Brevet FR2496126A1 — publié le 19820618

i La présente invention concerne un dispositif cathodique pour installations de pulvérisation cathodique, comprenant une plaque cible en matériau à pulvériser, un système magnétique situé derrière la plaque cible, avec des pôles opposés dont la position par rapport à la plaque cible est telle qu'une partie au moins des lignes de champ partant des pôles sort de la plaque cible puis y pénètre de nouveau, ainsi qu'un dispositif de réglage faisant varier la position relative du système magnétique et de la plaque cible. Un tel dispositif cathodique est décrit par la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 27 35 525. Cette dernière indique que selon les règles de l'art antérieur, la position relative du système magnétique et de la plaque cible varie constamment, par suite d'un mouvement constant du système magnétique, afin de régulariser la consommation de la plaque cible (page 5, alinéa 2). Dans le dispositif connu, le système magnétique est dépla- cé parallèlement à la plus grande surface de la plaque cible, compte tenu de l'objectif particulier. Ce mouvement ne compense toutefois pas l'influence sur la pulvérisation résultant du fait que la consom-. mation du matériau de la cible fait varier progressivement, mais continûment la distance de la surface de la cible au tracé moyen des lignes de champ magnétique. Cette variation produit une modification continue des conditions de pulvérisation et par suite des propriétés des couches déposées. On a par suite observé que la tension de pulvé- risation, en l'absence d'interventions extérieures, diminue au fur et à mesure de la consommation de la plaque cible. Cet effet peut s'ex- pliquer comme suit: la surface restante de la cible pénètre progres- sivement dans une zone d'intensité plus grande du champ magnétique, de sorte que les électrons peuvent s'échapper plus difficilement du piège formé par le champ magnétique, ce qui produit une réduction de l'impédance du plasma ou une densité plus élevée des porteurs de charge. Une régulation à tension constante ne suffit toutefois pas a elle seule, car le courant de décharge augmenterait, produisant une augmentation continue de laipuissance de décharge, phénomène éga- lement gênant. L'invention vise par suite à améliorer le dispositif cathodique 2 2496126 précédemment décrit, de façon à permettre de maintenir pratiquement constantes les conditions de pulvérisation, même pour une consomma- tion croissante de la plaque cible. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le sens de déplacement du dispositif de réglage est sensiblement perpendicu- laire à la plus grande surface de la plaque cible. Cela signifie pour le procédé de régulation selon l'invention que le système magnétique est déplacé dans le même sens que la surface restante de la plaque cible, au fur et à mesure de la consommation de cette der- nière. Pendant la pulvérisation, le matériau n'est pas arraché régu- lièrement sur toute la surface de la cible, c'est-à-dire sur la face antérieure en regard des substrats, mais sous forme d'un caisson annulaire fermé, décrit à de nombreuses reprises dans les publications. Le mouvement de recul du système magnétique s'effectue donc pour l'essentiel en fonction d'une valeur moyenne, correspondant à l'ex- traction moyenne du matériau de la cible, & partir de la face anté- rieure initiale. Cette valeur moyenne est produite automatiquement par une détermination de la tension de pulvérisation et une régulation de la distance entre le système magnétique et la plaque cible. La surface active de la plaque cible demeure ainsi toujours sensi- blement dans une zone de môme intensité du champ magnétique, de sorte que les paramètres de pulvérisation ne varient pratiquement pas. Ce comportement exerce une influence très favorable sur les propriétés des couches de nombreuses charges successives. Une meilleure utilisation du matériau de la cible est en outre possible, permettant ainsi une nouvelle réduction des coûts du procédé de dépôt. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une cathode rectangulaire suivant son plus grand plan de symétrie; et la figure 2 est une section à plus grande échelle, sensiblement dans le plan médian du dispositif selon figure 1. La figure 1 représente un dispositif cathodique 1, dont la plate-forme de référence fixe dans l'espace est constituée par une plaque support.2, à l'aide de laquelle le dispositif cathodique est fixé à l'intérieur de la chambre à vide non représentée d'une instal- lation de pulvérisation cathodique. Toutes les parties fonctionnelles importantes du dispositif cathodique sont fixées sur la plaque support 2. Ces pièces comprennent notamment un corps creux 3 en forme de cuve, réalisé dans un matériau amagnétique tel que du cuivre et relié de façon démontable à la plaque support 2. Le corps creux 3 comporte un fond 4, parallèle à la plaque support 2 et sur lequel est fixée la plaque cible 5 soumise à consommation. La plaque cible est réalisée dans un matériau qui est déposé, sous forme pure ou sous forme d'un composé avec un gaz de pulvérisation réactif ou dans une atmosphère inerte# sur les substrats non représentés, qui sont disposés en regard de la plaque cible 5. Les détails d'une telle installation de pulvérisa- tion cathodique font partie de l'art antérieur et leur description est par suite inutile. Le corps creux 3 contient un système magnétique 6, constitué par une plaque porte-aimants 7 parallèle à la plaque support 2 et par un groupe d'aimants permanents 8, fixés sur la plaque 7. La figure 2 illustre les détails. On voit que les aimants 8 sont disposés sur la face arrière de la plaque cible, avec alternance des pôles. Par suite de la position des aimants par rapport à la plaque cible, les lignes de champ présentent un tracé indiqué en tireté sur la figure 2, c'est- à-dire que les lignes de champ partant d'un pôle traversent la plaque cible, puis y pénètrent de nouveau au voisinage de l'autre pôle, après un parcours en arc de cercle. Ce tracé des lignes de champ produit un tunnel magnétique, qui permet d'augmenter notablement la vitesse de pulvérisation, mais se traduit simultanément par une extraction plus intense du matériau de la cible dans la zone du tunnel, avec un maximum au centre de chaque tunnel. La figure 1 montre qu'un dispositif de réglage 9, constitué par deux entraînements à vis 10 et 11, est disposé entre la plaque porte- aimants 7 et la plaque support 2. Les deux entraînements à vis sont disposés au voisinage des extrémités de la plaque support 2 et peuvent être actionnés dans le même sens, de la façon décrite ultérieurement. Chaque entraînement à vis comprend une tige filetée 12, 13, dont 4 2496126 l'extrémité inférieure 12a, 13a est fixée dans un support 14, 15 avec blocage en rotation, à l'aide d'une goupille cannelée 16. Les supports 14 et 15 sont fixés sur des paliers 18, 19 avec blocage en rotation et étanchéité par un joint 17. Les paliers 18, 19 sont vissés sur plaque porte-aimants 7. Les tiges filetées 12, 13 sont montées dans des écrous 20, 21 qui, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 22, sont montés chacun en rotation dans un corps de palier 23, 24. Ces derniers sont vissés sur la plaque support 2. Les écrous 20, 21 sohidaires chacun d'un arbre d'entraînement 25, 26,avec blocage en rotation de chacun par une goupille cannelée non représentée. Les arbres d'entraînements 25, 26 sont solidaires chacun d'une roue dentée 27, 28, les deux roues étant reliées par une cour- roie dentée 29. L'arbre d'entraînement 26 présente une rallonge 30 sur laquelle est fixé un bouton de réglage 31. La longueur de la ral- longe 30 est telle que le bouton de réglage 31 se trouve à l'extérieur de la chambre à vide. Une tale de blindage 32, disposée au voisinage des entraînements à vis, protège le personnel. Le bouton de réglage 31 peut être remplacé par un servomoteur non représenté recevant ses signaux de positionnement d'une boucle de régulation non représentée, qui est alimentée par une grandeur propor- tionnelle à la tension de pulvérisation. Cette tension est comparée à une valeur de consigne, le dispositif de réglage 9 étant influencé, compte tenu du signe de l'écart, de façon à maintenir la tension de pulvérisation pratiquement constante. Le dispositif complet comporte des raccords et des canaux d'eau de refroidissement, afin de permettre le maintien de la température d'équilibre apparaissant en service. Le système magnétique 6 est logé dans un volume rempli de gaz et maintenu pour la pulvérisation sous une pression supérieure a la pression de pulvérisation, et de préférence à la pression atmosphé- rique. Le volume intérieur du corps creux 3 peut aussi être relié à l'atmosphère. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits Uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif cathodique pour installations de pulvérisation catho- dique, comprenant une plaque cible en matériau & pulvériser, un sys- tème magnétique situé derrière la plaque cible avec des pôles opposés, dont la position par rapport & la plaque cible est telle qu'une partie au moins des lignes de champ partant des pôles sort de la plaque cible puis y pénètre de nouveau, ainsi qu'un dispositif de réglage faisant varier la position relative du système magnétique et de la plaque cible, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le sens de dépla- cement du dispositif de réglage (9) est sensiblement perpendiculaire & la plus grande surface de la plaque cible (5). 2. Dispositif cathodique selon revendication 1, caractérisé par une plaque support (2), sur laquelle la plaque cible (5) est fixée paral- lèlement; au moins un entraînement & vis (10, 11), comprenant une tige filetée (12, 13) perpendiculaire & la plaque support et un écrou (20, 21); et le montage de l'écrou sur la plaque support et de la tige filetée sur le système magnétique (6). 3. Dispositif cathodique selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système magnétique (6) est fixé sur une plaque porte-a mant' (7) , équipée de supports (14, 15) pour les extrémités (12a, 13a) des tiges filetées (12, 13). 4. Dispositif cathodique selon revendications 1 & 3, caractéris en ce que la plaque cible (5) fait partie d'un corps creux (3) en forme de cuve, relié de façon démontable à la plaque support (2)! et la plaque porte-aimants (7) est logée avec le système magnétique (6) dans le corps creux. 5. Dispositif cathodique selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'en présence de plusieurs entraînements & vis (10, 11), ces der- niers sont accouplés. 6. Dispositif cathodique selon revendications 1 & 3, caractérisé en ce que les écrous (20, 21) sont montés chacun en rotation dans un palier (23, 24) fixé sur la plaque support (2); et 1es extrémités des tiges filetées (12, 13) sont fixes en rotation dans leurs supports (14, 15). 7. Dispositif cathodique selon revendication 5, caractérisé en ce que les entraînements à vis (10, 11) sont accouplés dans le même sens par des roues dentées (27, 28) et une courroie dentée (29). 8. Procédé de régulation de l'écartement du système magnétique et de la plaque cible au fur et à mesure de la consommation du matériau de la cible, caractérisé par la détermination de la tension de pulvé- risation du système cathodique, puis sa comparaison à une valeur de consigne; et, en présence d'une différence d'écartement, par la manoeuvre du dispositif de réglage en vue du maintien de la valeur de consigne. 9. Dispositif cathodique selon revendication 1, caractérisé en ce que le système magnétique (6) est logé dans un volume rempli de gaz et maintenu pour la pulvérisation sous une pression supérieure à la pression de pulvérisation, et de préférence à la pression atmosphérique. 10. Dispositif cathodique selon revendications 4 et 9, caractérisé en ce que le volume intérieur du corps creux (3) en forme de cuve est relié à l'atmosphère.