Brevet FR2154293A1 — publié le 19730511

L'invention se rapporte à des perfectionnements aux dispositifs pour le dépôt de films minces par voie de pulvérisation cathodique et peut trouver son application dans différents domaines de l'électronique, par exemple pour la fabrication des résistances, des condensateurs, des fils supraconducteurs, etc, ainsi que dans la microélectronique, pour la confection des microcircuits ou circuits intégrés. On connaît déjà un dispositif pour déposer des films minces qui comprend une chambre à vide renfermant un pulvérisateur constitué par une chambre de décharge gazeuse dont les parois servent de cathode. L'anode disposée suivant l'axe de la cathode, se trouve ainsi à l'intérieur de la chambre de décharge gazeuse, qui est plongée dans un champ magnétique longitudinal. L'anode, placée suivant l'axe longitudinal du champ magnétique est constituée par une barre, tandis que la cathode est en général cylindrique et faite d'une matière destinée à être pulvérisée sous l'action du bombardement ionique. Les objets sur lesquels le film mince doit être déposé sont placés dans la chambre de décharge gazeuse dans l'espace entre cathode et anode. Sous l'action du bombardement ionique, la matière de la cathode est pulvérisée et le flux de matière pulvérisée se dépose sur l'objet. Etant donnéque l'objet se trouve dans la région de la décharge ( à savoir entre anode et cathode), les conditions de dépôt de la matière pulvérisée sont dégradées. Or dans les dispositifs de dépôts de films par pulvérisation, ont traite en général tout un groupe d'objets placé sur un support commun.Ce support,du fait qu'il empiète sur la région de décharge, dégrade encore davantage les conditions de dépôt de la matière pulvérisée. En outre, il ne faut pas perdre de vue qu'une partie du flux de matière pulvérisée issue de la cathode reste inutilisée du fait qu'elle ne tombe pas sur l'objet. enfin, pour obtenir un revêtement homogène sur un objet cylindrique, il faut faire tourner ce dernier autour de son axe, ce qui complique considérablement la construction de l'ensemble du dispositif. Dans certains cas, on fixe les objets directement sur l'anode. La décharge ne peut alors être utilisée qu'en régime de haute pression ( plus de 10 3torrs), du fait qu'en régime de basse pression la présence de l'objet sur l'anode perturbe la couche trianodique qui accélère les électrons. Tout cela a une influence néfaste sur la qualité du film déposé par suite de la présence de particules neutres du gaz résiduel dans le flux de matière pulvérisée. te but de la présente invention est de mettre au point un dispositif pour le dépôt des films minces, dans lequel les objets à revêtir sont disposés de manière à n'influer ni sur les conditions de pulvérisation ni sur le régime de décharge, tout en permettant d'obtenir un revetement homogène sur un cylindre sans devoir le faire tourner et ce en respectant les conditions favorables à l'utilisation la plus efficace du flux de matière pulvérisée. Ce problème peut être résolu en agencant l'anode de la chambre de décharge gazeuse de manière que l'objet puisse être placé en dehors de la zone de décharge. A cet effet un dispositif conforme à l'invention pour le dépôt de films minces sur un objet est essentiellement caractérisé en ce que l'anode de la chambre de décharge gazeuse est formée par deux tubes de même diamètre extérieur disposés coaxialement suivant l'axe de symétrie précité, les extrémités adjacentes de ces tubes étant séparées par un intervalle à travers lequel la matière de la cathode pulvérisée parvient sur la partie de l'objet exposée entre ces tubes. Avec une telle réalisation du dispositif, l'objet se trouve en dehors de la zone de décharge sous haute tension et n'influe donc pas sur son régime. Lors du traitement d'objets cylindriques, le flux de matière pulvérisée arrive sur leur surface uniformément de tous les côtés, ce qui permet de ne pas devoir faire tourner l'objet. Enfin, une telle construction permet d'utiliser au mieux le flux de matière pulvérisée. Il est rationnel d'exécuter la partie à pulvériser de la cathode sous forme de surface engendrée par la rotation dlune parabole dont le foyer coïncide avec le centre de l'intervalle précité, ce qui rassemble les conditions optimales d'utilisation du flux de matière pulvérisée de la cathode. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple d'exécution non limitatif illustré par le dessin annexé sur lequel La figure unique représente une coupe axiale schématique un dispositif conforme à l'invention pour le dépôt de films minces sur un objet. La chambre à vide 1 renferme consécutivement un réchauffeur 2 pour épurer l'objet des oxydes volatils, un dispositif 3 d'épuration ionique, par exemple constitué par une cellule de Penning ayant une anode 4 et une double cathode 5 percée d'un trou central pour le passage de l'objet 6, et enfin une chambre de décharge gazeuse 7 où s'effectue le dépôt sur l'objet de la matière pulvérisée. La chambre 7 constitue donc en fait le pulvérisateur ionique. La chambre de décharge gazeuse 7 comprend une anode double 8 disposée suivant son axe longitudinal de symétrie et une cathode formée par les électrodes 9 et 10 portées au même potentiel. Les électrodes 10 forment les parois latérales de la chambre 7; elles sont placées symétriquement par rapport à son axe longitudinal de symétrie et sont faites de la matière dont l'objet dot être revêtu. L'anode double 8 placée à l'intérieur de la cathode est-formée par deux tubes disposés coaxialement suivant l'axe de symétrie précité, un intervalle étant ménagé entre leurs extrémités adjacentes. Dans le cas général, l'électrode 10 peut présenter n'importe quelle forme, par exemple la forme d'un cylindre droit. Toutefois pour obtenir le dépôt d'un flux de matière pulvérisée d'une meilleure qualité et pour augmenter le flux de la matière pulvérisée tombant sur l'objet, l'électrode 10 présente de préférence et comme représentée une section en forme de parabole dont le foyer coincide avec le centre de l'intervalle séparant les tubes formant l'anode 8. L'objet 6 est déplacé d'un poste de traitement à l'autre par un mécanisme 11 entièrement continu. A l'extérieur de la chambre 1 se trouve un solenoide 12 servant à engendrer un champ magnétique longitudinal dans la chambre de décharge gazeuse 7 et dans le dispositif d'épuration ionique 3 ; les tubes formant l'anode 8 doivent reproduire la forme du champ magnétique ou autrement dit, doivent comporter des parois parallèles aux lignes de force de ce champ. Pour un champ magnétique homogène, les tubes ont donc la forme de cylindres droits, et l'axe de symétrie précité est parallèle aux lignes de force du champ magnétique du solenoide 12. te dispositif décrit fait emploi d'un gaz inerte, par exemple l'argon sous une pression de 10 3 à 10 7 ou 10 9 mm Hg. te fonctionnement du dispositif décrit-est le suivant t'objet 6 arrivé dans le réchauffeur 2 est chauffé jusqu'à la température nécessaire au dégazage. Puis, à l'aide du mécanisme il de déplacement continu, l'objet est engagé dans le dispositif dépuration ionique 3 où, si nécessaire, sa surface est épurée des films d'oxydes résistant à la chaleur ou bien est soumise à un décapage ionique. Après épuration, l'objet passe dans la chambre de décharge gazeuse 7, où est créée une décharge sous haute tension et basse pression dont l'épaisseur de la couche de charge d'espace anodique dépend de l'intensité du champ magnétique du solenolde 12. Lecourant ionique engendré bombardant l'électrode 10 provoque sa pulvérisation, la valeur du courant ionique étant fonction de la pression du gaz, dela surface de l'anode, de~la tension de décharge et de l'intensité du champ magnétique. L'objet passe à l'intérieur des tubes de l'anode 8 et est amené au droit de l'intervalle séparant leurs extrémités adjacentes. Les ions accélérés dans la couche anodique de la décharge gazeuse bombardent et pulvérisent l'électrode 10 de la cathode. Une partie des atomes arrachées passe par l'intervalle entre les tubes de l'anode 8 et se dépose sur la surface de l'objet en formant un mince film. L'objet ne se trouve donc pas dans la zone de la décharge gazeuse lors du processus de dépôt de la matière pulvérisée et par conséquent n'influe pas sur son régime. Pour obtenir des films multicouches, ont peut disposer successivement plusieurs chambres de décharge gazeuse, l'électrode 10 de chacune d'elles pouvant être réalisée en une matière différente. On peut à l'aide du dispositif proposé, réaliser le dépôt par pulvérisation de films dont l'épaisseur est de AO A jusqu'à 100 microns. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention, et mise en oeuvre dans le cadre des revendications-qui suivent. RVENDI GAT ION Dispositif pour le dépôt de films minces sur un objet, comprenant une chambre de décharge gazeuse sous basse pression plongée dans un champ magnétique et dont la cathode, destinée à être pulvérisée par l'action du bombardement ionique, renferme une anode disposée suivant son axe de symétrie aligné avec la direction des lignes de force du champ magnétique, caractérisé en ce que l'anode est formée par deux tubes de même diamètre extérieur disposés coaxialement suivant l'axe de symétrie précité, les extrémités adjacentes de ces tubes étant séparées par un intervalle à travers lequel la matière de la cathode pulvérisée parvient sur la partie de l'objet exposée entre ces tubes, la partie à pulvériser de la cathode étant une surface engendrée par la rotation d'une parabole dont le foyer coïncide sensiblement avec le centre de l'intervalle précité.