CH652754A5

CH652754A5 - Anordnung zum beschichten von substraten in einer vakuumbeschichtungsanlage.

Info

Publication number: CH652754A5
Application number: CH1720/81A
Authority: CH
Inventors: Thaddaeus Dr Kraus
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1985-11-29
Also published as: DE3206881A1; DE3206881C2; US4449478A

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zum Beschichten von Substraten in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer um eine Achse (Ao) rotierenden Haltevorrichtung für die Substrate, mit mindestens einer in der Nähe der Rotations-Achse (Ao) angeordneten Dampfquelle (0) sowie mit einer um dieselbe Achse gegenläufig rotierenden und bei der Substrat-Halterung angeordneten Korrekturblende für die Dampfstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus einer Kreisplatte (1) besteht, an der Bohrungen und Halterungen für die Substrate (2) auf Kreisen um die Rotations-Achse (Ao) angebracht sind, so dass die Achsen (Ai oder A2) der auf einem Kreis liegenden Substrate sich in einem Punkt (S) der Rotations-Achse (Ao) schneiden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrisslinie der Korrektur-Blende abschnittweise auf eine gleichmässige Beschichtung von Kugelzonen abgestimmt ist, welche den Krümmungsmittelpunkt im Schnittpunkt der Substrat-Achsen haben, die Pole der betreffenden Substrate berühren und deren Fläche überdecken.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (S) der Substrat-Achsen sich bei der Dampfquelle (0) befindet.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (S) der Substrat-Achsen mit dem Krümmungsmittelpunkt der Substrate zusammenfällt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisplatte aus Elektrographit besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisplatte aus Schaumkohlenstoff besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrat-Halterung eine Beschichtung mit Hartkohle aufweist.

Gleichförmigkeit und Gleichmässigkeit der Beschichtung sphärischer oder planer Oberflächen, z.B. von optischen Linsen, ist durch Aufdampfen von Stoffen im Hochvakuum im Prinzip mit sehr hoher Präzision erzielbar. Zufallsschwankungen der Strahlungsstärke der Dampfquelle, die im Verlauf des Beschichtens auftreten können, wirken sich nämlich auf Abweichungen der Schichtdicke nur in sehr geringem Masse aus und entsprechen einem Zahlenwert in der Grösse von 0,1 % der Schichtdicke.

Sehr viel grössere Abweichungen werden durch Ungenau-igkeit der Substrat-Halterung verursacht. Allein schon Abweichungen von z.B. ± 0,3 mm von einem Nennmass 600 mm des Hauptkrümmungsradius der Kalotte bewirken etwa gleich grosse Schichtdickenunterschiede wie Zufallsschwankungen der Strahlungsstärke. So enge Toleranzen lassen sich aber bei Kalotten, die beispielseise aus Cr-Ni-Stahl mit 3 mm Blechdicke durch Ziehen und Stanzen hergestellt werden, bei weitem nicht einhalten. Die Abweichungen betragen im allgemeinen mehr als das Zehnfache der oben genannten Werte. Dickwandigere Kalotten mit ausreichender Gestaltfestigkeit herzustellen, wäre aber sehr kostspielig. Es wurde bereits eine Anordnung zum gleichförmigen Beschichten von Rotationsflächen durch Bedampfen im Hochvakuum vorgeschlagen, mit einer um eine Achse rotierenden Haltevorrichtung für die Substrate, mit mindestens einer in der Nähe der Rotations-Achse angeordneten Dampfquelle sowie mit einer um dieselbe Achse gegenläufig rotierenden und nahe bei der Substrat-Halterung angeordneten Korrektur-Blende für die Dampfstrahlung. Aber auch diese Anordnung benötigt Haltevorrichtungen für die Substrate, die genügend gestaltfest sind, um die gewünschte hohe Genauigkeit der Beschichtung zu erreichen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Anordnung zu finden, welche mit geringerem Aufwand als bisher die höchstmögliche Genauigkeit der Beschichtung zu erreichen gestattet.

Vorerst sollen einige Begriffe genauer festgelegt werden:

«Gleichmässigkeit» der Beschichtung sei dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke in jedem Abstand vom Substrat-Pol auf allen Substraten gleich ist.

«Gleichförmigkeit» der Beschichtung sei dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke in gleichen Abständen von den Substrat-Polen auf allen Substraten gleich ist.

«Substrat-Pol» sei der Mittelpunkt der zu beschichtenden Fläche. «Substrat-Achse» sei die auf dem Substrat-Pol errichtete Flächen-Normale.

«Dampfquelle» sei jede Vorrichtung, welche den Dampf des auf den Substraten niederzuschlagenden Stoffes im Vakuum abgibt.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine Anordnung zum Beschichten von Substraten gelöst, die entsprechend Fig. 1 und 4 mit einer um eine Achse (Ao) rotierenden Haltevorrichtung für die Substrate, mit mindestens einer in der Nähe der Rotations-Achse (Ao) angeordneten Dampfquelle (0) sowie mit einer um dieselbe Achse gegenläufig rotierenden und bei den Substraten angeordneten Korrektur-Blende für die Dampfstrahlung ausgerüstet ist. Sie ist im besonderen dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus einer Kreisplatte (1) besteht, an der Bohrungen und Halterungen für die Substrate (2) auf Kreisen um die Rotations-Achse (Ao) angebracht sind, so dass die Achse (z.B. Ai oder A2) der auf einem Kreis liegenden Substrate sich in einem Punkt (S) der Rotations-Achse (Ao) schneiden.

Indem die Haltevorrichtung anstatt in Gestalt einer Kalotte nunmehr in Gestalt einer flachen Scheibe ausgebildet werden kann, ergibt sich unter anderem der grosse Vorteil, diese z.B. aus einem Werkstoff geringer Dichte (unter 4,5 kg/ dm3) auf wirtschaftliche Weise herstellen zu können. Neben Leichtmetallen ist Elektrographit nicht nur wegen seiner geringen Dichte (1,7 kg/dm3) dafür besonders geeignet. Da nämlich oft höhere Temperaturen beim Beschichten auftreten, ist auch zu berücksichtigen, dass die Festigkeit der Leichtmetalle mit steigender Temperatur (über 250 °C) stark abnimmt, wohingegen die Festigkeit des Graphits zunimmt. Ausserdem ist die Längenausdehnung von Graphit etwa lOmal kleiner als von Leichtmetallen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben. Die anliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss der Erfindung, mit der eine praktisch gleichförmige Beschichtung sphärischer, asphärischer oder planer Oberflächen, z.B. von optischen Linsen und Spiegeln erzielt werden kann,

Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen der an der Kreisplatte angebrachten Bohrungen und Halterungen für die Substrate,

Fig. 3 Diagramme betreffend den Dickenverlauf von Beschichtungen verschiedener sphärischer und planer Substrate, die mit der Anordnung in Fig. 1 erzielt werden können,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss der Erfindung mit einer aus mehreren konzentrischen Ringen zusammengesetzten Kreisplatte, mit der eine gleichmässige Beschichtung sphärischer (konkaver oder konvexer) und planer Oberflächen erzielt werden kann,

Fig. 5 die graphische Darstellung einer mathematischen Funktion und Skizzen, die zur Erläuterung für die Anordnung von gleichmässig zu beschichtenden sphärischen oder planen Substraten dienlich sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Kreisplatte (1) hat kreisförmig angeordnete durchgehende Bohrungen mit zylindrischen Sen5

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15

20

25

30

35

40

45

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65

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kungen zur Aufnahme der Substrate (2), deren Achsen (Ai, A2 usw.) sich in einem Punkt (S) der Kreisplatten-Achse (Ao) in einer etwa dem Kreisplattendurchmesser (0) entsprechenden Entfernung schneiden.

Zur Vermeidung nachteiliger Durchbiegung wählt man eine Dicke (H) von Kreisplatten aus Leichtmetall grösser als '/so und aus Elektrographit grösser als Vis des Kreisplattendurchmessers (0).

Die Senktiefe (T) ist von Lochkreis zu Lochkreis verschieden, aber von Bohrung zu Bohrung eines jeden Lochkreises genau gleich. Senktiefe und Plattendicke werden aufeinander abgestimmt, so dass eine genaue Zentrierung der Substrate auch im grössten Lochkreis gewährleistet ist.

Zur Vermeidung von Abrieb ist es vorteilhaft, die fertig bearbeiteten Graphitplatten mit einer Pyrokohlenstoff-Schutzschicht zu versehen, die durch Pyrolyse gasförmiger Kohlenstoffverbindungen entsteht und sehr hohe Festigkeit hat.

Die Kreisplatte wird zentrisch auf einem Drehring (3) befestigt, so dass die Dampfquelle (0) möglichst im Schnittpunkt (S) der Substrat-Achsen liegt. Nahe bei der Kreisplatte ist eine ebene Korrektur-Blende (4) angeordnet, auf der die gemeinsame Rotations-Achse (Ao) senkrecht steht. Die Punkte ihrer Umrisslinie lassen sich mit Hilfe eines Polar-Koordinaten-Systems bestimmen, dessen Radiusvektor der Entfernung yB von der Rotations-Achse (Ao) und dessen Polarwinkel dem Öffnungswinkel co entspricht. Unter der vereinfachenden Annahme einer verschwindend kleinen Dampfquelle im Ursprung (S) eines zweiten Koordinaten-Systems, dessen x-Achse mit der Rotations-Achse (Ao) zusammenfällt, gelingt es, den Öffnungswinkel co als Funktion vom Radiusvektor yB explizit darzustellen, so dass, wie nachfolgend gezeigt wird, eine praktisch gleichförmige Beschichtung entsteht.

Ein Leitstrahl, der vom letztgenannten Koordinatenursprung (S) ausgeht und durch einen Punkt (B) der Umrisslinie der Korrektur-Blende in der Ebene xB = const. hindurchführt, bildet mit der x-Achse den Polarwinkel

<p = arc tan yB/xB

(1)

Die mittlere Strahlungsstärke I verändert sich im gleichen Verhältnis mit dem Öffnungswinkel co. Soll also die Strahlungsstärke, welche in der durch den Polarwinkel (p gegebenen Richtung unter dem Öffnungswinkel co = 27t den Zahlenwert {Io}([) annimmt, vermittels der rotierenden Korrektur-Blende unter sonst gleichen Bedingungen auf den Zahlenwert |I},P reduziert werden, dann sind die Polarkoordinaten eines Punktes der Umrisslinie bestimmt:

yB = xB.tan ip

. = 2^

(2)

(3)

Die primäre Strahlungsstärke Io ermittelt man durch Ausmessen der Beschichtung von Substraten, die man in Zentrierbohrungen der Substrathalterung eingelegt hat. Unter der vereinfachenden Annahme, dass ein Flächenpunkt (M) des Substrats nur von Strahlen getroffen wird, die einerseits im Koordinatenursprung (S) den Polarwinkel <p mit der x-Achse, andererseits im Punkt M im Abstand r den Einfallwinkel 0 mit der Flächennormalen bilden, gilt der allgemeine Rechenansatz:

UL

{ —} * i-nc A *i cos 0 'ip

(4)

Handelt es sich im besonderen um ein planes Substrat, dessen Achse durch den Koordinatenurpsrung führt und dessen Lage durch die Koordinaten xp,yp des Substrat-Pols (P) festgelegt ist, dann erhält man für einen Flächenpunkt M, 5 dessen Lage durch den Abstand b in meridionaler Richtung vom Substrat-Pol P festgelegt ist, nach bekannten Regeln der Trigonometrie den Quotienten der Gleichung 4:

r cos 9

C b

2 2 3 xn "fr yp )

2 2 x + y P P

(5)

und den Richtungs-Kosinus

- b-y /vx^ + y cos tp x _ t>.y

P P

Vb2 + x2 + y2 P P

(6)

20 In Gleichung 6 ist der Abstand b zwischen dem durch die Koordinaten xp,yp festgelegten Substrat-Pol P und dem durch die Koordinaten x,y definierbaren Flächenpunkt M als positiv (b > 0) aufzufassen, wenn y > yp, und als negativ (b < 0), wenn y <yp.

25 Aus Wertzahlen der unabhängigen Variablen xp,yp, b und der abhängigen Variablen s kann man also mit Hilfe von Gleichung 4 und 5 Wertzahlen der Strahlungstärke Io als Funktion vom Richtungs-Kosinus coscp bestimmen. Stellt man sie in einem rechtwinkligen Koordinatennetz mit loga-30 rithmischer Teilung dar, dann lässt sich eine nahezu geradlinige Kurve durch die Messpunkte legen. Da die Verteilung der Strahlungsstärke nicht nur von Dampfquelle zu Dampfquelle, sondern auch von Aufdampfung zu Aufdampfung Zufallsschwankungen unterliegt, ist es zweckmässig, das 35 Beschichten der Substrate mehrmals zu wiederholen, die Substrate und die gemessenen Flächenpunkte in genügend kleinen Abständen über das nutzbare Intervall von <p zu verteilen und Mittelwerte mehrerer Messungen von gleichen Flächenpunkten zu bilden. Ist die Funktionskurve geradlinig, also die 40 primäre Strahlungsstärke Io durch eine Potenz des Richtungs-Kosinus coscp darstellbar, dann gewinnt man durch lineare Regression von der Zufallsvariablen

45

Y = log Io auf die Einflussgrösse X = log cos cp

(7)

(8)

so einen zuverlässigen Schätzwert des für die Verteilung der Dampfstrahlung massgebenden Emissions-Exponent k mit Hilfe des bekannten Algorithmus der Ausgleichsrechnung:

55

k =

n S X V - ]£ X S V n-Z X2 - (2

(Zj X)'

(9)

wenn n die Anzahl der Datenpaare X,Y bedeutet. Anstelle der Funktionskurve kann man dann die Formel

60

Io~COSkCp

(10)

anwenden.

Bei der Festlegung der sekundären Strahlungsstärke I als 65 Funktion von <p in Gleichung 3 ist zu berücksichtigen, dass Gleichförmigkeit der Beschichtung nur möglich ist, wenn auf einer gedachten Kugelfläche, auf der alle Substrat-Pole liegen, überall die gleiche Schichtdicke entsteht. Haben jedoch

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4

alle Substrat-Achsen einen gemeinsamen Schnittpunkt (S), aber die Substrat-Pole (P) verschiedene Abstände Rp von diesem Schnittpunkt, dann ist unter der Bedingung, dass auf allen gedachten Kugelzonen mit verschiedenen Hauptkrümmungsradien Rp die gleiche Schichtdicke entsteht, trotzdem eine praktisch gleichförmige Beschichtung erzielbar.

Die sekundäre Strahlungsstärke I muss also gemäss Gleichung 4 mit s = const. und cosG = 1

in jeder Kugelzone zwar konstant, aber von Kugelzone zu Kugelzone verhältnisgleich sein zu den Quadraten der Hauptkrümmungsradien Rp:

wenn R den Hauptkrümmungsradius und D den Durchmesser der Substrate bedeutet.

Die mit der beschriebenen Anordnung und Korrektur-Blende erzeugte Beschichtung lässt Abweichungen, die wegen 5 der Unterschiede zwischen den Abständen Rp von Substrat-Kranz zu Substrat-Kranz am Rand der Substrate zu erwarten sind, überraschenderweise praktisch nicht erkennen. Um diese Abweichungen mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, geht man von Gleichung 4 aus und gelangt unter der io Bedingung {I},p = const. nach bekannten Regeln der Trigonometrie und durch Anwendung der Approximation

2 2

» , * ß\ 2

cos (3 = 1-— • ( 1 - — )

2 24

(16)

(11)

zur Näherungsformel für das Verhältnis zur Schichtdicke am Substrat-Pol

Die primäre Strahlungsstärke ist in der Regel eine mono- 2o ton fallende Funktion von <p und hat daher am Endpunkt des nutzbaren Intervalls von <p den kleinsten Wert. Man wird deshalb die sekundäre Strahlungsstärke in dem Intervall von <p, das sich über den grössten Substrat-Kranz mit dem Abstand Rpmax der Substrat-Pole erstreckt, auf demjenigen Zahlenwert 25 konstant halten, auf welchen die primäre Strahlungsstärke am Intervall-Ende <pmax abfällt:

1 R I R ,

-•-M 1 + Pl

2 R

-• 1 ä

R 24 R

1 +

R

2 \ 2 ! 3/2

(17)

{I},p = const. = {Io

Um etwas Spielraum zu gewinnen, empfiehlt es sich, die sekundäre Strahlungsstärke auf einem Niveau der primären Strahlungsstärke knapp ausserhalb des nutzbaren Intervalls von (p festzuhalten.

Für ein Intervall von <p, das sich über einen kleineren Substrat-Kranz mit dem Abstand Rp der Substrat-Pole erstreckt, gilt dann entsprechend Gleichung 11 :

{r}

<£_ _•

{lo>V

(13)

p max

Für die stückweise Konstruktion der Umrisslinie der Korrektur-Blende gewinnt man zu frei wählbaren Zahlenwerten in einzelnen Intervallen von <p, die jeweils einem Substrat-Kranz mit festem Abstand Rp der Substrat-Pole angepasst werden, aus Gleichung 2 den Radiusvektor yB = xB-j/I — cos2(p/coscp und aus den Gleichungen 3, 10,12 und 13 den Öffnungswin-kel

2 IT

p max cos tp k

cos tp

Die Umrisslinie hat beim Übergang von <p an den Inter-vall-Grenzen endliche Sprünge.

Der Abstand Rp der Substrat-Pole (P) vom Schnittpunkt (S) der Substrat-Achsen ist bei konvexen Substraten kleiner, bei konkaven Substraten grösser als bei planen Substraten, nämlich um den Betrag von

Rp | = R — i/R2 —DV4

In dieser Formel, die sowohl auf sphärische als auch auf (12) plane Substrate anwendbar ist, bedeutet b wiederum den

30 Abstand des Flächenpunktes vom Substrat-Pol, und zwar bei sphärischen Substraten die Länge des Kreisbogens, der die Poldistanz ß = b/R des Flächenpunktes bestimmt. Der Zahlenwert der Krümmung 1/R ist bei konvexen Substraten positiv (1/R>0), bei konkaven Substraten negativ (1/R<0) und 35 bei planen Substraten die Null (1/R = 0).

Anhand einiger Beispiele in Fig. 3 kann man das Verhalten dieser Funktion und somit auch den Verlauf der Beschichtung, die vermittels der beschriebenen Anordnung erzielt werden kann, kennenlernen.

40 Die graphische Darstellung 3b gibt die Abhängigkeit der Schichtdicke s vom Polabstand b auf planen Substraten (1/R = 0) wieder, wenn man die Schichtdicke am Substrat-Pol als Einheit von s und den Abstand Rp des Substrat-Pols von der Dampfquelle als Einheit von b festlegt. Daraus ist bei-45 spielsweise zu entnehmen, dass die Schichtdicke im Polabstand b = 0,08 Rp etwa 99% der Schichtdicke im Polabstand b = 0 entspricht.

Gegenüber planen Substraten, die in einem um den Verhältnisfaktor 1,05 grösseren Abstand (Rp) von der Dampf-

(14) so quelle angeordnet sind, bestehen Schichtdickenunterschiede, die in der graphischen Darstellung 3a in Abhängigkeit vom Polabstand b angegeben werden. Die Differenz entspricht beispielsweise im Polabstand b = 0,08 Rp etwa 0,1 % der Schichtdicke im Polabstand b = 0.

55 Die Abhängigkeit der Schichtdicke vom Polabstand b

(15) kann bei sphärischen Substraten ( 1 /R ¥= 0) stärker hervortreten. Die graphische Darstellung 3d gibt für Flächenpunkte im Polabstand b = 0,05 die Abhängigkeit der Schichtdicke von der Krümmung 1/R sphärischer Substrate wieder, wenn der

60 Abstand Rp der Substrat-Pole von der Dampfquelle auch als Einheit von R festgelegt wird. Daraus kann man beispielsweise entnehmen, dass im Polabstand b = 0,05 Rp die Schichtdicke sowohl auf konkaven Substraten mit dem Hauptkrümmungsradius R= — Rp/10 als auch auf konvexen Substraten 65 mit dem Hauptkrümmungsradius R = Rp/7 etwa 90% der Schichtdicke im Polabstand b = 0 entspricht.

Die Schichtdickenunterschiede, die sich gegenüber glei-( 16) chen sphärischen Substraten in einem um den Verhältnisfak-

5

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tor 1,05 grösseren Abstand (Rp) von der Dampfquelle aber im gleichen Polabstand b = 0,05 ergeben, sind aus der graphischen Darstellung 3c zu ersehen. Beispielsweise entspricht die Differenz der Schichtdicken im Polabstand b = 0,05 Rp sowohl auf konkaven Substraten mit dem Hauptkrümmungsradius R= — Rp/10 als auch auf konvexen Substraten mit dem Hauptkrümmungsradius R= Rp/7 etwa 0,2% der Schichtdicke im Polabstand b = 0.

Da die Beschichtung also auch bei kleinen Hauptkrümmungsradien nur unbedeutende und kaum messbare Unterschiede von Substrat-Kranz zu Substrat-Kranz aufweist, kann man sie als praktisch gleichförmig betrachten.

Es kommt immer wieder vor, dass das Fassungsvermögen der Bedampfungsanlage infolge zu geringer Anzahl gleichartiger Substrate nicht voll ausgenützt werden kann. Es wäre daher wünschenswert, auch Substrate unterschiedlicher Grösse in einem Arbeitsgang zu beschichten. Dafür lohnt es sich aber nicht, die Bohrungen der Kreisplatte jeweils an die Substrate anzupassen, die oft in grosser Vielfalt aber in nur geringer Stückzahl vorliegen.

Es ist daher zweckmässig, gemäss Fig. 2a, b die Kreisplatte (1) mit Einheitsbohrungen zu versehen und die Substrate nicht unmittelbar in die Zentrier-Bohrungen, sondern in ringförmige Fassungen (5) einzulegen, deren Aussendurch-messer (Da) der Einheitsbohrung der K'reisplatte und deren Innendurchmesser (DO jeweils den Substraten genau ange-passt sind. Durch Abstufung der Einheitsbohrungen kann man dafür sorgen, dass die Nutzfläche nicht unwirtschaftlich klein wird. Die Kreisplatten können auch aus Schaumkohlenstoffblöcken hergestellt werden. Sie werden aus Kunstharzschäumen durch Pyrolyse gewonnen, haben sehr geringe Dichte (ca. 0,1 kg/dm3) und weitgehend geschlossene Zellstruktur und können leicht bearbeitet werden. Um schräge Bohrungen in der Kreisplatte (1) zu vermeiden, kann man gemäss Fig. 2c, d die ringförmigen Fassungen (5) in einseitig schräggeschnittene Rohre (6) einsetzen, die durch senkrecht zur Plattenebene stehende, kegelstumpfförmige Senkungen zentriert werden. Der Winkel (a) des Schrägschnittes ist gegen durch den Winkel (co, «2 usw. in Fig. 1), den die Substrat-Achsen (Ai, A2 usw.) mit der Kreisplatten-Achse (Ao) im gemeinsamen Schnittpunkt (S) bilden. Je nach dem Winkel (a) des Schrägschnittes und je nach dem Rohrdurchmesser (Da) wird der kleinste Durchmesser (0) der kegelstumpfför-migen Senkung stets so bemessen, dass das schräggeschnittene Rohrende auf der kreisringförmigen Endfläche der kegelstumpfförmigen Senkung spielfrei aufliegt. Die einseitig schräggeschnittenen Rohre kann man z.B. durch Passfedern oder Stifte in derjenigen Lage gegen Verdrehung sichern, in welcher sich die Rohrachsen in einem Punkt (S) schneiden.

Ausserdem kann man die Länge der einseitig schräggeschnittenen Rohre jeweils mit dem Hauptkrümmungsradius der Substrate (R) durch Anwendung von Gleichung 16 so abstimmen, dass der Abstand Rp der Substrat-Pole sich nicht verändert. Auf diese Weise sind mit derselben Korrektur-Blende stets gleiche Schichtdicken auf den Polen verschiedenartiger Substrate erzielbar.

Ferner ist es manchmal vorteilhaft, die einseitig schräg geschnittenen Rohre mit einer Anzahl Bohrungen zu versehen, um die Entstehung eines Gasschleiers beim Aufdampfen zu vermeiden, der die Beschichtung störend beeinflussen könnte.

Wird hingegen Gleichmässigkeit der Beschichtung zum Ziel genommen, dann müssen nicht nur der Schnittpunkt (S) der Substrat-Achsen, sondern auch die Krümmungsmittelpunkte gleicher Substrate in einem (beliebigen) Punkt auf der Achse (Ao) zusammenfallen. Dieser Punkt liegt bei konkaven Substraten auf der zur Dampfquelle zugekehrten Seite (z.B. im Punkt S2 in Fig. 4), bei konvexen Substraten auf der von der Dampfquelle abgekehrten Seite der Kreisplatte und bei planen Substraten im Unendlichen.

Die Kreisplatte kann, wie Fig. 4 zeigt, aus zentrisch ineinander passenden Ringen zusammengesetzt sein, die man nach 5 Bedarf austauschen kann. Der Einfallwinkel 0 der Dampfstrahlung auf den Substraten darf jedoch nicht so gross sein, dass Veränderungen optischer oder mechanischer Eigenschaften der Beschichtung auftreten können. Aus diesem Grunde muss man Substrate mit kleinen Hauptkrümmungsra-10 dien R, insbesondere aber konvexe Substrate (R>0), zentral (also mit kleinem Abstand y von der Achse Ao) anordnen. Um den Dampfstrahlkegel trotzdem voll auszunützen, kann man zugleich Substrate mit grossen Hauptkrümmungsradien, vor allem konkave Substrate (R<0), peripher (am Rande der 15 Kreisplatte) anordnen, wie Beispiele in Fig. 4 zeigen. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 4 bei jedem Substrat jeweils der grösste Einfallwinkel 0 eingezeichnet.

Der radiale Abstand y eines Flächenpunktes des Substrates mit dem Hauptkrümmungsradius R in der Ebene x ist 20 durch den (zulässigen) Einfallswinkel 0 implizit gegeben:

tanS - y/x n/ ( 1 + tarnen 1 + y2/ *2 )

(18)

Fig. 5 zeigt das Bild dieser Funktion für Einfallwinkel 0 = 20°, 30°, 40°. Die Wertepaare x/R und y/x in der grauen Zone entsprechen einem Einfallwinkel 0 kleiner als 40°. Daraus lässt sich also der Abstand y, der durch den zulässigen 30 Einfallwinkel 0 = 40° auf konvexen Substraten (R>0) oder konkaven Substraten (R<0) gegeben ist, ablesen.

Die ebene Korrektur-Blende (4) befindet sich wiederum nahe bei der Kreisplatte. Für die Konstruktion ihrer Umrisslinie bestimmt man zunächst die primäre Strahlungstärke Io 33 durch Ausmessen der Beschichtung planer Substrate, die in der Ebene im Abstand xp von der Dampfquelle (0) angeordnet sind. Da der Einfallswinkel 0 und der Emissions-Winkel <p in diesem Falle gleiche Zahlenwerte haben, erhält man für einen Flächenpunkt M, der durch die Koordinaten xp,yp des Sub-40 strat-Pols und durch den Abstand b in radialer Richtung gegeben ist, anstelle der Gleichungen 5 und 6:

r 2 T 22

= xp.[l + (b +yp) / xp cos Ö

3/2

und

1 y = 1 / \/l + ( b + y )2/ x2 .

(19)

(20)

so Mit Hilfe der Gleichungen 4, 19 und 20 kann man durch Ausmessen der Beschichtung Wertzahlen der Strahlungsstärke Io als Funktion des Richtungs-Kosinus coscp gewinnen und, wie beschrieben, durch eine Funktionskurve oder durch Formel 10 darstellen.

55 Um Polarkoordinaten von Stützpunkten der Umrisslinie der Korrektur-Blende zur gleichmässigen Beschichtung sphärischer Substrate zu gewinnen, wählt man zunächst in dem für das Substrat vorgesehenen Intervall einen Zahlenwert von <p und berechnet den Radiusvektor yB nach Gleichung 14 sowie 60 den Öffnungswinkel nach der Formel

'jj prop.

h

COS<l

- R-V 1 -

(xo/R)

2v>]

v/r:

(xq/R)2- sin%

COSti)

(21a)

652 754

6

In dieser Formel bedeutet R den Radius der zu beschichtenden Kugelfläche, der vereinbarungsgemäss bei konvexen Substraten als positiv und bei konkaven Substraten als negativ aufzufassen ist, und xo den Abstand zwischen Dampfquelle und Kugelmittelpunkt, der auf der den Substraten zugekehrten Seite positiv, auf der abgekehrten Seite negativ bezeichnet wird.

Für die gleichmässige Beschichtung planer Substrate setzt man anstelle 21a:

O) prop. x2.[— 1 . (21b)

p L=°s if J

G

5 Blatt Zeichnungen