二光子デスクトップは非常に高い加工精度を持ち、レジストの反応領域を正確に制御し、パターンの明瞭さと細部の忠実さを確保することができる。二光子リソグラフィ技術の非線形特性のため、レーザービームの焦点領域でのみレジストが反応し、これによりリソグラフィプロセスは高い選択性を持ち、散乱光と熱効率が周囲領域に与える影響を効果的に回避することができる。
一、動作原理
二光子デスクトップは二光子リソグラフィ技術に基づいて、レーザーの焦点位置と強度を正確に制御することによって、ナノスケール精度の加工を実現する。主に次のような手順で動作します。
1.二光子リソグラフィの原理
二光子リソグラフィは、レーザー光を用いて二光子吸収効果により材料の化学反応を開始する技術である。従来の単光子リソグラフィとは異なり、二光子リソグラフィは局所領域での光子の焦点効果に依存し、感光材料の焦点で2つの低エネルギー光子を同時に吸収し、材料に化学反応を起こさせる。この効果の非線形特性のため、焦点点の高強度レーザー照射下でのみ感光材料が反応し、ミクロ領域のエッチングまたは架橋を実現する。
2.デスクトップ化設計
従来の二光子リソグラフィ装置は体積が大きく、高価であり、通常は実験室や専門のマイクロナノ製造工場で使用する必要がある。二光子デスクトップの革新的な点は、二光子リソグラフィ技術とデスクトップ化設計を結合し、装置をより小型化し、操作をより簡便にすることである。高精度のレーザー光源と運動プラットフォームを採用し、精密な光学系とコンピュータ制御システムを通じて、効率的で正確な3次元印刷とリソグラフィを実現します。
3.レーザ走査と光学制御
コアアセンブリは高精度のレーザ走査システムであり、レーザビームの強度と焦点点の位置を制御することにより、正確にレジスト表面に露光する。実際の作業では、コンピュータ制御システムはユーザーのニーズに応じて、レーザーの走査経路とレーザービームの電力を調整し、高精度なパターンエッチングや3次元構造の印刷を実現します。
二、主な特徴
設計理念と技術特徴はそれをマイクロナノ製造分野で独特な優位性を持たせ、主に以下のいくつかの方面に現れた:
1.超高解像度
顕著な特徴の一つはその高解像度である。二光子リソグラフィ技術はレーザビームの集束効果に依存するため、そのパターン解像度はナノスケールに達することができ、さらに10ナノメートル未満の加工精度を実現することができる。これにより、二光子デスクトップはより小さな空間内で複雑な三次元構造を正確に描写することができ、超小型のマイクロ光学デバイス、マイクロ電気機械システム(MEMS)、マイクロセンサなどの製造に適している。
2.三次元加工能力
3次元空間内で加工することができる。レーザビームの集束位置を正確に制御することにより、異なる階層でパターンの彫刻を行うことができ、複雑な3次元微細構造を実現することができる。立体形状の光学素子であれ、複雑なマイクロセンサとマイクロフロー制御チップであれ、正確な3次元製造を実現することができる。
3.高精度と高選択性
二光子デスクトップは非常に高い加工精度を持ち、レジストの反応領域を正確に制御し、パターンの明瞭さと細部の忠実さを確保することができる。二光子リソグラフィ技術の非線形特性のため、レーザービームの焦点領域でのみレジストが反応し、これによりリソグラフィプロセスは高い選択性を持ち、散乱光と熱効率が周囲領域に与える影響を効果的に回避することができる。
4.高感度と低エネルギー消費
二光子レジストの高感光性により、二光子デスクトップはより低いレーザーパワーで高精度の加工を行うことができ、これはエネルギー消費を低減するだけでなく、レジストへの熱効果も低減する。また、低エネルギー消費により、長時間の動作中により低い温度上昇を維持することができ、装置の安定性と使用寿命を向上させることができる。
5.デスクトップ化操作と簡便性
デスクトップ化設計により、実験室、研究開発センター、創客空間などの小型環境での使用に適しています。ユーザーはグラフィック化されたインタフェースを通じて操作することができ、複雑な専門設備や操作技能を必要とせず、操作の敷居を大幅に下げることができる。これにより、二光子リソグラフィ技術は研究分野に限定されず、一般的なエンジニアや研究者もこの技術を利用して革新的な設計とプロトタイプ製造を行うことができるようになった。
三、共通パラメータ:
| システムパラメータ | |
| フェムト秒レーザ | 1.パルスエネルギー:≧0.01mJ@1MHz |
| 2.平均電力:10W@1MHz |
| 3.パルス幅<300 fs |
| 4.繰返し周波数1 Hz〜1 MHz |
| 5.加工ビーム中心波長517 nm |
| 高精度変位テーブル | 1.6次元操作可能(X、Y、Z、θX、θY、θZ) |
| 2.並進ストローク100 mm×100 mm×20 mm |
| 3.並進繰返し位置決め精度±75 nm |
| 4.回転繰り返し位置決め精度≦0.001° |
| 高精度キロレベル光ファイバ自動加工モジュール | 1.ファイバ径範囲100 ~ 250μmに適合 |
| 2.最大送繊速度50 m/mim |
| レンズ | 20 X、50 X、60 X、100 X多種の対物レンズ倍率加工をサポートする |
| かこうとくせい | 1.結晶表面加工線幅が200 nm未満 |
| 2.光ファイバグレーティング加工シングルグレーティング最大加工長15 mm |
| 3.ラスタ加工周期が1μm未満 |
| オプションモジュール | 1.空間光変調器 |
| 2.屈折率特性化モジュール |
| 3.高速走査振動子 |
| 4.高精度焦点面自動追跡モジュール |
| 5.ポリマー材料リソグラフィシステム |
| ソフトウェア構成 | 1.多種の加工図形の導入をサポートする |
| 2.ソフトウェアサポート構造設計、スクリプト化プログラミング |
| 3.光ファイバ格子の書き込み加工に対して、ドット毎走査法、ライン毎走査法、インデックス走査法、多芯並列走査法などの多種の加工方法をサポートする |
| 4.コアの自動認識、アライメント、角調整をサポートする |