EOSS®-Demonstrator

EOSS®-Plattform - Demonstration langzeitstabiler Verteilung

Schichtdickenverteilung von SiO2-Schichten nach den verschiedenen Prozessschritten.
© Fraunhofer IST
Schichtdickenverteilung von SiO2-Schichten nach den verschiedenen Prozessschritten.
Homogenität von Schichten (Vollbestückung) nach zehn Wochen Betriebszeit.
© Fraunhofer IST
Homogenität von Schichten (Vollbestückung) nach zehn Wochen Betriebszeit.

Das Fraunhofer IST hat mit der Entwicklung und dem Aufbau der innovativen Beschichtungsplattform EOSS® neue Möglichkeiten für die Abscheidung hochanspruchsvoller optischer Beschichtungen geschaffen. Es können nicht nur extrem defektarme Beschichtungen realisiert, sondern auch hochkomplizierte Schichtdesigns mit mehreren 100 Schichten bei extremer Präzision und Uniformität der Beschichtung dargestellt werden. Im Jahr 2015 wurde die Anlagenplattform EOSS® des Fraunhofer IST weiterentwickelt. Industrielle Anwender stellen hohe Anforderungen an die Produktionsstabilität der Anlage. Um Spezifikationen konstant zu realisieren, muss die Schichtdickenverteilung stabil sein. An der EOSS® konnte gezeigt werden, dass das Konzept mit rotierenden Kathoden und optimierten Sputtertargets gut geeignet ist, um auch über einen sehr langen Zeitraum von Wochen und Monaten hinweg hervorragende Homo­genitäten optischer Filterbeschichtungen zu erzielen.

EOSS®-Beschichtungskonzept

Das Fraunhofer IST setzt bei der Produktion optischer Schichten auf den Einsatz der Magnetron-Sputtertechnologie. Mit der EOSS®-Plattform wurde ein Ansatz gewählt, bei dem ein Batch von zehn Substraten mit einem Durchmesser von jeweils 200 mm auf einem Drehteller angeordnet ist, der kontinuierlich schnell rotiert. Durch den Einsatz zylindrischer Magnetron-Quellen ergeben sich entscheidende Vorteile, da die Schichtdickenverteilung im Gegensatz zu planaren Magnetrons extrem langzeitstabil ist. Der Vorteil liegt dabei auf der Hand: Nachjustierungen, Batchplanungen oder andere Maßnahmen sind nicht mehr notwendig. Bei den Sputter­kathoden werden als Targets unter anderem substöchiometrische Oxide verwendet. Frühere Untersuchungen zeigten, dass dies zu verbesserten Werten der Schichtdickenverteilung führt bzw. dass die Konditionierung erheblich vereinfacht werden kann. Aktuelle Messungen am Fraunhofer IST ergeben, dass auch die Absorption im Falle von Ta2O5 als hochbrechendes Material verbessert wird.

Die nebenstehende Grafik zeigt die Ergebnisse eines Langzeit­versuchs zur Schichtdickenverteilung. Im Laufe der Arbeiten wurden mehr als 70 µm-dicke Schichten (hier: SiO2) in verschiedenen Beschichtungsläufen abgeschieden. Die schwarze Kurve zeigt die anfängliche Verteilung. Nach zehn Wochen ergab sich die rote Verteilung. Danach wurde das Sputtercompartment geöffnet und eine Reinigung mit gleichzeitigem Austausch verschiedener Komponenten vorgenommen. Nach einer kurzen Einsputterzeit wurde die violette Verteilung erzielt, die fast exakt der initialen Verteilung zu Beginn entspricht.

Beispiel: Herstellung von optischen Filtern

Die Langzeitstabilität zeigt sich nicht nur bei der Produktion von Einzelschichten, sondern auch bei der Herstellung von Filtern. Hierbei ist auch immer die Teller-zu-Teller Verteilung relevant. Nebenstehend ist die Homogenität der Schichten nach zehn Wochen Betriebszeit bei einem voll bestückten Batch mit zehn Substraten – neun Carrier und ein Monitoring-System – zu sehen. In der Grafik wurde jeweils die normierte Position der Bandkante als Ordinate aufgetragen, gemessen wurde die Verteilung in Längs- und Querachse relativ zur Bewegung. Der Verlauf der Kurven zeigt deutlich, dass die Verteilung auch bei einem vollen Batch mit zehn Substraten von jeweils 200 mm Durchmesser exzellent ist.

Die Beispiele zeigen, dass die EOSS®-Technologie die Herstellung neuer und extrem anspruchsvoller optischer Beschichtungen im industriellen Maßstab mit hoher Prozesssicherheit ermöglicht.

 

Weitere Beiträge aus dem Bereich Optik finden Sie hier.