DE3905303C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Mikrowellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Erzeugen eines Plasmas wie für Plasmareaktoren zum Ätzen, Abscheiden und dergleichen, Plasma-Massenspektrometer zur quantitativen Analyse von Elementen und ähnlichem, wobei zur Erzeugung des Plasmas geeignete Mikrowellen verwendet werden.

Vorrichtungen zum Erzeugen eines Plasmas durch Mikrowellen sind unter anderem in den folgenden Literaturstellen be­ schrieben:

• (1) "The Review of Scientific Instruments", Band 36, Nr. 3, März 1965, Seiten 294 bis 298;
• (2) "IEEE Transactions on Plasma Science"; Band PS-3, Nr. 2, Juni 1975, Seiten 55 bis 59;
• (3) "The Review of Scientific Instruments", Band 39, Nr. 3, März 1968, Seiten 295 bis 297;
• (4) "The Review of Scientific Instruments", Band 41, Nr. 10, Oktober 1970, Seiten 1431 bis 1433;
• (5) "Japanese Journal of Applied Physics", Band 16, Nr. 11, November 1977, Seiten 1993 bis 1998.

Bei den aus den Literaturstellen (1) bis (3) bekannten Vor­ richtungen wird zum Übertragen der Mikrowellenleistung ein Koaxialkabel verwendet. Dadurch können jedoch keine großen Leistungen übertragen werden, und es ist nicht ersichtlich, wie ein Plasma hoher Dichte und mit großem Durchmesser er­ zeugt werden soll, das im Falle großer Leistung stabil ist. Bei den aus den Literaturstellen (4) und (5) bekannten Vor­ richtungen werden die Punkte der wirksamen Ausnutzung der Mikrowellenleistung, der radialen Verteilung des Plasmas und dergleichen nicht genügend beachtet, so daß die Produktivi­ tät der Vorrichtung und die Gleichförmigkeit des Plasmas ungenügend ist.

Vorrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, bei denen Mikro­ wellenenergie über einen Wellenleiter zugeführt wird, sind ferner in J. Phys. D: Appl. Phys. 20 (1987) 197-203, von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht, und in EP-A-197 843 offenbart. Bei diesen wird die Mikrowellenenergie von einem rechteckigen Wellenleiter über einen Spalt direkt in das Plasma eingekoppelt.

Vorrichtungen mit Zuführung von Mikrowellenenergie über ein Koaxialkabel in einen zylindrischen Resonator und Einkoppe­ lung in ein Plasma über Schlitze in dem Resonator sind in J. Phys. D: Appl. Phys. 12, 1979, 219-237 und DE-C-25 48 220 an­ gegeben.

Schließlich stellen Meinke, Gundlach: Taschenbuch der Hoch­ frequenztechnik, 2. Auflage, 1962, Seiten 418-423 sowie Ghandi: Microwave Engineering and Applications, 1981, Seiten 176-177, Grundlagen der Koppelung von rechteckigen Wellenlei­ tern mit koaxialen Kabeln dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma durch Mikrowellen zu schaffen, mit der über einen großen Durchmesser ein stabiles Plasma hoher Temperatur und hoher Dichte auch bei hohem Druck wirkungsvoll erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentan­ spruch 1 beschriebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.

Ausführungsbeispiele für die Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas werden im folgenden anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1A die Verteilung der elektrischen Feldstärke in einer Vorrichtung, wie sie in der Fig. 1B dargestellt ist,

Fig. 1B die Anordnung der wesentlichen Teile einer Vorrich­ tung zur Erzeugung eines Plasmas durch Mikrowellen,

Fig. 2 den Aufbau einer Ausführungsform, die als Plasma­ reaktor dienen kann,

Fig. 3 den Aufbau einer Ausführungsform, die als Ionen­ quelle dienen kann,

Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform, die ein Analysegerät darstellt, und

Fig. 5 im Detail die Einrichtung zur Erzeugung des Plasmas durch Mikrowellen für das Analysegerät der Fig. 4.

Bei der in der Fig. 1B gezeigten Ausführungsform einer Vor­ richtung zur Erzeugung von Plasma ist der Mikrowellenkreis derart aufgebaut, daß die Modenumwandlung von einem flachen (rechteckförmigen) Wellenleiter 40 auf einen kreisförmigen koaxialen Wellenleiter erfolgt. Der Außenleiter 52 des kreisförmigen koaxialen Wellenleiters ist länger als der Innenleiter 51. Eine metallische Endplatte 70 mit einer Öff­ nung 72, deren Innendurchmesser nahezu gleich dem Durchmes­ ser eines Zylinders 53 im Innenleiter 51 ist, ist am zylin­ drischen Außenleiter 52 an einer Stelle angeordnet, die zum vorderen Ende des zylindrischen Innenleiters 51 einen axialen Spalt oder Zwischenraum d aufweist. An der Innenseite des Zylinders 53 erstreckt sich wenigstens im Bereich des Innen­ leiters 51 und durch die Öffnung 72 hindurch eine Entla­ dungsröhre 80. Durch Erzeugen eines Plasmas in der Entla­ dungsröhre 80 mittels eines elektrischen Mikrowellenfeldes (einer Oberflächenwelle), das bzw. die im Bereich des Zwi­ schenraumes d zwischen der Endplatte 70 und dem Innenleiter 51 gebildet wird, kann in einem relativ großen Volumen ein stabiles Plasma hoher Temperatur und hoher Dichte erzeugt werden.

Wenn eine Mikrowelle von einem Mikrowellengenerator durch den flachen (rechteckförmigen) Wellenleiter zu dem kreis­ förmigen koaxialen Wellenleiter übertragen wird, kann dem Plasma ohne Verwendung eines Koaxialkabels eine große Lei­ stung mit wenig Verlust stabil zugeführt werden. In dem Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des Innenleiters 51 und der metallischen Endplatte 70 wird ein elektrisches Feld mit einer axialen Feldkomponente E_z und einer radialen Kompo­ nente E_r wie in der Fig. 1A gezeigt erzeugt, das heißt, daß im Bereich des Zwischenraumes d eine Oberflächenwelle ausge­ bildet wird. Es kann daher ein stabiles Plasma hoher Tempe­ ratur und hoher Dichte und mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser der Entladungsröhre 80 entspricht, effizient erzeugt werden, wobei verschiedene Arten von Gasen im Druck­ bereich von geringem Druck bis zum Atmosphärendruck verwen­ det werden können.

In der Fig. 1B ist somit der wesentliche Teil eines Mikro­ wellenkreises einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas dargestellt. Die Fig. 1A zeigt die Verteilung der elektrischen Feldstärke der Mikrowelle bei der Vorrichtung der Fig. 1B. Die Mikrowelle wird von dem flachen (rechteckförmigen) Wellenleiter 40 zu dem zylindri­ schen koaxialen Wellenleiter-Transformer mit wenigstens dem Innenleiter 51 und dem zylindrischen Außenleiter 52 übertragen und als Oberflächenwelle von einem Plasma in der isolierenden Entladungsröhre 80 absorbiert, die aus Quarz­ glas oder dergleichen besteht und innerhalb des zylindri­ schen Innenleiters 51 angeordnet ist, der an seinem Ende den Zwischenraum d aufweist. Die Größe d bezeichnet den Abstand zwischen dem Rand oder Ende des Innenleiters 51 und der metallischen Endplatte 70 am zylindrischen Außenleiter 52, der Abstand d kann mittels einer Schraube, einem Zwischen­ stück oder dergleichen verändert werden. Die Öffnung 72 in der Endplatte 70 hat einen Innendurchmesser, der im wesent­ lichen gleich dem Durchmesser des Zylinders 53 für den Innenleiter 51 ist. Durch Anbringen einer metallischen Drossel oder eines Ansatzes 71 kann der Mikrowellenverlust verringert werden. Der Innen- und/oder der Außenleiter kann mit Luft oder Wasser zwangsgekühlt werden. Die Durchmesser des Innen- und des Außenleiters 51 bzw. 52 und der Entla­ dungsröhre können entsprechend den Erfordernissen beliebig gewählt werden. Da der Wellenwiderstand des Koaxialkreises gewöhnlich auf 50 Ohm eingestellt wird, um eine wirksame Absorption der Mikrowelle im Plasma zu erreichen, wird vorzugsweise die E-Ebene des rechteckigen Wellenleiterab­ schnittes (50) des zylindrischen koaxialen Wellenleiter-Trans­ formers kleiner (dünner) als das reguläre Maß gewählt, wodurch das Verhältnis zur H-Ebene verringert wird, der Wellenwiderstand des Wellenleiters herabgesetzt ist und ein 1/4-Wellenlängentransformer an der Eingangsseite des Wellen­ leiters entsteht, so daß der Wellenwiderstand des Wellenlei­ ters mit dem des koaxialen Teiles zusammenfällt. Es ist des weiteren günstig, die Form des Innenleiters 51 knopfartig (ab"door-knob") zu wählen, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist, wobei das Maß eines Nebenschlußteiles auf den regulären Wert eingestellt ist. Darüber hinaus ist ein Kurzschlußkolben 60 (variabler Art) vorgesehen, durch den eine Anpassung ausgeführt werden kann.

Außerhalb des Außenleiters 52 ist ein Magnetfeldgenerator 90 (mit einer Spule, einem Permanentmagneten oder dergleichen) angeordnet. Das Plasma wird dadurch erzeugt, daß ein diver­ gentes Magnetfeld, ein Magnetfeld mit mehreren Maxima, ein Spiegel-Magnetfeld oder ähnlich unter den Bedingungen für eine Elektronenzyklotronresonanz überlagert wird. Damit kann dem Plasma hoher Temperatur und hoher Dichte (der Grenzdich­ te oder höher) auch bei geringem Druck erhalten werden (es ist selbstverständlich nicht immer erforderlich, das Magnet­ feld anzulegen).

Als Plasmagas wird ein geeignetes Gas, etwa H₂, He, O₂, N₂, Ar, Xe, CH₄, SiH₄, NH₃, CF₄, SiF₄ usw. gemäß den vorliegen­ den Erfordernissen gewählt und unter einem Druck im Bereich von etwa 1,3 × 10^-4 Pa (10^-6 Torr) bis 10⁵ Pa (760 Torr) eingebracht. Es ist günstig, ein Probengas von einem Ende der Entladungsröhre 80 her einzubringen, wie es beispiels­ weise in der Fig. 1B gezeigt ist. Je nach den vorliegenden Erfordernissen kann jedoch auch etwas anderes vorgesehen werden.

Die Fig. 1A zeigt die Verteilung der radialen Komponente E_r und der axialen Komponente E_z in der Richtung der z-Achse (in axialer Richtung) der elektrischen Feldstärke im Bereich des Zwischenraumes d. Ein Merkmal der beschriebenen Vorrich­ tung zur Erzeugung von Plasma liegt darin, daß das elektri­ sche Feld zu einer Oberflächenwelle wird, bei der sowohl die E_r- als auch die E_z-Komponente vorhanden sind, beide Kompo­ nenten entlang der z-Achse schwach sind und im Gegensatz dazu das elektrische Feld an der Außenseite groß ist, wobei dieses elektrische Feld bewirkt, daß ein Plasma erhalten wird, das für niedrige Drücke aufgrund der doppelten Effekte dieser Komponenten und einer Diffusion der Gasteilchen in radialer Richtung gleichförmig ist. Andererseits wird bei hohem Druck, wie bei den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5, ein ringförmiges (toroidalförmiges) Plasma erhalten. Der Druck wird jeweils in Übereinstimmung mit den vorliegenden Erfordernissen gewählt.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas für den Fall, daß die in der Fig. 1B gezeigte Vorrichtung für einen Plasmareaktor zum Ätzen, Abscheiden, Herstellen neuer Materialien und dergleichen verwendet wird. Das Bezugszei­ chen 10 bezeichnet dabei ein Hochspannungsnetzteil (Gleich­ strom oder Impuls); 20 einen Mikrowellengenerator (Magnetron oder Gyrotron, 1 bis 100 GHz, 10 bis 5000 W); 30 ein Trenn­ glied (oder Einwegleiter); 40 den Mikrowellenkreis (mit einem Stabtuner, einem Richtungskoppler, einem Leistungsmeß­ gerät, einem E-H-Tuner usw.); 51 den Innenleiter; 52 den zylindrischen Außen­ leiter; 60 den Kurzschlußkolben; 70 die metallische End­ platte; 80 die Entladungsröhre; 90 den Magnetfeldgenerator (es ist nicht immer erforderlich, den Generator 90 vorzu­ sehen); 100 eine Evakuiervorrichtung wie zum Beispiel eine Vakuumpumpe; 110 eine Zuführvorrichtung (einen Injektor) für das Plasmagas (wie Ar, He, O₂ usw.) und 120 eine Zuführvor­ richtung (einen Injektor) für ein Reaktionsgas (wie CH₄, NH₃, CF₄, SiF₄, O₂ usw.); 130 eine Reaktionskammer; 140 einen Probenhalter (beispielsweise für eine Halbleiterschei­ be); 150 einen Temperaturregler (mit einem Kühler oder einer Heizvorrichtung oder dergleichen); 160 eine Zuführvorrich­ tung (einen Injektor) für Reaktionsteilchen (zum Beispiel werden beim Ausbilden eines dünnen, bei hohen Temperaturen supraleitenden Filmes BaCO₃ + Y₂O₃ + CuO durch einen Elek­ tronenstrahl verdampft, und die sich ergebenden kleinen Teilchen werden zugeführt); 170 einen Massenanalysator; 180 ein Spektrometer und 190 einen Rechner zum automatischen Steuern und das Optimieren der Vorgänge in der Vorrichtung. Beispielsweise bestimmt der Rechner 190 die erforderlichen Daten. Bei dieser Ausführungsform kann der Zwischenraum d durch Verschieben der beweglichen Endplatte 70 mittels einer Schraube, eines Zwischenstückes oder dergleichen verändert werden. Der Durchmesser des Innenleiters 51 ist im Bereich des knopfartigen koaxialen Transformers sehr groß.

Mit diesem Aufbau kann, wenn beispielsweise ein bei hohen Temperaturen supraleitender dünner Oxidfilm auszubilden ist, Sauerstoff (O₂) als Plasmagas bei einem niedrigen Druck (1,3 × 10^-2 Pa gleich etwa 10^-4 Torr oder weniger) ionisiert wer­ den. Das Radikal oder die Sauerstoffionen geringer Energie, die dabei erzeugt werden, und die Metallatome von z. B. Ba, Y oder Cu, die als Reaktionsteilchen 160 zugeführt werden, reagieren physikalisch und chemisch. Auf dem Substrat auf dem Probenhalter 140 kann damit bei niedriger Temperatur und in kurzer Zeit ein Film guter Qualität abgeschieden werden, wobei eine Optimierung mittels des Rechners 190 erfolgt.

Die Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas. Die dritte Ausführungsform stellt eine Vorrichtung zum Extrahieren von Ionen oder neu­ tralen Teilchen aus dem Plasma und zur Oberflächenbearbei­ tung und Behandlung eines Materiales dar. In der Zeichnung bezeichnet 50 wieder den zum zylindrischen koaxialen Wellenleiter-Transformer gehörendem rechteckigen Wellenleiterabschnitt; 51 den Innenleiter; 52 den zylindrischen Außenleiter; 60 den Kurzschlußkolben; 70 die metallische Endplatte (die verändert werden kann); 71 die metallische Drossel bzw. den Ansatz; 80 die Entladungsröhre; 90 den Magnetfeldgenerator (der nicht immer vorgesehen werden muß); 100 die Vakuumpum­ pe; 110 die Zuführvorrichtung für ein Probengas, ein Träger­ gas oder dergleichen; 120 die Zuführvorrichtung für ein Probengas, ein Reaktionsgas oder dergleichen; 130 die Reak­ tionskammer; 140 den Probenhalter; 150 den Temperaturregler; 180 das Spektrometer und 200 eine Vorrichtung (Extraktor) zum Herausführen eines Strahles (eines Ionenstrahles etc.). Die Vorrichtung 200 kann auch zum Herausführen eines Elek­ tronenstrahles oder eines neutralen Strahles (aus Atomen oder Radikalen) vorgesehen sein.

Mit diesem Aufbau kann ein gleichmäßiges Plasma aus einem Probengas oder einem Trägergas mit hoher Dichte über einen großen Durchmesser erzeugt werden. Es läßt sich somit ein gleichmäßiger Ionenstrahl mit großem Durchmesser und hoher Dichte durch die Vorrichtung 200 aus dem Plasma herausfüh­ ren. Es kann damit eine Oberflächenbehandlung oder Verän­ derung der Oberfläche des Substrates auf dem Probenhalter 140 in kurzer Zeit und bei niedriger Temperatur ausgeführt werden. Es kann auch durch den Ionenstrahl ein Target zer­ stäubt werden und das Targetmaterial auf dem Substrat ab­ geschieden werden. Auch kann eine Oberflächenbehandlung oder dergleichen unter Verwendung von neutralen Teilchen erfol­ gen.

Die Fig. 4 zeigt den fundamentalen Aufbau einer vierten Ausführungsform, die etwa in der Biologie zur Analyse von Spurenelementen oder dergleichen verwendet werden kann. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 300 eine Vorrich­ tung zur Erzeugung von Mikrowellen mit einem Mikrowellenge­ nerator wie einem Magnetron, einem Hochspannungsnetzteil, einem Mikrowellen-Leistungsmeßgerät, einem E-H-Tuner (oder Stabtuner) usw. Das Bezugszeichen 400 bezeichnet eine Vor­ richtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Mikrowellen, das im wesentlichen auf dem in der Fig. 1B gezeigten Aufbau be­ ruht und den zylindrischen koaxialen Wellenleiter, den Innenleiter, die Endplatte, die Entladeröhre usw. enthält, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 500 be­ zeichnet eine Vorrichtung zum Zuführen von Gasen wie einem Probengas und einem Trägergas, mit einem Zerstäuber und der­ gleichen. Das Bezugszeichen 600 bezeichnet eine Vorrichtung zum Messen und Analysieren mit einem Spektrometer, einem Massenanalysator usw. Das Bezugszeichen 700 bezeichnet eine Steuerung mit einem Rechner usw. Die Steuerung 700 führt eine Bestimmung der Daten und eine optimale Steuerung der gesamten Vorrichtung aus. Bei dieser Ausführungsform kann bei einem Betriebsdruck, der im wesentlichen dem Atmosphä­ rendruck entspricht, eine große Leistung stabil zugeführt werden, wobei es ausreicht, wenn die Durchmesser der Ent­ ladungsröhre usw. kleiner sind wie bei der zweiten und dritten Ausführungsform.

Die Fig. 5 zeigt die Vorrichtung 400 zur Erzeugung eines Plasmas der Ausführungsform der Fig. 4 im Detail. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 50 wieder den zum koaxia­ len Wellenleiter-Transformer gehörenden rechteckigen Wellenleiterabschnitt, der aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen besteht und als flacher Wellenleiter ausgebildet ist (die Innenabmessungen sind 8,6 mm × 109,2 mm × 84 mm). Das Bezugszeichen 51 bezeichnet den Innenleiter, der aus Kupfer oder dergleichen besteht (der koaxiale Transformerab­ schnitt hat beispielsweise die Form eines Kegelstumpfes mit einem Basisdurchmesser von 40 mm, einem kleineren Durchmes­ ser von 15 mm und einer Höhe von 30 mm). Ein zylindrischer Hohlraum 53 (mit einem Durchmesser von z. B. 4 bis 12 mm), in den die Entladungsröhre 80 hineinragt, ist axial im oberen Teil des Innenleiters 51 ausgebildet. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet wieder den zylindrischen Außenleiter, der aus Kupfer oder dergleichen besteht. Die scheibenförmige End­ platte 70 aus Kupfer oder dergleichen ist am Außenleiter 52 angebracht. Die Öffnung 72 mit einem Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des zylindri­ schen Hohlraumes 53 im Innenleiter 51 ist, ist in der End­ platte 70 vorgesehen. Die Dicke der Endplatte 70 nimmt gegenüber dem äußeren Teil entlang des Umfanges der Öffnung 72 konzentrisch ab (die Dicke ist größer gleich 0,1 mm), das heißt der Rand der Öffnung 72 ist abgeschrägt. Der Zwischen­ raum d zwischen dem Ende des Innenleiters 51 und der End­ platte 70 kann verstellt werden (beispielsweise auf Werte zwischen 0,5 bis 20 mm durch Verschieben der Endplatte).

Das Bezugszeichen 80 bezeichnet wieder die Entladungsröhre (Innendurchmesser z. B. 4 bis 10 mm) aus Quarzglas oder der­ gleichen. Ein Ende der Entladungsröhre 80 ist offen und das andere Ende weist eine abzweigende Röhre 81 auf, so daß ein Plasmagas 501 (He, N₂, Ar usw.) in radialer Richtung zuge­ führt werden kann. Andererseits ist koaxial zum äußeren End­ abschnitt der Entladungsröhre 80 eine innere Röhre 82 aus Quarzglas oder dergleichen vorgesehen. Ein Trägergas (von der gleichen Art wie das Plasmagas 501) wird mittels der Vorrichtung 500 zusammen mit einer Probe über einen (nicht gezeigten) Zerstäuber oder dergleichen über ein Ende der inneren Röhre 82 zugeführt. Das Bezugszeichen 510 bezeichnet einen Kühler zum Kühlen der Entladungsröhre 80 und des Innenleiters 51 usw. Der Kühler 510 wird über eine Kühlmit­ telzuführung 511 mit einem Kühlmittel 502 (zum Beispiel Luft) versorgt. Bei diesem Aufbau wird nicht nur die Ent­ ladungsröhre 80, sondern auch der Innenleiter 51 und die Endplatte 70 wirksam gekühlt. Das Bezugszeichen 800 bezeich­ net ein diffuses Plasma und das Bezugszeichen 701 ein ring­ förmiges heißes Plasma. Form und Größe der Entladungsröhre 80, des Innenleiters 51 usw. sind nicht begrenzt.

Bei dem beschriebenen Aufbau wird die dem koaxialen Wellen­ leiter-Transformer zugeführte Mikrowellenleistung (zum Beispiel 2,45 GHz, etwa 2 kW) auf den Zwischenraum d zwi­ schen dem Innenleiter 51 und der Endplatte 70 konzentriert, und es wird eine Feldverteilung erhalten, wie sie in der Fig. 1A gezeigt ist.

Das durch die abzweigende Röhre 81 zugeführte Plasmagas 501 wird beim Betrieb der Vorrichtung ionisiert, und es wird in der Entladungsröhre 80 das ringförmige heiße Plasma 701 er­ zeugt. Wenn zum Beispiel eine Probe analysiert werden soll, wird diese mittels der Vorrichtung 500 über die innere Röhre 82 in den mittleren Teil des Plasmas 701 eingeführt, so daß die Probe nicht in der Umgebung zerstreut wird, sondern die Dissoziation → Anregung → Ionisation wirksam erfolgt. Wenn das dabei entstehende Licht zu dem Spektrometer 180 geführt und die Ionen über ein zwischengeschaltetes Ionensammel­ system (nicht gezeigt) zu dem Massenanalysator 600 oder 170 geführt werden, kann die Probe mit sehr hoher Empfindlich­ keit quantitativ analysiert werden, im Vergleich zu dem Fall, bei dem ein Plasma verwendet wird, an das eine Hoch­ frequenz (z. B. 27 MHz) induktiv angekoppelt wird. Somit kann bei der vorliegenden Ausführungsform sogar eine Probe eines Lösungsmittels direkt analysiert werden, und es können des weiteren organische und ähnliche Proben analysiert werden. Die Art der Probe ist somit nicht besonders eingeschränkt. Als Plasmagas kann He, N₂, Ar usw. verwendet werden, so daß dieses ebenfalls nicht besonders eingeschränkt ist.

Die beschriebene Vorrichtung zu Erzeugung eines Plasmas durch Mikrowellen kann bei allen Geräten, die ein Plasma verwenden, Anwendung finden. Das Plasma kann auch impuls­ artig erzeugt werden.

Da das Plasma und die Oberflächenwellen in dem Zwischenraum d angekoppelt werden, der in dem zylindrischen koaxialen Wellenleiter vorgesehen ist, kann eine große Mikrowellen­ leistung ohne Verwendung eines Koaxialkabels stabil zuge­ führt werden. Die Mikrowellenleistung wird dabei von dem Plasma wirkungsvoll absorbiert. Es kann daher ein Plasma mit hoher Temperatur, einer hohen Dichte und einem großen Durch­ messer in einem weiten Druckbereich von niedrigen Drücken (etwa 1,3 × 10^-4 Pa) bis zu hohen Drücken (Atmosphärendruck) und verschiedenen Arten von Gasen erzeugt werden.

Durch Überlagern eines äußeren Magnetfeldes kann ein Plasma aus verschiedenen Gasen mit einer Dichte erzeugt werden, die gleich der Grenzdichte oder größer ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma durch Mikrowellen kann bei der Herstellung neuer Materialen, bei der Oberflächenbearbeitung, bei der Veränderung von Oberflächen sowie beim Ätzen und Abscheiden usw. angewendet werden. Das Plasma kann als Ionenquelle oder zum Anregen von Licht bei der Analyse von Elementen usw. Verwendung finden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas durch Mikro­ wellen, umfassend
einen koaxialen Wellenleiter-Abschnitt mit einem zylindrischen Außenleiter (52) und einem zylindrischen Innenleiter (51),
einen Rechteck-Hohlleiter (40, 50) zur Zuführung der Mikrowellenenergie an den koaxialen Wellenleiter-Abschnitt,
eine am Außenleiter (52) angeordnete metallische Endplatte (70), die von einem Ende des Innenleiters (51) durch einen axialen Spalt (d) getrennt ist, in dem von der zugeführten Mikrowellenenergie ein elektrisches Mikrowellenfeld einer Oberflächenwelle erzeugt wird, und
eine Entladungsröhre (80) im Innern des Innenleiters (51), die sich durch eine Öffnung (72) der Endplatte hindurch erstreckt und in der das Plasma durch das in dem Zwischenraum (d) gebildete elektrische Mikrowellenfeld erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechteck-Hohlleiter (40, 50) zur Einkoppelung der Mikrowellenenergie unter Modenumwandlung in den koaxialen Wellenleiter-Abschnitt (51, 52) mit dessen einem Ende verbunden ist, während die metallische Endplatte (70) an dem anderen Ende des koaxialen Wellenleiter-Abschnitts vorgesehen ist, so daß die Mikrowellenenergie an diesem anderen Ende durch den axialen Spalt (d) auf das Plasma übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des axialen Spalts (d) ver­ änderbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch einen Magnetfeldgenerator (90), der um den Bereich des axialen Spalts (d) angeordnet ist, so daß dem elektrischen Mikrowellenfeld ein äußeres Magnetfeld über­ lagert werden kann.