Die Photonik als Schlüsseltechnologie erfordert immer präzisere mikrooptische Elemente mit refraktiven und diffraktiven Oberflächen. Traditionell werden diese durch Maskenübertragung oder direkte Bearbeitungsverfahren hergestellt. Auch wenn mikroelektronische Prozesse wie Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen (RIE) oder Ionenstrahlätzen (IBE) die Strukturübertragung ermöglichen, sind sie oft auf teure und wartungsintensive Vakuumanlagen angewiesen.

Forschende des Forschungsbereichs „Ultra-Präzisionsoberflächen“ am IOM haben nun ein kostengünstiges und nachhaltiges Trockenätzverfahren entwickelt, das Mikrostrukturen auf Quarzglas mittels Atmosphärendruck-Plasmajet (APPJ) überträgt. Diese innovative Methode bietet das Potenzial, Zeit und Kosten in der Produktion deutlich zu reduzieren und umweltfreundlicher zu gestalten.

In einem aktuellen Projekt wurde die Übertragung von Mustern aus Fotolack-Polymermasken auf harte Materialien wie Quarzglas mittels reaktiver Plasma-Jets bei Atmosphärendruck erfolgreich getestet. Das Ergebnis: Ein Beugungsgitter mit einer Periode von 15 µm, einer Tiefe von 230 nm und einer Oberflächenrauheit von weniger als 2 nm RMS. Zudem wurden wichtige Erkenntnisse zur Ätzselektivität, Oberflächenqualität und chemischen Modifikationen gewonnen.

Diese Fortschritte ebnen den Weg für die kostengünstige, effiziente und umweltfreundliche Herstellung optischer Elemente bei Atmosphärendruck. Die Methode verzichtet auf aggressive Chemikalien und komplexe Anlagen, was sie zu einer nachhaltigen Alternative für die Mikrostrukturierung in der Photonik macht.

Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in dem Journal Micro and Nano Engineering veröffentlicht:
Stability of masking materials for pattern transfer of lithographic masks into fused silica by atmospheric pressure plasma jet etching
R. Heinke, L. Silhan, M. Ehrhardt, P. Lorenz, J. Zajadacz, J. Bauer, T. Arnold, M. Sery, K. Zimmer
Micro and Nano Eng. 28 (2025) 100309, DOI: 10.1016/j.mne.2025.100309