專利名稱：制造經(jīng)處理表面的方法和真空等離子體源的制作方法
制造經(jīng)處理表面的方法和真空等離子體源定義 在談及DC等離子體放電時(shí)，我們理解是由電信號(hào)供電的等離子體放電，其頻譜 包含DC分量。所述DC分量對(duì)于所述信號(hào)是重要的，因?yàn)樗幌Р⑶胰绻紤]的所述信 號(hào)是電壓，則其值為至少10V，和如果考慮的信號(hào)是電流，則其值為至少10A。所述定義不同 于頻域中的信號(hào)因素。如果在時(shí)域中所述信號(hào)是例如脈動(dòng)，那么這種脈動(dòng)由所述DC分量相 對(duì)于零值而抵消。 在談及DC比阻抗(specific DC impedance)時(shí)，我們理解是就只有DC頻率分量 的電信號(hào)而言材料的阻抗或其電阻率P (例如以Qm表示)。 在談及DC阻抗時(shí)，我們理解是電阻R(例如以Q表示)。 在談及相對(duì)于陰極的陽極時(shí)，我們理解是在包含DC頻率分量的電位工作的電 極，所述電位高于第二電極(所述陰極)的這種電位，因此在由所述陽極至所述陰極的方向 產(chǎn)生DC電場并因此產(chǎn)生DC電壓。 在談及等離子體阻抗(plasma impedance)時(shí)，我們理解是在等離子體放電操作 期間在陽極體與陰極體之間存在的阻抗。 在談及低DC電壓等離子體放電時(shí)，我們理解是等離子體放電，其由包含最多 200V的DC頻率分量的放電電壓保持并且通過其建立至少50A的高DC放電電流。本發(fā)明始自只要借助于陰極與陽極之間的DC等離子體放電(由此在加工期間，在 加工空間中產(chǎn)生固體)涂敷基底就出現(xiàn)的問題。如果這種固體的DC比阻抗高于陽極表面的金屬的DC比阻抗，那么這種固體在陽 極表面上的沉積對(duì)經(jīng)過這種表面的電流導(dǎo)致DC阻抗增大。該DC阻抗顯著地促成DC等離子體放電阻抗。由于這種沉積，其隨時(shí)間的變化導(dǎo) 致等離子體放電特性相應(yīng)隨時(shí)間變化。等離子體放電特性隨時(shí)間的變化降低所述表面處理的重復(fù)性。另外，如果這種隨 時(shí)間的變化沿陽極表面以不均勻的方式出現(xiàn)，則沿著借助于等離子體放電而將被處理的表 面的范圍這可能會(huì)對(duì)所考慮的表面處理的均勻性具有負(fù)面的影響。由于所述沉積，DC阻抗增大的影響變得越突出，就越小于等離子體放電DC阻抗。 小等離子體放電DC阻抗特別在低DC電壓等離子體放電中會(huì)遇到，如例如在陰極電弧放電 或借助于電子發(fā)射體陰極(例如借助于熱絲陰極)產(chǎn)生的等離子體放電中。盡管事實(shí)上關(guān)于固體沉積的所述問題主要是在操作相應(yīng)的物理氣相沉積PVD或 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD方法時(shí)遇到，但當(dāng)進(jìn)行DC等離子體增強(qiáng)的表面反應(yīng)性蝕 刻時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)所述問題。例如根據(jù)W0 2006 099758以100A的放電電流進(jìn)行陰極電弧放電操作時(shí)，根據(jù)真 空容器內(nèi)的氣體或氣體混合物的壓力，這種氣體或氣體混合物的類型以及蒸發(fā)的陰極的材 料，產(chǎn)生20V至40V的放電電壓。因此在操作期間加熱陽極可以容易地導(dǎo)致放電電壓加倍。 在實(shí)踐中，按如下的方式抵消由這種陽極加熱產(chǎn)生的等離子體放電特性的不穩(wěn)定性在陽 極電位操作真空容器的壁，從而形成導(dǎo)致減小的電流密度并由此導(dǎo)致減少的加熱的大陽極
5表面，或者用高導(dǎo)熱性金屬例如銅構(gòu)造陽極并且通過液體冷卻介質(zhì)(例如通過水)對(duì)陽極 進(jìn)行有效的冷卻。US 5 518 597涉及借助于陰極電弧蒸發(fā)用氧化物涂覆基底。通過把陽極提供為被 加熱到超過800°C的溫度的棒或絲的裝置應(yīng)對(duì)由相應(yīng)的固體_氧化物_在陽極表面上的沉 積產(chǎn)生的問題。根據(jù)US 5 103 766，以兩個(gè)電極操作陰極電弧放電，兩個(gè)電極的每個(gè)電極交替地 操作作為陰極和作為陽極。根據(jù)US 5 518 597的方法需要對(duì)陽極表面進(jìn)行充分的加熱。這在不同的方面是 不利的所述對(duì)陽極表面的加熱與向所述加工應(yīng)用附加的熱能一致，當(dāng)待處理的表面是溫 度敏感性的時(shí)這是有問題的。此外，由于作用于陽極表面的高溫，陽極表面以相當(dāng)高的速度 (例如通過氧化)被消耗。因此，在這種條件下操作的陽極要頻繁更換。更進(jìn)一步地，陽極 表面可能很難被均勻地加熱，必須等候相對(duì)長的時(shí)間段直到沿這一表面達(dá)成至少足夠的溫 度分布均勻性。這種相對(duì)長的時(shí)間段(其間沒有達(dá)成熱平衡)對(duì)加工的總效率有負(fù)面的影 響。沿陽極表面不均勻的溫度分布對(duì)沿待處理的表面的處理的均勻性具有進(jìn)一步的負(fù)面影 響。根據(jù)US 5 103 766的方法的缺點(diǎn)是，暫時(shí)作為陽極表面操作的電極表面的污染 速度以及因此所述電極可以作為陽極連續(xù)操作的最大時(shí)間段高度依賴于加工空間中存在 的反應(yīng)性氣體的分壓，如依賴于氧氣分壓，以及依賴于陰極表面的磁場，特別是依賴于電弧 電流。因此，陽極到陰極切換頻率依賴于高度重要的工藝參數(shù)，即依賴于反應(yīng)性氣體及其分 壓以及依賴于電弧電流。這使總的工藝控制變得很關(guān)鍵。進(jìn)一步地，所述兩個(gè)電極(兩個(gè) 電極均設(shè)想作為陰極操作并因此都是要被蒸發(fā)的材料)中在同一時(shí)刻只有一個(gè)作為陰極 操作。這導(dǎo)致的事實(shí)是，整個(gè)過程僅以安置的源蒸發(fā)能力的50%操作。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供經(jīng)處理的表面的制造方法和真空等離子體源，通過其用 于經(jīng)過放電電流的初始陽極表面DC阻抗基本上被保持，而且(如果重要的話)其隨時(shí)間的 變化在開始加工之后迅速消失。根據(jù)本發(fā)明這樣的目的在以下的一般方面得以解決a)通過制造經(jīng)處理的表面的方法，其包括提供在真空容器(vacuumrecipient)內(nèi) 的加工空間、在其中的陰極和具有金屬陽極表面的陽極，所述金屬建立第一 DC比阻抗 (specific DC impedance) 0在所述加工空間中建立處于所需壓力或相應(yīng)地處于所需分 壓的氣體或氣體混合物的氣氛。通過在陽極與陰極之間施加供電信號(hào)(electric supply signal)在加工空間中產(chǎn)生等離子體放電(plasma discharge)，所述供電信號(hào)包含DC譜 分量(spectral component)，如"定義"之下所描述的。借助于等離子體放電對(duì)待處理 的表面進(jìn)行處理。由此在加工空間中產(chǎn)生具有第二 DC比電阻抗(specific electric DC impedance)的固體，所述第二 DC比電阻抗高于所述第一 DC比阻抗。建立屏蔽所述固體的 所述陽極表面的至少一個(gè)區(qū)域。這是通過在該區(qū)域上產(chǎn)生明確的屏蔽等離子體(distinct shielding plasma)完成的，所述屏蔽等離子體的范圍基本上限于此區(qū)域。在操作當(dāng)中，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的所述屏蔽等離子體作為與其周圍不同的明亮發(fā)光 體積(bright glowing volume)通常是可見的。
非常意外的是，通過在陽極表面的選定的區(qū)域上產(chǎn)生所述等離子體，有效地屏蔽 了這些區(qū)域免受固體沉積的污染。因此，這些表面區(qū)域在加工期間保持為陽極金屬，由此在 整個(gè)表面處理期間確保了非常低且不隨時(shí)間而變化的放電電流DC阻抗。即使在操作期間， 鄰近和遠(yuǎn)離將要被屏蔽的選定區(qū)域的陽極表面區(qū)域由于具有高DC比阻抗的固體而變得電 隔離，但是通過所述屏蔽等離子體并且在所述陽極表面的所述選定區(qū)域建立起低DC電阻 旁路(bypass)，其將從加工的一開始就接收放電電流。因此用于表面處理的等離子體放電 的特性保持穩(wěn)定。bl)在操作本發(fā)明一般方面a)的方法的一種模式中，通過將所述至少一個(gè)要屏蔽的 區(qū)域定制(tailoring)為陽極表面中的凹槽(cavity)的表面區(qū)域來產(chǎn)生屏蔽等離子體，這 種凹槽具有暴露于所述加工空間的開口。通過相應(yīng)地把凹槽的尺寸設(shè)定為配合于所應(yīng)用 的主導(dǎo)加工參數(shù)(prevailingprocessing parameters)，只在所述凹槽中產(chǎn)生屏蔽等離子 體，所述主導(dǎo)加工參數(shù)例如為氣體或氣體混合物、壓力或各自的分壓、在加工空間中釋放的 (freed)固體物質(zhì)、等離子體放電特性。由此在這種bl)模式下設(shè)定了全部所需的加工參數(shù)，并且由于所述凹槽的相配合 的尺寸設(shè)定，自動(dòng)建立起屏蔽等離子體。如將要描述的那樣，可以用實(shí)驗(yàn)的方法找到相配合的或適當(dāng)?shù)陌疾鄢叽缭O(shè)定。此操作模式bl)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)無需施加額外的能量產(chǎn)生所述屏蔽等離子體。 進(jìn)一步地，同一個(gè)陽極由此可以用于具有不同加工參數(shù)的加工。這是通過在陽極表面中提 供超過一個(gè)的幾何上不同的定制凹槽實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)地那或那些凹槽將由屏蔽等離子體激 活，其幾何尺寸設(shè)定與暫時(shí)建立的加工參數(shù)組相配合。b2)在操作根據(jù)本發(fā)明并且在所述一般方面a)之下的制造方法的另一模式中，將要 被屏蔽的區(qū)域建立為陽極表面中的凹槽的表面區(qū)域，該凹槽具有暴露于加工空間的開口。 通過在所述凹槽中產(chǎn)生磁場來生成在所述凹槽中的屏蔽等離子體。此操作模式b2)具有的 優(yōu)點(diǎn)是，所述陽極和由此所述陽極的表面可以構(gòu)想用于所需表面處理的不同加工參數(shù)組， 即不同的氣體或氣體混合物、壓力或各自的分壓、加工空間中釋放的固體、將用來進(jìn)行不同 表面處理的等離子體放電的特性。在至少一個(gè)凹槽中通過其中生成的磁場引發(fā)了屏蔽等離 子體，這進(jìn)一步提供了通過適當(dāng)?shù)馗淖兿鄳?yīng)凹槽中的磁場以可控的方式切換屏蔽等離子體 開和關(guān)的可能。b3)在操作根據(jù)本發(fā)明一般方面a)的方法的一種另外的模式中，將要屏蔽的區(qū)域建 立為陽極表面中的凹槽的表面區(qū)域，該凹槽具有暴露于加工空間的開口。通過經(jīng)由所述凹 槽把至少一部分提供用于表面處理的氣體或氣體混合物引進(jìn)加工空間中而在凹槽中建立 屏蔽等離子體。此操作模式b3)具有的優(yōu)點(diǎn)是，為表面處理加工而必要提供的措施(即進(jìn) 入加工空間中的氣流)被同時(shí)用于在凹槽中建立屏蔽等離子體。與模式b2)同樣的是，可 以基本上獨(dú)立于具體的操作參數(shù)組而設(shè)定陽極表面中的凹槽的幾何尺寸。此模式的一個(gè) 附加優(yōu)點(diǎn)是，如果經(jīng)由凹槽注入加工空間的氣體或氣體混合物包含要在陽極與陰極之間建 立的等離子體放電中活化的反應(yīng)性氣體，那么這種反應(yīng)性氣體已經(jīng)在屏蔽等離子體中被活
7化。必須說明的是，通過使反應(yīng)性氣體流過屏蔽等離子體而利用這種氣體的附加活化，可以 在根據(jù)a)的方法的所有操作模式中進(jìn)行。在凹槽中所述氣流是否建立屏蔽等離子體可以通過調(diào)節(jié)經(jīng)由凹槽進(jìn)入加工空間 的氣流和/或氣體混合物來控制。b4)操作根據(jù)本發(fā)明一般方面a)的制造方法的一種進(jìn)一步的模式是通過把要屏蔽的 至少一個(gè)區(qū)域建立為在陽極表面中并暴露于加工空間的氣體進(jìn)口的表面區(qū)域。在所述至少 一個(gè)氣體進(jìn)口的區(qū)域中的屏蔽等離子體通過經(jīng)由所述進(jìn)口注入至少一部分用來進(jìn)行表面 處理的氣體或氣體混合物而建立。鄰近和圍繞陽極表面上的所述進(jìn)口產(chǎn)生明確的屏蔽等離 子體。與模式b3)類似，此操作模式具有利用表面處理所需的氣體輸入來另外建立屏蔽等 離子體的優(yōu)點(diǎn)，而且如果所述氣體輸入包含反應(yīng)性氣體，則這種反應(yīng)性氣體已經(jīng)在屏蔽等 離子體中被活化。進(jìn)一步的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不需要在陽極表面中加工出特定的凹槽，而僅需在 陽極中的用于供給所述氣體的管道裝置。同樣，在此模式當(dāng)中，在具體的進(jìn)口周圍是否產(chǎn)生 屏蔽等離子體可以通過在所考慮的進(jìn)口處改變氣流和/或氣體混合物引入來控制。如上文所述，對(duì)于a)至b4)所有的實(shí)施方案都適用，在產(chǎn)生屏蔽等離子體的區(qū)域 建立了放電電流低DC阻抗。其它陽極表面區(qū)域，遠(yuǎn)離所述屏蔽的區(qū)域，變得被固體覆蓋。這 種遠(yuǎn)處的區(qū)域相對(duì)于放電電流迅速地變?yōu)槎栊缘摹Ｒ虼薱l)在操作a)至b4)模式任一的制造方法的一種模式中，陽極表面被建立為基本上由 在加工期間保持活性的區(qū)域構(gòu)成，并因此由在加工期間在那里建立或可以建立屏蔽等離子 體的區(qū)域構(gòu)成。關(guān)于在此上下文中的術(shù)語"基本上"，我們要說的是，雖然事實(shí)上陽極表面 由所述要進(jìn)行屏蔽的至少一個(gè)區(qū)域構(gòu)成，但其不應(yīng)該排除存在一些較小的陽極表面區(qū)域， 在這些區(qū)域上沒有屏蔽等離子體或者屏蔽等離子體具有可忽略的低強(qiáng)度。因此，至少90% 的陽極表面由要被屏蔽的所述至少一個(gè)區(qū)域構(gòu)成。c2)在操作根據(jù)所有已經(jīng)提及的模式a)至b4)的制造方法的一種另外的模式中，陽 極表面具有鄰近要被屏蔽的所述至少一個(gè)區(qū)域存在的擴(kuò)展表面區(qū)域(extended surface area) 0通過這種模式針對(duì)不同表面處理實(shí)現(xiàn)了靈活性，也包括其中不產(chǎn)生所述固體的處 理。通過所述擴(kuò)展區(qū)域，對(duì)于剛討論的處理建立起導(dǎo)致相應(yīng)地低放電電流密度的大陽極表 面。因此可以實(shí)施加工序列，包括不形成所述固體的第一加工和產(chǎn)生這種固體的第二加工。d)在操作根據(jù)本發(fā)明和根據(jù)a)至c2)任一實(shí)施方案的制造方法的一種進(jìn)一步的模 式中，提供超過一個(gè)的所述要被屏蔽的區(qū)域，并且選擇性地對(duì)一部分所述區(qū)域建立所述明 確的屏蔽等離子體。根據(jù)模式bl)，這可以通過提供至少兩個(gè)具有不同幾何尺寸的凹槽實(shí)現(xiàn)，從而根據(jù) 如上文所述的具體的加工參數(shù)組，將在所述凹槽的一個(gè)處或在所述凹槽的另一個(gè)處建立起 明確的屏蔽等離子體。在根據(jù)b2)的模式中，可以對(duì)所述相應(yīng)的超過一個(gè)的凹槽施加不同 的磁場，從而在所述凹槽的一個(gè)處或在另一個(gè)處建立明確的屏蔽等離子體。如上文所述，在 此實(shí)施方案中，通過對(duì)所述凹槽分別提供可控地可變的磁場可以以受控的方式完成建立屏蔽等離子體。
在根據(jù)b3)的操作模式中，可以通過建立特定的氣流和/或特定的氣體混合物流 來實(shí)施選擇應(yīng)該在那個(gè)凹槽建立屏蔽等離子體。通過以可控的方式改變穿過所提供的多于 一個(gè)的凹槽的氣流及氣體混合物流中的至少之一，可以以受控的方式進(jìn)行所述選擇。在根據(jù)b4)的操作模式中，可以通過在所述超過一個(gè)的進(jìn)口處建立不同的氣流和 /或通過經(jīng)由所述超過一個(gè)的進(jìn)口引進(jìn)不同的氣體混合物來實(shí)現(xiàn)所述選擇。通過以可控的 方式改變所述氣流和/或氣體混合物，可以以受控的方式實(shí)現(xiàn)所述選擇。dl)在操作d)所述模式的一種另外的模式中，根據(jù)所述主導(dǎo)加工參數(shù)(例如根據(jù)氣體 或氣體混合物、壓力或分壓、釋放到加工空間中的固體、放電特性)自動(dòng)地進(jìn)行要被屏蔽的 特定區(qū)域的選擇。因此對(duì)于bl)模式，提供不同尺寸的凹槽導(dǎo)致這樣的事實(shí)自動(dòng)地，幾何 結(jié)構(gòu)符合暫時(shí)(momentarily)建立的加工參數(shù)的那個(gè)或那些凹槽將會(huì)由屏蔽等離子體激活。在根據(jù)b2)的模式中，如果在多于一個(gè)的凹槽(其在這種情況下可以等同地定制) 建立不同的磁場，那么主導(dǎo)加工參數(shù)組將自動(dòng)地由屏蔽等離子體激活主導(dǎo)磁場與其相配合 的那些凹槽。類似地，對(duì)于b3)的操作模式，在例如等同的凹槽提供不同的氣體或氣體混合物 的不同的流量和/或流將自動(dòng)地導(dǎo)致在所述流和/或氣體或氣體混合物與主導(dǎo)加工參數(shù)相 配合的那些凹槽處建立屏蔽等離子體。對(duì)于模式b4)，當(dāng)多于一個(gè)的進(jìn)氣口以不同的氣流和/或不同的氣體組成進(jìn)行操 作時(shí)，圍繞氣流和/或氣體組成與暫時(shí)主導(dǎo)的加工參數(shù)相配合的那個(gè)或那些進(jìn)口將建立起 屏蔽等離子體。e)盡管建立屏蔽等離子體并不一定涉及來自陽極表面的氣流，但仍然建立經(jīng)由凹槽 進(jìn)入加工空間的氣體或氣體混合物流，從而利用屏蔽等離子體來活化這種氣體或氣體混合 物。f)在一種另外的操作模式中，當(dāng)涉及至少一個(gè)凹槽和經(jīng)過那里的氣流時(shí)，氣體或氣 體混合物從所述凹槽經(jīng)由壓力級(jí)(pressure stage)(例如噴嘴)流進(jìn)加工空間。g)如上文所述，低DC電壓等離子體放電確實(shí)明確地顯示出低放電DC阻抗。因此，這 些等離子體放電對(duì)于所述固體在陽極表面上的沉積是特別關(guān)鍵的。因此在操作根據(jù)本發(fā)明 的以上所述的所有模式的制造方法的一種另外的模式g)中，在至多200V的供電電壓、甚至 在至多100V的供電電壓維持陽極與陰極之間的等離子體放電。h)在一種另外的操作模式中，所述表面的處理包括涂覆。hi) 在一種模式中，這種涂覆用包含金屬的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物中的至少 一種的材料進(jìn)行。
hll)在一種模式中，所述金屬包括鋁或由鋁構(gòu)成。i)在一種另外的操作模式中，作為陰極電弧放電(cathodic arcdischarge)和熱絲陰極放電(hot filament cathode discharge)中的一種建立所述等離子體放電。j)在操作根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一種另外的模式中，由冷卻介質(zhì)對(duì)陽極進(jìn)行冷卻。雖然在不同的方面及操作模式下已經(jīng)討論了根據(jù)本發(fā)明的制造方法，但必須 指出的是，導(dǎo)致所述屏蔽等離子體出現(xiàn)的確切物理機(jī)制目前還不是完全清楚。因此我 們不對(duì)可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的物理機(jī)制給出解釋。關(guān)于這一主題，請(qǐng)關(guān)注例如LDor降 的文章"Experimental studies ofanode sheath phenomena in a Hall thruster discharge" , Journal of AppliedPhysics 97，103309(2005)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到根據(jù)本發(fā)明并應(yīng)用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的制造方法的真空等離子體源 (vacuum plasma sources)，必須明白，僅從硬件的角度考慮，例如將要考慮DE 43 06 611。 其教導(dǎo)了陰極/陽極裝置，其中陽極通過由板制成的盒狀腔形成，其在陽極電位操作。提 供所述陽極腔以提高用來處理表面的等離子體放電的等離子體強(qiáng)度，即在加工氣氛中使用 稀有氣體通過蝕刻進(jìn)行，或者通過應(yīng)用氬_氫氣體混合物通過要處理的表面的化學(xué)還原進(jìn) 行，或者通過在含氧氣氛中操作等離子體放電從而最終鈍化已經(jīng)被處理的表面進(jìn)行。穿過所述凹槽提供了磁場以從所述凹槽陽極產(chǎn)生強(qiáng)烈的等離子體放電。A)在第一方面，根據(jù)本發(fā)明的真空等離子體源具有包括陰極和陽極的等離子體放電 源。所述陽極包括陽極表面和在所述陽極表面中的至少兩個(gè)凹槽。所述凹槽的最小截面尺 寸(cross-sectional dimension)范圍是3至100mm，深度為此截面尺寸的約一半。通過在陽極表面中提供多于一個(gè)凹槽，與當(dāng)由單一一個(gè)凹槽定制同樣的凹槽體積 時(shí)相比，每凹槽體積單位建立了更大的表面。因此，就建立如上所述的屏蔽等離子體而言， 屏蔽了增加的陽極表面區(qū)域。此外，如關(guān)于所述制造方法討論的那樣，在陽極表面中提供至 少兩個(gè)凹槽容許根據(jù)操作等離子體源的主導(dǎo)加工參數(shù)組而選擇性地建立屏蔽等離子體。Al)在所述的A中的真空等離子體源的第一實(shí)施方案中，陽極表面包括鄰近所述至少 兩個(gè)凹槽的擴(kuò)展表面區(qū)域。如針對(duì)本發(fā)明制造方法方面所解釋的那樣，這容許將同樣的等 離子體源靈活地應(yīng)用于加工，其中在加工空間中形成固體(該固體的DC比阻抗比陽極材料 的要高)或其中沒有形成這樣的固體。A2)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，所述陽極的陽極表面基本上由所述至少兩個(gè)凹槽的表 面構(gòu)成。因此，建立了具有最大陽極表面區(qū)域(其保持不受在相應(yīng)的加工期間所形成的固 體的影響)的最小體積的陽極。該實(shí)施方案可以與A)方面下的任何實(shí)施方案結(jié)合。A3)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極表面包括止于(abuts in)所述至少兩個(gè)凹槽的至少一個(gè)中的進(jìn)氣口。當(dāng)在所考慮的凹槽的一個(gè)中建立相應(yīng)的屏蔽等離子體時(shí)，這使得經(jīng)由 所述進(jìn)氣口引入的氣體將在屏蔽等離子體中被活化。該實(shí)施方案可以與A)方面下的任何 實(shí)施方案結(jié)合。
A4) 在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，所述具有止于其中的進(jìn)氣口的至少一個(gè)凹槽在所述進(jìn) 氣口與陽極表面的周圍氣氛之間包括壓力級(jí)(例如噴嘴)。因此，根據(jù) 加工參數(shù)、壓力級(jí)的尺寸、穿流的氣體或氣體混合物流、這種混合物的 組成，圍繞壓力級(jí)的一個(gè)或多個(gè)開口和/或在這種壓力級(jí)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管中和/或在凹 槽中產(chǎn)生了屏蔽等離子體。A5)在可以與A)方面下的任一實(shí)施方案結(jié)合的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，鄰近所述至 少兩個(gè)凹槽的至少一個(gè)提供在所述凹槽中產(chǎn)生磁場的磁體裝置(magnet arrangement)。通 過由這種裝置產(chǎn)生的磁場，可以在很大程度上獨(dú)立于主導(dǎo)加工參數(shù)在凹槽中建立屏蔽等離 子體，或者僅通過選定的凹槽尺寸在主導(dǎo)加工參數(shù)建立的屏蔽等離子體可以對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行 調(diào)節(jié)。A51)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，剛提及的磁體裝置是可控的，從而使所述磁場可控地 可變(controllably variable)。由此在陽極表面內(nèi)的所考慮的凹槽處，可以通過以可控的 方式改變所述磁場來開啟和關(guān)閉屏蔽等離子體或者只是改變強(qiáng)度。A6)在可以與A)下所有所述實(shí)施方案結(jié)合的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極表面中的 所述至少兩個(gè)凹槽具有不同的幾何尺寸。由此，屏蔽等離子體將會(huì)例如在其幾何尺寸與主 導(dǎo)加工參數(shù)相配合的那個(gè)或那些凹槽處建立。B)在根據(jù)本發(fā)明的真空等離子體源(其具有包括陰極和陽極的等離子體放電源)的 第二方面下，所述陽極包括陽極表面，該陽極表面包含至少一個(gè)凹槽和鄰近所述至少一個(gè) 凹槽的擴(kuò)展表面區(qū)域。所述凹槽具有A)方面中所述的尺寸。具有這種陽極的真空等離子 體源可靈活地用于其間在加工空間中形成固體(該固體的DC比阻抗高于陽極表面材料的 DC阻抗)的過程，或者用于其中沒有這種固體形成，但需要大陽極表面以減小陽極表面處 的放電電流密度的加工。Bi)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極表面中的所述至少一個(gè)凹槽包括止于其中 (abutting therein)的至少一個(gè)進(jìn)氣口。這種進(jìn)氣口的優(yōu)點(diǎn)已在針對(duì)本發(fā)明A3)方面的真 空等離子體源的上下文中討論過。該實(shí)施方案可以與B)方面中的任何實(shí)施方案結(jié)合。B2)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，具有所述至少一個(gè)進(jìn)氣口的所述凹槽進(jìn)一步在所述進(jìn) 氣口與陽極表面周圍環(huán)境(surrounding)之間包括壓力級(jí)。這種實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)已在本發(fā) 明的真空等離子體源的實(shí)施方案A4)的上下文中敘述過。B3)
在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，鄰近所述至少一個(gè)凹槽提供磁體裝置，所述磁體裝置 在所述至少一個(gè)凹槽中產(chǎn)生磁場。由這種磁場得到的優(yōu)點(diǎn)已在根據(jù)本發(fā)明的所述源的實(shí)施 方案A5)的上下文中討論過。該實(shí)施方案可以與歸類于B)方面的任一實(shí)施方案結(jié)合。B31)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，剛提及的所述磁體裝置是可控的，以使在所述凹槽中 的磁場可控地可變。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)已在根據(jù)本發(fā)明的所述源的A51)方面的上下文中 討論過。B4)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，所述源包括在陽極表面中的至少兩個(gè)所述凹槽。在陽極表面中超過一個(gè)凹槽的優(yōu)點(diǎn)已在根據(jù)本發(fā)明的真空等離子體源的A)方面中敘述過。該 實(shí)施方案可以與B)方面的任一實(shí)施方案結(jié)合。B5)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，在陽極表面中的所述至少兩個(gè)凹槽的幾何尺寸不同。 由此實(shí)施方案得到的優(yōu)點(diǎn)已在根據(jù)本發(fā)明的源的A6)方面中討論過。該實(shí)施方案可以與B) 方面的任一實(shí)施方案結(jié)合。C)在根據(jù)本發(fā)明的真空等離子體源(具有包括陰極和陽極的等離子體放電源)的一 個(gè)另外的方面，所述陽極包括具有至少一個(gè)凹槽的陽極表面和止于所述凹槽中的進(jìn)氣口。 所述至少一個(gè)凹槽具有A)中所述的尺寸。如上文中已經(jīng)另外敘述的那樣，提供陽極表面中 的至少一個(gè)凹槽以及止于其中的進(jìn)氣口容許建立屏蔽等離子體，即使所述凹槽的幾何尺寸 僅僅通過這種凹槽的尺寸設(shè)定并不與建立的主導(dǎo)加工參數(shù)相配合。Cl)在一個(gè)實(shí)施方案中，所述凹槽包括在所述進(jìn)氣口與陽極表面的周圍環(huán)境之間的壓 力級(jí)。由此，根據(jù)當(dāng)操作真空等離子體源時(shí)要建立的加工參數(shù)和這種壓力級(jí)的通口的幾何 尺寸以及凹槽的尺寸、氣流和/或氣體混合物，剛好環(huán)繞壓力級(jí)的開口和/或在這種壓力級(jí) 的通孔內(nèi)和/或在凹槽中建立屏蔽等離子體。在任意的這種情況下，注入的氣體或氣體混合物將被屏蔽等離子體活化。該實(shí)施方案可以與C)方面的所有實(shí)施方案結(jié)合應(yīng)用。C2)在所述源的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，其具有陽極表面，該陽極表面包括鄰近所述至少一個(gè)凹槽的擴(kuò)展表面區(qū)域。已經(jīng)例如在B)方面中討論了關(guān)于使用該相應(yīng)等離子體源 的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。該實(shí)施方案可以與C)方面的任何實(shí)施方案結(jié)合。C3)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，所述放電源的陽極具有基本上由所述至少一個(gè)凹槽構(gòu)成的陽極表面。該實(shí)施方案，其可以與C)方面中的任何實(shí)施方案結(jié)合，的優(yōu)點(diǎn)在例如A2) 中敘述。C4)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，鄰近所述至少一個(gè)凹槽提供磁體裝置，所述磁體裝置 在所述至少一個(gè)凹槽中產(chǎn)生磁場。該實(shí)施方案，其可以與C)方面中的任何實(shí)施方案結(jié)合，的優(yōu)點(diǎn)已在例如A5)中敘述。C41)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，使所述剛提及的磁體裝置可控地可變。由這種實(shí)施方 案得到的優(yōu)點(diǎn)已在A51)中敘述。C5)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極表面包括至少兩個(gè)所述的凹槽。此實(shí)施方案的優(yōu) 點(diǎn)已在A)中敘述過。此實(shí)施方案可以與C)中的任何實(shí)施方案結(jié)合。C51)在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，剛提及的至少兩個(gè)凹槽的尺寸不同。此實(shí)施方案的優(yōu) 點(diǎn)已在例如A6)中敘述過。在可以與A)至C)方面中的任何實(shí)施方案結(jié)合的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極和 陰極與產(chǎn)生具有DC頻率分量(如"定義"中所述)的輸出信號(hào)的供電源操作地連接。 在一個(gè)另外的實(shí)施方案中，所述DC分量是在至多200V電壓的至少50A的電流。在 可以與A)至C)方面中所述的所有實(shí)施方案結(jié)合的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，陽極具有連接 至冷卻介質(zhì)源的通道裝置。在可以與A)至C)方面中的任何前述實(shí)施方案結(jié)合的一個(gè)另外的實(shí)施方案中，放 電源為陰極電弧放電源或熱絲低壓放電源?，F(xiàn)在將借助于附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖顯示

圖1示意地和簡化地，真空處理裝置，其中借助于陰極電弧放電對(duì)表面進(jìn)行處理，圖2以與圖1類似的表現(xiàn)方式，真空處理裝置，其中借助于熱絲等離子體放電對(duì)表 面進(jìn)行處理，圖3示意地，陽極表面的一部分，其被固體材料覆蓋，所述固體材料是在已知的等 離子體輔助的加工期間例如用根據(jù)圖1或2的裝置形成的，圖4 一般地，根據(jù)本發(fā)明的概念，即通過屏蔽等離子體屏蔽至少部分陽極表面而 免于固體沉積，圖5示意地，陽極表面的一部分構(gòu)想為建立根據(jù)本發(fā)明的屏蔽等離子體，圖6示意地，穿過陽極的一部分的截面，所述陽極為根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)另外的實(shí) 施方案中的陽極并構(gòu)想作為測(cè)試陽極或作為可靈活應(yīng)用于不同加工中的陽極，圖7按圖6的概念用于陰極電弧放電操作的陽極的照片，圖8在工作中顯示屏蔽等離子體的出現(xiàn)的圖6的陽極的照片，圖9按圖6中所示概念的陽極的另一實(shí)施方案，圖 10a、b: 透視圖，根據(jù)本發(fā)明的陽極的兩個(gè)另外的實(shí)施方案，圖11示意地并且以截面圖形式，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)另外的實(shí)施方案中陽極的 一部分，圖12以根據(jù)圖11的表現(xiàn)方式，本發(fā)明陽極的一個(gè)另外的實(shí)施方案，圖13仍然是以與圖11類似的表現(xiàn)方式，本發(fā)明陽極的一個(gè)另外的實(shí)施方案，圖14以與圖13類似的表現(xiàn)方式，本發(fā)明陽極的一個(gè)另外的實(shí)施方案，
圖15以示意性透視圖方式，在一個(gè)另外的實(shí)施方案中根據(jù)本發(fā)明的陽極的一部 分，圖16a示意地，在一個(gè)另外的實(shí)施方案中穿過根據(jù)本發(fā)明的陽極的截面，和圖16b與圖16的陽極不同，一個(gè)另外的實(shí)施方案，其中所述陽極與圖6中所述的
實(shí)施方案結(jié)合。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的以下描述應(yīng)針對(duì)低DC電壓放電進(jìn)行并由此特別針對(duì)陰極電弧 放電和利用熱絲陰極的放電進(jìn)行。盡管如此，正如已經(jīng)論述過的那樣，本發(fā)明也可以用于其 它DC電壓等離子體放電，例如用于濺射。在圖1中，示意地顯示了一種處理裝置，其具有是電弧蒸發(fā)源的等離子體源，作為 低DC電壓等離子體源的典型例子。在真空容器1中提供支架3，用于固定要在容器1中進(jìn) 行表面處理的工件或基底。支架3可以在偏壓操作，所述偏壓通常為DC電壓，即包含DC頻 率分量的電壓。因此，由偏壓發(fā)生器5施加的偏壓可以例如是相對(duì)于零電壓值不對(duì)稱的脈 動(dòng)電壓。陰極電弧放電在靶7與陽極9之間建立。借助于供電發(fā)生器11把包含DC頻率分 量的供電信號(hào)施加至靶7和陽極9。陽極9在比靶7(電學(xué)上其是陰極7)高的DC電位操 作。供電發(fā)生器11僅產(chǎn)生DC信號(hào)或產(chǎn)生具有疊加的AC的DC信號(hào)，如例如通過相對(duì)于零 信號(hào)水平不對(duì)稱的脈動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。如圖1中示意地顯示借助于起弧指13引發(fā)電弧放電，所述起弧指13例如經(jīng)由電 阻R在陽極電位操作并且機(jī)械地移動(dòng)以接觸陰極7的表面以引出引發(fā)電弧。通過鄰近陰極7施加的磁場H可影響所得電弧(通常為多電弧)的時(shí)程(time course)。通常所得到的放電電流在IOA至1000A之間，由此產(chǎn)生的放電電壓在15V至150V 之間。通過開關(guān)S，陽極9可以在與容器1壁的內(nèi)表面相同的電位工作，其示意性地示于 圖1中。因此陽極表面顯著地?cái)U(kuò)大，這通常導(dǎo)致放電電壓的減小。這是減小的等離子體放 電DC阻抗的指示。因此等離子體放電通常在包含至少工作氣體(通常為稀有氣體，特別是 氬氣)的加工空間PS中在加工氣氛中操作。圖1中示意顯示的設(shè)置是本領(lǐng)域技術(shù)人員完全熟知的。在圖2中顯示了具有第二類型低DC電壓等離子體放電源的第二裝置。通過由加 熱電流I加熱的絲實(shí)現(xiàn)的電子發(fā)射陰極7a位于陰極室15內(nèi)，所述陰極室15的內(nèi)部通過開 口 17與容器1內(nèi)的加工空間PS相通。與孔17相對(duì)在容器1內(nèi)提供陽極9a。陰極7a和陽 極9a借助于供電發(fā)生器11工作。在此，同樣地，由陰極7a通過孔17朝向陽極9a和支架3 的等離子體放電是在包含工作氣體(其通常為稀有氣體，特別是氬氣)的加工氣氛中建立 的。在應(yīng)被稱為"熱絲"放電的這種類型的等離子體放電中，適用與針對(duì)圖1的陰極電弧 放電所述相同的電流和放電電壓范圍。圖2的設(shè)置同樣是本領(lǐng)域技術(shù)人員完全熟知的。用于濺射的等離子體輝光放電用通常在5至50A之間的放電電流建立，放電電壓 有數(shù)百V。對(duì)于所謂的異常輝光放電，放電電流有數(shù)百A，放電電壓有數(shù)百V。如已經(jīng)提到的 那樣，本發(fā)明也可應(yīng)用于可能不能稱為低電壓的那些種類的等離子體放電。在圖1的陰極電弧放電操作以及在圖2的熱絲等離子體操作中，工件4的表面可 以涂覆這樣的材料，該材料的DC比阻抗高于制造相應(yīng)陽極9a和9的金屬的DC比阻抗。在陰極電弧蒸發(fā)中，這可以通過向加工空間PS之內(nèi)引進(jìn)反應(yīng)性氣體來實(shí)施，所述反應(yīng)性氣體 與通過電弧放電從陰極7蒸發(fā)的金屬或金屬化合物反應(yīng)。涂層(其甚至可以為隔離材料的 電隔離材料層)主要沉積在支架3上的工件或基底4的表面上。在熱絲加工中，通常沒有固體材料被釋放到加工氣氛中。引進(jìn)加工空間之內(nèi)的反 應(yīng)性氣體被等離子體放電活化并沉積在基底或工件4上。由此，所得涂層材料可以具有高 于陽極材料的DC比阻抗的DC比阻抗，最高是電隔離的(對(duì)于DC)。除了在基底或工件4上 之外，這種固體涂層材料也沉積在陽極9、9a上。因此等離子體放電DC阻抗提高，如前言部 分中所述，導(dǎo)致不穩(wěn)定的放電行為，對(duì)工件或基底的所需處理結(jié)果具有相應(yīng)的負(fù)面影響。如 果例如通過熱絲等離子體放電，工件表面借助于等離子體活化的反應(yīng)性氣體被反應(yīng)性地蝕 刻或清理，則可能發(fā)生同樣的情況。
一般來說，用于陰極電弧放電的陽極9以及用于熱絲放電的9a都由高導(dǎo)電性的材 料(通常是銅)制成，并且是強(qiáng)烈冷卻的。圖3中，示意地顯示根據(jù)圖1或2的陽極9或9a的一部分，在陽極表面21上具有 固體覆蓋層19。如所描述的那樣，在工件表面處理期間，只要在容器的反應(yīng)空間PS中形成 固體就可能產(chǎn)生這種覆蓋層19。如果這種固體的材料具有的DC比阻抗低到或基本上低到 陽極9、9a的材料的比阻抗，則這種覆蓋層19將不會(huì)影響或?qū)⒅粫?huì)微不足道地影響為處理 工件表面建立的等離子體放電，如圖1實(shí)施方案中的電弧放電或圖2實(shí)施方案的熱絲放電。另一方面，如果所述覆蓋層19的材料具有顯著高于陽極材料的DC比阻抗，則如所 描述的那樣，這種覆蓋層的出現(xiàn)及其隨時(shí)間的增長將不斷地改變所述等離子體放電特性， 直到等離子體放電的故障。在圖4中，以與圖3同樣的示意性圖示，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一般方法，以至少在 陽極表面21的選定表面區(qū)域21s上避免這種固體的沉積。根據(jù)圖4，沿陽極表面21的至少 一個(gè)區(qū)域21s建立明確的屏蔽等離子體25，其范圍基本上限于所述的選定區(qū)域21s。如稍 后將例示的那樣，這種明確的屏蔽等離子體作為陽極表面21上的亮點(diǎn)(bright spot)在加 工期間是可見的。意想不到的是，借助于沿陽極表面21的區(qū)域的這種屏蔽等離子體25，避 免了在這些區(qū)域21s中出現(xiàn)固體沉積。盡管如此，鄰近所述區(qū)域21s還是會(huì)出現(xiàn)高阻抗固 體的沉積，如圖4所示，但這種沉積被高導(dǎo)電性陽極表面區(qū)域21s上的高導(dǎo)電性屏蔽等離子 體25電橋接(electrically bridged)，所述陽極表面區(qū)域21s基本上保持未被污染并因此 在提供給放電電流的基本上穩(wěn)定的低DC比阻抗下為基本上不變化的陽極材料。處理等離 子體放電的放電電流集中在低阻抗區(qū)域21s上，如圖4中由Id示意性地顯示的那樣。在第一實(shí)施方案中，為了沿圖4的和如圖5中示意地顯示的陽極表面21的至少一 個(gè)明確的區(qū)域21s實(shí)現(xiàn)屏蔽等離子體25，所述陽極表面構(gòu)思為具有至少一個(gè)凹槽27。本說明書通篇所述的凹槽應(yīng)理解為具有3-100mm的最小截面尺寸W和至少為該尺 寸W的一半的深度T。這也使得在本發(fā)明意義下如何理解“凹槽”變得清楚。因此在圖5中，作為凹槽27的邊界(which borders the cavity 27)且在圖5中 以粗線畫出的表面為圖4的區(qū)域21s，在其上或沿其建立屏蔽等離子體。通過根據(jù)圖1或圖2的加工進(jìn)行的工件表面的所需處理通過建立所需的加工參數(shù) 組P而建立，所述加工參數(shù)包括反應(yīng)空間PS中的氣體或氣體混合物類型、其中的這些氣體 的壓力或相應(yīng)的分壓、用來進(jìn)行表面處理的等離子體放電的特性以及如果主導(dǎo)的話在陰極電弧放電過程中通過蒸發(fā)材料從陰極7釋放到加工空間中的固體材料的特性。對(duì)于給定的加工參數(shù)組P1,對(duì)于圖5中的凹槽27，存在相當(dāng)窄的幾何尺寸范圍，在該幾何尺寸范圍在凹槽27中并由此沿陽極表面21的表面區(qū)域21s建立了屏蔽等離子體。 凹槽27基本上由最小截面尺寸W、最長截面尺寸L和深度T限定。對(duì)于在凹槽27之內(nèi)建立 所述屏蔽等離子體，最重要的是尺寸W。如上文所解釋的，在明確的加工參數(shù)組P1導(dǎo)致屏蔽等離子體在凹槽27內(nèi)發(fā)生的 物理機(jī)制目前尚未完全知曉。因此，目前建立適當(dāng)?shù)陌疾?7的幾何尺寸的一個(gè)方法是通過 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。如圖6中示意地顯示的那樣，制備了具有一組多于一個(gè)凹槽27a、27b...的陽極 9、9a。如示意性所示的那樣，這些凹槽27a、27b...關(guān)于它們的幾何尺寸W和/或T是相互 不同的。例如根據(jù)圖1或2建立了具有這種陽極的加工裝置并建立了所需的加工參數(shù)組 P1,以便以所需的方式處理基底或工件的表面。在操作過程中，可以視覺觀察在不同的凹槽 27a、27b...的哪個(gè)處產(chǎn)生了屏蔽等離子體。加工之后，這可以通過檢查在哪個(gè)凹槽處沒有 出現(xiàn)固體的沉積來識(shí)別。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所需的加工參數(shù)組P1產(chǎn)生屏蔽等離子體的一個(gè)或 多于一個(gè)的凹槽后，向用于在所述參數(shù)組P1的后續(xù)加工的陽極表面提供一個(gè)或多于一個(gè)尺 寸設(shè)定為使得產(chǎn)生屏蔽等離子體的凹槽。用于陰極電弧放電的如圖6中已示意性顯示而構(gòu)想的陽極示于圖7中。具有圓柱 形凹槽，有效的W = L。陽極表面提供有多個(gè)不同定制的凹槽。以如下加工參數(shù)組建立所需的處理過程·陰極材料鋁(7Oat% )_ 鉻(3Oat% )·工作氣體無氬氣流(No argon gas flow)·反應(yīng)性氣體氧氣流400sccm 氧分壓0. 8Pa 放電電流180A把圖7的陽極安裝到圖1的處理裝置中，其以所指示的加工參數(shù)組操作。圖8顯示圖7的陽極在用所述加工參數(shù)組加工期間的照片。可以清楚地看到，在 一些凹槽27。處沒有建立起屏蔽等離子體，而在其它凹槽27a、27b...處可見不同強(qiáng)度的屏 蔽等離子體。由此發(fā)現(xiàn)凹槽的哪個(gè)尺寸W將建立起屏蔽等離子體。因此將用于采用所述加 工參數(shù)組的加工的陽極將被提供具有那個(gè)尺寸W(根據(jù)凹槽27b或27c其導(dǎo)致屏蔽等離子 體)的凹槽。在這一方面，如圖7具有不同尺寸的凹槽選擇的陽極一方面可被稱為測(cè)試陽極。 另一方面，當(dāng)考慮在不同加工參數(shù)組P在相應(yīng)的裝置中靈活地進(jìn)行加工操作時(shí)可以應(yīng)用這 種陽極。在這種情況下，采用主導(dǎo)加工參數(shù)組P的主導(dǎo)過程將自動(dòng)選擇陽極表面中的關(guān)于 它們的幾何尺寸相配合的那些凹槽以建立屏蔽等離子體。盡管事實(shí)上具有圓形截面和朝向加工空間PS的開口的凹槽是好的實(shí)施方案(因 為這種凹槽可以容易地制造)，但要理解的是，這種凹槽的形狀不限于圓形或圓柱形。它們 的截面也可以為方形或正方形的等。此外，如圖5示意地顯示，凹槽的截面區(qū)域可以具有顯 著大于尺寸W的一個(gè)尺寸L。因此這種凹槽可以是狹縫形狀的。然而，如果使這種狹縫形狀 的凹槽的長度尺寸L顯著大于尺寸W，則可能發(fā)生這樣的情況在可能無法預(yù)測(cè)的沿狹縫凹 槽的不同分離區(qū)域處建立了屏蔽等離子體。
通過使用具有不同尺寸的凹槽的陽極進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)了這樣的趨勢(shì)當(dāng)加工空間 中的氣體或氣體混合物的總壓力下降時(shí)，W增大的圓柱形凹槽建立起屏蔽等離子體。 如果，例如建立放電電流范圍在50A至200A，氧氣分壓在0. 4Pa至2. 5Pa之間，那 么在該整個(gè)加工參數(shù)范圍內(nèi)直徑W為50mm和深度T為38mm的圓柱形凹槽建立起屏蔽等離 子體。另一方面，具有相等深度但直徑W為30mm的圓柱形凹槽只在約2Pa的分壓才產(chǎn)生屏 蔽等離子體。低于這種分壓不形成屏蔽等離子體。因此在實(shí)踐中，更合適地是把凹槽定制 成直徑約50mm，從而對(duì)于所述范圍內(nèi)的不同加工參數(shù)也確保穩(wěn)定的加工，也就是說，在相對(duì) 大的加工參數(shù)窗口中是有效的。在圖9中示意地顯示了遵從圖6至8的概念的陽極，其成形為線型陽極。盡管在 圖7中沒有顯示用于對(duì)陽極施加冷卻介質(zhì)的通道，但圖9顯示了用于液體冷卻介質(zhì)(通常 為水)的入口和出口 30。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于是否在相應(yīng)的凹槽中建立屏蔽等離子體，不僅根據(jù)圖5 的尺寸W、L可能是具有決定作用的，而且深度T也有可能是具有決定作用的。迄今實(shí)驗(yàn)表 明了這樣的趨勢(shì)深度T應(yīng)該選擇為較小尺寸W的大約50%或更大。對(duì)于圖5、6和7，在陽極的面向加工空間和基底支架的表面中提供所述至少一個(gè) 凹槽。然而，所述凹槽也可應(yīng)用于其它的陽極表面，對(duì)于陰極電弧蒸發(fā)陽極9如圖IOa和 IOb中在27處所示。即使按所需的加工參數(shù)組P1在陽極表面中提供超過兩個(gè)的尺寸等同的凹槽，在加 工期間也有可能在所述凹槽的一個(gè)處的或在另一個(gè)處的屏蔽等離子體熄滅。這對(duì)表面處理 的均勻性可能會(huì)有負(fù)面的影響。確保在所有適當(dāng)定制的凹槽中穩(wěn)定地保持屏蔽等離子體的一種可能方法是，在根 據(jù)圖5的相應(yīng)凹槽的基礎(chǔ)B表面上施加具有高熔點(diǎn)的金屬(例如鉭或鎢)的嵌體22。避免 這些嵌體被陽極中提供的冷卻系統(tǒng)有效冷卻導(dǎo)致這樣的事實(shí)在加工過程中它們被顯著加 熱，這確保了在所述的凹槽中穩(wěn)定保持屏蔽等離子體。接下來將就進(jìn)一步的實(shí)施方案討論(在所有所需凹槽中確保穩(wěn)定屏蔽等離子體 的進(jìn)一步且相當(dāng)優(yōu)選的方法。作為總結(jié)，到目前為止，已經(jīng)討論了通過配合于主導(dǎo)加工參數(shù)組P的陽極表面中 至少一個(gè)凹槽的適當(dāng)幾何尺寸設(shè)定導(dǎo)致的屏蔽等離子體生成?，F(xiàn)在將要討論不同方法以建 立屏蔽等離子體，這些方法可以與到目前為止所描述的方法相結(jié)合。在圖11中，在根據(jù)圖6的表示方式中顯示了具有凹槽27的陽極9、9a的陽極表面 21。借助于磁體裝置29建立起通過凹槽27的磁場H。因此可以實(shí)現(xiàn)顯著地加寬加工參數(shù) P(例如A、L1, T1)以及在該加工參數(shù)P在具有特定尺寸的凹槽產(chǎn)生屏蔽等離子體的范圍。 一方面，在具有配合于所需加工參數(shù)組的等同設(shè)定尺寸的凹槽的陽極中可以確保屏蔽等離 子體出現(xiàn)的穩(wěn)定性，另一方面，凹槽27可基本上獨(dú)立于所需的加工參數(shù)組而在幾何上進(jìn)行 定制。通過施加所述磁場，在沒有被精確定制以配合所需加工參數(shù)組的凹槽中可以產(chǎn)生穩(wěn) 定的屏蔽等離子體。由此獲得這樣的靈活性，對(duì)具有不同加工參數(shù)組P的不同加工應(yīng)用具 有至少一個(gè)凹槽的同一個(gè)陽極，仍然確保在凹槽處產(chǎn)生穩(wěn)定的屏蔽等離子體。通過把所述磁體裝置設(shè)定為是可控的，如圖12中示意地顯示的那樣，通過以可控 的方式改變磁場H甚至變得有可能來切換或控制相應(yīng)屏蔽等離子體的發(fā)生，特別是如果在主導(dǎo)過程凹槽的幾何尺寸本身并不自動(dòng)導(dǎo)致屏蔽等離子體的生成。如圖12中示意地顯示 的那樣，這可以例如借助于通過可控的電磁體裝置31建立磁場H來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，如果凹槽的幾何結(jié)構(gòu)不與主導(dǎo)的加工參數(shù)組P相配 合，同樣可以在陽極表面的凹槽中建立屏蔽等離子體。根據(jù)圖13，這是通過使用于進(jìn)行表面 處理的氣體或氣體混合物的至少一部分通過所述凹槽實(shí)現(xiàn)的。因此，在凹槽27的壁中提供 進(jìn)入到加工空間PS的氣體或氣體混合物G的進(jìn)氣口 33。與提供圖11和12的磁場的效果 類似，具體的凹槽27確保出現(xiàn)屏蔽等離子體的加工參數(shù)P的范圍被大為加寬。其變得可以 將具有至少一個(gè)凹槽27的陽極靈活地應(yīng)用于不同的加工參數(shù)組P。 如圖14中所示，例如借助于閥35和/或通過閥39以可控的方式改變進(jìn)氣口混合 物，進(jìn)一步可以以可控的方式改變氣體G通過凹槽27并進(jìn)入加工空間PS的流動(dòng)。通過使 所述氣流和/或氣體混合物是可變的，其變得可以控制在所考慮的凹槽27處屏蔽等離子體 的出現(xiàn)。由此通過如圖11和14中所示的實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)了屏蔽等離子體的出現(xiàn)與凹槽的幾 何尺寸的顯著不相關(guān)性，或反之亦然與主導(dǎo)加工參數(shù)組P的顯著不相關(guān)性。通過在凹槽27 中在氣體G的進(jìn)口 33與加工空間PS之間提供具有至少一個(gè)注氣口 43的壓力級(jí)41達(dá)成了 進(jìn)一步的改進(jìn)。取決于定制的注入口 43的大小和通過此口 43的氣體流速的實(shí)際情況，鄰 近陽極的表面21上的口 43和/或在壓力級(jí)41的導(dǎo)氣管41a中和/或在凹槽27中產(chǎn)生了 屏蔽等離子體。與具有在每個(gè)明確的凹槽27處設(shè)置的壓力級(jí)41的圖13或14的實(shí)施方案不同， 圖15示意地顯示了一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案，其中凹槽可僅用于向朝著加工空間PS的若干 出口孔49分配氣體。在此實(shí)施方案中，在陽極9、9a中提供氣體分配通道47，通過它將至少 一部分用來進(jìn)行表面處理的氣體或氣體混合物分配到出氣噴嘴49，氣體G通過所述出氣噴 嘴49流進(jìn)加工空間PS。如在PL處示意地顯示的那樣建立了屏蔽等離子體，例如正好鄰近 并圍繞噴嘴口 49。一般說來，陽極9、9a由沿陽極中的冷卻通道系統(tǒng)(未顯示)流動(dòng)的冷卻介質(zhì)(通 常是水)進(jìn)行冷卻。對(duì)于圖4至15可以看到，沿陽極表面產(chǎn)生特定的區(qū)域，在圖4中為21s，沿所述 區(qū)域由于屏蔽等離子體沒有固體被沉積，而在剩余的陽極表面區(qū)域21p上則出現(xiàn)固體的沉 積。通過使陽極表面具有沿其形成屏蔽等離子體的區(qū)域21s和另外的沿其不形成屏 蔽等離子體的區(qū)域21p，可以把這種陽極靈活地應(yīng)用于例如不引起高電阻性固體形成的第 一加工。由此陽極的整個(gè)表面得到利用，導(dǎo)致在此加工模式中的低放電電流密度。之后在 進(jìn)一步的加工中，其中產(chǎn)生所述固體，在預(yù)定的區(qū)域21s處建立起屏蔽等離子體。因此可以 把這種類型的陽極靈活地應(yīng)用于不產(chǎn)生所述固體的加工以及應(yīng)用于產(chǎn)生所述固體的加工。另一方面，僅針對(duì)其中形成具有相對(duì)高的DC比阻抗的所述固體的加工，例如對(duì)于 圖4，可以看到，在這種加工期間，對(duì)于放電電流變得被所述固體覆蓋的陽極的所有表面區(qū) 域21p都是惰性的。因此，對(duì)于這種處理，陽極可以構(gòu)想為具有至少基本上由在那里建立屏 蔽等離子體的區(qū)域21s構(gòu)成的陽極表面。陽極9、9a的這種實(shí)施方案示意地顯示在圖16a)、 b)中。根據(jù)圖16a)，提供了一種單凹槽陽極51，這樣除了在21b處的邊界區(qū)外，陽極表面至少基本上由凹槽27的表面21s形成。圖16b)同樣示意地顯示了一種多凹槽陽極53，其中陽極表面基本上由凹槽表面21s構(gòu)成并因此是由在那里建立屏蔽等離子體的表面構(gòu)成。
本發(fā)明特別適合于基底或工件表面上的PVD或PECVD沉積層，特別是金屬(特別 是鋁或含鋁合金)的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物或它們的混合物中的至少一種的層。
權(quán)利要求
制造經(jīng)處理表面的方法，包括·提供在真空容器內(nèi)的加工空間、在其中的具有金屬陽極表面的陽極和陰極，所述金屬具有第一DC比阻抗；·在所述加工空間中建立處于所需壓力或處于所需分壓的氣體或氣體混合物的氣氛；·通過在所述陽極與所述陰極之間施加包含DC分量的供電信號(hào)，在所述加工空間中產(chǎn)生等離子體放電；·借助于所述等離子體放電處理表面，由此在所述加工空間中產(chǎn)生具有第二DC比電阻抗的固體，所述第二DC比電阻抗高于所述第一DC比阻抗；其特征在于，通過在所述陽極表面的至少一個(gè)區(qū)域上產(chǎn)生明確的屏蔽等離子體使所述至少一個(gè)區(qū)域屏蔽所述固體，所述明確的屏蔽等離子體的范圍基本上限于所述至少一個(gè)區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括通過以下方式產(chǎn)生所述屏蔽等離子體把要被屏 蔽的所述區(qū)域定制為凹槽的表面區(qū)域，所述凹槽具有暴露于所述加工空間的開口，并且通 過相應(yīng)地設(shè)定所述凹槽的尺寸而只在所述凹槽中產(chǎn)生所述明確的屏蔽等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括通過以下方式產(chǎn)生所述屏蔽等離子體把要被屏 蔽的所述區(qū)域定制為凹槽的表面區(qū)域，所述凹槽具有暴露于所述加工空間的開口，并且通 過在所述凹槽中建立磁場而在所述凹槽中產(chǎn)生所述明確的屏蔽等離子體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括通過以下方式產(chǎn)生所述屏蔽等離子體把要被屏 蔽的所述區(qū)域定制為凹槽的表面區(qū)域，所述凹槽具有暴露于所述加工空間的開口，并且通 過經(jīng)由所述凹槽將至少一部分所述氣體或所述氣體混合物引進(jìn)所述的加工空間而在所述 凹槽中產(chǎn)生所述明確的屏蔽等離子體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括通過以下方式產(chǎn)生所述屏蔽等離子體經(jīng)由在所 述陽極表面中的至少一個(gè)進(jìn)口將至少一部分所述氣體或所述氣體混合物注入到所述加工 空間之內(nèi)，所述明確的屏蔽等離子體包括鄰近和圍繞所述陽極表面上的所述至少一個(gè)進(jìn)口 的等離子體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括至少基本上通過要被屏蔽的 所述至少一個(gè)區(qū)域建立所述陽極表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括向所述陽極表面提供鄰近 要被屏蔽的所述至少一個(gè)區(qū)域的擴(kuò)展區(qū)域，從而靈活地進(jìn)行其間不產(chǎn)生所述固體的表面處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括提供超過一個(gè)所述要被屏蔽 的區(qū)域，并且對(duì)所述要被屏蔽的超過一個(gè)的區(qū)域的一部分選擇性地建立所述明確的屏蔽等 離子體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)限定所述表面的主導(dǎo)加工的參數(shù)組自 動(dòng)地進(jìn)行所述選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求2、3、不從屬于權(quán)利要求4或5的權(quán)利要求6至9中的任一項(xiàng)所述的 方法，包括使至少一部分所述氣體或氣體混合物經(jīng)由所述至少一個(gè)凹槽中的至少一個(gè)流入 到所述加工空間中。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至4、6至10中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括使至少一部分所述氣體或氣體混合物流入到所述凹槽中，并從所述凹槽經(jīng)由壓力級(jí)流入到所述加工空間 中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法，包括通過至多200V的供電電壓維持 所述等離子體放電。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述電壓選為至多100V。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述表面的所述處理包括涂覆。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述表面的所述處理包括用包含以下物質(zhì)中的 至少一種的材料進(jìn)行涂覆金屬的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物，或它們的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述金屬包括鋁或由鋁構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括把所述等離子體放電建 立為陰極電弧放電和利用熱絲陰極的輝光放電中的一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的任一項(xiàng)所述的方法，包括通過流經(jīng)所述陽極中的冷卻介 質(zhì)通道系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)來冷卻所述陽極。
19.真空等離子體源，具有包括陰極和陽極的等離子體放電源，該陽極包括陽極表面和 在所述陽極表面中的至少兩個(gè)凹槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，所述陽極表面包括鄰近所述至少兩個(gè)凹槽的 擴(kuò)展表面區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體源，其中所述陽極表面基本上由所述至少兩個(gè)凹 槽的表面構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，所述陽極表面包括止于所述 至少兩個(gè)凹槽中的至少一個(gè)中的進(jìn)氣口。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的等離子體源，所述至少兩個(gè)凹槽中的所述至少一個(gè)包括在 所述進(jìn)氣口與所述陽極表面的周圍環(huán)境之間的用于所述氣體的壓力級(jí)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，進(jìn)一步包括鄰近所述至少兩 個(gè)凹槽中的至少一個(gè)的磁體裝置，所述磁體裝置在所述至少兩個(gè)凹槽的至少一個(gè)中產(chǎn)生磁 場。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的等離子體源，其中所述磁體裝置是可控的，以使所述磁場 可控地可變。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至25中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，所述至少兩個(gè)凹槽具有不同 的幾何尺寸。
27.真空等離子體源，具有包括陰極和陽極的等離子體放電源，該陽極包含陽極表面， 所述陽極表面包括在其中的至少一個(gè)凹槽和鄰近所述至少一個(gè)凹槽的擴(kuò)展表面區(qū)域。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的等離子體源，包括止于所述至少一個(gè)凹槽中的進(jìn)氣口。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的等離子體源，所述至少一個(gè)凹槽包括在所述進(jìn)氣口與所述 陽極表面的周圍環(huán)境之間的壓力級(jí)。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，進(jìn)一步包括鄰近所述至少一 個(gè)凹槽的磁體裝置，所述磁體裝置在所述至少一個(gè)凹槽中產(chǎn)生磁場。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的等離子體源，其中所述磁體裝置是可控的，從而使所述磁 場可控地可變。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至31中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，包括至少兩個(gè)所述凹槽。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的等離子體源，所述至少兩個(gè)凹槽中的至少兩個(gè)的幾何尺寸 是不同的。
34.真空等離子體源，具有帶有陰極和陽極的等離子體放電源，該陽極包含陽極表面， 所述陽極表面包括至少一個(gè)凹槽和止于所述凹槽中的進(jìn)氣口。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的等離子體源，包括在所述進(jìn)氣口與所述陽極表面的周圍環(huán) 境之間的壓力級(jí)。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，所述陽極表面包括鄰近所述 至少一個(gè)凹槽的擴(kuò)展表面區(qū)域。
37.根據(jù)權(quán)利要求34至36中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其中所述陽極表面基本上由 所述至少一個(gè)凹槽構(gòu)成。
38.根據(jù)權(quán)利要求34至37中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其中鄰近所述至少一個(gè)凹槽 提供磁體裝置，所述磁體裝置在所述至少一個(gè)凹槽中產(chǎn)生磁場。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的等離子體源，其中所述磁體裝置是可控的，以使所述磁場 可控地可變。
40.根據(jù)權(quán)利要求34至39中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，包括至少兩個(gè)所述凹槽。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的等離子體源，所述至少兩個(gè)凹槽中的至少兩個(gè)的尺寸是不 同的。
42.根據(jù)權(quán)利要求19至41中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其中所述陽極和陰極在操作 上與產(chǎn)生具有DC分量的輸出信號(hào)的供電單元連接。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的等離子體源，其中所述DC分量是在至多200V的電壓至少 50A的電流。
44.根據(jù)權(quán)利要求19至43中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，進(jìn)一步包括在所述陽極中的 冷卻導(dǎo)管系統(tǒng)。
45.根據(jù)權(quán)利要求19至44中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其中所述等離子體放電源是 陰極電弧放電源。
46.根據(jù)權(quán)利要求19至45中的任一項(xiàng)所述的等離子體源，其中所述等離子體放電源是 熱絲陰極放電源。
全文摘要
當(dāng)借助于陽極(9)與陰極(7)之間的真空等離子體放電處理工件或基底表面并由此由于這種處理固體(19)在陽極表面(21)上形成并沉積時(shí)，該固體的DC比阻抗高于陽極材料的DC比阻抗，至少部分陽極表面通過在那里建立屏蔽等離子體(25)而屏蔽于這種沉積。
文檔編號(hào)H01J37/32GK101842868SQ200780101402
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者B·韋德里格, D·庫拉波夫, J·拉姆 申請(qǐng)人:歐瑞康貿(mào)易股份公司(特呂巴赫)