Die Technologie des Ionenstrahlpolierens – Ion Beam Figuring

Das Ionenstrahlpolieren (engl. Ion beam figuring, IBF) ist ein Ätzverfahren unter Hochvakuumbedingungen, welches speziell für optische Substrate, wie z. B. Teleskopspiegel, verwendet wird. Dabei wird ein schmaler, fokussierter Strahl positiv geladener Ionen verwendet, um Material physikalisch von einem Substrat zu ätzen. Es wird auch oft als Ionenstrahl-Finishing bezeichnet, da es normalerweise der letzte Schritt in einer Reihe von Bearbeitungsschritten ist.

Ein ähnlicher Prozess, der auf Wafern durchgeführt wird, wird als Ionenstrahltrimmen bezeichnet.

 

Wie funktioniert es?


Im  Gegensatz zum mechanischen Polieren ist das Ionenstrahlätzen und somit auch das Ionenstrahlpolieren ein berührungsloses Verfahren. Ein kleiner Strahl positiv geladener Ionen, z.B. Argon, wird auf die Substratoberfläche gerichtet. Durch die Kollision der Ionen mit den Atomen des Substrats wird eine "Kollisionskaskade" ausgelöst. Mit einem optimierten Prozessablauf (angepasste Energie und Richtung) werden die Teilchen in dieser Kaskade zurück auf die Substratoberfläche gelenkt. Auf diese Weise können die Atome am Ende der Kaskade die Oberflächenbindungsenergie überwinden und sich vom Substrat lösen. Dieses Verfahren wird funktioniert bei allen Materialien.

Vor der Bearbeitung müssen die Oberflächenformfehler mit einem Interferometer gemessen werden. Anhand dieses Oberflächenprofils berechnet die Software der Ionenstrahl-Ätzanlage für jedes Substrat eine individuelle Verweilzeitkarte und erstellt ein Rezept für die Bearbeitung des Substrats.

Ein xy-Achsensystem bewegt dann den Ionenstrahl mäanderförmig über die Substratoberfläche. Eine zusätzliche z-Achse wird verwendet, um den Fokus des Ionenstrahls zu steuern. Für kleinere Substrate ist es ebenso möglich, mit einer statischen Ionenstrahlquelle zu arbeiten und das Substrat vor dem Ionenstrahl zu bewegen.

Die Menge des Materialabtrags wird durch die Verweilzeit des Ionenstrahls bestimmt. Bewegt sich der Ionenstrahl schnell über eine Stelle, wird dort wenig Material abgetragen. Langsames Scannen bedeutet einen höheren Abtrag. Weitere Einflussfaktoren für die Abtragsrate sind die Energie des Ionenstrahls, der Ionenstrahlstrom, das Material des Substrats und der Einfallswinkel, mit dem der Ionenstrahl auf das Substrat trifft.

Die Bearbeitung von gekrümmten Substraten erfordert daher eine spezielle Lösung, die die unterschiedlichen Einfallswinkel des Ionenstrahls auf die Substratoberfläche berücksichtigt. Eine Möglichkeit besteht darin, die Ionenstrahlquelle mit einem 5-Achsen-System zu kippen, so dass der Ionenstrahl in einem konstanten Winkel zum Substrat bleibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Auftreffwinkel in die Vorberechnung des Bewegungsprofils in der Systemsoftware einzubeziehen, wie es in die in unseren IBF-Systemen realisiert wird.

 

Vorteile des Ionenstrahlpolierens

  • berührungslose Technologie, keine Alterungseffekte wie bei gängigen mechanischen Polier-Werkzeugen
     
  • hervorragende Stabilität der Abtragsrate
     
  • keine Untergrundbeschädigungen am Substrat
     
  • extrem hohe Präzision bis hin zu wenigen Nanometern

 

 

Unsere Prozesslösungen

 

scia Trim 200

System zur Großserienproduktion für die Schichtdickenkorrektur auf Wafern bis zu 200 mm

scia Finish 1500

Polierfehlerkorrektur von hochpräzisen optischen Elementen bis zu 1500 mm Durchmesser

 

 

Weitere Informationen

 

Technologie

 

Unser Spektrum an Ionenstrahl- und Plasmaprozessen zum Ätzen, Beschichten und Reinigen von Substraten.

Anwendung

 

Application Note über die Ergebnisse der NASA für die mit einer scia Trim 200 bearbeiteten Spiegel.

Video

 

Videovortrag: Ionenstrahlpolieren von Teleskopspiegeln verschiedener Größe

 

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Weitere Informationen

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