فناوری میکرولیتوگرافی و روش های ساخت و تولید قطعه های اپتیکی پراشی 2
ساعت ٥:۳٥ ‎ب.ظ روز شنبه ٢٩ دی ،۱۳۸٦  

 ۲- انتقال نقاب بر ماده نور مقاوم

در انتقال نقاب بر رو ی ماده نور مقاوم از ابزار مخصوصی استفاده می شود. ابزار مورد نظر، الگوی ایجاد شده بر ماده نور مقاوم لایه نشانی شده را بر بستره منتقل می کنند. فرآیند انتقال به وسیله تابش نورuv   صورت می پذیرد.ابزار انتقال به دو دسته مختلف طبقه بندی می شوندهم خط کننده نقاب وروش .stepper

روش هم خط کننده نقاب خود نیز به دو دسته چاپ تماسی وچاپ برافکنشی تقسیم می گردد . معمولاً در ساخت قطعه های اپتیکی پراشی چند فازی از روش همخط کننده تماسی استفاده می کنند . یعنی دقیقاً همان الگوی بدست آمده از نقاب مستقیماً بر روی ماده نور مقاوم برگردان)کپی( می شود.

2-2 چاپ تماسی

روش چاپ تماسی یکی ازراحت ترین روش های لیتوگرافی به حساب می آید. در این روش نقاب در تماس کامل یا تقر یباً کامل با لایه نورمقاوم قرار می گیرد. وقتی به نقاب نور uv تابانده می شود نور

uv  از داخل نقاب عبور کرده و به لایه نازک لایه نشانی شده برخورد می کند . معمولاً درمیکرولیتو گرافی و لیتوگرافی از لامپ جیوه فشار قوی به عنوان منبع نورuv  استفاده میشود . طیف گسیلی لامپ جیوه شامل طول موجهای مختلفی می باشد (شکل زیر) از طرفی حساسیت ماده نور مقاوم نیز نسبت به طول موجهای مختلف تغییر می کند .بنابراین برای انتخاب طول موج مورد احتیاج از پالاینده اپتیکی باند گذر استفاده می گردد. بعد از انتخاب طول موج نور ساطع شده از لامپ موازی شده  بر ماده نور مقاوم اثرمی گذارد وچون همان تصویر ایجاد شده درنقاب بر ماده نورمقاوم برگردان می شود ، نگاشت باید 1:1 باشد. اما درواقع نگاشت کاملاً 1:1 اتفاق نمی افتد. چرا؟

علت این امر وجود عامل محدود کننده ای به نام پراش می باشد . پراش ناشی ازنقاب ، باعث ایجاد خطا در انتقال الگو بر لایه نازک می گردد.

شکل 3 : طیف گسیلی لامپ جیوه

فاصله بین نقاب و لایه نازک معمولاً زیاد نبوده و درحدود چند ده میکرون است بنابراین پراش حاصله، پراش فرنلی خواهد بود . برای مطالعه اثر خطای ناشی از پراش و روشن شدن مطلب،  نقابی با خطوط موازی (مانند توری پراشی دامنه ای (.وبا پهنای b  در نظر بگیرید.که s فاصله بین نقاب وبستره باشد. . الگوی انتقال یافته بر لایه نازک بصورت اغراق آمیز در شکل( 4) رسم شده است.

شکل 4 : طرح اغراق آمیز از الگوی منتقل شده بر بستره توسط نورuv در روش چاپ تماسی

دقت نظری محاسبه شده در میکرولیتوگرافی تماسی برای انتقال الگویی با خطوط موازی باعرض یکسان  برابر است با:

3-2 روشهای حکاکی بستره

بعد ازاینکه الگو ی طراحی شده بر روی نقاب به بستره منتقل شد باید طرح تولید شده را بر بستره ای با ویژگی های مکانیکی واپتیکی مورد نیاز حکاکی کرد) درعمل علاقمندیم که مقاومت مکانیکی قطعه بالا باشد و با تغییرحرارت تغییرزیادی در ساختار به وجود نیاید .( بدین منظور روشهای حکاکی مختلفی وجود دارد که آنها را به انواع حکاکی ترو حکاکی خشک طبقه بندی می کنند.

در حکاکی تر از اسید HF  برای حکاکی بستره کوارتزی یا شیشه ای استفاده می شود . دراین روش بستره شیشه ای لایه نشانی شده داخل اسید HF قرارمی گیرد. درطی فرایند، ماده نورمقاوم نیز توسط اسید خورده می شود، اما نرخ خوردگی ماده نورمقاوم از نرخ خوردگی بستره خیلی کمتر است. ساختار حکاکی شده با این روش کیفیت خوبی ندارد و نامرغوب می باشد .همچنین کنترل عمق حکاکی نیز بسیار سخت می باشد . با تمام کاستی های گفته شده، روش ارزانی برای تولید قطعه های اپتیکی پراشی به حساب می آید.

روش حکاکی خشک بهترین روش برای ساخت قطعه های اپتیکی پراشی چند ترازی و حتی باینری به حساب می آید. دراین روش ازپرتوها ی پرانرژی و موازی شده یون آرگون CAIBE یا چشمه پلاسما برای حکاکی بستره در یک چمبره خلاء استفاده می گردد . در فن RIBE و CAIBE از گازهای مکمل O2 OR CHF3  برای بازترکیب استفاده می کنند تا به فرآ یند حکاکی شتاب دهند . جدول( 1) گازهای مختلف مورد استفاده برای حکاکی روی بستره های متفاوت را نشان  می دهد. این روش نیز با تمام فواید و توانمندی هایش گران قیمت می باشد.

 

-2 تصعید مستقیم مواد ) سوزش مواد (

در لیتوگرافی توسط تصعید مستقیم مواد، الگوسازی، نقاب سازی و حکاکی بطورهمزمان صورت می گیرند و قادر است ساختار شبه آنالوگ تولید را تولید کند . در روش تصعید مواد بعلت یکی شدن سه مرحله مختلف لیتوگرافی، دیگر خطای هم خط سازی هنگام ساخت و خطا ی تولید نقاب وجود نخواهد داشت . بدین منظور چندین روش تصعید مستقیم وجود دارد که عبارتند از :

پرتوهای اتمی سریع 1. تصعید مستقیم توسط لیزر اگزایمر 2 و پرتو یونی کانونی شده 3. بعلت ویژگیها و توانمندیهای روش لیزری نسبت به دو روش دیگر تنها روش لیزری شرح داده می شود.

تصعید مواد توسط لیزر اگزایمر

حدود 30 سال از ساخت اولین لیزر اگزایمر می گذرد و امروزه کاربردهای فراوانی در زمینه ماشین کاری دقیق پیدا کرده است . ماشین کاری دقیق و بدون ایجاد گرما ) ماشین کار ی خنک(  از طول موج کوتاه لیزر اگزایمر ناشی می شود . همانطور که قبلاً توضیح داده شد، هرچه طول موج لیزر کوچک تر باشد لکه کوچکتری می تواند تولید کند. بنابراین به دقت نسبتاً بالایی دست خواهی یافت.

در این روش برای ساخت ترازهای مختلف با ارتفاع پله ها ی متفاوت با ید مقدار شدت فرودی تغییر داد که این کار به آسانی با تنظیم مدت زمان نوردهی انجام می گردد . از آنجا یی که برای تنظیم شدت مورد نیاز، زمان تابش تغییر داده می شود . می توان سطوح فازی بسیار زیادی را تولید کرد و درحقیقت به سطوح شبه آنالوگ نزدیک شد(به 256 پله فازی می توان دست یافت) .

چیدمان لیزر اگزایمر تصعید کننده ، خیلی به روش LBW شب یه است . فرق مهم بین این دو دستگاه در این است که در یکی نقاب تولید می شود اما در دیگری هنگام طراحی الگو بر روی بستره، در حقیقت ساختار نهایی مورد نظر برروی شیشه کنده کاری می شود.

فن آوری میکرولیتوگرافی در ساخت DOE

تا کنون به مرور روشهای مختلف و مرسوم در لیتوگرافی پرداختیم. اکنون روش های میکرولیتوگرافی تعمیم یافته برای ساخت قطعه های اپتیکی پراشی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تداخل اپتیکی

در ا ین روش ابتدا لایه حساس به شدت نور که می تواند لایه نور مقاوم یا DCG  ( کرومات ژلاتین( باشد، لایه نشانی می شود . اگر از الگوهای تداخلی برای نوردهی به مواد نور مقاوم استفاده گردد، باید فرایند حکاکی نیز انجام شود . اما اگر از DCG استفاده گردد دیگر به مرحله حکاکی احتیاج نیست. روش مذکور به روش ساخت تمام نگار خیلی شبیه است. از این روش ( روشی که در آن از ماده نور مقاوم لایه نشانی شده بر بستره استفاده می گردد ( برا ی تولید توریهای SWS  استفاده می شود. در این روش برای نوردهی به لایه نور مقاوم از تداخل دو پرتو استفاده می شود و بعد ازاینکه فرآیند نوردهی صورت گرفت ماده را توسط محلول مخصوصی ظاهر می کنند )مرحله ظهور خیلی شبیه ظهور فیلم عکاسی است) در شکل ( 6) مراحل مختلف روش تداخل رسم شده است.

در فن آوری ارتباطات، روش دیگری را جایگزین روش تداخل کرده اند که به روش توریها ی براگی معروف است . توری براگی 1 یک نوع خاص از توری نیست بلکه روشی در ساخت توری است . در این روش، ابتدا یک توری فازی می سازند که بتواند فاز را مدوله کند . سپس سطح بستره )هسته تار نوری) را با موادی مانند GE   لایه نشانی می کنند . نقاب فازی ساخته شده را برروی بستره قرار داده و با منبع uv  نوردهی می کنند . بعلت اختلاف فازناشی از نقاب فازی، ضریب شکست سطح بستره تغییر می کند و سطحی با ضریب شکست متغیر ایجاد می گردد . نمایی از این روش درشکل( 7) رسم شده است.

 

نقاب خاکستری

نقاب گذاری با رنگ مایه خاکستری ( نقاب خاکستری ) ازروش نقاب های باینری هم خط شده مؤثرتر و مفیدتر است . نقاب ساخته شده در ا ین روش عوض دو حالت مات و شفاف (مانند نقاب باینری) می تواند حالتهای مختلفی از مات تا شفاف را دارا باشد . سطوح خاکستری تهیه شده با تغییر مقدار شدت فرودی بر روی ماده نور مقاوم ،ترازهای مختلف فازی را تولید می کنند. یعنی تنها با یک نقاب می توان قطعه های اپتیکی پراشی با ناهمواریها و سطوح متفاوت (چند ترازه ) تولید کرد که تنها یک مرحله کنده کاری را شامل شود . شکل ( 9) نما یی از نحوه عملکرد نقاب خاکستر ی را نشان می دهد.

در این شکل سطوح خاکستری توسط چاپگرهای لیزری رایج (که معمولاً درعکاسی ها استفاده می شود) برروی ورقه شفاف 1 چاپ می گردند. الگوی چاپ شده توسط روش پالایش فضا یی 2 یا توسط روشphoto reduction به ابعاد کوچکتر برای استفاده در میکرولیتوگرافی تبدیل می شود.

.

امیدوارم این مقاله برای شما مفید بوده باشد.

پایان

 


کلمات کلیدی: