Interview -

Magnetronsputtering – der Weg zum Erfolg

LAYERTEC, Spezialist für Beschichtungen, gegründet als Verwirklichung der Idee eines enthusiastischen Jenaer Physikers. Es gab Zuspruch und Unterstützung von Fachleuten und vom BMBF, aber vor allem einige Hürden zu meistern. Hartmut Heyer hatte vor 25 Jahren die Gunst der Stunde genutzt, an seine Idee geglaubt und ist dran geblieben. Das Unternehmen steht heute für hochwertige Beschichtungstechnologie und moderne Messtechnik.

Wie kam die Idee zur Firmengründung und wann die Umsetzung?

Als Mitte der 80er Jahre die Magnetron­sputtermethode aufkam, war ich Assistent an der Uni Jena, arbeitete an der Entwicklung optischer Schichten und sollte eine neue Sputterquelle des Instituts von Manfred von Ardenne in Betrieb nehmen. Mit diesen Quellen haben wir dann Schichtsysteme bis hin zu Laserspiegeln entwickelt. Eigentlich habe ich das mehr oder weniger allein gemacht, nur ein Techniker hat die Maschine instand gehalten. Die Ergebnisse konnten sich sehen lassen: Laserspiegel mit 99,96 % Reflexion, die dann ihren Einsatz auch in der Industrie fanden. Bei Carl Zeiss hatte man damals einen grünen He-Ne-Laser, der nur mit Spiegeln solch hoher Reflexion funktionierte. Ich produzierte auch Breitbandspiegel für He-Cd-Laser und Farbstofflaser an der Akademie der Wissenschaften der DDR. Die Herstellung derartiger Schichtsysteme mit der Magnetronsputtertechnik konnte damals in Deutschland und Europa niemand.

In der Diskussion mit Fachkollegen kam die Idee auf, man müsste aus dem Beschichtungslabor der Universität heraus eine kleine Firma gründen. Aber unter den Bedingungen in der DDR war das einfach nicht möglich. Mit der Wiedervereinigung Deutschlands 1989 änderte sich das und die Umsetzung der Idee wurde greifbar.

Mit wie viel Mitarbeitern sind Sie dann gestartet?

Das ging erstmal ganz einfach los, ganz allein. Dann kam relativ schnell Volker Krüger zu mir, der im Uni-Labor mitgearbeitet hatte. Man muss sich das so vorstellen, ich habe für 20 Tausend DDR-Mark die ganze Beschichtungseinrichtung gekauft. Das war aber abgeschriebene Technik, das waren keine neuen Maschinen mit Garantie. Deshalb musste man zumindest jemanden haben, der genau Bescheid wusste und das alles instand halten konnte. Dann kam als Dritter Peter Zimmermann dazu, der damals beim Laserzentrum Hannover promovierte. Wir kannten uns von der Uni, er war in derselben Gruppe als Forschungsstudent tätig gewesen. Wir hatten schnell bemerkt, dass unsere Schwingungen so ziemlich in Phase laufen und offenbar war es für ihn gar keine Frage, unter einfachsten Bedingungen mit einzusteigen. Das war schon nicht ganz gewöhnlich, dass Leute aus Instituten auf einem Bauernhof blieben und die Überzeugung hatten, das ganze wird mal was.

Sie haben also in Mellingen auf Ihrem Bauernhof angefangen?

Ich stamme aus Mellingen. 1984 ergab sich die Möglichkeit, in Mellingen ein Grundstück zu kaufen, einen ehemaligen Bauernhof, den ich dann renoviert habe. Hier haben wir mit der Firma angefangen. Es sah natürlich entsprechend rustikal aus.

War die Laborproduktion gesputterter Interferenzschichtsystemen das erste Projekt?

Wir hatten eine einzige Anlage und auf dieser wurde sehr überschaubar gearbeitet. Es konnten nur 3 bis 4 Spiegel mit Durchmesser 25 mm auf einmal beschichtet werden. Es gab auch Kunden, die wollten kleinere Optiken, dann passten schon mehr in die Anlage.

Frühere Kollegen von der Uni, aus dem Bereich Nichtlineare Optik, waren inzwischen als Entwickler in Unternehmen und Universitäten im westlichen Teil Deutschlands eingestiegen und hatten gehört, dass ich Beschichtungen anbot. Sie fragten bei mir an, denn auch in den alten Bundesländern war es schwierig, jemand zu finden, der etwas in kleiner Stückzahl für den Laborbedarf herstellte.

Ihr Vorteil war also die Flexibilität?

Ja, wir konnten auf spezielle Kundenwünsche und kleine Fertigungsstückzahlen eingehen. Als neuer Anbieter muss man aber vor allem Probleme lösen, für die andere keine Lösung haben. Es ist in der Regel nicht so, dass man sagt, ich mache jetzt auch sowas, was ihr schon habt und ich kann es ein bisschen besser oder billiger. Das reicht nicht. Anfang der 1990er Jahre ergab sich aus der Laserentwicklung z. B. das Problem des Laser-Damage. An der Uni hatten wir immer auf Verluste optimiert, also auf geringe Absorption bei hoher Reflexion. Aber jetzt ging es um Spiegel für Laser mit höherer Leistung, die dann auch wirklich eine Schicht zerstören können.

Welche Probleme konnten Sie lösen?

Es kam ein Industriekunde und wollte durch den 100 % Spiegel des Resonators die Leistung monitorieren. Das konnte in Europa keiner anbieten. Ein derartiges Entwicklungs- oder Forschungsprojekt zur Entwicklung solcher leistungsfähiger Optiken hatte in den alten Bundesländern schon Ende der 80er Jahre begonnen. Wir sind dabei 1992 relativ spät mit eingestiegen und haben unsere Spiegel zur Verfügung gestellt. An dem Projekt haben wir selbst gar nicht mit geforscht. Die Ergebnisse unserer Spiegel waren dann schon ein kleiner Ansporn für uns, denn wir waren eigentlich diejenigen, die das Ziel erreicht hatten. Viele renommierte Unis, Forschungseinrichtungen aus Deutschland und Europa waren am Projekt beteiligt, aber unsere Spiegel zeigten das gewünschte Ergebnis. Dadurch sind wir dann auch mit den Interessenten in Kontakt gekommen. Man muss sagen, diese Leute waren sich 1992 auch nicht zu schade, auf den Bauernhof zu kommen und zu sagen, wir möchten das Problem gelöst haben. Das hat uns sehr bestärkt. Das war der Grundstein für eine Zusammenarbeit, die bis heute anhält.

Vielleicht ein zweites Beispiel: Etwa 1992 kam eine Anfrage aus Frankreich zu sehr verlustarmen Spiegeln, für die es in Europa keinen Hersteller gab. Erst 2002 erfuhren wir aus der Zeitschrift „NATURE“, wofür die Optiken eingesetzt wurden. „Bob“ und „Alice“ kommunizierten in den ersten französischen Quantenkryptografieexperimenten über LAYERTEC-Spiegel.

Was hatte es mit dem TOU-Projekt in den Jahren 1992-94 auf sich?

Das war damals eine vom BMBF geförderte Möglichkeit für kleine Unternehmen, Hilfe zu bekommen, wenn diese eine gute technologieorientierte Idee hatten. TOU steht für technologieorientierte Unternehmengründung. In der ersten Phase musste ein Konzept dargelegt und Marktrecherche betrieben werden. In der zweiten Phase gab es Fördergeld dafür, dass man eine Testanlage aufbaute und Experimente durchführte. Das Fördergeld von 1 Mio. D-Mark vom BMBF war für uns damals eine astronomisch hohe Summe. Es war eine Förderquote von vielleicht 80 %. Das hat uns in dieser Zeit wirklich sehr geholfen.

Nach der Wiedervereinigung ging es bei vielen Firmen im Osten nicht weiter und die Technik aus DDR-Zeiten war de facto nichts mehr wert. Vieles wurde aber auch zu schnell weggeschmissen. Das war wiederum die Gelegenheit für uns, z.B. im Werk für Fernsehelektronik, bei Carl Zeiss und überall, wo es Technologie-Standorte gab, für wenig Geld dies und jenes bekommen. Es stand viel herum, was wir selber auch nicht brauchten, aber ein paar Geräte waren dabei, die uns wirklich geholfen haben. Eine solche Gelegenheit gibt es heute nicht mehr. Wollte man heute aus der Uni heraus eine Firma gründen, wäre es - denke ich - ungleich schwerer. Wir haben uns die Technik damals quasi schenken lassen können, weil sie keiner mehr wollte oder den Nutzen nicht erkannt hat.

Wie kamen Sie zur Optikfertigung?

Ich war überzeugt, wir müssten nicht nur beschichten, sondern auch Optik fertigen, wenn wir die Gesamtqualität beeinflussen wollen. Wir konnten auf gebrauchte Technik aber auch auf sehr gute Fachleute zurückgreifen, die von Unternehmen wie Carl Zeiss zu uns kamen und über Optikfertigung alles wussten.

Ich hatte dann immer die Hoffnung, dass sich ein Markt für uns im Osten aufbaut, erkannte dann aber, dass die Kunden im westlichen Teil Deutschlands und Westeuropa zu finden waren. Wir wurden nach Lösungen gefragt aufgrund unserer speziellen Kompetenz. Durch die forschungsnahe Zusammenarbeit waren wir relativ nah an aktuellen Fragen. So ist es gelungen, uns mit mittelständischen Unternehmen als Partner mitzuentwickeln. Wir sind mit deren Wachstum mitgewachsen.

Haben Sie weiter in die Magnetron­sputtertechnologie investiert?

Dreh- und Angelpunkt bei allem war die Magnetronsputtertechnologie, die wir an der Uni entwickelt hatten. Wir hatten damit in gewisser Weise ein Alleinstellungsmerkmal und konnten Kunden gewinnen, die meistens schon andere Beschichtungverfahren getestet hatten, aber ihr Problem nicht lösen konnten. Unsere erste neue Maschine hatte das gleiche Grundprinzip, konnte aber größere Flächen beschichten. Statt der vorhin erwähnten drei Substrate konnten jetzt ca. 30 Zoll-Substrate beschichtet werden.

Die erste neue Anlage, in die wir 1997/98 investierten, war keine Maschine mit einer fertigen Technologie. Diese haben wir dann selbst entwickelt.

Neben dem Anspruch, immer mehr kleine Optiken effizienter zu beschichten, ging 2006/07 die Überlegung hin zu großen Spiegeln. Es gab ja andere Leute, die durchaus schon solche großen Optiken herstellen konnten, aber wir wollten die Qualität, mit der wir groß und soweit erfolgreich geworden waren, auch für Laserspiegel bis zu einem halben Meter Durchmesser anbieten.

Haben Sie das Ziel erreicht?

Das liegt nun ca. 10 Jahre zurück und seitdem haben wir uns mit dieser Aufgabe beschäftigt. Dabei ist eine ganze Menge Optikentwicklung eingeflossen, solche großen Teile überhaupt zu schleifen und zu polieren, in der Qualität, die man dann braucht. Entwicklung gab es auch in der Beschichtungstechnik: wir wollten solche großen Teile nicht nur mit der klassischen Bedampfungstechnik, sondern auch mit der Magnetronsputtertechnik beschichten können. Das war eine Herausforderung, aber wir können es mittlerweile.

Das war im Übrigen auch die Basis, dass wir in die asphärische Optik hineingewachsen sind. Denn wenn man ein Substrat herstellen will mit Durchmesser 500 mm, mit einer Passegenauigkeit von Lambda/10 und es mit einer klassischen Hebelmaschine poliert, dann ist es ein Zufallsergebnis, wenn der Spiegel wirklich Lambda/10 hat. Wenn man es mit dieser Genauigkeit ernst meint, muss man einen anderen Weg gehen.

Wir wollten also die Oberfläche interferometrisch mit der entsprechenden Genauigkeit vermessen können und zonal polieren. Wenn man diese Technologie für eine ebene Fläche beherrscht, kann man es auch für gekrümmte Flächen. So haben wir uns also mit der Poliertechnik beschäftigt und eigene Technologien entwickelt und vor allem auch eigene Messtechnik.

Wie positionieren Sie sich im Markt?

Unser Anspruch war immer, gut zu sein. Wir wollten Dinge tun, die andere nicht machen. Wir wollten immer einen Hauch weiterspringen, mit der Beschichtung exzellent sein. Wir wollen nicht dahin, wo es gerade so funktioniert, aber unschlagbar billig ist. Unsere Mitarbeiter haben einen hohen Anspruch, gehen wissenschaftlich an die Dinge heran und wollen wissen, welchen Erfolg der Kunde hat. Das ist eine Triebkraft bei uns.

Weshalb investierten Sie 2007 in eine IBS-Anlage?

Bedampfung und Sputtering sind komplett unterschiedlich und haben Vor- und Nachteile. Mit der Sputtertechnik lassen sich z.B. nicht vernünftig fluoridische Schichten herstellen, dazu brauchen wir Bedampfungstechnik. Mit der IBS-Technik können Schichten hergestellt werden, die im Streulicht sehr gering sind. Mit Magnetronsputtern können wir 95 % der Aufträge gut bearbeiten, aber es gibt eben auch noch 5 % der Aufgaben, für die sich das IBS-Verfahren besser eignet. Die Investition in die IBS-Anlage kam durch Anforderungen zur Herstellung von sehr streulichtarmen Laserspiegeln für den UV-Bereich. Es gibt ja immer verschiedene Aufgaben: kleine Optiken, große Optiken, kleine und große Stückzahlen und es kommt darauf an, das jeweils optimale Verfahren zu wählen. Wir wollen immer einen vielfältigen Maschinenpark vorrätig haben und das Optimum der Technologie für die Aufträge ausnutzen.

Welche weiteren Entwicklungen sind zu erwarten?

Es gibt Ideen, Atome zu verdampfen und durch elektromagnetische Felder – ähnlich einem Massenspektrometer – zu sortieren, so dass keine Fremdatome mehr auf die Substrate gelangen. Außerdem kommen Beschichtungsverfahren wie ALD auf, die auf anderen chemischen und physikalischen Konzepten basieren. Wir beobachten das sehr genau. Ich denke aber, die derzeitigen Beschichtungstechnologien in all ihren Varianten, werden noch in den nächsten zehn Jahren genutzt. Bedeutend wird dabei, alle Qualitätsparameter zu messen und im Prozess zu steuern.

Wir beschäftigen uns auch mit der Frage, ob man nach der Beschichtung einen weiteren technologischen Schritt anbietet, z. B. die Montage komplexer und miniaturisierter Systeme.

Wir danken Ihnen für das Gespräch.

(Sylvia Kaschke, Redaktion PHOTONIK) 

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