Boite à gants avec évaporateur sous vide par effet Joule

pour le dépôt de couches minces PVD

Issue de la collaboration :

Les bâtis d’évaporation sous vide par effet Joule intégrés à une boite à gants sous atmosphère contrôlée trouvent une utilité dans les applications de dépôt de couches minces de matériaux métalliques (Au, Pt, Ti, Cr, Al, Li…) et oxydes (SiO2, HfO2, Al2O3, …). Ces évaporateurs thermiques sont largement utilisés pour la métallisation, par exemple pour les cellules photovoltaïques et les détecteurs, pour le dépôt d’électrodes (contacts ohmiques), par exemple pour les batteries et l’électronique organique OLED et les couches minces réfractaires et les couches optiques.

L’installation décrite ci-après est un exemple de solution que nous proposons en partenariat avec la société Alliance Concept pour le dépôt en couches minces de matériaux métalliques en boite à gants purifiée. N’hésitez pas à nous faire part de votre projet y compris pour l’évaporation de matériaux organiques, la déposition par d’autres procédés et les techniques de caractérisation.

 

BOITE A GANTS GP[concept]

La boite à gants à atmosphère contrôlée GP[concept] est le modèle idéal pour l’intégration de bâtis d’évaporation. Une conduite de projet personnalisée gérée par notre bureau d’étude garantit une intégration parfaite boîte à gants – évaporateur et une optimisation de l’ergonomie.

Le modèle existe en différentes longueurs – 2 gants, 3 gants, 4 gants et deux configurations – simple face ou double face.

La boite à gants est équipée de deux sas à vide, usuellement Ø400 et Ø150mm, connectés à une pompe à vide (type pompe primaire  à palettes ou pompe sèche). En fonction des besoins, les sas peuvent être déclinés en version chauffante également. En cas de connection à une autre boite à gants intervenant dans des phases de dépôt, de préparation ou caractérisation des substrats, il est possible de prévoir des sas à vide en Té qui permettent l’introduction de matériels de l’extérieur dans une boîte à gants ainsi que le transfert d’échantillons d’une boîte à gants vers l’autre.

La boite à gants GP[oncept] est équipée d’une unité de purification de la gamme P[sys] pour l’élimination en continu des traces d’humidité et d’oxygène dans le volume de travail à des teneurs à 1 ppm ou moins. Les unités de purification de la gamme P[sys] sont des épurateurs de gaz (N2, Ar) grandes capacités, avec circulateur à débit variable, régénération automatique, régulation de pression automatique et mode Energy Saving 24/24 en continu. D’autres fonctionnalités (alarmes, historique, exportation des données, etc…) permettent une utilisation facile avec des conditions de travail optimales. Elles se déclinent en deux modèles au mininum, une version simple ligne avec une capacité d’épuration suffisante pour travailler confortablement sur la durée sans nécessité de régénération, une version double ligne pour sécuriser son environnement de travail à 1ppm sans interruption.

P[sys] simple ligne : capacités 45L O2 – 1440 gr H20

P[sys]-II-P double ligne : capacités 90L O2 – 2880 gr H20

Des capteurs H2O et O2 permettent le suivi en continu sur écran de la pureté de l’atmosphère.

L’ensemble est entièrement piloté par automate programmable PLC avec accès au contrôle des données et aux paramétrages sur écran tactile couleur.

Vous pouvez retrouver nos informations détaillées sur la GP[concept] et nos différents systèmes de purification P[sys] sur le site de JACOMEX.

Une ENCEINTE A VIDE P300

Enceinte à vide à vide cubique 300mm d’arête, en acier inoxydable, avec porte frontale en aluminium à charnière à deux hublots pour chargement des matériaux dans les sources d’évaporation ou opérations de maintenance (changement écrans de protection par exemple). Une porte process pour chargement des substrats depuis la boite à gants. L’enceinte est équipée avec un jeu d’écrans de protection des parois internes de la chambre. Divers piquages sont également prévus pour assurer les fonctions de l’équipement :

  • hublots,
  • mesure vide,
  • ventilation,
  • raccordement pompage,
  • passages libres pour installer, si besoin, vos accessoires de mesure ou autre.

Sur ce bâti HV les étanchéités sont assurées par l’utilisation de joints viton.

Plusieurs SOURCES D’EVAPORATION SOUS VIDE

Chaque source Joule comprend un passage électrique haute intensité refroidi à eau et relié à un générateur haute intensité ainsi qu’un passage courant fort relié à la masse. En partie haute, les passages électriques comportent un dispositif de montage par vis pour fixation soit d’un filament résistif (tungstène…) pour recevoir le matériau à évaporer (fil), soit une nacelle, soit un four d’évaporation.  Le support nacelle est compatible avec des nacelles de longueur maximale 100mm.

Un cache source pneumatique occulte la source lors des préparations de charges avant évaporation. L’équipement est prévu pour recevoir jusqu’à trois sources.

Configuration des ALIMENTATIONS DE PUISSANCE

Une alimentation fort courant nécessaire pour l’évaporation thermique des matériaux. Puissance en sortie 2kW, tension de pilotage 4V et courant de sortie max 475A. Alimentation pilotée par un contrôleur de puissance et gérée automatiquement par le contrôleur de dépôt.

Un SYSTEME DE POMPAGE POUR VIDE SECONDAIRE DE QUALITE

Une pompe primaire sèche ou à palettes lubrifiées. Une pompe secondaire turbomoléculaire PFEIFFER, modèle HiPace 300 ou équivalent, vitesse de pompage 300 l/s. Une vanne secondaire d’isolement.

Vannes de prévidage et d’isolation au refoulement de la pompe secondaire pour système by-pass garantissant une durée du vie du matériel optimale. Une vanne pilotée pour ventilation de l’enceinte. Une mesure de pression par jauge triple Pirani / Bayard-Alpert INFICON BCG 450 ou équivalent, gamme de mesure 10+3 à 10-10 mbar et un capteur capacitif de détection de la Patm.

Un CONRÔLEUR D’EPAISSEUR avec TÊTE QUARTZ SIMPLE

Contrôleur automatique de procédé pour la programmation, l’asservissement, le contrôle en temps réel du dépôt de matériaux différents, la combinaison de ces matériaux sauvegardés en mémoire, les dépôts en séquence. Gestion jusqu’à deux têtes de mesure. Temps et étape courante portés en temps réel sur un afficheur. Une tête munie d’un capteur à quartz détecte les variations de fréquence d’oscillation en fonction de la masse déposée suivant le procédé MODELOCK qui améliore le rapport signal/bruit. Intervalle de mesure 0,25 s. Résolution en épaisseur et en vitesse : 0.06 Angstroms @ tooling/densité = 100 avec une fréquence d’oscillation fondamentale de 6 MHz.

Fréquence d’oscillation 6 MHz. Limite de divergence de la fréquence 1.0 MHz.

Un cache creuset masquant la source pendant la phase de préchauffage actionné par un vérin à commande pneumatique géré par le contrôleur de dépôt.

Tête de mesure standard simple quartz refroidie par eau et associée à son oscillateur 6 MHz par un passage électrique étanche. La balance à quartz est fixée mécaniquement dans l’enceinte pour assurer la reproductibilité des dépôts, à proximité immédiate du substrat. D’autres configurations et stratégie de mesure d’épaisseur peuvent vous être proposées.

Un PORTE SUBSTRAT rotatif motorisé

installé en partie supérieure de la chambre.

Un SYSTEME DE PILOTAGE ET AUTOMATISME

Système de pilotage compact avec pupitre automate tactile ou équivalent intégrant automate et pupitre opérateur en un seul et même appareillage. Permet une gestion du pompage avec basculement du vide primaire au vide secondaire en automatique avec affichage de la pression de travail dans l’enceinte. Permet également de garantir la sécurité tant d’un point de vue utilisateur que matériel. Il est par exemple impossible d’alimenter la source si l’enceinte est ouverte.

Les sociétés Jacomex et Alliance Concept vous proposent l’équipement combinant boîte à gants et système de dépôts de couches minces PVD adapté à votre besoin dans le respect de votre budget. Fortes de plusieurs dizaines d’années d’expérience, les deux sociétés mettent à votre disposition leur savoir-faire reconnu en France mais aussi dans de nombreux instituts de recherche et sociétés partout dans le monde. La conception et la fabrication sont réalisées en France en utilisant le tissu industriel local assurant la qualité requise pour ce type d’équipement de haute technologie.