Traitement de grandes optiques spatiales, astronomie … · Performances de réflexion et/ou...
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CILAS - Établissement Marseille – Z.I. St Mitre – 15 avenue de la Roche Fourcade 13400 Aubagne – France - Tel : + 33 4 42 36 97 00 – Fax : + 33 4 42 36 97 01 – www.cilas.com This document is the property of CILAS and may not be reproduced without authorization Page 1 Traitement de grandes optiques spatiales, astronomie et lasers Journées du Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique et de l’Astronomie 16-17 juin 2011 "Photographie: Philippe Bourgeois"
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CILAS - Établissement Marseille – Z.I. St Mitre – 15 avenue de la Roche Fourcade13400 Aubagne – France - Tel : + 33 4 42 36 97 00 – Fax : + 33 4 42 36 97 01 – www.cilas.com
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Traitement de grandes optiques spatiales, astronomie
et lasersJournées du Polissage Optique pour les Grands Instruments de la Physique
et de l’Astronomie
16-17 juin 2011"Photographie: Philippe Bourgeois"
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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
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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
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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
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Moyens de production• 700 m² de salle blanche (classe 10 000 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..
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Filtres allumettes
• Intégré sur le détecteur• Filtres Hyper spectraux micro
structurés à bande très étroite
(ASTRIUM, CNES, ESA, …)
Lithographie en technologie
microélectronique
400 500 600 700 800 900 1000 1100
wavelength (nm) -->
Tra
ns
mit
tan
ce
B1 Channel
B2 Channel
B3 Channel
B4 Channel Allumettes traitées 4
faces
80mm x 500µm
40 mm x 1mm
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�Rapport d’uniformité ≠ 1�décalage de la réponse spectrale
�Détermination de la loi d’uniformité
Uniformité des dépôtsρ M
Source
h
R
eM= m . hπµ (h2+R2+ρ2) [1- (2ρR/h2+R2+ρ2)] 3/2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
500 520 540 560 580 600
Lambda (nm) -->
Tra
ns
mis
sio
n (
%)
-->
3 nm
U = 1,005
� Variation de l’uniformité en ftn du tps ���� Erreurs dynamiques non prédictibles
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Optimisation de l’uniformité
� Inclinaison des substrats�Caches d’uniformité
�Mouvement de rotation�Epicycloïde 1 2 3 4 5 6 7 8 9
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
X substrate (mm)
Y substrate (mm)
Uniformity variation (%)
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
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Pulvérisation MagnétronMagnétron DC or RF
Cibles de matériaux
T Ambiante
Vide < 10-6
Plasma Ar
Substrats
Gaz réactif
• Défilement des substrats sous les cibles
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
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PACA2M : Pulvérisation Magnétron de grandes dimensions
Substrats
en cours
de dépôt
Cible
3 mètres
Procédé de dépôt énergétique
Couches Denses stables vis-à-vis de l’environnement
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PACA2M** : PulvérisAtion CAthodique 2 Mètres
Dimensions = 11 m x 3,8 m - h = 2,5 mPour 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
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• Structures tunnel et traitement Ag protégé des réflecteurs du Laser Méga Joule
176 faisceaux LASER
22 chaînes amplificatrices
44 amplificateurs
Production des réflecteurs LMJ
Production
35 000 pièces à argenter
Surface totale : 2800 m2
Technologie
Pulvérisation Magnétron
Surface de traitement 2m x 2m
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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
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Dépôts sur réflecteurs
Réflecteurs
inox avant
traitement
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
Réflecteurs
après
traitement Ag
[400-2500nm]
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Uniformité des dépôts
Dépot diélectrique ref PCA041, 042 & 055
0
100
200
300
400
500
600
700
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Coordonnées (mm) -->
ép
ais
seu
r m
éc
an
iqu
e (
nm
) --
> -
->
2 mètres
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Uniformité des dépôts
Uniformité < 4 % sur 2 mètres
Dépot diélectrique ref PCA055
-20%
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Coordonnées (mm) -->
Un
ifo
rmit
é (
%)
-->
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Uniformité des dépôtsDépot métallique ref PCA044
-20%
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Coordonnées (mm) -->
Un
ifo
rmit
é (
%)
-->
Uniformité < 4 % sur 2 mètres
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Uniformité des dépôtsDépot métallique ref PCA045
-20%
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Coordonnées (mm) -->
Un
ifo
rmit
é (
%)
-->
Uniformité < 5 % sur 1,90 mètres
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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
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Miroirs métalliques protégés
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
350 450 550 650 750 850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650
lambda (nm) -->
R -
->
R(0°)
R(0°) avec U+10%
R(0°) avec U-10%
GABARIT
Impact dans le bas du spectre
Influence de l’uniformité des couches diélectriques
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Miroirs Argent réhaussés• Miroir spatial pour le CNES
• Spécifications environmentales sévères
• UniformitéMeasurement over 2 m x 2 m
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
104a905-6
104a905-7
104a905-8
104a905-9
104a905-10
Template
n°9
n°7
n°6 n°10n°8
2 m
2 m
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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)
Protected Aluminum mirror
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400 650 900 1150 1400 1650 1900 2150 2400lambda (nm) -->
Re
flec
tan
ce
(%
) --
> Measurement
Theory
Template
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Miroir Al réhaussé• Reflecteurs pour les
lampes du Simulateur
Solaire de l’ESA• Uniformité
• Cosmetic requirements
• Cleaning procedure
• Spectral performances
1
2
3
4
Measurements on different samples along the reflectors ref.104A958
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
Lambda en nm
Re
flec
tan
ce
( %
)
5
700 mm
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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
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Contrôle optique
jusqu’à 9 voies de mesure par fibres optiques
Magnétron DC or RFCibles de matériaux
T AmbianteVide < 10-6 Plasma Ar
Substrats
Gaz réactif
visible et proche infrarouge
[0,28-2,2µm]
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Contrôle optique in-situ69 nm
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
350 450 550 650 750 850 950 1050
nm
T
141 nm
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
350 450 550 650 750 850 950 1050
nm
T
222 nm
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
350 450 550 650 750 850 950 1050
nm
T
297 nm
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
350 450 550 650 750 850 950 1050
nm
T
• Mesure In-situ et suivi du profilspectral
• Arrêt automatique du dépôt sur profil spectral à terminaison
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
350 550 750 950 1150 1350 1550 1750 1950 2150
Tra
ns
mis
sio
n (
%)
-->
Lambda (nm) -->
Filtre Passe-bande @ 740nm (P=10-6 mbar)
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SUBSTRAT
Lumière absorbée
Lumière
incidente
SUBSTRAT
Lumière
incidente
Métal
Diélectrique
Absorbeurs Couches Minces
• Peinture noire – Anodisation• Taux de lumière diffusée ≈ 1 %• Épaisseur ≈ 10 - 100 µm
• Traitement Métal-Diélectrique• Taux de lumière réfléchie ≈ 0,5 %• Épaisseur < 1 µm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
300 500 700 900 1100
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Metallic & dielectric materials ref PCA044 & 55
0,92
0,94
0,96
0,98
1
1,02
1,04
1,06
1,08
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200
Coordinates (mm) -->
Un
ifo
rmit
y (
%)
-->
Absorbeurs de lumière
diélectrique
métal
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• Dépôt sur grandes dimensions ou grande quantité de composants
Antireflets
Antireflet large bande
0
5
10
15
20
25
30
400 600 800 1000 1200 1400
lambda (nm) -->
R -
->
Measurement
Theory
Gabarit
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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
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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, …)
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Merci pour votre attention
Std : +33 (0) 4 42 36 97 00
Fax : +33 (0) 4 42 36 97 01
www.cilas.com
