Μελέτη της αποδόμησης με excimer laser για την κατασκευή μικροοπτικών διατάξεων

Abstract

Η αποδόμηση πολυμερών με excimer laser είναι ένα ευέλικτο και αποτελεσματικό εργαλείο στην κατασκευή μικροοπτικών δομών καθώς και σε άλλες εφαρμογές. Η ποιότητα της επιφάνειας της μικροδομής που έχει παραχθεί με αυτό τον τρόπο έχει κριτική σημασία για την επιτυχία ή μη της εφαρμογής για την οποία προορίζεται η μικροδομή. Κατά τη διάρκεια της αποδόμησης με laser, όμως, συμβαίνουν φαινόμενα που προκαλούν παραμορφώσεις και τοπογραφικές ανωμαλίες στην τελική μικροδομή. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι η καταγραφή και κατανόηση των πιο σημαντικών τοπογραφικών ανωμαλιών που προκαλούνται κατά τη διαδικασία της αποδόμησης. Επιπλέον για μια κατηγορία από αυτές τις τοπογραφικές ανωμαλίες, τη γνωστή τραχύτητα, εισάγεται και εφαρμόζεται μια μέθοδος για την μείωση της. Αρχικά (1,2,3) γίνεται μια θεωρητική ανασκόπηση της διαδικασίας της αποδόμησης με laser που αφορά το κομμάτι αλληλεπίδραση της ύλης με την ακτινοβολία laser. Στη συνέχεια (4,5), περιγράφονται κάποιες τεχνικές και η μέθοδος προβολής που καθορίζει το σχήμα της μιικροδομής. Έπειτα (6) περιγράφεται το σύστημα που χρησιμοποιήθηκε και εισάγεται μία μέθοδος για την εκτίμηση της τραχύτητας (7) καθώς και μία για τη μείωσή της (7). Μετά (8), γίνεται μια κατηγοριοποίηση και περιγραφή των τοπογραφικών ανωμαλιών, ενώ στο τέλος (9) παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα και σχολιάζονται.

Excimer laser ablation of polymers is a powerful tool that can have a lot of applications especially in the field of microoptics machining. The quality of the ablated surface of the microstructure plays a critical role in the successful or not goal of the application. During the laser ablation process, a lot of surface irregularities are added to the topography of the ablated material. This study is an attempt to give a better insight into the surface irregularities that are introduced during the laser ablation process. Most of these irregularities are categorized and examined separately. For one specific category of irregularities which is roughness, a method to evaluate it (in a quantitatively way) and another method to reduce this irregularity during the laser ablation process is developed. The first and second chapter is a literature review about the excimer laser ablation process for polymers and the most popular ablation techniques used. Chapter 1 deals with material laser interactions aspects, whereas chapter 2 deals with the laser irradiation distribution and the techniques that are used to acquire a certain 2d or 3d pattern on the ablated material. In chapter 3 various surface irregularities are introduced and categorized into large scale and small scale irregularities, with respect to the length scale. Large scale irregularities are subdivided to tapered sidewalls, trenches and curved bottoms. Small scale irregularity is considered the well known roughness. Continuously, in chapter 4 the experimental setup of the excimer micromachining station is described. In chapter 5, a method for the evaluation of the surface roughness is described as well as a method for reducing the roughness during the ablation process. Chapter 6 is an overview of the experimental results. Part A contains all the results related to the large scale irregularities as well as an attempt to determine the correlation between the ablation rate and the size of the ablated pattern. In part B of the chapter the roughness reduction method is examined and compared to the usual step and repeat process. Finally in the last chapter, chapter 7, some conclusions are drawn and suggestions for future experiments are made.