KMU-innovativ Erforschung einer Ionenstrahlplanarisierungstechnologie zur Rauheitsverbesserung von diamant-gedrehten bzw. gefrästen NiP-Oberflächen mit Rauheiten im Ångström-rms-Bereich (IONENPLAN)

Problemstellung
Metallspiegel mit extrem glatten Oberflächen kommen beispielsweise als optische Elemente bei der Computer-Chip-Herstellung, bei Laser-Projektoren und bei Weltraumspiegeln zum Einsatz. Die Oberflächen bestehen dabei in der Regel aus Nickel-Phosphor (NiP) und werden mit einem ultrapräzisen Diamant-Werkzeug auf einer Drehmaschine mit einer Oberflächentextur (Rauheit) im Bereich von 5 nm hergestellt (zum Vergleich der Durchmesser eines feinen Haares: 40.000 nm). Für die Entwicklung leistungsfähiger optischer Metallspiegel wird jedoch eine Verbesserung der Oberflächenglätte auf unter 1 nm benötigt. Die etablierte Ionenstrahlplanarisierung ist dazu zwar grundsätzlich geeignet, diese verbesserte Oberflächenglätte bei planen Werkstücken bis zu 100 mm Durchmesser zu erreichen. Bei größeren und komplexen Oberflächen sind die etablierten Verfahren jedoch zu langsam und ungenau.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projektes IONENPLAN ist die Entwicklung einer Fertigungsanlage für die mechanisch-chemische Politur durch eine verbesserte, innovative Ionenstrahlplanarisierung. Dabei soll eine Oberflächenglätte unter 1 nm auch bei größeren, nicht-planen Metalloberflächen bis zu einem Durchmesser von 200 mm ermöglicht werden.

Vorgehensweise
Die Innovation des Lösungsansatzes ergibt sich aus der Kombination einer neuen Kunststoff-beschichtung zur Oberflächen-Vorbehandlung und der Einstellung des Planierungs-materials durch Variation des benötigten Ionengas-Gemisches. Der Ionenstrahl wird dabei aus einer zu entwickelnden Gasmischung („Reaktivgas“) erzeugt und schabt so lange über die beschichteten Metallspiegel, bis der Kunststoff komplett entfernt und eine sehr glatte Metalloberfläche entstanden ist. Im Rahmen des Projektes sollen alle prozessrelevanten Parameter, einschließlich der möglichen Kunststoffmaterialien und Gasgemische, im industriellen Maßstab erforscht und in einer Demonstratoranlage erprobt werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
In den nächsten Jahren wird ein Technologiesprung in der Halbleiterindustrie zur Fertigung elektronischer Chips mit EUV (extrem ultravioletter)-Strahlung erwartet mit einem erheblichen Bedarf an Metalloptiken und den Anlagen zu ihrer Herstellung. Durch die Entwicklung der innovativen Ionenstrahlplanarisierungsanlage ergeben sich hierbei hervorragende Marktperspektiven. Zudem ist beispielsweise in den Sparten Lasertechnik, Röntgen-Teleskope und Weltraumspiegel ein steigender Bedarf zu erwarten. Durch den modularen Aufbau des Verfahrens aus Kunststoff-Beschichtung und Ionenstrahl-Anlage besteht zudem die Möglichkeit, die einzelnen Verfahrensschritte auf weitere Anwendungen, beispielsweise in der Medizintechnik, zu adaptieren.

• Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.
• NTG Neue Technologien GmbH & Co. KG