Projekt Randscharfe Coatings durch Laserstrukturierung (RaCoLas)

 

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Laser-Verfahrens zur randscharfen Strukturierung optischer Beschichtungen. Hierdurch können z. B. optische Masken oder Filter mit hoher Präzision hergestellt werden. Weiterhin wird die Wirkung der Strukturierung von Beschichtungen auf Substratverformungen untersucht. Das Innovationspotential besteht darin, mit geeigneten Strukturierungsverfahren optische Oberflächen aktiv formen oder unerwünschte Verformungen gezielt kompensieren zu können.

Laserstrukturierung von dünnen Schichten

Die Strukturierung von dünnen Schichten durch Laserablation wird vielfach mit dem Ziel einer elektrischen Isolierung verschiedener Schichtbereiche betrieben, wie sie z.B. bei Dünnschichtzellen in der Photovoltaik von Bedeutung ist. Materialien sind hier oft Metalle oder leitfähige Oxide. Hierbei ist eine sichere Unterbrechung der Schicht wichtiger als scharfe Ränder. Auch für die Herstellung bestimmt geformter Dünnschichtelektroden wird Laserablation eingesetzt. Bei der hochauflösenden Strukturierung zeigt sich der Materialeinfluss besonders stark. Je nachdem, ob beim Schmelzen eine Dichteerniedrigung oder -erhöhung erfolgt, gibt es unterschiedliche Ergebnisse. Haben die Schichten eine optische Funktion, sind die Anforderungen an Strukturgenauigkeit und Randschärfe meist besonders hoch.

Im Allgemeinen wird zwischen Vorder- und Rückseitenablation unterschieden. Bei der Vorderseitenablation trifft der Laserpuls von der dem Substrat abgewandten Seite auf die Schicht; bei der Rückseitenablation durchstrahlt der Laser zunächst das Substrat und trifft somit substratseitig auf die Schicht. Wird die Randschärfe betrachtet, so zeigt die Vorderseitenablation die Bildung von Schmelzrändern und -spritzern, die eine präzise Strukturierung im µm-Bereich nicht zulässt. Dies ist auch der Fall, wenn ultrakurze Pulse verwendet werden. Die Rückseitenablation ist effizienter und erlaubt generell glattere Kanten und weniger Redeposition. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Schichtdicke größer als die thermische Eindringtiefe der Strahlung ist. Bei beidseitig beschichteten transparenten Substraten muss bei der Vorderseitenablation die Fluenz soweit begrenzt werden, dass eine Schädigung der Rückseitenschicht ausgeschlossen wird.

Schichtspannungen und Substratverformung

Ein großes Problem bei der Herstellung hochwertiger beschichteter Optiken ist das Auftreten von Schichtspannungen. Auch ein mit höchster Genauigkeit hergestelltes Substrat verformt sich bei der Beschichtung unter dem Einfluss von Schichtspannungen und verliert damit die Soll-Geometrie. Oft wird versucht, diese Verformung durch eine weitere Beschichtung, beispielsweise auf der Rückseite des Substrats zu kompensieren. Dies gelingt bis zu einem gewissen Grad; bei steigenden Anforderungen hinsichtlich der Minimierung von Passfehlern wird dies jedoch in Zukunft immer kritischer werden, beispielsweise in der EUV-Lithographie. Daher sind neue Konzepte zur Kompensation von Verformungen erforderlich, die in diesem Projekt auf der Basis von Schichtstrukturierungen entwickelt werden.

Das Vorhaben wird durch die Europäische Union durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Projektvolumen:               0.32 Mio €

Projektlaufzeit:                 1.5.2017 – 30.4.2020

Kontakt:                             Dr. Jürgen Ihlemann
                                            Laser-Laboratorium Göttingen e.V.
                                            Hans-Adolf-Krebs-Weg 1
                                            37077 Göttingen
                                            Tel.: +49 (0)551 503544
                                            Email: juergen.ihlemann(at)llg-ev.de

 

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Laser-Laboratorium Göttingen e.V. (LLG)

Ansprechpartner:

Abteilungsleiter
Dr. Peter Simon
"Kurze Pulse / Nanostrukturen"

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FAX: +49(0)551/5035-99
peter.simon(at)llg-ev.de

Ansprechpartner für
Nanostrukturtechnologie:

Dr. Jürgen Ihlemann
Tel.: +49(0)551/5035-44
FAX: +49(0)551/5035-99
juergen.ihlemann(at)llg-ev.de