In einem vom BMBF und dem Netzwerk GRAVOmer geförderten Verbundprojekt wollen Forschende des IOM-Forschungsbereiches „Reaktive Ionenstrahl-gestützte Strukturierung und Glättung“ gemeinsam mit der Carl ZEISS Jena GmbH und der scia Systems GmbH neuartige ionenstrahlbasierte Fertigungsverfahren etablieren, mit denen geneigte Oberflächenprofile (Blaze-Profile) für diffraktive optische Elemente (DOE) realisiert werden, die mit bisherigen Technologien nicht zugänglich sind. Hierzu soll eine neue Ionenstrahlätztechnologie zur Herstellung monolithischer, geblazter Silizium-Beugungsgitter für Beamline-Anwendungen im VUV-, EUV- und Röntgenbereich auf Basis lithographischer Strukturdefinition entwickelt werden. Insbesondere können im Erfolgsfall enorme Leistungssteigerungen durch schärfer definierte Blaze-Flanken, insbesondere vor dem Hintergrund stetig abnehmender Blaze-Winkel, realisiert werden.
Geblazte Beugungsgitter oder auch Echelettegitter genannt, sind Reflexionsgitter mit einem unsymmetrischen, dreieckförmigen Furchenprofil, das so optimiert ist, dass die Beugungseffizienz für eine bestimmte Beugungsordnung maximiert wird. Nach dem heutigen Stand der Technik können diese speziellen optischen Gitter mittels Holographie/Interferenzlithographie auf transparenten Fused-Silica-Substraten (hochreines Quarzglas) durch Belichtung mit gegenläufigen Wellen hergestellt werden. Die resultierenden Blaze-Profile im Photoresist werden anschließend durch reaktives Ionenstrahlätzen (RIBE) in das Fused-Silica-Substrat übertragen. Dieses Verfahren ist jedoch nicht für Siliziumsubstrate (die bei den erforderlichen Belichtungswellenlängen nicht transparent sind) anwendbar. Letztere sind jedoch für eine Reihe von Beamline-Anwendungen aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit unabdingbar, um die hohen eingebrachten Strahlungsleistungen effizient in das Kühlmedium abführen zu können. Aktuell werden daher für Hochleistungs-Beamline-Anwendungen mechanisch geteilte („geritzte“) Gitter auf Silizium eingesetzt. Dabei werden die Blaze-Furchen mit Hilfe einer (meist) Diamantnadel sequentiell direkt in eine meist metallische Teilungsschicht eingeritzt. Anschließend wird das metallische Gitterprofil mittels RIBE in das Si-Substrat übertragen.
Die steigenden Anforderungen an die Auflösung von geblazten Gittern für Beamline-Anwendungen sind jedoch mit „klassischen“ mechanisch geteilten Gittern immer schwieriger zu erreichen. Zudem gibt es weltweit in der Regel nur wenige Teilungsmaschinen, die die typischerweise geforderten Qualitäten, d.h. möglichst ideale Blaze-Profile zur Maximierung der Beugungseffizienz, ermöglichen, so dass nahezu monopolistische Marktsituationen bestehen.
Mit der erfolgreichen Entwicklung der im Projekt geplanten neuartigen ionenstrahlbasierten Herstellungsverfahren können die technologischen Grenzen von Beamline-Gittern hinsichtlich Wellenfront und Beugungseffizienz entscheidend verschoben werden, da sie den Einsatz von (insbesondere hinsichtlich Wellenfrontfehlern) weiterentwickelten binären Lithographieverfahren, wie der Elektronenstrahllithographie oder der Interferenzlithographie ermöglicht, wobei die Blazegenerierung in einem nachfolgenden Ätzschritt erfolgt. Dadurch ergeben sich völlig neue Designmöglichkeiten, z.B. bei der Herstellung von optischen Koppelgittern für Datenbrillenanwendungen, aber auch in anderen Bereichen der Photonik (z.B. Biosensorik). Darüber hinaus erweitert das Projekt die Anzahl der möglichen Hersteller von Beamline-Gittern und damit das Marktumfeld und die allgemeinen Herstellungskapazitäten.