EOSS® - Plattform

In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Lösungsansätze zur Verbesserung der Uniformität von Beschichtungen entwickelt. Einer davon ist das am Fraunhofer IST entwickelte Sputtersystem EOSS®

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Uniforme Beschichtungen auf der EOSS®-Plattform

Gemessene Verteilung in und quer zur Rotationsrichtung auf einem 200 mm Wafer. Die mittlere Abweichung beträgt ±0,10% in, und ±0,15% quer zur Rotationsrichtung.
© Fraunhofer IST
Gemessene Verteilung in und quer zur Rotationsrichtung auf einem 200 mm Wafer. Die mittlere Abweichung beträgt ±0,10% in, und ±0,15% quer zur Rotationsrichtung.

Die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Beschichtungsprozessen ist eine permanente Herausforderung, auch im Bereich der optischen Technologien. Ein Aspekt stellt dabei die Uniformität der Beschichtungen dar. Je nach Spezifikation der spektralen Eigenschaften dürfen Schichtdickenabweichungen größeren oder nur extrem geringen Toleranzen unterliegen. In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Lösungsansätze entwickelt. Einer davon ist das am Fraunhofer IST entwickelte Sputtersystem EOSS®.

Das Ziel: Uniforme Schichten und saubere Prozesse

Eine der einfachsten Methoden, uniforme und homogene Beschichtungen zu realisieren, besteht darin, das zu beschichtende Bauteil z. B. durch eine Rotation zu bewegen. Da hier extreme Anforderungen an die Sauberkeit der Beschichtungen gestellt werden, sind Lösungen, bei denen beispielsweise Planetengetriebe für Bewegung sorgen, ungeeignet. Auf dem Gebiet des Magnetronsputterns, besonders im Bereich der Drehtelleranlagen, werden Subrotationen häufig durch einen separaten Antrieb pro Substrathalter realisiert. Dieses Vorgehen ist allerdings mit einem gewissen finanziellen Aufwand  sowohl bei der Anschaffung, als auch im Betrieb verbunden. Unter anderem aus diesem Grund haben sich Anlagen ohne Subrotation am Markt behauptet.

Lösungsansätze

Bei Beschichtungsanlagen ohne Subrotation werden Masken eingesetzt, die das Abscheideprofil der typischerweise verwendeten planaren Targets so modifizieren, dass uniforme Schichten entstehen. Dieses Konzept ist im Betrieb mit einem großen Aufwand verbunden. Dazu kommt, dass sich durch die Ausbildung von Erosionsgräben auf dem Target die Verteilung des abgestäubten Materials über die Lebensdauer ändert. Um dennoch eine optimale Beschichtung zu erzielen, werden in der Produktion u. a. folgende Maßnahmen ergriffen:

  • Herstellung weniger kritischer Beschichtungen mit einer geeigneten Batchplanung zu Beginn und zum Ende des Target-Lebenszyklus,
  • Herstellung kritischer Beschichtungen zum optimalen Zeitpunkt,
  • Auswechslung der Masken,
  • Nachführung der Magnetfelder der Targets oder
  • Einsatz zylindrischer Targets.

Das EOSS®-Sputtersystem

In dem am Fraunhofer IST entwickelten EOSS®- Sputtersystem werden die bereits in der Flachglasindustrie etablierten zylindrischen Targets erstmals in einem Produktionssystem für präzise optische Interferenzfilter eingesetzt. Bei diesen Targets wird die Oberfläche gleichmäßig erodiert, dadurch bleibt die Abstrahlcharakteristik des abgestäubten Materials über die Targetlebensdauer nahezu unverändert. Die Vorteile liegen dabei auf der Hand: Nachjustierungen, Batchplanungen oder andere Maßnahmen sind nicht mehr notwendig.

Eine Analyse des Verhaltens der zylindrischen Targets  am EOSS®- System belegt die genannten Vorteile. Es konnte gezeigt werden, dass langzeitstabile Uniformitäten im Bereich ±0,15 % realisiert werden können. Damit erzielt das EOSS®- Konzept eine Wirtschaftlichkeit, die aktuell von keinem anderen Hersteller erreicht wird.