2GL二光子グレースケールリソグラフィによるランダムマイクロレンズアレイ(MLA)のSEM画像 2GL二光子グレースケールリソグラフィによるランダムマイクロレンズアレイ(MLA)のSEM画像

Two-Photon Grayscale Lithography (2GL®)

2GL®は、グレースケールリソグラフィのパワーとTwo-Photon Polymerization (2PP) の精度・柔軟性を組み合わせ、2.5Dトポグラフィを作製するブレークスルーイノベーションです。

基本原理

ボクセルチューニングによる最高のプリント性能と精密なコントロール

Two-Photon Grayscale Lithography (2GL®) は、2.5Dトポグラフィを造形するための新しい積層造形技術です。2GL®はNanoscribeの知的財産に属します。単層をスキャンしながら、離散的かつ正確なステップ構造および連続的なトポグラフィをプリントすることで、プリント時間を大幅に短縮します。2GLは、パワー変調されたレーザー光を用いて、マイクロ・ナノ構造を有する機能性デバイスの高さプロファイルを形成する、マスクレスグレースケールリソグラフィ技術の新たなファミリーメンバーです。

Two-Photon Grayscale Lithography (2GL®) で3Dプリントした凹凸形状マイクロレンズアレイのSEM画像
微細造形中にボクセルサイズを動的にチューニングできる2GL®の機能により、表面粗さ5 nmまでの形状精度の高いマイクロレンズアレイなど、非常に滑らかな表面の作製が可能です。

Two-Photon Grayscale Lithography (2GL®) はTwo-Photon Polymerization (2PP) に基づいています。2GL®はNanoscribeの独自技術であり、ボクセルサイズの動的制御を利用します。スキャン平面上でレーザーフォーカスをスキャンしながら露光量を変調することで、フォトレジスト内のボクセルサイズが変化し、重合ボクセルの微細なサイズ変化を制御できます。これは、レーザーパワー変調と高速ガルバノスキャンを精密なラテラルステージの動作に同期させることで実現します。これにより、グレースケールイメージは露光レベルの空間変化に変換され、1つの平面内で異なるボクセル高さがプリントされます。

高解像度3Dプリンティングと二光子グレースケールリソグラフィ2GLの比較インフォグラフィック
屈折レンズを通常の3Dプリントアプローチでプリントする場合、複数の層(破線)に分割されます。各スライスは一定のボクセルサイズでプリントされるため、階段状の形状が生じます(左・中図)。一方、2GL®による微細造形では、個々のボクセルサイズがレンズ形状にスムーズに適応されます(右図)。SEMイメージ(下段)は対応するプリント結果を示しています。

2GLプリンティングはスティッチングの継ぎ目や傾斜関連の欠陥を排除します

Two-Photon Grayscale Lithography (2GL®) は、レーザービーム変調と高速ガルバノミラーの高周波数同期を用いた単一ボクセルチューニングにより、光学品質の構造を実現します。高精度位置決めユニットと自己補正ルーティンにより、隣接するプリントフィールドをスティッチングして大型構造を作製する際に、優れた精度でプリントできます。2GLはプリントフィールド境界でレーザー線量を動的に調整し、フォトポリマーの化学的収縮と位置決め誤差を補正します。これらの機能の組み合わせにより、数 cm²のエリアにわたって真にシームレスな構造をプリントでき、スティッチングマークをすべて排除します。

わずかに傾いた基板でもプリント品質に影響を与え、個々のプリントセグメントをスティッチングする際に目に見える継ぎ目が生じたり、傾いた表面をプリントする際に階段状の形状が生じたりします。Nanoscribe製プリンタのオートフォーカスは、基板の傾きを自動的に測定するために密なグリッドポイント上で動作させることができます。自動傾き補正を組み合わせた2GL技術を使用することで、プリントブロック間のずれや階段状効果を補正できます。その結果、傾いた基板上でもスティッチングの継ぎ目や階段状効果のない滑らかな表面が実現されます。

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