DE102018219881A1 - Process and coating system for the production of coated optical components - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponente, insbesondere einer Linse oder eines Spiegels, wird ein Substrat mit mindestens einer gekrümmten Substratoberfläche ausgewählt und eine in Bezug auf ein Symmetriezentrum rotationssymmetrische optische Beschichtung auf die Substratoberfläche aufgebracht. Zum Beschichten des Substrats werden folgende Schritte ausgeführt: Anordnen einer Beschichtungsmaterial aufweisenden Materialquelle (110) in einer Quellenposition; Anordnen des Substrats (140) an einem um eine Substratträgerdrehachse (132) drehbaren Substratträger (130) derart, dass sich das Substrat bei Drehung des Substratträgers um eine zur Substratträgerdrehachse koaxiale Substratdrehachse dreht, wobei der Materialquelle zugewandte Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche (142) durch von der Materialquelle ausgehendes Beschichtungsmaterial unter örtlich variierenden Auftreffwinkeln (Θ) beschichtbar sind; Anordnen einer Abschattungsblende (150) zwischen der Materialquelle (110) und dem Substratträger zur phasenweisen Abschattung von Teilen der Substratoberfläche (142) gegen von der Materialquelle ausgehendes Beschichtungsmaterial während der Beschichtung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Substratträgerdrehachse (132) gegenüber einer Referenzrichtung (138) derart schräg gestellt wird, dass die Substratträgerdrehachse mit der Referenzrichtung einen Kippwinkel (κ) einschließt; eine Abschattungsblende (150) verwendet wird, die einen von Blendenrändern (155-1, 155-2) begrenzten Blendenausschnitt (158) aufweist, der sich von einem inneren Scheitelbereich nach außen erweitert, und die Abschattungsblende in Bezug auf den Substratträger ortsfest derart angeordnet wird, dass der Scheitelbereich auf oder nahe der Substratträgerdrehachse (132) liegt und der Blendenausschnitt (158) einen Bereich minimaler Auftreffwinkel des Beschichtungsmaterials auf der Substratoberfläche einschließt. Beschrieben werden auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Beschichtungsanlage sowie damit herstellbare optische Komponenten.In a method for producing an optical component, in particular a lens or a mirror, a substrate with at least one curved substrate surface is selected and an optical coating which is rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry is applied to the substrate surface. The following steps are carried out for coating the substrate: arranging a material source (110) having coating material in a source position; Arranging the substrate (140) on a substrate carrier (130) rotatable about a substrate carrier axis of rotation (132) in such a way that the substrate rotates about a substrate axis of rotation coaxial with the substrate carrier axis of rotation when the substrate carrier is rotated, areas of the substrate surface (142) to be coated passing through the material source coating material originating from the material source can be coated at locally varying angles of impact (Θ); Arranging a shading screen (150) between the material source (110) and the substrate carrier for phased shading of parts of the substrate surface (142) against coating material originating from the material source during the coating. The method is characterized in that the substrate carrier axis of rotation (132) is inclined relative to a reference direction (138) such that the substrate carrier axis of rotation includes a tilt angle (κ) with the reference direction; a shading diaphragm (150) is used, which has a diaphragm cut-out (158) delimited by diaphragm edges (155-1, 155-2), which extends outwards from an inner apex region, and the shading diaphragm is arranged in a stationary manner with respect to the substrate carrier that the apex region lies on or near the substrate carrier axis of rotation (132) and the aperture cutout (158) includes a region of minimal incidence angles of the coating material on the substrate surface. A coating system suitable for carrying out the method and optical components which can be produced therewith are also described.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAPPLICATION AREA AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponente, bei dem ein Substrat mit mindestens einer gekrümmten Substratoberfläche ausgewählt und eine in Bezug auf ein Symmetriezentrum rotationssymmetrische optische Beschichtung auf die Substratoberfläche aufgebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Beschichtungsanlage und eine damit herstellbare optische Komponente. Bei der optischen Komponente kann es sich insbesondere um eine Linse oder einen Spiegel handeln.The invention relates to a method for producing an optical component, in which a substrate with at least one curved substrate surface is selected and an optical coating which is rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry is applied to the substrate surface. The invention further relates to a coating system suitable for carrying out the method and to an optical component which can be produced therewith. The optical component can in particular be a lens or a mirror.
In Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithographische Herstellung von Halbleiterbauteilen werden optische Systeme eingesetzt, die eine Vielzahl von Linsen aufweisen, welche zur Verminderung ihrer Reflektivität oder aufgrund anderer Vorgaben mit rotationssymmetrischen optischen Beschichtungen belegt werden müssen. Häufig sind auch andere optische Komponenten mit teilweise stark gekrümmten Oberflächen, beispielsweise abbildende Spiegel für katadioptrische oder katoptrische Projektionsobjektive, mit einer optischen Beschichtung zu versehen. Die optischen Beschichtungen sollen normalerweise über die gesamte optisch genutzte Fläche eine gut kontrollierbare optische Wirkung haben, z.B. eine möglichst gleichmäßige optische Wirkung.Projection exposure systems for the microlithographic production of semiconductor components use optical systems which have a large number of lenses, which have to be coated with rotationally symmetrical optical coatings in order to reduce their reflectivity or because of other requirements. Other optical components with partially strongly curved surfaces, for example imaging mirrors for catadioptric or catoptric projection objectives, are often also to be provided with an optical coating. The optical coatings should normally have an easily controllable optical effect over the entire optically used area, e.g. the most uniform possible optical effect.
Die Wirkung beschichteter Flächen im optischen Strahlengang hängt wesentlich von der örtlichen Schichtdickenverteilung der auf diesen Flächen aufgebrachten optischen Beschichtungen ab. Bei in Bezug auf ein Symmetriezentrum rotationssymmetrischen Beschichtungen kann die Schichtdickenverteilung durch den radialen Verlauf der Schichtdicke charakterisiert werden, der im Folgenden auch als Schichtdickenverlauf bezeichnet wird.The effect of coated surfaces in the optical beam path essentially depends on the local layer thickness distribution of the optical coatings applied to these surfaces. In the case of coatings which are rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry, the layer thickness distribution can be characterized by the radial course of the layer thickness, which is also referred to below as the layer thickness course.
Besonders in Systemen mit stark gekrümmten optischen Oberflächen können Schichtdickenverteilungsfehler negative Eigenschaften wie z. B. einen Randabfall der Transmission einer Linse oder der Reflektivität eines Spiegels verursachen. Besonders bei stark gekrümmten optischen Oberflächen sind auch schon Variationen des Brechungsindex von Beschichtungsmaterialien zwischen der Mitte und dem Rand einer Beschichtung beobachtet worden.Especially in systems with strongly curved optical surfaces, layer thickness distribution errors can have negative properties such as B. cause an edge drop in the transmission of a lens or the reflectivity of a mirror. Variations in the refractive index of coating materials between the center and the edge of a coating have also been observed, particularly in the case of strongly curved optical surfaces.
Es ist vermutet worden, dass die beobachteten Brechungsindexvariationen des Schichtmaterials und eine lockere und schlecht haftende Struktur im Randbereich auf hohe Auftreffwinkel des Beschichtungsmaterials im Randbereich zurückzuführen sind.It has been assumed that the observed refractive index variations of the layer material and a loose and poorly adhering structure in the edge area can be attributed to high angles of incidence of the coating material in the edge area.
Es sind bereits Beschichtungsverfahren und Beschichtungsanlagen beschrieben worden, die unter anderem im Hinblick auf diese Problematik entwickelt wurden. Die
AUFGABE UND LÖSUNG TASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Beschichtungsanlage bereitzustellen, die es bei vereinfachter Konfiguration und Verfahrensführung erlauben, beschichtete optische Komponenten mit hoher Qualität und präzise vorgebbarer optischer Wirkung herzustellen. Eine weitere Aufgabe liegt in der Bereitstellung derart hergestellter optischer Komponenten hoher Qualität.It is an object of the invention to provide a method and a coating system which, with a simplified configuration and process control, make it possible to produce coated optical components with high quality and a precisely specifiable optical effect. Another task is to provide high quality optical components manufactured in this way.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Beschichtungsanlage mit den Merkmalen von Anspruch 9 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To achieve these objects, the invention provides a method with the features of
Das Verfahren kann im Rahmen der Herstellung von optischen Komponenten genutzt werden, insbesondere von Linsen oder Spiegeln. Dabei wird ein Substrat mit mindestens einer gekrümmten Substratoberfläche ausgewählt, auf die eine in Bezug auf ein Symmetriezentrum rotationssymmetrische optische Beschichtung aufgebracht wird. Es kann sich dabei beispielsweise um eine die Reflektivität erhöhende Reflexionsbeschichtung oder um eine reflexionsmindernde Antireflexbeschichtung handeln. Eine Materialquelle, die Beschichtungsmaterial aufweist, wird an einer Quellenposition angeordnet. Die Materialquelle kann quasi punktförmig (Punktquelle) oder mehr oder weniger stark flächig ausgedehnt (Flächenquelle) sein. Beispiele für eine Punktquelle sind ein thermischer Verdampfer mit einem Materialbehälter aus Molybdän oder ein Elektronenstrahlverdampfer. Ein Beispiel für eine Flächenquelle ist eine Magnetron-Sputterquelle.The method can be used in the production of optical components, in particular lenses or mirrors. A substrate with at least one curved substrate surface is selected, onto which an optical coating that is rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry is applied. This can be, for example, a reflective coating that increases the reflectivity or a reflection-reducing anti-reflective coating. A material source that includes coating material is placed at a source position. The material source can be quasi punctiform (point source) or more or less extensive (area source). Examples of a point source are a thermal evaporator with a material container made of molybdenum or an electron beam evaporator. An example of a surface source is a magnetron sputter source.
Ein zu beschichtendes Substrat wird an einem Substratträger befestigt, der um eine Substratträgerdrehachse drehbar ist. Die Befestigung erfolgt derart, dass sich das Substrat bei Drehung des Substratträgers um eine zur Substratträgerachse koaxiale Substratdrehachse dreht. Der Materialquelle zugewandte Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche werden dann durch von der Materialquelle ausgehendes Beschichtungsmaterial unter örtlich variierenden Auftreffwinkeln beschichtet. Aufgrund der Drehung des Substrats kann auf die Substratoberfläche eine optische Beschichtung aufgebracht werden, die in Bezug auf ein auf der Substratdrehachse liegendes Symmetriezentrum rotationssymmetrisch ist. Zwischen der Materialquelle und dem Substratträger wird eine Abschattungsblende angeordnet, die dazu geeignet ist, Teile der Substratoberfläche phasenweise (d.h. über gewisse Zeitintervalle) gegen von der Materialquelle ausgehendes Beschichtungsmaterial während der Beschichtung abzuschatten. Die Abschattungsblende ist ortsfest zur Substratträgerachse angeordnet. Sie sollte vorzugsweise nahe der Substratoberfläche angeordnet sein und sich nicht um die Substratträgerachse drehen. Mithilfe der beanspruchten Erfindung ist es prinzipiell möglich, die optische Beschichtung mit einem vorgebbaren radialen Schichtdickenverlauf herzustellen bzw. den radialen Schichtdickenverlauf zu steuern.A substrate to be coated is attached to a substrate carrier which is rotatable about an axis of rotation of the substrate carrier. The attachment takes place in such a way that when the substrate carrier rotates, the substrate rotates about a substrate axis of rotation coaxial with the substrate carrier axis. Areas of the substrate surface to be coated facing the material source are then coated by coating material originating from the material source at locally varying angles of incidence. Due to the rotation of the substrate, an optical coating can be applied to the substrate surface, which is rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry lying on the substrate axis of rotation. A shading screen is arranged between the material source and the substrate carrier, which is suitable for shading parts of the substrate surface in phases (i.e. over certain time intervals) against coating material originating from the material source during the coating. The shading screen is arranged in a stationary manner with respect to the substrate carrier axis. It should preferably be arranged near the substrate surface and should not rotate about the substrate carrier axis. With the aid of the claimed invention, it is possible in principle to produce the optical coating with a predeterminable radial course of the layer thickness or to control the radial course of the layer thickness.
Eine Besonderheit besteht darin, dass die Substratträgerachse gegenüber einer Referenzrichtung schräg gestellt wird oder schräg gestellt ist, so dass die Substratträgerachse mit der Referenzrichtung einen Kippwinkel einschließt. Die Referenzrichtung entspricht dabei dem Ortsvektor des Austauschschwerpunkts der Beschichtungsmaterial emittierenden Fläche der Materialquelle und der vom Beschichtungsmaterial getroffenen Fläche des Substrats. Eine Definition des Ortsvektors des Austauschschwerpunkts ist weiter unten angegeben.A special feature is that the substrate carrier axis is inclined or inclined relative to a reference direction, so that the substrate carrier axis includes a tilt angle with the reference direction. The reference direction corresponds to the location vector of the center of exchange of the coating material-emitting surface of the material source and the surface of the substrate hit by the coating material. A definition of the location vector of the focus of exchange is given below.
Zur phasenweisen Abschattung der Substratoberfläche gegenüber dem Auftreffen von Beschichtungsmaterial wird eine ortsfest zur Substratträgerachse angeordnete Abschattungsblende verwendet, die einen von Blendenrändern begrenzten Blendenausschnitt aufweist, der sich von einem inneren Scheitelbereich ausgehend nach außen erweitert. Der Blendenausschnitt definiert denjenigen Bereich der Substratoberfläche, der zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht abgeschattet wird, so dass Beschichtungsmaterial auf die Substratoberfläche auftreffen kann. Die Abschattungsblende wird derart angeordnet, dass der Scheitelbereich auf oder nahe der Substratträgerdrehachse liegt und der Blendenausschnitt einen Bereich minimaler Auftreffwinkel des Beschichtungsmaterials auf der Substratoberfläche einschließt. Bei dem Scheitelbereich kann es sich um einen quasi-punktförmigen Scheitelbereich (Scheitelpunkt) oder um einen etwas breiter ausgedehnten Bereich handeln.For the phased shading of the substrate surface with respect to the impact of coating material, a shading diaphragm is used which is fixed in relation to the substrate support axis and has a diaphragm cut-out delimited by diaphragm edges, which extends outwards from an inner apex region. The aperture cut-out defines the area of the substrate surface that is not shaded at a given point in time, so that coating material can strike the substrate surface. The shading diaphragm is arranged in such a way that the apex region lies on or near the axis of rotation of the substrate carrier and the diaphragm cut-out includes a region of minimal incidence angles of the coating material on the substrate surface. The vertex area can be a quasi-point-shaped vertex area (vertex) or a somewhat wider area.
Einige Vorteile dieser Lösung werden nachfolgend erläutert.Some advantages of this solution are explained below.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist die in der
Jedoch geht diese konventionelle Lösung mit einer Abschattung eines relativ großen Anteils des von der Materialquelle ausgehenden Beschichtungsmaterials einher. Dadurch ist die maximal erreichbare Beschichtungsrate limitiert. Für manche technisch wichtigen Beschichtungsmaterialien, wie z.B. Aluminium, ist es wünschenswert, eine möglichst hohe Beschichtungsrate zu erzielen. Dadurch kann die Gesamtdauer eines Beschichtungsvorgangs auf relativ kurze Zeiten beschränkt werden, so dass für das von der Materialquelle zum Substrat gelangende Beschichtungsmaterial insgesamt wenig Zeit zur Reaktion mit eventuell vorhandenen Restunreinheiten in der Beschichtungskammer bleibt. However, this conventional solution involves shadowing a relatively large proportion of the coating material originating from the material source. This limits the maximum coating rate that can be achieved. For some technically important coating materials, such as aluminum, it is desirable to achieve the highest possible coating rate. As a result, the total duration of a coating process can be limited to relatively short times, so that there is little overall time for the coating material coming from the material source to the substrate to react with any remaining impurities in the coating chamber.
Durch die hier vorgeschlagene Lösung kann die Kontrolle der Schichtdicke und der Auftreffwinkel prinzipiell mit einer einzigen Abschattungsblende pro Substrat erzielt werden. Obwohl mehrere Abschattungsblenden pro Substrat verwendet werden können, wird vorzugsweise für ein Substrat, insbesondere für jedes Substrat, genau eine Abschattungsblende verwendet.The solution proposed here can in principle be used to control the layer thickness and the angle of incidence with a single shading screen per substrate. Although several shading screens can be used per substrate, exactly one shading screen is preferably used for one substrate, in particular for each substrate.
Durch den Verzicht auf die Planetenbewegung und eine Anordnung mit gekippter Drehachse des Substrats kann zudem ein höherer Anteil des Beschichtungsmaterials, das von der Materialquelle ausgeht, auf die zu beschichtende Substratoberfläche des Substrat treffen und damit, zusammen mit dem Verzicht auf den zweiten Satz an Blenden, die Beschichtungsrate relativ hoch sein, insbesondere maximiert werden.By dispensing with the planetary movement and an arrangement with a tilted axis of rotation of the substrate, a higher proportion of the coating material originating from the material source can also strike the substrate surface of the substrate to be coated and thus, together with dispensing with the second set of diaphragms, the coating rate can be relatively high, in particular maximized.
Aufgrund praktisch unvermeidlicher mechanischer Toleranzen wird sich die „Spitze“ bzw. der Scheitelpunkt oder ein etwas breiterer Scheitelbereich des Blendenausschnitts nicht bzw. nicht dauerhaft exakt über der Symmetrieachse des Substrats befinden. Eine definierte und homogene Beschichtung ist daher in einem Zentralbereich um die Symmetrieachse nicht bzw. nicht systematisch möglich. Dies kann zwar als ein theoretischer Nachteil der vorgeschlagenen Lösung angesehen werden. In vielen relevanten Anwendungsfällen hat dieser theoretische Nachteil jedoch in der Praxis keine nachteiligen Auswirkungen auf die Verwendbarkeit der erfindungsgemäß beschichteten optischen Komponenten, denn in vielen technisch wichtigen Anwendungen wird die Mitte von optischen Komponenten bzw. ein Zentralbereich um das Symmetriezentrum einer rotationssymmetrischen Beschichtung optisch nicht genutzt. Beispiele hierfür sind Systeme mit einer zentralen Obskuration, wie z.B. Spiegelsysteme vom Typ Gregory oder Cassegrain. Optische Komponenten für diese Systeme können erfindungsgemäß hergestellt bzw. in einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage beschichtet werden. Ein anderes Beispiel sind optische Komponenten, die in katoptischen oder katadioptrischen optischen Abbildungssystemen mit außeraxialem Objektfeld und Bildfeld genutzt werden und in der Nähe einer Feldebene dieser Systeme angeordnet sind. Hier kann der optisch von der Projektionsstrahlung genutzte Bereich komplett außerhalb der optischen Achse des Systems bzw. außerhalb des Zentralbereichs um das Symmetriezentrum liegen.Due to practically unavoidable mechanical tolerances, the “tip” or the apex or a somewhat wider apex area of the aperture section will not be located or not permanently exactly over the axis of symmetry of the substrate. A defined and homogeneous coating is therefore not or not systematically possible in a central area around the axis of symmetry. This can be seen as a theoretical disadvantage of the proposed solution. In many relevant applications, however, this theoretical disadvantage in practice has no adverse effects on the usability of the optical components coated according to the invention, because in many technically important applications the center of optical components or a central area around the center of symmetry of a rotationally symmetrical coating is not used optically. Examples of this are systems with a central obscuration, e.g. Mirror systems of the type Gregory or Cassegrain. Optical components for these systems can be produced according to the invention or coated in a coating system according to the invention. Another example are optical components which are used in catoptical or catadioptric optical imaging systems with an off-axis object field and image field and are arranged in the vicinity of a field plane of these systems. Here the area optically used by the projection radiation can lie completely outside the optical axis of the system or outside the central area around the center of symmetry.
Gemäß einer Weiterbildung wird mittels des Verfahrens eine optische Komponente beschichtet, bei der im bestimmungsgemäßen Gebrauch ein Zentralbereich um das Symmetriezentrum einer rotationssymmetrischen Beschichtung optisch nicht genutzt wird. Beispielsweise kann eine solche optische Komponente bzw. deren Substratoberfläche im Zentralbereich ein Loch bzw. eine Durchbrechung haben.According to a further development, the method is used to coat an optical component in which, when used as intended, a central area around the center of symmetry of a rotationally symmetrical coating is not optically used. For example, such an optical component or its substrate surface can have a hole or an opening in the central region.
Über eine gezielte Einstellung des Kippwinkels kann die Materialverteilung auf der zu beschichtenden Substratoberfläche günstig beeinflusst werden. Der Kippwinkel κ wird vorzugsweise derart eingestellt wird, dass die Bedingung
Anschaulich bzw. näherungsweise ergibt sich ein günstiger Kippwinkel, wenn das Beschichtungsmaterial in der Mitte des jeweils beschichteten Bereichs senkrecht auf die Substratoberfläche auftrifft.Clearly or approximately there is a favorable tilt angle if the coating material hits the substrate surface perpendicularly in the middle of the respective coated area.
Die Abschattungsblende ist vorzugsweise so gestaltet und angeordnet, dass sie zu jedem Zeitpunkt mehr als die Hälfte der Substratoberfläche abdeckt. Das ist insbesondere für eine im Vergleich zur Substratoberfläche kleine Quelle eine wichtige Bedingung. Der Blendenausschnitt ist in einem solchen Fall so gestaltet, dass seine azimutale Breite weniger als 180° beträgt. Die azimutale Breite kann z.B. bei 150° oder weniger oder bei 120° oder weniger liegen. Andererseits ist es in der Regel vorteilhaft, die azimutale Breite des Blendenausschnitts nicht zu klein zu wählen, damit eine relativ zügige Beschichtung erreicht werden kann. Vorzugsweise beträgt die azimutale Breite des Blendenausschnitts daher 90° oder mehr. Schmalere Blendenausschnitte (mit weniger als 90° azimutaler Breite) können jedoch in gewissen Fällen nützlich sein und sollen daher nicht ausgeschlossen seinThe shading screen is preferably designed and arranged in such a way that it covers more than half of the substrate surface at all times. This is particularly important for a source that is small compared to the substrate surface. In such a case, the aperture section is designed so that its azimuthal width is less than 180 °. The azimuthal width can be, for example, 150 ° or less or 120 ° or less. On the other hand, it is usually advantageous to change the azimuthal width of the The aperture should not be too small so that a relatively quick coating can be achieved. The azimuthal width of the aperture section is therefore preferably 90 ° or more. However, narrower aperture sections (less than 90 ° azimuthal width) can be useful in certain cases and should therefore not be excluded
Die Blendenränder können so verlaufen, dass sich für den Blendenausschnitt ein vorgebbarer Zusammenhang zwischen einem radialen Abstand zur Substratdrehachse und der azimutalen Breite bzw. Winkelbreite in Umfangsrichtung des Blendenausschnitts ergibt. Die azimutale Breite in Umfangsrichtung kann mit zunehmendem radialen Abstand zur Substratdrehachse z.B. kontinuierlich zunehmen oder kontinuierlich abnehmen oder gleich bleiben. Über eine Vorgabe des funktionalen Zusammenhangs zwischen radialem Abstand zur Substratdrehachse und azimutaler Breite des Blendenausschnitts kann der radiale Schichtdickenverlauf präzise gesteuert werden.The diaphragm edges can run in such a way that a predeterminable relationship between the radial distance from the substrate axis of rotation and the azimuthal width or angular width in the circumferential direction of the diaphragm segment results for the diaphragm section. The azimuthal width in the circumferential direction can increase with increasing radial distance to the substrate axis of rotation e.g. increase or decrease continuously or stay the same. The radial course of the layer thickness can be precisely controlled by specifying the functional relationship between the radial distance from the substrate axis of rotation and the azimuthal width of the aperture section.
Die Blendenränder können beispielsweise zwischen dem Scheitelpunkt oder Scheitelbereich und dem äußeren Rand der Abschattungsblende jeweils in einer Radialrichtung geradlinig verlaufen, so dass sich ein im Wesentlichen V-förmiger bzw. kreissektorförmiger Blendenausschnitt ergibt. Bei einem V-förmigen Blendenausschnitt mit Scheitelpunkt auf der Substratdrehachse ist die azimutale Breite des Blendenausschnitts für alle radialen Abstände gleich. Mit derartigen Blendenausschnitten können Schichtdickenverläufe eingestellt werden, bei denen die Schichtdicke in Radialrichtung im Wesentlichen konstant bleibt.The diaphragm edges can, for example, run in a straight line in a radial direction between the apex or apex region and the outer edge of the shading diaphragm, so that an essentially V-shaped or sector-shaped diaphragm cut-out results. In the case of a V-shaped aperture section with an apex on the substrate axis of rotation, the azimuthal width of the aperture section is the same for all radial distances. With such aperture cutouts, layer thickness profiles can be set in which the layer thickness remains essentially constant in the radial direction.
Die Blendenränder können beispielsweise auch konvex aufeinander zu gekrümmt sein, so dass die azimutale Breite mit zunehmendem radialem Abstand von der Substratträgerachse größer wird und ggf. stärker als linear zunimmt. Dadurch können beispielsweise Schichtdickenverläufe eingestellt werden, die zwischen Symmetriezentrum und äußerem Rand kontinuierlich zunehmende Schichtdicke aufweisen. Es ist auch möglich, die Blendenränder so zu gestalten, dass sie konkav voneinander weg gekrümmt sind. Der Zusammenhang zwischen radialem Abstand zur Substratdrehachse und der azimutalen Breite wird dann degressiv, wodurch beispielsweise Schichtdickenverläufe mit radial kontinuierlich abnehmender Schichtdicke erzielbar sind.The diaphragm edges can, for example, also be convexly curved towards one another, so that the azimuthal width increases with increasing radial distance from the substrate carrier axis and possibly increases more than linearly. In this way, for example, layer thickness profiles can be set which have a continuously increasing layer thickness between the center of symmetry and the outer edge. It is also possible to design the bezel edges so that they are concavely curved away from each other. The relationship between the radial distance from the substrate axis of rotation and the azimuthal width then becomes degressive, so that, for example, layer thickness curves with radially continuously decreasing layer thickness can be achieved.
Ein Blendenausschnitt kann spiegelsymmetrisch zu einer Radialebene gestaltet sein. Es sind jedoch auch asymmetrische Blendenausschnitte möglich. Beispielsweise kann einer der Blendenränder gerade (in Radialrichtung) und der andere entsprechend dem gewünschten Schichtdickenverlauf gekrümmt sein.A panel cutout can be designed mirror-symmetrical to a radial plane. However, asymmetrical aperture cutouts are also possible. For example, one of the diaphragm edges can be straight (in the radial direction) and the other curved according to the desired course of the layer thickness.
Eine Abschattungsblende kann im Wesentlichen eben ausgestaltet sein, z.B. in Form eines ebenen Blechs. Vorzugsweise weist die Abschattungsblende eine konvexe oder konkave Krümmung auf, wobei die Krümmung einer Krümmung der Substratoberfläche angepasst ist. Die Anpassung sollte vorzugsweise derart sein, dass ein lichter Abstand zwischen den Blendenrändern, die den Blendenausschnitt begrenzen, und der Substratoberfläche entlang der Blendenränder näherungsweise konstant ist. Dadurch ist eine besonders genaue Steuerung des Schichtdickenverlaufs über den Verlauf der Blendenränder möglich.A shading panel can be essentially flat, e.g. in the form of a flat sheet. The shading diaphragm preferably has a convex or concave curvature, the curvature being adapted to a curvature of the substrate surface. The adaptation should preferably be such that a clear distance between the diaphragm edges that delimit the diaphragm cutout and the substrate surface along the diaphragm edges is approximately constant. This enables a particularly precise control of the course of the layer thickness over the course of the diaphragm edges.
Eine weitere ggf. wichtige Größe ist die Breite der Verteilung des Auftreffwinkels
Gemäß einer Weiterbildung bleibt die Substratträgerdrehachse während der Beschichtung bezüglich der Materialquelle ortsfest, während sich der Substratträger um die Substratträgerdrehachse dreht. Die Konstruktion und die Kinematik sind somit wesentlich einfacher als bei Planetengetrieben, wo sich zusätzlich zur Eigendrehung des Substrats noch eine Drehung des Substratträgers in Bezug auf die Materialquelle ergibt.According to a further development, the substrate carrier axis of rotation remains stationary with respect to the material source during the coating, while the substrate carrier rotates about the substrate carrier axis of rotation. The construction and the kinematics are thus much simpler than in planetary gears, where in addition to the self-rotation of the substrate, there is also a rotation of the substrate carrier with respect to the material source.
In einer Beschichtungsanlage kann diese Funktionalität z.B. dadurch erreicht werden, dass der Hauptträger, der den mindestens einen Substratträger trägt, ortsfest im Gehäuse des Rezipienten eingebaut ist. Dadurch ergibt sich ein einfacher robuster Aufbau, es kann ein einfaches Antriebssystem für die Substratdrehung genutzt werden und es ist kein Planetengetriebe notwendig.In a coating system, this functionality can e.g. can be achieved in that the main carrier, which carries the at least one substrate carrier, is installed stationary in the housing of the recipient. This results in a simple, robust construction, a simple drive system can be used for the substrate rotation and no planetary gear is necessary.
Bei anderen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der Hauptträger, der den mindestens einen Substratträger trägt, um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in vorgegebenen Drehstellungen arretierbar ist. Dadurch ist es möglich, zwischen Beschichtungsvorgängen durch Drehung des Hauptträgers den nächsten gewünschten Substratträger in die gewünschte Beschichtungsposition zu bringen, die dann während der Durchführung der Beschichtung beibehalten wird.In other embodiments, it is provided that the main carrier, which carries the at least one substrate carrier, is rotatably mounted about an axis of rotation and can be locked in predetermined rotational positions. This makes it possible to bring the next desired substrate carrier into the desired coating position between coating processes by rotating the main carrier, which is then maintained while the coating is being carried out.
Es sind unterschiedliche relative Anordnungen von Materialquelle und Substratträger(n) möglich. Gemäß einer Weiterbildung sind wenigstens zwei Substratträger in Bezug auf eine Symmetrieachse symmetrisch angeordnet und die Materialquelle ist auf der Symmetrieachse angeordnet in der Weise, dass die Symmetrieachse durch die Materialquelle verläuft. Die „symmetrische Anordnung“ ist hierbei so zu verstehen, dass für die Substratträger gleiche Abstände zur Materialquelle und gleiche Kippwinkel vorgesehen sind. Es können beispielsweise Substratträger paarweise diametral gegenüberliegend symmetrisch zur Symmetrieachse angeordnet sein. An einem Hauptträger können auch mehr als zwei Substratträger auf einem gemeinsamen Kreis konzentrisch um eine Symmetrieachse angeordnet sein. Die Anordnung erlaubt es, mehrere Substrate gleichzeitig unter identischen Bedingungen zu beschichten, wodurch die Produktivität des Beschichtungsverfahrens gesteigert werden kann.Different relative arrangements of material source and substrate carrier (s) are possible. According to a development, at least two substrate carriers are arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry and the material source is arranged on the axis of symmetry in such a way that the axis of symmetry runs through the material source. The “symmetrical arrangement” is to be understood here in such a way that the same distances from the material source and the same tilt angle are provided for the substrate carriers. For example, substrate carriers can be arranged in pairs diametrically opposite one another symmetrically to the axis of symmetry. On a main support, more than two substrate supports can also be arranged on a common circle concentrically around an axis of symmetry. The arrangement allows several substrates to be coated at the same time under identical conditions, as a result of which the productivity of the coating process can be increased.
Es ist auch möglich, dass wenigstens zwei Substratträger in Bezug auf eine Symmetrieachse symmetrisch (gleiche Abstände und Kippwinkel) angeordnet sind, dass die Materialquelle exzentrisch zur Symmetrieachse angeordnet ist und dass die Substrate nacheinander in eine Beschichtungsposition bezüglich der Materialquelle gebracht werden, wobei ein Substrat dann während der Beschichtung an der Beschichtungsposition bleibt. Auf diese Weise kann eine sequenzielle Beschichtung realisiert werden, wobei die relative Anordnung zwischen der exzentrisch angeordneten Materialquelle und der Beschichtungsposition für jeweils genau ein Substrat optimiert werden kann.It is also possible that at least two substrate carriers are arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry (equal distances and tilt angles), that the material source is arranged eccentrically to the axis of symmetry, and that the substrates are brought into a coating position in relation to the material source, one substrate then remains at the coating position during coating. In this way, a sequential coating can be implemented, the relative arrangement between the eccentrically arranged material source and the coating position being able to be optimized for exactly one substrate in each case.
Die Erfindung betrifft auch eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Substraten für optische Komponenten, insbesondere Linsen und/oder Spiegel. Die Beschichtungsanlage ist besonders dazu geeignet, Substrate mit gekrümmten Substratoberflächen zu beschichten. Die Beschichtungsanlage umfasst einen Rezipienten mit einem Gehäuse, das eine evakuierbare Beschichtungskammer enthält. In der Beschichtungskammer befindet sich eine Quelleneinrichtung zum Aufnehmen von Beschichtungsmaterial zur Bildung einer Materialquelle in einer Quellenposition. Weiterhin ist ein Hauptträger vorgesehen, der mindestens einen Substratträger zum Tragen eines Substrats trägt. Der Substratträger ist mittels eines Antriebssystems relativ zum Hauptträger um eine Substratträgerdrehachse drehbar.The invention also relates to a coating system for coating substrates for optical components, in particular lenses and / or mirrors. The coating system is particularly suitable for coating substrates with curved substrate surfaces. The coating system comprises a recipient with a housing which contains an evacuable coating chamber. In the coating chamber there is a source device for receiving coating material to form a material source in a source position. Furthermore, a main carrier is provided which carries at least one substrate carrier for carrying a substrate. The substrate carrier can be rotated relative to the main carrier about a substrate carrier axis of rotation by means of a drive system.
Die Erfindung betrifft auch eine optische Komponente, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel, mit einem Substrat, das mindestens eine gekrümmte Substratoberfläche aufweist, und mit einer auf der Substratoberfläche aufgebrachten, in Bezug auf ein Symmetriezentrum rotationssymmetrischen optischen Beschichtung, wobei die optische Komponente mittels eines Verfahrens gemäß der beanspruchten Erfindung hergestellt oder herstellbar ist.The invention also relates to an optical component, in particular a lens or a mirror, with a substrate which has at least one curved substrate surface and with an optical coating which is applied to the substrate surface and is rotationally symmetrical with respect to a center of symmetry, the optical component using a method is manufactured or can be produced according to the claimed invention.
Insbesondere kann die optische Komponente einen ringförmigen optischen Nutzbereich aufweisen, der einen das Symmetriezentrum der Beschichtung enthaltenden kreisförmigen Zentralbereich umschließt, wobei in dem Nutzbereich die rotationssymmetrische optische Beschichtung mit radialsymmetrischen optischen Eigenschaften vorliegt und der Zentralbereich keine Beschichtung oder eine Beschichtung mit nicht-radialsymmetrischen optischen Eigenschaften aufweist. In dem Zentralbereich kann sich z.B. eine zentrale Durchbrechung der Substratoberfläche bzw. ein Loch befinden. Der Durchmesser des Zentralbereichs ist in der Regel klein gegenüber dem Außendurchmesser des Nutzbereichs.In particular, the optical component can have an annular optical useful area which encloses a circular central area containing the center of symmetry of the coating, the rotationally symmetrical optical coating with radially symmetrical optical properties being present in the useful area and the central area having no coating or a coating with non-radially symmetrical optical properties . In the central area, e.g. there is a central opening in the substrate surface or a hole. The diameter of the central area is usually small compared to the outer diameter of the useful area.
FigurenlisteFigure list
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt schematisch Komponenten einer Ausführungsform einer Beschichtungsanlage zum Beschichten von konkaven Substraten für optische Komponenten; -
2 zeigt eine vor einem Substrat angeordnete Abschattungsblende aus Richtung der Substratträgerdrehachse; -
3A ,3B ,3C zeigen beispielhaft einige mögliche Ausgestaltungen von Abschattungsblenden zusammen mit den dadurch erzielbaren radialen Schichtdickenverläufen; -
4 zeigt schematisch Komponenten einer Ausführungsform einer Beschichtungsanlage, eingerichtet zur Beschichtung konvexer Substratoberflächen; -
5 zeigt schematisch Komponenten einer Ausführungsform einer Beschichtungsanlage mit exzentrischer Materialquelle; -
6 zeigt eine Grafik zur Erläuterung einiger Parameter; und -
7A ,7B illustrieren geometrische Zusammenhänge zur Bestimmung der Referenzrichtung und des Kippwinkels.
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1 shows schematically components of an embodiment of a coating system for coating concave substrates for optical components; -
2nd shows a shading screen arranged in front of a substrate from the direction of the substrate carrier axis of rotation; -
3A ,3B ,3C show an example of some possible designs of shading panels together with the radial layer thickness curves that can be achieved thereby; -
4th shows schematically components of an embodiment of a coating system, set up for coating convex substrate surfaces; -
5 shows schematically components of an embodiment of a coating system with an eccentric material source; -
6 shows a graphic to explain some parameters; and -
7A ,7B illustrate geometric relationships for determining the reference direction and the tilt angle.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In
Mit Abstand oberhalb der Materialquelle
Jeder der Substratträger ist mithilfe eines nur schematisch dargestellten Antriebssystems
Das Substrat
In dem Nutzbereich soll eine rotationssymmetrische optische Beschichtung mit radialsymmetrischen optischen Eigenschaften aufgebracht werden. Das Substrat ist so angebracht, dass der Materialquelle zugewandte Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche
Für jedes Substrat bzw. jeden Substrathalter ist eine einzige, dem Substratträger zugeordnete Abschattungsblende
Die Substratträgerdrehachse
In
Durch die Kombination dieser Maßnahmen wird die Kontrolle bzw. Vorgabe der Schichtdicke bzw. des radialen Schichtdickenverlaufs sowie der Auftreffwinkel mit einer einzigen Abschattungsblende
Anhand der
Die Abschattungsblende in
Wird beispielsweise eine parabolisch zunehmende Schichtdicke zwischen Substratmitte und dem Rand des Substrats benötigt, so kann dies durch eine Anpassung der radialen Kontur des Blendenausschnitts der Abschattungsblende erreicht werden.
Wird eine abnehmende Schichtdicke zwischen Mitte und Rand des Substrats benötigt, so kann dies durch eine entsprechende Anpassung der radialen Kontur des Blendenausschnitts in der Abschattungsblende erreicht werden, beispielsweise durch Blendenränder der in
Es sind zahlreiche Varianten des Anlagenaufbaus und der Blendengeometrien möglich. In
Es kann technisch vorteilhaft sein, die Materialquelle dezentral in der Beschichtungsanlage zu positionieren.
Nachfolgend werden einige für das Verständnis des hier vorgestellten Konzepts wichtige Parameter erläutert.Some parameters that are important for understanding the concept presented here are explained below.
Der mittlere Auftreffwinkel
Bei Flächenquellen hängt der mittlere Auftreffwinkel nicht nur vom Kippwinkel, sondern auch von der Größe der Materialquelle, also der Fläche
Definition Kippwinkel im Falle einer homogenen FlächenquelleDefinition of the tilt angle in the case of a homogeneous surface source
Die nachfolgend aufgeführten Größen sind den
Die Fläche
|
Der aus der Beschreibung des Strahlungsaustauschs bekannte Sichtfaktor (view factor) F1→2 zwischen den Flächen
Definition des mittleren Auftreffwinkels θ2 im Falle einer homogenen FlächenquelleDefinition of the average impact angle θ 2 in the case of a homogeneous surface source
Analog zur Definition des Austauschschwerpunkts kann ein mittlerer Auftreffwinkel definiert werden:
Definition Kippwinkel und mittlerer Auftreffwinkel im Fall einer PunktquelleDefinition of tilt angle and mean angle of impact in the case of a point source
Das Konzept einer Punktquelle ist eine Idealisierung, die real nicht umsetzbar ist. Daher ist es sinnvoll, die Punktquelle als Flächenquelle mit entsprechend kleiner emittierenden Fläche
Definition des Kippwinkels im Falle einer homogenen Flächenquelle mit beliebiger Quellcharakteristik und beliebiger KondensationscharakteristikDefinition of the tilt angle in the case of a homogeneous surface source with any source characteristic and any condensation characteristic
In technisch wichtigen Anwendungen, wie beispielsweise einem Elektronenstrahlverdampfer, kann sich die Abstrahlcharakteristik der Quelle vom Verhalten, das durch (2) beschrieben wird, unterscheiden. Diese Abweichung der Quellencharakteristik kann durch eine auf eins normierte, dimensionslose Verteilungsfunktion
Analog ändern sich die Definitionen des Austauschschwerpunkts (
Es ist erkennbar, dass der Austauschschwerpunkt nicht identisch ist mit der Richtung, die einem minimalen mittleren Auftreffwinkel entspricht. Mathematisch sind sowohl der Austauchschwerpunkt als auch der mittlere Auftreffwinkel Erwartungswerte bezüglich einer Verteilungsfunktion aus Gl. (2). Der minimale mittlere Auftreffwinkel stellt sich ein, wenn die Variation des Kippwinkels zur Erreichung eines Minimums im mittleren Auftreffwinkel führt.It can be seen that the exchange center of gravity is not identical to the direction which corresponds to a minimum mean angle of incidence. Mathematically, both the center of exchange and the mean angle of impact are expected values with regard to a distribution function from Eq. (2). The minimum average impact angle is established when the variation of the tilt angle leads to a minimum in the average impact angle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 10237430 A1 [0006, 0014]DE 10237430 A1 [0006, 0014]
- US 6863398 [0006, 0014]US 6863398 [0006, 0014]
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