Spatial ALD: Raum toppt Zeit

Mithilfe der Atom­lagen­ab­scheidung ALD (engl. atomic layer depo­sition) lassen sich sehr dünne, quali­tativ hoch­wertige Schichten her­stellen. Bisher wird das ALD-Verfahren vor allem genutzt, um zum Beispiel dünne Funktions­schichten in der Halb­leiter­industrie abzu­scheiden. Am Laser­zentrum Hannover LZH macht nun eine in Zusammen­arbeit mit dem fin­nischen, auf ALD-Verfahren spezia­lisierten Unter­nehmen Beneq neu entwickelte ALD-Anlage eine weitere, indus­triell stark nach­gefragte Anwendung wirt­schaftlich: Mit ihr können die Wissen­schaftler und Wissen­schaftler­innen der Gruppe Optik-Inte­gration am LZH viel schneller als bisher Schicht­systeme gleich­mäßiger Dicke zum Beispiel auf stark ge­krümmten und struk­turierten Optiken herstellen. Bisher verwendete Methoden, wie die Elektronen­strahl­verdampfung oder das Ionen­strahl­sputtern unterliegen als gerichtete Verfahren bei solchen Anwendungen klaren Grenzen. 

Die Spatial ALD-Anlage erzielt hohe Auftragsraten bei der Herstellung ultradünner Schichtsysteme für Optiken und ermöglicht die gleichmäßige Beschichtung komplex geformter Oberflächen. Interessant ist das zum Beispiel für die Bereiche Automotive-Lighting oder auch Augmented Reality (AR)/Virtual Reality (VR), wo dreidimensional geformte Beleuchtungselemente essentiell sind. Da die Anlage plasmabasiert ist, kann sie mit niedrigen Temperaturen unter 100 Grad arbeiten – dadurch ist sie insbesondere für die Beschichtung von temperaturempfindlichen Polymeroptiken geeignet, die häufig für Displays verwendet werden.

Der ALD-Prozess beruht auf selbst­limitie­renden chemischen Reaktionen zwischen gas­förmigen Präkursoren und der Substrat­oberfläche. In bisher üblichen Anlagen werden die Prozess­reaktionen nacheinander durchgeführt, was einen zeit­aufwändigen Gas­aus­tausch in der gesamten Reaktions­kammer nötig macht. Anders in der Spatial ALD-Anlage: Hier laufen die Prozess­zyklen räumlich getrennt ab. Die Anlage hat vier einzelne, durch Druck und Stickstoff abgetrennte Prozesskammern, in denen jeweils ein ALD-Reaktions­schritt abgeschlossen wird. Anschließend rotieren die Substrate in die nächste Kammer. So erreichen die Wissen­schaftler und Wissen­schaftle­rinnen Auftrags­raten die bisher nur mit anderen Beschichtungs­verfahren möglich waren. Dies macht das Verfahren besonders wirt­schaft­lich und ermöglicht gleich­zeitig einen hohen Durch­satz bei der optischen Beschichtung.

Erste Forschungs­ergebnisse mit der neuen Anlage präsentierte das Team des LZH auf der diesjährigen Photonics West. Zurzeit arbeiten die Wissen­schaftler und Wissen­schaftle­rinnen außerdem im EUROSTARS-Verbund­projekt INTEGRA daran, mit der Spatial ALD-Anlage optische Beugungsgitter zu beschichten. Darüber hinaus ist das LZH offen für neue Heraus­forderungen mit der Spatial ALD-Anlage im Rahmen von weiteren Industrie- und Forschungs­kooperationen.

LZH / LK