Anlage zum Ion-Beam Finishing für das Korrigieren der Oberflächenform für die Anwendung in der Präzisionsoptik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Deutschland als Hightech- und Export-Standort ist in der Präzisionsoptik mit innovativen Prozessen, deren stetiger Weiterentwicklung sowie Optimierung und High-End-Produkten aus der Schlüsseltechnologie Photonik gefordert. Beispielhaft führt die stete Forderung einer kontinuierlichen Steigerung der Leistungsfähigkeit bei gleichbleibender Energieeffizienz von Mikroprozessoren zu einer starken Verringerung der zu erzielenden Strukturbreiten. Mikroprozessoren werden mittels Fotolithographie im EUV-Bereich hergestellt. Die Strukturbreiten sind heute bis auf 10 nm gesunken und damit die Anforderungen an die Abbildungseigenschaften und Auflösungsvermögen der eingesetzten Optik enorm gestiegen. Nicht nur steigende Anforderungen an die Abbildungseigenschaften, sondern auch neue Flächenformen, wie etwa Asphären oder Freiformflächen, erfordern stabile, innovative Produktionsprozesse. Solche Flächen können mit den etablierten Standard-Polierverfahren aber nicht mehr effizient in der geforderten Genauigkeit hergestellt werden. In den vergangenen Jahren haben sich deshalb neue deterministische Subaperturpolierverfahren etabliert. Diese Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragsfunktion empirisch ermittelt wird und der Abtrag gesteuert über ein Verweilzeitprofil nur zonal geschieht. Mit diesen beiden Eingangsgrößen konstante Abtragsfunktion und Verweilzeitprofil sind sie für hochgenaue Bearbeitungen geeignet. Ein solches deterministisches Polierverfahren ist das Ionenstrahlätzen (engl.: ion-beamfiguring, kurz IBF). Das Strahlprofil eines Ionenstrahls lässt sich über verschiedene Parameter auf eine nahezu ideale Gaußform einstellen. Mit der als notwendige Voraussetzung bekannten Abtragsfunktion, lässt sich zu jedem gemessenen Fehlerprofil ein Verweilzeitprofil erstellen. Ein solches Profil muss pixelgenau für jede zu bearbeitende Fläche einzeln zum vorgegeben Fehlerprofil, mit dem Ziel, stets die vorhandenen Oberflächenfehler zu minimieren, generiert werden. Die Ionenstrahlätzanlage an der Technischen Hochschule Deggendorf (THD) wird am Institut für Präzisionsbearbeitung und Hochfrequenztechnik (IPH) zur Prozessentwicklung für die Fertigung hochgenauer Präzisionsoptiken in großer Formenvielfalt verwendet. Die Arbeitsgruppe hat sich auf die Untersuchung der Einflussgrößen auf das Polierergebnis und die dazu nötigen Prozessparameter spezialisiert. Wesentliches Ziel der Arbeiten ist die Optimierung der Fertigungsschritte innerhalb der Gesamtprozesskette Optikfertigung. Das gewonnene Wissen diente auch als Grundlage für weitere Veröffentlichungen und Projektanträge. Unter anderem wurde ein optimierter Verweilzeit-Algorithmus entworfen und programmiert. Dieser Algorithmus erlaubt die hohe Korrekturfähigkeit der IBF in der kritischen Randzone der Fläche effizient zu Nutzen. Eine erste Validierung an der IBF-Anlage des IPH ergab eine 20%ige Verkürzung der Bearbeitungszeit.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Surface errors in the course of machining precision optics, SPIE Proceedings Volume 9575 Optical Manufacturing III
Biskup Heiko, Haberl Alexander, Rascher Rolf
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2189991) - Polishing tool and the resulting TIF for three variable machine parameters as input for the removal simulation, SPIE Proceedings Volume 10326 Precision Optics Manufacturing 2017
Schneider Robert, Haberl Alexander, Rascher Rolf
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2267415) - Yet one more dwell time algorithm, SPIE Proceedings Volume 10326 Precision Optics Manufacturing 2017
Haberl Alexander, Rascher Rolf
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2270540)
