Laserstimulierte reaktive Atmosphärendruck-Plasmajet-Ätzprozesse zur Ultrapräzisionsbearbeitung optischer Gläser (LasPlasJet)

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Arnold; Dr.-Ing. Klaus Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453925455

Die ultrapräzise Formgebung und Korrektur optischer Oberflächen wie Linsen oder Spiegel mittels lokal wirkender fluorhaltiger Atmosphärendruckplasmajets basiert auf einem Trockenätzprozess und beruht auf chemischen Reaktionen zwischen den im Plasma gebildeten reaktiven Spezies (Fluorradikale) und den Atomen der Substratoberfläche unter Bildung flüchtiger Produkte für einfach aufgebaute Siliziumverbindungen, z.B. Si, SiO2, SiC. Die im Vorhaben betrachteten optische Gläser beinhalten allerdings zusätzlich Metalloxide, die beim Plasmajetätzen auch nichtflüchtige Reaktions¬produkte bilden, so dass ein gleichmäßiger, zeitlich konstanter und rauheitserhaltender Materialabtrag nicht zu erreichen ist. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, die physikalischen und chemischen Wechselwirkungsprozesse bei der Kombination von gepulsten reaktiven Atmosphärendruck-Plasmajets und Laserstrahlung in einem Ätzprozess experimentell zu untersuchen. Die grundsätzliche Herausforderung der Thematik besteht in der determinierten Einflussnahme auf Plasmajet-basierte Ätzprozesse von zusammengesetzten, siliziumbasierten Gläsern durch die Zuführung einer weiteren, unabhängig einstellbaren Strahlungsenergie, der Laserstrahlung, die zeitgleich oder sequenziell vor oder nach dem Plasmajet-Ätzen wirkt. Bei Verknüpfung von Plasmajet und Laserstrahlung kann durch die zusätzliche Initiierung chemisch-physikalischer Prozesse beim Plasmajetätzen die Materialzusammensetzung oder -struktur im oberflächennahen Bereich beeinflusst werden, so dass eine Einflussnahme auf die Selektivität, die Homogenität und die zeitliche und örtliche Konstanz des Ätzabtrages erwartet wird. Kernziel des Vorhabens ist es, ein vertieftes wissenschaftliches Verständnis für die ablaufenden Mechanismen und Prozesse bei der Verknüpfung von Plasmajet- und Laserbestrahlung beim Ätzen komplex aufgebauter Glasmaterialien zu gewinnen und so aus materialwissenschaftlicher Sicht oberflächennahe Veränderungen der Zusammensetzung, Selbstmaskierungsprozesse und Rauheitsbildung verstehen zu können. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen nachfolgend als Grundlage für die geplante Entwicklung von Plasmajet-Laser-Ultrapräzisionsbearbeitungsmethoden von Gläsern für optische high-end-Anwendungen verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen