Brevet FR2889785A1 — publié le 20070216

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour générer du plasma comprenant une zone basse pression dans laquelle on forme le plasma et une zone d'alimentation en ondes électromagnétiques, sé- parée de la précédente par un élément de séparation et ayant au moins une antenne. Etat de la technique Le document DE-195 03 205-Al décrit un dispositif pour générer du plasma dans lequel on développe un plasma dans un réservoir à dépression à l'aide de champs électromagnétiques alternatifs. Le champ alternatif est conduit à l'aide d'un conducteur en forme de tige à l'intérieur d'un tube en un matériau isolant tel que du verre. Pour ne pas développer de plasma dans le moyen d'alimentation, le tube en verre est à la pression normale. Dans ces conditions, le tube en verre doit résister mécaniquement à la différence de pression entre la dépression extérieure et la pression normale à l'intérieur du volume. Le document DE-196 28 949-Al décrit un dispositif pour générer du plasma comportant plusieurs conducteurs en forme de tige chaque fois à l'intérieur d'un tube en un matériau isolant dans un ré- servoir à dépression. Le dispositif a une structure modulaire. En outre, le document DE-199 55 671-Al décrit un dis-positif pour générer du plasma. Dans ce dispositif, la séparation de la zone basse pression par rapport au moyen de guidage des micro-ondes se fait à travers une plaque de verre. Une antenne de micro-ondes se trouve dans la zone à pression normale du moyen de guidage des micro-ondes. L'inconvénient de cette réalisation est que du fait de la différence de pression, il faut une plaque de verre très épaisse pour résister aux forces engendrées par la pression. L'inconvénient de cette réalisation est que la plaque de verre relativement épaisse subit de très fortes varia- tions de température et que le risque de rupture est très élevé. En outre, le document WO 00/75955-Al décrit un dispositif de traitement par micro-ondes, sur une grande surface et pour générer un plasma. Les micro-ondes sont focalisées à l'aide d'un résonateur à cavité elliptique muni d'une antenne à micro-ondes ins- tallée dans un tube rempli d'air. Selon un autre mode de réalisation prévu dans ce document, la séparation utilise une cloison diélectrique comme déjà décrit. L'inconvénient de cette réalisation est que la différence de pression et les contraintes de température engendrées par le plasma allumé directement sur le diélectrique nécessitent une forte épaisseur de paroi et se traduisent par un risque de rupture important. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif pour générer du plasma évitant les problèmes décrits ci-dessus de séparation entre une zone basse pression et une zone d'alimentation d'ondes électromagnétiques. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type dé-fini ci-dessus caractérisé en ce que la zone basse pression est réalisée sous la forme d'au moins une première zone de chambre, sous-vide, et la zone d'alimentation d'ondes électromagnétiques avec au moins une antenne est formée au moins comme une seconde zone d'une chambre, les zones de chambre étant séparées de manière étanche par l'élément de séparation, et la seconde zone de chambre étant remplie d'un milieu liquide ou solide. L'invention offre l'avantage que la seconde chambre rem-plie d'un milieu liquide ou solide absorbe les efforts engendrés par la pression exercée sur l'élément de séparation ce qui permet d'avoir un élément de séparation mince et offrant une meilleure résistance à long terme. En même temps, l'élément de séparation peut être refroidi par le milieu occupant la seconde chambre ce qui constitue une amélioration supplémentaire du point de vue de la solidité et de la fiabilité de l'élément de séparation. Il est particulièrement avantageux que le milieu remplis- sant la seconde chambre soit un milieu liquide permettant d'appliquer une pression plus faible sur l'élément de séparation à partir de la seconde et de réduire ainsi la différence de pression. Selon un développement préférentiel du dispositif de l'invention, l'élément de séparation est un diélectrique qui est de ma- nière caractéristique du verre, du quartz ou une céramique. Il est également intéressant que l'onde électromagnétique du dispositif selon l'invention corresponde à une plage de longueur d'ondes par exemple comprise entre 1 kHz et 150 GHz. Le dispositif selon l'invention convient pour appliquer le plasma en surface même pour une plage de plasma de surface très étendue. Selon une application avantageuse grâce à la réduction des contraintes de pression et à l'efficacité du refroidissement, on peut utiliser des matières diélectriques pour des sources de plasma à micro-ondes basse pression pour séparer l'espace de l'antenne de l'espace du plasma basse pression, pour des sources de plasma à micro-ondes, basse pression, transposées à de grandes dimensions. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation préférentiel d'un dispositif pour générer du plasma, représenté de manière schématique, simplifiée, dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs de principe d'un dispositif selon l'invention pour générer du plasma; - la figure 2 est une vue tridimensionnelle schématique d'un dispositif pour générer du plasma; - la figure 3 est une section simplifiée du dispositif de la figure 2. Description du mode de réalisation La figure 1 montre un schéma par blocs de la structure de principe d'un dispositif 1 selon l'invention pour générer du plasma. Le dispositif 1 comporte un générateur 2 pour générer des ondes électromagnétiques; dans l'exemple de réalisation présenté ce générateur est un génréateur de micro-ondes 2. Le champ alternatif ou les microondes électromagnétiques fournis par le générateur 2 sont rayonnés par une antenne 3 qui est ici une antenne micro-ondes, alimentant ainsi un plasma 6. Le dispositif 1 comporte à cet effet une chambre 4 divisée en une première zone 4A, la zone du plasma, et en une seconde zone 4B qui est la zone de l'antenne. La division de la chambre est réalisée par un élément de séparation 5 constitué par un diélectrique Le diélectrique comme élément de séparation 5 est un élément plat tel qu'une plaque et sépare les deux zones 4A, 4B de la chambre par une séparation sous la forme d'une surface. L'élément de séparation a ainsi pour fonction de laisser passer avec des pertes aussi réduites que possibles, la puissance de l'onde électromagnétique c'est-à-dire la puissance des micro-ondes. Comme diélectrique, on peut utiliser par exemple du verre, du quartz ou de la céramique. En outre l'élément de séparation 5 doit séparer la première zone 4A de la seconde zone 4B de la chambre de manière étanche. Pour cela, l'élément de séparation 5 est installé de façon étanche dans la chambre 4 à l'aide d'un joint non représenté. Le générateur 2 est situé de préférence en dehors de la chambre 4 et l'antenne 3 se trouve dans la zone 4B de la chambre; les ondes électromagnétiques sont conduites à l'aide d'un guide d'ondes 7 qui est ici un guide de micro-ondes reliant le générateur 2 à l'antenne 3. Le guide d'ondes 7 traverse la paroi de la chambre 4 pour arriver dans la zone 4B de la chambre et être reçu de manière étanche. Pour allumer le plasma, la première zone 4A de la cham- bre est mise sousvide de sorte qu'il n'y règne qu'une faible pression p2, par exemple de l'ordre d'environ 0,1 mbar. La seconde zone 4B de la chambre qui reçoit l'antenne à micro-ondes 3 est remplie selon l'invention, d'un milieu liquide ou solide pour soutenir l'élément de séparation 5. Le milieu liquide ou solide a également pour fonction de refroidir l'élément de séparation 5. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la seconde zone 4B de la chambre est remplie d'un milieu liquide. Le dispositif comporte à cet effet une conduite d'alimentation 8 reliée à la seconde zone 4B de la chambre. Le milieu liquide est fourni à la seconde zone 4B de la chambre par une conduite d'alimentation 8; la seconde zone 4B de la chambre remplie de liquide peut être intégrée à un circuit dans lequel passe le milieu liquide ce qui permet de conduire le milieu liquide suivant un circuit fermé et de le refroidir. Pour refroidir le milieu liquide, on peut utiliser un échan- Beur de chaleur 9 qui refroidit le milieu liquide par échange de chaleur avec un autre milieu. Il est particulièrement avantageux de relier l'échangeur de chaleur 9 à la conduite d'alimentation 8. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la conduite d'alimentation 8 est reliée à un réservoir d'équilibrage de pression 10 dans lequel le milieu liquide est mis à une faible pression p1, analogue à celle régnant dans la première partie 4A de la chambre pour que les pressions pl, p2 de part et d'autre de l'élément de séparation 1 des deux zones 4A, 4B de la chambre soient sensiblement au même niveau afin de réduire les contraintes mécaniques exercées sur l'élément de se.- paration par la différence de pression. Il est particulièrement avantageux que le milieu liquide n'absorbe pas ou très peu les micro-ondes. Ainsi l'énergie des micro-ondes est transmise quasi totalement ou si possible sans perte ou seulement de faibles pertes à la zone du plasma pour alimenter le plasma sans pertes importantes. On peut également réaliser le dispositif de la figure 1 en remplaçant la zone 4B de la chambre par plusieurs zones séparées ayant chacune une antenne pour avoir une alimentation suivant une surface pour développer un plasma en surface. De façon avantageuse, les zones de chambre et les antennes qu'elles comportent sont alignées en parallèle. Les figures 2 et 3 montrent de manière simplifiée une réalisation du dispositif 1 pour générer du plasma; la figure 3 montre un agrandissement du dispositif de la figure 2. Un repère x, y, z est re-présenté dans ces figures. Le dispositif 1 comporte une bride 21 par laquelle le dis-positif s'installe de manière étanche dans un récipient sous-vide non représenté. Le dispositif 1 est logé de préférence dans une ouverture du récipient sous-vide et la bride 21 ferme alors l'ouverture de manière étanche. La zone 4A de la chambre de la figure 1 correspond au volume du récipient sous-vide. La bride 21 est réalisée de préférence sous la forme d'une plaque pratiquement rectangulaire mais cette bride peut également avoir une forme différente. A l'extérieur du récipient sous-vide c'est-à-dire du côté haute pression de la bride, à l'opposé du côté exposé au vide, on a plu- sieurs secondes chambres 4B parallèles équipées chacune d'une alimentation en micro-ondes ou antenne 3, coaxiales. Egalement sur le côté haute pression de la bride 21, on a un branchement pour la con-duite d'alimentation 8 reliant le dispositif 1 à un récipient d'équilibrage de pression ou vase d'expansion et/ou un échangeur de chaleur ou à un moyen d'alimentation sous pression du milieu liquide par lequel le milieu liquide arrive dans le dispositif 1 sous la forme d'un liquide pratiquement transparent aux micro-ondes. Le diélectrique plat 5 constitue l'élément de séparation qui sépare la zone de la conduite d'alimentation en micro-ondes avec les secondes chambres 4B par rapport à la zone sous-vide du récipient sous-vide c'està-dire la première chambre 4A. Pour fixer le diélectrique 5, les entretoises 22 entre les secondes chambres 4B comportent des vis 25; ces vis fixent le diélectrique 5 avec interposition de joints 26 contre les entretoises 22 ou un boîtier 27 du dispositif 1. Cela permet de réaliser l'étanchéité des secondes chambres 4B remplies de liquide par rap-port à la zone sous-vide de la première chambre 4A dans le récipient sous-vide. Le joint 26 peut être par exemple un joint en forme de cordon dans une rainure périphérique du boîtier 27. Les vis de fixation 25 peuvent servir en même temps d'entrée pour les gaz de fonctionne-ment. Le plasma est ainsi allumé en surface sur le côté du diélectrique 5 exposé au vide. A la figure 3, les secondes chambres 4B de la zone d'antenne se présentent chacune sous la forme d'un canal de section quelconque par exemple rectangulaire ou semi-circulaire équipé d'un guide de micro-ondes 3. Le liquide introduit, refroidit le diélectrique 5 du côté opposé à celui où se développe le plasma. Le dispositif n'est pas limité à l'application des micro- ondes telle que décrite et permet d'utiliser de préférence des ondes électromagnétiques d'une fréquence d'excitation comprise entre 1 kHz et 150 GHz. On choisit le milieu liquide qui présente une absorption réduite en fonction de la fréquence d'excitation utilisée. REVENDICATIONS 1 1 Dispositif pour générer du plasma comprenant une zone basse pression dans laquelle on forme le plasma et une zone d'alimentation en on-des électromagnétiques, séparée de la précédente par un élément de séparation et ayant au moins une antenne, caractérisé en ce que la zone basse pression est réalisée sous la forme d'au moins une première zone (4A) d'une chambre, sous-vide, et la zone d'alimentation d'ondes électromagnétiques avec au moins une antenne (3) est formée au moins comme une seconde zone (4B) d'une chambre (4), des zones (4A, 4B) étant séparées de manière étanche par l'élément de séparation (5), et la seconde zone (4B) étant remplie d'un milieu liquide ou solide. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un générateur d'ondes électromagnétiques (2) relié à l'antenne (3) par un conducteur (7) pour transmettre les ondes électromagnétiques à l'antenne (3). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une seconde zone de chambre (4B) est alimentée en milieu liquide par une conduite d'alimentation (8). 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation (8) est reliée à un réservoir d'équilibrage de pression (10) ou à une pompe d'alimentation. 5 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un échangeur de chaleur (9) relié à la conduite d'alimentation (8) pour l'échangeur de chaleur (9) refroidisse le milieu liquide fourni par la con-35 duite d'alimentation (8). 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation (8) est un circuit équipé d'un échangeur de chaleur (9). 7 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de séparation (5) est un diélectrique en forme de surface. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une seconde zone de chambre (4B) est subdivisée en un grand nombre de secondes zones partielles de chambre. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le grand nombre de secondes zones partielles de chambre (4B) est branché en parallèle. 10 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' une entretoise (22) est prévue entre les zones partielles de chambre (4B) et l'élément de séparation (5) s'applique de manière étanche contre celle-ci. 11 ) Dispositif selon au moins l'une des revendications 8 à 10, caractérisé par une antenne (3) dans chaque zone de chambre partielle (4B) . 12 ) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les antennes (3) sont alignées en parallèle.