JP2771205B2 - 粒子衝撃による固体表面の加工処理のための方法及び装置 - Google Patents
粒子衝撃による固体表面の加工処理のための方法及び装置Info
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、粒子衝撃による固体表面のドーピング又は
固体表面の構造を除去する方法及び装置に関する。
固体表面の構造を除去する方法及び装置に関する。
更に、低圧プラズマからプラズマビームを抽出する方
法と、これを実施する装置が開示される。
法と、これを実施する装置が開示される。
原子ビーム又は分子ビームにより固体表面をできるだ
け広い面積にわたり衝撃することは現在の表面技術及び
薄膜技術にとつて重要なプロセスである。この場合、数
百電子ボルトから数キロ電子ボルトにわたる粒子エネル
ギーの領域は特に重要である、何故ならばこの場合に
は、行われる相互作用プロセスは表面における数ないし
数十原子層に制限されているからである。
け広い面積にわたり衝撃することは現在の表面技術及び
薄膜技術にとつて重要なプロセスである。この場合、数
百電子ボルトから数キロ電子ボルトにわたる粒子エネル
ギーの領域は特に重要である、何故ならばこの場合に
は、行われる相互作用プロセスは表面における数ないし
数十原子層に制限されているからである。
このような粒子ビーム源の用途は一般に２つの群に分
割できる： 1. 粒子衝撃により、衝撃された固体の表面からその都
度の材料の原子及び分子が分離される（イオン衝撃によ
る固体飛散即ち“スパツタリング”）。叩き出された表
面粒子は、対応する衝撃器具の中で生成された真空中を
飛散し、対応する担体（基板）に捕捉され、そこで粒子
は、飛散した固体の材料から成る薄膜又は薄膜系を形成
する。対応する装置においては同時に多数の固体ターゲ
ツトを原子又は分子による衝撃によりスパツタすること
ができる。更に、このプロセスは、対応する真空室の中
で特定のガス又はガス混合の存在の下に行うことができ
る。このようにして非常に融通に富む方法でほぼ任意の
組合せの膜又は膜系を形成することができる。
割できる： 1. 粒子衝撃により、衝撃された固体の表面からその都
度の材料の原子及び分子が分離される（イオン衝撃によ
る固体飛散即ち“スパツタリング”）。叩き出された表
面粒子は、対応する衝撃器具の中で生成された真空中を
飛散し、対応する担体（基板）に捕捉され、そこで粒子
は、飛散した固体の材料から成る薄膜又は薄膜系を形成
する。対応する装置においては同時に多数の固体ターゲ
ツトを原子又は分子による衝撃によりスパツタすること
ができる。更に、このプロセスは、対応する真空室の中
で特定のガス又はガス混合の存在の下に行うことができ
る。このようにして非常に融通に富む方法でほぼ任意の
組合せの膜又は膜系を形成することができる。
粒子衝撃により行われる、衝撃された表面自身の腐食
は同様に非常に重要な技術的意味を有する。このように
して例えば表面汚染層又は表面汚染物を除去することが
できる即ち後続のコーテイングプロセスのために基板を
原子的に掃除することができる。現在のマイクロエレク
トロニクスにとつて特に重要であるが例えば集積光学等
のその他の分野にとつても重要であることは、広面積の
粒子衝撃により表面を意図的に構造化することである。
このために、写真プロセスにより又はその他の手段によ
り固体表面に、粒子衝撃に対して高められた抵抗を有す
る材料から成る構造が形成される。このようにして粒子
衝撃の下に、その都度の表面における被覆されていない
領域は原始的に除去され、深く構造化される。このよう
な構造の特性的な寸法の幅はサブマイクロメータの領域
まで変化することができ深さは衝撃持続時間に依存して
ナノメータからマイクロメータの領域まで変化すること
ができる。これはスパツタ腐食又はイオンビーム腐食
（Ion Beam Etching,IBE）と称するこのプロセスは、化
学的に腐食性の液体を使用しないので環境を汚染せず、
使用腐食プロセスで使用されるプラズマが非等方性であ
るので、形成される構造の側縁を非常に急峻にできる。
衝撃のために化学的に反応性の粒子を用いるか又は反応
性ガスの存在の下に行うと表面構造化を、衝撃により誘
発された化学反応により付加的に高めることができる
（反応性スパツタ腐食即ちReactive Ion Beam Etching,
RIBE）。
は同様に非常に重要な技術的意味を有する。このように
して例えば表面汚染層又は表面汚染物を除去することが
できる即ち後続のコーテイングプロセスのために基板を
原子的に掃除することができる。現在のマイクロエレク
トロニクスにとつて特に重要であるが例えば集積光学等
のその他の分野にとつても重要であることは、広面積の
粒子衝撃により表面を意図的に構造化することである。
このために、写真プロセスにより又はその他の手段によ
り固体表面に、粒子衝撃に対して高められた抵抗を有す
る材料から成る構造が形成される。このようにして粒子
衝撃の下に、その都度の表面における被覆されていない
領域は原始的に除去され、深く構造化される。このよう
な構造の特性的な寸法の幅はサブマイクロメータの領域
まで変化することができ深さは衝撃持続時間に依存して
ナノメータからマイクロメータの領域まで変化すること
ができる。これはスパツタ腐食又はイオンビーム腐食
（Ion Beam Etching,IBE）と称するこのプロセスは、化
学的に腐食性の液体を使用しないので環境を汚染せず、
使用腐食プロセスで使用されるプラズマが非等方性であ
るので、形成される構造の側縁を非常に急峻にできる。
衝撃のために化学的に反応性の粒子を用いるか又は反応
性ガスの存在の下に行うと表面構造化を、衝撃により誘
発された化学反応により付加的に高めることができる
（反応性スパツタ腐食即ちReactive Ion Beam Etching,
RIBE）。
2. 表面への広面積の粒子衝撃の第２の用途領域は、ビ
ーム粒子が表面の中に打込まれそこで屡々化学反応を起
こしその際に反応ゾーンの深さが、エネルギーに富む粒
子の侵入深さにより与えられ反応速度が、粒子により持
込まれたエネルギーにより有利に高められることに基づ
く。例えば炭素原子又は炭化水素分子から成る粒子ビー
ムを用いると、金属表面に薄い炭化物膜が形成される。
これと類似に、酸素粒子又は窒素粒子から成る粒子ビー
ムを用いる場合には、その都度に打込まれた材料の酸化
物又は窒化物から成る薄い“内在的な”即ち材料と結合
した表面膜が形成される。このような表面膜は屡々非常
に好適な機械的特性を有し従つて例えば摩擦に対して強
い摩耗低減作用を有するか又は切り屑を出す工具の寿命
を高める。更に、このような膜は、自由な化学的表面原
子価が飽和されていることにより腐食ガス又は腐食性液
体に対して不働作用を有する。金属原子又は金属分子か
ら成る大面積のビームを用いるとビーム粒子の打込みに
より、本来は電気的に絶縁性である表面例えばセラミツ
ク部品上に薄い導電性の表面膜が形成される。薄膜技術
に対する金属原子又は金属分子から成る大面積のビーム
の使用の重要な例は絶縁性又は半導体の基板の表面金属
化である。これは、何らかのマイクロエレクトロニクス
回路及び構成部品の製作において重要なプロセスであ
る。
ーム粒子が表面の中に打込まれそこで屡々化学反応を起
こしその際に反応ゾーンの深さが、エネルギーに富む粒
子の侵入深さにより与えられ反応速度が、粒子により持
込まれたエネルギーにより有利に高められることに基づ
く。例えば炭素原子又は炭化水素分子から成る粒子ビー
ムを用いると、金属表面に薄い炭化物膜が形成される。
これと類似に、酸素粒子又は窒素粒子から成る粒子ビー
ムを用いる場合には、その都度に打込まれた材料の酸化
物又は窒化物から成る薄い“内在的な”即ち材料と結合
した表面膜が形成される。このような表面膜は屡々非常
に好適な機械的特性を有し従つて例えば摩擦に対して強
い摩耗低減作用を有するか又は切り屑を出す工具の寿命
を高める。更に、このような膜は、自由な化学的表面原
子価が飽和されていることにより腐食ガス又は腐食性液
体に対して不働作用を有する。金属原子又は金属分子か
ら成る大面積のビームを用いるとビーム粒子の打込みに
より、本来は電気的に絶縁性である表面例えばセラミツ
ク部品上に薄い導電性の表面膜が形成される。薄膜技術
に対する金属原子又は金属分子から成る大面積のビーム
の使用の重要な例は絶縁性又は半導体の基板の表面金属
化である。これは、何らかのマイクロエレクトロニクス
回路及び構成部品の製作において重要なプロセスであ
る。
代表例として挙げられたこれらの用途に対しては公知
のように主に適当な形のイオンビームが用いられる、何
故ならば荷電粒子は電界により簡単に加速することがで
きるからである。この場合の著しい欠点は、その都度に
衝撃された固体を経て、イオンにより持込まれた電荷を
導出しなければならないことである。これは、金属又は
相当良好な導電性の半導体の場合にのみ保証される。導
電性の低い材料又は絶縁材においては非常に迅速に、衝
撃された表面が帯電される。これにより発生する逆方向
電界により衝撃イオンが制動され所望の表面衝撃ができ
なくなる。形成されたマスクのために表面が非導電性領
域を有すると、そこに発性する帯電により障害電界が発
生し、この障害電界は前述の構造化動作を著しく損なう
ことがある。大きな障害となるこの作用を回避するため
に、適当に配置された電子源により、衝撃された工作物
に付加的に電子を供給する。これは、屡々著しい技術的
に面倒になり、しかも特に大面積のイオン衝撃の場合に
は満足いくように除去することはできない。
のように主に適当な形のイオンビームが用いられる、何
故ならば荷電粒子は電界により簡単に加速することがで
きるからである。この場合の著しい欠点は、その都度に
衝撃された固体を経て、イオンにより持込まれた電荷を
導出しなければならないことである。これは、金属又は
相当良好な導電性の半導体の場合にのみ保証される。導
電性の低い材料又は絶縁材においては非常に迅速に、衝
撃された表面が帯電される。これにより発生する逆方向
電界により衝撃イオンが制動され所望の表面衝撃ができ
なくなる。形成されたマスクのために表面が非導電性領
域を有すると、そこに発性する帯電により障害電界が発
生し、この障害電界は前述の構造化動作を著しく損なう
ことがある。大きな障害となるこの作用を回避するため
に、適当に配置された電子源により、衝撃された工作物
に付加的に電子を供給する。これは、屡々著しい技術的
に面倒になり、しかも特に大面積のイオン衝撃の場合に
は満足いくように除去することはできない。
大面積のイオンビーム源は従来は、多数の単一ビーム
源からのビームから成る１つの束を形成して実現されて
いた。これにより横方向に均一でない密度分布が束領域
全体にわたり発生し、これはこのような大面積のイオン
ビーム源の使用分野を同様に著しく制限する。イオン腐
食の十分な均一性を得るために屡々、衝撃された工作物
を技術的に複雑な方法で衝撃ビーム束の方向に対して横
方向に周期的に動かすことが必要である。
源からのビームから成る１つの束を形成して実現されて
いた。これにより横方向に均一でない密度分布が束領域
全体にわたり発生し、これはこのような大面積のイオン
ビーム源の使用分野を同様に著しく制限する。イオン腐
食の十分な均一性を得るために屡々、衝撃された工作物
を技術的に複雑な方法で衝撃ビーム束の方向に対して横
方向に周期的に動かすことが必要である。
ドイツ連邦共和国特許出願第2933850号公報からは、
高周波プラズマダイオードにおいて、高周波電圧の印加
される２つのダイオードのうちの１つが瀘波器として構
成され、この瀘波器の網目をプラズマの一部が貫通する
プラズマエッチング装置が公知である。この装置によれ
ば工作物を意図的にプラズマビームにより衝撃すること
はできない。
高周波プラズマダイオードにおいて、高周波電圧の印加
される２つのダイオードのうちの１つが瀘波器として構
成され、この瀘波器の網目をプラズマの一部が貫通する
プラズマエッチング装置が公知である。この装置によれ
ば工作物を意図的にプラズマビームにより衝撃すること
はできない。
米国特許第4401054号明細書には、マイクロ波放電と
電子−サイクロトロン共振とが維持され、そこからプラ
ズマが、加速作用によって発散性の直流磁界の中で工作
物又は基板に案内される装置が公知である。この場合プ
ラズマビームは基本的には発散しており、横方向では均
一ではないので、多くの用途に用いることはできない。
電子−サイクロトロン共振とが維持され、そこからプラ
ズマが、加速作用によって発散性の直流磁界の中で工作
物又は基板に案内される装置が公知である。この場合プ
ラズマビームは基本的には発散しており、横方向では均
一ではないので、多くの用途に用いることはできない。
本発明の課題は、上記したような欠点を回避すること
のできる、粒子衝撃による固体表面の腐食及び構造化と
表面ドーピングの形成方法を提供することにある。
のできる、粒子衝撃による固体表面の腐食及び構造化と
表面ドーピングの形成方法を提供することにある。
上記課題は本発明による、衝撃に対し、平行性が高く
粒子ビーム流の密度の均一性が横方向において高い抽出
されたプラズマビームを用いるようにして解決される。
粒子ビーム流の密度の均一性が横方向において高い抽出
されたプラズマビームを用いるようにして解決される。
低圧プラズマから成るこのようなプラズマビームの抽
出のための１つの有利な方法では、低圧プラズマを電界
及び磁界により発生しプラズマイオンを、プラズマと接
触し細密な格子として形成されている電極に向けて加速
し、この電極にはプラズマに対して高周波電圧を印加
し、この電極とプラズマとの間に、正プラズマイオンを
加速する電流電圧を印加し、この直流電圧の大きさを、
細密な格子として形成されている電極とプラズマとの間
で降下する高周波電圧の振幅により決め、 抽出されたイオン流に、高周波に同期して流れる同一
の高さの電子流をイオン流を補償するために重畳し、 低圧プラズマと、抽出されたプラズマビームとを適当
な大きさと形状の直流磁界により成形する。
出のための１つの有利な方法では、低圧プラズマを電界
及び磁界により発生しプラズマイオンを、プラズマと接
触し細密な格子として形成されている電極に向けて加速
し、この電極にはプラズマに対して高周波電圧を印加
し、この電極とプラズマとの間に、正プラズマイオンを
加速する電流電圧を印加し、この直流電圧の大きさを、
細密な格子として形成されている電極とプラズマとの間
で降下する高周波電圧の振幅により決め、 抽出されたイオン流に、高周波に同期して流れる同一
の高さの電子流をイオン流を補償するために重畳し、 低圧プラズマと、抽出されたプラズマビームとを適当
な大きさと形状の直流磁界により成形する。
前述の方法を実施する本発明の装置は、面積の大きい
２つの電極を具備したプラズマ容器と、前記電極を整合
回路を介して高周波発生器と接続し、電極の面を、高周
波電圧のほぼ全部が、細密な格子として形成されている
一方の電極で降下するように選択することにより実現さ
れる。
２つの電極を具備したプラズマ容器と、前記電極を整合
回路を介して高周波発生器と接続し、電極の面を、高周
波電圧のほぼ全部が、細密な格子として形成されている
一方の電極で降下するように選択することにより実現さ
れる。
本発明の別の１つの有利な実施例においては、１つの
電極を壷状に形成しプラズマ容器の内部に突出するよう
に配置する。
電極を壷状に形成しプラズマ容器の内部に突出するよう
に配置する。
本発明の別の１つの有利な実施例においては、１つの
電極を壷状に形成し、プラズマ容器の上に載置する。
電極を壷状に形成し、プラズマ容器の上に載置する。
本発明の別の１つの有利な実施例においては、１つの
電極を、プラズマ容器を外側で囲むように配置する。
電極を、プラズマ容器を外側で囲むように配置する。
細密な格子として形成されている電極を、自動的に作
用する緊張装置に固定することも本発明の範囲内にあ
る。
用する緊張装置に固定することも本発明の範囲内にあ
る。
本発明により、細密な格子として形成されている電極
のウエブを絶縁材の中に埋込むこともできる。
のウエブを絶縁材の中に埋込むこともできる。
更に本発明の装置においては、細密な格子として形成
されている電極の開口部を、この電極とプラズマとの間
の空間電荷層の厚さより小さくする点が重要である。
されている電極の開口部を、この電極とプラズマとの間
の空間電荷層の厚さより小さくする点が重要である。
本発明により得られる利点は特に、プラズマビームの
使用により冒頭に記載の欠点を除去できることにある。
このプラズマビームは粒子衝撃に必要な正のイオン成分
から成るがしかし同一の数の又は同一密度の電子も担つ
ている。このようなプラズマビームは従つて全体として
電気的に中性である。従つて導電性の低い又は絶縁性の
表面の衝撃の際に、作業工程に障害を与える帯電は発生
しない。例えば本来は導電性の工作物に電気的に絶縁性
の表面を形成することにより衝撃時間の間に発生する導
電性の変動は、このようなプラズマビームによる表面処
理にとつて障害とならない。同様に、特定の表面領域
が、例えば粒子衝撃による表面構造化のための絶縁性の
マスクを形成することにより導電性でない即ち加工すべ
き表面における導電性が局部的に変化することも障害と
ならない。正イオンと負の電子とから成るプラズマビー
ムの“準中性”に起因して付加的な電子源又は例えば純
イオンビームの使用の場合におけるようなその他の手段
はもはや必要ではない。
使用により冒頭に記載の欠点を除去できることにある。
このプラズマビームは粒子衝撃に必要な正のイオン成分
から成るがしかし同一の数の又は同一密度の電子も担つ
ている。このようなプラズマビームは従つて全体として
電気的に中性である。従つて導電性の低い又は絶縁性の
表面の衝撃の際に、作業工程に障害を与える帯電は発生
しない。例えば本来は導電性の工作物に電気的に絶縁性
の表面を形成することにより衝撃時間の間に発生する導
電性の変動は、このようなプラズマビームによる表面処
理にとつて障害とならない。同様に、特定の表面領域
が、例えば粒子衝撃による表面構造化のための絶縁性の
マスクを形成することにより導電性でない即ち加工すべ
き表面における導電性が局部的に変化することも障害と
ならない。正イオンと負の電子とから成るプラズマビー
ムの“準中性”に起因して付加的な電子源又は例えば純
イオンビームの使用の場合におけるようなその他の手段
はもはや必要ではない。
本発明により発生されたプラズマビームは、前述の大
面積のイオンビーム束源に対して別の１つの著しい利点
を有する：特別の発生形式に起因してこのようなプラズ
マビームの中の密度分布はビーム方向に対して横方向に
おいて完全に均一でありいかなる変調構造も有しない。
これは、工作物表面の完全に均一な大面積の腐食又は衝
撃された領域のすべての場所における表面構造化を常に
同一の条件の下に可能にする。
面積のイオンビーム束源に対して別の１つの著しい利点
を有する：特別の発生形式に起因してこのようなプラズ
マビームの中の密度分布はビーム方向に対して横方向に
おいて完全に均一でありいかなる変調構造も有しない。
これは、工作物表面の完全に均一な大面積の腐食又は衝
撃された領域のすべての場所における表面構造化を常に
同一の条件の下に可能にする。
次に本発明を実施例に基づき図を用いて説明する。
第１図はプラズマビーム源の動作原理を説明するため
の線図、第２図はビーム源の構成を略示したブロツク回
路図、第３図、第４図及び第５図は異なる構成の電極の
断面図、第６図は工作物の粒子衝撃装置を略示する断面
図、第７図、第８図及び第９図は抽出電極の構成を示す
断面図、第10図は抽出電極のための緊張装置の断面図、
第11図は抽出電極のための特別な構成を拡大して部分的
に示す断面図である。
の線図、第２図はビーム源の構成を略示したブロツク回
路図、第３図、第４図及び第５図は異なる構成の電極の
断面図、第６図は工作物の粒子衝撃装置を略示する断面
図、第７図、第８図及び第９図は抽出電極の構成を示す
断面図、第10図は抽出電極のための緊張装置の断面図、
第11図は抽出電極のための特別な構成を拡大して部分的
に示す断面図である。
プラズマビームを発生するためには、高周波電圧が印
加されている電極を、何らかの方法で発生された低圧プ
ラズマと接触すると発生する物理的効果が利用される。
このような電極にプラズマから流れる、帯電されている
粒子から成る流れの時間変化（第１図）を見ると、高周
波電圧の１つの周期の間にプラズマとこの電極との間
に、この電極がプラズマに対して負である限り正のプラ
ズマイオンがこの電極に流れる。他方、この電極がプラ
ズマに対して正の電位にある限り、プラズマ電子がこの
電極に流れる。更に、プラズマ電子は、電極がプラズマ
に対して過度に負でない場合には、運動エネルギーと比
較的高いその温度とに起因して電極に達する；この場合
には初期電子流が流れる。
加されている電極を、何らかの方法で発生された低圧プ
ラズマと接触すると発生する物理的効果が利用される。
このような電極にプラズマから流れる、帯電されている
粒子から成る流れの時間変化（第１図）を見ると、高周
波電圧の１つの周期の間にプラズマとこの電極との間
に、この電極がプラズマに対して負である限り正のプラ
ズマイオンがこの電極に流れる。他方、この電極がプラ
ズマに対して正の電位にある限り、プラズマ電子がこの
電極に流れる。更に、プラズマ電子は、電極がプラズマ
に対して過度に負でない場合には、運動エネルギーと比
較的高いその温度とに起因して電極に達する；この場合
には初期電子流が流れる。
高周波電圧が印加されているこのような電極が高周波
電圧のその都度の半周期にわたりプラズマに対して正又
は負であるとすると、１周期当りに、そのより高い運動
性と速度に起因して、正のプラズマイオンに比して著し
く多量のプラズマ電子が電極に流れる。しかしそれは、
電気的なガス放電プラズマのための準中性条件が原因で
可能でない、即ちこの準中性条件は、単位体積当りのプ
ラズマの中には常に正の電荷と負の電荷とが等しい数で
存在しなければならないとしている。この条件は一般に
プラズマ発生過程自身により前もつて与えられている。
しかし一般に、特定の荷電キヤリヤ成分の損失が優勢と
なる場合には空間電荷が形成されることになる。形成さ
れる空間電荷の正負符号は、プラズマを離れる荷電キヤ
リヤ成分の正符号と逆であり従つてこれらの成分の流出
を阻止することになる。
電圧のその都度の半周期にわたりプラズマに対して正又
は負であるとすると、１周期当りに、そのより高い運動
性と速度に起因して、正のプラズマイオンに比して著し
く多量のプラズマ電子が電極に流れる。しかしそれは、
電気的なガス放電プラズマのための準中性条件が原因で
可能でない、即ちこの準中性条件は、単位体積当りのプ
ラズマの中には常に正の電荷と負の電荷とが等しい数で
存在しなければならないとしている。この条件は一般に
プラズマ発生過程自身により前もつて与えられている。
しかし一般に、特定の荷電キヤリヤ成分の損失が優勢と
なる場合には空間電荷が形成されることになる。形成さ
れる空間電荷の正負符号は、プラズマを離れる荷電キヤ
リヤ成分の正符号と逆であり従つてこれらの成分の流出
を阻止することになる。
この自己制御特性の結果として電気ガス放電プラズマ
は、高周波電圧の印加されている電極に対しておのずと
十分に高い正の電位となる。この“自己バイアス”効果
により、高周波電圧の全周期にわたりイオンが電極に流
れることができ、高周波電圧の１つの周期の中の短い期
間にのみ即ち高周波電圧の１つの周期の中においてプラ
ズマと電極とが電位的に短時間にわたり近似している期
間にのみ、対応する電子のパルスが電極に流れる。この
ようにして、高周波の１つの周期に、プラズマを離れる
正イオンの数と電子との数が正確に補償される即ち高周
波電圧が印加されているこのような電極に直流が流れる
のではなく変位電流が流れるだけである。
は、高周波電圧の印加されている電極に対しておのずと
十分に高い正の電位となる。この“自己バイアス”効果
により、高周波電圧の全周期にわたりイオンが電極に流
れることができ、高周波電圧の１つの周期の中の短い期
間にのみ即ち高周波電圧の１つの周期の中においてプラ
ズマと電極とが電位的に短時間にわたり近似している期
間にのみ、対応する電子のパルスが電極に流れる。この
ようにして、高周波の１つの周期に、プラズマを離れる
正イオンの数と電子との数が正確に補償される即ち高周
波電圧が印加されているこのような電極に直流が流れる
のではなく変位電流が流れるだけである。
前述の状態は第１図に示されている。この図から、プ
ラズマの準中性を保持するためにプラズマと、高周波電
圧が印加されている電極との間に、高周波電圧の振幅に
良好な近似で相応する直流電圧UPI-Eが印加される。直
流電圧UPI-Eは通常はkTe/eo（ｋ ボルツマン定数、Te
電極温度、eo 電気素量）のオーダの部分電圧だけ高
周波電圧振幅Uoより大きい、何故ならば電子は、その固
有エネルギーが比較的高いために、kTe/eoのオーダの付
加的な小さい制御電圧に逆らつて走行することができる
からである。
ラズマの準中性を保持するためにプラズマと、高周波電
圧が印加されている電極との間に、高周波電圧の振幅に
良好な近似で相応する直流電圧UPI-Eが印加される。直
流電圧UPI-Eは通常はkTe/eo（ｋ ボルツマン定数、Te
電極温度、eo 電気素量）のオーダの部分電圧だけ高
周波電圧振幅Uoより大きい、何故ならば電子は、その固
有エネルギーが比較的高いために、kTe/eoのオーダの付
加的な小さい制御電圧に逆らつて走行することができる
からである。
前述の特性によりプラズマビーム液の原理を説明し
た。高周波電圧が印加されている電極は、適切に形成さ
れているワイヤ網として又は平行に走行するワイヤの形
状で形成され、適切な高周波技術的な配置により、低圧
プラズマとこの“抽出電極”との間に前述の効果を利用
して、適当な周波数ｆ及び振幅Uoの高周波電圧と、高さ
UO＋kTe/eoの形成される直流電圧との重畳から成る、イ
オンを加速する電位差が形成される。
た。高周波電圧が印加されている電極は、適切に形成さ
れているワイヤ網として又は平行に走行するワイヤの形
状で形成され、適切な高周波技術的な配置により、低圧
プラズマとこの“抽出電極”との間に前述の効果を利用
して、適当な周波数ｆ及び振幅Uoの高周波電圧と、高さ
UO＋kTe/eoの形成される直流電圧との重畳から成る、イ
オンを加速する電位差が形成される。
このようにしてプラズマと抽出電極との間に、物理学
の専門文献から公知のシヨツトキー−ラングミユ−空間
電荷層が形成されその厚さｄは式 ｄ＝（４εo/9ji）1/2（2eo/Mi）1/4Ｕ3/4 （１） を満足する。但し ji 抽出されたイオン流密度 Ｕ 空間電荷層の中の電圧降下 εｏ 真空の誘導率 Mi 抽出されたイオンの質量 である。
の専門文献から公知のシヨツトキー−ラングミユ−空間
電荷層が形成されその厚さｄは式 ｄ＝（４εo/9ji）1/2（2eo/Mi）1/4Ｕ3/4 （１） を満足する。但し ji 抽出されたイオン流密度 Ｕ 空間電荷層の中の電圧降下 εｏ 真空の誘導率 Mi 抽出されたイオンの質量 である。
高周波電圧の１周期の間に電圧Ｕは“自己バイアス”
電圧Uo＋kTe/eoの値だけ上方にそして高周波電圧の振幅
Uoの値だけ下方に変動する。
電圧Uo＋kTe/eoの値だけ上方にそして高周波電圧の振幅
Uoの値だけ下方に変動する。
正のプラズマイオンはプラズマ電位から抽出電極の前
の空間電荷層の中の電位降下によりこの抽出電極に向か
つて加速され次いでこの抽出電極を貫通してプラズマ空
間を、衝撃すべき固体表面の方向に向かつて去る。前述
のように、１周期全体にわたつて流れる、高周波電圧の
１周期当りのイオン流にその都度に１つの電子パルス
が、プラズマから流れる全流れが双方の主売の粒子の電
荷の正負符号の考慮の下に丁度零になるように重畳され
るので、このようにしてプラズマビームが発生する。
の空間電荷層の中の電位降下によりこの抽出電極に向か
つて加速され次いでこの抽出電極を貫通してプラズマ空
間を、衝撃すべき固体表面の方向に向かつて去る。前述
のように、１周期全体にわたつて流れる、高周波電圧の
１周期当りのイオン流にその都度に１つの電子パルス
が、プラズマから流れる全流れが双方の主売の粒子の電
荷の正負符号の考慮の下に丁度零になるように重畳され
るので、このようにしてプラズマビームが発生する。
使用される高周波電圧の周波数ｆを、同様に周波数ｆ
で振動する厚さｄを有する空間電荷層を貫通するイオン
が、その際に十分に多くの高周波周期を生きるように選
択すると、簡単な計算により、抽出されたプラズマビー
ムの中のイオンエネルギーは良好な近似で、形成される
“自己バイアス”電位により求められることが分かる。
プラズマビームの中のイオン成分の運動エネルギーは従
つて、ずれがオーダkTeの程度である良好な近似で、抽
出電極とプラズマの間で降下する高周波電圧の振幅によ
り与えられる。単一の正に帯電されているイオンにおい
ては従つてイオンの運動エネルギーはEieoUoである。
で振動する厚さｄを有する空間電荷層を貫通するイオン
が、その際に十分に多くの高周波周期を生きるように選
択すると、簡単な計算により、抽出されたプラズマビー
ムの中のイオンエネルギーは良好な近似で、形成される
“自己バイアス”電位により求められることが分かる。
プラズマビームの中のイオン成分の運動エネルギーは従
つて、ずれがオーダkTeの程度である良好な近似で、抽
出電極とプラズマの間で降下する高周波電圧の振幅によ
り与えられる。単一の正に帯電されているイオンにおい
ては従つてイオンの運動エネルギーはEieoUoである。
プラズマビームが前述のように抽出されるガス放電プ
ラズマは任意の方法で発生することができる。プラズマ
を高周波電圧エネルギーにより発生する即ちプラズマビ
ーム抽出に必要な高周波発生器をプラズマ励起のために
利用することは特に容易に想到する。
ラズマは任意の方法で発生することができる。プラズマ
を高周波電圧エネルギーにより発生する即ちプラズマビ
ーム抽出に必要な高周波発生器をプラズマ励起のために
利用することは特に容易に想到する。
プラズマビームの抽出が前述の原理に従つて行われる
プラズマビーム源のために、プラズマ発生のための容量
性装置を用いると特に有利である。相応する装置が前述
のプラズマビーム源のために用いられる。
プラズマビーム源のために、プラズマ発生のための容量
性装置を用いると特に有利である。相応する装置が前述
のプラズマビーム源のために用いられる。
プラズマビーム源の原理的構成が第２図に示されてい
る。面A1とA2を有する２つの電極1,2の間に高周波電界
が発生され、この電界を用いてプラズマ容器６の中に低
減された圧力の下に２つの電極の間にあるガスが部分的
にイオン化される。このために、インダクタンス、容量
及び場合に応じて抵抗から成る適切な整合回路３を介し
て高周波発生器の形式の高周波電圧源４が２つの電極1,
2に接続される。この容量性装置の２つの電極1,2は上記
の意味で、発生された低圧プラズマ７に対する、高周波
電圧が印加されている電極である。前述のようにこのよ
うな電極に変位電流が流れるだけであるから、２つの金
属製電極1,2がプラズマと直接に接触しているか又は例
えば変位電流が流れる絶縁容器壁を介してプラズマ空間
の内部から分離されているかは重要でない。更に、適当
な容量５を高周波回路の中に接続することができる。
る。面A1とA2を有する２つの電極1,2の間に高周波電界
が発生され、この電界を用いてプラズマ容器６の中に低
減された圧力の下に２つの電極の間にあるガスが部分的
にイオン化される。このために、インダクタンス、容量
及び場合に応じて抵抗から成る適切な整合回路３を介し
て高周波発生器の形式の高周波電圧源４が２つの電極1,
2に接続される。この容量性装置の２つの電極1,2は上記
の意味で、発生された低圧プラズマ７に対する、高周波
電圧が印加されている電極である。前述のようにこのよ
うな電極に変位電流が流れるだけであるから、２つの金
属製電極1,2がプラズマと直接に接触しているか又は例
えば変位電流が流れる絶縁容器壁を介してプラズマ空間
の内部から分離されているかは重要でない。更に、適当
な容量５を高周波回路の中に接続することができる。
プラズマビーム源にとつて重要なことは、２つの電極
１のうちのいずれか１つがプラズマ発生のために全体が
又は部分的に抽出格子の形状に形成され、この格子を貫
通して上記の原理に従つてプラズマビームが、接続して
いる衝撃室の中に抽出される点である。この抽出電極１
は従つて常に、発生された低圧プラズマと接触してい
る。これに対して、第３図、第４図及び第５図に示され
ているように第２の結合電極２はプラズマ容器６の中に
位置することもプラズマ容器６の壁の一部であることも
プラズマ容器６の外壁に載置していることもある（第５
図）。
１のうちのいずれか１つがプラズマ発生のために全体が
又は部分的に抽出格子の形状に形成され、この格子を貫
通して上記の原理に従つてプラズマビームが、接続して
いる衝撃室の中に抽出される点である。この抽出電極１
は従つて常に、発生された低圧プラズマと接触してい
る。これに対して、第３図、第４図及び第５図に示され
ているように第２の結合電極２はプラズマ容器６の中に
位置することもプラズマ容器６の壁の一部であることも
プラズマ容器６の外壁に載置していることもある（第５
図）。
前述の原理に従つて、発生されたプラズマビーム８の
イオン成分は、プラズマと、抽出格子１の形状の高周波
電圧が印加されている電極との間に自動的に形成される
直流電圧により加速される。このイオン成分の運動エネ
ルギーは、抽出格子１とプラズマとの間の高周波電圧の
振幅により近似的に求められる。
イオン成分は、プラズマと、抽出格子１の形状の高周波
電圧が印加されている電極との間に自動的に形成される
直流電圧により加速される。このイオン成分の運動エネ
ルギーは、抽出格子１とプラズマとの間の高周波電圧の
振幅により近似的に求められる。
開発されたプラズマビーム源にとつて、プラズマを発
生する２つの電極の間に印加されている高周波電圧のほ
ぼ全部がプラズマと電極との間の２つの移行領域のうち
の１つにおいて降下することを実現できることが著しく
重要である。この電極としてここでは抽出格子１が選択
される。
生する２つの電極の間に印加されている高周波電圧のほ
ぼ全部がプラズマと電極との間の２つの移行領域のうち
の１つにおいて降下することを実現できることが著しく
重要である。この電極としてここでは抽出格子１が選択
される。
この原理によれば、それぞれプラズマ発生電極1,2の
うちの１つとプラズマ７との間で降下する高周波の部分
電圧U1とU2に対して式 U1/U2＝（A2/A1）４ （２） が成立つ。
うちの１つとプラズマ７との間で降下する高周波の部分
電圧U1とU2に対して式 U1/U2＝（A2/A1）４ （２） が成立つ。
この式（２）により、抽出電極１により覆われている
面A1が他方の電極２（“対向電極”）の面A2に対して十
分に小さい場合には、２つの電極の間に印加されている
高周波電圧のほぼすべてがプラズマ７と抽出電極１との
間で降下することが分かる。実際に容易に実現できる面
比A1/A2が約1/3の場合にすでに対向電極２においては高
周波電圧全体の約１％が降下するにすぎない。これは、
このようなプラズマビーム源の実際の作動にとつて有利
である：高周波電圧が印加されている対向電極２とプラ
ズマ７との間にも、そこで降下する高周波電圧U2の高周
波振幅Ｕ0,2のオーダの直流電圧が形成されるので、高
周波振幅Ｕ0,2が小さいために、そこに発生するイオン
による対向電極２の材料のスパツタは阻止される。そう
でない場合には、対向電極２の金属部分がプラズマに曝
されるとプラズマ容器６の内壁において非常に迅速に、
スパツタされた材料から成る障害となる金属箔が形成さ
れる。
面A1が他方の電極２（“対向電極”）の面A2に対して十
分に小さい場合には、２つの電極の間に印加されている
高周波電圧のほぼすべてがプラズマ７と抽出電極１との
間で降下することが分かる。実際に容易に実現できる面
比A1/A2が約1/3の場合にすでに対向電極２においては高
周波電圧全体の約１％が降下するにすぎない。これは、
このようなプラズマビーム源の実際の作動にとつて有利
である：高周波電圧が印加されている対向電極２とプラ
ズマ７との間にも、そこで降下する高周波電圧U2の高周
波振幅Ｕ0,2のオーダの直流電圧が形成されるので、高
周波振幅Ｕ0,2が小さいために、そこに発生するイオン
による対向電極２の材料のスパツタは阻止される。そう
でない場合には、対向電極２の金属部分がプラズマに曝
されるとプラズマ容器６の内壁において非常に迅速に、
スパツタされた材料から成る障害となる金属箔が形成さ
れる。
式（２）は、２つの電極1,2のプラズマ密度が等しい
場合に成立つ。これは例えば、プラズマ７がはいり込ん
で燃焼しなければならない壷状の対向電極２において成
立たない場合には、そこで式（１）に対応して空間電荷
層厚ｄが大きくなる。これは1/dに比例して層容量Ｃを
小さくしひいては対向電極における高周波電圧の降下U2
を大きくする。U2は1/C2に比例するのでU2は、対向電極
２が外部から容器壁の上に載置されている（第５図）場
合に、全容量C2がプラズマ７と対向電極２との間に層容
量と、容器壁により決まる付加的な容量との直列接続に
より小さくなるとこれに伴い大きくなる。このような及
びこれに類似の影響はしかし、面比A2/A1を更に大きく
することにより簡単かつ確実に補正することができる。
場合に成立つ。これは例えば、プラズマ７がはいり込ん
で燃焼しなければならない壷状の対向電極２において成
立たない場合には、そこで式（１）に対応して空間電荷
層厚ｄが大きくなる。これは1/dに比例して層容量Ｃを
小さくしひいては対向電極における高周波電圧の降下U2
を大きくする。U2は1/C2に比例するのでU2は、対向電極
２が外部から容器壁の上に載置されている（第５図）場
合に、全容量C2がプラズマ７と対向電極２との間に層容
量と、容器壁により決まる付加的な容量との直列接続に
より小さくなるとこれに伴い大きくなる。このような及
びこれに類似の影響はしかし、面比A2/A1を更に大きく
することにより簡単かつ確実に補正することができる。
第２図に略示されている高周波回路は任意の個所でア
ースすることができる。有利には本発明によりこのため
に、この目的のために大地としつかりと接続されている
抽出格子１を選択する。このようにして、高周波振幅Ｕ
0,1により抽出電極１において決まる、アース電位にお
けるイオン成分の運動エネルギーを有するプラズマビー
ムが衝撃室の中にはいり込む。抽出電極Ｅがその一部を
形成している、衝撃室のすべての壁とすべてのその他の
構成部材例えば加工すべき工作物はこの場合には有利に
は同様にアース電位にある。
ースすることができる。有利には本発明によりこのため
に、この目的のために大地としつかりと接続されている
抽出格子１を選択する。このようにして、高周波振幅Ｕ
0,1により抽出電極１において決まる、アース電位にお
けるイオン成分の運動エネルギーを有するプラズマビー
ムが衝撃室の中にはいり込む。抽出電極Ｅがその一部を
形成している、衝撃室のすべての壁とすべてのその他の
構成部材例えば加工すべき工作物はこの場合には有利に
は同様にアース電位にある。
プラズマ７自体はこの場合には、対向電極２における
電圧降下が非常に小さいために常にこの電極の電位にあ
り従つて電位的にも、対向電極２とアースされている抽
出電極１との間の高周波電圧の変動に追従する。
電圧降下が非常に小さいために常にこの電極の電位にあ
り従つて電位的にも、対向電極２とアースされている抽
出電極１との間の高周波電圧の変動に追従する。
プラズマ容器６の形状は原理的には任意である。有利
にはしかし、ガラス又はセラミツクから成る管部材とし
て形成され、その横断面形状は発生されるプラズマビー
ムのその都度の所望の横断面形状に整合させることがで
きる。２つの電極1,2はこの場合には有利にはこのよう
な管部材の双方の端面に配置される。
にはしかし、ガラス又はセラミツクから成る管部材とし
て形成され、その横断面形状は発生されるプラズマビー
ムのその都度の所望の横断面形状に整合させることがで
きる。２つの電極1,2はこの場合には有利にはこのよう
な管部材の双方の端面に配置される。
プラズマビーム源特性を改善するために更に、プラズ
マ容器６を、プラズマ容器６が中に同心に配置されてい
る励磁コイル９の１組により外部から取囲むことによ
り、適当な形に形成された軸方向の直流磁界をプラズマ
容器６に重畳すると有利である。磁力線がプラズマ容器
６の壁に平行に走行する領域においては壁へのプラズマ
粒子の拡散運動は制限され、これによりいわゆる壁損失
を強く低減することが可能である。これによりプラズマ
密度は高まりひいては、抽出されたプラズマビーム８の
中のイオン密度及び電子密度が高まる。更に、抽出電極
１の場所において磁界の形を適当に形成することによ
り、衝撃室10の中へ排出される際にプラズマビームの形
状を別の励磁コイル11により変化することができること
が重要である。このようにしてプラズマビームを例えば
その横断面に関して圧縮する又は必要な場合には抽出系
の背後で広げる又は側方向に偏向することができる。プ
ラズマ容器に重畳される磁界の強さ、方向及び形状は、
磁界を励磁するコイルの幾何学的配置によりそしてその
それぞれのコイル電流の大きさ及び方向を適切に選択す
ることにより多様に変化し適当に選択することができ
る。第６図において16により動作ガス入口、17により工
作物導入系が示されている。18は衝撃室10の中で加工す
べき工作物である。19により排気管端部が示されてい
る。
マ容器６を、プラズマ容器６が中に同心に配置されてい
る励磁コイル９の１組により外部から取囲むことによ
り、適当な形に形成された軸方向の直流磁界をプラズマ
容器６に重畳すると有利である。磁力線がプラズマ容器
６の壁に平行に走行する領域においては壁へのプラズマ
粒子の拡散運動は制限され、これによりいわゆる壁損失
を強く低減することが可能である。これによりプラズマ
密度は高まりひいては、抽出されたプラズマビーム８の
中のイオン密度及び電子密度が高まる。更に、抽出電極
１の場所において磁界の形を適当に形成することによ
り、衝撃室10の中へ排出される際にプラズマビームの形
状を別の励磁コイル11により変化することができること
が重要である。このようにしてプラズマビームを例えば
その横断面に関して圧縮する又は必要な場合には抽出系
の背後で広げる又は側方向に偏向することができる。プ
ラズマ容器に重畳される磁界の強さ、方向及び形状は、
磁界を励磁するコイルの幾何学的配置によりそしてその
それぞれのコイル電流の大きさ及び方向を適切に選択す
ることにより多様に変化し適当に選択することができ
る。第６図において16により動作ガス入口、17により工
作物導入系が示されている。18は衝撃室10の中で加工す
べき工作物である。19により排気管端部が示されてい
る。
前述のように抽出電極１は有利にはアースされる。従
つて抽出電極１はプラズマ容器６と衝撃室10との間の同
様にアースされている分離壁の中の対応する開口部の中
に直接に挿入されるか又はそこに固定される。抽出電極
１は、抽出されたプラズマ粒子に対してできるだけ高い
透過性を有しなければならない。従つて抽出電極１は有
利には細密な格子又は任意の網目構造を有するワイヤ網
の形状に形成される。この場合の条件は、格子開口部の
特徴的な寸法が抽出電極１とプラズマ７との間の空間電
荷層の厚さより小さいことのみである。抽出電極１のた
めのいくつかの適切な格子形状は第７図、第８図及び第
９図に代表例として示されている。
つて抽出電極１はプラズマ容器６と衝撃室10との間の同
様にアースされている分離壁の中の対応する開口部の中
に直接に挿入されるか又はそこに固定される。抽出電極
１は、抽出されたプラズマ粒子に対してできるだけ高い
透過性を有しなければならない。従つて抽出電極１は有
利には細密な格子又は任意の網目構造を有するワイヤ網
の形状に形成される。この場合の条件は、格子開口部の
特徴的な寸法が抽出電極１とプラズマ７との間の空間電
荷層の厚さより小さいことのみである。抽出電極１のた
めのいくつかの適切な格子形状は第７図、第８図及び第
９図に代表例として示されている。
プラズマビーム源の作動の間に熱負荷により抽出電極
１の格子ワイヤを変形することがある。抽出電極１の面
の良好な平面性を常に維持するためにそしてこのような
ことによりプラズマビーム８が悪影響を受けることを回
避するために抽出電極１の格子保持部材は有利には緊張
装置20を具備している。１つの実施例が第10図に示され
ている。格子ワイヤ12は、丸みをつけられた隆起部13を
介して孔14を貫通して走行し長さ変更の際にばね15の作
用により常に緊張されている。
１の格子ワイヤを変形することがある。抽出電極１の面
の良好な平面性を常に維持するためにそしてこのような
ことによりプラズマビーム８が悪影響を受けることを回
避するために抽出電極１の格子保持部材は有利には緊張
装置20を具備している。１つの実施例が第10図に示され
ている。格子ワイヤ12は、丸みをつけられた隆起部13を
介して孔14を貫通して走行し長さ変更の際にばね15の作
用により常に緊張されている。
対向電極２は、対向電極２におけるプラズマ７に向い
ている面が、格子状の抽出電極１の面の数倍でなければ
ならないという条件を満足するだけでよい。このために
は対向電極２を例えば、プラズマに向いている開口部を
有する金属壷の形状に形成すればよい（第４図）。対向
電極２の一部を、プラズマ容器６の中に容器壁にわたり
密に配置されている沈着防止部材の形状に形成すると特
に有利である。このような沈着防止部材の使用は、プラ
ズマ源の長い作動時間に関して役立つ、何故ならば場所
に応じて抽出系の金属ウエブも、そこに発生する、プラ
ズマビームにおけるエネルギーに富むイオンによりスパ
ツタされるからである。飛散された材料は、適当に形成
された沈着防止部材がなければプラズマ容器の内壁に沈
着しそこで２つの電極１と２の間に障害となる直流導電
又は高周波導電を惹起する。このような沈着防止部材は
最も簡単な場合には、一連の相互に上下に位置している
閉じた金属リングから成りこれらの金属リングはプラズ
マ容器６の内壁の前から１ないし数mmの間隔で位置しそ
れにより飛散粒子に対して影をつくり、本来は壁に当た
るはずの飛散された粒子が閉じた金属層を形成すること
を阻止する。しかし前述のように対向電極２を完全にプ
ラズマ容器６の外に配置することもできる（第５図）。
ている面が、格子状の抽出電極１の面の数倍でなければ
ならないという条件を満足するだけでよい。このために
は対向電極２を例えば、プラズマに向いている開口部を
有する金属壷の形状に形成すればよい（第４図）。対向
電極２の一部を、プラズマ容器６の中に容器壁にわたり
密に配置されている沈着防止部材の形状に形成すると特
に有利である。このような沈着防止部材の使用は、プラ
ズマ源の長い作動時間に関して役立つ、何故ならば場所
に応じて抽出系の金属ウエブも、そこに発生する、プラ
ズマビームにおけるエネルギーに富むイオンによりスパ
ツタされるからである。飛散された材料は、適当に形成
された沈着防止部材がなければプラズマ容器の内壁に沈
着しそこで２つの電極１と２の間に障害となる直流導電
又は高周波導電を惹起する。このような沈着防止部材は
最も簡単な場合には、一連の相互に上下に位置している
閉じた金属リングから成りこれらの金属リングはプラズ
マ容器６の内壁の前から１ないし数mmの間隔で位置しそ
れにより飛散粒子に対して影をつくり、本来は壁に当た
るはずの飛散された粒子が閉じた金属層を形成すること
を阻止する。しかし前述のように対向電極２を完全にプ
ラズマ容器６の外に配置することもできる（第５図）。
前述のように、本明細書で説明したプラズマ発生のた
めの容量性装置の２つの電極を介して電位電流が流れる
にすぎない。従つて、抽出電極又は対向電極1,2のいず
れかの金属部分即ち導電性部分がプラズマ７と直接に接
続している必要はない。例えば抽出電極のウエブは絶縁
材例えば石英の中に埋込むことができる（第11図）。対
向電極２もプラズマ容器６の外に載置する（第５図）こ
とが可能であるのでこのようにして、プラズマ容器６の
内部を完全に金属なしにそしてひいては各学的に侵食性
の媒体に対して強く形成することが可能である。これに
よりプラズマガスとして、例えば特定の用途のための前
述の反応性のイオンビーム腐食RIBEにとつて重要である
化学的に侵食性のガスを用いることが可能となる。例え
ばプラズマ容器６と、抽出格子１のコーテイングを完全
に石英で形成すると、このようにして高反応性ガスから
プラズマビーム８を発生することが、プラズマビーム源
が何らかの損傷を受けることなしに可能である。
めの容量性装置の２つの電極を介して電位電流が流れる
にすぎない。従つて、抽出電極又は対向電極1,2のいず
れかの金属部分即ち導電性部分がプラズマ７と直接に接
続している必要はない。例えば抽出電極のウエブは絶縁
材例えば石英の中に埋込むことができる（第11図）。対
向電極２もプラズマ容器６の外に載置する（第５図）こ
とが可能であるのでこのようにして、プラズマ容器６の
内部を完全に金属なしにそしてひいては各学的に侵食性
の媒体に対して強く形成することが可能である。これに
よりプラズマガスとして、例えば特定の用途のための前
述の反応性のイオンビーム腐食RIBEにとつて重要である
化学的に侵食性のガスを用いることが可能となる。例え
ばプラズマ容器６と、抽出格子１のコーテイングを完全
に石英で形成すると、このようにして高反応性ガスから
プラズマビーム８を発生することが、プラズマビーム源
が何らかの損傷を受けることなしに可能である。
プラズマビーム源の原理についての前述の説明から、
そして１つの原型により得られる特性的な測定値に基づ
いてこのようなプラズマビーム源の実際の構成について
次に述べる： 種々の方法により発生されるプラズマビームの横断面
形状と横断面寸法とは原理的には何らの制限もない。
そして１つの原型により得られる特性的な測定値に基づ
いてこのようなプラズマビーム源の実際の構成について
次に述べる： 種々の方法により発生されるプラズマビームの横断面
形状と横断面寸法とは原理的には何らの制限もない。
使用される高周波電圧の周波数ｆは、時間1/f即ち高
周波電圧の１周期の持続時間Ｔが、プラズマから加速さ
れて出てきたイオンがプラズマと抽出レベル面との間の
平均の空間電荷層厚＝（o,E）を貫通走行するた
めに必要な時間ｔに対して非常に短かくなるように選択
しなければならない。プラズマビームのイオン成分の加
速にとつて重要である振幅Ｕ0,1は、対向電極２と抽出
電極１との面比を適切に選択した場合には、これら２つ
の電極の間に印加されている高周波電圧全体の振幅U0と
一致する。プラズマビーム８の中のイオンエネルギーは
従つて、対応する発生器４から取出される高周波電圧の
振幅を変化することにより自由に選択することができ
る。
周波電圧の１周期の持続時間Ｔが、プラズマから加速さ
れて出てきたイオンがプラズマと抽出レベル面との間の
平均の空間電荷層厚＝（o,E）を貫通走行するた
めに必要な時間ｔに対して非常に短かくなるように選択
しなければならない。プラズマビームのイオン成分の加
速にとつて重要である振幅Ｕ0,1は、対向電極２と抽出
電極１との面比を適切に選択した場合には、これら２つ
の電極の間に印加されている高周波電圧全体の振幅U0と
一致する。プラズマビーム８の中のイオンエネルギーは
従つて、対応する発生器４から取出される高周波電圧の
振幅を変化することにより自由に選択することができ
る。
プラズマビーム源の典形例に関する経験により、動作
ガスアルゴンによりプラズマビーム源を作動する場合に
数10-4mbarの動作圧と500Vを越える高周波振幅において
ｆ20MHzの動作周波数は条件1/f≫ｔを満足することが
分かつた。本発明のプラズマビーム源の典形例により発
生されたアルゴン−プラズマビームの中のイオン流密度
は、ビーム横断面にわたり均一性が良好で約4mA/cm2の
値に達する。
ガスアルゴンによりプラズマビーム源を作動する場合に
数10-4mbarの動作圧と500Vを越える高周波振幅において
ｆ20MHzの動作周波数は条件1/f≫ｔを満足することが
分かつた。本発明のプラズマビーム源の典形例により発
生されたアルゴン−プラズマビームの中のイオン流密度
は、ビーム横断面にわたり均一性が良好で約4mA/cm2の
値に達する。
Claims (7)
- 【請求項１】プラズマからの粒子衝撃による固体表面の
腐食、構造化、表面ドーピング、表層形成のための方法
において、 正に帯電された多数の同イオンと電子からなり平行性と
横方向の粒子ビーム流密度の均一性が高以下でプラズマ
ビームと称する粒子衝撃（粒子ビーム）を使用し、 前記粒子衝撃は、電界と磁界によって生成され抽出電極
とさらなる別の電極の間に存在する低圧プラズマから、
前記抽出電極とさらなる別の電極への高周波電圧の印加
によって抽出し、 それによってプラズマを抽出電極に対して高い正のプラ
ズマイオン加速電位におくためにプラズマイオンをこの
プラズマと接触する抽出電極に向けて加速させ、 相応の電位差を、プラズマと抽出電極の間で低下する高
周波電圧の振幅によって決定し、 抽出されたイオン流に、高周波のクロックで流れる同じ
レベルの電子流をイオン流の補償のために重畳し、前記
低圧プラズマと抽出されたプラズマビームとを適当な大
きさと形状の直流磁界により成形し、前記抽出電極を緻
密な格子として形成し、該電極の開口部を、この電極と
プラズマとの間の空間電荷層の厚さよりも小さくするこ
とを特徴とする、粒子衝撃による固体表面の腐食、構造
化又は表面ドーピングの方法。 - 【請求項２】プラズマ容器（６）が、面積の大きい２つ
の電極（1,2）を具備し、電極（1,2）を整合回路（3,
5）を介して高周波発生器（４）と接続し、電極（1,2）
の面を、高周波電圧のほとんどの部分が、緻密な格子と
して形成されている一方の抽出電極（１）で降下するよ
うに選択され、この抽出電極の開口部は、該抽出電極と
プラズマとの間の空間電荷層の厚さより小さい、請求の
範囲１記載の方法を実施する装置。 - 【請求項３】さらなる別の電極（２）を壷状に形成し、
プラズマ容器（６）の内部に突出するように配置した、
請求の範囲２記載の装置。 - 【請求項４】前記さらなる電極（２）を壷状に形成し、
プラズマ容器（６）の上に載置した、請求の範囲２記載
の装置。 - 【請求項５】前記さらなる電極（２）を、プラズマ容器
（６）を外側で取り囲むように配置した、請求の範囲２
記載の装置。 - 【請求項６】緻密な格子として形成されている抽出電極
（１）を、自動的に作用する緊張装置（20）に固定し
た、請求の範囲２記載の装置。 - 【請求項７】緻密な格子として形成されている抽出電極
（１）のウエブを絶縁材の中に埋め込んだ、請求の範囲
２記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3708717.7 | 1987-03-18 | ||
| DE19873708717 DE3708717A1 (de) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von festkoerperoberflaechen durch teilchenbeschuss |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02502593A JPH02502593A (ja) | 1990-08-16 |
| JP2771205B2 true JP2771205B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=6323319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63502320A Expired - Fee Related JP2771205B2 (ja) | 1987-03-18 | 1988-03-16 | 粒子衝撃による固体表面の加工処理のための方法及び装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5156703A (ja) |
| EP (1) | EP0349556B1 (ja) |
| JP (1) | JP2771205B2 (ja) |
| KR (1) | KR890700919A (ja) |
| AU (1) | AU1421388A (ja) |
| DE (2) | DE3708717A1 (ja) |
| WO (1) | WO1988007262A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101112529B1 (ko) * | 2003-04-11 | 2012-02-17 | 레이볼드 압틱스 게엠베하 | 고주파-플라즈마 방사 소스 및 표면을 조사하는 방법 |
| US8698400B2 (en) | 2009-04-28 | 2014-04-15 | Leybold Optics Gmbh | Method for producing a plasma beam and plasma source |
| KR101476881B1 (ko) * | 2009-04-28 | 2014-12-26 | 레이볼드 압틱스 게엠베하 | 플라즈마 제트 생성 방법 및 플라즈마 소스 |
Families Citing this family (53)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3834318A1 (de) * | 1988-10-08 | 1990-04-12 | Leybold Ag | Vorrichtung zum aufbringen dielektrischer oder metallischer werkstoffe |
| DE4025396A1 (de) * | 1990-08-10 | 1992-02-13 | Leybold Ag | Einrichtung fuer die herstellung eines plasmas |
| US5334264A (en) * | 1992-06-30 | 1994-08-02 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Titanium plasma nitriding intensified by thermionic emission source |
| DE4233895C2 (de) * | 1992-10-08 | 1996-11-28 | Juergen Prof Dr Engemann | Vorrichtung zur Behandlung von durch einen Wickelmechanismus bewegten bahnförmigen Materialien mittels eines reaktiven bzw. nichtreaktiven, durch Hochfrequenz- oder Pulsentladung erzeugten Niederdruckplasmas |
| DE4301189C2 (de) * | 1993-01-19 | 2000-12-14 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Beschichten von Substraten |
| DE4301188C2 (de) * | 1993-01-19 | 2001-05-31 | Leybold Ag | Vorrichtung zum Beschichten oder Ätzen von Substraten |
| KR0170456B1 (ko) | 1993-07-16 | 1999-03-30 | 세끼사와 다까시 | 반도체 장치 및 그 제조방법 |
| US5614055A (en) * | 1993-08-27 | 1997-03-25 | Applied Materials, Inc. | High density plasma CVD and etching reactor |
| US5811022A (en) * | 1994-11-15 | 1998-09-22 | Mattson Technology, Inc. | Inductive plasma reactor |
| DE19503205C1 (de) * | 1995-02-02 | 1996-07-11 | Muegge Electronic Gmbh | Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma |
| DE19546826C1 (de) | 1995-12-15 | 1997-04-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Einrichtung zur Vorbehandlung von Substraten |
| DE69733350T2 (de) * | 1996-05-31 | 2006-04-27 | United Module Corp., Los Altos | Hochtetraedrische amorphe kohlenstofffilme sowie verfahren und ionenstrahlquelle zur herstellung derselben |
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