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Formgebung mit Ionen- und PlasmastrahlenDie Ultrapräzisionsbearbeitung von Oberflächen mit Ionen- und Plasmastrahlen ist am Leibniz-Institut für Oberflächemodifizierung ein zentrales Forschungs- und Entwicklungsgebiet. Obwohl für die Ionenstrahlformgebung bereits etablierte Verfahren in der Hochtechnologie der Präzisionsoptik seit mehreren Jahren existieren, besteht für künftige Hochleistungsoptiken auf teilweise neu zu entwickelnder Materialgrundlage und mit außerordentlichen Genauigkeitsanforderungen im Sub-Nanometer – RMS - Bereich der Tiefenbearbeitung über weite Bereiche der Ortswellenlängen umfassender Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Künftige Optiken für Freie Elektronenlaser (FEL), für weltraumbasierte Telekommunikation, für die Halbleiter-Lithografie u. a. stellen Anforderungen an eine Technologie, die mit dem Stand der Technik nicht beherrschbar sind. Ziele in der nächsten Entwicklungsphase dieser Technologie, die an die physikalischen Grenzen führen (z.B. deterministische Bearbeitung von Formfehlern kleiner 10 nm Höhe und Millimeter Ortswellenlänge) sind die Suche nach innovative Lösungen bei der Bearbeitung neuer Materialsysteme, die Kombination mit vor- und nachgelagerten Technologieschritten sowie eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, um damit die Anwendungsbreite möglichst stark zu erweitern.
Plasmajets, die in Normaldruckumgebung arbeiten, beinhalten ein sehr vielseitiges technologisches Anwendungspotenzial. Im IOM werden Untersuchungen und Entwicklungen zu lokal wirkenden chemisch-reaktiven Materialabtragverfahren mit atmosphärischen Plasmajets unter Verwendung einer Mikrowellen-Plasmaanregung (2,45 GHz) und fluorhaltiger Prozessgase durchgeführt. Grundlagenuntersuchungen dienen der Aufklärung der komplexen physikalisch-chemischen Vorgänge zur Optimierung der Wechselwirkung von Plasmajets hoher Radikalkonzentration mit Festkörperoberflächen. Technologie- und Komponentenentwicklungen umfassen materialschonende Hochrateätzverfahren zur deterministischen Formgebung großformatiger Optiken (Asphärenflächen) als auch, bei Verwendung von Plasmajets geringer Leistung und Größe, die lokale Korrektur von Formfehlern und die Formgebung kleinformatiger Optiken.
Zur Formbearbeitung von Oberflächen werden für beide Verfahren als universelle Bearbeitungsstrategie Verweilzeitalgorithmen eingesetzt. Dabei wird das Strahlwerkzeug mit einer Abtragfunktion hoher zeitlicher und räumlicher Konstanz computergesteuert in einem definierten Pfad (Mäander, Spirale oder Zykloide) unter der Geschwindigkeitsvariation entsprechend des erforderlichen lokalen Abtragsvolumens über die zu bearbeitende Oberfläche geführt. Dafür wird in der Regel die Strahlquelle mittels eines Präzisionsachsensystems von drei oder fünf Achsen bewegt. Die Berechnung der dem Zielabtrag entsprechenden erforderlichen Verweilzeiten und die Simulation des Abtragprozesses erfolgt mittels schneller Fouriermethoden. Zur effektiven Bearbeitung unterschiedlicher Ortswellenlängen stehen Strahlquellen mit gaussförmigen Strahlquerschnitten von einigen Zentimetern bis derzeit 500 µm Halbwertsbreite zur Verfügung. Die Grundlagenarbeiten sind dabei vorwiegend in IOM-interne Projekte und in von der DFG sowie dem BMBF geförderte Projekte eingebunden. Für technologierelevante Entwicklungen beteiligt sich das IOM an Verbundprojekten oder führt diese direkt als Auftragsforschung für Industrieunternehmen durch.
Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Kontaktinfo (at) iom-leipzig.de
PD Dr. Axel Schindler Siehe auch
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