<Desc/Clms Page number 1>
DESCRIPTION Dispositif d'application d'un revêtement sur un substrat
EMI1.1
L'invention a trait à un dispositif d'application d'un revêtement sur un substrat par atomisation à l'aide
EMI1.2
d'énergie électrique de la surface d'une cible tournante L, . jLi-LQ.-i-rc :, u. o. iiù j-qncj-. i. ci. (-nje ebL pourvue u. dimdn. Ld d. J :-Ln
EMI1.3
de créer une zone d'atomisation s'étendant dans la direction longitudinale de la cible et dans lequel au moins un aimant est en liaison avec des pièces polaires en matériau magnétiquement conducteur disposées à l'intérieur de la cible afin de guider le champ magnétique de l'aimant vers la zone d'atomisation de la cible.
Les spécialistes connaissent de tels dispositifs ; ils sont décrits par exemple dans le DE-C-O 070 899. La cible cylindrique est le plus souvent disposée de manière permettant la rotation, afin de pouvoir déplacer de la matière-cible nouvelle dans la zone d'atomisation, pour pouvoir atomiser des quantités plus grandes de matièrecible ou également afin de permettre un changement rapide d'une matière-cible à une autre matière-cible.
Dans les dispositifs publiés jusqu'ici, les aimants sont constitués d'aimants permanents et disposés exclusivement à l'intérieur de la cible. Cependant, comme il est nécessaire de faire circuler un fluide de refroidissement
<Desc/Clms Page number 2>
à travers la cible pour évacuer la chaleur dégagée lors de l'atomisation, il est nécessaire d'empêcher que le matériau peu résistant à la corrosion des aimants entre en contact avec le fluide de refroidissement, qui est le plus souvent
EMI2.1
de l'eau. Dans le dispositif suivant le document cité DE-C-O 070 899, on obtient cela en ceci qu'on dispose les aimants et les pièces polaires dans un cylindre creux placé de manière coaxiale dans la cible, lequel a un diamètre plus petit que le diamètre intérieur de la cible.
De la sorte, il se forme un espace intermédiaire annulaire à travers lequel est conduit le fluide de refroidissement.
On obtient de cette manière une protection totale des aimants contre la corrosion due à une attaque par le fluide de refroidissement. De plus, le cylindre creux empêche les aimants d'être endommagés ou même détruits par la cible lors d'un changement de celle-ci et qu'une quantité excessive de chaleur parvienne de la cible dans les aimants et puisse annuler de manière irréversible leur fonctionnement. Désavantageux est cependant le fait que l'espace intermédiaire annulaire augmente la distance entre les pièces polaires et la paroi du corps creux portant la cible, de sorte que l'intensité du champ magnétique s'exerçant sur la surface de la cible diminue fortement.
Afin d'éviter ce désavantage d'une intensité trop faible du champ magnétique, on dispose le plus souvent les aimants avec les pièces polaires immédiatement devant la surface interne de l'enveloppe de la cible et on laisse circuler le fluide de refroidissement à travers l'ensemble du corps creux. On protège alors les aimants contre la corrosion par nickelage de leur surface. Ceci a cependant le désavantage qu'un remplacement de la cible doit être effectué avec les plus grandes précautions. Si, lors du remplacement de la cible, on abîme localement la surface nickelée des aimants
<Desc/Clms Page number 3>
en la cognant avec la cible, il se forme à cet endroit très rapidement une corrosion du matériau de l'aimant par le fluide de refroidissement lors du fonctionnement du dispositif et donc une destruction des aimants.
Ceci peut également se produire même sans avoir endommagé de manière mécanique les aimants avec la cible, si la couche de nickel présente des défauts depuis le départ.
On connaît également un dispositif à atomisation de cathode (DE 24 17 288) à taux élevé d'atomisation comportant une cathode qui présente sur une de ses surfaces le matériau à atomiser et à déposer sur un substrat, un dispositif magnétique disposé de telle manière que des lignes de cnamps partant de la surface d'atomisation et y revenant forment une zone de décharge qui a la forme d'une boucle fermée, et une anode disposée en-dehors des voies de déplacement du matériau atomisé se déplaçant de la surface d'atomisation vers le substrat, la surface de la cathode à atomiser et faisant face au substrat à recouvrir étant plane et le substrat se laissant déplacer près de la zone de décharge parallèlement à la surface plane d'atomisation au-dessus de celle-ci,
et dans lequel le dispositif magnétique produisant le champ magnétique est disposé du côté de la cathode opposé à la surface plane d'atomisation.
On connaît également une disposition de cathode pour un dispositif d'atomisation (DE 27 29 286) comportant une cathode tubulaire, qui contient à sa surface le matériau à atomiser sous forme d'une cible, et un dispositif magnétique pour la production d'un ou plusieurs champs magnétiques, lesquels déterminent au moins un piège à électrons pour la surface de la cathode, le piège à électrons pouvant être déplacé le long de la surface de la cathode par déplacement du dispositif magnétique.
<Desc/Clms Page number 4>
Avec cette disposition de cathode, il est également possible de déplacer l'enveloppe tubulaire par rapport au dispositif magnétique, de sorte qu'on peut obtenir une consommation beaucoup plus homogène, plus efficace, du matériau de la cathode, différents types de matériaux pouvant également être atomisés. A cet effet, le substrat est disposé dans un plan s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal de l'enveloppe tubulaire.
On a de plus proposé un dispositif de réalisation de processus de technologie sous vide dans des décharges électriques renforcées par un champ magnétique (DD 123952), constitué d'un dispositif produisant un champ magnétique et d'une cible de potentiel négatif et d'une anode, entre lesquelles brûle la décharge électrique, les pièces polaires du dispositif produisant un champ magnétique étant disposées en forme d'anneau et concentriquement à la cathode, [le dispositif étant, conformément au processus de technologie sous vide à réaliser, disposé à l'intérieur de la cible tubulaire ou à l'extérieur de celle-ci et produisant des champs magnétiques toriques inhomogènes limités dans l'axe de la cible, dont la direction de champ principale est, à proximité de la cible, orientée parallèlement à l'axe de celle-ci,
l'anode entourant la cible de manière tubulaire dans le cas où le dispositif produisant un champ magnétique est disposé dans la cible et étant disposée dans la cible sous forme de tube ou de matériau massif dans le cas où le dispositif entoure la cible, et le dispositif produisant un champ magnétique, la cible tubulaire et l'anode étant mobiles l'un par rapport à l'autre.
Par ailleurs, on connaît (DD 217964) un dispositif d'atomisation à haut débit suivant le principe du
<Desc/Clms Page number 5>
Plasmatron constitué d'un dispositif de production d'un champ magnétique comportant un passage annulaire, une cible tubulaire refroidie et une anode, le dispositif de production du champ magnétique possédant un passage annulaire très allongé fermé sur lui-même et étant disposé dans la cible de telle façon que son grand axe est parallèle à l'axe de la cible, et qu'une anode entoure la cible de telle façon que le passage annulaire soit libre et qu'on puisse régler la distance entre l'anode et la surface de la cible à une valeur fixe à l'aide d'un dispositif de réglage, une motorisation étant disposée entre la cible et le dispositif de production du champ magnétique pour pouvoir créer un mouvement relatif autour du grand axe,
et le dispositif de production du champ magnétique comportant un dispositif de modification de la distance entre celui-ci et la cible.
Fait également partie de l'état de la technique une cathode pour l'atomisation sous vide (EP 0 461 035) comprenant un corps creux en forme de solide de révolution pouvant tourner autour de son axe, avec une paroi latérale qui s'étend le long de l'axe, et deux faces frontales essentiellement perpendiculaires à l'axe, au moins le côté extérieur de la paroi latérale du corps creux étant fabriquée en matériau à atomiser, avec un cercle d'aimants pour emprisonnement magnétique, qui est prévu près d'une cible, et des pôles, pièces en matériau magnétiquement perméable et un moyen de magnétisation, lesquels conviennent pour la production d'un flux magnétique dans le cercle d'aimants, et avec un dispositif de raccordement à un circuit de refroidissement pour permettre la circulation d'un fluide de refroidissement dans le corps creux,
avec un dispositif de raccordement à un circuit électrique d'alimentation, et avec un dispositif
<Desc/Clms Page number 6>
d'entraînement pour la mise en rotation du corps creux autour de son axe, le cercle d'aimants s'étendant à la périphérie du corps creux, le moyen de magnétisation étant prévu à l'extérieur de celui-ci, les pôles du cercle d'aimants étant prévues le long de deux génératrices de ce corps creux, et avec un arc de la paroi latérale du corps creux se trouvant entre les deux génératrices et formant la cible de la cathode.
Finalement, on connaît un dispositif d'atomisation de cathode (D-OS 27 07 144) comportant une cathode présentant une surface à atomiser, un dispositif magnétique près de la cathode et à la face opposée à la surface à atomiser pour la production de lignes de force de champ magnétique, dont au moins quelques-unes entrent dans la surface à atomiser et en ressortent à nouveau, à savoir à des points d'intersection écartés l'un de l'autre, entre lesquels les lignes de force forment de manière continue des segments en forme d'arc à distance de la surface à atomiser, cette dernière constituant avec les lignes de force les limites d'une zone fermée, ce qui constitue une zone en forme de tunnel reposant sur la surface à atomiser sur un chemin ainsi défini,
les particules chargées manifestant une tendance à être retenues dans la zone en forme de tunnel et à se déplacer le long de celle-ci, ainsi qu'une anode à proximité de la cathode et un raccordement de la cathode et de l'anode à une source de tension électrique, au moins la surface à atomiser se trouvant à l'intérieur d'un récipient dans lequel on peut faire le vide, une direction de déplacement étant prévue pour l'établissement d'un mouvement relatif entre le champ magnétique et la surface à atomiser tout en conservant leur proximité mutuelle, et le chemin évoqué balayant la surface à atomiser, à savoir
<Desc/Clms Page number 7>
sur une surface qui est plus grande que la surface occupée par le chemin au repos.
Pour ce dispositif cylindrique d'atomisation de cathode, on peut aussi bien tourner que déplacer vers le haut ou vers le bas le dispositif magnétique fixé sur un support cylindrique, de sorte qu'il puisse provoquer l'atomisation sur l'ensemble de la surface, bien qu'il soit cependant possible de sélectionner certaines zones.
L'invention a pour objectif de concevoir un dispositif du type défini dans l'introduction de telle façon qu'on ne doive pas craindre de corrosion de l'aimant ou des aimants par le fluide de refroidissement, mais que cependant l'aimant ou les aimants soient simultanément suffisamment protégés contre une surchauffe occasionnée par la chaleur de la cible.
Ce problème est résolu conformément à l'invention en ceci que l'aimant est disposé en-dehors de la cible et que la transmission du champ magnétique aux pièces polaires disposées à l'intérieur de la cible a lieu à travers la cible via d'étroites fentes.
Grâce à cette disposition externe, conforme à l'invention, de l'aimant ou d'un système d'aimants, on obtient le résultat que lors d'un remplacement de la cible, on ne risque pas d'endommager l'aimant ou le système d'aimants.
De plus, on peut renoncer à une protection coûteuse de l'aimant contre la corrosion, parce que l'aimant ne peut plus entrer en contact avec la cible et le fluide de refroidissement. Entre la cible et les pièces polaires d'une part et l'aimant d'autre part, on peut prévoir des fentes très étroites, de façon à ce que les pertes de flux
<Desc/Clms Page number 8>
magnétique soient faibles. On peut d'ailleurs compenser ces dernières en ceci qu'on prévoit un ou plusieurs aimants plus grands que lors d'une disposition à l'intérieur. Au contraire de l'état de la technique, ceci est possible sans problème, parce qu'il y a suffisamment de place disponible à l'extérieur de la cible.
Grâce à l'invention, on obtient un taux d'utilisation élevé de la cible, qui se fait remarquer par une faible occupation des bords lors du processus réactionnel. Le dispositif conforme à l'invention possède une fiabilité de fonctionnement élevée et permet un processus de revêtement stable, sans formation d'arcs.
Un perfectionnement avantageux de l'invention réside dans le fait de disposer d'un côté de la cible, en alignement précis avec les pièces polaires dans la cible, un corps magnétiquement conducteur qui est en liaison avec l'aimant.
Grâce à cette disposition, l'aimant ou les aimants peuvent être disposés relativement loin de la cible, de sorte qu'ils sont à peine exposés à la chaleur du processus. Ceci permet de travailler avec des températures plus élevées de la cible, ce qui est avantageux pour certains matériaux à atomiser et peut en plus servir à chauffer le substrat à l'aide de la chaleur de la cible, pour autant que cela soit nécessaire ou favorable au processus de dépôt du revêtement.
Une zone d'atomisation formant pratiquement un rectangle apparaît sur la cible lorsque le corps magnétiquement conducteur possède trois pièces polaires parallèles orientées vers la surface d'enveloppe de la cible et qu'un aimant est disposé sur chacun des deux côtés de la pièce polaire du milieu, ces aimants reposant par un pôle de même
<Desc/Clms Page number 9>
signe contre la pièce polaire du milieu et par leur pôle opposé contre la pièce polaire extérieure correspondante. De ce fait, le flux magnétique sort en forme de toit de la zone à enlever et il se forme un anneau fermé de plasma.
A titre d'alternative, il est également possible, pour un corps magnétiquement conducteur qui possède trois pièces polaires parallèles orientées vers la surface d'enveloppe de la cible et pour lequel la pièce polaire du milieu repose contre un pôle d'un aimant ou est constituée par l'aimant lui-même, de prévoir que l'aimant soit relié par son autre pôle avec une traverse en matériau magnétiquement conducteur reliant les deux pièces polaires extérieures.
Comme c'est le cas habituellement dans des dispositifs comparables, l'aimant ou les aimants peuvent être des aimants permanents. Grâce au montage extérieur conformément à l'invention, il est cependant sans difficultés possible que l'aimant ou les aimants soient des électro-aimants, parce qu'il ne faut pas faire passer de conducteurs électriques dans la cible, ce qui constituerait une construction coûteuse, en particulier dans le cas d'une cible tournante.
Lorsque, conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, les pièces polaires sont reliées à l'intérieur de la cible en une colonne cylindrique par deux pièces d'écartement en matériau non magnétiquement conducteur mais conduisant la chaleur, on peut réunir les pièces polaires au sein de la cible en un module formant bloc.
Le refroidissement de la cible se révèle particulièrement simple lorsqu'on prévoit dans les pièces polaires et/ou les
<Desc/Clms Page number 10>
pièces d'écartement des canaux de refroidissement pour un fluide de refroidissement évacuant la chaleur de la cible.
Dans les installations à atomisation de cathode, on emploie souvent deux cathodes l'une à côté de l'autre afin d'obtenir une puissance d'atomisation plus élevée. Avec le dispositif conforme à l'invention, ceci est possible avec un système magnétique unique, lorsque le corps magnétiquement conducteur possède trois pièces polaires parallèles qui sont reliées entre elles par une traverse centrale et au moins un aimant et lorsque, sur chacun des côtés des pièces polaires qui sont opposés l'un à l'autre, une cible est disposée avec des pièces polaires en alignement précis avec les pièces polaires du corps magnétiquement conducteur.
Avec un tel dispositif, on obtient des taux d'atomisation particulièrement élevés lorsqu'on peut relier les deux cibles alternativement à des tensions de polarités opposées.
Il faut remarquer que dans le cas du dispositif conforme à l'invention, on peut, comme pour les dispositifs comparables, raccorder la cible soit au potentiel négatif d'une source de tension continue, ou également à une tension pulsée ou à haute fréquence.
L'invention permet plusieurs formes de réalisation. Afin de mettre plus clairement en évidence son principe de base, les dessins représentent trois d'entre elles, qui sont décrites dans la suite. Dans ceux-ci, la fig. 1 montre une vue en perspective d'une zone du dispositif déterminante pour l'invention,
<Desc/Clms Page number 11>
la fig. 2 montre une coupe à travers un dispositif conforme à l'invention, la fig. 3 montre une coupe horizontale à travers une zone d'extrémité d'un corps creux porteur de cible de l'invention, la fig. 4 montre une coupe à travers une deuxième forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention, la fig. 5 montre une coupe à travers une troisième forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
La figure 1 montre une cible 2 ayant la forme d'un corps creux entraîné par un pignon 1, laquelle peut tourner autour d'un axe de cible R. A l'intérieur de la cible 2, trois pièces polaires 3,4, 5 d'un matériau magnétiquement conducteur sont disposées de telle sorte qu'il reste entre elles et la surface intérieure de l'enveloppe, par exemple pour la pièce polaire 5, une fente positionnée 6.
A l'extérieur du corps creux 1 est disposé un corps magnétiquement conducteur 7, qui possède trois pièces polaires parallèles 8,9, 10 orientées vers le corps creux 1, qui s'étendent également jusque immédiatement devant la cible 2 en formant, par exemple pour la pièce polaire 10, une fente positionnée 11. Entre les pièces polaires 8,9, 10 se trouve à chaque fois un aimant 12,13.
Les aimants 12,13 constituent ensemble avec un aimant 32 s'étendant transversalement à l'axe R de la cathode, en contact avec chacune des faces frontales des aimants 12,13, et un autre aimant 33, également en
<Desc/Clms Page number 12>
position transversale, représenté en traits interrompus, reliant les faces frontales opposées des aimants 12,13, un cadre magnétique 34, qui est entouré des pièces polaires 8,10 et de deux pièces polaires transversales 35,36 correspondant aux aimants 32,33.
En face de la cible 2 est représenté un substrat plat 37 à recouvrir, vers lequel est orienté un tunnel fermé magnétique 38 formant un ovale allongé.
Du fait que quatre aimants 12,13, 32,33 ou des séries d'aimants sont disposés au-dessus de la cible tubulaire tournante, qui forment ensemble le cadre magnétique rectangulaire étroit 34 et sont entourés ou encadrés complètement par les pièces polaires 8,10, 35,36, et du fait qu'une configuration correspondante de pièces polaires 3,4, 5 se trouve également à l'intérieur de la cible 2, le tunnel magnétique 38 se constitue entre le substrat 37 et la cible 2, sans cependant arracher de tranchée d'atomisation correspondante à la surface de la cible, puisque la cible 2 est en rotation pendant le processus d'atomisation.
Il est clair que toutes les pièces polaires 8,9, 10 ; 3, 4,5 disposées en direction longitudinale doivent être reliées par des pièces polaires 35,36 s'étendant transversalement par rapport à l'axe R de rotation, afin de constituer le tunnel magnétique 38 formant un ovale allongé. De plus, il est clair que le support et le logement du palier de la cible tournante motorisée 2 requiert un palier coûteux à la paroi de la chambre du processus de revêtement.
<Desc/Clms Page number 13>
La représentation en coupe conformément à la figure 2 montre de nouveau le corps magnétiquement conducteur 7 avec les pièces polaires 8,9 et 10. Les aimants 12,13 reposent avec un pôle de même nom 14, 15-par exemple S-contre la pièce polaire 9 et avec leur autre pôle 16, 17-dans cet exemple N-contre les pièces polaires 8,10. De ce fait, il se forme un flux magnétique à travers les pièces polaires 8,9, 10 vers les pièces polaires 3,4, 5. Du côté de la cible 2 faisant face aux aimants 12,13, sont représentées des lignes de champ 18,19 délimitant deux domaines en relation l'un avec l'autre d'une zone d'atomisation 20 et formant le tunnel magnétique 38 montré à la figure 1.
Des pièces d'écartement 21,22 en matériau électriquement non conducteur sont disposées respectivement entre les pièces polaires 3,4 et 4,5. De la sorte, les pièces polaires 3,4, 5 et les pièces d'écartement 21,22 forment un bloc cylindrique, qui est entouré à faible jeu par la cible cylindrique 2. Tant dans les pièces d'écartement 21,22 que dans les pièces polaires 3,4, 5 ou encore dans seulement un des éléments, des canaux de refroidissement 23,24 peuvent être disposés, à travers lesquels circule un fluide de refroidissement, généralement de l'eau, pour évacuer la chaleur dégagée par le processus.
La coupe horizontale de la figure 3 à travers une zone d'extrémité de la cible 2 montre que les pièces polaires 3,4, 5 sont reliés de manière frontale entre elles par une arche 25. De ce fait, la zone d'atomisation 20 qui forme la fosse d'érosion a sur la cible 2 la forme d'un rectangle, dont une zone en forme de U est visible à la figure 2.
<Desc/Clms Page number 14>
Dans le cas de la forme de réalisation suivant figure 4, les pièces polaires 8,9 sont reliées entre elles par une traverse 26 de façon à former un élément monolithique en forme de U. Au lieu d'une pièce polaire centrale 9 comme sur la figure 1, on a prévu un aimant 27, qui repose sur la traverse 26 et s'étend jusqu'à directement devant la cible 2. Un pôle 28 de cet aimant 27 est tourné vers la cible 2 et l'autre pôle 29 vers la traverse 26. Comme pour les aimants 12,13 de la forme de réalisation précédente, l'aimant 27 peut être un aimant permanent ou un électroaimant. Pour plus de clarté, on a représenté une bobine 31 à la figure 4.
Le dispositif représente a la ligure D possede deux corps creux identiques formant chacun une cible 2,2a. Le corps magnétiquement conducteur 7 possède une symétrie miroir par rapport à une ligne 30, de sorte que les cibles 2,2a peuvent se trouver à faible distance des extrémités des pièces polaires 8,9, 10. A proximité de la ligne 30, les pièces polaires 8,9, 10 sont reliées par les aimants 12, 13 comme dans la forme de réalisation des figures 1 et 2. La magnétisation correspond également à celle des figures 1 et 2.
<Desc/Clms Page number 15>
Liste des symboles de référence
EMI15.1
<tb>
<tb> 1 <SEP> Pignon <SEP> 21 <SEP> Pièce <SEP> d'écartement
<tb> 2 <SEP> Cible <SEP> 22 <SEP> Pièce <SEP> d'écartement
<tb> 3 <SEP> Pièce <SEP> polaire <SEP> 23 <SEP> Canal <SEP> de
<tb> refroidissement
<tb> 4 <SEP> Pièce <SEP> polaire <SEP> 24 <SEP> Canal <SEP> de
<tb> refroidissement
<tb> 5 <SEP> Pièce <SEP> polaire <SEP> 25 <SEP> Arche
<tb> 6 <SEP> Fente <SEP> 26 <SEP> Traverse
<tb> 7 <SEP> Corps <SEP> magnétiquement <SEP> 27 <SEP> Aimant
<tb> conducteur
<tb> ö <SEP> pièce <SEP> polaire <SEP> za <SEP> pôle
<tb> 9 <SEP> Pièce <SEP> polaire <SEP> 29 <SEP> Pôle
<tb> 10 <SEP> Pièce <SEP> polaire <SEP> 30 <SEP> Ligne
<tb> 11 <SEP> Fente <SEP> 31 <SEP> Bobine
<tb> 12 <SEP> Aimant <SEP> 32 <SEP> Aimant
<tb> 13 <SEP> Aimant <SEP> 33 <SEP> Aimant
<tb> 14 <SEP> Pôle <SEP> 34 <SEP> Cadre <SEP> magnétique
<tb> 15 <SEP>
Pôle <SEP> 35 <SEP> Pièce <SEP> polaire
<tb> 16 <SEP> Pôle <SEP> 36 <SEP> Pièce <SEP> polaire
<tb> 17 <SEP> Pôle <SEP> 37 <SEP> Substrat
<tb> 18 <SEP> Ligne <SEP> de <SEP> champ <SEP> 38 <SEP> Tunnel <SEP> magnétique
<tb> 19 <SEP> Ligne <SEP> de <SEP> champ
<tb> 20 <SEP> Zone <SEP> d'atomisation
<tb>