Große Auszeichnungen für zwei Aachener Fraunhofer-Institute

Gleich zwei Aachener Fraunhofer-Insititute werden am 20. Oktober auf dem „Fest der Forschung“ in Dresden unter Anwesenheit von Ministerin Edelgard Bulmahn und Ministerpräsident Prof. Dr. Georg Milbradt mit Preisen des Stifterverbands und der Fraunhofer-Gesellschaft ausgezeichnet.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT erhält den mit 10 000 Euro dotierten Joseph-von-Fraunhofer-Preis für die marktreife Entwicklung einer minimalinvasiven Punktionsnadel aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff. Diese erlaubt es Medizinern, das Operationsfeld während so genannter „Schlüsselloch-Operationen“ direkt und ohne optische Verzerrungen mit dem Magnetresonanz-Tomographen (MRT) zu kontrollieren. Herkömmliche Punktionsnadeln aus Metall führten bei diesem Verfahren bisher zu massiven Störungen in der Darstellung.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT wird gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH Aachen, der AIXUV GmbH und der Philips Extrem UV GmbH mit dem mit 50 000 Euro dotierten Wissenschaftspreis des Stifterverbands geehrt. Die Auszeichnung gewann das Team aus Forschung und Industrie für die besonders fruchtbare und enge Zusammenarbeit bei der Entwicklung eines neuen EUV-Lithographieverfahrens (EUV = Extrem-Ultraviolett). Das Verfahren ist geeignet für die Fertigung besonders kleiner Halbleiterstrukturen, wie sie von Chips in immer leistungsfähigeren PCs gefordert werden.

Die beiden Institute stellen bei ihrer Forschungstätigkeit besonders den Anwendungsaspekt in den Vordergrund. Sie entwickeln speziell auf die Bedürfnisse ihrer Kunden abgestimmte Lösungen und pflegen intensive Kontakte zu zahlreichen Unternehmen in der Aachener Hochtechnologie-Region. Durch die Preise tragen sie zu einem überregionalen Stadtmarketing bei.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis für das Fraunhofer IPT:
’Punktionsnadeln von der Rolle’

Die Miniaturisierung in der Medizintechnik trägt dazu bei, operative Eingriffe schonender zu gestalten und somit das Risiko von Blutungen oder Wundinfektionen zu senken. Die Genesung des Patienten wird durch solche „Schlüsselloch-Operationen“ im Vergleich zu herkömmlicher Operationstechnik meist deutlich beschleunigt. Sven Carsten Lange, Preisträger am Fraunhofer IPT, entwickelte mit seinem Team zu diesem Zweck eine minimalinvasive, multifunktionale Punktionsnadel, die in Zukunft für solche behutsamen Eingriffe, etwa an der Bandscheibe, eingesetzt werden kann.

Bei diesen Operationen ist dem Mediziner die direkte Sicht auf das Operationsgebiet versperrt. Während des Eingriffes ist es daher erforderlich, die Position der Werkzeuge durch Magnetresonanz-Tomographie zu überprüfen. Herkömmliche Endoskopiesyteme aus metallischen Werkstoffen führen jedoch im Magnetfeld des Tomographen zu Störungen in der Bildwiedergabe.

Ziel am Fraunhofer IPT war es deshalb, die konventionellen Instrumente aus Titan durch ein System zu ersetzen, das sich im Tomographen störungsfrei abbilden lässt. Eine Lösung boten kohlefaserverstärkte Kunststoffe: Das neu entwickelte Operationsinstrument, das endlos von der Rolle gefertigt wird, ist 20 cm lang und verfügt bei einem Durchmesser von 1,2 mm über drei Arbeitskanäle. Durch diese lassen sich beispielsweise ein winziges, hoch auflösendes Endoskop, eine Lichtleitfaser sowie Spülflüssigkeiten oder Medikamente direkt in das Operationsgebiet einbringen. Alternativ können auch optische Diagnosesysteme oder Instrumente zur Mikroskopie bzw. zur Zelldiagnose in die Punktionsnadel integriert werden.

„Die hohe Steifigkeit des Verbundwerkstoffs, seine hohe Bruchdehnung und die besondere chemische Beständigkeit sind ideal für den medizinischen Einsatz“, erklärt Lange. Wichtig für die Serienreife des neuen Operationswerkzeugs war vor allem die Entwicklung eines entsprechenden Fertigungsverfahrens, der Aufbau einer Produktionsanlage sowie die Integration der optischen Diagnosesysteme in die Operationsumgebung. Im Zulassungsverfahren für Medizinprodukte wurde bereits der Nachweis der Blut- und Gewebeverträglichkeit geführt. Das neue System soll 2005 in den Markt eingeführt werden und steht dann für die schonenden Eingriffe zur Verfügung.

Wissenschaftspreis des Stifterverbandes für das Fraunhofer ILT:
’Licht für die kommende Chipgeneration’

Seit den Anfängen der Halbleiterfertigung werden Chips durch Belichtung hergestellt. Um mehr Transistoren auf einem Chip unterzubringen, müssen die ohnehin schon winzigen Strukturen auf den Siliziumwafern immer kleiner werden. Die klassische optische Lithographie stößt bei etwa 50 Nanometern an ihre Grenzen. Das Verfahren der EUV-Lithographie nutzt Strahlung mit einer Wellenlänge von nur 13,5 Nanometern und schafft hier einen außerordentlichen Technologiesprung. Da das eingesetzte extrem-ultraviolette Licht von allen Materialien – sogar von Luft – absorbiert wird, muss der gesamte Lithographieprozess im Vakuum ablaufen. Diese Technologie steht nun in den Roadmaps aller Halbleiterhersteller wie etwa INTEL. Verbunden damit ist nun die Entwicklung völlig neuer Lichtquellen, optischer Bauteile und Fotolacke.

Die Aachener Forscher um das Team von Dr. Willi Neff nutzen als EUV-Lichtquelle ein besonders heißes Plasma, das durch Hohlkathoden-Gasentladung erzeugt wird. Ein internationaler Vergleich zeigte, dass die „Aachener Lampe“ Spitzenwerte erreichte. Die Grundlagen für das patentierte Konzept entstanden in den Jahren 1997 bis 2000 am Fraunhofer ILT und am Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH. Im Jahr 2000 gründete Dr. Rainer Lebert als Spin-off die Firma AIXUV aus. Das Unternehmen fertigt und vertreibt kompakte EUV-Laborquellen für Grundlagenuntersuchungen und Systeme für die EUV-Messtechnik und Qualitätskontrolle.

Ein weiterer Schritt zur Industrialisierung gelang den Forschern im Jahre 2001 mit der Gründung der Philips Extreme UV GmbH, einem Gemeinschaftsunternehmen von Fraunhofer-Gesellschaft und Philips. Ziel des Unternehmens ist es, EUV-Quellen für die Halbleiterserienfertigung zu entwickeln. „Im Vergleich zu den Konkurrenten in den USA und Japan hatten wir einen guten Start“, erinnert sich Dr. Joseph Pankert, Geschäftsführer von Philips Extreme UV. „Unser Konzept hat den großen Vorteil, dass es am billigsten, einfachsten und kompaktesten ist. Im kommenden Jahr wollen wir den nächsten Prototypen einer EUV-Quelle mit besonders hoher Leistung an ASML ausliefern“.

Die Anforderungen der Halbleiterindustrie sind sehr hoch: Die EUV-Quelle muss mindestens 100 Watt Lichtleistung bringen – heutiger Weltrekord von Philips Extreme UV liegt bei rund 30 Watt. Damit die Chipherstellung wirtschaftlich ist, müssen etwa 120 Wafer pro Stunde belichtet werden. Das Plasma darf nur knapp einen Millimeter groß sein und muss 220 000 °C erreichen. Solche extremen Temperaturen sind nur durch kurze energiereiche Laserpulse zu erreichen, um die Materialien der Lichtquelle nicht zu zerstören.

Ihr Ansprechpartner im Fraunhofer IPT:
Dipl.-Ing. Sven Carsten Lange
Fraunhofer-Institut für
Produktionstechnologie IPT
Steinbachstr. 17
52074 Aachen
Telefon: +49 (0)241 89 04 -1 12
Fax: +49 (0)241 89 04 -61 12
sven.lange@ipt.fraunhofer.de

Ihr Ansprechpartner im Fraunhofer ILT:
Dr. Willi Neff
Fraunhofer-Institut für
Lasertechnologie ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen
Telefon: +49 (0)241 89 06 -142
Fax: +49 (0)241 89 06 -121
willi.neff@ilt.fraunhofer.de