Das Step & Repeat Verfahren ermöglicht die parallele und kostengünstige Replikation von mikrooptischen Bauelementen zur Herstellung von großen Stückzahlen.
Das Fraunhofer IOF bietet Kunden aus Industrie und Forschung mithilfe dieses Vervielfältigungsverfahrens die direkte Replikation von Mikrooptiken, maßgeschneiderte Fertigungen von Master-Wafern sowie Beratungen und Prozessentwicklungen zur Integration in eigene Produktionslinien für entsprechende Anwendungen an.
Mikrooptische Bauelemente, wie z. B. Mikroasphären, mikrooptische Freiformflächen oder diffraktiv optische Elemente, sind Schlüsselkomponenten miniaturisierter Kamera- und Sensorsysteme.
Eine kosteneffiziente Herstellung derartiger Bauelemente kann durch parallelisierte Replikationsverfahren im Wafer-Maßstab erfolgen. Voraussetzung hierfür ist eine Masterstruktur des zu fertigenden Bauelements in Form eines Master-Wafers. Typische Verfahren zur Herstellung von Masterstrukturen wie z. B. die Grautonlithografie, Elektronenstrahllithographie, Ultrapräzisionsmikrozerspanung oder Zweiphotonenlithographie erlauben jedoch oftmals nur die effiziente Fertigung kleinflächiger Einzelelemente.
Der Übergang vom Einzelelement zum Master-Wafer erfolgt durch die Step- und Repeat-Replikation. Alternativ können mikrooptische Bauelemente für Prototypen oder Kleinserien auch direkt, z. B. auf lithografisch strukturierten Blenden, repliziert werden.
Das Fraunhofer IOF verfügt über langjährige Erfahrung in der Herstellung von mikrooptischen Bauelementen durch das Verfahren der Step & Repeat Replikation. Die gefertigten mikrooptischen Komponenten kommen z. B. in insekteninspirierten Multiaperturkameras oder miniaturisierten 3D- Kameras zum Einsatz. Die entwickelte Prozesskette basiert auf einem modifizierten Nanoimprint-Stepper und erlaubt die Replikation von mikrooptischen Bauelementen auf Subtraten bis zu einer Größe von 8 Zoll. Zur Charakterisierung der hergestellten Strukturen steht ein vielseitiges Arsenal an Geräten wie ein Weißlichtinterferometer, ein Laserscanning-Mikroskop, sowie ein taktiles Oberflächenprofilometer zur Verfügung.
Im folgenden Video sehen Sie eine Veranschaulichung des Verfahrens:
Ablauf des Step & Repeat Prozesses
Den Ausgangspunkt der Prozesskette bildet eine Masterstruktur des zu replizierenden mikrooptischen Bauelementes in Form eines kleinflächigen Einzelmasters. Dieser wird durch uns oder unsere Partner auf Grundlage des optischen Designs gefertigt oder kann von unseren Kunden zur Verfügung gestellt werden.
Durch ein Abguss-Verfahren wird von diesem Einzelmaster zunächst ein Abformwerkzeug erzeugt, welches im anschließenden Replikationsvorgang zur Formgebung dient. Hierzu wird auf dem Substrat ein Polymertropfen dosiert und anschließend das Abformwerkzeug mit diesem in Kontakt gebracht. Nach einer UV-Belichtung zur Aushärtung des Polymers werden Abformwerkzug und replizierte Struktur wieder voneinander getrennt. Diese Prozess-Sequenz wird wiederholt durchlaufen, bis der gesamte Wafer mit dem zu replizierenden Bauelement strukturiert ist.
Der gefertigte Wafer kann in weiteren Replikationsschritten als Master-Wafer verwendet werden, um so eine parallele und kostengünstige Replikation der Bauelemente in großen Stückzahlen zu ermöglichen. Alternativ kann die Step & Repeat Replikation auch beidseitig auf lithografisch strukturierten Blenden-Wafern erfolgen. Dieser Ansatz erlaubt die direkte Fertigung von Mikroobjektiven für Prototypen oder Kleinserien ohne einen zusätzlichen Replikationsschritt. Die mit beiden Prozessvarianten gefertigten mikrooptischen Bauelemente werden anschließend durch einen Sägeprozess vereinzelt bevor sie in miniaturisierte Sensorsysteme integriert werden.
Dann kontaktieren Sie uns und wir besprechen alles weitere zur Bearbeitung Ihres Anliegens.
Falls Sie Fragen zur Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IOF haben, finden Sie unter folgendem Link weitere Informationen.
