Caractérisation de surface basée sur la diffusion de la lumière d'un substrat pour la lithographie EUV. Crédit :Fraunhofer IOF
Les technologies innovantes sont la clé pour relever certains des principaux défis de la société, et bon nombre de ces technologies ont un système optique en leur cœur. Les exemples incluent les systèmes de lithographie à semi-conducteurs conçus pour créer des micropuces toujours plus petites et plus économes en énergie, systèmes d'observation de la Terre à haute résolution par satellite, et la recherche fondamentale dans le domaine de la détection des ondes gravitationnelles. Dans le domaine de l'optique, cependant, même les plus petites imperfections peuvent conduire à une lumière diffuse, ce qui entraîne une diminution du contraste et un rendement lumineux inférieur. Les systèmes optiques d'aujourd'hui reposent donc sur une conception optimisée et une inspection complète de la surface complète des composants optiques. Pour y parvenir, l'Institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision IOF développe des techniques de mesure de la diffusion de la lumière qui peuvent détecter la lumière diffusée indésirable.
La qualité de surface d'une surface optique est la clé pour atteindre le niveau requis de qualité d'imagerie. Aucune surface n'est complètement exempte d'imperfections. Même les cristaux, qui sont très proches de représenter un solide idéal, présentent des défauts et des défauts. Obtenir le bon équilibre dès la phase de conception optique nécessite des spécifications détaillées dans de nombreux domaines, y compris l'étendue des points imparfaits sur la surface qui est considérée comme acceptable et le degré auquel les revêtements nécessaires et d'autres facteurs peuvent influencer ces valeurs.
Ces données peuvent être fournies par Fraunhofer IOF, qui développe une large gamme de systèmes de mesure et de capteurs de diffusion de la lumière ainsi que les méthodes analytiques et les modèles de diffusion de la lumière correspondants. Ces outils peuvent être utilisés pour appliquer un revêtement virtuel, permettant aux scientifiques de faire des prédictions de diffusion de la lumière avant que la production n'ait lieu. Ils ouvrent également la voie à la caractérisation en ligne d'optiques complexes, autrement dit, effectuer une inspection automatisée et une analyse complète d'une surface en fonction de ses ensembles de données de conception et de construction.
"Ces outils peuvent aider à obtenir l'équilibre optimal entre les coûts de fabrication et les avantages utiles. Les optiques utilisées dans les satellites en sont un bon exemple. Le défi ici est de produire plusieurs optiques du même type, par exemple en tant que modèle de vol, module de réinitialisation etc. – tout en fonctionnant aux limites de ce qui est techniquement faisable dans un environnement de production en particulier pour les applications à courtes longueurs d'onde. C'est pourquoi il est si important de s'appuyer sur des analyses en ligne offertes par les techniques de mesure de la diffusion de la lumière, " dit Marcus Trost, qui dirige le groupe de caractérisation chez Fraunhofer IOF.
La technique de mesure de la diffusion de la lumière offre des avantages évidents
Les imperfections de surface sont traditionnellement mesurées par microscopie, l'interférométrie ou les méthodes tactiles qui impliquent de sonder la surface avec une aiguille en diamant. Ces techniques sont très chronophages et coûteuses, toutefois. Pour les surfaces lisses, les systèmes de mesure de la diffusion de la lumière offrent déjà une alternative éprouvée qui combine une haute sensibilité avec des mesures sans contact. Quoi de plus, ils ne sont pas sensibles aux vibrations, ce qui en fait une option très robuste. Par exemple, il faudrait plus de 40 ans pour inspecter toute la surface d'un miroir de 60 centimètres de diamètre avec un microscope à force atomique, Pourtant, les techniques de diffusion de la lumière pourraient être utilisées pour faire le même travail en quelques heures seulement.
Cela fait de cette méthode un bon choix pour répondre aux exigences toujours plus exigeantes de l'industrie et de la recherche de composants optiques. Il permet également de répondre à des normes fonctionnelles et de qualité élevées tout en optimisant les coûts et les délais de production. Fraunhofer IOF répond déjà à la demande internationale de caractérisation optique des producteurs de systèmes optiques, et elle a également construit un solide réseau d'expertise dans la « Optics Valley » allemande, un cluster d'entreprises de haute technologie dans la région d'Iéna.
Contrôle de la rugosité pendant le tournage au diamant avec un capteur de diffusion de la lumière. Crédit :Fraunhofer IOF
Les missions satellitaires bénéficient déjà
Fraunhofer IOF a déjà apporté son expertise à la fabrication et à l'optimisation de plusieurs optiques satellitaires, y compris le programme de cartographie et d'analyse de l'environnement du Centre aérospatial allemand (EnMAP). A partir de cette année, ce projet vise à compiler les informations résolues spectralement les plus détaillées jamais acquises sur les écosystèmes à la surface de la Terre. Les compétences de Fraunhofer IOF ont également été appliquées aux applications d'observation multispectrale de la Terre qui font partie du programme Sentinel de l'Agence spatiale européenne. L'ESA lancera également cette année un nouveau télescope dans l'espace :le télescope spatial Euclid effectuera un nouveau relevé des confins de l'univers, ouvrant la voie à de nouvelles connaissances sur la matière noire et l'énergie noire.
Prêt à être intégré à la production
Contrairement aux techniques de mesure traditionnelles, cette méthode n'est pas sensible aux vibrations, facilitant leur intégration dans les processus de production. Par exemple, La figure 2 montre l'intégration d'un capteur de diffusion de lumière compact dans un tour diamanté ultra-précis spécialement développé pour la caractérisation rapide et flexible de la rugosité et des défauts. Cela permet d'effectuer la caractérisation de la rugosité de surface en ligne dans le processus de fabrication et même de modifier les paramètres du processus selon les besoins.
Les systèmes de mesure de Fraunhofer IOF répondent également aux critères du projet de phare de Fraunhofer « Essaims hiérarchiques en tant qu'architecture de production avec une utilisation optimisée (SWAP) ». Ce projet vise à identifier de nouveaux concepts technologiques pour façonner l'avenir de la production. Son objectif principal est de passer du traitement traditionnel des pièces dans une séquence définie de processus à une production plus collaborative et (semi-)autonome.
