مهندسی اپتیک ولیزر

 ۲- انتقال نقاب بر ماده نور مقاوم

در انتقال نقاب بر رو ي ماده نور مقاوم از ابزار مخصوصي استفاده مي شود. ابزار مورد نظر، الگوي ايجاد شده بر ماده نور مقاوم لايه نشاني شده را بر بستره منتقل مي كنند. فرآيند انتقال به وسيله تابش نورuv   صورت مي پذيرد.ابزار انتقال به دو دسته مختلف طبقه بندي مي شوند:  هم خط كننده نقاب وروش .stepper

روش هم خط كننده نقاب خود نيز به دو دسته چاپ تماسي وچاپ برافكنشي تقسيم مي گردد . معمولاً در ساخت قطعه هاي اپتيكي پراشي چند فازي از روش همخط كننده تماسي استفاده مي كنند . يعني دقيقاً همان الگوي بدست آمده از نقاب مستقيماً بر روي ماده نور مقاوم برگردان)كپي( مي شود.

2-2 چاپ تماسي

روش چاپ تماسي يكي ازراحت ترين روش هاي ليتوگرافي به حساب مي آيد. در اين روش نقاب در تماس كامل يا تقر يباً كامل با لايه نورمقاوم قرار مي گیرد. وقتي به نقاب نور uv تابانده مي شود نور

uv  از داخل نقاب عبور كرده و به لايه نازك لایه نشاني شده برخورد مي كند . معمولاً درميكروليتو گرافی و ليتوگرافي از لامپ جيوه فشار قوي به عنوان منبع نورuv  استفاده ميشود . طيف گسيلي لامپ جيوه شامل طول موجهای مختلفي مي باشد (شکل زیر) از طرفي حساسيت ماده نور مقاوم نيز نسبت به طول موجهاي مختلف تغيير مي كند .بنابراين براي انتخاب طول موج مورد احتياج از پالاينده اپتيكي باند گذر استفاده مي گردد. بعد از انتخاب طول موج نور ساطع شده از لامپ موازي شده  بر ماده نور مقاوم اثرمي گذارد وچون همان تصوير ايجاد شده درنقاب بر ماده نورمقاوم برگردان مي شود ، نگاشت بايد 1:1 باشد. اما درواقع نگاشت كاملاً 1:1 اتفاق نمي افتد. چرا؟

علت اين امر وجود عامل محدود كننده اي به نام پراش مي باشد . پراش ناشي ازنقاب ، باعث ايجاد خطا در انتقال الگو بر لايه نازك مي گردد.

شکل 3 : طيف گسيلي لامپ جيوه

فاصله بين نقاب و لايه نازك معمولاً زياد نبوده و درحدود چند ده ميكرون است بنابراين پراش حاصله، پراش فرنلي خواهد بود . براي مطالعه اثر خطاي ناشي از پراش و روشن شدن مطلب،  نقابي با خطوط موازي (مانند توري پراشي دامنه اي (.وبا پهنای b  در نظر بگیرید.که s فاصله بین نقاب وبستره باشد. . الگوي انتقال يافته بر لايه نازك بصورت اغراق آميز در شكل( 4) رسم شده است.

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

دقت نظري محاسبه شده در ميكروليتوگرافي تماسي براي انتقال الگويي با خطوط موازي باعرض يكسان  برابر است با:

3-2 روشهاي حكاكي بستره

بعد ازاينكه الگو ي طراحي شده بر روي نقاب به بستره منتقل شد بايد طرح توليد شده را بر بستره اي با ويژگي هاي مكانيكي واپتيكي مورد نياز حكاكي كرد) درعمل علاقمنديم كه مقاومت مكانيكي قطعه بالا باشد و با تغييرحرارت تغييرزيادي در ساختار به وجود نيايد .( بدين منظور روشهاي حكاكي مختلفي وجود دارد كه آنها را به انواع حكاكي ترو حكاكي خشك طبقه بندي مي كنند.

در حكاكي تر از اسيد HF  براي حكاكي بستره كوارتزي يا شيشه اي استفاده مي شود . دراين روش بستره شيشه اي لايه نشاني شده داخل اسيد HF قرارمي گيرد. درطي فرايند، ماده نورمقاوم نيز توسط اسيد خورده مي شود، اما نرخ خوردگي ماده نورمقاوم از نرخ خوردگي بستره خيلي كمتر است. ساختار حكاكي شده با اين روش كيفيت خوبي ندارد و نامرغوب مي باشد .همچنين كنترل عمق حكاكي نيز بسيار سخت مي باشد . با تمام كاستي هاي گفته شده، روش ارزاني براي توليد قطعه هاي اپتيكي پراشي به حساب مي آيد.

روش حكاكي خشك بهترين روش براي ساخت قطعه هاي اپتيكي پراشي چند ترازي و حتي باينري به حساب مي آيد. دراين روش ازپرتوها ي پرانرژي و موازي شده یون آرگون CAIBE یا چشمه پلاسما براي حكاكي بستره در يك چمبره خلاء استفاده مي گردد . در فن RIBE و CAIBE از گازهاي مكمل O2 OR CHF3  براي بازتركيب استفاده مي كنند تا به فرآ يند حكاكي شتاب دهند . جدول( 1) گازهاي مختلف مورد استفاده براي حكاكي روي بستره هاي متفاوت را نشان  مي دهد. اين روش نيز با تمام فوايد و توانمندي هايش گران قيمت مي باشد.

در ليتوگرافي توسط تصعيد مستقيم مواد، الگوسازي، نقاب سازي و حكاكي بطورهمزمان صورت مي گيرند و قادر است ساختار شبه آنالوگ توليد را توليد كند . در روش تصعيد مواد بعلت يكي شدن سه مرحله مختلف ليتوگرافي، ديگر خطاي هم خط سازي هنگام ساخت و خطا ي تولید نقاب وجود نخواهد داشت . بدين منظور چندين روش تصعيد مستقيم وجود دارد كه عبارتند از :

پرتوهاي اتمي سريع 1. تصعيد مستقيم توسط ليزر اگزايمر 2 و پرتو يوني كانوني شده 3. بعلت ويژگيها و توانمنديهاي روش ليزري نسبت به دو روش ديگر تنها روش ليزري شرح داده مي شود.

تصعيد مواد توسط ليزر اگزايمر

حدود 30 سال از ساخت اولين ليزر اگزايمر مي گذرد و امروزه كاربردهاي فراواني در زمينه ماشين كاري دقيق پیدا كرده است . ماشين كاري دقيق و بدون ايجاد گرما ) ماشين كار ي خنك(  از طول موج كوتاه ليزر اگزايمر ناشي مي شود . همانطور كه قبلاً توضيح داده شد، هرچه طول موج ليزر كوچك تر باشد لكه كوچكتري مي تواند تولید كند. بنابراين به دقت نسبتاً بالايي دست خواهي يافت.

در اين روش براي ساخت ترازهاي مختلف با ارتفاع پله ها ي متفاوت با يد مقدار شدت فرودي تغيير داد كه اين كار به آساني با تنظيم مدت زمان نوردهي انجام مي گردد . از آنجا يي كه براي تنظيم شدت مورد نياز، زمان تابش تغيير داده مي شود . مي توان سطوح فازي بسيار زيادي را توليد كرد و درحقيقت به سطوح شبه آنالوگ نزديك شد(به 256 پله فازي مي توان دست يافت) .

چيدمان ليزر اگزايمر تصعيد كننده ، خيلي به روش LBW شب يه است . فرق مهم بين اين دو دستگاه در اين است كه در يكي نقاب توليد مي شود اما در ديگري هنگام طراحي الگو بر روي بستره، در حقيقت ساختار نهايي مورد نظر برروي شيشه كنده كاري مي شود.

فن آوري ميكروليتوگرافي در ساخت DOE

تا كنون به مرور روشهاي مختلف و مرسوم در ليتوگرافي پرداختيم. اكنون روش هاي ميكروليتوگرافي تعميم يافته براي ساخت قطعه هاي اپتيكي پراشي مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

تداخل اپتيكي

در ا ين روش ابتدا لايه حساس به شدت نور كه مي تواند لايه نور مقاوم يا DCG  ( كرومات ژلاتين( باشد، لايه نشاني مي شود . اگر از الگوهاي تداخلي براي نوردهي به مواد نور مقاوم استفاده گردد، بايد فرايند حكاكي نيز انجام شود . اما اگر از DCG استفاده گردد ديگر به مرحله حكاكي احتياج نيست. روش مذكور به روش ساخت تمام نگار خيلي شبيه است. از اين روش ( روشي كه در آن از ماده نور مقاوم لايه نشاني شده بر بستره استفاده مي گردد ( برا ي توليد توريهاي SWS  استفاده می شود. در اين روش براي نوردهي به لايه نور مقاوم از تداخل دو پرتو استفاده مي شود و بعد ازاينكه فرآيند نوردهي صورت گرفت ماده را توسط محلول مخصوصي ظاهر مي كنند )مرحله ظهور خيلي شبيه ظهور فيلم عكاسي است) در شكل ( 6) مراحل مختلف روش تداخل رسم شده است.

در فن آوري ارتباطات، روش ديگري را جايگزين روش تداخل كرده اند كه به روش توريها ي براگي معروف است . توري براگي 1 يك نوع خاص از توري نيست بلكه روشي در ساخت توري است . در اين روش، ابتدا يك توري فازي مي سازند كه بتواند فاز را مدوله كند . سپس سطح بستره )هسته تار نوري) را با موادي مانند GE   لايه نشاني مي كنند . نقاب فازي ساخته شده را برروي بستره قرار داده و با منبع uv  نوردهي مي كنند . بعلت اختلاف فازناشي از نقاب فازي، ضريب شكست سطح بستره تغيير مي كند و سطحي با ضريب شكست متغير ايجاد مي گردد . نمايي از اين روش درشكل( 7) رسم شده است.

نقاب خاكستري

نقاب گذاري با رنگ مايه خاكستري ( نقاب خاكستري ) ازروش نقاب هاي باينري هم خط شده مؤثرتر و مفيدتر است . نقاب ساخته شده در ا ين روش عوض دو حالت مات و شفاف (مانند نقاب باينري) مي تواند حالتهاي مختلفي از مات تا شفاف را دارا باشد . سطوح خاكستري تهيه شده با تغيير مقدار شدت فرودي بر روي ماده نور مقاوم ،ترازهاي مختلف فازي را توليد مي كنند. يعني تنها با يك نقاب مي توان قطعه هاي اپتيكي پراشي با ناهمواريها و سطوح متفاوت (چند ترازه ) توليد كرد كه تنها يك مرحله كنده كاري را شامل شود . شكل ( 9) نما يي از نحوه عملكرد نقاب خاكستر ي را نشان می دهد.

در اين شكل سطوح خاكستري توسط چاپگرهاي لیزري رايج (كه معمولاً درعكاسي ها استفاده مي شود) برروي ورقه شفاف 1 چاپ مي گردند. الگوي چاپ شده توسط روش پالايش فضا يي 2 يا توسط روشphoto reduction به ابعاد كوچكتر براي استفاده در ميكروليتوگرافي تبديل مي شود.

.

امیدوارم این مقاله برای شما مفید بوده باشد.

پایان