DHM Lyncée tech T

Le fonctionnement du DHM a été déjà expliqué au chapitre 2.2.3.1 dans l’étude du comportement du matériau UV2: le principe se résume à l’observation d’un hologramme de l’échantillon sur un capteur CCD. Cet hologramme est analysé par l’outil qui reconstruit le front d’onde de l’objet [64]. Les données fournies par le DHM sont : l’image de l’intensité (identiquement à un microscope optique) et l’image de phase à une longueur d’onde donnée (682 nm) permettant des mesures quantitatives. Cet instrument permet également d’obtenir la transformée de Fourier de l’objet et une figure de diffraction.

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figure 125 : présentation du DHM en transmission T1000 Lyncée Tec

Au chapitre 2, les mesures de déphasage ont permis de déterminer la variation de l’indice de réfraction de la résine UV2. Ces mesures ont mis en évidence une évolution de l’indice de réfraction en fonction de la dose d’insolation. Elles étaient effectuées sur un seul niveau de damier. Les mesures présentées ici ont pour but de caractériser le double damier une fois celui-ci terminé. D’une part il s’agit de mesurer les déphasages entre deux niveaux de pixels consécutifs ; d’autre part, il s’agit de juger de la qualité de l’alignement du niveau de damier supérieur sur le niveau inférieur.

4.1.2.1. Illustration des déphasages générés par un double damier :

Un des aspects intéressant d’une structure damier à deux niveaux est l’égalisation des phases sur deux colonnes consécutives de pixels. Les mesures de ce chapitre cherchent à mettre en évidence les déphasages éventuels liés à la fabrication de l’objet. Deux doubles damiers sont analysés. Ils différent par la couche interface (CI) qui est réalisée en une seule épaisseur dans un premier cas et en deux épaisseurs dans le second cas. L’épaisseur totale finale de chaque CI est de 4 µm.

La figure 126 montre pour une CI monocouche, l’image de phase (A), le profil de la phase en degré d’angle sur une ligne (B) et la figure de diffraction (C) générée par l’échantillon.

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figure 126 : mesure du déphasage sur un double damier doté d'une CI simple d'épaisseur 4 µm ; (A) image de phase, (B) mesure du profil de la phase (en degré d’angle en ordonnée), (C) figure de diffraction,

(D) schéma de la mesure

On observe que le déphasage entre deux colonnes de pixels est faible : sur la partie (A) les niveaux de gris sont équivalents d’un pixel à un autre, sur la partie (B) la mesure montre un écart de phase proche de 0°. Par contre la frontière entre deux pixels est visible, elle induit un brusque changement de phase en forme de pic situé entre les abscisses 240µm et 250µm (graphique B). Sur la partie (A), une zone blanche est visible à la droite de la jonction entre deux pixels. Elle traduit un déphasage important qui s’étend sur 30 µm environ (largeur à la base du pic de déphasage mesuré sur B). Cette partie blanche est due au fluage de la CI dans les cuves. La figure de diffraction (C) est typique de la diffraction par une fente large (les bords de chaque pixel).

En utilisant, une CI double couche le saut de phase induit par les bords est toujours visible mais il est beaucoup moins étendu (cf figure 127 B).

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figure 127 : illustration du déphasage avec une CI double couche (e= 4,4 µm) ; (A) image de phase, (B) mesure du profil de la phase (en nm en ordonnée), (C) figure de diffraction. Indice du liquide n=1,502

La largeur du pic mesuré (figure 127 B) est de 1,4 µm à mi-hauteur et 6 µm à la base alors que l’échantillon mono couche (figure 126 B) présente une largeur de pic de 10 µm à mi-hauteur et de 30 µm à la base. La CI double couche flue peu, elle se révèle donc de meilleure qualité d’un point de vue optique puisque les pics de déphasages sont plus étroits.

Dans les deux cas mesurés ici (cas CI simple et double), la figure de diffraction est similaire. Le DHM fournit uniquement une figure de diffraction qualitative, ce qui ne permet pas de juger de l’intensité diffractée. Ainsi, il n’est pas possible d’affirmer que le déphasage provoqué par le fluage dans le cas d’une CI monocouche augmente l’intensité de diffraction par rapport à une CI double couche. Quoiqu’il en soit, dans chacun des deux cas, la diffraction est liée aux bords des pixels qui sont nettement visibles soit sur les images de phases (A) soit dans les graphiques avec l’observation d’un pic de déphasage (B).

Pour confirmer cette hypothèse, une structure double damier (CI double couche d’épaisseur total 3,2 µm) est réalisée avec du DAP (Dialyl Phtalate) dont l’indice de réfraction de 1,519 (contre 1,502 pour le DEP utilisé jusqu’ici) est très proche de l’indice de réfraction des structures (1,52). L’égalisation des indices entre la structure et les cuves se rapproche des conditions de la réalisation d’une structure sans paroi, donc théoriquement sans diffraction. L’analyse au DHM est présentée sur la figure 128. On observe que les bords des parois (cf partie (A)) sont toujours visibles et que la diffraction existe encore (C). Ces deux phénomènes ont perdu en intensité et les côtés des pixels sont moins visibles, ce qui se traduit par l’absence de pics dans la mesure de déphasage (partie B). L’égalisation des indices entre les murs et le liquide des cuves diminue la diffraction mais ne l’annule pas pour autant.

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figure 128 : Observation d’un double damier à CI bi-couche (e=3,2µm). Le liquide d’indice (n=1,519) est d’un indice proche de la résine pour obtenir un composant sans parois. A-image de phase, D-mesure du

déphasage, C-figure de diffraction

Ce phénomène peut s’expliquer par deux hypothèses. La première est liée à la forme des structures qui ne sont pas parfaites. La figure 129 présente l’ensemble de ces défauts sur une vue en coupe d’un empilement. Au pied de chaque plot de damiers, il existe un résidu de résine (dû à la réflexion du flux d’UV sur le wafer lors de l’insolation). Sur la partie supérieure, l’arrête du plot ne constitue pas un angle droit parfait, on observe un léger arrondi provoqué par la caustique du flux lumineux d’insolation. Enfin, à l’interface entre la CI et les plots du premier niveau de damier, un amas de résine existe qui est dû au fluage. Ces défauts influent sur le trajet des rayons lumineux et provoquent des déphasages localisés à la frontière des pixels.

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figure 129 : illustration des imperfections de la structure double damier. Image MEB en coupe d'un double damier sans capot supérieur

La deuxième hypothèse est liée aux changements d’interface. Une rupture brutale perturbe l’onde et génère de la diffraction. La structure double damier est une succession de ruptures qui commencent à l’entrée de l’onde dans le système optique, les rayons percutant le bord des plots sont diffractés (en noir sur la figure 130). Dans un second temps, au centre de l’empilement, au niveau de la CI, les rayons non diffractés (qui correspondent à l’ordre 0) subissent une diffraction liée au changement d’interface (en jaune). A cet endroit, il y a, sans doute, deux niveaux de diffraction, le premier à la sortie du mur du premier étage de structures dans la CI puis le second à la sortie de la CI et à l’entrée du second étage. Enfin dans un troisième temps, le flux non dévié subit une dernière diffraction lors de la sortie de l’empilement (en orange).

figure 130 : illustration de la diffraction multiple subie par un rayon lumineux lors de son trajet dans une structure double damier

Chaque interface se révèle générateur de diffractions plus ou moins importantes en fonction de l’écart d’indice avec le liquide.

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4.1.2.2. Vérification de l’alignement des structures supérieures sur les

structures inférieures avec le DHM

Les premières vérifications d’alignements ont été réalisées avec le MEB-PV. Deux techniques ont été mises au point, l’une destructive (observations en coupe) l’autre non destructive mais peu précise. Ces techniques sont illustrées sur la figure 131.

La technique non destructive (images A et B) est une observation de la face supérieure du double damier dans une zone où il n’y a pas de CI (en périphérie de la zone de scellement). En théorie, le damier supérieur est parfaitement emboité dans le damier inférieur à ces endroits particuliers. Sur l’image A, le désalignement est clair dans les deux axes, sur la partie B, l’alignement semble correct. Cette méthode est une indication mais elle est trop imprécise pour juger de la précision de l’alignement.

Le MEB peut aussi être utilisé avec une vue en coupe qui s’avère nettement plus précise mais détruit l’échantillon (cf figure 131 partie C).

figure 131 : vérification de l'alignement sur des images MEB, (A) vue supérieur d’un désalignement sur deux axes des deux niveaux, (B) vue supérieure d’un alignement réussi, (C) vue en coupe

Ces mesures permettent d’éliminer les échantillons les moins aboutis mais sont insuffisantes pour caractériser correctement l’alignement. Le DHM apporte une solution, il permet la réalisation des mesures en transmission, ce qui permet de détecter un écart d’alignement à n’importe quel endroit de la structure sans l’affecter. D’une part, un désalignement provoque un brusque écart de phase qui se

164 traduit par une frontière particulièrement épaisse entre les pixels (cf figure 132, image B), d’autre part, les bords des structures supérieures et inférieures diffractent et sont nettement visibles sur l’image d’intensité (cf image A).

figure 132 : double damier désaligné (CI monocouche) ; A image d’intensité, B image de phase, C mesure du déphasage

4.1.2.3. Conclusion

Les mesures au DHM jouent un rôle important dans cette thèse. Elles ont permis : de déterminer l’indice de la résine (1,52)

de contrôler la qualité des damiers terminés (ecart de phase faible entre 2 colonnes) la mise en évidence la diffraction des bords

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