DE102018219881A1 - Process and coating system for the production of coated optical components - Google Patents

Process and coating system for the production of coated optical components Download PDF

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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 DE 102 37 430 A1 (entsprechend US 6 863 398 ) beschreibt eine Beschichtungsanlage zum Beschichten von Substraten für optische Komponenten, insbesondere zum Beschichten von Substraten mit gekrümmten Substratoberflächen, sowie ein entsprechendes Beschichtungsverfahren. Die Beschichtungsanlage weist ein Planetensystem zur Bewegung der Substrate während der Beschichtung auf. Das Planetensystem hat einen um eine Hauptrotationsachse drehbaren Hauptträger und eine Vielzahl von Substratträgern, die relativ zum Hauptträger um Substratträgerachsen drehbar und jeweils zum Tragen eines Substrates vorgesehen sind. Die Substratträger sind derart relativ zu einer Materialquelle angeordnet, dass die der Materialquelle zugewandten Bereiche der Substratoberflächen von der Materialquelle mit Beschichtungsmaterial unter einem Auftreffwinkel beschichtet werden können. Die Beschichtungsanlage hat eine erste Steuereinrichtung zur Steuerung eines radialen Schichtdickenverlaufes der Beschichtung derart, dass die auf die Substratoberfläche auftreffende Beschichtungsmenge in Abhängigkeit vom radialen Abstand von Beschichtungsorten von der Substratdrehachse einstellbar ist. Die erste Steuereinrichtung hat eine oder mehrere zwischen der Materialquelle und dem Substrat angeordnete stationäre erste Blenden zur zeitweisen Abschattung der Beschichtungsoberfläche gegen die Materialquelle während der Bewegung des Substrats. Weiterhin ist eine zweite Steuereinrichtung zur Steuerung des Auftreffwinkels des Beschichtungsmaterials in der Weise vorgesehen, dass der Auftreffwinkel während des Beschichtungsprozesses an keinem Beschichtungsort der Beschichtungsoberfläche größer ist als ein vorgegebener Auftreffwinkelgrenzwert. Die zweite Steuereinrichtung hat für jeden Substratträger eine mit dem Substratträger um die Hauptrotationsachse drehbare, zwischen Materialquelle und Substrat angeordnete zweite Blende. Über die zweite Blende können die Auftreffwinkel auf akzeptabel niedrige Werte begrenzt werden. Durch die Kombination der beiden Blendentypen (erste Blende und zweite Blende) sind sowohl der Schichtdickenverlauf als auch die Auftreffwinkel relativ genau vorgebbar, so dass Beschichtungen mit präzise vorgebbarer Wirkung und hoher Qualität hergestellt werden können.Coating processes and coating systems have already been described, which were developed with this problem in mind. The DE 102 37 430 A1 (corresponding US 6,863,398 ) describes a coating system for coating substrates for optical components, in particular for coating substrates with curved substrate surfaces, and a corresponding coating method. The coating system has a planetary system for moving the substrates during the coating. The planetary system has a main carrier rotatable about a main axis of rotation and a plurality of substrate carriers which are rotatable relative to the main carrier about substrate carrier axes and are each provided for carrying a substrate. The substrate carriers are arranged relative to a material source such that the areas of the substrate surfaces facing the material source can be coated by the material source with coating material at an angle of incidence. The coating system has a first control device for controlling a radial course of the layer thickness of the coating such that the amount of coating impinging on the substrate surface can be set as a function of the radial distance from coating locations from the substrate axis of rotation. The first control device has one or more stationary first screens arranged between the material source and the substrate for temporarily shading the coating surface against the material source during the movement of the substrate. Furthermore, a second control device for controlling the angle of impact of the coating material is provided in such a way that the angle of impact during the coating process is not greater than a predetermined limit of impact angle at any coating location on the coating surface. For each substrate carrier, the second control device has a second diaphragm which is rotatable with the substrate carrier about the main axis of rotation and is arranged between the material source and the substrate. The angle of incidence can be limited to acceptably low values via the second aperture. The combination of the two types of diaphragm (first diaphragm and second diaphragm) makes it possible to specify the course of the layer thickness and the angle of incidence relatively precisely, so that coatings can be produced with a precisely specifiable effect and high quality.

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 claim 1 and a coating system with the features of claim 9. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.

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 DE 102 37 430 A1 (entsprechend US 6,863,398 ) beschriebene Vorgehensweise prinzipiell geeignet, optische Beschichtungen mit hoher Qualität und relativ genau vorgebbarer optischer Wirkung zu erzeugen, insbesondere auch an stark gekrümmten optischen Flächen.According to the knowledge of the inventors, the is in the DE 102 37 430 A1 (corresponding US 6,863,398 ) The procedure described is suitable in principle for producing optical coatings with high quality and a relatively precisely specifiable optical effect, in particular also on strongly curved optical surfaces.

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 d θ ¯ 2 ( κ ) d κ = 0

Figure DE102018219881A1_0001
wenigstens näherungsweise erfüllt ist. Das bedeutet anschaulich, dass ein Kippwinkel dann günstig eingestellt bzw. gewählt ist, wenn sich leichte Änderungen des Kippwinkels nicht oder nur sehr geringfügig auf die Größe des mittleren Auftreffwinkels auswirken.The material distribution on the substrate surface to be coated can be favorably influenced by a specific setting of the tilt angle. The tilt angle κ is preferably set such that the condition d θ ¯ 2nd ( κ ) d κ = 0
Figure DE102018219881A1_0001
is at least approximately fulfilled. This clearly means that a tilt angle is set or selected favorably if slight changes in the tilt angle have no or only a very minor effect on the size of the mean angle of incidence.

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 θ2 . Bei technisch wichtigen Aufdampfmaterialien, wie beispielsweise Magnesiumfluorid, beeinflusst nicht nur der mittlere Auftreffwinkel die Materialeigenschaften. Zusätzlich können auch sehr große Auftreffwinkel die Materialeigenschaften negativ beeinflussen, die innerhalb eines Beschichtungszyklus nur mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftreten. Diese Breite der Verteilung lässt sich durch die azimutale Ausdehnung der Blendenöffnung bzw. des Blendenausschnitts beeinflussen. Eine azimutale Ausdehnung (Breite) von 90° bedeutet bei typischen Anlagen-Geometrien nahezu eine Halbierung des maximalen Auftreffwinkels gegenüber einer azimutalen Ausdehnung der Blendenöffnung von 180°.Another important variable is the width of the distribution of the impact angle θ 2 . In the case of technically important vapor deposition materials, such as magnesium fluoride, it is not only the mean impact angle that influences the material properties. In addition, very large angles of impact can have a negative impact on the material properties, which are less likely to occur within a coating cycle. This width of the distribution can be influenced by the azimuthal extension of the aperture or aperture. An azimuthal extension (width) of 90 ° in typical system geometries means that the maximum angle of incidence is halved compared to an azimuthal extension of the aperture of 180 °.

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.

  • 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.
Further advantages and aspects of the invention result from the claims and from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures.
  • 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 1 sind schematisch Komponenten einer Ausführungsform einer Beschichtungsanlage 100 zum Beschichten von Substraten für optische Komponenten gezeigt. Bei der Beschichtungsanlage handelt es sich um eine Bedampfungsanlage, mit der unter anderem optische Komponenten für mikrolithografische Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere auch Linsen und/oder Spiegel mit stark gekrümmten Oberflächen, im Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren oder mit anderen PVD-Verfahren einschließlich Sputtern beschichtet werden können. Die Beschichtungsanlage hat einen Rezipienten mit einem Gehäuse 102, das eine evakuierbare Beschichtungskammer 105 umschließt. Im unteren Bereich befindet sich eine Quelleneinrichtung zum Aufnehmen von Beschichtungsmaterial, welches eine Materialquelle 110 bildet, die in einer Quellenposition angeordnet ist. Die Ausdehnung der Materialquelle ist im Vergleich zu den Dimensionen der Anlage relativ klein. Im schematisch dargestellten Fall ist die Materialquelle 110 eine Quasi-Punktquelle an der Quellenposition 112. Die Quellenposition liegt auf einer vertikalen Symmetrieachse 115 der Beschichtungsanlage. Das Beschichtungsmaterial wird während der Beschichtung im Wesentlichen symmetrisch zu dieser Symmetrieachse von der Materialquelle nach oben in Richtung der dargestellten Pfeile abgegeben.In 1 are schematic components of an embodiment of a coating system 100 shown for coating substrates for optical components. The coating system is an evaporation system with which, among other things, optical components for microlithographic projection exposure systems, in particular also lenses and / or mirrors with strongly curved surfaces, can be coated using the electron beam evaporation process or with other PVD processes, including sputtering. The coating system has a recipient with a housing 102 which is an evacuable coating chamber 105 encloses. In the lower area there is a source device for receiving coating material, which is a material source 110 forms, which is arranged in a source position. The expansion of the material source is relatively small compared to the dimensions of the plant. In the case shown schematically is the material source 110 a quasi-point source at the source position 112 . The source position lies on a vertical axis of symmetry 115 the coating system. The coating material is released essentially symmetrically to this axis of symmetry from the material source upward in the direction of the arrows shown during the coating.

Mit Abstand oberhalb der Materialquelle 110 ist ein im Beispielsfall plattenförmiger Hauptträger 120 mit horizontaler Ausrichtung ortsfest im Gehäuse 102 montiert. Der Hauptträger 120 trägt im Beispielsfall mehrere Substratträger 130-1, 130-2, die zum Tragen jeweils eines zu beschichtenden Substrats 140 ausgebildet sind. Im Beispielsfall ist eine in Bezug auf die Symmetrieachse 115 symmetrische Anordnung von Substratträgern gegeben, wobei in der schematischen Schnittdarstellung ein Paar diametral zur Symmetrieachse gegenüberliegender Substratträger 130-1, 130-2 gezeigt ist. Es können mehr als zwei symmetrisch zur Symmetrieachse 115 angeordnete Substratträger vorgesehen sein, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs.At a distance above the material source 110 is a plate-shaped main beam in the example 120 with horizontal alignment in the housing 102 assembled. The main carrier 120 carries several substrate carriers in the example 130-1 , 130-2 that are used to carry a substrate to be coated 140 are trained. In the example, there is one in relation to the axis of symmetry 115 Given symmetrical arrangement of substrate carriers, in the schematic sectional view a pair of diametrically opposed to the axis of symmetry substrate carrier 130-1 , 130-2 is shown. There can be more than two symmetrical to the axis of symmetry 115 arranged substrate carriers can be provided, for example three, four, five or six.

Jeder der Substratträger ist mithilfe eines nur schematisch dargestellten Antriebssystems 160 relativ zum Hauptträger 120 um eine Substratträgerdrehachse 132 drehbar. Das Antriebssystem umfasst für jeden Substratträger eine in dem Hauptträger 120 drehbar gelagerte Antriebswelle 162, die antriebsseitig über ein Zahnrad gedreht wird und abtriebsseitig an eine Umlenkeinrichtung 164 angekoppelt ist, die abtriebsseitig eine mit dem Substratträger fest verbundene Abtriebswelle 165 um die Substratträgerachse 132 dreht. Mithilfe der einstellbaren Umlenkeinrichtung lassen sich unterschiedliche Winkel zwischen der Ausrichtung der Antriebswelle 162 und der Abtriebswelle 165 einstellen.Each of the substrate carriers is by means of a drive system that is only shown schematically 160 relative to the main beam 120 about a substrate carrier axis of rotation 132 rotatable. The drive system includes one in the main carrier for each substrate carrier 120 rotatably mounted drive shaft 162 , which is rotated on the drive side via a gear wheel and on the output side to a deflection device 164 is coupled, the output side an output shaft firmly connected to the substrate carrier 165 about the substrate support axis 132 turns. With the help of the adjustable deflection device, different angles can be set between the alignment of the drive shaft 162 and the output shaft 165 to adjust.

Das Substrat 140 ist am Substratträger 130 mithilfe nicht gezeigter Befestigungsmittel so befestigt, dass das gewünschte Symmetriezentrum der zu erzeugenden Beschichtung auf der Substratträgerachse 132 liegt. Im Beispielfall handelt es sich um ein Substrat für einen Konkavspiegel, der im Bereich seines Symmetriezentrums eine Durchbrechung bzw. ein Loch 145 aufweist. Dadurch ergibt sich an dieser optischen Komponente ein ringförmiger optischer Nutzbereich, der einen das Symmetriezentrum enthaltenden kreisförmigen Zentralbereich umschließt, in dem keine Beschichtung aufgebracht werden muss bzw. werden kann. Das rotationssymmetrische Substrat 140 ist also durch einen nicht verwendeten Teil im Zentrum des optisch genutzten Bereichs charakterisiert. Dieser Bereich kann, wie im Beispiel dargestellt, eine Öffnung bzw. ein Durchbruch im Substrat sein. Es ist jedoch auch möglich, dass dieser Bereich im bestimmungsgemäßen Gebrauch der optischen Komponente durch den Strahlengang des optischen Systems, für das die optische Komponente vorgesehen ist, nicht verwendet wird, wie beispielsweise bei einem katadioptrischen Projektionsobjektiv mit zentraler Obskuration der Pupille.The substrate 140 is on the substrate carrier 130 fastened with the aid of fasteners (not shown) so that the desired center of symmetry of the coating to be produced is on the substrate carrier axis 132 lies. In the example, it is a substrate for a concave mirror that has an opening or a hole in the region of its center of symmetry 145 having. This results in a ring-shaped optical useful area on this optical component, which surrounds a circular central area containing the center of symmetry, in which no coating has to or cannot be applied. The rotationally symmetrical substrate 140 is therefore characterized by an unused part in the center of the optically used area. As shown in the example, this area can be an opening or an opening in the substrate. However, it is also possible that this area is not used in the intended use of the optical component by the beam path of the optical system for which the optical component is intended, as is the case, for example, with a catadioptric projection objective with central obscuration of the pupil.

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 142 durch von der Materialquelle 110 ausgehendes Beschichtungsmaterial beschichtet werden können. Das Beschichtungsmaterial trifft dabei unter örtlich variierenden Auftreffwinkeln auf die Substratoberfläche auf. Der Auftreffwinkel Θ2 des von der Materialquelle kommenden Beschichtungsmaterials an einem Auftreffpunkt P ist dabei definiert als Winkel zwischen der Oberflächennormalen N am Auftreffpunkt P und der Richtung B des Materialstrahls, der am Ort P auftrifft (siehe Detail in 1) Es ist in 1 unmittelbar erkennbar, dass die Auftreffwinkel aufgrund der Anlagengeometrie und der Geometrie der zu beschichtenden Substratoberflächen örtlich variieren.A rotationally symmetrical optical coating with radially symmetrical optical properties is to be applied in the useful area. The substrate is attached such that areas of the substrate surface to be coated face the material source 142 through from the material source 110 outgoing coating material can be coated. The coating material strikes the substrate surface at locally varying angles of incidence. The angle of incidence Θ 2 of the coating material coming from the material source at a point of impact P is defined as the angle between the Surface normals N at the point of impact P and the direction B of the jet of material that is in place P hits (see detail in 1 ) It is in 1 immediately recognizable that the angles of incidence vary locally due to the geometry of the system and the geometry of the substrate surfaces to be coated.

Für jedes Substrat bzw. jeden Substrathalter ist eine einzige, dem Substratträger zugeordnete Abschattungsblende 150 vorgesehen, die im Beispielsfall ortsfest an dem Hauptträger 120 montiert ist.For each substrate or each substrate holder there is a single shading screen assigned to the substrate carrier 150 provided that in the example case stationary on the main carrier 120 is mounted.

Die Substratträgerdrehachse 132 ist nicht parallel oder senkrecht zur Symmetrieachse 115 ausgerichtet, sondern schräg gestellt. Das Ausmaß der Schrägstellung kann spezifisch für die Art des Substrats bzw. für die Krümmung der zu beschichtenden Substratoberfläche optimiert und an der Umlenkeinrichtung 164 eingestellt werden. Dazu wird eine Referenzrichtung 138 bestimmt. Diese entspricht bei der unten noch näher erläuterten Vorgehensweise dem Ortsvektor des sogenannten Austauschschwerpunkts der emittierenden Fläche der Materialquelle 110 und der vom Beschichtungsmaterial getroffenen Fläche auf der Substratoberfläche 142 (vgl. 6 und 7). Die zu einem gegebenen Zeitpunkt vom Beschichtungsmaterial getroffene Fläche entspricht derjenigen Fläche, die in dem Zeitpunkt nicht von der Abschattungsblende 150 abgeschattet wird. Die Substratträgerdrehachse 132 wird nicht parallel zu dieser Referenzrichtung 138 ausgerichtet, sondern schräg dazu, so dass die Substratträgerdrehachse gegenüber der Referenzrichtung in einem Kippwinkel κ schräg angestellt ist.The substrate carrier axis of rotation 132 is not parallel or perpendicular to the axis of symmetry 115 aligned, but tilted. The extent of the inclination can be optimized specifically for the type of substrate or for the curvature of the substrate surface to be coated and at the deflection device 164 can be set. This becomes a reference direction 138 certainly. In the procedure explained in more detail below, this corresponds to the location vector of the so-called exchange center of gravity of the emitting surface of the material source 110 and the area hit by the coating material on the substrate surface 142 (see. 6 and 7 ). The area hit by the coating material at a given time corresponds to the area that was not hit by the shading panel at the time 150 is shadowed. The substrate carrier axis of rotation 132 will not be parallel to this reference direction 138 aligned, but obliquely, so that the substrate support axis of rotation is inclined at a tilt angle κ with respect to the reference direction.

In 2 ist eine vor einem Substrat angeordnete Abschattungsblende aus Richtung der Substratträgerdrehachse gezeigt. Zur Festlegung desjenigen Bereichs, der zu einem gegebenen Zeitpunkt vom Beschichtungsmaterial getroffen werden kann, ist die Abschattungsblende 150 so gestaltet, dass sie einen von Blendenrändern 155-1, 155-2 in Umfangsrichtung begrenzten Blendenausschnitt 158 aufweist, der sich von einem inneren Scheitelpunkt 152 in Radialrichtung erweitert und nach außen erstreckt. Die Abschattungsblende ist in Bezug auf die Substratträgerdrehachse 132 ortsfest und derart angeordnet, dass der Scheitelpunkt 152 auf oder nahe der Substratträgerdrehachse 132 liegt und der Blendenausschnitt 158 einen Bereich minimaler Auftreffwinkel des Beschichtungsmaterials auf der Substratoberfläche einschließt.In 2nd a shading screen arranged in front of a substrate is shown from the direction of the substrate carrier axis of rotation. The shading screen is used to determine the area that can be hit by the coating material at a given point in time 150 designed to be one of bezel edges 155-1 , 155-2 circumferential aperture cutout 158 having an inner vertex 152 expanded in the radial direction and extends outwards. The shade is in relation to the substrate carrier axis of rotation 132 stationary and arranged such that the apex 152 on or near the substrate support axis of rotation 132 lies and the aperture cutout 158 includes a range of minimum angles of incidence of the coating material on the substrate surface.

Durch die Kombination dieser Maßnahmen wird die Kontrolle bzw. Vorgabe der Schichtdicke bzw. des radialen Schichtdickenverlaufs sowie der Auftreffwinkel mit einer einzigen Abschattungsblende 150 pro Substrat erzielt. Durch den Verzicht auf die bei manchen herkömmlichen Systemen vorgesehene Planetenbewegung und eine Anordnung mit gekippter Drehachse des Substrats kann zudem ein höherer Anteil des Beschichtungsmaterials, der von der Materialquelle 110 ausgeht, auf das Substrat treffen, so dass hohe Beschichtungsraten erzielt werden können. Auf weitere Blenden zur Begrenzung der Auftreffwinkel kann verzichtet werden.The combination of these measures makes it possible to control or specify the layer thickness or the radial course of the layer thickness and the angle of incidence with a single shading screen 150 achieved per substrate. By dispensing with the planetary movement provided in some conventional systems and an arrangement with a tilted axis of rotation of the substrate, a higher proportion of the coating material can also come from the material source 110 goes out, hit the substrate so that high coating rates can be achieved. There is no need for additional screens to limit the angle of incidence.

Anhand der 3A, 3B und 3C werden beispielhaft einige mögliche Ausgestaltungen von Abschattungsblenden zusammen mit den dadurch erzielbaren radialen Schichtdickenverläufen dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils links eine Abschattungsblenden-Geometrie und rechts daneben ein Diagramm der (normierten) Schichtdicke SD zwischen Zentrum Z und Rand D der Substratoberfläche.Based on 3A , 3B and 3C Some possible designs of shading shutters are shown by way of example together with the radial layer thickness profiles that can be achieved thereby. The figures each show a shading aperture geometry on the left and a diagram of the (normalized) layer thickness on the right SD between center Z and edge D the substrate surface.

Die Abschattungsblende in 3A hat einen Blendenausschnitt in Form eines V-förmigen Kreissektors, so dass zu jedem Zeitpunkt ein entsprechender sektorartiger Ausschnitt der Substratoberfläche für die Beschichtung freiliegt. Die Blendenränder 155-1, 155-2 verlaufen geradlinig entlang entsprechender Radialrichtungen. Dadurch ergibt sich für den Blendenausschnitt ein bestimmter Zusammenhang zwischen dem radialen Abstand zur Substratdrehachse und der azimutalen Breite bzw. der Winkelbreite in Umfangsrichtung des Blendenausschnitts. Bei den geradlinig in Radialrichtung verlaufenden Blendenrändern aus 3A ist die azimutale Breite B unabhängig vom radialen Abstand konstant. Dadurch ist ein nahezu konstanter Verlauf der Schichtdicke in radialer Richtung erzielbar (siehe Diagramm rechts). Etwas größere Abweichungen im Prozentbereich kann es in der Nähe der Mitte des Substrats und am Rande des Substrats geben. Diese können durch entsprechende Abweichungen vom geradlinigen Verlauf der Blendenränder bei Bedarf noch ausgeglichen werden.The shading cover in 3A has a panel cutout in the form of a V-shaped circular sector, so that a corresponding sector-like cutout of the substrate surface is exposed for the coating at any time. The bezel edges 155-1 , 155-2 run straight along corresponding radial directions. This results in a specific relationship between the radial distance from the substrate axis of rotation and the azimuthal width or the angular width in the circumferential direction of the aperture section for the aperture section. With the diaphragm edges running straight in the radial direction 3A is the azimuthal latitude B constant regardless of the radial distance. This enables an almost constant course of the layer thickness in the radial direction to be achieved (see diagram on the right). There may be slightly larger deviations in the percentage range near the center of the substrate and at the edge of the substrate. These can be compensated for by appropriate deviations from the straight course of the diaphragm edges.

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. 3B zeigt beispielhaft eine Abschattungsblende, bei der die Blendenränder konvex aufeinander zu gekrümmt sind, so dass die Winkelbreite (azimutale Breite) in Umfangsrichtung des Blendenausschnitts von der Mitte zum Rand zunächst langsam und dann überproportional stärker zunimmt. Es ist unmittelbar verständlich, dass durch entsprechende Gestaltung der Blendenränder auch eine Korrektur von verbleibenden Abweichungen von Schichtdickengleichverteilungen in der Nähe der Mitte und am Rand des Substrats möglich ist. Im Scheitelbereich ist der Blendenausschnitt nicht zwickelförmig zugespitzt, so dass sich (wie in 3A) ein punktförmiger Scheitelbereich (Scheitelpunkt) ergibt, sondern etwas verbreitert. Der maximale Durchmesser des Scheitelbereichs ist vorzugsweise kleiner oder gleich dem Durchmesser desjenigen Zentralbereichs des Substrats, in dem keine rotationssymmetrische Beschichtung benötigt wird. Dieser Bereich ist hier durch die kreisförmige Durchbrechung 145 im Substrat gegeben.If, for example, a parabolically increasing layer thickness is required between the center of the substrate and the edge of the substrate, this can be achieved by adapting the radial contour of the aperture section of the shading aperture. 3B shows an example of a shading diaphragm, in which the diaphragm edges are convexly curved towards one another, so that the angular width (azimuthal width) in the circumferential direction of the diaphragm cut-out initially increases slowly and then disproportionately more strongly. It is immediately understandable that by appropriately designing the edges of the diaphragm, a correction of remaining deviations from uniform layer thickness distributions in the vicinity of the center and on Edge of the substrate is possible. In the apex area, the aperture cutout is not tapered, so that (as in 3A) a point-like vertex region (vertex) results, but somewhat broadened. The maximum diameter of the apex region is preferably less than or equal to the diameter of that central region of the substrate in which no rotationally symmetrical coating is required. This area is here due to the circular opening 145 given in the substrate.

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 3C gezeigten Art, die konkav voneinander weg gekrümmt sind. Die in Azimutalrichtung gemessene Breite des Blendenausschnitts nimmt von der Mitte (Substratdrehachse) in Richtung des Rands sukzessive ab.If a decreasing layer thickness between the center and the edge of the substrate is required, this can be achieved by correspondingly adapting the radial contour of the aperture cutout in the shading aperture, for example by means of aperture edges in FIG 3C shown type, which are concavely curved away from each other. The width of the aperture section measured in the azimuthal direction gradually decreases from the center (substrate axis of rotation) in the direction of the edge.

Es sind zahlreiche Varianten des Anlagenaufbaus und der Blendengeometrien möglich. In 1 ist beispielsweise eine Konfiguration zur Beschichtung konkaver Substrate dargestellt. Analog lässt sich die Geometrie auch für die Beschichtung konvexer Substrate anpassen. In 4 ist ein Beispiel eine Beschichtungsanlage 400 dargestellt. Darin sind Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Funktion oder gleichem oder ähnlichem Aufbau wie in 1 mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt. Die Kippung der Substrate ist nach außen gerichtet.Numerous variants of the system structure and the panel geometries are possible. In 1 for example, a configuration for coating concave substrates is shown. Similarly, the geometry can also be adapted for the coating of convex substrates. In 4th is an example of a coating system 400 shown. It contains components with the same or a similar function or the same or a similar structure as in 1 shown with the same reference numerals. The tilting of the substrates is directed outwards.

Es kann technisch vorteilhaft sein, die Materialquelle dezentral in der Beschichtungsanlage zu positionieren. 5 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel einer Beschichtungsanlage 500, die als Abwandlung von 1 angesehen werden kann. Gleiche oder entsprechende Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Die Materialquelle 110 liegt nicht auf der Symmetrieachse 115, sondern seitlich versetzt dazu mit Abstand zu dieser. Eine Beschichtung mehrerer Substrate mit identischen Beschichtungsbedingungen ist dann nicht mehr möglich, solange die Substrate sich nur um ihre eigene Symmetrieachse (Substratdrehachse) drehen. Eine kontinuierliche Rotation des Substrats auf einem Teilkreis, der über der Materialquelle liegt (wie bei herkömmlichen Planetensystemen) wird aufgrund der dadurch erzielbaren zu geringen Beschichtungsrate als nachteilig angesehen. 5 veranschaulicht eine vorteilhafte Lösung, bei der die Substratträger von einem Hauptträger 120 getragen werden, der drehbar gelagert ist, wobei die Drehung um die Symmetrieachse 115 erfolgen kann. Der drehbare Hauptträger wird jedoch nicht kontinuierlich gedreht. Vielmehr dient die Drehbarkeit nur dem Wechsel von einem Substrat zum nächsten zu beschichtenden Substrat zwischen zwei Beschichtungsvorgängen. Mithilfe des drehbaren Hauptträgers 120 können somit Substrate nacheinander in eine Beschichtungsposition oberhalb der Materialquelle 110 verbracht werden, wobei sie dort während der Beschichtung ortsfest bleiben. Beim Beispiel von 5 ist der Antrieb der Substratdrehung um die jeweilige Symmetrieachse (Substratdrehachse) über Zahnräder 166, 168 unabhängig von der Drehung des Hauptträgers 120. Dazu ist das Zahnrad 166 nicht ortsfest in der Beschichtungskammer angeordnet, sondern kann unabhängig vom Hauptträger angetrieben werden. Wenn eine einfache Abschattungsblende 150 immer nur die Beschichtung des einen direkt über der Materialquelle befindlichen Substrats zulässt, können die Substrate nacheinander mit hoher Beschichtungsrate beschichtet werden.It can be technically advantageous to position the material source decentrally in the coating system. 5 shows an embodiment of a coating system 500 that as a modification of 1 can be viewed. Identical or corresponding features have the same reference symbols as in 1 . The material source 110 does not lie on the axis of symmetry 115 , but laterally offset to this. A coating of several substrates with identical coating conditions is then no longer possible as long as the substrates only rotate about their own axis of symmetry (substrate axis of rotation). A continuous rotation of the substrate on a pitch circle, which lies above the material source (as in conventional planetary systems) is considered disadvantageous because of the coating rate that can be achieved as a result. 5 illustrates an advantageous solution in which the substrate carrier from a main carrier 120 are carried, which is rotatably supported, the rotation about the axis of symmetry 115 can be done. However, the rotatable main beam is not rotated continuously. Rather, the rotatability serves only to switch from one substrate to the next substrate to be coated between two coating processes. With the help of the rotatable main beam 120 can thus substrates in succession in a coating position above the material source 110 are spent, where they remain stationary during the coating. In the example of 5 is the drive of the substrate rotation around the respective axis of symmetry (substrate rotation axis) via gear wheels 166 , 168 regardless of the rotation of the main beam 120 . This is the gear 166 not fixed in the coating chamber, but can be driven independently of the main carrier. If a simple shade 150 Always only the coating of the one substrate directly above the material source permits, the substrates can be coated in succession at a high coating rate.

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 θ 2 (siehe Definition in Gl. 5) beeinflusst die Eigenschaften des auf die Optik bzw. auf die Substratoberfläche 142 aufgebrachten Materials der Beschichtung. Hohe mittlere Auftreffwinkel führen bei den meisten Materialien zu einem Schichtwachstum mit geringer Dichte des Materials bis hin zu geringer mechanischer Stabilität. Durch die Änderung des Kippwinkels (siehe Definition in Gl. 4) kann der mittlere Auftreffwinkel verändert werden. Durch die Wahl eine Kippwinkels mit d θ ¯ 2 ( κ ) d κ = 0

Figure DE102018219881A1_0002
wird der mittlere Auftreffwinkel vorteilhaft festgelegt.The average impact angle θ 2nd (see definition in Eq. 5) influences the properties of the optics and the substrate surface 142 applied material of the coating. For most materials, high mean angles of incidence lead to layer growth with a low density of the material up to low mechanical stability. By changing the tilt angle (see definition in Eq. 4) the average impact angle can be changed. By choosing a tilt angle with d θ ¯ 2nd ( κ ) d κ = 0
Figure DE102018219881A1_0002
the mean angle of incidence is advantageously determined.

Bei Flächenquellen hängt der mittlere Auftreffwinkel nicht nur vom Kippwinkel, sondern auch von der Größe der Materialquelle, also der Fläche A1 , und dem mittleren Abstand |rH | der Quelle von der Optik ab. Durch die Wahl von d θ ¯ 2 ( | r H | ) d | r H | = 0

Figure DE102018219881A1_0003
bei gegebener Fläche der Materialquellen wird der mittlere Auftreffwinkel ebenfalls vorteilhaft festgelegt. Die Bedingungen (1) und (1.1) können vorteilhaft auch kombiniert angewendet werden.For surface sources, the mean angle of incidence depends not only on the tilt angle, but also on the size of the material source, i.e. the surface A 1 , and the mean distance | r H | the source from the optics. By choosing d θ ¯ 2nd ( | r H | ) d | r H | = 0
Figure DE102018219881A1_0003
given the area of the material sources, the mean angle of incidence is also advantageously determined. Conditions (1) and (1.1) can advantageously also be used in combination.

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 6 und 7A, 7B grafisch dargestellt.The sizes listed below are the 6 and 7A , 7B represented graphically.

Die Fläche A2 (vgl. 6) ist der Teilbereich der optisch genutzten Fläche der Optik bzw. des Substrats, der nicht von der Abschattungsblende 150 oder der Halterung abgedeckt wird.The area A 2 (see. 6 ) is the section of the optically used surface of the optics or the substrate that is not covered by the shading panel 150 or the bracket is covered.

|r(dA1,dA2)| ist die Länge der Verbindungslinie zwischen dem Flächenelement dA1 in der Materialquelle 110 mit emittierender Fläche A1 und Flächenelement dA2 in der Fläche A2 , also der vom Beschichtungsmaterial getroffenen Fläche auf der Substratoberfläche der Optik.| r (dA 1 , dA 2 ) | is the length of the connecting line between the surface element dA 1 in the material source 110 with emitting area A 1 and surface element dA 2 in the area A 2 , i.e. the area hit by the coating material on the substrate surface of the optics.

n(dA1) und n(dA2) sind die Vektoren der Flächennormalen im Flächenelement dA1 und dA2 . n (dA 1 ) and n (dA 2 ) are the vectors of the surface normals in the surface element dA 1 and dA 2 .

Der aus der Beschreibung des Strahlungsaustauschs bekannte Sichtfaktor (view factor) F1→2 zwischen den Flächen A1 und A2 ist definiert als: F 1 2 = 1 A 1 A 1 A 2 cos θ 1 cos θ 2 π | r ( d A 1 , d A 2 ) | 2 d A 1 d A 2

Figure DE102018219881A1_0004
rH ist der Ortsvektor des Austauschschwerpunkts der emittierenden Fläche A1 .und der vom Beschichtungsmaterial getroffenen Fläche auf der Optik A2 .und beschrieben durch: r H = 1 F 1 2 A 1 A 2 cos θ 1 cos θ 2 π | r ( d A 1 , d A 2 ) | 2 r ( d A 1 , d A 2 ) d A 1 , d A 2
Figure DE102018219881A1_0005
rD ist der Richtungsvektor der Substratträgerdrehachse 132. Der Kippwinkel κ ist der Winkel zwischen rH und rD entsprechend Gl. 4: κ = cos 1 ( r H r D | r H | | r D | )
Figure DE102018219881A1_0006
The view factor F 1 → 2 between the surfaces known from the description of the radiation exchange A 1 and A 2 is defined as: F 1 2nd = 1 A 1 A 1 A 2nd cos θ 1 cos θ 2nd π | r ( d A 1 , d A 2nd ) | 2nd d A 1 d A 2nd
Figure DE102018219881A1_0004
r H is the location vector of the center of exchange of the emitting surface A 1 .and the area hit by the coating material on the optics A 2 and described by: r H = 1 F 1 2nd A 1 A 2nd cos θ 1 cos θ 2nd π | r ( d A 1 , d A 2nd ) | 2nd r ( d A 1 , d A 2nd ) d A 1 , d A 2nd
Figure DE102018219881A1_0005
r D is the direction vector of the substrate support axis of rotation 132 . The tilt angle κ is the angle between r H and r D according to Eq. 4: κ = cos - 1 ( r H r D | r H | | r D | )
Figure DE102018219881A1_0006

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: θ ¯ 2 = 1 F 1 2 A 1 A 2 cos θ 1 cos θ 2 π | r ( d A 1 , d A 2 ) | 2 θ 2 ( d A 1 , d A 2 ) d A 1 , d A 2

Figure DE102018219881A1_0007
Analogous to the definition of the exchange focus, an average impact angle can be defined: θ ¯ 2nd = 1 F 1 2nd A 1 A 2nd cos θ 1 cos θ 2nd π | r ( d A 1 , d A 2nd ) | 2nd θ 2nd ( d A 1 , d A 2nd ) d A 1 , d A 2nd
Figure DE102018219881A1_0007

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 A1 zu behandeln.The concept of a point source is an idealization that cannot really be implemented. Therefore, it makes sense to use the point source as an area source with a correspondingly smaller emitting area A 1 to treat.

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 P11) beschrieben werden. Ebenso kann sich die Kondensationscharakteristik, d.h. die Wahrscheinlichkeit, dass sich Beschichtungsmaterial auf der Substratoberfläche niederschlägt, vom Verhalten aus (2) unterscheiden. Diese Abweichung der Kondensationscharakteristik kann ebenfalls durch eine Verteilungsfunktion P22) beschrieben werden. Der Sichtfaktor wird dann abgeändert entsprechend (6). 1 F 1 2 = 1 A 1 A 1 A 2 P 1 ( θ 1 ) cos θ 1 P 2 ( θ 2 ) cos θ 2 π | r ( d A 1 , d A 2 ) | 2 r ( d A 1 , d A 2 ) d A 1 , d A 2

Figure DE102018219881A1_0008
In technically important applications, such as an electron beam evaporator, the radiation characteristics of the source can differ from the behavior described by (2). These Deviation of the source characteristic can be caused by a dimensionless distribution function standardized to one P 11 ) to be discribed. Likewise, the condensation characteristic, ie the probability that coating material is deposited on the substrate surface, can differ from the behavior from (2). This deviation in the condensation characteristic can also be caused by a distribution function P 22 ) to be discribed. The visual factor is then changed accordingly (6). 1 F 1 2nd = 1 A 1 A 1 A 2nd P 1 ( θ 1 ) cos θ 1 P 2nd ( θ 2nd ) cos θ 2nd π | r ( d A 1 , d A 2nd ) | 2nd r ( d A 1 , d A 2nd ) d A 1 , d A 2nd
Figure DE102018219881A1_0008

Analog ändern sich die Definitionen des Austauschschwerpunkts (3) und des mittleren Auftreffwinkels (5).Similarly, the definitions of the exchange focus ( 3rd ) and the average impact angle ( 5 ).

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]

Claims (18)

Verfahren zum Herstellen einer optischen Komponente, insbesondere einer Linse oder eines Spiegels, 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, worin zum Beschichten des Substrats folgende Schritte ausgeführt werden: 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 (Θ2) 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; 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.Method for producing an optical component, in particular a lens or a mirror, 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 following steps being carried out for coating the substrate: Placing 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) such 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 2 ); Arranging a shading diaphragm (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; 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 cutout (158) delimited by diaphragm edges (155-1, 155-2), which extends outwards from an inner apex region, and the shading diaphragm is arranged in such a way that it is stationary 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Substrat genau eine Abschattungsblende (150) verwendet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that exactly one shading screen (150) is used for a substrate. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Komponente beschichtet wird, bei der im bestimmungsgemäßen Gebrauch ein Zentralbereich um das Symmetriezentrum der rotationssymmetrischen Beschichtung optisch nicht genutzt wird.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that an optical component is coated, in which a central area around the center of symmetry of the rotationally symmetrical coating is not optically used in the intended use. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippwinkel (κ) derart eingestellt wird, dass die Bedingung d θ ¯ 2 ( κ ) d κ = 0
Figure DE102018219881A1_0009
näherungsweise erfüllt ist.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tilt angle (κ) is set such that the condition d θ ¯ 2nd ( κ ) d κ = 0
Figure DE102018219881A1_0009
is approximately fulfilled.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratträgerdrehachse (132) während der Beschichtung bezüglich der Materialquelle (110) ortsfest bleibt, während sich der Substratträger (130) um die Substratträgerdrehachse (132) dreht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate carrier axis of rotation (132) remains stationary during the coating with respect to the material source (110), while the substrate carrier (130) rotates about the substrate carrier axis of rotation (132). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Substratträger (130-1, 130-2) in Bezug auf eine Symmetrieachse (115) symmetrisch angeordnet sind und dass die Materialquelle (110) auf der Symmetrieachse (115) angeordnet ist derart, dass mehrere Substrate gleichzeitig unter identischen Bedingungen beschichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two substrate carriers (130-1, 130-2) are arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry (115) and that the material source (110) is arranged on the axis of symmetry (115) in such a way that several substrates are coated simultaneously under identical conditions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Substratträger (130-1, 130-2) in Bezug auf eine Symmetrieachse (115) symmetrisch angeordnet sind, dass die Materialquelle (110) exzentrisch zur Symmetrieachse (115) angeordnet ist und dass die Substrate (140) nacheinander in eine Beschichtungsposition bezüglich der Materialquelle gebracht werden, wobei ein Substrat während der Beschichtung an der Beschichtungsposition bleibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two substrate carriers (130-1, 130-2) are arranged symmetrically with respect to an axis of symmetry (115), that the material source (110) is arranged eccentrically to the axis of symmetry (115) and that the substrates (140) are successively brought into a coating position with respect to the material source, a substrate remaining at the coating position during the coating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Substratoberfläche (142) eine zur Substratdrehachse rotationssymmetrische Beschichtung erzeugt wird, die ausgehend von der Substratdrehachse eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke, eine in Radialrichtung kontinuierlich zunehmende oder eine in Radialrichtung kontinuierlich abnehmende Schichtdicke aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a coating which is rotationally symmetrical with respect to the substrate axis of rotation is produced on the substrate surface (142) and, starting from the substrate axis of rotation, has a substantially constant layer thickness, a layer thickness which increases continuously in the radial direction or a layer thickness which decreases continuously in the radial direction. Beschichtungsanlage (100, 400, 500) zum Beschichten von Substraten für optische Komponenten, insbesondere zum Beschichten von Substraten mit gekrümmten Substratoberflächen, die Beschichtungsanlage mit: einem Rezipienten mit einem Gehäuse (102), das eine evakuierbare Kammer (105) enthält, welche aufweist: eine Quelleneinrichtung zum Aufnehmen von Beschichtungsmaterial zur Bildung einer Materialquelle (110) in einer Quellenposition; einen Hauptträger (120), der mindestens Substratträger (130) zum Tragen eines Substrates (140) trägt, wobei der Substratträger mittels eines Antriebssystems (160) relativ zum Hauptträger um eine Substratträgerdrehachse (132) drehbar und derart angeordnet ist, dass der Materialquelle (110) zugewandte Bereiche der zu beschichtenden Substratoberfläche (142) eines vom Substratträger getragenen Substrats durch von der Materialquelle ausgehendes Beschichtungsmaterial unter örtlich variierenden Auftreffwinkeln (Θ2) beschichtbar sind; einer dem Substratträger zugeordneten Abschattungsblende (150) zwischen der Materialquelle (110) und dem Substratträger (132) zur phasenweisen Abschattung von Teilen der Substratoberfläche (142) gegen von der Materialquelle abgestrahltes Beschichtungsmaterial während der Beschichtung; wobei die Substratträgerdrehachse (132) gegenüber einer Referenzrichtung (138) derart schräg gestellt ist, dass die Substratträgerdrehachse mit der Referenzrichtung einen Kippwinkel (κ) einschließt; die Abschattungsblende (150) einen von Blendenrändern (155-1, 155-2) begrenzten Blendenausschnitt (158) aufweist, der sich von einem inneren Scheitelbereich nach außen erweitert und die Abschattungsblende (150) in Bezug auf die Substratträgerdrehachse ortsfest derart angeordnet ist, dass der Scheitelbereich auf oder nahe der Substratträgerdrehachse (132) liegt und der Blendenausschnitt (158) einen Bereich minimaler Auftreffwinkel des Beschichtungsmaterials auf der Substratoberfläche einschließt. Coating system (100, 400, 500) for coating substrates for optical components, in particular for coating substrates with curved substrate surfaces, the coating system comprising: a recipient with a housing (102) which contains an evacuable chamber (105) which has: source means for receiving coating material to form a material source (110) in a source position; a main carrier (120) carrying at least substrate carrier (130) for carrying a substrate (140), the substrate carrier being rotatable about a substrate carrier axis of rotation (132) relative to the main carrier by means of a drive system (160) and being arranged such that the material source (110 ) facing areas of the substrate surface to be coated (142) of a substrate carried by the substrate carrier can be coated by coating material originating from the material source at locally varying angles of incidence (Θ 2 ); a shading screen (150) assigned to the substrate carrier between the material source (110) and the substrate carrier (132) for phased shading of parts of the substrate surface (142) against coating material emitted by the material source during the coating; wherein 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; the shading diaphragm (150) has a diaphragm cutout (158) delimited by diaphragm edges (155-1, 155-2), which widens outwards from an inner apex region and the shading diaphragm (150) is arranged in a fixed manner with respect to the substrate carrier axis of rotation such that the apex region lies on or near the substrate carrier axis of rotation (132) and the aperture cutout (158) encloses a region of minimal incidence angles of the coating material on the substrate surface. Beschichtungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenränder (155-1, 155-2) in Bezug auf eine Radialrichtung symmetrisch verlaufen.Coating line after Claim 9 , characterized in that the diaphragm edges (155-1, 155-2) run symmetrically with respect to a radial direction. Beschichtungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenränder (155-1, 155-2) so verlaufen, dass sich für den Blendenausschnitt (155) ein vorgebbarer Zusammenhang zwischen einem radialen Abstand zur Substratdrehachse (132) und der azimutalen Breite (B) des Blendenausschnitts (155) ergibt, wobei mindestens eine der folgenden Bedingungen gilt: die azimutale Breite (B) in Umfangsrichtung nimmt mit zunehmendem radialen Abstand kontinuierlich zu oder kontinuierlich ab oder sie bleibt konstant; die azimutale Breite (B) beträgt weniger als 180°; die azimutale Breite (B) beträgt 150° oder weniger und/oder 90° oder mehr. Coating line after Claim 9 or 10th , characterized in that the diaphragm edges (155-1, 155-2) run such that for the diaphragm cutout (155) there is a predeterminable relationship between a radial distance from the substrate axis of rotation (132) and the azimuthal width (B) of the diaphragm cutout (155 ), whereby at least one of the following conditions applies: the azimuthal width (B) in the circumferential direction increases or decreases continuously with increasing radial distance or it remains constant; the azimuthal latitude (B) is less than 180 °; the azimuthal latitude (B) is 150 ° or less and / or 90 ° or more. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenränder (155-1, 155-2) zwischen dem Scheitelbereich und einem äußeren Rand der Abschattungsblende jeweils in einer Radialrichtung geradlinig verlaufen, konvex aufeinander zu oder konkav voneinander weg gekrümmt sind.Coating line according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that the diaphragm edges (155-1, 155-2) between the apex region and an outer edge of the shading diaphragm each run in a straight line in a radial direction, are curved convexly toward one another or concavely away from one another. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungsblende (150) eine konvexe oder konkave Krümmung aufweist, wobei die Krümmung einer Krümmung der Substratoberfläche angepasst ist, vorzugsweise derart, dass ein lichter Abstand zwischen den Blendenrändern (155-1, 155-2) und der Substratoberfläche (142) näherungsweise konstant ist.Coating line according to one of the Claims 9 to 12 , characterized in that the shading screen (150) has a convex or concave curvature, the curvature being adapted to a curvature of the substrate surface, preferably in such a way that a clear distance between the screen edges (155-1, 155-2) and the substrate surface ( 142) is approximately constant. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger an einem ortsfesten oder ortsfest arretierbaren Hauptträger (120) montiert ist, so dass die Lage der Substratträgerachse im Raum während der Beschichtung konstant bleibt.Coating line according to one of the Claims 9 to 13 , characterized in that the substrate carrier is mounted on a fixed or lockable main carrier (120), so that the position of the substrate carrier axis remains constant in space during the coating. Beschichtungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptträger (120), der den mindestens einen Substratträger trägt, ortsfest im Gehäuse (102) des Rezipienten eingebaut ist oder dass der Hauptträger, der den mindestens einen Substratträger trägt, um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in vorgegebenen Drehstellungen arretierbar ist.Coating line after Claim 14 , characterized in that the main carrier (120), which carries the at least one substrate carrier, is installed in the housing (102) of the recipient, or that the main carrier, which carries the at least one substrate carrier, is rotatably mounted about an axis of rotation and in predetermined rotational positions can be locked. Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle des Beschichtungsmaterials eine näherungsweise punktförmige Quelle oder eine Flächenquelle ist.Coating line according to one of the Claims 9 to 15 , characterized in that the source of the coating material is an approximately point source or a surface source. Optische Komponente, insbesondere Linse oder 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, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt oder herstellbar ist. Optical component, in particular lens or 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, characterized in that the optical component by means of a method according to one of the Claims 1 to 8th is manufactured or can be produced. Optische Komponente nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente einen ringförmigen optischen Nutzbereich aufweist, der einen das Symmetriezentrum 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.Optical component after Claim 17 , characterized in that the optical component has an annular optical useful area which encloses a circular central area containing the center of symmetry, 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 having.
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