EP3278350A1 - Installation pour le traitement d'objets par plasma, utilisation de cette installation et procédé de mise en oeuvre de cette installation - Google Patents

Installation pour le traitement d'objets par plasma, utilisation de cette installation et procédé de mise en oeuvre de cette installation

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Publication number
EP3278350A1
EP3278350A1 EP16717427.5A EP16717427A EP3278350A1 EP 3278350 A1 EP3278350 A1 EP 3278350A1 EP 16717427 A EP16717427 A EP 16717427A EP 3278350 A1 EP3278350 A1 EP 3278350A1
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EP
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plasma
chambers
chamber
objects
installation according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16717427.5A
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English (en)
Inventor
Jocelyn VIARD
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Coating Plasma Innovation SAS
Original Assignee
Coating Plasma Industrie SAS
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L21/6776—Continuous loading and unloading into and out of a processing chamber, e.g. transporting belts within processing chambers

Definitions

  • the invention relates to an industrial plant for the plasma treatment of objects.
  • the latter may be in particular hollow objects, having an interior volume delimited by a wall having an inner face and an outer face.
  • objects are, among others, cups, bowls, flasks, cups, trays, pots, tubes or industrial molds.
  • the invention relates more particularly to such an installation, in which the aforementioned objects undergo at least two successive plasma treatments.
  • the invention relates to all the usual types of plasma treatment, among which will be mentioned, without limitation: cleaning, etching, activation, functionalization or deposition.
  • the treated objects can be covered with at least two successive layers. These two layers may be of the same kind, in which case the final deposit has a greater thickness than that obtained by a single deposition phase. These two layers may also be of different natures, in which case each treatment step corresponds to a specific layer.
  • a first gaseous mixture is then introduced, in order to generate a first type of plasma during a determined treatment time. In the case where the treatment is a deposit, this leads to the formation of the first layer on the surface of the objects. Then we stop the injection of the first reactive gases, which are evacuated. A second gaseous mixture is then introduced, within the same chamber, to deposit a second layer above the first layer previously formed. Similarly, it is possible to deposit at least one additional layer above the two initial layers.
  • a plasma processing facility comprises a chamber that can be evacuated, which contains plasma chambers arranged one below the other, in one or two rows.
  • a carrier makes it possible to move the objects between an upstream storage area and a downstream storage area. This document does not make it possible to overcome the shortcomings inherent in the two types of industrial solutions described above.
  • a treatment apparatus comprising a vacuum chamber in which are formed two treatment chambers, separated by a partition. Each of them is equipped with at least one solid cathode associated with a respective magnetron. The treatment is carried out by sputtering, that is to say that the atoms of the solid cathode are torn off and then sent to the surface of the substrate.
  • This method has significant disadvantages, especially in that it does not lend itself to use for objects in three dimensions. In other words, since the distance between the cathode and the substrate is predefined, this method is limited to flat substrates.
  • Another objective of the invention is to propose an industrial installation that makes it possible to implement, in a simple and effective manner, at least two successive plasma treatments, in particular at least two different plasma treatments.
  • Another object of the invention is to provide such an installation which allows rapid implementation, so as to ensure the processing of a large number of objects.
  • Another object of the invention is to propose such an installation which allows the processing of objects of various shapes, in particular of three-dimensional objects.
  • Another object of the invention is to propose such an installation which is accompanied by a flexible implementation, so as to vary in a convenient manner the nature of the treatments to which the objects are subjected.
  • Another object of the invention is to provide such an installation, which has a relatively simple structure.
  • a plasma object surface treatment installation comprising an enclosure, means for evacuation of this enclosure, a storage area for the objects to be treated. , said upstream storage area, a storage area of the treated objects, called downstream storage area, at least two plasma treatment chambers comprising means for injecting an active gas mixture, means for creating an electric discharge and means for confining the plasma in the interior volume of the chamber, means of transport between the storage areas and the chambers, characterized in that the conveying means are conveying means defining a conveying direction, in that the different chambers are placed one behind the other, according to the conveying direction, and in that the atmospheres of the different plasma treatment chambers are not hermetic with respect to each other.
  • the injection means equipping the at least two chambers are connected to sources of gaseous mixture (S40 - S60), at least two gaseous mixtures being of different natures; in other words, at least one of the gas mixtures is different from the others.
  • This characteristic is particularly advantageous since it makes it possible to form at least two plasma deposits of different types on the surface of the same object.
  • At least one chamber has side walls, at least one side wall being hollowed with at least one notch (41; 141) allowing the passage of the conveying means and the objects to be treated, the other side walls being full.
  • the notched side wall of the notch is removably attached to the other walls of the chamber, and there is provided at least one replacement side wall, hollowed out of a notch of different shape and / or size, adapted to fix on these other side walls.
  • the means for confining the plasma are of electro-physical order, at least one chamber, in particular all the chambers, having in particular walls connected to the mass.
  • the means for confining the plasma are of electromagnetic order, and in particular comprise at least one magnetron (90; 190) received in the interior volume of the chamber.
  • the magnetron comprises at least one electromagnetic arrangement, each of which comprises a central magnet assembly (97, 91 '), the polarity of which is turned in a first direction, and a peripheral set of magnets (96, 96') , surrounding the central assembly, whose polarity is turned in the opposite direction.
  • the means for confining the plasma are of a physical nature.
  • the injection means comprise at least two tubular networks (42A, 42B, 142A, 142B), placed on either side of each object, in use, in order to perform a plasma deposition on two opposite faces of this object, the means for creating a discharge comprise at least one electrode (43; 143).
  • the facing walls of two contiguous plasma chambers are distant and define an intermediate space (E45, E46), and suction means (P45, P46) are provided in said intermediate space.
  • At least one of the upstream storage area and the downstream storage area comprises a screen cage (120), to prevent inadvertent contact of the objects with the plasma.
  • At least one chamber comprises means for varying the characteristics of the plasma, in particular displacement means (44) able to move the means for creating a discharge and / or means (91) for moving the magnetron.
  • the conveying direction is a longitudinal direction.
  • the conveying means (30) comprise an endless belt (31) extending in the longitudinal conveying direction.
  • the area (20) for storing the objects to be treated and the area (70) for storing the treated objects are provided in the vicinity of the two opposite ends of the endless belt.
  • the plant further comprises an auxiliary evacuation chamber (80) and / or a room for ambient ambient (80 '), separated from the storage area of the workpieces (20) and at the storage area of the treated parts (70), by hermetic access means (82, 82 '), in particular by an airlock.
  • auxiliary evacuation chamber (80) and / or a room for ambient ambient (80 ') separated from the storage area of the workpieces (20) and at the storage area of the treated parts (70), by hermetic access means (82, 82 '), in particular by an airlock.
  • At least two plasma chambers have different main dimensions, according to the conveying direction, so that the treatment times in these two chambers are different.
  • the conveying direction is a circular direction
  • the conveying means comprise a rotating plate (130), having a support surface, in order to maintain the objects to be treated.
  • the front walls of the chamber are hollowed with a section (141A) of passage of the plate, opening on the inner side wall (140C), this inner side wall being hollowed with a notch (141D) for passage of the plate.
  • the upstream storage area (120) and the downstream storage area are combined.
  • the conveying means are set in motion so as to circulate the objects in the plasma chambers from the upstream storage zone to the downstream storage zone.
  • the conveying means are moved in the longitudinal direction, a first batch of objects is circulated in the plasma chambers from the upstream storage zone to the downstream storage zone, and the first batch is evacuated out of the zone; downstream storage and admits a next batch in the upstream storage area, while maintaining the enclosure under vacuum and while continuing to move the conveying means.
  • the conveying means are set in motion in the circular direction, and the rotational speed of these conveying means is varied during the stay of the objects in at least one chamber.
  • the conveying means are moved in the circular direction, according to more than one revolution, in order to pass the objects at least twice inside at least one plasma treatment chamber.
  • different gaseous mixtures are injected into at least two chambers so as to generate plasmas of different natures in these chambers.
  • Hollow objects are treated, having an interior volume delimited by a wall having an inner face and an outer face.
  • the active gas mixture is activated by an electric field. Activated gas molecules are going diffusing into the reaction volume to the surface of the substrate and binding to form chemical bonds with the substrate materials.
  • the components of the active gas mixture will thus form all or part of the final deposit, in a chemical form different from their original form.
  • the process according to the invention is therefore to be distinguished in particular from sputtering, as described in WO 2014/127847. Indeed, this sputtering consists of spraying the material of the electrode to project it on the surface of the substrate and form all or part of the final deposit. In WO 2014/127847, the gaseous mixture only serves to spray the material of the electrode, so that it is not an active gas mixture within the meaning of the present invention.
  • the invention uses means for confining the injected gas mixtures, as well as the plasmas generated. Any unacceptable mixture is thereby avoided, on the one hand between the gaseous mixtures injected into neighboring chambers, and on the other hand between the plasmas generated in these chambers. Therefore, the invention ensures the reliable implementation of a deposit involving layers different from each other, on the same object.
  • the confinement between the gas mixtures can be in particular of a physical nature. For this purpose, it is possible in particular to provide each chamber with walls delimiting a minimum leakage space for the gases.
  • the confinement between the plasmas can be first of electromorphic order, for example by connecting to the mass the walls which delimit the chambers.
  • it can be of electromagnetic order, thanks for example to the presence of a magnetron.
  • Figures 1 and 2 are views, respectively side and top, illustrating an installation according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view, illustrating unstacking means belonging to the installation of FIGS. 1 and 2.
  • FIGS. 4 and 5 are views illustrating, respectively from the front and from the side, the interior of a plasma chamber belonging to the installation of the previous figures.
  • Figure 6 is a top view illustrating this plasma chamber.
  • Figures 7 and 8 are views respectively in perspective and from above, illustrating a magnetron belonging to the installation of the preceding figures.
  • Figure 9 is a perspective view of a magnet belonging to the magnetron of Figures 7 and 8.
  • Figures 10 and 11 are views, respectively from above and at the end, illustrating an installation according to a second embodiment of the invention.
  • Figures 12 and 13 are views illustrating, respectively front and side, the interior of a plasma chamber belonging to the installation of Figures 10 and 11.
  • the following numerical references are used in this description:
  • the enclosure 10 has thin walls, made of a conductive material or not.
  • a sufficiently strong material will be chosen to withstand the evacuation in use. This will be for example a metallic material, such as stainless steel or aluminum, or glass.
  • the dimensions of this enclosure are chosen according to the hourly quantity of objects to be treated. For information only, its length is between 2 and 5 meters, its width is between 0.5 and 1.5 meters, while its height is between 1.5 and 2.5 meters.
  • the enclosure is equipped with a station 20 for unstacking the objects to be treated, a conveyor 30, three plasma chambers 40, 50 and 60, as well as a station 70 for stacking the objects once processed.
  • there are, respectively upstream and downstream of the chamber 10, two additional chambers 80 and 80 ' which structure and function will be detailed in what follows. These rooms communicate with the enclosure, via respective access means 82 and 82 '.
  • the latter which are of the air lock type or the like, can selectively create a seal between the enclosure and one or other of the aforementioned annex chambers.
  • the station 20 is intended for unstacking the objects to be treated which are, in the illustrated example, cups G. As illustrated in particular in FIG. 3, which shows the station 20 at a different angle with respect to FIGS. 1 and 2, these cups are arranged along several P1 to P10 cells arranged next to each other, so as to form rows arranged one behind the other.
  • This station 20 firstly comprises two unstacking bars 21 and 22, movable in translation in a back and forth motion.
  • the station further comprises an arm 23, comprising an elongated body 24 and a U-shaped holding head 25.
  • the wings 26 of this head 25 may be fixed or, as in the example shown, be moved away from each other or approach each other. .
  • the conveyor 30 firstly comprises a conveyor belt 31, forming an endless loop which can be set in motion in the main direction of the enclosure, by conventional motor means not shown.
  • the arrow F30 visible in FIGS. 1 and 2, shows the direction longitudinal conveying of this first embodiment.
  • sleepers 32 visible in particular in Figure 3, are regularly distributed along this band.
  • Each of these crosspieces 32 is secured to supports 33, intended to support the objects during the processing operations.
  • each support 33 has the overall shape of an S, being provided with an end pad 34, providing a satisfactory support for the cup with which it cooperates.
  • the distance D32 separating two adjacent sleepers is chosen according to the size of the cups, in particular to prevent inadvertent contact between the cups of two adjacent rows.
  • the chamber 40 of parallelepipedal shape, is indicative of the following dimensions:
  • width 140 between 0.1 and 1.5 meters
  • the chamber 40 is delimited by six walls, that is front walls 40A and 40B rear, two side walls 40C and 40D, and upper walls 40E and lower 40F. These walls, whose thickness is for example between 0.1 and 1.0 meters, are made of a conductive material, such as stainless steel, and are connected to the ground.
  • the chamber is fixed against the walls of the enclosure by any appropriate means, not shown.
  • each end wall 40A, 40B is hollowed out with a respective notch 41, intended for the passage of the strip, supports and cups.
  • each notch consists of a horizontal section 41A cooperating with the strip, of a plurality of vertical sections 41B, each of which cooperates with a respective support, as well as a plurality of lights 41C, each of which cooperates with a respective cup.
  • Each front notch is adapted to the dimensions of the strip, the supports and cups, in that it allows the passage of these elements while providing a spacer space that is as small as possible. This makes it possible to confine the internal volume of the plasma chamber, in order to limit gas mixture leakage outside this volume.
  • front walls 40A and 40B are removably attached by any suitable means to the other walls of the chamber. These front walls can then be replaced, if necessary, by at least one set of additional front walls, in which are provided notches different in shape and / or size.
  • the chamber 40 further comprises injection means of active gas mixture, capable of forming a plasma in use.
  • injection means comprise a first tubular network 42A, said upper, placed above the cups, and a second tubular network 42B, said lower, placed below the cups.
  • These networks are powered by a source S40 gas mixture, provided for example outside the enclosure.
  • S40 gas mixture provided for example outside the enclosure.
  • S50 and S60 also indicate the sources of gaseous mixtures, intended to be injected into the chambers 50 and 60.
  • the gaseous mixtures originating from the sources S40 to S60 are also different.
  • the sources S40 to S60 are illustrated in FIG. 1, the source S40 being also shown diagrammatically in FIG. 6. On the other hand, in FIG. 1, the various tubular injection networks communicating with these sources are not illustrated.
  • the chamber 40 further comprises a planar metal electrode, generally designated by the reference 43. This electrode, which can be cooled by any appropriate means, not shown, is connected to the potential of a not shown generator of conventional type.
  • the counter-electrode is constituted by another metal plate, not shown, placed under the endless belt 31 of the conveyor. It is electrically insulated from the walls of the enclosure and can be left floating, or connected to the generator or ground.
  • the electrode 43 is supported by insulating rods 44 which are slidably mounted relative to the upper wall of the chamber. Under these conditions, the height of this electrode can be modified, according to the arrow F43, to vary the characteristics of the plasma.
  • the electrodes of the three plasma chambers are connected to different generators, which allows treatment at different powers and pressures. Moreover, these generators can advantageously be synchronized, which makes it possible to avoid electromagnetic disturbances.
  • a magnetron In the lower part of the chamber 40, namely below the band 31, there is provided a magnetron generally designated by the reference 90.
  • This magnetron is supported by insulating suspension rods 91, similar to those 44, which are slidably mounted relative to the lower wall of the chamber. Under these conditions, the height of this magnetron can be modified, according to the arrow F90, in order to vary the characteristics of the plasma.
  • This magnetron may be associated with a cooling circuit, not shown.
  • it is electrically isolated and can be placed at the floating potential, or else be connected to the generator or ground.
  • the magnetron 90 comprises two metal plates 92 and 93, optionally cooled.
  • One 92 of these plates is full, while the other 93 is hollowed different grooves.
  • Each peripheral groove 94 and 94 ' receives a series of magnets 96 and 96' placed one behind the other in a closed loop.
  • Figure 9 illustrates one of these magnets 96, the North Pole N is turned upwards.
  • a second series of magnets 97, 97 ' is placed in a respective central groove 95, 95'.
  • the south pole of these inner magnets 97, 97 ' is turned upwards, to see that their polarity is opposite that of the peripheral magnets 96, 96'.
  • the magnetron makes it possible to confine, in use, the plasma generated in a given chamber and, as a result, to reduce the contamination with the plasmas produced in the other chambers of the installation. This confinement is also achieved thanks to the presence of the walls of the chamber, which are connected to the mass. It will be noted that this confinement is implemented without the atmosphere of each chamber being made hermetic, in particular by an airlock system.
  • the magnetron comprises two adjacent and identical electromagnetic arrangements, each of which is formed by a series of inner magnets 97 or 97 ', surrounded by a series of peripheral magnets 96 or 96' extending in a closed loop. .
  • the magnetron is formed by a single arrangement of this type, or that it comprises a number of arrangements greater than two.
  • the use of a magnetron is also advantageous in that it increases the ion bombardment, which induces a densification of the layers during the deposition phase. This use also increases the growth rate and the adhesion between the nanometric layer and the substrate to be treated, which can be made of various materials such as plastic, metal, glass or ceramic.
  • the magnets composing the magnetron can be of different strengths and dimensions, depending on the operating configurations. Electromagnets can also be used instead of permanent magnets. With reference to FIG. 8, it is advantageous for the length L90 of the magnetron, namely the largest distance of each peripheral series of magnets 96 or 96 ', to be greater than the width 131 of the endless band. This makes it possible to improve the technical effect of the magnetron.
  • D45 and D56 denote the distances between two contiguous chambers, separating their adjacent walls. Typically, each of these distances is between 5 and 20 centimeters.
  • E45 and E56 the interspace, delimited between each pair of chambers.
  • pumping means P45 and P46 are placed in each of these spaces, which avoids inadvertent contact between the gaseous fractions likely to escape from the different rooms. These pumping means P45 and P46 also advantageously constitute the means for evacuating the enclosure 10.
  • Each batch I to IV is formed of rows R1 to Rn, each of which consists of different stacks next to each other, as shown in FIG.
  • a preliminary preparation phase is carried out.
  • the chamber is first placed under vacuum, at a pressure typically less than 1.10 -3 mbar.
  • the different gaseous mixtures are then introduced into each plasma chamber, from the sources S40 to S60, to give a stable pressure, typically between 10 -2 and 5.10 -1 mbar, inside each chamber.
  • a stabilization time is then observed, typically between 1 and 10 seconds.
  • Each plasma is then generated, in a manner known per se, in a respective chamber. After a stabilization time typically of a few seconds, the endless band is set in motion, then is advantageously not stopped during the rest of the implementation.
  • the bars 21 and 22 are set in motion (arrow F21) to allow the fall by gravity of a single cup G '1 to G' 10 at the bottom of each stack.
  • This cup is then supported by the head 25 of the arm 23, which is set in motion (arrow F23), on the one hand in horizontal translation at the same speed as the band 31 and, on the other hand, in translation towards down towards this band.
  • each head When each head is close to a respective support, it releases the cup it held by spreading wings 26 (arrows F26).
  • Each cup then rests on a respective support, then is moved in translation along the different chambers. It then undergoes three appropriate treatments, of the same nature or of different natures as has been explained above. Since the speed of the band is advantageously kept constant, the times of each individual treatment can be adjusted according to the length of the chambers.
  • the cups of batch I are again arranged in the form of batteries, in a manner known per se, in the station 70.
  • the batch II is placed in the chamber upstream 80, in which it is evacuated, while the batch IV is placed in the downstream chamber 80 ', within which it is put back to ambient atmosphere.
  • the separation means 82 and 82 ' are activated, so that there is a seal between the interior volumes of the enclosure 10 and two annex rooms 80, 80 '.
  • the batch IV is evacuated from the downstream auxiliary chamber 80 '.
  • the latter is placed under vacuum, as is the upstream auxiliary chamber 80.
  • Lot I of the enclosure is then transferred to this downstream chamber 80 ', and the next batch II is admitted into the chamber from the upstream chamber 80.
  • the seal between the enclosure and these two additional chambers is then restored, then batch II is treated in the same manner as described above for batch I.
  • lot III is admitted into the Upstream chamber and it is put under vacuum, while it puts the room I back in the room downstream.
  • the endless belt is continuously set in motion and the enclosure is permanently placed under vacuum, without risk of malfunction.
  • the enclosure is in communication with the annexed rooms, the latter are under vacuum.
  • these ancillary rooms communicate with the outside, for the transfer of treated batches to treat, these rooms are then hermetically insulated from the enclosure.
  • Figures 10 to 13 describe a second embodiment, wherein the objects to be treated are moved in a rotational movement.
  • the elements Mechanical analogous to those of Figures 1 to 9 are assigned the same reference numbers, increased by 100.
  • the installation according to this second embodiment firstly comprises an enclosure 110, provided with evacuation means, shown schematically and assigned the reference 111.
  • This enclosure 110 has thin walls, similar to those of the enclosure 10. It is equipped with a door 112, allowing access to its interior volume.
  • This enclosure 110 which is cylindrical in shape, has a less elongated shape than the enclosure 10. As a purely indicative, its length is between 0.5 and 2.0 meters, while its diameter is between 0.5 and 1.5 meters.
  • the enclosure is equipped with a storage station 120, a conveyor 130, and two plasma chambers 140 and 150.
  • the conveyor is formed by a tray, made for example in the form of an aluminum disc. Non-limiting, the thickness of this disc is between 0.5 and 2.0 centimeters, especially close to 1 centimeter, while its diameter is between 40 and 140 centimeters, especially close to 80 centimeters.
  • the storage station 120 is advantageously made in the form of a wire cage, connected to the ground. This arrangement makes it possible to protect the objects stored in the cage with respect to a plasma that escapes in a substantial quantity from one of the chambers 140, 150. Consequently, the time for processing the objects is perfectly controlled, since it is limited to the residence time inside the plasma chambers.
  • the plate 130 is supported by a metal rod 132, itself connected to a motor, not shown, placed at outside the enclosure.
  • the plate can therefore rotate about the main axis of the rod, namely that it can typically rotate around this vertical axis.
  • Arrow F130 visible in Figure 10, materializes the circular conveying direction of this second embodiment.
  • the motor has a variable speed, so that the speed of the plate 130 can be modulated between each chamber to modify the processing time.
  • this plate is electrically isolated thanks to an insulating support, not shown, interposed between the plate and the rod.
  • Two brushes also not shown, made for example carbon or the like, to connect the plate indifferently to the mass or the return of the generator equipping each plasma chamber.
  • the plate is provided with not shown supports, for the purpose of maintaining the objects to be treated. In the case where these supports are conductive, they can be designed to serve as antennas and change the distribution of the electric field in the vicinity of objects.
  • the chambers 140 and 150 which are substantially identical, are generally similar to those 40 to 60 of the first embodiment.
  • the chamber 140 has six walls, the lateral walls 140D, 140E and 140F of which are solid respectively.
  • Each front wall 140A, 140B is hollowed out with a respective notch 141, intended for the passage of the plate, supports and objects.
  • the shape of the notch 141 differs from that 41 of the first mode, in that the horizontal section 141A, cooperating with the plate, opens on the internal lateral wall 140C of the 140 This chamber 140C is also hollowed with a notch 141D, allowing the displacement of the plate, which extends between the opposite end faces.
  • the vertical sections 141B and the slots 141C of the slot 141 are in contrast similar to the elements 41B and 41C, described in particular with reference to FIG.
  • each notch allows the passage of the tray, supports and objects to be treated, while providing a spacer space that is as small as possible.
  • the front walls 140A and 140B are detachably secured by any suitable means to the other walls of the chamber.
  • each chamber 140, 150 is equipped, as in the first embodiment, with injection means 142A and 142B, an electrode 143 and a magnetron 190.
  • the objects to be processed are first placed on the plate, then a preliminary preparation phase is carried out, in a manner similar to that described above for the first embodiment.
  • the enclosure is placed under vacuum, then the various gas mixtures are admitted, a stabilization time is observed and each plasma is generated in a respective chamber.
  • the plate is rotated, so that the objects to be treated circulate in each chamber, in order to undergo the desired treatment.
  • the treatment time within a given chamber can be modified by playing, not on the dimensions of the chamber, but on the speed of rotation. So, if we slow down the plateau, its length of stay is extended and the treatment time is increased.
  • a pretreatment mixture can first be injected into the chamber 140 for the first turn of the objects and then, in the next rotation, subject the latter to another gaseous mixture within the same chamber, in order to coat the surface of these objects.
  • the objects are again directed into the screen cage of the station 120, which prevents them from being inadvertently subjected to a plasma.
  • Each plasma is then stopped before the residual gaseous mixtures are evacuated.
  • the interior volume of the chamber is returned to atmospheric pressure, in order to extract the treated objects.

Abstract

Installation de traitement de surface d'objets par plasma, comprenant -une enceinte (10; 110) -des moyens (P45, P46)de mise sous vide de cette enceinte, -une zone de stockage des objets à traiter, dite zone de stockage amont (20; 120) -une zone de stockage des objets traités, dite zone de stockage aval (70; 120), -au moins deux chambres (40, 50, 60; 140, 150) de traitement plasma comprenant des moyens (42A, 42B; 42A; 142B) d'injection d'un mélange gazeux actif, des moyens (43; 143) de création d'une décharge électrique et des moyens de confinement du plasma dans le volume intérieur de la chambre, -des moyens de transport (30; 130) entre les zones de stockage et les chambres, caractérisée en ce que les moyens de transport sont des moyens de convoyage (30; 2 30) définissant une direction de convoyage (F30; F130), en ce que les différentes chambres sont placées les unes derrière les autres, selon la direction de convoyage, et en ce que les atmosphères des différentes chambres de traitement plasma ne sont pas hermétiques l'une par rapport à l'autre.

Description

INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT D'OBJETS PAR PLASMA, UTILISATION DE CETTE INSTALLATION ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DE CETTE INSTALLATION
Domaine technique de l' invention
L'invention a trait à une installation industrielle, en vue du traitement par plasma d'objets. A titre d'exemple non limitatif, ces derniers peuvent être notamment des objets creux, possédant un volume intérieur délimité par une paroi présentant une face intérieure et une face extérieure. De tels objets sont entre autres des gobelets, des bols, des flacons, des coupes, des barquettes, des pots, des tubes ou encore des moules industriels.
L'invention vise plus particulièrement une telle installation, dans laquelle les objets précités subissent au moins deux traitements plasma successifs. L'invention vise tous les types de traitement plasma habituels, parmi lesquels on citera, à titre non limitatif : le nettoyage, la gravure, 1 ' activation, la fonctionnalisation ou encore le dépôt. A titre d'exemple, les objets traités peuvent être recouverts d'au moins deux couches successives. Ces deux couches peuvent être de même nature, auquel cas le dépôt final présente une épaisseur plus élevée que celle obtenue par une phase unique de dépôt. Ces deux couches peuvent aussi être de natures différentes, auquel cas chaque étape de traitement correspond à une couche spécifique.
Art antérieur
Dans les procédés de traitement plasma traditionnels, on connaît deux façons principales, afin de réaliser au moins deux traitements successifs.
Il est tout d'abord connu de traiter les objets, à l'intérieur d'une chambre plasma unique. Après mise en place des objets dans la chambre, celle-ci est mise sous vide. Un premier mélange gazeux est alors introduit, afin de générer un premier type de plasma durant un temps de traitement déterminé. Dans le cas où le traitement est un dépôt, ceci conduit à la formation de la première couche, à la surface des objets. Puis on stoppe l'injection des premiers gaz réactifs, lesquels sont évacués. Un deuxième mélange gazeux est ensuite introduit, au sein de la même chambre, afin de déposer une deuxième couche au-dessus de la première couche préalablement formée. De façon analogue, on peut procéder au dépôt d'au moins une couche supplémentaire, au-dessus des deux couches initiales.
Ce premier type connu de traitement présente cependant certains inconvénients. En effet, il implique l'arrêt du plasma entre deux étapes successives de formation d'une couche élémentaire, ainsi que le pompage de la chambre pour évacuer les gaz résiduels. Ceci implique une perte de temps substantielle, notamment dans le cas du traitement de nombreuses pièces. Par ailleurs, le pompage précité doit être particulièrement poussé, afin d'éviter tout mélange entre les mélanges gazeux successifs. On citera notamment, en tant que document représentatif de cet état de la technique, US 8 336 448.
On connaît par ailleurs un procédé alternatif, dans lequel les objets à traiter stationnent dans des chambres plasma successives. Chaque chambre est fermée par des sas qui permettent de garder la composition des gaz homogène dans chaque chambre, durant le traitement. Ce procédé présente des inconvénients, notamment dans le cas de traitements de durées différentes, puisque le traitement le plus lent conditionne la vitesse globale. Par ailleurs, durant le transfert d'une chambre à l'autre, les plasmas doivent être arrêtés. Le système des sas nécessite l'utilisation et la gestion de manipulateurs sous vide ce qui complique l'appareillage. On citera notamment, en tant que documents représentatifs de cet état de la technique, EP 2 630 271 ou encore DE 10 2008 019427.
On connaît en outre, de US 6 296 735, une installation de traitement par plasma. Cette dernière comprend une enceinte susceptible d'être mise sous vide, laquelle renferme des chambres plasma disposées les unes au-dessous des autres, selon une ou deux rangées. De plus, un transporteur permet de déplacer les objets entre une zone de stockage amont et une zone de stockage aval. Ce document ne permet pas de pallier les lacunes, inhérentes aux deux types de solutions industrielles décrites ci-dessus.
Enfin on connaît, de WO 2014/127847, un appareil de traitement comprenant une enceinte sous vide dans laquelle sont ménagées deux chambres de traitement, séparées par une cloison. Chacune d'elles est équipée d'au moins une cathode solide, associée à un magnétron respectif. Le traitement est opéré par pulvérisation cathodique, à savoir que les atomes de la cathode solide sont arrachés puis envoyés à la surface du substrat. Ce procédé présente cependant des inconvénients notables, notamment en ce qu'il ne se prête pas à une utilisation pour des objets en trois dimensions. En d'autres termes, étant donné que la distance entre la cathode et le substrat est prédéfinie, ce procédé est limité à des substrats plans. Compte tenu de ce qui précède, un objectif de la présente invention est de remédier, au moins partiellement, aux inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus. Un autre objectif de l'invention est de proposer une installation industrielle permettant de mettre en oeuvre, de façon à la fois simple et efficace, au moins deux traitements plasma successifs, notamment au moins deux traitements plasma différents .
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation qui autorise une mise en oeuvre rapide, de façon à assurer le traitement d'un nombre élevé d'objets. Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation qui autorise le traitement d'objets de formes diverses, en particulier d'objets à trois dimensions.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation qui s'accompagne d'une mise en oeuvre flexible, de façon à faire varier de façon commode la nature des traitements auxquels sont soumis les objets.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une telle installation, qui présente une structure relativement simple.
Objet de l'invention
Selon l'invention, les objectifs ci-dessus sont atteints au moyen d'une installation de traitement de surface d'objets par plasma, comprenant une enceinte, des moyens de mise sous vide de cette enceinte, une zone de stockage des objets à traiter, dite zone de stockage amont, une zone de stockage des objets traités, dite zone de stockage aval, au moins deux chambres de traitement plasma comprenant des moyens d'injection d'un mélange gazeux actif, des moyens de création d'une décharge électrique et des moyens de confinement du plasma dans le volume intérieur de la chambre, des moyens de transport entre les zones de stockage et les chambres, caractérisée en ce que les moyens de transport sont des moyens de convoyage définissant une direction de convoyage, en ce que les différentes chambres sont placées les unes derrière les autres, selon la direction de convoyage, et en ce que les atmosphères des différentes chambres de traitement plasma ne sont pas hermétiques l'une par rapport à l'autre.
Selon d'autres caractéristiques de l'installation conforme à 1 ' invention :
- les moyens d'injection équipant les au moins deux chambres sont reliés à des sources de mélange gazeux (S40 - S60), au moins deux mélanges gazeux étant de natures différentes ; en d'autres termes, au moins un des mélanges gazeux est différent des autres. Cette caractéristique est tout particulièrement avantageuse, puisqu'elle permet de former au moins deux dépôts plasma de natures différentes, à la surface d'un même objet.
- au moins une chambre possède des parois latérales, au moins une paroi latérale étant creusée d' au moins une encoche (41 ; 141) permettant le passage des moyens de convoyage et des objets à traiter, les autres parois latérales étant pleines.
- la paroi latérale creusée de l'encoche est fixée de manière amovible sur les autres parois de la chambre, et il est prévu au moins une paroi latérale de remplacement, creusée d'une encoche de forme et/ou dimension différente, adaptée pour se fixer sur ces autres parois latérales.
- les moyens de confinement du plasma sont d' ordre électro-physique, au moins une chambre, en particulier toutes les chambres, possédant notamment des parois reliées à la masse. les moyens de confinement du plasma sont d' ordre électromagnétique, et comprennent notamment au moins un magnétron (90 ; 190) reçu dans le volume intérieur de la chambre .
le magnétron comprend au moins un arrangement électromagnétique, dont chacun comprend un ensemble central d'aimants (97, 91'), dont la polarité est tournée dans un premier sens, ainsi qu'un ensemble périphérique d'aimants (96, 96'), entourant l'ensemble central, dont la polarité est tournée dans le sens opposé .
les moyens de confinement du plasma sont d' ordre physique .
les moyens d'injection comprennent au moins deux réseaux tubulaires (42A, 42B ; 142A ; 142B) , placées de part et d'autre de chaque objet, en service, afin de réaliser un dépôt plasma sur deux faces opposées de cet objet, les moyens de création d'une décharge comprennent au moins une électrode (43 ; 143) .
les parois en regard de deux chambres plasma contigues sont distantes et définissent un espace intercalaire (E45, E46), et des moyens d'aspiration (P45, P46) sont prévus dans ledit espace intercalaire.
au moins une parmi la zone de stockage amont et la zone de stockage aval comprend une cage grillagée (120), afin d'empêcher toute mise en contact intempestive des objets avec le plasma.
au moins une chambre comprend des moyens de variation des caractéristiques du plasma, en particulier des moyens (44) de déplacement aptes à déplacer les moyens de création d'une décharge et/ou des moyens (91) de déplacement du magnétron.
la direction de convoyage est une direction longitudinale .
les moyens de convoyage (30) comprennent une bande sans fin (31), s'étendant selon la direction de convoyage longitudinale . la zone (20) de stockage des objets à traiter et la zone (70) de stockage des objets traités sont prévues au voisinage des deux extrémités opposées de la bande sans fin .
l'installation comprend en outre une chambre annexe de mise sous vide (80) et/ou une chambre annexe de remise à l'atmosphère ambiante (80'), séparées par rapport à la zone de stockage des pièces à traiter (20) et à la zone de stockage des pièces traitées (70), par des moyens d'accès hermétique (82, 82'), notamment par un sas.
au moins deux chambres plasma présentent des dimensions principales différentes, selon la direction de convoyage, de sorte que les temps de traitement dans ces deux chambres sont différents.
la direction de convoyage est une direction circulaire, les moyens de convoyage comprennent un plateau rotatif (130), présentant une surface de support, afin de maintenir les objets à traiter.
les parois frontales de la chambre sont creusées d'un tronçon (141A) de passage du plateau, débouchant sur la paroi latérale intérieure (140C), cette paroi latérale intérieure étant creusée d'une entaille (141D) de passage du plateau.
la zone de stockage amont (120) et la zone de stockage aval sont confondues.
Les objectifs ci-dessus sont également atteints au moyen d'un procédé de mise en oeuvre de l'installation telle que ci- dessus, dans lequel
- on met sous vide l'enceinte,
- on génère un plasma respectif dans chaque chambre de traitement
- on met en mouvement les moyens de convoyage, de manière à faire circuler les objets dans les chambres plasma, depuis la zone de stockage amont vers la zone de stockage aval. Selon d'autres caractéristiques du procédé conforme à 1 ' invention :
- on met en mouvement les moyens de convoyage selon la direction longitudinale, on fait circuler un premier lot d'objets dans les chambres plasma depuis la zone de stockage amont vers la zone de stockage aval, et on évacue le premier lot hors de la zone de stockage aval et on admet un lot suivant dans la zone de stockage amont, tout en maintenant l'enceinte sous vide et tout en continuant à mettre en mouvement les moyens de convoyage .
- on met en mouvement les moyens de convoyage selon la direction circulaire, et on fait varier la vitesse de rotation de ces moyens de convoyage pendant le séjour des objets dans au moins une chambre.
- on met en mouvement les moyens de convoyage selon la direction circulaire, selon plus d'une révolution, afin de faire passer les objets au moins deux fois à l'intérieur au moins une chambre de traitement plasma. - on injecte des mélanges gazeux différents, dans au moins deux chambres, de manière à générer des plasmas de natures différentes dans ces chambres.
- on traite des objets creux, possédant un volume intérieur délimité par une paroi présentant une face intérieure et une face extérieure.
Les objectifs ci-dessus sont enfin atteints au moyen d'une utilisation d'une installation telle que ci-dessus, pour le traitement par plasma d'objets creux, possédant un volume intérieur délimité par une paroi présentant une face intérieure et une face extérieure. Une telle utilisation est tout particulièrement avantageuse, puisqu'elle autorise le traitement d'objets de natures et de formes extrêmement diverses. Ceci est à comparer avec l'art antérieur, représenté notamment par WO 2014/127847, lequel permet uniquement le traitement de substrats plans comme expliqué ci-dessus .
Au sens de l'invention, le mélange gazeux actif est activé par un champ électrique. Les molécules de gaz activées vont diffuser dans le volume réactionnel jusqu'à la surface du substrat et se fixer en formant des liaisons chimiques avec les matériaux du substrat. Les composants du mélange gazeux actif vont donc former tout ou partie du dépôt final, sous une forme chimique différente de leur forme originelle.
Le procédé conforme à l'invention est donc à distinguer notamment de la pulvérisation cathodique, telle que décrite dans WO 2014/127847. En effet, cette pulvérisation cathodique consiste à pulvériser le matériau de l'électrode pour le projeter sur la surface du substrat et former tout ou partie du dépôt final. Dans WO 2014/127847, le mélange gazeux sert uniquement à pulvériser le matériau de l'électrode, de sorte qu'il ne s'agit pas d'un mélange gazeux actif au sens de la présente invention.
Le fait de prévoir des moyens de convoyage, qui permettent de faire circuler les objets à traiter dans les différentes chambres plasma, assure une mise en oeuvre continue. En particulier, il n'est pas nécessaire de faire appel à un bras de manipulation ou analogue entre deux traitements plasma successifs, tel qu'enseigné notamment par US 6 296 735.
Par ailleurs, étant donné que les atmosphères des différentes chambres de traitement plasma ne sont pas hermétiques les unes par rapport aux autres, l'invention permet de s'affranchir de l'emploi de sas entre ces chambres. Ceci assure donc une simplification et une accélération de la mise en oeuvre de cette installation, ce qui autorise des cadences de travail élevées. De surcroît, la structure globale de l'installation s'en trouve allégée.
Enfin l'invention fait appel à des moyens permettant de confiner les mélanges gazeux injectés, ainsi que les plasmas générés. Tout mélange inacceptable est de ce fait évité, d'une part entre les mélanges gazeux injectés dans des chambres voisines, d'autre part entre les plasmas générés dans ces chambres. Par conséquent, l'invention assure la mise en oeuvre fiable d'un dépôt faisant intervenir des couches différentes les unes des autres, sur un même objet. Le confinement entre les mélanges gazeux peut être en particulier d'ordre physique. A cet effet, on peut notamment prévoir de réaliser chaque chambre avec des parois délimitant un espace de fuite minimal pour les gaz.
Le confinement entre les plasmas peut être tout d' abord d'ordre électro-physique, par exemple en reliant à la masse les parois qui délimitent les chambres. En substitution ou en complément, il peut être d'ordre électromagnétique, grâce par exemple à la présence d'un magnétron.
Description des figures
L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels:
Les figures 1 et 2 sont des vues, respectivement de côté et de dessus, illustrant une installation conforme à un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 est une vue en perspective, illustrant des moyens de dépilage appartenant à l'installation des figures 1 et 2. Les figures 4 et 5 sont des vues illustrant, respectivement de face et de côté, l'intérieur d'une chambre plasma appartenant à l'installation des figures précédentes.
La figure 6 est une vue de dessus illustrant cette chambre plasma .
Les figures 7 et 8 sont des vues respectivement en perspective et de dessus, illustrant un magnétron appartenant à l'installation des figures précédentes.
La figure 9 est une vue en perspective d'un aimant appartenant au magnétron des figures 7 et 8.
Les figures 10 et 11 sont des vues, respectivement de dessus et en bout, illustrant une installation conforme à un second mode de réalisation de l'invention.
Les figures 12 et 13 sont des vues illustrant, respectivement de face et de côté, l'intérieur d'une chambre plasma appartenant à l'installation des figures 10 et 11. Les références numériques suivantes sont utilisées dans la présente description:
10 Enceinte 20 Poste de dépilage
G Gobelets PI à P10 Piles d'objets
21, 22 Barres de dépilage 23 Bras
24 Corps de 23 25 Tête de 23
26 Ailes de 25 28 Eléments de transmission
30 Convoyeur 31 Bande de convoyage
F30 Direction de convoyage 32 Traverses
33 Supports 34 Patin de 33
D32 Distance entre traverses 40, 50, 60 Chambres plasma
L40 longueur de 40 140 largeur de 40
H40 hauteur de 40 L50 longueur de 50
L60 longueur de 60 40A,40B Parois frontales de 40
40C,40D Parois latérales de 40 40E Paroi supérieure de 40
40F Paroi inférieure de 40 41 Encoche
41A Tronçon horizontal de 41 41B Tronçon vertical de 41
41C Lumière de 41 42A Réseau supérieur tubulaire
42B Réseau inférieur tubulaire S40, S50, S60 Sources gazeuses
43 Electrode 44 Tiges
F43 Déplacement de 43 70 Poste d'empilage
80, 80' Chambres annexes 82, 82' Sas
90 Magnétron 91 Tiges
F90 Déplacement de 90 92, 93 Plaques
94, 94' Gorges périphériques 95, 95' Gorges centrales
96, 96' Aimants périphériques 97, 97' Aimants centraux
N, S Pôles de 96 L90 Longueur de 90
131 Largeur de 31 D45,D56 Distances entre chambres
E45,E56 Espaces entre chambres P45,P46 Moyens de pompage
I à IV lots d'objets RI à Rn Rangées d'objets
110 Enceinte 111 Moyens de mise sous vide
112 Porte 120 Cage de stockage
130 Convoyeur 132 Tige
140,150 Chambres 140A - 140F parois de 140
141 Encoche 141A Tronçon horizontal de 141 141B Tronçon vertical de 141 141C Lumière de 141
141D Entaille 142A, 142B Moyens d'injection
143 Electrode 190 Magnétron
Description détaillée
Les figures 1 à 9 décrivent un premier mode de réalisation, dans lequel les objets à traiter sont déplacés linéairement, en d'autres termes selon un mouvement de translation. L'installation conforme à l'invention comprend tout d'abord une enceinte, désignée dans son ensemble par la référence 10. Cette enceinte, de forme allongée, est sensiblement fermée et se trouve avantageusement placée en permanence sous vide, en service. A cet effet elle est pourvue de moyens de mise sous vide, qui seront décrits plus en détail dans ce qui suit.
L'enceinte 10 possède des parois minces, réalisées en un matériau conducteur ou non. On choisira un matériau suffisamment résistant, pour résister à la mise sous vide en service. Il s'agira par exemple d'un matériau métallique, tel l'acier inoxydable ou l'aluminium, ou encore de verre. Les dimensions de cette enceinte sont choisies en fonction de la quantité horaire d'objets à traiter. A titre purement indicatif, sa longueur est comprise entre 2 et 5 mètres, sa largeur est comprise entre 0.5 et 1.5 mètres, alors que sa hauteur est comprise entre 1.5 et 2.5 mètres. L'enceinte est équipée d'un poste 20 de dépilage des objets à traiter, d'un convoyeur 30, de trois chambres plasma 40, 50 et 60, ainsi que d'un poste 70 d'empilage des objets une fois traités. Enfin on retrouve, respectivement en amont et en aval de l'enceinte 10, deux chambres annexes 80 et 80' dont la structure et la fonction seront détaillées dans ce qui suit. Ces chambres communiquent avec l'enceinte, via des moyens d'accès respectifs 82 et 82'. Ces derniers, qui sont de type sas ou analogue, peuvent créer de façon sélective une étanchéité entre l'enceinte et l'une ou l'autre des chambres annexes précitées.
Le poste 20 est destiné au dépilage des objets à traiter qui sont, dans l'exemple illustré, des gobelets G. Comme illustré notamment en figure 3, qui montre le poste 20 sous un angle différent par rapport aux figures 1 et 2, ces gobelets sont agencés selon plusieurs piles PI à P10 disposées les unes à côté des autres, de manière à former des rangées disposées les unes derrière les autres. Ce poste 20 comprend tout d'abord deux barres de dépilage 21 et 22, mobiles en translation selon un mouvement de va-et-vient. Le poste comprend en outre un bras 23, comportant un corps allongé 24 et une tête de maintien 25 en forme de U. Les ailes 26 de cette tête 25 peuvent être fixes ou bien, comme dans l'exemple illustré, être éloignées ou rapprochées mutuellement .
Les mouvements des barres 21, 22 et du bras 23, qui seront détaillés dans ce qui suit, sont impartis par des moyens moteurs non représentés. De façon avantageuse, ces moyens moteurs sont situés en dehors de l'enceinte 10. On notera que, sur la figure 3, certains éléments de transmission 28 sont représentés, lesquels sont intercalés cinématiquement entre les moyens moteurs et les barres 21, 22 et le bras 23.
Le convoyeur 30 comprend tout d'abord une bande de convoyage 31, formant une boucle sans fin qui peut être mise en mouvement selon la direction principale de l'enceinte, par des moyens moteurs classiques non représentés. La flèche F30, visible sur les figures 1 et 2, matérialise la direction longitudinale de convoyage de ce premier mode de réalisation. Par ailleurs des traverses 32, visibles notamment en figure 3, sont régulièrement réparties le long de cette bande. Chacune de ces traverses 32 est solidaire de supports 33, destinés à soutenir les objets durant les opérations de traitement .
La forme et les dimensions des supports 33 sont adaptées aux objets à traiter. Dans l'exemple illustré, chaque support 33 présente globalement la forme d'un S, en étant pourvu d'un patin d'extrémité 34, assurant un appui satisfaisant au gobelet avec lequel il coopère. La distance D32 séparant deux traverses adjacentes est choisie en fonction de la dimension des gobelets, afin notamment d'éviter tout contact intempestif entre les gobelets de deux rangées adjacentes.
On va maintenant décrire la structure de la chambre 40, étant entendu que la structure des autres chambres 50 et 60 est analogue. La chambre 40, de forme parallélépipédique, présente à titre indicatif les dimensions suivantes :
- longueur L40 comprise entre 0.1 et 1.5 mètre
- largeur 140 comprise entre 0.1 et 1.5 mètre
- hauteur h40 comprise entre 0.05 et 1.0 mètre.
On conçoit que, puisque la bande sans fin 31 défile à une vitesse constante, la longueur L40 va influer sur le temps de résidence des gobelets dans la chambre 40 et, de ce fait, sur la durée de la phase de traitement mise en oeuvre dans cette chambre. Par conséquent, moyennant des longueurs de chambres L40, L50 et L60 différentes les unes des autres, on peut réaliser des phases de traitement de durées différentes dans ces chambres. La chambre 40 est délimitée par six parois, soit des parois frontales avant 40A et arrière 40B, deux parois latérales 40C et 40D, ainsi que des parois supérieure 40E et inférieure 40F. Ces parois, dont l'épaisseur est par exemple comprise entre 0.1 et 1.0 mètre, sont réalisées en un matériau conducteur, tel de l'acier inoxydable, et sont reliées à la masse. La chambre est fixée contre les parois de l'enceinte grâce à tout moyen approprié, non représenté. Les parois latérales 40C, 40D, supérieure 40E et inférieure 40F sont de préférence pleines. En revanche, chaque paroi frontale 40A, 40B est creusée d'une encoche respective 41, destinée au passage de la bande, des supports et des gobelets. A cet effet, chaque encoche se compose d'un tronçon horizontal 41A coopérant avec la bande, d'une pluralité de tronçons verticaux 41B, dont chacun coopère avec un support respectif, ainsi que d'une pluralité de lumières 41C, dont chacune coopère avec un gobelet respectif. Chaque encoche frontale est adaptée aux dimensions de la bande, des supports et des gobelets, en ce sens qu'elle autorise le passage de ces éléments tout en ménageant un espace intercalaire qui soit le plus faible possible. Ceci permet de confiner le volume intérieur de la chambre plasma, afin de limiter les fuites de mélange gazeux en dehors de ce volume .
On conçoit qu'une géométrie donnée d'encoches n'est pas nécessairement bien adaptée, si on modifie la forme et/ou les dimensions de la bande et/ou des supports et/ou des objets à traiter. Il est donc avantageux de prévoir que les parois frontales 40A et 40B sont fixées de façon amovible, par tout moyen approprié, sur les autres parois de la chambre. Ces parois frontales peuvent alors être remplacées, le cas échéant, par au moins un jeu de parois frontales supplémentaires, dans lesquelles sont ménagées des encoches différentes quant à leur forme et/ou leurs dimensions.
La chambre 40 comprend en outre des moyens d'injection en mélange gazeux actif, susceptible de former un plasma en service. De façon avantageuse, ces moyens d'injection comprennent un premier réseau tubulaire 42A, dit supérieur, placé au-dessus des gobelets, ainsi qu'un second réseau tubulaire 42B, dit inférieur, placé au-dessous des gobelets. Ces deux réseaux permettent d'homogénéiser la distribution des gaz, afin de traiter les deux faces opposées des gobelets, respectivement extérieure et intérieure, lors d'une même étape de traitement.
Ces réseaux sont alimentés par une source S40 de mélange gazeux, prévue par exemple en dehors de l'enceinte. Le passage des différents tubes, au travers des parois de chaque chambre et, le cas échéant, au travers des parois de l'enceinte, est réalisé de façon étanche. On note également S50 et S60 les sources de mélanges gazeux, destinés à être injectés dans les chambres 50 et 60. Afin de permettre des traitements de natures différentes dans les chambres 40, 50 et 60, les mélanges gazeux provenant des sources S40 à S60 sont également différents.
Les sources S40 à S60 sont illustrées sur la figure 1, la source S40 étant également représentée de façon schématique sur la figure 6. En revanche, sur la figure 1, les différents réseaux tubulaires d'injection, communiquant avec ces sources, ne sont pas illustrés. La chambre 40 comprend en outre une électrode métallique plane, désignée dans son ensemble par la référence 43. Cette électrode, qui peut être refroidie par tout moyen approprié, non représentée, est reliée au potentiel d'un générateur non représenté, de type classique. La contre-électrode est constituée par une autre plaque métallique, non représentée, placée sous la bande sans fin 31 du convoyeur. Elle est isolée électriquement des parois de l'enceinte et peut être laissé au potentiel flottant, ou encore être connectée au générateur ou à la masse.
L'électrode 43 est supportée par des tiges de suspension 44 isolantes, lesquelles sont montées coulissantes par rapport à la paroi supérieure de la chambre. Dans ces conditions, la hauteur de cette électrode peut être modifiée, selon la flèche F43, afin de faire varier les caractéristiques du plasma. Les électrodes des trois chambres plasma sont reliées à des générateurs différents, ce qui permet de faire des traitements à des puissances et des pressions différentes. Par ailleurs, ces générateurs peuvent avantageusement être synchronisés, ce qui permet d'éviter les perturbations électromagnétiques .
En partie basse de la chambre 40, à savoir au-dessous de la bande 31, il est prévu un magnétron désigné dans son ensemble par la référence 90. Ce magnétron est supporté par des tiges de suspension 91 isolantes, analogues à celles 44, lesquelles sont montées coulissantes par rapport à la paroi inférieure de la chambre. Dans ces conditions, la hauteur de ce magnétron peut être modifiée, selon la flèche F90, afin de faire varier les caractéristiques du plasma. Ce magnétron peut être associé à un circuit de refroidissement, non représenté. De façon avantageuse il est isolé électriquement et peut être placé au potentiel flottant, ou bien encore être connecté au générateur ou à la masse. Dans l'exemple illustré, comme montré aux figures 7 et 8, le magnétron 90 comprend deux plaques métalliques 92 et 93, éventuellement refroidies. L'une 92 de ces plaques est pleine, alors que l'autre 93 est creusée de différentes gorges. On retrouve deux gorges identiques 94 et 94', en forme de boucle rectangulaire, à l'intérieur de chacune desquelles est creusée une gorge rectiligne respective 95 et 95' .
Chaque gorge périphérique 94 et 94' reçoit une série d'aimants 96 et 96', placés les uns derrière les autres selon une boucle fermée. La figure 9 illustre l'un de ces aimants 96, dont le pôle Nord N est tourné vers le haut. Par ailleurs, une deuxième série d'aimants 97, 97' est placée dans une gorge centrale respective 95, 95' . Le pôle Sud de ces aimants intérieurs 97, 97' est tournée vers le haut, à sa voir que leur polarité est opposée de celle des aimants périphériques 96, 96' .
Le magnétron permet de confiner, en service, le plasma généré dans une chambre donnée et, de ce fait, de réduire la contamination avec les plasmas produits dans les autres chambres de l'installation. Ce confinement est également réalisé grâce à la présence des parois de la chambre, lesquelles sont reliées à la masse. On notera que ce confinement est mis en oeuvre, sans que l'atmosphère de chaque chambre ne soit rendue hermétique, notamment par un système de sas. Dans l'exemple illustré, le magnétron comprend deux agencements électromagnétiques adjacents et identiques, dont chacun est formé par une série d' aimants intérieurs 97 ou 97', entourée par une série d'aimants périphériques 96 ou 96' s' étendant en boucle fermée. A titre de variante, on peut prévoir que le magnétron est formé par un unique agencement de ce type, ou encore qu'il comporte un nombre d'agencements supérieur à deux. L'utilisation d'un magnétron est également avantageuse, en ce qu'elle augmente le bombardement ionique, ce qui induit une densification des couches lors de la phase de dépôt. Cette utilisation augmente également la vitesse de croissance et l'adhésion entre la couche nanométrique et le substrat à traiter, qui peut être réalisé en divers matériaux tels du plastique, du métal, du verre ou encore de la céramique.
Les aimants composant le magnétron peuvent être de forces et de dimensions différentes, en fonction des configurations opératoires. On peut également utiliser des électro-aimants, au lieu d'aimants permanents. En référence à la figure 8, il est avantageux que la longueur L90 du magnétron, à savoir la plus grande distance de chaque série périphérique d'aimants 96 ou 96' , soit supérieure à la largeur 131 de la bande sans fin. Ceci permet en effet d'améliorer l'effet technique du magnétron .
On note D45 et D56 les distances entre deux chambres contigues, séparant leurs parois adjacentes. De façon typique, chacune de ces distances est comprise entre 5 et 20 centimètres. On note E45 et E56 les espaces intercalaires, délimités entre chaque couple de chambres. De façon avantageuse, des moyens de pompage P45 et P46 sont placés dans chacun de ces espaces, ce qui permet d'éviter tout contact intempestif entre les fractions gazeuses susceptibles de s'échapper hors des différentes chambres. Ces moyens de pompage P45 et P46 constituent aussi, de façon avantageuse, les moyens de mise sous vide de l'enceinte 10.
La mise en oeuvre de l'installation, décrite ci-dessus en référence aux figures 1 à 9, va maintenant être explicitée dans ce qui suit.
On suppose que différents lots de gobelets doivent être traités au moyen de cette installation. Chaque lot I à IV est formé de rangées RI à Rn, dont chacune est constituée de différentes piles les unes à côté des autres, comme montré en figure 3.
En vue du traitement du tout premier lot, on réalise une phase de préparation préalable. A cet effet on place tout d'abord l'enceinte sous vide, à une pression typiquement inférieure à 1.10-3 mbar. Les différents mélanges gazeux sont ensuite introduits dans chaque chambre plasma, depuis les sources S40 à S60, pour conférer une pression stable, typiquement comprise entre 10~2 et 5.10-1 mbar, à l'intérieur de chaque chambre. Un temps de stabilisation est ensuite observé, typiquement compris entre 1 et 10 secondes. Chaque plasma est alors généré, de façon connue en soi, dans une chambre respective. Après un temps de stabilisation typiquement de quelques secondes, la bande sans fin est mise en mouvement, puis n'est avantageusement pas arrêtée durant la suite de la mise en oeuvre.
En référence aux figures 1 et 2, on suppose qu'un premier lot I est en cours de traitement dans l'enceinte, un autre lot II est en attente dans la chambre amont 80, un lot supplémentaire III est en attente à l'extérieur, alors qu'un dernier lot IV vient d'être traité et se trouve dans la chambre aval 80' . On dépile tout d'abord les rangées successives du lot I, afin de les admettre sur la bande sans fin 31.
A cet effet, les barres 21 et 22 sont mises en mouvement (flèche F21) afin d'autoriser la chute par gravité d'un unique gobelet G' 1 à G' 10 située au bas de chaque pile. Ce gobelet est alors pris en charge par la tête 25 du bras 23, lequel est mis en mouvement (flèche F23) , d'une part en translation horizontale à la même vitesse que la bande 31 et, d'autre part, en translation vers le bas en direction de cette bande. Lorsque chaque tête est à proximité d'un support respectif, elle libère le gobelet qu'elle maintenait par écartement des ailes 26 (flèches F26) .
Chaque gobelet repose alors sur un support respectif, puis est déplacé en translation le long des différentes chambres. Il subit alors trois traitements appropriés, de même nature ou de natures différentes comme cela a été explicité ci- dessus. Etant donné que la vitesse de la bande est avantageusement maintenue constante, les temps de chaque traitement individuel peuvent être ajustés en fonction de la longueur des chambres.
Après avoir été soumis à ces traitements successifs, les gobelets du lot I sont à nouveau agencés sous forme de piles, de façon connue en soi, dans le poste 70. Durant le traitement de ce lot I, le lot II est placé dans la chambre amont 80, au sein de laquelle il est mis sous vide, alors que le lot IV est placé dans la chambre aval 80', au sein de laquelle il est remis à atmosphère ambiante. On notera que, pendant ces phases respectives de mise sous vide et de remise à l'ambiante, on active les moyens de séparation 82 et 82', de sorte qu' il y a étanchéité entre les volumes intérieurs de l'enceinte 10 et des deux chambres annexes 80, 80' .
Une fois que tous les gobelets du lot I sont remis en pile dans la zone de stockage aval 70, on évacue le lot IV hors de la chambre annexe aval 80' . On place cette dernière sous vide, tout comme la chambre annexe amont 80. On transfère alors le lot I de l'enceinte vers cette chambre aval 80', et on admet le lot suivant II dans l'enceinte, depuis la chambre amont 80. On rétablit ensuite l' étanchéité entre l'enceinte et ces deux chambres annexes, puis on traite le lot II de façon identique à celle décrite ci-dessus pour le lot I. Durant le traitement du lot II, on admet le lot III dans la chambre amont et on met celle-ci sous vide, alors qu'on remet à l'ambiante le lot I dans la chambre aval.
De façon avantageuse, la bande sans fin est continuellement mise en mouvement et l'enceinte est en permanence placée sous vide, sans risque de dysfonctionnement. En effet, lorsque l'enceinte est en communication avec les chambres annexes, ces dernières se trouvent sous vide. De plus, lorsque ces chambres annexes communiquent avec l'extérieur, pour le transfert des lots traités/à traiter, ces chambres sont alors hermétiquement isolées par rapport à l'enceinte.
Les figures 10 à 13 décrivent un second mode de réalisation, dans lequel les objets à traiter sont déplacés selon un mouvement de rotation. Sur ces figures 10 à 13, les éléments mécaniques analogues à ceux des figures 1 à 9 y sont affectés des mêmes numéros de référence, augmentés de 100.
L' installation conforme à ce second mode de réalisation comprend tout d'abord une enceinte 110, pourvue de moyens de mise sous vide, représentés de façon schématique et affectés de la référence 111. Cette enceinte 110 possède des parois minces, analogues à celles de l'enceinte 10. Elle est équipée d'une porte 112, permettant l'accès à son volume intérieur. Cette enceinte 110, qui est de forme cylindrique, présente une forme moins allongée que l'enceinte 10. A titre purement indicatif, sa longueur est comprise entre 0.5 et 2.0 mètres, alors que son diamètre est compris entre 0.5 et 1.5 mètre. L'enceinte est équipée d'un poste 120 de stockage, d'un convoyeur 130, ainsi que de deux chambres plasma 140 et 150. Le convoyeur est formé par un plateau, réalisé par exemple sous forme d'un disque en aluminium. A titre non limitatif, l'épaisseur de ce disque est comprise entre 0.5 et 2.0 centimètres, notamment voisine de 1 centimètre, alors que son diamètre est compris entre 40 et 140 centimètres, notamment voisin de 80 centimètres.
Le poste de stockage 120 est avantageusement réalisé sous la forme d'une cage grillagée, reliée à la masse. Cet agencement permet de protéger les objets stockés dans la cage, à l'égard d'un plasma s' échappant en quantité substantielle d'une des chambres 140, 150. Par conséquent, le temps de traitement des objets est parfaitement maîtrisé, puisqu'il est limité au temps de séjour à l'intérieur des chambres plasma.
Le plateau 130 est supporté par une tige métallique 132, elle-même reliée à un moteur non représenté, placé à l'extérieur de l'enceinte. Le plateau peut donc entrer en rotation autour de l'axe principal de la tige, à savoir qu'il peut typiquement pivoter autour de cet axe vertical. La flèche F130, visible sur la figure 10, matérialise la direction de convoyage circulaire de ce second mode de réalisation. Comme cela sera détaillé dans ce qui suit, le moteur présente une vitesse variable, de sorte qu'on peut moduler la vitesse du plateau 130 entre chaque chambre pour modifier le temps de traitement.
De façon avantageuse, ce plateau est isolé électriquement grâce à un support isolant, non représenté, interposé entre le plateau et la tige. Deux balais également non représentés, réalisés par exemple en carbone ou analogue, permettent de connecter le plateau indifféremment à la masse ou au retour du générateur équipant chaque chambre plasma. Comme dans le premier mode de réalisation, le plateau est pourvu de supports non représentés, en vue du maintien des objets à traiter. Dans le cas où ces supports sont conducteurs, ils peuvent être conçus pour servir d'antennes et modifier la répartition du champ électrique au voisinage des objets.
Les chambres 140 et 150, qui sont sensiblement identiques, sont globalement analogues à celles 40 à 60 du premier mode de réalisation. Ainsi la chambre 140 possède six parois, dont les parois respectivement latérales 140D, supérieure 140E et inférieure 140F sont pleines. Chaque paroi frontale 140A, 140B est creusée d'une encoche respective 141, destinée au passage du plateau, des supports et des objets.
La forme de l'encoche 141 diffère de celle 41 du premier mode, en ce que le tronçon horizontal 141A, coopérant avec le plateau, débouche sur la paroi latérale interne 140C de la chambre 140. Cette paroi 140C est par ailleurs creusée d'une entaille 141D, autorisant le déplacement du plateau, laquelle s'étend entre les faces frontales opposées. Les tronçons verticaux 141B et les lumières 141C de l'encoche 141 sont en revanche analogues aux éléments 41B et 41C, décrits notamment en référence à la figure 4.
Comme dans le premier mode, chaque encoche autorise le passage du plateau, des supports et des objets à traiter, tout en ménageant un espace intercalaire qui soit le plus faible possible. On peut prévoir que les parois frontales 140A et 140B sont fixées de façon amovible, par tout moyen approprié, sur les autres parois de la chambre. Par ailleurs chaque chambre 140, 150 est équipée, comme dans le premier mode de réalisation, de moyens d'injection 142A et 142B, d'une électrode 143 et d'un magnétron 190.
En service, on place tout d'abord les objets à traiter sur le plateau, puis on met en oeuvre une phase de préparation préalable, de manière analogue à ce qui a été décrit ci- dessus pour le premier mode de réalisation. Ainsi, on place l'enceinte sous vide, puis on admet les différents mélanges gazeux, on observe un temps de stabilisation et on génère chaque plasma dans une chambre respective. Après un temps de stabilisation, le plateau est entraîné en rotation, de sorte que les objets à traiter circulent dans chaque chambre, afin de subir le traitement souhaité.
Contrairement au premier mode de réalisation, le temps de traitement au sein d'une chambre donnée peut être modifié en jouant, non pas sur les dimensions de la chambre, mais sur la vitesse de rotation. Ainsi, si on ralentit le plateau, sa durée de séjour est rallongée et le temps de traitement est augmenté .
De plus, on peut prévoir de faire pivoter le plateau selon plus d'une révolution, en particulier au moins deux tours complets. De la sorte, les objets supportés par ce plateau subissent plusieurs traitements successifs dans une même chambre. D'un tour à l'autre, on peut également modifier la nature du mélange gazeux injecté. Par exemple, on peut injecter tout d'abord un mélange de prétraitement dans la chambre 140 en vue du premier tour des objets puis, lors de la rotation suivante, soumettre ces derniers à un autre mélange gazeux au sein de cette même chambre, afin de revêtir la surface de ces objets.
Enfin, dès que les objets ont subi la dernière étape de traitement prévue, ils sont à nouveau dirigés dans la cage grillagée du poste 120, ce qui leur évite d'être soumis de manière intempestive à un plasma. On arrête ensuite chaque plasma, avant d'évacuer les mélanges gazeux résiduels. Enfin, le volume intérieur de l'enceinte est remis à pression atmosphérique, afin d'extraire les objets traités.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de traitement de surface d'objets par plasma, comprenant
- une enceinte (10 ; 110)
- des moyens (P45, P46) de mise sous vide de cette enceinte,
- une zone de stockage des objets à traiter, dite zone de stockage amont (20 ; 120)
- une zone de stockage des objets traités, dite zone de stockage aval (70 ; 120),
- au moins deux chambres (40, 50, 60 ; 140, 150) de traitement plasma comprenant des moyens (42A, 42B ; 142A ; 142B) d'injection d'un mélange gazeux actif, des moyens (43 ; 143) de création d'une décharge électrique et des moyens de confinement du plasma dans le volume intérieur de la chambre,
- des moyens de transport (30 ; 130) entre les zones de stockage et les chambres,
caractérisée en ce que
les moyens de transport sont des moyens de convoyage (30 ; 130) définissant une direction de convoyage (F30 ; F130), en ce que les différentes chambres sont placées les unes derrière les autres, selon la direction de convoyage,
et en ce que les atmosphères des différentes chambres de traitement plasma ne sont pas hermétiques l'une par rapport à 1 ' autre .
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des sources de mélange gazeux (S40
- S60), les moyens d'injection équipant les au moins deux chambres étant reliés auxdites sources de mélange gazeux (S40 S60), au moins deux mélanges gazeux étant de natures différentes .
3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de confinement du plasma sont d'ordre électro-physique, au moins une chambre, en particulier toutes les chambres, possédant notamment des parois reliées à la masse.
4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de confinement du plasma sont d'ordre électromagnétique, et comprennent notamment au moins un magnétron (90 ; 190) reçu dans le volume intérieur de la chambre.
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le magnétron comprend au moins un arrangement électromagnétique, dont chacun comprend un ensemble central d'aimants (97, 97'), dont la polarité est tournée dans un premier sens, ainsi qu'un ensemble périphérique d'aimants (96, 96'), entourant l'ensemble central, dont la polarité est tournée dans le sens opposé.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de confinement du plasma sont d'ordre physique.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'injection comprennent au moins deux réseaux tubulaires (42A, 42B ; 142A ; 142B) , placées de part et d'autre de chaque objet, en service, afin de réaliser un dépôt plasma sur deux faces opposées de cet objet.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une chambre comprend des moyens de variation des caractéristiques du plasma, en particulier des moyens (44) de déplacement aptes à déplacer les moyens de création d'une décharge et/ou des moyens (91) de déplacement du magnétron.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins une chambre possède des parois latérales, au moins une paroi latérale étant creusée d'au moins une encoche (41 ; 141) permettant le passage des moyens de convoyage et des objets à traiter, les autres parois latérales étant pleines.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins deux chambres plasma présentent des dimensions principales différentes, selon la direction de convoyage, de sorte que les temps de traitement dans ces deux chambres sont différents.
11. Procédé de mise en oeuvre de l'installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel
- on met sous vide l'enceinte,
- on génère un plasma respectif dans chaque chambre de traitement
- on met en mouvement les moyens de convoyage, de manière à faire circuler les objets dans les chambres plasma, depuis la zone de stockage amont vers la zone de stockage aval.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel
- on met en mouvement les moyens de convoyage selon une direction longitudinale,
- on fait circuler un premier lot d'objets dans les chambres plasma depuis la zone de stockage amont vers la zone de stockage aval,
- on évacue le premier lot hors de la zone de stockage aval et on admet un lot suivant dans la zone de stockage amont, tout en maintenant l'enceinte sous vide et tout en continuant à mettre en mouvement les moyens de convoyage .
13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel
- on met en mouvement les moyens de convoyage selon une direction circulaire, - on fait varier la vitesse de rotation de ces moyens de convoyage pendant le séjour des objets dans au moins une chambre .
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel on injecte des mélanges gazeux différents, dans au moins deux chambres, de manière à générer des plasmas de natures différentes dans ces chambres.
15. Utilisation d'une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour le traitement par plasma d'objets creux, possédant un volume intérieur délimité par une paroi présentant une face intérieure et une face extérieure.
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