Keď počujete slovo laser, možno si spomeniete na sci-fi filmy alebo high-tech chirurgiu. No vo svete súčasnej vedy a technológií sú lasery majstrovskými sochármi mikroskopického sveta a vytvárajú zložité vzory, ktoré poháňajú náš moderný svet. Toto je oblasť laserovej litografie, výkonnej a presnej výrobnej techniky, ktorá je základom všetkého – od počítačových čipov až po pokročilé senzory.
V jadre je laserová litografia formou fotolitografie, teda procesu, ktorý využíva svetlo na prenos vzoru na fotocitlivý materiál nazývaný fotorezist. Dá sa predstaviť veľmi podobne ako vyvolávanie fotografií v minulosti, namiesto štandardného zdroja svetla vo zväčšováku však laserová litografia využíva bezkonkurenčné vlastnosti laserového lúča.
Kreslenie v nanorozmeroch
Kúzlo laserovej litografie spočíva v jej schopnosti vytvárať neuveriteľne detailné vzory, často v mierke niekoľko nanometrov. Proces sa začína nanesením svetlocitlivej vrstvy fotorezistu na substrát, ktorým je zvyčajne kremíková doštička. Požadovaný vzor sa vytvorí v súbore digitálneho návrhu (CAD). Následne vysoko zaostrený laserový lúč vedený počítačom zapíše vzor priamo na fotorezist. Pri niektorých metódach sa na premietanie vzoru používa maska, ale kľúčovou výhodou laserových litografických techník je to, že pracujú bez masky, čo znamená, že laser dokáže nakresliť vzor priamo bez potreby fyzickej šablóny.
Oblasti fotorezistu vystavené laserovému svetlu prechádzajú chemickou zmenou. Túto zmenu treba zafixovať vyvolaním, ktoré podľa typu litografie rozpustí exponované alebo neexponované časti a na substráte zostane vzorovaná vrstva fotorezistu.
Posledným krokom procesu je leptanie. Vzorovaný fotorezist funguje ako ochranná vrstva. Následný proces odstráni podkladový materiál, ktorý nie je chránený rezistom. Tým sa vzor prenesie z fotorezistu na samotný substrát. Tento viacstupňový proces sa opakuje vrstva po vrstve, aby sa vytvorili zložité štruktúry.
Výhoda presnosti
Prečo na litografiu použiť laser namiesto UV lampy? Výhodou je bezkonkurenčné rozlíšenie: lasery je možné zaostriť na extrémne malú veľkosť bodu, čo im umožňuje vytvárať vzory s neuveriteľnými detailmi – oveľa menšími, ako je možné s konvenčnými svetelnými zdrojmi.
Využitie za hranicami elektroniky
Zatiaľ čo najznámejšie využitie laserovej litografie spočíva vo výrobe mikročipov, ktoré poháňajú naše počítače, telefóny, ale aj ďalšie elektronické zariadenia, ako sú motory alebo súčiastky na výrobu a prenos energie (tzv. výkonová elektronika), jej vplyv siaha ďaleko za hranice elektroniky. Používa sa napríklad na vytváranie drobných, zložitých komponentov pre lekárske senzory a implantovateľné zariadenia. Laserová litografia je tiež nevyhnutná pre výrobu difrakčných mriežok, optických čipov a iných optických prvkov, ktoré manipulujú so svetlom a hrajú veľkú úlohu v prenose informácií. Výskumníci ju používajú na vytváranie matríc pre bunkové kultúry a iné štruktúry pre biomedicínske inžinierstvo.
Ďalšou výhodou je všestrannosť. Táto technológia sa dá použiť na vytváranie vzorov na rôznych substrátoch vrátane plochých, zakrivených alebo dokonca 3D povrchoch. Pokročilejšie formy laserovej litografie, napríklad multifotónová litografia, dokážu dokonca vytvárať skutočné trojrozmerné nanoštruktúry, pričom budujú zložité objekty voxel po voxeli (3D ekvivalent pixelu).
Projekt OPTIMAL – nová generácia 3D mikrolitografie
V laboratóriách Medzinárodného laserového centra (MLC) CVTI SR používame techniky laserovej litografie už dve desaťročia. Najpokrokovejšou formou je momentálne multifotónová 3D litografia využívaná v rámci Európskeho projektu OPTIMAL (optimal-project.eu). Táto metóda využíva nelineárnu interakciu svetla a hmoty na výrobu 3D štruktúr. Použitie ultrarýchlych pulzných laserov umožňuje rýchlu optickú 3D tlač rôznych materiálov, od čistých organických prírodných živíc až po anorganickú amorfnú a kryštalickú keramiku. Umožňuje priamy zápis vzorov s rozlíšením rádovo 100 nm a dovoľuje vyrábať objekty s rozmermi do niekoľkých centimetrov.
Celý článok nájdete v časopise Quark 11/2025.
Vďaka predplatnému si ho však môžete dočítať už teraz a získať aj prístup k exkluzívnemu obsahu!
Máte predplatné?
Prihlásiť saMedzinárodné laserové centrum CVTI SR
Pozvánka
Laserová litografia je dôkazom sily svetla pracujúceho s maximálnou presnosťou, precízne vyrezávajúceho drobné detaily umožňujúce veľké inovácie. Ak sa chcete dozvedieť viac o biomedicínskych aplikáciách laserov a fotoniky, príďte počas Týždňa vedy a techniky v utorok 11. novembra 2025 do CVTI SR na Lamačskej ceste 8A v Bratislave, kde organizujeme populárno-vedecké sympózium 360 CARLA. Predstavíme vám študentov, vedcov a technológov, ktorí rozvíjajú biofotonické technológie a ich aplikácie v praxi.
Poďakovanie
Projekt OPTIMAL (Financované schémou Horizon Europe, projekt č. 101057029)
Projekt ENVIROBIOM (Financované prostredníctvom Plánu obnovy a odolnosti SR, projekt č. 09I03-03-V04-00689)
Projekt 360 CARLA (Financované schémou Horizon Europe, projekt č. 101135838)
