Phototraçage massivement parallèle. Kevin Heggarty, Estibaliz Gonzalez, Christian Seigel Département d'optique GET/ENST Bretagne Philippe Grosso, Isabelle Hardy Centre Commun Lannionais d'optique
Phototraçage définitions et applications Le phototraçage est l'écriture par faisceau lumineux de motifs dans des matériaux photosensibles (film argentique, photorésine...). Généralement il réalise physiquement un schéma préparé par CAO Exemples: traceur de masques de circuits imprimés imprimante laser fabrication de masques photolithographiques pour : micro-éléctronique optique intégré optique diffractive
Phototraçage mono-faisceau Traditionnellement un seul faisceau d'écriture (laser ou électron) Balayage substrat et/ou faisceau pour tracer sur de grandes surfaces. Conflit résolution (focalisation faisceau) vs surface/vitesse de tracer
Phototraçage massivement parallèle - principe. Utilisation d un micro-écran (LCD). Imager l'écran sur substrat photosensible. Afficher une série d'images sur le LCD en coordination avec déplacement XY du substrat. Ecran ~1000x1000 pixels à 60Hz = 60Mpixels/s. Possibilité d'utiliser niveaux de gris pour écriture de profils multi-niveau.
Prototype «DRAWMAP» écran LCD 600x800 pixels platines XY : précision 40nm surface d'écriture maximale 15x15cm lentille de reduction 5:1 résolution limite 0,8 microns champ image 22x22mm
Problème «espaces morts» entre pixels Zone transparante Zone opaque Ecran LCD n a pas de pixels jointifs Espace «mort» entre fenêtres transparentes (électronique adressage). Donc espaces non-gravées sur le substrat.
«Super-résolution» Solution problème «espace mort» : micro-décalages du substrat pour «remplir les trous». Besoin d'une découpe spécifique de l'image à tracer en sous-images à afficher sur le micro-écran. Chevauchement des pixels pour lisser les profils (élimination de l'effet «marche d'escalier»). Différence entre : grille d'adressage et taille de motif minimale réalisable.
«Super-résolution» Sans «Super-résolution» Avec «Super-résolution»
Quelques composants Phototraceur massivement parallèle Stepper GCA: écran LCD remplace masque Trace quelques cm²/min Grille d adressage -> 40nm Motif minimal ~ 1µm (espaces) et 3µm (lignes) Longueur d onde écriture : 436nm Formats de fichiers bitmaps (tif, pgm...) Photorésine standard : SHIPLEY S1818 Profils binaires ou continus
Photo-inscription directe guides optiques L'optique intégré (guides planaires) a de nombreuses applications en télécommunications et ailleurs (présentations CCLO I.Hardy Ph.Grosso). La technique de fabrication la plus courante passe par le masquage photolithographique. La photoinscription directe présente de nombreux avantages: prototypage rapide et moins cher possibilité de «UV trimming» possibilité de réalisation guides et structures «Bragg» simultanément. possibilité de pré-montage des fibres et d'adaptation de la tracée des guides pour simplifier la connectique. Le département d'optique travaille avec le CCLO pour étudier l'adaptation du phototraceur à l'écriture directe de guides d'optiques dans les photopolymères. Deux problèmes majeurs: Formats de fichiers Longueur d onde de travail.
Formats de fichiers CAO Deux types de formats de fichiers: vectoriel et bitmap. «Bitmap» Le format de données naturel du phototraceur est matriciel (écran LCD pixelisé). Les logiciels de conception d optique intégré fournissent des fichiers vectoriels de l'industrie micro-électronique : GDSII, DXF... Vectoriel Mise au point, calibration et vérification de la chaine de traduction : GDSII/DXF GERBER RLE Phototraceur Format circuits imprimés Format interne bitmap comprimé en bandes.
«Erosion» La technique de micro-décallage («super-résolution») résoud le problème de l'espace mort entre pixels du LCD. Cependant il en genère une autre : un élargissement des structures à réaliser (par la taille du pixel LCD) La solution est la pré-compensation des données à tracer (une erosion au sens du traitement d'images) Sans érosion Avec érosion
Résultats guides optiques Masque chrome d un guide optique obtenu à partir d'un fichier GDSII Masque chrome, lignes de 1 (verticales) et 2 (horizontales) microns.
Vers l UV < 400nm Le CCLO développe des photopolymères pour le photo-inscription directe de circuits optique intégré. Ces photopolymères sont surtout sensibles dans l'uv < 300nm Le phototraceur actuelle travaille à 436nm et est limité par l'écran LCD qui ne fonctionne que au dessus de 400nm (polariseurs, molécules cristaux liquides...) Il faut modifier le phototraceur prototype existant en remplacant l écran LCD par un micro-écran d'une autre technologie qui fonctionne correctement aux longueurs d'ondes désirés.
Matices micromirroirs Texas Instruments. Micro-miroirs qui réfléchissent bien dans l'uv Versions optimisées UV disponibles. Exemples de formats : 800x600, 1024x768...
Banc test phototraceur UV Lampe UV Filtre Anti-IR Obturateur Micromirroirs Condenseur silice pure Miroir Objectif à miroirs monté sur piezo Caméra Echantillon Asservissement mise au point Prototype : banc test Table de translation XY
Premiers composants phototraceur micromirroirs. Exemple d une premier réalisation (démonstration de faisabilité) à partir d'une matrice de micro-miroirs. Ecriture directe photorésine. Les structures les plus petites ~ 0.8 microns
Conclusion Phototraceur massivement parallèle fonctionne avec les performances très interessantes. Fabrication de masques photolithographiques et micro-optiques diffractives pour le département d'optique et collaborateurs. Accepte maintenant les formats de fichiers vectoriels de l industrie des masques photolithographiques (GDSII, DXF). Demonstration du faisabilité de la photoinscription directe de guides optiques planaires dans l'uv. Propositions d études lancées pour la réalisation d'un nouveau phototraceur UV (300nm) à base de micro-miroirs pour la photoinscription direct dans les photopolymères.