Micro-nano-traitement | Structures optiques 3D Lithographie en échelle de gris

Les techniques de traitement en échelle de gris permettent d'utiliser une variété d'éléments micro-optiques dans différentes applications, et les éléments micro-optiques diffractifs et réfractifs peuvent être traités à l'aide de la photolithographie de contour et des techniques de gravure et de transfert graphiques. Parmi les micro-optiques les plus couramment traitées, on peut citer les optiques diffractives à division de faisceau, les optiques diffractives à formation de faisceau, les optiques diffractives qui diffusent ou distribuent uniformément la lumière, les lentilles diffractives et les réseaux de lentilles, les microlentilles réfractives et les réseaux de microlentilles (MLA), ainsi que d'autres optiques à modulation de phase. Les éléments micro-optiques fonctionnels ci-dessus destinés à des applications dans la gamme spectrale électromagnétique ont été fabriqués sur divers matériaux de substrat, et des éléments micro-optiques destinés à des applications dans la gamme spectrale du rayonnement optique, avec des gammes spectrales allant de l'ultraviolet profond (DUV) d'une longueur d'onde de 157 nm à l'infrarouge à ondes longues (LWIR) d'une longueur d'onde de 14 μm. LWIR).

La lithographie en niveaux de gris est obtenue en fabriquant un masque photographique de telle sorte que l'intensité du rayonnement optique transmis à travers le masque varie en fonction de la position spatiale. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées à cette fin, notamment des masques photographiques dont la densité optique varie dans l'espace, des masques photographiques dont l'absorption de la lumière varie dans l'espace et l'utilisation de plaques de masque microstructurées de taille variable pour moduler le flux de lumière transmis localement à l'intérieur du masque.Les techniques appartenant à la première catégorie de lithographie en niveaux de gris et les techniques de transfert de gravure graphique pour la fabrication de composants micro-optiques ont été développées par Gal et al. La technique de traitement à l'échelle de gris applique un processus unique de réaction photolithographique pour graver les motifs structurels tridimensionnels micro-optiques souhaités sur des polymères photosensibles.

L'utilisation de la lithographie en niveaux de gris offre aux concepteurs une plus grande liberté dans la résolution des problèmes micro-optiques en combinant des surfaces positives (convexes) et négatives (concaves) dans le même élément optique. Les photorésistances façonnées selon l'échelle de gris peuvent produire des objectifs anamorphiques ou des lentilles "en selle" avec une courbure positive et négative le long d'axes orthogonaux, et des surfaces réfractives en selle peuvent être formées pour corriger le front d'onde de diffusion de l'image. Les objectifs asphériques et les lentilles paraboliques peuvent être fabriqués très facilement grâce au traitement en niveaux de gris, de même que les micro-éléments optiques qui remplissent plusieurs fonctions sur une seule surface optique, comme la focalisation et la division du faisceau. L'application de la lithographie en niveaux de gris a déjà permis de produire des éléments optiques non traditionnels, parmi lesquels des lentilles micro-optiques à surface de phase, telles que des miroirs à diffusion de phase, des intégrateurs de faisceau (ou intégrateurs de faisceau), des réseaux ou des générateurs de spot.

La figure 1.1 présente des exemples de structures micro-optiques courantes fabriquées par lithographie en niveaux de gris : lentilles diffractives lisses de Kaino (interprétation de phase), éléments micro-optiques à double fonction de focalisation et de division de faisceau sur la même surface optique, et AML positifs et négatifs à facteur de remplissage élevé. L'application de la gravure ionique réactive (RIE) permet de transférer de manière permanente les contours caractéristiques du motif photolithographique sur la surface du substrat. La méthode de transfert du motif RIE peut utiliser des dispositifs de gravure à couplage capacitif ou des dispositifs à plasma à haute densité, y compris des graveurs à plasma à couplage inductif (ICP). Dans le domaine de la microélectronique, la technique de gravure au plasma, qui est privilégiée pour les applications, a été modifiée pour permettre la gravure réussie de plaquettes comprenant des dispositifs micro-optiques fonctionnels ; et le processus de gravure au plasma standard utilisé pour les matériaux d'oxyde, le silicium et les semi-conducteurs composés a été amélioré pour le rendre adapté au traitement des structures micro-optiques pour le transfert sur les différents matériaux de substrat mentionnés ci-dessus.

Figure 1.1 Images SEM d'éléments micro-optiques typiques traités en échelle de gris (y compris les lentilles diffractives, les éléments micro-optiques à double fonction de focalisation et de division du faisceau, et les réseaux de microlentilles convexes et concaves).