OptiKontrol

Optische Kontrolle von hochpräzisen Ionenstrahl-Zerstäubungskonzepten

Optische Komponenten – höchste Präzision in der Fertigung bei gleichzeitig maximaler Variantenvielfalt und Variabilität

Im Zuge der enormen Fortschritte der modernen Optik- und Lasertechnologie werden immer wieder neue und stetig steigende Ansprüche an die Produktion hochwertiger optischer Komponenten gestellt. Dies betrifft nicht nur die technischen Spezifikationen, wie beispielsweise das Reflexions- und Transmissions-Verhalten, die optischen Verluste oder die Stabilität, sondern darüber hinaus auch die Randbedingungen, unter denen optische Komponenten gefertigt werden müssen. Die rasante Entwicklung optischer Produkte und Anwendungen spiegelt sich hier in einer großen Produktvielfalt und in einer immer schnelleren Folge von Produktgenerationen wider, die von den Herstellern höchste Flexibilität in der Entwicklung einer steigenden Variantenvielfalt optischer Komponenten abverlangen.

Das mit Abstand größte Hindernis auf dem Wege hin zu den entsprechenden zukunftsorientierten Fertigungskonzepten ist in der reproduzierbaren Herstellung von optischen Beschichtungen zu sehen. Um das gewünschte Reflexionsverhalten für eine optische Komponente einzustellen, müssen hier teilweise mehr als hundert Einzelschichten aus transparenten Materialien mit Dicken im Bereich weniger Nanometer bis hin zu einigen Mikrometern nach Maßgabe eines vorberechneten Designs auf die präzisen Komponenten aufgebracht werden. Schon heute sind Genauigkeitsanforderungen in den optischen Dicken im Bereich weniger Nanometer keine Seltenheit mehr, und für einige Produkte zeichnet sich bereits der zukünftige Trend zu einer Subnanometerpräzision bis hin zu einer Genauigkeit im Bereich von Atomlagen deutlich ab. Diesen hohen Anforderungen müssen sich alle Optikunternehmen stellen, die in Zukunft ihre Position auf dem globalen Markt ausbauen wollen und sich insbesondere gegenüber der wachsenden Konkurrenz aus dem fernöstlichen Wirtschaftraum im mittleren Qualitätssegment absetzen möchten.

Höchste Präzision und Verfahrensstabilität durch optische Kontrolle

Vor diesem Hintergrund wurde in den letzten Jahren in einigen Unternehmen ein neuer Weg fort von den bisher üblichen iterativen Fertigungsverfahren hin zu in-situ kontrollierten Produktionsstrategien in einer integrierten Fertigungsumgebung eingeschlagen. Ein wichtiger Meilenstein war hier die Einführung des optischen Monitoring, das während des laufenden Beschichtungsprozesses eine zeitaufgelöste spektrale Analyse der wachsenden Schichtstruktur durchführt und so auf Grundlage der Messergebnisse eine direkte Kontrolle des Herstellungsprozesses mit deutlich gesteigerter Präzision ermöglicht.

Das Verbundprojekt OptiKontrol hat sich daher zum Ziel gesetzt, ein neues Kontrollkonzept zur Steuerung hochwertiger Ionenstrahl-Zerstäubungsverfahren (Ion Beam Sputtering, IBS) zu erarbeiten.

Zunächst soll ein grundlegendes Verständnis der spezifischen Regelparameter des IBS-Prozesses und deren Wirkung auf die Eigenschaften der hergestellten Schichten errungen werden. Auf dieser Basis definieren sich dann die Teilzielsetzungen zur Konzeption und Implementation eines angepassten Messsystems, das die Schichtdicken direkt am Produkt während des Beschichtungsprozesses laufend bestimmt.

Dazu sind angepasste Softwarealgorithmen zu schaffen, die aus den Messdaten die wesentlichen Informationen zum zeitlichen Schichtdickenwachstum und zu den Dispersionseigenschaften in Echtzeit extrahieren und für eine Kontrolle der relevanten Prozessparameter aufbereiten. Von besonderer Bedeutung für die Produktivität des IBS-Verfahrens ist weiterhin die Erzielung einer in-situ regelbaren Homogenität der Schichtdickenverteilung auf dem Substrathalter.

Mit Erreichen dieser Ziele wird es gelingen, anspruchsvollste optische Komponenten mit geringen Kosten bei gleichzeitig präziser Einhaltung der Kundenspezifikationen jeweils in kurzer Zeit in die Fertigung zu überführen. Ein entsprechender technologischer Vorstoß bei den Fertigungsprozessen wird für den Erhalt der internationalen Wettbewerbsfähigkeit sorgen.

Projektdetails

Koordinator

Dr.Kai Starke
Cutting Edge Coatings GmbH
Garbsener Landstr. 10, 30419Hannover
+49 511 277-1810

Projektvolumen

540.000 € (ca. 60 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.04.2013 - 30.09.2015

Projektpartner

Cutting Edge Coatings GmbHHannover
Laser Zentrum Hannover e. V. - Abt. LaserkomponentenHannover
New Technology Engineering Centre LLC (internationaler Kooperationspartner)Moskau, Russland
German Russian Research Institute for Surface Technology (internationaler Kooperationspartner)Moskau, Russland