede 20 siformede, i forhold til plasmaet negative elektroder. Det hertil krævede lavtryksplasma frembringes på kendt vis i en foreliggende arbejdsgas gennem elektronstødionisering. De udkrævede elektroner tilvejebringes fra højst forskellige elektronkilder med efterkoblede elektronaccelerationsstræk-25 ninger.

Sådanne ionkilder er dog i kontinuerlig drift eller med bestemte arbejdegasser behæftet med væsentlige ulemper. Eksempelvis har termoioniske elektronemittere ("glødekatoder") kun en begrænset levetid. Ved anvendelse af reaktive 30 arbejdsgasser forgiftes disse hurtigt eller ødelægges fuldstændigt. På grund af den begrænsede udstrækning i siden af elektronemitteren eller andre elektronkilder kan plasma med stort tværsnit kun tilvejebringes ved anvendelse af ved siden af hinanden beliggende elektronkilder, hvorved frem-35 bringes en uregelmæssig fordeling af plasmatykkelsen og dermed af ionstrømsfordelingen i det frembragte ionstråle- DK 171662 Bl 2 bundt. På grund af de nødvendige strøm- og spændingsforsyninger til de til plasmafrembringelse krævede elektronkilder er det her udover teknisk kostbart at drive sådanne kilder på et højt elektrisk potential, dvs. at accelerere 5 ionstrålen fra et højt potentiale mod et jordforbundet arbejdsstykke.

Fra GB-A-1 399 603 kendes ionkilder, hvor et jævnmagnetfelt til stadighed virker aksialt i forhold til beholderens akse og i det væsentlige tjener til fokusering af kil-10 deplasmaet i ekstraktionsområdets retning ved velberegnet udnyttelse af feltets inhomogenitet. Hertil anvendes et stærkt magnetfelt, og beholderen har stadig den samme cylindriske form.

I Patent Abstract of Japan, bind 10, nr. 186 (E-416) 15 (2242), 28. juni 1986 og JP-A-6103 48 32 er omtalt enkelt heder ved en ionkilde, således eksempelvis et ionekstraktionssystem med flere ekstraktionselektroder, hvor en elektrode kan fremvise en undertrykkelsesspænding.

Også i FR-A-2 359 996 er omtalt detaljer i tilknytning 20 til en ionkilde, bl.a. hvad angår en ekstraktionselektrode af et ikke-ledende materiale.

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en højfrekvensionkilde af den indledningsvis omhandlede art, hvormed kan frembringes ionstråler med stort overfladeareal 25 og stor strømstyrke og med en hvilken som helst udformning af tværsnittet, som eksempelvis kan være båndformet, ud fra en hvilken som helst udpeget iontype.

Denne opgave løses ved opfindelsen derved, at der i en rørformet plasmabeholder, som er tilpasset formen på den 30 ønskede ionstråle, og som fastholdes mellem en bæreplade og en dækplade, ved gastryk i høj vakuumområdet tilvejebringes en plasmastimulering ved elektroncyklotronbølger med resonans i forhold til plasmabeholderens dimensioner, at der mellem højfrekvensgeneratoren og belastningskredsspolen er tilveje-35 bragt en indstillelig mellemkreds, at det svag magnetiske jævnfelt, som udfra elektroncyklotronbølgeresonansteorien DK 171662 B1 3 skal være rettet vinkelret på belastningskreds spolens akse, og hvis højde angives ved denne teori, tilvejebringes ved et Helmholtzspolepar, hvis geometriske udformning er tilpasset plasmabeholderens form, og at der i bærepladen er til-5 vejebragt et af flere elektroder sammensat ionoptisk system til ionekstraktion, som er tilpasset den udpegede ionstråles geometri.

Ifølge en yderligere udformning af opfindelsen er der i tilknytning til systemet til ionekstraktion tilveje-10 bragt en første og en anden ekstraktionselektrode, som er påtrykt en spænding, som potentialtrin til adskillelse af efterioniserede injicerede fremmeddele af plasmaioner, og at der yderligere er tilvejebragt elektroder med påtrykte ionaccelerationsspændinger og en undertrykkelseselektrode.

15 En anden udformning af opfindelsen består deri, at den første ekstraktionselektrode er fremstillet i ikke-le-dende materiale, og at spændingen på de yderligere elektroder er påtrykt i forhold til den anden ekstraktionselektrode.

Ifølge opfindelsen kan plasmabeholderen være udformet 20 som en kasse med afrundede sider og åbne forflader, og systemet til ionekstraktion kan være udformet med slidseformede elektroder.

Det ligger også indenfor opfindelsens rammer, at der på dækpladen er tilvejebragt en forstøvningsmålplade.

25 På den anden side kan det ifølge opfindelsen være hensigtsmæssigt, om dækpladen ved åbninger er forbundet med en vakuumbeholder, hvori er tilvejebragt modstands- eller elektronstrålefordampere.

De ved den foreliggende opfindelse tilvejebragte 30 fordele indbefatter især, at plasmafrembringelsen tilvejebringes fuldstændigt uden elektroder og kun ved ydre elementer i en plasmabeholder med en simpel geometrisk form efter ønske. Ældnings- og forgiftningssymptomer, som eventuelt kan optræde i tilknytning til ionkilder med en yder-35 ligere elektronkilde, er således udelukket. Den nye høj-frekvensionkilde, som virker ved anvendelse af elektron- DK 171662 B1 4 cyklotronbølgeresonans, har således i forhold til andre ionkilder en meget høj driftstid. Den geometrisk simple udformning af udladningsrummet er vakuumteknisk en væsentlig fordel. Endvidere må den høje renhed af højfrekvensionkilden 5 fremhæves, idet den geometrisk simpelt udformede udladnings-beholder, på grund af opvarmningen ved de højfrekvente di-elektriske tab i beholdervæggen, til stadighed holdes fuldt opvarmet, idet de tilvejebragte temperaturer i reglen ikke overskrider 100°C.

10 Det er yderligere en fordel, at der kun optræder lave højfrekvensspændinger på plasmabeholderen. Herved undgås i vidt omfang ødelæggende højfrekvensopladninger, som kunne føre til forstøvning af vægge og komponenter i apparatet.

Afgørende for den praktiske anvendelse af sådanne 15 kilder er også det i sammenligning med andre kildetyper lave arbejdstryk. Herved muliggøres anvendelsen af en fladop-bygget ionoptik med stor åbning til ionekstraktion, og samtidigt er det muligt i beskydningsrummet eller i den efterfølgende ionaccelerationsstrækning at opretholde det udkræ-20 vede lave gastryk.

En yderligere afgørende fordel er det, at plasmafrembringelsen sker ved en ren induktiv kobling. Derved er det muligt elektrisk at isolere belastningskredsen med plasmabeholderen jævnspændingsmæssigt fra højfrekvensgeneratoren 2 5 og eventuelle koblingskredse. Således kan højfrekvensplasmaet som ionfrembringende element lægges på et praktisk egnet højt elektrisk potential i forhold til højfrekvensgeneratoren, som drives nær jord. Den elektriske isolation kan herved tilvejebringes i et trin mellem den sidste koblings-30 spole og belastningskredsspolen, eller isolationen kan tilvejebringes trinvis eventuelt mellem højfrekvensgeneratorens udkoblingsspole og den første koblingsspole på en mellemkreds og i tilknytning hertil mellem mellemkredsens anden spole og belastningsspolen. Endelig er det frembragte lavtryks-35 plasma selv elektrisk isoleret ved den af isolationsmateriale bestående væg i plasmabeholderen fra belastningskreds- DK 171662 B1 5 spolen. De spoler, som er nødvendige til frembringelse af det nødvendige magnetiske jævnfelt (fortrinsvis i Helmholtz-geometri) kan være placeret i tilstrækkelig stor afstand fra elektrisk højt beliggende dele i indretningen (belastnings-5 kredsspole hhv. plasma), og kan således drives i hvert tilfælde i nærheden af jordpotentialet.

En eksempelvis udførelsesform af opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken: 10 fig. 1 og fig. 2 anskueliggør det principielle kob lingsdiagram for højfrekvensionkilden, fig. 3 og fig. 4 viser detaljer ved plasmabeholderen set fra to forskellige sider, fig. 5 viser skematisk et anlæg til ionekstraktion, 15 fig. 6 viser dækpladen med en forstøvningsmålplade, fig. 7 viser den med åbninger udformede dækplade, hvortil er fastgjort en vakuumbeholder med elektronstråle-fordampere.

Højfrekvensionkilden anvender til frembringelse af 20 plasma en fremgangsmåde med elektroncyklotronbølgeresonans.

I tilknytning hertil indkobles, som vist på fig. 1, ved en omkring en plasmabeholder 1 placeret spole 2, fortrinsvis med en vinding, hvilken spole sammen med en indstillelig kondensator 3 udgør en elektrisk svingekreds, høj frekvens-25 energi i plasmaet. Denne såkaldte belastningskredsspole 2 forbindes nu induktivt eller ved direkte elektrisk forbindelse (fig. 2) med en højfrekvensgenerator 4, idet der mellem højfrekvensgeneratoren 4 og belastningskredsspolen 2 kan være indkoblet en yderligere indstillelig mellemkreds 5.

30 Ved egnet højt gastryk (typisk 10"^ - 10"1 mbar) i plasmabeholderen 1 opstår ved virkningen fra det højfrekvente elektriske hvirvelfelt et elektrisk gasudladningsplasma. Udslagsgivende for plasmastimuleringen ved elektroncyklo-tronbølgeresonansen er det, at indretningen overlejres med 35 et så homogent som muligt svagt magnetisk jævnfelt Bq vinkelret på belastningskredsspolen 2' s akse. Et sådant mag- DK 171662 B1 6 netisk jævnfelt, hvis retning i det ved fig. 1 og 2 angivne plan kan vælges frit (figurerne viser to alternative retninger for et magnetisk jævnfelt Bq som eksempel) , kan på fordelagtig vis tilvejebringes ved en Helmholzspole 6 (fig.

5 3, 4) , hvis geometriske udformning kan tilpasses plasmabe holderen l's form. Under påvirkning af B0 bliver det stimulerede lavtryksplasma hvad de elektriske egenskaber angår anisotrop, idet anisotropiaksen på forhånd er fastlagt ved retningen af B0. Løber nu elektromagnetiske bølger, som 10 udgår fra belastningskredsspolen 2, ind i det nu elektrisk anisotropt ledende medium "plasma", som viser de for dette foreliggende tilfælde beregnede dispersionsrelationer, at der finder en bølgeudbredelse sted på kendt vis over den ved tilstedeværelsen af det magnetiske jævnfelt Bq modifi-15 cerede plasmafrekvens ωρ^. Betragter man imidlertid dispersionsrelationerne for den højredrejende og den venstredrejende del af en indfaldende plan bølge hver for sig, så viser det sig, at for den højredrejende delbølge er en bølgeudbredelse også mulig i et frekvensområde under elektron-20 cyklotronfrekvensen ci>ce, når bølgevektor k for den anskuede plane bølge ligger i samme retning, som anisotropaksen for det ledende medium, dvs. i Bq1 s retning. Resonansplasma-stimulering ved disse såkaldte elektroncyklotronbølger med en frekvens <*><oce tilvejebringes så, under hensyntagen 25 til de ved den omgivende belastningskredsspole 2 forud fastlagte randbetingelser, når plasmalængden d i den højredrejende elektroncyklotronbølges bevægelsesretning hver gang udgør et ulige multiplum af den halve bølgelængde af disse bølger, dvs., når følgende formel er opfyldt: 30 λ res = 2 d / (2z + 1) .

Resonansfrekvensordnen angives ved z. For de enkelte resonansfrekvenser ωζ (z = 0, 1, 2...), hvor ω2 < wc<e, er 35 elektroncyklotronsekvensen uce et opsamlingspunkt. Dette betyder, at en ved højfrekvensgeneratoren forud fastsat DK 171662 B1 7 stimulationsfrekvens ω kan elektroncyklotronbølgeresonansen af en udpeget orden z indstilles ved et egnet valg af størrelsen af det overlej rede magnetiske jævnfelt Bq, som igen er bestemmende for ωοθ. I praksis er det stimuleringen med 5 grundresonansen med ω0 eller den første overresonans ved , som er af betydning.

Endvidere skal det anføres, at den relative dielektricitetskonstant DK for plasmaet i området for elektron-cyklotronbølgens udbredelse bliver meget stor. Hermed bliver 10 bølgelængden for elektroncyklotronbølgen, som findes ud af vakuumbølgelængden ved division med roden af DK, så lille, at den er sammenlignelig med størrelsen af plasmabeholderen 1. Den dertil hørende værdi af DK er en funktion af elek-trontætheden, dvs. af tætheden af det frembragte lavtryks-15 plasma og beholdergeometrien.

Plasmastimuleringen ved elektroncyklotronbølgeresonans bliver mere og mere effektiv, jo lavere gastrykket er, idet påvirkningen fra resonansdæmpningen ved plasmapartiklernes indbyrdes sammenstød bliver stadig mindre. Det mindste ar-20 bejdstryk for resonansstimuleringen ved elektroncyklotron-bølger nås, når der ved stadig mindre gastæthed i plasmavolumenet ikke mere er tilstrækkelig mange neutrale gasatomer til rådighed, idet disse gasatomer ved ionisering skal kompensere for partikeltabet til beholdervæggene. I afhængighed 25 af beholderstørrelsen er dette nedre grænsetryk for argon, når denne virker som arbejdsgas, på 10-4 mbar, hvorimod eksempelvis trykket for Xenon ligger under 10mbar. Ved egnet god tilpasning af den ved plasmaet tilvejebragte belastning af højfrekvensgeneratoren 4 og ved højfrekvenstek-30 nisk optimering af indretningen kan der ved arbejdstryk i området 10“4 mbar opnås plasmaioniseringsstørrelser på 10-2.

En praktisk udførelsesform af en højfrekvensionkilde med elektroncyklotronbølgeresonans til plasmastimulering er 35 vist i fig. 3 og 4. Med denne ionkilde skal der frembringes en båndformet ionstråle, som tillige eksempelvis ved en DK 171662 B1 8 elektrisk afbøjningsindretning, som består af to kondensatorplader, periodisk kan afbøjes vinkelret på langsiden, eller som i en ionimplanteringsindretning ved efterfølgende slidsformede elektroder yderligere kan accelereres, for 5 derefter som båndformet højenergiionstråle at ramme et arbejdsstykke, som skal implanteres (ikke vist).

Udformningen af plasmabeholderen 1 er på fordelagtig vis tilpasset formen på den ønskede båndformede ionstråle. Plasmabeholderen indbefatter en kasseformet røragtig glas-10 beholder med afrundede sider og åbne forflader (fig. 3,4). Plasmabeholderen 1 er fastklemt mellem en bæreplade 7 og en dækplade 8. I denne ene forside er ekstraktionssystemet 9 til frembringelse af ionstrålen tilvejebragt. Også ekstraktionssystemet 9 kan på sin geometriske form om fornødent 15 vis være tilpasset de til enhver tid udpegede tværsnitsformer af ionstrålen eller et helt ionstrålebundt. I de i fig. 3 og 4 viste eksempelvise udførelsesformer består ionekstraktionssystemet 9 af to plane ved siden af hinanden placerede og i forhold til hinanden indstillede elektroder 10 med 20 slidsformede åbninger, idet elektroden med den største slidsbredde er placeret på plasmasiden, og elektroden med den mindste slidsbredde er placeret mod beskydningsrummet.

I fig. 3, 4 er 14 et gasindtag, og 15 er en studs for tilslutning af måleudstyr til plasmatrykbestemmelsen.

25 16 er elektriske gennemføringer for forbindelsen med ekstrak tionselektroden 10. En afskærmning er benævnt 17.

Elektroden 10 på plasmasiden har et relativt lavt potentiale i forhold til plasmaet (ca. 50 volt negativt i forhold til plasmaet). Ionaccelerationen tilvejebringes 30 overvejende i det elektriske felt mellem den første og den anden ekstraktionselektrode 10, som er placeret med en indbyrdes afstand på nogle mm. Alt ifølge den elektriske isolation mellem de to ved siden af hinanden placerede ekstraktions- eller ionlinseelektroder 10 kan de ekstraherede plas-35 maioner accelereres op til energiniveauer på flere keV.

Den ioniniterende plasmagrænseflade 18 ovenover eks- DK 171662 B1 9 traktionssystemet 9's åbning og dettes elektroder danner i fællesskab et ionoptisk "immersionssystem", hvormed eksempelvis kan tilvejebringes en strålefokusering (fig. 5) . Gennem den mod plasmaet 19 krummede form af den ionemmi-5 terende plasmagrænseflade 18 ekstraheres plasmaioner fra et større område, end det område, som modsvarer den geometriske åbning af ekstraktionselektroden El på plasmasiden. Fokuseringsbetingelserne for den ekstraherede ionstråle, og dermed dennes geometriske tværsnitsform, kan styres gennem de elek-10 triske potentialer på ekstraktionselektroderne Elf E2 samt gennem den geometriske indretning (bredden af ekstraktions-åbningerne, afstanden mellem ekstraktionselektroderne osv.). Ekstraktionselektroden E2 på beskydningsrumsiden kan efterfølges af én eller flere, eksempelvis som blænder udformede 15 elektroder E3 ... En til yderligere acceleration af ionstrålen. Ved spændingen U2 fremkommer et potentialetrin til adskillelse af efterioniserede injicerede fremmedpartikler fra plasmaioner. U3 og U4 er yderligere ionac ce lerat ions -spændinger på ekstraktionselektroderne E3 og E4. Us er en 20 spænding på suppressionselektroden Es til undertrykkelse af elektronbevægelse ud af ionstrålen og tilbage til plasmaet 19.

Som antydet i fig. 5 kan de elektriske potentialer på ekstraktionselektroderne E^ ... En og på suppressions-25 elektroden Es være anlagt i forhold til en yderligere forholdselektrode 20, som er i elektrisk forbindelse med plasmaet 19. Denne forholdselektrode 20 kan endvidere være tilvejebragt som en metallisk dækflade på forfladen af plasmaet 19, som ligger overfor ekstraktionssystemet 9. Som forholds-30 elektrode 20 til anlæggelse af ekstraktionsspændingerne kan dog også anvendes en stiftformet elektrode, som rager ind i plasmaet, hvilken elektrode ved en egnet udpegning af den geometriske udformning af den flade, som udsættes for plasmaet 19 ligeså godt kan bringes på det samme potentiale, 35 som det plasma 19, som omgiver elektroden.

Med en prototype af en sådan høj frekvensionkilde DK 171662 B1 10 ekstraheredes ved et ionekstraktionssystem 9, som bestod af to slidsformede elektroder, ud fra lavtryksplasmer i argon og i kvælstof en båndformet ionstråle med en samlet bredde på 20 cm, hvis tykkelse ved udgangen fra den på beskydnings-5 rumsiden placerede ekstraktionselektrode androg 2 mm. Ved en ionekstraktionsenergi på 3 keV lå den samlede ekstraherede ionstrøm i den båndformede ionstråle mellem 25 og 30 mA.

Ved et arbejdsgastryk på nogle gange 10"4 mbar androg tabs-effekten i plasmaet ca. 150 Watt. Plasmastimuleringen til-10 vejebragtes ved en sekvens ved 27,12 MHz.

En yderligere mulighed for ionekstraktion består i, at den første elektrode Ei på plasmasiden i ekstraktionssystemet 9 drives som såkaldt isoleret elektrode, i forhold til hvilken plasmaet 19 af sig selv indstilles på et positivt 15 potentiale til opretholdelse af plasmaets kvasineutrale tilstand.

Den efterfølgende spænding mellem den anden eller de yderligere ekstraktionselektroder (E2 . . . En) påtrykkes herefter den anden ekstraktionselektrode, som ligger på 20 plasmasiden.

En sådan isoleret elektrode E;l kan også tilvejebringes i et ikke ledende materiale, omtrent i form som en med slidser tilvejebragt kvartsplade. Mellem plasmaet 19 og en isoleret elektrode E-^ indstiller sig, som det også er tilfældet 25 i forhold til beholdervæggen, ialt et spændingsfald Uw, som er givet ved k · Te (Mi ) 0„ = - In -1- 30 2e0 (oi^ · 2tt · me) (Te plasmaelektronstruktur, me elektronmasse, Mi ionmasse, k Boltzmann's konstant, a empirisk faktor med en størrelse 35 på ca. 0,8, π = 3,14..., Eg elementarladningen, ln forkortelse for den naturlige logaritme). Gennem denne potentialforskel Uw, hvorved den omtalte eksempelvis slidsformede elektrode E1( som er tilvejebragt i et isolationsmateriale, DK 171662 B1 11 ligger på et negativt potentiale i forhold til plasmaet 19, accelereres positive plasmaioner på grund heraf og træder ud gennem den udformede slids eller en anden udformet åbning.

I tilslutning hertil kan de udtrædende plasmaioner yderligere 5 accelereres ved et ionoptisk system (Ε2·.·Εη) og geometrisk udformes til en ionstråle, hvis geometriske form fastlægges ved åbningen i den omtalte komponent og ved formen af åbningen i ionaccelerationsoptikken. Plasmaets fornødne kvasi-neutralitet sikres derved, at der gennem åbningen i den 10 isolerede elektrode E;l træder ligeså mange elektroner som ioner. På denne vis kan også eventuelt forstyrrende opladninger af accelerationselektroderne E2...En samt af Es undgås .

Eftersom der ved den elektrodeløse fremgangsmåde til 15 plasmastimulering ved elektroncyklotronbølgeresonans ikke er behov for elektroder i plasmarummet, kan den samlede øvrige plasmabeholder inklusive dækpladen 8, som ligger overfor ionudtrædningsfladen 21, ligeledes fremstilles i et isolationsmateriale, som f.eks. kvarts. Herved kan hele væggen i 20 den ionfrembringende plasmabeholder 1 fremstilles af et eneste materiale, som er resistent mod kemisk aggressive gasser. Højfrekvensionkilden kan således også anvendes til frembringelse af en ionstråle med stort overfladeareal i en ønsket form, eller til et ionstrålebundt med ioner fra ag-25 gressive eller reaktive gasser. Det bag ionudtrædningsfladen 21 placerede ionaccelerationssystem berøres ikke af den ekstraherede ionstråle ved en egnet geometrisk udførelse og ved tildeling af et egnet potentiale, og påvirkes ligeledes heller ikke ved de ekstraherede reaktive eller kemisk aggres-30 sive ioner.

Talrige undersøgelser af størrelsen af elektrontemperaturen Te i en ved elektroncyklotronbølgeresonansstimu-leret lavtryksplasma har som resultat givet, at Te ligger i størrelsesordenen af 100.000 K (Kelvin), og at plasmaelektro-35 nerne fordeler sig med overordentlig god tilnærmelse til en maxwellsk hastighedsfordeling. På grund af den store størrel- DK 171662 B1 12 se af Te, kan elektronkomponenterne i et sådant lavtryksplasma også virke ved ionisering af fremmede partikler, som bringes ind i plasmaet.

Eksempelvis kan i plasmabeholderen 1 i ionkilden 5 indføres metalpartikler (atomer eller molekyler) på den måde, at der på dækpladen 8 på plasmabeholderen 1, som ligger over for ionudtrædningsfladen 21, er tilvejebragt en katodeforstøvningsmålplade 10 af et egnet metal (fig. 6). Tildeler man denne katodeforstøvningsmålplade 10, som hviler på iso-10 lerende ben 22 et negativt potentiale i forhold til plasmaet 19, beskydes målpladen 10 med plasmaioner, hvorved der frigøres metalatomer fra målpladens overflade, hvilke atomer træder ind i plasmavolumenet. Her ioniseres de ved sammenstød med plasmaelektroder med en sandsynlighed, som ligger i 15 størrelsesordenen 1%. De kan så på tilsvarende vis, som plasmaionerne, ved den anvendte ionoptiske indretning ekstra-heres i form af en ionstråle. Særlig vigtig i denne sammenhæng er det, at de gennem ionbeskydning frigivende (forstøvede) metalatomer eller -molekyler besidder en kinetisk 20 energi, som ligger væsentligt over plasmaionernes energi.

Den til de forstøvede metalpartikler meddelte energi ligger i reglen omkring 15-20 eV (elektronvolt) , medens plasmaionerne forlader plasmaet med en energi på kun nogle få (4-5) eV (elektronvolt). På denne vis lykkes det gennem indbygning 25 af et egnet elektrisk potentialtrin (U2) ved ionekstraktion at adskille de efterioniserede metalpartikler fra ionerne i arbejdsgassen, og på denne vis at frembringe en ren metalionstråle .

En yderligere mulighed for at indbringe metalatomer 3 0 i plasmaet 19 består i, efter dækpladen 8 på plasmabeholderen 1, som ligger overfor ekstraktionssystemet 9, at placere en vakuumbeholder 12, hvori der ved modstandsfordampning eller ved en elektronstrålefordamper 13 frembringes en metaldamp-strøm, som træder ind i plasmaet 19 gennem egnede åbninger 35 11 i dækpladen 8. En tilsvarende indretning er antydet i fig. 7. De indtrædende metalatomer og -molekyler ioniseres DK 171662 B1 13 ligeledes ved plasmaelektronerne og kan derefter i fællesskab med ionerne i arbejdsgassen på den tidligere forklarede vis ekstraheres til en ionstråle. Eftersom den kinetiske energi i de forskellige partikelarter ikke adskiller sig fra hin-5 anden, må der trækkes yderligere forholdsregler, således at metalionerne kan skilles fra plasmaionerne. Sådanne indretninger består eksempelvis af egnet udformede magnetiske jævnfelter eller sammensætninger af magnetiske jævnfelter og elektriske jævnfelter. Eftersom masseforskellene mellem de 10 forskellige partikelkomponenter i en blandet partikelstråle i reglen udnyttes i en sådan adskillelsesfremgangsmåde, er det fortrinsvis helium, som foretrækkes som arbejdsgas for tilvejebringelse af plasma. Heliumplasma antager på den ene side en særlig høj elektrontemperatur Te, hvilket sikrer en 15 særlig stor ioniseringssandsynlighed for de indtrædende metalatomer, og på den anden side besidder heliumionerne i sammenligning med alle metalatomer kun en ringe masse, hvilket virker særligt fordelagtigt ved adskillelse af arbejdsgas- og metalioner.

20 Arten af de partikler, som træder ind i det ved elek- troncyklotronbølgeresonansstimulerede plasma, er ikke begrænset til metalatomer eller -molekyler, eftersom også ikke elektrisk ledende materialer lader sig overføre i dampform ved egnede indretninger. Særligt egnede hertil er den 25 såkaldte højfrekvensforstøvningsfremgangsmåde, hvorved der tildeles et målelement af isolerende materiale et højfrekvenspotentiale i forhold til et plasma. Denne fremgangsmåde med højfrekvensforstøvning lader sig på simpel vis kombinere med den udviklede højfrekvensionkilde. I tilknytning hertil 30 skal den på dækpladen 8 (fig. 6) placerede katodeforstøvningsmålplade 10 erstattes med en tilsvarende isolatormål-plade, som så på kendt vis tildeles et højfrekvenspotentiale i forhold til plasmaet 19's potentiale. Tillige kan på fordelagtig vis den hertil nødvendige højfrekvensspænding ud-35 tages fra højfrekvensgeneratoren 4, som anvendes til plasmafrembringelse ved hjælp af elektroncyklotronbølgereso- DK 171662 B1 14 nans.

Som forklaret kan der ved den beskrevne højfrekvens-ionkilde frembringes ionstråler med stort overfladeareal og med en vilkårlig tværsnitsgeometri, f.eks. en båndform, med 5 ioner af en udpeget art.

Claims (6)

1. Høj frekvensionkilde til frembringelse af ionstråler med stort overfladeareal med en beholder til de stoffer, som skal ioniseres, især gasarter, idet der tilføres høj- 5 frekvensenergi til plasmaet og idet plasmaet påvirkes af et magnetisk jævnfelt, kendetegnet ved, at der i en rørformet plasmabeholder (1), som er tilpasset den udpegede ionstråleform, hvilken beholder fastholdes mellem en bæreplade (7) og en dækplade (8), ved et gastryk i højvakuumom-10 rådet kan tilvejebringes en plasmastimulering ved elektron-cyklotronbølger med resonans i forhold til plasmabeholderens dimensioner, at der mellem en højfrekvensgenerator (4) og en belastningskredsspole (2) er tilvejebragt en indstillelig mellemkreds (5), at det svage magnetiske jævnfelt, som udfra 15 elektroncyklotronbølgeresonansteorien skal være rettet vinkelret på belastningsspolens (2) akse, og hvis højde angives ved denne teori, tilvejebringes med et Helmholtzspolepar (6) , hvis geometriske udformning er tilpasset formen på plasmabeholderen (1) , og at der i bærepladen (7) er til-20 vejebragt et af flere elektroder bestående ionoptisk system (9) til ionekstraktion, idet systemet (9) er tilpasset den udpegede ionstråles geometri.

2. Højfrekvent ionkilde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som ionekstraktionssystem (9) er 25 tilvejebragt en første og en første ekstraktionselektrode (Ej, E2) hvorpå kan lægges en spænding (U2) som potentialtrin til adskillelse af efterioniserede injicerede fremmed-partikler og plasmaionerne, og at der er tilvejebragt yderligere elektroder (E3, E4,...Ej) med påtrykte ionaccelera-30 tionsspændinger (U3, U4,...Un) og en suppressionselektrode (Es) med en suppressionsspænding (Us).

3. Højfrekvensionkilde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den første ekstraktionselektrode (Ej) er fremstillet af ikke-ledende materiale, og at spændingerne 35 (U3...Un) påtrykkes de yderligere elektroder i forhold til den anden ektraktionselektrode (E2). DK 171662 B1 16

4. Højfrekvensionkilde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at plasmabeholderen (1) er kasseformet med afrundede sider og åbne forflader, og at ionekstraktionssystemet (9) er udformet med slidseformede elektroder 5 (Εχ...En,Es).

5. Højfrekvensionkilde ifølge krav 1, kende tegnet ved, at der på dækpladen (8) er tilvejebragt en forstøvningsmålplade (10).

6. Højfrekvensionkilde ifølge krav l, kende- 10 tegnet ved, at dækpladen (8) gennem en åbning (11) er forbundet med en vakuumbeholder (12) , hvori modstands- eller elektronstrålefordamperen (13) er placeret.