BE1017817A7 - Bloc terminal d'alimentation pour un magnetron tubulaire. - Google Patents

Abstract

Bloc terminal d'alimentation pour alimenter une cathode de pulvÚrisation avec un agent de refroidissement et une tension Úlectrique, comprenant un logement (1) avec un raccordement d'agent de refroidissement (21) et un raccordement de courant (22) ainsi qu'un arbre porteur disposÚ de maniÞre Ó tourner et sur lequel est fixÚ un tube cible, dans lequel le raccordement d'agent de refroidissement (21) et le raccordement de courant (22) sont rÚunis directement au point d'alimentation de sorte que l'agent de refroidissement est amenÚ au potentiel de la tension Úlectrique appliquÚe lors de l'entrÚe dans le logement (1) du bloc terminal d'alimentation.

Description

« Bloc terminal d'alimentation pour un magnétron tubulaire » L’invention concerne un bloc terminal d’alimentation pour l’alimentation d’une cathode de pulvérisation avec un agent de refroidissement et une tension électrique.

Dans les dispositifs de pulvérisation conventionnels pour revêtement sous vide poussé par pulvérisation cathodique, des cibles le plus souvent en forme de plaque sont montées sur un magnétron et le matériau de la cible est ensuite pulvérisé par bombardement ionique. En raison de la disposition rigide de la cible et du magnétron l’un par rapport à l’autre, il se forme avec le temps dans le matériau de la cible des dépressions ou des fosses aux endroits où le matériau de la cible sera de préférence pulvérisé en raison des lignes de champ magnétiques. De ce fait, le rendement du matériau cible est relativement minime, étant donné que la cible doit être remplacée prématurément.

Pour éviter cet effet, différentes solutions ont été proposées pour des dispositifs de pulvérisation à utiliser lors du revêtement de substrats par pulvérisation cathodique. C’est ainsi que l’on connaît par le document US 4 356 073 une cathode de pulvérisation rotative qui comprend à côté d’autres composants un élément tubulaire cylindrique allongé qui est pourvu d’une couche du matériau de revêtement souhaité. On connaît également par le document US 4 443 318 une cathode de pulvérisation rotative qui comprend un élément tubulaire cylindrique allongé, des moyens pour faire tourner l’élément tubulaire et des moyens cibles avec du matériau de revêtement qui sont fixés de manière amovible à l’élément tubulaire.

Dans les solutions citées, on peut obtenir grâce à la rotation de l’élément tubulaire que l’enlèvement de matériau ait lieu de manière uniforme sur toute la périphérie de la cible tubulaire et, de cette façon, on empêche la formation de dépressions ou de fosses dans le matériau cible.

Par le terme dispositif de pulvérisation, il faut comprendre au sens de cette demande, un arrangement qui comprend au moins un magnétron et une cathode de pulvérisation avec une ou plusieurs cibles.

Pour alimenter le dispositif de pulvérisation avec un agent de refroidissement et une tension électrique, ce que l’on appelle des blocs terminaux d’alimentation sont montés à l’intérieur de la chambre sous vide du dispositif de revêtement et ces blocs d’alimentation terminaux présentent respectivement des raccordements pour un agent de refroidissement et l’alimentation en tension électrique du dispositif de pulvérisation disposé dans la chambre sous vide. Les deux agents sont donc amenés séparément jusqu’au bloc terminal d’alimentation et sont mis au même potentiel électrique dans des unités en amont. L’alimentation en courant est effectuée le plus souvent, dans ce cas, par l’intermédiaire de contacts à frottement. La transmission du mouvement de rotation au tube cible a lieu le plus souvent au moyen d’un deuxième bloc terminal d’entraînement. Le problème en ce qui concerne ces solutions connues réside dans le fait que le comportement de pression des contacts à frottement par rapport à la forme d’usure n’est pas optimal. Il s’ensuit que l’alimentation en courant est inégale. Les câbles relativement longs des contacts à frottement (aussi dénommés balais en charbon) au contact de raccordement ne peuvent pas être directement refroidis de sorte que, en particulier en cas de fonctionnement à moyenne fréquence, le courant est limité par réchauffement des fils et dès lors par la température maximale admissible de l’isolation. L’alignement du potentiel de l’eau de refroidissement doit être effectué dans une unité supplémentaire. Les câbles sur les contacts de frottement peuvent exercer une charge de traction sur les contacts de frottement de sorte qu’on n’est pas assuré, après le montage, que les contacts de frottement dans la position prévue seront pressés avec la force voulue sur l’arbre. La solution appliquée jusqu’à présent avec des tuyaux flexibles et des fils sur le bloc terminal d’alimentation conduit à un gros travail de montage et à des possibilités d’erreur lors du montage.

On connaît de tels blocs terminaux d’alimentation, par exemple, par les documents WO 2006 / 042808 A1, US 2004 / 0149576 A1 et WO 02/38826 A1.

Dans la solution selon le document WO 2006 / 042808 A1, il y a pour l’alimentation en tension, une douille avec une bague de contact et une broche disposée de manière coaxialement rotative dans la douille, comprenant une pluralité de contacts à frottement électriquement conducteurs qui sont pressés vers l’extérieur par des éléments élastiques et qui établissent le contact électrique avec la bague de contact de la douille. Cette solution présente l’inconvénient majeur qu’il n’est pas tenu compte de la diffusion déterminée par l’effet de peau ou effet de proximité, de sorte qu’il survient une réduction de la capacité de transmission du courant. Un autre inconvénient important est le faible découplage de la paire de frottement des tolérances des composants. Cette solution requiert l’alignement fiable des partenaires participants du contact à frottement.

Dans la solution selon le document US 2004 / 0149576 A1, le contact à frottement se trouve dans l’eau de refroidissement. Cette solution est efficace pour ie fonctionnement en courant continu. Lors du fonctionnement à moyenne fréquence, le courant doit passer sur tous les paliers de sorte que des mesures spéciales doivent être prises afin que les paliers résistent au courant de moyenne fréquence.

Dans la solution selon le document WO 02 / 38826 A1, le contact à frottement se trouvent dans le vide. Des coefficients de friction très élevés surviennent dans le vide de sorte que les contacts à frottement s’usent de manière inadmissiblement rapide et libèrent en outre le charbon abrasé dans la chambre sous vide.

Le but de la présente invention consiste par conséquent à fournir un bloc terminal d’alimentation pour alimenter un dispositif de pulvérisation avec un agent de refroidissement et une tension électrique, qui permet une alimentation en courant uniforme ainsi que l’exécution de l’égalisation du potentiel pour l’agent de refroidissement sans recourir à des unités supplémentaires.

Selon l’invention, ce but est atteint par le bloc terminal d’alimentation décrit ci-après.

Dans le cas d’un bloc terminal d’alimentation pour alimenter une cathode de pulvérisation avec un agent de refroidissement et une tension électrique, qui comprend un logement avec un raccordement d’agent de refroidissement et un raccordement de courant ainsi qu’un arbre porteur disposé de manière à tourner sur lequel le tube cible est fixé, il est proposé que le raccordement d’agent de refroidissement et le raccordement de courant soient réunis directement au point d’alimentation de telle manière que l’agent de refroidissement soit amené au potentiel de la tension électrique appliquée lors de l’entrée dans le logement du bloc terminal. On obtient ainsi un double effet. D’une part, on obtient un refroidissement optimal de l’amenée de courant, et d’autre part, une égalisation optimale du potentiel de l’agent de refroidissement a lieu en même temps.

Il peut, par exemple, être prévu qu’un corps de base électriquement conducteur avec un canal pour agent de refroidissement soit disposé dans le logement du bioc terminal d’alimentation, que le canal pour l’agent de refroidissement soit relié par le raccordement d’agent de refroidissement à la conduite d’amenée d’agent de refroidissement et que le raccordement de courant soit relié de manière électriquement conductrice au corps de base.

En outre, il est prévu dans un bloc terminal d’alimentation avec au moins deux contacts à frottement agissant radialement sur l’arbre porteur que les contacts à frottement (par exemple des balais en charbon) soient découplés de la construction porteuse (logement, corps de base) du bloc terminal d’alimentation du fait que les contacts à frottements sont raccordés par des courtes conduites d’alimentation (également dénommés ci-après dans leur ensemble fils de raccordements), par exemple des câbles de cuivre ou des fils de cuivre, à une bague de contact qui peut être réalisée par exemple en cuivre massif. De ce fait, la conduite du courant de moyenne fréquence jusqu’aux contacts à frottement (par exemple des balais en charbon) est nettement améliorée. La bague de contact peut être fixée au côté inférieur du corps de base, par exemple à l’aide d’un boulon tirant.

Une autre caractéristique du bloc terminal d’alimentation proposé peut consister en ce que les tolérances lors de la fabrication du bloc terminal d’alimentation peuvent être compensées du fait que les fils de raccordement par lesquels le courant de moyenne fréquence est transmis aux contacts à frottement sont guidés en partant de la bague de contact dans des directions obliques par rapport aux contacts à frottement. On obtient ainsi que les changements de position puissent être compensés par une rotation minime du fil de raccordement. Dans ce cas, la formulation « en direction oblique » signifie que les fils de raccordement entre la bague de contact et le contact à frottement présentent respectivement une section qui s’étend non pas radialement (90°) mais tangentiellement (0°) ou à un angle compris entre la direction radiale et la direction tangentielle par rapport au pourtour de l’arbre porteur.

Le raccordement des fils de raccordement à la bague de contact peut être effectué, par exemple, par l’intermédiaire d’un point de serrage sollicité par ressort. Un tel point de serrage peut comprendre, par exemple, un cylindre de pression disposé dans un alésage de la bague de contact et pourvu d’un alésage de passage pour recevoir l’extrémité du fil de raccordement, l’alésage de la bague de contact étant un trou borgne dans lequel est disposé un ressort de pression.

De plus, les contacts à frottement sont configurés de telle manière que le passage du courant puisse avoir lieu sur une trajectoire aussi courte que possible de la bague de contact en passant par la ligne d’alimentation, par exemple, le câble de cuivre ou le fil de cuivre, et le contact à frottement sur l’arbre porteur. Pour presser de manière uniforme les contacts à frottement sur l’arbre porteur, il s’est avéré particulièrement avantageux de prévoir un élément de ressort commun, par exemple, un ressort annulaire qui entoure tous les contacts à frottement et les presse en direction radiale sur l’arbre. Le ressort annulaire peut être, par exemple, un long ressort à boudin qui est guidé autour de l’agencement des contacts à frottement et dont les extrémités sont reliées ensemble par un élément de fermeture approprié.

L’invention sera expliquée de manière plus détaillée ci-après sur la base d’un exemple de réalisation et des dessins y afférents. Ceux-ci montrent sur

La figure 1 une vue de dessus d’un bloc terminal d’alimentation selon l’invention,

La figure 2 une coupe longitudinale à travers le bloc terminal d’alimentation selon la figure 1,

La figure 3 une vue de côté de parties déterminées du bloc terminal d’alimentation,

La figure 4 deux autres représentations en coupe du bloc terminal d’alimentation selon la figure 3,

La figure 5 une représentation de détail d’un contact à frottement ainsi que sa fixation dans la bague de contact.

Pour des raisons de plus grande clarté, tous ies composants du bloc terminal d’alimentation selon l’invention ne sont pas représentés sur toutes les figures. C’est ainsi qu’il a été renoncé sur toutes les figures à représenter les garnitures d’étanchéité en soi nécessaires pour le circuit d’agent de refroidissement et pour le vide. Celles-ci sont normalement disposées des deux côtés des roulements à billes 51 représentés sur les figures. De plus, d’autres composants, en particulier le logement 1, ont été omis sur les figures 3 et 4.

Dans la vue de dessus de la figure 1, on peut voir le logement 1 qui présente sur son côté supérieur une ouverture 11 qui peut être fermée par un couvercle non représenté. A cette fin, il est prévu un joint 12 sur le logement 1. Le corps de base 2 est disposé dans le logement 1. Sur le corps de base 2 se trouvent deux raccordements d’agent de refroidissement 21 ainsi que deux raccordements de courant 22. Le corps de base 2 présente, par conséquent, des canaux pour l’agent de refroidissement ainsi qu’un alésage pour le boulon tirant 3 qui est vissé sur le côté supérieur du corps de base 2 au moyen d’un écrou 31. La fonction du boulon tirant 3 sera expliquée de manière encore plus détaillée ci-après.

La figure 2 présente une coupe à travers le bloc terminal d’alimentation de la figure 1 le long de la ligne A-A. Le corps de base 2 avec les raccordements d’agent de refroidissement 21 appliqués sur celui-ci et les raccordements de courant 22 que l’on ne peut voir ici fait saillie de l’ouverture 11 du logement 1. On peut également voir le boulon tirant 3 avec l’écrou 31, qui s’étend vers le bas à travers un alésage prévu à cet effet dans le corps de base 2. Le boulon tirant 3 présente à son extrémité inférieure un tourillon fileté 32 dont la fonction sera expliquée plus loin.

L’arbre porteur 5 sur l’extrémité libre duquel un tube cible peut être appliqué est disposé dans deux roulements à billes 51 en dessous du corps de base 2 dans la partie inférieure du logement 1. Une zone centrale de l’arbre porteur 5 sert à l’établissement du contact électrique avec les contacts à frottement qui sont réalisés, dans l’exemple de réalisation, comme des balais en charbon 42. Les balais en charbon 42 sont disposés de manière répartie dans une disposition uniforme sur le pourtour de l’arbre porteur 5 et sont pressés par un ressort annulaire 43 entourant tous les balais en charbon 42 sur sa surface. Les balais en charbon 42 sont placés à l’aide de fils de raccordement 41 dans une bague de contact 4 entourant l’arbre porteur 5 ainsi que dans une bague de guidage 7 facilitant l’arrangement en forme d’anneau des balais en charbon 42. Les détails de cette mise en place sont représentés en détail dans la description relative aux figures 4 et 5.

La bague de contact 4 est fixée par le boulon tirant 3 dans sa position par rapport au corps de base 2 et par rapport à l’arbre porteur 5 par rapport auquel elle est disposée de manière concentrique. A cet effet, la bague de contact 4 présente sur son côté supérieur un alésage par lequel le tourillon fileté 32 du boulon tirant 3 fait saillie à l’intérieur de la bague de contact 4 où il est vissé dans l’alésage fileté d’un élément de pression 33 qui est vissé à l’aide de vis 34 au côté intérieur de la bague de contact 4. La bague de contact 4 est fixée dans sa position sur le côté inférieur du corps de base 2 par serrage de l’écrou 31 du boulon tirant 3.

La représentation sur la figure 3 est réduite au corps de base 2 avec les raccordements d’agent de refroidissement 21, le boulon tirant 3 avec l’écrou 31, la bague de contact 4 ainsi que l’arbre porteur 5. Sont en outre représentées les lignes de coupe B - B ainsi que C - C qui indiquent les plans de coupe qui sont à la base des représentations sur la figure 4. Sur la figure 3, on peut particulièrement bien voir comment la bague de contact 4 s’appuie sur le côté inférieur du corps de base et comment l’arbre porteur 5 fait saillie à travers la bague de contact 4.

La figure 4 montre les deux représentations en coupe B - B ainsi que C - C conformément à la représentation sur la figure 3. En ce qui concerne la représentation C - C, on a renoncé à représenter encore une fois la partie supérieure du corps de base 2, étant donné que cette zone est identique à la partie supérieure de la représentation B - B.

Dans la représentation B - B, la coupe n’est faite qu’à travers la partie extérieure de l’arbre 5 qui sert à recevoir le tube cible. De ce fait, le regard tombe de l’extérieur sur le côté frontal de la bague de contact 4. Par contre, la coupe C - C passe à travers la bague de contact 4 de sorte que l’on peut aussi voir la fixation des fils de raccordement 41 dans la bague de contact 4. Dans les deux représentations, on peut voir que la bague de contact 4 est fixée à l’aide de l’élément de pression 33 et du boulon tirant 3 ainsi que de l’écrou 31 sur le côté inférieur du corps de base 2.

Entre la bague de contact 4 et l’arbre porteur 5, on peut voir cinq balais en charbon 42 dont chacun est relié à la bague de contact 4 au moyen chaque fois de trois fils de raccordement 41. Les balais en charbon sont en même temps adjacents à la surface de l’arbre porteur 5. Ils sont pressés sur cette surface par une force agissant sur eux de manière radiale et qui est exercée par un ressort annulaire 43 qui entoure tout l’arrangement des balais en charbon 42. En ce qui concerne le ressort annulaire 43, il s’agit, dans l’exemple de réalisation, d’un ressort à boudin qui est placé autour de l’arrangement en forme de cercle des balais en charbon 42 et dont les deux extrémités sont reliées l’une à l’autre par un élément de fermeture 44.

Les fils de raccordement 41 sont pliés en double. Une de leurs extrémités se trouve dans un alésage des balais en charbon 42 prévu à cet effet dans la direction radiale de l’arbre porteur 5. Dans la zone centrale, les fils de raccordement 41 sont mis en forme de U. Dans une première section partielle de la zone centrale, le fil de raccordement est tout d’abord dévié de la direction axiale de l’arbre porteur 5 dans une direction oblique, approximativement tangentielle ou périphérique par rapport à l’arbre porteur 5, et est ensuite de nouveau plié dans une deuxième section partielle de la zone centrale, de sorte que la deuxième section partielle de la section centrale en forme de U s’étend pratiquement en sens opposé par rapport à la première section partielle. De ce fait, les fils de raccordement 41 pénètrent en oblique dans des alésages de la bague de contact 4 prévus à cet effet où ils sont fixés à l’aide de cylindres de serrage 61 dont la structure et la fonction seront expliquées de manière plus détaillée dans la description relative à la figure 5.

On peut voir en particulier dans la représentation C - C comment les fils de raccordement 41 sont fixés dans la bague de contact 4. La bague de contact 4 présente des alésages axiaux répartis sur son pourtour, dans lesquels se trouve chaque fois un cylindre de serrage 61. Chaque cylindre de serrage 61 a un alésage de passage radial qui sert à recevoir une extrémité d’un fil de raccordement 41. Pour amener cet alésage de passage dans un alignement de l’alésage correspondant de la bague de contact 4, les cylindres de serrage 61 présentent sur leur extrémité du côté frontal une fente afin qu’ils puissent être tournés avec un tournevis conventionnel.

Une représentation détaillée de la disposition réciproque de la bague de contact 4, du fil de contact 41 et du balai en charbon 42 est reproduite sur la figure 5. Dans la représentation en coupe choisie, on peut voir comment le cylindre de serrage 61 est placé dans l’alésage de la bague de contact 4. L’alésage est réalisé comme un trou borgne dans lequel est disposé un ressort de pression 62 en dessous du cylindre de serrage 61. Le cylindre de serrage 61 présente un alésage de passage latéral qui sert à recevoir une extrémité d’un fil de raccordement 41. Cet alésage de passage peut être amené dans l'alignement de l’alésage prévu à cet effet dans la bague de contact 4 en faisant tourner le cylindre de serrage 61 dans le trou borgne à l’aide d’un tournevis comme décrit ci-dessus. Quand l’extrémité du fil de raccordement 41 est introduite dans l’alésage de la bague de contact 4 et l’alésage de passage du cylindre de serrage 61, la force exercée par le ressort de pression 62 sur le cylindre de serrage 61 dans la direction axiale de l’arbre porteur 5, c’est-à-dire transversalement au fil de raccordement 41, fait en sorte que le fil de raccordement 41 soit serré afin que le fil de raccordement 41 ainsi que le contact à frottement 42 disposé à son autre extrémité soient fixés par rapport à la bague de contact 4. La nature de la fixation du contact à frottement 42 à la bague de contact 4 à l’aide du fil de raccordement 41 veille en même temps à ce que les tolérances de fabrication soient simplement et automatiquement compensées.

On peut également voir sur la figure 5 la position du ressort annulaire 43 sur le côté extérieur des balais en charbon 42, c’est-à-dire sur le côté des balais en charbon 42 qui est opposé à la surface de l’arbre porteur 5 (ici non représenté). La figure 5 montre, en outre, comment la bague de guidage 7 facilite l’arrangement en forme de cercle des balais en charbon 42, en ce sens que la bague de guidage 7 soutient les balais en charbon 42 dans la direction radiale et axiale.

Liste des numéros de référence 1 Logement 11 Ouverture 12 Joint 2 Corps de base 21 Raccordement d’agent de refroidissement 22 Raccordement de courant 3 Boulon tirant 31 Écrou 32 Tourillon fileté 33 Élément de pression 34 Vis 4 Bague de contact 41 Fil de raccordement 42 Contact à frottement, balai en charbon 43 Ressort annulaire 44 Élément de fermeture 5 Arbre porteur 51 Roulement à billes 61 Cylindre de serrage 62 Ressort de pression 7 Bague de guidage

Claims (7)

1. Bloc terminal d’alimentation pour alimenter une cathode de pulvérisation avec un agent de refroidissement et une tension électrique, comprenant un logement (1) avec un raccordement d’agent de refroidissement (21) et un raccordement de courant (22) ainsi qu’un arbre porteur (5) disposé de manière à tourner et sur lequel est fixé un tube cible, dans lequel le raccordement d’agent de refroidissement (21) et le raccordement de courant (22) sont réunis directement au point d’alimentation de sorte que l’agent de refroidissement est amené au potentiel de la tension électrique appliquée lors de l’entrée dans le logement (1) du bloc terminal d’alimentation.

2. Bloc terminal d’alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un corps de base (2) électriquement conducteur avec un canal pour agent de refroidissement est prévu dans le logement (1), le canal pour agent de refroidissement est relié par le raccordement d’agent de refroidissement (21) à une conduite d’amenée d’agent de refroidissement et le raccordement de courant (22) est relié de manière électriquement conductrice au corps de base (2).

3. Bloc terminal d’alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il est en outre prévu au moins deux contacts à frottement (42) agissant sur l’arbre porteur (5), chaque contact à frottement (42) étant relié par au moins un fil de raccordement (41) à une bague de contact (4) concentrique par rapport à l’arbre porteur (5).

4. Bloc terminal d’alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fils de raccordement (41) sont guidés en partant de la bague de contact (4) dans des directions obliques par rapport aux contacts à frottement (42).

5. Bloc terminal d’alimentation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fils de raccordement (41) s’étendent sur la première section fixée dans la bague de contact (4) en oblique par rapport à l’arbre porteur (5), sont pliés en forme de U sur la deuxième section y faisant suite de sorte qu’une première section partielle s’étend en oblique en direction de l’arbre porteur (5) et une deuxième section partielle s’étend en oblique en s’éloignant de l’arbre porteur (5) et la troisième section fixée dans le contact à frottement (42) s’étend axialement par rapport à l’arbre porteur (5).

6. Bloc terminal d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu’il est en outre prévu un élément de ressort (43, 44) commun entourant tous les contacts à frottement (42), qui presse tous les contacts à frottement (42) sur l’arbre porteur (5).

7. Bloc terminal d’alimentation selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les contacts à frottement (42) sont placés dans une bague de guidage (7) disposée de manière concentrique à l’intérieur de la bague de contact (4).