Mit dem hoch innovativen Laser-Direct-Write-Verfahren zur 3D-Nanostrukturierung des jungen Unternehmens Nanoscribe GmbH können nahezu beliebige drei-dimensionale Strukturen aus unterschiedlichen photosensitiven Materialien hergestellt werden. Dem Oberkochener Optikkonzern Carl Zeiss AG war das den Erwerb von knapp 40 Prozent am Karlsruher Start-up Nanoscribe wert.

Das neue Laser-Direct-Write-Verfahren zur 3D-Nanostrukturierung wurde ursprünglich für die Nanophotonik entwickelt. Die noch junge Disziplin 3D-Laserlithographie findet Anwendung in der Mikro- und Nanophotonik, den Lebenswissenschaften und der Biotechnologie sowie der Mikrofluidik. Gegenwärtig wird dieses Verfahren beispielsweise für die Herstellung dreidimensionaler Photonischer Kristalle oder auch für Zellwachstumsstudien in speziell maßgeschneiderten räumlichen Umgebungen in der Biologie verwendet.

Nanoscribe entwickelt und produziert kompakte Rapid-Prototyping-Laserlithographiesysteme zur Herstellung dreidimensionaler Mikro- und Nanostrukturen in Fotolacken (Bild 1). Darüber hinaus bietet das Unternehmen Design und Herstellung von speziell auf den Kunden ausgerichteten Strukturen in unterschiedlichen fotosensitiven Materialien, z. B. chalcogeniden Gläsern, SU-8 oder Ormoceren als Dienstleistung an.

Die 3D-Laserlithografie nutzt Mehrphotonen-Absorption zur lokalen hoch aufgelösten Belichtung von photosensitivem Material. Die belichteten Bereiche weisen eine andere chemische Löslichkeit auf als ihre Umgebung, so dass sich komplexe dreidimensionale Strukturen im Sub-Mikrometerbereich erzeugen lassen. Das Verfahren benutzt ultrakurze Laserimpulse, deren Ein-Photonen-Energie unterhalb der Absorptionsschwelle des zu belichtenden photosensitiven Mediums liegt. Daher ist das Material transparent für das Laserlicht. Wird jedoch dieser Laserstrahl stark fokussiert, so nehmen im fokalen Volumen Mehrphotonen-Absorptionsprozesse zu. Das Material wird an dieser Stelle  chemisch und/oder physikalisch modifiziert und dadurch gegenüber dem umgebenden Material selektiv chemisch löslich.

Da die photoempfindlichen Materialien erst ab einer bestimmten Belichtungsdosis reagieren, erlaubt das Verfahren die Herstellung von Strukturgrößen, die deutlich unter der Beugungsbegrenzung der verwendeten Optiken liegen. Linienbreiten von mehreren Mikrometern bis herunter zu 150 nm werden mit 5 nm Reproduzierbarkeit erreicht. Das Bearbeitungsvolumen hängt von der Optik und der Scanner-Konfiguration ab. Standard sind 300 x 300 x 80 µm3 . Durch Aneinanderfügen mehrerer Bearbeitungsvolumina können Flächen bis zu 10 x 13 cm2 strukturiert werden. Dabei werden Schreibgeschwindigkeiten bis zu 2 mm/s erreicht.

Die Laserlithographen (Bild 2) sind als kompakte und gekapselte Systeme aufgebaut, die auch in einer Reinraumumgebung mit vielen Arbeitsplätzen eingesetzt werden können. Die verwendeten Laser müssen sehr stabil in ihrer Leistung sein. Faserlaser bieten die beste Voraussetzung dafür. Mit dem Erwerb von knapp 40 Prozent am Karlsruher Start-up Nanoscribe GmbH hat sich der Oberkochener Optikkonzern Carl Zeiss zugleich auch die Mitwirkung an einer zukunftsweisenden Technologie gesichert.

Carl Zeiss kooperiert seit 2007 mit dem Unternehmen, das Ende Juni 2008 sein erstes System ausgeliefert hat. Professor Martin Wegener, einer der Gründer und wissenschaftlicher Berater des Start-ups, wurde im Jahr 2006 mit dem Carl-Zeiss-Forschungspreis ausgezeichnet. Neben dem Investment fördert Carl Zeiss das junge Unternehmen auch mit Know-how. Nanoscribe hat das Potenzial, neue Anwendungsfelder in den optischen Technologien zu erschließen. Die Partnerschaft mit Carl Zeiss ist ein Meilenstein auf diesem Weg.

Bucky Ball - Ein Sinnbild für die Dreidimensionalität des neuartigen, erstmals kommerziell erhältlichen laserlithografischen Verfahrens.
Foto: Nanoscribe.