MPO 100
Einzigartige Druckplattform

Das Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) Multi-User-Tool für 3D-Lithografie und 3D-Mikrodruck - mit Anwendungen in der Optik, Photonik, Mechanik und Biomedizintechnik.

 

MPO 100

The modular 3D printing platform MPO 100 offers high precision on demand for 3D Lithography as well as high print volume for 3D Microprinting and enables production of complex functional microstructures with high throughput in a single process step.

The MPO 100 is a product developed by Multiphoton Optics. Sales and Service will be provided by Heidelberg Instruments. Please visit: Heidelberg Instruments product page.

Product Video
1 - 10 -100 - 1000
  • Maximale Druckhöhen von über 1 cm
  • Oberflächenrauheiten in der Größenordnung von 10 nm
  • Minimale Strukturgrößen bis zu 100 nm
  • Schreibgeschwindigkeiten schneller als 1000 mm/s

  • Flowbox mit Temperaturstabilität von bis zu 0.1 °C
  • Druckbereich von 100 mm x 100 mm

 

  • Stitching-freie Fertigung möglich
  • Synchronisiertes Scansystem
  • Anwendungsspezifische Schreibmodi
  • Additive Verarbeitung organischer und hybrider Polymere (ORMOCER®e)
  • Optionale Softwaremodule für kundenspezifische Druckanforderungen
  • Subtraktive Verarbeitung von Metallschichten (Au, Ag, Cr, …)

Die Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) ist aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften selbst 3D-fähig und ermöglicht so die Herstellung sehr komplexer Strukturen in einem einzigen Prozessschritt. Sie schließt damit die Lücke zwischen konventioneller Lithografie (z.B. DUV/UV) auf der einen Seite und klassischen 3D-Drucktechnologien (z.B. SLA) auf der anderen Seite. Der MPO 100 wurde entwickelt, um sowohl 3D-Lithografie mit Strukturgrößen und Auflösungen von bis zu 100 nm als auch 3D-Mikrodruck mit Druckhöhen von bis zu 2 cm und schnellen Scangeschwindigkeiten von über 1000 mm/s zu ermöglichen. Damit ist der MPO 100 ein ideales Multi-User-Werkzeug für die Arbeit an verschiedenen Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen an den Druckprozess.

 

MPO 100 setzt fs-gepulste Laser im grünen Spektralbereich ein. In der TPP-Technologie sind entweder grüne oder NIR-Laser Stand der Technik. Aufgrund ihrer kürzeren Wellenlänge ermöglichen grüne Laser kleinere Strukturgrößen und eine geringere Auflösung und eignen sich für die Bearbeitung eines breiten Spektrums von Resists. Insbesondere ORMOCER®e, eine einzigartige und gut etablierte Hybridpolymer-Klasse, die aus anorganischen und organischen Komponenten besteht, kann mit hohen Scangeschwindigkeiten von bis zu 1000 mm/s bearbeitet werden. Darüber hinaus ermöglicht der MPO 100 zusätzliche Mikrofabrikationstechniken wie die Metallablation.

 

Der MPO 100 arbeitet mit einem Belichtungssystem, bei dem die luftgelagerte Hochleistungs-Stage, zur Bewegung der Probe, mit dem Hochgeschwindigkeits-Galvoscanner, zur Ablenkung des Laserstrahls, synchronisiert wird. Neben konventionellem Stitching durch eine Step-and-Scan-Belichtung ermöglicht die kombinierte Bewegung von Stage und Scanner eine stitchingfreie Fertigung. 

Mit dem MPO 100 drei Belichtungsmodi möglich:

  • Der Galvoscanner weist eine sehr hohe Dynamik auf und ermöglicht hohe Scangeschwindigkeiten. Allerdings ist der Arbeitsbereich auf das Field-of-View (FoV) des Mikroskopobjektivs beschränkt. Um Strukturen zu realisieren, die größer als das FoV sind, wird Stitching über eine Step-and-Expose-Belichtung angewendet.
  • Um Stitching zu verhindern kann nur die Stage ohne Scannerbewegungen mit einem Verfahrbereich von 100 mm x 100 mm zur Herstellung von Strukturen eingesetzt werden. Da die Stage jedoch über eine hohe Masse verfügt, ist hier die verfügbare Strukturierungsgeschwindigkeit begrenzt.
  • Um sowohl die hohe Dynamik des Galvo-Scanners als auch den gesamten Prozessbereich der Stage vollständig ausnutzen zu können, ist der MPO 100 mit dem sogenannten Infinite-Field-of-View (IFoV) Modus ausgestattet, der auf der synchronisierten Bewegung des Galvo-Scanners und der Stage basiert. Damit wird das FoV der Belichtung auf den gesamten Bereich der Stage erweitert.

Wenn Stitching angewendet wird, können komplexe Algorithmen und Strategien angewendet werden, um potenzielle Artefakte in Strukturen zu minimieren oder sogar vollständig zu verhindern. Verschiedene Methoden, die auf Stitching nur über Galvo-Scanner und auf dem synchronisierten IFoV-Modus basieren, wurden implementiert.

 

 

Abhängig von den Anforderungen kann eine Oberflächenrauheit (RMS) von kleiner als 10 nm erreicht werden.

 

  • Negative Photoresiste: Die belichteten Bereiche polymerisieren und nicht-belichtete Bereiche werden bei der Entwicklung weggewaschen.

  • Positive Photoresiste: Die belichteten Bereiche werden beim Entwicklungsschritt entfernt.

Der MPO 100 erlaubt sowohl die Strukturierung auf ebenen Substraten (z.B. Glas oder Siliziumwafer) als auch die direkte Herstellung von Strukturen auf aktiven/passiven Bauteilen (z.B. Laser, Photodioden, Glasfasern).

 

Bei der Verwendung von Luft- oder Dip-in Objektiven kann die Substratdicke mehrere Zentimeter betragen. Bei Verwendung von Öl-Immersionsobjektiven liegt die typische Dicke bei 0,17 mm. Das Strukturieren auf sehr dünnen Substraten mit einer Dicke von nur 30 Mikrometern ist ebenfalls möglich.

 

MPO 100 nutzt Immersions- und Luftobjektive. Immersionsobjektive besitzen eine hohe numerische Apertur und gewährleisten so hohe Druckauflösungen. Immersionsobjektive können entweder als Öl-Immersionsobjektiv oder beim Dip-In-Verfahren benutzt werden, bei dem das Objektiv in direkten Kontakt mit dem Photoresist kommt. Trockenobjektive weisen niedrigere numerische Aperturen auf, bieten jedoch im Allgemeinen ein größeres Field-of-View (FoV, Sichtbereich des Objektivs).

 

Typische Scangeschwindigkeiten bewegen sich im Bereich von 50 mm/s bis schneller als 1000 mm/s.

 

 

Beim Full-volume Scan wird das komplette Volumen einer Struktur schichtweise abgerastert. Diese Methode eignet sich für komplexe 3D-Strukturen.

Beim Contouring Scan wird nur die Hülle einer Struktur belichtet. Das Material im Inneren der Hülle kann nach dem Entwicklungsschritt durch eine einfache UV-Belichtung ausgehärtet werden. Mit dieser Methode kann die Fabrikationszeit verkürzt werden.

 

Für einen Konturscan eines Objekts können zwei verschiedene Strategien angewendet werden. Die 2D-Konturierung belichtet die Hülle einer Struktur schichtweise. Bei der 3D-Konturierung wird die tatsächliche Oberfläche einer Struktur in Form von 3D-Bewegungen abgescannt. Bei beiden Methoden wird das eingeschlossene nicht-polymerisierte Photoresist nach dem Entwicklungsschritt durch eine anschließende UV-Belichtung  vernetzt.

 

 

Die Materialklasse der ORMOCER®e verfügt über einzigartige chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften. ORMOCER®e bestehen aus einem anorganisch-organischen Netzwerk. Die anorganische Komponente steuert die glasartigen Eigenschaften bei, während die organische Komponente die konventionelle Verarbeitung des Photoresists als rein organisches Polymer ermöglicht. Eines der am häufigsten in TPP benutzten ORMOCER®e ist das bekannte OrmoComp®.

 

Hybridpolymere für optische Komponenten im Mikro- und Nanobereich – einzigartige Merkmale:

  • Herausragende Transparenz für sichtbares Licht (VIS) und nahes UV bis zu 350 nm.
  • Herausragende thermische Beständigkeit ausgehärteter Strukturen für bis zu 300 °C (kurzzeitig) und 270 °C (langzeitig).
  • Hohe mechanische und chemische Stabilität ausgehärteter Strukturen.
  • Hohe Auflösung von bis zu 100 nm (Featuregröße).
  • Kompatibel mit UV-Prägung und -Abformung.
  • Kompatibel mit UV-Lithographie mit Proximitybelichtung.
  • Gebrauchsfertige Lösungen, lösemittelfreie Formulierungen.

OrmoComp®:

  • Fest etabliert in industrieller Massenproduktion optischer Komponenten.
  • Ideal geeignet für die Strukturierung mit 515 nm TPP Wellenlänge.
  • Kompatibel mit verschiedenen Stempelmaterialien (z.B. PDMS, PFPE, OrmoStamp®, Quartz, Ni).

LithoSoft3D und LithoStream – Die ultimativen 3D-Lithografie-Softwarelösungen

MPO 100 ist mit diesem einzigartigen Software-Toolkit für das TPP-Laserdirektschreiben von Strukturen von 1D bis 3D ausgestattet.

 

LithoSoft3D

Desktopsoftware, die Designdaten in virtuellen GCode umwandelt.

  • Maschinenunabhängige Erzeugung virtuellen GCodes (Code kann über LithoStream an der Anlage angepasst werden)
  • 8 anwendungsorientierte Module, die verschiedene Designformate abdecken
  • Dateivorbereitung für Arbeitsgruppen von jedem beliebigen Arbeitsplatz aus
  • Definition der Laserführung (z.B. Full-volume scanning, Contouring, LCON3D)
  • Verschiedene Fabrikationsmodi (via Stage, Galvoscanner und IFoV)

LithoStream

MPO 100 Kontrollsoftware für den TPP Fabrikationsprozess.

  • Kontrolle der maschinenabhängigen Prozessparameter (z.B. Scangeschwindigkeit, Laserleistung)
  • Auswahl verschiedener Mikroskopobjektive
  • Live-Überwachung des Fabrikationsprozesses
  • Serienverarbeitung von TPP-Fabrikationsprozessen
  • Automatischer Autofokus, Triangulation, Leistungskalibrierung und Leistungscheck
  • Ausgabe der Fabrikationsparameter in eine Fabrikations-/Probendatenbank

ASCII – Import von Punktwolken (txt-Dateien), die durch verschiedene Splines verbunden werden können

3D Object – Import und Verarbeitung von stl-/obj-Dateien

Grayscale – Import von Graustufendatenformaten, z.B. für Diffraktive Optische Elemente (DOE)

Grayscale Contour – Import von Graustufendatenformaten, z.B. für Diffraktive Optische Elemente (DOE)

Voxel – Design von Voxelfeldern

Workbench – Modifizieren und Anordnen von mehreren, bereits erzeugten Strukturen aus anderen Modulen

Field – Anordnungen von Mustern (z.B. hexagonal, kreisförmig, rechteckig) einschließlich automatischer Parameter Searches

Lens – Definition oder Import von Linsendesigns

Woodpile – Generierung von Woodpile-Strukturen