Brevet FR2429270A1 — publié le 19800118

La présente invention concerne les appareils employés pour réaliser, à l'intérieur d'une enceinte sous vide, le dépôt d'une couche mince sur un substrat ou ltérosion de la surface d'une pièce et ce, par pulvérisation de particules de la matière à déposer ou projection de particules d'érosion. Le dépôt de couches minces sous vide est utilisé notamment pour la réalisation de circuits intégrés. Jusqu'à une date relativement récente, les substrats employés consistaient en des disques de diamètre assez faible, de ltor- dre de 50 mm. Dans ces conditions, les appareils utilisés étaient conçus pour traiter simultanément une série de tels substrats, c'est-à-dire pour déposer simultanément sur ceux-ci une couche mince d'un métal déterminé, par exemple aluminium. Dans les appareils de ce genre, le transfert de la matière à déposer est réalisé, de plus en plus couramment, à partir d'une source constituée par un dispositif de pulvérisation cathodique, fonctionnant à tension continue, ou à tension haute fréquence, ou bien encore à la façon d'un magnetron. Dans ce dernier cas, l'émission des particules pulvérisées ne s'effectue pas de façon régulière sur la totalité de la surface de la source considérée. En effet, du fait même de la nature de cette source, ces particules sont émises à partir d'une zone localisée qui affecte, dans les réalisations les plus courantes, la forme d'un anneau, de forme allongée. Lorsque les surfaces à traiter sont disposées à une distance relativement importante, ceci est sans influence déterminante sur l'uniformité d'épaisseur de la couche de la matière déposée. Par contre, lorsque la pulvérisation se fait à distance réduite, comme cela est le cas dans les appareils modernes de ce genre, il n'en n'est pas de même. En effet, on observe une inégalité de la couche déposée et ce, en fonction de la position des surfaces traitées par rapport à la zone annulaire d'émission. Pour essayer de remédier à cet inconvénient, on a proposé de placer les substrats à traiter sur un plateau mobile animé d'un mouvement de translation constante en regard de la source d'émission et ce, dans le sens transversal par rapport à la zone annulaire d'émission, afin que les substrats défilent en regard des différentes parties de cette source. Ceci a pour inconvénitnt qu'une partie de la matière pulvérisée est perdue, en début et en fin de déposition, pendant le temps où le substrat n'est pas encore engagé sous la zone annulaire d'émission, et pendant le temps où il quitte cette zone. Or, le prix de revient des sources d'émission est extrêmement onéreux.Leur durée de vie est limitée, car leur émission s'épuise. Et,dun point de vue économique, ce qui compte est le nombre de substrats pouvant être recouverts pendant la durée de vie d'une source d'émission. Toujours dans le même but d'éviter une inégalité de la couche déposée, on a également proposé d'utiliser une source d'émission ayant une longueur plus grande que celle du plateau mobile des substrats afin que les deux boucles ex trimes dela zone annulaire d'émission soient en quelque sorte neutralisées en étant situées en dehors de l'emplacement de défilement de ces substrats. Mais ceci oblige à utiliser des sources d'émission de surface inutilement trop importantes. Or, comme nous l'avons déjà signalé, le prix de revient de telles sources d'émission est extrêmement onéreux. Cependant, malgré ces diverses mesures, il n'est pas possible d'obtenir une constance réelle de l'épaisseur de la couche déposée. Enfin, il faut observer que les appareils actuels de ce genre conviennent mal dans le cas des substrats actuellement employés ou envisagée très prochainement, car ceux-ci ont un diamètre beaucoup plus grand que par le passé. En effet, le diamètre de ces substrats peut maintenant atteindre 150 na, voire 200 mm prochainement, de sorte qu'il est préférable de les traiter un à un, et non plus par groupe. Or, on retrouve sensiblement le meme problème dans les appareils destinés à assurer une érosion de surface sur des substrats, notamment un décapage préliminaire sur des substrats devant recevoir une couche de métallisation. En effet là encore, les sources de projection ne permettent pas d'obtenir une uniformité parfaite des quantités de particules projetées pour l'érosion, et par ailleurs, il n'est plus possible de traiter par groupe des substrats ayant les dimensions actuellement adoptées. C'est pourquoi la présente invention a pour but de réaliser un appareil de dépôt sous vide, ou d'érosion sous vide, destiné à traiter individuel luxent chaque substrat ou pièce à usiner et ce, en réalisant une uniformité aussi parfaite que possible de ce traitement sur toute la surface du substrat, en effectuant celui-ci dans un temps minimum, le substrat ne séjourant plus hors de la zone de traitement comme précédemment. Cependant, cet appareil est également conçu de façon à réduire au minimum les pertes de matière dans le cas du dépôt d'une couche mince. A cet effet, cet appareil est essentiellement caractérisé en ce que le support destiné à recevoir la pièce à traiter consiste en un chariot pourvu de moyens pour le Montage rotatif de celle-ci sur elle-#me, cependant qu'il est par ailleurs prévu : - d'une part, des moyens d'entratnement en rotation de la pièce à traiter, à vitesse constante, pendant son déplacement à l'intérieur de l'enceinte de traitement; - d'autre part, des moyens d'entrainement de ce chariot aptes à le faire avancer pas å pas devant la source d'émission de particules ou à lui imprimer un mouvement continu mais de vitesse variable;; - des moyens de commande permettant, dans le premier cas, de faire varier à vo ponté la durée de stationnement du chariot dans chacune de ces positions successives et dans le second cas, de faire varier la vitesse de déplacement du chariot au cours de son passage en regard de la source d'émission. Ainsi, il est possible de combiner les deux mouvements impartis à la pièce à traiter de façon à obtenir une uniformité de l'importance du traitement réalisé et ce, sur toute la surface de cette pièce, tout en utilisant une source d'émission ayant une longueur normale, c'est-à-dire sensiblement égale au diamètre de la pièce à traiter. Il est de plus prévu des moyens de chargement et de déchargement des moyens de de la pièce à traiter, ainsi que/son maintien on place sur le chariot. Dans une forme de réalisation avantageuse, les moyens de guidage et d'entratnement du chariot mobile sont tels que la pièce à traiter se trouve maintenue dans une position verticale durant son déplacement à l'intérieur de l'enceinte de traitement, et il est prévu, en regard de la trajéctoire de ce chariot, successivement une tête de projection de particules d'érosion ou de décapage, et une source de pulvérisation d'une matière à déposer en couche mince , les surfaces de projection et de pulvérisation de ces deux dispositifs étant elles-mêmes disposées verticalement. Le présent appareil a l'avantage de pouvoir être entièrement automatisé et de pouvoir être intégré dans une chaîne de traitement automatique de substrats, par exemple des substrats devant recevoir des couches minces de métallisation pour circuits intégrés. Cependant d'autres particularités et avantages de cet appareil apparaitront au cours de la description suivante. Celle-ci est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur lequel La figure 1 est une vue d'une chaîne de traitement de substrats, laquelle com- porte trois appareils de traitement selon l'invention La figure 2 est une vue partie en coupe et partie en élévation selon la ligne II Il de la figure 1 La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 La figure 4 est une vue schématique en perspective des principaux organes pré vus dans cet appareil ; ; La figure 5 est une vue en élévation du chariot portant la pièce à traiter ainsi que les moyens respectivement prévus pour assurer le déplacement de ce chariot et 1 'entraînement en rotation de la pièce en cours de traitement La figure 6 est une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 3 Les figures 7 et 8 sont des vues schématiques illustrant le mode de dépôt d'une couche mince dans deux positions particulières différentes du cha riot portant le substrat correspondant. Comme indiqué ci-dessus, la figure 1 représente l'ensemble d'une chaîne de traitement destinée à assurer, de façon automatique, le dépôt d'une couche mince en métal sur des substrats pour réaliser des circuits intégrés susceptibles d'être employés à titre de composants électroniques. Cette chaîne comprend en réalité trois lignes parallèles de traitement désignées par les références générales la, lb et 1c. Les substrats à traiter sont disposés dans des cassettes 2a, 2b et 2c à l'extrémité amont de la chaîne de traitement et à la sortie de celle-ci, ils sont à nouveau groupés dans d'autres cassettes 3a, 3b et 3c facilitant leur manutention ultérieure.Ces substrats qui affectent la forme de disques, par exemple en silicium, ayant un diamètre de l'ordre de 100 - ou plus, sont empilés les uns au-dessus des autres dans les cassettes de manutention. Cependant, à l'extrémité amont de la chaîne de traitement, ils sont prélevés un à un de la cassette correspondante pour être traités les uns à la suite des autres dans chaque ligne de traitement la, lb et lc. En premier lieu, ils subissent un lavage dans un poste de lavage 4, suivi de séchage, puis ils sont pris en charge par trois convoyeurs s'étendant sur toute la chaîne de traitement, jusqu'à l'extrémité aval de celle-ci. En fin de trajet, avant réempilement dans les cassettes, ils subissent un traitement de frittage. Cependant, en cours de trajet, chaque substrat est prélevé automatiquement de la ligne correspondante pour être transféré dans un appa reil de traitement selon l'invention, afin de recevoir une couche mince de métallisation. A cet effet, il est donc prévu trois appareils de traitement, désignés par les références générales Sa, 5b et 5c, et dont l'un est représenté plus en détail sur les figures 2 à 7.Chacun de ces appareils comporte une partie 6 s'étendant au-dessus de la ligne de traitement correspondante, et qui est équipé de moyens aptes à prélever chacun des substrats 7 circulant sur celle-ci afin de lestransférer à l'intérieur de l'appareil de traitement correspondant. Celui-ci comporte une enceinte de traitement 8 à l'intérieur de laquelle un vide poussé peut être réalisé au moyen d'un appareillage approprié 9. Cette enceinte est précédée d'une autre enceinte 10 de moindres dimensions, qui constitue un sas destiné à éviter des déperditions vers l'extérieur. Ce sas est également mis sous vide grâce à un appareillage approprié il. Une porte 12 sépare l'enceinte de traitement 8 du sas 10, cependant que ce dernier est normalement isolé de l'extérieur par, une porte 13. A l'intérieur de l'enceinte de traitement, il est prévu une source d'émission de particules de la matière à projeter. Cette source est constituée par un dispositif de pulvérisation 14 fonctionnant à la façon d'un magnétron. La surface d'émission de ce dispositif est disposée verticalement et parallèlement au plan longitudinal médian XY de l'appareil. De la façon habituelle, cette surface comporte une zone d'émission 15 affectant l'aspect d'un anneau de forme allongée. Les deux banches de cet anneau sont disposées verticalement et ses extrémité sont situées respectivement dans le bas et dans le haut comme représenté aux figures 2 et 40 Entre la porte d'entrée 12 de l'enceinte de traitement et la source d'émissif 15, il est prévu une tête 16 de projection de particules de décapage ou d'érosion. Cette tête comporte une série de petits canons à ions 7, par exemple 400 canons de 2mm de diamètre chaque, pour une tête de 100mm de diamètre, projetant vers la pince à traiter des ions, couramment argon ou kryton, extraits d'une source dtions dite de "XAEFNANU". Les ions qui ont un effet d'érosion très similaire toutes proportions gardées, à celui du sable dans une sableuse, ont une énergie réglable entre 200 et 1.000 volts, ou plus. Ces ions sont neutralisables ce qui les rend aptes à l'érosion d'isolants et de semi- conducteurs, aussi bien que de matériaux conducteurs de l'électricité. La surface de projection de la tête 16 est disposée de la même façon que la surface démission de la source 14, c'est-à-dire verticalement et parallèlement au plan longitudinal XY de l'appareil. Celui-ci comporte par ailleurs, un chariot 18 portant deux montants 19 pourvus de galets 20 entre lesquels est disposée une couronne rotative 21 destinée à servir de support au substrat 7 à traiter. Cette couronne présente un épaulement intérieur 22 contre lequel s'appuie ce substrat maintenu en place par un bras vertical amovible 23 dont l'extrémité inférieure est engagée dans un logement 24 prévu dans le chariot 18. Quant à l'extrémité supérieure de ce bras, elle porte, un doigt 25 dont l'extrémité est au contact du centre de la face du substrat 7 opposée à sa face 26 qui doit recevoir une couche mince de métallisation. Du fait de l'agencement prévu, ce substrat se trouve disposé dans un plan vertical parallèle au plan longitudinal XY. Or, le chariot 18 est destiné à se déplacer selon ce plan, entre un poste de chargement 27 situé près des convoyeurs de l'installation, et une position extrême opposée, située dans le fond de l'enceinte de traitement 8.A ce sujet, il convient de noter que la source d'émission 14 et la tête de projection 16 se trouvent décalées par rapport a la trajectoire du chariot 13, de façon que celui-ci puisse défiler devant, la face 26 du substrat étant disposée en regard de celles-cir En regard du poste 27 de chargement du chariot, il est prévu un plateau horizontal 28 monté basculant autour de deux tourillons 29 de façon à pouvoir être amené dans une position verticale. Un bras de manutention 30 assure le prelèvement de chaque substrat sur le convoyeur correspondant, en l'occurrence le convoyeur la dans le cas dé l'appareil Sa. Ce bras, qui comporte une ventouse ou un organe suceur, est apte à transférer ce substrat sur le plateau 28, après quoi une série de poussoirs radiaux 31 amènent ce substrat dans une position précise de transfert. Ensuite. ce plateau est amené & basculer dans une position verticale et le substrat 7 porté par lui est transféré par translation dans la couronne rotative 21 portée par le chariot 18. Dès que le substrat est en place, le bras amovible de retenue 23 est lui-même mis en place par des moyens de commande appropriés. Le chariot 18 est disposé sur un chemin horizontal de roulement s'étendant selon le plan XY et qui est constitué par une série de pignons ou de trains de pignons 32. Ces pignons sont entraînés en rotation par des moyens mécaniques non représentés, et ils sont susceptibles d'engrèner avec deux crémaillères 33 prévues sur le caté inférieur du chariot 18. A l'intérieur de l'enceinte de traitement 8, il est prévu des moyens susceptibles d'assurer l'entraînement en rotation du substrat 7 à traiter et ce, pendant qu'il se trouve par ailleurs animé d'un mouvement de translation en regard de la tête de projection 16 et de la source d'émission 14. Dans l'exemple représenté, ces moyens d'entraînement en rotation consistent en un câble 34 passant à ses extrémités sur des poulies 35 dont l'une au moins est motrice. Ce câble est tendu au-dessus de la trajectoire impartie au chariot 18, et il est disposé de façon que son brin inférieur vienne au contact de la périphérie de la couronne rotative 21, portée par le chariot 18 dès que celui-ci parvient au-dessous du câble 34.Dans ces conditions, cette couronne et le substrat 7 porté par elle se trouvent entraînés en rotation sur eux-mêmes dans le sens de la flèche F1 (voir figure 5). A ce sujet, il convient de noter que la rotation de ce substrat s'effectue à vitesse constante pendant toute l'opé- ration de traitement. Par contre, l'avancement du chariot 18 s'effectue à vitesse variable ou pas à pas, avec des durées différentes de stationnement dans chaque position, de façon que la combinaison du mouvement particulier de translation ainsi con féré au chariot et du mouvement de rotation uniforme du substrat sur lui-même permette d'obtenir une uniformité à peu près constante du traitement réalisé sur le substrat, c'est-à-dire, dans le cas du dépôt d'une couche mince, une régularité d'épaisseur de cette couche sur toute la surface traitée. A cet effet, dans le cas d'un mouvement d'avancement pas à pas, des moyens de commande appropriés permettent de faire varier à volonté la durée de stationnement du chariot dans chacune des positions successives.Ceci permet effectivement d'obtenir une régularité de la couche déposée en compensant en quelque sorte les inégalités d'importance du dépôt réalisé dans chacune des positions successives du chariot. Ce résultat peut s'expliquer aisément en se référant par exemple aux deux positions particulières illustrées aux figures 7 et 8h La première de celles-ci représente le chariot alors qu'il vient de parvenir en regard de la source d'émission 14 qui peut être assimilée à une source de forme rectangulaire. On constate que dans cette position, seule la zone périphérique du substrat 7 reçoit des particules pulvérisées, cette zone défilant dans toute sa totalité en regard de la source d'émission du fait du mouvement rotatif du substrat sur lui-même. Quant à la figure 8, elle représente le chariot alors que celui-ci est parvenu dans une position pour laquelle le centre du substrat se trouve placé en regard de la source d'émission 14. Dans cette position, la totalité de la surface du substrat 7 reçoit des particules pulvérisées. Toutefois, l'épaisseur de la couche déposée est beaucoup plus importante au centre qu'à la périphérie, en raison des différences de la vitesse linéaire des différentes parties de la surface du substrat, suivant- leur distance par rapport au centre. Bien entendu, dans les positions intermédiaires, on observe également des différences d'épaisseur des couches déposées. Dans ces conditions, en faisant varier la durée de stationnement du chariot dans chacune de ses positions, on peut finalement obtenir une quasi uniformité de l'épaisseur de la couche déposée, la vitesse de rotation du substrat restant uniforme pendant toute cette opération. A ce sujet, il convient de noter que la vitesse de rotation du substrat doit être notablement plus élevée que la vitesse globale d'avancement du chariot. Ainsi pour procéder au dépôt d'une couche ayant une épaisseur de lOoooAeJ la vitesse de rotation du substrat peut être par exemple de l'ordre de un tour à cinq tours par seconde, alors que le chariot peut effectuer pour sa part, un déplacement de 150 mm en une minute. Pour pouvoir faire varier à volonté la vitesse d'avancement du chariot et sa durée de stationnement dans chacune des positions successives, le présent appareil comprend un dispositif de commande pourvu d'une calculatrice comportant un microprocesseur qui permet d'intégrer les données désirées. Après achèvement du traitement, le chariot 18 revient en arrière dans sa position initiale. Le substrat traité est ensuite retiré par des moyens de manutention automatiques afin d'être remplacé par un nouveau substrat à traiter. Naturellement, les mouvements des divers organes mobiles de l'appareil sont coordonnés afin que notamment les deux portes 12 et 13 s 'ouvrent au moment voulu pour laisser passer le chariot. Le mouvement des convoyeurs des lignes de traitement est également coordonné à celui des organes mobiles des appareils de traitement. Ainsi qu'il a été indiqué, il est possible de prévoir, pour le chariot 18, un mouvement continu mais de vitesse variable au lieu d'un mouvement d'avancement pas à pas. Dans ce cas, un dispositif de commande approprié détermine la variation de vitesse du chariot pour obtenir le même résultat que précédemment. Eventuellement, cette variation de vitesse peut être assurée par une came de commande ayant un profil approprié. Dans l'un et l'autre cas, cette même combinaison de mouvement permet d'obtenir une attaque régulière de la surface du substrat par la tête de projection 16. Dans le cas présent, ce traitement a pour objet d'assurer un décapage préalable de cette surface avant le dépôt d'une couche mince de métallisation. Il est possible de prévoir un système de mesure de l'épaisseur de la couche déposée après achèvement du traitement et ce, par exemple au moyen d'une sonde sans contact. Ce système de mesure peut être connecté avec le dispositif de commande du mouvement d'avancement du chariot afin de corriger les caracté ristiques de celui-ci dans le cas où une régularité suffisante d'épaisseur n'est pas obtenue et ce pour obtenir une meilleure régularité pour le substrat suivant. De plus, le dispositif de commande permet de corriger, en cas de besoin, les caractéristiques du mouvement du chariot en fonction des différences de quantité des particules pulvérisées par la source d'émission 14 au fur et à mesure de la durée d'utilisation de celle-ci. En effet, il est bien connu qu'il se produit de telles variations dans le temps et que ces variations sont tout å fait incertaines. Comme déjà indiqué, le principal avantage de l'appareil selon l'invention est de permettre une uniformité parfaite du traitement réalisé, tout en traitant les substrats un à un, et non pas par groupe comme cela pouvait être jadis le cas pour des substrats de dimensions plus faibles. Un autre avantage est de pouvoir déposer plus rapidement ou éroder plus rapidement, que dans les systèmes à défilement constant, du fait que le substrat du début à la fin de l'opération est en traitement. Bien entendu, l'application de cet appareil n'est pas limitée au dépôt de couches minces de métallisation dans le but de réaliser des circuits intégrés. En effet, il est également possible d'utiliser cet appareil pour réaliser le dépôt de couches minces sur des sur faces optiques.Cependant, on peut aussi l'utiliser pour des traitements de décapage par projection d'un faisceau ionique, un tel traitement pouvant être appliqué pour la gravure mécanique de certaines pièces, notamment des substrats destinés à constituer des circuits intégrés. Il va de soi que le présent appareil n'est pas limité au seul exemple de réalisation qui a été décrit à simple titre indicatif0 Ainsi, les moyens d'entraînement en rotation de la pièce à traiter pourraient être remplacés par des moyens équivalents susceptibles de jouer le même rôle. Il pourrait en être de même pour les moyens d'entraînement en translation du chariot portant la pièce A traiter. D'autre part, il va de soi que cette pièce pourrait éventuellement être placée dans une position horizontale au lieu d'être maintenue dans une position verticale, comme cela est le cas dans l'exemple décrit pré cédexrent. Nais, encore une fois, de nombreuses autres variantes et foraines de réalisation peuvent être envisagées. REVENDICATIONS 1. Appareil pour réaliser, dans une enceinte sous vide, le dépôt d'une couche mince sur un substrat ou l'érosion de la surface d'une pièce et ce, par pulvérisation de particules de la matière à déposer, ou projection de particules érosion, la pièce à traiter étant placée sur un suppo#rt mobile défilai t en regard de la source d'émission de particules, caractérisé en ce que ce support consiste en un chariot pourvu de moyens pour le montage rotatif de la pièce à traiter, cependant qu'il est par ailleurs prévu - d'une part, des morens d'entraînement en rotation de la pièce à traiter, seilsiblement à vitesse Aonstente, pendant son déplacement à l'intérieur de l'enceinte de traitement ;; - d'autre part, des moyens d'entraînement de ce chariot, aptes à le faire avancer pas à pas devant la source d'émission de particules ou à lui impri mer un mouvement continu mais de vitesse variable ; - des moyens de commande permettant, dans le premier cas, de faire varier à volonté la durée de stationnement du chariot dans chacune de ses positions successives et, dans le second cas, de faire varier la vitesse de déplacement du chariot au cours de son passage en regard de la source d'émission. 2. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chariot est placé sur une série de pignons d'entraînement engrènant avec une crémaillère prévue sur celui-ci, le chemin de roulement forme par ces pignons s'étendant depuis le poste de chargement du chariot, en dehors de ltenceinte de traitement, jusqu'à une position extrême opposée, située dans le fond de cette enceinte. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le chariot porte une couronne montée rotative dans un plan vertical entre des galets de guidage, et qui est destinée à servir de support à la pièce à traiter. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la CQa- ronne montée rotative sur le chariot présente un épaulement interne destiné à servir de surface d'appui pour la pièce à traiter qui est maintenue en place par un bras de retenue prenant appui contre le centre de sa face opposée. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'entratnement en rotation de la couronne rotative est assuré par un câble ou élément similaire fermé sur lui-même et passant à ses extrémités sur des poulies de renvoi dont l'une au moins est motrice, ce c le ou similaire étant disposé de façon que l'un de ses brins vienne en contact avec la couronne rotative du chariot pour l'entraîner en rotation. 6. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en regard du poste de chargement du chariot, il est prévu un plateau horizontal destiné à recevoir une pièce à traiter et qui est montée basculant pour pouvoir être amené dans une position verticale permettant le transfert de cette pièce sur le chariot. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plateau basculant comporte, autour de l'emplacement prévu pour la pièce à traiter, une série de poussoirs radiaux aptes à assurer un positionnement précis de cette pièce sur ce plateau avant son transfert sur le chariot. 8. Appareil selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les pièces à traiter étant acteminées une à une sur un convoyeur dont l'axe de déplacement est disposé à angle droit de l'axe de déplacement nièce du chariot, le prelèvement de chaque est assuré par un bras de manutention apte à transférer un telle pièce sur le plateau basculant prévu en regard du poste de chargement du chariot.