Brevet FR2517330A1 — publié le 19830603

t 3 L'invention a pour objet un appareil de projection et vise plus particulièrement un appareil de projection du type à magnétron convenant pour l'utilisation d'un matériau ferromagnétique en tant que cible. Dans les appareils de projection de ce type, une tension négative est appliquée à une cible disposée à la cathode sous une pression de 1,3- lo 4 à 10 7 barde façon que des électrons soient émis par la cible et que ces électrons soient amenés à tourbillonner autour de la cible de façon à ioniser les molé- cules gazeuses Les ions résultants sont amenés à entrer en collision avec la surface de la cible de façon à effectuer une projection sur le matériau de la cible pour y former un film métallique sur un substrat Dans de tels appareils de projection, de façon à augmenter la productivité du film en améliorant la vitesse de dépôt, on a proposé d'utiliser un champ magnétique ayant une composante parallèle à la surface de la cible en face de ladite cible Dans la plupart des cas, des paires de pôles magnétiques sont disposées sur la face arrière de la cible de telle sorte qu'on utilise Le champ magnétique qui atteint la surface frontale de la cible à travers cette dernière. Cependant, lorsque la cible est réalisée en matériau ferromagnétique, les pôles magnétiques disposés sur la face arrière de la cible ont difficilement une influence sur la face frontale Pour cette raison, dans le but d'utiliser un matériau ferromagnétique pour réaliser la projection, de diverses propo- sitions ont été faites Selon l'une de ces propositions, les pôles magnétiques sont disposés en face de la cible Avec ce type de construction, cependant, se pose un problème en ce sens que la surface des pôles magnétiques peut être soumise à la projection Ainsi donc, il est nécessaire de recouvrir les pôles au moyen d'un matériau ayant la même composition que la cible ou une composition similaire. Dans les appareils de projection avec des pôles magnéti- ques recouverts par une protection ou un écran, non seulement la vitesse de protection de matériau ferromagnétique peut être améliorée d'une certaine façon, mais également la projection sur les pôles magnétiques eux-mêmes peut être évitée Toutefois, lorsque la vitesse de dépôt par projection est accrue au-delà d'une certaine limite, la température des pôles magnétiques s'élève, ce qui a pour effet de dégrader la caractéristique. L'invention propose en conséquence un appareil de projec- tion perfectionné du type dans lequel les pôles magnétiques sont disposés devant une cible et les surfaces frontales des pôles sont recouvertes d'un matériau ayant une composition identique ou similaire à celle de la cible et dans lequel l'élévation de température des pôles et des écrans est évitée, ce qui permet d'augmenter la vitesse de projection de matériau ferromagnétique. De tels résultats peuvent être obtenus selon l'invention en prévoyant des écrans sur les surfaces supérieures des pôles magnétiques disposés en face d'eux ou sur la cible et en dispo- sant des blocs de métal réalisés dans un matériau tel que le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium ou un fin matériau ferromagnétique autour des pâles magnétiques. Selon l'invention, il est proposé un appareil de projec- tion du type dans lequel une cathode comportant une cible réa- lisée en matériau magnétique et un substrat sur lequel il y a lieu d'effectuer une projection sont disposés dans un récipient sous vide avec un certain espacement et face à face de telle sorte que l'on puisse effectuer une projection sur la cible avec des ions pour réaliser de fins films magnétiques sur le substrat, ledit appareil étant caractérisé en ce que sont prévus au moins deux aimants disposés sur la cible, des écrans recouvrant les surfaces des aimants qui se trouvent en face du substrat, les- dits écrans étant réalisés au moyen du méme matériau ou d'un matériau similaire à celui de la cible, ainsi que des blocs réa- lisés en un matériau tel que le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium ou un fin matériau ferro-magnétique, lesdits blocs étant disposés autour des aimants et une plaque support pour supporter lesdits aimants. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion qui va suivre et se réfère auxdessinsannexés dans lesquels La figure 1, est une vue en perspective, en coupe partielle, montrant un mode de réalisation de l'appareil de pro- jection selon la présente invention; Les figures 2 et 3 sont des coupes transversales montrant des variantes d'ensemble formant cible, La figure 4, est une coupe transversale montrant une variante de la figure 3 dans laquelle un étrier en forme de E est disposé en-dessous du support de cible, La figure 5 est une vue en perspective, en coupe partielle, montrant un mode de réalisation modifié de l'appa- reil de projection de l'invention dans laquelle des passages d'eau de refroidissement sont prévus à travers les blocs de métal; et Les figures 6 à 10 sont des vues en coupe montrant d'au- tres variantes d'ensemble formant cible comportant des passages d'eau de refroidissement. D'un bout à l'autre de la description des dessins, des éléments semblables ou identiques ont été désignés par les mê- mes chiffres de référence et ceux qui se comportent de la même façon, ont été désignés par les mêmes chiffres de réfé- rence avec des indices appropriés. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, un support de cathode 12 ayant la forme d'un T supportant une cathode est enfermé dans un récipient sous vide Il d'un appa- reil de projection 10 Le support de cathode 12 comporte des passages d'eau de refroidissement 13 a et 13 b permettant la circulation d'eau de refroidissement d'une source extérieure et un conduit de passage de fils, non représenté, permettant le passage des fils nécessaires à la projection. Un ensemble formant cathode 15 qui sera décrit en détail plus loin est monté sur le support de cathode 12 Un support de substrat 18 prévu pour supporter des substrats 16 a, 16 b, 16 c sur lequel il y a lieu d'effectuer la projection et qui consiste en des films de polyester par exemple, est disposé au-dessus de l'ensemble formant cible 15 avec un espacement convenable Le récipient 11 est raccordé à une pompe à vide, non représentée par un conduit Mla et à une bombe de gaz argon, non représentée par un conduit llb en vue de laforoatibn d'ions provoquant la projection. L'ensemble formant cathode 15 caractérisant l'invention est construit comme suit: Plus particulièrement, l'ensemble formant cathode 15 compor- te une plaque support 21 réalisée en matériau doux ferromagnétique. La plaque support 21 est de forme rectangulaire, par exemple, et se trouve directement montée sur le support de cathode 12 et un aimant permanent annulaire 22 est disposé au voisinage de la périphérie de la plaque support 21 Au centre de la plaque support 21, est disposés un aimant permanent 23 Ces aimants 22 et 23 sont magnétisés de telle sorte qu'ils auront des polarités différentes dans la direction verticale, si on considère le dessin Des cibles 24 en forme de feuilles réalisées en matériau ferromagnétique telles que le permalloy sont disposées sur la surface de la plaque support 21 entre les blocs 25 et 27 Les blocs 25, 26 a, 26 b et 26 c par exemple sont réalisés en un matériau métallique tel que le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium ou un matériau ferromagnétique de faible épaisseur Un bloc annulaire 25 est disposé selon la face interne de l'aimant annulaire 22 et un ensemble de blocs 26 a, 26 b et 26 c ayant la forme de piliers disposés avec espace- ment les uns par rapport aux autres sont situés sur la face extérieur de l'aimant 22 Un bloc en forme d'anneau 27 est pré- vu pour entourer l'aimant central 23. Un écran annulaire 28 est appliqué de façon à couvrir les surfaces supérieures des deux surfaces polaires de l'aimant 22 et les blocs 25 et 26 L'écran 28 est réalisé dans"le même matériau que les cibles 24, en permalloy par exemple Un écran 29 également réalisé en permalloy est monté de façon à couvrir la surface polaire de l'aimant central 23 et le bloc 27. Etant donné que l'objet des aimants 22, 23 est de cons- tituer un champ magnétique parallèle aux cibles en face de ces dernières, les aimants 22 et 23 doivent être polarisés dans des sens opposés La plaque support 21 peut être refroidie au moyen d'eau. Une fois le récipient 1 i mis sous vide grâce à la pompe à vide à une pression de 1,3 10 9 bar par exemple,-on introduit de l'argon dans le récipient à une pression del,3 10 6 à 105 bar (soit i àr 3 à 1072 Tbrr)etcnapplique une énergie à haute fréquence ou à contre courant continu entre la cathode et le récipient 11 pour que la cathode se trouve à un potentiel négatif de sorte que se produit une décharge à luminescence entre la cathode et le récipient 11 Etant donné que les lignes de force du champ magnétique coupent perpendiculairement le champ électri- que provoqué par la tension de cathode, les électrons qui se trouvent dans un plasma sont soumis à un mouvement de magnétron ce qui augmente leur chance de collision avec les atomes d'ar- gon dont résulte une augmentation de l'efficacité de l'ionisa- tion En conséquence, la densité du plasma se trouve augmentée de telle sorte qu'une grande quantité d'ions d'argon entre en collision avec les surfaces des cibles 24 et des écrans 28, 29 dont résulte la projection de particules de métal qui se déposent sur le substrat 16 avec une très grande vitesse de dépôt. La chaleur engendrée par la cible et les écrans 28 et 29 au cours de l'opération de projection est rapidement éliminée à travers la plaque support 21, le support de cathode 12 et l'eau qui s'écoule dans la tuyauterie 13 en maintenant en contact étroit les écrans 28 et 29 contre les blocs 25, 26 et 27 et les blocs 25, 26 et 27 contre la plaque support 21 et le support de cathode 12, la résistance s'opposant au transfert de chaleur peut être sensiblement réduite, ce qui a pour effet d'améliorer l'effet de refroidissement. En conséquence, il est possible d'empêcher la surchauffe des aimants permanents dont résulte une dégradation de l'opéra- tion de projection qu'il a été impossible d'éviter dans les constructions proposées à l'art antérieur. La figure 2, montre une variante de l'ensemble formant cathode Dans cette variante, les cibles 24 A sont noyées dans la plaque support 21 A qui comporte un mécanisme de refroidissement et, sur les autres parties de la plaque support 21 A, sont mon- tés un aimant annulaire 22, des blocs annulaires 25, 26 a et 26 c, un aimant central 23 et un bloc 27 entourant ledit aimant 23. Les écrans 28 et 29 recouvrant les aimants 22, 23 et les blocs , 26, 27 sont réalisés dans un matériau identique ou semblable à celui des cibles. La figure 3, montre encore une autre variante de l'inven- tion dans laquelle une cible 34 en forme de plaque servant de plaque support avec mécanisme de refroidissement (correspondant à la plaque 21 A représentée à la figure 2) et d'autres éléments sont identiques à ceux représentés à la figure 2 Dans ce mode de réalisation, étant donné que la cible 34 consiste en la pla- que support elle-même, la construction se trouve simplifiée et l'effet de refroidissement se trouve accru. La figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'inven- tion qui diffère de celui représenté à la figure 3 en ce qu'un étrier 40 en brme de E réalisé en matériau ferromagnétique doux est disposé en dessous de la cible 34 réalisée en matériau ferromagnétique La saillie centrale de l'étrier 40 est disposée de façon à faire face à l'aimant central 23 alors que les sail- lies qui se trouvent aux deux extrémités sont disposées de façon à faire face à l'aimant annulaire 22 Les dépressions 4 oa et b de l'étrier 40 constituent des passages pour l'eau de re- froidissement dans une direction montrée par les flèches de façon à refroidir la cible 34 et l'étrier 40. Grâce à cette construction, la chaleur engendrée par les écrans 28 et 29 est transférée à la cible 34 par les blocs 25, 26 et 27 et se trouve évacuée par l'écoulement de l'eau dans l'étrier 40. La figure 5 montre une autre variante de l'invention Sur la surface supérieure d'une plaque support réalisée en matériau ferromagnétique 21, sont montés un aimant annulaire 22 au voisi- nage de la périphérie, un aimant central 23, des blocs de métal annulaires 25 et 26 A s'étendant le long des deux faces de l'aimant 22 et réalisés en un métal ayant une conductivité élevée de la chaleur, un bloc de métal 27 entourant l'aimant 23 et les cibles réalisées en un matériau ferromagnétique, du permalloy par exemple Les aimants 22 et 23 sont magnétisés dans des sens opposés, dans la direction verticale Un écran 28 réalisé dans un matériau identique ou similaire à celui des cibles 24 est monté sur les surfaces de l'aimant 22 et des blocs de métal et 26, alors qu'un écran 29, également réalisé dans le même matériau ou un matériau similaire à celui des cibles 24 est mon- té sur les surfaces de l'aimant 23 et le bloc de métal 27. Dans la partie centrale des blocs de métal 25, 26 A et 27 sont ménagés des passages d'eau 25 a, 26 b, 26 Aa, 26 Ab, 27 a et 27 b respectivement Comme le montre schématiquement la figure 5, ces passages d'eau sont reliés à un orifice d'entrée commun IN-et à un orifice de sortie CT caman Ces orifices d'entrée et de sor- tie sont reliés respectivement aux passages d'eau 13 a et 13 b du support de cathode 12 montré à la figure 1 de façon à faire cir- culer l'eau de refroidissement. Avec une telle construction, étant donné que l'aimant 22, les écrans 28 et 29, l'aimant 23 et la plaque support 21 constituent un circuit pour le flux magnétique, de telle sorte que les entrefers entre les écrans 28 et 29 sont parcourus par un flux magnétique convenable, les champs magnétiques dans ces entrefers sont disposés en parallèle par rapport aux surfaces de la cible qui se trouve en face desdits entrefers Au cours de 17330 l'opération de projection, les écrans 28 et 29 engendrent de la chaleur et cette chaleur est extraite par l'eau de refroidisse- ment qui s'écoule à travers les passages 25 a, 25 b, 26 Aa, 26 Ab, 27 a et 27 b et se trouve absorbée par les blocs de métal 25, 26 et 27 qui ont une conductibilité thermique élevée de telle sorte que la température des aimants 22 et 23 n'excède pas une valeur prédéterminée Cela permet d'appliquer une puissance plus élevée aux cibles 24 de façon à augmenter la vitesse de dépôt. Le fait de prévoir des blocs de métal permet une élimina- tion efficace de la chaleur à travers ces derniers En consé- quence, la vitesse de dépôt peut être augmentée de plus de trois fois de celle que l'on peut obtenir dans le cas o on n'a pas prévu de tels blocs métalliques Lorsqu'on prévoit en plus des passages d'eau de refroidissement à travers les blocs de métal comme dans ce mode de réalisation, la vitesse de dépôt peut encore être augmentée. D'autres modes de réalisation de cette invention seront maintenant décrits en se référant aux figures 6 à 10. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 6, la plaque support 21 représentée à la figure 5 est remplacée par une cible 34 de la même dimension, et un étrier 40 ayant la forme d'un E est réalisé en matériau ferromagnétique doux est disposé en dessous de la cible 34 Des passages de circu- lation d'eau indépendants 40 a sont ménagés entre l'étrier 40 et la surface arrière de la cible 34 Même lorsque la cible 34 s'use sous l'effet de la projection, étant donné que l'étrier constitue un circuit de flux magnétique, les caractéristi- ques magnétiques ne changent pas, ce qui a pour effet de main- tenir constantes les caractéristiques de projection. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 7, des blocs de métal et des aimants sont montés sur une plaque formant cible Dans ce cas, chaque écran 28 est constitué par la combi- naison d'un élément 28 A et d'un élément 28 B, les éléments 28 B étant pourvus de passages d'eau 28 a et 28 b L'eau de refroidis- sement s'écoule du passage 29 a au passage 28 b De la même façon, un écran 29 est constitué au moyen d'un élément 29 A et d'un élément 29 B comportant une dépression pour constituer un passa- ge d'eau 29 a qui est relié à un orifice d'entrée et un orifice de sortie, non représentés Les blocs de métal 25, 26 A et 27 ne comportent pas de passage pour l'eau Dans ce mode de réa- lisation, étant donné que les passages pour l'eau sont ménagés dans les écrans 28 et 29 qui engendrent de la chaleur, l'efficacité de l'absorption de chaleur peut être améliorée. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 8, l'étrier 40 montré à la figure 6 est combiné avec le disposi- tif du mode de réalisation représenté à la figure 7, de sorte que l'on puisse obtenir des avantages cumulés des deux modes de réalisation. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 9, les blocs de métal 25 et 26 ont des dimensions internes qui sont plus grandes que les dimensions externes de l'aimant 22 et-les hauteurs des blocs de métal 25 et 26 sont plus grandes que la hauteur de l'aimant 22 de façon à ce que soit constitués des espaces 50 a et 50 b utilisés comme passages pour l'eau entre les écrans 28 et les blocs de métal 25 et 26 De plus, la dimension interne et la hauteur du bloc de métal 27 sont plus grandes que celles de l'aimant 23 de façon à constituer un espace 51 agissant en tant que passage d'eau entre l'écran 29, le bloc de métal 27 et l'aimant 23 Selon cette variante, étant donné que tous les éléments tels que l'aimant, les blocs de métal, les écrans qui engendrent de la chaleur sont direc- tement en contact avec l'eau, l'effet de refroidissement est important De plus, étant donné que les surfaces supérieures et les surfaces latérales des aimants 22, 23 sont en contact avec l'eau de refroidissement, les aimants sont refroidis de façon efficace, ce qui a pour effet de stabiliser leurs carac- téristiques magnétiques. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 10, l'étrier 40 représenté à la figure 6 est combiné avec le dis- positif représenté à la figure 9 de façon à combiner les avantages des deux dispositifs. On conçoit que bien d'autres modifications doivent être faites dans le cadre de la présente invention. L'invention n'est pas limitée aux divers modes de réali- sation décrits ci-dessus Par exemple, la forme et la position des blocs de métal peuvent être différentes de celles représen- tées sur les dessins. 17330 REVENDICATIONS 1 Appareil de projection du type dans lequel une cathode comportant une cible ( 24) en matériau ferromagnétique et un substrat ( 16 a-16 c) sur lequel il y a lieu d'effectuer la projec- tion sont disposés dans un récipient sous vide ( 11) en vis à vis et avec un certain espace intermédiaire, de telle sorte que ladite cible soit soumise à une projection d'ions de façon à former un fin film magnétique sur ledit substrat, caractérisé en ce qu'il est prévu, un aimant ( 22, 23) disposé sur ladite cible ( 24), un écran ( 28, 29) recouvrant une surface dudit aimant ( 22, 23) en vis à vis dudit substrat, ledit écran étant réalisé en un matériau identique ou similaire à celui de la cible, un bloc de métal ( 25, 26 a-26 c 26 A, 27) disposé pour entourer le- dit aimant est recouvert par ledit écran ( 28, 29), et une plaque support ( 21, 34) réalisée en matériau ferromagnétique qui supporte l'aimant ( 22, 23), le bloc ( 25, 26 a-26 c, 26 A, 27) et l'écran ( 28, 29). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bloc de métal est réalisé dans un matériau tel que le cuivre, l'aluminium, l'acier inoxydable ou un matériau ferromagnétique de faible épaisseur. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cible est disposée sur ladite plaque support de façon à se trouver en face dudit substrat sur lequel il y a lieu d'effectuer la projection. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cible est noyée dans ladite plaque support. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque support est utilisée en tant que cible. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bloc de métal comporte un passage ( 25 a, 26 Aa, 27 a, 27 b, 25 b, 26 Ab) permettant le passage d'eau de refroidissement. 7 Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un étrier ( 40) réalisé en matériau magnétique doux,disposé en parallèle avec ladite cible, ledit étrier constituant un circuit magnétique en combinaison avec ledit aimant. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit étrier présente en coupe la forme d'un E, ledit aimant comporte au moins deux éléments formant aimant, un des deux éléments formant aimant étant en vis à vis d'une saillie centrale dudit étrier, alors que l'autre élément formant aimant présente des saillies en vis à vis des extrémités opposées dudit étrier etseprésente sous la forme d'un anneau. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les espaces existant entre lesdites saillies constituent des passages pour de l'eau de refroidissement. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran ( 28, 29) comporte un passage ( 28 a, 28 b, 29 a) permettant le passage d'eau de refroidissement. 11 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit aimant ( 22, 23) a une hauteur inférieure à celle du bloc de métal ( 25, 26, 27) de façon à définir des passages d'eau de refroidissement ( 50 a, 50 b, 51) entre ledit écran ( 28, 29), ledit aimant ( 22, 23) et ledit bloc de métal ( 25, 26, 27).