DE4228499C1 - Plasma-aided coating of substrates - with a low-voltage arc discharge between a cathode and an anodic electrode - Google Patents

Plasma-aided coating of substrates - with a low-voltage arc discharge between a cathode and an anodic electrode

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DE4228499C1 DE19924228499 DE4228499A DE4228499C1 DE 4228499 C1 DE4228499 C1 DE 4228499C1 DE 19924228499 DE19924228499 DE 19924228499 DE 4228499 A DE4228499 A DE 4228499A DE 4228499 C1 DE4228499 C1 DE 4228499C1
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Abstract

The plasma-aided coating process of substrates (4) by means of a vacuum arc evaporator is characterised by the following: a) a low-voltage arc discharge is ignited between a cathode and an anodic electrode (6) in an evacuated coating chamber (1); b) the substrates (4) are at a negative potential, so that they are subjected to ion and electron bombardment by the plasma of the low-voltage arc discharge; c) a target (18) made of a coating material has a negative potential relative to the electrode (6), and a vacuum arc discharge is ignited between the target and the electrode; d) both the low-voltage arc discharge and the vacuum arc discharge are maintained over the entire duration of the coating process. USE/ADVANTAGE - In surface coating technology. In comparison with known methods and installations, the invention allows the plasma density to be substantially increased.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur plasmagestützten Beschichtung von Substraten mittels eines Vakuumbogenverdampfers.The invention relates to a method and a device for plasma-assisted coating of substrates using a Vacuum arc evaporator.

Unter den Beschichtungsverfahren zur plasmagestützten Be­ schichtung von Substraten zeichnet sich der Vakuumbogenver­ dampfer insbesondere durch seine hohe Erosionsrate aus. Des weiteren können mit dem Vakuumbogenverdampfer nahezu alle leitfähigen Materialien verdampft werden. Die Lage des Tar­ gets innerhalb der Beschichtungskammer kann beliebig sein, da kein Schmelzbad des Verdampfungsmaterials im eigentlichen Sinne vorhanden ist. Wegen des fehlenden Schmelzbades wird der Vakuumbogenverdampfer auch als Kaltkatodenverdampfer bezeichnet.Among the coating processes for plasma-assisted loading The vacuum arc verifier is characterized by layering of substrates steamer especially due to its high erosion rate. Of almost all of them can be used with the vacuum arc evaporator conductive materials are evaporated. The location of the tar gets inside the coating chamber can be any because no melt pool of the evaporation material actually Senses is present. Because of the missing weld pool the vacuum arc evaporator also as a cold cathode evaporator designated.

Weniger günstig ist beim Vakuumbogenverdampfer in der Regel die für viele Prozesse nicht ausreichende Dichte des Plasmas. Der Ionenbeschuß der Substrate aus dem Plasma einer Vakuum­ bogenentladung zum Zwecke einer Ionenbeschußreinigung ist nur begrenzt mit Metallionen möglich. In gleicher Weise ist auch die Heizung der Substrate aus dem Plasma nur bedingt möglich. Die geringe Plasmadichte begrenzt die Aktivierung des Träger­ gases bzw. des Reaktivgases. Zum Heizen der Substrate müssen in der Regel zusätzliche Einrichtungen vorhanden sein.The vacuum arc evaporator is generally less cheap the insufficient density of the plasma for many processes. Ion bombardment of the substrates from the plasma of a vacuum arc discharge for the purpose of ion bombardment cleaning is only limited possible with metal ions. In the same way it is heating of the substrates from the plasma is only possible to a limited extent. The low plasma density limits the activation of the carrier gases or the reactive gas. To heat the substrates usually additional facilities are available.

In der DE 41 25 365 C1 wird eine Lichtbogen-Beschichtungsanlage beschrieben, die eine zusätzliche Anode aufweist, die durch eine gesonderte Stromquelle auf einer Spannung gehalten wird, die höher ist als diejenige, mit der die Verdampfer betrieben werden. Die Reinigung und Erwärmung der Substrate erfolgt durch Beschuß mit Ionen, die mittels der zusätzlichen Anode durch Absaugen von Elektronen aus dem Plasma der Lichtboge­ nentladung generiert werden. Die zusätzliche Anode muß mög­ lichst gleichmäßig gegenüber dem Verdampfer und den Substra­ ten ausgerichtet sein. Zur Vermeidung von unerwünschten Beschichtungen der Substrate während der Ionenbeschußreini­ gung werden die Verdampfer zusätzlich abgeschirmt.DE 41 25 365 C1 describes an arc coating system described, which has an additional anode through a separate power source is kept at a voltage, which is higher than that with which the evaporators are operated will. The substrates are cleaned and heated by bombardment with ions by means of the additional anode by extracting electrons from the plasma of the arc discharge can be generated. The additional anode must be possible as uniform as possible in relation to the evaporator and the substra ten aligned. To avoid unwanted  Coatings of the substrates during the ion bombardment The evaporators are additionally shielded.

Nach dem Stand der Technik sind neben der plasmagestützten Beschichtung mit einem Vakuumbogen-Verdampfer weitere ver­ schiedene Beschichtungsverfahren mit unterschiedlicher Ver­ fahrensführung zur Ionenreinigung, zum Aufheizen der Sub­ strate und zum Beschichten bekannt. So gibt die DD 1 35 216 ein Verfahren an, bei dem in der Vakuumkammer während des gesam­ ten Prozesses eine plasmaerzeugende Hilfseinrichtung, z. B. eine Niedervoltbogenentladung oder Hohlkatodenbogenentladung, in Betrieb ist. Die Substrate werden an unterschiedliche Potentiale gelegt und der Substratstrom ist entsprechend der erforderlichen Verfahrensparameter einstellbar. Damit kann der Ionenbeschuß auf die Substrate zur Reinigung erhöht und während der Beschichtung aus einem e-Strahl-Verdampfer auf die erforderlichen Werte reduziert werden.According to the prior art, in addition to plasma-based Coating with a vacuum arc evaporator further ver different coating processes with different ver driving guide for ion cleaning, for heating the sub strate and known for coating. So the DD 1 35 216 enters Procedure in which in the vacuum chamber during the entire process a plasma generating auxiliary device, e.g. B. a low-voltage arc discharge or hollow cathode arc discharge, is in operation. The substrates are different Potentials and the substrate current is corresponding to the required process parameters adjustable. So that can the ion bombardment on the substrates for cleaning is increased and during coating from an e-beam evaporator the required values are reduced.

Die DD 2 33 278 gibt eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Substratpotentials bei einem plasmagestützten Vakuumbeschich­ tungsverfahren mit Bogenentladung an. Die Substrate können wahlweise oder im Wechsel zum Zwecke der Aufheizung mit der Anode und zum Zwecke der Beschichtung mit der Katode der Bogenentladungseinrichtung verbunden werden. Zum Zwecke der Ionenbeschußreinigung können die Substrate an eine gesonderte Gleichspannungsquelle geschaltet werden.DD 2 33 278 gives a circuit arrangement for regulating the Substrate potential in a plasma-assisted vacuum coating process with arc discharge. The substrates can alternatively or alternately for the purpose of heating with the Anode and for the purpose of coating with the cathode Arc discharge device can be connected. For the purpose of Ion bombardment can be used to separate the substrates DC voltage source can be switched.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur plasmagestützten Beschichtung von Substraten mittels eines Vakuumbogenverdampfers zu schaffen, bei dem die Plasmadichte in der Beschichtungskammer für den Prozeß der Beschichtung mit einem Vakuumbogenverdampfer wesentlich erhöht wird. Des weiteren hat die Erfindung die Aufgabe eine Einrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben. The invention has for its object a method for plasma-assisted coating of substrates using a To create a vacuum arc evaporator at which the plasma density in the coating chamber for the coating process is significantly increased with a vacuum arc evaporator. Of further, the invention has the task of a device Specify implementation of the method according to the invention.  

Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der Patent­ ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 8 bzw. im Anspruch 10 angegeben.The invention solves the problem with the features of the patent Claims 1 and 9. Advantageous embodiments are in the Claims 2 to 8 or specified in claim 10.

Die erfindungsgemäße zusätzliche Erzeugung einer Niedervolt­ bogenentladung in der Beschichtungskammer zur Beschichtung der Substrate mittels eines Vakuumbogenverdampfers schafft für den Gesamtprozeß der Beschichtung mit dem Material des Targets eines Vakuumbogenverdampfer, bzw. eines Reaktions­ produktes aus diesem Material und einem Reaktivgas, we­ sentlich bessere Bedingungen. Während die Vakuumbogenentla­ dung zwischen dem Target des Vakuumbogenverdampfers und der anodischen Elektrode im wesentlichen im Metalldampf brennt, brennt die Bogenentladung einer Niedervoltbogenentladung in einem Trägergas. Dabei ist das Plasma einer Niedervoltbo­ genentladung für die Vorbehandlungsprozesse einer Beschich­ tung günstiger. Die Substrate können sehr vorteilhaft durch Beschuß mit Argonionen, dem am häufigsten eingesetzten Trä­ gergas für die Niedervoltbogenentladung, einer Ionenreini­ gung unterzogen werden. Die Leistung eines derartigen Bogens und damit die Plasmadichte kann vorteilhaft geregelt werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß aufgrund der hohen Plasmadichte die Substrate durch Elektronenbeschuß direkt aus dem Plasma aufgeheizt werden können. Während der Vorbehandlungsprozesse kann zwar auch bereits der Vakuumbo­ genverdampfer gezündet werden, jedoch ist das überflüssig. Erst, wenn die Substratreinigung abgeschlossen ist, wird ohne Unterbrechung der Niedervoltbogenentladung, die Vakuum­ bogenentladung zwischen dem Target des Vakuumbogenverdamp­ fers und der anodischen Elektrode gezündet. Während die Vor­ behandlungsprozesse in der Regel ausschließlich in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, kann während der Beschichtung im Bedarfsfall auch ein Reaktivgas in das Ar­ beitsgas eingemischt werden. Ohne daß die einzelnen kompli­ zierten Verhältnisse einer derartigen erfindungsgemäßen plasmagestützten Beschichtung detailliert beschrieben werden können, wurden wesentliche Verbesserungen der abgeschiedenen Schichten festgestellt. Ein Grund der Verbesserung der Schichteigenschaften besteht darin, daß der Metalldampf durch das Niedervoltplasma nachionisiert wird und ein we­ sentlich höherer Anteil des Trägergases, insbesondere das Reaktivgas, ionisiert wird.The additional generation of a low voltage according to the invention arc discharge in the coating chamber for coating which creates substrates using a vacuum arc evaporator for the overall process of coating with the material of the Targets of a vacuum arc evaporator or a reaction product from this material and a reactive gas, we considerably better conditions. While the vacuum arc discharge between the target of the vacuum arc evaporator and the anodic electrode burns essentially in metal vapor, burns the arc discharge of a low-voltage arc discharge a carrier gas. The plasma is a low-voltage bo gene discharge for the pre-treatment processes of a coating tion cheaper. The substrates can be very advantageous Bombardment with argon ions, the most commonly used agent gas for low-voltage arc discharge, an ion purification be subjected. The performance of such a bow and thus the plasma density can advantageously be regulated. A major advantage is that due to the high plasma density the substrates by electron bombardment can be heated directly from the plasma. During the The vacuum treatment can also already be used for pre-treatment processes are ignited, but this is superfluous. Only when the substrate cleaning is complete without interrupting the low-voltage arc discharge, the vacuum Arc discharge between the target of the vacuum arc evaporator fers and the anodic electrode ignited. While the pre treatment processes usually only in one Inert gas atmosphere can be carried out during the If necessary, coating a reactive gas into the area be mixed with working gas. Without complicating the individual graced ratios of such an inventive plasma-assisted coating are described in detail significant improvements to the secluded Layers found. One reason to improve  Layer properties is that the metal vapor is ionized by the low-voltage plasma and a we considerably higher proportion of the carrier gas, in particular that Reactive gas, is ionized.

Als vorteilhaft hat sich eine Niedervoltbogenentladung mit einer Bogenspannung zwischen 25 und 40 V, vorzugsweise bei 30 V, erwiesen. Die Bogenspannung kann neben der elektri­ schen Regelung auch über den Arbeitsdruck in der Beschich­ tungskammer eingestellt werden. Die Bogenspannung einer Va­ kuumbogenentladung liegt regelmäßig unbeeinflußbar zwischen 20 und 22 V.A low-voltage arc discharge has been found to be advantageous an arc voltage between 25 and 40 V, preferably at 30 V, proven. In addition to the electri regulation also about the working pressure in the coating tion chamber can be set. The bow tension of a Va kuumbogendischarge is regularly between 20 and 22 V.

Das Niedervoltplasma kann sowohl durch eine Glühkatodenent­ ladung wie durch eine Hohlkatodenbogenentladung erzeugt wer­ den. Beim Einsatz einer Hohlkatodenbogenentladung kann zu­ sätzlich über den Gasfluß durch die Hohlkatode auf den Ge­ samtprozeß eingewirkt werden.The low-voltage plasma can be both by a hot cathode charge generated by a hollow cathode arc discharge the. When using a hollow cathode arc discharge, too additionally on the gas flow through the hollow cathode on the Ge velvet process to be affected.

Im Bedarfsfall kann das Verfahren auch zum Abscheiden von zwei oder mehreren Materialien von verschiedenen Vakuumbo­ genverdampfern gleichzeitig, nacheinander oder periodisch eingesetzt werden.If necessary, the process can also be used to separate two or more materials from different vacuum bos gene evaporators simultaneously, successively or periodically be used.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Realisierung des Ver­ fahrens wird beispielhaft im Ausführungsbeispiel erläutert.The inventive device for realizing the Ver driving is exemplified in the embodiment.

Die erfindungsgemäß abgeschiedenen Schichten haben eine hö­ here Haftfestigkeit und eine höhere Dichte. Die höhere Dich­ te führt zu einer höheren Härte, besseren Homogenität und besserer Verschleißfestigkeit. Des weiteren konnte eine bes­ sere Reproduzierbarkeit der Abscheidungsprozesse festge­ stellt werden. Nachfolgend soll die Erfindung an einem Aus­ führungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Beschichtungskammer mit einem Vakuumbo­ genverdampfer und einer zusätzlichen Hohlkatode. The layers deposited according to the invention have a height Here adhesive strength and a higher density. The higher you te leads to higher hardness, better homogeneity and better wear resistance. Furthermore, a bes increased reproducibility of the deposition processes be put. In the following, the invention is intended to be at an off example will be explained in more detail. The associated one Drawing shows a coating chamber with a vacuum bob gene evaporator and an additional hollow cathode.  

Innerhalb einer Beschichtungskammer 1 mit einem Evakuie­ rungsanschluß 2 befindet sich am Kammerboden ein Substrat­ träger 3 mit Planetenbewegung, auf dem die Substrate 4 ge­ haltert sind. Ein Vakuumbogenverdampfer 5 befindet sich den Substraten 4 unmittelbar gegenüber an der Oberseite der Be­ schichtungskammer 1. Als Anode der Vakuumbogenentladung ist an der Seite eine anodische Elektrode 6 angeordnet. Auf der anderen Seite befindet sich eine Hohlkatode 7. Die Pluspole der Stromquelle 8 des Vakuumbogenverdampfers 5 und der Stromquelle 9 der Hohlkatode 7 sind miteinander verbunden und an die anodische Elektrode 2 angeschlossen. Die Substra­ te 4 werden für einzelnen Prozeßschritte über einen Schalter 10 jeweils an andere Potentiale angeschlossen. Im Beispiel wird der Schalter 10 zum Zwecke der Ionenreinigung in die Position 11 gebracht und ist dadurch mit einer gesonderten Bias-Spannungsquelle 12 verbunden, die die Substrate auf eine negative Spannung von etwa -200 V legt. Zum Aufheizen der Substrate 4 wird der Schalter 10 in die Stellung 13 ge­ bracht. Damit sind die Substrate 4 direkt an die Pluspole der beiden Stromquellen 8 und 9 angeschlossen. Dabei kann der Schalter 14 geöffnet werden, damit die Bogenentladung der Niedervoltbogenentladung direkt gegen die Substrate 4 bzw. den Substratträger 3 brennt. Während der Beschichtung wird der Schalter 10 in die Position 15 geschaltet und die Substrate 4 liegen am negativen Potential der Hohlkatode 7.Within a coating chamber 1 with an evacuation connection 2 there is a substrate carrier 3 with planetary movement on the chamber bottom, on which the substrates 4 are held GE. A vacuum arc evaporator 5 is the substrates 4 directly opposite at the top of the loading coating chamber 1st An anodic electrode 6 is arranged on the side as the anode of the vacuum arc discharge. On the other side there is a hollow cathode 7 . The positive poles of the current source 8 of the vacuum arc evaporator 5 and the current source 9 of the hollow cathode 7 are connected to one another and connected to the anodic electrode 2 . The substra te 4 are connected to other potentials for individual process steps via a switch 10 . In the example, the switch 10 is brought into position 11 for the purpose of ion cleaning and is thereby connected to a separate bias voltage source 12 , which applies a negative voltage of approximately -200 V to the substrates. To heat the substrates 4 , the switch 10 is brought into position 13 ge. The substrates 4 are thus connected directly to the positive poles of the two current sources 8 and 9 . The switch 14 can be opened so that the arc discharge of the low-voltage arc discharge burns directly against the substrates 4 or the substrate carrier 3 . During the coating, the switch 10 is switched to the position 15 and the substrates 4 are at the negative potential of the hollow cathode 7 .

Der Einlaß des Trägergases für die Niedervoltbogenentladung erfolgt über das Ventil 16 direkt durch die Hohlkatode 7. Der Einlaß für ein Reaktivgas erfolgt über das Ventil 17.The carrier gas for the low-voltage arc discharge is admitted via the valve 16 directly through the hollow cathode 7 . A reactive gas is admitted via valve 17 .

Nachfolgend wird die Abscheidung einer Titannitrid-Schicht in der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert.The following is the deposition of a titanium nitride layer explained in the device according to the invention.

Innerhalb der Beschichtungskammer 1 wird nach dem Evakuieren im ersten Verfahrensschritt eine Hohlkatodenbogenentladung zwischen der Hohlkatode 7 und der anodischen Elektrode 6 gezündet. Dazu wird über das Ventil 16 Argon durch die Hohl­ katode 7 in die Beschichtungskammer 1 eingelassen. After evacuation in the first process step, a hollow cathode arc discharge between the hollow cathode 7 and the anodic electrode 6 is ignited within the coating chamber 1 . For this purpose, argon is let in through the hollow cathode 7 into the coating chamber 1 via the valve 16 .

Der Argonzufluß ist so eingestellt, daß in der Beschich­ tungskammer 1 bei ständigem Evakuieren ein Druck von 0,8 Pa aufrechterhalten wird. Die elektrische Leistung für die Hohlkatodenbogenentladung wird über die Stromquelle 9 be­ reitgestellt. Der Strom der Hohlkatodenbogenentladung wird auf 60 A konstant gehalten. Bei den beschriebenen Druckver­ hältnissen stellt sich eine Bogenspannung von 35 V zwischen der anodischen Elektrode 6 und der Spitze der Hohlkatode 7 ein. Bei Abweichungen wird über die Veränderung des Arbeits­ druckes durch die Regelung des Argonzuflusses über das Ven­ til 16 die Spannung auf den Sollwert eingestellt. Unter die­ sen Bedingungen stellt sich in der Beschichtungskammer 1 ein gleichmäßig verteiltes Plasma ein. Die Substrate 4 sind über die Stellung 11 des Schalters 10 mit einer Spannungsquelle 12 verbunden. Das Potential beträgt etwa -200 V und es er­ folgt ein intensiver Ionenbeschuß auf die Substrate 4 wie auf den Substrathalter 3. In Abhängigkeit deren Oberflächen­ größe stellt sich ein Strom von 1 bis 5 A ein. Der Ionenbe­ schuß, auch Ionenätzen genannt, wird über 10 bis 20 Minuten aufrechterhalten. Dabei werden die Substrate 4 gereinigt und allmählich aufgeheizt. Zusätzliche Heizelemente sind zur Erreichung der optimalen Beschichtungstemperatur nicht er­ forderlich. Übliche Substrate, z. B. Schneidwerkzeuge durch­ schnittlicher Größe, können durch das Plasma der Hohlkato­ tenbogenentladung leicht auf 300 bis 400°C aufgeheizt werden. Bei Substraten mit größerer Masse wird zusätzlich durch Elektronenstoß geheizt. Dazu werden die Substrate über den Schalter 10, der in die Stellung 13 gebracht wird, unmittel­ bar mit dem positivem Pol der Stromquelle 9 der Hohlkatode 7 verbunden. Der Schalter 14 wird während dieser Zeit geöff­ net. Nach Erreichen der Beschichtungstemperatur der Substra­ te 4 sind die Vorbereitungsprozesse abgeschlossen und es folgt der eigentliche Beschichtungsprozeß. Dazu wird in die Beschichtungskammer 1 über das Regelventil 17 Stickstoff als Reaktivgas zur Bildung des Titannitrid eingelassen. Für die Abscheidung von TiN-Schichten auf Schneidwerkzeugen, wie Spialbohrer, sind etwa 0,2 l/min N2-Einlaß erforderlich.The argon inflow is set so that a pressure of 0.8 Pa is maintained in the coating chamber 1 with constant evacuation. The electrical power for the hollow cathode arc discharge is provided via the current source 9 be. The current of the hollow cathode arc discharge is kept constant at 60 A. In the pressure conditions described, an arc voltage of 35 V is established between the anodic electrode 6 and the tip of the hollow cathode 7 . In the event of deviations, the voltage is set to the desired value by changing the working pressure by regulating the inflow of argon via valve 16 . Under these conditions, a uniformly distributed plasma is produced in the coating chamber 1 . The substrates 4 are connected to a voltage source 12 via the position 11 of the switch 10 . The potential is approximately -200 V and it is followed by intensive ion bombardment on the substrates 4 as well as on the substrate holder 3 . Depending on their surface size, a current of 1 to 5 A is set. The ion bombardment, also called ion etching, is maintained for 10 to 20 minutes. The substrates 4 are cleaned and gradually heated up. Additional heating elements are not necessary to achieve the optimal coating temperature. Common substrates, e.g. B. cutting tools of average size, can be easily heated to 300 to 400 ° C by the plasma of Hohlkato tenbogenentschluß. In the case of substrates with a larger mass, heating is additionally carried out by means of an electron impact. For this purpose, the substrates are connected via the switch 10 , which is brought into position 13 , immediately with the positive pole of the current source 9 of the hollow cathode 7 . The switch 14 is opened during this time. After the coating temperature of the substrate 4 has been reached , the preparation processes are completed and the actual coating process follows. For this purpose, nitrogen is admitted into the coating chamber 1 via the control valve 17 as a reactive gas to form the titanium nitride. About 0.2 l / min N 2 inlet are required for the deposition of TiN layers on cutting tools, such as drill bits.

Unter Beibehaltung der Hohlkatodenbogenentladung wird der Vakuumbogenverdampfer 5 gezündet. Die elektrische Lei­ stung wird von der Stromquelle 8 bereitgestellt, deren Plus­ pol mit der anodischen Elektrode 6 und deren Minuspol direkt mit dem Target 18 des Vakuumbogenverdampfers 5 verbunden ist. Die Vakuumbogenentladung brennt mit typisch 20 bis 22 V bei 80 A im Metallplasma des erodierenden Targetmaterials, im Beispiel Titan. Mit der Zündung des Vakuumbogenverdampfers 5 wird der Schalter 10 in die Position 15 gelegt. Die Substrate liegen zur Beschichtung am kathodischen Potential der Hohlka­ tode 7. Die Erosionsraten der Vakuumbogenverdampfung betragen bei 60 A etwa 0,1 g/min. Der weitere Prozeß verläuft in be­ kannter Weise.While maintaining the hollow cathode arc discharge, the vacuum arc evaporator 5 is ignited. The electrical power is provided by the current source 8 , the positive pole of which is connected to the anodic electrode 6 and the negative pole of which is connected directly to the target 18 of the vacuum arc evaporator 5 . The vacuum arc discharge burns with typically 20 to 22 V at 80 A in the metal plasma of the eroding target material, in the example titanium. With the ignition of the vacuum arc evaporator 5 , the switch 10 is placed in the position 15 . The substrates lie for coating at the cathodic potential of the hollow cathode 7 . The erosion rates of the vacuum arc evaporation at 60 A are about 0.1 g / min. The further process proceeds in a known manner.

Im Unterschied zu den bekannten Beschichtungsverfahren mit einem Vakuumbogenverdampfer brennt der Vakuumbogen gegen die spezielle anodischen Elektrode 6, die auch die Gegenelektrode für die gleichzeitig brennende Hohlkatodenbogenentladung ist. Die Substrate sind während der Beschichtung zugleich dem Plasma der Hohlkatodenbogenentladung, das im Träger- bzw. Reaktivgas brennt, und dem Metallplasma der Vakuumbogenentla­ dung ausgesetzt. Die Ionisierung in unmittelbarer Nähe der Substrate 4 ist durch die komplexe Ionisierung des Metall­ dampfes und des Rest- bzw. Reaktivgases um ein Mehrfaches höher als bei bekannten Lösungen.In contrast to the known coating processes with a vacuum arc evaporator, the vacuum arc burns against the special anodic electrode 6 , which is also the counter electrode for the simultaneously burning hollow cathode arc discharge. The substrates are simultaneously exposed to the plasma of the hollow cathode arc discharge, which burns in the carrier or reactive gas, and the metal plasma of the vacuum arc discharge during the coating. The ionization in the immediate vicinity of the substrates 4 is due to the complex ionization of the metal vapor and the residual or reactive gas many times higher than in known solutions.

Die im Beispiel abgeschiedenen TiN-Schicht zeichnet sich durch eine hohe Härte und bessere Haftfestigkeit aus. Bemer­ kenswert ist eine hohe Reproduzierbarkeit der Schichtab­ scheidung.The TiN layer deposited in the example stands out due to its high hardness and better adhesive strength. Bemer A high reproducibility of the layer is noteworthy divorce.

Claims (10)

1. Verfahren zur plasmagestützten Beschichtung von Sub­ straten (4) mittels eines Vakuumbogenverdampfers, da­ durch gekennzeichnet, daß in einer evakuierten Be­ schichtungskammer (1) zwischen einer Katode und einer anodischen Elektrode (6) eine Niedervoltbogenentladung gezündet wird, daß die Substrate (4) an ein negatives Potential gelegt werden, so daß das Plasma der Nieder­ voltbogenentladung zum Zwecke des Ionen- und Elektro­ nenbeschusses auf die Substrate (4) einwirkt, daß ein Target (18) aus einem Beschichtungsmaterial gegenüber der anodischen Elektrode (6) auf negatives Potential gelegt und eine Vakuumbogenentladung zwischen dem Tar­ get (18) und der anodischen Elektrode (6) gezündet wird und daß die Niedervoltbogenentladung wie die Vakuumbo­ genentladung für die Dauer der plasmagestützten Be­ schichtung aufrechterhalten werden.1. Process for plasma-assisted coating of substrates ( 4 ) by means of a vacuum arc evaporator, characterized in that a low-voltage arc discharge is ignited in an evacuated coating chamber ( 1 ) between a cathode and an anodic electrode ( 6 ), that the substrates ( 4 ) be placed at a negative potential, so that the plasma of the low-voltage arc discharge for the purpose of ion and electron bombardment acts on the substrates ( 4 ) that a target ( 18 ) made of a coating material with respect to the anodic electrode ( 6 ) is placed at negative potential and a vacuum arc discharge is ignited between the target ( 18 ) and the anodic electrode ( 6 ) and that the low-voltage arc discharge, like the vacuum arc discharge, is maintained for the duration of the plasma-supported coating. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Elektrode (6) sowohl mit dem positiven Pol der Stromquelle für die Niedervoltbogenentladung wie auch mit dem positivem Pol der Stromquelle für die Vakuumbogenentladung verbunden ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the anodic electrode ( 6 ) is connected both to the positive pole of the current source for low-voltage arc discharge and to the positive pole of the current source for vacuum arc discharge. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedervoltbogenentladung zwischen einer Hohlkatode (7) und der anodischen Elektrode (6) aufrechterhalten wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the low-voltage arc discharge between a hollow cathode ( 7 ) and the anodic electrode ( 6 ) is maintained. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenspannung der Niedervoltbogenentladung in der Beschichtungskammer (1) auf einem Wert zwischen 25 und 40 V, vorzugsweise 30 V, eingestellt wird. 4. The method according to claim 1, characterized in that the arc voltage of the low-voltage arc discharge in the coating chamber ( 1 ) is set to a value between 25 and 40 V, preferably 30 V. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenspannung der Niedervoltbogenentladung durch Verändern des Arbeitsdruckes eingestellt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the arc voltage of the low-voltage arc discharge Changing the working pressure is set. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (4) nach dem Zünden der Vakuumbogenentla­ dung mit der Katode der Niedervoltbogenentladung elek­ trisch verbunden werden.6. The method according to claim 1, characterized in that the substrates ( 4 ) after the ignition of the vacuum arc discharge with the cathode of the low-voltage arc discharge are electrically connected. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Targets (18) aus gleichem oder ver­ schiedenem Beschichtungsmaterial gleichzeitig, nachein­ ander oder periodisch gegenüber der anodischen Elek­ trode (6) auf kathodisches Potential gelegt werden und jeweils Vakuumbogenentladungen zwischen den jeweiligen Targets (18) und der anodischen Elektrode (6) gezündet werden.7. The method according to claim 1, characterized in that two or more targets ( 18 ) made of the same or different coating material simultaneously, one after the other or periodically with respect to the anodic electrode ( 6 ) are placed at cathodic potential and vacuum arc discharges between the respective targets ( 18 ) and the anodic electrode ( 6 ) are ignited. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden der Vakuumbogenentladung ein oder meh­ rere Reaktivgase in die Beschichtungskammer (1) einge­ lassen werden.8. The method according to claim 1, characterized in that one or more reactive gases are left in the coating chamber ( 1 ) after the ignition of the vacuum arc discharge. 9. Einrichtung zur plasmagestützten Beschichtung von Sub­ straten (3) mittels Vakuumbogenverdampfer, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Beschichtungskammer (1) eine separate Elektrode (6) angeordnet ist, die sowohl für den Vakuumbogenverdampfer (5) wie gegenüber einer Kato­ de einer Niedervoltplasmaquelle als Anode geschaltet ist, derart daß die anodische Elektrode (6) jeweils mit den Pluspolen der Stromquellen (8 und 9) für die Nie­ dervoltplasmaquelle und den Vakuumbogenverdampfer (5) verbunden ist und daß die Substrate (4) mit einer Schalteinrichtung (10) zur Umschaltung des Substratpo­ tentials verbunden sind. 9. Device for plasma-assisted coating of sub strates ( 3 ) by means of a vacuum arc evaporator, characterized in that in the coating chamber ( 1 ) a separate electrode ( 6 ) is arranged, both for the vacuum arc evaporator ( 5 ) as compared to a Kato de a low-voltage plasma source is connected as an anode such that the anodic electrode ( 6 ) is connected to the positive poles of the current sources ( 8 and 9 ) for the low voltage plasma source and the vacuum arc evaporator ( 5 ) and that the substrates ( 4 ) are connected to a switching device ( 10 ) Switching of the substrate potential are connected. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (10) zur Veränderung des Potentials der Substrate (4) Schaltstufen (11, 13, 15) aufweist, die wahlweise die Substrate (4) mit der Kato­ de der Niedervoltplasmaquelle, mit einer Spannungsquel­ le (12) mit kathodischem Potential oder mit dem positi­ ven Potential der Stromquelle (9) der Niedervoltplasma­ quelle verbindet.10. The device according to claim 9, characterized in that the switching device ( 10 ) for changing the potential of the substrates ( 4 ) switching stages ( 11 , 13 , 15 ), which optionally the substrates ( 4 ) with the Kato de the low-voltage plasma source, with a voltage source ( 12 ) with cathodic potential or with the positive potential of the current source ( 9 ) connects the low-voltage plasma source.
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