Magnificoat

Mit "Magnificoat" wurde die Technologie von Magnetron-Sputter-Beschichtungsanlagen erfolgreich optimiert. Eine zentrale Herausforderung im Projekt bestand darin, komplexe Filtersysteme herzustellen und dabei eine hohe Anzahl von Schichten mit maximaler Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu produzieren. Unter anderem konnte auch ein Prozess zur Herstellung eines neuen Schichtsystems im Magnetron-Sputter-Verfahren entwickelt und zum Patent angemeldet werden.  

Evatec ist ein weltweit führender Hersteller von Beschichtungsanlagen, die vor allem bei Kunden aus der Halbleiter- und Photonik-Industrie im Einsatz sind. Die Marktentwicklung bei den hochkomplexen Filtern bietet dem Ostschweizer Unternehmen die einzigartige Chance, neue Märkte und Kunden zu erschliessen. 

Optische Filter für die nächste Generation von Consumer-Elektronikanwendungen stellen neue komplexe Anforderungen an Prozess und Anlage. Die Zahl der Einzelschichten kann sehr gross sein – teilweise über 100 Schichten pro Filter. Gleichzeitig wächst der Bedarf stark und die Produktion muss für den Massenkonsumentenmarkt im 24/7 Betrieb mit hohem Durchsatz und hoher Ausbeute bei geringen Kosten möglich sein. Um ihren Kunden diesen Spagat zu ermöglichen, setzte Evatec auf die Zusammenarbeit mit RhySearch und der Fachhochschule OST.  

In einem von INNOSUISSE geförderten dreieinhalbjährigen Projekt mit dem Arbeitstitel «Magnificoat» wurde die bestehende Magnetron-Sputter-Beschichtungstechnologie der Evatec-Anlage «Clusterline 200 BPME» auf die oben genannten Ziele hin weiterentwickelt. 

Monitoring-Software "MagnisSIMo" als Beitrag zur Digitalisierung des RhySearch Angebotes 

Von entscheidender Bedeutung für die Beschichtung komplexer Filter ist die in situ- Überwachung des Beschichtungsprozesses durch das optische Monitoringsystem. Entwicklungsingenieur Daniel Schachtler und Manuel Bärtschi, der im Rahmen des Projekts seine Dissertation bei RhySearch schreibt, entwickelten dafür die Simulations-Software „MagnisSIMo“. Sie ermöglicht es noch vor der eigentlichen Beschichtung, jedes Schichtdesign mit beliebigen optischen Monitoring-Strategien zu testen. Sie spiegelt als digitaler Zwilling das Monitoringsystem und erlaubt den Einbezug von Prozessstreuung wie z. B. Signalrauschen oder Ratenfluktuationen.  

Herausragend im Vergleich zu bestehenden Software-Lösungen ist die Fähigkeit von „MagnisSIMo“, auch die Fehlerfortpflanzung in den nachfolgenden Schichten zu simulieren. Damit steht Evatec ein hervorragendes Werkzeug für die Analyse vor der Produktion zur Verfügung, das genaue Beschichtungsergebnisse bei geringster Empfindlichkeit gegenüber Produktionsfehlern gewährleistet. «Für RhySearch war dies darüber hinaus ein wichtiger Beitrag zum Thema Digitalisierung im Bereich Optische Beschichtung», sagt Daniel Schachtler. 

Innovation aus dem Projekt Magnificoat führt zur Patentanmeldung von neuartigen Schichten 

Ein weiteres bemerkenswertes Ergebnis des Projekts war die erfolgreiche Entwicklung eines Prozesses zur Erzeugung einer neuen Art von Schichten im Magnetron-Sputter-Verfahren. Für diese bahnbrechende Technologie wurde im Jahr 2022 ein Patent eingereicht, im Jahr 2024 wurde es erteilt. 

Die neuartigen Schichten, quantisierte Nanolaminate (QNL) genannt, bieten eine breite Palette von Eigenschaften und wurden zuvor nur durch weniger geeignete Verfahren hergestellt. Im Rahmen von Magnificoat konnten die postulierten Quanteneffekte erstmals in Magnetron-gesputterten Schichten nachgewiesen werden, was zu einer vielversprechenden Entdeckung führte.  

Technologischer Vorsprung für Industriepartner Evatec 

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Projektes kann Evatec seinen Kunden nun eine Beschichtungsanlagentechnologie anbieten, die hervorragende Schichteigenschaften mit den Vorzügen der Clusterline 200 BPME in Bezug auf Produktivität und Automatisierung verbindet. «So können unsere Kunden nicht nur hochkomplexe Filter mit hohem Durchsatz und hoher Ausbeute herstellen, sondern auch Filter für weitere Anwendungen mit ähnlich anspruchsvollen Spezifikationen wie beispielsweise Schmalbandpassfilter mit extrem breitem Blockbereich. Dieser technologische Vorsprung bringt Evatec in eine hervorragende Ausgangsposition und ist ein bedeutendes Alleinstellungsmerkmal », sagt Silvia Schwyn Thöny, Projektleiterin von Seiten Evatec. 

Nachfolgeprojekt «Quintessence» 

Die patentierten Entwicklungen und die erfolgreiche Software-Implementierung haben das Potenzial, die Beschichtungsindustrie zu revolutionieren und neue Möglichkeiten für hochpräzise Schichtanwendungen zu eröffnen. Im Nachfolgeprojekt «Quintessence» forschen deshalb RhySearch und die EMPA-Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt gemeinsam mit Evatec daran, die QNL-Technologie zur Produktionsreife zu bringen. 

Facts: 
Projektlaufzeit: 3 Jahre (2019- 2023)
Förderung: Innosuisse, Schweizerische Agentur für Innovationsförderung 
Industriepartner: Evatec AG
Forschungspartner: OST – Ostschweizer Fachhochschule, Institut für Mikrotechnologie und Photonik, RhySearch