In den nächsten Jahren wird in der Halbleiterindustrie ein Technologiesprung zur Fertigung elektronischer Chips mit EUV-Strahlung (extrem ultraviolett) erwartet, der einen erheblichen Bedarf an Metalloptiken und den Anlagen zu ihrer Herstellung mit sich bringen wird. Metallspiegel mit extrem glatten Oberflächen werden beispielsweise als optische Elemente bei der Herstellung von Computerchips, Laserprojektoren und Weltraumspiegeln eingesetzt. Die Oberflächen bestehen dabei in der Regel aus Nickel-Phosphor (NiP) und werden mit ultrapräzisen Diamantwerkzeugen auf einer Drehmaschine mit einer Oberflächentextur (Rauheit) im Bereich von 5 nm (zum Vergleich der Durchmesser eines feinen Haares: 40.000 nm) hergestellt. Für die Entwicklung leistungsfähiger optischer Metallspiegel ist jedoch eine Verbesserung der Oberflächenglätte auf unter 1 nm erforderlich. Die etablierte Ionenstrahlplanarisierung ist prinzipiell geeignet, diese verbesserte Oberflächenglätte für plane Werkstücke bis zu 100 mm Durchmesser zu erreichen. Für größere und komplexere Oberflächen sind die etablierten Verfahren jedoch zu langsam und ungenau.
Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Produktionsforschung“ verfolgten Wissenschaftler*innen des IOM-Forschungsbereichs „Ultra-Präzisionsoberflächen/ Ionenstrahlgestützte Strukturierung und Glättung“ gemeinsam mit dem Projektpartner NTG Neue Technologien GmbH und Co. KG das Ziel, eine Fertigungsanlage für das mechanisch-chemische Polieren durch eine verbesserte, innovative Ionenstrahlplanarisierung zu entwickeln. Dabei sollte eine Oberflächenglätte von unter 1 nm auch für größere, nicht planare Metalloberflächen bis zu einem Durchmesser von 200 mm ermöglicht werden.
Die Innovation des Lösungsansatzes ergab sich aus der geplanten Kombination einer neuartigen Kunststoffbeschichtung zur Oberflächenvorbehandlung und der Einstellung des Planierungsmaterials durch Variation des erforderlichen Ionengasgemisches. Der Ionenstrahl sollte dabei aus einem zu entwickelnden Gasgemisch („Reaktivgas“) erzeugt werden und so lange Material vom beschichteten Metallspiegel abtragen, bis der Kunststoff vollständig entfernt und eine sehr glatte Metalloberfläche entstanden ist. Wie sich im Rahmen des Projektes herausgestellte, waren anfängliche Überlegungen, eine vorhandene Ionenstrahlquelle für diese Zwecke reaktivgastauglich zu modifizieren, mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Zudem zeigt der beschaffte SprayCoater auf planen Substraten noch nicht die gewünschten Ergebnisse. Die angestrebten Ideen und Entwicklungen werden nun weiter vorangetrieben und die notwendigen Prozesse in Zusammenarbeit mit dem IOM für potentielle Kunden entwickelt.
Durch die Entwicklung der innovativen Ionenstrahl-Planarisierungsanlage ergeben sich hier hervorragende Marktchancen. Darüber hinaus ist beispielsweise in den Bereichen Lasertechnik, Röntgenteleskope und Weltraumspiegel eine steigende Nachfrage zu erwarten. Durch den modularen Aufbau des Verfahrens aus Kunststoffbeschichtung und Ionenstrahlanlage besteht zudem die Möglichkeit, die einzelnen Verfahrensschritte an weitere Anwendungen, beispielsweise in der Medizintechnik, anzupassen.
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