(57)【要約】  アノード（９）とカソード（７＝との間の真空プラズマ放電を用いてワークピースまたは基板の表面を処理し、このような処理により、アノード材料の直流インピーダンス比よりも高い直流インピーダンス比を有する固体（１９）がアノード表面（２１）上に形成および堆積する場合、当該アノード表面の少なくともある部分を、遮蔽プラズマ（２５）を当該部分に確立することにより、このような堆積物から遮蔽する。
2011502215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理面を製作するための方法であって、
真空容器内に処理空間を設けるステップを備え、前記処理空間内に金属アノード表面を有するアノードとカソードとがあり、前記金属は第１の直流インピーダンス比を確立し、前記方法はさらに、
前記処理空間内に、所望の圧力または所望の分圧で、ガスまたはガス混合物の雰囲気を確立するステップと、
直流成分を含む電気供給信号を前記アノードと前記カソードとの間に印加することによって、前記処理空間内にプラズマ放電を発生させるステップと、
前記プラズマ放電を用いて表面を処理することによって、前記第１の直流インピーダンス比よりも高い第２の電気直流インピーダンス比を有する固体を前記処理空間内に生成するステップとを備え、
前記アノード表面の少なくとも１つの領域上に明確な遮蔽プラズマを発生させることによって、前記固体から遮蔽される前記少なくとも１つの領域を確立し、前記遮蔽プラズマの範囲は前記少なくとも１つの領域に実質的に限られることを特徴とする、方法。
【請求項２】
遮蔽すべき前記領域を、前記処理空間に露出した開口を有するキャビティの表面領域として調節し、前記キャビティを寸法決めすることによって前記キャビティ内にのみ前記明確な遮蔽プラズマを発生させることによって、前記遮蔽プラズマを発生させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
遮蔽すべき前記領域を、前記処理空間に露出した開口を有するキャビティの表面領域として調節し、前記キャビティ内に磁界を確立することによって前記キャビティ内に前記明確な遮蔽プラズマを発生させることによって、前記遮蔽プラズマを発生させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
遮蔽すべき前記領域を、前記処理空間に露出した開口を有するキャビティの表面領域として調節し、前記ガスまたは前記ガス混合物の少なくとも一部を前記キャビティを通じて前記処理空間に入れることによって前記キャビティ内に前記明確な遮蔽プラズマを発生させることによって、前記遮蔽プラズマを発生させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ガスまたは前記ガス混合物の少なくとも一部を前記アノード表面の少なくとも１つの注入開口を通じて前記処理空間に注入することによって前記遮蔽プラズマを発生させるステップを備え、前記明確な遮蔽プラズマは、前記アノード表面の前記少なくとも１つの注入開口に隣接して、かつ注入開口の周りにプラズマを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アノード表面を、遮蔽すべき前記少なくとも１つの領域によって少なくとも実質的に確立するステップをさらに備える、請求項１から５のうちの１つに記載の方法。
【請求項７】
前記固体が生成されない表面処理を柔軟に実行するために、遮蔽すべき前記少なくとも１つの領域に隣接した拡大領域を前記アノード表面に設けるステップをさらに備える、請求項１から５のうちの１つに記載の方法。
【請求項８】
１つよりも多い遮蔽すべき前記領域を設け、前記１つよりも多い遮蔽すべき前記領域の一部に前記明確な遮蔽プラズマを選択的に確立するステップをさらに備える、請求項１から７のうちの１つに記載の方法。
【請求項９】
前記表面の主な処理を規定するパラメータのセットに依存して前記選択を自動的に実行するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガスまたはガス混合物の少なくとも一部を、前記少なくとも１つのキャビティのうちの少なくとも１つを通じて前記処理空間に流し込むステップを備える、請求項２、３、ならびに、請求項４および５のいずれにも従属しない６から９のうちの１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記ガスまたはガス混合物の少なくとも一部を前記キャビティに流し込み、前記キャビティから圧力段階を介して前記処理空間に流し込むステップをさらに備える、請求項２から４、６から１０のうちの１つに記載の方法。
【請求項１２】
最大２００Ｖの供給電圧によって前記プラズマ放電を維持するステップを備える、請求項１から１１のうちの１つに記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧は最大１００Ｖであるように選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記表面の前記処理はコーティングを含む、請求項１から１３のうちの１つに記載の方法。
【請求項１５】
前記表面の前記処理は、金属の窒化物、ホウ化物、炭化物、酸化物のうちの少なくとも１つまたはその混合物を含む材料を用いるコーティングを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属はアルミニウムを含むか、またはアルミニウムからなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマ放電を、カソードアーク放電、および熱フィラメントカソードを用いたグロー放電の一方として確立するステップをさらに備える、請求項１から１６のうちの１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記アノード内の冷却媒体チャネルシステムを流れる冷却媒体によって前記アノードを冷却するステップを備える、請求項１から１７のうちの１つに記載の方法。
【請求項１９】
カソードおよびアノードを備えるプラズマ放電源を有する真空プラズマ源であって、
アノードは、アノード表面と、前記アノード表面の少なくとも２つのキャビティを含む、プラズマ源。
【請求項２０】
前記アノード表面は、前記少なくとも２つのキャビティに隣接した拡張表面領域を含む、請求項１９に記載のプラズマ源。
【請求項２１】
前記アノード表面は、前記少なくとも２つのキャビティの表面から実質的になる、請求項１９に記載のプラズマ源。
【請求項２２】
前記アノード表面は、前記少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも１つの内部に当接したガス入口を含む、請求項１９から２１のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項２３】
前記少なくとも２つのキャビティのうちの前記少なくとも１つは、前記ガス入口と前記アノード表面の周囲との間に、前記ガスのための圧力段階を含む、請求項２２に記載のプラズマ源。
【請求項２４】
前記少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも１つに隣接して、前記少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも１つに磁界を発生させる磁石構成をさらに備える、請求項１９から２３のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項２５】
前記磁石構成は、制御可能に可変の前記磁界を発生させるように制御可能である、請求項２４に記載のプラズマ源。
【請求項２６】
前記少なくとも２つのキャビティは異なる形状寸法を有する、請求項１９から２５のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項２７】
カソードおよびアノードを含むプラズマ放電源を有する真空プラズマ源であって、
アノードはアノード表面を含み、前記アノード表面は、内部に少なくとも１つのキャビティと、前記少なくとも１つのキャビティに隣接した拡張表面領域とを含む、プラズマ源。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのキャビティの内部に当接したガス入口を備える、請求項２７に記載のプラズマ源。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのキャビティは、前記ガス入口と前記アノード表面の周囲との間に圧力段階を含む、請求項２８に記載のプラズマ源。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのキャビティに隣接して、前記少なくとも１つのキャビティ内に磁界を発生させる磁石構成をさらに備える、請求項２７から２９のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項３１】
前記磁石構成は、制御可能に可変の前記磁界を発生させるように制御可能である、請求項３０に記載のプラズマ源。
【請求項３２】
少なくとも２つの前記キャビティを備える、請求項２７から３１のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項３３】
前記少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも２つは、形状的に異なるように寸法決めされる、請求項３２に記載のプラズマ源。
【請求項３４】
カソードおよびアノードを含むプラズマ放電源を有する真空プラズマ源であって、
アノードはアノード表面を含み、前記アノード表面は、少なくとも１つのキャビティと、前記キャビティの内部に当接したガス入口とを含む、プラズマ源。
【請求項３５】
前記ガス入口と前記アノード表面の周囲との間に圧力段階を備える、請求項３４に記載のプラズマ源。
【請求項３６】
前記アノード表面は、前記少なくとも１つのキャビティに隣接した拡張表面領域を含む、請求項３４または３５に記載のプラズマ源。
【請求項３７】
前記アノード表面は、前記少なくとも１つのキャビティから実質的になる、請求項３４から３６のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項３８】
前記少なくとも１つのキャビティに隣接して、前記少なくとも１つのキャビティ内に磁界を発生させる磁石構成が設けられる、請求項３４から３７のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項３９】
前記磁石構成は、制御可能に可変の前記磁界を発生させるように制御可能である、請求項３８に記載のプラズマ源。
【請求項４０】
少なくとも２つの前記キャビティを備える、請求項３４から３９のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項４１】
前記少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも２つは、異なるように寸法決めされる、請求項４０に記載のプラズマ源。
【請求項４２】
前記アノードおよびカソードは、直流成分を有する出力信号を発生させる電気供給ユニットに動作可能に接続される、請求項１９から４１のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項４３】
前記直流成分は、最大２００Ｖの電圧で、少なくとも５０Ａの電流である、請求項４２に記載のプラズマ源。
【請求項４４】
前記アノード内の冷却導管システムをさらに備える、請求項１９から４３のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項４５】
前記プラズマ放電源は、カソードアーク放電源である、請求項１９から４４のうちの１つに記載のプラズマ源。
【請求項４６】
前記プラズマ放電源は、熱フィラメントカソード放電源である、請求項１９から４５のうちの１つに記載のプラズマ源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
定義
・直流プラズマ放電とは、直流成分を含む周波数スペクトルの電気信号によって電気的に供給されるプラズマ放電であると理解される。当該直流成分は、消失せず、当該信号が電圧の場合は少なくとも１０Ｖの値を有し、当該信号が電流の場合は少なくとも１０Ａの値を有するという点において、信号にとって十分である。この定義は、周波数ドメインにあると考えられる信号から出発している。時間ドメインの場合、当該信号はたとえば脈動しており、このような脈動は直流成分によって、ゼロ値に対してオフセットされる。
【０００２】
・直流インピーダンス比とは、直流周波数成分のみを有する電気信号に対する、たとえばΩｍで示される材料のインピーダンスまたはその抵抗率ρであると理解される。
【０００３】
・直流インピーダンスとは、たとえばΩで示される抵抗Ｒであると理解される。
・カソードに対するアノードとは、カソードである第２の電極の電位よりも高い、直流周波数成分を含む電位にされる電極であると理解される。そのため、直流電界、したがって直流電圧は、アノードからカソードへの方向となる。
【０００４】
・プラズマインピーダンスとは、プラズマ放電の実施中にアノードボディとカソードボディとの間に存在するインピーダンスであると理解される。
【０００５】
・低直流電圧プラズマ放電とは、最大２００Ｖの直流周波数成分を含む放電電圧で維持されるとともに、少なくとも５０Ａの高い直流放電電流を確立するプラズマ放電であると理解される。
【０００６】
本発明は、カソードとアノードとの間で直流プラズマ放電を用いて基板をコーティングするたびに、処理空間において処理の間に固体が生成されてしまうという問題から脱却する。
【背景技術】
【０００７】
このような固体の直流インピーダンス比がアノード表面の金属の直流インピーダンス比よりも高い場合、アノード表面上へのこのような固体の堆積によって、このような表面を通る電流について直流インピーダンスが増加することになる。
【０００８】
この直流インピーダンスは、直流プラズマ放電インピーダンスに大きく寄与する。このような堆積によるその時間変動によって、プラズマ放電特性のそれぞれの時間変動が引き起こされる。
【０００９】
プラズマ放電特性の時間変動は表面処理の再現性を低減する。これはさらに、このような時間変動が不均一にアノード表面に沿って起こる場合、プラズマ放電を用いて処理されることになる表面の延在部分に沿って考えられる表面処理の均一性に対してマイナスの影響を与え得る。
【００１０】
上述した堆積による直流インピーダンスの増加の影響がより顕著になるにつれて、プラズマ放電直流インピーダンスがより小さくなる。プラズマ放電直流インピーダンスが小さくなることは特に、低直流電圧プラズマ放電、たとえば、熱フィラメントカソードといったような電子放出カソードを用いて生成されるカソードアーク放電またはプラズマ放電にて特に生じる。
【００１１】
固体の堆積の文脈で上述した問題は主に物理蒸着法（physical vapour deposition；ＰＶＤ）またはプラズマ化学気相成長法（plasma enhanced chemical vapour deposition；ＰＥＣＶＤ）処理のそれぞれを行なう際に主に生じるという事実があるが、これらは表面の直流プラズマ反応エッチング（plasma enhanced reactive etching）を行なう際にも起こり得る。
【００１２】
たとえば、１００Ａの放電電流を用いて、ＷＯ  ２００６  ０９９７５８に従ってカソードアーク放電を実行すると、真空容器内のガスまたはガス混合物の圧力と、当該ガスまたはガス混合物のタイプと、蒸着されるカソードの材料とに依存して、２０Ｖと４０Ｖとの間の放電電圧が得られる。これにより、実行の間にアノードの加熱を行なえば、容易に放電電圧の倍増に繋がり得る。実際には、このようなアノードの加熱によるプラズマ放電特性の不安定さは、当該真空容器の壁部をアノード電位にし、電流密度の低減、したがって熱の低減を達成する大きなアノード表面を確立することによってか、または銅のような熱伝導性の高い金属のアノードとし、水のような液体冷媒によって当該アノードに対して効率のよい冷却を加えることによってのいずれかによって対処される。
【００１３】
ＵＳ  ５  ５１８  ５９７は、カソードアーク蒸着により、酸化物で基板をコーティングすることを示す。アノード表面上への固体および酸化物のそれぞれの蒸着による問題は、８００℃以上の温度にまで加熱されるロッドまたはワイヤを並べたものとしてアノードを提供することにより対処される。
【００１４】
ＵＳ  ５  １０３  ７６６によると、カソードアーク放電は、各々がカソードおよびアノードとして二者択一的に働く２つの電極を用いて実行される。
【００１５】
ＵＳ  ５  ５１８  ５９７に従った方策は、アノード表面の実質的な加熱を必要とする。これは、以下に示すように、異なる局面において不利である。すなわち、このアノード表面の加熱は、処理に対して付加的な熱エネルギを加えるので、温度に敏感な表面が処理されることになる場合に問題となる。さらに、アノード表面にて得られる高温度により、アノードはたとえば酸化によってかなり速い速度で消耗する。したがって、このような状況下で動作するアノードは頻繁に取換えられることになる。さらにまた、アノード表面は均一に加熱されることがほとんどないので、この表面に沿った温度分布が少なくとも十分に均一になるまでに比較的長い期間待たなければならない。このような熱平衡に到達しない比較的長い期間は、処理全体の効率性にマイナスの影響を与える。アノード表面に沿った温度分布の非均一性は、被処理面に沿った処理の均一性にマイナスの影響をさらに与える。
【００１６】
ＵＳ  ５  １０３  ７６６に従った方策の不利な点は、瞬間的にアノード表面として働く電極表面の汚染速度、したがってアノードとして連続的に当該電極が働き得る最大の期間が、酸素の分圧といった、処理空間に存在する反応ガスの分圧と、カソード表面での磁界と、特にアーク電流とに高く依存するということである。したがって、アノード−カソード切替周波数は、重要性の高い処理パラメータ、すなわち、反応ガスおよびその分圧ならびにアーク電流に依存する。これにより、全体の処理制御が必要不可欠となる。さらに、カソードとして働くと考えられるとともに蒸着されることになる材料からなる２つの電極のうち、一度にカソードとして働くのは１つのみである。これにより、設置された源の蒸着性能の５０％でしか全体の処理が行なわれないことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、被処理面の作製方法と、真空プラズマ源とを提供することであり、これらにより、通過する放電電流に対して、最初のアノード表面の直流インピーダンスが実質的に維持されるとともに、著しい場合には、処理を始めた後にその時間変動が急速に消える。
【００１８】
上記目的は、以下の包括的局面において本発明に従って達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
ａ）：
被処理面を製作するための方法であって、真空容器内に処理空間を設けるステップを備え、処理空間内にカソードと金属アノード表面を有するアノードとがあり、金属は、第１の直流インピーダンス比を確立する方法によって達成される。処理空間内には、所望の圧力またはそれぞれの所望の分圧で、ガスまたはガス混合物の雰囲気が確立される。「定義」で述べたように、直流スペクトル成分を含む電気供給信号をアノードとカソードとの間に印加することによって、処理空間内にプラズマ放電が発生する。被処理面は、プラズマ放電を用いて処理される。これによって、第１の直流インピーダンス比よりも高い第２の電気直流インピーダンス比を有する固体が処理空間内に生成される。固体から遮蔽される、アノード表面の少なくとも１つの領域が確立される。これは、この領域に実質的に限られた範囲を有する明確な遮蔽プラズマをこの領域上に発生させることによって行われる。
【００２０】
動作時、本発明に従って発生した遮蔽プラズマは通常、その周囲とは異なる、明るい白熱する体積として目に見える。
【００２１】
アノード表面の選択された領域上に上記プラズマを発生させることによってそれらの領域が固体堆積物による汚染から効率的に遮蔽されることは驚くべきことである。これによって、処理時にこれらの表面領域はアノード金属が維持されるため、表面処理全体にわたって放電電流のための非常に低い時不変直流インピーダンスが確保される。遮蔽すべき選択領域に隣接し、かつ選択領域から遠いアノード表面の領域が、動作時に高い直流インピーダンス比を有する固体によって電気的に絶縁されたとしても、上記遮蔽プラズマによってアノード表面の上記選択領域において直流低抵抗バイパスが確立され、このバイパスが処理の始めから放電電流を引継ぐことになる。これによって、表面処理のために与えられるプラズマ放電の特性は安定して保たれる。
【００２２】
ｂ１）：
包括的局面ａ）における本発明に従った方法を実行する１つの態様において、遮蔽プラズマは、上記少なくとも１つの遮蔽領域をアノード表面のキャビティの表面領域として調節することによって発生し、このキャビティは、処理空間に露出した開口を有する。遮蔽プラズマは、たとえばガスまたはガス混合物、圧力またはそれぞれの分圧、処理空間内に解放される固体材料、プラズマ放電特性などの、適用される主な処理パラメータに適合されたキャビティを寸法決めすることによって、キャビティ内にのみ発生する。
【００２３】
したがって、この態様ｂ１）においては、すべての所望の処理パラメータが設定され、上記キャビティの適合された寸法決めによって、遮蔽プラズマが自動的に確立される。キャビティの適合されたまたは適切な寸法決めは、後述するように実験的に見つけられ得る。
【００２４】
この動作態様ｂ１）は、付加的なエネルギを印加することなく遮蔽プラズマが発生するという大きな利点を有する。さらに、これによって、異なる処理パラメータを用いる処理に同一のアノードを利用することができる。これは、アノード表面に、１つよりも多い形状的に異なるように調節されたキャビティを設けることによって達成される。自動的に、その１つまたは複数のキャビティは遮蔽プラズマで活性化されることになり、キャビティの形状寸法決めは、瞬間的に確立された処理パラメータのセットに適合している。
【００２５】
ｂ２）：
ａ）のような包括的局面における本発明に従った製作方法を実行する別の態様において、遮蔽領域は、処理空間に露出した開口を有するアノード表面のキャビティの表面領域として確立される。キャビティ内の遮蔽プラズマは、キャビティ内に磁界を発生させることによって発生する。この動作態様ｂ２）は、アノード、およびしたがってアノードの表面を、所望の表面処理のための異なる処理パラメータセットについて、すなわち、異なるガスまたはガス混合物、圧力またはそれぞれの分圧、処理空間内に解放される固体、異なる表面処理を実行するために利用されるプラズマ放電の特性について構想できるという利点を有する。遮蔽プラズマは、少なくとも１つのキャビティ内に発生する磁界によってそのキャビティ内に点弧されるので、このキャビティ内の磁界を適切に変化させることによって遮蔽プラズマをオンとオフとに制御可能に切替えることができるという可能性も生じる。
【００２６】
ｂ３）
ａ）のような包括的局面における本発明に従った方法を実行するさらなる態様において、遮蔽領域は、処理空間に露出した開口を有するアノード表面のキャビティの表面領域として確立される。遮蔽プラズマは、表面処理のために与えられるガスまたはガス混合物の少なくとも一部をキャビティを通じて処理空間に入れることによって、キャビティ内に確立される。この動作態様ｂ３）は、表面処理のために必然的に与えられる分量、すなわち処理空間内へのガス流を、キャビティ内に遮蔽プラズマを確立するために同時に利用できるという利点を有する。態様ｂ２）と同様に、アノード表面のキャビティは、特定の処理パラメータセットのセットとは実質的に別個に形状的に寸法決めされ得る。この態様のさらなる利点は、キャビティを通じて処理空間に注入されるガスまたはガス混合物が、アノードとカソードとの間に確立されるプラズマ放電で活性化されるべき反応ガスを含む場合、そのような反応ガスは遮蔽プラズマで既に活性化されていることである。そのようなガスを遮蔽プラズマに流すことによって反応ガスの付加的な活性化を利用することは、ａ）に係る方法を実行するすべての態様において行われ得ることを述べておかなければならない。
【００２７】
キャビティ内にガス流が遮蔽プラズマを確立するか否かは、キャビティを通じた処理空間内へのガス流および／またはガス混合物を調整することによって制御することができる。
【００２８】
ｂ４）：
ａ）のような包括的局面における本発明に従った製作方法を実行するさらなる態様は、少なくとも１つの遮蔽領域を、処理空間に露出したアノード表面のガス注入開口の表面領域として確立することである。少なくとも１つのガス注入開口の領域内の遮蔽プラズマは、表面処理のために利用されるガスまたはガス混合物の少なくとも一部を注入開口を通じて注入することによって確立される。明確な遮蔽プラズマが、アノード表面の注入開口に隣接して、かつ注入開口の周りに発生する。この動作態様は、態様ｂ３）と同様に、表面処理に必要なガス入口を遮蔽プラズマを確立するためにさらに利用することができ、またガス入口が反応ガスを含む場合は、そのような反応ガスは遮蔽プラズマで既に活性化されているという利点を有する。さらなる利点は、アノード表面に特定のキャビティを加工する必要がなく、上記ガスを供給するための管構成をアノードに設けるだけでよいことである。この態様においても、特定の注入開口の周りに遮蔽プラズマが発生するか否かは、対象の注入開口におけるガス流および／またはガス混合物注入を変化させることによって制御することができる。
【００２９】
上述のように、すべての実施例ａ）からｂ４）について当てはまるように、放電電流用の低直流インピーダンスが、遮蔽プラズマが発生する領域に確立される。上記遮蔽領域から遠い他のアノード表面領域は、固体で覆われるようになる。そのような遠隔領域は、放電電流に関して急速に非活性化される。したがって、
ｃ１）：
態様ａ）からｂ４）のいずれか１つの製作方法を実行する１つの態様において、アノード表面は、処理時に活性化され続ける領域から、したがって処理時に遮蔽プラズマが確立されるか確立され得る領域から実質的になるように確立される。この文脈における「実質的に」という語は、アノード表面は実際は上記少なくとも１つの遮蔽領域からなるが、遮蔽プラズマが存在しない、または遮蔽プラズマの強度が無視できるほど低いアノード表面のいくつかの小さな領域が存在することが除外されないことを意味する。したがって、アノード表面の少なくとも９０％は、少なくとも１つの遮蔽領域からなる。
【００３０】
ｃ２）：
すべて既に説明した態様ａ）からｂ４）に係る製作方法を実行するさらなる態様において、アノード表面は、少なくとも１つの遮蔽領域に隣接して存在する拡張表面領域を有する。この態様によって、上記のような固体が生成されない場合の処理も備えるなど、異なる表面処理に関して柔軟性が得られる。拡張領域によって、低放電電流濃度を得ることができる大きなアノード表面が、上記のような処理に対して確立される。これによって、固体が形成されない第１の処理、およびそのような固体が生成される第２の処理を含む一連の処理が実行され得る。
【００３１】
ｄ）：
本発明および実施例ａ）からｃ２）のいずれか１つに係る製作方法を実行するさらなる態様において、１つよりも多い上記遮蔽領域が設けられ、上記領域の一部に、明確な遮蔽プラズマが選択的に確立される。
【００３２】
態様ｂ１）によると、これは、形状的な寸法決めが異なる少なくとも２つのキャビティを設けることによって、上述のような特定の処理パラメータのセットに依存して上記キャビティの一方または他方に明確な遮蔽プラズマが確立されることで達成され得る。ｂ２）に係る態様では、キャビティの一方または他方に明確な遮蔽プラズマを確立するために、１つよりも多いキャビティのそれぞれに異なる磁界が印加され得る。上述のように、本実施例において、遮蔽プラズマの確立は、制御可能に可変の磁界をキャビティにそれぞれ与えることによって制御される態様で行われ得る。
【００３３】
ｂ３）に係る動作態様において、どのキャビティに遮蔽プラズマを確立するかの選択は、特定のガス流および／または特定のガス混合物の流れを確立することによって行われ得る。上記選択は、設けられる１つよりも多いキャビティを流れるガス流およびガス混合物の少なくとも一方を制御可能に変化させることによって、制御される態様で行なわれ得る。
【００３４】
ｂ４）に係る動作態様において、上記選択は、１つよりも多い注入開口に異なるガス流を確立することによって、および／または１つよりも多い注入開口を通じて異なるガス混合物を入れることによって実現され得る。この選択は、上記のガス流および／またはガス混合物を制御可能に変化させることによって、制御される態様で実現され得る。
【００３５】
ｄ１）：
ｄ）において説明したような動作態様のさらなる態様において、特定の遮蔽領域の選択は、たとえばガスまたはガス混合物、圧力または分圧、処理空間内に解放される固体、放電特性などの主な処理パラメータに依存して自動的に行なわれる。したがって、態様ｂ１）に注目して、異なるように寸法決めされたキャビティを設けると、自動的に、瞬間的に確立された処理パラメータに形状が一致するその１つまたは複数のキャビティが遮蔽プラズマで活性化されることになる。
【００３６】
ｂ２）に係る態様では、１つよりも多いキャビティ−この場合は均一に調整され得る−において異なる磁界が確立された場合、主な処理パラメータのセットが、主な磁界が適合するそれらのキャビティを遮蔽プラズマで自動的に活性化することになる。
【００３７】
ｂ３）に係る動作態様と同様に、かつｂ３）に係る動作態様に注目して、たとえば均一のキャビティに異なる流れおよび／または異なるガスもしくはガス混合物の流れを与えると、自動的に、流れおよび／またはガスもしくはガス混合物が主な処理パラメータに適合するそれらのキャビティにおいて遮蔽プラズマが確立されることになる。
【００３８】
態様ｂ４）に注目して、１つよりも多いガス入口が異なるガス流および／またはガス組成で扱われると、ガス流および／またはガス組成が瞬間的な主な処理パラメータに適合するその１つまたは複数の注入開口の周りに、遮蔽プラズマが確立されることになる。
【００３９】
ｅ）：
遮蔽プラズマを確立するときは必ずアノード表面からのガス流が含まれるとは限らないが、キャビティを通じて処理空間に入るガスまたはガス混合物の流れがやはり確立されて、そのようなガスまたはガス混合物を活性化するために遮蔽プラズマが利用される。
【００４０】
ｆ）：
さらなる動作態様において、少なくとも１つのキャビティおよびそれを通るガス流が含まれるときは必ず、たとえばノズルなどの圧力段階を介してキャビティから処理空間にガス混合物が流される。
【００４１】
ｇ）：
上述のように、低直流電圧プラズマ放電は、特に低い放電直流インピーダンスを示す。したがって、これらのプラズマ放電は、アノード表面上の上記固体の堆積に関して特に重要である。したがって、上記態様のすべてにおける本発明に係る製作方法を実行するさらなる態様ｇ）において、アノードとカソードとの間のプラズマ放電は、最大２００Ｖの供給電圧で、さらには最大１００Ｖの供給電圧で維持される。
【００４２】
ｈ）：
さらなる動作態様において、表面の処理はコーティングを含む。
【００４３】
ｈ１）：
１つの態様において、そのようなコーティングは、金属の窒化物、ホウ化物、炭化物、酸化物のうちの少なくとも１つを含む材料を用いて実行される。
【００４４】
ｈ１１）：
１つの態様において、上記金属はアルミニウムを含むか、またはアルミニウムからなる。
【００４５】
ｉ）：
さらなる動作態様において、上記プラズマ放電は、カソードアーク放電および熱フィラメントカソード放電の一方として確立される。
【００４６】
ｊ）：
本発明に係る製作方法を実行するさらなる態様において、アノードは冷却媒体によって冷却される。
【００４７】
異なる局面および動作態様における本発明に係る製作方法を説明したが、上記遮蔽プラズマの発生を引起こす正確な物理的メカニズムは今日のところ正確にわかっていないことを述べる必要がある。したがって、この現象を引起こす可能性のある物理的メカニズムの説明を述べることは控える。この件に関して、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス誌（Journal of Applied Physics 97, 103309）（２００５年）のエル・ドーフ（L. Dorf）等による「ホール型推進機放電におけるアノードシース現象の実験的研究（Experimental studies of anode sheath phenomena in a Hall thruster discharge）」が注目される。
【００４８】
次に、本発明に係る、および本発明に係る製作方法を実行するために適用されるような真空プラズマ源に注目して、ハードウェアの観点のみから、たとえばＤＥ４３  ０６  ６１１が考慮されるべきであることを述べる必要がある。この文献はカソード／アノード構成を教示しており、アノードは、アノード電位で動作されるプレートからなるボックス状のキャビティによって形成される。アノードキャビティは、表面処理のために利用されるプラズマ放電のプラズマ強度を増大させるために設けられ、すなわち、処理雰囲気内で希ガスを用いたエッチングによって、またはアルゴン−水素ガス混合物の印加などによる被処理面の化学的還元によって、または酸素含有雰囲気内でプラズマ放電を動作させて、処理された表面を最終的に不動態化することによって設けられる。
【００４９】
キャビティアノードから強度のプラズマ放電を発生させるために、キャビティ通じて磁界が与えられる。
【００５０】
Ａ）：
第１の局面において、本発明に係る真空プラズマ源は、カソードおよびアノードを含むプラズマ放電源を有する。アノードは、アノード表面と、アノード表面の少なくとも２つのキャビティを含む。キャビティの最小断面寸法は３から１００ｍｍの範囲内であり、深さはこの断面寸法の約半分である。
【００５１】
アノード表面に１つよりも多いキャビティを設けることによって、同一のキャビティ体積を単一のキャビティによって調節する場合よりも、キャビティ容積単位ごとにより大きな表面が確立される。これによって、上述のような遮蔽プラズマを確立する文脈において、遮蔽されるアノード表面領域が大きくなる。さらに、アノード表面に少なくとも２つのキャビティを設けることによって、製作方法の文脈において説明したように、プラズマ源が動作される主な処理パラメータのセットに依存して遮蔽プラズマを選択的に確立することが可能となる。
【００５２】
Ａ１）：
Ａにおける上記真空プラズマ源の第１の実施例において、アノード表面は、少なくとも２つのキャビティに隣接した拡張表面領域を含む。製作方法の局面における本発明の文脈において説明したように、これによって、アノード材料よりも直流インピーダンス比が高い固体が処理空間内に形成される処理、またはそのような固体が形成されない処理に対して、同一のプラズマ源を柔軟に適用することが可能となる。
【００５３】
Ａ２）：
さらなる実施例において、上記アノードのアノード表面は、少なくとも２つのキャビティの表面から実質的になる。これによって、各処理時に形成される固体の影響を受けずに保たれる、最大のアノード表面領域を有する最小体積のアノードが確立される。本実施例は、局面Ａ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００５４】
Ａ３）：
さらなる実施例において、アノード表面は、少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも１つの内部に当接したガス入口を含む。これによって、対象のキャビティのうちの１つの中に遮蔽プラズマを確立する際、ガス入口をガス入口を通じて遮蔽プラズマで活性化することが可能となる。本実施例は、局面Ａ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００５５】
Ａ４）：
さらなる実施例において、自身の内部に当接したガス入口を有する上記少なくとも１つのキャビティは、ガス入口とアノード表面の周囲雰囲気との間に、たとえばノズルなどの圧力段階を含む。
【００５６】
これによって、処理パラメータ、圧力段階の寸法決め、それを通るガスまたはガス混合物の流れ、そのような混合物の組成に依存して、遮蔽プラズマが圧力段階の開口の周りに、および／またはそのような圧力段階の導管内に、および／またはキャビティ内に形成される。
【００５７】
Ａ５）：
局面Ａ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得るさらなる実施例において、少なくとも２つのキャビティのうちの少なくとも１つに隣接して、上記キャビティ内に磁界を発生させる磁石構成が設けられる。そのような構成によって発生する磁界によって、主な処理パラメータとはほぼ別個に遮蔽プラズマがキャビティ内に確立され得るか、または単にキャビティの選択寸法によって主な処理パラメータで確立された遮蔽プラズマの強度が調整され得る。
【００５８】
Ａ５１）：
さらなる実施例において、上記磁石構成は、制御可能に可変の磁界を発生させるように制御可能である。これによって、アノード表面の対象のキャビティにおいて、遮蔽プラズマがオンとオフとに切替えられ得るか、または磁界を制御可能に変化させることによって遮蔽プラズマの強度が変化させられ得る。
【００５９】
Ａ６）：
Ａ）におけるすべての上記実施例と組合せられ得るさらなる実施例において、アノード表面の少なくとも２つのキャビティは異なる形状寸法を有する。したがって、遮蔽プラズマがたとえばその１つまたは複数のキャビティにおいて確立されることになり、その形状寸法は主な処理パラメータに適合している。
【００６０】
Ｂ）：
カソードおよびアノードを含むプラズマ放電源を有する本発明に係る真空プラズマ源の第２の局面において、アノードはアノード表面を含み、アノード表面は、少なくとも１つのキャビティと、上記少なくとも１つのキャビティに隣接した拡張表面領域とを含む。キャビティは、局面Ａ）において説明したような寸法を有する。そのようなアノードを有する真空プラズマ源は、アノード表面材料の直流インピーダンスよりも直流インピーダンス比が高い固体が処理空間内に形成される処理に対して、またはそのような固体が形成されない処理に対して柔軟に適用可能であるが、アノード表面における放電電流濃度を低減するために大きなアノード表面が望ましい。
【００６１】
Ｂ１）：
さらなる実施例において、アノード表面の上記少なくとも１つのキャビティは、自身の内部に当接した少なくとも１つのガス入口を含む。そのようなガス入口の利点は、局面Ａ３）における本発明の真空プラズマ源の文脈において説明した。本実施例は、局面Ｂ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００６２】
Ｂ２）：
さらなる実施例において、少なくとも１つのガス入口を有する上記キャビティは、ガス入口とアノード表面の周囲との間に圧力段階をさらに含む。そのような実施例の利点は、本発明の真空プラズマ源の実施例Ａ４）の文脈において説明した。
【００６３】
Ｂ３）：
さらなる実施例において、少なくとも１つのキャビティに隣接して、少なくとも１つのキャビティ内に磁界を発生させる磁石構成が設けられる。そのような磁界によって達成される利点は、本発明に係る源の実施例Ａ５）の文脈において既に説明した。本実施例は、局面Ｂ）に分類されるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００６４】
Ｂ３１）：
さらなる実施例において、上記の磁石構成は、制御可能に可変の磁界をキャビティ内に発生させるように制御可能である。本実施例の利点は、本発明に係る源の局面Ａ５１）の文脈において説明した。
【００６５】
Ｂ４）：
さらなる実施例において、源は、アノード表面に少なくとも２つの上記キャビティを含む。アノード表面の１つよりも多いキャビティの利点は、本発明に係る真空プラズマ源の局面Ａ）において説明した。本実施例は、局面Ｂ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００６６】
Ｂ５）：
さらなる実施例において、アノード表面の上記少なくとも２つのキャビティは、形状的に異なるように寸法決めされる。本実施例によって達成される利点は、本発明に係る源の局面Ａ６）において既に説明した。本実施例は、局面Ｂ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００６７】
Ｃ）：
カソードおよびアノードを含むプラズマ放電源を有する本発明に係る真空プラズマ源のさらなる局面において、アノードは、少なくとも１つのキャビティと上記キャビティの内部に当接したガス入口とを有するアノード表面を含む。少なくとも１つのキャビティは、Ａ）において説明したような寸法を有する。さらに既に説明したように、アノード表面に少なくとも１つのキャビティとその内部に当接したガス入口とを設けることによって、たとえキャビティの形状寸法がそのようなキャビティの寸法によってのみ確立された主な処理パラメータに適合していなくても、遮蔽プラズマを確立することが可能となる。
【００６８】
Ｃ１）：
１つの実施例において、キャビティは、ガス入口とアノード表面の周囲との間に圧力段階を含む。これによって、真空プラズマ源が動作する際に確立される処理パラメータ、ならびにそのような圧力段階の貫通開口の形状寸法、ならびにキャビティの寸法決め、ガス流および／またはガス混合物に依存して、圧力段階の開口を囲むように、および／またはそのような圧力段階の貫通孔内に、および／またはキャビティ内に遮蔽プラズマが確立される。
【００６９】
いずれの場合も、注入されたガスまたはガス混合物は遮蔽プラズマによって活性化されることになる。本実施例は、局面Ｃ）のすべての実施例との組合せで適用され得る。
【００７０】
Ｃ２）：
源のさらなる実施例において、源はアノード表面を有し、アノード表面は、少なくとも１つのキャビティに隣接した拡張表面領域を含む。このプラズマ源を用いることの柔軟性に関する利点は、たとえば局面Ｂ）において既に説明した。本実施例は、局面Ｃ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００７１】
Ｃ３）：
さらなる実施例において、放電源のアノードは、少なくとも１つのキャビティから実質的になるアノード表面を有する。局面Ｃ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る本実施例の利点は、たとえばＡ２）において説明した。
【００７２】
Ｃ４）：
さらなる実施例において、少なくとも１つのキャビティに隣接して、少なくとも１つのキャビティ内に磁界を発生させる磁石構成が設けられる。局面Ｃ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る本実施例の利点は、たとえばＡ５）において説明した。
【００７３】
Ｃ４１）：
さらなる実施例において、上記磁石構成は、制御可能に可変にされる。そのような実施例によって達成される利点は、Ａ５１）において説明した。
【００７４】
Ｃ５）：
さらなる実施例において、アノード表面は少なくとも２つの上記キャビティを含む。本実施例の利点はＡ）において説明した。本実施例は、Ｃ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得る。
【００７５】
Ｃ５１）：
さらなる実施例において、上記少なくとも２つのキャビティは異なるように寸法決めされる。本実施例の利点は、たとえばＡ６）において説明した。
【００７６】
局面Ａ）からＣ）におけるいずれの実施例とも組合せられ得るさらなる実施例において、アノードおよびカソードは、「定義」で述べたように、直流周波数成分を有する出力信号を発生させる電気供給源に動作可能に接続される。
【００７７】
さらなる実施例において、上記直流成分は、最大２００Ｖの電圧で、少なくとも５０Ａの電流である。
【００７８】
局面Ａ）からＣ）において説明したすべての実施例と組合せられ得るさらなる実施例において、アノードには、冷却媒体供給に接続されたチャネル構成が設けられる。
【００７９】
局面Ａ）からＣ）における既に説明したいずれの実施例とも組合せられ得るさらなる実施例において、放電源は、カソードアーク放電源または熱フィラメント低電圧放電源である。
【００８０】
次に、図面および実施例を用いて本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】カソードアーク放電によって表面を処理する真空処理装置を概略的かつ簡略的に示す図である。
【図２】図１の図に類似した図であって、熱フィラメントプラズマ放電を用いて表面を処理する真空処理装置を示す図である。
【図３】たとえば、図１または図２の装置を用いた、公知のプラズマ補助処理の間に形成される固体材料によって被覆されるアノード表面の部分を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る概念を一般的に示す図であって、すなわち、遮蔽プラズマによって固形堆積物からアノード表面の少なくともある部分を遮蔽することを示す図である。
【図５】本発明に従った遮蔽プラズマを確立するよう考えられるアノード表面の部分を概略的に示す図である。
【図６】テストアノードまたは異なる処理に柔軟に適用され得るアノードとして考えられる、この発明に従ったさらなる実施例におけるアノードの部分の断面を概略的に示す図である。
【図７】図６の概念に従ったカソードアーク放電の実施についてのアノードの写真の図である。
【図８】遮蔽プラズマの発生を示す、実施中における図６のアノードの写真の図である。
【図９】図６に示されるような、概念に従ったアノードのさらなる実施例の図である。
【図１０ａ】この発明に従ったアノードのさらなる２つの実施例を示す斜視図である。
【図１０ｂ】この発明に従ったアノードのさらなる２つの実施例を示す斜視図である。
【図１１】本発明に従ったさらなる実施例におけるアノードの部分を概略的に断面で示す図である。
【図１２】本発明に従ったアノードのさらなる実施例を、図１１の図に従った図で示す図である。
【図１３】本発明に従ったアノードのさらなる実施例を、図１１の図に類似した図で示すさらなる図である。
【図１４】本発明に従ったアノードのさらなる実施例を、図１３の図に類似した図で示す図である。
【図１５】本発明に従ったアノードのさらなる実施例の部分を概略斜視図で示す図である。
【図１６ａ】本発明に従ったアノードのさらなる実施例の断面を概略的に示す図である。
【図１６ｂ】図１６のアノードとは別の、図６で示された実施例とアノードとが組合されたさらなる実施例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
本発明の例の以下の記載は、低直流電圧放電の文脈、したがって、特にカソードアーク放電および熱フィラメントカソードを利用する放電の文脈でなされる。しかしながら既に述べたように、この発明は、他の直流電圧プラズマ放電の文脈において、たとえば、スパッタリングのために適用されてもよい。
【００８３】
図１において、低直流電圧プラズマ源の典型例として、アーク蒸着源であるプラズマ源を有する処理装置が概略的に示される。真空容器１において、容器１内で表面処理されることになるワークピースまたは基板を保持するためのホルダ３が設けられる。ホルダ３は、一般に直流電圧、すなわち直流周波数成分を含む電圧であるバイアス電圧で動作され得る。したがって、バイアスジェネレータ５によって与えられるバイアス電圧はたとえば、ゼロ電圧値に対して非対称の脈動電圧であり得る。
【００８４】
カソードアーク放電は、目標物７とアノード９との間に確立される。電気供給ジェネレータ１１により、直流周波数成分を含む供給信号が目標物７とアノード９とに与えられる。アノード９は、電気的にはカソード７である目標物７よりも高い直流電位にされる。供給ジェネレータ１１は、たとえばゼロ信号レベルに対して非対称である脈動信号によって実現されるような直流信号または交流が重畳された直流信号のみを生成する。
【００８５】
アーク放電は、点弧指部１３により、図１に概略的に示されるように点弧される。点弧指部１３は、たとえば、抵抗Ｒを介して、アノード電位にされ、カソード７の表面に接触するよう機械的に動かされて点弧アークを引出す。
【００８６】
結果得られるアーク、通常は多数のアーク、の経時変化は、カソード７の近傍に加えられる磁界Ｈによって影響され得る。通常、得られる放電電流は１０Ａおよび１０００Ａの間であり、これにより１５Ｖと１５０Ｖとの間の放電電圧が得られる。
【００８７】
アノード９は、容器１の壁部の内部表面と同じ電位にされ得る。これは、スイッチＳによって図１に概略的に示される。これにより、アノード表面は大幅に拡大され、通常、放電電圧の低減に繋がる。これは、プラズマ放電の直流インピーダンスが低減したことについての現われである。プラズマ放電は、したがって、処理空間ＰＳにおいて、従来どおりに少なくとも作動ガス、通常は特にアルゴンといった希ガスを含む処理雰囲気で行なわれる。
【００８８】
図１に概略的に示されるような構成は、当業者には完全に公知である。
図２において、第２のタイプの低直流電圧プラズマ放電源を有する第２の装置が示される。加熱電流Ｉによって加熱されるフィラメントによって実現される電子放出カソード７ａがカソードチャンバ１５内に存在する。カソードチャンバ１５の内部は、開口部１７を介して、容器１内の処理空間ＰＳに連通する。このオリフィス１７に対向して、容器１の中にはアノード９ａが設けられる。カソード７ａおよびアノード９ａは、電気供給ジェネレータ１１によって動作される。通常、希ガス、特にアルゴンである作動ガスを含む処理雰囲気において、プラズマ放電が、オリフィス１７を通ってアノード９ａに向かうように、カソード７ａとホルダ３との間に確立される。「熱フィラメント」放電とも称されるこのタイプのプラズマ放電では、図１でのカソードアーク放電の文脈で述べたのと同じ電流および放電電圧範囲が適用される。図２の構成も当業者には完全に公知である。
【００８９】
スパッタリングのために用いられるプラズマグロー放電は、従来５Ａと５０Ａとの間の放電電流を用いて確立される。放電電圧は数百Ｖである。いわゆる異常グロー放電の場合、放電電流は数百Ａであり、放電電圧は数百Ｖである。上述したように、本発明は、低電圧とは呼ばれ得ない種類のプラズマ放電にも適用され得る。
【００９０】
図１のカソードアーク放電動作および図２の熱フィラメントプラズマ動作では、ワークピース４の表面は、それぞれのアノード９ａおよび９が形成される金属の直流インピーダンス比よりも高い直流インピーダンス比を有する材料でコーティングされ得る。カソードアーク蒸着では、これは、カソード７からのアーク放電によって蒸着される金属または金属化合物に反応する反応性ガスを処理空間ＰＳに注入することによって行なわれ得る。絶縁材料の電気的絶縁層であり得るコーティング部が、ホルダ３上のワークピースまたは基板４の表面上に主に堆積される。
【００９１】
熱フィラメント処理では、固体は処理空間に通常解放されない。処理空間に注入された反応性ガスはプラズマ放電によって活性化され、基板またはワークピース４上に堆積される。これにより、結果得られるコーティング材料は、アノード材料の直流インピーダンス比よりも高い、（直流について）電気的に絶縁するほどの直流インピーダンス比を有し得る。このような固形コーティング材料はさらに、基板またはワークピース４の上に加えて、アノード９，９ａの上にも堆積する。これにより、導入部分で述べたように、プラズマ放電直流インピーダンスが上昇し、放電の挙動が不安定になり、ワークピースまたは基板の所望の処理結果に対してそれぞれマイナスの影響を与える。同じことが、たとえば、熱フィラメントプラズマ放電を用いてワークピースの表面を反応によりエッチングするか、またはプラズマによって活性化された反応性ガスを用いてクリーニングする場合にも起こり得る。
【００９２】
通常、カソードアーク放電の場合のアノード９および熱フィラメント放電の場合の９ａの両方は、通常、銅といった伝導性が高い材料からなり、非常に冷却される。
【００９３】
図３において、固体の被覆層１９がアノード表面２１上に存在する、図１または図２に従った９または９ａといったアノードの部分が概略的に示される。このような被覆層１９は、ワークピース表面の処理の間に、容器の反応空間ＰＳ内に固体が形成されるたびに得られ得る。このような固体が、アノード９，９ａの材料のインピーダンス比と同じぐらい低いかまたは実質的に同じぐらい低い直流インピーダンス比を有する材料からなる場合、このような被覆層１９は、図１の実施例におけるアーク放電または図２の実施例でのような熱フィラメント放電といった、ワークピース表面を処理するために確立されるプラズマ放電に影響を与えないか、または与えたとしても取るに足らない影響しか与えない。
【００９４】
他方、上述した被覆部１９がアノードの材料よりもかなり高い直流インピーダンス比を有する材料からなる場合、このような被覆部およびその経時成長によって、上述したように、プラズマ放電のブレークダウン（breakdown）まで、プラズマ放電特性を連続的に変化させることになる。
【００９５】
図４において、少なくともアノード表面２１の選択された表面領域２１S上にこのような固体の堆積を回避するための本発明に従った包括的な方策が図３の概略的な図と同じように示される。図４によると、アノード表面２１の少なくとも１つの領域２１Sに沿って、明確な遮蔽プラズマ２５が確立される。この遮蔽プラズマ２５の延伸は、上述した選択された領域２１Sに実質的に制限される。以下に例示されるように、このような明確な遮蔽プラズマは、アノード表面２１上にて輝点として処理中に見ることができる。驚くべきことに、アノード表面２１の領域に沿ったこのような遮蔽プラズマ２５を用いることにより、これらの領域２１Sにおいて固体の堆積の発生が回避される。領域２１Sの近傍には、図４に示されるように高インピーダンスの固体の堆積が発生するが、このような堆積は、高伝導性アノード表面領域２１S上において、高伝導性遮蔽プラズマ２５によって電気的にブリッジされる。高伝導性アノード表面領域２１Sは、汚染されないまま実質的に維持され、したがって、放電電流に対して示される実質的に安定した低直流インピーダンス比で実質的に変動しないアノード材料からなる。処理プラズマ放電の放電電流は、図４においてＩDによって概略的に示されるように、低インピーダンス領域２１S上に集中する。
【００９６】
第１の実施例において、図４および図５に概略的に示されるアノード表面２１の少なくとも１つの明確な領域２１Sに沿って遮蔽プラズマ２５を実現するためには、少なくとも１つのキャビティ２７を有するアノード表面が考えられる。
【００９７】
本願明細書を通じて言及されるキャビティは、３−１００ｍｍの最小断面寸法Ｗを有し、当該寸法Ｗの少なくとも半分の深さＴを有するものであると理解されるべきである。これにより、本発明において「キャビティ」という語の意味も非常に明確に理解される。
【００９８】
図５において、太線で描かれるとともにキャビティ２７に隣接する表面は、その上またはそれに沿って遮蔽プラズマが確立される図４の領域２１Sである。
【００９９】
図１または図２にかかる処理によるワークピース表面の所望の処理は、反応空間ＰＳにおけるガスまたはガス混合物タイプと、このようなガスの圧力またはそれぞれの分圧と、表面処理のために用いられるプラズマ放電の特性と、存在する場合は、カソードアーク放電処理においてカソード７から材料を蒸着することによって処理空間に解放される固体材料の特性とを含む処理パラメータの所望の組Ｐによって達成される。
【０１００】
処理パラメータの所与の組Ｐ1の場合、図５のキャビティ２７について、かなり狭い範囲の形状寸法が存在する。当該範囲にて、遮蔽プラズマが、キャビティ２７の中に、したがってアノード表面２１の表面領域２１Sに沿って確立される。キャビティ２７は、最小の断面幅Ｗ、最長の断面長さＬ、および深さＴによって実質的に規定される。キャビティ２７の中に当該遮蔽プラズマを確立するために最も重要であるのは、幅Ｗである。
【０１０１】
上で説明したように、処理パラメータの明確な組Ｐ1でのキャビティ２７内における遮蔽プラズマの発達に繋がる物理的メカニズムは今日でも正確には分かっていない。したがって、今日、キャビティ２７のための適切な形状寸法を達成するための１つの方策は、実験を行なうことである。図６に概略的に示されるように、１つより多いキャビティ２７ａ，２７ｂ…の組を有するアノード９，９ａが準備される。これらのキャビティ２７ａ，２７ｂ…は、概略的に示されるように、それらの形状寸法Ｗおよび／またはＴに対して相互に異なる。所望の態様で基板またはワークピースの表面を処理するよう、たとえば図１または図２に従った、このようなアノードを有する処理構成および処理パラメータの所望の組Ｐ1が確立される。実行中には、異なるキャビティ２７ａ，２７ｂ…のいずれかに、遮蔽プラズマが生成されるのを視覚的に見ることができる。処理の後は、固体の堆積が起こっていないキャビティはどれであるかを検査することによって認識され得る。処理パラメータの所望の組Ｐ1で遮蔽プラズマが生成されたキャビティが１つ以上あることが分かった場合、パラメータの組Ｐ1での次の処理のためのアノード表面には、遮蔽プラズマが生成されるように寸法決めされた１つ以上のキャビティが与えられる。
【０１０２】
カソードアーク放電について図６において概略的に示されるように考えられるアノードが、図７に示される。円筒形のキャビティでは、Ｗ＝Ｌが有効である。アノード表面には、多くの異なって調節されるキャビティが設けられる。
【０１０３】
以下の処理パラメータの組を用いて、所望の処理プロセスが達成される。
・カソード材料：アルミニウム（７０ａｔ％）−クロム（３０ａｔ％）
・作動ガス：アルゴンガスのフローなし
・反応性ガス：酸素ガスのフロー  ４００ｓｃｃｍ
・酸素の分圧：０．８Ｐａ
・放電電流：１８０Ａ
示されたような処理パラメータの組を用いて実施される図７のアノードは、図１の処理装置に搭載された。
【０１０４】
図８は、処理パラメータの組を用いる処理の間の図７のアノードの写真を示す。キャビティ２７0のいくつかでは、遮蔽プラズマが確立されていないが、その他のキャビティ２７ａ，２７ｂ…では、異なる強度の遮蔽プラズマが確立しているのが明確にわかり得る。したがって、キャビティのどの寸法Ｗが遮蔽プラズマを確立することになるのかがわかる。したがって、示されるように処理パラメータの組による処理のために用いられることになるアノードには、キャビティ２７ｂまたは２７ｃに従って、遮蔽プラズマへと繋がる寸法Ｗのキャビティが設けられる。
【０１０５】
この局面において、図７の異なって寸法決めされたキャビティが取り揃えられているアノードは、一方ではテストアノードと呼ばれ得る。他方では、このようなアノードは、処理パラメータの異なる組Ｐにて、それぞれの装置において柔軟に処理を実行することを考える場合に利用され得る。このような場合、形状寸法に適合する遮蔽プラズマを確立するよう、処理パラメータの現在の組Ｐによる現行の処理によって、アノード表面においてこれらのキャビティが自動的に選択されることになる。
【０１０６】
円筒形の断面を有するキャビティおよび処理空間ＰＳに向かう開口部は良好な実施例である。なぜならば、このようなキャビティは容易に作られ得るからである。しかしながら、このようなキャビティの形状は円形または円筒形に限定されないということが理解されなければならない。それらの断面は方形または正方形などであってもよい。さらに、図５に概略的に示されるように、キャビティの断面領域は、幅Ｗより実質的に大きい１つの長さＬを有し得る。これにより、このようなキャビティはスリット形状であり得る。しかしながら、このようなスリット形状のキャビティの長さＬが幅Ｗよりも実質的に大きくされる場合は、このスリットのキャビティに沿った、予測され得ない異なる別個の領域にて遮蔽プラズマが確立されるということが起こり得る。
【０１０７】
異なって寸法決めされたキャビティを有するアノードを用いる実験により、処理空間においてガスまたはガス混合物の合計圧力が低くされた場合に、Ｗを増加させた円筒形のキャビティほど、遮蔽プラズマを確立するという傾向が認識された。
【０１０８】
たとえば、５０Ａから２００Ａまでの範囲の放電電流が確立される場合、０．４Ｐａおよび２．５Ｐａの間の酸素分圧、次いで５０ｍｍの直径Ｗと３８ｍｍの深さＴとを有する円筒形のキャビティにより、全体の処理パラメータ範囲にて遮蔽プラズマが確立される。他方、深さは同じであるが、直径Ｗが３０ｍｍの円筒形キャビティでは、約２Ｐａの分圧でしか遮蔽プラズマが生成されない。このような分圧を下回れば、遮蔽プラズマは形成されない。したがって、実際には、キャビティは、約５０ｍｍの直径を有するよう調節されることになり、これにより上述した範囲内において変動する処理パラメータについても安定した処理を確実にする、すなわち処理パラメータの比較的大きなウインドウ（window）においても有効となる。
【０１０９】
図９では、図６から図８の概念に従った、線形アノードとして形状決めされるアノードを概略的に示す。図７では、冷媒をアノードに適用するためのチャネルは示されていなかったが、図９は、通常は水である液体冷媒のための注入口および排出口３０を示す。
【０１１０】
さらなる実験により、図５の寸法Ｗ，Ｌのみではなく、深さＴも、それぞれのキャビティにおいて遮蔽プラズマが確立されるかどうかを決定し得るということがわかった。今までの実験により、深さＴは、より小さい寸法Ｗの約５０％以上に選択されるべきであるという傾向が示された。
【０１１１】
図５、６および７に目を向けると、少なくとも１つのキャビティが、処理空間および基板ホルダに面しているアノードの表面に設けられる。しかしながら、当該キャビティは、カソードアーク蒸着アノード９の場合、図１０ａおよび図１０ｂにおいて２７で示されるように、他のアノード表面にも適用されてもよい。
【０１１２】
２つより多い同じように寸法決めされたキャビティが処理パラメータの所望の組Ｐ1に従ってアノード表面に設けられた場合、処理の間、当該キャビティの一方または他方にある遮蔽プラズマが消失する場合がある。これは、表面処理の均一性にマイナスの影響を与え得る。
【０１１３】
適切に調節されたキャビティのすべてにおいて遮蔽プラズマが安定的に維持されることを確実にする１つの可能性は、たとえばタンタルまたはタングステンといった、高い融点を有する金属のインレー２２を、図５のそれぞれのキャビティの基礎Ｂ表面（basis B surface）に適用することである。これらのインレーが、アノードに設けられる冷却システムによって効果的に冷却されるのを回避することで、処理の間、当該インレーは大幅に加熱されるということになる。これにより、キャビティにおいて遮蔽プラズマを安定して維持することが確実になる。
【０１１４】
所望のようにすべてのキャビティにおいて安定した遮蔽プラズマを確実にするかなり好ましいさらなる方策が、さらなる実施例の文脈において以下に論じられる。
【０１１５】
これまでのところを要約すると、処理パラメータの現在の組Ｐに適合する、アノード表面における少なくとも１つのキャビティの形状寸法を適切に決めることによって引起される遮蔽プラズマの生成を論じてきた。ここでは、遮蔽プラズマを確立する異なる方策を論じる。これらの異なる方策は、今まで述べた方策と組合され得る。
【０１１６】
図１１において、キャビティ２７を有するアノード９，９ａのアノード表面２１が、図６の図に従った図で示される。キャビティ２７を通る磁界Ｈが、磁石構成２９により確立される。これにより、特定の寸法を有するキャビティにて遮蔽プラズマが生成される処理パラメータＰ、たとえばＷ1、Ｌ1、Ｔ1の範囲が大幅に広くなるということが達成され得る。一方、遮蔽プラズマの発生の安定性は、処理パラメータの所望の組に適合された同様に寸法決めされたキャビティを有するアノードにおいて確実にされ得る。他方で、キャビティ２７は、処理パラメータの所望の組から実質的に独立して形状的に調節されてもよい。当該磁界を適用することにより、処理パラメータの所望の組に適合するよう正確に調節されていないキャビティにおいて、安定的な遮蔽プラズマが生成され得る。したがって、少なくとも１つのキャビティを有する１つの同じアノードを、処理パラメータの異なる組Ｐを用いる異なる処理に適用するという柔軟性が得られる。それにもかかわらず、安定的な遮蔽プラズマがキャビティにて生成されることになる。
【０１１７】
この磁石構成を制御可能なように確立することにより、図１２に概略的に示されるように、特に、現在の処理においてキャビティの形状寸法によって事実上自動的に遮蔽プラズマが生成されない場合、制御可能に磁界Ｈを変動させることにより、それぞれの遮蔽プラズマの発生を切換えまたは制御することが可能になる。これはたとえば、図１２に概略的に示されるように、制御可能な電磁石構成３１により磁界Ｈを確立することによって実現され得る。
【０１１８】
さらなる実施例では、遮蔽プラズマはさらに、キャビティ形状が処理パラメータの現在の組Ｐに適合しない場合でも、アノード表面のキャビティ内に確立され得る。これは、図１３によると、表面処理のために用いられるガスまたはガス混合物の少なくとも一部をキャビティに通すことにより実現される。これにより、ガスまたはガス混合物Ｇを処理空間ＰＳに注入するガス注入口３３がキャビティ２７の壁部に設けられる。図１１および図１２の磁界を与える効果と同様に、特定のキャビティ２７が遮蔽プラズマの発生を確実にする処理パラメータの範囲がかなり広くなる。少なくとも１つのキャビティ２７を有するアノードを、処理パラメータの異なる組Ｐに柔軟に適用することが可能になる。
【０１１９】
図１４に示されるように、たとえばバルブ３５を用いて、キャビティ２７を通って処理空間ＰＳ内に入るガスＧの流れを制御可能に変動させることがさらに可能になり、および／またはバルブ３９により、注入ガスの混合を制御可能に変動させることが可能になる。
【０１２０】
上述したガスの流れおよび／またはガスの混合を変動可能にすることにより、考えられるキャビティ２７にて遮蔽プラズマの発生を制御することが可能になる。
【０１２１】
キャビティの形状寸法からの遮蔽プラズマの発生の大幅な独立、または逆に処理パラメータＰの一般的な組からの大幅な独立は、図１１および図１４に示されるような実施例によって達成される。キャビティ２７の中において、ガスＧのための注入口３３と処理空間ＰＳとの間に、少なくとも１つのガス注入開口部４３を有する圧力ステージ４１を設けることにより、さらなる改善が達成される。どれぐらい大きく当該注入開口部４３が調節されるかと、この開口部４３を通るガス流量とに依存して、遮蔽プラズマは、アノードの表面２１にて開口部４３の近傍、および／または圧力ステージ４１のガス伝達チューブ４１ａ、および／またはキャビティ２７の中に生成される。
【０１２２】
明確なキャビティ２７の各々において設けられる圧力ステージ４１を有する図１３または図１４の実施例とは別に、図１５は、処理空間ＰＳに向かういくつかの排出口開口部４９へのガスの供給のためにのみキャビティが用いられ得るさらなる実施例を概略的に示す。この実施例では、表面処理のために用いられるガスまたはガス混合物の少なくとも一部がガス排出口ノズル４９へと供給されるガス供給チャネル４７がアノード９，９ａが設けられる。ガス排出口ノズル４９を通って、ガスＧは処理空間ＰＳ内に流れ込む。遮蔽プラズマは、ＰＬで概略的に示されるように、ノズル開口部４９のすぐ近傍および周りに確立される。
【０１２３】
アノード９，９ａは通常、従来は水である冷媒によって冷却される。当該冷媒は、アノードにおける冷却チャネル系に沿って流れる（図示せず）。
【０１２４】
図４から図１５に目を向けると、アノード表面に沿って、図４の特定の領域２１sが得られる。遮蔽プラズマにより、当該領域に沿って固体は堆積されないが、残りのアノード表面領域２１ｐには、固体の堆積が起こる。
【０１２５】
遮蔽プラズマがそこに沿って確立される領域２１ｓと、そこに沿って遮蔽プラズマが確立されないさらなる領域２１ｐとを有するようにアノード表面を確立することによって、このようなアノードは、たとえば高抵抗の固体を発生させない第１の処理に柔軟に適用され得る。これにより、アノード表面全体が利用でき、この処理モードにおいて低放電電流密度に繋がる。その後、さらなる処理において、固体が生成され、所定の領域２１Sには遮蔽プラズマが確立される。したがって、このタイプのアノードは固体の生成のない処理および固体の生成のある処理に柔軟に適用可能である。
【０１２６】
他方、たとえば、図４のように、相対的に高い直流インピーダンス比の固体が形成される処理にのみ目を向けると、このような処理の間には、上述した固体でコーティングされるアノードのすべての表面２１ｐが、放電電流により非活性化されるのがわかり得る。したがって、このような処理のために、アノードは、遮蔽プラズマが確立される領域２１Sから少なくとも実質的になるアノード表面を有することが考えられ得る。アノード９，９ａのこのような実施例は、図１６ａ）、ｂ）に概略的に示される。図１６ａ）によると、２１ｂの境界領域の傍に、キャビティ２７の表面２１Sによって少なくとも実質的にアノード表面が形成されるように単一のキャビティのアノード５１が設けられる。図１６ｂ）は、再び複数のキャビティのアノード５３を概略的に示す。当該図では、アノード表面は実質的に、キャビティ表面２１ｓから、したがって遮蔽プラズマが確立される表面からなる。
【０１２７】
本発明は、金属の窒化物、ホウ化物、炭化物、酸化物の少なくとも１つ、特にアルミニウムもしくはアルミニウムを含む合金、またはそれらの混合物からなる基板またはワークピース表面上にＰＶＤまたはＰＥＣＶＤによって層を堆積するのに特に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ）】
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【図１６ｂ）】
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【国際調査報告】
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