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Prozessentwicklung PlasmajetDas plasmagestützte chemische Ätzen ist eine Technologie, bei der mittels einer Plasmajetquelle durch Mikrowellenanregung unter Normaldruckbedingungen bzw. bei Grobvakuum ein Plasmastrahl mit hoher Radikalkonzentration erzeugt wird. Durch die chemische Reaktion der Radikale mit Atomen der Oberfläche werden flüchtige Reaktionsprodukte gebildet und somit der Materialabtrag bewirkt. Mit diesem Verfahren lassen sich bei nahezu gaussförmigem Wirkungsquerschnitt des Plasmajets auf Quarzglas Volumenätzraten von einigen 10 mm3min-1 erreichen. Dies erfordert Mikrowellenleistungen von einigen hundert Watt und die Verwendung von fluorhaltigen Gasen. Das dabei gebildete gasförmige Reaktionsprodukt ist SiF4. Zur Formgebung von Oberflächen wird der Plasmajet mittels Mehrachsensystemen und CNC-Steuerung nach Verweilzeitalgorithmen über die Oberfläche bewegt. Ein entscheidender Vorteil dieser Trockenätztechnik ist, dass die Materialoberfläche trotz hoher Abtragraten nicht geschädigt wird, wie das z.B. bei abrasiven Formgebungsverfahren wie Schleifen oder Läppen der Fall ist (sog. sub-surface damage). Das macht dieses Verfahren für die Herstellung von Präzisionsoptiken mit komplexen Oberflächenformen (Asphären, Freiformflächen) attraktiv.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im IOM beinhalten sowohl Grundlagenuntersuchungen am Plasmajet und an dem System Plasmajet-Festkörperoberfläche zur Aufklärung der komplexen physikalisch chemischen Situationen als auch technische und technologische Untersuchungen zu Entwicklungen von Plasmajetquellen und Oberflächenbearbeitungstechnologien. Neben dem Anwendungsschwerpunkt in der Präzisionsoptik stehen Fragestellungen zur Bearbeitbarkeit von Materialien sowie Plasmajetanwendungen bei sehr niedrigen Temperaturen des Jets im Mittelpunkt. Mit letzteren, sogenannten „kalten Plasmajets“ lassen sich neue Anwendungsfelder bei wärmeempfindlichen Materialien und im medizinischen Bereich erschließen. Für die unterschiedlichen Aufgabenstellungen stehen zur Zeit drei verschiedene im IOM entwickelte Plasmajet-Quellentypen zur Verfügung. Damit lassen sich Werkzeugfunktionen bezüglich Halbwertsbreite und Abtragrate im Bereich zwischen 0,3-10 mm bzw. 0-10 µms-1 erzeugen.
Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt
Kontakt
Dr. Thomas Arnold
Dr. Georg Böhm Siehe auch
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