Aligned 2-Photon Lithography
光ファイバーやフォトニックチップなどの複雑な基板上での自動アライメントとナノ精度3Dポジショニングによる3Dプリンティングは、3Dナノ/マイクロ加工に新たな可能性を切り拓きます。
基本原理
光ファイバー上プリンティングの強力なソリューション
Aligned 2-Photon Lithography
Aligned 2-Photon Lithography (A2PL®) は、Two-Photon Polymerization (2PP) をベースとしたNanoscribeの新しい独自のナノ/マイクロ加工技術です。フォトニクスパッケージング用の光インターコネクトなど、光ファイバーやフォトニックチップ上でプリンティング構造を自動的にアライメントします。高精度な検出システムにより、フィデューシャルやトポグラフィカルな基板形状を識別し、3Dプリンティングに対して高精度なアライメントを確保します。
A2PLは、アライメント3Dプリンティングのプリントジョブを定義するためのシーングラフコンセプトベース・ソフトウェアツール nanoPrintXと連携して動作します。ツリー状のデータ構造は、何を、どこに、どの空間的方向で、どのようにプリントするかを定義するために、プリントに関連するすべてのオブジェクトと操作を階層的に整理します。個別のアライメントマーカーや、チップエッジ、ファイバーファセットなどの基板形状はnanoPrintXで定義できます。Quantum X alignの共焦点ユニットまたはファイバー照明ユニットを使用して、これらの特定の基板マーカーを識別し、nanoPrintXで定義したデジタルモデルと照合します。Quantum X alignシステムには、Aligned 2-Photon LithographyとnanoPrintXが標準搭載されています。
次に、ファイバーの位置がサブミクロン精度で検出され、すべての空間方向における最小限の基板傾きがプリント中に補正されます。このため、システムは照明されたファイバーコアを識別し、コアの中心をプリントオブジェクトがアライメントされる仮想座標系の原点としてマークします。仮想Z軸とその空間内の向きは、基板を下方に移動させながら、このステージの垂直移動に沿った複数の地点におけるファイバーコアの位置を識別することで決定されます。その結果、光軸の向きが検出され、光軸に沿ったマイクロオプティクスの傾き補正ナノ加工のための仮想Z軸がサブミクロン精度で設定されます。
フォトニックチップ上のアライメント3Dプリンティングのための
Aligned 2-Photon Lithography
基板トポグラフィを検出するために、高精度共焦点検出モジュールが表面をマッピングします。このモジュールは近赤外線プリンティングレーザーのビームパスに統合されており、サンプル表面をスキャンします。後方散乱光はシステムにより共焦点的に検出され、ステージを垂直方向に移動させながら高解像度の3Dトポグラフィを記録します。マーカー認識は、単一Z位置でのイメージングとピンホール空間フィルタの組み合わせにより実現され、ラテラル検出精度は100 nmまで達します。このため、共焦点モジュールは実際の3Dトポグラフィを計測でき、システムカメラを使用した画像ベースの計測よりもはるかに高精度です。
フォトニックチップ表面でのプリンティング
フォトニクスパッケージング用光インターコネクトなどフォトニックチップ上の光学部品の正確なアライメントは、共焦点ユニットが提供する高解像度3Dトポグラフィマッピングによって実現されます。nanoPrintXソフトウェアで、チップレイアウトとアライメントマーカーをプリントジョブに追加できます。ナノ加工システムはマーカーを検出し、プリントジョブと照合して、例えばフォトニックチップの導波路の正確な位置と向きを特定します。これにより、Free Space Microoptical Coupling（FSMOC）を通じた効率的な光結合を実現し、フォトニクスパッケージングの強力なソリューションとして、最高の光学性能と結合損失を最小化したマイクロ光学素子とインターコネクトの2PPベース3Dナノ加工が確保されます。
フォトニックチップファセット上のプリンティング
フォトニックチップのファセット上のプリンティングワークフローには、共焦点検出モジュールによるエッジ検出が含まれます。nanoPrintXでエッジ検出をアライメントノードとして追加することで、システムがスキャンするエッジまたは共焦点スキャンエリアの定義が可能になります。次に、3Dナノ加工システムの共焦点検出モジュールが、定義された位置でイメージスタックを取得し、エッジを識別します。
チップのファセット上、すなわち基板表面に対して、垂直方向からプリントすることは難しい作業です。「シャドウイング効果」を克服するための精密なポジショニングシステムとプリンティングソリューションが必要です。この効果は、プリンティングレーザーの焦点における強度の大部分がファセット上にプリントする際に失われるために生じます。これは光が基板のエッジで一部遮断されるためです。シャドウイング効果は基板壁の近傍でより顕著であり、より高い露光量が必要です。A2PL®ナノ加工システムは、独自のプロセスを使用してこの効果を自動的に補正し、プリント中に露光条件を動的に調整します。A2PL®はNanoscribe独自の知的財産です。その結果、マイクロオプティクスなどのプリントオブジェクトが、Two-Photon Polymerization (2PP) とA2PL®技術によってサブミクロン形状精度で基板のファセット上に書き込まれます。
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