Schichtherstellung durch Sputtertechnologie - Theorie & Fertigungspraxis

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1 :: Seminar Schichtherstellung durch Sputtertechnologie - Theorie & Fertigungspraxis Juni 2018 Fraunhofer IST, Braunschweig

2 Inhaltsübersicht Das Seminar»Schichtherstellung durch Sputtertechnologie«ist modular * aufgebaut: Uhr Uhr Seminar»Schichtherstellung durch Sputtertechnologie« ab Uhr Uhr Modul 1: Theorie Seite 2-5 Modul 2: Praxis Seite :: 2 von 3 Kursen können ausgewählt werden :: Industrielle Einsatzgebiete zur Schichtherstellung mit Sputtertechnologie :: Techniken & Prozesse :: Simulation von Plasmaprozessen :: Industrielle Beispiele moderner Beschichtungsanlagen :: Besichtigung des Fraunhofer IST Kurs A: Tribologische Anwendungen & Qualitätssicherung Kurs B: Optische Anwendungen & Qualitätsssicherung Kurs C: Hohlkathodensputterprozesse Exkursion zum Niedersächsischen Forschungszentrum für Luftfahrt (NFL) Forschungsflugzeuge, Simulatoren, Windkanäle und Prüfstände *Die Module sind zusammen oder einzeln buchbar.

3 Inhalt und Lernziele Das Seminar bietet Ihnen einen umfassenden Einblick in das Thema Sputtertechnologie. Es wird Ihnen gezeigt, wie Sie die Leistungsfähigkeit Ihrer Oberflächen und Werkstoffe durch den Einsatz dieser Technik deutlich steigern können. In Fachvorträgen lernen Sie Wissenswertes über die Sputtertechnik, neue Trends der Schichtabscheidungen, industrielle Umsetzungen, Prozesssimulation sowie Analytik, Qualitätssicherung und Prüfverfahren zur Schichtbewertung. Im praktischen Teil erhalten Sie die Möglichkeit, selbst an den Anlagen zu beschichten und Ihre beschichteten Teile zu prüfen. Sie erleben die gesamte Fertigungskette und erfahren Details über die Abhängigkeiten der einzelnen Prozessschritte. Das 4-Tage-Programm gibt Ihnen viel Raum für individuelle Fragen und Diskussionen mit Experten aus Industrie, Forschung und dem Fraunhofer IST. Teilnehmer Das Seminar spricht alle Lernenden vom Techniker, Ingenieur bis hin zu wissenschaftlichen Mitarbeitern aus den Bereichen Optische Industrie, Maschinen- und Fahrzeugbau, Werkzeugindustrie, Zulieferer aller Art sowie Beschichter an, die sich sowohl theoretisches Wissen als auch/oder praktische Fähigkeiten zur Sputtertechnik und Qualitätssicherung aneignen möchten. 1

4 PROGRAMM Uhr Schichtherstellung durch Sputtertechnologie MODUL 1 Theorie: Grundlagen, Entwicklungen, Anwendungen :: Tag Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Begrüßung und Vorstellung der Teilnehmer Grundlagen der Sputtertechnik :: Plasmatechnische Grundlagen :: Zerstäubungstheorie / Gesetzmäßigkeiten Diskussion Pause Magnetronzerstäubung :: Die Magnetronkathode :: Reaktive Sputterprozesse :: Puls-Magnetron- Sputtern :: Aktuelle Entwicklungen Prof. Dr. Günter Bräuer Fraunhofer IST Prof. Dr. Günter Bräuer Fraunhofer IST Uhr Uhr Uhr Diskussion Gemeinsames Mittagessen Tribologische Beschichtungen für Werkzeuge und Bauteile :: Rezepte gegen Reibung & Verschleiß Die Schichtfamilie & ihre Eigenschaften :: Nitride & Karbide :: Kohlenstoffbasierte Schichten :: c-bn Entwicklungsstand & Herausforderungen :: Anlagentechnik & Verfahren Dr. Martin Keunecke Fraunhofer IST 2

5 MODUL 1 :: Tag Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Diskussion Pause Beispiele für Industrielle Beschichtungsanlagen :: Batch-Anlagen :: Kurztaktanlagen :: Durchlaufanlagen :: Anlagen für Polymerfolien & metallische Bänder Diskussion HIPIMS :: Was ist HIPIMS? :: Generatoren & Prozesstechnologien :: Schichteigenschaften :: Anwendungsbeispiele Diskussion Veranstaltungsende Abendveranstaltung :: Erfahrungsaustausch zwischen den Teilnehmern & Referenten bei einem gemeinsamen Abendessen Prof. Dr. Jörg Krempel-Hesse Technische Hochschule Mittelhessen Dr. Ralf Bandorf Fraunhofer IST 3

6 MODUL 1 :: Tag Uhr Sputtertechnik für optische Schichten :: Von kratzfest bis ultrapräsise: Anforderungen an optische Schichten :: Varianten von Magnetron-Sputterprozessen :: Zusammenhänge zwischen Schichteigenschaften & Plasmaparametern :: Anlagenkonzepte :: Aktuelle Entwicklungsbeispiele Dr. Michael Vergöhl Fraunhofer IST Uhr Diskussion PROGRAMM Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Simulation von Plasmaprozessen Diskussion Pause Industrielle Anwendungen der Magnetronzerstäubung :: Architekturglas :: Optik & Großflächenelektronik :: Datenspeicher Diskussion 4 Dr. Andreas Pflug Fraunhofer IST Dr. Michael Liehr W&L Coating Systems

7 MODUL 1 :: Tag Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Analyse und Prüfverfahren von Sputterschichten :: Prüftechnik Schichthaftung (Rockwell-, Scratchtest, Normen), Schichtdicke: verschiedene mögliche Prinzipien, Härte (Mikro- & Nanoindentierung), Verschleiß (Calotest), Reibung (Pin-on-Disk), Optische Spektroskopie, Ellipsometrie :: Analytik REM/FIB, EDX/WDX, SIMS, XRD Diskussion Zusammenfassung & Ausblick Mittagessen Vorstellung des Fraunhofer IST sowie INPLAS e. V. Besichtigung der Labore des Fraunhofer IST Veranstaltungsende Dr. Kirsten Schiffmann Fraunhofer IST Prof. Dr. Günter Bräuer Fraunhofer IST 5

8 Fachliche Leitung Prof. Dr. Günter Bräuer Institutsleiter, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Nach Abschluss seines Physikstudiums an der Justus-Liebig-Universität Gießen arbeitete Herr Prof. Dr. Bräuer als Physiker in der Entwicklung bei Leybold-Heraeus in Hanau. Danach war er von 1992 bis 1999 als Leiter der Dünnschichtentwicklung bei der Leybold Systems GmbH tätig. Neben seiner Tätigkeit als Institutsleiter des Fraunhofer IST unterrichtet er als Professor für Schicht- und Oberflächentechnik an der Technischen Universität Braunschweig. Seit 2003 leitet er zudem das Institut für Oberflächentechnik an der TU Braunschweig. Referenten Modul 1 Dr. Ralf Bandorf Gruppenleiter Hochionisierte Plasmen und PECVD, Fraunhofer IST, Braunschweig Dr. Ralf Bandorf ist seit Dezember 1998 am Fraunhofer IST tätig. Seine Promotion befasste sich mit Mikrotribologie und in den kommenden Jahren lag sein Schwerpunkt auf der Entwicklung funktioneller Schichten (el. Funktionen, magnetisch, piezoelektrisch, -resistiv). Aktuell leitet Dr. Bandorf die Gruppe Hochionisierte Plasmen und PECVD mit Schwerpunkten im Bereich Hohlkathodenverfahren, Mikrowellen PECVD und HIPIMS. 6

9 Dr.-Ing. Martin Keunecke Gruppenleiter Tribologische Systeme im Zentrum für Tribologische Schichten, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Dr. Martin Keunecke ist seit 1998, nach dem Studium der Physik und des Maschinenbaus an der Technischen Universität Braunschweig, am Fraunhofer IST beschäftigt erfolgte die Promotion im Themenfeld der Entwicklung und Anwendung von Werkzeugbeschichtungen in der Trockenbearbeitung übernahm er die Leitung der Abteilung»Neue tribologische Beschichtungen«. Seit 2016 leitet er die Gruppe»Tribologische Systeme«innerhalb des Zentrums für tribologische Schichten des Fraunhofer IST. Prof. Dr. Jörg Krempel-Hesse Technische Hochschule Mittelhessen, Leitung des TransMIT Zentrums für Vakuumtechnik, Gießen Während seines Physikstudiums in Gießen und Forschungsaufenthalten an der Moskauer Universität entwickelte Prof. Krempel-Hesse HF-Ionenquellen, die z.b. zur Lagekorrektur von Satelliten eingesetzt werden. Von 1995 bis 2010 arbeitete er bei Leybold Systems bzw. Applied Materials an der Entwicklung von Vakuumbeschichtungsquellen und -prozessen und war als Director und Mitglied des Boards der Geschäftsleitung auch in Strategiefragen tätig. Als Mitinitiator war er 2010 am Aufbau des Startup-Unternehmens SVT beteiligt und arbeitete dort als Standortleiter, technischer Direktor und im Corporate Development. Seit 2015 unterrichtet er an der Technischen Hochschule Mittelhessen Physik und Vakuumtechnik. Jörg Krempel-Hesse 7

10 Dr. rer. nat. Michael Liehr Geschäftsführer der W&L Coating Systems GmbH, Reichelsheim Dr. Michael Liehr ist derzeit Geschäftsführer der W&L Coating Systems GmbH, einem Tochterunternehmen der Schneider OM Gruppe, spezialisiert auf (Plasma-) Oberflächentechnologien. In der Vergangenheit war er in gleicher Position für die Leybold Optics Dresden GmbH tätig und als Chief Technology Officer verantwortlich für die Technologieentwicklung und Verfahrensinbetriebnahme bei Leybold Optics GmbH und davor als Director R&D bei der Applied Films GmbH. W & L Coating Dr. rer. nat. Andreas Pflug Gruppenleiter Simulation, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Nach seinem Physik-Diplom am Institut für Solarenergieforschung ISFH GmbH war Dr. Andreas Pflug dort auch als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig wurde er dann am Fraunhofer IST als solcher eingestellt. Sechs Jahre später promovierte er im Fachbereich Physik am Fraunhofer IST sowie an der Justus-Liebig-Universität Gießen. Seit Ende 2008 arbeitet Andreas Pflug als Gruppenleiter Simulation am Fraunhofer IST. 8

11 Dr. Kirsten Schiffmann Abteilungsleiter, Analytik und Qualitätssicherung, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Dr. Kirsten Schiffmann studierte Physik an der Universität Hamburg. Nach seinem Studium arbeitete er im Philips Forschungslabor in Hamburg. Danach wechselte er zum Fraunhofer IST, wo er sich hauptsächlich mit der Analyse dünner Schichten mittels REM, AFM/STM, EDX, WDX, XRD und Nanoindentierung beschäftigte promovierte Dr. Schiffmann auf dem Gebiet AFM/STM. Seit 2010 leitet er die Analytik-Abteilung mit den Schwerpunkten Sekundärionen Massenspektroskopie (SIMS) sowie Focussed Ion Beam (FIB) für industrielle Fragestellungen. Dr. Michael Vergöhl Abteilungsleiter Optische und Elektrische Schichten, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Dr. Michael Vergöhl war vor seiner Tätigkeit am Fraunhofer IST unter anderem an der TU Braunschweig sowie bei der PTB Braunschweig beschäftigt. Insbesondere während seiner Tätigkeit an der TU setzte er sich intensiv mit den Themen»Charakterisierung von Solarzellen in Hohen Magnetfeldern«und»Magnetoptik an SiGe-Strukturen«auseinander. Seit einigen Jahren leitet er nun die Abteilung Optische und Elektrische Schichten am IST. 9

12 MODUL 2 :: Tag 1 Fertigungspraxis & Exkursion :: 2 aus 3 Kursen (Kurs A, B und C) wählbar :: 1 Kurs pro Tag :: Teilnehmerzahl pro Kurs begrenzt; Berücksichtigung nach Anmeldungseingang Kurs A: Tribologische Anwendungen und Qualitätssicherung Uhr Begrüßung, Sicherheitsbelehrung, Kurseinleitung PROGRAMM ab Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Tribologische Anwendungen Teil I :: Reinigung :: Chargierung :: Abpumpen :: Exkurs - Anlagentechnik Pause :: Start der Beschichtung :: Exkurs - Tribologische Tests (Wälztest Hochtemperatur, Impact-Test) Mittagsimbiss Tribologische Anwendungen Teil II :: Dechargierung 10

13 MODUL 2 :: Tag Uhr Uhr Uhr Qualitätssicherung: mechanisch-tribologisch :: Vorstellung der Analytik-Großgeräte :: Prüftechnik Haftungsprüfung mittels Rockwelltest & Scratchtest Schichtdickenmessung mittels Calotest und/oder Stufenausmessung Verschleißprüfung mittels Calotest evtl. Mikrohärtemessung Exkursion :: Niedersächsisches Forschungszentrum für Luftfahrt (NFL) Forschungsflugzeuge, Simulatoren, Windkanäle und Prüfstände Abendessen 11

14 PROGRAMM ab Uhr MODUL 2 :: Tag 1 Kurs B: Optische Anwendungen und Qualitätssicherung Uhr Uhr Begrüßung, Sicherheitsbelehrung, Kurseinleitung Optische Anwendungen Teil I :: Reinigung von Glassubstraten - Ultraschall versus Handreinigung Inspektion des Reinigungsergebnisses Handling :: Exkurs - Besonderheiten der Prozessführung/-technik bei optischen Beschichtungen Einfluss der Glasqualität (Rauheit, Alter) :: Chargierung Uhr Uhr Pause Optische Anwendungen Teil II :: Abscheidung Antireflexsystem 12

15 Fotograf: Bernd Müller MODUL 2 :: Tag 1 :: Exkurs - Schichtdesign Schichtdickenkontrolle (Zeit versus Breitbandmonitoring) Uhr Uhr Uhr Uhr Mittagsimbiss Optische Anwendungen Teil III :: Dechargierung :: Qualitätssicherung Ermittlung von Materialparametern mittels Ellipsometrie (Schichtdicke, Brechungsindex) Photometrie als Spezifikationskontrolle (Transmission/Reflektion) :: Exkurs - kratzbeständige Antireflexsysteme Einfluss von Streulicht Exkursion :: Niedersächsisches Forschungszentrum für Luftfahrt (NFL) Forschungsflugzeuge, Simulatoren, Windkanäle und Prüfstände Abendessen 13

16 Rainer Meier, BFF Wittmar MODUL 2 :: Tag 1 Kurs C: Hohlkathodensputterprozesse Uhr Begrüßung, Sicherheitsbelehrung, Kurseinleitung PROGRAMM ab Uhr Uhr Uhr Hohlkathodensputtern - Reaktiver Titannitridprozess mittels Gasfluss-Sputtern Teil I :: Chargieren & Diskussion der verwendeten Komponenten/Aufbauten an geöffneter Anlage :: Messung & Regelung der Bauteiltemperatur :: Exkurs beim Evakuieren - Temperatureinfluss auf Schichthaftung &-eigenschaften :: Anwendung einer Substratvorspannung :: Reaktivgaszuführung im reaktiven Sputterprozess :: Optimierte Bauteilbewegung :: Streubeschichtung & Schichtdefekte :: Optische Überwachung einer Plasmaentladung mittels OES Pause 14

17 MODUL 2 :: Tag Uhr Uhr Uhr Uhr Uhr Reaktiver Titannitridprozess mittels Gasfluss-Sputtern Teil II :: Beobachtung und Interpretation von Prozessdaten im laufenden Sputterprozess :: Einfluss des Prozessdrucks sowie Einfluss der Reaktivgaszugabe auf die Entladung :: Wechselwirkung zwischen Sputter-Entladung & Substrat-Vorspannung (Bias) :: Qualitätssicherung während der Beschichtung durch Messwerterfassung & in-situ-analytik (Möglichkeiten & Grenzen) Mittagsimbiss :: Aspekte der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Hohe Abscheideraten & kurze Taktzeiten (Möglichkeiten & Grenzen) :: (Optional) Statistische Versuchungsplanung bei großen Parameterräumen Exkursion :: Niedersächsisches Forschungszentrum für Luftfahrt (NFL) Forschungsflugzeuge, Simulatoren, Windkanäle und Prüfstände Abendessen 15 Fotograf: Jan Benz

18 MODUL 2 :: Tag 2 :: Kurswechsel Uhr Beginn der zweiten Kurse :: Ablauf und Inhalte siehe Kursbeschreibungen Tag 1 Kurs A: Tribologische Anwendungen und Qualitätssicherung PROGRAMM Uhr Uhr Kurs B: Optische Anwendungen und Qualitätssicherung Kurs C: Hohlkathodensputterprozesse Abschlussdiskussion und Feedback 16

19 Referenten Modul 2 Dr.-Ing. Jochen Brand Abteilungsleiter Zentrum für Tribologische Schichten ZTS, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Nach dem Abschluss des Maschinenbaustudiums und der Promotion an der RWTH Aachen wechselte Herr Dr. Jochen Brand als wissenschaftlicher Mitarbeiter zum Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST. Im Jahr 2000 übernahm er die Leitung der Abteilung Transferzentrum Tribologie. Seit 2016 leitet er das Zentrum für Tribologische Schichten. Dipl.-Phys. Stefan Bruns Projektleiter, Abteilung Niederdruckplasmaverfahren, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Das Physikstudium schloss Herr Bruns mit einer Diplomarbeit zur Herstellung von optischen Schichtmaterialien durch das hochionisierte Magnetronsputtern (HIPIMS) im Jahr 2008 ab. Danach forschte er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an optischen Funktionsschichten unter Einsatz von Mischmaterialien, die neue und verbesserte Eigenschaften ermöglichen. Seit 2014 liegt der Schwerpunkt in der Herstellung komplexer Interferenzfilter auf der am Fraunhofer IST entwickelten Beschichtungsplatform EOSS. 17

20 Dr. Kai Ortner Projektleiter, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Nach der Promotion im Bereich Halbleiterphysik an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg kam Herr Dr. Ortner als Projektleiter an das Fraunhofer IST. Seit 2001 arbeitet er in der Schicht- und Prozessentwicklung mit Hohlkathoden-Entladungsquellen mit den Schwerpunkten Hochrate-Sputtertechnik, Hochtemperatur-Schutzschichten und kundenspezifische Funktionsschichten. Neben der wissenschaftlichen Tätigkeit ist er seit 2013 Personalentwicklungskoordinator am Fraunhofer IST. Dr. Kirsten Schiffmann Abteilungsleiter, Analytik und Qualitätssicherung, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, Braunschweig Dr. Kirsten Schiffmann studierte Physik an der Universität Hamburg. Nach seinem Studium arbeitete er im Philips Forschungslabor in Hamburg. Danach wechselte er zum Fraunhofer IST, wo er sich hauptsächlich mit der Analyse dünner Schichten mittels REM, AFM/STM, EDX, WDX, XRD und Nanoindentierung beschäftigte promovierte Dr. Schiffmann auf dem Gebiet AFM/STM. Seit 2010 leitet er die Analytik-Abteilung mit den Schwerpunkten Sekundärionen Massenspektroskopie (SIMS) sowie Focussed Ion Beam (FIB) für industrielle Fragestellungen. 18

21 Braunschweiger Stadtmarketing GmbH Fotograf: Thomas Ammerpohl + Fraunhofer IST / IOT Veranstaltungsort Hotelempfehlungen Fraunhofer-Institut für Schichtund Oberflächentechnik IST Bienroder Weg 54 E Braunschweig :: Hotelempfehlungen finden Sie online unter :: Partner 19

22 Teilnehmergebühr * Theorie Modul 1 (2 Tage) Fertigungspraxis (2 Kurse) Modul 2 (2 Tage) Gesamt pro Person 880,- 2400,- 3280,- pro Person :: INPLAS-Mitglied Gruppenanmeldung ab 3 Personen pro Unternehmen & pro Person Gruppenanmeldung ab 3 Personen pro Unternehmen & pro Person :: INPLAS-Mitglied 780,- 2000,- 2780,- 700,- 2000,- 2700,- 600, , 2200-, * In der Teilnehmergebühr sind die Pausenbewirtung, das Mittagessen, ein Abendessen pro Modul, die Exkursion sowie ausführliche Veranstaltungsunterlagen enthalten. Stornierungen müssen schriftlich erfolgen. Bei Abmeldung bis 14 Tage vor Veranstaltungsbeginn behalten wir uns vor, eine Bearbeitungsgebühr von 50 zu erheben. Danach ist die volle Teilnahmegebühr gemäß Rechnung zu entrichten. Die Veranstalter können Veranstaltungsinhalte ändern oder absagen. Im Fall einer Absage wird die volle Gebühr erstattet. 20

23 Anmeldung ANMELDEFRIST 6. Juni 2018 Online-Registrierung :: Online-Registrierung: unter Termin INPLAS :: Seminar :: an oder Fax an :: Die Teilnehmerzahl ist begrenzt. Eine Anmeldung erfolgt in der Reihenfolge des Eingangs der Anmeldung. Sie erhalten eine Anmeldebestätigung. Organisation Kompetenznetz Industrielle Plasma-Oberflächentechnik INPLAS e. V. c/o Fraunhofer IST Bienroder Weg 54 E Braunschweig Organisatorische Leitung Dipl.-Ing. Carola Brand Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) carola.brand@inplas.de 21

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