présentation

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
Format circuits
imprimés
RLE
Format interne bitmap
comprimé en bandes.
Phototraceur
«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
Asservissement
mise au point
Echantillon
Table de translation XY
Prototype : banc test
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.