Sputterverfahren

Sputtertechnologien sind eine der Kerntechnologien der Institute des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces, die entwickelt und genutzt werden, um Schichten und Mehrlagenschichtsysteme im Vakuum mit guter Effizienz auf große Oberflächen aufzubringen. Sputterverfahren eignen sich vor allem zum präzisen Abscheiden dünner, elektrischer und optischer Funktionsschichten im industriellen Maßstab. So lassen sich Schichtdickengenauigkeiten, geringe Rauheit und eine gute Schichthaftung erzielen.

Das Magnetronsputtern und das Hohlkathodenverfahren sind zentrale Technologien des Fraunhofer IST zur Herstellung unterschiedlichster Beschichtungen. Das Magnetronsputtern basiert auf dem Prinzip der Kathodenzerstäubung in Niederdruck-Glimmentladungen. Im Kathodenfall werden Ionen auf die Kathode geschleudert, sodass in der Kathode eine Stoßkaskade angeregt wird, die zum Auslösen von Targetmaterial führt. Mit dem Verfahren der magnetischen Druckerhöhung kann der Arbeitsdruck des Sputterprozesses von ca. 5 Pa ohne Magnetfeld auf ca. 0.1 – 1 Pa verringert werden. Die Hohlkathoden-Glimmentladung ist eine Sonderform der Niederdruck-Glimmentladung. Sie entstehet, wenn die Kathode die Gestalt eines Hohlkörpers annimmt und führt zu deutlich höheren Plasmadichten.

Das Fraunhofer IOF setzt Magnetronsputtern an Präzisionsoptiken ein, um den steigenden Anforderungen an die Qualität und Homogenität der Beschichtung auf großen Optiken gerecht zu werden. Ebenso werden klassische Sputteranlagen unter anderem für Abscheidung von EUV-/Röntgenschichtsystemen auf Substratgrößen bis ∅ 660 mm eingesetzt.

Das Fraunhofer FEP ist spezialisiert auf das Puls-Magnetron-Sputtern (PMS) und die Regelung reaktiver Sputterprozesse. Durch eine pulsförmige Einspeisung der elektrischen Energie  bei der Magnetron-Gasentladung können störende Arcing-Prozesse reduziert werden. Die Möglichkeit der reaktiven Prozessführung erweitert die Palette der abscheidbaren Materialien deutlich: So können neben Metallen auch Oxide, Nitride und Oxinitride aufgebracht werden. Mithilfe des dualen Magnetron-Sputter-Systems (DMS), der bipolaren Technologievariante, können auch elektrisch hochisolierende Materialien abgeschieden werden. Am Fraunhofer FEP erfolgt die Konzentration auf die Technologieentwicklung, ihre Anpassung an neue Anwendungen und die Entwicklung komplexer integrierter Prozesstechnik- und Know-how-Pakete.

Zur Abscheidung von Nanometer-Enzel- und Multischichten für EUV- und Röntgenoptiken setzt das Fraunhofer IWS die Verfahren der Magnetron- und Ionenstrahl-Sputter-Deposition sowie der Puls-Laser-Deposition ein.