Brevet FR2128476A1 — publié le 19721020

Tf A A-ï A"t H . 72 u/u/i 2128476 La présente invention concerne des appareils à utiliser pour le placage sous vide et plus spécialement le problème que pose la transmission d'un mouvement à des composants ou mécanismes situés à l'intérieur de l'enceinte sous vide. Diverses difficultés se présentant dans tout mode de déplacement ou de manoeuvre d'éléments situés dans une chambre maintenue sous un vide poussé. Si une transmission rotative ou linéaire traverse une paroi de la chambre à vide, il est nécessaire de prévoir un joint très efficace et au lieu des joints rotatifs classique du type à bague torique, il est courant dans de tels appareils sous vide d'utiliser une transmission à"arbre oscillant" inclinée par rapport à l'axe de rotation et rjassant dans des soufflets flexibles qui, par conséquent, ne tournent pas, mais subissent simplement une flexion. De cette manière, il est possible de transmettre un mouvement rotatif par l'intermédiaire d'un joint efficace sans avoir à utiliser de joint rotatif, mais il s'est avéré en pratique que les soufflets flexibles de ce type ont tendance à devenir défectueux pour une raison ou une autre après un usage prolongé. Un autre mode éventuel de transmission d'un mouvement à un élément situé à l'intérieur de l'enceinte sous vide consiste à utiliser un accouplement magnétique comprenant des éléments magnétiques de part et d'autre d'une partie non magnétique de la paroi de l'enceinte, de façon que le mouvement d'un élément soit accompagné par un mouvement de l'autre. Toutefois, un accouplement magnétique de ce type est limité dans ses applications et est souvent peu commode à réaliser et à installer. Il a été également proposé de placer un moteur électrique à l'intérieur de l'enceinte sous vide, le moteur étant alimenté en courant électrique par des conducteurs qui passent à travers des joints efficaces de la paroi de l'enceinte. Bien que ce cioyen semble résoudre le problème principal, on a constaté en pratique que le moteur doit être entièrement enfermé dans un carter hermétique car sinon, le vide poussé qui règne a pour effet d'éliminer les gaz des enroulements, des feuilletés et de la matière isolante du moteur. Par suite, il faut prévoir un joint rotatif d'un type quelconque ou une transmission tournant dans un joint à l'endroit 72 07071 2 2128476 où ladite transmission du moteur traverse le carter. Par conséquent, le problème reste le même, c'est-à-dire trouver une transmission efficace à travers la paroi d'une enceinte sous vide vers l'intérieur. Un moteur rotatif quelconque utilise aussi inévitablement 5 des paliers qui peuvent présenter d'autres difficultés dans des conditions de vide poussé. Selon l'une de ses caractéristiques, la présente invention concerne un appareil à utiliser pour le placage sous vide comprenant une structure de support qui doit être contenue dans l'enceinte 10 sous vide pendant la durée du dépôt, et un dispositif destiné à -déplacer ou actionner un mécanisme ou un élément situé dans l'enceinte, comprenant un moteur linéaire à induction. Le terme "linéaire", tel qu'il est utilisé dans le présent mémoire,désigne cette classe générale de moteurs, mais n'est pas 15 limité à un mouvement strictement linéaire. Bien qu'il puisse se produire un mouvement vraiment linéaire dans certains cas, le mouvement produit par le moteur est du type rotatif dans beaucoup de cas ; par exemple,la partie mobile du moteur linéaire peut être un anneau ou disque de rayon relativement grand. 20 Selon une autre de ses caractéristiques, la présente inven tion concerne une enceinte de placage sous vide comprenant un chariot ou support de pièce rotatif et un moteur linéaire à induction à l'intérieur de l'enceinte pour faire tourner le chariot pendant que se produit le placage. 25 Selon encore une autre caractéristique, la présente inven tion concerne un appareil à utiliser pour supporter des pièces à l'intérieur d'une enceinte sous vide en vue d'un placage sous vide, comprenant une structure de support reliée ou qui peut être reliée à une partie de base de l'enceinte, un chariot ou 30 structure rotatif comportant un élément destiné à supporter une ou plusieurs pièces et monté lui-même de manière à pivoter sur ladite structure, et un moteur linéaire à induction à l'intérieur de l'enceinte, qui coopère avec une partie du chariot rotatif pour le faire tourner. 35 La présente invention peut également s'appliquer à un moteur ou une transmission pour tout élément allongé qui doit être avancé dans l'enceinte, tel qu'un dispositif d'avance d'un fil métallique. 72 07071 3 2128476 Ainsi, selon une autre de ses caractéristiques, la présente invention concerne un appareil à utiliser pour le placage sous vide, comportant un dispositif d'avance d'un fil métallique pour alimenter la source de vaporisation en fil métallique, le dispositif 5 d'avaiice comprenant un moteur tubulaire linéaire à induction. Le moteur linéaire peut être de divers types mais, au moins dans le cas d'une transmission pour un chariot rotatif, le moteur est commodément du type à "stator court", c'est-à-dire que la partie immobile du moteur est relativement courte et supporte 10 le bobinage,tandis que l'élément mobile est relativement long et ne présente pas de bobinage. En tout cas, les enroulements et les feuilletés du moteur sont de préférence entièrement enfermés dans une enveloppe hermétique qui est avantageusement en matériau non magnétique comme 15 l'acier inoxydable. Les conducteurs d'alimentation électrique passent à travers cette enveloppe, mais aucune pièce mobile n'est nécessaire et l'enveloppe peut être par conséquent efficacement et entièrement fermée. Dans une construction préférée selon l'invention, l'appareil 20 comporte un capot métallique mobile, un anneau ou plateau faisant partie de la structure ou du mécanisme situé à l'intérieur de l'enceinte et destiné à coopérer avec le stator du moteur pour produire le mouvement désiré. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-25 sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une élévation latérale avec coupe partielle 30 d'une forme d'appareil de placage sous vide comprenant un moteur linéaire pour déplacer un support de pièces rotatif ; la figure 2 est une élévation latérale schématique à plus grande échelle du moteur linéaire à induction ; la figure 3 est une vue schématique en plan du stator du 35 moteur à induction ; la figure 4 est une vue schématique en perspective à plus grande échelle d'un autre type de moteur linéaire à induction 72 07071 4 2128476 destiné à entraîner un porte-pièces rotatif ; la figure 5 est une coupe schématique montrant un moteur linéaire à induction destiné à faire avancer un fil métallique dans l'enceinte sous vide ; et 5 la figure 6 est une vue en perspective montrant une autre forme de moteur linéaire à induction destiné à entraîner le porte-pièces . Dans le premier exemple, l'invention s'applique à un appareil de placage sous vide destiné à appliquer des revêtements métalliques 10 par dépôt sous vide à de petits substrats circulaires destinés à des applications optiques ou à des semi-conducteurs, l'appareil comporte une plaque métallique de base épaisse 10 présentant une ouverture centrale 11 destinée à être reliée à des pompes à vide normales, et un certain nombre de raccords étanches^par exemple 15 pour des conduits 12 d'alimentation et de retour du gaz, des • bornes électriques 13 d'alimentation à haute tension et à basse tension, des raccords de chauffage et de refroidissement, des raccords pour des compteurs, indicateurs et enregistreurs, etc. Une structure fixe s'élevant à l'intérieur d'une cloche à vide 14 20 est fixée à cette plaque de base et est placée sur elle de manière à former un joint avec cette dernière lorsque l'appareil est en service. Cette structure de support est destinée à supporter et à positionner les substrats ou autres pièces à plaquer et dans le présent exemple, la structure est'constituée par un bâti fixe 25 et un bâti mobile, le bâti fixe comportant trois colonnes ou piliers verticaux 20 supportant un anneau horizontal 21 sur lequel sont montés trois galets ou portées circonférentiellement espacés 22 supportant un autre anneau horizontal 23 qui peut ainsi tourner autour de l'axe vertical principal de la plaque de base. Ce second 30 anneau comporte trois branches verticales équidistantes 25 fixées à un porte-pièces supérieur partiellement sphérique 27 présentant un certain nombre d'ouvertures dans lesquelles les disques ou "plaquettes" 28 formant les substrats sont placés pendant le processus de dépôt. La source de vaporisation du métal (non représentée) 35 est habituellement une petite nacelle ou un petit creuset placé au centre et sensiblement au môme niveau horizontal que l'anneau 21. La nacelle est alimentée en courant de chauffage pour provoquer 72 07071 2128476 la vaporisation du métal dans des conditions de vide poussé et pour appliquer ainsi le revêtement voulu aux surfaces à découvert des substrats 28. Dans cet exemple de l'invention, tout le support du porte-5 piècesrotatif 23, 25, 27 est mis lentement en rotation autour de son axe vertical par un moteur linéaire à induction désigné par 30. A cet effet, l'anneau horizontal supérieur 23, qui fait partie du porte-pièces proprement dit,est formé de deux feuilletés métalliques 31, 32 (figure 2). le feuilleté inférieur 32 est un mince 10 anneau en cuivre et le feuilleté supérieur 31 est un anneau en fer magnétique légèrement plus épais, tous deux étant liés ou brasés ensemble. Cet anneau composite 23 constitue l'élément mobile du moteur linéaire à induction. L'autre partie du moteur est montée sur l'anneau horizontal inférieur immobile 21 de la structure de 15 montage et comporte un corps 33 formé d'un noyau feuilleté couvrant une courte distance le long de l'arc de cet anneau 21 ou sur une ligne droite, et comportant un certain nombre d'encoches 36 dans sa surface supérieure, qui sont orientées transversalement à la longueur du noyau, un certain nombre de boucles conductrices à 20 plusieurs spires 37, 38 étant placées dans ces encoches et étant isolées du feuilleté du noyau 33 comme cela se fait couramment dans les moteurs électriques, de sorte que lorsque les boucles ou enroulements alternés sont reliés à une source électrique polyphasée (comme indiqué en 40 sur la figure 1), les extrémités 25 des feuilletés situées entre les encoches 36 constituent des pièces polaires et créent en fait la variation séquentielle du champ magnétique. Cette partie formant le stator du moteur comprenant en particulier le noyau feuilleté 33 et les enroulements 37, 38 ainsi que leurs enduits isolants, est enfermée entièrement 30 dans une enveloppe ou carter non magnétique hermétique désigné schématiquement par 43 qui peut être commodément en acier inoxydable. Les conducteurs 40 d'alimentation électrique des enroulements traversent le carter 43 et comportent des joints efficaces de manière qu'il y ait peu ou pas de risque d'échappement des gaz 35 à partir de cet ensemble du stator dans les conditions de vide très poussé. L'autre élément du moteur, c'est-à-dire l'anneau mobile 23 de la structure supérieure de support du porte-pièces, 72 07071 e 2128476 est un élément entièrement métallique et il n'est pas nécessaire qu'il soit enferme. l'appareil décrit permet de faire tourner le porte-pièces rotatif (23, 25, 27) autour de son axe vertical d'une manière 5 particulièrement commode et évite d'utiliser un joint rotatif dans une paroi de l'enceinte sous vide proprement dite ou dans la paroi du carter entourant le moteur électrique. Le moteur ne comporte pas de paliers et il n'y a pas de contact entre le stator 33 et l'autre élément mobile 23. 10 Dans une variante comme le montre la figure 4, l'anneau horizontal 23 formant la partie inférieure du porte-pièces rotatif ne fait pas partie intégrante du moteur à induction, mais est en contact par frottement avec un petit disque ou roue d'entraînement métallique aimsntable 51 supporté par l'anneau inférieur 21 sur 15 un axe radial horizontal 52. Dans cet exemple, la périphérie de la petite roue d'entraînement 51 constitue la partie mobile d'un moteur linéaire à induction qui comporte deux noyaux ou stators feuilletés à encoches 53, 54 dont chacun est équipé de boucles conductrices,comme décrit plus haut en se référant aux figures 20 2 et 3, et est placé de chaque côté de la roue d'entraînement de façon que lorsqu'un courant polyphasé est appliqué aux enroulements ,1a roue 51 soit mise en rotation de manière à entraîner l'anneau horizontal 23 par frottement. L'utilisation de ces deux stators feuilletés à encoches sur les côtés opposés de la roue 25 d'entraînement près de sa périphérie permet d'augmenter le couple d'entraînement. Dans ce cas également, le ou les stators comprenant les feuilletés et les enroulements conducteurs sont entièrement enfermés d'une manière hermétique.dans des enveloppes non magnétiques,de préférence en acier inoxydable. 30 Dans un autre exemple de l'invention représenté schémati- quement sur la figure 5, le principe s'applique à l'entraînement d'un dispositif d'avance déroulant un fil de métal d'apport 61 à partir d'une bobine 60 à l'intérieur de l'enceinte sous vide vers la nacelle ou le creuset dans lequel le métal est chauffé 35 pour constituer la source de vaporisation. Dans cet exemple, on utilise un moteur à induction de forme tubulaire comprenant une non serie d'enroulements hélicoïdaux 62 autour d'une gaine/magnétique 72 07071 7 2128476 tubulaire 63 qui peut être par exemple en matière céramique. Les enroulements et le noyau sur lequel ils sont placés sont disposés de manière à former une série de dents internes ou pièces polaires espacées de façon que lorsque les différents enroulements sont 5 reliés à une source polyphasée, un champ magnétique à variation séquentielle ou pas à pas soit produit à.1'intérieur du tube. Ce champ réagit avec la matière magnétique conductrice du fil 61 pour le faire avancer progressivement dans le tube d'une manière connue. 10 Le moteur linéaire à induction représenté sur la figure 6 est analogue sous de nombreux rapports à celui représenté sur les figures 2 et 3, les mêmes pièces étant désignées par les mêmes numéros de référence. Dans cet exemple, le noyau. .33 du stator n'est pas feuilleté mais est formé d'un corps métallique massif 15 en un matériau à perméabilité magnétique tel que le fer doux;. Egalement, à la place des boucles conductrices disposées autour des dents du noyau, des enroulements 73 à plusieurs spires sont placés autour de la partie de base du noyau entre les dents 41. Ces enroulements 73 sont formés d'un fil d'aluminium anodisé, la 20 surface anodisée constituant l'isolant électrique. Comme le noyau n'est pas feuilleté, des courants de Foucault sont engendrés dans le corps métallique 33 et le chauffage du métal est plus important que celui habituellement souhaitable dans un moteur électrique. Cependant, l'absence de feuilletés permet de supprimer 25 les enduits ou vernis isolants des feuilletés et par conséquent, il ne se produit pas de "dégazage" ou d'évaporation qui perturberait la pureté des conditions sous vide. La surface anodisée du fil d'aluminium évite également tout "dégazage" lorsque le fil est chauffé. Avec cette forme de réalisation, il est par conséquent 30 inutile d'utiliser un carter (comme celui désigné par 43 sur les figures 1 et 2) pour entourer la partie formant le stator du moteur. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de 35 recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 72 07071 2128476 REVENDICATIONS 1. Appareil de placage sous vide comprenant une structure de support qui doit être contenue dans une enceinte sous vide pendant le processus de dépôt,et un dispositif destiné à entraîner 'on méca- 5 nisme ou un élément situé à l'intérieur de l'enceinte, appareil caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comprend un moteur linéaire à induction. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support ou chariot porte—pièces(23, 25, 27) est rotatif 10 et en ce que le moteur linéaire à induction (30) fait tourner le chariot. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie (23)du porte-pièces rotatif constitue l'élément mobile du moteur à induction. 15 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à » 3, caractérisé en ce que le moteur linéaire est du type à"stator court". 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un cercle, anneau ou plateau 20 métallique rotatif (23) faisant partie de la structure ou mécanisme situé à l'intérieur de l'enceinte qui est destiné à coopérer avec le stator du moteur pour produire le mouvement désiré. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements (37, 38) 25 et le feuilleté (33) du moteur sont entièrement enfermés dans une enveloppe étanche (43). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe étanche (43) est en un matériau non magnétique tel que l'acier inoxydable. 30 8. Appareil selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'avance d'un fil métallique destiné à alimenter en fil métallique (61) une source de vaporisation située dans l'enceinte, le dispositif d'avance comprenant un moteur linéaire à induction du type tubulaire. 35 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator du moteur à induction est constitué par un corps métallique massif sans feuilleté et en ce que les enroulements (73) sont enduits d'une couche d'un isolant réfractaire minéral.