2光子重合用レーザー

• 2光子重合による微細加工
• 高い浸透深度
• 高速描画プロセス
• 平均出力 50mW .. 1.5W (工程スピードによる）
• パルス幅：100 .. 200 fs (典型値）

サブマイクロスケールのリソグラフィは、長い間、平面的な物体に限られていました。1997年、2光子重合法が登場し、100nmスケールでの3D作製が可能になった。それ以来、ナノチューブのような小型化されたデバイスや、マイクロ・ナノテクノロジー用のスキャフォールドへの需要が高まり、リソグラフィー技術が急速に発展した。光の回折限界を超える解像度で任意の3D構造を作製できる2光子重合（TPP）は、レーザーリソグラフィにおいて重要な役割を果たす可能性を秘めています。

２光子重合(TPP)のプロセス

直接レーザー描画技術としての二光子重合は、100nmオーダーのフィーチャーサイズまで複雑な3D構造を作成することを可能にします。二光子重合の主な要素は、フェムト秒パルスを供給するレーザー、適切な感光材料（フォトレジスト）、精密な位置決めステージ、およびプロセスを制御するコンピューターです。

２光子重合は、感光材料（フォトレジスト）における2つの光子の同時吸収に基づく非線形光学プロセスです。このプロセスは、レジスト中のいわゆる光開始剤を活性化することにより、感光材料を変化させ、重合へと導きます。これらはラジカルに変化し、レジストを局所的に重合させます。その後の工程で、重合していないフォトレジストが洗浄され、構造が明らかになります。構造体の材料はポリマーだけでなく、例えば、二次的な化学プロセスを経てシリコンに変換することもできます。

2光子重合のメリット

2光子吸収には高い強度が必要であり、これは強く集光されたフェムト秒レーザービームによって提供されます。２光子吸収は強度の二乗に比例するため、高い空間分解能が得られる焦点でのみ起こります。したがって、レジストは「ボクセル」（Volume pixelの略）と呼ばれる楕円形の焦点でのみ重合します。レジストを通してレーザーを3次元的に走査することで、所望の構造をボクセルごとに「書き込む」ことができます。２光子重合では、周囲の酸素がラジカルをある程度消去するため、フィーチャーサイズは～100 nmまで小さくなります。２光子重合のもう一つのメリットは、多くのポリマーが近赤外域でほとんど線形吸収がないため、レーザーが材料に深く浸透することです。これら2つの側面により、他の方法では不可能なナノ構造を作り出すことができます。

多数のフォトレジストのコンピュータ制御された露光時間と、確立された3Dキャスティング技術により、ダイレクトレーザーライティングは、ライフサイエンス（細胞外マトリックス、ラボオンチップなど）、オプトエレクトロニクス、フォトニクス（フォトニック結晶など）の多種多様なアプリケーションに不可欠なツールとなっています。

TOPTICA's added value

２光子重合には、一般的に780nm、パルス幅100 ... 200fs、平均出力50 ... 500mWのレーザーが使用されます。ファイバーレーザーは、コンパクトで信頼性が高く、コストパフォーマンスに優れているため、理想的な選択肢となり、パルスエネルギーが高いほど、より速く、より深くレジストに書き込むことができます。トプティカ社ではファイバーレーザーは、ニーズに合わせた様々な出力レベルのレーザーを提供しています：  FemtoFiber smart 780 PT (50 mW/< 100 fs)、 FemtoFiber smart 780 (120 mW/< 100 fs) 、 FemtoFiber ultra 780 (最大1.5 W/< 150 fs)。