Et prisbilligt mikroskopprojektionsfotolitografisystem til fremstilling i høj opløsning

Integrerede optiske signaldistributions-, -behandlings- og sensingsnetværk kræver miniaturisering af grundlæggende optiske elementer, såsom bølgeledere, splittere, gittere og optiske switches. For at opnå dette kræves fremstillingsmetoder, der muliggør fremstilling i høj opløsning.

Buede elementer som bøjninger og ringresonatorer er særligt udfordrende at fremstille, da de har brug for endnu højere opløsning og lavere sidevægsruhed. Derudover er fremstillingsteknikker med præcis kontrol af absolutte strukturdimensioner bydende nødvendigt.

Adskillige teknologier er blevet udviklet til fremstilling af subbølgelængde i høj opløsning, såsom direkte laserskrivning, multifotonlitografi, elektronstrålelitografi, ionstrålelitografi og dominolithografi. Disse teknologier er imidlertid dyre, komplekse og tidskrævende. Nanoimprint litografi er en ny replikationsteknik, der er velegnet til høj opløsning og effektiv fremstilling. Det kræver dog masterstempler af høj kvalitet, som normalt fremstilles ved hjælp af elektronstrålelitografi.

I en ny Light:Advanced Manufacturing papir, videnskabsmænd Dr.-Ing. Lei Zheng et al. fra Leibniz University Hannover har udviklet en billig og brugervenlig fremstillingsteknik, kaldet UV-LED-baseret mikroskopprojektionsfotolitografi (MPP), til hurtig højopløsningsfremstilling af optiske elementer inden for få sekunder. Denne tilgang overfører strukturmønstre på en fotomaske til et fotoresistbelagt substrat under UV-belysning.

MPP-systemet er baseret på standard optiske og optomekaniske elementer. I stedet for en kviksølvlampe eller en laser bruges en ekstremt billig UV-LED med en bølgelængde på 365 nm som lyskilde.

Forskerne udviklede en forudgående proces for at opnå den strukturmønstrede krommaske, der kræves i MPP. Det inkluderer strukturdesign, udskrivning på en gennemsigtig folie og mønsteroverførsel på kromfotomasken. De etablerede også et litografisk setup til fremstilling af fotomasker. Strukturmønstre trykt på den gennemsigtige folie kan overføres til en chrom fotomaske med denne opsætning og en efterfølgende vådætsningsproces.

MPP-systemet kan fremstille optiske elementer i høj opløsning med funktionsstørrelser ned til 85 nm. Dette kan sammenlignes med opløsningen af ​​meget dyrere og komplekse fremstillingsmetoder, såsom multi-foton- og elektronstrålelitografi. MPP kan bruges til at fremstille mikrofluidiske enheder, biosensorer og andre optiske enheder.

Denne fremstillingstilgang udviklet af forskerne er et betydeligt fremskridt inden for litografi til hurtig og højopløsningsstrukturering af optiske elementer. Det er særligt velegnet til applikationer, hvor hurtig prototyping og lavprisfremstilling er vigtig. Det kunne f.eks. bruges til at udvikle nye optiske enheder til biomedicinsk forskning eller til at prototypere nye MEMS-enheder til forbrugerelektronikapplikationer.

Flere oplysninger: Lei Zheng et al., Funktionsstørrelse under 100 nm realiseret ved UV-LED-baseret mikroskopprojektionsfotolitografi, Light:Advanced Manufacturing (2023). DOI:10.37188/lam.2023.033

Leveret af Chinese Academy of Sciences