filtres optiques interférentiels à propriétés optiques spatialement maîtrisées laëtitia...
TRANSCRIPT
22
ProblématiqueProblématique
• Propriétés optiques = Propriétés optiques =
Etude de l’uniformité de l’épaisseur optiqueEtude de l’uniformité de l’épaisseur optique
ApplicationsApplications• Recherche de propriétés uniformesRecherche de propriétés uniformes
Ex : DWDM, Ex : DWDM,
• Recherche de propriétés non uniformesRecherche de propriétés non uniformes
Ex : filtres variablesEx : filtres variables
))(( nene
ff
-4-41010))( nenenene
33
ProblématiqueProblématique
• Non uniformité naturelle induite par les Non uniformité naturelle induite par les techniques de dépôttechniques de dépôt
Maîtriser l’uniformité Maîtriser l’uniformité utiliser des masques utiliser des masques
Masque : forme et mouvement dépendent Masque : forme et mouvement dépendent dede– Uniformité du bâtiUniformité du bâti– Profil spatial recherchéProfil spatial recherché
Caractérisation du bâtiCaractérisation du bâti
44
Les outilsLes outils• Modélisation du bâtiModélisation du bâti• Banc de caractérisation de composantsBanc de caractérisation de composantsLes applicationsLes applications• Filtres variablesFiltres variables• Vers une meilleure uniformitéVers une meilleure uniformitéConclusionConclusion
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
55
Modélisation : Technologie Modélisation : Technologie DIBS*DIBS*
Le dépôt suit une loi en Le dépôt suit une loi en
•La cible est inclinée à 45°.
•L’échantillon est en rotation.
ββrrααnn
coscos22
coscos
* Dual Ion Beam Sputtering
r
substrat
ciblexxYY
ZZ
Evolution de l'épaisseur déposée sur une rotation
1,1E-3
1,6E-3
2,1E-3
2,6E-3
3,1E-3
3,6E-3
0 45 90 135 180 225 270 315 360
Angle (°)
Epai
sseu
r (ar
bitr
aire
)
66
Exemple de « non-Exemple de « non-uniformité »uniformité »
Répartition d’épaisseur obtenue Répartition d’épaisseur obtenue
dans des conditions classiques de dans des conditions classiques de
dépôt : dépôt :
• échantillon de 3 cm de côtééchantillon de 3 cm de côté
• Lignes d’iso-épaisseurs Lignes d’iso-épaisseurs
circulairescirculaires
• Rayon de rotation de 50 mmRayon de rotation de 50 mm
XXYY
Uniform
iU
niform
itété
Le modèleLe modèle répartition d’épaisseur répartition d’épaisseur pour toutes les configurations de dépôtpour toutes les configurations de dépôt
77
Comment déterminer les Comment déterminer les paramètres du modèle?paramètres du modèle?
• Objectif : Objectif : Définir Définir , n et r, n et r
• Cahier des charges :Cahier des charges :– Repérer aisément la position des échantillonsRepérer aisément la position des échantillons– Avoir une variation significative des propriétés Avoir une variation significative des propriétés
optiquesoptiques– L’observation doit permettre une inversion robusteL’observation doit permettre une inversion robuste
et rapide du problèmeet rapide du problème
• Solution :Solution :– Pas de rotation (rapidité, position)Pas de rotation (rapidité, position)– Echantillon de grande dimensionEchantillon de grande dimension
(fort gradient, robustesse)(fort gradient, robustesse)
barrettbarrettee
cible
88
Configuration retenueConfiguration retenue
• Disposition des barrettesDisposition des barrettes
ciblexx
Porte substratbarrette
ciblexx
Porte substratbarrette
Pour chaque Pour chaque matériaumatériau
99
Les outilsLes outils• Modélisation du bâtiModélisation du bâti• Banc de caractérisation de composantsBanc de caractérisation de composantsLes applicationsLes applications• Filtres variablesFiltres variables• Vers une meilleure uniformitéVers une meilleure uniformitéConclusionConclusion
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
1010
Banc de caractérisationBanc de caractérisation
Fibered white light source
Optical Spectrum Analyser
Reference photodiode
X Translation stage
XYtranslation
stage
ApertureStops wheel
Neutral densitieswheel
200 µm coreoptical fiber
400 µm coreoptical fibers 600 µm core
optical fiber
Sample orreference
glass
1111
• Domaine spectral: 400 – 1700 nmRésolution spectrale: 5 nm avec une fibre de 600 µm
0,5 nm avec une fibre de 100 µm
• Diaphragmes: 50, 100, 200, 600, 1000 et 2000 µm.Précision de position de l’échantillon: 3 µm.
• Ecart type sur la répétabilité: 10-3
Positionnement de l’échantillon et acquisition de données complètement automatisés.
Détermination de n, k et e sur des monocouches à partir des mesures en R et T
Banc de caractérisationBanc de caractérisation
1212
Banc de caractérisationBanc de caractérisation• Comparaison avec un Comparaison avec un
Spectromètre du Spectromètre du commercecommerce– Diamètre de la zoneDiamètre de la zone
mesurée sur le bancmesurée sur le banc 600 µm600 µm
Mesure localeMesure locale PerkinPerkin
• Mesure de n et e localeMesure de n et e locale
Comparaison perkin/Banc sur 1391 Hf
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
500 550 600 650 700 750 800 850 900
Longueur d'onde (nm)
T,
R %
T Banc T PerkinR Banc R Perkin
Fabien Lemarchand et al. ”Fabien Lemarchand et al. ”Institut Fresnel – OIC 2004 Measurement Institut Fresnel – OIC 2004 Measurement Problem"Problem" Optical interference coating, Optical interference coating, Tucson, USA, (June 2004)Tucson, USA, (June 2004)
25.4 m25.4 mmm
Zone scannée: Zone scannée: 12.5 mm x 12.5 mm x 12.5 mm 12.5 mm (36 points)(36 points)
épaisseur épaisseur moyenne de 190 moyenne de 190
nmnm
1313
Caractérisation du bâti :Caractérisation du bâti :Problème inverseProblème inverse
Mesure d’uniformité sur une barretteMesure d’uniformité sur une barrette
Déterminer les paramètres libres de Déterminer les paramètres libres de
la modélisation (direction la modélisation (direction et et répartition du flux de matière répartition du flux de matière
pulvérisée n)pulvérisée n)
r
substrat
ciblexxYY
ZZ
r
substrat
cible
r
substrat
ciblexxYY
ZZ
Conclusion :Conclusion :
Nous avons 2 outils permettant la Nous avons 2 outils permettant la modélisation et la caractérisation des modélisation et la caractérisation des dépôtsdépôts
1414
Les outilsLes outils• Modélisation du bâtiModélisation du bâti• Banc de caractérisation de composantsBanc de caractérisation de composantsLes applicationsLes applications• Filtres variablesFiltres variables• Vers une meilleure uniformitéVers une meilleure uniformitéConclusionConclusion
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
1515
• Objectif :Objectif : Variation de la longueur d’onde filtrée de 800 nm à 1600 nmVariation de la longueur d’onde filtrée de 800 nm à 1600 nm Uniformité de 99,8% suivant l’autre direction si le filtre Uniformité de 99,8% suivant l’autre direction si le filtre
variable est couplé avec une matrice CCDvariable est couplé avec une matrice CCD
• Technique de réalisation : masquageTechnique de réalisation : masquage Masque statiqueMasque statique Masque rectiligne en translationMasque rectiligne en translation
Filtres variablesFiltres variableslinéaireslinéaires
substratsubstrat
Profil d’épaisseurProfil d’épaisseur optiqueoptique
20 mm20 mm
1616
substratsubstrat
Profil d’épaisseur Profil d’épaisseur optiqueoptique
RésultatRésultat
Courbe d’iso-Courbe d’iso-épaisseur circulaireépaisseur circulaire
Comment obtenir un filtre linéaire rectiligne ?
masqumasquee
échantilloéchantillonn Verre de Verre de
contrôlecontrôle
Porte - substratPorte - substrat
échantilloéchantillonn
Filtres variablesFiltres variables
Masque statiqueMasque statique
1717
Idée:Idée: mouvement de translation du mouvement de translation du masque induit par la rotation du porte - masque induit par la rotation du porte - échantillonéchantillon
échantilloéchantillonn
masqumasquee
Le filtre linéaire est rectiligne Le filtre linéaire est rectiligne
SI SI
Le dépôt est uniforme sur Le dépôt est uniforme sur l’échantillonl’échantillon
Filtres variablesFiltres variables
Masque en translationMasque en translation
échantilléchantillonon
camecamePlatine de Platine de translation & translation & masquemasque
1818
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
600 800 1000 1200 1400 1600
Longueur d'onde (nm)
Tra
nsm
issi
on
(%
)
Caractérisation du filtre Caractérisation du filtre variablevariable
Evolution de la longueur d'onde filtrée
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
0 2 4 6 8 10 12Position en mm
Lo
ng
ue
ur
d'o
nd
e (
nm
)
VariationVariation non-linéaire de non-linéaire de la longueur la longueur d’onde filtréed’onde filtrée
1919
Axe de mesure ≠ axe de Axe de mesure ≠ axe de dépôt (rotation de 2.5 dépôt (rotation de 2.5 arcsec)arcsec)
RéRé-orientation-orientation
Uniformité transversaleUniformité transversaleau gradient = 99.6%au gradient = 99.6%
Caractérisation de filtres Caractérisation de filtres variablesvariables
Remarque : Le centrage du filtre est quasi-Remarque : Le centrage du filtre est quasi-rectilignerectiligne
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1110 1120 1130 1140 1150
Longueur d'onde (nm)
Tran
smis
sion
%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1110 1120 1130 1140 1150
Longueur d'onde (nm)
Tran
smis
sion
%
2020
Filtres variablesFiltres variables
Améliorer l’uniformité Améliorer l’uniformité transversalement au transversalement au
gradientgradient
EtEt
Obtenir la loi de variation Obtenir la loi de variation spécifiéespécifiée
Optimiser la forme de la Optimiser la forme de la came en utilisant la came en utilisant la
modélisationmodélisation
2121
Les outilsLes outils• Modélisation du bâtiModélisation du bâti• Banc de caractérisation de composantsBanc de caractérisation de composantsLes applicationsLes applications• Filtres variablesFiltres variables• Vers une meilleure uniformitéVers une meilleure uniformitéConclusionConclusion
Plan de l’exposéPlan de l’exposé
2222
• 2 possibilités :2 possibilités :– Changer la disposition, Changer la disposition,
le mouvement de le mouvement de l’échantillonl’échantillon
Ex : Inclinaison, mouvement Ex : Inclinaison, mouvement planétaireplanétaire
– Utiliser un masqueUtiliser un masque
Utiliser le modèleUtiliser le modèle
Vers une meilleure Vers une meilleure UniformitéUniformité
XX
YY
Uniform
iU
niform
itété
XXYY
Uniform
iU
niform
itété
2323
• Conclusion : 2 outils ont été développésConclusion : 2 outils ont été développés– un modèle du dépôtun modèle du dépôt– un banc de caractérisationun banc de caractérisation
• A faire avant achèvement de la thèseA faire avant achèvement de la thèse– Caler le modèle : dépôt sur les barrettes + Caler le modèle : dépôt sur les barrettes +
inversioninversion– Filtre linéaire : Optimiser l’allure de la cameFiltre linéaire : Optimiser l’allure de la came– Meilleure uniformité : Rechercher la forme Meilleure uniformité : Rechercher la forme
du masquedu masque
Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives