[发明专利]制造经处理表面的方法和真空等离子体源

说明书

定义

·在谈及DC等离子体放电时，我们理解是由电信号供电的等离子体放电，其频谱包含DC分量。所述DC分量对于所述信号是重要的，因为它不消失并且如果考虑的所述信号是电压，则其值为至少10V，和如果考虑的信号是电流，则其值为至少10A。所述定义不同于频域中的信号因素。如果在时域中所述信号是例如脉动，那么这种脉动由所述DC分量相对于零值而抵消。

·在谈及DC比阻抗(specific DC impedance)时，我们理解是就只有DC频率分量的电信号而言材料的阻抗或其电阻率ρ(例如以Ωm表示)。

·在谈及DC阻抗时，我们理解是电阻R(例如以Ω表示)。

·在谈及相对于阴极的阳极时，我们理解是在包含DC频率分量的电位工作的电极，所述电位高于第二电极(所述阴极)的这种电位，因此在由所述阳极至所述阴极的方向产生DC电场并因此产生DC电压。

·在谈及等离子体阻抗(plasma impedance)时，我们理解是在等离子体放电操作期间在阳极体与阴极体之间存在的阻抗。

·在谈及低DC电压等离子体放电时，我们理解是等离子体放电，其由包含最多200V的DC频率分量的放电电压保持并且通过其建立至少50A的高DC放电电流。

本发明始自只要借助于阴极与阳极之间的DC等离子体放电(由此在加工期间，在加工空间中产生固体)涂敷基底就出现的问题。

如果这种固体的DC比阻抗高于阳极表面的金属的DC比阻抗，那么这种固体在阳极表面上的沉积对经过这种表面的电流导致DC阻抗增大。

该DC阻抗显著地促成DC等离子体放电阻抗。由于这种沉积，其随时间的变化导致等离子体放电特性相应随时间变化。

等离子体放电特性随时间的变化降低所述表面处理的重复性。另外，如果这种随时间的变化沿阳极表面以不均匀的方式出现，则沿着借助于等离子体放电而将被处理的表面的范围这可能会对所考虑的表面处理的均匀性具有负面的影响。

由于所述沉积，DC阻抗增大的影响变得越突出，就越小于等离子体放电DC阻抗。小等离子体放电DC阻抗特别在低DC电压等离子体放电中会遇到，如例如在阴极电弧放电或借助于电子发射体阴极(例如借助于热丝阴极)产生的等离子体放电中。

尽管事实上关于固体沉积的所述问题主要是在操作相应的物理气相沉积PVD或等离子体增强化学气相沉积PECVD方法时遇到，但当进行DC等离子体增强的表面反应性蚀刻时也可能会出现所述问题。

例如根据WO 2006 099758以100A的放电电流进行阴极电弧放电操作时，根据真空容器内的气体或气体混合物的压力，这种气体或气体混合物的类型以及蒸发的阴极的材料，产生20V至40V的放电电压。因此在操作期间加热阳极可以容易地导致放电电压加倍。在实践中，按如下的方式抵消由这种阳极加热产生的等离子体放电特性的不稳定性：在阳极电位操作真空容器的壁，从而形成导致减小的电流密度并由此导致减少的加热的大阳极表面，或者用高导热性金属例如铜构造阳极并且通过液体冷却介质(例如通过水)对阳极进行有效的冷却。

US 5 518 597涉及借助于阴极电弧蒸发用氧化物涂覆基底。通过把阳极提供为被加热到超过800℃的温度的棒或丝的装置应对由相应的固体-氧化物-在阳极表面上的沉积产生的问题。

根据US 5 103 766，以两个电极操作阴极电弧放电，两个电极的每个电极交替地操作作为阴极和作为阳极。

根据US 5 518 597的方法需要对阳极表面进行充分的加热。这在不同的方面是不利的：所述对阳极表面的加热与向所述加工应用附加的热能一致，当待处理的表面是温度敏感性的时这是有问题的。此外，由于作用于阳极表面的高温，阳极表面以相当高的速度(例如通过氧化)被消耗。因此，在这种条件下操作的阳极要频繁更换。更进一步地，阳极表面可能很难被均匀地加热，必须等候相对长的时间段直到沿这一表面达成至少足够的温度分布均匀性。这种相对长的时间段(其间没有达成热平衡)对加工的总效率有负面的影响。沿阳极表面不均匀的温度分布对沿待处理的表面的处理的均匀性具有进一步的负面影响。