Dépôts de couches minces optiques par technologie magnetron

Dépôts de couches minces optiques
par technologie magnetron sputtering
pour les grandes optiques
RCMO
Grégory Chauveau,
Chauveau, Didier Torricini et Catherine GrèzesGrèzes-Besset
CILAS Marseille - ZI St Mitre, Avenue de la Roche Fourcade, 13400 Aubagne (FRANCE)
Dragan Stojcevski et Michel 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.
• La machine PACA2M (Structure, Procédé de dépôt et Contrôle optique in situ)
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.
DC, RF or MF Magnetrons
Reactive gas
Vue d’ensemble de la machine
Target Materials
Ar Plasma
Ambiant T°
High vacuum
(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)
Substrates
Transmission 6H@600 large bande VS Perkin
T-6h Tec5
T-6h perkin 950
Contrôle optique in situ large bande
1,05
1
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
0,95
T
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
400
500
600
700
800
900
1000
nm
• Exemples de réalisations
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).
100
100
30
90
90
25
Measurement
Theory
70
Measurement
Template
70
60
60
50
50
400
650
900
1150
1400
1650
1900
2150
Wavelength (nm)
Miroir aluminium protégé
2400
Theory Template 80
Reflectance (%)
80
Reflectance (%)
Reflectance (%)
Measurement 20
15
10
5
0
300
500
700
900
1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Wavelength (nm)
Miroir Argent rehaussé dans le bleu
400
500
600
700
800
900
1000 1100 1200 1300 1400 1500
Wavelength (nm)
Antireflet large bande