Génération des fichiers de contrôle du paterne d’écriture laser

1. Organisation des fichiers entre eux

La Dialse 750 lit des fichiers .dfl pour piloter l’écriture du laser. Ces fichiers .dfl sont des fichiers textes qui assemblent des géométries plus élémentaires. La géométrie élémentaire est la ligne, qui est décrite dans un fichier .lwo. Chaque fichier .lwo décrit une ligne dans l’espace en lui attribuant des coordonnées de départ et d’arrivée et doit inclure des longueurs de stabilisation, avant et après allumage du laser (Fig. 2.22 A/partie haute). A partir de ce fichier il est uniquement possible de paramétrer l’orientation de la ligne et les longueurs. Les paramètres de modulation, vitesse ou pas de recouvrement sont ensuite attribués à chaque .lwo via le fichier .dfl (Fig. 2.22 A/partie basse). La méthode d’attribution est effectuée par calcul via un programme Matlab et cette étape forme un véritable masque numérique qui peut être changé à souhait très aisément une fois le code correctement paramétré (Annexes I.A&B, p. 187). Ce masque, bien entendu calqué sur le design voulu, peut prendre diverses formes dont 2 sont montrées en exemple dans la figure 2.22 B : un canal droit et une constriction.

Jusqu’ici les travaux antérieurs (Naillon et al., 2017) et les modèles intégrés dans le programme de conception KLOE design nous ont permis de mettre en place les parties simples de nos puces, les canaux droits. Mais les séparations µLAS font intervenir une constriction et intégrer les deux procédés doivent graver un entonnoir en 2.5D. Le canal droit (Fig. 2.22 B/partie haute) est plus facile à produire car la génération d’une seule ligne est nécessaire. Celle-ci, de longueur constante correspondante à la largeur du canal, est ensuite simplement translatée pour atteindre la longueur souhaitée pour le canal. Le nombre de ces translations est déterminé par 𝑖 =_𝑝^𝐿, le rapport entre la longueur du canal et le pas de recouvrement. Pour chacune de ces itérations une nouvelle modulation est alors attribuée.

Figure 2.22 Organisation générale des fichiers nécessaires pour écriture laser direct, sans masque, par la machine Dilase 750. La première étape est la

construction d’une ligne constituer de 3 longueurs : en vert les longueurs de stabilisation et en rouge la longueur d’insolation. Ces lignes sont compilées dans le fichier directement lu par la machine. A chaque ligne est attribué une modulation de puissance pour induire la pente.

Par contre, même si ce principe reste le même pour le deuxième design présenté (la constriction, Fig. 2.22 B/partie basse) il a fallu développer une méthode en adéquation avec la façon dont la machine lit les fichiers, mais qui reste simple à écrire. Pour chaque itération il faut calculer la longueur de ligne correspondante et générer le fichier .lwo ainsi qu’attribuer les bonnes coordonnées. La translation n’est plus si simple mais l’ensemble a été programmé d’abord pour servir l’objectif voulut. Nous verrons par la suite que ce système a été optimisé pour accélérer le processus d’écriture des lignes par la machine. Nous avons alors choisi d’implémenter un code qui génère les .lwo qui correspondent au design souhaité, qui peuvent être très nombreux en fonction du pas de recouvrement et de la longueur du motif (Annexe I.C,

p. 190). Il suffit pour cela de choisir la fonction mathématique correspondante aux contours du modèle de constriction. Cette partie du code génère ensuite toutes les lignes qui vont comme « remplir » la surface à insoler. Le nombre de lignes ainsi calculées dépend encore de la

longueur de la constriction et du pas de recouvrement. Chacune possède sa propre longueur pour s’ajuster à la forme choisie, elles sont ensuite centrées, translatées pour former le paterne final et enfin une modulation de puissance du laser est attribuée à chacune.

2. Écriture en des lignes en aller-retour

Nous avons optimisé la façon d’écrire les lignes par la machine. De façon naturelle le programme de base vise à générer les lignes de la manière la plus simple possible. Il tend à écrire par défaut des lignes avec des coordonnées de départ alignées (Fig. 2.23 à gauche). Bien que la puissance de calcul ou l’effort impliqué dans le code soit minime avec cette méthode, la contrepartie se retrouve dans le temps d’insolation bien plus rallongé. En effet le support mécanique du laser doit revenir à chaque fois s‘aligner sur les points de départ, qui sont tous du même côté du paterne, ce qui engendre du temps où le laser n’est ni en stabilisation ni en écriture (Fig. 2.23 à gauche/flèche noire), c’est donc du temps mort inutile.

Nous avons opté pour une stratégie qui réduit les temps d’écritures beaucoup trop long pour nous permettre des essais de designs de puces et pour optimiser le procédé de fabrication. En alternant les orientations des lignes et donc les points d’origines de celles-ci, il est possible de drastiquement réduire le temps d’écriture (Fig. 2.23 à droite). Par contre la façon dont sont générées les lignes et comment elles sont agencées entre elles a nécessité une plus grande implication. La complication réside dans le fait que quand une ligne est générée dans son .lwo propre, un sens lui est attribué. Dans les faits, pour un canal droit, comme la longueur reste toujours la même de ligne en ligne, il faut juste générer une ligne supplémentaire, dans le sens opposé, et les intercaler lors de l’assemblage du paterne (Fig. 2.23 à droite). Encore une fois, pour la constriction rien n’est moins simple puisque à chaque itération et donc à chaque ligne la longueur change et est même très spécifique pour coller à la forme du modèle. La méthode que j’ai choisie est relativement est de générer le modèle en double, créant une série de lignes dans un sens comme expliqué précédemment et une autre série de lignes dans l’autre sens. Nous appellerons ces deux séries, respectivement, « paires » et « impaires » car c’est comme ça qu’elles sont choisies par le programme. En effet lors de l’assemblage du paterne le programme pioche un coup sur deux dans une série puis l’autre pour former le modèle final avec des points d’origines en quinconce.

Figure 2.23 Optimisation de la génération des lignes. A gauche, la méthode

d’écriture sans aller-retour, le temps d’écriture est long. A droite le temps d’écriture est environ divisé par 3 en implémentant une méthode d’écriture en aller -retour.

Cette modification peut paraître anodine pour la l’effort fournit mais elle renforce l’aspect pratique et polyvalent de cette méthode d’insolation. Sur un motif unique, elle n’a pratiquement pas d’intérêt, mais sur un wafer complet comprenant l’écriture de 30 puces constituées d’approximativement 144k lignes, la différence est énorme. D’après les tests que nous avons réalisés le temps d’écriture est environ divisé par 3, passant d’un temps d’écriture de 6h (sans aller-retour) à 2h (avec aller-retour). Des exemples de fichiers .dfl et .lxo sont disponibles en annexes I.D, p. 192.