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Optische Bearbeitungsverfahren und verwandte Gebiete

Laser - und allgemein Licht - ermöglichen an Luft, in Gasen und Flüssigkeiten die kontaktfreie und präzise Zufuhr von Energie, wobei für die Ultrapräzision Laser-Photonen im UV und VUV besonders nützliche Eigenschaften aufweisen. Die Anforderungen an die Homogenität des Laserlichtstrahls sind dabei naturgemäß hoch. Dies erfordert insbesondere für das VUV (157 nm) eine exzellente Beleuchtungsoptik, die eine homogene Beleuchtung des Targets sicherstellt. Dies ist von besonderer Bedeutung für den gezielten Abtrag sowie die homogene Abscheidung dünner Schichten mit Hilfe von 157 nm Strahlung.

Auf Grund der geringen Eindringtiefe der VUV-Stahlung in Polymere und andere Materialien lassen sich zum Beispiel PMMA (Plexiglas) zu extrem glatten Oberflächen mit Restrauhigkeiten im Bereich 1 Nanometer bearbeiten. Dies eröffnet neue Perspektiven für effiziente Reinigungstechnologien.
Bei der Bearbeitung von Oberflächen sind neben dem Abtrag und der Oberflächenmodifizierung auch solche Verfahren von hohem Interesse, die es ermöglichen, atomlagengenau - und damit mit sub-Nanometerpräzison - Schichten aufzubringen, die hinsichtlich ihrer optischen und anderen Eigenschaften interessant sind. Dazu gehört auch die Entwicklung der erforderlichen Optikkomponenten für die EUV-Optik, wobei Effekte der Selbstglättung während des Schichtwachstums genutzt werden können. Auch periodische Nanostrukturen zur Herstellung optisch funktionaler Gitter für Sensoren sind von Interesse für die Zukunft. Neben der lateralen und vertikalen Nanostrukturierung von Oberflächen und Schichten erhält auch die Erzeugung nanostrukturierter, teilweise metastabiler, Materialien durch laser-gesteuerte Zersetzung metallorganischer Prekursoren zunehmend Bedeutung zur Herstellung neuartiger Komponenten mit herausragenden insbesondere nichtlinearen optischen und anderen Eigenschaften.

Für die laterale Strukturierung im Direktschreibverfahren sind derzeit insbesondere Elektronenstrahlschreiber und fokussierte Ionenstrahlen routinemäßig einsetzbar. Eine der Schwerpunkttechnologien besteht in der Analoglithographie zur Herstellung optischer Oberflächenprofile, wobei Profilabweichungen +/- 8 nm, RMS 3 nm erreicht werden. Mögliche Applikationen sind Diffraktive Elemente, Mikrolinsen/Linsenarrays mit hoher numerischer Apertur, Mikroprismen sowie Phasenkorrekturplatten, wodurch multifunktionale Oberflächenprofile realisierbar werden.
Eng verknüpft mit der Schichterzeugung ist die Charakterisierung der ultrapräzis bearbeiteten Oberflächen, wobei im Bereich Meßtechnik hochauflösende, berührungslos arbeitende Meßsysteme eingesetzt werden sollen. Neuartige aktive Membranspiegel können dabei zur Wellenfrontanpassung in der Asphärenprüfung mit herangezogen werden. Die Palette der hochempfindlichen Oberflächen-Charakterisierungsverfahren wird bezüglich Oberflächenreinheit entscheidend erweitert durch Laser-Ionisation desorbierter neutraler Spezies.
Aber nicht nur die Charakterisierung ist unerläßlich zur Realisierung der hochgesteckten Ziele, sondern auch die Möglichkeit, ein hochpräzises Positioniersystem mit Luftlagertechnik zu entwickeln mit Verfahrwegen von bis zu 300 mm x 300 mm, was mit eisenarmen Linearmotoren als Antriebsystem und dem Einsatz von z.B. Silizium-Carbid-Wabenstrukturen zur Erzielung möglichst kleiner Resonanzfrequenzen realisiert werden soll.
Durch neu entwickelte Verfahren der Ultrapräzisen Bearbeitung ist es dank spezieller Anlagentechnik möglich, optische Medien und Substratwerkstoffe hochgenau zu glätten und dadurch wiederum die Präzision der laser- und optischen Bearbeitung weiter zu erhöhen. Dies wird insbesondere auch für das Bearbeiten von optischen Medien für die UV- und Röntgenoptik mit Glättungen im Bereich weniger Nanometer von Bedeutung sein, sowie für die Entwicklung von Beschichtungsverfahren für Hochleistungs- und Präzisionsoptiken unter Einschluß von asphärischen Oberflächen und hybriden VUV-Optiken (157 nm).
Kombinationen von verschiedenen Präzisions-Bearbeitungsverfahren wie etwa der Nano-Skala Modifizierung von Mikrostrukturen durch ortsselektives Abscheiden oder/und Abtragen mittels fokussiertem Ionenstrahl erscheinen besonders interessant für zukünftige hochflexible Fertigungsaufgaben. In diesen Zusammenhang gehört auch das klebstoff-freie Fügen von Präzisionsbauteilen, die zum Teil mit extrem glatten Mikro- und Nanokanalstrukturen versehen sind. Hierdurch lassen sich z.B. optische Nano-Biochips realisieren.
Durch das gezielte Zusammenwirken von energetischer Strahlung in Form von Lasern, Elektronen- und Ionenstrahlen mit geeignet chemisch reaktiver Oberflächen-Umgebung läßt sich eine bisher unerreichte Präzision und Komplexität erzielen, wodurch entscheidende Bausteine zur bestmöglichen Umsetzung von nanotechnologischem Wissen in Produkte, Produktionsverfahren und Dienstleistungen erarbeitet und entwickelt werden können.

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