DE69812226T2

DE69812226T2 - Elektronenstrahl-angeregter Plasmaerzeuger

Info

Publication number: DE69812226T2
Application number: DE69812226T
Authority: DE
Inventors: Masahito Ban; Takeshi Hasegawa; Yukitaka Mori; Makoto Ryoji; Masakuni Tokai
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: EP0884760A2; EP0884760A3; DE69812226D1; EP0884760B1; KR19990006837A; KR100267824B1; JPH1167491A; JP2868120B2; US5942854A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenstrahl-angeregten Plasmagenerator und genauer gesagt, auf den Aufbau einer Öffnung, durch welchen Elektronen aus einer Entladungskammer eines Elektronenstrahlgenerators herausgezogen werden.

Beschreibung verwandten Stands der Technik

Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssysteme werden weit verbreitet als Plasmabearbeitungssysteme verwendet, wie Plasmaionenplattierungssysteme, Plasma-CVD- Systeme, Plasmazerstäubungssysteme und Plasmaätzsysteme für Filmabscheidung, Ätzen und Oberflächenmodifikation. Ein Elektronenstrahl-angeregtes Plasmabearbeitungssystem umfasst einen Elektronenstrahlgenerator, der einen Elektronenstrahl erzeugt und eine Plasmabearbeitungseinheit, welche eine Plasmabearbeitungskammer aufweist, in der ein Plasma durch Ionisieren eines Gases durch den Elektronenstrahl erzeugt wird, um darin verschiedene Reaktionen zu erzielen.
Ein Elektronenstrahlgenerator hat eine Kathode, eine Zwischenelektrode, eine Entladungselektrode und eine Beschleunigerelektrode, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Wenn eine Entladungsspannung zwischen Kathode und Entladungselektrode angelegt wird, sendet die Kathode Thermionen aus. Die Thermionen wandern ein der Kathode zugeführtes Gas in ein Plasma um. Das Plasma füllt eine Entladungskammer zwischen der Zwischenelektrode und der Entladungselektrode aus. Wenn eine Beschleunigungsspannung zwischen Entladungselektrode und Beschleunigerelektrode angelegt wird, werden Elektronen aus dem Plasma extrahiert und durch eine in einem Zentralbereich der Entladungselektrode ausgebil dete Öffnung herausgezogen, die Elektronen werden beschleunigt und ein Elektronenstrahl von hohem Strom wird der Plasmabearbeitungskammer zugeführt. Der Elektronenstrahl ionisiert oder dissoziiert ein der Plasmabearbeitungskammer zugeführtes Prozessgas in ein Plasma zum Bearbeiten eines Wafers.
Fig. 19 ist eine typische Querschnittsansicht eines konventionellen Elekironensirahlangeregten Plasmabearbeitungssystems eines Orthogonalstrahlprojektionstyps. Eine Kathode 101, eine Zwischenelektrode 102 und eine Entladungselektrode 103 sind koaxial angeordnet. Die Entladungselektrode 103 wird in ihrem zentralen Bereich mit einer Öffnung 104 versehen. Ein Inertgas zum Erzeugen eines Plasmas, wie etwa Argon-(Ar)-Gas wird der Kathodenkammer zugeführt und durch eine Entladungsspannung zwischen Kathode 102 und der Entladungselektrode 103 zu einem Plasma ionisiert.
Ein Plasmabearbeitungsgefäß 106 hat aus einem leitfähigen Material hergestellte Wände und umgrenzt eine Plasmabearbeitungskammer 113. Eine Beschleunigungsspannung wird an dem Plasmabearbeitungsgefäß 106 angelegt, um einen Elektronenstrahl von hohem Strom von dem in der Entladungskammer 112 erzeugten Plasma durch die Öffnung 104 herauszuziehen. Ein für eine gewünschte, in der Plasmabearbeitungskammer 113 zu erzielende Reaktion geeignetes Prozessgas, wie etwa Silangas oder Methangas, wird der Plasmabearbeitungskammer 113 zugeführt, das Prozessgas wird durch den Elektronenstrom zu einem Plasma ionisiert oder dissoziiert. Solcherart erzeugte Radikale werden auf einem Werkstück 107 abgelagert, wie etwa einem Wafer, oder Ionen des Plasmas werden durch die Vermittlung des Unterschieds zwischen dem Potential des Plasmas und dem Oberflächenpotential des Werkstücks 107 in das Werkstück 107 orthogonal implantiert.
Ein Paar Solenoide 108 sind koaxial so angeordnet, dass sie die Öffnung 104 der Entladungselektrode 103 umgeben. Ströme werden in entgegengesetzten Richtungen jeweils dem Paar von Solenoiden 108 zugeführt. Der Elektronenstrahl 105, der durch die Öffnung 104 wandert, wird durch die Vermittlung des inneren Solenoids 108a eingeengt, um seinen Durchmesser zu vermindern. Ein außerhalb der Entladungselektrode 103 erzeugtes Magnetfeld wird durch die Vermittlung eines Paars von Solenoiden 108 aufgehoben, um das Plas ma in der Bearbeitungskammer 103 zu verteilen. Die Seitenwände des Plasmabearbeitungsgefäßes 106 sind durch einen Quarzglockentopf geschützt.
Der Glockentopf unterdrückt die Abscheidung von Substanzen auf den Seitenwänden und kann leicht von Abscheidungen gereinigt werden.
Der Kathodenkammer 111 zugeführtes Ar-Gas fließt entsprechend einem Druckgradienten in die Plasmabearbeitungskammer 113 und wird zusammen mit dem Prozessgas entladen. Das zu bearbeitende Werkstück 107 wird in Ausrichtung mit der Achse des Elektronenstrahls 105 angeordnet. Eine RF-Vorspannung wird an einen das Werkstück 107 halternden Trägertisch 110 angelegt, um die Mantelionenenergie auf der Oberfläche des Werkstücks 107 zu steuern. Wasser wird durch den Trägertisch 110 zirkuliert, um ihn zu kühlen.
Die Fig. 20(a) und 20(b) sind Graphen, welche den Zustand der Plasmabearbeitungskammer 113 im Betrieb repräsentieren. Fig. 20(a) ist ein Graph, der die Verteilung von Oberflächenpotential auf dem Werkstück 107 zeigt, bei dem der Abstand von der Achse des Elektronenstrahls 105 auf der horizontalen Achse abgemessen ist, das Oberflächenpotential auf der vertikalen Achse abgemessen ist, Kurven Vf die Oberflächenpotentialverteilung für unterschiedliche Gasdrücke in der Plasmabearbeitungskammer 113 repräsentieren und eine Kurve Vs die Verteilung von Plasmapotential in der Nachbarschaft der Oberfläche des Werkstücks 107 repräsentiert. Fig. 20(b) ist ein Graph, der die Verteilung von Plasmadichte in der Nachbarschaft der Oberfläche des Werkstücks 107 zeigt, bei dem die Distanz von der Achse des Elektronenstrahls 105 auf der horizontalen Achse abgemessen ist und die Plasmadichte auf der vertikalen Achse abgemessen ist.
Bei diesem konventionellen Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem werden Elektronen des Elektronenstrahls 105 in einer zur Oberfläche des Werkstücks 107 orthogonalen Richtung beschleunigt und wird der Elektronenstrahl 105 in die Plasmabearbeitungskammer 113 projiziert und daher schlagen Hochenergieelektronen des Elektronenstrahls 105 direkt auf dem Werkstück 107 auf, falls der Gasdruck in der Plasmabearbeitungskammer 113 niedrig ist. Folglich sinkt ein die Verteilung des Schwebepotentials anzeigender mittlerer Bereich der Kurve Vf tief, wie in Fig. 20(a) gezeigt, und die Mantel- Spannung auf der Oberfläche des Werkstücks 107, d. h. der Unterschied zwischen dem durch die Kurve Vs angezeigten Plasmapotential und dem durch die Kurve Vf angezeigten Schwebepotential, steigt. Dementsprechend wird die Oberfläche des Werkstücks 107 bei einigen Arten von Prozessen durch eine physikalische Ätzwirkung oder ein intensives Ionenbombardement beschädigt und die Oberfläche des Werkstücks 107 kann nicht zufriedenstellend bearbeitet werden.
Wie in Fig. 20(a) gezeigt, verteilt sich das Schwebepotential auf der Oberfläche des Werkstücks 107 in der aufwärts konkaven Kurve Vf, was anzeigt, dass das Oberflächenpotential zum zentralen Bereich der Oberfläche des Werkstücks 107 hin sinkt. Eine Potentialverteilung auf der Rückseite des Werkstücks 107 ist flach und der Durchschnitt des Potentials der vorderen Oberfläche. Daher gibt es einen großen Unterschied zwischen Potentialdifferenzen zwischen der Oberfläche und der rückwärtigen Oberfläche des Werkstücks 107 in einem zentralen Bereich des Werkstücks 107 und demjenigen in einem peripheren Bereich des Werkstücks 107, welches beispielsweise beim Ätzen eines Gatteroxidfilms für ein DRAM den Gatteroxidfilm verschlechtert oder bricht. Ein solches Problem kann durch Steigern des Gasdrucks in der Bearbeitungskammer 113 vermieden werden, mit dem die Häufigkeit von Kollision zwischen den Elektronen und den Molekülen des Prozessgases gesteigert wird oder durch Steigern des Abstands zwischen der Öffnung 104 und dem Werkstück 107, um die Hochenergieelektronen auf die Oberfläche des Werkstücks 107 fallen zu lassen, nachdem die Energie davon vermindert worden ist. Falls jedoch der Gasdruck erhöht wird, nimmt die Energie von Elektronen scharf mit dem Abstand von der Achse des Elektronenstrahls 105 ab und folglich steigt die Plasmadichte zur Achse des Elektronenstrahls 105 hin, wie in Fig. 20(b) gezeigt, was nachteilig die Gleichförmigkeit der Plasmabearbeitung auf der Oberfläche des Werkstücks 107 berührt. Eine Steigerung des Abstand zwischen der Öffnung 104 und dem Werkstück 107 ist nicht bevorzugt, weil das Ansteigen im Abstand zwischen der Öffnung 104 und dem Werkstück 107 nicht bevorzugt wird, weil die Steigerung im Abstand zwischen der Öffnung 104 und dem Werkstück 107 ein Ansteigen der Größe des Systems mit sich bringt.
Fig. 21 ist eine diagrammatische Ansicht eines vom Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung in der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-68711, nunmehr als JP-9-260292 A veröffentlicht, vorgeschlagenen Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem. Dieses Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssystem ist von einem Parallelstrahlprojektionstyp, der einen Elektronenstrahl projiziert und die Elektronen des Elektronenstrahls in einer zur Oberfläche des Werkstücks 201 parallelen Richtung beschleunigt, so dass die Hochenergieelektronen nicht direkt auf der Oberfläche des Werkstücks 201 aufprallen können. Eine Kathode 202, eine Hilfselektrode 203, eine Entladungselektrode 204 und eine Beschleunigerelektrode 205 sind koaxial angeordnet. Die Elektroden 203, 204 und 205 sind in ihrem zentralen Bereich jeweils mit Öffnungen versehen. US 5,413,663 A offenbart eine ähnliche Vorrichtung.
Ein zur Herstellung eines Plasmas zu ionisierendes Gas, wie etwa Ar-Gas, wird einer Entladungsregion 206 zugeführt und eine Spannung wird zwischen Kathode 202, der Hilfselektrode 203 und der Entladungselektrode 204 durch eine Entladungsstromversorgung 208 angelegt, um das Gas, wie etwa Ar-Gas, zu ionisieren und eine stabilisierte Entladung aufrecht zu erhalten. Eine Beschleunigungsstromversorgung 209 legt eine Beschleunigungsspannung an die Beschleunigerelektrode 205 an, um einen Elektronenstrom von hoher Stromstärke aus dem in der Entladungsregion 206 erzeugten Ar-Plasma in eine Beschleunigungsregion 207 herauszuziehen. Der Elektronenstrahl wandert durch die Öffnunf der Beschleunigerelektrode 205 in eine Plasmabearbeitungskammer 210, in welcher der Elektronenstrom ein Prozessgas, wie etwa Silangas oder Methangas, welches der Plasmabearbeitungskammer 210 zum Erzeugen eines Plasmas zugeführt wird, in der Plasmabearbeitungskammer 210 zu dissoziieren und zu ionisieren.
Fig. 22(a) und 22(b) sind Graphen, welche den Zustand der Plasmabearbeitungskammer 210 im Betrieb repräsentieren. Fig. 22(a) ist ein Graph, welcher die Verteilung von Oberflächenpotential auf einem Werkstück 201 zeigt, bei dem der Abstand von der Beschleunigerelektrode 205 auf der horizontalen Achse abgemessen wird und das Oberflächenpotential auf der vertikalen Achse abgemessen wird. In Fig. 22(a) repräsentiert eine Kurve B-B Oberflächenpotentialverteilung im Falle des Platzierens des Werkstücks 201 in einer Ebene B-B in Fig. 21. Fig. 22(b) ist ein Graph, welcher die Verteilungen von Plasmadichten in der Ebene B-B (Fig. 21) in der Nachbarschaft der Oberfläche des Werkstücks 201 und in einer Ebene A-A (Fig. 21) in der Nachbarschaft der Achse des Elektronenstrahls zeigt. In Fig. 22(b) wird der Abstand von der Beschleunigerelektrode 205 auf der horizontalen Achse und die Plasmadichte auf der vertikalen Achse abgemessen.
Das Werkstück 201 wird auf einem Tisch in der Plasmabearbeitungskammer 210 gehalten, wobei sich seine Oberfläche parallel zur Achse des Elektronenstroms erstreckt. Da Teile des Elektronenstroms, die näher an der Beschleunigerelektrode 205 sind, mehr Hochenergieelektronen enthalten als Bereiche desselben, die weiter weg von der Beschleunigerelektrode 205 sind, sind die Potentiale von Bereichen der Oberfläche des Werkstücks 201 näher an der Beschleunigerelektrode 205 etwas niedriger als solche von Bereichen desselben, die weiter weg von der Beschleunigerelektrode 205 sind. Da die Hochenergieelektroden des Elektronenstrahls nicht direkt auf der Oberfläche des Werkstücks 201 aufprallen, wird die Verteilung von Schwebepotential auf der Oberfläche des Werkstücks 201 durch eine im wesentlichen flache Kurve angezeigt, die keinen tief eingesunkenen Abschnitt aufweist, was sich von den in Fig. 20(a) gezeigten Kurven unterscheidet. Andererseits sinkt die Dichte des Plasma mit dem Abstand von der Beschleunigerelektrode 205 längs der Achse des Elektronenstrahls, wie in Fig. 22(b) gezeigt. Folglich wird beim Abscheiden eines Films auf dem Werkstück ein Material zum Ausbilden des Films mit unterschiedlichen Abscheidungsraten in Bereichen der Oberfläche des Werkstücks 201 näher an der Beschleunigerelektrode 205 bzw. Bereichen desselben weiter weg von der Beschleunigerelektrode 205 abgelagert, und ein Film gleichförmiger Qualität kann nicht ausgebildet werden. Ein solches Problem ist insbesondere signifikant, wenn ein Werkstück mit einer größeren Fläche bearbeitet wird.
Sowohl im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem, das in Fig. 19 gezeigt ist, als auch im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem, das in Fig. 21 gezeigt ist, können nur Elektronen, die in der Öffnung ionisiert werden können, bereitgestellt werden, und es gibt eine Grenze für das Steigen der Plasmadichte, wenn Elektronen der Plasmabearbeitungskammer durch eine einzelne Öffnung zugeführt werden.
JP-9-082490 A offenbart einen Elektronenstrahl-anregenden Plasmagenerator mit einer Beschleunigerelektrode, welche eine zwischen einer Beschleunigungskammer und einer Plasmabearbeitungskammer angeordnete Trennwand ist und eine Mehrzahl von Öffnungen aufweist, wobei die Achse der Durchlässe orthogonal zur oberen Oberfläche eines Werkstücks ist. Elektronenstrahlen von direkt in die Plasmabearbeitungskammer durch die Öffnungen beschleunigten Elektroden werden direkt auf der oberen Oberfläche des Werkstücks einschlagen.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme des Stands der Technik zu lösen und ein Elektronenstrahl-angeregtes Plasmabearbeitungssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, die physikalische Ätzwirkung und Einschlagwirkung von Ionen zu moderieren, Werkstücke mit großen Oberflächen korrekt zu bearbeiten und ein Plasma in hoher Plasmadichte und in einer gleichförmigen Plasmadichteverteilung für das effiziente Bearbeiten von Werkstücken zu erzeugen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Elektronenstrahl-angeregten Plasmagenerator gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
Bei der oben beschriebenen Erfindung werden eine Mehrzahl von Öffnungen in der die Entladungskammer und die Plasmabearbeitungskammer trennenden Trennwand angeordnet, die im wesentlichen orthogonal zur Achsenlinie der Entladungselektrode und der Zwischenelektrode und radial in Bezug auf die Achsenlinie verteilt sind, wodurch Elektronen in einem Entladungsgasplasma in der Entladungskammer in die Plasmabearbeitungskammer im wesentlichen orthogonal zur Achsenlinie durch die Öffnungen herausgezogen werden, um im wesentlichen orthogonal zur Achsenlinie fließende Elektronenströme zu bilden. Andererseits wird die zu bearbeitende Oberfläche eines Werkstücks in der Plasmabearbeitungskammer orthogonal zur Achsenlinie positioniert. Dementsprechend werden die durch die Öffnungen herausgezogenen Elektronenstrahlen niemals orthogonal in der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks implantiert, Hochenergiekomponenten der Elektronenstrahlen prallen kaum direkt auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks auf. Es findet kein Abfall einer Schwebespannung in der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks statt und Risiken der Beschädigung der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks durch physikalisches Ätzen oder Ionenbombardement können ausgeschlossen werden, und Werkstücke von großen Flächen können homogen bearbeitet werden.
Aufgrund einer Mehrzahl von in der Trennwand gebildeten Öffnungen kann eine größere Zahl von Elektronen im Vergleich zu einem einer einzelnen Öffnung enthaltenden konventionellen Generator durch die Öffnungen herausgezogen werden. Höhere Plasmadichten können in der Plasmabearbeitungskammer erzielt werden.
Die mehreren Durchlässe werden in Bezug auf die Achsenlinie radial ausgebildet und ein ringförmig verteiltes dichtes Plasma kann erzeugt werden, welches die Verteilungsgleichförmigkeit des Plasmas verbessern kann und es gestattet, großflächige Werkstücke zu bearbeiten.
Es ist möglich, dass die Trennwand aus einem Leitermaterial gebildet wird und auch als die Entladungselektrode dient, wobei die Bereiche, wo die Öffnungen gebildet werden, es gestatten, als die Entladungselektrode zu funktionieren und Elektronenstrahlen sehr effektiv aus einem Plasma (Entladungsgasplasma) in der Entladungskammer herausgezogen werden können.
Für den Fall, dass die Bereiche, wo die Öffnungen die Entladungselektroden sind, werden die Oberflächen der Auszugsdurchlässe auf der Seite der Plasmabearbeitungskammer mit einem isolierenden Material beschichtet. Die Oberflächen der Öffnungen werden mit einem isolierenden Material beschichtet. Die Beschichtung aus isolierendem Material vermittelt einen Spannungsgradienten zwischen einem Plasma in der Plasmabearbeitungskammer und der Entladungselektrode und schützt die Oberflächen, wodurch Hochenergieionen daran gehindert werden können, auf der Entladungselektrode aufzuprallen, um dort Beschädigungen zu verursachen oder das Plasma mit einem Elektrodenmaterial zu kontaminieren.
Es ist möglich, dass die Entladungskammer zwischen der Zwischenelektrode und der Entladungselektrode gebildet wird, wodurch der Generator kompakt sein kann.
Es ist möglich, dass die Entladungskammer unter sowohl der Zwischenelektrode als auch der Entladungselektrode ausgebildet ist und die Entladungskammer zwischen der Entladungselektrode und den Öffnungen gebildet ist, wodurch Zerstäuben auf der Entladungs elektrode durch Ionen in einem im Raum der Entladungskammer erzeugten Plasma verhindert wird, um dadurch die Erzeugung von Kontamination und Abrieb an der Entladungselektrode zu unterdrücken.
Die Oberfläche der Entladungselektrode auf der Seite der Zwischenelektrode kann mit einem isolierenden Material beschichtet sein, wodurch Verluststrom, der derjenige der Elektronenstrahlen von der Kathode ist, der nicht durch den Raum der Entladungskammer fließt, unterdrückt werden kann, um dadurch eine größere Zahl von Elektronen in die Plasmakammer hinauszuziehen.
Die Oberfläche der Entladungselektrode auf der Seite der Öffnungen kann mit einem isolierenden Material beschichtet sein, wodurch Abrieb der Entladungselektrode durch Zerstäuben durch im Raum der Entladungskammer erzeugten Ionen besser verhütet werden kann.
Die Wand der Plasmabearbeitungskammer kann auch als die Beschleunigerelektrode funktionieren, wodurch ein Plasma eines physischen Gases allgemein in der Plasmabearbeitungskammer weit gleichförmig verteilt werden kann und eine Plasmadichteverteilung auf einer zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks gleichförmig sein kann. Homogene Bearbeitung kann ermöglicht werden.
Eine einzelne Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes kann koaxial zu der Zwischenelektrode und der Entladungselektrode angeordnet sein, wodurch ein Plasma (Entladungsgasplasma) in der Entladungskammer weiterhin effektiv konvergiert. Eine einzelne Spule spart Kosten. Die Spule gestattet es einem Elektronenstrahl, glatt durch das Verbindungsloch in der Zwischenelektrode oder der Entladungselektrode hindurch zu gelangen.
Die Öffnungen werden im wesentlichen parallel zu der zu bearbeitenden Oberfläche gebildet, wodurch durch die Öffnungen herausgezogene Elektronenströme nicht direkt auf eine zu bearbeitende Oberfläche eines Werkstücks aufprallen, und die Ablenkung der Plasmadichte zu einem Zeitpunkt abgeschwächt werden kann, zu dem ein Plasma eines Prozessgases in der Plasmabearbeitungskammer auf einem Werkstück auftrifft. Die Plasmabearbeitung auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks kann sehr gleichförmig sein.
Die Entladungskammer kann in der Form eines in die Plasmabearbeitungskammer in Axialrichtung vorragenden Zylinders ausgebildet sein und die Öffnungen können in einer umgrenzenden Wandung des Zylinders ausgebildet sein. Diese einfache Struktur gestattet es einer Mehrzahl von Öffnungen, im wesentlichen orthogonal zur Achsenlinie ausgebildet und radial zur Achsenlinie verteilt zu werden. Elektronenstrahlen prallen nicht direkt auf einer zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks auf und Ablenkung einer Plasmadichte wird zu einem Zeitpunkt abgeschwächt, zu dem ein Plasma eines Prozessgases in der Plasmabearbeitungskammer an einem Werkstück auftrifft. Die Plasmabearbeitung auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks kann sehr gleichförmig sein.
Die Entladungskammer kann in Form eines ringförmigen Zylinders in Axialrichtung ausgebildet sein, der eine obere äußere Umgrenzungswandung der Plasmabearbeitungskammer abdeckt, wobei die Öffnungen in einer inneren Umgrenzungswandung des ringförmigen Zylinders ausgebildet sind. Diese einfache Struktur gestattet es einer Mehrzahl von Öffnungen, im wesentlichen orthogonal zur Achsenlinie ausgebildet und radial zur Achsenlinie verteilt zu sein. Elektronen wird es gestattet, radial zum Zentrum der Plasmabearbeitungskammer injiziert zu werden und nicht direkt auf einer zu bearbeitenden Oberfläche eines Werkstücks aufzuprallen. Die Ablenkung einer Plasmadichte kann zu einem Zeitpunkt abgeschwächt werden, zu dem ein Plasma eines Prozessgases in der Plasmabearbeitungskammer auf einem Werkstück auftrifft. Die Plasmabearbeitung auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks kann sehr gleichförmig sein. Die Wandung der Plasmabearbeitungskammer kann auch als die Beschleunigerelektrode dienen, eine zweite Beschleunigerelektrode kann der zu bearbeitenden Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks gegenüberliegen und die auf der inneren Umgrenzungswandung des ringförmigen Zylinders gebildeten Öffnungen können zwischen der zweiten Beschleunigerelektrode und der zu bearbeitenden Oberfläche positioniert sein. Zusätzlich zur von der Wand der Plasmabearbeitungskammer bereitgestellten Beschleunigerelektrode kann eine zweite Beschleunigerelektrode bereitgestellt sein und die Öffnungen können zwischen der zweiten Beschleunigerelektrode und der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks lokalisiert sein, wodurch aus den Öffnungen ausfließende Elektronenstrahlen in eine der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks entgegengesetzte Richtung fließen, so dass Hochenergiekomponenten der E lektronenstrahlen daran gehindert werden, auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks aufzuprallen und physikalisches Ätzen auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks eliminiert werden kann.
Die Beschleunigerelektrode kann auf einer Innenseite der peripheren Wandung der Plasmabearbeitungskammer koaxial mit der Achsenlinie angeordnet sein, wodurch ein Plasma seltener auf der inneren Wandung der Plasmabearbeitungskammer aufprallt und eine Temperaturerhöhung der Innenwandung der Plasmabearbeitungskammer gesenkt werden kann. Die Erzeugung von Unreinheiten von der Innenwandung und Kontamination von Filmen mit den Unreinheiten kann verhütet werden. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass die Beschleunigerelektrode eine zylindrische Form, eine torusförmige Form oder eine spiralförmige Form hat.
Die Beschleunigerelektrode kann ein Temperatursteuermittel zum Steuern ihrer Temperatur beinhalten. Beispielsweise kann Selbsterhitzung der Beschleunigerelektrode leitfähiges Graphit vom isolierenden DLC (Diamond-Like Carbon, diamantenartiger Kohlenstoff), der auf der Beschleunigerelektrode als ein Film verbleibt, wenn beispielsweise Methan als Prozessgas verwendet wird, modifizieren, und stabile Entladung kann für eine lange Zeitperiode erhalten bleiben.
Die Öffnungen können in Bezug auf die Kathode, die Zwischenelektrode, die Entladungselektrode und die Beschleunigerelektrode elektrisch isoliert sein. Die Öffnungen können gegenüber den anderen Elektroden isoliert sein und haben ein mittleres Potential zwischen einem Plasmapotential und einem Entladungselektrodenpotential, wodurch Ätzen an den Öffnungen ab geschwächt wird und ein Verunreinigungsrisiko reduziert wird mit dem Ergebnis, dass der Generator länger halten kann.
Die Bereiche der Trennwand, wo die Öffnungen ausgebildet sind, können aus einem isolierenden Material gebildet sein. Ohne spezielle auf den Öffnungen bereitgestellte elektrische Isolierung können die Öffnungen leicht gegenüber den anderen Elektroden elektrisch isoliert werden, was es dem Generator gestattet, einen einfachen Aufbau zu haben. Das Isolatormaterial kann Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Quarz oder Mischungen davon sein.
Diese Materialien sind vergleichsweise einfach zu Hochleistungsprodukten formbar, was es gestattet, den Generator ökonomisch zu fertigen.
Ein multipolares Magnetfeldgeneratormittel kann rund um eine Außenseite der Plasmabearbeitungskammer angeordnet sein. Ein Plasma kann effektiv innerhalb der Plasmabearbeitungskammer begrenzt werden. Interferenz eines Plasmas mit der Innenwandung der Plasmabearbeitungskammer kann vermindert werden. Verunreinigungen, die entsprechend einer Temperatursteigerung der Innenwandung der Plasmabearbeitungskammer emittiert werden, können vermindert werden und Kontamination der Filme mit den Verunreinigungen kann verhindert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher, in denen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Hilfsgraph zum Erläutern der Plasmadichteverteilung in einer Bearbeitungskammer und der Oberflächenpotentialverteilung auf einem Werkstück ist, während das Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssystem von Fig. 1 im Betrieb ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Modifikation einer Wand einer Entladungskammer im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine vergrößere Querschnittsansicht einer Modifikation eines Durchlasses im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 1 ist;
Fig. 5 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Modifikation einer Plasmabearbeitungskammer im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 1 ist;
Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht eines Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht eines Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer im Elektronenstrahlangeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 7 verwendeten Spule ist;
Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) vergrößerte schematische Querschnittsansichten von Modifikationen einer im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 7 verwendeten Entladungselektrode sind;
Fig. 10(a), 10(b) und 10(c) vergrößerte schematische Querschnittsansichten weiterer Modifikationen der im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 7 verwendeten Entladungselektrode sind;
Fig. 11 (a), 11(b) und 11(c) schematische Querschnittsansichten von Modifikationen einer im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 7 verwendeten Beschleunigerelektrode sind;
Fig. 12(a), 12(b) und 12(c) perspektivische Ansichten bzw. Aufsichten von Beispielen von Heizanordnungen zum Heizen der im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 7 verwendeten Beschleunigerelektrode sind;
Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Temperaturregulators ist, der in die im Elektronenstrahlangeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 11 verwendeten Beschleunigerelektrode eingebaut sein kann;
Fig. 14 ein Blockdiagramm eines anderen Temperaturregulators ist, der in die im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 11 verwendete Beschleunigerelektrode eingebaut sein kann;
Fig. 15 ein Blockdiagramm eines dritten Temperaturregulators ist, der in die im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 11 verwendete Beschleunigerelektrode eingebaut sein kann;
Fig. 16 ein Blockdiagramm einer Wärmerückgewinnungsanordnung zum Rückgewinnen von Wärme aus der im Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem von Fig. 11 gezeigten Beschleunigerelektrode ist;
Fig. 17 eine schematische Querschnittsansicht des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems von Fig. 11 ist, das mit außerhalb der Plasmabearbeitungskammer des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems von Fig. 11 angeordneten multipolaren Elektroden versehen ist, um ein Plasma zu begrenzen;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie C-C in Fig. 17 genommen ist;
Fig. 19 eine typische Querschnittansicht eines repräsentativen konventionellen Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems ist;
Fig. 20(a) und 20(b) jeweils Graphen sind, welche die Verteilung von Oberflächenpotential auf einem Werkstück und die Verteilungen von Plasmapotential und -Dichte in der Nachbarschaft der Oberfläche des Werkstücks zeigen, wenn das Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssystem von Fig. 19 in Betrieb ist;
Fig. 21 eine diagrammatische Ansicht eines Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems ist, das zuvor durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen worden ist; und
Fig. 22(a) und. 22(b) Graphen sind, welche die Verteilung von Oberflächenpotential auf einem Werkstück und die Verteilung von Plasmapotentialdichte zeigen, wenn das Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssystem von Fig. 21 in Betrieb ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Erste Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 1, welche ein Elektronenstrahl-angeregtes Plasmabearbeitungssystem in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, sind eine Kathodenkammer 1, eine Entladungskammer 2 und eine Bearbeitungskammer 3 vertikal in dieser Reihenfolge angeordnet. Die Kathodenkammer und die Entladungskammer 2 sind voneinander durch eine Zwischenelektrode 13 getrennt. Eine Kathode 11, die mit einem Filament versehen ist, welches Thermionen emittiert, ist in der Kathodenkammer 1 angeordnet. Ein Inertgas, wie etwa Ar-Gas, wird durch einen Gaseinlass 12, der in einer Wand der Kathodenkammer 1 ausgebildet ist, in die Kathodenkammer 1 eingeleitet. Die Zwischenelektrode 13 ist in ihrem zentralen Bereich mit einer Öffnung 14 versehen, um es dem Inertgas und Elektronen zu ermöglichen, von der Kathodenkammer 1 in die Entladungskammer 2 zu fließen. Ein Paar von Spulen 15 und 16 sind koaxial mit der Öffnung 14 in der Zwischenelektrode 13 eingebettet.
Die Entladungskammer 2 ist durch ein zylindrisches Gefäß 21 aus Quarz umgrenzt, welches in die Plasmabearbeitungskammer 3 hineinragt. Die zylindrische Seitenwand des Gefäßes 21 aus Quarz ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 22 versehen, durch welche Elektronenstrahlen in die Plasmabearbeitungskammer 3 projiziert werden. Eine Entladungselektrode 23 ist gegenüber der Zwischenelektrode 13 in der Entladungskammer 2 angeordnet. Die Zwischenelektrode 13 ist koaxial zur Entladungselektrode 23 in einer Achsenrichtung 90 positioniert. Eine Wasserkühlleitung kann mit der Zwischenelektrode 13 und der Entla dungselektrode 23 kombiniert sein, um in diesen Elektroden durch einen Elektronenstrahl, der in diese Elektroden 23 fließt, erzeugte Wärme abzuführen.
Eine Umgrenzungswandung 31 der Plasmabearbeitungskammer 3 dient auch als Beschleunigerelektrode. Die Umgrenzungswandung 31 ist mit einem Gaseinlass 32 versehen, durch welchen ein Prozessgas der Plasmabearbeitungskammer 3 zugeführt wird, und einem Gasauslass 33, der mit einem nicht dargestellten Vakuumsystem verbunden ist. Ein Werkstückhalter 34 ist gegenüber der Entladungskammer 2 in der Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet. Der Werkstückhalter 34 haltert ein Werkstück 35 darauf und ist zu Rotation und vertikaler Bewegung in der Lage.
Eine externe Gleichstromversorgungseinheit, die mit einer Serienschaltung einer Heizungsstromversorgung 41, einer Entladungsstromversorgung 42 und einer Beschleunigungsstromversorgung 43 versehen ist, wird mit der Kathode 11, der Zwischenkathode 13, der Entladungskathode 23 und der Beschleunigerelektrode 33 verbunden, um die zum Erzeugen eines Plasmas und Verursachen einer Plasmareaktion notwendige Leistung zu liefern. Die Heizungsstromversorgung 41 führt dem Filament der Kathode 11 einen Heizstrom zu, die Entladungsstromversorgung 42 legt eine Entladungsspannung zwischen Kathode 11 und der Entladungselektrode 23 an, die positive Elektrode der Beschleunigungsstromversorgung 43 ist mit einer Masse eines Referenzpotentials verbunden. Die positive Elektrode der Beschleunigungsstromversorgung 43 ist mit der Umgrenzungswandung 31 verbunden, d. h. der Beschleunigerelektrode, um eine Beschleunigungsspannung an der Umgrenzungswandung 31 anzulegen, um Elektronen aus dem in der Entladungskammer 2 erzeugten Plasma herauszuziehen. Die Zwischenelektrode 13 ist durch einen Widerstand 45 und einen Schalter 46 mit der positiven Elektrode der Entladungsstromversorgung 42 verbunden. Eine RF- Stromversorgung 44 ist mit dem Werkstückhalter 34 verbunden, um eine angemessene RF- Vorspannung am Werkstückhalter 42 anzulegen, um Ionenmantelenergie auf der Oberfläche des Werkstücks 35 zu steuern.
Zu ionisierendes Ar-Gas wird in die Kathodenkammer 1 eingeleitet. Ein Strom wird von der Heizungsstromversorgung 41 der Kathode 11 zugeführt und die Kathode 11 emittiert Thermionen. Wenn eine Spannung durch die Entladungsstromversorgung 42 an der Entladungs elektrode 23 angelegt ist, während Argongas in die Kathodenkammer 1 eingeleitet wird, tritt eine anfängliche Entladung zwischen der Entladungselektrode 23 und der Zwischenelektrode 13 auf, was eine Entladung zwischen Kathode 11 und der Entladungselektrode 23 nach sich zieht. Der Durchmesser eines Elektronenstrahlflusses wird vermindert, während sich die Elektronen durch die Öffnung 14 unter Vermittlung der inneren Spule 15, die in die Zwischenelektrode 13 eingebettet ist, bewegen. Ein Strom, der in eine Richtung fließt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher der der inneren Spule 15 zugeführte Strom fließt, wird der äußeren Spule 16 zugeführt, um ein Magnetfeld auf einer Verlängerung der Achse der inneren Spule 15 zu kompensieren, so dass die Feldintensitätsverteilung eines in der Entladungskammer 2 erzeugten Magnetfelds moderiert wird und Elektronen in der Entladungskammer 2 gleichförmig verteilt werden. Demzufolge ist aus der Kathodenkammer 1 in die Entladungskammer 2 fließendes Ar-Gas ionisiert, um die Entladungskammer 2 mit einem Plasma 24 aufzufüllen.
Ein Prozessgas wird durch den Gaseinlass 32 in die Plasmabearbeitungskammer 3 eingeleitet und wird durch den Gasauslass 33 abgeführt. Die Plasmabearbeitungskammer 3 wird während der Plasmareaktion durch ein nicht gezeigtes Drucksteuersystem unter einem festen Druck gehalten.
Die Beschleunigungsstromversorgung 43 legt eine Spannung zwischen Entladungselektrode 23 und der Umgrenzungswandung 31 an, die als Beschleunigerelektrode dient, um Elektronen aus dem in der Entladungskammer 2 erzeugten Plasma 24 durch die Öffnung 22 in die Plasmabearbeitungskammer 3 herauszuziehen. Aus dem in der Entladungskammer 2 erzeugten Plasma 24 in die Plasmabearbeitungskammer 3 herausgezogene Elektroden fließen in einer im wesentlichen zu den Entladungsströmen orthogonalen Richtung, die durch die Entladungskammer 2 fließen. Die aus dem in der Entladungskammer 2 erzeugten Plasma 24 herausgezogenen Elektronenströme dissoziieren und ionisieren das der Plasmabearbeitungskammer 3 zugeführte Prozessgas, um ein Prozessgasplasma in der Plasmabearbeitungskammer 3 zu erzeugen. Da die zylindrische Seitenwand des Gefäßes 21 aus Quarz, welches die Entladungskammer 2 umgrenzt, mit der Mehrzahl von Öffnungen 22 versehen ist, kann das Prozessgas mit hoher Effizienz dissoziiert und ionisiert werden, weil die in die Plasmabearbeitungskammer 3 projizierten Elektronenstrahlen Hochenergieelektronen in einem hohen Verhältnis enthalten, kann ein Prozessgasplasma hoher Dichte in der Plasmabearbeitungskammer 3 erzeugt werden. Das Prozessgasplasma wird zum Bearbeiten des auf dem Werkstückhalter 34 montierten Werkstücks 35 gemäß dem Einsatzzweck verwendet.
Fig. 2 ist ein Graph zur Unterstützung der Erläuterung der Plasmadichteverteilung in der Plasmabearbeitungskammer 3 und der Oberflächenpotentialverteilung auf dem Werkstück 35, während das Elektronenstrahl-angeregte Plasmabearbeitungssystem im Betrieb ist, bei dem Distanz längs der Oberfläche des Werkstückhalters 34 ab dem Zentrum O des Werkstückhalters 34 auf der horizontalen Achse abgemessen wird und Plasmadichte und Oberflächenpotential des Werkstücks 35 auf der vertikalen Achse abgemessen sind. Wie aus Fig. 2 offensichtlich, ist die Plasmadichte an einer den Öffnungen 22 entsprechenden Position auf einer horizontalen Ebene A-A nahe der Entladungskammer 2 hoch und sinkt mit Abstand von derselben Position und die Plasmadichte nimmt auf der horizontalen Ebene A-A eine irreguläre Verteilung ein. Jedoch sinkt die Irregularität der Plasmadichteverteilung mit dem Abstand von der horizontalen Ebene A-A und die Plasmadichte nimmt auf einer horizontalen Ebene B-B nahe der Oberfläche des Werkstücks 35 eine sehr flache Plasmadichteverteilung an. Da die aus der Entladungskammer 2 herausgezogenen Elektronenströme nicht direkt auf der Oberfläche des Werkstücks 35 aufprallen, ist eine Schwebepotentialverteilungskurve, welche die Verteilung des Schwebepotentials auf der Oberfläche des Werkstücks 35 angibt, flach und hat keinen eingesunkenen mittleren Abschnitt. Dementsprechend kann eine gleichmäßige Plasmareaktion über die gesamte Oberfläche des Werkstücks 35 erzielt werden, selbst wenn das Werkstück 35 eine große Fläche aufweist, und die Oberfläche des Werkstücks 35 kann mit gleichmäßiger Qualität bearbeitet werden.
Modifikationen von Komponenten des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems in der ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.
Das zylindrische Gefäß 21 der ersten Ausführungsform, welches die Entladungskammer 2 umgrenzt und in die Plasmabearbeitungskammer 3 vorragt, wird aus einem isolierenden Quarzglas hergestellt. Das in Fig. 3 gezeigte zylindrische Gefäß 21 kann mit einem zylindrischen Körper 25 ausgestattet sein, der aus einem leitfähigen Material gemacht ist. Beim zylindrischen Gefäß 21, wie in Fig. 3 gezeigt, ist der zylindrische Körper 25 aus einem leitfähigen Material gemacht, die äußere Oberfläche des der Plasmabearbeitungskammer ausgesetzten zylindrischen Körpers 25 ist mit einer Isolierbeschichtung 26 beschichtet, eine Mehrzahl von radialen Öffnungen 22 sind in der zylindrischen Seitenwand des leitfähigen zylindrischen Körpers 25 gebildet und der leitfähige zylindrische Körper ist mit der Entladungsstromversorgung 42 verbunden, um das zylindrische Gefäß 21 als eine Entladungselektrode zu verwenden. Die Isolierbeschichtung 26 kann so ausgebildet sein, dass sie nicht nur die äußere Oberfläche des zylindrischen Körpers 25 abdeckt, die der Plasmabearbeitungskammer 3 ausgesetzt ist, sondern auch die die Öffnungen 22 definierenden Oberflächen, wie in Fig. 4 gezeigt, um die die Öffnungen 22 definierenden Oberflächen vor Hitzebeschädigungen zu schützen, welche durch die Elektronenstrahlen hoher Stromstärke und Zerstäuben durch die Zerstäubungsaktion von Ionen, welche die Kontamination des Verfahrens verursachen, verursacht werden können.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann eine Beschleunigerelektrode 36 in der Plasmabearbeitungskammer 3 so angeordnet sein, dass sie gegenüber der Umgrenzungswandung 31 isoliert ist. Falls die Beschleunigerelektrode 36 in der Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet ist, prallen Elektronenstrahlen nicht direkt auf die Umgrenzungswandung 31 der Plasmabearbeitungskammer 3 auf. Daher kann die Umgrenzungswandung 31 auf einer geeigneten Temperatur gehalten werden und das Herunterfallen von auf der inneren Oberfläche der Umgrenzungswandung 31 abgelagerten Substanzen von der umgrenzenden Wandung 31 und das Mischen der abgefallenen Substanzen mit dem Plasma unterdrückt werden.
Das aus Quarzglas hergestellte und mit den Durchlässen 22 versehene zylindrische Gefäß 21 kann durch ein aus einem keramischen Material, wie etwa Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, hergestelltes und mit Öffnungen versehenes zylindrisches Gefäß ersetzt werden. Das aus keramischem Material hergestellte zylindrische Gefäß hat eine hohe Wärmewiderstandsfähigkeit, ist in der Lage, darauf von einem Plasma ausgeübte hohe Temperaturen und einen darin als Resultat des Durchlaufens einer plötzlichen Temperaturveränderung beim Betriebsbeginn des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems erzeugten thermischen Schock zu widerstehen und ermöglicht die Herstellung eines Prozessgasplasma guter Qualität, weil es wenig Gase erzeugt, wenn im Hochvakuum erhitzt. Aluminiumnitrid ist ein keramisches Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Daher fördert ein zylindrisches Gefäß 21 aus Aluminiumnitrid die Wärmeabführung und ist effektiv beim Vermeiden der Verformung des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems und von Problemen aufgrund von thermischer Spannung. Das aus Quarzglas hergestellte zylindrische Gefäß 21 ist hochresistent gegenüber der Zerstäubungstätigkeit von Ionen und sehr wenig einem Verschleiß unterworfen.

Zweite Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 6, die ein Elektronenstrahl-angeregtes Plasmabearbeitungssystem in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wird eine Plasmabearbeitungskammer 3 durch ein Doppelwandgefäß mit einer äußeren Wand und einer inneren Wand umgrenzt. Eine Entladungskammer 2 wird durch die äußere und innere Wand des Doppelwandgefäßes umgrenzt. Der Seitenabschnitt der inneren Wand ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 22 versehen, m der Entladungskammer 2 erzeugte Elektronen werden durch die Öffnungen 22 radial nach innen zum Zentralbereich der Plasmabearbeitungskammer 3 geschleudert. Die Funktionen des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems in der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen des Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystems der ersten Ausführungsform. In Fig. 6 werden gleiche Teile oder solche, die denen in Fig. 1 entsprechen, mit den selben Bezugszeichen bezeichnet, um das Verständnis zu erleichtern.
Beim Elektronenstrahl-angeregten Plasmabearbeitungssystem der zweiten Ausführungsform hat ein die Entladungskammer 2, die mit der Kathodenkammer 1 verbunden ist, definierender Aufbau die Form eines Doppelwandglockentopfs. Die Entladungskammer 2 umgibt einen oberen halben Abschnitt der Plasmabearbeitungskammer 3.
Eine Zwischenelektrode 13 trennt die Kathodenkammer 1 und die Entladungskammer 2 voneinander und ist mit einer Öffnung 14 und einer oder einem Paar von darin eingebetteten Spulen koaxial zur Öffnung 14 versehen. Eine ringförmige Entladungselektrode 23 ist am unteren Ende der Entladungskammer 2 angeordnet. Eine Hilfselektrode 27 ist auf einer Verlängerung der Achse der Öffnung 14 der Zwischenelektrode 13 angeordnet. Die innere Wand des die Entladungskammer 2 umgrenzenden Aufbaus ist mit einer Mehrzahl von radialen Öffnungen 22 von großem Durchmesser versehen.
Ein Werkstückhalter 34 ist in der Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet. Der Werkstückhalter 34 haltert ein Werkstück 35 darauf, wobei die Oberfläche des Werkstücks 35 sich parallel zu Richtungen erstreckt, in denen Elektronen durch die Öffnungen 22 herausgezogen werden und ist zu Rotation und zu vertikaler Bewegung in der Lage. Eine den unteren Halbabschnitt der Plasmabearbeitungskammer 3 umgrenzende Wand 31 dient auch als erste Beschleunigerelektrode. Eine zweite Beschleunigerelektrode 37 ist auf der inneren Oberfläche eines oberen Abschnitts der inneren Wand des die Entladungskammer 2 definierenden Aufbaus angeordnet. Ein röhrenförmiger Gasduschenring 38 ist auf dem selben Niveau wie die Öffnungen 22 angeordnet. Der Gasduschenring 38 ist mit einer Mehrzahl von gasausstoßenden Löchern versehen, die sich in radiale Auswärtsrichtungen öffnen. Ein Prozessgaszufuhrrohr 39 ist mit dem Gasduschenring 38 verbunden. Das Prozessgaszufuhrrohr 39 kann vertikal bewegt werden, um die vertikale Position des Gasduschenrings 38 einzustellen.
Eine Heizungsstromversorgung 41 liefert dem Filament der Kathode 11 einen Heizstrom, eine negative Elektrode einer Entladungsstromversorgung 42 ist mit der Kathode 11 verbunden und die positive Elektrode derselben ist mit der Entladungselektrode 33 verbunden. Die Zwischenelektrode 13 ist durch eine Serienschaltung eines Widerstands 45 und eines Schalters 46 mit der positiven Elektrode der Entladungsstromversorgung 42 verbunden und die Hilfselektrode 27 ist durch eine Serienschaltung eines Widerstands 47 und eines Schalters 48 mit der positiven Elektrode der Entladungsstromversorgung 42 verbunden. Eine geerdete positive Elektrode einer Beschleunigungsstromversorgung 43 ist durch variable Widerstände 49 und 50 mit der zweiten Beschleunigerelektrode 37 bzw. der als ersten Beschleunigerelektrode dienenden Wand 31 verbunden.
Obwohl nicht gezeigt, ist ein Werkstückhalter 34 mit elektrischen Hochfrequenzlstrommitteln verbunden.
Wenn Strom von der Heizungsstromversorgung 41 der Kathode 11 zugeführt wird, werden Thermionen in die Umgebung emittiert. Wenn weiterhin ein Inertgas in die Kathodenkammer 1 eingeleitet wird, findet eine Entladung zwischen der Kathode 11 und der Hilfselektrode 27 durch eine zwischen der Kathode 11 und der Zwischenelektrode 13 von der elektrischen Entladungsstromversorgung 42 erzeugte initiale Entladung statt. Wenn hier die Hilfselektrode 27 von der Entladungsstromversorgung 42 getrennt wird, wird ein Plasma bis zur Entladungselektrode 23 erzeugt und das Plasma ist von der Kathode 11 bis zur Entladungselektrode 23 stabil anwesend. Die Elektronen gelangen durch die Öffnung 14 in einem Fluss, der durch die Wirkung von in der Zwischenelektrode 13 montierter Spule 15 hinreichend eingeschränkt ist. In dem Fall, dass ein Paar von Spulen 15, 16 verwendet wird, füllt ein Plasma die Entladungskammer 2 vollständig aus, um eine Magnetfeldverteilung in der Entladungskammer 2 abzuschwächen.
Bei Anlegen einer Spannung von der Beschleunigungsstromversorgung 43 an die Beschleunigerelektrode 31 und die zweite Beschleunigerelektrode 37 wird hier ein großer Strom des Elektronenstrahls aus dem Plasma durch die Öffnungen 22 herausgezogen und fließt in die Plasmabearbeitungskammer 3. Elektronenstrahlen sind von der Peripherie der Plasmabearbeitungskammer 3 zu ihrem Zentrum hin gerichtet.
Andererseits wird das in die Plasmabearbeitungskammer 3 einzuführende Prozessgas durch die Gaseinspritzlöcher des Gasduschenrings 38 geführt, um in den an der Peripherie der Plasmabearbeitungskammer 3 eintretenden Elektronenstrom eingespritzt zu werden und plasmatisiert zu werden. Weil die Gaseinspritzlöcher des Gasduschenrings 38 zur Umgrenzungswand der Plasmabearbeitungskammer 3 hin geöffnet sind und das Gas zur Umgebung der Öffnungen 22 zugeführt wird, wo die Energie des Elektronenstrahls hoch ist, wodurch eine hohe Plasmadichte erzielt werden kann und eine relativ gleichförmige räumliche Verteilung erzielt werden kann.
Das Plasma des Prozessgases reagiert mit der Oberfläche eines Werkstücks 35 auf dem Werkstückhalter 34, um ein Produkt zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform werden, weil die Elektronenströme im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet sind, Hochenergiestrahlkomponenten der Elektronenstrahlen davon abgehalten, direkt auf der Oberfläche aufzuprallen, um eine Schwebepotentialverteilung auf der Oberfläche zu stören, und eine Plasmadichte ist sogar nahe der Werkstückoberfläche gleich, wodurch Werkstücke von noch größerer Fläche zu homogenen Produkten führen.
Die zweite Beschleunigerelektrode 37 ist an der Decke der Plasmabearbeitungskammer 3 gegenüber der Anbringungsseite des Werkstückhalters 34 angeordnet. Weil der Verlauf der durch die Öffnungen 22 herausgezogenen Elektronenstrahlen zwischen der zweiten Beschleunigerelektrode 37 und dem Werkstückhalter 34 beschränkt ist, können Elektronenstrahlen, welche durch die Öffnungen 22 herausgezogen worden sind, daran gehindert werden, auf die Oberfläche des Werkstücks 35 gerichtet zu werden.
Ein mit der Beschleunigerelektrode verbundener variabler Widerstand 50 und ein mit der zweiten Beschleunigerelektrode 37 verbundener variabler Widerstand 49 werden eingestellt, um ein Verhältnis von in die Beschleunigerelektrode 31 auf der inneren Unterseite der Plasmabearbeitungskammer 3 fließender beschleunigter Elektronen und solcher, die in die zweite Beschleunigerelektrode 37 fließen, zu verändern, um dadurch eine Form des Plasmas zu steuern.
Weiterhin wird eine Höhe des Gasduschenrings 38 verändert, um dadurch ein Ausmaß an elektrolytischer Dissoziierung des Gases einzustellen, wodurch Filmabscheidung unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann.
Eine Form und eine Anzahl des Gasduschenrings 38 und eine Anzahl und Richtung der Gaseinspritzlöcher können optimal in Übereinstimmung mit der notwendigen Plasmadichteverteilung ausgewählt werden.
Eine Höhe des Werkstückhalters 34 wird eingestellt, um eine Plasmadichte und eine Plasmadichteverteilung einzustellen, die auf das Werkstück 35 einwirken. Der Werkstückhalter 34 wird gedreht, um gleichförmige Reaktionen zu bewirken, selbst wenn eine Plasmadichteverteilung nicht gleichförmig ist.
Die Hilfselektrode 27 gegenüber der Zwischenelektrode 13 ist eine scheibenförmige Elektrode, kann aber eine ringförmige Elektrode sein, die koaxial mit der Zwischenelektrode 13 ist, um damit den Elektronen das Durchtreten durch den Ring zu ermöglichen.
Anstatt die Entladungselektrode 23 in einer Ringform auszubilden, ist es möglich, dass die Entladungselektrode 23 in eine Mehrzahl von Sektorelektroden unterteilt ist, die mit der Anodenseite der Entladungsstromversorgung 42 über entsprechende einstellbare Widerstände verbunden sind. Durch Unterteilen der Entladungselektrode 23 in eine Mehrzahl von Sektorelektroden ist es möglich, eine gleichförmige Entladung zu ausbilden und im Ergebnis einen durch jede der Öffnungen hindurchgezogen Elektronenstrahlfluss, herzustellen.

Eine dritte Ausführungsform

Fig. 7 ist eine Ansicht, die erläuternd für ein Prinzip einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass in ihr eine Entladungselektrode 23 an einer anderen Position lokalisiert ist, um die Abfolge der Anordnung der Entladungseinheit zu verändern. Nur von der ersten Ausführungsform unterschiedene Teile der vorliegenden Ausführungsform werden erläutert.
In Fig. 7 sind Elemente der vorliegenden Ausführungsform mit den selben Funktionen wie diejenigen der ersten in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform durch dieselben Bezugszeichen repräsentiert, um nicht die Erläuterung zu wiederholen.
Elemente mit Ausnahme der Entladungselektrode 23 sind im wesentlichen an denselben Positionen wie solche der ersten Ausführungsform lokalisiert und die Entladungselektrode 23 ist unmittelbar unter einer Zwischenelektrode 13 und auf einer Entladungskammer 2 angeordnet.
Ein Inertgas Ar wird durch Anlegen einer Spannung zwischen einer Kathode 11 und einer Entladungselektrode 23 plasmatisiert. Eine Ringspule 17 ist in der Entladungselektrode 23 eingebettet. Der größte Teil des Elektronenstrahls, der durch eine Öffnung 14 gegangen ist, fließt nicht direkt auf die Entladungselektrode 23, sondern fließt durch ein Kommunikationsloch 29 der Entladungselektrode 23 in die Entladungskammer 2 und fließt in die Entladungselektrode 23, nachdem das Plasma 24 erzeugt ist.
Anstelle des Einbettens der Spulen jeweils in die Zwischenelektrode 13 und die Entladungselektrode 23, wie in Fig. 8 ausgeführt, kann eine einzelne Spule 18 größeren Radius koaxial zu beiden Elektroden in einer beide Elektroden enthaltenden Region angeordnet werden, wodurch derselbe Effekt erzeugt werden kann. Die Spule ist damit außerhalb der Elektroden angeordnet, wodurch ein freier Entwurf und leichtere Produktion im Vergleich zum Einbetten der Spulen in die Elektroden möglich gemacht sind.
Fig. 9 und 10 zeigen Modifikationen der Entladungselektrode der vorliegenden Ausrührungsform.
Bei den in Fig. 9 gezeigten Modifikationen ist die Oberfläche der Entladungselektrode 23 auf der Seite der Zwischenelektrode 13 mit einer Isolierplatte 28 (Fig. 9(a)) abgedeckt, wodurch mehr Strom durch das Verbindungsloch 29 der Entladungselektrode 23 fließen kann und der Elektronenstrom in der Entladungskammer 2 eine höhere Dichte aufweisen kann. Das Plasma 24 kann dementsprechend höhere Dichte aufweisen und eine größere Zahl von Elektronen kann der Plasmabearbeitungskammer 3 zugeführt werden. Wie in Fig. 9(b) oder 9(c) gezeigt, kann sogar die Innenseite des Verbindungslochs 29 in der Entladungselektrode 23 mit der Isolierplatte 28 abgedeckt sein.
In der in Fig. 10(a) gezeigten Modifikation ist die Oberfläche der Entladungselektrode 23 auf der Seite der Entladungskammer 2 mit der Isolierplatte 28 abgedeckt. Aufgrund der Isolierplatte 28 ist die Innenseite der Entladungselektrode 23 einem Zerstäuben durch Ionen weniger zugänglich und weniger Metallpartikel werden zerstäubt, wodurch eine Kontamination vermindert wird. Wie in Fig. 10(b) oder Fig. 10(c) gezeigt, kann selbst die Innenseite des Verbindungslochs 29 in der Entladungselektrode mit der Isolierplatte 28 abgedeckt sein.
Jede der in den Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) gezeigten Modifikationen und jede derjenigen in Fig. 10(a), (b) und (c) können miteinander kombiniert werden.
Fig. 11(a), 11(b) und 11(c) zeigen Modifikationen der vorliegenden Ausführungsform. Die in Fig. 11(a) gezeigte Modifikation unterscheidet sich von der vorliegenden Ausführungsform darin, dass in der ersteren die zylindrische Elektrode 36, die in der Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet ist, als Beschleunigerelektrode verwendet wird; und dass nur sich von der derzeitigen Ausführungsform unterscheidende Teile der Modifikationen erläutert werden. In Fig. 11(a) werden Elemente der Modifikation mit den selben Funktionen wie in der dritten, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform durch dieselben Bezugszeichen repräsentiert, um nicht die Erläuterung zu wiederholen.
Die zylindrische Beschleunigerelektrode 36 ist in einer Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet und gegenüber der Innenwand der Plasmabearbeitungskammer 3 isoliert mit der Beschleunigungsstromversorgung 43 verbunden. Dementsprechend gelangt wenig Plasma in die Wände der Plasmabearbeitungskammer 3 und die Wand hat eine geringe Temperatursteigerung. Eine Temperatur der Wand kann leicht gesteuert werden. Die Erzeugung von Verunreinigungen aus der Wand kann unterdrückt werden und eine Kontamination der Werkstückoberflächen mit den Verunreinigungen kann unterdrückt werden.
Für den Fall, dass Methan als Prozessgas zugeführt wird, wird DLC (Diamond Like Carbon)-Film auf Werkstückoberflächen, den Elektroden etc. erzeugt und der DLC-Film verbleibt auf der Beschleunigerelektrode 36, weil aufgrund der Isolierung des DLC-Films eine stabile Entladung und Beschleunigung der Elektrodenstrahlen nicht für eine lange Zeitperiode zurückgehalten werden kann. Als Gegenmaßnahme dazu wird die Beschleunigerelektrode 36 selbst im Betrieb auf über 400ºC selbsterhitzt, um den isolierenden DLC-Film, der auf der Beschleunigerelektrode 36 bleibt, in leitfähiges Graphit umzuwandeln, wodurch eine gute Leitfähigkeit immer sichergestellt ist, um stabile Entladung und Beschleunigung für eine lange Zeitperiode zu erhalten.
Die Beschleunigerelektrode 36 kann in Form eines wie in Fig. 11(b) gezeigten Torus oder einer wie in Fig. 11(c) gezeigten Wendel einer Röhre eines hitzeresistenten Materials, wie etwa Edelstahl, Molybdän oder andere, sein. In diesen Fällen wird bevorzugterweise eine Wärmemediumskreislaufröhre mit dem hohlen Teil der Röhre verbunden, um eine Elektrodenoberflächentemperatur durch eine Flussrate und eine Temperatur eines Hitzemediums, wie etwa Silikonöl oder Stickstoffgas, zu steuern.
Fig. 12(a) zeigt die in Fig. 11 (a) gezeigte zylindrische Beschleunigerelektrode 36. Fig. 12(b) und 12(c) zeigen Modifikationen der Beschleunigerelektrode 36, jeweils in Form eines Rohrs mit einer elektrischen Heizung 51, die diesem für leichtere Temperatursteuerung hinzugefügt worden ist.
Fig. 12(a) ist eine perspektivische Ansicht der zylindrischen Beschleunigerelektrode 36 mit einem darin eingebauten Heizer 53 zur Temperatursteuerung durch eine elektrische Stromversorgung 51. Die in Fig. 12(b) gezeigte Modifikation enthält die röhrenförmige Heizungselektrode 36 und eine Mantelheizung 52, die auf deren äußerer Oberfläche zur Temperatursteuerung durch die elektrische Stromversorgung 51 aufgewickelt ist. Die in Fig. 12(c) gezeigte Modifikation enthält die röhrenförmige Heizelektrode 36 mit dem in die Röhre eingebauten Heizer 5 3.
Die selbstheizende Beschleunigerelektrode 36 ist in dem Fall effektiv, dass ein Elektrodenfluss aus einem Plasma zur Beschleunigerelektrode 36 aufgrund von niedriger Plasmadichte für eine hinreichende Temperaturerhöhung unzureichend ist.
Fig. 13 bis 16 zeigen die Beschleunigerelektrode 36 zum Verwalten von Temperaturen durch ein Temperatursteuersystem.
Fig. 13 ist eine Konzeptansicht der zylindrischen Beschleunigerelektrode 36 einschließlich der Heizung 52, eines Ummantelung 55 und eines darin eingebetteten Temperaturdetektorterminals 58. Die Heizung 52 ist mit der elektrischen Stromquelle 51 verbunden, welche einen Ausgang in Reaktion auf ein externes Signal steuern kann. Das Temperaturdetektorterminal in Form einer Thermokupplung, eines Temperaturwiderstands oder Anderes, gibt ein gemessenes Signal einer Temperatursteuerung 57 ein und basierend auf der gemessenen Temperatur steuert die Temperatursteuerung 57 einen Ausgang der elektrischen Stromquelle 51.
Wenn die Beschleunigerelektrode 36 erhitzt wird, wird ihre Oberfläche verdampft und kontaminiert einen abgeschieden-werdenden Film und vermindert seine Qualität. Eine Temperatur sollte nicht unnötig erhöht werden. Ein Wärmemedium, wie etwa Silikonöl oder andere, oder Kühlwasser kann in der Ummantelung 55 fließen, um die Beschleunigerelektrode 36 zu kühlen, wenn sie sich überhitzt.
Fig. 14 zeigt ein System zur Temperatursteuerung der Beschleunigerelektrode 36, das das Temperaturdetektorterminal 58 zum Messen einer Temperatur der röhrenförmigen Beschleunigerelektrode 36 umfasst und das eine Flussrate des durch die Beschleunigerelektrode 36 fließenden Wärmemediums steuert, wenn die Temperatursteuerung 57 dem Flussratensteuermittel 59 ein Steuerungssignal zuführt, als Reaktion auf ein gemessenes Signal vom Temperaturdetektorterminal 58. Das Flussratensteuerungsmittel 59 hat die Form verschiedener Steuerventile.
Das Temperaturdetektorterminal 58 kann ein Thermokoppler, ein Temperaturdetektormittel vom Widerstandstyp oder anderes sein und kann innerhalb der Röhre der Beschleunigerelektrode 36 angeordnet sein.
Fig. 15 zeigt ein System, welches umfasst die Mantelheizung 52, die um die äußere Oberfläche der Heizungselektrode 36 gewickelt ist und die Heizstromquelle 51, die mit der Schirmheizung 52 verbunden ist, welche einen Ausgang als Antwort auf ein internes Signal steuern kann.
Für den Fall, dass ein elektrischer Heizer in der Röhre der Beschleunigerelektrode 36 angeordnet ist, ist die gleiche Temperatursteuerung möglich.
Fig. 16 ist eine Ansicht eines Systems zum Verwenden überschüssiger Wärme, wenn die Beschleunigerelektrode 36 überhitzt ist.
Ein Heizmedium, wie Stickstoffgas, Silikonöl oder andere, wird in einer Röhre der torus- förmigen Heizelektrode 36 zirkuliert. Ein Mediumsumwälzmechanismus 60 wird in der Form eines Gebläses zum Umwälzen eines Gaswärmemediums und in der Form einer Pumpe zum Umwälzen eines Flüssigwärmemediums verwendet. Von der Beschleunigerelektrode 36 aufgenommene Wärme wird mit einer äußeren Thermoschockquelle durch einen Wärmeaustauscher 61 wärmeausgetauscht, um effektiv für andere Anwendungen wiederverwendet zu werden.
Fig. 17 und 18 sind Querschnittansichten des Generators einschließend eines Multipolmagnetfeldgeneratormechanismus, der außerhalb der Plasmabearbeitungskammer 3 zum Bündeln von Plasma angeordnet ist. Fig. 17 ist eine Seitenquerschnittsansicht, und Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie C-C in Fig. 17.
Eine Anzahl von Permanentmagneten oder Elektromagneten 70, 71 sind um die Plasmabearbeitungskammer 3 herum angeordnet. Die Magnete 70, 71 haben eine vertikal längliche Form und sind mit den Magnetpolen zur Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet und abwechselnd angeordnet. Ein multipolares Magnetfeld wird damit gebildet.
Das so gebildete multipolare Magnetfeld beschränkt effektiv in sich ein in der Plasmabearbeitungskammer 3 gebildetes Plasma und eine Wechselwirkung mit der Umgebungswand 31 wird vermindert. Weil die Umgebungswand 31 eine kleine Temperatursteigerung aufgrund der dann fließenden Plasmapartikel aufweist, wird dementsprechend eine geringe Verunreinigung aus der Umgrenzungswand 31 emittiert. Die Kontamination von Filmen mit Verunreinigungen wird vermindert und Produkte guter Qualität können erhalten werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen weist eine Werkstückoberfläche aufwärts, sie kann jedoch selbstverständlich abwärts weisen, ohne dass sich die Effekte der Erfindung verändern. Zum Beschränken von Plasma kann das multipolare Magnetfelderzeugungsmittel um die oder innerhalb der Plasmabearbeitungskammer 3 angeordnet sein. Für eine homogene Abscheidung ist es effektiv, einen Mechanismus zum Drehen eines Substrats bereitzustellen.
Wie oben ausgeführt, kann der Elektronenstrahl-angeregte Plasmagenerator gemäß der vorliegenden Erfindung eine Beeinträchtigung aufgrund von Ionenaufprall abschwächen, um somit Werkstücke von großen Flächen zu bilden und kann die Materialplasmadichte erhöhen und die Abscheidungshomogenität verbessern, um dadurch effektiv Werkstücke zu bilden.

Claims

1. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator, umfassend:

eine Kathode (11) zum Emittieren von Thermionen:

eine Entladungselektrode (23) zum Erzeugen einer Gasentladung zwischen der Kathode und der Entladungselektrode (23);

eine zwischen der Kathode (11) und der Entladungselektrode (23) lokalisierte Zwischenelektrode (13) mit einer Öffnung (14), durch die Elektronen in Richtung einer von der Kathode (11), der Zwischenelektrode (13) und der Entladungselektrode (23) gebildeten Achsenlinie (90) hindurchtreten können;

eine Entladungskammer (2) zum Befüllen mit einem durch eine Gasentladung zwischen der Kathode (11) und der Entladungselektrode (23) erzeugten Entladungs- Gasplasma (24),

eine angrenzend an der Entladungskammer (2) gebildete und von ihr durch eine Trennwand (21) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (22) getrennte Plasmabearbeitungskammer (3); und

Mittel zum Haltern eines zu bearbeitenden Werkstücks, dessen zu bearbeitende Oberfläche (35) lotrecht zur Achsenlinie (90) in der Bearbeitungskammer (3) positioniert ist,

eine in der Plasmabearbeitungskammer (3) angeordnete Beschleunigerelektrode (31; 36) zum Herausziehen von Elektronen des Entladungs-Gasplasmas (24) in der Entladungskammer (2) durch die Öffnungen (22) in die Plasmabearbeitungskammer (3),

dadurch gekennzeichnet, dass

jede aus der Mehrzahl von Öffnungen (2) eine Achse lotrecht zur Achsenlinie (90) aufweist und die Mehrzahl von Öffnungen in Bezug auf die Achsenlinie (90) radial verteilt ist und die Beschleunigerelektrode (31; 36) so angeordnet ist, dass die Elektronen, die durch die Mehrzahl von Öffnungen (22) aus der Entladungskammer (2) herausgezogen werden, Elektronenstrahlen bilden, die im wesentlichen lotrecht zur Achsenlinie (90) fließen.

2. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Trennwand (2, 1) aus einem Leiter gebildet ist und auch als die Entladungselektrode fungiert.

3. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 2, wobei Oberflächen der Öffnungen (22) auf der Seite der Plasmabearbeitungskammer (3) mit einem Isolatormaterial beschichtet sind.

4. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 2, wobei Oberflächen der Öffnungen (22) mit einem Isolatormaterial beschichtet sind.

5. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Entladungskammer (2) zwischen der Zwischenelektrode (13) und der Entladungselektrode (23) ausgebildet ist.

6. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Entladungskammer (2) unter sowohl der Zwischenelektrode (13) als auch der Entladungselektrode (23) ausgebildet ist.

7. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 6, wobei eine Oberfläche der Entladungselektrode (23) auf der Seite der Zwischenelektrode (13) mit einem Isolatormaterial (26) beschichtet ist.

8. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 6, wobei eine Oberfläche der Entladungselektrode (23) auf der Seite der Öffnungen (22) mit einem Isolatormaterial (26) beschichtet ist.

9. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei eine Wandung (31) der Plasmabearbeitungskammer (3) auch als die Beschleunigerelektrode (36) fungiert.

10. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei eine einzelne Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds coaxial mit der Zwischenelektrode (13) und der Entladungselektrode (23) angeordnet ist.

11. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Entladungskammer (2) in Form eines in die Plasmabearbeitungskammer (3) in axialer Richtung vorragenden Zylinders ausgebildet ist und die Öffnungen (22) in einer Umgrenzungswandung des Zylinders gebildet sind.

12. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Entladungskammer (2) in Form eines ringförmigen Zylinders in axialer Richtung der Achse (90) ausgebildet ist, der eine obere äußere Umgrenzungswandung (31) der Plasmabearbeitungskammer (3) abdeckt, und die Öffnungen (22) in einer inneren Umgrenzungswandung des ringförmigen Zylinders gebildet sind.

13. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 12, wobei die Wandung (31) der Plasmabearbeitungskammer (3) auch als die Beschleunigungselektrode (36) fungiert, eine zweite Beschleunigerelektrode (37) der zu bearbeitenden Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks gegenüberliegt, und die in der inneren Umgrenzungswandung des ringförmigen Zylinders gebildeten Öffnungen (22) zwischen der zweiten Beschleunigerelektrode (37) und der zu bearbeitenden Oberfläche (35) positioniert sind.

14. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Beschleunigerelektrode (36) auf einer Innenseite der peripheren Wandung (31) der Plasmabearbeitungskammer (39) coaxial mit der Achsenlinie (90) angeordnet ist.

15. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 14, wobei die Beschleunigerelektrode (36) eine zylindrische Form, eine Torus-Form oder eine Wendelform hat.

16. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Beschleunigerelektrode (36) Temperaturregelmittel (57) zum Regeln ihrer Temperatur enthält.

17. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnungen (22) gegenüber der Kathode (11), der Zwischenelektrode (13), der Entladungselektrode (23) und der Beschleunigerelektrode (36) elektrisch isoliert sind.

18. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei Teile der Trennwand (21), an der sich die Öffnungen (22) befinden, aus einem Isolatormaterial gebildet sind.

19. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 18, wobei das Isolatormaterial Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Quarz oder deren Mischung ist.

20. Elektronenstrahl-angeregter Plasmagenerator gemäß Anspruch 1, wobei ein Mehrpolmagnetfelderzeugungsmittel um eine Außenseite der Plasmabearbeitungskammer (3) herum angeordnet ist.