DE10143145C1 - Production of layer system used for optical precision components comprises depositing individual layers on substrate in vacuum deposition chamber using pulsed magnetron sputtering stations at prescribed speed - Google Patents

Production of layer system used for optical precision components comprises depositing individual layers on substrate in vacuum deposition chamber using pulsed magnetron sputtering stations at prescribed speed

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Abstract

The invention relates to a method and device for producing layer systems for optical precision components that, on a substrate, contain a stack of optically active layers which are alternately high-refractive and low-refractive. The precipitation of individual layers is effected by pulsed magnetron sputter stations that are reactively operated in the transient mode at a constantly maintained operating point. The substrate is passed with uniform linear motion in front of the respective pulsed magnetron sputter station with the associated target material, from which the layer is reactively formed, at a predetermined velocity v1, whereby v1 is set during the precipitation of individual layers so that after a predetermined number of passes, the respective layer is applied with a thickness of at least 50 % of the specified layer thickness. An optical precision measurement of the transmission and/or of the reflection and/or of the polarization of the partial layer system is subsequently effected on the substrate. The result of this measurement is compared with a specified value that has to be achieved after the completed precipitation of the respective layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von Schicht­ systemen für optische Präzisionsbauelemente.The invention relates to a method and a device for producing layers systems for optical precision components.

Solche Schichtsysteme bestehen aus zahlreichen, häufig mehr als 50 abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden optisch wirksamen Schichten. Die Bauelemente finden zum Beispiel Anwendung in Netzen zur optischen Datenübertragung, z. B. als Schmalbandfilter in Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) (WO 01/04668) und Gain Flattening Filter (WO 99/50978).Such layer systems consist of numerous, often more than 50 alternating high and low refractive optics effective layers. The components are used, for example, in networks optical data transmission, e.g. B. as a narrowband filter in Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) (WO 01/04668) and gain flattening filter (WO 99/50978).

Schichtsysteme für optische Präzisionselemente erfordern eine sehr genaue Einhaltung der "optischen Dicke" jeder Einzelschicht. Diese wird von Brechzahl und geometrischer Dicke der Schicht bestimmt. Typische Toleranzanforderungen betragen 0,1 Prozent.Layer systems for precision optical elements require very precise compliance with "optical thickness" of each individual layer. This depends on the refractive index and the geometric thickness the layer determined. Typical tolerance requirements are 0.1 percent.

Es ist bekannt, solche Schichtsysteme durch plasmagestützte Elektronenstrahlverdampfung unter Ausnutzung einer sehr aufwändigen Prozesssteuer- und Messtechnik herzustellen (Society of Vacuum Coaters 1998, Proc. 41st Annual Technical Conference ISSN 0737-5921 p. 217-219). Die Toleranzanforderungen werden dabei nur auf einer eng begrenzten Teilfläche der für die Substrataufnahme vorgegebenen Fläche erfüllt. Eine Prüfung der erreichten Schichteigenschaften und Selektion der vereinzelten Bauelemente, auf denen die Toleranzanforderungen erfüllt werden, ist sehr aufwendig.It is known to produce such layer systems by plasma-assisted electron beam evaporation using a very complex process control and measurement technology (Society of Vacuum Coaters 1998 , Proc. 41st Annual Technical Conference ISSN 0737-5921 p. 217-219). The tolerance requirements are only met on a narrowly limited partial area of the area specified for the substrate holder. Checking the layer properties achieved and selecting the individual components on which the tolerance requirements are met is very complex.

Es ist weiterhin möglich, solche Schichtsysteme durch Ionenstrahl-Zerstäuben herzustellen (Firmenschrift "Spector" der Firma Veeco, Fort Collins, Col., USA, 1999). Es wird über eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Schichteigenschaften gegenüber dem vorgenannten Verfahren und damit über eine höhere Ausbeute berichtet. Infolge der niedrigen Abscheide­ rate von 0,2. . .0,3 nm/s bei diesem Verfahren ist jedoch ebenfalls eine unzureichende Wirtschaftlichkeit gegeben.It is also possible to produce such layer systems by ion beam sputtering (Company publication "Spector" from Veeco, Fort Collins, Col., USA, 1999). It will have a improved uniformity of the layer properties compared to the aforementioned Process and thus reported a higher yield. As a result of the low separation rate of 0.2. , However, 0.3 nm / s in this method is also insufficient Given economy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zur Abscheidung von Schichtsystemen der bezeichneten Art anzugeben, das sich gegenüber dem Stand der Technik durch höhere Wirtschaftlichkeit auszeichnet.The invention has for its object a method and an associated device for the deposition of layer systems of the type described, to indicate the opposite the state of the art is characterized by greater economy.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 10 dargestellt. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 11 beschrieben. Weitere Ausführungen der Einrichtungen tragen die in den Ansprüchen 12 bis 19 dargelegten Merkmale.According to the invention, the object is achieved by a method with the features according to Claim 1 solved. Further advantageous embodiments of the method are in the Claims 2 to 10 shown. The facility for carrying out the procedure is in  Claim 11 described. Other versions of the facilities bear in the Claims 12 to 19 set forth features.

Das Verfahren nutzt zur Abscheidung hoch- und niedrigbrechender optischer Schichten das reaktive Pulsmagnetronzerstäuben (Sputtering, Sputtern), wobei jedes Substrat zum Auf­ bringen jeder einzelnen hoch- oder niedrigbrechenden Schicht durch eine gleichförmige Linearbewegung relativ zu mindestens einer Puls-Magnetron-Sputterstation mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit v1 bewegt wird. Die Sputterstationen sind mit metallischen oder oxidhaltigen Targets versehen, welche die Metalle enthalten, aus denen nach der reaktiven Umsetzung die hochbrechenden und die niedrigbrechenden Schichten bestehen. Die Prozessführung erfolgt in an sich bekannter Weise so, dass durch Einlass von Reaktivgas ein stabiler Zustand erreicht wird, der im Übergang von sogenannten "metallic mode" zum "reactive mode" liegt und als "Transientmode" bezeichnet wird (S. Schiller, U. Heisig, Chr. Korndörfer, G. Beister, J. Reschke, K. Steinfelder and J. Strümpfel, Reactive d. c. high-rate sputtering as production technology, Surf. Coat. Technol., 33 (1987) 405). Erfindungsgemäß werden die Pulsmagnetron-Sputterstationen zumindest für die Dauer der Herstellung eines kompletten Schichtsystems auf einem Substrat bei einem konstant ge­ haltenen Targetbedeckungsgrad, dem sogenannten Arbeitspunkt, betrieben. Sie werden auch in Zeitabschnitten, in denen sich vor der Pulsmagnetron-Sputterstation kein zu beschichtendes Substrat befindet, mit konstanter Leistung weiter betrieben. Die Dicke der einzelnen Schichten wird durch Variation der Transportgeschwindigkeit, mit der die Substrate an der jeweiligen Pulsmagnetron-Sputterstation vorbeigeführt werden, eingestellt.The method uses reactive pulse magnetron sputtering (sputtering, sputtering) for the deposition of high and low refractive index layers, with each substrate for bringing up each individual high or low refractive index layer by a uniform linear movement relative to at least one pulse magnetron sputtering station at a predetermined speed v 1 is moved. The sputtering stations are provided with metallic or oxide-containing targets which contain the metals from which the high-index and low-index layers are made after the reactive conversion. The process is carried out in a manner known per se in such a way that a stable state is achieved by admitting reactive gas, which lies in the transition from so-called "metallic mode" to "reactive mode" and is referred to as "transient mode" (S. Schiller, U. Heisig, Chr. Korndörfer, G. Beister, J. Reschke, K. Steinfelder and J. Strümpfel, Reactive dc high-rate sputtering as production technology, Surf. Coat. Technol., 33 ( 1987 ) 405). According to the invention, the pulse magnetron sputtering stations are operated at least for the duration of the production of a complete layer system on a substrate with a target coverage level which is kept constant, the so-called operating point. They will continue to operate at constant power even in periods in which there is no substrate to be coated in front of the pulse magnetron sputtering station. The thickness of the individual layers is adjusted by varying the transport speed with which the substrates are guided past the respective pulse magnetron sputtering station.

Erfindungsgemäß erfolgt zumindest für einige der einzelnen Schichten des Schichtsystems die Aufbringung derart, dass die vorgegebene Dicke der Einzelschicht erst nach mehreren Beschichtungsschritten erreicht wird. Durch geeignete Auswahl einer Transport­ geschwindigkeit v1 wird zunächst nur eine Schichtdicke von mindestens 50%, vorzugsweise 90%, der Sollschichtdicke aufgebracht. Anschließend erfolgt auf dem teilbeschichteten Substrat eine optische Präzisionsmessung. Dabei werden bekannte Messverfahren zur Ermittlung der Transmission und/oder der Reflexion und/oder der Polarisation genutzt. Aus dem Vergleich der so gewonnenen Messwerte mit einem zugehörigen Sollwert wird die Restschichtdicke bis zur Erreichung der exakten Sollschichtdicke der jeweiligen Einzelschicht berechnet und zur Festsetzung einer anderen Transportgeschwindigkeit v2 verwendet. Diese wird so gewählt, dass sich nach einer weiteren Beschichtung, die sich wiederum aus mehreren Einzelschritten zusammensetzen kann, genau die angestrebte Sollschichtdicke der einzelnen Schicht, also die für die Funktionsweise des gesamten Schichtsystems erforderliche "optischen Dicke" der Einzelschicht, ergibt. Im Sinne der Erfindung kann das Aufbringen einer Einzelschicht auch in mehr als zwei Teilschichten erfolgen, wobei mehrmals eine optische Präzisionsmessung und eine Festlegung einer neuen Transport­ geschwindigkeit für das Aufbringen der nächsten Teilschicht erfolgt. Der jeweilige Sollwert der gemessenen optischen Größe und die verbleibende Restschichtdicke werden durch numerische Simulation der angestrebten optischen Eigenschaft des Bauelementes oder gegebenenfalls auf experimentellem Wege ermittelt.According to the invention, at least some of the individual layers of the layer system are applied in such a way that the predetermined thickness of the individual layer is only achieved after a number of coating steps. By suitable selection of a transport speed v 1 , only a layer thickness of at least 50%, preferably 90%, of the desired layer thickness is initially applied. An optical precision measurement is then carried out on the partially coated substrate. Known measuring methods are used to determine the transmission and / or the reflection and / or the polarization. From the comparison of the measured values obtained in this way with an associated target value, the remaining layer thickness is calculated until the exact target layer thickness of the respective individual layer is reached and used to determine a different transport speed v 2 . This is chosen so that after a further coating, which in turn can be composed of several individual steps, exactly the desired target layer thickness of the individual layer, ie the "optical thickness" of the individual layer required for the functioning of the entire layer system, results. In the sense of the invention, the application of a single layer can also take place in more than two sub-layers, with an optical precision measurement and a new transport speed being established several times for the application of the next sub-layer. The respective target value of the measured optical size and the remaining layer thickness are determined by numerical simulation of the desired optical property of the component or, if necessary, by experiment.

Durch die Aufteilung der Abscheidung einer einzelnen Schicht in mehrere messtechnisch überwachte Teilbeschichtungen lässt sich eine deutliche Verbesserung bei der präzisen Einhaltung einer vorgegebenen Schichtdicke erzielen. Gleichzeitig führt die hohe Stabilität des Beschichtungsprozesses, welche durch die ohne Zwischenabschaltung betriebenen Pulsmagnetron-Sputterstationen erreicht wird, auch bei wirtschaftlichen Beschichtungsraten von über 1 nm/s zu einer Gleichmäßigkeit der Schichteigenschaften, die die Einhaltung enger Toleranzvorgaben auf einem gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Substratbereich ermöglicht.By dividing the deposition of a single layer into several measurements monitored partial coatings can be a significant improvement in the precise Achieve compliance with a specified layer thickness. At the same time, the high stability leads of the coating process, which is operated by those without intermediate shutdown Pulse magnetron sputtering stations is achieved, even at economical coating rates of over 1 nm / s to a uniformity of the layer properties that the compliance tighter tolerance requirements on an enlarged compared to the prior art Enables substrate area.

Als vorteilhaft erweist es sich, die Pulsmagnetron-Sputterstationen im sogenannten Unipolar-mode zu betreiben. Dazu werden in bekannter Weise Gleichstrompulse in Einzel- Magnetronquellen eingespeist, die mit Hilfe einer sogenannten versteckten Anode betrieben werden. (S. Schiller, K. Goedicke, J. Reschke, V. Kirchhoff, S. Schneider and F. Milde, Pulsed magnetron sputter technology, Surf. Coat. Technol., 61 (1993) 331).It proves to be advantageous to operate the pulse magnetron sputtering stations in the so-called unipolar mode. For this purpose, direct current pulses are fed into individual magnetron sources, which are operated with the aid of a so-called hidden anode. (S. Schiller, K. Goedicke, J. Reschke, V. Kirchhoff, S. Schneider and F. Milde, Pulsed magnetron sputter technology, Surf. Coat. Technol., 61 ( 1993 ) 331).

In einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung bestehen die Pulsmagnetron-Sputterstationen aus Paaren von Einzel-Magnetronquellen, die im sogenannten Bipolar-mode betrieben werden (ebenda).In a further advantageous embodiment, the pulse magnetron sputtering stations exist from pairs of single magnetron sources operated in the so-called bipolar mode become (ibid.).

Eine weitere Verbesserung der Homogenität der optischen Eigenschaften des Schicht­ systems wird erreicht, indem zusätzlich zur Linearbewegung eine Rotation des Substrates während der Beschichtungsphasen um eine zur Substratebene senkrechte Achse erfolgt.A further improvement in the homogeneity of the optical properties of the layer systems is achieved by rotating the substrate in addition to the linear movement during the coating phases about an axis perpendicular to the substrate plane.

Vorteilhafterweise erfolgt vor Beschichtung der optischen Präzisionsbauteile eine Probe­ beschichtung von Einzelschichten. Durch eine ortsaufgelöste Messung optischer Kenn­ größen wird die Homogenität der Schichteigenschaften, also hauptsächlich der "optischen Dicke", bewertet und gegebenenfalls mit an sich bekannten Maßnahmen so weit verbessert, bis lokale Abweichungen weniger als ±1%, vorzugsweise weniger als 0,1%, betragen. Solche Maßnahmen beziehen sich auf Korrekturen der Gasdichteverteilung, der Gestaltung von Blenden, der Korrektur von Magnetfeldern der Magnetquellen und andere Maßnahmen.A sample is advantageously carried out before coating the optical precision components coating of individual layers. Through a spatially resolved measurement of optical characteristics The homogeneity of the layer properties, that is mainly the "optical properties", will increase Thickness ", evaluated and, if necessary, with measures known per se so far  improved until local deviations are less than ± 1%, preferably less than 0.1%, be. Such measures relate to corrections to the gas density distribution Design of apertures, the correction of magnetic fields of the magnetic sources and others Activities.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn aus der Vielzahl der optischen Präzisionsmessungen an Teilschichten, die von einer Pulsmagnetron-Sputterstation abgeschieden worden sind, Trends einer Veränderung der Abscheiderate ermittelt und bei der Festlegung der Transport­ geschwindigkeiten für nachfolgende Beschichtungsphasen berücksichtigt werden.It is particularly useful if the large number of optical precision measurements Partial layers that have been deposited by a pulse magnetron sputtering station, Trends of a change in the deposition rate are determined and when determining the transport speeds for subsequent coating phases are taken into account.

Es kann zweckmäßig sein, nach der Beschichtung der Substrate mit einer Anzahl von Einzelschichten unbeschichtete Testsubstrate mit Einzelschichten zu beschichten und deren optische Eigenschaften zu bestimmen, um das Ergebnis bei der Festlegung der Transportgeschwindigkeiten zu berücksichtigen. Der Vorteil der Messung von optischen Eigenschaften an Einzelschichten ist durch höhere Messgenauigkeit begründet, und es wird eine genaue Eichung der Abhängigkeit der Schichtdicke von der Transportgeschwindigkeit ermöglicht.It may be appropriate to coat the substrates with a number of To coat single layers of uncoated test substrates with single layers and their optical properties to determine the result when determining the Transport speeds to be taken into account. The advantage of measuring optical Properties on single layers is due to higher measuring accuracy, and it will an exact calibration of the dependence of the layer thickness on the transport speed allows.

Es ist aus wirtschaftlichen und technischen Gründen besonders vorteilhaft, wenn sich mindestens zwei Substrate gleichzeitig im Beschichtungsprozess befinden und mindestens zwei Pulsmagnetron-Sputterstationen, in denen unterschiedliche Materialien zerstäubt werden, gleichzeitig betrieben werden. Dabei werden zeitgleich eine hochbrechende Schicht auf einem Substrat oder einer Gruppe von Substraten und eine niedrigbrechende Schicht auf dem anderen Substrat oder der anderen Gruppe von Substraten abgeschieden. Neben einem erhöhten Substratdurchsatz und einer besseren Ausnutzung der Targets wird bei dieser Verfahrensweise die Stabilität der Beschichtungsprozesse deutlich erhöht, weil stets der größte Teil des abgestäubten Materials auf den Substraten abgeschieden wird und somit störende Schichtbildungen auf inneren Teilen der Beschichtungsanlage reduziert werden.It is particularly advantageous for economic and technical reasons if at least two substrates are in the coating process at the same time and at least two pulse magnetron sputtering stations in which different materials are atomized be operated simultaneously. At the same time, it will be a highly Layer on a substrate or a group of substrates and a low refractive index Layer deposited on the other substrate or group of substrates. In addition to increased substrate throughput and better utilization of the targets With this procedure, the stability of the coating processes increases significantly because most of the dusted material is always deposited on the substrates and interfering layer formation on inner parts of the coating system is thus reduced become.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst mindestens eine, vorzugsweise jedoch zwei miteinander verbindbare evakuierbare Vakuum­ beschichtungskammern zur Aufnahme von mindestens einem Substrat. Ist nur eine Kammer vorhanden, so ist durch deren Gestaltung und Anordnung von Vakuumpumpen sowie geeigneter partiell trennender Bleche eine weitgehende Entkopplung der Gasströme zwischen den Bereichen, in denen sich die Pulsmagnetron-Sputterstationen befinden, zu gewährleisten. Pulsmagnetron-Sputterstationen sind in an sich bekannter Weise aufgebaut und enthalten je mindestens eine Magnetronquelle, Mittel zum Einlassen und Verteilen eines Arbeitsgases und eines Reaktivgases, Mittel zur Messung und Regelung des Partial­ druckes und/oder der Flüsse der eingelassenen Gase sowie Mittel zur Einspeisung und Regelung der elektrischen Energie. Besonders zweckmäßige Gestaltungsmöglichkeiten für eine Pulsmagnetron-Sputterstation sind z. B. in DE 199 47 935 beschrieben. Als Magnetronquellen eignen sich vorzugsweise solche Einrichtungen, die zur Vermeidung von Rückstäubzonen auf dem Target eine Relativbewegung von Target und Magnetron- Magneteinrichtung enthalten.An inventive device for performing the method comprises at least one, but preferably two, evacuable vacuum that can be connected to one another Coating chambers for receiving at least one substrate. It's just a chamber is available, so by their design and arrangement of vacuum pumps as well suitable partially separating sheets a large decoupling of the gas flows  between the areas in which the pulse magnetron sputtering stations are located guarantee. Pulse magnetron sputtering stations are constructed in a manner known per se and each contain at least one magnetron source, means for admission and distribution a working gas and a reactive gas, means for measuring and controlling the partial pressure and / or the flows of the admitted gases as well as means for feeding and Regulation of electrical energy. Particularly useful design options for a pulse magnetron sputtering station are e.g. B. described in DE 199 47 935. As Magnetron sources are preferably suitable for devices that avoid Back dust zones on the target a relative movement of target and magnetron Magnetic device included.

Die Magnetronquellen sind mit Targets bestückt, die vorzugsweise das Metall, aus dem die Verbindungsschicht für die hochbrechende und niedrigbrechende Schicht gebildet wird, in elementarer Form enthält, z. B. Tantal zur Herstellung einer hochbrechenden Ta2O5-Schicht und Silizium zur Herstellung einer niedrigbrechenden SiO2-Schicht. Weiterhin umfasst die Einrichtung mindestens eine Messstation außerhalb der Pulsmagnetron-Sputterstationen, die mit Mitteln zur Präzisionsmessung einer oder mehrerer optischer Eigenschaften des beschichteten Substrates ausgestattet ist. Beispielhaft kann diese Messstation ein Transmissions-Photometer enthalten, das mit einem mono­ chromatischen Lichtstrahl im infraroten Wellenlängebereich arbeitet. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen der Einrichtung können so angeordnet sein, dass sie beide und mit gegebenenfalls mehreren Messstationen nebeneinander in einer Ebene liegen. In diesem Fall sind Mittel zum Substrattransport so gestaltet, dass eine Linear­ bewegung der Substrate durch die gesamte Einrichtung erfolgen kann. Im Interesse einer Verringerung der Größe der Einrichtung kann es auch zweckmäßig sein, die Pulsmagnetron- Sputterstationen übereinander oder einander gegenüberliegend anzuordnen. In diesen Fällen ist die Substratbewegung nur in Teilstücken linear und enthält weiterhin Mittel, die die Verschiebung der Ebene des Substrattransportes oder deren Drehung um 180° bewirken.The magnetron sources are equipped with targets, which preferably contain the metal from which the connecting layer for the high-index and low-index layer is formed in elementary form, for. B. tantalum for the production of a high-index Ta 2 O 5 layer and silicon for the production of a low-index SiO 2 layer. Furthermore, the device comprises at least one measuring station outside the pulse magnetron sputtering station, which is equipped with means for precision measurement of one or more optical properties of the coated substrate. For example, this measuring station can contain a transmission photometer that works with a mono-chromatic light beam in the infrared wavelength range. The pulse magnetron sputtering stations of the device can be arranged in such a way that both of them and, if appropriate, a plurality of measuring stations lie side by side in one plane. In this case, means for substrate transport are designed so that the substrates can be moved linearly through the entire device. In the interest of reducing the size of the device, it may also be expedient to arrange the pulse magnetron sputtering stations one above the other or opposite one another. In these cases, the substrate movement is only linear in parts and furthermore contains means which cause the plane of the substrate transport to be shifted or rotated by 180 °.

Die Einrichtung enthält weiterhin Mittel zum linearen Transport der Substrate relativ zu jeder der Pulsmagnetron-Sputterstationen in einem definierten, präzise eingehaltenen Abstand zu den Magnetronquellen, wobei die wahlfreie Folge bei der Auswahl der jeweiligen Pulsmagnetron-Sputterstationen für eine Beschichtung gegeben ist. Die Transport­ einrichtung ist mit Mitteln zur genauen Einstellung und gegebenenfalls Messung der Lineargeschwindigkeit der Substrate versehen. The device further includes means for linearly transporting the substrates relative to each other the pulse magnetron sputtering stations at a defined, precisely maintained distance the magnetron sources, the optional sequence in the selection of the respective Pulse magnetron sputtering stations for a coating is given. The transportation The device is equipped with means for precise adjustment and, if necessary, measurement of the Linear speed of the substrates provided.  

Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst vorteilhafterweise eine weitere Vakuumkammer zum Ein- und Ausschleusen der Substrate mit den erforderlichen Mitteln für Evakuierung, Gaseinlass und Substrattransport sowie eine Vorrichtung zum Temperieren der Substrate. Letzteres ermöglicht die Einhaltung gleichbleibender Kondensationsbedingungen. Ferner ist die Einrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit Mitteln zur wellenlängen­ abhängigen Messung einer der optischen Kenngrößen, z. B. einem Spektrometer zur Messung der Reflexion, versehen.The device according to the invention advantageously comprises a further vacuum chamber for feeding in and out the substrates with the necessary means for evacuation, Gas inlet and substrate transport and a device for tempering the substrates. The latter enables compliance with constant condensation conditions. Furthermore, the device is in an advantageous embodiment with means for wavelengths dependent measurement of one of the optical parameters, e.g. B. a spectrometer Measurement of reflection, provided.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Mittel zur linearen Bewegung der Substrate zumindest im Bereich der Prozessstationen eine nahezu vertikale Lage der Substrate oder höchstens eine Abweichung von 10° von der vertikalen Lage bewirken.It is particularly advantageous if the means for linear movement of the substrates at least in the area of the process stations, an almost vertical position of the substrates or at most cause a deviation of 10 ° from the vertical position.

Besonders zweckmäßig ist es, die Einrichtung mit Substratträgern zur Aufnahme und zum Transport der Substrate auszurüsten, die aus einem leicht bearbeitbaren keramischen Werkstoff bestehen, massiv gestaltet sind und zur Aufnahme der Substrate eine Vertiefung aufweisen derart, dass Substratträger und Substrat auf der zu beschichtenden Seite eine ebene Fläche bilden. Vorteilhafterweise sind die Halterungen mit Mitteln zur berührungs­ freien magnetischen Führung der Substratträger in Verbindung gebracht, was ein besonders schwingungsarmes Transportieren ermöglicht.It is particularly expedient to provide the device with substrate carriers for receiving and Equip transportation of substrates made from an easily machinable ceramic Made of material, are solidly designed and a recess for receiving the substrates have such that substrate carrier and substrate on the side to be coated form a flat surface. The brackets are advantageously provided with means for contact Free magnetic guidance of the substrate carrier has been linked, which is a special low-vibration transport enables.

An einem Ausführungsbeispiel werden das Verfahren und eine Einrichtung zu seiner Durch­ führung näher erläutert.In one embodiment, the method and a device become its through tour explained in more detail.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung in Draufsicht.The accompanying drawing shows a section through a device according to the invention in Top view.

Die Einrichtung umfasst eine evakuierbare Vakuumbeschichtungskammer (1). Zwei Substrate (2') (2") können innerhalb der Vakuumbeschichtungskammer (1) im Bereich von zwei gegenüberliegenden Pulsmagnetron-Sputterstationen (3') (3") linear bewegt werden. Dazu sind die Substrate in 20 mm dicken, aus Glaskeramik gefertigten und mit Vertiefung versehenen Aufnahmen (nicht dargestellt) eingelegt. Diese Aufnahmen sind von einem Rahmen (ebenfalls nicht dargestellt) aus ferromagnetischem Werkstoff umschlossen. Jeweils ein Linearantrieb (4') (4") sichert die präzise Bewegung der Rahmen mit einer Transport­ geschwindigkeit, die im Bereich 0,3 cm/s bis 100 cm/s mit einer Genauigkeit von 10-3 einstellbar ist. Die Aufnahmen sichern gleichzeitig eine nahezu senkrechte Lage der Substrate. Durch ein berührungsloses magnetisches Führungssystem für die Rahmen erfolgt deren Führung mit einer Lagegenauigkeit senkrecht zur Substratebene von ±0,1 mm. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen (3') (3") sind gegenüberstehend und um 180° gedreht angeordnet. Zwischen beiden Prozessstationen befindet sich eine gasdichte Trennwand, die in Verbindung mit der Lage zweier Vakuumpumpen (5') (5") eine weitgehende Entkopplung der Reaktivgasströme durch die Pulsmagnetron-Sputterstationen bewirkt. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen (3') (3") enthalten je zwei Magnetronquellen mit rechteckigen, ebenen Targets der Abmessung 400 × 100 mm2 (6') (6") bzw. (6''') (6""), wobei die Targets der Magnetronquellen (6') (6") einer Pulsmagnetron-Sputterstation aus hochreinem Tantal und die Targets der Magnetronquellen (6''') (6"") der anderen Pulsmagnetron-Sputterstation aus Silizium bestehen. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen enthalten weiterhin ein System (nicht dargestellt) zum Einlass und zur Verteilung des Arbeitsgases Argon und des Reaktivgases Sauerstoff sowie Einrichtungen zur Gasregelung auf der Basis der Messung der optischen Emission des Plasmas (nicht dargestellt). Zur Versorgung der Magnetronquellen dienen Stromversorgungen(nicht dargestellt), die bipolar gepulste Energie bei einer Frequenz von 50 kHz bereitstellen können. Blenden (7') (7") trennen die Pulsmagnetron-Sputterstationen von Messstationen (8') (8"). Die Messstationen enthalten Transmissions-Photometer, die bei einer Wellenlänge von 1520 nm arbeiten. Eine Transport- und Drehvorrichtung (9) für die Substrataufnahmen ermöglicht den wahl­ freien Transfer der Substrate von einer Pulsmagnetron-Sputterstation (3') zur anderen (3") und umgekehrt sowie zu einer Vakuumkammer (10), die dem Ein- und Ausschleusen der Substrate dient. Die Vakuumkammer (10) enthält außerdem eine Einrichtung zum Temperieren der Substrate (nicht dargestellt).The device comprises an evacuable vacuum coating chamber ( 1 ). Two substrates ( 2 ') ( 2 ") can be moved linearly within the vacuum coating chamber ( 1 ) in the area of two opposite pulse magnetron sputtering stations ( 3 ') ( 3 "). For this purpose, the substrates are inserted in 20 mm thick receptacles (not shown) made of glass ceramic and provided with a recess. These recordings are enclosed by a frame (also not shown) made of ferromagnetic material. A linear drive ( 4 ') ( 4 ") ensures the precise movement of the frame at a transport speed that can be adjusted in the range 0.3 cm / s to 100 cm / s with an accuracy of 10 -3 . The recordings secure at the same time The substrates are guided by a contactless magnetic guide system for the frames with a positional accuracy perpendicular to the substrate plane of ± 0.1 mm. The pulse magnetron sputtering stations ( 3 ') ( 3 ") are opposite and rotated by 180 ° arranged. There is a gas-tight partition between the two process stations which, in conjunction with the location of two vacuum pumps ( 5 ') ( 5 "), largely decouples the reactive gas flows through the pulse magnetron sputtering stations. The pulse magnetron sputtering stations ( 3 ') ( 3 ") contain Two magnetron sources each with rectangular, flat targets with the dimensions 400 × 100 mm 2 ( 6 ') ( 6 ") or ( 6 ''') ( 6 ""), the targets of the magnetron sources ( 6 ') ( 6 ") a pulse magnetron sputtering station made of high-purity tantalum and the targets of the magnetron sources ( 6 ''') ( 6 "") of the other pulse magnetron sputtering station consist of silicon. The pulse magnetron sputtering stations furthermore contain a system (not shown) for the inlet and for the distribution of the working gas argon and the reactive gas oxygen as well as devices for gas regulation on the basis of the measurement of the optical emission of the plasma (not shown). Power supplies (not shown) are used to supply the magnetron sources, which can provide bipolar pulsed energy at a frequency of 50 kHz. Apertures ( 7 ') ( 7 ") separate the pulse magnetron sputtering stations from measuring stations ( 8 ') ( 8 "). The measuring stations contain transmission photometers that work at a wavelength of 1520 nm. A transport and rotation device ( 9 ) for the substrate receptacles enables the free transfer of the substrates from one pulse magnetron sputtering station ( 3 ') to another ( 3 ") and vice versa, as well as to a vacuum chamber ( 10 ), which allows the in and out transfer of the The vacuum chamber ( 10 ) also contains a device for tempering the substrates (not shown).

Das Verfahren wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Beschichtung von 10 mm dicken Glassubstraten der Abmessung 150 × 150 mm2 mit einem Schichtsystem zur Herstellung von Schmalbandfiltern (DWDM) eingesetzt. Die vereinzelten Filter haben die Abmessung 1,5 × 1,5 × 1 mm3. Das Schichtsystem enthält 120 optisch wirksame Einzel­ schichten unterschiedlicher optischer Dicke. Als Schichtmaterialien werden Ta2O5 und SiO2 ausgewählt.In the present exemplary embodiment, the method is used for coating 10 mm thick glass substrates with the dimensions 150 × 150 mm 2 with a layer system for producing narrow-band filters (DWDM). The separated filters have the dimension 1, 5 × 1.5 × 1 mm 3. The layer system contains 120 optically effective individual layers of different optical thickness. Ta 2 O 5 and SiO 2 are selected as layer materials.

Zur Abscheidung des Vielfachschichtsystems werden zunächst beide Pulsmagnetron- Sputterstationen in Betrieb genommen. Dazu wird ein Argondruck von 0.2 Pa bei einem Argonfluss von jeweils 150 sccm eingestellt und geregelt. Die bipolaren Stromversorgungen speisen 8 kW in die Magnetronquellen mit Tantaltargets und 7 kW in die Magnetronquellen mit Siliziumtargets ein. Durch Vorgabe von Sollwerten für die Regelung des Reaktivgasflusses, also des Sauerstoffflusses, wird in bekannter Weise ein Arbeitspunkt für beide Pulsmagnetron-Sputterstationen eingestellt, der eine vergleichsweise hohe Abscheiderate und die Stöchiometrie der Ta2O5- bzw. SiO2-Schichten sichert. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen werden anschließend durch eine Testbeschichtung kontrolliert, indem auf je einem Testsubstrat eine Ta2O5- und eine SiO2-Schicht abgeschieden und daraus die Abscheideraten bestimmt werden. Anschließend bleiben die Pulsmagnetron-Sputterstationen ohne Unterbrechung während des gesamten Abscheideprozesses eingeschaltet. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen werden mit Hilfe von Regelkreisen und speziellen Algorithmen zur Kompensation der Einflüsse der Targeterosion so betrieben, dass möglichst geringe Langzeitdriften der Abscheideraten auftreten.To separate the multi-layer system, both pulse magnetron sputtering stations are first put into operation. For this purpose, an argon pressure of 0.2 Pa is set and regulated with an argon flow of 150 sccm each. The bipolar power supplies feed 8 kW into the magnetron sources with tantalum targets and 7 kW into the magnetron sources with silicon targets. By specifying setpoints for regulating the reactive gas flow, i.e. the oxygen flow, a working point is set for both pulse magnetron sputtering stations in a known manner, which ensures a comparatively high deposition rate and the stoichiometry of the Ta 2 O 5 and SiO 2 layers. The pulse magnetron sputtering stations are then checked by a test coating by depositing one Ta 2 O 5 and one SiO 2 layer on each test substrate and determining the deposition rates from them. The pulse magnetron sputtering stations then remain switched on without interruption during the entire deposition process. The pulse magnetron sputtering stations are operated using control loops and special algorithms to compensate for the effects of target erosion in such a way that the long-term drift of the deposition rates is as low as possible.

Durch Simulationsrechnungen wird ein auf das Design des Vielschichtsystems, d. h. die Anzahl und Sollschichtdicke der Einzelschichten, abgestimmter Satz von Sollwerten für die Transmission bei bestimmten Wellenlängen nach dem Aufbringen jeder Einzelschicht erstellt. Diese Wellenlängen entsprechen Wellenlängen, bei der auch das fertige Vielschicht­ system eine hohe Transmission aufweisen soll. Im vorliegenden Beispiel wird eine Wellen­ länge von 1520 nm verwendet.Simulation calculations are based on the design of the multi-layer system, i. H. the Number and target layer thickness of the individual layers, coordinated set of target values for the Transmission at certain wavelengths after the application of each individual layer created. These wavelengths correspond to wavelengths at which the finished multilayer system should have a high transmission. In the present example there is a wave length of 1520 nm used.

Nach dem nacheinander durchgeführten Einschleusen von zwei Substraten mittels der Vakuumkammer (10) werden zunächst unter Nutzung der beiden Pulsmagnetron- Sputterstationen aus Gründen der Verbesserung der Messgenauigkeit der optischen Präzisionsmessung Entspiegelungsschichten aus je zwei hoch- und niedrigbrechenden Einzelschichten in an sich bekannter Weise auf die spätere Rückseite der Substrate aufgebracht. Ziel ist die Reduktion der Restreflexion im Wellenlängenbereich um 1520 nm auf < 0.1 Prozent. Danach werden beide Substrate mittels Vakuumkammer (10) ausge­ schleust, gewendet und wieder eingeschleust, so dass die Substratseite, auf die das Vielfachschichtsystem aufgebracht werden soll, an den aktiven Targetflächen vorbei geführt werden kann. Anschließend wird Substrat (2') in der Messstation (8') positioniert, und es erfolgt die Messung der Transmission des unbeschichteten, mit der Rückseitenentspiegelung versehenen Substrates bei einer Wellenlänge von 1520 nm. Aus dem ermittelten Wert der Abscheiderate für die Pulsmagnetron-Sputterstation (3') wird eine Geschwindigkeit v'1,1 bestimmt derart, dass nach zweimaligem Durchfahren (Hin- und Rückfahrt) der Pulsmagnetron-Sputterstation (3') etwa 90% der ersten Einzelschicht aufgebracht sind. Danach erfolgt in der Messstation (8') eine Transmissionsmessung. Aus der Differenz zum Sollwert S1 entsprechend der Simulation wird eine zweite, deutlich größere Geschwindigkeit v'2,1 bestimmt, so dass nach erneutem zweimaligen Durchfahren der Pulsmagnetron- Sputterstation (3') die erste Einzelschicht im Rahmen der Messgenauigkeit exakt erreicht wird. Eine Kontrolle erfolgt über erneutes Messen der Transmission.After the successive introduction of two substrates by means of the vacuum chamber ( 10 ), using the two pulsed magnetron sputtering stations, anti-reflective layers each consisting of two high-index and low-index individual layers are applied to the later rear side in a manner known per se, in order to improve the measurement accuracy of the optical precision measurement of the substrates applied. The aim is to reduce the residual reflection in the wavelength range around 1520 nm to <0.1 percent. Then both substrates are ejected by means of a vacuum chamber ( 10 ), turned and reinserted, so that the substrate side to which the multi-layer system is to be applied can be guided past the active target areas. Subsequently, substrate ( 2 ') is positioned in the measuring station ( 8 '), and the transmission of the uncoated substrate provided with the rear-side anti-reflective coating is measured at a wavelength of 1520 nm. From the determined value of the deposition rate for the pulse magnetron sputtering station ( 3 '), a speed v' 1, 1 is determined in such a way that after driving through the pulse magnetron sputtering station ( 3 ') twice (return trip), approximately 90% of the first individual layer is applied. A transmission measurement is then carried out in the measuring station ( 8 '). From the difference to the setpoint S 1 according to the simulation, a second, significantly greater speed v ' 2.1 is determined, so that after the pulse magnetron sputtering station ( 3 ') has been passed through twice again, the first individual layer is reached exactly within the measurement accuracy. A check is carried out by measuring the transmission again.

Das Substrat (2') wird danach mittels der Drehvorrichtung (9) für das Aufbringen der zweiten niedrigbrechenden Schicht vor der zweiten Pulsmagnetron-Sputterstation (3") bereitgestellt. Zeitgleich steht nun das Substrat (2") für das Aufbringen der ersten hochbrechenden Schicht bereit. Das Aufbringen der ersten SiO2-Schicht auf das Substart (2') erfolgt in der zweiten Pulsmagnetron-Sputterstation (3") in sinngemäß gleicher Weise wie das zuvor beschriebene Aufbringen der hochbrechenden Ta2O5-Schicht. In dieser Zeit erfolgt für das zweite Substrat (2") die Abscheidung der ersten Schicht mit, wie zuvor für das Substrat (2') beschrieben, der Transportgeschwindigkeit v"1,1 = v'1,1. Ganz allgemein erfolgen auf dem Substrat (2') jeweils die Beschichtung der i-ten Einzelschicht mit den Geschwindigkeiten v'1,i und v'2,i und auf dem Substrat (2") die Beschichtung der (i - 1)-ten Einzelschicht mit den Geschwindigkeiten v"1,i-1 und v"2,i-1 weitgehend gleichzeitig. Die Geschwindigkeiten v'2,i und v"2,i-1 werden jeweils aus der Differenz der Ergebnisse der vorangegangenen Messungen zu den berechneten Sollwerten der Transmission und der daraus abgeleiteten Restschichtdicke zur Vollendung der i-ten Schicht bestimmt. Wird aus den v2,i-Werten eine Veränderung der Abscheiderate in einer der Pulsmagnetron- Sputterstationen erkannt, so kann auch die Geschwindigkeit v1,i entsprechend dieser Tendenz verändert vorgegeben werden. Die Drehvorrichtung (9) sichert das wechselseitige Bereitstellen der Substrate an den jeweiligen Pulsmagnetron-Sputterstationen und Messstationen und dient gleichzeitig als Parkposition für eines der Substrate bei Unter­ schieden in der Beschichtungsdauer der Einzelschichten für die beiden Substrate. Nach Aufbringen aller Einzelschichten auf beiden Substraten werden diese Substrate einzeln mittels der Vakuumkammer (10) ausgeschleust. Die Pulsmagnetron-Sputterstationen sind für die Beschichtung eines weiteren Paares von Substraten bereit. In diesem Fall werden sie nicht ausgeschaltet.The substrate ( 2 ') is then made available by means of the rotating device ( 9 ) for the application of the second low refractive index layer in front of the second pulse magnetron sputtering station ( 3 "). At the same time, the substrate ( 2 ") is now available for the application of the first high refractive index layer , The first SiO 2 layer is applied to the substrate ( 2 ') in the second pulse magnetron sputtering station ( 3 ") in the same manner as the previously described application of the highly refractive Ta 2 O 5 layer "'described, the transport speed v 1,1 = v deposition of the first layer, as described previously for the substrate (2) second substrate (2)' '1.1. Quite generally take place on the substrate (2') in each case the Coating the i-th single layer with the speeds v ' 1, i and v' 2, i and on the substrate ( 2 ") the coating of the (i-1) -th single layer with the speeds v" 1, i-1 and v " 2, i-1 largely simultaneously. The velocities v '2, i and v "2, i-1 are in each case from the difference of the results determined by the previous measurements to the calculated desired values of the transmission and the derived residual layer thickness of the completion of the i-th layer. Obtained from the v 2 , i values detected a change in the deposition rate in one of the Pulsmagnetron- sputtering stations, then the velocity v 1, this tendency can be given modified i accordingly. the turning device (9) secures the mutual providing the substrates to the respective Pulsmagnetron-sputtering stations and Measuring stations and also serves as a parking position for one of the substrates with differences in the coating duration of the individual layers for the two substrates. After applying all individual layers on both substrates, these substrates are removed individually by means of the vacuum chamber ( 10 ). The pulse magnetron sputtering stations are for the coating another pair of Substrates ready. In this case, they are not switched off.

Der Zeitbedarf für die Abscheidung des besagten Schichtstapels auf zwei Substraten mit Schichten, die mehrheitlich λ/4-Schichten sind, beträgt etwa 9 Stunden. Ein Teil dieser Zeit wird für Manipulationen der Substrate und die zahlreichen Messungen benötigt. Durch die hohe Grundstabilität der rechnergestützt geregelten reaktiven Puls-Magnetron- Sputterprozesse und die erfindungsgemäße Durchführung des Abscheideprozesses wird eine hohe Ausbeute an optischen Präzisionsbauelementen erreicht, die funktional bedingten Toleranzvorgaben genügen.The time required for the deposition of said layer stack on two substrates Layers, which are mostly λ / 4 layers, are about 9 hours. Part of that time is required for manipulation of the substrates and the numerous measurements. Due to the high basic stability of the computer-aided controlled reactive pulse magnetron Sputter processes and the implementation of the deposition process according to the invention achieved a high yield of optical precision components that were functionally related Tolerance requirements are sufficient.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung von Schichtsystemen für optische Präzisionsbauelemente, die auf einem Substrat einen Stapel von abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden optisch wirksamen Schichten enthalten, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abscheidung einzelner Schichten durch Pulsmagnetron-Sputterstationen erfolgt, die an einem konstant gehaltenem Arbeitspunkt im "Transientmode" reaktiv betrieben werden, wobei das Substrat durch gleichförmige Linearbewegung an der jeweiligen Pulsmagnetron-Sputterstation mit dem zugehörigen Targetmaterial, aus dem die Schicht reaktiv gebildet wird, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit v1 vorbeigeführt wird,
wobei v1 bei der Abscheidung einzelner Schichten so eingestellt wird, dass nach einer vorgegebenen Anzahl von Passagen die jeweilige Schicht bis zu einer Dicke von mindestens 50% der Sollschichtdicke aufgebracht wird,
dass danach auf dem Substrat eine optische Präzisionsmessung der Transmission und/oder der Reflexion und/oder der Polarisation des Teilschichtsystems durchgeführt wird, deren Ergebnis mit einem Sollwert verglichen wird, der nach vollständiger Abscheidung der jeweiligen Schicht erreicht werden muss,
dass daraus die restliche bis zur Sollschichtdicke verbleibende Dicke der Schicht ermittelt wird, dass entsprechend der noch fehlenden Schichtdicke eine neue Geschwindigkeit v2 vorgegeben wird, bei der sich nach einer vorgegebenen Anzahl von Passagen die Sollschichtdicke einstellt oder eine erneute Bestimmung der Schichtdicke und Festlegung einer weiteren Geschwindigkeit erfolgt, bis die Sollschichtdicke erreicht ist
und dass die Puls-Magnetron-Sputterstationen zumindest während der Dauer der Abscheidung aller Schichten eines Stapels nicht abgeschaltet werden.1. A method for producing layer systems for optical precision components which contain a stack of alternately high and low refractive index optically active layers on a substrate, characterized in that
that the deposition of individual layers is carried out by pulse magnetron sputtering stations, which are operated reactively at a constant operating point in the "transient mode", the substrate by uniform linear movement at the respective pulse magnetron sputtering station with the associated target material from which the layer is reactively formed, is passed at a predetermined speed v 1 ,
where v 1 is set in the deposition of individual layers such that the respective layer is applied up to a thickness of at least 50% of the desired layer thickness after a predetermined number of passages,
that an optical precision measurement of the transmission and / or the reflection and / or the polarization of the partial layer system is then carried out on the substrate, the result of which is compared with a target value which must be achieved after the respective layer has been completely deposited,
that the remaining thickness of the layer up to the target layer thickness is determined, that a new speed v 2 is specified in accordance with the still missing layer thickness, at which the target layer thickness is set after a predetermined number of passages or a new determination of the layer thickness and determination of a further one Speed occurs until the target layer thickness is reached
and that the pulse magnetron sputtering stations are not switched off at least for the duration of the deposition of all layers of a stack. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollschichtdicke nach je zwei Passagen mit zwei Geschwindigkeiten erreicht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the target layer thickness is reached after two passages at two speeds. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit v1 so eingestellt wird, dass nach zwei Passagen bereits mindestens 90% der Sollschichtdicke abgeschieden sind. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the speed v 1 is set so that after two passages at least 90% of the target layer thickness are already deposited. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Puls-Magnetron-Sputterquellen Einzelquellen dienen, die mit Hilfe einer sogenannten versteckten Anode unipolar durch Einspeisung von Gleichstrompulsen betrieben werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as Pulse magnetron sputter sources serve individual sources, which are used with the help of a so-called hidden anode operated unipolar by feeding DC pulses become. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Puls-Magnetron-Sputterquellen paarweise betriebene Doppelanordnungen von Magnetrons dienen, die bipolar durch Einspeisung von mittelfrequenten Wechsel­ strompulsen betrieben werden.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as Pulse magnetron sputtering sources in pairs operated double arrangements of Magnetrons serve the bipolar by feeding medium frequency changes current pulses are operated. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Substrat zusätzlich zur Linearbewegung um eine senkrecht zur Substrat­ ebene verlaufende Achse rotiert.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that each substrate in addition to the linear movement by one perpendicular to the substrate plane axis rotates. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Puls-Magnetron-Sputterstationen vor Beschichtung der optischen Präzisions­ bauteile durch Probebeschichtungen mit an sich bekannten Maßnahmen so weit optimiert werden, dass lokale Abweichungen der Schichteigenschaften auf dem Substrat beim Aufbringen einer Einzelschicht weniger als ±1% betragen.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that that the pulse magnetron sputtering stations before coating the optical precision components by trial coatings with measures known per se so far be optimized so that local deviations in the layer properties on the Substrate when applying a single layer less than ± 1%. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der zum Erreichen der Sollschichtdicke erforderlichen Geschwindigkeit v2 eine Drift der mittleren Abscheiderate jeder der Beschichtungs­ stationen erkannt und durch Anpassung des Vorgabewertes für die Geschwindigkeit v1i ausgeglichen wird.8. The method according to at least one of claims 2 to 7, characterized in that a drift of the average deposition rate of each of the coating stations is recognized by evaluating the speed v 2 required to achieve the desired layer thickness and is compensated for by adjusting the preset value for the speed v 1i . 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen einer Anzahl einzelner Schichten die Beschichtung des Substrates unterbrochen wird, dass ein in der Beschichtungskammer bereitgestelltes Testsubstrat in analoger Weise mit einer einzelnen Schicht beschichtet wird, ihre Transmission und/oder Reflexion und/oder Polarisation gemessen und mit einem Soll­ wert verglichen wird und dass aus der festgestellten Abweichung die Abhängigkeit der Schichtdicke von der Transportgeschwindigkeit ermittelt und in eine Korrektur der vorgegebenen Geschwindigkeit v1i einbezogen wird. 9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that after the application of a number of individual layers, the coating of the substrate is interrupted, that a test substrate provided in the coating chamber is coated in an analogous manner with a single layer, its transmission and / or reflection and / or polarization is measured and compared with a target value and that the dependence of the layer thickness on the transport speed is determined from the discrepancy and is included in a correction of the predetermined speed v 1i . 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mindestens zwei Substrate beschichtet werden, wobei während des Aufbringens einer hochbrechenden Schicht auf einem Substrat das Aufbringen einer niedrigbrechenden Schicht auf einem anderen Substrat erfolgt und umgekehrt.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that at least two substrates are coated at the same time, whereby during the Applying a high refractive index layer on a substrate low refractive index layer on another substrate and vice versa. 11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend mindestens eine evakuierbare Vakuumbeschichtungskammer (1) zur Aufnahme von mindestens einem Substrat (2), mindestens zwei örtlich voneinander getrennt angeordnete Pulsmagnetron-Sputterstationen (3'; 3") zur Durchführung eines reaktiven Puls-Magnetronzerstäubungsprozesses, mit mindestens je einer Magnetron­ quelle, Mitteln zum Einlassen und Verteilen eines Arbeitsgases und eines Reaktivgases, Mitteln zur Messung und Regelung des Partialdruckes und/oder der Flüsse der eingelassenen Gase sowie Mitteln zur Einspeisung und Regelung elektrischer Energie, wobei die Magnetronquellen mindestens einer Pulsmagnetron-Sputterstation mit Targets zur Abscheidung optisch hochbrechender Schichten und die Magnetron­ quellen mindestens einer anderen Pulsmagnetron-Sputterstation mit Targets zur Abscheidung optisch niedrigbrechender Schichten bestückt sind, Mittel zur linearen Bewegung der Substrate relativ zu jeder der Pulsmagnetron-Sputterstationen in einem definierten Abstand zu den Magnetronquellen, sowie mindestens einer Mess­ einrichtung zur Präzisionsmessung der optischen Reflexion und/oder der optischen Transmission und/oder der Polarisation eines in einem definierten Abstand zu dieser Messeinrichtung positionierten Substrates.11. Device for carrying out the method according to claim 1, comprising at least one evacuable vacuum coating chamber ( 1 ) for receiving at least one substrate ( 2 ), at least two locally separated pulse magnetron sputtering stations ( 3 '; 3 ") for carrying out a reactive pulse -Magnetron atomization process, with at least one magnetron source, means for admitting and distributing a working gas and a reactive gas, means for measuring and controlling the partial pressure and / or the flows of the admitted gases, and means for feeding and controlling electrical energy, the magnetron sources at least one Pulse magnetron sputtering station with targets for the deposition of optically high refractive index layers and the magnetron sources at least one other pulse magnetron sputtering station are equipped with targets for the deposition of optically low refractive index layers, means for linear movement of the substrates relative to each of the Pulse magnetron sputtering stations at a defined distance from the magnetron sources, and at least one measuring device for precision measurement of the optical reflection and / or the optical transmission and / or the polarization of a substrate positioned at a defined distance from this measuring device. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Transmissions-Photometer für monochromatisches Licht enthält.12. Device according to claim 11, characterized in that the measuring device contains a transmission photometer for monochromatic light. 13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine weitere Vakuumkammer zum Ein- und Ausschleusen von Substraten enthält.13. Device according to claim 11 or 12, characterized in that it is a contains a further vacuum chamber for feeding in and out substrates. 14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie eine Einrichtung zum Temperieren von Substraten enthält.14. Device according to at least one of claims 11 to 13, characterized records that it contains a device for tempering substrates. 15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur wellenlängenabhängigen Messung einer der optischen Kenngrößen Transmission, Reflexion oder Polarisation des beschichteten Substrates in einem vorgebbaren Wellenlängenbereich enthält.15. The device according to at least one of claims 11 to 14, characterized records that it is a device for wavelength-dependent measurement of one of the optical parameters transmission, reflection or polarization of the coated  Contains substrate in a predetermined wavelength range. 16. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Mittel zur linearen Bewegung der Substrate so ausgelegt sind, dass eine vertikale Substratlage oder höchstens eine Abweichung von 10° von der vertikalen Lage realisiert wird.16. Device according to at least one of claims 11 to 15, characterized records that the means for linear movement of the substrates are designed so that a vertical substrate layer or at most a deviation of 10 ° from the vertical position is realized. 17. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zum Transport der Substrate massive Substratträger enthalten sind, die aus einem bearbeitbaren keramischen Werkstoff bestehen und eine Vertiefung zur annähernd formschlüssigen Aufnahme der Substrate aufweisen.17. The device according to at least one of claims 11 to 16, characterized records that massive substrate carriers are included for the transport of the substrates consist of a machinable ceramic material and a recess for have approximately form-fitting reception of the substrates. 18. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, dass Mittel zur berührungsfreien magnetischen Führung der Substratträger vorhanden sind.18. Device according to at least one of claims 11 to 17, characterized records that means for contactless magnetic guidance of the substrate carrier available. 19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die zusätzlich zur linearen Bewegung der Substrate eine Rotation der Substrate um eine Achse senkrecht zur Substratebene ermöglichen.19. The device according to at least one of claims 11 to 18, characterized indicates that there are means in addition to the linear movement of the Substrates a rotation of the substrates around an axis perpendicular to the substrate plane enable.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004042107A2 (en) * 2002-11-08 2004-05-21 Applied Films Gmbh & Co. Kg Coating for a plastic substrate
EP1887293A2 (en) * 2006-08-11 2008-02-13 Viessmann Werke GmbH &amp; Co. KG Absorber, device for manufacturing an absorber and method for manufacturing an absorber
DE102017104858A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 scia Systems GmbH Apparatus and method for coating a substrate
WO2023241992A1 (en) 2022-06-13 2023-12-21 Carl Zeiss Smt Gmbh Method for coating a mirror substrate with a multilayer coating which is highly reflective to useful wavelengths, and coating system for carrying out such a method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999050978A2 (en) * 1998-04-01 1999-10-07 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Optical fiber amplifier having a gain flattening filter
WO2001004668A1 (en) * 1999-07-12 2001-01-18 Schott Glas Narrow-band optical interference filter
DE19947935A1 (en) * 1999-09-28 2001-03-29 Fraunhofer Ges Forschung Apparatus for magnetron sputtering comprises targets surrounded by a plasma electrode open to the substrate and peripheral to its sputtering surface

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD136398B1 (en) * 1978-05-09 1982-05-26 Guenther Beister METHOD FOR MONITORING SCHiCHTSYSTE, VIENE MANUFACTURED IN VACUUM COATING PHOECES
DE68909618T2 (en) * 1988-01-09 1994-05-05 Sumitomo Bakelite Co Process for producing a transparent conductive film coated with a thin layer of metal oxide.
US5618388A (en) * 1988-02-08 1997-04-08 Optical Coating Laboratory, Inc. Geometries and configurations for magnetron sputtering apparatus
US5225057A (en) * 1988-02-08 1993-07-06 Optical Coating Laboratory, Inc. Process for depositing optical films on both planar and non-planar substrates
JPH05179443A (en) * 1991-12-27 1993-07-20 Shimadzu Corp Evice for forming thin film
GB2331764B (en) * 1997-12-01 2002-06-26 Ca Nat Research Council Sputtering method and apparatus with optical monitoring

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999050978A2 (en) * 1998-04-01 1999-10-07 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Optical fiber amplifier having a gain flattening filter
WO2001004668A1 (en) * 1999-07-12 2001-01-18 Schott Glas Narrow-band optical interference filter
DE19947935A1 (en) * 1999-09-28 2001-03-29 Fraunhofer Ges Forschung Apparatus for magnetron sputtering comprises targets surrounded by a plasma electrode open to the substrate and peripheral to its sputtering surface

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004042107A2 (en) * 2002-11-08 2004-05-21 Applied Films Gmbh & Co. Kg Coating for a plastic substrate
WO2004042107A3 (en) * 2002-11-08 2005-09-01 Applied Films Gmbh & Co Kg Coating for a plastic substrate
EP1887293A2 (en) * 2006-08-11 2008-02-13 Viessmann Werke GmbH &amp; Co. KG Absorber, device for manufacturing an absorber and method for manufacturing an absorber
EP1887293A3 (en) * 2006-08-11 2008-04-23 Viessmann Werke GmbH &amp; Co. KG Absorber, device for manufacturing an absorber and method for manufacturing an absorber
DE102017104858A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 scia Systems GmbH Apparatus and method for coating a substrate
WO2023241992A1 (en) 2022-06-13 2023-12-21 Carl Zeiss Smt Gmbh Method for coating a mirror substrate with a multilayer coating which is highly reflective to useful wavelengths, and coating system for carrying out such a method

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