Bei diesem Thema denkt man zunächst an die Halbleiterlithographie, die mit Excimerlasern bei der Wellenlänge 193 nm betrieben wird und extrem hohe Lebensdauern für die eingesetzten Optikkomponenten erfordert. Tatsächlich hat UV-Laserstrahlung heutzutage bereits ein wesentlich breiteres Spektrum innovativer Anwendungen in der Medizin, der Mikromaterialbearbeitung oder der Messtechnik erobert, deren Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit auch empfindlich durch die Lebensdauer der eingesetzten Optiken begrenzt wird. Im Vergleich zur Lithographie müssen hier Laserpulse mit weitaus höheren Energiedichten - deutlich oberhalb von 50 mJ/cm2 - von den Optiken übertragen werden. Im Anwendungsfeld zeigte sich sehr schnell, dass die üblichen Optikkomponenten schon bei Pulsanzahlhorizonten von wenigen 10 Millionen Schuss versagen, und so relativ kurze Wartungsintervalle mit beträchtlichen Kosten für die Systeme anfallen. Ein wirklich konkurrenzfähiger und wirtschaftlicher Betrieb der Systeme ist erst gewährleistet, wenn der Austausch der Optikkomponenten nicht viel häufiger als der Wechsel anderer Verschleißteile - wie zum Beispiel der Excimer-Laserröhre selbst - notwendig wäre. Unter diesen Randbedingungen wäre eine Lebensdauer von mehr als eine Milliarde Laserpulse für die Optikkomponenten ein erstrebenswertes Ziel. Dieser Herausforderung hat sich ein interdisziplinäres Konsortium aus 14 Industrieunternehmen und 2 Forschungsinstituten unter der Trägerschaft des VDI-Technologiezentrums Düsseldorf gestellt. Das Thema des Vorhabens war „Fluoridische Laserkomponenten für den UV-X-Spektralbereich“, Kurzform FLUX.

Gleich zu Beginn des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundvorhabens FLUX im Jahre 2006 wurde eine klare Arbeitsteilung zwischen den Partnern in Arbeitsgruppen etabliert, um eine zielgerichtete Forschungsstrategie des recht umfangreichen Verbunds zu gewährleisten. Die Arbeitsgruppen konzentrierten sich auf die wesentlichen Teilzielsetzungen zur Verbesserung der eingesetzten Grundmaterialien und Substrate, zur Optimierung neuer Herstellungskonzepte für die optischen Funktionsschichten sowie zu einer angemessene Analytik, die insbesondere umfangreiche Marathontests für die Bestimmung der Lebensdauer von im Verbund entwickelten Komponenten umfasste. In den vergangenen vier Jahren intensiver Forschungsarbeit konnte das Hauptziel, eine Lebensdauer von 1.000.000.000 Pulsen, auch bei hohen Laserfluenzen im DUV-Bereich sicher erreicht werden. Ganz nebenbei ergaben sich aber noch viele weitere Innovationen, die den Mehrwert des Vorhabens unterstreichen. So ist es beispielsweise gelungen, Ionenprozesse mit Fluor als Reaktivgaskomponente erstmals für die industrielle Fertigung fluoridischer optischer Funktionsschichten zu qualifizieren und das bisher von fernöstlichen Optikunternehmen vorgegebene Qualitätsniveau zu überflügeln. Darüber hinaus konnten mit den praxisnahen Lebensdauertests bei den Laser- und System-Herstellern im Verbund neue Erfahrungen gesammelt werden, die eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der Systeme im Feld ermöglichen. Nicht zuletzt soll auch der enorme Erkenntnisgewinn zu den Grundlagen genannt werden, der erstmals ein tieferes Verständnis der Degradationsmechanismen in dem eingesetzten Substratmaterial CaF2 und den Schichten, sowie der Vorgänge bei der Beschichtung der Optiken unter dem Einfluss von Fluor umfasst. Insgesamt hat das Projekt auch in der wirtschaftlichen Umsetzung einen erheblichen Effekt bei den beteiligten Industrieunternehmen mit sich gebracht. Der Fortschritt bei den Standzeiten der Optiken kann direkt in den Produkten vermarktet werden und trägt so zu der Sicherung einer führenden internationalen Marktposition bei. Die Innovationen im Bereich der Beschichtungsverfahren werden direkt für den Anlagenbau genutzt und bilden einen wichtigen Ausgangspunkt für den weiteren Ausbau der Marktposition der Optikbeschichter im Verbund.

Nach dem erfolgreichen Ausgang des Verbunds FLUX, der noch einmal in einer öffentlichen Abschlusspräsentation am 10. März 2010 am Laser Zentrum Hannover dokumentiert wurde, richtet sich der Blick in die Zukunft. Die Ergebnisse des Verbunds sind eine hervorragende Ausgangsposition für die weiteren Herausforderungen an die optische Komponentenfertigung. Neue ehrgeizige Ziele zeichnen sich im Rahmen der Strategiediskussion „Photonik 2020“ bereits klar ab und betreffen nicht nur den weiteren Fortschritt in der Excimerlaser-Technologie. Vielmehr ist durch die nachhaltige Entwicklung von Festkörperlasersystemen mit Frequenzvervielfachung und auch sehr kurzen Pulsdauern ein neues Feld erwachsen, das die Entwicklung optischer Laserkomponenten vor neue Aufgaben stellt.   

Beteiligte Firmen und Institute im Verbund FLUX 

Coherent GmbH, Göttingen
Carl Zeiss Semiconductor Manufacturing Technologies AG, Oberkochen
Jenoptik Laser Optik Systeme GmbH, Jena
Korth Kristalle GmbH, Altenholz (Kiel)
Leybold Optics GmbH, Alzenau
WaveLight Laser Technologie AG, Erlangen
3D-Micromac AG, Chemnitz
Layertec optische Beschichtungen GmbH, Mellingen
Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik (Fh-IOF), Jena
Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover

Assoziierte Partner 

Laseroptik GmbH, Garbsen
Merk KGaA, Gernsheim
Ionen- und Plasmatechnik GmbH, Kleinwallstadt
Berliner  Glas KGaA, Berlin
IPHT Jena