Soutenance de thèse de ARSAC Lucas

Résumé de la thèse

Cette thèse porte sur le développement de stratégies de contrôle optique pour la fabrication de filtres optiques en couches minces réalisés avec la technologie de pulvérisation magnétron.
La réponse spectrale d'un empilement multicouche est directement déterminée par l'indice de réfraction et l'épaisseur des couches qui le constituent. Pour obtenir des filtres de haute performance répondant aux exigences élevées des applications scientifiques et industrielles de pointe, un contrôle extrêmement précis de l'épaisseur des couches est indispensable. Parmi les différentes méthodes de contrôle disponibles, on peut identifier deux grandes catégories : les techniques de contrôle non optique et les techniques de contrôle optique.
Bien qu'elles soient généralement plus simples et plus faciles à mettre en œuvre, les techniques de contrôle non optiques sont généralement assez peu précises (quelques pourcents) et, par conséquent, s'avèrent inadaptées aux conceptions hautement sensibles aux erreurs. Ce travail s'est donc concentré sur les stratégies basées sur le contrôle optique, avec pour objectif d'assurer un contrôle suffisamment précis de l'épaisseur des couches au cours de la fabrication. Le contrôle optique consiste à mesurer, in situ et en temps réel, l'évolution de la transmittance (ou de la réflectance) du filtre pendant la croissance des couches. Ce contrôle peut être réalisé soit en mode large bande, i.e. en contrôlant le spectre sur une large gamme spectrale, soit en mode monochromatique, i.e. en contrôlant à une unique longueur d'onde. Les deux approches présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Toutefois, ce travail de thèse s'est limité au contrôle optique monochromatique.
Le contrôle monochromatique, bien qu'il permette une précision accrue, est généralement complexe à utiliser car il requiert des connaissances approfondies en physique des couches minces, en technique de dépôt ainsi qu'en systèmes de contrôle optique. Un des facteurs clés de la bonne réussite du contrôle optique réside dans le choix de la (ou les) longueur(d) d'onde de contrôle, qui influence très fortement le déroulement du dépôt et peut conduire à des résultats autant excellents que très médiocres.
Dans ce contexte, nous avons développé dans le cadre de cette thèse des algorithmes visant à sélectionner automatiquement une ou des longueurs d'onde pertinentes pour la fabrication d'un filtre donné. Deux fonctions optiques représentatives ont été principalement utilisées comme cas d'étude : une fonction passe-bande et une fonction multi passe-bande. Les algorithmes ont ensuite été testés sur un large éventail de fonctions optiques différant par leur forme spectrale, leur nombre de couches et leur sensibilité aux erreurs. Parmi celles-ci figurent, entre autres, des traitements antireflet (AR), des séparateurs de faisceau, des filtres dichroïques (type passe-bas ou passe haut) ou encore des filtres Notch. La réalisation réussie de ces filtres a non seulement validé l'efficacité de l'approche algorithmique décrite ici, mais a également fourni de précieuses informations sur les mécanismes physiques sous-jacents au contrôle optique, permettant ainsi d'affiner en retour les algorithmes développés.
L'ensemble des algorithmes a été progressivement implémenté dans un logiciel dédié, transféré à la société Bühler Leybold Optics. Son objectif final est d'assister les ingénieurs de dépôt dans la recherche de solutions de contrôle optique concrètes, en générant automatiquement et de manière intuitive des stratégies de contrôle robustes et efficaces. Bien qu'il n'existe aucune solution universelle en termes de stratégies permettant de fabriquer n'importe quel type de filtres, les résultats de cette thèse démontrent que les méthodes que nous avons développées permettent de répondre efficacement à un large spectre de besoins en traitements optiques des surfaces, tant industriels que scientifiques — des plus classiques aux moins conventionnels.