Uno dei dispositivi fotonici più complessi che si incontrano come ingegneri ottici è il modulator di luce spaziale. Si tratta di un dispositivo che (di solito) converte un segnale generato dal computer in una distribuzione spaziale dell’intensità o della fase, a seconda del tipo di modulatore.

Un dispositivo molto noto per la modulazione dell'intensità è il DLP o DMD di Texas Instruments. A prima vista è un dispositivo impressionante, e per la sua funzione di modulatore per proiettori è davvero molto impressionante. Il DMD sta infatti prendendo il comando nel mercato della litografia senza maschera. Le ragioni tecniche di questo fenomeno sono illustrate nel tutorial “Ti DLP – Il cavallo di battaglia della litografia senza maschera”

Nella fase di modulazione dei raggi luminosi troviamo più modelli LCOS (Liquid Crystal On Silicon) specifici per particolari applicazioni, come Holoeye o Hamamatsu. Questi modulatori spaziali di luce saranno presenti nelle pinzette ottiche o nei switch selettivi per lunghezze d’onda (WSS), nei microscopi o nei display virtuali (vicini all’occhio).

Il tangibile contro il sottile

Tutti i modulatori LCOS sono troppo lenti per applicazioni di imaging di alto livello e ad alta velocità. Il DMD ha assunto questa funzione in tutto il suo complesso. Sono possibili progettazioni di generatori di pattern che producano immagini in scala di grigio a 8 bit alla velocità di 5 gigapixels al secondo, anche se è molto faticoso riuscire a raggiungere questo livello per ovviare alle carenze di questi dispositivi. Tuttavia, la forza del DMD risiede nel suo backplane CMOS, che, per quanto possa sembrare impressionante, è in realtà nella sua superficie ottica. Questo mezzo digitale consente al DMD di compensare molti dei suoi difetti ottici. Tuttavia, questo è un argomento a parte e dovrebbe essere trattato in un prossimo articolo tecnico in cui verrà affrontata la correlazione tra le perdite ottiche e la qualità dell'immagine.

Quindi quali sono queste carenze? Il cliente casuale dei SLM potrebbe inizialmente concentrarsi sulle proprietà tangibili (esterni), come dimensioni, velocità del bus e numero di pixel, che non dicono nulla sulla qualità dell’immagine. Una proprietà che non viene spesso menzionata è la planarità ottica, sia a breve che a lungo raggio.

Qualità dell'immagine – Qualità della superficie

Un dispositivo che possiede la suddetta proprietà è il Fraunhofer IPMS Modulatore spaziale a base di MEMS. Nel campo della generazione di pattern di alta qualità, è comune scrivere più volte la stessa porzione di una maschera utilizzando diversi segmenti del modulatore per ridurre vari problemi di imaging mediante l’applicazione della mediazione. Tuttavia, questo approccio può rivelarsi piuttosto costoso poiché gli errori di imaging diminuiscono alla radice quadrata del numero di immagini utilizzate per la mediazione. Pertanto, la qualità dell’immagine prima della mediazione è di grande importanza.

I modulatori spaziali a luce a base di MEMS a base di Fraunhofer IPMS sono stati sviluppati in collaborazione con Micronic all'inizio degli anni 2000. Questi modulatori offrono un'eccellente microplanarità, essenziale per evitare che la spolveratura (o la spolveratura parzialmente sviluppata) generi rugosità alle bordature delle linee. Con l'illuminazione adeguata e una strategia di grigio scala, le proprietà dell'immagine prodotte da questi modulatori sono indistinguibili dalle fotomaskin.

Va notato che, sebbene questi modulatori offrano un’eccellente microplanarità, la presenza di particelle non uniformemente distribuite può comunque essere aumentata dall’ottica di proiezione. Poiché si tratta di un argomento tecnico relativo alla tecnologia SLM, lasceremo questi dettagli per un altro momento, ma chiunque sia interessato a progettare sistemi ottici basati su questi modulatori è pregato di contattarmi tramite il link pagina di contatto o inviare una e-mail a [email protected]

I primi dispositivi MEMS in alluminio a singolo strato presentavano limitazioni meccaniche che venivano superate grazie allo sviluppo di una struttura MEMS a due strati che risolveva tutti i problemi meccanici preservando le proprietà ottiche. Purtroppo, l'industria ha optato per la tecnologia a raggi-elettronici, ritenendo che i sistemi a più raggi potessero risolvere i problemi relativi ai tempi di scrittura, il che ha portato alla scomparsa della produzione di stampanti di mask per applicazioni ottiche di alto livello. Tuttavia, poiché le speranze relative alle stampanti di mask a raggi-elettronici ad alta capacità si sono ridotte e il volume delle maschere adatte a questi tipi di generatori di pattern è aumentato, potrebbe essere in arrivo un'altra opportunità per questa tecnologia.

Micronic e ASML hanno inoltre sviluppato un dispositivo a specchi a gradini in grado di scrivere l’equivalente di una maschera di spostamento di fase alternata. Entrambi i dispositivi hanno consentito la calibrazione individuale di ciascuno dei milioni di specchi inclinabili fino al limite teorico stabilito solo dalla planarità ottica dei dispositivi.

Il laser excimer è la scelta preferita per questo modulo di illuminazione grazie al suo angolo di trasmissione adeguato e alle brevi durate dei impulsi, che consentono di ottenere una esposizione precisa dell’immagine su un pezzo in movimento. Tuttavia, i costi operativi elevati – fino a 100 euro per una maschera da 6 pollici a elevate risoluzioni – limitano la sua applicazione più ampia. Sebbene i laser a stato solido a singolo modo offrano soluzioni alternative, devono ancora essere superati alcuni problemi tecnici prima che possano essere ampiamente adottati.

Considerato il successo raggiunto dal settore nel campo della moltiplicazione dei pattern e della correzione ottica della prossimità, è possibile ottenere una risoluzione di 50 nm o anche inferiore sulla maschera, il che rappresenta un ingrandimento di 4 volte rispetto alla wafer. Questa tecnologia consente di stampare un numero considerevole di maschere, ma per OPC, per ottenere la magia della fase di spostamento e della maschera pixelata, i MEMS devono essere otticamente piatti e correttamente calibrati.

Modellazione di sistemi basati su SLM

Indipendentemente dalla tecnologia di modulazione spaziale utilizzata per soddisfare i requisiti esterni, il produttore non sa come si comporti in un particolare sistema perché, in linea di massima, questo non è ciò che fa. Tuttavia, la modellazione dell’ottica fisica è in grado di catturare facilmente le loro proprietà e la loro efficacia può essere prevista attraverso simulazioni.

Ci sono molti aspetti dei SLM e del modo in cui si comportano in una determinata configurazione ottica che possono e devono essere trattati nel contesto del sistema ottico in cui operano. La tecnica preferita da Senslogic per farlo è l'utilizzo del L'approccio della campionatura del Hypercube in latino. Qui possiamo capire come le imperfezioni del modulatore interagiscono con le esigenze del sistema ottico e permettere alla matematica e alla Decodifica dei Valori Singolari di determinare i veri gradi di libertà.

È abbastanza comune che, una volta che la confusione si è dissipata e i calcoli sono stati effettuati, il sistema ottico che sembrava così complesso si riveli molto meno complesso una volta che è stato descritto utilizzando le variabili appropriate.

Vuoi saperne di più?

Per coloro che vogliono approfondire il tema degli SLM, consultate la Come fare: Modulatori di luce spaziale dove troverai una panoramica dei diversi tipi di funzioni e alcuni dettagli su come usarle. Se ciò non dovesse bastare, non esitate a contattarmi all'indirizzo [email protected], Puoi anche organizzare una telefonata video. Siamo sempre felici di aiutarti.