Un conveniente sistema di fotolitografia microscopica migliora la precisione della produzione

Le reti integrate di distribuzione, elaborazione e rilevamento del segnale ottico richiedono la miniaturizzazione degli elementi ottici di base, come guide d'onda, divisori, reticoli e interruttori ottici. Per raggiungere questo obiettivo, sono necessari metodi di produzione che consentano una produzione di alta precisione. Elementi curvi come curve e risonatori toroidali sono particolarmente difficili da produrre, perché richiedono maggiore precisione e minore rugosità delle pareti laterali. Inoltre, sono essenziali tecniche di produzione con controllo preciso delle dimensioni assolute della struttura.

Sono state sviluppate molte tecniche per la produzione ad alta precisione a lunghezze d'onda inferiori, come la scrittura laser diretta, la litografia multifotone, la litografia a fascio di elettroni, la litografia a fascio ionico e la litografia domino. Tuttavia, queste tecniche sono costose, complesse e richiedono molto tempo. La nanolitografia è una tecnologia di replica emergente adatta per una produzione efficiente e ad alta precisione. Tuttavia, sono necessari timbri master di alta qualità, che vengono generalmente prodotti utilizzando la litografia a fascio di elettroni.

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Advanced Manufacturing, gli scienziati Dr.-Ing. Li Cheng et al. dell'Università Leibniz di Hannover, hanno sviluppato una tecnica di produzione a basso costo e facile da usare, chiamata fotolitografia a proiezione microscopica (MPP) basata su UV, per la fabbricazione rapida e ad alta precisione di elementi ottici in pochi secondi. Questo approccio trasferisce i modelli strutturali su una fotomaschera su un substrato rivestito di fotoresist sotto illuminazione UV.

Il sistema MPP si basa su elementi ottici e meccanici standard. Invece di una lampada al mercurio o di un laser, come sorgente luminosa viene utilizzata una lampada UV-LED molto economica con una lunghezza d'onda di 365 nm.

I ricercatori hanno sviluppato un processo precedente per ottenere la maschera di cromo con il modello strutturale richiesto nell'MPP. Comprende la progettazione della struttura, la stampa su un foglio trasparente e il trasferimento del modello su una fotomaschera cromata. Hanno allestito un impianto di litografia per preparare anche le fotomaschere. I motivi strutturali stampati sulla lamina trasparente possono essere trasferiti su una fotomaschera cromata utilizzando questa configurazione e il successivo processo di incisione a umido.

Il sistema MPP può fabbricare elementi ottici ad alta risoluzione con dimensioni fino a 85 nm. Ciò è paragonabile alla precisione di metodi di fabbricazione più costosi e complessi, come la litografia multifotone e a fascio elettronico. L'MPP può essere utilizzato per fabbricare dispositivi microfluidici, biosensori e altri dispositivi ottici.

Questo approccio di fabbricazione sviluppato dai ricercatori rappresenta un importante progresso nel campo della litografia per la strutturazione rapida e ad alta precisione di elementi ottici. È particolarmente adatto per applicazioni che richiedono una prototipazione rapida e una produzione a basso costo. Ad esempio, può essere utilizzato per sviluppare nuovi dispositivi ottici per la ricerca biomedica o per prototipare nuovi dispositivi MEMS per applicazioni di elettronica di consumo.