DE19612344C1

DE19612344C1 - Apparatus for plasma-activated vapour coating at high rates

Info

Publication number: DE19612344C1
Application number: DE1996112344
Authority: DE
Inventors: Henry Morgner; Manfred Dr Neumann; Siegfried Prof Schiller; Steffen Straach
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2016-03-29

Abstract

An apparatus for plasma-activated vapour coating consists of at least one evaporator (3), a unit (5) with pole pieces (4) for generation of an approximately horizontal magnetic field in the entire space between the evaporator and the substrate (1), at least one low-voltage electron source (8) producing a plasma shield (15), and at least one anode (9) together with its current supply system. The anode is located below the level of the low-voltage electron source and field lines (7) of the magnetic field, and is offset relative to the evaporator. The vertical distance between the level of the electron source (9) and the anode forms at least 50 per cent of the distance between the substrate (1) and the anode.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur plasmaaktivierten Hochratebedampfung durch Erzeugung dichter Plasmen mittels Niedervoltbogenentladung, vorzugsweise Hohlkatoden bogenentladung. Mit der Einrichtung werden reaktive und nichtreaktive Hochratebedamp fungsprozesse durch Verdampfung elektrisch leitfähiger Materialien ausgeführt. Die Einrich tung ist zum Bedampfen großer Flächen aus elektrisch leitendem und nichtleitendem Mate rial mit elektrisch leitfähigen und isolierenden Schichten geeignet. Typische Anwendungen sind das Beschichten von Kunststoffolien mit abriebfesten Schichten oder mit Barriereschich ten für Verpackungszwecke. Die Einrichtung ist in ähnlicher Weise auch für die Erzielung hoher Ätzraten bei Plasma-Ätzprozessen einsetzbar.The invention relates to a device for plasma-activated high-rate vapor deposition Generation of dense plasmas using low-voltage arc discharge, preferably hollow cathodes arc discharge. With the facility, reactive and non-reactive high-rate steam is applied processes by evaporation of electrically conductive materials. The Einrich device is for vapor deposition of large surfaces made of electrically conductive and non-conductive mate suitable with electrically conductive and insulating layers. Typical applications are the coating of plastic films with abrasion-resistant layers or with a barrier layer for packaging. The facility is similar for achieving as well high etching rates can be used in plasma etching processes.

Es ist allgemein bekannt, daß die Verwendung von plasmaaktivierten und ionisierten Mate rialdämpfen bei der Beschichtung von Substraten aus der Dampfphase eine deutliche Ver besserung vieler Schichteigenschaften mit sich bringt. Die Haftfestigkeit auf dem Substrat wird verbessert, die Schichten wachsen mit größerer Materialdichte auf und die Struktur der aufwachsenden Schicht geht von der stengeligen Struktur zu zunehmend feineren bis hin zu stengelfreien und dichten Strukturen über. Damit können verbesserte optische, mechanische und elektrische Eigenschaften sowie bessere Barriereeigenschaften erzielt werden. Für die Bedampfung mit hohen Raten sind entsprechend hohe Plasmadichten erforderlich.It is well known that the use of plasma activated and ionized mate vials when coating substrates from the vapor phase a clear ver improvement of many layer properties. The adhesive strength on the substrate is improved, the layers grow with greater material density and the structure of the growing layer goes from the stalky structure to increasingly finer to stem-free and dense structures. This can improve optical, mechanical and electrical properties and better barrier properties can be achieved. For the Vaporization at high rates requires correspondingly high plasma densities.

Es sind Einrichtungen bekannt, mit denen im Niederdruckbereich zwischen 10^-2 Pa und 1 Pa sehr dichte Plasmen mit einer Hohlkatodenbogenentladung oder einer anderen Niedervolt bogenentladung erzeugt werden (DE 42 35 199; EP 0 545 863). Dabei sind die als Katoden wirkenden Niedervoltelektronenquellen und die zugehörigen Anoden horizontal gegenüber liegend oberhalb des Verdampfertiegels, vorzugsweise direkt unterhalb des Substrates, an geordnet. Zur horizontalen Führung der niederenergetischen Elektronen der Plasmaentla dung zwischen Katoden und Anoden ist ein im wesentlichen horizontales Magnetfeld vorge sehen. Mit Hilfe dieser Einrichtungen wird eine relativ hohe Plasmadichte direkt unterhalb des Substrates erzeugt, so daß eine Anregung von Dampf und Reaktivgas erfolgt und durch das Selbstbiaspotential Ionen aus dem Plasma auf das Substrat beschleunigt werden. Der Nachteil dieser Einrichtungen ist, daß die so hergestellten Schichten, insbesondere bei hohen Bedampfungsraten und großen Schichtdicken eine stengelförmige Struktur mit unzureichen der Packungsdichte aufweisen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei reaktiven Be dampfungsprozessen zum Abscheiden elektrisch isolierender Schichten besondere Maßnah men erforderlich sind, um das Abscheiden isolierender Schichten auf den Anoden zu ver meiden. Dazu übliche Maßnahmen, wie Heizen, Gasspülen und Abschirmen der Anoden sind sehr aufwendig, nur begrenzt funktionssicher und nur relativ kurze Zeit wirksam.Devices are known with which very dense plasmas with a hollow cathode arc discharge or another low voltage arc discharge are generated in the low pressure range between 10 ^-2 Pa and 1 Pa (DE 42 35 199; EP 0 545 863). The low-voltage electron sources acting as cathodes and the associated anodes are arranged horizontally opposite one another above the evaporator crucible, preferably directly below the substrate. For the horizontal guidance of the low-energy electrons of the plasma discharge between cathodes and anodes, a substantially horizontal magnetic field is provided. With the aid of these devices, a relatively high plasma density is generated directly below the substrate, so that steam and reactive gas are excited and ions are accelerated from the plasma onto the substrate by the self-bias potential. The disadvantage of these devices is that the layers produced in this way, particularly at high vapor deposition rates and large layer thicknesses, have a stem-like structure with insufficient packing density. Another disadvantage is that in reactive vaporization processes for depositing electrically insulating layers, special measures are required to avoid the deposition of insulating layers on the anodes. The usual measures, such as heating, gas purging and shielding the anodes, are very complex, only functionally reliable to a limited extent and only effective for a relatively short time.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, daß das elektrisch leitfähige Verdampfungs gut Anode einer Niedervoltbogenentladung ist (CH 645 137). In diesen Einrichtungen sind somit keine besonderen Maßnahmen zur Verhinderung des Abscheidens isolierender Schich ten auf der Anode erforderlich. Der Nachteil dieser Einrichtungen besteht aber darin, daß aufgrund der relativ großen Entfernung zwischen Anode und Substrat nur eine geringe Plasmadichte an der Substratoberfläche erreicht wird. Damit ergibt sich insbesondere beim Abscheiden isolierender Schichten bzw. Bedampfen isolierender Substrate ein geringes Selbstbiaspotential und somit ein geringer Ionenbeschuß der aufwachsenden Schicht, so daß es auch mit dieser Einrichtung nicht möglich ist, dicke Schichten mit hoher Packungsdichte bei Bedampfungsraten von mehr als 10 nm/s abzuscheiden.To avoid these disadvantages, it is known that the electrically conductive evaporation good anode of a low-voltage arc discharge (CH 645 137). Are in these facilities therefore no special measures to prevent the deposition of insulating layers required on the anode. The disadvantage of these facilities is that due to the relatively large distance between anode and substrate only a small one Plasma density is achieved on the substrate surface. This results in particular in Deposition of insulating layers or vapor deposition of insulating substrates is low Self-bias potential and thus a low ion bombardment of the growing layer, so that it is also not possible with this device, thick layers with high packing density to be deposited at vaporization rates of more than 10 nm / s.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur plasmaaktivierten Hochratebedampfung zu schaffen, mit der auch bei Bedampfungsraten in der Größenordnung von 100 nm/s so wohl auf elektrisch leitfähigen als auch auf elektrisch isolierenden Substraten elektrisch leit fähige oder isolierende Schichten mit hoher Packungsdichte ohne Stengelstruktur abge schieden werden. Es sollen keine besonderen Maßnahmen gegen das Abscheiden isolieren der Schichten auf der Anode erforderlich sein.The object of the invention is a device for plasma-activated high-rate vapor deposition to create with that even with vaporization rates in the order of 100 nm / s probably electrically conductive on electrically conductive as well as on electrically insulating substrates Abge capable or insulating layers with high packing density without stem structure be divorced. It should not isolate any special measures against the deposition of the layers on the anode may be required.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 14 beschrieben.According to the invention the object is achieved according to the features of claim 1. Further advantageous embodiments are described in claims 2 to 14.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Plasma ein elektrisches Feld erzeugt wird, mit welchem es möglich ist, Ionen aus dem Inne ren des Plasmas in Richtung auf das Substrat zu beschleunigen. Dadurch wird sowohl die Ionenstromdichte auf das Substrat als auch die mittlere Energie der auftreffenden Ionen we sentlich erhöht und es lassen sich bei hohen Bedampfungsraten amorphe Schichten mit ho her Packungsdichte erzeugen.The main advantage is that with the device according to the invention in one Plasma creates an electric field with which it is possible to extract ions from the inside accelerate the plasma towards the substrate. This will both Ion current density on the substrate as well as the average energy of the impinging ions considerably increased and amorphous layers with ho generate packing density.

Gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung ist zwischen einem Verdampfertiegel und einem darüber bewegten Substrat ein horizontales magnetisches Feld mit einer Feldlinienrichtung parallel zur Substratebene derart angeordnet, daß es den gesamten Raum zwischen Sub stratebene und Verdampfertiegel ausfüllt. Eine oder mehrere Niedervoltelektronenquellen sind seitlich außerhalb der Bedampfungszone und knapp unterhalb der Substratebene an geordnet. Der Einschuß der niederenergetischen Elektronen erfolgt annähernd parallel zur Richtung der magnetischen Feldlinien. Dabei werden die mit einer Anfangsenergie aus der Niedervoltelektronenquelle austretenden Elektronen in engen Schraubenbahnen um die sich an die Niedervoltelektronenquelle anschließenden magnetischen Feldlinien herumgeführt. Obwohl die Anode gegenüber diesen magnetischen Feldlinien in Richtung zum Verdampfer tiegel versetzt angeordnet ist, müssen die niederenergetischen Elektronen zunächst dem Verlauf der magnetischen Feldlinien folgen. Dadurch wird der Weg der Elektronen im Dampf und im Reaktivgas verlängert, die Stoßwahrscheinlichkeit mit den Neutralteilchen erhöht sich und es entsteht unmittelbar unter dem Substrat über die gesamte Bedampfungszone ein hochdichtes Plasma. Die niederenergetischen Elektronen verlieren durch die unelastischen Stoßprozesse den größten Teil ihrer Bewegungsenergie. Erst die nahezu energielosen nie derenergetischen Elektronen werden nunmehr in vertikaler Richtung zur Anode hin be schleunigt und müssen dabei einen Weg senkrecht zu den magnetischen Feldlinien zurück legen. Die vom magnetischen Feld auf die niederenergetischen Elektronen ausgeübten Kräf te verhindern die direkte Bewegung hin zur Anode. Nur über Zykloidenbahnen und weitere Stoßprozesse können die niederenergetischen Elektronen zur Anode gelangen. Dadurch reduziert sich die mittlere Driftgeschwindigkeit der niederenergetischen Elektronen drastisch. Demzufolge baut sich im Plasma zwischen dem Substrat und der Anode ein vertikales elektri sches Feld auf. Die Feldstärke dieses vertikalen elektrischen Feldes beträgt ein Vielfaches des elektrischen Feldes in der positiven Plasmasäule eines vergleichbaren Plasmas ohne magneti sches Feld oder eines Plasmas mit einem magnetischen Feld, dessen magnetische Feldlinien parallel zur Plasmaentladungsstrecke verlaufen.According to the device according to the invention is between an evaporator crucible and a above it moved a horizontal magnetic field with a field line direction arranged parallel to the substrate level so that it covers the entire space between sub level and evaporator crucible. One or more low-voltage electron sources are on the side outside of the vapor deposition zone and just below the substrate level orderly. The low-energy electrons are injected approximately parallel to Direction of the magnetic field lines. The ones with an initial energy from the Low-voltage electron source electrons emerge in tight screw paths around themselves magnetic field lines connected to the low-voltage electron source. Although the anode faces these magnetic field lines towards the evaporator If the crucible is arranged offset, the low-energy electrons must first Follow the course of the magnetic field lines. This will make the path of the electrons in the vapor and prolonged in the reactive gas, the probability of collision with the neutral particles increases and it forms directly under the substrate over the entire vapor deposition zone high density plasma. The low-energy electrons lose through the inelastic ones Collision processes most of their kinetic energy. Only the almost energy-free never whose energetic electrons are now be in the vertical direction to the anode accelerates and have to go back a path perpendicular to the magnetic field lines lay. The forces exerted by the magnetic field on the low-energy electrons prevent direct movement towards the anode. Only via cycloid orbits and others The low-energy electrons can reach the anode in collision processes. Thereby the average drift speed of the low-energy electrons is drastically reduced. As a result, a vertical electri builds up in the plasma between the substrate and the anode field. The field strength of this vertical electric field is a multiple of electric field in the positive plasma column of a comparable plasma without magneti or a plasma with a magnetic field whose magnetic field lines run parallel to the plasma discharge path.

Das vertikale elektrische Feld steht senkrecht zu den magnetischen Feldlinien und ist so ge richtet, daß die im Bereich des vertikalen elektrischen Feldes befindlichen Ionen zum Substrat hin beschleunigt werden. Dadurch tritt ein beträchtlicher Anteil der Ionen in die Plasma grenzschicht zum Substrat bereits mit höherer Energie ein. Die Ionenenergie der auf das Substrat auftreffenden Teilchen ist somit vor allem bei der Bedampfung mit elektrisch isolie renden Schichten nicht mehr allein durch die Selbstbiasspannung an der Plasmagrenzschicht zum Substrat bestimmt, sondern erhöht sich um den Betrag der Energie, die die Ionen im Bereich des auf das Substrat gerichteten elektrischen Feldes bereits aufgenommen haben. Außerdem wird durch die gerichtete Ionenbewegung zum Substrat bei gleicher Plasmadichte eine Ionenstromdichteerhöhung bis zum 4fachen des Wertes erreicht, der ohne die erfin dungsgemäße Einrichtung möglich ist.The vertical electric field is perpendicular to the magnetic field lines and is so ge directs that the ions in the area of the vertical electric field to the substrate be accelerated. This causes a significant proportion of the ions to enter the plasma boundary layer with the substrate already with higher energy. The ion energy on the Particles impinging on the substrate are therefore particularly useful for vapor deposition with electrical insulation layers no longer solely due to the self-bias voltage at the plasma boundary layer determined to the substrate, but increases by the amount of energy that the ions in Have already recorded the area of the electric field directed at the substrate. In addition, the directional ion movement to the substrate with the same plasma density an ion current density increase of up to 4 times the value without the inventions appropriate device is possible.

Weiterhin erhalten auch die Neutralteilchen infolge von Stoßprozessen mit den gerichteten Ionen Impulse mit einer zum Substrat gerichteten Geschwindigkeitskomponente, so daß sich auch die Dampfausnutzung auf den 2- bis 3fachen Wert erhöht.Furthermore, the neutral particles also get due to collision processes with the directed ones Ions pulses with a velocity component directed towards the substrate, so that steam utilization is also increased to 2 to 3 times the value.

Durch die erhöhte Ionenstromdichte und die erhöhten Ionenenergien lassen sich Schichten mit hoher Packungsdichte und ohne Stengelstruktur auch auf kalten Substraten herstellen. Diese dichten Schichtstrukturen werden auch bei sehr hohen Bedampfungsraten im Ratebe reich von einigen 100 nm/s auf großen Substratflächen erreicht.The increased ion current density and the increased ion energies make layers possible Manufacture with high packing density and without stem structure even on cold substrates. These dense layer structures are also in the Ratebe at very high evaporation rates range of a few 100 nm / s on large substrate areas.

Ein großer Vorteil ist es, daß sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung die thermische Belastung des Substrates - verglichen mit der Plasmaaktivierung ohne das vertika le elektrische Feld - stark reduziert. Dadurch ist die Einrichtung besonders geeignet zur Be dampfung wärmeempfindlicher Substrate, wie Kunststoffolien.A great advantage is that when using the device according to the invention thermal stress on the substrate - compared to plasma activation without the vertika le electric field - greatly reduced. This makes the device particularly suitable for loading damping heat sensitive substrates such as plastic films.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bei der Verdampfung elektrisch leitfähiger Materialien besteht darin, daß die Anodenfunktion vom Verdampfertiegel mit dem elektrisch leitfähigen Verdampfungsmaterial wahrgenommen wird. Außerdem kann durch Nebeneinanderreihen von mehreren Niedervoltelektronenquellen die Einrichtung für die Bedampfung beliebig breiter Substrate eingesetzt werden. Dabei kann ein langgestreck ter Verdampfertiegel die Anodenfunktion für mehrere Niedervoltelektronenquellen über nehmen oder es können mehrere Verdampfertiegel, die jeweils einer oder mehreren Nieder voltelektronenquellen als Anode zugeordnet sind, als Anode geschaltet werden.A particularly advantageous embodiment of the invention in electrical evaporation conductive materials is that the anode function with the evaporator crucible the electrically conductive evaporation material is perceived. Besides, can by juxtaposing several low-voltage electron sources, the device for the vaporization of substrates of any width can be used. This can be an elongated The evaporator crucible performs the anode function for several low-voltage electron sources can take or several evaporator crucibles, each one or more Nieder volt electron sources are assigned as anode, are switched as anode.

Die Anodenfunktion kann auch durch eine oder mehrere gesonderte, gegen den Verdamp fertiegel elektrisch isolierte Anode übernommen werden, die dicht oberhalb der Verdamp feroberfläche einseitig oder beidseitig neben dem Verdampfertiegel angeordnet ist. Zur Be schichtung breiter Substrate unter Verwendung mehrerer nebeneinander angeordneter Nie dervoltelektronenquellen können auch in dieser Ausführung entweder eine langgestreckte oder mehrere den Niedervoltelektronenquellen zugeordnete Anoden verwendet werden. Die Anordnung dieser gesonderten Anoden dicht oberhalb der Verdampferoberfläche ist auch bei der Abscheidung elektrisch isolierender Schichten durch reaktive Metallverdampfung möglich, ohne daß zusätzliche Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit der An odenoberfläche getroffen werden müssen. The anode function can also be done by one or more separate, against the evaporator Finished crucible electrically insulated anode are taken over, which is just above the evaporator fer surface is arranged on one side or on both sides next to the evaporator crucible. To Be stratification of wide substrates using several juxtapositions In this embodiment, too, the electron sources can either be an elongated one or more anodes assigned to the low-voltage electron sources can be used. The Arrangement of these separate anodes just above the evaporator surface is also in the deposition of electrically insulating layers by reactive metal evaporation possible without additional measures to maintain the conductivity of the An ground surface must be hit.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Anlage zur plasmaaktivierten Hochratebedampfung von Kunststoffolien mit einem Elektronenstrahl-Linienverdampfer.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. The associated drawing shows a section through a plant for plasma-activated high-rate deposition of Plastic films with an electron beam line evaporator.

Eine bandförmige Kunststoffolie, das Substrat 1, wird in bekannter Weise über eine Kühl walze 2 bewegt. Unter der Kühlwalze 2 ist als Verdampfer 3 ein mit Aluminium gefüllter Verdampfertiegel angeordnet, der sich über die gesamte Breite des Substrats 1 erstreckt. Entlang der Längsseiten des Verdampfertiegels 3 sind die Polschuhe 4 einer magnetfelder zeugenden Einrichtung 5, einer sogenannten Magnetfalle, angeordnet. Unterhalb des Ver dampfertiegels 3 ist die Magnetspule 6 auf dem die Polschuhe 4 verbindenden Joch ange ordnet. Die magnetischen Feldlinien 7 verlaufen zwischen den Polschuhen 4 und füllen den gesamten Raum zwischen diesen aus. Das im wesentlichen horizontal gerichtete Magnetfeld hat eine Feldstärke von etwa 4 kA/m. Oberhalb des einen Polschuhes 4 der magnetfelder zeugenden Einrichtung 5 ist als Niedervoltbogenquelle 8 eine Hohlkatodenbogenquelle angeordnet, die mit einer zugehörigen Anode 9 an eine Stromversorgung 10 angeschlossen ist. Die Anode 9 besteht aus zwei wassergekühlten Kupferelektroden, die beidseitig dicht oberhalb des Verdampfertiegels 1 angeordnet sind. Die Verdampfung des Aluminiums aus dem Verdampfertiegel 3 erfolgt durch einen in einer Elektronenkanone 11 erzeugten und linienförmig über die gesamte Länge des Verdampfertiegels 3 abgelenkten Elektronenstrahl 12. Oberhalb der Anode 9 wird durch Gaseinlaßvorrichtungen 13 Sauerstoff eingelassen, der durch das Plasma aktiviert wird und an der Oberfläche des Substrates 1 mit dem ver dampften Aluminium zu Aluminiumoxid reagiert. Die magnetfelderzeugende Einrichtung 5 dient gleichzeitig dazu, daß die rückgestreuten Elektronen des Elektronenstrahls 12 am di rekten Erreichen und am unerwünschten Aufheizen des Substrates 1 gehindert werden. Die an der Hohlkatodenbogenquelle 8 austretenden niederenergetischen Elektronen folgen auf Schraubenbahnen dem annähernd horizontalen Verlauf der magnetischen Feldlinien zwischen den Polschuhen 4 der magnetfelderzeugenden Einrichtung 5. Durch ein Ablenksy stem 14 zur Erzeugung eines horizontalen magnetischen Wechselfeldes in der Nähe der Aus trittsöffnung der Hohlkatodenbogenquelle 8 erfolgt eine horizontale Wechselablenkung dieser niederenergetischen Elektronen, und es bildet sich im zeitlichen Mittel ein horizontaler Plasmaschirm 15 hoher Plasmadichte und hoher Gleichmäßigkeit in Höhe der Hohlkatoden bogenquelle 8 dicht unterhalb des Substrates 1 aus. Aus diesem horizontalen Plasmaschirm 15 werden die niederenergetischen Elektronen in vertikaler Richtung zur Hohlkatodenbo genquelle 8 gehörenden Anode 9 gesaugt. Infolge des horizontalen magnetischen Feldes zwischen den Polschuhen 4 können die niederenergetischen Elektronen nicht direkt, son dern nur über Zykloidenbahnen vom Plasmaschirm 15 zu der Anode 9 gelangen. Durch die se Wegverlängerung wird zum einen die Ionisierung von Aluminiumdampf und Sauerstoff erheblich verstärkt. Zum anderen erhöht sich der elektrische Widerstand der Plasmaentla dungsstrecke so, daß bei Entladungsströmen von mehreren 100 A zwischen dem Plasma schirm 15 und der Anode 9 eine Potentialdifferenz in der Größenordnung von 10 V ent steht. Diese Potentialdifferenz führt zu einer vertikalen Beschleunigung der zwischen Plasma schirm 15 und Anode 9 erzeugten positiven Ionen in Richtung auf das Substrat 1 und damit zu einer Erhöhung der Ionenenergie und der Ionenstromdichte auf das Substrat 1. Auf diese Weise werden auf Kunststoffolien bei Beschichtungsraten bis zu mehreren 100 nm/s amor phe, stengelfreie Aluminiumoxidschichten hoher Packungsdichte mit mehreren Mikrometern Dicke abgeschieden.A band-shaped plastic film, the substrate 1 , is moved in a known manner over a cooling roller 2 . An evaporator crucible filled with aluminum is arranged under the cooling roller 2 as an evaporator 3 and extends over the entire width of the substrate 1 . The pole shoes 4 of a device 5 generating magnetic fields, a so-called magnetic trap, are arranged along the long sides of the evaporator crucible 3 . Below the Ver steamer 3 , the solenoid 6 is arranged on the yoke connecting the pole shoes 4 is arranged. The magnetic field lines 7 run between the pole pieces 4 and fill the entire space between them. The essentially horizontally directed magnetic field has a field strength of approximately 4 kA / m. A hollow cathode arc source, which is connected to a power supply 10 with an associated anode 9, is arranged as a low-voltage arc source 8 above the pole shoe 4 of the device 5 generating magnetic fields. The anode 9 consists of two water-cooled copper electrodes, which are arranged on both sides just above the evaporator crucible 1 . The evaporation of the aluminum out of the evaporator crucible 3 is carried out by a generated in an electron gun 11 and linearly whole over the length of the evaporator crucible 3 deflected electron beam 12th Above the anode 9 is admitted through gas inlet devices 13 oxygen, which is activated by the plasma and reacts on the surface of the substrate 1 with the evaporated aluminum to aluminum oxide. The magnetic field generating device 5 also serves to prevent the backscattered electrons of the electron beam 12 from reaching directly and from undesirably heating the substrate 1 . The low-energy electrons emerging at the hollow cathode arc source 8 follow the approximately horizontal course of the magnetic field lines between the pole shoes 4 of the magnetic field generating device 5 on screw tracks. By a Ablenksy stem 14 for generating a horizontal alternating magnetic field in the vicinity of the opening from the hollow cathode arc source 8 there is a horizontal alternating deflection of these low-energy electrons, and it forms on average a horizontal plasma screen 15 high plasma density and high uniformity at the level of the hollow cathode arc source 8th just below the substrate 1 . For this horizontal Plasma shield 15, the low energy electrons are drawn in a vertical direction to Hohlkatodenbo gene source 8 belonging anode. 9 As a result of the horizontal magnetic field between the pole pieces 4 , the low-energy electrons cannot reach son, but only via cycloid paths from the plasma screen 15 to the anode 9 . This path lengthening considerably increases the ionization of aluminum vapor and oxygen. On the other hand, the electrical resistance of the plasma discharge path increases so that at discharge currents of several 100 A between the plasma screen 15 and the anode 9, a potential difference of the order of 10 V is ent. This potential difference leads to a vertical acceleration of the positive ions generated between the plasma screen 15 and anode 9 in the direction of the substrate 1 and thus to an increase in the ion energy and the ion current density on the substrate 1 . In this way, amorphous, stem-free aluminum oxide layers of high packing density with a thickness of several micrometers are deposited on plastic films at coating rates of up to several 100 nm / s.

Claims

1.Device for plasma-activated high-rate evaporation, consisting of at least one evaporator, substrate to be vaporized moved above the evaporator, a magnetic field-generating device consisting of two pole pieces for generating an approximately horizontal magnetic field in the entire space between the evaporator and the substrate, at least one below the substrate arranged low-voltage electron source, the axis of which runs approximately parallel to the horizontal magnetic field, which forms a horizontal planar plasma screen, at least one of these low-voltage electron sources assigned to an ode and associated power supply, characterized in that the anode ( 9 ) below the horizontal surface which the low-voltage electron source ( 8 ) and the subsequent magnetic field lines ( 7 ) form, the evaporator ( 3 ) is arranged ver sets, and that the vertical distance between the horizontal surface of the Low-voltage electron source ( 8 ) and the anode ( 9 ) is at least 50% of the perpendicular distance between the substrate ( 1 ) and the anode ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the low-voltage source ( 8 ) is a hollow cathode arc source.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that in the vicinity of the outlet opening of the low-voltage electron source ( 8 ), a deflection system ( 14 ) for horizontal alternating deflection of the low-energy electrons is arranged with a deflection frequency in the range from 50 Hz to 1000 Hz.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the evaporator ( 3 ) is a water-cooled copper crucible heated by electron beams or ceramic crucible which is thermally insulated.

5. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the evaporator ( 3 ) is a heated by current passage evaporator boat with wire refill tereinrichtung.

6. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the evaporator ( 3 ) is an inductively heated evaporator crucible made of an electrically conductive material, in particular graphite.

7. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the evaporator ( 3 ) is an electron beam line evaporator and that the magnetic field-generating device ( 5 ) is a magnetic trap which the evaporator ( 3 ) on the long sides by their re pole shoes ( 4 ) surrounds.

8. Device according to claim 7, characterized in that the horizontal magnetic field generated by the magnetic field-generating device ( 5 ) has a magnetic field strength between 0.5 kA / m and 10 kA / m.

9. Device according to claim 1 to 8, characterized in that the anode ( 9 ) consists of a plurality of electrically interconnected electrodes which in addition to the evaporator ( 3 ) in the plane of the evaporator surface or just above it on at least one side of the evaporator ( 3rd ) are arranged.

10. The device according to claim 1 to 9, characterized in that a plurality of low-voltage electron sources ( 8 ) is assigned a common anode ( 9 ), each Nie dervol-electron source ( 8 ) via its own power supply ( 10 ) with the anode ( 9 ) electrically connected is.

11. The device according to claim 1 to 9, characterized in that a low-voltage electron source ( 8 ) a plurality of anodes ( 9 ) are assigned, each anode ( 9 ) via its own power supply ( 10 ) with the low-voltage electron source ( 8 ) is electrically connected.

12. The device according to claim 1 to 8, characterized in that as an anode ( 9 ) one or more electrically interconnected evaporators ( 3 ) or the vaporization material arranged therein are connected.

13. The device according to claim 12, characterized in that at polarity of the material to be vaporized as an anode ( 9 ) an additional gas inlet device ( 13 ) on a side of the evaporator ( 3 ) is arranged directly above the evaporator surface.

14. Device according to claim 1 to 13, characterized in that for the reactive evaporation of electrically conductive material above the anode ( 9 ) at least one gas inlet device ( 13 ) is arranged, the gas outlet openings are preferably directed towards the substrate ( 1 ) .