Traitement de grandes optiques spatiales, astronomie et lasers

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1 Traitement de grandes optiques spatiales, astronomie et lasers Journées du Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l Astronomie juin 2011 "Photographie: Philippe Bourgeois" CILAS - Établissement Marseille Z.I. St Mitre 15 avenue de la Roche Fourcade Aubagne France - Tel : Fax : Page 1

2 Spécifications recherchées Performances de réflexion et/ou transmission Filtres passe bande Miroirs Haute réflectivité Conditions environnementales, cosmétique, Exigence d uniformité sur la surface de composants maîtrise de l uniformité des dépôts Répartition spatiale des épaisseurs Répartition spatiale des indices de réfaction Dimension des substrats Page 2

3 Impact de l uniformité Dépend de la complexité de la fonction optique Antireflet classique u = 5 à 10 % acceptable Miroir haute réflexion u = 10 % acceptable Filtre à bande très étroite u > 1/10 x λ / λc préjudiciable u = 1,5 pour λ =10nm à λc =635nm Page 3

4 Paramètres à évaluer Empilement = alternance de matériaux différents coefficient identique entre chaque épaisseur = simple décalage de la réponse spectrale Rapport d uniformité pour chacun des matériaux Page 4

5 Moyens de production 700 m² de salle blanche (classe à 100) Bâtis industriels de dépôt (contrôle optique in-situ) Technologies de dépôt (évap., assist. ionique, pulvérisation, Logiciels de calculs spécifiques Machine de nettoyage automatisée Métrologie standard et spécifique Tests environnementaux => Applications Défense, Spatial, Astronomie.. Page 5

6 Filtres allumettes Intégré sur le détecteur Filtres Hyper spectraux micro structurés à bande très étroite (ASTRIUM, CNES, ESA, ) Lithographie en technologie microélectronique Transmittance 80mm x 500µm B1 Channel B2 Channel B3 Channel B4 Channel Allumettes traitées 4 faces wavelength (nm) --> 40 mm x 1mm Page 6

7 100 Uniformité des dépôts Rapport d uniformité 1 décalage de la réponse spectrale Détermination de la loi d uniformité h ρ M Transmission (%) --> nm U = 1, Lambda (nm) --> e M = m. h πµ (h 2 +R 2 +ρ 2 ) [1- (2ρR/h 2 +R 2 +ρ 2 )] 3/2 R Source Variation de l uniformité en ftn du tps Erreurs dynamiques non prédictibles Page 7

8 Optimisation de l uniformité Uniformity variation (%) Inclinaison des substrats Caches d uniformité Mouvement de rotation 1 Epicycloïde S1 S2 S3 S4 S5Y substrate (mm) S6 S7 S8 S X substrate (mm) 0,150-0,200 0,100-0,150 0,050-0,100 0,000-0,050-0,050-0,000-0,100--0,050-0,150--0,100-0,200--0,150-0,250--0,200-0,300--0,250 Page 8

9 Gaz réactif Pulvérisation Magnétron Magnétron DC or RF Cibles de matériaux Plasma Ar T Ambiante Vide < 10-6 Défilement des substrats sous les cibles Substrats Dimensions des substrats : L: 2,10 m x l: 2,10 m x h: 40 cm 5 sources magnétrons (RF, MF, DC, DCp), soit 7 cathodes métaux ( Ag, Al, ) diélectriques (SiO2, Al2O3, TiO2, Ta2O5, ) en mode réactif Page 9

10 PACA2M : Pulvérisation Magnétron de grandes dimensions Cible 3 mètres Substrats en cours de dépôt Procédé de dépôt énergétique Couches Denses stables vis-à-vis de l environnement Page 10

11 PACA2M** : PulvérisAtion CAthodique 2 Mètres Dimensions = 11 m x 3,8 m - h = 2,5 m Pour traiter des pièces de 2 m x 2 m - h = 40 cm ** Plateforme Mutualisée Soutien financier : DGE (FUI), Région PACA, CG13 Partenaires: Popsud Optitec, Alliance Concept, Institut Fresnel,Thalès Alenia Space Page 11

12 Production des réflecteurs LMJ Structures tunnel et traitement Ag protégé des réflecteurs du Laser Méga Joule Production pièces à argenter Surface totale : 2800 m 2 Technologie Pulvérisation Magnétron Surface de traitement 2m x 2m 176 faisceaux LASER 22 chaînes amplificatrices 44 amplificateurs Page 12

13 Traitement des réflecteurs Dépôt par pulvérisation magnétron Couches denses Grandes dimensions (2m x2m) Développement de procédés Reproductibilité Procédés de nettoyage Etude du vieillissement Partenariat avec le CEA Page 13

14 Dépôts sur réflecteurs Réflecteurs inox avant traitement Réflecteurs après traitement Ag [ nm] Spécifications environnementales : Solubilité dans l éthanol et l acide acétique - Résistance à l oxydation Température : -25 C / + 55 C Solubilité dans le savon dilué dans EDI Résistance au nettoyage en machine à laver Page 14

15 Uniformité des dépôts Dépot diélectrique ref PCA041, 042 & épaisseur mécanique (nm) --> --> Coordonnées (mm) --> 2 mètres Page 15

16 Uniformité des dépôts Dépot diélectrique ref PCA055 20% 15% 10% Uniformité (%) --> 5% 0% % -10% -15% -20% Coordonnées (mm) --> Uniformité < 4 % sur 2 mètres Page 16

17 Uniformité des dépôts Dépot métallique ref PCA044 20% 15% Uniformité (%) --> 10% 5% 0% % -10% -15% -20% Coordonnées (mm) --> Uniformité < 4 % sur 2 mètres Page 17

18 Uniformité des dépôts Dépot métallique ref PCA045 20% 15% Uniformité (%) --> 10% 5% 0% % -10% -15% -20% Coordonnées (mm) --> Uniformité < 5 % sur 1,90 mètres Page 18

19 Miroirs métalliques Dépôt métallique massif impact limité Couches diélectriques Réflectivité rehaussée Protection vis-à-vis des conditions atmosphériques maîtrise de fines épaisseurs de couches effet interférentiel Page 19

20 Miroirs métalliques protégés R --> Influence de l uniformité des couches diélectriques R(0 ) R(0 ) avec U+10% R(0 ) avec U-10% GABARIT lambda (nm) --> Impact dans le bas du spectre Page 20

21 Miroirs Argent réhaussés Miroir spatial pour le CNES Spécifications environmentales sévères Uniformité 100 Measurement over 2 m x 2 m m 104a n 9 104a a a n 6 n 10 n 8 2 m 104a Template 60 n Page 21

22 Miroir Al réhaussé Four solaire DGA (Odeillo) Tests Adhesion, Abrasion Solvants Solubilité EDI (6h) Cyclages thermiques 24h 40 C - 95%RH Tenue au flux solaire (2 x 100h) Reflectance (%) --> Protected Aluminum mirror Measurement Theory Template lambda (nm) --> Page 22

23 Miroir Al réhaussé Reflecteurs pour les lampes du Simulateur Solaire de l ESA Uniformité Cosmetic requirements Cleaning procedure Spectral performances 700 mm Measurements on different samples along the reflectors ref.104a Reflectance ( %) Lambda en nm Page 23

24 Contrôle optique large bande in-situ** Contrôle temps-réel Mesure In-situ et suivi du profil spectral Arrêt du dépôt sur profil spectral à terminaison Détermination in-situ des indices et des épaisseurs 9 passages optiques Contrôle optique visible et proche infrarouge Transmission et/ou réflexion ** Collaboration avec l Institut Fresnel, Marseille Page 24

25 Contrôle optique Gaz réactif Magnétron DC or RF Cibles de matériaux Vide < 10-6 Plasma Ar T Ambiante Substrats visible et proche infrarouge [0,28-2,2µm] jusqu à 9 voies de mesure par fibres optiques Page 25

26 T T T T Contrôle optique in-situ 0,95 0,9 0,85 69 nm Mesure In-situ et suivi du profil spectral 0,8 0,75 0,7 0, ,95 nm 0,9 0,85 0,8 141 nm Arrêt automatique du dépôt sur profil spectral à terminaison 0,75 0,7 0, nm 0, nm 0,9 0, Filtre 740nm (P=10-6 mbar) 0,8 0, ,7 Transmission (%) --> , ,95 nm 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 297 nm Lambda (nm) --> 0, nm Page 26

27 Absorbeurs Couches Minces Peinture noire Anodisation Taux de lumière diffusée 1 % Épaisseur µm Traitement Métal-Diélectrique Taux de lumière réfléchie 0,5 % Épaisseur < 1 µm Lumière absorbée SUBSTRAT Lumière incidente Métal Diélectrique SUBSTRAT Lumière incidente Page 27

28 Absorbeurs de lumière Metallic & dielectric materials ref PCA044 & 55 1,08 1,06 diélectrique Uniformity (%) --> 1,04 1, ,98 0,96 0,94 0,92 Coordinates (mm) --> métal Page 28

29 Antireflets R --> Measurement Theory Gabarit Antireflet large bande lambda (nm) --> Dépôt sur grandes dimensions ou grande quantité de composants Page 29

30 Miroirs diélectriques large bande Lames Pérot-Fabry de l Instrument 3D-NTT du LAM Spectromètre intégral de champ avec 2 modes d observation: Basse résolution et Haute résolution Miroirs diélectriques large bande (370nm-870nm) Etude théorique réalisée par l Institut Fresnel Réalisation en Pulvérisation Contrôle optique large bande Page 30

31 Conclusion PACA2M = outil haute performance pour les dépôts sur grandes dimensions Contrôle optique in-situ large bande Technologie dense Adapté aux environnements sévères (Spatial, Défense, Astronomie, ) Page 31

32 Merci pour votre attention Std : +33 (0) Fax : +33 (0) Page 32