Brevet FR2124467A1 — publié le 19720922

La présente invention se rapporte à un dispositif de dépôt par vaporisation comprenant un creuset dans lequel est contenu le métal à évaporer, un ou plusieurs canons à électrons, des moyens pour déplacer en contenu au moins un substrat allongé tel qu'un ruban, une 5 bande ou un fil, à travers le creuset et le dispositif de vaporisation et des moyens tels que des pompes à vide servent à créer le vide voulu dans le dispositif de dépôt et dans le creuset. De tels dispositifs pour le dépôt par vaporisation d'un métal, qui sont munis de canons à électrons pour chauffer le métal et 1'éva-10 porer sont déjà connus dans la technique. Le grand avantage apporté par l'utilisation de canons à électrons consiste à élargir pratiquement sans limites le choix des métaux à évaporer.En effet, en utilisant un canon à électrons, il est possible de déposer par vaporisation des métaux à point d'ébullition élevé. Un autre avantage des 15 canons à électrons consiste en ce qu'on peut obtenir localement de grandes densités d'énergie sur la surface du métal à évaporer. Uri grave inconvénient des dispositifs de dépôt par vaporisation connus jusqu'à présent et équipés de canons à électrons réside en ce que leur débit en matière vaporisée est faible. On entend ici 20 par "débit en matière" le rapport entre le poids de la vapeur de métal condensée sur le substrat et le poids de la-vapeur de métal condensée sur le substrat augmenté du métal perdu. La raison primordiale de ce faible débit réside dans la présence d'un creuset insuffisamment fermé. Un autre inconvénient qui résulte de la présence 25 d'un creuset insuffisamment fermé consisté en ce qu'il est très difficile d'obtenir dans le creuset, ou dans l'espace au-dessus du métal à évaporer, une pression de vapeur de métal suffisamment élevée. E- tant donné qu'il règne dans l'espace entourant le creuset un vide -4 élevé, par exemple de 10 Torr, le métal évaporé se dirige vers cet 30 espace et se précipite sur ces parois. La valeur de ces flux de fuite est, entre autres, proportionnelle à la surface des ouvertures du creuset et à la différence de pression en présence. Si l'on désire revêtir un substrat allongé, par exemple un fil, d'une couche d'un métal donné et sous une épaisseur donnée, on doit animer ce substrat 35 d'une vitesse donnée à travers le creuset, cette vitesse dépendant de la valeur de la pression de la vapeur obtenue dans le creuset. Il est évident que plus cette pression de vapeur régnant dans le creuset est faible,plus la vitesse de défilement du substrat à travers le creuset doit être également faible. Il en résulte que, avec les dispositifs 40 déjà connu, on ne peut obtenir que de faibles vitesses d'entrée. 72 03739 2 2124467 1/Invention vise à éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle a pour objet un dispositif de dépôt par vaporisation, du type mentionné au début du présent mémoire mais caractérisé en ce que chaque canon à électrons est équipé d'éléments à forte focalisation tels que des lentilles ou des bobinages magnétiques, et/ou des moyens tels qqu'un fort potentiel d'accélération, pour obtenir un faisceau d'électrons fortement focalisé, en ce que le creuset est presque entièrement fermé et ne présente qu'une petite ouverture par canon à électrons, la distance séparant cette ouverture du creuset des éléments de focalisation étant déterminée de manière que cette ouverture soit située au foyer ou à proximité du foyer du faisceau dëlectrons produits, et en ce qu'il est prévu des moyens qui déplacent le faisceau d'électrons produit à l'intérieur du creuset à une vitesse appropriée sur la surface du métal à évaporer. Le grand avantage du dispositif suivant l'invention consiste en ce que le métal ne peut pratiquement plus s'échapper du creuset à travers les ouvertures par lesquelles les faisceaux d'électrons tombent sur le métal à évaporer contenu dans le creuset. Ceci permet d'obtenir un fort accroissement du débit et il est possible de former à l'intérieur du creuset une forte pression de vapeur, qui se traduit par une grande vitesse de dépôt par vaporisation. Un autre avantage consiste en ce que ce dispositif permet d'obtenir des couches ou revêtements homogènes. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 est une vue en perspective d'une forme possible de réalisation du dispositif de dépôt par vaporisation suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue en élévation d'une partie de ce dispositif; la Fig. 3 est une vue de côté du creuset placé dans le dispositif suivant l'invention ; et les Fig. 4 et 5 sont des vues de côté représentant des variantes du creuset de la Fig. 3, ces vues montrant schématiquement les canons a électrons. Le dispositif de dépôt par vaporisation est composé d'une chambre 1 dans laquelle est placé un creuset 2 presque entièrement 72 03739 2124467 fermé, et qui contient le métal 3 à évaporer. Le creuset 2 possède un revêtement intérieur fait d'une matière réfractaire telle que le graphite, des briques réfractaires, un métal réfractaire tel que le tungstène, le tantale etc., le réfractaire ne devant 5 pas être attaqué par le métal fondu. Ce revêtement intérieur peut éventuellement être entouré d'une enveloppe isolante faite d'une matière appropriée. La forme du creuset sera de préférence conçue de manière que le métal à évaporer soit présent dans le creuset autour du substrat. Ceci est important pour obtenir une couche 10 homogène, par exemple sur des fils métalliques, des bandes de tôle, etc.. Il est également possible de prévoir des moyens assurant l'alimentation en continu du creuset 2 en métal à évaporer. Dans la paroi supérieure de la chambre 1, le dispositif comprend, par exemple, deux canons à électrons 4 et 5. Ces canons 15 ont par exemple une puissance de 30 kW et une tension de 60 kV. Plus cette tension est élevée, c'est-à-dire plus le potentiel d'accélération est élevé, pour un type donné de canon et une puissance donnée, plus le faisceau d'électrons émis est étroit. Les canons sont reliés à la chambre 1 de façon à en faire partie. La 20 chambre 1 peut éventuellement être divisée par une cloison 6 en deux compartiments dans lesquels sont situés respectivement, d'une part, les canons et, d'autre part, le creuset. Des pompes à vide 7 qui sont reliées à ces compartiments, ont pour fonction d'y créer le vide désiré, par exemple un vide de 10"^ Torr. 25 Les parois du creuset sont chauffées par rétrodiffusion des électrons émis ainèi que par la vapeur métallique chaude formée, de sorte que le métal évaporé qui tombe sur ces parois se condense en un liquide quj/^edescend dans le creuset ou se réévapore. Si l'on veut assurer la réévaporation, on peut porter le creuset à 30 la température voulue par apport de chaleur extérieure à l'aide de moyens connus. Le substrat de grande longueur 8 qu'il s'agit de revêtir, et qui peut être constitué par un fil métallique, une bande, etc.., peut défiler à travers la chambre 1 et le creuset 2 sous l'action 35 de moyens non représentés, par exemple de bobines enrouleuses entraînées à des vitesses appropriées et des bobines de dévidage montées folles. A cet effet, le creuset et la chambre présentent des ouvertures d'entrée appropriées 9* 10. Les dimensions de ces ouvertures sont aussi petites que possible et adaptées aux dimen-40 sions du substrat à revêtir. Des éléments de guidage (non repré 72 03739 4 2124467 sentes) garantissent que les substrats ne peuvent pratiquement pas se déplacer latéralement au cours de leur passage à travers le creuset et la chambre. Des éléments à forte focalisation tels que des lentilles 5 magnétiques 11, (Fig. 2) servent à concentrer les faisceaux d'électrons émis par les canons. L'alimentation de ces lentilles ou bobines magnétiques est Variable pour permettre de faire varier la focalisation des faisceaux. Il est également possible de prévoir une lentille de focalisation additionnelle dans la tête de chacun 10 des canons à électrons. Le creuset 2 ne présente qu'une petite ouverture 12 (voir Fig. 2) par canon à électrons. La distance séparant cette ouverture 12 du creuset 2 des éléments de focalisation 11, ainsi que l'intensité du courant d'alimentation de ces éléments 11, sont 15 déterminées de manière que cette ouverture 12 soit placée au niveau ou à proximité du foyer du faisceau d'électrons produit. On entend ici par foyer le point où le faisceau d'électrons est le plus fortement resserré. Naturellement, ce foyer n'est pas un point géométrique. En effet, il est possible et même souhaitable 20 que le faisceau d'électrons soit resserré au moyen des lentilles magnétiques appropriées 11, sur une certaine distance entre le canon à électrons et la surface du métal à évaporer. L'ouverture 12 peut donc être réduite au minimum, par exemple constituée par une ouverture circulaire d'un diamètre de 5 mm- H est également 25 possible de monter les canons à électrons en un point autre que la paroi supérieure de la chambre 1 (voir Fig. 4 et 5), ou de dévier le faisceau d'électrons émis et formé, par voie électrostatique ou magnétique et d'une façon appropriée, en direction de l'ouverture 12 du creuset 2. 30 Ce faisceau d'électrons fortement focalisé, à haute énergie ne touche le métal à,évaporer 3 que sur une très petite surface. Il est donc nécessaire que le dispositif soit muni de moyens capables de déplacer le faisceau d'électrons à l'intérieur du creuset 2, sur la surface du métal à évaporer, avec une vitesse 35 suffisamment élevée. Pour déplacer ce faisceau d'électrons dans le creuset 2 sur la surface du métal 3 à une vitesse appropriée, le dispositif est muni suivant l'invention d'un circuit magnétique 13. Ce circuit 13 est composée d'un noyau 14 en matière ferromagnétique, 40 non fermé, un conducteur 15 étant enroulé sur une partie de ce 72 03739 2124467 noyau 14 et relié à une source de courant alternatif et cette source engendre un courant que l'on peut régler en amplitude et en fréquence. Le creuset 2 est monté entre les deux extrémités ou pièces polaires 16 de ce circuit magnétique 13 ( voir Fig.2). La 5 matière des parois de la chambre 1 et du creuset 2 ne doit pas être ferromagnétique et elle ne doit pas présenter de propriétés ferromagnétiques pendant l'utilisation du dispositif. Ceci est essentiel pour que les lignes de force qui circulent dans le circuit magnétique 13 puissent se refermer à l'intérieur de l'espace au-dessus 10 du métal à évaporer. Si l'on fait passer un courant alternatif dans la bobine 15, on produit un champ magnétique alternatif B entre les pôles 16 du noyau 14, ou dans l'espace au-dessus du métal 3 à l'intérieur du creuset 2. La valeur de ce champ magnétique B dépend, entre autres 15 de l'intensité du courant qui circule dans la bobine 15. Les faisceaux d'électrons qui pénètrent dans le creuset sont donc soumis à ce champ magnétique alternatif. Avec les formes de réalisation représentées sur les Fig., la direction du champ magnétique B entre les pôles 16 est perpendiculaire à la direction v du mouvement 20 du faisceau d'électrons. Si des particules chargées Q, animées d'une vitesse donnée v , pénètrent dans le champ magnétique alternatif B, la direction de ce champ B étant perpendiculaire à la direction v du mouvement, la particule 0 est soumise à une force F = B.Q.v, la direction de la force F étant perpendiculaire à la surface dé-25 finie par le vecteur B et la direction de mouvement v. Etant donné que cette force F est toujours perpendiculaire à la direction du mouvement v, les particules chargées du faisceau d'électrons décrivent une trajectoire courbe sur la surface du métal à évaporer 3» 50 Etant donné qu'on utilise un champ alternatif B, ce trajet est alternativement parcouru dans les deux sens . La fréquence avec laquelle ce trajet est parcouru est déterminée par la fréquence du courant qui circule dans la bobine 15, fréquence qui est de préférence de 50 hz. 35 La grande puissance des faisceaux d'électrons fortement concen trés est donc ainsi répartie uniformément sur la surface du métal à évaporer. Il est évident, que, en réglant l'intensité du courant qui circule dans la bobine 15, on peut modifier le champ B et par conséquent la force F. La Fig. 3 montre donc clairement que le im faisceau balaye toute la surface du métal à évaporer. 72 03739 6 2124467 Les Fig. 4 et 5 représentent deux variantes. Ici, il est essentiel que le faisceau qui pénètre dans le creuset soit tout d'abord dévié de 90° et de l80° respectivement pour atteindre la surface du métal à évaporer. On peut obtenir ce résultat, par 5 exemple en utilisant des aimants permanents. Il est également possible de munir le circuit 13 de moyens tels qu'un conducteur enroulé sur le noyau 14 et connecté à une source de courant continu réglable, de manière à exciter un champ magnétique supplémentaire à l'intérieur du creuset ou, au dessus du métal à évaporer . 10 Un^/autre possibilité consiste à faire circuler dans la bobine 15 un courant alternatif superposé à un courant continu. On peut utiliser à cet effet de nombreux circuits électroniques connus. Pour vérifier si le faisceau d'électrons incident et mis en mouvement alternatif touche le métal à évaporer contenu dans le creuset 2, il est souhaitable que la chambre 1 et le creuset 2 soient percés d'ouvertures obturables. Un autre moyen permettant de répartir uniformément la puissance fournie au moyen du faisceau d'électrons sur la surface du métal à évaporer consiste à défocaliser ou disperser le faisceau d'élec-20 trons à l'intérieur du creuset, par exemple en excitant un champ dispersant dans le creuset, bien que ceci soit beaucoup plus difficile à mettre en oeuvre. 72 03739 7 2124467 REVENDICATIONS 1. Dispositif de dépôt par vaporisation comprenant un creuset gui contient le métal à évaporer, ce dispositif étant muni d'un ou plusieurs canons à électrons, des moyens qui font défiler en continu au moins un substrat allongé tel qu'un ruban, une bande ou un fil à 5 travers le creuset et le dispositif de dépôt par vaporisation et des moyens tel que des pompes à vide servant à créer le vide voulu dans le dispositif de dépôt et dans le creuset, ce dispositif de dépôt par évaporation étant caractérisé en ce que chaque canon à électrons est équipé d'éléments à forte focalisation tels que des lentilles ou 10 des bobinages magnétiques, et/ou des moyens tels qu'un fort potentiel d'accélération, pour obtenir un faisceau d'électrons fortement focalisé, en ce que le creuset est presque entièrement fermé et ne présente qu'une petite ouverture par conon à électrons, la distance séparant cette ouverture du creuset des éléments de focalisation étant 15 déterminée de manière que cette ouverture soit située au foyer ou à proximité du foyer du faisceau d'électrons produit , et en ce qu'il est prévu des moyens qui déplacent le faisceau d'électrons produit à l'intérieur du creuset à une vitesse appropriée sur la surface du métal à évaporer. 20 2. Dispositif suivant la revendication 1 -, caractérisé en ce que le creuset est placé entre les extrémités ou pièces polaires d'un circuit magnétique qui est équipé de noyens connus pour former un champ magnétique alternatif réglable en amplitude et en fréquence à l'intérieur du creuset, au-dessus du métal à évaporer. 25 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif est également équipé de moyens connus permettant d'obtenir un champ magnétique réglable en amplitude à l'intérieur du creuset, au-dessus du métal à évaporer.