EP2737515A1 - Installation et procédé de traitement d'un objet par des générateurs de plasma - Google Patents
Installation et procédé de traitement d'un objet par des générateurs de plasmaInfo
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- EP2737515A1 EP2737515A1 EP12740944.9A EP12740944A EP2737515A1 EP 2737515 A1 EP2737515 A1 EP 2737515A1 EP 12740944 A EP12740944 A EP 12740944A EP 2737515 A1 EP2737515 A1 EP 2737515A1
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Definitions
- the present invention relates to the field of the treatment of an object, more particularly to the treatment of the surface of this object.
- the ion bombardment means make it possible to incorporate ions into a surface of an object, in particular to influence the mechanical properties of this surface (hardness, tribology, etc.).
- the ionic bombardment means conventionally comprise, as those described in FR-A-2 899 242, ion generator means and ion applicator means.
- the ion applicator usually comprises means selected for example from electrostatic ion beam shaping lenses, a diaphragm, a shutter, a collimator, an ion beam analyzer and a beam controller. ions.
- the ion generator usually comprises means selected for example from an ionization chamber, an electron cyclotron resonance ion source, also called a plasma source, an ion accelerator and an ion separator.
- FR-A-2,899,242 proposes to house all the ion bombardment means (ion generator and ion applicator) as well as the surfaces to be treated in a vacuum chamber. Vacuum means are connected to this chamber.
- an ion bombardment facility can be used to process different objects. It is therefore necessary to size the installation according to the objects to be processed the largest.
- the invention is particularly intended to provide a surface treatment facility of an object that easily adapts to the object to be treated.
- the subject of the invention is an installation for treating a surface of an object, of the type comprising:
- processing means in communication with the vacuum chamber of the surface of the object comprising at least two plasma generators,
- control means comprising means for activating / deactivating the generator.
- the installation comprises at least two separate plasma generators. She can understand, for example, five or ten or more.
- this installation comprising several plasma generators which each comprise means of activation / deactivation, it is possible to treat, one after the other, in the same installation, parts having different surfaces to be treated, using only the plasma generators necessary for carrying out the desired surface treatment.
- the number of activated generators may also depend on the type of surface treatment performed. For example, it may be necessary to activate more or less generators depending on whether it is desired to perform a surface activation treatment by plasma, to deposit a protective coating by plasma-assisted chemical vapor deposition, called PECVD according to the acronym for "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" or to do an ion bombardment treatment.
- PECVD plasma-assisted chemical vapor deposition
- plasma generators can be used interchangeably to perform, alternately, plasma treatments, that is to say surface activation treatments or PECVD treatments, and ion bombardment treatments.
- the gases most often used are chosen from air, argon (Ar), oxygen (O 2 ), dinitrogen (N 2 ), nitrous oxide (N 2 0), carbon dioxide (C0 2 ), water vapor ( ⁇ 2 0 (9) ), ammonia (NH 3 ) or iodine (l 2 ), alone or in mixture.
- the gases are preferably chosen from the group of disiloxanes such as hexamethyldisiloxane (HMDSO) or tetramethyldisiloxane (TMDSO), from the group of aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons such as methane (CH 4 ) , ethane (C 2 H 6 ), ethylene (C 2 H 4 ), cyclopentene (C 5 H 8 ), among the group of nitrogenous derivatives such as nitroethane (C 2 H 5 N0 2 ), among the group of primary alcohols, such as methanol (CH 4 0) or ethanol (C 2 H 6 O), alone or as a mixture.
- HMDSO hexamethyldisiloxane
- TMDSO tetramethyldisiloxane
- This treatment allows producing on the surface of the objects a very thin protective layer of thickness in particular between 10 and 100 nm in material predominantly or entirely inorganic; during an ion bombardment treatment, the ions used for the bombardment will be ions derived from precursor gases preferentially chosen from helium (He), argon (Ar) or dinitrogen (N), alone or as a mixture.
- precursor gases preferentially chosen from helium (He), argon (Ar) or dinitrogen (N), alone or as a mixture.
- the installation may further include one or more of the following optional features, taken alone or in combination:
- the activation / deactivation means comprise a switch.
- the control means comprise, for example, means for controlling the power of the generator, means for adjusting the position of the generator or means for controlling the flow of gas.
- the installation comprises means for identifying the object to be processed, for example, an optical reader bar code or identification number of the object such a binary coding.
- This identification of the object can be carried by the object itself or by the object support. Indeed, the object support is generally specific to each object to be processed, therefore, the identification of the object can be performed by identification of the object support.
- Plasma generators are small, that is to say that the largest dimension is less than 10 cm, preferably less than 5 cm.
- the generators are arranged side by side and form a matrix.
- the installation further comprises PVD deposition means by vacuum cathode sputtering or by vacuum evaporation.
- PVD deposition means by vacuum cathode sputtering or by vacuum evaporation.
- Physical Vapor Deposition denotes a physical vapor phase deposit which makes it possible to produce on the surface of the objects a very thin metal layer of thickness comprised in particular between 1 and 150 nm, preferably between 10 and 100 nm.
- This metal layer may be for example aluminum, silver, chromium, an alloy of nickel and chromium, titanium, zinc and their oxides or also a stainless steel (ST 304, 306, 310, 312 , 321, for example).
- the same plasma generators are able to be used indifferently to perform, alternately, plasma treatments, that is to say surface activation treatments or PECVD treatments, and ion bombardment treatments.
- the installation comprises ion bombardment means and plasma processing means, the plasma generators being common to the ion bombardment means and the plasma processing means.
- the ionic bombardment means comprise means forming ion generator and ion applicator means.
- the ion applicator may comprise electrostatic ion beam shaping lenses.
- Plasma generators are small, the largest dimension being less than 10 cm, preferably less than 5 cm.
- the plasma generators are arranged side by side and form a matrix, for example a matrix with a single line and several columns, several rows and a single column, or several rows and several columns.
- Plasma generators include, to allow ion bombardment:
- At least one accelerating electrode disposed between, on the one hand, said terminals and, on the other hand, the object on the surface of which it is desired to bombard the ions, the accelerating electrode making it possible to accelerate the species which one wants to bomb.
- Plasma generators may also include ion beam shaping means for focusing or diverging the ion beam formed by the plasma generators during ion bombardment, said beam shaping means being ions which may comprise an accelerating electrode whose regulation of the voltage makes it possible to focus or make the ion beam diverge.
- the plasma generators are arranged side by side and form a matrix, the ion beam shaping means making it possible to diverge the respective ion beams so that the ion beams of side-by-side plasma generators overlap.
- the vacuum chamber contains a mobile support to position each object to be treated.
- the support is rotatably mounted in said vacuum chamber along an axis of rotation.
- the support can move in translation parallel to its axis of rotation.
- the support is removable; it is thus easy to position each object to be treated on the support before arranging the support in said vacuum chamber.
- the support is a planetary support rotatably mounted in said vacuum chamber about an axis of rotation, this planetary support can carry several satellite supports, in particular rotatably mounted on the support, each around an axis of rotation, these axes of rotation. rotation can be parallel to the axis of rotation of the planetary support.
- Said vacuum chamber can be evacuated using pumping means, making it possible to reach a vacuum of between 10 -1 mbar and 10 6 mbar.
- the installation is configured so that the vacuum chamber, namely the chamber intended to receive the object to be treated, is set to a vacuum of between 10 "3 mbar and 10 " 4 mbar during the implementation of the bombardment ionic.
- the plasma generators each comprise an ionization chamber.
- the plasma generators each comprise an ionization chamber which is connected to pumping means independent of the pumping means of the vacuum chamber.
- the installation, the pumping means of the plasma generators and the pumping means of the said vacuum chamber are configured so that the ionisation chambers of the plasma generators can be placed simultaneously at a vacuum between 10 and 10 min. "6 mbar and 10 " 7 mbar and said vacuum chamber at a vacuum of between 10 "3 mbar and 10 " 4 mbar, while keeping these ionization chambers of plasma generators in communication with said vacuum chamber.
- This pressure differential may in particular be obtained by varying the power differences between pumps of the pumping means. This pressure differential is used for the ion bombardment of the object to be treated.
- the subject of the invention is also a method for treating a surface of an object, characterized in that it comprises the following steps:
- the object comprising at least one surface to be treated
- the method may further include one or more of the following optional features, taken alone or in combination:
- the step of treating the object comprises a step of activating the surface by plasma, a PECVD deposition step and / or an ion bombardment step.
- the plasma generators are arranged side by side and form a matrix, and the plasma generators include ion beam shaping means for focusing or diverge the ion beams formed by the plasma generators to form a matrix. ion bombardment, the ion beam shaping means being adjusted to diverge the respective ion beams so that the side-by-side plasma generator beams overlap.
- the identification step of the object to be processed is performed by reading an identification bar code of the object.
- the method comprises a step of storing the parameters assigned to each object in a database.
- the step of determining each generator to be activated is performed by a computer program.
- the method comprises several successive stages of treatment of the surface of the object.
- Figure 1 is a schematic elevational view of a processing installation according to a first embodiment of the invention
- FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma generator
- Figure 3 is a schematic top view of an installation according to a second embodiment of the invention
- FIG. 4 is a view of an arrangement of the plasma generators according to section plane IV-IV of FIG. 3.
- FIG. 1 shows an installation 10 for treating a surface of an object according to a first embodiment of the invention.
- the installation 10 is intended in particular to treat the surface of a projector element or motor vehicle lights such as a mask, a hubcap, a plate, a housing, a reflector, a projector screen or a blade of wiper.
- a projector element or motor vehicle lights such as a mask, a hubcap, a plate, a housing, a reflector, a projector screen or a blade of wiper.
- the installation 10 is intended to treat the surface of the object, in particular to perform thin film deposition and / or influence the mechanical and / or optical properties of the surface of the object.
- the installation 10 comprises a vacuum chamber 12 in which at least one object 14 is intended to be placed.
- the chamber 12 contains a removable support 16, rotatably mounted in the chamber 12 along an axis of rotation 18. This support 16 can also move in translation parallel to the axis of rotation 18. This support 16 being removable, it is easy to position each object to be treated on the support 16 before disposing the support 16 in the chamber 12.
- This chamber 12 can be evacuated by means of pumping means 20 comprising a primary pumping assembly 22, making it possible to reach a vacuum of approximately 10 -2 mbar and, preferably, a pumping assembly. secondary 24, to achieve a vacuum between 10 -2 mbar and 10 "6 mbar.
- pumping means 20 comprising a primary pumping assembly 22, making it possible to reach a vacuum of approximately 10 -2 mbar and, preferably, a pumping assembly. secondary 24, to achieve a vacuum between 10 -2 mbar and 10 "6 mbar.
- the primary pumping assembly 22 may, for example, comprise a rotary mechanical pump 26 connected in series with a Roots pump 28.
- the rotary mechanical pump 26 makes it possible to reach a vacuum of approximately 10 -1 mbar. vacuum then allows the priming of the Roots pump 28. The latter makes it possible to reach a vacuum of approximately 10 -2 mbar.
- the set of secondary pump 24 includes a pump to achieve a vacuum of between 10 "2 and 10" 6 mbar approximately, e.g., a diffusion pump 30.
- vacuum means 20 are connected to the installation 10 by conduits C and valves V which make it possible to selectively connect, according to the desired treatment conditions, the different parts of the installation to the pumping means 20 .
- the installation 10 comprises processing means 32 in the chamber 12 of the surface of the object 14.
- processing means 32 comprise, in the present case, five aligned plasma generators 34 arranged side by side and comprising electrodes 36A, 36B and 36C.
- These generators 34 are of small dimensions, that is to say that their largest dimension is less than 10 cm.
- the generators 34 Due to the small size of the plasma generators 34, in comparison with conventional generators whose smallest dimension is of the order of 25 cm, the generators 34 can easily be placed side by side without having a very large installation by allowing closer bundles to improve the homogeneity of the treatment.
- these generators 34 can be arranged sufficiently close to each other, so that a surface of an object 14 placed in the chamber 12 can be treated homogeneously, using several of these generators.
- the installation 10 makes it possible to treat the surface of the objects by plasma and ion bombardment treatment and the generators 34 are common to the plasma processing means and to the ion bombardment means.
- the installation 10 further comprises gas injection means 38, 40 which comprise, in particular, valves 39, 41, a gas flow control device 42, for example a calibrated mass flowmeter, and conduits 43, 45 in order to inject the selected gas at the desired location with the required flow rate at the surface treatment performed.
- gas injection means 38, 40 which comprise, in particular, valves 39, 41, a gas flow control device 42, for example a calibrated mass flowmeter, and conduits 43, 45 in order to inject the selected gas at the desired location with the required flow rate at the surface treatment performed.
- the injected gases can be injected alone or as a mixture.
- the first gas is injected, by the injection means 38, into each plasma generator 34 and the second gas is injected into the vacuum chamber 12, by means of injection 40 which comprise a diffuser tube 44 disposed in the vacuum chamber 12, between the plasma generators 34 and the object to be treated 14.
- injection 40 which comprise a diffuser tube 44 disposed in the vacuum chamber 12, between the plasma generators 34 and the object to be treated 14.
- FIG. the diffuser tube 44. It is easy to ensure that these injection means 40 make it possible to bring several gases of different types, alone or as a mixture, into the tube 44.
- the plasma processing means comprise the same plasma generators 34 as the ion bombardment means.
- a plasma generator 34 and its operation will be described.
- To perform an ion bombardment treatment it is necessary, after creating a plasma between two terminals 35A and 35B connected to different potentials and included in the generator 34, to select the species that it is desired to bombard by means of an extracting electrode 36A and accelerating them by means of two accelerating electrodes 36B and 36C disposed between, on the one hand, the terminals 35A and 35B and, on the other hand, the object 14 on the surface of which it is desired to bombard the ions .
- the terminal 35A is for example connected to a reference potential and electrically isolated from the rest of the generator 34 and the terminal 35B is connected to a potential for generating the plasma between the two terminals 35A and 35B.
- the accelerating electrode 36C may be part of ion beam shaping means for focusing or diverging the ion beam formed by the plasma generator 34 during ion bombardment.
- the accelerating electrode 36C is in this case connected to means for regulating the voltage to which it is subjected. By regulating, this tension it is possible to focus or to diverge the ion beam.
- the installation 10 also comprises control means 46 of each generator independently of any other generator. Thus, it is possible to vary the power of each plasma generator 34 independently of the other generators 34. It is also possible to control the flow of gas that supplies each generator 34. During the ion bombardment treatment, these control means 46 may also include means for adjusting the position of the generator and means for adjusting the angle of the emitted ion beam.
- the control means 46 of each generator furthermore comprise activation / deactivation means 48 of the generator 34.
- activation means / deactivation 48 may include a switch.
- the installation 10 also comprises isolation means 50 of the plasma generators 34 with respect to the vacuum chamber 12.
- isolation means comprising for example a door 50 that can be closed or opened depending on whether wishes to isolate or not the generators 34 of the vacuum chamber 12.
- the door 50 can be closed, so that the generators 34 can remain under vacuum, whereas room 12 is returned to the atmosphere.
- the installation 10 also comprises identification means 52 of the object 14 to be processed, such as for example an optical reader capable of reading a bar code 54 for identifying the object 14.
- the code bar 54 is here carried by the support 16 which is specific to the object 14 to be treated.
- control means 46 and the identification means 52 are controlled by means of a computer program 56 called "PLC" according to the English acronym for "Program Logical Controller” or by means of an industrial computer.
- PLC computer program 56
- Figure 3 shows a second embodiment of the installation in which the elements common to both embodiments are identified by the same reference numerals.
- the support 16 is a planetary support rotatably mounted in the chamber 12 about an axis of rotation 18.
- This planetary support 16 carries a plurality of satellite supports 58 rotatably mounted on the support 16 each around an axis of rotation. rotation 60. These axes of rotation 60 are, in this case, parallel to the axis of rotation 18 of the planetary support16.
- These satellite supports 58 in this example four in number, are intended to each carry at least one object to be treated 14.
- This planetary support 16 can also move in translation parallel to the axis of rotation 18.
- the injection means 38, 40 are arranged differently than in the first embodiment. Indeed, in this second embodiment, the two gases are injected into the plasma generators 34. In addition, in this second embodiment, the two gases can be mixed before their arrival in the generator.
- the installation 10, shown in FIG. 3 also comprises a PVD deposition means 62 housed in the vacuum chamber 12.
- PVD deposition means 62 housed in the vacuum chamber 12.
- the necessary level of vacuum is different and the closing of the door 50 keeps the plasma generators 34 under the appropriate vacuum conditions.
- FIG. 4 shows an assembly 64 of generators 34 of the installation 10 shown in FIG. 3.
- This assembly 64 comprises thirty generators 34 distributed in six rows and five columns on a support 66 for a given treatment of the surface of one or more objects 14 identified and placed in the vacuum chamber 12.
- the support 66 is substantially rectangular in shape and plane. It is understood that the shape of the support 66 is not limited to a rectangle. One could imagine, for example in the case of a chamber 12 whose wall is cylindrical, that the support 66 matches the shape of the wall of the chamber 12. This support 66 could also take a curved shape in order to reach certain surfaces objects 14 to be treated and this, regardless of the shape of the chamber 12.
- the hatched generators 34A represent the generators which are activated during the surface treatment whereas the other generators 34B represent the generators which will be deactivated for this treatment. It can be seen that in this example, fourteen generators are active.
- the activated generators 34A are determined for a given object 14 and for a given treatment.
- the surface to be treated of the object 14 may be different depending on the type of treatment that is applied to the object 14. Thus, one may wish to make a PVD deposit on a surface of the object 14 and realize ionic bombardment on another surface of the object 14. These surfaces may however have common areas, in whole or in part.
- the invention is not limited to the embodiments described above.
- plasma generators common to the ion bombardment means and the plasma processing means, it is equally possible to envisage having several plasma generators, at least two of which are dedicated to a specific type of treatment.
- the supports 16 of the first and second embodiments are interchangeable and not limited to the media presented.
- the first embodiment may also include PVD deposition means 62 housed in the vacuum chamber 12 and generators arranged in a matrix.
- Example 1 Method of treating one or more objects 14
- An object 14 is considered which one wishes to treat a surface.
- Different parameters of the object 14 are determined such as the surface or surfaces to be treated, the type of surface treatment to be carried out, the treatment sequence, the geometry of the object, etc. These parameters make it possible, for a given surface treatment, in particular to determine each generator to be activated, which power to use to power each generator, whether or not to supply the extraction electrodes 36A and the 36B and 36C ion acceleration electrodes. What is the nature of the gas to be used, what gas flow is needed.
- This identifier may, for example, be a barcode 54 associated with the object 14.
- This database is hosted on the computer 56 on which the program "PLC" is executed. It is also conceivable that the database is hosted on another computer.
- the object 14 When the object 14 is ready to be processed in the installation 10, the object 14 is placed on its specific support 16 and the object is identified by the identification means 52 which makes it possible to read the bar code 54 carried by the support 16 of the object 14. This identification makes it possible to extract from the database the parameters related to the object 14 as well as the sequence of treatments that must be applied to it.
- the processing parameters are sent to the "PLC" program which controls the pumping means 20, the control means 46 of each generator 34 as well as the required gas flows.
- the assembly of the support 16 and the object 14 are then placed in the vacuum chamber 12 and the vacuum conditions appropriate to the various surface treatments are achieved, which it is desired to produce a vacuum of approximately 10 -3 mbar.
- the door 50 is opened to put the generators 34, previously maintained at a vacuum level of about 10 -6 mbar, in communication with the chamber 12.
- an ion bombardment treatment is carried out by a single-charged Helium ion (He + ) beam. Thanks to the identification of object 14, the "PLC" program will notably activate selectively the generators 34 necessary for each treatment.
- He + Helium ion
- the bombardment is carried out, on the one hand, by exciting the generators 34A of small dimensions at a frequency of 2.45 GHz to initiate the plasma and, on the other hand, feeding them with helium.
- the plasma thus created, the He + ions are extracted by means of the electrode 36A raised to a potential of 30 kV and then accelerated by the electrode 36B brought to a potential of 25 kV and a current of 1 mA and the electrode 36C brought to zero potential (earth) and a current of 1 mA.
- the program "PLC” or the industrial computer can further control the speed of rotation of the support 16 to control the processing time of each surface of the object 14.
- the rotation speed is set to correspond at a treatment time of the surface of 3 seconds corresponding to a dose of He + ions received of 6.10 15 ions / cm 2 .
- the gate 50 is closed and a pumping is carried out to reach 10 -5 mbar, under which conditions a PVD deposit of an aluminum layer between 50 and 70 nm thick is made. .
- the generators 34 necessary for this treatment at a frequency of 2.45 GHz are selectively energized to initiate the HMDSO plasma.
- the monomers polymerize and deposit on the object 14, forming a transparent protective layer of the aluminum layer previously deposited by PVD.
- the injection of gas and the supply of the generators 34 are stopped after 60 seconds to obtain a deposit having a thickness of between 25 and 40 nm.
- the door 50 is then closed and the chamber 12 is returned to atmospheric pressure in order to extract each treated object 14.
- the installation 10 is then available for processing one or more new objects.
- Deposits made by PVD and PECVD can also be modified using ion bombardment at the same time as PVD or PECVD deposition.
- gas mixtures chosen from He / Ar mixtures (for example in gas flow ratio: 80/20 or 50/50), He / N2 (for example gas flow rate: 80/20 or 20/80) or He / Ar / N 2 (for example in gas flow ratio: 60/20/20).
- the following mixtures can be used: air / Ar (for example in gas flow ratio: 60/40), Ar / N2 (for example in gas flow ratio: 50/50), Ar / N 2 0 (for example in gas flow ratio: 50/50 or 80/20), HMDSO / TMDSO (for example in gas flow ratio: 80/20), HMDSO / N 2 0 / Ar (for example in gas flow ratio: 70/10/20), CH 4 / N 2 0 (for example in gas flow ratio: 80/20) or HMDSO / N 2 0/0 2 (for example in flow ratio of gas: 80/10/10).
- air / Ar for example in gas flow ratio: 60/40
- Ar / N2 for example in gas flow ratio: 50/50
- Ar / N 2 0 for example in gas flow ratio: 50/50 or 80/20
- HMDSO / TMDSO for example in gas flow ratio: 80/20
- HMDSO / N 2 0 / Ar for example in gas flow ratio: 70/10/20
- the gases can be mixed upstream of the generators 34 or by a selective supply of the generators 34.
- a He / Ar mixture for example 80/20 in terms of flow rate of gas
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Abstract
Cette installation (10) de traitement d'une surface d'un objet (14) comprend une chambre à vide (12), dans laquelle l'objet (14) est destiné à être placé et des moyens de traitement (32) en communication avec la chambre à vide (12) de la surface de l'objet (14) comprenant au moins deux générateurs de plasma (34). L'installation (10) comprend également des moyens de contrôle (46) de chaque générateur (34) indépendamment de tout autre générateur (34). Ces moyens de contrôle (46) comportent des moyens d'activation/ désactivation (48) du générateur (34). L'invention concerne également un procédé de traitement d'une surface d'un objet (14).
Description
Installation et procédé de traitement d'un objet par des générateurs de plasma
La présente invention concerne le domaine du traitement d'un objet, plus particulièrement du traitement de la surface de cet objet.
On connaît déjà dans l'état de la technique, notamment d'après FR-A-2 899 242, une installation de traitement d'un objet comprenant des moyens de bombardement ionique destinés à traiter au moins une surface de l'objet.
Les moyens de bombardement ionique permettent d'incorporer des ions dans une surface d'un objet, notamment pour influencer les propriétés mécaniques de cette surface (dureté, tribologie, etc.).
Les moyens de bombardement ionique comprennent classiquement, comme ceux décrits dans FR-A-2 899 242, des moyens formant générateur d'ions et des moyens formant applicateur d'ions.
L'applicateur d'ions comprend habituellement des moyens choisis par exemple parmi des lentilles électrostatiques de mise en forme de faisceau d'ions, un diaphragme, un obturateur, un collimateur, un analyseur de faisceau d'ions et un contrôleur de faisceau d'ions.
Le générateur d'ions comprend habituellement des moyens choisis par exemple parmi une chambre d'ionisation, une source d'ions à résonance cyclotronique électronique, également appelée source de plasma, un accélérateur d'ions et un séparateur d'ions.
Le bombardement ionique est habituellement réalisé sous vide. Ainsi, FR-A- 2 899 242 propose de loger l'ensemble des moyens de bombardement ionique (générateur d'ions et applicateur d'ions) ainsi que les surfaces à traiter dans une chambre à vide. Des moyens de mise sous vide sont raccordés à cette chambre.
Ces moyens de mise sous vide doivent permettre d'obtenir un vide relativement poussé dans la chambre, par exemple de l'ordre de 10"2 mbar à 10"6 mbar.
Or, une installation de bombardement ionique peut être utilisé pour traiter des objets différents. Il faut donc dimensionner l'installation en fonction des objets à traiter les plus volumineux.
L'invention a notamment pour but de proposer une installation de traitement de surface d'un objet qui s'adapte facilement à l'objet à traiter.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation de traitement d'une surface d'un objet, du type comprenant :
- une chambre à vide, dans laquelle l'objet est destiné à être placé,
- des moyens de traitement en communication avec la chambre à vide de la surface de l'objet comportant au moins deux générateurs de plasma,
caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle de chaque générateur indépendamment de tout autre générateur, les moyens de contrôle comportant des moyens d'activation/désactivation du générateur.
On comprend que par « au moins deux », on précise que l'installation comprend au minimum deux générateurs de plasma distincts. Elle peut en comprendre, par exemple, cinq, voire dix ou plus.
Grâce à cette installation comprenant plusieurs générateurs de plasma qui comportent chacun des moyens d'activation/désactivation, on peut envisager de traiter, l'une après l'autre, dans une même installation, des pièces ayant des surfaces à traiter différentes, en utilisant uniquement les générateurs de plasma nécessaires à la réalisation du traitement de surface désiré.
Ainsi, pour une surface à traiter donnée, on pourra activer quatre générateurs alors que pour une autre surface donnée, seules deux générateurs seront activés.
On notera que le nombre de générateur activés peut également dépendre du type de traitement de surface réalisé. Par exemple, il pourrait être nécessaire d'activer plus ou moins de générateurs selon que l'on désire réaliser un traitement d'activation de surface par plasma, faire un dépôt d'un revêtement protecteur par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, appelé PECVD conformément au sigle anglais pour « Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition » ou faire un traitement par bombardement ionique.
On notera également que les mêmes générateurs de plasma peuvent être utilisés indifféremment pour réaliser, en alternance, des traitements par plasma, c'est-à-dire des traitements d'activation de surface ou des traitements PECVD, et des traitements par bombardement ionique.
Ainsi, lors d'un traitement d'activation ou de minéralisation de surface par plasma, les gaz les plus souvent utilisés sont choisis parmi l'air, l'argon (Ar), le dioxygène (02), le diazote (N2), le protoxyde d'azote (N20), le dioxyde de carbone (C02), la vapeur d'eau (Η20(9)), l'ammoniac (NH3) ou l'iode (l2), seuls ou en mélange. Lors d'un dépôt PECVD, les gaz sont préférentiellement choisis parmi le groupe des disiloxanes tels que l'hexaméthyldisiloxane (HMDSO) ou le tétraméthyldisiloxane (TMDSO), parmi le groupe des hydrocarbonés aliphatiques, cycloaliphatiques, aromatiques tel que le méthane (CH4), l'éthane (C2H6), l'éthylène (C2H4), le cyclopentène (C5H8), parmi le groupe des dérivés azotés tel que le nitroéthane (C2H5N02), parmi le groupe des alcools primaires tel que le méthanol (CH40) ou l'éthanol (C2H60), seuls ou en mélange. Ce traitement permet de
réaliser sur la surface des objets une couche de protection très mince d'épaisseur comprise notamment entre 10 et 100 nm en matériau majoritairement ou en totalité inorganique ; lors d'un traitement par bombardement ionique, les ions utilisés pour le bombardement seront des ions issus de gaz précurseurs préférentiellement choisis parmi l'hélium (He), l'argon (Ar) ou le diazote (N), seuls ou en mélange.
L'installation peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison :
- Les moyens d'activation/désactivation comprennent un interrupteur.
- Les moyens de contrôle comprennent, par exemple, des moyens de contrôle de la puissance du générateur, des moyens de réglage de position du générateur ou des moyens de contrôle du débit de gaz.
- L'installation comprend des moyens d'identification de l'objet à traiter, par exemple, un lecteur optique de code barre ou de numéro d'identification de l'objet tel un codage binaire. Cette identification de l'objet peut être portée par l'objet lui- même ou par le support d'objet. En effet, le support d'objet est généralement spécifique à chaque objet à traiter, en conséquence, l'identification de l'objet peut être réalisée par identification du support d'objet.
- Les générateurs de plasma sont de petites dimensions, c'est-à-dire que la plus grande dimension est inférieure à 10 cm, de préférence inférieure à 5 cm.
- Les générateurs sont disposés côte à côte et forment une matrice.
- L'installation comprend en outre des moyens de dépôt PVD par pulvérisation cathodique sous vide ou par évaporation sous vide. Le sigle en anglais PVD
(« Physical Vapor Déposition ») désigne un dépôt physique en phase vapeur qui permet de réaliser sur la surface des objets une couche métallique très mince d'épaisseur comprise notamment entre 1 et 150 nm, préférentiellement entre 10 et 100 nm. Cette couche métallique peut être par exemple de l'aluminium, de l'argent, du chrome, un alliage de nickel et de chrome, du titane, du zinc et leurs oxydes ou également un acier inoxydable (ST 304, 306, 310, 312, 321 , par exemple).
- Les mêmes générateurs de plasma sont aptes à être utilisés indifféremment pour réaliser, en alternance, des traitements par plasma, c'est-à-dire des traitements d'activation de surface ou des traitements PECVD, et des traitements par bombardement ionique.
- L'installation comprend des moyens de bombardement ionique et des moyens de traitement par plasma, les générateurs de plasma étant communs aux moyens de bombardement ionique et aux moyens de traitement par plasma.
- Les moyens de bombardement ionique comprennent des moyens formant
générateur d'ions et des moyens formant applicateur d'ions.
- L'applicateur d'ions peut comprendre des lentilles électrostatiques de mise en forme de faisceau d'ions.
- Les générateurs de plasma sont de petites dimensions, la plus grande dimension étant inférieure à 10 cm, de préférence inférieure à 5 cm.
- Les générateurs de plasma sont disposés côte à côte et forment une matrice, par exemple une matrice avec une seule ligne et plusieurs colonnes, plusieurs lignes et une seule colonne, ou bien plusieurs lignes et plusieurs colonnes.
- Les générateurs de plasma comprennent, pour permettre le bombardement ionique:
- deux bornes reliées à des potentiels différents permettant de créer un plasma entre ces deux bornes,
- une électrode extractrice permettant de sélectionner les espèces que l'on désire bombarder, et
- au moins une électrode accélératrice disposée entre, d'une part, lesdites bornes et, d'autre part, l'objet sur la surface duquel on souhaite bombarder les ions, l'électrode accélératrice permettant d'accélérer les espèces que l'on désire bombarder.
- Les générateurs de plasma peuvent également comprendre des moyens de mise en forme de faisceau d'ions permettant de focaliser ou faire diverger le faisceau d'ions formé par les générateurs de plasma lors du bombardement ionique, ces moyens de mise en forme de faisceau d'ions pouvant comprendre une électrode accélératrice dont la régulation de la tension permet de focaliser ou faire diverger le faisceau d'ions.
- Les générateurs de plasma sont disposés côte à côte et forment une matrice, les moyens de mise en forme de faisceau d'ions permettant de faire diverger les faisceaux d'ions respectifs pour que les faisceaux d'ions de générateurs de plasma côte à côte se recouvrent.
- La chambre à vide contient un support mobile pour y positionner chaque objet à traiter.
- Le support est monté libre en rotation dans ladite chambre à vide selon un axe de rotation.
- Le support peut se déplacer en translation parallèlement à son axe de rotation.
- Le support est amovible ; on peut ainsi facilement positionner chaque objet à traiter sur le support avant de disposer le support dans ladite chambre à vide.
- Le support est un support planétaire monté rotatif dans ladite chambre à vide autour d'un axe de rotation, ce support planétaire pouvant porter plusieurs supports satellites, notamment montés rotatifs sur le support, chacun autour d'un axe de rotation, ces axes de rotation pouvant être parallèles à l'axe de rotation du support planétaire.
- Ladite chambre à vide est susceptible d'être mise sous vide à l'aide de moyens de pompage, permettant d'atteindre un vide compris entre 10"1 mbar et 10"6 mbar.
- L'installation est configurée pour que la chambre à vide, à savoir la chambre destinée à recevoir l'objet à traiter, soit mise à un vide compris entre 10"3 mbar et 10"4 mbar lors de la mise en œuvre du bombardement ionique.
- Les générateurs de plasma comprennent chacun une chambre d'ionisation.
- Les générateurs de plasma comprennent chacun une chambre d'ionisation qui est reliées à des moyens de pompage indépendant des moyens de pompage de la chambre à vide. Selon un mode de réalisation, l'installation, les moyens de pompage des générateurs de plasma et les moyens de pompage de ladite chambre à vide sont configurés pour pouvoir placer simultanément respectivement les chambres d'ionisation des générateurs de plasma à un vide compris entre 10"6 mbar et 10"7 mbar et ladite chambre à vide à un vide compris entre 10"3 mbar et 10"4 mbar, tout en gardant ces chambres d'ionisation des générateurs de plasma en communication avec ladite chambre à vide. Ce différentiel de pression peut notamment être obtenu en jouant sur les différences de puissance entre des pompes des moyens pompage. Ce différentiel de pression est mis en œuvre pour le bombardement ionique de l'objet à traiter.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement d'une surface d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- attribuer au moins un paramètre à l'objet,
- identifier l'objet à traiter, l'objet comprenant au moins une surface à traiter,
- placer l'objet à traiter dans la chambre à vide d'une installation telle que décrite précédemment,
- déterminer chaque générateur à activer en fonction de chaque paramètre de l'objet identifié,
- traiter l'objet en activant chaque générateur de plasma déterminé à l'étape précédente.
Le procédé peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison :
- L'étape de traitement de l'objet comprend une étape d'activation de la surface
par plasma, une étape de dépôt PECVD et/ou une étape de bombardement ionique.
- Les générateurs de plasma sont disposés côte à côte et forment une matrice, et les générateurs de plasma comprennent des moyens de mise en forme de faisceau d'ions permettant de focaliser ou faire diverger les faisceaux d'ions formés par les générateurs de plasma pour le bombardement ionique, les moyens de mise en forme de faisceau d'ions étant réglés de manière à faire diverger les faisceaux d'ions respectifs pour que les faisceaux de générateurs de plasma côte à côte se recouvrent.
- L'étape d'identification de l'objet à traiter est réalisée par lecture d'un code barre d'identification de l'objet.
- Le procédé comprend une étape de stockage des paramètres attribués à chaque objet dans une base de données.
- L'étape de détermination de chaque générateur à activer est réalisée par un programme d'ordinateur.
- Le procédé comporte plusieurs étapes successives de traitement de la surface de l'objet.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une installation de traitement selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un générateur de plasma ; la figure 3 est une vue schématique de dessus d'une installation selon un second mode de réalisation de l'invention ;
la figure 4 est une vue d'un agencement des générateurs de plasma selon le plan de coupe IV-IV de la figure 3.
On a représenté sur la figure 1 une installation 10 de traitement d'une surface d'un objet selon un premier mode de réalisation de l'invention.
L'installation 10 est destinée notamment à traiter la surface d'un élément de projecteur ou de feux pour véhicule automobile tel qu'un masque, un enjoliveur, une platine, un boîtier, un réflecteur, un écran de projecteur ou une lame d'essuie- glace.
L'installation 10 est destinée à traiter la surface de l'objet, notamment pour y effectuer des dépôts de couches minces et/ou influencer les propriétés mécaniques et/ou optiques de la surface de l'objet.
L'installation 10 comprend une chambre à vide 12 dans laquelle au moins un objet 14 est destiné à être placé. Dans ce mode de réalisation, la chambre 12 contient un support 16 amovible, monté libre en rotation dans la chambre 12 selon un axe de rotation 18. Ce support 16 peut également se déplacer en translation parallèlement à l'axe de rotation 18. Ce support 16 étant amovible, on peut facilement positionner chaque objet à traiter sur le support 16 avant de disposer le support 16 dans la chambre 12.
Cette chambre 12 est susceptible d'être mise sous vide à l'aide de moyens de pompage 20 comprenant un ensemble de pompage primaire 22, permettant d'atteindre un vide d'environ 10"2 mbar et, de préférence, un ensemble de pompage secondaire 24, permettant d'atteindre un vide compris entre 10"2 mbar et 10"6 mbar.
L'ensemble de pompage primaire 22 peut, par exemple, comprendre une pompe mécanique rotative 26 montée en série avec une pompe de Roots 28. La pompe mécanique rotative 26 permet d'atteindre un vide d'environ 10"1 mbar. Ce niveau de vide permet alors l'amorçage de la pompe de Roots 28. Cette dernière permet d'atteindre un vide d'environ 10"2 mbar.
Par ailleurs, dans cet exemple, l'ensemble de pompage secondaire 24 comprend une pompe permettant d'atteindre un vide compris entre 10"2 et 10"6 mbar environ, par exemple une pompe à diffusion 30.
Ces moyens de mise sous vide 20 sont raccordés à l'installation 10 par des conduits C et des vannes V qui permettent de raccorder, de façon sélective, selon les conditions de traitement souhaitées, les différentes parties de l'installation aux moyens de pompage 20.
L'installation 10 comprend des moyens 32 de traitement dans la chambre 12 de la surface de l'objet 14. Ces moyens de traitement 32 comprennent, dans le cas présent, cinq générateurs de plasma 34 alignés, disposés côte à côte et comportant des électrodes 36A, 36B et 36C. Ces générateurs 34 sont de petites dimensions, c'est-à-dire que leur plus grande dimension est inférieure à 10 cm.
Grâce à la petite taille des générateurs de plasma 34, en comparaison à des générateurs classiques dont la dimension la plus petite est de l'ordre de 25 cm, on peut facilement disposer les générateurs 34 côte à côte sans pour autant avoir une installation très volumineuse en permettant de rapprocher les faisceaux pour améliorer l'homogénéité du traitement.
Avantageusement, ces générateurs 34 peuvent être disposés suffisamment proches l'un de l'autre, de sorte que l'on puisse traiter de façon homogène, en utilisant plusieurs de ces générateurs, une surface d'un objet 14 placé dans la chambre 12.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 , l'installation 10 permet de traiter la surface des objets par traitement par plasma et par bombardement ionique et les générateurs 34 sont communs aux moyens de traitement par plasma et aux moyens de bombardement ionique.
L'installation 10 comprend en outre des moyens d'injection de gaz 38, 40 qui comprennent notamment des vannes 39, 41 , un dispositif de contrôle de débit gazeux 42, par exemple un débitmètre massique calibré, et des conduits 43, 45 afin d'injecter le gaz choisi à l'endroit désiré avec le débit requis au traitement de surface réalisé. Les gaz injectés peuvent être injectés seuls ou en mélange.
Dans ce mode de réalisation, deux gaz différents sont injectés : le premier gaz est injecté, par les moyens d'injection 38, dans chaque générateur de plasma 34 et le second gaz est injecté dans la chambre à vide 12, par les moyens d'injection 40 qui comprennent un tube diffuseur 44 disposé dans la chambre à vide 12, entre les générateurs de plasma 34 et l'objet à traiter 14. On a représenté, dans cet exemple, des moyens d'injection 40 d'un seul gaz dans le tube diffuseur 44. On peut aisément faire en sorte que ces moyens d'injection 40 permettent d'amener plusieurs gaz de nature différente, seuls ou en mélange, dans le tube 44.
En l'occurrence, les moyens de traitement par plasma comprennent les mêmes générateurs de plasma 34 que les moyens de bombardement ionique.
En se référant à la figure 2, on va décrire un générateur de plasma 34 et son fonctionnement. Pour réaliser un traitement par bombardement ionique, il est nécessaire, après création d'un plasma entre deux bornes 35A et 35B reliées à des potentiels différents et comprises dans le générateur 34, de sélectionner les espèces que l'on désire bombarder au moyen d'une électrode extractrice 36A et de les accélérer au moyen de deux électrodes accélératrices 36B et 36C disposées entre, d'une part, les bornes 35A et 35B et, d'autre part, l'objet 14 sur la surface duquel on souhaite bombarder les ions. La borne 35A est par exemple reliée à un potentiel de référence et isolée électriquement du reste du générateur 34 et la borne 35B est reliée à un potentiel permettant de générer le plasma entre les deux bornes 35A et 35B. Selon que ces bornes sont alimentées en courant continu ou en courant alternatif, on parlera respectivement des électrodes 35A et 35B ou de des antennes 35A et 35B. Selon une réalisation de l'invention, l'électrode accélératrice 36C peut faire partie de moyens de mise en forme de faisceau d'ions permettant de focaliser ou faire diverger le faisceau d'ions formé par le générateur de plasma 34 lors du bombardement ionique. L'électrode accélératrice 36C est dans ce cas reliée à des moyens de régulation de la tension à laquelle elle est soumise. En régulant, cette tension il est possible de focaliser ou de faire diverger
le faisceau d'ions.
Pour réaliser un traitement par plasma dans ce mode de réalisation de l'installation, on utilisera la borne 35B qui, reliée aux parois du générateur 34, permettra de générer un plasma dans la chambre 12, les parois métalliques de la chambre 12 constituant la borne reliée au potentiel de référence. On peut également placer dans la chambre 12 un élément métallique qui sera relié au potentiel de référence. Cet élément métallique peut remplacer ou venir en complément des parois métalliques de la chambre 12.
L'installation 10 comprend également des moyens de contrôle 46 de chaque générateur indépendamment de toute autre générateur. Ainsi, il est possible de faire varier la puissance de chaque générateur de plasma 34 indépendamment des autres générateurs 34. Il est également possible de contrôler le débit de gaz qui alimente chaque générateur 34. Lors du traitement par bombardement ionique, ces moyens de contrôle 46 peuvent également comprendre des moyens de réglage de la position du générateur et des moyens de réglage de l'angle du faisceau d'ions émis.
Les moyens de contrôle 46 de chaque générateur comprennent, en outre, des moyens d'activation/désactivation 48 du générateur 34. Ainsi, on peut choisir d'activer ou non un générateur 34 indépendamment de tout autre générateur 34. Ces moyens d'activation/désactivation 48 peuvent comprendre un interrupteur.
L'installation 10 comprend également des moyens d'isolement 50 des générateurs de plasma 34 par rapport à la chambre à vide 12. Ces moyens d'isolement comprenant par exemple une porte 50 que l'on peut fermer ou ouvrir selon que l'on désire isoler ou non les générateurs 34 de la chambre à vide 12. Ainsi, lors des opérations de chargement/déchargement de la chambre à vide 12, on peut fermer la porte 50, si bien que les générateurs 34 peuvent rester sous vide, alors que la chambre 12 est remise à l'atmosphère.
Lors d'une nouvelle opération de traitement de surface, il suffira de recréer des conditions de vide appropriées dans la chambre 12, avant de remettre en communication cette chambre 12 avec les générateurs 34.
On arrive ainsi, lors des opérations de chargement/déchargement de la chambre à vide 12, à maintenir dans l'environnement immédiat des générateurs de plasma 34, un niveau de vide assez proche de celui souhaité dans la chambre 12 pour traiter un objet. Ceci permet d'optimiser la durée et l'énergie nécessaire pour remettre la chambre 12 et les générateurs 34 dans des conditions de vide appropriées après chaque opération de chargement/déchargement de cette chambre.
Dans ce mode de réalisation, l'installation 10 comprend aussi des moyens d'identification 52 de l'objet 14 à traiter, comme par exemple un lecteur optique apte à lire un code barre 54 d'identification de l'objet 14. Le code barre 54 est ici porté par le support 16 qui est spécifique à l'objet 14 à traiter.
Les moyens de contrôle 46 et les moyens d'identification 52 sont pilotés au moyen d'un programme d'ordinateur 56 appelé « PLC » conformément au sigle anglais pour « Program Logical Controller » ou bien au moyen d'un ordinateur industriel.
La figure 3 présente un second mode de réalisation de l'installation dans lequel les éléments communs aux deux modes de réalisation sont identifiés par les mêmes références numériques.
Dans ce mode de réalisation, le support 16 est un support planétaire monté rotatif dans la chambre 12 autour d'un axe de rotation 18. Ce support planétaire 16 porte plusieurs supports satellites 58 montés rotatifs sur le support 16 chacun autour d'un axe de rotation 60. Ces axes de rotation 60 sont, dans le cas présent, parallèles à l'axe de rotation 18 du support planétaire16. Ces supports satellites 58, dans cet exemple au nombre de quatre, sont destinés à porter chacun au moins un objet à traiter 14. Ce support planétaire 16 peut également se déplacer en translation parallèlement à l'axe de rotation 18.
On notera cependant que, dans le second mode de réalisation, les moyens d'injection 38, 40 sont agencés différemment que dans le premier mode de réalisation. En effet, dans ce second mode de réalisation, les deux gaz sont injectés dans les générateurs de plasma 34. De plus, dans ce second mode de réalisation, les deux gaz peuvent être mélangés avant leur arrivée dans le générateur.
Dans ce mode de réalisation, les gaz arrivant directement dans les générateurs de plasma, lors d'un traitement par plasma, on utilisera les bornes 35A et 35B du générateur 34 afin de créer le plasma, et non la borne 35B et les parois métalliques de la chambre 12 comme dans le mode de réalisation précédent. Avantageusement, l'installation 10, représentée sur la figure 3, comprend également des moyens 62 de dépôt PVD logés dans la chambre à vide 12. Lors d'un traitement par PVD, il est souhaitable de fermer la porte 50 afin d'isoler les générateurs de plasma 34 de la chambre à vide 12 et ainsi de les protéger de tout dépôt métallique qui pourrait, à la longue, être dommageable pour les générateurs. De plus, lors de ce type de dépôt, le niveau de vide nécessaire est différent et la fermeture de la porte 50 permet de conserver les générateurs de plasma 34 dans les conditions de vide appropriées.
On a représenté sur la figure 4 un assemblage 64 de générateurs 34 de l'installation 10 représentée sur la figure 3. Cet assemblage 64 comprend trente générateurs 34 répartis en six lignes et cinq colonnes sur un support 66 pour un traitement donné de la surface d'un ou de plusieurs objets 14 identifiés et placés dans la chambre à vide 12. Le support 66 est de forme sensiblement rectangulaire et plan. On comprend que la forme du support 66 n'est pas limitée à un rectangle. On pourrait imaginer, par exemple dans le cas d'une chambre 12 dont une paroi est cylindrique, que ce support 66 épouse la forme de la paroi de la chambre 12. Ce support 66 pourrait également prendre une forme incurvée afin de pouvoir atteindre certaines surfaces des objets 14 à traiter et ce, indépendamment de la forme de la chambre 12.
Les générateurs hachurés 34A représentent les générateurs qui sont activés au cours du traitement de surface alors que les autres générateurs 34B représentent les générateurs qui seront désactivés pour ce traitement. On constate que, dans cet exemple, on active quatorze générateurs.
Pour un autre traitement du même objet, il se peut que l'on active un nombre différent de générateurs 34 ou le même nombre de générateurs 34 mais les générateurs activés 34A étant répartis différemment.
Ainsi, les générateurs activés 34A sont déterminés pour un objet 14 donné et pour un traitement donné.
On notera que l'on a représenté un assemblage 64 de générateurs 34 disposés en ligne et en colonne. Mais on aurait pu également représenter un assemblage de générateurs disposés en quinconce.
On notera que la surface à traiter de l'objet 14 peut être différente selon le type de traitement que l'on applique à l'objet 14. Ainsi, on peut souhaiter réaliser un dépôt PVD sur une surface de l'objet 14 et réaliser du bombardement ionique sur une autre surface de l'objet 14. Ces surfaces peuvent toutefois avoir des zones communes, en tout ou en partie.
On peut également envisager d'utiliser, pour créer le plasma, des moyens connus qui permettent de transférer l'énergie générée par un quartz excité à des fréquences micro-ondes.
On notera enfin que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. Ainsi, bien que nous ayons décrit des générateurs de plasma communs aux moyens de bombardement ionique et aux moyens de traitement par plasma, on peut tout aussi bien envisager de disposer de plusieurs générateurs de plasma dont au moins deux sont dédiés à un type de traitement spécifique. Les supports 16 des premier et deuxième modes de réalisation sont
interchangeables et non limités aux supports présentés. Le premier mode de réalisation peut également comprendre des moyens 62 de dépôt PVD logés dans la chambre à vide 12 et des générateurs disposés en matrice. Exemple 1 : procédé de traitement d'un ou de plusieurs objets 14
On décrira maintenant un exemple de procédé de traitement d'une surface d'un objet dans une installation telle que décrite précédemment.
On considère un objet 14 dont on souhaite traiter une surface. On détermine différents paramètres de l'objet 14 tels que la surface ou les surfaces à traiter, le type de traitement de surface à réaliser, la séquence de traitements, la géométrie de l'objet, etc. Ces paramètres permettent, pour un traitement de surface donné, notamment de déterminer chaque générateur à activer, quelle puissance utiliser pour alimenter chaque générateur, s'il faut ou non alimenter les électrodes d'extraction 36A et d'accélération d'ions 36B et 36C, quelle est la nature du gaz à utiliser, quel débit de gaz est nécessaire.
On stocke ces paramètres dans une base données, ces paramètres étant reliés dans la base de données à un identifiant de l'objet 14. Cet identifiant peut, par exemple, être un code barre 54 associé à l'objet 14. Cette base de données est hébergée sur l'ordinateur 56 sur lequel est exécuté le programme « PLC ». On peut également envisager que la base de données soit hébergée sur un autre ordinateur.
Lorsque l'objet 14 est prêt à être traité dans l'installation 10, on place l'objet 14 sur son support 16 spécifique et on identifie l'objet grâce aux moyens d'identification 52 qui permettent de lire le code barre 54 porté par le support 16 de l'objet 14. Cette identification permet d'extraire de la base de données les paramètres liés à l'objet 14 ainsi que la séquence de traitements qu'il faut lui appliquer. Les paramètres de traitement sont envoyés au programme « PLC » qui pilote les moyens de pompage 20, les moyens de contrôle 46 de chaque générateur 34 ainsi que les flux de gaz requis.
On place ensuite l'ensemble du support 16 et de l'objet 14 dans la chambre à vide 12 et on réalise les conditions de vide appropriées aux différents traitements de surface que l'on souhaite réaliser un vide d'environ 10"3 mbar.
Une fois que les conditions de vide appropriées sont atteintes, on ouvre la porte 50 pour mettre les générateurs 34, préalablement maintenus à un niveau de vide d'environ 10"6 mbar, en communication avec la chambre 12.
On réalise, par exemple, un traitement par bombardement ionique par un faisceau d'ions Hélium mono-chargés (He+). Grâce à l'identification de l'objet 14, le
programme « PLC » va notamment activer sélectivement les générateurs 34 nécessaires à chaque traitement.
Par exemple, le bombardement est réalisé, d'une part, en excitant les générateurs 34A de petites dimensions à une fréquence de 2,45 GHz pour initier le plasma et, d'autre part, en les alimentant en Hélium. Le plasma ainsi créé, les ions He+ sont extraits au moyen de l'électrode 36A portée à un potentiel de 30 kV puis accélérés par l'électrode 36B portée à un potentiel de 25 kV et un courant de 1 mA et l'électrode 36C portée à un potentiel nul (terre) et un courant de 1 mA.
Le programme « PLC » ou l'ordinateur industriel peut en outre contrôler la vitesse de rotation du support 16 afin de contrôler le temps de traitement de chaque surface de l'objet 14. Dans le cas présent, la vitesse de rotation est définie pour correspondre à un temps de traitement de la surface de 3 secondes correspondant à une dose d'ions He+ reçue de 6.1015 ions/cm2.
A la fin du traitement par bombardement ionique, on ferme la porte 50 et on réalise un pompage pour atteindre 10"5 mbar, conditions dans lesquelles on réalise un dépôt PVD d'une couche d'aluminium comprise entre 50 et 70 nm d'épaisseur.
Une fois la couche d'aluminium déposée, on injecte, à travers le débitmètre 42 une quantité de monomère HMDSO correspondant à un débit de 100 sccm (conformément au sigle anglais pour « standard cubic centimeter »).
Lorsque la pression est stabilisée à 5.10"2 mbar, on ouvre la porte 50 pour mettre l'ensemble des générateurs en communication avec la chambre.
On alimente sélectivement les générateurs 34 nécessaires à ce traitement à une fréquence de 2,45 GHz pour initier le plasma HMDSO. Dans le plasma, les monomères polymérisent et se déposent sur l'objet 14, formant une couche de protection transparente de la couche d'aluminium préalablement déposée par PVD.
Dans cet exemple, l'injection de gaz et l'alimentation des générateurs 34 sont arrêtées après 60 secondes permettant d'obtenir un dépôt ayant une épaisseur comprise entre 25 et 40 nm.
On ferme ensuite la porte 50 et on remet la chambre 12 à pression atmosphérique afin d'en extraire chaque objet 14 traité.
L'installation 10 est alors disponible pour le traitement d'un ou de plusieurs nouveaux objets.
On peut également modifier les dépôts réalisés par PVD et PECVD en utilisant le bombardement ionique en même temps que le dépôt PVD ou PECVD.
On peut également envisager de réaliser ces plusieurs traitements simultanément en répartissant les générateurs 34 de l'assemblage 64 entre les différents traitements de surface que l'on souhaite réaliser.
Exemple 2 : mélanges de gaz
Pour le bombardement ionique, on peut envisager d'utiliser des mélanges de gaz choisis parmi les mélanges He/Ar (par exemple en ratio de débit de gaz : 80/20 ou 50/50), He/N2 (par exemple en ratio de débit de gaz : 80/20 ou 20/80) ou He/Ar/N2 (par exemple en ratio de débit de gaz : 60/20/20).
Pour le traitement plasma, les mélanges suivants peuvent être utilisés : air/Ar (par exemple en ratio de débit de gaz : 60/40), Ar/N2 (par exemple en ratio de débit de gaz : 50/50), Ar/N20 (par exemple en ratio de débit de gaz : 50/50 ou 80/20), HMDSO/TMDSO (par exemple en ratio de débit de gaz : 80/20), HMDSO/N20/Ar (par exemple en ratio de débit de gaz : 70/10/20), CH4/N20 (par exemple en ratio de débit de gaz : 80/20) ou HMDSO/N20/02 (par exemple en ratio de débit de gaz : 80/10/10).
En outre, dans le cas de mélanges de gaz, les gaz peuvent être mélangés en amont des générateurs 34 soit par une alimentation sélective des générateurs 34. Par exemple, pour un mélange He/Ar (par exemple 80/20 en ratio de débit de gaz),, on peut soit pré-mélanger les deux gaz avant arrivée dans le générateur 34, soit alimenter 80% des générateurs activés en ion d'hélium mono-chargé He+ et 20% des générateurs activés en ion d'hélium mono-chargé Ar+. On peut également envisager d'alimenter les générateurs 34 en hélium, puis, de les alimenter en argon
Exemple 3 : séguences successives de traitement avec des gaz différents
Egalement, il est possible de réaliser un traitement en séquence, chaque séquence utilisant un gaz différent avec des conditions spécifiques.
Par exemple, selon les séquences suivantes :
Il est également possible au lieu de traiter en séquence de réaliser ces traitements (par exemple les trois ci-dessus) simultanément mais en réalisant une répartition spatiale différente dans une matrice de générateurs de plasma.
Claims
1 . Installation (10) de traitement d'une surface d'un objet (14), du type comprenant :
- une chambre à vide (12), dans laquelle l'objet (14) est destiné à être placé, - des moyens de traitement (32) en communication avec la chambre à vide (12) de la surface de l'objet (14) comportant au moins deux générateurs de plasma (34), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle (46) de chaque générateur (34) indépendamment de tout autre générateur (34), les moyens de contrôle (46) comportant des moyens d'activation/désactivation (48) du générateur (34).
2. Installation (10) selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens d'activation/désactivation (48) comprennent un interrupteur.
3. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de contrôle (46) comprennent, par exemple, des moyens de contrôle de la puissance du générateur, des moyens de réglage de position du générateur ou des moyens de contrôle du débit de gaz.
4. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens d'identification (52) de l'objet (14) à traiter, par exemple, un lecteur optique de code barre ou de numéro d'identification de l'objet.
5. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les mêmes générateurs de plasma sont aptes à être utilisés indifféremment pour réaliser, en alternance, des traitements par plasma et des traitements par bombardement ionique.
6. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les générateurs de plasma sont de petites dimensions, la plus grande dimension étant inférieure à 10 cm, de préférence inférieure à 5 cm.
7. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les générateurs de plasma sont disposés côte à côte et forment une matrice.
8. Installation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite chambre à vide (12) contient un support (16) mobile pour y positionner chaque objet à traiter.
9. Installation (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le support (16) est monté libre en rotation dans ladite chambre à vide (12) selon un axe de rotation (18).
10. Procédé de traitement d'une surface d'un objet (14), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- attribuer au moins un paramètre à l'objet (14),
- identifier l'objet à traiter (14), l'objet (14) comprenant au moins une surface à traiter,
- placer l'objet à traiter (14) dans la chambre à vide (12) d'une installation (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,
- déterminer chaque générateur (34) à activer en fonction de chaque paramètre de l'objet (14) identifié,
- traiter l'objet (14) en activant chaque générateur de plasma (34) déterminé à l'étape précédente.
1 1 . Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'étape de traitement de l'objet (14) comprend une étape d'activation de la surface par plasma, une étape de dépôt PECVD et/ou une étape de bombardement ionique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 11 , dans lequel l'étape d'identification de l'objet à traiter (14) est réalisée par lecture d'un code barre (54) d'identification de l'objet.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, comprenant une étape de stockage des paramètres attribués à chaque objet (14) dans une base de données.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel l'étape de détermination de chaque générateur (34) à activer est réalisée par un programme d'ordinateur.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, comportant plusieurs étapes successives de traitement de la surface de l'objet (14).
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, dans lequel les générateurs de plasma (34) sont disposés côte à côte et forment une matrice, les générateurs comprenant des moyens de mise en forme de faisceau d'ions (36C) permettant de focaliser ou faire diverger le faisceau d'ions formé par les générateurs de plasma pour le bombardement ionique, les moyens de mise en forme de faisceau d'ions étant réglés de manière à faire diverger les faisceaux d'ions respectifs pour que les faisceaux de générateurs de plasma côte à côte se recouvrent.
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