Brevet FR2257995A1 — publié le 19750808

L'invention concerne un appareil pour la pulvérisation cathodique, c'est-à-dire un appareil permettant de préparer des couches minces, le plus souvent hétérogènes par leurs constituants chimiques et/ou leurs propriétés physiques, par pulvérlsation cathodIque et/ou par sublîmation, effectues sous des vides pousses. Pour la pulvérisation cathodique, deux électrodes sont placées dans une enceinte contenant un gaz sous faible pression, le le champ électrique entre les électrodes produit des ions, ces ions bombardent la cathode, les particules émises par la cathode vont se condenser sur une paroi froide (le substrat) placée sur le trajet des particules entre cathode et anode. Pour oStenir des résultats corrects il faut impérativement assurer une sy-e'trie cylindrique rIgoureuse du plasma et éliminer tout effet de paroi et toute influence de nasse locale, et celà, pour chacune des différentes cathodes employees pour obtenir une couche mince hété rogène. L'emploi d'autant d'enceintes que de cathodes est évidemment prohibitif en matériel et temps. Dans l'état actuel de la technique connue, il est habituel de disposer les cathodes en barillet fixe d'axe. vertical, et d'amener le portesubstrat par rotation successivement sous et à l'aplomb de chaque cathode ; il en résulte, d'une part de graves inconvénients car les effets de paroi sont forts et dissymétricues, d'autre part de graves difficultés pour l'isolation électrique en haute fréquence du porte-substrat et pour son chauffage (par exemple 5000C) et son refroidissement (par exenple à l'azote liquidez. Ces inconvénients et difficultes ont été élimines par le brevet français 72.38.211 demandé le 27 Octobre 1972 at sa première addition 73.15.281 demandée le 27 Avril 1973, dus aux travaux des Demandeurs pour la présente invention les cathodes sont montées sur un barillet tournant autour d'un axe oblique et la cathode en service est dans l'axe vertical de l'enceinte.Toutefois, l'ap- pareil selon ledit brevet emploie une enceinte en verre Pyrex : les dimensions d'une telle enceinte sont de ce fait limitées et limitent les dimensions des électrodes, et d'autre part la résilience des Joints d'étanchéité sur les bords du verre est incompatible avec les susdits impératifs de précision, qutil faut assurer par des structures particulières, bien entendu énoncées par ledit bre- vet, mais que l'on peut considérer comme des sujétions à eviter si possible. En consequence, la présente invention a pour objet un appareil, répondant bien entendu aux mêmes buts et impératifs, mais admettant, des électrodes de plus grandes dimensiens et n'employant pas d'enceinte en verre Pyrex ce qui élimine les susdites sujétions. Succinctement l'appreil selon la présente invention comprend une enceinte métallique étanche au vide, généralement à symétrie de révolution autour d'un axe vertical, un cube tournant par l'un de ses axes quaternaires (axe passant par le centre de deux faces opposees) sur un axe horizontal intersectant ledit axe vertical, portant sur ses autres faces les cathodes, mettant la cathode de service en position horizontale basse centrée sur et perpendiculaire audit axe vertical, ledit cube étant étanche au vide, et un porte-substrat avec l'anode, placé selon ledit axe vertical en dessous de la cathode de service, réglable en orientation et en coulissement, éventuellement en inclinaison, par rapport audit axe vertical, le porte-substrat étant étanche au vide. Ainsi, la mise en place de l'anode de service ne demande qu'une rotation simple, et l'étanchéité du cube permet de régler sa pression Interne afin d'obtenir en haute fréquence le minimum du taux d'ondes stationneires, et avec une grande facilité de réalisation, parce que dans l'air ou presque, de l'alimentation haute fréquence et du refroidissement séparé de chaque cathode. L'étanchéité du porte-substrat assure les mêmes avantages pour l'anode : réglage de la pression pour le minimum du taux d'ondes stationnaires, facilité de réalisation de l'alimentation haute fréquence de l'anode et du chauffage et du refroldisserent du substrat. Bien entendu, l'appareil selon la présente invention peut être doté du dispositif de nettoyage des électrodes et du substrat en service, faisant l'objet de ladite addition 73.15.281. L'invention, et une exécution préférée de l'invention, seront decrltes e se référaht aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une coupe de la partie supérieure d'une exécution praferea de l'invention, coupe faite selon le plan vertical passant par ledit axe vertical général XX et ledit axe horizontal YY du cube et montrant la partie supérieure de enceinte et le porte cathodes' --la figure 2 est une coupe de la partie inférieure, à raccorder à la figure 1 en faisant concorder l'axe général XX et les amorces du contour des places, coupe montrant le porte-substrat et l'anode - la figure 3 est une coupe selon l'axe XX mais orthogonale à la figure 2, coutre montrant la partie médiane de enceinte et le système de coulissenent vertical du porte-substrat - la figure 4 est un détail de la figure 3, montrant l'adjonctIon d?u dispositif C'inclinaison sur l'axe XX du porte-substrat. L'enceinte métallique étanche est en plusieurs parties, constituées par soudage un dôme l (figure 1) une muraille verticale 3 avec les pàliersd'axe YY pour le cube porte cathode et avec (figure 3) deux hublots d'observation 5, et-une platine inférieure 7 avec le porte-substrat et ut. sas 9 (figure 2) ; ces parties sont généralement assemblées par brides et boulons ou vis de référence génerale 11 avec joints d'étanchéité au vide de référence générale 13.Le cube portecathodes 21 (figure 1) tourne autour de l'axe horizontal YY au moyen de deux paliers à rouleaux coniques 23 et 25'; le palier 23, pour le bout d'arbre 27 venant du cube 21, est coiffé d'un chapeau étanche 29 ; le palier 25, pour le gros bout d'arbre creux 31 venant du cube 21, est muni d'un flasoue 33 et d'un contre flasque 35 filetés et serrant un double joint 37 avec reprise centrale des fuites par un conduit souple 39.Le cube 21 est formé de deux faces (vues verticalement en coupe) portant les bouts d'arbre 27 et 31, et de quatre faces ( dont deux vues horizontalement en coupe) portant chacune-une cathode 41 montee sur isolateur 43, l'intérieur du cube 21 et du bout d' arbre 31 étant étanche au vide, par rapport à l'intérieur de l'enceinte, au moyen de joints d'étanché ité 13 ; le refroidissement des cathodes est assuré par des canalisations 45 passant dans le gros bout d'arbre creux 31 ; l'alimentation électrique de chaque cathode est assurée par un conducteur radial 47, puis un conducteur 49 pas sant -dans un tube isolant 51 parallèlement à l'axe YY dans l'arbre creux 31, avec sortie radiale hors - de l'enceinte par plot 53 ; un commutateur 55 met sous tension le plot 53 correspondant a la cathpde de service (celle en bas sur la figure 1) ; dans le plan de travail de celle-ei, un écran 57 répartit le champ électrique cathode-anode. Avec référence aux figures 2 et 3 : l'anode 61, de forme cylindrique d'axe XX, est montée, par une collerette isolante 63, sur une douille 65 ; le substrat 67 est porté par un plateau 69 et un tube 71, prolonge par un fourreau isolant 73 et un tube 75 ; le tube 75 est prolongé par un fourreau isolant 77 et un tube 79 tenus dans le bas de la douille 65 par-un anneau isolant 81 avec joint d'étanchéité 13. Dans le tube 79, passent deux conduits 83 et 85 pour le refroidissement du porte-substrat 87, un tube 89 pour son chauffage électrique, et un tube 91 pour son alimentation électrique. De la douille 65 part un soufflet métallique étanche au vide 93 allant à une collerette 95 fixée avec étanchéité en bas d'ur. chapeau 97 monté avec étanchéité sous la platine inférieure 7 de l'enceinte. Le tube 79 est solidaire d'une platine 99, coulissant (figure 3) par un palier à circulation de billes 101 sur un arbre vertical 103 solidaire de la platine in férieure 7 et mu en translation verticale par un écrou 105, avec rattrapage de jeu 107, sur un arbre fileté 109, vertical, tournant, dans un palier à rouleaux coniques 111 de la platine inférieure 7 3 et dans un palier à rouleaux coniques 113 d'une plaque 115 tenue par l'arbre 103, par deux pignons coniques 117 et un moteur électrique 119, avec (figure 2) deux contacts de fin de course 121. Avec référence à la figure 4 : elle comporte un dispositif permettant d'incliner sur l'axe XX l'ensemble à anode 61 et substrat 67 et comprenant un palier sphérique 123 et un soufflet 125, montés entre la douille 65 et le soufflet 98. REVENDICATION Appareil pour la pulvérisation cathodique, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte métalliqùe étanche au vide5 généralement à symétrie de révolution autour dtun axe vertical, un cube tournant par l'un de ses axes quaternaires sur un axe horizontal intersectant ledit axe vertical, portant sur ses autres faces les cathodes, mettant la cathode de service en position horizontale basse centrée sur et perpendiculaire audit axe vertical ledit cube étant étanche au vide, et un porte-substrat avec l'anode, placé selon ledit axe vertical en dessous de la cathode de service; réglable en orientation et en coulissement, éven- tuellement en inclinaison, par rapport audit axe vertical, le porte-substrat étant étanche au vide.