Höher, präziser, multifunktional - Von mikro- zu mesoskaligen Strukturen durch ‚Next-Level-Laserlithografie‘ als Kernbaustein einer leistungsfähigen Prozesstechnologie (mesoTrace)

• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497866273

Der lithografischen Herstellbarkeit von funktionalen Strukturen mit Profilhöhen im Dimensionsbereich von einigen zehn bis zu mehreren hundert Mikrometern, die gleichzeitig sehr hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllen und sich über große laterale Bereiche ausdehnen, sind gegenwärtig sehr enge Grenzen gesetzt. Diese Strukturen, die den Übergangsbereich zwischen der Mikro- und der Mesoskala adressieren, bieten insbesondere in der Optik und der Halbleitertechnik ein sehr hohes Potenzial um Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, die bisher nicht, oder nur sehr unzureichend erreichbar waren. Beispiele aus der Optik sind: (i) diffraktive Strukturen, die simultan hohe und niedere Beugungsordnungen nutzen, (ii) hybride Elemente aus diffraktiven Strukturen auf freiform-gekrümmten refraktiven Flächen, oder (iii) tiefe, maßgeschneiderte Mikrolinsen-Arrays mit statistischer oder regelmäßiger Verteilung und variierender Linsengeometrie. In der Halbleitertechnik können mesoskalige Maskenstrukturen beispielsweise zur Dotierung von Leistungshalbleiterbauelementen genutzt werden, die für eine effiziente Energiewandlung im Bereich erneuerbaren Energien notwendig sind. Mit diesem Projekt wird das Ziel verfolgt, bisherige Grenzen in der Herstellbarkeit von funktionalen Strukturen im Übergangsbereich von der Mikro- zur Mesoskala signifikant zu überschreiten und die nutzbaren Technologien grundlegend zu erforschen. Im Zentrum steht als Maßnahme die Beschaffung eines Systems zur direktschreibenden Laserlithografie, welches dem höchsten Stand der Technik genügt. Das Projekt verfolgt in seiner wissenschaftlichen Ausrichtung drei Schwerpunkte: A) Auflösen bisheriger Beschränkungen der Laserlithografie. Dies betrifft die erhebliche Steigerung erreichbarer Profilhöhen in den Bereich größer 180 μm, eine Reduzierung störender ‚Stitching‘-Effekte sowie die Verringerung von Oberflächenrauheiten über ausgedehnte Flächen. B) Kombination Laserlithografie mit folgenden Trockenätzprozessen: die Grenzen der Strukturübertragung für tiefe und hochpräzise Fotolackstrukturen, durch die Anwendung von Trockenätzprozessen werden hier erforscht. C) Eigenschaften und Funktionalitäten der erarbeiteten ‚mesoskaligen‘ Strukturen: final sollen die neu zur Verfügung stehenden Strukturen für laufenden wissenschaftlichen Projekte, insbesondere für hyperspektrale und multimodale optische Instrumentierungen und für Ionen-bestrahlte Halbleiterbauelemente, genutzt werden. Das Team bilden vier Partner, deren Kompetenzen sich hervorragend ergänzen: die Professoren Brunner, Rüb und Schie (EAH-Jena) vereinigen einschlägige Erfahrungen zur Fertigung von Nano- und Mikrostrukturen und deren Nutzung in multimodalen optischen Systemen sowie in der Halbleiterfertigung. Das Kompetenzprofil von Prof. Dr. H. Hillmer (Universität Kassel) bietet ausgezeichnete Synergien sowohl zur Mikro- und Nanotechnologie als auch zur Erforschung mikrooptischer Strukturen für spektralsensorische Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Laserlithografieanlage
• Gerätegruppe: 0930 Spezialgeräte der Halbleiterprozeßtechnik
• Antragstellende Institution: Ernst-Abbe-Hochschule Jena
• Leiter: Professor Dr. Robert Brunner