Brevet FR3136104A1 — publié le 20231201

Dispositif à faisceau d’électrons pour le traitement d’une surface La présente description concerne un dispositif à faisceaux d’électrons (100) comprenant : - une chambre de traitement (130) ayant une direction longitudinale (Z) ; - au moins une source de faisceau d’électrons (110), chaque source étant adaptée à émettre un faisceau d’électrons dans un plan faisceau (PF) sensiblement transversal à la direction longitudinale de manière à induire un plasma ou un point d’évaporation dans la chambre de traitement pour le traitement d’une surface d’une pièce (106) ; - au moins un premier orifice (122) de passage du faisceau d’électrons dans ladite chambre de traitement, le diamètre du cercle minimal dans lequel s’inscrit ledit premier orifice étant inférieur ou égal à un huitième, par exemple inférieur ou égal à un dixième, de la plus petite dimension (D3) d’une section transversale de la chambre de traitement prise dans le plan faisceau. Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Dispositif à faisceau d’électrons pour le traitement d’une surface La présente description concerne de façon générale un dispositif à faisceau d’électrons pour le traitement d’une surface, par exemple pour le dépôt de couche mince sur une surface, le nettoyage, la densification de couche et/ou la gravure d’une surface. Le traitement d’une surface, par exemple une surface de substrat, plus généralement une surface d’une pièce, correspond d’une manière générale à une opération mécanique, chimique, électrochimique et/ou physique qui a pour conséquence de modifier l'aspect ou la fonction de la surface afin de l'adapter à des conditions d'utilisation données. Par extension, dans la description qui suit, on inclut des techniques de gravure dans le traitement d’une surface. Le traitement d’une surface inclut les techniques de revêtement d’une surface, par exemple les techniques de revêtement métallique, et notamment les techniques de dépôt de couche mince sur une surface. Il existe différentes techniques pour réaliser un dépôt de couche mince sur une surface, par exemple une surface d’un substrat, notamment les techniques de dépôt physique en phase gazeuse (PVD, pour physical vapor deposition en anglais). Parmi ces techniques, l’évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur (EBPVD, pour electron beam physical vapor deposition en anglais) est une technique de dépôt physique en phase vapeur dans laquelle une cible sous vide poussé est bombardée par un faisceau d'électrons généralement émis par un filament en tungstène. Le faisceau d’électrons vient faire passer les atomes ou molécules de la cible en phase gazeuse. Une partie au moins de ces atomes ou molécules précipitent alors sous forme solide sur une surface à traiter, recouvrant ladite surface d'une couche mince en ces atomes ou molécules précipitées. Un inconvénient de cette technique est la dégradation du filament, qui peut par exemple entraîner un taux d'évaporation non uniforme. En outre, une contrainte est de disposer d’un vide poussé, parfois inférieur à 10 -4 mbar. La technique de pulvérisation cathodique (sputtering en anglais) consiste à diriger un plasma comprenant des particules chargées relativement lourdes, par exemple des ions argon (Ar+) issus d’un gaz argon (Ar) au moins partiellement ionisé, vers une cible pour produire la pulvérisation de particules d’un ou de matériaux constituant cette cible. Une partie au moins de ces particules pulvérisées vient se déposer sur une surface, par exemple une surface d’un substrat, pour y former une couche mince du ou des matériaux. Le plasma peut être formé, par exemple, en appliquant un rayonnement électromagnétique au gaz à ioniser à basse pression. Une contrainte de cette technique est d’éviter la contamination entre la source de plasma et la zone de pulvérisation des particules sur la surface, une autre contrainte étant de gérer un vide relativement poussé, par exemple inférieur ou égal à 10 -2 mbar. Par ailleurs, ces différentes techniques, ainsi que d’autres non décrites mais connues de la personne du métier, sont mises en œuvre par des dispositifs dédiés, qui ne sont généralement pas polyvalents, c’est-à-dire qui ne permettent généralement pas de passer d’une technique à une autre. Il existe un besoin d’un dispositif adapté au traitement d’une surface qui soit capable de mettre en œuvre différentes techniques (dispositif polyvalent de traitement de surface), par exemple de mettre en oeuvre différentes techniques de dépôt de couche mince, mais également de nettoyer une surface, de densifier une couche en surface, et/ou de réaliser une gravure à partir d’une surface. En particulier, il serait souhaitable de disposer d’un dispositif à faisceau d’électrons pour le traitement d’une surface, dans lequel le faisceau d’électrons puisse être formé sans filament. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs de traitement de surface connus, et notamment des dispositifs de dépôt de couche mince connus. Un mode de réalisation prévoit un dispositif à faisceaux d’électrons comprenant : - une chambre de traitement ayant une direction longitudinale ; - au moins une source de faisceau d’électrons, chaque source étant adaptée à émettre un faisceau d’électrons dans un plan faisceau sensiblement transversal à la direction longitudinale de manière à induire un plasma ou un point d’évaporation dans la chambre de traitement pour le traitement d’une surface d’une pièce ; - au moins un premier orifice de passage du faisceau d’électrons dans ladite chambre de traitement, le diamètre du cercle minimal dans lequel s’inscrit ledit premier orifice étant inférieur ou égal à un huitième, par exemple inférieur ou égal à un dixième, de la plus petite dimension d’une section transversale de la chambre de traitement prise dans le plan faisceau. Selon un mode de réalisation, la chambre de traitement comprend une cible. Selon un mode de réalisation, la chambre de traitement comprend un premier socle de support adapté à supporter la cible. Selon un mode particulier de réalisation, le premier socle de support est mobile. Selon un mode de réalisation, le premier socle de support comprend, ou consiste en, un creuset, par exemple un creuset refroidi. Selon un mode de réalisation, la chambre de traitement comprend un deuxième socle de support adapté à supporter la pièce à traiter. Selon un mode particulier de réalisation, le deuxième socle de support est mobile. Selon un mode de réalisation, la au moins une source de faisceau d’électrons est externe à la chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un appareil de déviation, tel un électroaimant ou un aimant permanent, adapté à dévier le faisceau d’électrons dans la chambre de traitement. Selon un mode particulier de réalisation, l’appareil de déviation est mobile. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une chambre de pompage reliée à une première pompe à vide et à la chambre de traitement, la chambre de pompage étant adaptée à réaliser un pompage sous vide différentiel de ladite chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, la chambre de traitement est délimitée par des parois formant un corps cylindrique ou parallélépipédique, et la chambre de pompage est positionnée contre une paroi latérale du corps, à l’intérieur ou à l’extérieur dudit corps. Selon un mode particulier de réalisation, la chambre de pompage est coaxiale avec la chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, le au moins un premier orifice est entre la chambre de pompage et la chambre de traitement, et le dispositif comprend au moins un deuxième orifice de passage du faisceau d’électrons entre la chambre de pompage et la au moins une source de faisceau d’électrons. Selon un mode de réalisation, le diamètre du cercle minimal dans lequel s’inscrit le au moins un deuxième orifice est inférieur ou égal à un huitième, par exemple inférieur ou égal à un dixième, de la plus petite dimension de la section transversale de la chambre de traitement prise dans le plan faisceau. Selon un mode de réalisation, la au moins une source de faisceau d’électrons comprend une chambre de génération d’électrons et un tube entre la chambre de génération d’électrons et la chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, le tube est relié à la chambre de génération d’électrons et à la chambre de pompage, et le au moins un deuxième orifice est entre la chambre de pompage et le tube. Selon un mode de réalisation, la au moins une source de faisceau d’électrons comprend un appareil de focalisation, tel un électroaimant, adapté à focaliser le faisceau d’électrons, et par exemple à le diriger vers la chambre de traitement. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une deuxième pompe à vide reliée à la chambre de traitement et/ou une troisième pompe à vide reliée à la au moins une source de faisceau d’électrons. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend plusieurs sources de faisceau d’électrons externes à la chambre de traitement. Selon un mode particulier de réalisation, au moins deux des sources de faisceau d’électrons sont adaptées à émettre des électrons selon deux plans faisceau parallèles entre eux. Selon un mode de réalisation, le au moins un premier orifice, et dans certains cas , le au moins un deuxième orifice, correspond à un orifice d’un diaphragme. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend - une source de polarisation de la cible à une tension comprise entre 0 et 10 kV, de préférence entre 2 et 5 kV ; et/ou - un élément de refroidissement de la cible. Selon un mode de réalisation, le dispositif est adapté à mettre en oeuvre : - un dépôt de couche mince par pulvérisation cathodique ; - un dépôt de couche mince par évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur ; - un nettoyage par plasma ; - une densification de couche par plasma ; et/ou - une gravure par plasma. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la est une vue schématique en coupe d’un dispositif à faisceau d’électrons selon un premier mode de réalisation ; la est une vue schématique en coupe d’un dispositif à faisceau d’électrons selon un deuxième mode de réalisation ; la est une vue de dessus d’un dispositif à faisceau d’électrons similaire au dispositif de la ; et la est une vue de dessus d’un dispositif à faisceau d’électrons selon un troisième mode de réalisation. Dispositif à faisceaux d’électrons (100 ; 200 ; 400) comprenant : - une chambre de traitement (130 ; 430) ayant une direction longitudinale (Z) ; - au moins une source de faisceau d’électrons (110, 210, 310), chaque source étant adaptée à émettre un faisceau d’électrons dans un plan faisceau (PF) sensiblement transversal à la direction longitudinale (Z) de manière à induire un plasma ou un point d’évaporation dans la chambre de traitement (130 ; 430) pour le traitement d’une surface d’une pièce (106) ; - au moins un premier orifice (122) de passage du faisceau d’électrons dans ladite chambre de traitement, le diamètre du cercle minimal dans lequel s’inscrit ledit premier orifice étant inférieur ou égal à un huitième, par exemple inférieur ou égal à un dixième, de la plus petite dimension (D3, L3) d’une section transversale de la chambre de traitement (130) prise dans le plan faisceau. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la chambre de traitement (130 ; 430) comprend une cible (104). Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la chambre de traitement (130 ; 430) comprend un premier socle de support (134) adapté à supporter la cible (104), ledit premier socle de support étant par exemple mobile. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le premier socle de support comprend, ou consiste en, un creuset, par exemple un creuset refroidi. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la chambre de traitement (130 ; 430) comprend un deuxième socle de support (136) adapté à supporter la pièce (106) à traiter, ledit deuxième socle de support étant par exemple mobile. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la au moins une source de faisceau d’électrons (110, 210, 310) est externe à la chambre de traitement (130 ; 430). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un appareil de déviation (140, 240), tel un électroaimant ou un aimant permanent, adapté à dévier le faisceau d’électrons dans la chambre de traitement (130 ; 430), ledit appareil de déviation étant par exemple mobile. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant une chambre de pompage (120 ; 420) reliée à une première pompe à vide (126) et à la chambre de traitement (130 ; 430), la chambre de pompage étant adaptée à réaliser un pompage sous vide différentiel de ladite chambre de traitement. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la chambre de traitement (130 ; 430) est délimitée par des parois formant un corps cylindrique ou parallélépipédique, et la chambre de pompage (120 ; 420) est positionnée contre une paroi latérale du corps, à l’intérieur ou à l’extérieur dudit corps. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la chambre de pompage (120 ; 420) est coaxiale avec la chambre de traitement (130 ; 430). Dispositif selon l’une quelconque des revendication 8 à 10, dans lequel le au moins un premier orifice (122) est entre la chambre de pompage (120 ; 420) et la chambre de traitement (130 ; 430), et le dispositif comprend au moins un deuxième orifice (124) de passage du faisceau d’électrons entre la chambre de pompage (120 ; 420) et la au moins une source de faisceau d’électrons (110). Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le diamètre du cercle minimal dans lequel s’inscrit le au moins un deuxième orifice (124) est inférieur ou égal à un huitième, par exemple inférieur ou égal à un dixième, de la plus petite dimension de la section transversale de la chambre de traitement (130) prise dans le plan faisceau. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la au moins une source de faisceau d’électrons (110, 210, 310) comprend une chambre de génération d’électrons (112, 212) et un tube (114, 214) entre la chambre de génération d’électrons et la chambre de traitement (130 ; 430). Dispositif selon la revendication 13 en combinaison avec la revendication 11 ou 12, dans lequel le tube (114, 214) est relié à la chambre de génération d’électrons et à la chambre de pompage (120 ; 420), et le au moins un deuxième orifice (124) est entre la chambre de pompage et le tube. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la au moins une source de faisceau d’électrons (110, 210, 310) comprend un appareil de focalisation (116, 216), tel un électroaimant, adapté à focaliser le faisceau d’électrons, et par exemple à le diriger vers la chambre de traitement (130 ; 430). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant une deuxième pompe à vide (142) reliée à la chambre de traitement (130 ; 430) et/ou une troisième pompe à vide (115) reliée à la au moins une source de faisceau d’électrons (110, 210, 310). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, comprenant plusieurs sources de faisceau d’électrons (110, 210, 310) externes à la chambre de traitement (130 ; 430). Dispositif selon la revendication 17, dans lequel au moins deux des sources de faisceau d’électrons sont adaptées à émettre des électrons selon deux plans faisceau parallèles entre eux. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel le au moins un premier orifice (122), et dans certains cas, le au moins un deuxième orifice (124), correspond à un orifice d’un diaphragme. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 19 en combinaison avec la revendication 2, comprenant : - une source de polarisation de la cible (104) à une tension comprise entre 0 et 10 kV, de préférence entre 2 et 5 kV ; et/ou - un élément de refroidissement de la cible. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel le dispositif est adapté à mettre en oeuvre : - un dépôt de couche mince par pulvérisation cathodique ; - un dépôt de couche mince par évaporation par faisceau d'électron en phase vapeur ; - un nettoyage par plasma ; - une densification de couche par plasma ; et/ou - une gravure par plasma.