Oberflächen nach Maß
Ionenstrahlgestützte Strukturierung und Glättung
Schlüsseltechnologie für EUV-Lithographie und hochpräzise Oberflächenbearbeitung
Ionenstrahltechnologien sind eine zentrale Grundlage für die Herstellung hochpräziser optischer Komponenten – insbesondere für Anwendungen in der Halbleiterlithographie, Photonik und Mikroelektronik. Sie ermöglichen die Bearbeitung von Oberflächen mit Genauigkeiten bis in den Sub-Nanometerbereich und leisten damit einen direkten Beitrag zur nächsten Generation leistungsfähiger Mikrochips.
Physikalische Grundlagen und Prozessentwicklung
- Entwicklung und Optimierung von ionenstrahlbasierten Ätz- und Abtragsverfahren
- Untersuchung reaktiver und inerter Ionenstrahlprozesse auf physikalischer Basis
- Glättung, Strukturierung und gezielter Materialabtrag auf atomarer Skala
- Weiterentwicklung von Breitstrahl-Ionenquellen und simulationsgestützten Prozessen
Schlüsseltechnologie für Lithographie und Photonik
- Optiken für die EUV-Lithographie und moderne Halbleiterfertigung
- Hochpräzise Komponenten für Photonik und Laseranwendungen
- Funktionale Oberflächen für anspruchsvolle industrielle Anwendungen
Präzision, Materialvielfalt und Skalierbarkeit
- Präzision bis unter einen Nanometer
- Breite Materialbasis:
Gläser, Glaskeramiken, Oxide, Halbleiter, Metalle, Polymere und Schichtsysteme - Enge Verzahnung von Grundlagenverständnis und technologischer Umsetzung
- Skalierung der Verfahren vom Labormaßstab bis zu großen Flächen
Projekte
10ÅCe - 10 Ångstrom CMOS exploration
Mikroelektronik ist eine Schlüsseltechnologie der Digitalisierung und entscheidend für Europas technologische Souveränität. Im Rahmen der „European Partnership for Microelectronics Research and Technology“ fördert die EU Forschungsprojekte wie das „10 Ångstrom CMOS exploration“-Projekt. In Deutschland liegt der Fokus auf multifunktionalen Elektroniksystemen, energiesparender Leistungselektronik und komplexem Design. Das IOM trägt mit ionenstrahlgestützten Ätztechnologien zur Verbesserung von EUV-Spiegeln bei und stärkt so die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit der Forschungseinrichtung sowie der Industrie in Sachsen.
Gefördert durch das EU-Projekt 10ÅCe, dem Chips Joint Undertaking und seinen Mitgliedern, dem BMFTR, dem SMWA, die Niederlande, Belgien, Deutschland, Frankreich, Österreich, Irland und Israel
AD-ION - Advances in ion-surface interaction-driven manufacturing of one-dimensional metal oxide heterostructures
In diesem Kooperationsprojekt wird ein neuer Ansatz zur additiven 3D-Fertigung komplexer nanoskaliger Materialien mittels ionengestützter Abscheidung untersucht. Eine Assist-Ionenquelle wird in drei Teilschritten eingesetzt: (1) zur Vorstrukturierung durch Ionenstrahlerosion, (2) zur Phasen- und Stöchiometriekontrolle durch ionengestützte Reaktivverfahren und (3) zur Endbearbeitung der Geometrie durch Ionenstrahlpolieren. Der Fokus liegt auf ZrO2-MoO3-X-Heterostrukturen, die für Sensorik, Photonik und Quantenanwendungen von Bedeutung sind.
Gefördert durch NSF (U.S. National Science Foundation) und DFG
WIR! - GRAVOmer – Monolithische Binär- und Blaze-Gitter auf Silizium und Oxiden (MOBBS)
Gesamtziel des Projektes ist die Etablierung neuartiger Ionenstrahlbasierter Fertigungsverfahren mit denen geneigte Oberflächenprofile für diffraktiv-optische Elemente realisiert werden können, die mit aktuellen Technologien nicht zugänglich sind. Entsprechend möglichen damit verbundenen Anwendungen, werden zwei Themenkomplexe definiert untersucht: (1) die Entwicklung und Etablierung zweier neuartiger zueinander komplementärer Strukturierungsverfahren für monolithische Silizium-Blaze-Gitter und (2) die Entwicklung eines weiteren speziellen Schrägätzverfahrens.
Gefördert durch BMFTR
nanoAR - Entspiegelnde Metaoberflächen auf Materialien mit großer Bandlücke
In diesem Forschungsprojekt entwickeln neun Partner aus Industrie und Forschung Methoden zur Verbesserung optischer Komponenten. Das Verbundprojekt wird im Rahmen des Förderprogramms "Basistechnologien für die Fusion - auf dem Weg zu einem Fusionskraftwerk" gefördert.
Um tragfähigen Lösungen den Weg zu bereiten, setzen die Projektpartner zum einen auf nanostrukturierte bzw. -poröse Entspiegelungsschichten auf Basis von Materialien mit hoher Bandlücke, die die erforderliche Beständigkeit gegen Laserstrahlung gewährleisten sollen. Zum anderen erproben sie einen subtraktiven Ansatz: Statt einer Kombination aus einem Substratmaterial und mehreren darauf aufgebrachten Materialschichten zur Entspiegelung setzen sie auf Linsen aus einem einzigen Material, das durch eine geeignete Nanostrukturierung seiner Oberfläche die gewünschten Anti-Reflex-Eigenschaften erhalten soll. Am Beispiel von zwei Materialien mit großer Bandlücke (Quarzglas und Kalziumfluorid) sollen entsprechende großflächige Demonstratoren für verschiedene Wellen- und Pulslängen entwickelt werden. Ihre Ansätze könnten auch auf andere Anwendungsbereiche für Hochleistungsoptiken übertragen werden.
Gefördert durch BMFTR
Diagnostikplattform RISQ-DIAP
RISQ-DIAP ist die Diagnostikplattform des IOM Leipzig für reaktive Ionenstrahlprozesse (Reactive Ion Beam Etching, RIBE). Sie ermöglicht die umfassende Charakterisierung und prozessnahe Optimierung von Breitstrahl-Ionenquellen und RIBE-Prozessen – inklusive der gezielten Einstellung von Strahlzusammensetzung, Energie- und Winkelverteilungen sowie der Bewertung von Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit. Damit schafft RISQ-DIAP die Grundlage für ultrapräzise Abtrags-, Strukturierungs- und Glättungsprozesse mit hoher Formgenauigkeit und niedriger Rauheit und unterstützt die Entwicklung anwendungsspezifischer Prozesse für anspruchsvolle optische Komponenten und weitere High-Tech-Anwendungen.
Gefördert durch EFRE/SAB
Anlage zum reaktiven Ionenstrahlätzen O-ISA
Im Rahmen der Ausschreibung EFRE - Europa fördert Sachsen investiert der Freistaat Sachsen (Sächsische Aufbaubank - SAB) mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) in den Ausbau und die Verbesserung der Forschungsinfrastruktur am IOM und sichert damit die weitere Stärkung der Innovationskraft und die Verbesserung der nationalen und internationalen Sichtbarkeit des IOM. Mit der neuen Anlage werden künftig anwendungsorientierte und grundlagenbezogene Forschungsfragen zum reaktiven Ionenstrahlätzen (RIBE) bearbeitet – insbesondere an optischen Komponenten mit Durchmessern von bis zu 200 mm. Damit schafft das IOM die Voraussetzung, um ultrapräzise Bearbeitungsprozesse mit Tiefengenauigkeiten im Ångström-Bereich auf einem neuen Qualitätsniveau umzusetzen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Entwicklung von Bearbeitungsprozessen für Laseroptiken für Hochleistungsanwendungen, beispielsweise für die Entspiegelung von Optiken und die Herstellung von Pulskompressionsgittern. Diese Komponenten sind für zukünftige Schlüsseltechnologien essenziell, etwa bei der Realisierung von zukünftigen Laserträgheitsfusions-Kraftwerken.
Gefördert durch EFRE/SAB
TRADES - Training & Research in Advanced Dispersion Engineered grating-waveguide Structures
Das Doktorandenausbildungsnetzwerk mit acht europäischen Partnern adressiert den bestehenden Fachkräftemangel im Bereich der Photonik durch ein strukturiertes Forschungs- und Ausbildungsprogramm für Promovierende. Im Programm entwickeln 15 Doktoranden innovative optische Komponenten auf Basis von Wellenleiterstrukturen mit Subwellenlängen-Gittern für Hochleistungslaseranwendungen. Dabei werden modernste Abscheidungs-, Lithografie- und Ätztechniken zur Optimierung von Herstellbarkeit, Effizienz (> 99,9 %) und Laserschadensschwelle (> 1 J/cm²) für Sub-Pikosekunden-Impulse eingesetzt. Speziell am IOM werden Ionenstrahlverfahren zur Herstellung diffraktiver Strukturen untersucht. Ergänzend erhalten die Stipendiaten eine praxisnahe Ausbildung in Innovationsmanagement, Unternehmertum und wirtschaftlicher Verwertung zur Vorbereitung auf Karrieren in Forschung und Entwicklung der Photonik.
Gefördert durch EU und Mediation Centre Stakeholder Network (MCSN)
10ÅCe - 10 Ångstrom CMOS exploration
Mikroelektronik ist eine Schlüsseltechnologie der Digitalisierung und entscheidend für Europas technologische Souveränität. Im Rahmen der „European Partnership for Microelectronics Research and Technology“ fördert die EU Forschungsprojekte wie das „10 Ångstrom CMOS exploration“-Projekt. In Deutschland liegt der Fokus auf multifunktionalen Elektroniksystemen, energiesparender Leistungselektronik und komplexem Design. Das IOM trägt mit ionenstrahlgestützten Ätztechnologien zur Verbesserung von EUV-Spiegeln bei und stärkt so die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit der Forschungseinrichtung sowie der Industrie in Sachsen.
Gefördert durch das EU-Projekt 10ÅCe, dem Chips Joint Undertaking und seinen Mitgliedern, dem BMFTR, dem SMWA, die Niederlande, Belgien, Deutschland, Frankreich, Österreich, Irland und Israel
Publikationshighlights
G. Dornberg, E. Rohkamm, P. Birtel, F. Scholze, F. Frost
Characterization of a broad beam Kaufman-type ion source operated with CHF3 and O2
J. Vac. Sci. Technol. A 41 (2023) 053104, DOI: 10.1116/6.0002766
Prozessstabilität ist für das präzise reaktive Ionenstrahlätzen in der Optik von entscheidender Bedeutung. Eine Kaufman-Ionenquelle mit CHF₃/O₂ wurde charakterisiert und mit Ätzergebnissen auf SiO₂, Si und Fotolack in Verbindung gebracht. Die Ätzselektivität hängt stark von der Zusammensetzung des Ionenstrahls ab, die selbst bei konstanten Gasmischungsverhältnissen mit dem Strahlstrom und dem Gasdurchfluss variiert.
F. Linß, C. Bundesmann, F. Frost
Low-energy ion beam erosion of Si with simultaneous co-deposition of metallic surfactants: Experimental and simulated data
Appl. Surf. Sci. 646 (2024) 158923, DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.158923
Die Ionenstrahl-Erosion von Si mit gleichzeitiger Ko-Deposition führt zu Oberflächenmustern im Nano- und Mikrobereich. Unter Verwendung von niederenergetischen Ar-Ionen und verschiedenen Metallen zeigen SEM- und AFM-Messungen, dass silizidbildende Metalle eine Strukturierung und höhere Rauheit induzieren, während andere dies nicht tun. Die Si-Abtragsraten hängen von den Zerstäubungs- und Streueigenschaften des ko-deponierten Materials ab.
E. Rohkamm, D. Spemann, F. Scholze, F. Frost
Influence of the RF-power on the etching yields and surface morphology in reactive ion beam etching of Si and photoresist
J. Appl. Phys. 136 (2024) 193302, DOI:10.1063/5.0233226
Die Ionenenergieverteilung und Zusammensetzung eines HF-angeregten Ionenstrahls unter Verwendung von CHF₃/O₂ wurden untersucht und mit dem Ätzverhalten in Verbindung gebracht. Es wurden energieaufgelöste Massenspektrometrie-, Stromdichte- und Ätzratemessungen an Si und Fotolack durchgeführt. Eine höhere HF-Leistung erhöht die Plasmadichte, verstärkt die Gasfragmentierung, verändert die Oberflächenchemie und beeinflusst die Ätzausbeute und die Fotolackmorphologie erheblich.
L.P. Lingenfelder, A. Finzel, G. Dornberg, J. Zajadacz, F. Frost
Enhanced planarization technology by reactive ion beam etching and using a nanoimprint resist
Appl. Phys. A 131 (2025) 463, DOI: 10.1007/s00339-025-08540-9
Ultraglatte optische Oberflächen sind für hochwertige Optiken unerlässlich. Diese Studie untersucht die Ionenstrahlplanarisierung unter Verwendung eines niedrigviskosen Nanoimprint-Resists, um Drehspuren von SPDT-gefertigten Oberflächen zu entfernen. Im Vergleich zu Standard-Fotolack weist der Nanoimprint-Resist eine überlegene Nivellierung über alle räumlichen Wellenlängen auf und ermöglicht einen erfolgreichen Ätzübertrag, wodurch die RMS-Rauheit von 13 nm auf 0,5 nm reduziert wird.
P. Birtel, E. Rohkamm, J. Bauer, F. Frost
Influence of water background pressure on removal rates of SiO2, Si and photo resist in reactive ion beam etching
Surf. Interfaces 64 (2025) 106306, DOI: 10.1016/j.surfin.2025.106306
Die Prozessstabilität beim reaktiven Ionenstrahlätzen ist für die optische Fertigung von entscheidender Bedeutung. Diese Studie untersucht den Einfluss von Restwasser auf das Ätzen von SiO₂, Si und Fotolack mit CHF₃/O₂. Wasser verändert die Zusammensetzung des Ionenstrahls und die Bildung der oberflächennahen Schicht, was sich auf die Ätzausbeute und die Selektivität auswirkt. Diese systematischen Veränderungen haben wichtige technologische Implikationen für die Prozesssteuerung.
Ausstattung
- fhOptik-ISA: RIBE-Anlage für Substrate bis 125 mm Durchmesser, Kaufman-Ionenquelle
- ISA-III: RIBE-Anlage für Substrate bis 100 mm Durchmesser, Kaufman-Ionenquelle
- ISA200: RIBE-Anlage für Substrate bis 200 mm Durchmesser, Kaufman-Ionenquelle
- SHAPION: RIBE-Anlage für Substrate bis 200 mm Durchmesser, Kaufman-Ionenquelle
- RIBE-450: RIBE-Anlage für Substrate bis 450 mm Durchmesser, Kaufman-Ionenquelle
- EUVL: RIBE-Anlage für Substrate bis 300 mm Durchmesser, HF-Ionenquelle
- RISQ-DIAP: Diagnostik-Plattform für RIBE-Prozesse, Substrate bis 500 mm, HF-Ionenquelle
- O-ISA 200: RIBE-Anlage für Substrate bis 200 mm Durchmesser, HF-Ionenquelle (ab 12/2026)
- RIBF1000: RIBE-Anlage für Substrate bis 1000 mm Abmessung, verschiedene HF-Ionenquellen (ab 12/2026)
- ICON PT AFM
- ICON/Fastscan AFM
- DME-AFM-System
- Reflektometer
- Weißlichtinterferometer NPFlex
- Mechanischer Profiler XT
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