Brevet FR2728725A1 — publié le 19960628

Dispositif de chauffage, chambre de traitement sous vide pourvue de ce dispositif et fonctionnement d'une chambre de traitement sous vide de ce type La présente invention concerne un dispositif de chauffage pour une chambre de traitement, comportant un transformateur de courant de chauffage à l'aide duquel, côté secondaire, un courant de chauffage est généré dans un circuit de chauffage, ainsi qu'une chambre de traitement sous vide pourvue d'un dispositif de chauffage de ce type, et un procédé de fonctionnement pour une chambre de traitement sous vide de ce type conçue comme une chambre de traitement par plasma. L'utilisation de dispositifs de chauffage ohmique est connue dans les chambres de traitement sous vide, par exemple pour les procédés PVD, CVD ou PECVD ou encore dans les chambres de traitement ne fonctionnant pas dans des conditions de vide, par exemple pour le CVD thermique. Il est tout à fait critique de prévoir des dispositifs de chauffage ohmique de ce type pour des chambres de traitement par plasma, car les champs magnétiques provoqués par les courants de chauffage peuvent gêner de façon sensible le traitement par plasma envisagé. On sait par ailleurs qu'avec les traitements par plasma, le couplage de potentiels électriques dans la chambre de traitement est souvent souhaitable, certes, mais est réalisé de façon adéquate pour générer la décharge de plasma ou pour influencer le procédé de traitement par plasma, et ne doit donc pas dépendre d'une puissance de chauffage envisagée. C'est pourquoi on connaît un moyen qui consiste, précisément avec de tels procédés, en une application galvanique séparée d'un courant de chauffage, par l'intermédiaire du côté secondaire d'un transformateur, à une électrode de chauffage située côté chambre, au niveau de laquelle de la chaleur est produite suivant le principe de Joule, mais un fonctionnement en courant alternatif du dispositif de chauffage est alors nécessaire. En raison des champs magnétiques qui en résultent, comme on l'a indiqué plus haut, cela peut gêner de façon sensible le traitement par plasma, là aussi. Souvent, on souhaite également chauffer directement une électrode provoquant la décharge de plasma, au niveau d'une chambre de traitement par plasma, de sorte qu'un tel dispositif agissant comme électrode de chauffage et de décharge doit être sollicité non seulement par un courant de chauffage, mais aussi par un potentiel de fonctionnement de décharge. Les deux grandeurs doivent être indépendantes l'une de l'autre, le courant de chauffage ne doit pas provoquer de champs magnétiques gênants dans l'espace de traitement et un actionneur de courant de chauffage ne doit pas être mis au potentiel de fonctionnement de décharge. Le découplage d'un actionneur de courant de chauffage en ce qui concerne le potentiel est problématique en particulier dans le cas d'un fonctionnement de décharge de plasma. Un dispositif et un procédé de traitement par plasma avec lesquels le chauffage de l'une des électrodes de décharge est vivement souhaitable sont présentés dans EP-A-0 533 044, selon US-A-5 298 290. La présente invention a pour but de créer un dispositif de chauffage du type spécifié en introduction, c'est-à-dire pourvu d'un transformateur, qui doit toujours garantir qu'un actionneur pour la puissance de chauffage puisse être mis à n'importe quel potentiel choisi, en particulier au potentiel de masse. Mais le dispositif de chauffage doit être étudié de manière à ne produire pratiquement aucun champ magnétique dans la chambre de traitement, et cela doit être réalisé avec une construction aussi simple et peu coûteuse que possible. Ce but est atteint, selon l'invention, grâce à un dispositif de chauffage caractérisé en ce que le circuit de chauffage comprend une électrode de chauffage au niveau de laquelle la circulation du courant de chauffage forme une boucle entre des raccordements électriques voisins. Grâce à cette circulation en boucle, les champs magnétiques des courants de chauffage qui passent en sens inverse se compensent dans l'environnement de l'électrode de chauffage. Suivant une construction extrêmement simple, la boucle de courant de chauffage est réalisée à l'aide d'au moins un dispositif conducteur coaxial au niveau duquel des conducteurs coaxiaux sont reliés entre eux, à une extrémité, et de préférence court-circuités, à l'opposé des raccordements électriques. Dans une variante particulièrement simple, cela est réalisé grâce à au moins deux tubes métalliques coaxiaux qui sont reliés par exemple par soudage, à une extrémité, et qui se composent de préférence d'acier inoxydable. Un tel dispositif de chauffage est utilisé de préférence dans tous les cas o il s'agit d'empêcher dans la chambre de traitement la production de champs magnétiques dépendant de la puissance de chauffage. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, dans lequel l'électrode de chauffage est en même temps l'électrode de traitement pour un traitement par électrode dans la chambre de traitement, c'est-à-dire par exemple l'électrode pour une décharge de plasma ou l'électrode support pour des pièces à traiter qui doivent pouvoir être mises à un potentiel électrique de courant continu, continu et alternatif ou alternatif afin de permettre d'influer de manière appropriée sur le traitement desdites pièces, tout le circuit de chauffage est élevé à l'aide d'une source de fonctionnement d'électrode de traitement au potentiel électrique de celle-ci. Ladite source de fonctionnement, d'une part, et un écran capacitif prévu entre les côtés primaire et secondaire du transformateur, d'autre part, sont mis à un potentiel de référence, de préférence au potentiel de masse. Grâce à l'écran, on empêche que le potentiel de fonctionnement de traitement soit accouplé par voie capacitive au côté primaire du transformateur, ce qui est essentiel en particulier lorsque le potentiel de fonctionnement de la source de fonctionnement comporte des parts de courant alternatif et est en particulier un potentiel haute fréquence ou comprenant des parts spectrales de haute fréquence. D'une manière extrêmement simple, l'enroulement secondaire du transformateur est réalisé à l'aide d'un câble coaxial au niveau duquel au moins un conducteur coaxial placé à l'extérieur est monté comme écran capacitif, c'est-à-dire qu'il est mis au potentiel de référence grâce à une liaison appropriée en un point. Cela permet d'utiliser comme source de fonctionnement pour l'électrode agissant en même temps comme électrode de traitement et de chauffage une source de courant alternatif ou alternatif et continu, en particulier une source haute fréquence dans le sens indiqué plus haut. Ainsi, on est sûr que le chauffage peut être contrôlé simplement grâce à un actionneur, du côté primaire du transformateur et à n'importe quel potentiel choisi, en particulier au potentiel de masse. L'électrode de chauffage agissant comme électrode de traitement peut fonctionner avec du courant alternatif, alternatif et continu, en particulier avec une haute fréquence et, par exemple pour les décharges de plasma, avec une haute tension. On crée ainsi un dispositif de chauffage qui permet de chauffer une chambre de traitement sans avoir à amener un agent de chauffage. La dépense pour des filtres de découplage électrique est pratiquement supprimée et il n'y a pas besoin de radiateur chauffant dans la chambre de traitement. Si l'électrode de chauffage fonctionne comme électrode de traitement avec un courant alternatif ou alternatif et continu et en particulier avec une haute fréquence ou des parts de haute fréquence, par exemple pour produire une décharge de plasma haute fréquence dans la chambre de traitement, les capacités de dispersion en particulier entre l'enroulement secondaire du transformateur et l'écran prévu à cet endroit sont prises en compte au niveau du réseau d'adaptation connu à prévoir pour ce fonctionnement d'électrodes de traitement. L'invention propose par ailleurs que l'électrode de chauffage soit entourée par une enveloppe échangeable, de préférence par un tube en verre résistant aux températures élevées, et que la surface extérieure de l'enveloppe soit usinée et de préférence rendue rugueuse par décapage au sable. Le but fixé est également atteint grâce à une chambre de traitement sous vide pourvue d'un dispositif de chauffage tel qu'il a été décrit précédemment. Selon un mode de réalisation, cette chambre forme une chambre de traitement par plasma et l'électrode de chauffage constitue l'électrode destinée à former la décharge de plasma dans la chambre, de préférence une décharge de plasma de courant alternatif, de courant alternatif et continu, haute fréquence ou pulsée. L'invention prévoit enfin un procédé pour faire fonctionner une chambre de traitement par plasma telle qu'elle vient d'être décrite, avec laquelle l'électrode de chauffage et de décharge de plasma est revêtue de manière compatible avec le traitement. Selon ce procédé, le courant de chauffage circule dans le circuit de chauffage de telle sorte que les sauts de température dans le temps dus au traitement sont atténués au niveau de l'électrode. L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple à l'aide de figures. La figure 1 montre schématiquement un dispositif de chauffage de l'invention destiné à empêcher la production de champs magnétiques dans la zone d'une électrode de chauffage; la figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation particulièrement simple du dispositif de chauffage de la figure 1; la figure 3 montre, à partir de la représentation du dispositif de chauffage de la figure 2, une source de fonctionnement électrique destinée à faire fonctionner l'électrode de chauffage comme une électrode de traitement à alimentation électrique pour un traitement dans une chambre de traitement; la figure 4 montre, à partir du dispositif de chauffage de la figure 3, une réalisation particulièrement simple de l'écran prévu côté secondaire, notamment; la figure 5 montre schématiquement un mode de réalisation préféré du dispositif de chauffage de l'invention pour un traitement par décharge de plasma haute fréquence tel qu'il est décrit par exemple dans EP-A-0 533 044 sous la forme d'un traitement par polymérisation par plasma; la figure 6 montre le circuit équivalent du dispositif de la figure 5, sur une chambre de traitement dont la paroi est mise à un potentiel de façon préférée; et la figure 7 montre une électrode de chauffage du dispositif de chauffage à tube protecteur de l'invention prévue pour des traitements par plasma, pour laquelle le procédé de fonctionnement de l'invention convient particulièrement. Selon la figure 1, un générateur de courant de chauffage alternatif i agit par l'intermédiaire d'un transformateur 3 sur un circuit de chauffage 5 prévu côté secondaire et pourvu d'une électrode de chauffage 7 dont le contour est indiqué en trait discontinu. Dans l'électrode de chauffage 7, le circuit de chauffage 5 forme une boucle entre des raccordements voisins A et E, de telle sorte que les champs magnétiques provoqués par le va-et-vient du courant i se neutralisent dans l'environnement U de l'électrode de chauffage 7. On obtient ainsi que les champs magnétiques +H provoqués par le courant de chauffage i, quel que soit son réglage, se neutralisent dans cet environnement U, celui-ci étant chauffé comme l'indique Q. Bien que l'électrode de chauffage 7 de la figure 1 puisse être réalisée de différentes façons, par exemple à l'aide de conducteurs coplanaires, on obtient un mode de réalisation particulièrement simple mécaniquement selon la figure 2, grâce au fait que le conducteur extérieur est formé par un tube électroconducteur 9, et le conducteur intérieur par un noyau électroconducteur ou de préférence par un tube intérieur électroconducteur 11. Les matériaux choisis de préférence pour les tubes conducteurs intérieur 11 et extérieur 9 sont les métaux présentant une résistance spécifique suffisamment élevée pour le chauffage ohmique, de préférence l'acier inoxydable. Le côté secondaire du transformateur est raccordé aux tubes intérieur et extérieur 11 et 9, lesquels sont reliés, de préférence par soudage, à leur extrémité et à l'opposé des raccordements électriques comme on l'a représenté en 13. On crée ainsi d'une manière extrêmement simple une électrode de chauffage en baguette sans champ magnétique. Si l'électrode de chauffage 7 du dispositif de chauffage de l'invention qui a été décrite jusqu'à présent doit être utilisée en supplément comme électrode de traitement dans une chambre de traitement, en particulier dans une chambre de traitement sous vide et tout particulièrement dans une chambre de traitement par plasma, notamment avec un courant alternatif et un courant alternatif et continu, en particulier avec une décharge de plasma haute fréquence, tout le circuit de chauffage 5 avec l'électrode de chauffage 7 est mis selon la figure 3 au potentiel de fonctionnement nécessaire 3, qui peut être un potentiel de courant continu, de courant continu et alternatif ou de courant alternatif, mais en particulier un potentiel haute fréquence ou un potentiel avec une part de haute fréquence, comme lors de l'application d'un potentiel à impulsions carrées. La source de potentiel de fonctionnement 15, qui est réglable pour les exigences du traitement, comme on l'a représenté schématiquement, est reliée d'une part au circuit de chauffage 5 et est d'autre part à un potentiel de référence, de préférence au potentiel de masse. Un écran capacitif 17 entre les côtés primaire et secondaire du transformateur 3 empêche, en particulier avec un potentiel de fonctionnement comprenant au moins des parts de haute fréquence, qu'en raison des capacités de dispersion entre les côtés primaire et secondaire du transformateur 3, des parts de courant alternatif, en particulier de haute fréquence et plus généralement de potentiel de fonctionnement puissent être couplées sur le circuit d'actionneur de courant de chauffage. Comme il faut l'indiquer ici et comme l'homme de l'art peut tout à fait le voir, l'actionneur de courant de chauffage 1 peut être mis à n'importe quel potentiel, par exemple au même potentiel de référence, en particulier au potentiel de masse, comme il est représenté sur la figure 3. A partir du mode de réalisation de la figure 3, la figure 4 montre schématiquement une réalisation préférée particulièrement simple d'écran capacitif 17 qui, comme il ressort clairement de cette figure, est formé par au moins un conducteur extérieur 17a de l'enroulement du transformateur 3, qui est prévu côté secondaire et formé à l'aide d'un câble coaxial, et qui est relié au potentiel de référence en un point B. La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation préféré du dispositif de chauffage de l'invention dans lequel l'électrode de chauffage 7 forme en même temps l'électrode de décharge de plasma haute fréquence dans ou pour un traitement par décharge de plasma haute fréquence, comme pour un traitement PECVD selon EP-A-0 533 044. Après les explications données en référence aux figures 1 à 4, l'homme de l'art n'a pas besoin d'autres explications pour la figure 5 sur laquelle, en plus des éléments déjà décrits et pourvus des mêmes chiffres de référence, 19 désigne l'enroulement primaire du transformateur 3, et 21 la source de fonctionnement haute tension et haute fréquence pour la décharge de plasma haute fréquence. 23 désigne par ailleurs le noyau du transformateur et 25 le conducteur intérieur, formant l'enroulement secondaire dudit transformateur, du câble coaxial pourvu de l'écran 17a. La figure 6 représente le circuit électrique équivalent du dispositif de la figure 5. Là encore, les éléments identiques sont pourvus des mêmes chiffres de référence. 26 désigne la paroi de la chambre de traitement, qui est mise elle aussi au potentiel de référence, par exemple au potentiel de masse. Les éléments L, et CT représentent les éléments d'un réseau d'adaptation pour le générateur de haute fréquence 21, tandis que C représente la capacité de dispersion, dessinée en trait discontinu sur la figure 3, entre le circuit de chauffage 5 fonctionnant avec un potentiel haute fréquence, et le potentiel de référence, notamment l'écran 17. Comme il ressort clairement de la figure 6, la capacité de dispersion C peut être prise en compte grâce à la mesure et au réglage appropriés de la capacité d'adaptation CT. La figure 7 représente une électrode de chauffage 7a telle qu'elle convient particulièrement pour une chambre de traitement sous vide. Dans une chambre de traitement sous vide, comme on le sait, les surfaces situées à l'intérieur sont atteintes elles aussi par le traitement, par exemple par pulvérisation cathodique, mais en particulier revêtues. Pour protéger l'électrode de chauffage à cet égard, on prévoit selon la figure 7 un tube protecteur échangeable 27 qu'on fixe à l'électrode de chauffage ou à la chambre dans laquelle elle est introduite. Bien que le tube protecteur puisse se composer de différents matériaux choisis sélectivement en fonction du traitement réalisé sans la chambre à vide, on utilise de préférence un tube en verre, de préférence en verre résistant à la chaleur comme le Pyrex. Si la gêne due au traitement qui a été mentionnée consiste en un revêtement, on traite de préférence la surface extérieure du tube protecteur pour augmenter l'adhésion de couche, de préférence en la rendant rugueuse, tout particulièrement par décapage au sable. Cela réduit considérablement l'écaillage du revêtement gênant du tube protecteur. Cela est également obtenu grâce au fait que des variations de température rapides dues au traitement sont atténuées au niveau du tube protecteur 27 grâce à un chauffage approprié de l'électrode de chauffage. Cela réduit aussi la sollicitation thermique alternée du tube 27. Lors du fonctionnement de la décharge de plasma avec une puissance pulsée de 1,6 kW et une fréquence de répétition d'impulsions de 300 kHz, on a pu sans problème revêtir en continu même avec plusieurs interruptions, la polymérisation par plasma étant réalisée dans une atmosphère d'hexaméthyldisiloxane d'environ 0,2 mbar. Sans chauffage de l'électrode de fonctionnement, des fêlures du tube en verre 27 et un écaillage du revêtement gênant du tube 27 sont déjà apparus après une seule interruption du traitement de revêtement. Avec le dispositif de chauffage proposé, on obtient aussi que des traitements puissent être réalisés dans une chambre de traitement, notamment dans une chambre de traitement sous vide, équipée dudit dispositif, de façon mieux contrôlée et donc avec une meilleure qualité, plus longtemps sans interruption et ainsi à moindres frais. L'enveloppe protectrice 27 est nettoyée ou remplacée suivant les conditions. 1i REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage pour une chambre de traitement sous vide, comportant un transformateur de courant de chauffage (3) à l'aide duquel, côté secondaire, un courant de chauffage est généré dans un circuit de chauffage (5), caractérisé en ce que le circuit de chauffage (5) comprend une électrode de chauffage (7, 7a) au niveau de laquelle la circulation du courant de chauffage forme une boucle entre des raccordements électriques voisins (A, E). 2. Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle de courant de chauffage au niveau de l'électrode de chauffage (7, 7a) est réalisée à l'aide d'au moins un dispositif conducteur coaxial (9, 11) au niveau duquel des conducteurs coaxiaux (9, 11) sont reliés de façon conductrice, à une extrémité (13), et de préférence court-circuités, à l'opposé des raccordements électriques (A, E). 3. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrode de chauffage (7, 7a) est en même temps l'électrode de traitement pour un traitement par électrode dans la chambre de traitement, et le circuit de chauffage (5) est mis à cet effet à un potentiel électrique de fonctionnement (PU) à l'aide d'une source de fonctionnement d'électrode de traitement (15), ladite source de fonctionnement (15), d'une part, et un écran (17, 17a) prévu entre les enroulements primaire et secondaire du transformateur (3), d'autre part, étant mis à un potentiel de référence, de préférence au potentiel de masse. 4. Dispositif de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire du transformateur (3) est formé à l'aide d'un câble coaxial (17a) au niveau duquel au moins un conducteur coaxial placé à l'extérieur forme l'écran. 5. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la source de fonctionnement (21) est une source de courant alternatif ou de courant alternatif et continu, de préférence une source de haute fréquence. 6. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'électrode de chauffage est entourée par une enveloppe échangeable (27), de préférence par un tube en verre résistant aux températures élevées, et en ce que la surface extérieure de l'enveloppe (27) est usinée et de préférence rendue rugueuse par décapage au sable. 7. Chambre de traitement sous vide pourvue d'un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Chambre de traitement sous vide pourvue d'un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'elle forme une chambre de traitement par plasma, et l'électrode de chauffage constitue l'électrode destinée à former la décharge de plasma dans la chambre, de préférence une décharge de plasma de courant alternatif, de courant alternatif et continu, haute fréquence ou pulsée. 9. Procédé pour faire fonctionner une chambre de traitement par plasma selon la revendication 8 avec laquelle l'électrode de chauffage et de décharge de plasma (7a) est revêtue de manière compatible avec le traitement, caractérisé en ce que le courant de chauffage circule dans le circuit de chauffage (5) de telle sorte que les sauts de température dans le temps dus au traitement sont atténués au niveau de l'électrode (7a).