Brevet FR3041098A1 — publié le 20170317

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un système et un procédé pour mesurer la concentration surfacique de particules dans une salle propre (en anglais, « cleanroom »), c'est-à-dire compter le nombre de particules sur une surface. ETAT DE LA TECHNIQUE Une salle propre est une pièce présentant un environnement contrôlé (température, taux d'humidité, concentration de particules, etc.) utilisée dans les domaines industriels ou de la recherche, domaines pour lesquels la maîtrise de la contamination particulaire est importante. On utilise donc une salle propre par exemple dans le domaine de la micro-électronique, de l'industrie spatiale, de l'optique. Ces salles propres sont habituellement classifiées en fonction de la quantité de particules dans un volume d'air selon la norme ISO 14644-1. Cette norme spécifie pour chaque taille de particule considérée la concentration maximale admissible dans une salle propre et permet en conséquence de caractériser les performances de la salle propre selon l'application visée. Depuis quelques années, un besoin de pouvoir caractériser les performances d'une salle propre selon la propreté des surfaces est apparu de sorte qu'une telle classification est proposée par la norme ISO 14644-9. Afin de classifier les salles propres selon cette norme un certain nombre de dispositifs ont été développés. Ces dispositifs sont toutefois de grandes dimensions et/ou ne permettent pas de mesurer des particules de taille inférieure à 5jam et en tout état de cause ne permettent pas de fournir une mesure dans un environnement restreint du fait de leurs dimensions et/ou en temps réel. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un dispositif pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre, le dispositif comprenant : - une surface transparente de dépôt des particules ; - un système optique disposé au-dessus de la surface de dépôt des particules, le système optique étant configuré pour émettre un faisceau optique focalisé depuis 3041098 2 une source optique sur la surface de dépôt des particules transparente pour la longueur d'onde du faisceau optique ; - un système de détection disposé au-dessous de la surface de dépôt des particules, le système de détection étant configuré pour détecter une intensité d'un faisceau 5 optique transmis par la surface de dépôt des particules ; - un système de balayage auquel le système optique et le système de détection sont attachés, le système de balayage étant configuré pour balayer la surface de dépôt des particules selon deux dimensions permettant une mesure en continu. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises 10 seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. Le système optique comprend un système de focalisation disposé entre la source optique et la surface de dépôt des particules. Le système de focalisation est constitué par au moins deux lentilles asphériques. La source optique est une source Laser constituée typiquement par une Diode Laser. 15 La Diode Laser est monomode et monochromatique. Le système optique est configuré pour émettre un faisceau optique ayant un diamètre sur la surface de dépôt des particules de 1jam. Le système optique est configuré pour émettre un faisceau optique de puissance comprise entre 1 et 4 mW, typiquement entre 2,5 mW et 3,5 mW. 20 Le système de balayage comprend deux bras solidaires pivotant disposés de part et d'autre de la surface de dépôt des particules et sont configurés pour déplacer en même temps le système optique et le système de détection. Le dispositif comprend une unité d'alimentation électrique autonome telle qu'une batterie rechargeable. 25 Le dispositif comprend une unité de traitement configurée pour commander le système optique et le système de balayage, le système de détection étant configuré pour détecter le faisceau optique transmis par la surface de dépôt des particules, l'unité de traitement détectant une particule dès lors que l'intensité optique est inférieure à un seuil et associant alors à cette particule détectée, une taille de particule à une vitesse de balayage, 30 l'unité de traitement étant en outre configurée pour déterminer après que toute la surface de dépôt des particules a été balayée, une concentration particulaire surfacique. Le dispositif comprend une unité de communication sans fil configurée pour transmettre des données relatives à une concentration surfacique de particules : nombre de particules, taille des particules, forme des particules. 3041098 3 L'invention concerne également un procédé pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre au moyen d'un dispositif selon l'invention, le procédé comprenant les étapes consistant à : 5 positionner le dispositif selon l'une des revendications précédentes sur un plan dans un environnement à atmosphère contrôlé à surveiller ; balayer la surface de dépôt des particules afin de déterminer une concentration particulaire surfacique de référence ; balayer régulièrement la surface de dépôt des particules afin de déterminer, 10 régulièrement, une concentration particulaire surfacique ; comparer à la concentration particulaire surfacique de référence la ou les concentration(s) particulaire(s) surfacique(s) régulièrement obtenue(s). Les avantages de l'invention sont multiples. Le dispositif de l'invention est peu encombrant et peut donc être placé au plus 15 proche de la zone à surveiller en fournissant une mesure locale afin de mesurer au plus près des surfaces critiques donc dans une zone bien définie sans gêner la réalisation des opérations. L'invention permet de mesurer des particules de diamètre supérieur à 1 gn. L'invention permet de mesurer en temps réel la contamination particulaire surfacique 20 et donc d'alerter rapidement en cas d'événement de contamination. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins 25 annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un dispositif pour évaluer une concentration particulaire surfacique selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 illustre un dispositif pour évaluer une concentration particulaire surfacique selon un second mode de réalisation, 30 - la figure 3 illustre un procédé pour évaluer une concentration particulaire surfacique. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. 35 3041098 4 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En relation avec la figure 1, un dispositif pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre, le dispositif comprend : 5 - une surface 1 transparente de dépôt des particules ; - un système 2 optique disposé au-dessus de la surface de dépôt des particules ; - un système 3 de détection disposé au-dessous de la surface de dépôt des particules ; - un système 4 de balayage auquel le système optique et le système de détection 10 sont attachés, le système de balayage étant configuré pour balayer la surface de dépôt des particules selon deux dimensions référencées par x et y sur la figure 1. Surface de dépôt La surface 1 de dépôt des particules est de préférence constituée par un disque en 15 matériau transparent tel que du verre ou du plastique. D'autres formes peuvent être envisagées pour la surface de dépôt des particules. Par « matériau transparent », on entend un matériau qui laisse passer une partie du faisceau optique. La notion de transparence dépend de la longueur d'onde du faisceau optique utilisé. 20 La surface 1 de dépôt des particules est de préférence supérieure à 1 cm2 afin d'obtenir des données significatives. Dans le cas d'un disque ce dernier présente typiquement un diamètre supérieur à 1,2 cm. Système optique 25 Le système 2 optique comprend un système 22 de focalisation disposé entre la source 21 optique et la surface 1 de dépôt des particules. Le système optique est configuré pour émettre un faisceau optique focalisé sur la surface 1 de dépôt des particules. Le faisceau optique 24 doit être dirigé perpendiculairement à la surface de dépôt des particules. 30 La source 21 optique est typiquement constituée par une Diode Laser, monochromatique et de préférence monomode. Pour guider précisément le faisceau optique issu de la Diode Laser cette dernière est avantageusement connectée à une fibre optique monomode et monochromatique au moyen d'un connecteur de type FC/PC par exemple. En effet, la fibre optique monomode et 3041098 monochromatique permet d'avoir un unique spot de forme circulaire qui balaie la surface de dépôt des particules. Ce système 22 de focalisation est de préférence constitué par au moins deux lentilles asphériques. Le diamètre du faisceau optique doit être du même ordre de grandeur que la plus petite particule à mesurer soit ici de 1 p.m. D'autres montages sont possibles, dès lors que l'ouverture du système optique permet d'obtenir une tâche de diffraction (spot) de diamètre égal à 1 iam. Le système optique est de préférence configuré pour émettre un faisceau optique de 10 longueur d'onde comprise entre 500 nm et 700 nm, typiquement 635 nm et de puissance comprise entre 1 et 4 mW, typiquement entre 2,5 mW et 3,5 mW. D'autres longueurs d'ondes sont possibles notamment dans le domaine de l'ultra- violet. De manière avantageuse, la longueur totale du système optique est inférieure ou 15 égale à 15 mm et le système 22 de focalisation est d'une pièce moulée pour favoriser la compacité du dispositif. Ainsi, le système optique est tel qu'il permet de générer un spot sur la surface de dépôt des particules ayant un diamètre qui correspond au diamètre de particules le plus petit. Ce diamètre correspond donc à la résolution de la mesure. 20 Système de détection Le système 3 de détection est configuré pour détecter une intensité d'un faisceau optique transmis à travers la surface de dépôt des particules. Il s'agit par exemple d'une photodiode. 25 Le système de détection est capable de détecter des particules présentant un diamètre compris entre 1 pm et 20 pm. Ceci est rendu possible du fait que le faisceau optique est dirigé perpendiculairement à la surface de dépôt des particules. 30 Système de balayage Le dispositif comprend un système 4 de balayage auquel le système 2 optique, la source 21 optique et le système 3 de détection sont liés. Ainsi, au cours du balayage, le système 2 optique, la source 21 optique et le système 3 de détection se déplacent simultanément et de manière solidaire. 3041098 6 En outre, le système 4 de balayage est configuré pour balayer la surface de dépôt des particules selon deux dimensions. Sur la figure 2, le système de balayage est constitué par deux bras 41 pivotant disposés de part et d'autre de la surface 1 de dépôt des particules et sont configurés pour 5 déplacer en même temps le système 2 optique, la source 21 optique et le système 3 de détection selon deux dimensions (selon les axes x et y sur les figures 1 et 2). Un moteur 42 commande les deux bras 41. Le système de balayage permet de scanner une surface circulaire suivant deux dimensions grâce au couplage d'une rotation et d'une translation effectuées par les deux 10 bras solidaires. La surface de dépôt reste immobile pour que les particules ne bougent pas au cours du balayage ce qui pourrait fausser la mesure. Unité de traitement De manière complémentaire, le dispositif comprend une unité 5 de traitement 15 configurée pour commander la source 21 optique et le système 4 de balayage. Cette unité 5 de traitement est de manière avantageuse constituée par un processeur programmé pour exploiter via le système 3 de détection les données détectées par le système 3 de détection. En particulier, le système 3 de détection est configuré pour détecter le faisceau optique transmis à travers la surface 1 de dépôt des particules, l'unité 5 de traitement 20 détectant alors une particule dès lors que l'intensité optique est inférieure à un seuil défini. Puis est associée à la taille de particule, une vitesse de balayage. En outre, l'unité de traitement est configurée pour déterminer après que toute la surface 1 de dépôt des particules ait été balayée, une concentration surfacique de particules. La concentration surfacique dépend du niveau de propreté de la salle propre et des 25 tailles de particules considérées (les grosses particules sont plus rares que les petites particules). Les concentrations surfaciques acceptables en fonction des tailles des particules sont décrites dans la norme ISO 14644-9. 30 Unité de communication, système d'alimentation et d'alarme Le dispositif comprend également une unité 6 de communication sans fil comprenant une antenne 61 configurée pour transmettre des données depuis l'unité 5 de traitement vers une unité distante (non représentée). Les données transmises sont notamment les différentes concentrations obtenues. 3041098 7 Afin d'avoir un dispositif autonome, ce dernier comprend un système d'alimentation (non représenté) comprenant par exemple une ou plusieurs batterie(s) rechargeable(s). Le système d'alimentation permet d'alimenter tous les éléments du dispositif. Enfin, afin de prévenir d'une éventuelle concentration particulaire surfacique, le 5 dispositif pourra comprendre un système d'alarme (non représenté). Cette alarme pourra être soit visuelle soit auditive. Procédé Le dispositif décrit ci-dessus est avantageusement utilisé dans le cadre d'un procédé 10 pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre. En relation avec la figure 3, un tel procédé comprend les étapes suivantes. On positionne El le dispositif sur un plan dans la pièce à surveiller. Compte tenu du faible encombrement du dispositif, on pourra le positionner au plus près de l'endroit où la 15 surveillance est nécessaire (sur un plan d'assemblage d'un satellite par exemple). Ensuite, on procède à un étalonnage du dispositif en ce qu'on balaye E2 la surface 1 de dépôt des particules afin de déterminer une concentration particulaire surfacique de référence. En effet, lorsqu'est positionné le dispositif, on considère que la pièce à surveiller est propre. Ainsi, c'est par comparaison à cette valeur de référence que l'on pourra 20 déterminer si la concentration particulaire surfacique caractérise que les surfaces ont vu leur niveau de propreté évoluer. Ensuite, régulièrement, on balaie E3 la surface 1 de dépôt des particules afin de déterminer, régulièrement, une concentration particulaire surfacique. Puis on compare E4 à la concentration particulaire surfacique de référence les 25 concentrations particulaires surfaciques régulièrement obtenues afin de déterminer une propreté surfacique de la pièce surveillée. De manière complémentaire, on pourra prévoir de signaler E5 qu'une concentration particulaire est différente de la concentration particulaire surfacique de référence. Par concentration particulaire différente on entend la concentration maximale 30 admissible sur les surfaces suivant la classification de la salle propre par la norme ISO 14644-9 qui fournit des valeurs seuils à respecter. REVENDICATIONS1. Dispositif pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre, le dispositif comprenant : - une surface (1) transparente de dépôt des particules ; - un système (2) optique disposé au-dessus de la surface de dépôt des particules, le système optique comprenant un système de focalisation configuré pour émettre un faisceau optique focalisé depuis une source (21) optique sur la surface de dépôt des particules transparente pour la longueur d'onde du faisceau optique ; - un système (3) de détection disposé au-dessous de la surface de dépôt des particules, le système (3) de détection étant configuré pour détecter une intensité d'un faisceau optique transmis par la surface de dépôt des particules ; - un système (4) de balayage auquel le système (2) optique, la source (21) optique et le système (3) de détection sont liés, le système de balayage étant configuré pour balayer la surface de dépôt des particules selon deux dimensions permettant une mesure en continu. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le système (2) optique comprend un système de focalisation disposé entre la source optique et la surface (1) de dépôt des particules. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le système de focalisation est constitué par au moins deux lentilles asphériques. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la source optique (21) comprend une source Laser constituée typiquement par une Diode Laser. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la Diode Laser est monomode et 30 monochromatique. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le système optique est configuré pour émettre un faisceau optique ayant un diamètre sur la surface de dépôt des particules de 1jam. 35 3041098 9 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le système optique est configuré pour émettre un faisceau optique de puissance comprise entre 1 et 4 mW, typiquement entre 2,5 mW et 3,5 mW. 5 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le système (4) de balayage comprend deux bras (4) pivotant disposés de part et d'autre de la surface (1) de dépôt des particules et sont configurés pour déplacer en même temps le système (2) optique, la source (21) optique et le système de détection. 10 9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant une unité d'alimentation électrique autonome telle qu'une batterie rechargeable. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant une unité (5) de traitement configurée pour commander le système optique (2) et le système (4) de balayage, le 15 système (3) de détection étant configuré pour détecter le faisceau optique transmis par la surface (1) de dépôt des particules, l'unité (5) de traitement détectant une particule dès lors que l'intensité optique est inférieure à un seuil et associant alors à cette particule détectée, une taille de particule à une vitesse de balayage, l'unité de traitement étant en outre configurée pour déterminer après que toute la surface (1) de dépôt des particule ait été 20 balayée, une concentration particulaire surfacique. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant une unité (6) de communication sans fil configurée pour transmettre des données relatives à une concentration surfacique de particules : nombre de particules, taille des particules, forme 25 des particules. 12. Procédé pour évaluer une concentration particulaire surfacique dans un environnement à atmosphère contrôlée tel qu'une salle propre au moyen d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, le procédé comprenant les étapes consistant à : positionner (El) le dispositif selon l'une des revendications précédentes sur un plan dans un environnement à atmosphère contrôlée à surveiller ; balayer (E2) la surface (1) de dépôt des particules afin de déterminer une concentration particulaire surfacique de référence ; balayer (E3) régulièrement la surface (1) de dépôt des particules afin de déterminer, régulièrement, une concentration particulaire surfacique ; 3041098 10 comparer (E4) à la concentration particulaire surfacique de référence la ou les concentration(s) particulaire(s) surfacique(s) régulièrement obtenue(s). 5