Conception, modélisation, développement et application d'un phototraceur massivement parallèle pour l'écriture directe de structures submicroniques

• Auteur / Autrice : Mélanie Kessels
• Direction : Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Guides d'ondes optiques

Holographie

Photolithographie

Résumé

Ce travail de thèse s'est inscrit dans un continuum de recherche et de développement de la photoinscription directe massivement parallèle à TELECOM Bretagne. Grâce à un masque reconfigurable en temps réel, les phototraceurs massivement parallèles combinent la rapidité de la photolithographie par projection et la flexibilité intrinsèque du modulateur spatial de lumière. Une simulation numérique du processus d'écriture du phototraceur existant à TELECOM Bretagne, dont le masque reconfigurable est un micro-écran à cristaux liquides (LCD), a permis de développer deux techniques de correction de l'effet dit de proximité. La première consiste `a modifier les dimensions et à ajouter des excroissances à la figure initiale. La seconde, plus innovante et uniquement exploitable avec un phototraceur à d'écriture directe, précompense les structures grâce à la modulation spatiale multiniveau de l'énergie de la distribution lumineuse. Pour améliorer la résolution des structures fabriquées, mais également pour étendre l'écriture directe à d'autres matériaux photosensibles aux propriétés optiques intéressantes, un nouveau phototraceur dont le masque programmable est une matrice de micro-miroirs (DMD) de chez Texas Instruments Inc. A été conçu, assemblé et mis au point. Grâce aux qualités intrinsèques du phototraceur à DMD, des éléments de nature binaire et à multiniveaux ont été fabriqués tels que des masques de chrome, des hologrammes synthétisés par ordinateur (HSO) à 2, 4 et 8 niveaux de phase, ainsi que des guides d'onde optique planaires avec un adapteur de mode et/ou un réseau de Bragg. La dimension critique des structures fabriquées atteint les 1,3 ?m et la vitesse de phototraçage avoisine les 500 mm2/h. Une première étude a également démontré que la photoinscription directe dans le matériau sol-gel hybride OrmocerR est non seulement réalisable mais ouvre une autre voie pour la fabrication de guides d'onde planaires opérationnels. Finalement une approche technologique originale consistant à combiner la polymérisation par deux photons avec le phototraçage à l'aide d'un DMD apparaît envisageable suite aux premiers tests réalisés à Laser Zentrum Hannover (Allemagne). .

The aim of this thesis is the study of massively parallel direct writing at TELECOM Bretagne. Thanks to a realtime reconfigurable mask, the massively parallel photoplotter combines the speed of photolithographic projection systems and the flexibility of spatial light modulators. A digital simulation of apre-existing photoplotter's writing process, where the reconfigurable mask is a liquid crystal microdisplay, allows to develop two proximity correction techniques. The first works by modifying dimensions and in adding serifs or assistant features to the original structure design. The second, more innovative and only exploitable with a direct writing device, precompensates structures with a multilevel spatial modulation of the luminous energy. To improve structure resolution and also to extend direct writing to others photosensitive materials with interesting optical properties, a new photoplotter is designed, where the programmable mask is Texas Instrument's Digital Micromirror Device (DMD). Thanks to the DMD photoplotter's properties, binary and multilevel elements are realized such as Computer Generated Holograms (CGH) with 2, 4 and 8 phase levels and planar optical waveguides with tapers and/or a Bragg grating. A first study has also demonstrated that direct writing in inorganic-organic hybrid material OrmocerR is not only possible but also opens another route for functional optical waveguide fabrication. Finally we report on an idea for an original technique combining two photon polymerisation (2PP) with our DMD direct writing technique and describe promising first tests realised at the Laser Zentrum Hannover (Germany).