CN101842868B - 制造经处理表面的方法和真空等离子体源 - Google Patents

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Abstract

当借助于阳极(9)与阴极(7)之间的真空等离子体放电处理工件或基底表面并由此由于这种处理固体(19)在阳极表面(21)上形成并沉积时，该固体的DC比阻抗高于阳极材料的DC比阻抗，至少部分阳极表面通过在那里建立屏蔽等离子体(25)而屏蔽于这种沉积。

Description

制造经处理表面的方法和真空等离子体源
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。
根据US 5 103 766的方法的缺点是，暂时作为阳极表面操作的电极表面的污染速度以及因此所述电极可以作为阳极连续操作的最大时间段高度依赖于加工空间中存在的反应性气体的分压，如依赖于氧气分压，以及依赖于阴极表面的磁场，特别是依赖于电弧电流。因此，阳极到阴极切换频率依赖于高度重要的工艺参数，即依赖于反应性气体及其分压以及依赖于电弧电流。这使总的工艺控制变得很关键。进一步地，所述两个电极(两个电极均设想作为阴极操作并因此都是要被蒸发的材料)中在同一时刻只有一个作为阴极操作。这导致的事实是，整个过程仅以安置的源蒸发能力的50％操作。
本发明的一个目的是提供经处理的表面的制造方法和真空等离子体源，通过其用于经过放电电流的初始阳极表面DC阻抗基本上被保持，而且(如果重要的话)其随时间的变化在开始加工之后迅速消失。
根据本发明这样的目的在以下的一般方面得以解决
a)：
通过制造经处理的表面的方法，其包括提供在真空容器(vacuumrecipient)内的加工空间、在其中的阴极和具有金属阳极表面的阳极，所述金属建立第一DC比阻抗(specific DC impedance)。在所述加工空间中建立处于所需压力或相应地处于所需分压的气体或气体混合物的气氛。通过在阳极与阴极之间施加供电信号(electric supply signal)在加工空间中产生等离子体放电(plasma discharge)，所述供电信号包含DC谱分量(spectral component)，如″定义″之下所描述的。借助于等离子体放电对待处理的表面进行处理。由此在加工空间中产生具有第二DC比电阻抗(specific electric DC impedance)的固体，所述第二DC比电阻抗高于所述第一DC比阻抗。建立屏蔽所述固体的所述阳极表面的至少一个区域。这是通过在该区域上产生明确的屏蔽等离子体(distinct shielding plasma)完成的，所述屏蔽等离子体的范围基本上限于此区域。
在操作当中，根据本发明产生的所述屏蔽等离子体作为与其周围不同的明亮发光体积(bright glowing volume)通常是可见的。
非常意外的是，通过在阳极表面的选定的区域上产生所述等离子体，有效地屏蔽了这些区域免受固体沉积的污染。因此，这些表面区域在加工期间保持为阳极金属，由此在整个表面处理期间确保了非常低且不随时间而变化的放电电流DC阻抗。即使在操作期间，邻近和远离将要被屏蔽的选定区域的阳极表面区域由于具有高DC比阻抗的固体而变得电隔离，但是通过所述屏蔽等离子体并且在所述阳极表面的所述选定区域建立起低DC电阻旁路(bypass)，其将从加工的一开始就接收放电电流。因此用于表面处理的等离子体放电的特性保持稳定。
b1)：
在操作本发明一般方面a)的方法的一种模式中，通过将所述至少一个要屏蔽的区域定制(tailoring)为阳极表面中的凹槽(cavity)的表面区域来产生屏蔽等离子体，这种凹槽具有暴露于所述加工空间的开口。通过相应地把凹槽的尺寸设定为配合于所应用的主导加工参数(prevailingprocessing parameters)，只在所述凹槽中产生屏蔽等离子体，所述主导加工参数例如为气体或气体混合物、压力或各自的分压、在加工空间中释放的(freed)固体物质、等离子体放电特性。
由此在这种b1)模式下设定了全部所需的加工参数，并且由于所述凹槽的相配合的尺寸设定，自动建立起屏蔽等离子体。
如将要描述的那样，可以用实验的方法找到相配合的或适当的凹槽尺寸设定。
此操作模式b1)具有显著的优点：无需施加额外的能量产生所述屏蔽等离子体。进一步地，同一个阳极由此可以用于具有不同加工参数的加工。这是通过在阳极表面中提供超过一个的几何上不同的定制凹槽实现的。自动地那或那些凹槽将由屏蔽等离子体激活，其几何尺寸设定与暂时建立的加工参数组相配合。
b2)：
在操作根据本发明并且在所述一般方面a)之下的制造方法的另一模式中，将要被屏蔽的区域建立为阳极表面中的凹槽的表面区域，该凹槽具有暴露于加工空间的开口。通过在所述凹槽中产生磁场来生成在所述凹槽中的屏蔽等离子体。此操作模式b2)具有的优点是，所述阳极和由此所述阳极的表面可以构想用于所需表面处理的不同加工参数组，即不同的气体或气体混合物、压力或各自的分压、加工空间中释放的固体、将用来进行不同表面处理的等离子体放电的特性。在至少一个凹槽中通过其中生成的磁场引发了屏蔽等离子体，这进一步提供了通过适当地改变相应凹槽中的磁场以可控的方式切换屏蔽等离子体开和关的可能。
b3)
在操作根据本发明一般方面a)的方法的一种另外的模式中，将要屏蔽的区域建立为阳极表面中的凹槽的表面区域，该凹槽具有暴露于加工空间的开口。通过经由所述凹槽把至少一部分提供用于表面处理的气体或气体混合物引进加工空间中而在凹槽中建立屏蔽等离子体。此操作模式b3)具有的优点是，为表面处理加工而必要提供的措施(即进入加工空间中的气流)被同时用于在凹槽中建立屏蔽等离子体。与模式b2)同样的是，可以基本上独立于具体的操作参数组而设定阳极表面中的凹槽的几何尺寸。此模式的一个附加优点是，如果经由凹槽注入加工空间的气体或气体混合物包含要在阳极与阴极之间建立的等离子体放电中活化的反应性气体，那么这种反应性气体已经在屏蔽等离子体中被活化。必须说明的是，通过使反应性气体流过屏蔽等离子体而利用这种气体的附加活化，可以在根据a)的方法的所有操作模式中进行。
在凹槽中所述气流是否建立屏蔽等离子体可以通过调节经由凹槽进入加工空间的气流和/或气体混合物来控制。
b4)
操作根据本发明一般方面a)的制造方法的一种进一步的模式是通过把要屏蔽的至少一个区域建立为在阳极表面中并暴露于加工空间的气体进口的表面区域。在所述至少一个气体进口的区域中的屏蔽等离子体通过经由所述进口注入至少一部分用来进行表面处理的气体或气体混合物而建立。邻近和围绕阳极表面上的所述进口产生明确的屏蔽等离子体。与模式b3)类似，此操作模式具有利用表面处理所需的气体输入来另外建立屏蔽等离子体的优点，而且如果所述气体输入包含反应性气体，则这种反应性气体已经在屏蔽等离子体中被活化。进一步的一个优点是，不需要在阳极表面中加工出特定的凹槽，而仅需在阳极中的用于供给所述气体的管道装置。同样，在此模式当中，在具体的进口周围是否产生屏蔽等离子体可以通过在所考虑的进口处改变气流和/或气体混合物引入来控制。
如上文所述，对于a)至b4)所有的实施方案都适用，在产生屏蔽等离子体的区域建立了放电电流低DC阻抗。其它阳极表面区域，远离所述屏蔽的区域，变得被固体覆盖。这种远处的区域相对于放电电流迅速地变为惰性的。因此
c1)：
在操作a)至b4)模式任一的制造方法的一种模式中，阳极表面被建立为基本上由在加工期间保持活性的区域构成，并因此由在加工期间在那里建立或可以建立屏蔽等离子体的区域构成。关于在此上下文中的术语″基本上″，我们要说的是，虽然事实上阳极表面由所述要进行屏蔽的至少一个区域构成，但其不应该排除存在一些较小的阳极表面区域，在这些区域上没有屏蔽等离子体或者屏蔽等离子体具有可忽略的低强度。因此，至少90％的阳极表面由要被屏蔽的所述至少一个区域构成。
c2)：
在操作根据所有已经提及的模式a)至b4)的制造方法的一种另外的模式中，阳极表面具有邻近要被屏蔽的所述至少一个区域存在的扩展表面区域(extended surface area)。通过这种模式针对不同表面处理实现了灵活性，也包括其中不产生所述固体的处理。通过所述扩展区域，对于刚讨论的处理建立起导致相应地低放电电流密度的大阳极表面。因此可以实施加工序列，包括不形成所述固体的第一加工和产生这种固体的第二加工。
d)：
在操作根据本发明和根据a)至c2)任一实施方案的制造方法的一种进一步的模式中，提供超过一个的所述要被屏蔽的区域，并且选择性地对一部分所述区域建立所述明确的屏蔽等离子体。
根据模式b1)，这可以通过提供至少两个具有不同几何尺寸的凹槽实现，从而根据如上文所述的具体的加工参数组，将在所述凹槽的一个处或在所述凹槽的另一个处建立起明确的屏蔽等离子体。在根据b2)的模式中，可以对所述相应的超过一个的凹槽施加不同的磁场，从而在所述凹槽的一个处或在另一个处建立明确的屏蔽等离子体。如上文所述，在此实施方案中，通过对所述凹槽分别提供可控地可变的磁场可以以受控的方式完成建立屏蔽等离子体。
在根据b3)的操作模式中，可以通过建立特定的气流和/或特定的气体混合物流来实施选择应该在那个凹槽建立屏蔽等离子体。通过以可控的方式改变穿过所提供的多于一个的凹槽的气流及气体混合物流中的至少之一，可以以受控的方式进行所述选择。
在根据b4)的操作模式中，可以通过在所述超过一个的进口处建立不同的气流和/或通过经由所述超过一个的进口引进不同的气体混合物来实现所述选择。通过以可控的方式改变所述气流和/或气体混合物，可以以受控的方式实现所述选择。
d1)：
在操作d)所述模式的一种另外的模式中，根据所述主导加工参数(例如根据气体或气体混合物、压力或分压、释放到加工空间中的固体、放电特性)自动地进行要被屏蔽的特定区域的选择。因此对于b1)模式，提供不同尺寸的凹槽导致这样的事实：自动地，几何结构符合暂时(momentarily)建立的加工参数的那个或那些凹槽将会由屏蔽等离子体激活。
在根据b2)的模式中，如果在多于一个的凹槽(其在这种情况下可以等同地定制)建立不同的磁场，那么主导加工参数组将自动地由屏蔽等离子体激活主导磁场与其相配合的那些凹槽。
类似地，对于b3)的操作模式，在例如等同的凹槽提供不同的气体或气体混合物的不同的流量和/或流将自动地导致在所述流和/或气体或气体混合物与主导加工参数相配合的那些凹槽处建立屏蔽等离子体。
对于模式b4)，当多于一个的进气口以不同的气流和/或不同的气体组成进行操作时，围绕气流和/或气体组成与暂时主导的加工参数相配合的那个或那些进口将建立起屏蔽等离子体。
e)：
尽管建立屏蔽等离子体并不一定涉及来自阳极表面的气流，但仍然建立经由凹槽进入加工空间的气体或气体混合物流，从而利用屏蔽等离子体来活化这种气体或气体混合物。
f)：
在一种另外的操作模式中，当涉及至少一个凹槽和经过那里的气流时，气体或气体混合物从所述凹槽经由压力级(pressure stage)(例如喷嘴)流进加工空间。
g)：
如上文所述，低DC电压等离子体放电确实明确地显示出低放电DC阻抗。因此，这些等离子体放电对于所述固体在阳极表面上的沉积是特别关键的。因此在操作根据本发明的以上所述的所有模式的制造方法的一种另外的模式g)中，在至多200V的供电电压、甚至在至多100V的供电电压维持阳极与阴极之间的等离子体放电。
h)：
在一种另外的操作模式中，所述表面的处理包括涂覆。
h1)：
在一种模式中，这种涂覆用包含金属的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物中的至少一种的材料进行。
h11)：
在一种模式中，所述金属包括铝或由铝构成。
i)：
在一种另外的操作模式中，作为阴极电弧放电(cathodic arcdischarge)和热丝阴极放电(hot filament cathode discharge)中的一种建立所述等离子体放电。
j)：
在操作根据本发明的制造方法的一种另外的模式中，由冷却介质对阳极进行冷却。
虽然在不同的方面及操作模式下已经讨论了根据本发明的制造方法，但必须指出的是，导致所述屏蔽等离子体出现的确切物理机制目前还不是完全清楚。因此我们不对可能导致这种现象的物理机制给出解释。关于这一主题，请关注例如L.Dor降的文章″Experimental studies ofanode sheath phenomena in a Hall thruster discharge″，Journal of AppliedPhysics 97，103309(2005)。
现在转到根据本发明并应用于实施根据本发明的制造方法的真空等离子体源(vacuum plasma sources)，必须明白，仅从硬件的角度考虑，例如将要考虑DE 43 06 611。其教导了阴极/阳极装置，其中阳极通过由板制成的盒状腔形成，其在阳极电位操作。提供所述阳极腔以提高用来处理表面的等离子体放电的等离子体强度，即在加工气氛中使用稀有气体通过蚀刻进行，或者通过应用氩-氢气体混合物通过要处理的表面的化学还原进行，或者通过在含氧气氛中操作等离子体放电从而最终钝化已经被处理的表面进行。
穿过所述凹槽提供了磁场以从所述凹槽阳极产生强烈的等离子体放电。
A)：
在第一方面，根据本发明的真空等离子体源具有包括阴极和阳极的等离子体放电源。所述阳极包括阳极表面和在所述阳极表面中的至少两个凹槽。所述凹槽的最小截面尺寸(cross-sectional dimension)范围是3至100mm，深度为此截面尺寸的约一半。
通过在阳极表面中提供多于一个凹槽，与当由单一一个凹槽定制同样的凹槽体积时相比，每凹槽体积单位建立了更大的表面。因此，就建立如上所述的屏蔽等离子体而言，屏蔽了增加的阳极表面区域。此外，如关于所述制造方法讨论的那样，在阳极表面中提供至少两个凹槽容许根据操作等离子体源的主导加工参数组而选择性地建立屏蔽等离子体。
A1)：
在所述的A中的真空等离子体源的第一实施方案中，阳极表面包括邻近所述至少两个凹槽的扩展表面区域。如针对本发明制造方法方面所解释的那样，这容许将同样的等离子体源灵活地应用于加工，其中在加工空间中形成固体(该固体的DC比阻抗比阳极材料的要高)或其中没有形成这样的固体。
A2)：
在一个另外的实施方案中，所述阳极的阳极表面基本上由所述至少两个凹槽的表面构成。因此，建立了具有最大阳极表面区域(其保持不受在相应的加工期间所形成的固体的影响)的最小体积的阳极。该实施方案可以与A)方面下的任何实施方案结合。
A3)：
在一个另外的实施方案中，阳极表面包括止于(abuts in)所述至少两个凹槽的至少一个中的进气口。当在所考虑的凹槽的一个中建立相应的屏蔽等离子体时，这使得经由所述进气口引入的气体将在屏蔽等离子体中被活化。该实施方案可以与A)方面下的任何实施方案结合。
A4)：
在一个另外的实施方案中，所述具有止于其中的进气口的至少一个凹槽在所述进气口与阳极表面的周围气氛之间包括压力级(例如喷嘴)。
因此，根据加工参数、压力级的尺寸、穿流的气体或气体混合物流、这种混合物的组成，围绕压力级的一个或多个开口和/或在这种压力级的一个或多个导管中和/或在凹槽中产生了屏蔽等离子体。
A5)：
在可以与A)方面下的任一实施方案结合的一个另外的实施方案中，邻近所述至少两个凹槽的至少一个提供在所述凹槽中产生磁场的磁体装置(magnet arrangement)。通过由这种装置产生的磁场，可以在很大程度上独立于主导加工参数在凹槽中建立屏蔽等离子体，或者仅通过选定的凹槽尺寸在主导加工参数建立的屏蔽等离子体可以对其强度进行调节。
A51)：
在一个另外的实施方案中，刚提及的磁体装置是可控的，从而使所述磁场可控地可变(controllably variable)。由此在阳极表面内的所考虑的凹槽处，可以通过以可控的方式改变所述磁场来开启和关闭屏蔽等离子体或者只是改变强度。
A6)：
在可以与A)下所有所述实施方案结合的一个另外的实施方案中，阳极表面中的所述至少两个凹槽具有不同的几何尺寸。由此，屏蔽等离子体将会例如在其几何尺寸与主导加工参数相配合的那个或那些凹槽处建立。
B)：
在根据本发明的真空等离子体源(其具有包括阴极和阳极的等离子体放电源)的第二方面下，所述阳极包括阳极表面，该阳极表面包含至少一个凹槽和邻近所述至少一个凹槽的扩展表面区域。所述凹槽具有A)方面中所述的尺寸。具有这种阳极的真空等离子体源可灵活地用于其间在加工空间中形成固体(该固体的DC比阻抗高于阳极表面材料的DC阻抗)的过程，或者用于其中没有这种固体形成，但需要大阳极表面以减小阳极表面处的放电电流密度的加工。
B1)：
在一个另外的实施方案中，阳极表面中的所述至少一个凹槽包括止于其中(abutting therein)的至少一个进气口。这种进气口的优点已在针对本发明A3)方面的真空等离子体源的上下文中讨论过。该实施方案可以与B)方面中的任何实施方案结合。
B2)：
在一个另外的实施方案中，具有所述至少一个进气口的所述凹槽进一步在所述进气口与阳极表面周围环境(surrounding)之间包括压力级。这种实施方案的优点已在本发明的真空等离子体源的实施方案A4)的上下文中叙述过。
B3)：
在一个另外的实施方案中，邻近所述至少一个凹槽提供磁体装置，所述磁体装置在所述至少一个凹槽中产生磁场。由这种磁场得到的优点已在根据本发明的所述源的实施方案A5)的上下文中讨论过。该实施方案可以与归类于B)方面的任一实施方案结合。
B31)：
在一个另外的实施方案中，刚提及的所述磁体装置是可控的，以使在所述凹槽中的磁场可控地可变。该实施方案的优点已在根据本发明的所述源的A51)方面的上下文中讨论过。
B4)：
在一个另外的实施方案中，所述源包括在阳极表面中的至少两个所述凹槽。在阳极表面中超过一个凹槽的优点已在根据本发明的真空等离子体源的A)方面中叙述过。该实施方案可以与B)方面的任一实施方案结合。
B5)：
在一个另外的实施方案中，在阳极表面中的所述至少两个凹槽的几何尺寸不同。由此实施方案得到的优点已在根据本发明的源的A6)方面中讨论过。该实施方案可以与B)方面的任一实施方案结合。
C)：
在根据本发明的真空等离子体源(具有包括阴极和阳极的等离子体放电源)的一个另外的方面，所述阳极包括具有至少一个凹槽的阳极表面和止于所述凹槽中的进气口。所述至少一个凹槽具有A)中所述的尺寸。如上文中已经另外叙述的那样，提供阳极表面中的至少一个凹槽以及止于其中的进气口容许建立屏蔽等离子体，即使所述凹槽的几何尺寸仅仅通过这种凹槽的尺寸设定并不与建立的主导加工参数相配合。
C1)：
在一个实施方案中，所述凹槽包括在所述进气口与阳极表面的周围环境之间的压力级。由此，根据当操作真空等离子体源时要建立的加工参数和这种压力级的通口的几何尺寸以及凹槽的尺寸、气流和/或气体混合物，刚好环绕压力级的开口和/或在这种压力级的通孔内和/或在凹槽中建立屏蔽等离子体。
在任意的这种情况下，注入的气体或气体混合物将被屏蔽等离子体活化。该实施方案可以与C)方面的所有实施方案结合应用。
C2)：
在所述源的一个另外的实施方案中，其具有阳极表面，该阳极表面包括邻近所述至少一个凹槽的扩展表面区域。已经例如在B)方面中讨论了关于使用该相应等离子体源的灵活性的优点。该实施方案可以与C)方面的任何实施方案结合。
C3)：
在一个另外的实施方案中，所述放电源的阳极具有基本上由所述至少一个凹槽构成的阳极表面。该实施方案，其可以与C)方面中的任何实施方案结合，的优点在例如A2)中叙述。
C4)：
在一个另外的实施方案中，邻近所述至少一个凹槽提供磁体装置，所述磁体装置在所述至少一个凹槽中产生磁场。该实施方案，其可以与C)方面中的任何实施方案结合，的优点已在例如A5)中叙述。
C41)：
在一个另外的实施方案中，使所述刚提及的磁体装置可控地可变。由这种实施方案得到的优点已在A51)中叙述。
C5)：
在一个另外的实施方案中，阳极表面包括至少两个所述的凹槽。此实施方案的优点已在A)中叙述过。此实施方案可以与C)中的任何实施方案结合。
C51)：
在一个另外的实施方案中，刚提及的至少两个凹槽的尺寸不同。此实施方案的优点已在例如A6)中叙述过。
在可以与A)至C)方面中的任何实施方案结合的一个另外的实施方案中，阳极和阴极与产生具有DC频率分量(如″定义″中所述)的输出信号的供电源操作地连接。
在一个另外的实施方案中，所述DC分量是在至多200V电压的至少50A的电流。在可以与A)至C)方面中所述的所有实施方案结合的一个另外的实施方案中，阳极具有连接至冷却介质源的通道装置。
在可以与A)至C)方面中的任何前述实施方案结合的一个另外的实施方案中，放电源为阴极电弧放电源或热丝低压放电源。
现在将借助于附图和实施例进一步描述本发明。
附图显示：
图1示意地和简化地，真空处理装置，其中借助于阴极电弧放电对表面进行处理，
图2以与图1类似的表现方式，真空处理装置，其中借助于热丝等离子体放电对表面进行处理，
图3示意地，阳极表面的一部分，其被固体材料覆盖，所述固体材料是在已知的等离子体辅助的加工期间例如用根据图1或2的装置形成的，
图4一般地，根据本发明的概念，即通过屏蔽等离子体屏蔽至少部分阳极表面而免于固体沉积，
图5示意地，阳极表面的一部分构想为建立根据本发明的屏蔽等离子体，
图6示意地，穿过阳极的一部分的截面，所述阳极为根据本发明在一个另外的实施方案中的阳极并构想作为测试阳极或作为可灵活应用于不同加工中的阳极，
图7按图6的概念用于阴极电弧放电操作的阳极的照片，
图8在工作中显示屏蔽等离子体的出现的图6的阳极的照片，
图9按图6中所示概念的阳极的另一实施方案，
图10a、b：
透视图，根据本发明的阳极的两个另外的实施方案，
图11示意地并且以截面图形式，在根据本发明的一个另外的实施方案中阳极的一部分，
图12以根据图11的表现方式，本发明阳极的一个另外的实施方案，
图13仍然是以与图11类似的表现方式，本发明阳极的一个另外的实施方案，
图14以与图13类似的表现方式，本发明阳极的一个另外的实施方案，
图15以示意性透视图方式，在一个另外的实施方案中根据本发明的阳极的一部分，
图16a示意地，在一个另外的实施方案中穿过根据本发明的阳极的截面，和
图16b与图16的阳极不同，一个另外的实施方案，其中所述阳极与图6中所述的实施方案结合。
对本发明实施例的以下描述应针对低DC电压放电进行并由此特别针对阴极电弧放电和利用热丝阴极的放电进行。尽管如此，正如已经论述过的那样，本发明也可以用于其它DC电压等离子体放电，例如用于溅射。
在图1中，示意地显示了一种处理装置，其具有是电弧蒸发源的等离子体源，作为低DC电压等离子体源的典型例子。在真空容器1中提供支架3，用于固定要在容器1中进行表面处理的工件或基底。支架3可以在偏压操作，所述偏压通常为DC电压，即包含DC频率分量的电压。因此，由偏压发生器5施加的偏压可以例如是相对于零电压值不对称的脉动电压。
阴极电弧放电在靶7与阳极9之间建立。借助于供电发生器11把包含DC频率分量的供电信号施加至靶7和阳极9。阳极9在比靶7(电学上其是阴极7)高的DC电位操作。供电发生器11仅产生DC信号或产生具有叠加的AC的DC信号，如例如通过相对于零信号水平不对称的脉动信号实现。
如图1中示意地显示借助于起弧指13引发电弧放电，所述起弧指13例如经由电阻R在阳极电位操作并且机械地移动以接触阴极7的表面以引出引发电弧。
通过邻近阴极7施加的磁场H可影响所得电弧(通常为多电弧)的时程(time course)。通常所得到的放电电流在10A至1000A之间，由此产生的放电电压在15V至150V之间。
通过开关S，阳极9可以在与容器1壁的内表面相同的电位工作，其示意性地示于图1中。因此阳极表面显著地扩大，这通常导致放电电压的减小。这是减小的等离子体放电DC阻抗的指示。因此等离子体放电通常在包含至少工作气体(通常为稀有气体，特别是氩气)的加工空间PS中在加工气氛中操作。
图1中示意显示的设置是本领域技术人员完全熟知的。
在图2中显示了具有第二类型低DC电压等离子体放电源的第二装置。通过由加热电流I加热的丝实现的电子发射阴极7a位于阴极室15内，所述阴极室15的内部通过开口17与容器1内的加工空间PS相通。与孔17相对在容器1内提供阳极9a。阴极7a和阳极9a借助于供电发生器11工作。在此，同样地，由阴极7a通过孔17朝向阳极9a和支架3的等离子体放电是在包含工作气体(其通常为稀有气体，特别是氩气)的加工气氛中建立的。在应被称为″热丝″放电的这种类型的等离子体放电中，适用与针对图1的阴极电弧放电所述相同的电流和放电电压范围。图2的设置同样是本领域技术人员完全熟知的。
用于溅射的等离子体辉光放电用通常在5至50A之间的放电电流建立，放电电压有数百V。对于所谓的异常辉光放电，放电电流有数百A，放电电压有数百V。如已经提到的那样，本发明也可应用于可能不能称为低电压的那些种类的等离子体放电。
在图1的阴极电弧放电操作以及在图2的热丝等离子体操作中，工件4的表面可以涂覆这样的材料，该材料的DC比阻抗高于制造相应阳极9a和9的金属的DC比阻抗。在阴极电弧蒸发中，这可以通过向加工空间PS之内引进反应性气体来实施，所述反应性气体与通过电弧放电从阴极7蒸发的金属或金属化合物反应。涂层(其甚至可以为隔离材料的电隔离材料层)主要沉积在支架3上的工件或基底4的表面上。
在热丝加工中，通常没有固体材料被释放到加工气氛中。引进加工空间之内的反应性气体被等离子体放电活化并沉积在基底或工件4上。由此，所得涂层材料可以具有高于阳极材料的DC比阻抗的DC比阻抗，最高是电隔离的(对于DC)。除了在基底或工件4上之外，这种固体涂层材料也沉积在阳极9、9a上。因此等离子体放电DC阻抗提高，如前言部分中所述，导致不稳定的放电行为，对工件或基底的所需处理结果具有相应的负面影响。如果例如通过热丝等离子体放电，工件表面借助于等离子体活化的反应性气体被反应性地蚀刻或清理，则可能发生同样的情况。
一般来说，用于阴极电弧放电的阳极9以及用于热丝放电的9a都由高导电性的材料(通常是铜)制成，并且是强烈冷却的。
图3中，示意地显示根据图1或2的阳极9或9a的一部分，在阳极表面21上具有固体覆盖层19。如所描述的那样，在工件表面处理期间，只要在容器的反应空间PS中形成固体就可能产生这种覆盖层19。如果这种固体的材料具有的DC比阻抗低到或基本上低到阳极9、9a的材料的比阻抗，则这种覆盖层19将不会影响或将只会微不足道地影响为处理工件表面建立的等离子体放电，如图1实施方案中的电弧放电或图2实施方案的热丝放电。
另一方面，如果所述覆盖层19的材料具有显著高于阳极材料的DC比阻抗，则如所描述的那样，这种覆盖层的出现及其随时间的增长将不断地改变所述等离子体放电特性，直到等离子体放电的故障。
在图4中，以与图3同样的示意性图示，显示了根据本发明的一般方法，以至少在阳极表面21的选定表面区域21s上避免这种固体的沉积。根据图4，沿阳极表面21的至少一个区域21s建立明确的屏蔽等离子体25，其范围基本上限于所述的选定区域21s。如稍后将例示的那样，这种明确的屏蔽等离子体作为阳极表面21上的亮点(bright spot)在加工期间是可见的。意想不到的是，借助于沿阳极表面21的区域的这种屏蔽等离子体25，避免了在这些区域21s中出现固体沉积。尽管如此，邻近所述区域21s还是会出现高阻抗固体的沉积，如图4所示，但这种沉积被高导电性阳极表面区域21s上的高导电性屏蔽等离子体25电桥接(electrically bridged)，所述阳极表面区域21s基本上保持未被污染并因此在提供给放电电流的基本上稳定的低DC比阻抗下为基本上不变化的阳极材料。处理等离子体放电的放电电流集中在低阻抗区域21s上，如图4中由ID示意性地显示的那样。
在第一实施方案中，为了沿图4的和如图5中示意地显示的阳极表面21的至少一个明确的区域21s实现屏蔽等离子体25，所述阳极表面构思为具有至少一个凹槽27。
本说明书通篇所述的凹槽应理解为具有3-100mm的最小截面尺寸W和至少为该尺寸W的一半的深度T。这也使得在本发明意义下如何理解“凹槽”变得清楚。
因此在图5中，作为凹槽27的边界(which borders the cavity 27)且在图5中以粗线画出的表面为图4的区域21s，在其上或沿其建立屏蔽等离子体。
通过根据图1或图2的加工进行的工件表面的所需处理通过建立所需的加工参数组P而建立，所述加工参数包括反应空间PS中的气体或气体混合物类型、其中的这些气体的压力或相应的分压、用来进行表面处理的等离子体放电的特性以及如果主导的话在阴极电弧放电过程中通过蒸发材料从阴极7释放到加工空间中的固体材料的特性。
对于给定的加工参数组P1，对于图5中的凹槽27，存在相当窄的几何尺寸范围，在该几何尺寸范围在凹槽27中并由此沿阳极表面21的表面区域21s建立了屏蔽等离子体。凹槽27基本上由最小截面尺寸W、最长截面尺寸L和深度T限定。对于在凹槽27之内建立所述屏蔽等离子体，最重要的是尺寸W。
如上文所解释的，在明确的加工参数组P1导致屏蔽等离子体在凹槽27内发生的物理机制目前尚未完全知晓。因此，目前建立适当的凹槽27的几何尺寸的一个方法是通过实验进行。如图6中示意地显示的那样，制备了具有一组多于一个凹槽27a、27b...的阳极9、9a。如示意性所示的那样，这些凹槽27a、27b...关于它们的几何尺寸W和/或T是相互不同的。例如根据图1或2建立了具有这种阳极的加工装置并建立了所需的加工参数组P1，以便以所需的方式处理基底或工件的表面。在操作过程中，可以视觉观察在不同的凹槽27a、27b...的哪个处产生了屏蔽等离子体。加工之后，这可以通过检查在哪个凹槽处没有出现固体的沉积来识别。在已经发现在所需的加工参数组P1产生屏蔽等离子体的一个或多于一个的凹槽后，向用于在所述参数组P1的后续加工的阳极表面提供一个或多于一个尺寸设定为使得产生屏蔽等离子体的凹槽。
用于阴极电弧放电的如图6中已示意性显示而构想的阳极示于图7中。具有圆柱形凹槽，有效的W＝L。阳极表面提供有多个不同定制的凹槽。
以如下加工参数组建立所需的处理过程：
·阴极材料：铝(70at％)-铬(30at％)
·工作气体：无氩气流(No argon gas flow)
·反应性气体：氧气流400sccm
·氧分压：0.8Pa
·放电电流：180A
把图7的阳极安装到图1的处理装置中，其以所指示的加工参数组操作。
图8显示图7的阳极在用所述加工参数组加工期间的照片。可以清楚地看到，在一些凹槽270处没有建立起屏蔽等离子体，而在其它凹槽27a、27b...处可见不同强度的屏蔽等离子体。由此发现凹槽的哪个尺寸W将建立起屏蔽等离子体。因此将用于采用所述加工参数组的加工的阳极将被提供具有那个尺寸W(根据凹槽27b或27c其导致屏蔽等离子体)的凹槽。
在这一方面，如图7具有不同尺寸的凹槽选择的阳极一方面可被称为测试阳极。另一方面，当考虑在不同加工参数组P在相应的装置中灵活地进行加工操作时可以应用这种阳极。在这种情况下，采用主导加工参数组P的主导过程将自动选择阳极表面中的关于它们的几何尺寸相配合的那些凹槽以建立屏蔽等离子体。
尽管事实上具有圆形截面和朝向加工空间PS的开口的凹槽是好的实施方案(因为这种凹槽可以容易地制造)，但要理解的是，这种凹槽的形状不限于圆形或圆柱形。它们的截面也可以为方形或正方形的等。此外，如图5示意地显示，凹槽的截面区域可以具有显著大于尺寸W的一个尺寸L。因此这种凹槽可以是狭缝形状的。然而，如果使这种狭缝形状的凹槽的长度尺寸L显著大于尺寸W，则可能发生这样的情况：在可能无法预测的沿狭缝凹槽的不同分离区域处建立了屏蔽等离子体。
通过使用具有不同尺寸的凹槽的阳极进行试验，确认了这样的趋势：当加工空间中的气体或气体混合物的总压力下降时，W增大的圆柱形凹槽建立起屏蔽等离子体。
如果，例如建立放电电流范围在50A至200A，氧气分压在0.4Pa至2.5Pa之间，那么在该整个加工参数范围内直径W为50mm和深度T为38mm的圆柱形凹槽建立起屏蔽等离子体。另一方面，具有相等深度但直径W为30mm的圆柱形凹槽只在约2Pa的分压才产生屏蔽等离子体。低于这种分压不形成屏蔽等离子体。因此在实践中，更合适地是把凹槽定制成直径约50mm，从而对于所述范围内的不同加工参数也确保稳定的加工，也就是说，在相对大的加工参数窗口中是有效的。
在图9中示意地显示了遵从图6至8的概念的阳极，其成形为线型阳极。尽管在图7中没有显示用于对阳极施加冷却介质的通道，但图9显示了用于液体冷却介质(通常为水)的入口和出口30。
进一步的实验表明，对于是否在相应的凹槽中建立屏蔽等离子体，不仅根据图5的尺寸W、L可能是具有决定作用的，而且深度T也有可能是具有决定作用的。迄今实验表明了这样的趋势：深度T应该选择为较小尺寸W的大约50％或更大。
对于图5、6和7，在阳极的面向加工空间和基底支架的表面中提供所述至少一个凹槽。然而，所述凹槽也可应用于其它的阳极表面，对于阴极电弧蒸发阳极9如图10a和10b中在27处所示。
即使按所需的加工参数组P1在阳极表面中提供超过两个的尺寸等同的凹槽，在加工期间也有可能在所述凹槽的一个处的或在另一个处的屏蔽等离子体熄灭。这对表面处理的均匀性可能会有负面的影响。
确保在所有适当定制的凹槽中稳定地保持屏蔽等离子体的一种可能方法是，在根据图5的相应凹槽的基础B表面上施加具有高熔点的金属(例如钽或钨)的嵌体22。避免这些嵌体被阳极中提供的冷却系统有效冷却导致这样的事实：在加工过程中它们被显著加热，这确保了在所述的凹槽中稳定保持屏蔽等离子体。
接下来将就进一步的实施方案讨论(在所有所需凹槽中确保稳定屏蔽等离子体的进一步且相当优选的方法。
作为总结，到目前为止，已经讨论了通过配合于主导加工参数组P的阳极表面中至少一个凹槽的适当几何尺寸设定导致的屏蔽等离子体生成。现在将要讨论不同方法以建立屏蔽等离子体，这些方法可以与到目前为止所描述的方法相结合。
在图11中，在根据图6的表示方式中显示了具有凹槽27的阳极9、9a的阳极表面21。借助于磁体装置29建立起通过凹槽27的磁场H。因此可以实现显著地加宽加工参数P(例如W1、L1、T1)以及在该加工参数P在具有特定尺寸的凹槽产生屏蔽等离子体的范围。一方面，在具有配合于所需加工参数组的等同设定尺寸的凹槽的阳极中可以确保屏蔽等离子体出现的稳定性，另一方面，凹槽27可基本上独立于所需的加工参数组而在几何上进行定制。通过施加所述磁场，在没有被精确定制以配合所需加工参数组的凹槽中可以产生稳定的屏蔽等离子体。由此获得这样的灵活性，对具有不同加工参数组P的不同加工应用具有至少一个凹槽的同一个阳极，仍然确保在凹槽处产生稳定的屏蔽等离子体。
通过把所述磁体装置设定为是可控的，如图12中示意地显示的那样，通过以可控的方式改变磁场H甚至变得有可能来切换或控制相应屏蔽等离子体的发生，特别是如果在主导过程凹槽的几何尺寸本身并不自动导致屏蔽等离子体的生成。如图12中示意地显示的那样，这可以例如借助于通过可控的电磁体装置31建立磁场H来实现。
在一个进一步的实施方案中，如果凹槽的几何结构不与主导的加工参数组P相配合，同样可以在阳极表面的凹槽中建立屏蔽等离子体。根据图13，这是通过使用于进行表面处理的气体或气体混合物的至少一部分通过所述凹槽实现的。因此，在凹槽27的壁中提供进入到加工空间PS的气体或气体混合物G的进气口33。与提供图11和12的磁场的效果类似，具体的凹槽27确保出现屏蔽等离子体的加工参数P的范围被大为加宽。其变得可以将具有至少一个凹槽27的阳极灵活地应用于不同的加工参数组P。
如图14中所示，例如借助于阀35和/或通过阀39以可控的方式改变进气口混合物，进一步可以以可控的方式改变气体G通过凹槽27并进入加工空间PS的流动。通过使所述气流和/或气体混合物是可变的，其变得可以控制在所考虑的凹槽27处屏蔽等离子体的出现。
由此通过如图11和14中所示的实施方案实现了屏蔽等离子体的出现与凹槽的几何尺寸的显著不相关性，或反之亦然与主导加工参数组P的显著不相关性。通过在凹槽27中在气体G的进口33与加工空间PS之间提供具有至少一个注气口43的压力级41达成了进一步的改进。取决于定制的注入口43的大小和通过此口43的气体流速的实际情况，邻近阳极的表面21上的口43和/或在压力级41的导气管41a中和/或在凹槽27中产生了屏蔽等离子体。
与具有在每个明确的凹槽27处设置的压力级41的图13或14的实施方案不同，图15示意地显示了一个进一步的实施方案，其中凹槽可仅用于向朝着加工空间PS的若干出口孔49分配气体。在此实施方案中，在阳极9、9a中提供气体分配通道47，通过它将至少一部分用来进行表面处理的气体或气体混合物分配到出气喷嘴49，气体G通过所述出气喷嘴49流进加工空间PS。如在PL处示意地显示的那样建立了屏蔽等离子体，例如正好邻近并围绕喷嘴口49。
一般说来，阳极9、9a由沿阳极中的冷却通道系统(未显示)流动的冷却介质(通常是水)进行冷却。
对于图4至15可以看到，沿阳极表面产生特定的区域，在图4中为21s，沿所述区域由于屏蔽等离子体没有固体被沉积，而在剩余的阳极表面区域21p上则出现固体的沉积。
通过使阳极表面具有沿其形成屏蔽等离子体的区域21s和另外的沿其不形成屏蔽等离子体的区域21p，可以把这种阳极灵活地应用于例如不引起高电阻性固体形成的第一加工。由此阳极的整个表面得到利用，导致在此加工模式中的低放电电流密度。之后在进一步的加工中，其中产生所述固体，在预定的区域21s处建立起屏蔽等离子体。因此可以把这种类型的阳极灵活地应用于不产生所述固体的加工以及应用于产生所述固体的加工。
另一方面，仅针对其中形成具有相对高的DC比阻抗的所述固体的加工，例如对于图4，可以看到，在这种加工期间，对于放电电流变得被所述固体覆盖的阳极的所有表面区域21p都是惰性的。因此，对于这种处理，阳极可以构想为具有至少基本上由在那里建立屏蔽等离子体的区域21s构成的阳极表面。阳极9、9a的这种实施方案示意地显示在图16a)、b)中。根据图16a)，提供了一种单凹槽阳极51，这样除了在21b处的边界区外，阳极表面至少基本上由凹槽27的表面21s形成。图16b)同样示意地显示了一种多凹槽阳极53，其中阳极表面基本上由凹槽表面21s构成并因此是由在那里建立屏蔽等离子体的表面构成。
本发明特别适合于基底或工件表面上的PVD或PECVD沉积层，特别是金属(特别是铝或含铝合金)的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物或它们的混合物中的至少一种的层。

Claims (36)

1.制造经处理表面的方法，包括
·提供在真空容器内的加工空间、在其中的具有金属阳极表面的阳极和阴极，所述金属具有第一DC比阻抗；
·在所述加工空间中建立处于所需压力或处于所需分压的气体或气体混合物的气氛；
·通过在所述阳极与所述阴极之间施加包含DC分量的供电信号，在所述加工空间中产生等离子体放电；
·借助于所述等离子体放电处理表面，由此在所述加工空间中产生具有第二DC比电阻抗的固体，所述第二DC比电阻抗高于所述第一DC比阻抗；
其特征在于，通过在所述阳极表面的至少一个区域上产生明确的屏蔽等离子体使所述至少一个区域屏蔽所述固体，所述明确的屏蔽等离子体的范围限于所述至少一个区域。
2.根据权利要求1所述的方法，包括通过以下方式产生所述屏蔽等离子体：把要被屏蔽的所述区域定制为凹槽的表面区域，所述凹槽具有暴露于所述加工空间的开口，并且通过相应地设定所述凹槽的尺寸而只在所述凹槽中产生所述明确的屏蔽等离子体。
3.根据权利要求1所述的方法，包括通过以下方式产生所述屏蔽等离子体：把要被屏蔽的所述区域定制为凹槽的表面区域，所述凹槽具有暴露于所述加工空间的开口，并且通过在所述凹槽中建立磁场而在所述凹槽中产生所述明确的屏蔽等离子体。
4.根据权利要求1所述的方法，包括通过以下方式产生所述屏蔽等离子体：把要被屏蔽的所述区域定制为凹槽的表面区域，所述凹槽具有暴露于所述加工空间的开口，并且通过经由所述凹槽将至少一部分所述气体或所述气体混合物引进所述的加工空间而在所述凹槽中产生所述明确的屏蔽等离子体。
5.根据权利要求1所述的方法，包括通过以下方式产生所述屏蔽等离子体：经由在所述阳极表面中的至少一个进口将至少一部分所述气体或所述气体混合物注入到所述加工空间之内，所述明确的屏蔽等离子体包括邻近和围绕所述阳极表面上的所述至少一个进口的等离子体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括至少通过要被屏蔽的所述至少一个区域建立所述阳极表面，使得至少90％的阳极表面由要被屏蔽的所述至少一个区域构成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括向所述阳极表面提供邻近要被屏蔽的所述至少一个区域的扩展区域，从而灵活地进行其间不产生所述固体的表面处理。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括提供超过一个所述要被屏蔽的区域，并且对所述要被屏蔽的超过一个的区域的一部分选择性地建立所述明确的屏蔽等离子体。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括根据限定所述表面的主导加工的参数组自动地进行所述选择。
10.根据权利要求2和3中的任一项所述的方法，包括使至少一部分所述气体或气体混合物经由所述至少一个凹槽中的至少一个流入到所述加工空间中。
11.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，进一步包括使至少一部分所述气体或气体混合物流入到所述凹槽中，并从所述凹槽经由压力级流入到所述加工空间中。
12.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，包括通过至多200V的供电电压维持所述等离子体放电。
13.根据权利要求12所述的方法，所述电压选为至多100V。
14.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所述表面的所述处理包括涂覆。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述表面的所述处理包括用包含以下物质中的至少一种的材料进行涂覆：金属的氮化物、硼化物、碳化物、氧化物，或它们的混合物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述金属包括铝或由铝构成。
17.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，进一步包括把所述等离子体放电建立为阴极电弧放电和利用热丝阴极的辉光放电中的一种。
18.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，包括通过流经所述阳极中的冷却介质通道系统的冷却介质来冷却所述阳极。
19.真空等离子体源，具有包括阴极和阳极的等离子体放电源，该阳极包含阳极表面，所述阳极表面是具有在其中的至少一个凹槽的扩展表面，该凹槽非约束性地开放至周边，特征在于所述阳极和所述阴极配置为由电信号供电，该电信号的频谱包含DC分量，所述DC分量具有至少10V的电压和至少10A的电流中的至少一种，并且其中所述凹槽的最小截面宽度W为3-100mm和该凹槽的深度T至少为该最小截面宽度W的一半。
20.根据权利要求19所述的等离子体源，包括止于所述至少一个凹槽中的进气口。
21.根据权利要求20所述的等离子体源，其中所述至少一个凹槽包括在所述进气口与所述阳极表面的周围环境之间的压力级。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的等离子体源，进一步包括邻近所述至少一个凹槽的磁体装置，所述磁体装置在所述至少一个凹槽中产生磁场。
23.根据权利要求22所述的等离子体源，其中所述磁体装置是可控的，从而使所述磁场可控地可变。
24.根据权利要求22所述的等离子体源，包括至少两个所述凹槽。
25.根据权利要求24所述的等离子体源，其中所述至少两个凹槽中的至少两个的几何尺寸是不同的。
26.真空等离子体源，具有包含阴极和阳极的等离子体放电源，其配置为由包含DC分量的电信号供电，该阳极包含阳极表面，所述阳极表面包括在其中的至少一个凹槽并具有止于所述凹槽中的进气口，特征在于所述凹槽非约束性地开放至周边，所述阳极和所述阴极配置为由电信号供电，该电信号的频谱包含DC分量，所述DC分量具有至少10V的电压和至少10A的电流中的至少一种，并且其中所述凹槽的最小截面宽度W为3-100mm和该凹槽的深度T至少为该最小截面宽度W的一半。
27.根据权利要求26所述的等离子体源，包括在所述进气口与所述阳极表面的周围环境之间的压力级。
28.根据权利要求26和27中的任一项所述的等离子体源，其中所述阳极表面基本上由所述至少一个凹槽构成。
29.根据权利要求26和27中的任一项所述的等离子体源，其中邻近所述至少一个凹槽提供磁体装置，所述磁体装置在所述至少一个凹槽中产生磁场。
30.根据权利要求29所述的等离子体源，其中所述磁体装置是可控的，以使所述磁场可控地可变。
31.根据权利要求26和27中的任一项所述的等离子体源，包括至少两个所述凹槽。
32.根据权利要求31所述的等离子体源，其中所述至少两个凹槽中的至少两个的尺寸是不同的。
33.根据权利要求19-21、26和27中的任一项所述的等离子体源，其中所述DC分量是在至多200V的电压至少50A的电流。
34.根据权利要求19-21、26和27中的任一项所述的等离子体源，进一步包括在所述阳极中的冷却导管系统。
35.根据权利要求19-21、26和27中的任一项所述的等离子体源，其中所述等离子体放电源是阴极电弧放电源。
36.根据权利要求19-21、26和27中的任一项所述的等离子体源，其中所述等离子体放电源是热丝阴极放电源。
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