Dépôts de couches minces optiques par technologie magnetron

Transmission 6H@600 large bande VS Perkin
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
400 500 600 700 800 900 1000
nm
T
T-6h Tec5 T-6h perkin 950
D
Dé épôts de couches minces optiques pôts de couches minces optiques
par technologie
par technologie magnetron magnetron sputtering sputtering
pour les grandes optiques
pour les grandes optiques
Grégory
Grégory Chauveau Chauveau, Didier , Didier Torricini Torricini et Catherine et Catherine Grèzes Grèzes- -Besset Besset
CILAS Marseille - ZI St Mitre, Avenue de la Roche Fourcade, 13400 Aubagne (FRANCE)
Dragan
Dragan Stojcevski Stojcevski et Michel et Michel Lequime Lequime
Institut FRESNEL, Aix-Marseille Université – École Centrale Marseille – CNRS
Campus de Saint-Jérôme, 13013 Marseille (FRANCE)
•Objectifs, Financement et Partenariat
Dans le cadre du programme Laser MegaJoule, CILAS a la responsabilité du traitement rehausseur de grandes plaques métalliques placées derrière les lampes flash
des amplificateurs et utilisées pour améliorer l’efficacité de leur pompage optique. Ce traitement doit à la fois présenter une forte réflectivité, une très bonne dureté et
une grande uniformité, et être appliqué sur des pièces de grande taille (typiquement 1 m²) et de forme relativement complexe. La surface totale à traiter pour l’ensemble
de ce programme approche en outre les 4,000 m².
Dans le même temps, CILAS avait identifié un ensemble de problèmes de traitement (miroirs des futurs systèmes d’observation de la terre, segments du miroir
primaire du futur E-ELT, production de masse de composants en verre, métal et plastique destinés aux secteurs automobile, aéronautique et médical) qui ne pouvaient
être abordés de manière satisfaisante sans le recours à une machine de structure entièrement nouvelle et adaptée au traitement de grandes surfaces de substrats.
C’est pourquoi CILAS a décidé en 2007 d’entreprendre le développement d’une machine de dépôt adaptée à des optiques de 2 mètres et a obtenu pour cela le soutien
financier du Ministère de l’Industrie et des collectivités territoriales (Région PACA, CG13), ainsi que le support du Pôle OPTITEC. Le consortium réuni pour mener
à bien ce développement regroupe, outre CILAS qui en est le Maître d’Œuvre, Alliance Concept pour la fabrication de la machine de dépôt, l’Institut Fresnel pour le
développement d’un contrôle optique in situ large bande et la mise au point des procédés de dépôt et Thales Alenia Space comme utilisateur final.
RCMO
DC, RF or MF Magnetrons
Target Materials
Reactive gas
Ambiant T°
High vacuum
Ar Plasma
Substrates
DC, RF or MF Magnetrons
Target Materials
Reactive gas
Ambiant T°
High vacuum
Ar Plasma
Substrates
La qualification de la machine a été prononcée courant 2010 et les performances obtenues sont en très bon accord avec les valeurs attendues (pression résiduelle
inférieure à 10-7 mbar, uniformité typique de l’ordre de 2% à une échelle de 2 mètres, fonctionnement totalement automatique).
•Exemples de réalisations
Miroir aluminium protégé Antireflet large bandeMiroir Argent rehaussé dans le bleu
50
60
70
80
90
100
400 650 900 1150 1400 1650 1900 2150 2400
Wavelength(nm)
Reflectance(%)
Measurement
Theory
50
60
70
80
90
100
300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Wavelength(nm)
Reflectance(%)
Measurement
Template
0
5
10
15
20
25
30
400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500
Wavelength(nm)
Reflectance(%)
Measurement
Theory
Template
•La machine PACA2M (Structure, Procédé de dépôt et Contrôle optique in situ)
Vue d’ensemble de la machine
(à l’arrière plan, la chambre de dépôt, précédée du sas
d’introduction des substrats et de l’ascenseur de manutention,
avec, au premier plan un cadre porte-substrats vide)
Procédé de dépôt : la pulvérisation magnétron
La machine est équipée de 5 magnétrons plans, de forme
rectangulaire et de longueur 2,5 mètres.
Le traitement de la totalité de la surface des pièces est obtenu
grâce au déplacement du porte-substrat perpendiculairement
au grand axe des magnétrons et l’épaisseur de la couche est
ajustée en jouant sur la vitesse de ce déplacement, sur le
nombre d’allers-retours et sur la puissance de pulvérisation.
Contrôle optique in situ large bande
Ce système de contrôle est entièrement déporté par fibres optiques et permet de réaliser une
mesure in situ des caractéristiques spectrophotométriques de la pièce en cours de traitement
sur la totalité de la bande spectrale allant de 280 nm à 2200 nm.
Les photographies placées à droite de ce cadre montrent l’intérieur de la chambre de dépôt,
plasma en opération, ainsi que les systèmes optiques d’émission/réception fixés sur les parois
de la machine. Le graphe placé à gauche de ce cadre présente les résultats de mesure de
transmission réalisées in situ et ex situ sur une monocouche 6H de Ta2O5