Brevet FR2839459A1 — publié le 20031114

La présente invention concerne un nouveau dispositif pour le dépôt d'un revêtement sur un substrat, ce revêtement pouvant être métallique ou céramique. Plus particulièrement l'invention voit son application dans les procédés de dépôt d'un revêtement sous atmosphère raréfié connus sous les appellations PVD (dépôt physique en phase vapeur) CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ou traitement thermochimique sous vide partiel. En particulier le dépôt physique en phase vapeur ou PVD qui regroupe une quantité importante de ces procédés, se déroule suivant trois étapes : création d'un vapeur métallique à partir d'une source (ou cible), transport de ladite vapeur au sein d'un réacteur puis condensation de celle-ci à la surface d'un substrat à revêtir. Cette appellation regroupe trois grandes catégories selon le procédé d'obtention de la vapeur : par effet thermique (on parle d'évaporation), par effet mécanique (on parle de pulvérisation), par combinaison de l'effet thermique et de l'effet mécanique (cas de l'arc cathodique sous vide). Les procédés PVD sont de plus en plus utilisés pour de nombreuses applications. Pour toutes les applications et quelque soit le procédé, le ou les substrats à traiter sont enfournés dans un réacteur qui peut être au batch (c'est-à-dire avec introduction fournée par fournée avec rupture du vide) ou au défilé (c'est-à-dire avec utilisation de sas successifs pour maintenir un vide acceptable dans la chambre de traitement. Considérant que le traitement de grosses pièces nécessite le passage de l'ensemble de la pièce dans la machine, ceci conduit à un coût des traitements très élevé (au batch) et/ou à la nécessité de construire une machine spécifique très onéreuse qui ne peut être exploitée de façon rentable que pour de très grosses séries. Ceci est encore plus vrai lorsque le traitement ne doit être appliqué que de façon localisée sur une grande pièce. Dans ce cas, bien que la surface traitée puisse être très faible, c'est l'ensemble de la pièce qui doit être enfournée, en prenant soin de protéger les zones à ne pas recouvrir. L'objectif de l'invention est de remédier à ces inconvénients afin de réduire les dimensions et le coût de la machine à mettre en #uvre. L'idée inventive consiste à considérer que la zone à traiter constitue l'une des parois du réacteur, ce qui permet d'utiliser une petite machine , moins onéreuse que celles de l'art antérieur, pour le traitement localisé de surfaces de grandes dimensions. Plus particulièrement l'invention consiste en réacteur pour le dépôt d'un revêtement métallique ou céramique sur un substrat sous atmosphère raréfiée, réacteur constitué d'une chambre, ou enceinte, dont le volume intérieur communique par une sortie à un groupe de pompage d'air non représenté caractérisé en ce que ce volume est ouvert en ce sens que la paroi ou l'une des parois de la chambre comporte une ouverture, plane ou non, dont la bordure : - est apte à s'appliquer en totalité sur une zone prédéfinie de la surface du substrat, - et est équipée d'un joint apte à assurer l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure et le volume intérieur du réacteur lorsque celui-ci est mis en dépression par le groupe de pompage. L'invention concerne également une machine pour la mise en #uvre d'un procédé de dépôt d'un revêtement métallique ou céramique provenant d'une source ou cible sur un substrat sous atmosphère raréfié, par exemple mais non limitativement un procédé de dépôt physique sous phase vapeur comportant un groupe de pompage pour l'aspiration de l'air contenu dans la chambre d'un réacteur de la machine dans lequel s'opère le dépôt, caractérisé en ce que le réacteur où s'opère le dépôt est un réacteur comme spécifié ci-dessus, et en ce que la source (ou cible) ainsi que les moyens de vaporisation sont prévus l'intérieur du volume dudit réacteur. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes : - figure 1 : vueen coupe verticale d'un réacteur selon l'invention selon une première variante de mise en #uvre pour des surfaces à traiter planes, - figure 2 : vueen coupe verticale d'un réacteur selon l'invention selon une deuxième variante de mise en #uvre pour des surfaces à traiter non planes, - figure 3 : en coupe verticale d'un réacteur de la figure 1 utilisé sur un substrat de faible épaisseur, - figure 4 : vue en coupe verticale d'un réacteur selon l'invention, selon une troisième variante de mise en #uvre pour des tôles fines. On se rapporte d'abord aux figures 1 et 2 montrant une première et une deuxième variante de mise en #uvre. Un réacteur (1) selon l'invention est constitué d'une chambre, ou enceinte (2), dont le volume intérieur (10) communique par une sortie (3) à un groupe de pompage d'air non représenté. La chambre constitue un volume ouvert qui peut être cylindrique comme sur la figure mais pourrait présenter d'autres formes (forme sphérique ou forme parallélépipédique). Ce volume est ouvert en ce sens que la paroi ou une des parois de la chambre comporte une ouverture (4), pouvant être plane (cas de la figure 1) ou non plane (cas de la figure 2). Dans tous les cas toute la bordure (5) de l'ouverture (4) : - est apte à s'appliquer en totalité sur une zone prédéfinie (7) de la surface (8) du substrat, - et est équipée d'un joint (6) apte à assurer l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure (9) et le volume intérieur (10) du réacteur lorsque celui-ci est mis en dépression par le groupe de pompage. L'ouverture (4) du substrat est prévue dans sa forme et ses dimensions pour recouvrir en totalité la zone prédéfinie (7), celle-ci pouvant être identique ou plus petite que la zone à traiter, dans le cas où on prévoit plusieurs dépôts successifs de la même couleur ou de couleurs différentes pour recouvrir la totalité de la zone à traiter, elle même ne représentant qu'une partie de la surface du substrat. Le réacteur (1) se comporte comme une ventouse vis à vis de la surface à traiter et/ou de la surface prédéfinie. La variante de la figure 1 avec ouverture plane s'applique sur tous les substrats plans ou à grand rayon de courbure au regard de la zone à traiter. La variante de la figure 2 avec ouverture non plane, consiste à donner à la portée de joint la forme non plane de la zone prédéfinie et peut être nécessaire pour des applications spécifiques. Les variantes de figures 1 et 2 sont utilisables pour des substrats massifs dont les propriétés mécaniques du matériau et de la zone mise en dépression supportent la mise sous vide du volume intérieur (10). Dans le cas contraire, par exemple pour des substrats en forme de plaque (11), (voir figure 3), la mise sous vide du volume (10) peut conduire à la rupture ou la déformation irréversible du substrat. Pour pallier cet inconvénient, on prévoit une troisième variante de mise en #uvre représentée à la figure 4. Selon cette variante de la figure 4, le réacteur comporte en outre une contre ventouse (12) mise sous vide préalablement à la mise sous vide du volume intérieur (10), et réalisée de façon à s'opposer à la flèche du substrat en forme de plaque Un vide primaire (environ 10Pa), est alors suffisant pour assurer la résistance de la plaque lors de la mise sous vide secondaire (environ 0,01 Pa) du réacteur, généralement nécessaire pour la plupart des procédés utilisables, préalable à la phase de traitement à proprement parler. La contre ventouse (12) de la figure 4 est par exemple une plaque s'appliquant par dépression sur la deuxième face (13) de la plaque(11), l'enceinte (2) s'appliquant sur la première face (14) de ladite plaque et recouvrant la zone prédéfinie (7). La contre ventouse comporte une sortie (15) vers un groupe de pompage non représenté en communication avec une pluralité d'ouvertures d'aspiration (16) chacune débouchant contre la deuxième face de la plaque (11). Pour toutes les variantes de réalisation et pour tous les procédés de vaporisation, les sources (ou cibles) ainsi que les moyens de vaporisation sont prévus à l'intérieur du volume (10). On peut, en outre, prévoir des moyens pour déplacer la ou les sources en translation ou en rotation pour augmenter la surface à traiter. Plus particulièrement, pour le cas des procédés PVD, il peut s'agir de sources fixes ou mobiles, sachant que les sources mobiles, en translation notamment, permettent un gain sensible de temps de traitement et une homogénéité en épaisseur accrue. Le cas des couches CVD et de traitement thermochimique ne nécessite pas d'accessoire supplémentaire. Dans tous les cas, l'arrivée des gaz et la situation du groupe de pompage sont adaptés en conséquence. Les applications visées sont de façon non exhaustives : la décoration, la mécanique, l'optique l'électronique, le nucléaire, l'aéronautique... Selon les applications, diverses techniques de masquage destinées à limiter précisément la surface traitée peuvent en plus être mise en oeuvre (lithographie, transfert, masque métallique, céramique ou polymère, encre). Tout substrat pouvant assurer l'étanchéité du système, une mise sous vide et un échauffement localisés sont susceptibles d'être traités par ces procédés. Des matériaux tels que métaux, céramiques, polymères, minéraux, verre, bois (étuvé) sont ainsi susceptibles d'être traités à l'aide de ce nouveau dispositif. 1. Réacteur pour le dépôt d'un revêtement métallique ou céramique sur un substrat sous atmosphère raréfiée, réacteur constitué d'une chambre, ou enceinte (2), dont le volume intérieur (10) communique par une sortie (3) à un groupe de pompage d'air non représenté caractérisé en ce que ce volume est ouvert en ce sens que la paroi ou l'une des parois de la chambre comporte une ouverture (4), plane ou non, dont la bordure (5) : - est apte à s'appliquer en totalité sur une zone prédéfinie (7) de la surface (8) du substrat, - et est équipée d'un joint (6) apte à assurer l'étanchéité entre l'atmosphère extérieure (9) et le volume intérieur (10) du réacteur lorsque celui-ci est mis en dépression par le groupe de pompage. 2. Réacteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une contre ventouse (12) mise sous vide préalablement à la mise sous vide du volume intérieur (10), et réalisée de façon à s'opposer à la flèche du substrat en forme de plaque (11). 3. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les sources ou cibles ainsi que les moyens de vaporisation sont disposés dans le volume intérieur (10). 4. Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer la ou les sources. 5. Machine pour la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt d'un revêtement métallique ou céramique provenant d'une source ou cible sur un substrat sous atmosphère raréfié, par exemple mais non limitativement un procédé de dépôt physique sous phase vapeur comporte un groupe de pompage pour l'aspiration de l'air contenu dans la chambre d'un réacteur de la machine dans lequel s'opère le dépôt, caractérisé en ce que le réacteur où s'opère le dépôt est un réacteur selon l'une des revendications 1 à 2, et en ce que la source (ou cible) ainsi que les moyens de vaporisation sont prévus l'intérieur du volume (10).