DE102004011118B4

DE102004011118B4 - Aperture-aperture extraction electrode for a plasma jet source

Info

Publication number: DE102004011118B4
Application number: DE200410011118
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Beckmann; Peter Pecher; Andreas Caspari
Original assignee: Leybold Optics GmbH
Current assignee: Buehler Alzenau GmbH
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: DE102004011118A1

Abstract

Plasmastrahlquelle mit einem Plasmaraum und elektrischen Mitteln zum Zünden und Erhalt eines Plasmas sowie einer Austrittsöffnung mit einer Extraktionselektrode zur Extraktion eines Plasmastrahls aus dem Plasmaraum, wobei zwischen Plasma und Extraktionselektrode eine Hochfrequenzspannung angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktionselektrode als Trägerplatte mit einem Lochblendenmuster ausgebildet ist und dass zur Erzeugung einer Divergenz des Plasmastrahls die Lochteilung und/oder Lochweite des Lochblendenmusters geringer oder gleich der Dicke der Raumladungszone zwischen der Trägerplatte und dem Plasma im Plasmaraum ist.Plasma jet source with a plasma chamber and electrical means for igniting and obtaining a plasma and an outlet opening with an extraction electrode for extracting a plasma jet from the plasma chamber, wherein between plasma and extraction electrode, a high-frequency voltage is applied, characterized in that the extraction electrode is formed as a support plate with a pinhole pattern and that for generating a divergence of the plasma jet, the hole pitch and / or hole width of the pinhole pattern is less than or equal to the thickness of the space charge zone between the support plate and the plasma in the plasma chamber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Extraktionselektrode für eine Plasmastrahlquelle sowie ein Verfahren zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem Plasmastrahl gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The This invention relates to an extraction electrode for a plasma jet source and a method for irradiating a surface with a plasma jet according to the preambles the independent one Claims.

Bei Vakuumbeschichtungsverfahren werden häufig so genannte Plasmastrahlquellen eingesetzt. Ein Plasma enthält neben neutralen Atomen und/oder Molekülen Elektronen und positive Ionen als geladene Teilchen. Die Ionen werden durch elektrische Felder gezielt beschleunigt und z. B. zum Abtragen einer Oberfläche oder zum Eintragen reaktiver Komponenten wie z. B. Sauerstoff in eine frisch aufwachsende Schicht eingesetzt und dergleichen mehr. Bekannt sind auch ionengestützte Verfahren, bei denen Material aus einer Materialquelle, typischerweise einer Verdampferquelle, verdampft wird und sich auf einem Substrat niederschlägt. Das auf dem Substrat aufwachsende Material wird mit einer reaktiven Komponente aus einem Plasma, beispielsweise Sauerstoff, beaufschlagt und bildet so z. B. eine Oxidschicht. Solche Verfahren sind z. B. bei der Herstellung transparenter Schichten für optische Anwendungen üblich. Dabei ist es auch von erheblicher Bedeutung, wie gleichmäßig der Plasmastrahl die Schicht beaufschlagt, da die optischen Eigenschaften solcher Schichten in der Regel stark mit dem Sauerstoffgehalt variieren.at Vacuum coating techniques often become so-called plasma jet sources used. A plasma contains besides neutral atoms and / or molecules, electrons and positive ones Ions as charged particles. The ions are generated by electrical Fields targeted accelerated and z. B. for removing a surface or for entering reactive components such. B. oxygen in one used freshly growing layer and the like more. Known are also ion-based Process in which material from a material source, typically an evaporator source, is evaporated and settled on a substrate reflected. The material growing on the substrate becomes reactive Component of a plasma, for example, oxygen, applied and thus forms z. B. an oxide layer. Such methods are for. B. common in the production of transparent layers for optical applications. there it is also of considerable importance how evenly the Plasma jet impinged on the layer, because the optical properties such layers usually vary greatly with the oxygen content.

Bei der Herstellung dünner Schichten in der Mikroelektronik oder für optische Anwendungen wird in der Regel die Bereitstellung möglichst gleichmäßiger Schichtdicken und Schichteigenschaften, wie z. B. dem Brechwert der abgeschiedenen Schichten, angestrebt. Im industriellen Einsatz werden dabei große Flächen und/oder viele Substrate gleichzeitig beschichtet, was die Problematik der Schichteigenschaften erhöht. Besonders bei optischen Schichten werden Schichtdickenschwankungen über eine Fläche oder die Substrate einer Beschichtungscharge von allenfalls wenigen Prozent als tolerabel betrachtet.at making thinner Layers in microelectronics or for optical applications usually the provision of uniform layer thicknesses and layer properties, such. B. the refractive power of the deposited Layers, aimed. In industrial use, large areas and / or many substrates coated at the same time, which is the problem of Layer properties increased. Especially in optical layers are layer thickness variations over a area or the substrates of a coating batch of at most few Percent considered tolerable.

Aus dem europäischen Patent EP 349 556 B1 ist eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle zur Sicherstellung eines möglichst großflächigen homogenen Beschusses von Oberflächen mit Atom- oder Molekülionenstrahlen einer hohen Parallelität bekannt. Die Öffnung der Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle ist dabei mit einer Extraktionselektrode, einem sogenannten Extraktionsgitter, versehen, welches eine geringe Maschenweite aufweist, um ein Hindurchtreten des Plasmas durch dieses Gitter zu verhindern. Das Extraktionsgitter ist in Form eines geeignet konfigurierten Drahtnetzes oder in Form parallel verlaufender Drähte ausgeführt. Besteht zwischen dem Plasma und dem Extraktionsgitter eine Hochfrequenzspannung, so entsteht von selbst eine ionenbeschleunigende Potentialdifferenz, die einen neutralen Plasmastrahl ermöglicht. Der so extrahierte Ionenstrom wird durch einen im Takt der Hochfrequenz fließenden Elektronenstrom gleicher Höhe überlagert, so dass ein neutraler Plasmastrahl erzeugt wird, der quer zur Strahlrichtung völlig homogen ist und keinerlei Modulationsstruktur aufweist. Um stets eine gute Ebenheit der Fläche des Extraktionsgitters aufrechtzuerhalten und eine nachteilige Beeinflussung des Plasmastrahls durch eine Verformung des Extraktionsgitters zu vermeiden, wird die Gitterhalterung des Extraktionsgitters der bekannten Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle mit einer Nachspannvorrichtung versehen.From the European patent EP 349 556 B1 is a high-frequency plasma jet source to ensure the largest possible homogeneous bombardment of surfaces with atomic or molecular ion beams of a high parallelism known. The opening of the high-frequency plasma jet source is provided with an extraction electrode, a so-called extraction grid, which has a small mesh size in order to prevent passage of the plasma through this grid. The extraction grid is in the form of a suitably configured wire net or in the form of parallel wires. If a high-frequency voltage exists between the plasma and the extraction grid, then an ion-accelerating potential difference arises by itself, which makes possible a neutral plasma jet. The ion stream thus extracted is superimposed by an electron current of the same height flowing in the cycle of the high frequency, so that a neutral plasma jet is generated, which is completely homogeneous transversely to the beam direction and has no modulation structure. In order to always maintain a good flatness of the surface of the extraction grid and to avoid an adverse effect on the plasma jet by a deformation of the extraction grid, the grid holder of the extraction grid of the known high-frequency plasma jet source is provided with a Nachspannvorrichtung.

Als Extraktionsgitter ist ein Drahtnetz aus einem 0,1 mm dicken Drahtgeflecht mit einer Maschenweite von 1 mm üblich. Wird eine derartige Quelle mit Argon betrieben, können die austretenden Ionen eine Durchätzung des Drahtnetzes verursachen und damit die erreichbare Standdauer der Vorrichtung reduzieren. Zur Verlängerung der Lebensdauer des Drahtnetzes auf eine Zeit von 200 Stunden und mehr könnte daran gedacht werden, die Drahtstärke zu erhöhen. Allerdings muss als Randbedingung eine Maschenweite von ≤ ca. 1 mm eingehalten werden, damit ein Austreten des Plasmas aus der Quelle verhindert wird. Bei Beachtung dieser Randbedingung mindert ein Draht höherer Drahtstärke jedoch die Durchlässigkeit des Netzes für den Plasmastrahl.When Extraction grid is a wire mesh made of a 0.1 mm thick wire mesh usual with a mesh size of 1 mm. If such a source is operated with argon, the leaking ions an etch of the wire mesh and thus the achievable service life reduce the device. To extend the life of the Wire mesh to a time of 200 hours and more could be at it be thought, the wire gauge to increase. However, the boundary condition must be a mesh size of ≤ approx. 1 mm be respected, thus allowing the plasma to escape from the source is prevented. If this boundary condition is taken into account, this reduces Wire higher Wire strength but the permeability of the network for the plasma jet.

Zur Illustration dieses Problems werden im Folgenden Werte der optischen Transmission eines Drahtnetzes in Abhängigkeit von der Drahtstärke bei einer Maschenweite von 1 mm angegeben. Drahtstärke [mm] Optische Transmission 0,1 81% 0,2 64% 0,3 49% 0,4 36% 0,5 25% 0,6 16% 0,7 9% 0,8 4% 0,9 1% 1,0 0% To illustrate this problem, values of the optical transmission of a wire mesh as a function of the wire gauge at a mesh width of 1 mm are given below. Wire thickness [mm] Optical transmission 0.1 81% 0.2 64% 0.3 49% 0.4 36% 0.5 25% 0.6 16% 0.7 9% 0.8 4% 0.9 1% 1.0 0%

Die Maschenweite wird hier als Abstand von Drahtmitte zu Drahtmitte definiert.The Mesh size is defined here as the distance from the middle of the wire to the middle of the wire Are defined.

Durch Erhöhung der Drahtstärke lässt sich für praktische Anwendungen eine Verlängerung der Lebensdauer des Drahtnetzes nur begrenzt erreichen, da bei dickeren Drähten die Transmission der Ionen durch das Drahtnetz zu stark reduziert wird.By increase the wire size let yourself for practical Applications an extension The lifetime of the wire mesh can only reach a limited extent, as with thicker ones wires the transmission of ions through the wire mesh is reduced too much becomes.

Aus der Druckschrift DE 36 01 632 A1 ist ein Extraktionsgitter für Ionenquellen bekannt, wobei das Extraktionsgitter zwei voneinander elektrisch isolierte Metallbeläge aufweist, zwischen denen eine bestimmte Spannung aufgebaut wird.From the publication DE 36 01 632 A1 For example, an extraction grid for ion sources is known, wherein the extraction grid has two mutually electrically insulated metal coatings, between which a certain voltage is built up.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Plasmastrahlquelle mit einem divergenten Plasmastrahl.task The present invention therefore provides a plasma jet source with a divergent plasma jet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The Task is according to the invention respectively with the characteristics of the independent Claims solved.

Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.further developments are the dependent claims refer to.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine als Trägerplatte mit einem Lochblendenmuster ausgebildete Extraktionselektrode vorgesehen und dass zur Erzeugung einer Divergenz des Plasmastrahls die Lochteilung und/oder Lochweite des Lochblendenmusters geringer oder gleich der Dicke der Raumladungszone zwischen der Trägerplatte und dem Plasma im Plasmaraum ist.According to one Aspect of the invention is as a carrier plate with a pinhole pattern trained extraction electrode provided and that for generating a divergence of the plasma jet, the hole pitch and / or hole width of the pinhole pattern is less than or equal to the thickness of the space charge zone between the carrier plate and the plasma is in the plasma chamber.

Der Ersatz einer Trägerplatte mit einem Lochblendenmuster ermöglicht eine hohe optische Transmission, vorzugsweise von mehr als 70%, und eine bis um einen Faktor 20 längere Standzeit als bei bislang verwendeten Wolframdrahtgeflechten. Eine derartige Extraktionselektrode ist ferner kostengünstig herzustellen, zu montieren und gegebenenfalls auszuwechseln. Eine Nachspannvorrichtung kann entfallen.Of the Replacement of a carrier plate with a pinhole pattern allows a high optical transmission, preferably more than 70%, and up to a factor of 20 longer life than in the past used tungsten wire mesh. Such an extraction electrode is also inexpensive manufacture, assemble and replace if necessary. A Post-tensioning device can be omitted.

Bei einem Lochblendenmuster mit stark asymmetrisch geformten Löchern, wird eine typische lineare Dimension kleiner als die Dicke der Raumladungszone gewählt.at a pinhole pattern with highly asymmetrical shaped holes a typical linear dimension smaller than the thickness of the space charge zone selected.

Die Lochweite beträgt vorzugsweise 0,1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm, 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 5,0 mm oder 8,0 mm, da diese Werte in dem Bereich typischer Dicken der erwähnten Raumladungszone liegen.The Hole width is preferably 0.1 mm to 10 mm, particularly preferably 0.2 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 5.0 mm or 8.0 mm, since these values are in the Range of typical thicknesses of the mentioned space charge zone lie.

Wenn die Trägerplatte eine Dicke von 0,05 mm bis 10 mm, vorzugsweise 0,2 mm, 1,0 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 5,0 mm oder 8,0 mm aufweist, wird die Lebensdauer, Temperaturbelastbarkeit und mechanische Stabilität der Extraktionselektrode erhöht.If the carrier plate a thickness of 0.05 mm to 10 mm, preferably 0.2 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 5.0 mm or 8.0 mm, the life, temperature resistance and mechanical stability the extraction electrode increases.

Bei einem Aspektverhältnis von ≤ 10, bevorzugt ≤ 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 3,0, 5,0 oder 8,0 wird erreicht, dass ein relativ geringer Wert von Lochteilung und/oder Lochweite mit einer ausreichenden Dicke der Trägerplatte kombiniert ist und damit eine hohe optische Transmission bei gleichzeitig hoher mechanischer und thermischer Stabilität der Extraktionselektrode erreichbar ist. Als Aspektverhältnis der Extraktionselektrode wird hier das Verhältnis Lochweite zu Dicke der Trägerplatte bezeichnet. Es versteht sich, dass bei stark asymmetrischen Lochformen als Lochweite die kleinste lineare Dimension eines Loches bezeichnet wird.at an aspect ratio from ≤ 10, preferably ≦ 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 or 8.0 is achieved that a relative low value of hole pitch and / or hole width with a sufficient Thickness of the carrier plate combined and thus a high optical transmission at the same time high mechanical and thermal stability of the extraction electrode is reachable. As an aspect ratio The extraction electrode is here the ratio of hole width to thickness of support plate designated. It is understood that in strongly asymmetric hole shapes referred to as hole width the smallest linear dimension of a hole becomes.

Eine Verbesserung der mechanischen und thermischen Stabilität wird ferner erreicht, wenn die Extraktionselektrode aus einem Material mit einem geringen Sputteryield für ein inertes Prozessgas, vorzugsweise Argon, besteht. Alternativ oder zusätzlich kann die Extraktionselektrode auch einseitig oder beidseitig mit einer Beschichtung aus einem derartigen Material versehen sein, was sich aus Kosten-Gesichtspunkten empfiehlt. Ähnliche Vorteile lassen sich erreichen, wenn die Extraktionselektrode aus einem Material mit geringem Sputteryield zusätzlich oder alternativ für ein Reaktivgas, vorzugsweise Sauerstoff, besteht. Eine einseitige oder beidseitige Beschichtung aus einem derartigen Material kann ebenfalls vorgesehen sein. Als Material kann Wolfram, Molybdän, Graphit, Aluminiumoxid oder Siliziumoxid vorgesehen sein.An improvement of the mechanical and thermal stability is further achieved if the extraction electrode is made of a material with a low sputtering field for an inert process gas, preferably Argon exists. Alternatively or additionally, the extraction electrode can also be provided on one or both sides with a coating of such a material, which is recommended from a cost point of view. Similar advantages can be achieved if the extraction electrode of a material with a low sputtering field additionally or alternatively for a reactive gas, preferably oxygen. A one-sided or two-sided coating of such a material may also be provided. The material may be tungsten, molybdenum, graphite, alumina or silica.

In einer preiswerten Variante ist die Trägerplatte aus einem Stahlblech gefertigt. Ebenso können sowohl die Trägerplatte als auch die Beschichtung aus einem Isolatormaterial bestehen. Die Beschichtung kann auch die Lochinnenflächen umfassen, womit gegebenenfalls eine erhöhte mechanische und thermische Stabilität erreicht werden kann.In a cheap variant is the support plate made of a steel sheet manufactured. Likewise both the carrier plate as well as the coating consist of an insulator material. The Coating may also include the inner surfaces of the holes, where appropriate an increased mechanical and thermal stability can be achieved.

Zur Aufbringung der Beschichtung eignet sich vorzugsweise ein Plasmaspritzverfahren, ein chemisches Beschichtungsverfahren oder ein thermisches Verdampfungsverfahren, da diese preiswert und relativ einfach realisierbar sind.to Application of the coating is preferably a plasma spraying method, a chemical coating process or a thermal evaporation process, because these are inexpensive and relatively easy to implement.

Das Lochblendenmuster kann mittels mechanischer Formgebung vorzugsweise Stanzen oder Laserschneiden gebildet werden, wobei vorzugsweise auch eine zusätzliche Behandlung mittels einem Ätzverfahren und/oder einem Elektro-Polierverfahren vorgesehen ist. Wenn die Enddimensionen des Lochblendenmusters durch ein isotropes oder anisotropes Verfahren bestimmt sind, lassen sich auf einfache Weise auch relativ großflächige Extraktionsgitter mit geeigneten Lochblendenmustern preiswert und präzise herstellen.The Pinhole pattern may preferably by mechanical shaping Punching or laser cutting are formed, preferably also an additional one Treatment by means of an etching process and / or an electric polishing method is provided. When the final dimensions of the pinhole pattern by an isotropic or anisotropic method are determined, can be relatively simple and relatively large extraction grid Produce inexpensive and precise with suitable pinhole patterns.

In einer bevorzugten Ausführungsform in der Erfindung ist ein kongruentes Lochblendenmuster vorgesehen, wodurch eine erhöhte mechanische und thermische Stabilität sowie eine hohe Homogenität des Plasmastrahls transversal zur Ausbreitungsrichtung erreicht werden kann. Die Erfindung umfasst verschiedene geometrische Ausbildungen des Lochblendenmusters, insbesondere mit einer planaren sowie auch einer nicht planaren Trägerplatte.In a preferred embodiment in the invention a congruent pinhole pattern is provided, causing an increased mechanical and thermal stability and high homogeneity of the plasma jet transversal to the propagation direction can be achieved. The invention includes various geometrical configurations of the pinhole pattern, in particular with a planar as well as a non-planar Support plate.

Die Extraktionselektrode kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf ein vorgegebenes Potential beziehungsweise ein Massepotential gelegt sein.The Extraction electrode may according to a preferred embodiment of the invention to a predetermined potential or a Ground potential to be laid.

Weitere Ausbildungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einer näheren Beschreibung anhand von Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen in schematischer Darstellung:Further Embodiments, aspects and advantages of the invention are independent of their summary in claims without restriction the general public from a closer Description based on drawings. It show in more schematic Presentation:

1 eine Plasmastrahlquelle mit einem homogenen Magnetfeld in x-Richtung 1 a plasma beam source with a homogeneous magnetic field in the x direction

2 eine erfindungsgemäße Plasmastrahlquelle 2 a plasma jet source according to the invention

3 eine erfindungsgemäße Plasmastrahlquelle mit einer Spiegelmagnet-Vorrichtung 3 a plasma jet source according to the invention with a mirror magnet device

4 eine Extraktionselektrode gemäß der Erfindung 4 an extraction electrode according to the invention

5 ein Anpassungsnetz für eine Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle 5 a matching network for a high frequency plasma jet source

6 eine Vakuumkammer mit einer erfindungsgemäßen Plasmastrahlquelle zum Bestrahlen einer Oberfläche mit einem divergenten Plasmastrahl. 6 a vacuum chamber having a plasma jet source according to the invention for irradiating a surface with a divergent plasma jet.

In den folgenden Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In The following figures are the same or corresponding elements each provided with the same reference numerals.

In 1 ist schematisch der Aufbau einer Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle (Hf-Plasmastrahlquelle) zur Erzeugung eines Plasmastrahls dargestellt, die insbesondere nach dem ECWR-Prinzip betrieben werden kann. In einem Plasmaraum 6 befindet sich ein Plasma, welches durch die Einstrahlung einer Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise von 13,56 Megahertz, erzeugt wird. Der Plasmaraum 6 ist in einem Gehäuse 4 angeordnet, welches eine Extraktionselektrode 5 im Bereich einer Austrittsöffnung aufweist. Gemäß der Erfindung ist die Extraktionselektrode 5 insbesondere für den Einsatz in Hf-Plasmastrahlquellen ausgebildet, kann jedoch auch bei anderen Plasmastrahlquellen eingesetzt werden. Durch ein optimales homogenes transversales Magnetfeld 2, hier durch parallele Feldlinien in x-Richtung dargestellt, werden eine Erhöhung der Plasmadichte und damit ein Betrieb der Plasmastrahlquelle bei relativ niedrigen Drücken ermöglicht. Zur Erzeugung des Magnetfelds 2 ist gegebenenfalls. eine Magneteinrichtung 1 vorgesehen. Üblicherweise wird die Magneteinrichtung 1 durch einen Spulensatz ausgebildet, kann aber auch durch Permanentmagnete gebildet werden. Das Gehäuse 4 ist topfartig mit einer Längsachse S ausgebildet. Der Plasmastrahl 3 tritt durch die vorzugsweise eine hohe Transmission aufweisende Extraktionselektrode 5 in Richtung der Längsachse S, die in diesem Fall parallel zu einer Quellnormalen liegt, aus dem Plasmaraum 6 aus, um damit eine in der 1 nicht dargestellte Oberfläche zu bestrahlen. Zur Extraktion eines üblicherweise neutralen Plasmastrahls kann die Plasmastrahlquelle beispielsweise in der aus der EP 349 556 B1 bekannten Weise betrieben werden.In 1 schematically shows the structure of a high-frequency plasma jet source (RF plasma jet source) for generating a plasma jet, which can be operated in particular according to the ECWR principle. In a plasma room 6 There is a plasma, which is generated by the irradiation of high frequency radiation, for example of 13.56 megahertz. The plasma room 6 is in a housing 4 arranged, which is an extraction electrode 5 having in the region of an outlet opening. According to the invention, the extraction electrode 5 especially designed for use in RF plasma jet sources, but can also be used in other plasma jet sources. Through an optimal homogeneous transverse magnetic field 2 , here represented by parallel field lines in the x-direction, an increase in the plasma density and thus an operation of the plasma jet source at relatively low pressures are possible. To produce movement of the magnetic field 2 is optional. a magnetic device 1 intended. Usually, the magnetic device 1 formed by a coil set, but can also be formed by permanent magnets. The housing 4 is pot-shaped with a longitudinal axis S. The plasma jet 3 passes through the preferably high transmission extraction electrode 5 in the direction of the longitudinal axis S, which in this case is parallel to a source normal, from the plasma chamber 6 to make one in the 1 not shown surface to be irradiated. For extraction of a normally neutral plasma jet, the plasma jet source can be used, for example, in US Pat EP 349 556 B1 operated in a known manner.

In 2 sind schematisch wesentliche Elemente einer weiteren Ausbildungsform der Hf-Plasmastrahlquelle dargestellt. Es ist ein Magnetfeld 7, 8 vorgesehen, mit dem die Bildung eines konvergenten oder divergenten Plasmastrahls 3 erreicht werden kann. Zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 ist eine in 2 zur Vereinfachung nicht dargestellte Vorrichtung vorgesehen. Einzelheiten dieser Vorrichtung werden in den folgenden 3 und 4 gezeigt. Unter einem divergenten Plasmastrahl 3 soll ein Plasmastrahl verstanden werden, der zumindest in einer Richtung senkrecht zur Hauptstrahlrichtung noch merklich Teilchen abstrahlt. Ein divergenter Plasmastrahl kann eine Strahlcharakteristik aufweisen, die sich annäherungsweise durch eine Kosinus-Verteilung beschreiben lässt, wie detailliert in der Abhandlung von G. Deppisch: „Schichtdickengleichmäßigkeit von aufgedampften Schichten in Theorie und Praxis”, Vakuumtechnik, 30. Jahrgang, Heft 3, 1981, ausgeführt wird. Die Vorrichtung in 2 weist eine planare Extraktionselektrode 5 und eine Quellennormale auf, die mit der Achse S des Plasmaraums 6 zusammenfällt.In 2 are shown schematically essential elements of another embodiment of the Hf plasma jet source. It is a magnetic field 7 . 8th provided with the formation of a convergent or divergent plasma jet 3 can be achieved. For generating the magnetic field 7 . 8th is an in 2 provided for simplification device not shown. Details of this device are given in the following 3 and 4 shown. Under a divergent plasma jet 3 should be understood a plasma jet, which radiates at least in one direction perpendicular to the main beam direction even more particles. A divergent plasma jet may have a beam characteristic that can be approximately described by a cosine distribution, as described in detail in the paper by G. Deppisch: "Layer Thickness Uniformity of Deposited Layers in Theory and Practice", Vakuumtechnik, 30th Year, Issue 3, 1981 , is performed. The device in 2 has a planar extraction electrode 5 and a source normal to the axis S of the plasma space 6 coincides.

Das in 2 dargestellte Magnetfeld 7, 8 hat im Plasmaraum 6 nur eine Komponente in Z-Richtung, senkrecht zum lateralen Magnetfeld 2. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle nach dem ECWR-Prinzip dieses nicht durch das überlagerte Magnetfeld 7, 8 in seiner Funktion gestört wird. Das Magnetfeld 7, 8 verläuft außerhalb des Plasmaraums 6, wie durch die gekrümmten Feldlinien 7 im Anschluss an die senkrechten Feldlinien 8 angedeutet ist. Außerhalb des Plasmaraums 6 nimmt die Magnetfeldstärke mit zunehmender Entfernung vom Plasmaraum 6 bzw. von der Extraktionselektrode 5 ab. Da geladene Teilchen des Plasmas durch das Magnetfeld im Plasmaraum 6 auf Kreisbahnen gezogen werden und so Wandverluste durch geladene Teilchen verringert werden, wird mit dem Magnetfeld 7, 8 der Wirkungsgrad der Hf-Plasmastrahlquelle verbessert. Vorzugsweise wird die Quelle nach dem ECWR-Prinzip betrieben, wobei quer zur Achse 5 in der x-y-Ebene ein transversales homogenes Magnetfeld 2 erzeugt wird. Zumindest in diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das überlagerte Magnetfeld 7, 8 im Plasmaraum 6 homogen ausgebildet ist.This in 2 illustrated magnetic field 7 . 8th has in the plasma room 6 only one component in the Z direction, perpendicular to the lateral magnetic field 2 , This has the advantage that when operating the Hf plasma jet source according to the ECWR principle this is not due to the superimposed magnetic field 7 . 8th is disturbed in its function. The magnetic field 7 . 8th runs outside the plasma room 6 as through the curved field lines 7 following the vertical field lines 8th is indicated. Outside the plasma room 6 takes the magnetic field strength with increasing distance from the plasma space 6 or from the extraction electrode 5 from. As charged particles of plasma through the magnetic field in the plasma chamber 6 be drawn on circular paths and so wall losses are reduced by charged particles, with the magnetic field 7 . 8th the efficiency of the Hf plasma jet source is improved. Preferably, the source is operated according to the ECWR principle, being transverse to the axis 5 in the xy-plane a transverse homogeneous magnetic field 2 is produced. At least in this case, it is advantageous if the superimposed magnetic field 7 . 8th in the plasma room 6 is formed homogeneously.

Die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes 7, 8 kann durch eine oder mehrere Magnetspulen oder Permanent-Magnete gebildet sein. Vorzugsweise ist die Vorrichtung außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet.The device for generating the magnetic field 7 . 8th can be formed by one or more magnetic coils or permanent magnets. Preferably, the device is outside the housing 4 arranged.

In 3 ist eine weitere Ausgestaltung der Hf-Plasmastrahlquelle dargestellt. Durch eine erste Ringspule 9 am oberen Rand des Gehäuses 4 bzw. des Plasmaraums 6 und eine zweite Ringspule 10 am unteren Rand des Gehäuses 4 bzw. des Plasmaraums 6 wird eine Spiegelmagnetvorrichtung gebildet, wobei die ein Magnetfeld erzeugenden Ströme in der oberen Ringspule 9 und in der unteren Ringspule 10 gegenläufig fließen.In 3 a further embodiment of the Hf plasma jet source is shown. Through a first toroidal coil 9 at the top of the case 4 or the plasma space 6 and a second toroidal coil 10 at the bottom of the case 4 or the plasma space 6 a mirror magnet device is formed, wherein the magnetic field generating currents in the upper toroidal coil 9 and in the lower ring coil 10 to flow in opposite directions.

In 4 ist eine kreisförmige erfindungsgemäße Extraktionselektrode für eine Plasmastrahlquelle, welche als Trägerplatte 5 mit einem Lochblendenmuster 5b ausgebildet ist, schematisch dargestellt. Es versteht sich, dass auch andere Formen, wie Rechtecke, Trapeze usw. für die Elektrode möglich sind. Die Trägerplatte 5 weist einen peripheren Bereich 5a auf, der frei von dem Lochblendenmuster 5b ist und der Befestigung dient. Der Bereich 5a kann Befestigungselemente, beispielsweise Öffnungen für Schrauben oder dergleichen, aufweisen.In 4 is a circular extraction electrode for a plasma jet source according to the invention, which serves as a support plate 5 with a pinhole pattern 5b is formed, shown schematically. It is understood that other shapes, such as rectangles, trapezoids, etc., are also possible for the electrode. The carrier plate 5 has a peripheral area 5a on, free of the pinhole pattern 5b is and the attachment serves. The area 5a may have fasteners, such as openings for screws or the like.

Wie an sich bekannt ist, können zur Charakterisierung des Lochblendenmusters Lochblendenparameter wie Lochteilung und Lochweite herangezogen werden. Als Lochteilung t wird der Abstand der Mittelpunkte nächstliegender Löcher bezeichnet. Die Lochweite w bezeichnet den Durchmesser eines Loches. Zwischen den Löchern sind Stege angeordnet, so dass die Lochteilung gleich der Summe der Lochweite und der Stegbreite ist.As known per se for characterizing the pinhole pattern pinhole parameters such as hole pitch and hole width are used. As a hole division t is the distance between the centers of nearest holes. The hole width w denotes the diameter of a hole. Between holes webs are arranged so that the hole pitch is equal to the sum the hole width and the bridge width is.

Das in 4 dargestellte Lochblendenmuster 5b weist kreisförmige Löcher auf, die in einer trigonalen Struktur, d. h. mit einer 60° Rotationssymmetrie, angeordnet sind. Es versteht sich, dass auch andere Konfigurationen von Lochblendenmustern von der Erfindung umfasst werden, insbesondere Lochblendenmuster mit geraden oder diagonal versetzten Reihen von Löchern. Ferner können die Löcher auch als Quadrat, Sechskant, Rauten, Dreieck, Sternloch oder Langloch ausgebildet sein.This in 4 illustrated pinhole pattern 5b has circular holes, which are arranged in a trigonal structure, ie with a 60 ° rotational symmetry. It should be understood that other configurations of pinhole patterns are also contemplated by the invention, particularly pinhole patterns having straight or diagonally offset rows of holes. Further, the holes may also be formed as a square, hexagon, diamonds, triangle, star hole or slot.

Die Erfindung umfasst auch Lochblendenmuster mit stark asymmetrischen Lochformen, wie beispielsweise Reihen von schlitzartigen Öffnungen. In letzterem Fall ist vorzugsweise der lineare Abstand der Öffnungsbegrenzungen kleiner oder gleich der Dicke der Raumladungszone zwischen Plasma und Trägerplatte gewählt.The The invention also includes pinhole patterns with highly asymmetric ones Hole shapes, such as rows of slot-like openings. In the latter case, preferably the linear distance of the opening boundaries less than or equal to the thickness of the space charge zone between the plasma and carrier plate selected.

Bevorzugt wird ein Lochblendenmuster mit einer relativen freien Lochfläche zwischen 0,6 und 0,99 gewählt.Prefers becomes a pinhole pattern with a relative free hole area between 0.6 and 0.99 selected.

Als Aspektverhältnis der Extraktionselektrode wird das Verhältnis Lochweite zu Dicke der Trägerplatte bezeichnet. Zur Gewährleistung einer erhöhten thermischen und mechanischen Stabilität der Extraktionselektrode wird ein Aspektverhältnis von ≤ 0,1 bevorzugt. Im Hinblick auf eine verlängerte Lebensdauer der Extraktionselektrode hat es sich als günstig erwiesen, eine Trägerplatte mit einer Dicke von ≥ 0,1 mm, vorzugsweise einer Dicke in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 mm, einzusetzen, wobei Lochteilung und/oder Lochweite geringer oder gleich der Dicke der Raumladungszone zwischen der Trägerplatte und dem Plasma im Plasmaraum gewählt sind, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen wird. Weitere bevorzugte Werte der Dicke der Trägerplatte liegen in einem Bereich von 0,2 mm, 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 5,0 mm oder 8,0 mm.When aspect ratio the extraction electrode is the ratio hole width to thickness of the Support plate referred. To guarantee an elevated one thermal and mechanical stability of the extraction electrode becomes an aspect ratio of ≤ 0.1 prefers. In view of an extended life of the extraction electrode it has to be cheap proved, a carrier plate with a thickness of ≥ 0.1 mm, preferably a thickness in a range of 0.5 to 1.5 mm, use, with hole pitch and / or hole width less or equal to the thickness of the space charge zone between the carrier plate and the plasma in the plasma chamber are, which will be discussed in more detail below. Further preferred values of the thickness of the carrier plate are within a range of 0.2 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 5.0 mm or 8.0 mm.

Zumindest bei einer Extraktionselektrode für eine Hf-Plasmastrahlquelle weist die Trägerplatte zumindest einen Kern oder eine Beschichtung aus einem leitfähigen Material auf. Optional kann zumindest eine Beschichtung oder Schicht aus einem Isolator vorgesehen sein, beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumoxid.At least at an extraction electrode for a Hf plasma jet source, the support plate has at least one core or a coating of a conductive material. optional may be at least one coating or layer of an insulator be provided, for example, alumina or silica.

Die Trägerplatte der Extraktionselektrode gemäß der Erfindung besteht günstigerweise aus einem Material mit einem geringen Sputteryield für ein inertes Prozessgas, vorzugsweise Argon. Alternativ oder zusätzlich kann noch eine Beschichtung mit einem derartigen Material einseitig oder beidseitig vorgesehen sein. In einer Weiterbildung kann die Trägerplatte aus einem Material mit einem geringen Sputteryield für ein Reaktivgas, vorzugsweise Sauerstoff, bestehen und/oder einseitig oder beidseitig mit einer Beschichtung aus einem derartigen Material versehen sein. Es versteht sich, dass auch eine Trägerplatte von der Erfindung umfasst ist, die ein Material mit einem geringen Sputteryield sowohl für ein inertes Prozessgas als auch für ein Reaktivgas aufweist. Vorzugsweise ist als Material Wolfram, Molybdän oder Graphit vorgesehen.The support plate the extraction electrode according to the invention Conveniently made of a material with a low sputtering field for an inert Process gas, preferably argon. Alternatively or additionally nor a coating with such a material on one side or be provided on both sides. In a development, the carrier plate made of a material with a low sputtering field for a reactive gas, preferably oxygen, and / or one-sided or bilateral be provided with a coating of such a material. It is understood that a carrier plate of the invention which is a material with a low sputtering field both for a inert process gas as well having a reactive gas. Preferably, the material is tungsten, molybdenum or graphite provided.

Insbesondere bei Vorliegen einer Beschichtung kann die Trägerplatte aus einem preisgünstigen Stahlblech bestehen.Especially in the presence of a coating, the carrier plate from a low-priced Consist of sheet steel.

Die Beschichtung kann auch die Lochinnenflächen umfassen. Zur Herstellung der Beschichtung wird ein Plasmaspritzverfahren, ein chemisches Beschichtungsverfahren oder ein thermisches Verdampfungsverfahren eingesetzt.The Coating may also include the inner hole surfaces. For the production The coating is a plasma spraying, a chemical Coating method or a thermal evaporation method used.

Ein Lochblendenmuster mit einer Stegbreite von 0,1 mm lässt sich durch Stanzen und Laserschneiden nur mit relativ hohem Aufwand herstellen. Vorzugsweise zum Erreichen von kleinen Stegbreiten wird daher vorgeschlagen, nach Bildung des Lochblendenmusters die Stegbreite durch chemische Ätzverfahren oder Elektropolieren noch weiter zu reduzieren. Es kann daher zunächst ein Lochblendenmuster mit einer Stegbreite von vorzugsweise mehr als 0,2 mm gebildet werden, dessen Enddimensionen durch ein Ätzverfahren bestimmt werden. Beispielsweise können ein 1,15 mm dickes Blech mit einer Stegbreite von 0,3 mm auf ein Lochblendenmuster mit einer Stegbreite von 0,1 mm reduziert werden, wobei das Blech auf 1,0 mm abgeätzt wird, falls ein isotropes Ätzverhalten des Materials vorliegt. Es versteht sich, dass bei einem Material mit anisotropen Ätzverhalten entsprechende Variationen des angegebenen Beispiels ohne weiteres möglich sind.One Pinhole pattern with a web width of 0.1 mm can be produce by punching and laser cutting only with relatively high effort. Preferably, for achieving small web widths, it is therefore proposed after forming the pinhole pattern, the land width by chemical etching or electropolishing even further. It can therefore be a first Pinhole pattern with a web width of preferably more than 0.2 mm are formed, whose final dimensions by an etching process be determined. For example, a 1.15 mm thick sheet with a web width of 0.3 mm on a pinhole pattern with a Web width of 0.1 mm can be reduced, with the sheet to 1.0 etched off mm if an isotropic etching behavior of the material is present. It is understood that in one material with anisotropic etching behavior corresponding variations of the example given readily possible are.

Um mit der erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Plasmastrahlquelle eine homogene Bestrahlung einer Oberfläche zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß eine gezielte Wechselwirkung des Plasmas mit der als Trägerplatte mit Lochblendenmuster ausgebildeten Extraktionselektrode vorgesehen. Vorzugsweise bei einer ebenen Oberfläche ist die Verwendung eines kongruenten Lochblendenmusters vorteilhaft. In diesem Fall ist es ebenfalls günstig, wenn die Trägerplatte planar ist. Bei gekrümmten Oberflächen hat sich gezeigt, dass mit einer nicht-planaren, vorzugsweise relativ zum Plasmaraum konvexen oder konkaven Trägerplatte besonders einfach eine Divergenz des Plasmastrahls bewirkbar ist.Around with the high-frequency plasma jet source according to the invention To ensure a homogeneous irradiation of a surface is according to the invention a targeted Interaction of the plasma with the carrier plate with pinhole pattern trained extraction electrode provided. Preferably at a flat surface the use of a congruent pinhole pattern is advantageous. In this case, it is also favorable if the carrier plate is planar. When curved surfaces has been shown to work with a non-planar, preferably relative To the plasma space convex or concave support plate particularly simple a divergence of the plasma jet is effected.

Ein wesentlicher Parameter bei der Wechselwirkung zwischen Plasma und Extraktionselektrode ist die Dicke der Raumladungszone zwischen der Extraktionselektrode und dem Plasma.One essential parameter in the interaction between plasma and Extraction electrode is the thickness of the space charge zone between the extraction electrode and the plasma.

Die Dicke d der Raumladungszone kann aus Textbüchern entnommen werden. Danach hängt die Dicke d von der Ionenstromdichte j und dem Spannungsabfall U zwischen dem Plasmarand und der Extraktionselektrode ab:

mit

ε₀:: Dielektrizitätskonstante des Vakuums
e:: Elementarladung
m_ion:: Masse der beteiligten Ionen
U:: Spannungsabfall zwischen dem Plasmarand und der Extraktionselektrode 5 (entspricht der Extraktionsspannung)

The thickness d of the space charge zone can be taken from textbooks. Thereafter, the thickness d depends on the ion current density j and the voltage drop U between the plasma edge and the extraction electrode from:

With

ε ₀ :: Dielectric constant of the vacuum
e:: elementary charge
m _ion :: Mass of ions involved
U:: Voltage drop between the plasma edge and the extraction electrode 5 (corresponds to the extraction voltage)

Zur Bestimmung von Lochblendenparametern der Extraktionselektrode wird von folgenden Überlegungen ausgegangen:
Für einen Ionenstrom von 1 A/m², der einen üblichen Wert für den Betrieb derartiger Beschichtungsanlagen darstellt, wurde bei einer Hf-Plasmastrahlquelle die Dicke d der Raumladungszone berechnet. Die Dicke d der Raumladungszone steigt mit zunehmendem Spannungsabfall an und variiert zwischen 0,5 mm bis zu 2,5 mm bei einem Spannungsabfall zwischen ca. 50 und ca. 370 Volt. Die Dicke d in einem bevorzugten Spannungsbereich zwischen 50 und 200 Volt ist deutlich kleiner als 2 mm.To determine pinhole parameters of the extraction electrode, the following considerations are assumed:
For an ion current of 1 A / m ² , which represents a common value for the operation of such coating equipment, the thickness d of the space charge zone was calculated for a Hf plasma jet source. The thickness d of the space charge zone increases with increasing voltage drop and varies between 0.5 mm to 2.5 mm with a voltage drop between about 50 and about 370 volts. The thickness d in a preferred voltage range between 50 and 200 volts is significantly smaller than 2 mm.

Betrachtet man die Abhängigkeit der Dicke d der Raumladungszone von der Ionenstromdichte bei fester Extraktionsspannung, z. B. bei 150 Volt, ergibt sich, dass die Dicke der Raumladungszone d bei fester Extraktionsspannung mit steigender Stromdichte fällt. In einem bevorzugten Bereich zwischen 4 A/m² und 25 A/m² ist die Dicke d der Raumladungszone geringer als 2 mm.Considering the dependence of the thickness d of the space charge zone of the ion current density at a fixed extraction voltage, for. B. at 150 volts, it follows that the thickness of the space charge zone d falls at a fixed extraction voltage with increasing current density. In a preferred range between 4 A / m ² and 25 A / m ² , the thickness d of the space charge zone is less than 2 mm.

Die Struktur des Lochblendenmusters der Extraktionselektrode beeinflusst die Form der Raumladungszone. Die Verformung nimmt zu, wenn Dicke der Raumladungszone und Lochteilung und/oder Lochweite in der gleichen Größenordnung liegen. Dies kann zur Erzeugung eines divergenten Plasmastrahls ausgenutzt werden. Sinnvollerweise sollten die Lochparameter jedoch klein genug sein, damit das Plasma nicht merklich durch die Austrittsöffnung entweicht.The Structure of the pinhole pattern of the extraction electrode influenced the shape of the space charge zone. The deformation increases when thickness the space charge zone and hole pitch and / or hole width in the same Magnitude lie. This can lead to the generation of a divergent plasma jet be exploited. It makes sense, however, the hole parameters should be small enough so that the plasma does not escape noticeably through the outlet opening.

Wird die Extraktionselektrode 5 nicht planar, sondern gekrümmt ausgebildet, so bildet sich eine gekrümmte Plasmarandschicht aus und es kann ein divergenter Plasmastrahl extrahiert werden. In diesem Fall können die Lochparameter der Extraktionselektrode 5 relativ klein, insbesondere geringer als die Dicke der Raumladungszone gewählt werden. Es sind sowohl konvexe als auch konkave Extraktionselektroden möglich.Will the extraction electrode 5 formed not curved, but curved, so a curved plasma edge layer forms and it can be extracted a divergent plasma jet. In this case, the hole parameters of the extraction electrode 5 be chosen relatively small, in particular smaller than the thickness of the space charge zone. Both convex and concave extraction electrodes are possible.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Extraktionselektrode 5 über zumindest einem Teilbereich seiner Fläche hinsichtlich des Lochblendenmusters inhomogen ausgebildet sein, vorzugsweise, um damit eine lokale Änderung der optischen Transmission zu erreichen. Zweckmäßigerweise können damit lokale Variationen der Plasmastrahldichte senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls erzeugt werden, vorzugsweise um Randeffekte zu kompensieren. Beispielsweise kann ferner das Muster so variiert werden, so dass ein Kreisring gebildet wird, mit dem ein kreisringförmiger Plasmastrahl erzeugt werden kann. Die Inhomogenität kann ferner durch eine Variation von Lochweite und/oder Stegbreite realisiert werden. Mittels einer Änderung der lokalen optischen Transmission kann ferner die Divergenz des Plasmastrahls eingestellt werden. Ferner können zur Beeinflussung des Plasmastrahls außerhalb des Plasmaraums 6 eine oder mehrere Blenden vorgesehen sein. Ebenso kann die Austrittsöffnung in Teilbereichen mit Blenden abgedeckt sein und damit sonst inhomogen bestrahlte Bereiche einer Oberfläche ausgeblendet werden.In a further embodiment, the extraction electrode 5 be formed inhomogeneous over at least a portion of its surface with respect to the pinhole pattern, preferably in order to achieve a local change in the optical transmission. Conveniently, local variations of the plasma beam density can thus be generated perpendicular to the propagation direction of the plasma jet, preferably to compensate for edge effects. For example, furthermore, the pattern can be varied so that a circular ring is formed, with which an annular plasma jet can be generated. The inhomogeneity can also be realized by a variation of hole width and / or web width. By means of a change in the local optical transmission, the divergence of the plasma jet can also be adjusted. Furthermore, for influencing the plasma jet outside the plasma chamber 6 one or more apertures may be provided. Likewise, the outlet opening can be covered in partial areas with screens and thus otherwise inhomogeneously irradiated areas of a surface are hidden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Plasmastrahlquelle mit einer planaren Extraktionselektrode zur Bestrahlung von auf einer Kalotte angeordneten Substraten verwendet werden, wobei in einem Raumbereich außerhalb des Plasmaraums zumindest eine Blende angeordnet ist. Diese Blende begrenzt den Plasmastrahl derart, dass die ansonsten inhomogen bestrahlten Bereiche auf der Kalotte von der Bestrahlung ausgenommen werden. Dies kann ebenso durch die Abdeckung von Teilbereichen der Austrittsöffnung erfolgen. Die Form der verwendeten Blenden wird vorzugsweise empirisch anhand der erreichten Bestrahlungsergebnisse bestimmt.In a further embodiment The invention may provide a plasma jet source with a planar extraction electrode used for the irradiation of arranged on a dome substrates be, wherein in a space area outside the plasma space at least a panel is arranged. This aperture limits the plasma jet such that the otherwise inhomogeneously irradiated areas on the Calotte be excluded from the irradiation. This can as well done by the coverage of portions of the outlet opening. The shape of the diaphragms used is preferably empirical the achieved irradiation results determined.

Für einen optimierten Betrieb der Hf-Plasmastrahlquelle ist ein Anpassungsnetzwerk vorgesehen, um den Innenwiderstand eines Hochfrequenz-Generators auf die Verbraucherimpedanz abzustimmen.For one optimized operation of the Hf plasma jet source is a matching network provided to the internal resistance of a high-frequency generator to match the consumer impedance.

In 5 ist ein bevorzugtes Anpassungsnetzwerk gezeigt, das einen Hochfrequenz-Generator 15 für einen Primär- und Sekundärkreis an eine Hf-Plasmastrahlquelle ankoppelt, wie beispielsweise aus dem Artikel von J. P. Rayner et al: ”Radio frequency matching for helicon plasma sources”, J. Vac. Scl. Technol. A 14(4), Jul/Aug. 1996, bekannt ist. Dem Hochfrequenz-Generator 15 ist ein Kondensator 12 parallel geschaltet. Ferner ist zwischen einer Primärspule 14 und dem Hochfrequenz-Generator 15 ein einstellbarer Kondensator 13 angeordnet. Eine Sekundärspule 16 überträgt elektrische Leistung des Hochfrequenz-Generators 15 an eine Induktionsschleife 17, mit der eine induktive Anregung des Plasmas erfolgen kann. Parallel zur Sekundärspule 16 bzw. zum Kondensator 13 ist ein Kondensator 16a bzw. ein Kondensator 13a angeordnet. Ferner ist eine Energieelektrode 19 vorgesehen, die in direktem Kontakt mit dem Plasma steht oder optional über ein isolierendes Material, beispielsweise eine Quarz- oder Glasscheibe, kapazitiv an das Plasma im Plasmaraum 6 ankoppelt. Durch das Potential der Energieelektrode 19 lässt sich die Ionenenergie des Plasmastrahls einstellen. Vorzugsweise ist die Energieelektrode 19 Bestandteil einer Gasversorgung, beispielsweise einer Gasdusche, mit der ein flächig-homogenes Einströmen eines Gases in den Plasmaraum 6 ermöglicht wird. Die Energieelektrode ist über einen einstellbaren Kondensator 18 mit einem Abgriff an der Primärspule 14 verbunden. Bei der gezeigten Anordnung werden durch eine Versorgungseinheit (Hochfrequenz-Generator 15) die Induktionsschleife 17 und die Energie-Elektrode 19 mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ können beispielsweise auch zwei separate Hochfrequenz-Generatoren und zwei Anpass-Netzwerke, und zwar jeweils eines für die Induktionsspule 17 und eines für die Energie-Elektrode 19, verwendet werden.In 5 A preferred matching network is shown which includes a high frequency generator 15 for a primary and secondary circuit to a Hf plasma jet source, as for example from the article by JP Rayner et al: "Radio frequency matching for helicon plasma sources", J. Vac. Scl. Technol. A 14 (4), Jul / Aug. 1996, is known. The high frequency generator 15 is a capacitor 12 connected in parallel. Furthermore, between a primary coil 14 and the high frequency generator 15 an adjustable capacitor 13 arranged. A secondary coil 16 transmits electric power of high frequency generator 15 to an induction loop 17 with which an inductive excitation of the plasma can take place. Parallel to the secondary coil 16 or to the capacitor 13 is a capacitor 16a or a capacitor 13a arranged. Further, an energy electrode 19 provided, which is in direct contact with the plasma or optionally via an insulating material, such as a quartz or glass, capacitive to the plasma in the plasma chamber 6 couples. By the potential of the energy electrode 19 the ion energy of the plasma jet can be adjusted. Preferably, the energy electrode 19 Part of a gas supply, such as a gas shower, with a two-dimensionally homogeneous flow of a gas into the plasma chamber 6 is possible. The energy electrode is via an adjustable capacitor 18 with a tap on the primary coil 14 connected. In the arrangement shown by a supply unit (high-frequency generator 15 ) the induction loop 17 and the energy electrode 19 supplied with electrical energy. Alternatively, for example, two separate high-frequency generators and two matching networks, one each for the induction coil 17 and one for the energy electrode 19 , be used.

Bevorzugt wird die Anordnung gemäß 5 in Verbindung mit einer Vorrichtung und/oder einer Magneteinrichtung eingesetzt, wie sie im Zusammenhang mit den vorerwähnt beschriebenen Ausführungsbeispielen der Hf-Plasmastrahlquelle vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist der Einsatz bei einer nach dem ECWR-Prinzip betreibbaren oder betriebenen Hf-Plasmastrahlquelle.Preferably, the arrangement is according to 5 used in conjunction with a device and / or a magnetic device, as provided in connection with the above-described embodiments of the Hf plasma jet source. The use is particularly preferred in a Hf plasma jet source which can be operated or operated according to the ECWR principle.

Eine erfindungsgemäße Plasmastrahlquelle wird bevorzugt in eine Vakuumkammer 20 eingebaut und zum Bestrahlen einer gekrümmten Oberfläche K eingesetzt, wie in 6 gezeigt. Eine derartige Vakuumkammer 20 weist neben Kammerwänden 21 üblicherweise Vakuumpumpen, Gasversorgung und Analytik auf. Bei der in 6 dargestellten Vakuumkammer sind ferner auf der als Kalotte ausgebildeten Oberfläche K Substrate 22 angeordnet. Ein divergenter Plasmastrahl 3 der erfindungsgemäßen Hf-Plasmastrahlquelle ermöglicht eine homogene großflächige Bestrahlung der Oberfläche K bzw. der Substrate 22. Die Substrate 22 können beispielsweise auf Kreisringen angeordnet sein. Wie an sich bekannt, kann die in diesem Fall als Substrathalterung fungierende gekrümmte Oberfläche bewegbar, insbesondere drehbar ausgebildet sein. Wie in 6 kann die Plasmastrahlquelle 23 gegenüber der Symmetrieachse der Kalotte versetzt sein. Jedoch kann bei alternativen Ausführungsformen auch eine zentrale Anordnung der Plasmastrahlquelle vorgesehen sein.A plasma jet source according to the invention is preferably placed in a vacuum chamber 20 installed and used to irradiate a curved surface K, as in 6 shown. Such a vacuum chamber 20 shows next to chamber walls 21 usually vacuum pumps, gas supply and analytics. At the in 6 shown vacuum chamber are also on the formed as a dome surface K substrates 22 arranged. A divergent plasma jet 3 The Hf plasma jet source according to the invention enables a homogeneous large-area irradiation of the surface K or of the substrates 22 , The substrates 22 For example, they can be arranged on circular rings. As is known per se, the curved surface acting as substrate holder in this case can be designed to be movable, in particular rotatable. As in 6 can the plasma jet source 23 be offset from the axis of symmetry of the calotte. However, in alternative embodiments, a central arrangement of the plasma jet source may also be provided.

Claims

Plasma jet source with a plasma chamber and electrical means for igniting and obtaining a plasma and an outlet opening with an extraction electrode for extracting a plasma jet from the plasma chamber, wherein between plasma and extraction electrode, a high-frequency voltage is applied, characterized in that the extraction electrode is formed as a support plate with a pinhole pattern and that for generating a divergence of the plasma jet, the hole pitch and / or hole width of the pinhole pattern is less than or equal to the thickness of the space charge zone between the support plate and the plasma in the plasma chamber.

Plasma jet source according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the extraction electrode has an aspect ratio ≤ 0.1.

Plasma beam source according to one of the preceding Claims, characterized in that a hole width or the typical linear Dimension of the pinhole pattern in a range of 0.1 mm to 10 mm, preferably 0.2 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, 3.0 mm, 5.0 mm or 8.0 mm is provided.

Plasma beam source according to one of the preceding Claims, characterized in that the carrier plate on one side or both sides provided with a coating of tungsten, molybdenum or graphite.

Plasma jet source according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier plate of tungsten, molybdenum or graphite consists

Plasma jet source according to claim 4, characterized in that that the coating also includes the hole inner surfaces.

Plasma jet source according to one of claims 4 or 6, characterized in that the coating by means of a plasma spraying process, a chemical coating process or a thermal Evaporation process is applied.

Plasma beam source according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the carrier plate is an insulator layer includes.

Plasma beam source according to one of the preceding Claims, characterized in that the pinhole pattern by means of mechanical Forming is formed.

Plasma jet source according to claim 19, characterized in that that the pinhole pattern in addition by means of an etching process and / or an electropolishing process is formed.

Plasma jet source according to claim 10, characterized in that that the final dimensions of the pinhole pattern by an isotropic or anisotropic etching process are determined.

Method for extracting a plasma from a plasma jet source with a plasma chamber and electrical means for ignition and Receiving a plasma and an outlet opening with an extraction electrode for extracting a plasma jet from the plasma space, wherein between Plasma and extraction electrode applied a high frequency voltage is characterized in that the extraction electrode as a support plate is formed with a pinhole pattern and that for generating a divergence of the plasma jet the space charge zone between the support plate and the plasma in the plasma chamber is adjusted so that the hole pitch and / or hole width of the pinhole pattern less than or equal to the Thickness of the space charge zone is.