Brevet FR3100847A1 — publié le 20210319

Un appareil à vide (5) comprenant une enceinte à vide (17) ayant une paroi métallique avec une surface interne à placer sous vide comprend en outre au moins un dispositif à ondes acoustiques guidées (18) et une unité de commande (19) configurée pour commander le système piézo-électrique transducteurs électriques (20, 21) pour surveiller une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques (20, 21) correspondant à un dépôt de sous-produits de réaction (23) sur la surface intérieure du mur métallique. Figure d’abrégé: Figure 1 Dispositif à vide et procédé de surveillance d’un dépôt de sous-produits de réaction La présente invention concerne un dispositif destiné à être placé sous vide. L'invention concerne également une pompe à vide, une ligne de vide et un équipement de procédés de dépôt de semi-conducteurs ou de couches minces. L'invention concerne également un procédé de surveillance d'un dépôt de sous-produits de réaction. Dans les applications sous vide, les pompes doivent véhiculer divers types de gaz et substances évaporées. Du fait de changements dans les conditions de pression ou de température, ces espèces gazeuses peuvent se déposer sur les surfaces internes de la ligne de vide. Les dépôts de sous-produits de réaction peuvent être des solides, des polymères ou encore des poussières. Ces dépôts peuvent réduire les performances de pompage, notamment parce qu’ils réduisent la section de passage des gaz. De plus, dans la plupart des applications de dépôts de semi-conducteurs ou de couches minces, les gaz de procédés comportent des substances agressives qui peuvent réagir avec les pièces métalliques de la pompe à vide, en particulier au refoulement des pompes. Les halogènes réactifs (tels que SF 6 , Cl 2 ou HBr) ou les gaz acides utilisés dans ces applications peuvent provoquer des corrosions dans la pompe à vide et influencer négativement les performances de pompage. Ces effets peuvent avoir des conséquences plus graves dans les pompes à vide turbomoléculaires car un tel dépôt ou corrosion peut impliquer un grippage rapide de la pompe. En effet, les pièces rotatives entrainées à haute vitesse peuvent entrer en contact avec les pièces statiques du fait de la présence des dépôts de sous-produit à l'intérieur de la pompe. Les sous-produits peuvent se déposer dans toutes les parties du système de vide en contact avec les gaz de procédé. Les zones à haute pression dans la pompe turbomoléculaire présentent notamment des conditions favorables pour l’accumulation de dépôts indésirables. Des dépôts peuvent cependant également s’accumuler dans d'autres parties du système de vide, notamment dans la pompe à vide primaire ou dans la canalisation de vide. Ces dépôts engendrent une réduction des dimensions de la section de passage des gaz et donc une augmentation de la pression qui peut provoquer, par effet cascade, un dépôt encore plus important de sous-produits. Par conséquent il est nécessaire, pour de multiples applications sous vide, en particulier dans l'industrie du semi-conducteur ou dans les procédés de dépôt de couches minces, de surveiller la formation de dépôts. De nombreuses technologies de capteurs connues permettent de surveiller ces dépôts et leur croissance dans une canalisation de vide, dans d'autres corps creux ou dans les pompes à vide. Une méthode connue consiste à mesurer le courant du moteur ou les positions du rotor à lévitation magnétique de la pompe à vide afin de déterminer la présence éventuelle de sous-produits. L'évolution du courant du moteur ou des positions du rotor à lévitation magnétique peut fournir des informations sur la présence de dépôts. Cette stratégie peut cependant ne pas être suffisamment précise pour déterminer la quantité ou la nature des matériaux déposés. D'autres technologies de détection de dépôts sont basées sur des mesures de température ou de pression. Ces technologies nécessitent cependant l’implémentation de capteurs dédiés généralement invasifs. Ces capteurs doivent donc être correctement scellés dans le système de vide. L'étanchéité est en effet importante pour atteindre les basses pressions requises et pour éviter la fuite des gaz car dans certaines applications, les dépôts de sous-produits peuvent libérer des substances dangereuses et toxiques. Cette étanchéité doit de plus être garantie dans le temps. Par ailleurs, des dépôts peuvent s’accumuler sur ces capteurs volontairement situés dans les zones favorables aux dépôts. Cela peut entraîner un dysfonctionnement des capteurs et des résultats de mesure inexacts. Un des objectifs de la présente invention est donc de proposer un dispositif ou un procédé de surveillance des dépôts de sous-produits, qui résolve au moins partiellement l'un des inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif à vide comprenant une enceinte à vide ayant une paroi métallique avec une surface interne à placer sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - au moins un dispositif à ondes acoustiques guidées comprenant: - au moins un émetteur transducteur piézo-électrique pour coupler les ondes acoustiques de surface sur la paroi métallique, - au moins un récepteur transducteur piézo-électrique pour détecter les ondes acoustiques de surface se propageant le long de la paroi métallique, les transducteurs piézo-électriques étant agencés à l'extérieur de l'enceinte à vide, - une unité de commande configurée pour commander les transducteurs piézo-électriques afin de surveiller une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques correspondant à un dépôt de sous-produits de réaction sur la surface intérieure de la paroi métallique. Le dispositif à vide est non invasif. Il n’engendre pas de pertes de charges ou d'étanchéité. La capacité de pompage n'est pas affectée par le dispositif à ondes acoustiques guidées. De plus, il est possible de déterminer des informations sur le dépôt de sous-produits de réaction sans nécessairement connaître au préalable la composition du dépôt. Le dispositif à vide peut également comprendre une ou plusieurs caractéristiques décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. L'enceinte sous vide peut être de forme tubulaire et les transducteurs piézo-électriques peuvent être positionnés à des emplacements opposés sur le diamètre extérieur du tube. L'émetteur transducteur piézoélectrique peut être configuré pour exciter des ondes acoustiques de surface circonférentielles dirigées dans des directions opposées autour du tube. Le au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques peut être choisi parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface. Lesdits transducteurs piézo-électriques peuvent être configurés pour exciter des ondes acoustiques de surface circonférentielles avec une longueur d'onde correspondant à un type d'onde de Lamb. L'unité de commande peut être configurée pour recevoir également des informations sur la température de l'enceinte à vide. L’invention a aussi pour objet une pompe à vide, telle qu'une pompe turbomoléculaire ou une pompe à vide primaire, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif à vide tel que décrit précédemment. Le au moins un dispositif à vide peut être agencé au niveau du refoulement de la pompe à vide. L’invention a aussi pour objet une ligne de vide comprenant au moins un dispositif à vide tel que décrit précédemment. La ligne de vide peut comporter : - au moins un dispositif à vide connecté sur une canalisation en cul-de-sac devant un capteur de la ligne de vide, et / ou - au moins un dispositif à vide connecté en aval d'une sortie d'une pompe à vide primaire de la ligne de vide, et / ou - au moins un dispositif à vide relié à une canalisation interposée entre une pompe turbomoléculaire et une pompe à vide primaire de la ligne de vide. L’invention a aussi pour objet un équipement de procédés de dépôt de semi-conducteurs ou de couches minces, comprenant une chambre de procédés conçue pour recevoir et traiter au moins un substrat, caractérisé en ce qu’il comporte une ligne de vide telle que décrite précédemment, raccordée à la chambre de procédés. L’invention a encore pour objet un procédé de surveillance d'un dépôt de sous-produits de réaction mis en œuvre par un dispositif à vide tel que décrit précédemment, dans lequel une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre un émetteur transducteur piézoélectrique et un récepteur transducteur piézo-électrique d'un dispositif à ondes acoustiques guidées est surveillée pour détecter un dépôt de sous-produits de réaction sur la surface interne de la paroi métallique. Le au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface peut être choisi parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques. Le procédé peut comporter une étape préalable de calibration dans laquelle on analyse d'abord la propagation des ondes acoustiques de surface sur une enceinte à vide propre. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'un exemple d'équipement de procédés de dépôt de semi-conducteurs ou de couches minces. La figure 2 est une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif à vide d’une ligne de vide de l'équipement de la figure 1. La figure 3A est une vue schématique d'une coupe transversale du dispositif à vide de la figure 2 avec une représentation schématique de la propagation d’une onde acoustique de surface sur une enceinte à vide propre. La figure 3B est une vue similaire du dispositif à vide de la figure 3A pour laquelle l’enceinte à vide présente un dépôt de sous-produits de réaction sur la surface interne. Sur les figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Les dessins sont simplifiés pour faciliter la compréhension. Les modes de réalisation suivants sont des exemples. Bien que la description fasse référence à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques ne s'appliquent qu'à un seul mode de réalisation. Des caractéristiques simples de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou échangées pour fournir d'autres modes de réalisation. La figure 1 montre un exemple de réalisation d'un équipement 1 de procédés de dépôt de semi-conducteurs ou de couches minces. L'équipement 1 comprend une chambre de procédés 2 configurée pour recevoir et traiter au moins un substrat 3, tel qu'une plaquette de semi-conducteurs ou tel qu'un écran plat. L’équipement 1 comporte en outre une ligne de vide 4 comprenant au moins un dispositif à vide 5, la ligne de vide 4 étant raccordée à la chambre de procédés 2. Plus précisément, la ligne de vide 4 comprend une pompe turbomoléculaire 6 dont l'entrée 7 est raccordée à la chambre de procédés 2, et une pompe à vide primaire 8 dont l'entrée 9 est reliée par une canalisation 10 à la sortie 11 de la pompe turbomoléculaire 6. La pompe turbomoléculaire 6 est montée en amont et en série avec la pompe à vide primaire 8. "En amont" doit être compris en référence à la direction des gaz pompés (voir les flèches sur la figure 1). Différents emplacements sont possibles pour le dispositif à vide 5. Le dispositif à vide 5 peut être agencé à l'intérieur de la pompe turbomoléculaire 6, par exemple au niveau du refoulement 12 de la pompe turbomoléculaire 6, ou sur la canalisation 10, en aval de la sortie 11, entre la pompe turbomoléculaire 6 et la pompe à vide primaire 8. En variante ou en complément, le dispositif à vide 5 peut être raccordé à une canalisation en cul-de-sac 13 disposée devant un capteur 14 de la ligne de vide 4, tel qu'un capteur de pression. En variante ou en complément, le dispositif à vide 5 peut être raccordé à l'entrée 9 ou au refoulement 15 de la pompe à vide primaire 8, à l'intérieur de la pompe à vide primaire 8 ou sur une canalisation de la ligne de vide 4 en aval d'une sortie 16 de la pompe à vide primaire 8. Mieux visible sur la figure 2, le dispositif à vide 5 comprend une enceinte à vide 17 comportant une paroi métallique, telle qu’en acier inoxydable, avec une surface interne à placer sous vide, c'est-à-dire sous une pression inférieure à la pression atmosphérique. Le dispositif sous vide 5 comprend en outre au moins un dispositif à ondes acoustiques guidées 18 et une unité de commande 19. Le dispositif à ondes acoustiques guidées 18 comprend au moins un émetteur transducteur piézoélectrique 20 pour coupler les ondes acoustiques de surface sur la paroi métallique et au moins un récepteur transducteur piézoélectrique 21 pour détecter les ondes acoustiques de surface se propageant le long de la paroi métallique. Les ondes acoustiques de surface émises par le au moins un émetteur transducteur piézoélectrique 20 peuvent ainsi être détectées par le au moins un récepteur transducteur piézoélectrique 21. Les transducteurs piézo-électriques 20, 21 sont disposés à l'extérieur de l'enceinte à vide 17. Par conséquent, le dispositif à vide 5 est non invasif et ne crée pas de pertes de charges ou d'étanchéité. La capacité de pompage n'est pas affectée par le dispositif à ondes acoustiques guidées 18. L'enceinte à vide 17 peut être de forme tubulaire. La paroi métallique de l'enceinte à vide 17 est ainsi cylindrique. L'enceinte à vide 17 peut être réalisée par une bride de vide normée, généralement utilisée pour connecter entre elles des enceintes, des canalisations ou des pompes à vide, telle qu’une bride standard ISO connu sous le nom DN40, comme illustré à la Figure 2, présentant un diamètre intérieur de 40cm. L'enceinte à vide 17 comporte par exemple une bride 22 pouvant être reliée à une autre bride par une bague de centrage et un joint torique en élastomère. Cette bride standard peut être celle utilisée pour former le refoulement 12 de la pompe turbomoléculaire 6, la partie opposée 24 de la bride 22 étant reliée à un carter 25 de la pompe turbomoléculaire 6. Ainsi, l'enceinte à vide 17 est formée par une canalisation du refoulement de la pompe turbomoléculaire 6, sans changement du carter existant 25 de la pompe. L'unité de commande 19 est configurée pour commander les transducteurs piézo-électriques 20, 21 afin de surveiller une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques 20, 21 correspondant à un dépôt de sous-produits de réaction 23 (« byproducts » en anglais) sur la surface intérieure de la paroi métallique (figure 3B). L'unité de commande 19 comprend un ou plusieurs contrôleurs ou processeurs et une mémoire. Il peut être commun à plusieurs paires de transducteurs piézo-électriques 20, 21. Le ou les paramètres d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques 20, 21 peuvent être choisis parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface. Des décalages temporels et des modifications possibles de l'amplitude peuvent être observés du fait de la présence d'un dépôt de sous-produits de réaction 23 sur la surface interne de la paroi métallique par rapport à une enceinte à vide 17 propre. Un amortissement plus important des ondes acoustiques de surface ou une réduction de la vitesse pourraient être observés avec un dépôt viscoélastique de sous-produits. La diminution du temps de transmission peut être due à l'épaisseur croissante d'un dépôt de sous-produits de réaction 23 par exemple. Il peut ainsi être possible de déterminer l’épaisseur, la dureté, le taux de croissance ou le module de Young du dépôt de sous-produits de réaction 23 sans nécessairement connaître à l’avance la composition du dépôt. Lorsque l'enceinte à vide 17 est de forme tubulaire, les transducteurs piézo-électriques 20, 21 peuvent être positionnés à des emplacements opposés sur le diamètre extérieur du tube (diamétralement opposés), comme illustré à la figure 2. Le transducteur émetteur piézo-électrique 20 peut être configuré pour exciter des ondes acoustiques de surface circonférentielles dirigées dans des directions opposées autour du tube vers le récepteur transducteur piézo-électrique 21 (figures 3A, 3B). La longueur d'onde correspond par exemple à une onde de type Lamb. Les deux ondes acoustiques de surface doivent arriver au récepteur transducteur piézo-électrique 21 en même temps lorsque l'enceinte à vide 17 est propre. A titre d'exemple de réalisation, les transducteurs piézo-électriques 20, 21 sont configurés pour exciter des ondes acoustiques de surface planes. L'orientation des transducteurs piézo-électriques 20, 21 peut être choisie de manière à exciter les ondes acoustiques de surface planes se déplaçant principalement de manière circonférentielle dans les deux directions autour du tube. Selon un mode de réalisation, l'unité de commande 19 est configurée pour recevoir également des informations sur la température de l'enceinte à vide 17. Il est donc possible de compenser l'influence de la température sur les mesures pour déterminer les caractéristiques du dépôt de sous-produits de réaction 23 déposé sur la surface interne de la paroi métallique, indépendamment de la température de l'enceinte à vide 17. Nous allons maintenant décrire un exemple du fonctionnement du dispositif à vide 5 en référence aux figures 3A et 3B. Le procédé de surveillance d'un dépôt de sous-produits de réaction mis en œuvre par le dispositif à vide 5 peut comprendre une étape préliminaire d'étalonnage dans laquelle la propagation des ondes acoustiques de surface est d'abord analysée sur une enceinte à vide 17 propre (figure 3A). Les transducteurs piézo-électriques 20, 21 excitent des ondes acoustiques de surface planes se déplaçant principalement de manière circonférentielle dans les deux directions autour du tube. Au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques 20, 21 choisis parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface, est par exemple enregistré. Dans une étape consécutive de surveillance, les transducteurs piézoélectriques 20, 21 sont commandés pour surveiller une variation du au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézoélectriques 20, 21, correspondant à un dépôt de sous-produits de réaction sur la surface intérieure de la paroi métallique. On comprend de ce qui précède que la conductance de l'enceinte à vide 17 n'est pas affectée par le dispositif à ondes acoustiques guidées 18 car il est disposé à l'extérieur de l'enceinte à vide 17. Il s'agit d'une technologie de mesure non invasive qui n'a donc pas d’impact sur le pompage en termes de fonctionnalités et de performances. De plus, il est possible de déterminer des informations sur le dépôt de sous-produits de réaction 23 sans nécessairement connaître à l'avance la composition du dépôt. Dispositif à vide (5) comprenant une enceinte à vide (17) ayant une paroi métallique avec une surface interne à placer sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - au moins un dispositif à ondes acoustiques guidées (18) comprenant: - au moins un émetteur transducteur piézo-électrique (20) pour coupler les ondes acoustiques de surface sur la paroi métallique, - au moins un récepteur transducteur piézo-électrique (21) pour détecter les ondes acoustiques de surface se propageant le long de la paroi métallique, les transducteurs piézo-électriques (20, 21) étant agencés à l'extérieur de l'enceinte à vide (17), - une unité de commande (19) configurée pour commander les transducteurs piézo-électriques (20, 21) afin de surveiller une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques (20, 21) correspondant à un dépôt de sous-produits de réaction (23) sur la surface intérieure de la paroi métallique. Dispositif à vide (5) selon la revendication 1, dans lequel l'enceinte à vide (17) est de forme tubulaire et les transducteurs piézo-électriques (20, 21) sont positionnés à des emplacements opposés sur le diamètre extérieur du tube. Dispositif à vide (5) selon la revendication 2, dans lequel l'émetteur transducteur piézoélectrique (20) est configuré pour exciter des ondes acoustiques de surface circonférentielles dirigées dans des directions opposées autour du tube (21). Dispositif à vide (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques (20, 21) est choisi parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface. Dispositif à vide (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits transducteurs piézo-électriques (20, 21) sont configurés pour exciter des ondes acoustiques de surface circonférentielles avec une longueur d'onde correspondant à un type d'onde de Lamb. Dispositif à vide (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (19) est configurée pour recevoir également des informations sur la température de l'enceinte à vide (17). Pompe à vide (6, 8), telle qu'une pompe turbomoléculaire (6) ou une pompe à vide primaire (8), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif à vide (5) selon l'une des revendications précédentes. Pompe à vide (6, 8) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le au moins un dispositif à vide (5) est agencé au niveau du refoulement (12, 15) de la pompe à vide (6, 8). Ligne de vide (4) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif à vide (5) selon l'une des revendications 1 à 6. Ligne de vide (4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte : - au moins un dispositif à vide (5) connecté sur une canalisation en cul-de-sac (13) devant un capteur (14) de la ligne de vide (4), et / ou - au moins un dispositif à vide (5) connecté en aval d'une sortie (16) d'une pompe à vide primaire (8) de la ligne de vide (4), et / ou - au moins un dispositif à vide (5) relié à une canalisation (10) interposée entre une pompe turbomoléculaire (6) et une pompe à vide primaire (8) de la ligne de vide (4). Équipement (1) de procédés de dépôt de semi-conducteurs ou de couches minces, comprenant une chambre de procédés (2) conçue pour recevoir et traiter au moins un substrat (3), caractérisé en ce qu’il comporte une ligne de vide (4) selon l’une des revendications 9 ou 10, raccordée à la chambre de procédés (2). Procédé de surveillance d'un dépôt de sous-produits de réaction mis en œuvre par un dispositif à vide (5) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel une variation d'au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface se propageant entre un émetteur transducteur piézoélectrique (20) et un récepteur transducteur piézo-électrique (21) d'un dispositif à ondes acoustiques guidées (18) est surveillée pour détecter un dépôt de sous-produits de réaction (23) sur la surface interne de la paroi métallique. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le au moins un paramètre d'une onde acoustique de surface est choisi parmi la vitesse de phase et / ou l'amplitude et / ou le motif d'une onde acoustique de surface se propageant entre lesdits transducteurs piézo-électriques (20, 21). Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, comprenant une étape préalable de calibration dans laquelle on analyse d'abord la propagation des ondes acoustiques de surface sur une enceinte à vide (17) propre.