Brevet FR2182046A1 — publié le 19731207

Un probleme général de la technique des dépôts par vaporisation sous vide tient à ce que la distribution des atomes et mold- cules de la matière vaporisée qui partent de la source de vapeur suit & peu près la loi de Iambert ou la loi du cosinus. Ctest pour cette raison que, sur une calotte dont la source de vapeur occupe le centre, on ne peut pas obtenir une couche dTépaisseur contante sans employer des dispositifs auxiliaires particuliers. I1 est vrai qu'au moyen d'écrans appropriés placés sur le parcours du jet de vapeur on peut obtenir une distribution plus uniforme du condensat sur une calotte rotative.De mOrne, le placement excentré de la source de vapeur, par exemple sous le bord de la calotte donne une meilleure caractéristique de distribution que le placement de la source de vapeur sur l'axe de rotation de la calotte. gals les deux dispositions précitées ont en commun l'inconvénient important suivant : mtme avec un débit de vaporisation de la sour- ce qui est constant dans le temps, la couche déposée ne crott pas avec une vitesse constante sur son support, et cette vitesse subit au contraire des variations périodiques correspondant à la vitesse de rotation de la calotte. Dans la métallurgie sous vide, on sait déja faire tourner un creuset de fusion autour de son axe vertical, pour atteindre certains objectifs métallurgiques (par exemple éliminer les scories sur la surface du bain fondu). Dans la technique de vaporisation sous vide, on a déjà employé des supports en forme de gouttière annulaire qui peuvent tourner autour d'un axe vertical, pour faire fondre et vaporiser les matières de dépôt au mayen d'un jet dTé lectrons, cette rotation ayant pour but d'amender lentement et con- tinuellement dans le jet électronique le produit à recouvrir. La présente invention utilise également un rdservoir de fusion rotatif, mais d'une autre façon et pour résoudre un autre problème. Cette invention a pour but de créer une méthode pour déposer par vaporisation des couches minces sur des supports au moyen dTune installation de vaporisation sous vide et dtun creuset de vaporisation qui peut tourner autour d'un axe vertical pendant le dépt, cette méthode permettant d'influer de façon désirée sur la distribution de la matière de dépit sur le support. La méthode de la présente invention est caractérisée en ce que la distribution de la matière de dépôt sur le ou les supports est réglée par le choix de la vitesse de rotation du creuset de vaporisation. Un avantage particulier de cette méthode consiste en ce qu'on peut régler la caractéristique de distribution pendant le dépôt par vaporitation, å l'inverse de ce qui se produit avec toutes les dispositions connues poursuivant le mme but, emploi de diaphragmes par exemple, dans lesquelles la caractéristique de distribution est déterminée exclusivement par la disposition géromé trique de la source de vapeur et des supports, donc également par ces valeurs. On montrera maintenant plus complètement comment on peut appliquer la présente invention, en décrivant un exemple et en se référant aux figures jointes. La fig. 1 représente schématiquement une installation de dé pôt par vaporisation sous vide destinée à appliquer la méthode de la présente invention, et comportant dans un récipient un-creuset de vaporisation qui est rotatif et un dispositif de tenue en forme de calotte pour les supports qui doivent recevoir les couches. La matière 4 qui est contenue dans le creuset 1 pouvant tourner rapidement autour de son axe vertical, est amenée à la fusion et à la vaporisation par un jet électronique 2 produit par le canon électronique 3. Sous lteffet de la rotation, la matière fondue prend une surface de vaporisation qui a une forme parabolique et dont le rayon de courbure r au sommet dépend de la vitesse de rotation or . On a la relation suivante r - g /çJ2 2 dans laquelle g - accélération terrestre et tJ vitesse angulaire de rotation. On voit que le rayon de courbure au sommet est indépendant de la nature de la matière fondue. Ainsi qu'on Ita constaté, la distribution du condensat dépend fortement du rayon de courbure de la surface de vaporisation pour une disposition donnée de la source de vapeur et des supports, et lton peut par suite agir sur cette distribution par la vitesse de rotation du creuset et, ce qui est souvent important, indépendem- ment de la nature de la matière de vaporisation. Quand on emploie une calotte sphérique comme support des substrats, on obtient une modification importante de la distribution du condensat, comparativement à celle dlun creuset au repos, quand le nombre de tours par seconde est supérieur à 6j R étant le rayon de courbure en cm de la surface sur laquelle les substrats sont placés.On obtient le maximum d'uniformité de la distribution du- condensat avec une vitesse angulaire 450 dans le - cas où le centre de courbure Z de la calotte coricide avec celui de la sphère qui est tangente à la surface parabolique du bain de fusion au sommet de cette dernière surface (sphère du sommet). Pour diverses raisons, principalement parce que la surface du bain fondu est parabolique au lieu d'être sphérique, et de plus sous l'effet des chocs entre les atomes et molécules de vapeur, il est impossible mgme dans ce cas d'obtenir une distribution parfaitement uniforme, mais on obtient une amélioration importante comparativement à un creuset au repos. La présente invention ne se limite pourtant pas & l'obtention d'une distribution uniforme. On peut choisir une vitesse de rotation ou supérieure à wo, pour obtenir une densité d du jet de va peur qui croit de l'intérieur vers l'extérieur, gce gr ce A quoi on obtient sur un substrat en forme de calotte une épaisseur de couche qui croit également de l'intérieur vers ltextérieur. Cette situation est indiquée par la courbe 14 sur le graphique de la fig; 2. Au contraire, avec une vitesse angulaire # Si les substrats sont placés sur un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du creuset, au lieu autre placés sur unesurfa- ce sphérique, on obtient évidement une autre courbe de distribution du condensat; mais dans ce cas également, on peut modifier d'une façon désire cette distribution, en agissant sur la vitesse de rotation du creuset. Pour compenser l'éloignement plus grand des sones périphériques du plan des substrats, il faut simplement veiller à ce que la densité du jet de vapeur croisse de façon contenable vers l'extérieur (voir la courbe 14). L'installation de vaporisation sous vide représentée sur la fig. 1 est d'un type déjà connu, si l'on ne tient pas compte de l'installation d'un creuset de vaporisation rotatif. Outre les or~ ganes déjà mentionnds, on a également indiqué de façon schémstique: - un dispositif 6 pour produire un champ magnétique servant à dévier le jet d'électrons du canon 3 vers le creuset; - le récipient 7 dans lequel on peut faire le vide et dont le fond est traversé de façon étanche au vide par l'arbre faisant tourner le creuset; - un dispositif e servant & amener et i évacuer un fluide refroidisseur si l'on emploie un creuset refroidi. Un exemple de réalisation constructive d'un creuset de fusion rotatif et pouvant Autre refroidi a été déjà été décrit. Enfin la fig. 1 montre encore le moteur 9 qui entrain le creuset en rotation. I1 faut encore remarquer que, si l'on veut obtenir la distri; but ion la plus uniforme possible, il faut choisir le diamètre de creuset et la vitesse de rotation de façon que l'angle r que fait sur la fig. 1 la normale à la surface du bain de fusion sur le bord de ce bain avec l'axe de rotation soit supérieur à l'angle que fait l'axe de rotation avec le rayon allant du centre de courbure Z au bord de la calotte de dépôt. La fig. 3 montre comment, dans une installation de dépit par vaporisation conforme à la fig. 1, on peut installer des instruments de mesure du débit ou de la densité de vapeur, 10 et 11, pour contrdler l'exécution de la méthode de la présente invention. Ces instruments de mesure permettent de déterminer la densité du jet de vapeur dans la direction de l'axe de rotation et suivant un anglet, et de régler cette densité & des valeurs prédéterminées par un choix convenable de la vitesse de rotation du creuset, par exemple à une valeur fixe, ce qui correspondrait à la courbe 12 de la fig. 2, ou bien si on le désire t plusieurs valeurs différentes correspondant aux courbes 13 et 14 de la fig. 2. Comme la fig. 3 l'indique, les signaux de mesure émis par les deux instruments de mesure 10 et 11 sont envoyés à un amplificateur et comparateur 15, et le montage adopté doit permettre de lire sur un instrument 16 la différence existant entre les deux densités du jet de vapeur. L'appareil 15 peut évidemment Outre conformé également comme un am pMficateur automatique de réglage qui commande de façon appropriée la marche du moteur 9. La possibilité de régler le jet de vapeur partant du creuset de façon que sa densité augmente vers 11 extérieur permet d'adopter une distance plus faible entre le creuset et les supports des substtats, et par suite de réduire la hauteur d'encombrement de l'installation de dépit par vaporisation sous vide, ce qui permet d'obtenir des économies importantes de prix REVENDICATIONS 1) Méthode de dépôt de couches par vaporisation sur des substrats au moyen d'une installation de dép8t par vaporisation sous vide et à l'aide d'un creuset de vaporisation qui peut tourner autour dlun axe vertical pendant le ddptt, cette méthode étant caractérisée en ce que la distribution de la matière de revetement sur le ou les substrats est réglée au moyen de la vitesse de rotation du creuset de vaporisation. 2) Méthode conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre de tours par seconde est supérieur à 6 / , R etant le rayon de courbure en cm de la surface sur laquelle les substrats sont installés. 3) Méthode conforme & la revendication 1, dont llapplication utilise une installation de dépit par vaporisation sous vide comportant une calotte sphérique comme support des substrats et un creuset de vaporisation rotatif dont l'axe decrotation eofncide avec la verticale passant par le centre de courbure de la calotte sphérique, cette méthode étant caractérisée en ce que la vitesse de rotation du creuset de vaporisation pendant le dépit est choisie de façon que le centre de la sphère qui est tagente à la surface parabolique de la matière fondue dans le creuset de vaporisa- tion au sommet de cette surface, coincide avec le centre de courbure de la calotte. 4) Installation de dépôt par vaporisation sou vide appliquant la méthode de la revendication 1 et comportant dans un récipient un creuset de vaporisation rotatif et un dispositif de tenue pour les substrats à recouvrir, cette installation étant caractérisée en ce qu'on prévoit dans le récipient des dispositifs pour mesurer la densité du flux de vapeur partant de la source de vapeur, suivant au moins deux directions différentes.