Μελέτη και ανάπτυξη συστήματος οπτικής λιθογραφίας μέσω συστυχίας led υψηλής ισχύος

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός συστήματος ακτινοβόλησης οπτικής λιθογραφίας. Το συγκεκριμένο σύστημα αναπτύχθηκε για να αξιοποιηθεί στο εργαστήριο προηγμένων υλικών και νάνο-διατάξεων της σχολής Ε.ΜΦ.Ε. Πιο συγκεκριμένα το παρόν σύστημα είναι πολύ σημαντικό για την διεξαγωγή διαδικασιών οπτικής λιθογραφίας στον καθαρό χώρο του κτηρίου φυσικής.

Η παρούσα εργασία εστιάζει στην ανάπτυξη μίας συστοιχίας LED υψηλής ισχύος που εκπέμπει στο υπεριώδες φάσμα και αποτελεί πολύ σημαντικό βήμα για την ακτινοβόληση των δειγμάτων κατά την διεξαγωγή της διαδικασίας οπτικής λιθογραφίας και κατά προέκταση για τις διαδικασίες και τεχνικές εναπόθεσης υλικών, που απαιτούνται για την ανάπτυξη μικροηλεκτρονικών διατάξεων και αισθητήρων. Τα συγκεκριμένα LED εκπέμπουν στα 388.5 nm και επομένως αποτελούν ιδανική επιλογή για την ανάπτυξη μοτίβων ρητίνης (φωτοευαίσθητης ουσίας) με ελάχιστη διακριτική ικανότητα κοντά στο 1μm.

Η δημιουργία ενός συστήματος ακτινοβόλησης μέσω συστοιχίας LED, παρουσιάζει πολλά προβλήματα σχεδίασης, όσον αφορά την τελική κατανομή της έντασης ακτινοβολίας η οποία είναι επιθυμητό να είναι απολύτως ομοιόμορφη σε όλη την επιφάνεια των δειγμάτων. Για τον λόγο αυτό πριν την κατασκευή της πλακέτας των LED υψηλής ισχύος υλοποιήθηκε μία προσομοίωση για την εκτίμηση της κατανομής της ακτινοβολίας και την τελική επιλογή των επιθυμητών χαρακτηριστικών των LED. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρονικά στοιχεία (LED και μετασχηματιστές) του εμπορίου για να κατασκευαστεί το τελικό σύστημα.

Στο πρώτο κεφάλαιο της διπλωματικής περιγράφονται η σημασία της διαδικασίας της οπτικής λιθογραφίας, τα είδη της καθώς και ο διαχωρισμός της σε θετική και αρνητική σε συνδυασμό με τις τεχνικές που ακολουθούν την εγχάραξη και το lift-off. Στην συνέχεια περιγράφεται η μαθηματική μοντελοποίηση και υλοποίηση μίας πειραματικής προσομοίωσης για τον υπολογισμός των χαρακτηριστικών των LED, όπως είναι το πλήθος που χρησιμοποιήθηκε, η ένταση τους και η γωνία ακτινοβόλησης καθώς και η απόσταση που θα τοποθετηθεί το τελικό σύστημα από τα δείγματα. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύονται οι πειραματικές μετρήσεις και ο προσδιορισμός των χρόνων έκθεσης και για τις δύο περιπτώσεις λιθογραφίας, θετική και αρνητική. Επίσης αναζητήθηκε το ελάχιστο χαρακτηριστικό που μπορούσε να υλοποιηθεί με το συγκεκριμένο σύστημα, το οποίο ήταν 2μm. Τέλος υλοποιήθηκε ένας αισθητήρας τύπου αντίστασης και μετρήθηκε ηλεκτρικά για την ανάδειξη της ορθής λειτουργίας του συστήματος ακτινοβόλησης.