2-Photonen Lithographie von Mikrooptiken – Strukturierung der Vorder- und Rückseite von Substraten in einem Druckprozess

In einem Arbeitsschritt können Strukturen, z.B. auf Mikrooptiken ohne Umdrehen oder Justage auf Vorder- und Rückseite gedruckt werden, in dem man das Druckmaterial in einer Kombination von Dip-in Modus und Immersions-Modus verwendet.

• Ermöglicht beidseitigen Druck
• Aufwändiger Wende- und Ausrichtungsschritt kann eingespart werden
• Multi-Material-Druck wird ermöglicht 
• Hohe einseitige Bauteilhöhe
• Die Eigenschaften von Materialübergängen können als Vorteil genutzt werden, wenn korrekt in der Konstruktion berücksichtigt

• In der Medizintechnik, z.B. Endoskopie
• Bei optischen Bauteilen, z.B. Chip-zu-Chip-Verbindungstechnik
• In der Messtechnik, z.B. optische Sensoren

3D Mikrooptiken werden mittels 2 Photonen-Lithographie (Laserdirektschreiben; Multiphotonendruck) hergestellt. Dazu werden zwei unterschiedliche Schreibmodi verwendet. Bei der Immersions-Konfiguration befindet sich die Immersionsflüssigkeit zwischen Objektiv und Substrat und stellt den optischen Kontakt her, so dass die Rückseite des Substrats beschrieben werden kann. Im Gegensatz dazu dient bei der Dip In- Lithographie das Druckmedium selbst als Kontaktmedium zwischen Substrat und Objektiv. Bei dieser Methode kann die Vorderseite des Substrats bedruckt werden. Soll ein Substrat beidseitig bedruckt werden ist dies nur durch Umdrehen und neujustieren des Substrats möglich, da beide Schreibmodi nur einen einseitigen Druck eines Substrats erlauben.

Bei beiden oben beschriebenen Schreimethoden des 3D Drucks sind, im Falle des beidseitig gewünschten Drucks (z.B. bei mehrlinsigen optischen Systemen) zwei aufeinanderfolgende Druckprozesse notwendig. Dazu muss ein Substrat ausgebaut, entwickelt, umgedreht und wieder eingebaut werden. Um eine korrekte Ausrichtung der Strukturen von Vorder- und Rückseite zu gewährleisten müssen zudem Marker hergestellt werden. Diese Marker bergen aber Ungenauigkeiten und können die Funktionalität der Optik durch Aberrationen beeinträchtigen. Zudem wird der Herstellungsprozess durch die verschiedenen Aus- und Einbauschritte zeitaufwändiger und komplizierter. Ein weiteres Problem besteht bei der Immersionskonfiguration, dass die Strukturhöhe des Substrats durch den Arbeitsabstand zum Objektiv auf der Rückseite begrenzt ist. Beim Dip In-Modus gibt es keine Limitierung der Substrathöhe. Beiden gemeinsam ist jedoch, wie oben erwähnt, das Problem, dass sie ein Substrat nur von einer Seite beschreiben können.

Forscher des Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart haben in Kooperation mit der Baden-Württemberg-Stiftung (BWS) ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt in einem Arbeitsprozess die Vorder- und Rückseite eines Substrates zu bedrucken. Dies wird durch die Kombination der beiden, oben genannten, Schreibmodi erreicht, in dem man das Druckmaterial für die Vorderseite wie bei der Dip-In-Konfiguration als Kontakt- und Schreibmedium verwendet und gleichzeitig auf der Rückseite das Druckmaterial auf das Substrat appliziert, in dem es dann im Immersions-Modus gedruckt wird. In einem Druckschritt wird also die gewünschte Struktur, ohne der Notwendigkeit der Justierung und des Wendens, auf Vorder- und Rückseite eines Substrats aufgebracht.  Auf die Herstellung von Markern kann verzichtet werden, die Arbeitsabläufe werden erheblich weniger aufwändig und die Genauigkeit des Drucks wird wesentlich erhöht.