Brevet FR2658025A1 — publié le 19910809

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT PAR PLASMA DE PIECES DE FORMES DIVERSES Laprésente invention concerne Le domaine technique de La production de pLasma à partir de mi lieux gazeux, de toutes natures, en vue d'assurer, sur une pièce de nature variée, un traitement de surface au sens général, tel que enlèvement de résidus inorganiques ou organiques, gravures, dépôts ou modifications des propriétés de surface ou des propriétés mécaniques de la pièce. L'invention trouve une appLication particulièrement avantageuse pour Le traitement de la surface de pièces présentant des surfaces de profils divers et/ou des voLumes de toutes formes, teLLes que des surfaces concaves ou des formes creuses. L'art antérieur connaît de nombreuses techniques d'excitation pLasma assurant Le traitement en surface de pièces. L'une des techniques concerne ceLLe des décharges capacitives consistant à appLiquer, à L'une des éLectrodes par rapport à L'autre, une tension basse fréquence ou une tension radio-fréquence sinusoidale. L'excitation du pLasma entre Les deux éLectrodes permet de traiter une pièce pLacée entre ces deux éLectrodes. Une autre technique pLasma bien connue concerne La technique d'excitation de pLasma à La résonance cycLotronique éLectronique. Cette résonance est obtenue pour un champ magnétique B et une fréquence d'excitation f Liés par Leur relation B=;lïrmf e où m et e sont, respectivement, La masse et La charge de L'éLectron. A titre d'exempLe, pour une fréquence de 2,45 GHz, un champ magnétique de 0,0875 Tes La est nécessaire pour obtenir La résonance. Une énergie éLectromagnétique dans le domaine des micro-ondes est produite en relation d'un champ magnétique qui est créé, par exempLe, nar des aimants permanents ou des bobines et présentant une intensité correspondant à La résonance cyclotronique éLectronique. Ces techniques d'excitation plasma permettent, généralement, de traiter efficacement L'un, voire l'un et L'autre, des côtés d'une pièce plane. Toutefois, il apparat que de teLLes techniques ne sont pas en mesure d'assurer un traitement efficace de La surface de pièces présentant des surfaces de profils divers et/ou des volumes de formes variées, telles que des surfaces concaves ou des formes creuses. En effet, dans La technique de décharges capacitives, il n'apparaît possible de traiter que tes surfaces de la pièce, placées en regard des électrodes. Ainsi, des surfaces internes d'une pièce creuse ne peuvent, en aucun cas, subir un traitement plasma. De La même façon, La technique plasma, par décharges micro-ondes excitées à La résonance cyclotronique électronique, permet de créer un plasma uniquement dans La zone de résonance, Le plasma diffusant ensuite Le long des Lignes de champ magnétique, de sorte qu'il apparat impossible de traiter des pièces présentant des surfaces concaves ou des formes creuses non directement en regard des lignes de champ magnétique. Les techniques plasma citées ci-dessus assurent donc uniquement un traitement des surfaces d'une pièce orientée directement vers la zone source de création ou de diffusion du plasma. IL apparaît donc un besoin de pouvoir disposer d'une technique plasma permettant d'assurer un traitement de pièces présentant des surfaces et/ou des volumes variés. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un procédé assurant le traitement par plasma de La surface de pièces diverses présentant des surfaces de profils variés et/ou des volumes de toutes formes. Le procédé de traitement seLon L'invention d'au moins une pièce par plasma est du type consistant, dans une enceinte contenant un milieu gazeux, à appLiquer une énergie dans Le domaine des micro-ondes et à produire un champ magnétique d'intensité correspondant à La résonance cyclotronique électronique pour assurer la production d'un plasma. Le procédé de traitement selon l'invention consiste à produire un champ magnétique à caractère uniforme dans tout un volume déterminé enveloppant au moins la pièce à traiter et à appliquer L'énergie micro-onde dans tout Le volume déterminé, pour assurer L'excitation du plasma dans Ledit volume, permettant le traitement de La pièce comprise dans Le volume déterminé. L'objet de L'invention vise, également, à proposer un dispositif adapté pour mettre en oeuvre le procédé de traitement seLon L'invention, du type comportant une enceinte étanche raccordée à un circuit de pompage et à un circuit d'apport d'un milieu gazeux pour maintenir une pression déterminée dans L'enceinte, un moyen d'application d'une énergie micro-onde dans l'enceinte et un moyen de production d'un champ magnétique dans L'enceinte à la résonance cyclotronique électronique pour L'excitation d'un plasma. Le dispositif selon l'invention comporte un moyen apte à produire un champ magnétique d'intensité uniforme dans tout un volume enveLoppant La pièce à traiter et un moyen assurant L'application d'une énergie micro-onde dans tout Le volume déterminé pour permettre L'excitation du pLasma dans ledit volume de traitement de la pièce. Diverses autres caractéristiques ressortent de La description faite ci-dessous en référence au dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure unique illustre un exemple de réalisation d'un dispositif de traitement par plasma permettant de mettre en oeuvre Le procédé de traitement selon L'invention. Le dispositif comporte, de façon cLassique, une enceinte étanche 1 équipée d'un circuit 2 d'introduction, à L'intérieur de L'enceinte, d'un gaz à ioniser adapté aux traitements à effectuer. L'enceinte 1 est pourvue aussi d'un circuit 3 de pompage permettant de maintenir la pression du gaz à une valeur désirée qui peut être, par exemple, de L'ordre de quelques 10 3 Pascals à quelques Pascals. Selon l'invention, le dispositif de traitement est équipé de moyens 4 adaptés pour produire un champ magnétique B d'intensité uniforme dans tout un volume V enveloppant La ou Les pièces P à traiter qui se trouvent supportés par tout moyen S de support adapté. Conformément à L'invention, le dispositif de traitement comporte, également, un générateur 5 adapté pour appliquer, à au moins L'ensemble du volume V, à travers un adaptateur 6, une onde électro-magnétique dans le domaine des micro-ondes. L'onde électromagnétique présente une fréquence f égale à La fréquence gyromagnétique des électrons, de manière à obtenir, en relation du champ magnétique B, une excitation du plasma à La résonance cycLotronique électronique. Cette résonance est obtenue pour un champ magnétique B et une fréquence d'excitation f liés par La relation c1) B = 2flmf e où m et e sont, respectivement, La masse et La charge de l'électron. A titre d'exemple, pour une fréquence de 2,45 GHz, un champ magnétique dé 0,0875 Tes la est nécessaire pour obtenir la résonance. La présence, dans l'ensemble du volume V, de L'énergie micro-onde, à une fréquence f donnée et d'un champ magnétique uniforme d'intensité B, permet d'obtenir L'excitation du plasma à La résonance cyclotronique électronique. L'ionisation du gaz dans L'ensemble du volume V permet donc de traiter la surface de la ou des pièces P comprises dans le volume V. En effet, le plasma ionisé entoure toutes Les surfaces élémentaires présentées par la pièce P. Ainsi, il apparat possible de traiter, entièrement ou partiellement, Les surfaces de pièces présentant des surfaces de profils divers et/ou des volumes de toutes formes, telles que, par exemple, des surfaces concaves ou des formes creuses. IL doit être considéré que les dimensions de ce volume V sont telles que Les électrons puissent acquérir, dans L'espace disponible, une énergie suffisante pour ioniser Le gaz. A cet effet, au moins deux des dimensions de ce volume doivent être supérieures au rayon de Larmor des électrons, teL que : où eV est L'énergie acquise par l'électron. Par ailleurs, il doit être considéré que Le caractère uniforme du champ magnétique doit être tel que La valeur de résonance donnée par La relation (1) correspondante, pour une fréquence micro-onde déterminée, ne s'écarte pas d'une valeur supérieure à environ 10 %. Ainsi, pour une fréquence f égale à 2,45 GHz, le champ magnétique B doit être compris, en tes La, entre 0,080 De même, pour une valeur donnée du champ magnétique, il convient que la fréquence f ne s'écarte pas d'une valeur supérieure à environ 10 % correspondant à La résonance. Avantageusement, la fréquence f de L'énergie micro-onde et/ou Le champ magnétique B se trouvent réglables pour obtenir un coupLage optimum seLon La reLation cul), de manière à obtenir une densité de plasma maximaLe. A titre d'exempLe, Les moyens 4 de production du champ magnétique peuvent être constitués par des bobines éLectromagnétiques, des aimants permanents ou soit une combinaison de bobines magnétiques avec des aimants permanents, pour obtenir La production de champs magnétiques uniformes dans des voLumes de formes variées. Ces moyens 4 peuvent être intérieurs ou extérieurs à L'enceinte étanche 1. Par aiLLeurs, L'énergie électromagnétique est introduite à l'intérieur de L'enceinte 1, par tout moyen adapté au traitement et/ou à la configuration des pièces à traiter. A titre d'exemple, L'énergie micro-onde peut être introduite par une fenêtre diélectrique, une structure coaxiale ou un câble coaxial. Le procédé de traitement selon L'invention peut être mis en oeuvre pour assurer, à une pièce, un traitement de surface particulier, tel que enlèvement de résidus inorganiques ou organiques, gravures, dépôts, nettoyages, traitements de polymères ou modifications de propriétés mécaniques de la pièce. Dans certaines appplications, la pièce P à traiter peut, éventuellement, être polarisée par rapport au potentiel plasma, par application à la pièce P, par exemple à travers le support S, d'une tension continue ou d'un signal électrique basse fréquence ou radio-fréquence (13,56 MHz par exemple). A cet effet, le support S est raccordé, à L'extérieur de l'enceinte 1, à un moyen de polarisation 7 adapté pour délivrer, soit une tension continue ou soit un signal électrique basse frequence ou radio-fréquence. Par ailleurs, suivant L'application visée, il doit être considéré que la pièce P peut être aussi, éventuellement, refroidie ou chauffée au cours de son traitement. A cet égard, le support S peut être, par exemple, raccordé à des moyens de refroidissement ou de chauffage. L'invention n'est pas Limitée à L'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'au moins une pièce (P) par plasma, du type consistant, dans une enceinte (1) contenant un milieu gazeux, à appliquer une énergie dans le domaine des micro-ondes et à produire un champ magnétique (B) d'intensité correspondant à la résonance cyclotronique électronique, pour assurer la production d'un plasma, caractérisé en ce qu'il consiste : - à produire un champ magnétique (B) à caractère uniforme dans tout un volume (V) déterminé enveloppant au moins la pièce à traiter, - et à appliquer l'énergie micro-onde dans tout le volume déterminé (V), pour assurer L'excitation du plasma dans Ledit volume permettant le traitement de La pièce comprise dans le volume déterminé. 2 - Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une énergie microonde de fréquence réglable autour de la fréquence gyromagnétique des électrons, pour assurer, en relation du champ magnétique, une densité de plasma maximale. 3 - Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un champ magnétique uniforme d'intensité réglable pour assurer, en relation de la fréquence micro-onde, une densité de plasma maximale. 4 - Procédé de traitement selon L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à polariser La pièce (P) par rapport au potentiel plasma, par application à la pièce d'une tension continue. 5 - Procédé de traitement selon L'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à polariser la pièce (P) par rapport au potentiel plasma, par application à la pièce d'un signal électrique basse fréquence ou radio-fréquence. 6 - Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu t il consiste à refroidir ou à chauffer La pièce (P) au cours de son traitement. 7 - Dispositif adapté pour mettre en oeuvre Le procédé de traitement conforme à L'une des revendications 1 à 6, du type comportant une enceinte (1) étanche raccordée à un circuit de pompage (3) et à un circuit d'apport (2) d'un milieu gazeux pour maintenir une pression déterminée dans L'enceinte, un moyen (5) d'application d'une énergie micro-onde dans l'enceinte et un moyen (4) de production d'un champ magnétique dans L'enceinte (1), à la résonance cyclotronique électronique pour L'excitation d'un plasma, caractérisé en ce que : - le moyen (4) est apte à produire un champ magnétique d'intensité uniforme dans tout un volume (V) enveloppant la pièce à traiter, - et en ce que le moyen (5) assure L'application d'une énergie micro-onde dant tout le volume déterminé (V) pour permettre L'excitation du plasma dans ledit volume de traitement de la pièce. 8-- Dispositif selon La revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (7) pour polariser la pièce par rapport au potentiel plasma, en appliquant une tension continue ou un signal électrique basse fréquence ou radiofréquence. 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement ou de chauffage de la pièce (P).