Brevet FR2380353A1 — publié le 19780908

La présente invention concerne les appareils utilisés pour réaliser le dépôt de couches minces sur des substrats et ce, à l'intérieur d'une enceinte de travail maintenue sous vide. lies appareils de ce genre comportent un ou plusieurs dispositif(s) de pulvérisation du produit à déposer de façon à projeter des particules de celui-ci en direction des substrats correspondants, eux-mêmes placés sur des supports anpropriés, en l'occurrence des calottes mobiles. Ces supports sont en général disposés sur la face interne du couvercle mobile de l'enceinte de travail de façon que les substrats traités puissent etre retirés après recouvrement pour être remplacés par d'autres. Bien entendu,le ou les dispositif(s) de pulvérisation sont également placés à l'intérieur de l'enceinte de travail.Ces dispositifs peuvent être avantageusement constitués par des dispositifs de pulvérisation cathodique, fonctionnant en courant à tension continue ou à haute fréquence, ou bien encoreà la façon d'un magnétron.par ailleurs, des dispositifs de pompage sont prévus pour réaliser un vide poussé puis une pression résiduelle d'argon à l'intérieur de l'enceinte de travail. Cependant, l'ouverture du couvercle de celle-ci,après traitement des substrats recouverts, a pour inconvénient d'obliger à effectuerànouveau un vide poussé avant traitement d'une nouvelle série de substrats. Par ailleurs, la mise à l'atmosphère des dispositifs émetteurs de particules pulvérisées a également pour inconvénient de provoquer une contamination néfaste de la surface d'émission de ceux-ci. C'est pourquoi, il a déjà été proposé de prévoir un obturateur étanche entre le support des substrats à traiter et le ou les dispositifs de pulvérisation des particules à déposer afin de pouvoir in leur ces derniers avant ouverture de l'enceinte de travail en vue du retrait des substrats qui viennent d'etre traités. I1 est ainsi possible de maintenir en permanence sous vide le ou les dispositif(s) de pulvérisation. Du reste, dans un tel cas, le groupe principal de pompage sous vide poussé peut être prévu du côté de ces dispositifs, une pompe de pré-vidage étant prévue du côté du support des substrats à recouvrir afin de permettre de réaliser un vide préalable dans la partie correspondante de l'enceinte de travail avant ouverture de l'obturateur de séparation. lies obturateurs étanches actuellement employés dans les appareils de ce genre. sont des vannes dites à tiroir. Cependant, les tiroirs des vannes de ce genre sont insuffisamment minces pour pouvoir constituer les obturateurs étanches susceptibles de convenir pour une telle application. De plus, si l'appareil comporte plusieurs dispositifs émetteurs et si ceux-ci sont étendus en surface, comme cela est le cas pour les dispositifs à pulvérisation cathodique, le tiroir d'obturation doit alors présenter de très grandes dimensions. Dans ces conditions, le corps de vanne forme lui-même une excroissance latérale très importante sur l'appareil, à moins de prévoir une vanne à tiroir pour chaque dispositif émetteur, ce qui complique alors l'appareil et le rend particulièrement onéreux. Par ailleurs, les vannes de ce genre ont l'onconvénient de nécessiter la présence de moyens de guidage et d'étanchéité pour le tiroir d t obturation. I1 est également nécessaire que le dispositif d'entraînement possède une puissance suffisante pour assurer la manoeuvre d'un tel tiroir dans un sens et dans l'autre, compte tenu des frottements dts aux organes d'étanchéité prévus. C'est pourquoi, la présente invention a pour but de réaliser un appareil du type rappelé précédemment, mais dans lequel la séparation du support des substrats à traiter d'une part, et du ou des dispositif (s) émetteurs de particules d'autre part, est réalisée par des moyens différents permettant d'éviter les inconvénients rappelés ci-dessus. A cet effet, cet appareil est essentiellement caractérisé en ce que le support des substrats et les dispositifs émetteurs par pulvérisation sont disposés dans deux compartiments distincts séparés par une cloison présentant seulement une ou plusieurs ouvertures en regard du ou des dispositifs de pulvérisation, ces ouvertures étant obturées par le papillon rotatif de fermeture d'une vanne à papillon. Ceci implique donc que ces ouvertures soient convenablement disposées pour pouvoir être obturées par les secteurs d'obturation d'un tel papillon et que ceux-ci puissent venir se placer en regard des parties pleines de la cloison de séparation lors de l'ouverture de la vanne. Cependant, d'autres particularités, et avantages de l'appareil selon l'invention apparaîtront au cours de la description suivante. Cette description est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif et sur lequel - La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un appareil de traitement selon l'invention - La figure 2 en est une vueen coupe selon la ligne II-II de la figure 1 - La figure 3 est une vue en coupe d'un détail de la cloison de sépa ration et de l'un des secteurs du papillon de fermeture. 'appareil selon l'invention comporte une enceinte de travail 1 fixée sur un châssis 2, une cloison horizontale 3 divisant l'espace intérieur de cette enceinte en deux compartiments respectifs 4 et 5. lie second de ceux-ci, qui est situé à la partie supérieure, renferme les supports des substrats à recouvrir. Ces supports sont portés par une calotte 6 elle-même fixée à l'intérieur du couvercle supérieur mobile 7 de l'enceinte de travail. Ceci permet d'ouvrir le compartiment supérieur de celle-ci pour avoir accès aux substrats afin de retirer ceux-ci après traitement pour les remplacer par d'autres. Etant donné que les supports des substrats ne presentent aucune particularité, ceux-ci ne sont pas représentés sur le dessin annexé. Quant au compartiment inférieur 4, il renferme les deux dispositifs de pulvérisation 8 de particules dont est équipé le présent appareil. Il s'agit de deux dispositifs de pulvérisation cathodique fonctionnanten courant à tension continue ou à tension haute fréquence, ou bien encore à la façon d'un magnétron. Chacun de ces dispositifs affecte extérieurement la forme générale d'un boîtier parallélépipédique dont l'une des grandes faces, en l'occu- rence la face supérieure 9, constitue la surface émettrice des particules pulvérisées à projeter. Conformément à une caractéristique essentielle du présent appareil, ces deux dispositifs de pulvérisation sont disposés en regard de deux ouvertures 10 prévues dans la cloison de séparation 3. Ces ouvertures peuvent présenter une forme similaire au contour extérieur des deux dispositifs émetteurs 8, un jeu relativement important étant prévu comme représenté à la figure 3. A ce sujet, il faut observer que le périmètre de la source de pulvérisation est toujours porté à une tension déterminée par rapport à la masse. Or, dans le cas présent , l'électrode de masse peut être tout simplement constituée par le bord de l'ouverture îG correspondante, prévue dans la cloison de séparation 3. Il faut également observer que la partie supérieure de chacun de ces dispositifs émetteurs est engagée partiellement dans l'ouverture 10 correspondante. Ainsi, la surface d'émission 9, qui est parallèle à la surface supérieure de la cloison de séparation 3, se trouve située à proximité immédiate de cette surface. Du reste elle peut éventuellement affleurer celle-ci. lies deux dispositifs émetteurs 8 et les ouvertures correspondantes 10 de la cloison de séparation 3 sont convenablement disposées pour que ces dernières puissent être obturées par les deux secteurs d'obturation 11 du papillon de fermeture d'une vanne à papillon, un joint d'étanchéité 12 étant prévu sur la face correspondante de chacun de ces vecteurs. Ceux-ci sont disposés en regard de la face de la cloison de séparation 3 qui se trouve placée du côté du compartiment supérieur-5. Ces deux secteurs sont portés par un bras diamét-al 13, solidaire de l'arbre rotatif 14 de la vanne correspondante. Cet arbre traverse de façon étanche, la cloison de séparation 3, et il s'étend à travers le compartiment intérieur 4, dont il traverse également le fond.En effet le moteur d'entraînement 15 de cet arbre est disposé à l'extérieur de l'enceinte de tra vail, comme représenté à la figure 1. On peut également concevoir que le moteur a u-n renvoi d'angle de 900, ce qui est une disposition technologiquement intéressante. On peut aussi envisager de placer le moteur sous vide, à l'intérieur/du compartiment 4, ce qui éliminerait tout joint d'étanchéité tournant. A ce sujet, il convient de noter quele mécanisme d'entrainement du papillon de fermeture 17-14 de la vanne est apte à imprimer à l'axe rotatif de celui-ci un léger mouvement axial dans le sens de la fLèche F avant de l'entrainer en rotation, un mouvement axial inverse lui étant imprimé en fin de rotation. Ceci permet de décol ler les secteurs 'obturation 11 de la cloison de séparation 3 avant de les entraîner en rotation en évitant par là-même, le frottement des joints d'étanchéité 12 contre cette cloison, pendant la rotation des secteurs d'obturation. En fin de rotation, le mouvement axial inverse, imprimé à l'arbre 14, permet d'appliquer à nouveau les deux secteurs contre la cloison de séparation 3, afin d'assurer une fermeture étanche des ouvertures 10. lie présent appareil comporte un dispositif principal 16 de pompage sous vide bw ^hé sur une ouverture 17 de l'une des parois du compartiment inférieur 4 contenant les deux dispositifs émetteurs 8. Il s'agit d'une pompe cryogénique permettant de réaliser un vide très poussé à l'intérieur de l'enceinte de travail et de capter les molécules gazeuses en particulier d'air ou d'argon. Au lieu d'être située à l'extérieur de l'enceinte de travail, la pompe cryogénique 16 pourrait être placée à l'intérieur même du compartinent 4. En effet on dispose d'un espace suffisant à l'intérieur de ce compartiment, du fait même de l'utilisation d'une vanne à papillon, dont sel l'arbre rotatif traverse ce compartiment. En plus de cette pompe principale, l'appareil comporte une pompe secondaire de pré-vidage qui est branchée sur une ouverture 18 de l'une des parois du compartiment supérieur 5. Grâce à celleci, il est possible de procéder à un pré-vidage dans le compartiment 5 avant de mettre celui-ci en communication avec le compartiment inférieur 4. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, un jeu relativement important est prévu dans chaque ouverture 10 de la cloison de séparation 3 autour du dispositif émetteur correspondant 8. A travers ce jeu, on peut ainsi procéder au pompage voulu à l'intérieur du compartiment inférieur 4 etce, au moyen de la pompe cryogénique 17 branchée sur le compartiment inférieur ou disposée à l'intérieur de celui-ci. Grâce à la conception du présent appareil, il est possible d'isoler de façon étanche, le compartiment inférieur 4 avant d'ouvrir le compartiment supérieur 5 pour retirer les substrats qui viennent d'être recouverts. On peut ainsi maintenir sous vide pous sé les deux dispositifs émetteurs 8 puisque la pompe cryogénique 16 est branchée sur le compartiment inférieur 4 ou installée à l'intérieur de celui-ci. Après avoir refermé le couvercle 7 de l'appareil, on procède à un pré-vidage du compartiment supérieur 5 avant de le mettre en communication avec le compartiment inférieur. Ceci permet une economie appréciable d'énergie et un gain de temps important. La présence d'une cloison de séparation percée d'ouvertures correspondant seulement aux dispositifs émetteurs de particules, et l'utilisation d'une vanne à papillon en combinaison avec cette cloison permet d'obtenir de nombreux avantages par rapport aux appareils dans lesquels il est prévu un obturateur constitué par un tiroir coulissant ayant une section identique à celle de l'enceinte de travail. L'un de ces avantages réside dans la réduction considérable d'encombrement qui en résulte puisqu'en position d'ouverture les deux secteurs d'obturation 11 du papillon de la vanne rotative se trouvent simplement placés sur les parties pleines de la cloison de séparation 3, comme représenté à la figure 2 alors que dans le cas d'une vanne à tiroir coulissant, ce dernier vient en position d'ouverture faire saillie par toute sa surface en dehord de l'enceinte de travail. Un autre avantage consiste dans la réduction possible de puissance du moteur d'entraînement de l'obturateur de la vanne, avantage très important si le volume est lui-même sous vide, comme envisagé précdemment. En effet, il suffit d'une puissance très faible pour actionner le papillon rotatif de fermeture de celle-ci. Un autre avantage encore réside dans la simplification de la fabrication puisqu'il est inutile de prévoir des moyens de guidage particulièrement complexes, et que les organes d'étanchéité se réduisent à de simples joints prévus sur les faces de travail des deux secteurs d'obturation. Cependant, un autre avantage très important consiste en ce qu'il est possible de disposer les surfaces d'émission 9 des deux dispositifs de pulvérisotion 8 dans les ouvertures de la cloison de séparation. Ceci est rendu possible par le fait que le dispositif d'entraînement de la vanne, en l'occurrence son moteur 15, se trouve situé en dehors du compartiment 4 qui est simplement traversé par l'ar- bre rotatif 14. Bien entendu, cet avantage existe également si le moteur dtentraînement est placé sous vide à l'intérieur du compartiment 4. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, le présent appareil peut être utilisé pour réaliser, sous vide, le dépôt de couches minces sur des substrats, par exemple dans les domaines suivants - dépôt d'aluminium sur les transistors et les circuits intégrés pour en constituer les conducteurs, - dépôt d'alliages complexes au lieu d'aluminium pour les mêmes ap plications, - dépôt de verre sur ces mêmes transistors ou circuits intégras pour constituer des couches électriquement isolantes, - dépôt de couches complexes pour la fabrication de cellules solai res ou photo-sensibles, - dépôt de couches complexes optiques pour l'amélioration des sys tèmes optiques, - dépôt de couche durcissement superficiel pour les lentilles cor rectives ou non en matière plastique pour la lunetterie. REVENDICA?IONS 1 - Appareil pour le dépôt sous vide de couches minces sur des substrats, comportant une enceinte de travail renfermant le support de ceux-ci ainsi qu'un ou plusieurs dispositifs de pulvérisation des particules à projeter, caractérisé en ce que ce support et ces dispositifs sont disposés dans deux comparti ments distincts séparés par une cloison présentant en regard de chacun des dispositifs de pulvérisation, une ouverture sus ceptible d'être obturée par l'un des secteurs d'obturation du papillon rotatif de fermeture d'une vanne à papillon, les dispo sitifs de pulvérisation et les ouvertures de la cloison de séparation étant disposés de façon que, lors de l'ouverture de la vanne, les secteurs d'obturation du papillon de celle-ci se trouvent placés contre des parties pleines de la cloison de séparation. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le papillon rotatif de la vanne est placé en regard de la face de la cloison de séparation tournée du coté du compartiment conte nant les supports des substrats à traiter, et les dispositifs de pulvérisation, qui consistent en des dispositifs électriques à pulvérisation cathodique, sont engagés partiellement dans les ouvertures de cette cloison de façon que leur surface d'émis sion soit située à proximité immédiate de la face considérée de cette cloison. 3 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mécanisme-de commande du papillon de fermeture de la vanne est apte à imprimer, à l'axe rotatif de celui-ci, un léger mouvement axial avant de l'entraîner en rotation, de façon à décoller ce papillon avant rotation, ce mécanisme lui imprimant ensuite un mouvement axial en sens inverse après achèvement de la rotation.