Brevet FR2182654A1 — publié le 19731214

La présente invention est relative à un appareil de pulvérisation de matière. L'utilisation d'une source d'alimentation à haute fréquence pour la pulvérisation de matière est maintenant bien connue, comme l'est également l'utilisation d'un dispositif à deux électrodes en combinaison avec une telle source. Le type de source préféré est un générateur de puissance à haute fréquence à auto-excitation comportant habituellement une sortie équilibrée, non reliée à la masse, qui présente en service des avantages de prix de revient et de simplicité. Les électrodes doubles antérieurement utilisées étaient soit du type adjacent soit du type séparé. Aux électrodes du premier type appartiennent deux demi-disques dont les diamètres sont disposés proches l'un de l'autre ou un dispositif comportant un disque et un anneau concentriques, tandis qu'un exemple du second type de ces électrodes est constitué par deux disques séparés constituant les électrodes. Avec l'un ou l'autre de ces types de dispositifs on utilise généralement un champ magnétique associé engendré par un bobinage de champ. La cible à pulvériser est disposée sur les electrodes et il est généralement souhaitable que ces électrodes soient refroidies, une technique classique utilisée consistant à fixer la cible en place et à refroidir ltelectrode ou les électrodes au moyen d'eau. La fixation ou le montage de la cible est mécaniquement difficile à obtenir avec des électrodes du type adjacent, à moins que la cible ne soit découpée à la forme des électrodes séparées, ce qui peut être incommode. Par ailleurs, la fixation ou la liaison de cibles des électrodes séparées est plus facile. Les cibles elles memes se présentent généralement sous la forme de disques et pour de nombreuses applications, des électrodes en forme de disques sont également préférables en raison de l'uniformité du dépôt ainsi obtenu.Une difficulté se présente cependant pour réaliser un champ magnétique approprié pour les deux électrodes, qui permette d'obtenir un décapage et un dépot uniformes à partir de chaque disque cible disposé symétriquement autour de l'axe du disque.Même si l'on n'uti- lise pas de champ magnétique du tout les champs électriques à haute fréquence et le plasma associés aux électrodes peuvent interférer l'un sur l'autre et provoquer un décapage et un dépôt non uniformes. Suivant l'invention, les deux électrodes d'un dispositif à électrode double dans un appareil de pulvérisation destiné à être utilisé avec une source d'alimentation à haute fréquence, sont mon tées à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle on peut faire le vide et sont électriquement isolées l'une de l'autre au moyen d'une cloison intermédiaire qui sépare les champs électriques associés aux deux électrodes. La séparation des champs électriques évite les effets d'interférence précités et de ce fait supprime dans une grande mesure le défaut d'uniformité du décapage et de dépôt. De préférence, des bobinages de champ magnétique séparés sont prévus de façon à entourer chaque électrode et le fait que les deux électrodes ou ensembles d'électrode sont isolés l'un de l'autre signifie que ces deux bobinages séparées peuvent être adaptés sans difficulté. Si les deux électrodes sont montées à l'intérieur d'une chambre commune, la cloison intermédiaire doit s'étendre suffisamment loin pour séparer la chambre en deux compartiements ayant chacun une profondeur suffisante pour contenir le plasma engendré par l'électrode dans ce compartiment. De préférence, deux parois séparées peuvent être utilisées, entourant ainsi chaque électrode et contenant le plasma associé,cet agencement présentant l'avantage de fournir un support positif pour les bobinages de champ magnétique.De préférence, ces parois séparées sont réalisées de façon à constituer deux chambres dans lesquelles le vide peut être effectué séparément plutôt que des compartiments séparés dans une seule chambre. Ceci procure la possibilité que les deux chambres puissent être isolées aussi bien du point de vue atmosphérique que du point de vue élc- trique. En d'autres termes, des conditions différentes de pression ou d'atmosphère gazeuse peuvent être appliquées aux deux chambres si nécessaire. Les deux chambres peuvent cependant être reliées entre elles de sorte que l'on peut faire le vide dans ces chambres au moyen d'une seule pompe lorsque des conditions d'atmosphère différentes ne sont pas nécessaires. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous, en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels la Fig. 1 est une vue shcématique en élévation et en coupe d'un dispositif suivant l'invention les Fig. 2, 3 et 4 montrent des formes appropriées d'électrodes doubles faisant partie du dispositif représenté à la Fig.l; la Fig. 5 est une vue d'un exemple de liaisons entre deux chambres la Fig. 6 est une vue en coupe montrant l'agencement d'une chambre de façon plus détaillée la Fig. 7 est une vue schéinatique d'un dispositif en série. L'appareil représenté à la rig. 1 comprend principalement deux chambres séparées 1 et 2 qui sont reliées entre elles par un conduit 3 de sorte que l'on peut faire le vide dans ces chambres au moyen d'une seule pompe reliée à un orifice 4. Si des conditions d'atmosphère différentes sont nécessaires dans les deux chambres, des pompes séparées peuvent être montées sur les entrées des deux chambres, représentées en 5 et 6. Les composants de chaque chambre sont identiques et, de ce fait, ne seront pas décrits séparément. Chaque chambre comprend un fond 11 dans lequel sont formées les ouvertures respectives 5 et 6, une paroi supérieure 12 et une paroi 13 qui dans son ensemble est cylindrique et qui s'étend entre la partie supérieure et le fond et constitue un support pour un bobinage 14 de champ magnétique. Un plateau porte-ouvrage 16 destiné à recevoir un objet devant être revêtu par pulvérisation (non représenté au dessin) est refroidi par de l'eau qui est astreinte a s'écouler à travers une chambre interne 17. La matière à pulvériser est constituée par une cible 20, qui comme représenté, est liée à une électrode supérieure 21 qui comporte également une chambre interne 22 pour le passage d'eau de refroidissement. En service, l'alimentation-en énergie à haute fréquence astreint la matière de la cible 20 à se déposer sur un objet ou ouvrage porté par le plateau 16, les chambres 1 et 2 ayant été préalablement mises sous vide de la façon décrite plus haut. En cours d'utilisation, les bobinages 14 de champ magnétique sont normalement alimentés en courant continu à partir d'une source (non représentée), réalisant ainsi des conditions uniformes dans chaque chambre, qui ont pour résultat une uniformité de decap.1- ge et de dépôt. Comme représenté à la Fig. 1, les électrodes 21 sont constituées par des disques, comme représenté également à la Fig. 2 qui montre également la paroi 13 de chaque chambre. Des électrodes en forme de disque sont habituellement préférables en raison de l'uniformité du dépôt ainsi obtenu. La Fig. 3 montre une variante de forme d'électrode représentée en 21A qui présente la forme d'un rectangle. Cette électrode peut être utilise dans un dispositif en ligne dans lequel des substrats ou autres objets devant être revêtus sont traités dans des chambres successives dans lesquelles sont effectuées les phases successives du processus. La Fig. 4 montre une autre forme d'électrode 21B également destinées à être utilisées dans un dispositif en ligne. Cette forme d'électrode conduit à une plus grande uniformité de dépôt, comme décrit d'une façon plus détaillée dans la demande de brevet anglais nO 10.923/70. Les différentscomposants des deux chambres 1 et 2, comprenant le plateau 16 peuvent être reliés électriquement entre eux et la Fig. 5 montre un exemple de telles liaisons. Sur cette vue les deux chambres sont représentées en élévation et les electrodes 21 sont alimentées par une source d'alimentation 23 à haute fréquence par l'intermédiaire de conducteurs 24. Chaque électrode 21 comporte une plaque de recouvrement 27 et est fixée sur un isolateur 28. L'isolateur est lui-même fixé sur un élément 30 qui constitue à la fois une plaque supérieure et un bouclier pour l'électrode 21. Les deux boucliers 30 prévus dans les deux chambres séparées sont reliés entre-eux par un conducteur 31 mais ne sont pas reliés à la masse. L'utilisation d'une telle protection est d'une pratique classique dans la pulvérisation à haute-fréquence, son but principal étant d'empêcher qu'une décharge se produise entre l'électrode d'appui 21 de la cible et d'autres composants, ce qui conduirait à une perte d'énergie et à une érosion indésirable. En reliant entre eux les deux boucliers 30, on obtient une stabilité améliorée de la décharge à haute fréquence aux valeurs élevées de llénergie d'entrée (c'est-à-dire supérieure à environ 1 watt d'énergie à haute fréquence par centimètre carré de cible). En variante, si l'on désire obtenir une pulvérisation polarisée ou une pulvérisation réactive commandée. On peut appliquer au plateau dans l'une ou l'autre des chambres ou dans les deux, une polarisation par courant continu par rapport aux autres composants ou encore un tel plateau peut être alimente avec une tension alternative par rapport aux autres composants, la fréquence de cette tension n'étant pas limitée. Une autre possibilité pouvant être utilisée en conjugaison avec celles décrites ci-dessus est d'alimenter une électrode de polarisation en courant continu dans l'une ou l'autre des chambres ou dans les deux. La Fig. 5 montre également différentes liaisons externes avec les deux chambres. Ainsi, les raccords d'entrée et de sortie pour l'eau de refroidissement des électrodes 21 sont représentés en 35 et 36 respectivement, et les liaisons correspondantes avec les plateaux 16 sont représentées en 37 et 38. Le conduit 3 est représenté comme comportant une bride 40 destinée à être reliée à une pompe, et comprenant également un manomètre 41. Le conduit lui-même est relié à la masse en 42. Le conduit 3 permet de faire le vide dans les deux chambres au moyen d'une seule pompe, et un tuyau 45 d'entrée de gaz comportant une vanne de commande 46 est relié aux deux chambres pour permettre de remplir ensuite les chambres avec un gaz, si nécessaire. La Fig. 6 montre la construction interne d'une chambre de façon plus détaillée. Comme on le voit, la plaque de recouvrement 27 ferme la chambre 22 de circulation d'eau de l'électrode 21. L'isolateur 28 disposé entre l'électrode 21 et le bouclier 30 comporte des bagues circulaires 50 qui sont ajustées dans des rainures correspondantes afin d'assurer une bonne étanchéité en ces deux points. L'ensemble constitue par la plaque supérieure et le bouclier 30 combinés comporte un prolongement 51 pour améliorer l'efficacité de la partie bouclier. Le plateau 16 est représenté comme constituant un couvercle pour la chambre 17 de passage d'eau de refroidissement et il est maintenu en place au moyen de vis dont l'une est représentée en 52 et enG plus de l'orifice 37 d'entrée de l'eau de refroidissement, un orifice d'entrée 54 pour un gaz inerte tel que de l'argon sous une pression légèrement supérieure à celle de l'eau de refroidissement débouche sur une-rainure annulaire 55 prévue dans la face inferieure du plateau. Des bagues circulaires 56 assurent une bonne étanchéité des deux côtés de la rainure 55, mais même si ces deux joints d'étanchéité étaient détériorés, l'excès de pression du gaz empêcherait toute pénétration d'eau dans la chambre. Dans la vue schématique en perspective de la Fig. 7, les composants déjà nommés sont désignés par les mêmes références. Les électrodes utilisées présentent la forme représentée à la Fig.4 et sont ainsi désignées par la référence 21B. Chaque électrode comporte un bouclier de protection 60 qui épouse le contour de l'électrode, le bouclier se trouvant dans chaque chambre, étant relié à l'autre par un conducteur 61 pour les raisons précitées. Comme - - . - adiacentes represente, ies parois entre les cnamores7aesignees par b2, comportent des orifices 63 pour le passage d'un transporteur 64 portant des substrats ou ouvrages devant être revêtus et non représentés. Le transporteur 64 doit s'ajuster étroitement à l'orifice 63 pour limiter le passage des gaz d'une chambre dans l'autre. Les substrats sont fixés sur le transporteur 64 avec un écartement telque lorsque l'un des substrats se trouve dans une chambre, le substrat suivant se trouve dans la chambre adjacente et que lorsque le transporteur avance pas à pas chaque substrat est déplace d'une chambre dans la suivante. De cette façon, il est possible d'effectuer des phases successives du processus dans les deux chambres. Au lieu d'un transporteur pour des substrats individuels, un substrat constitué par une bande continue peut se déplacer en continu à travers les deux chambres. REVENDICATIONS 1. Appareil de pulvérisation destiné à être utilisé avec une source d'alimentation à haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à deux électrodes à l'intérieur dtune enceinte dans laquelle on peut faire le vide, les électrodes individuelles étant électriquement isolées au moyen d'une paroi intermédiaire qui sépare les champs électriques associés aux deux dispositifs d'électrode. 2. Appareil de pulvérisation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des bobinages de champ magnétiques séparés entourant chaque dispositif d'électrode. 3. Appareil de pulvérisation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte des parois séparées entourant chaque dispositif d'électrode. 4. Appareil de pulvérisation suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites parois délimitent deux chambres dans lesquelles le vide peut être fait séparément. 5. Appareil de pulvérisation suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les chambres sont reliées entre-elles pour être placées sous vide au moyen d'une seule pompe. 6. Appareil de pulvérisation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des boucliers associés à chaque électrode respective sont reliés entre-eux mais ne sont pas reliés à la masse. 7. Appareil de pulvérisation suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdites chambres séparées sont agencées côte à côte, des orifices étant prévus dans les parois pour permettre le passage en continu à travers elles des substrats devant être revêtus.