Brevet FR2560528A1 — publié le 19850906

i 2560528 L'invention concerne un appareil de traitement sous vide convenant à divers processus de travail utilisant le vide, et elle a trait plus particulièrement à un appareil de traitement sous vide convenant à la formation d'une mince pellicule sur un substrat à traiter dans la mise en oeuvre du procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma. Au cours des dernières années, l'attention s'est portée sur le procédé de pulvérisation réactive et sur le procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma pour former des pellicules fines ou couches minces. Par exemple, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma est tel que la pression régnant dans une chambre de réaction est réduite à un degré de vide souhaité et qu'un gaz, utilisé comme matière première, est introduit dans la chambre de réaction, après quoi il est décomposé par une décharge d'effluves ou par une décharge formant un arc électrique, et une mince pellicule est formée sur. un substrat disposé dans la chambre de réaction. Du silicium amorphe (désigné ci-après "a-Si") traité, conformément à ce procédé, avec un silane gazeux (SiH4 ou Si2H6), comme matière première, présente, dans sa zone interdite, un niveau localisé de nombre relativement petit et, en consé- quence, il devient capable de commander des électrons en étant dopé par des impuretés du type à substitution. La pellicule peut donc être également utilisée comme milieu photosensible électrophotographique. La figure 1 des dessins annexes décrits ci- après représente un exemple d'un appareil de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma conforme à l'art antérieur, et elle représente plus particulièrement une coupé longitudinale schématique d'un appareil classique du type discontinu, de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma, destiné à former une couche de Si sur un substrat cylindrique 3 disposé dans une enceinte à vide unique 10 conçue pour être fermée hermétiquement par un couvercle 1. Un mécanisme 5 entraîné par un moteur M est disposé au centre du fond de l'enceinte à vide 10 afin de la faire tourner, et le substrat cylindrique 3, chauffé par un élément chauffant interne 4, est fixé sur le mécanisme tournant 5. Le chauffage par l'élément interne 4 est nécessaire pour maintenir le substrat 3 à une température élevée (par exemple 250 C) de façon à former une couche de aSi stable sur le substrat 3. Une cathode cylindrique 2, connectée à une source 7 d'alimentation en énergie à haute fréquence, est disposée autour du substrat 3, et un écran cylindrique 6 destiné à confiner le plasma gazeux, est disposé autour de l'électrode 2. Un dispositif 8 d'introduction de gaz, destiné à introduire un gaz de départ (silane gazeux) à l'intérieur de l'écran cylindrique 6 constituant une chambre de réaction, présente une entrée de gaz disposée au bas de l'écran 6, et un dispositif 9 d'évacuation, destiné à faire le vide dans la chambre de réaction, présente un orifice d'évacuation disposé au bas de l'enceinte à vide 10. Dans cet appareil, lorsque le substrat 3 est chauffé et que le gaz de départ est introduit de bas en haut dans l'écran 6 de la chambre de réaction, de l'énergie électrique à haute fréquence est appliquée par la source 7 à-la cathode 2 et une décharge engendrant un plasma est introduite entre l'électrode 2 et le substrat 3 qui cons- titue une anode, et le silane gazeux est décomposé. Une pellicule de a-Si se forme donc sur la surface du substrat. Le gaz restant après la réaction est déchargé par une ouverture 6a formée dans la partie supérieure de l'écran 6, redescend entre la paroi extérieure de l'écran 6 et la paroi intérieure de l'enceinte à vide 10 et est évacué vers l'extérieur de l'appareil par le dispositif 9 d'évacuation. Cependant, dans l'appareil décrit ci-dessus de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma, conforme à l'art antérieur, un seul substrat par four de réaction peut recevoir une pellicule et il en résulte un mauvais rendement de travail, c'est-à-dire que cet appareil a pour inconvénient d'être inadapté à une production en grande série. En outre, le four de réaction de l'appareil de l'art antérieur est exposé à l'atmosphère à chaque fois que le produit ayant reçu une pellicule est retiré et il adsorbe donc l'humidité ou les gaz de l'atmosphère et ceci a pour inconvénient de réduire ou de rendre instable la qualité de la pellicule. Par ailleurs, on a conçu un appareil à vide du type dit à blocage de charge afin d'éliminer ces inconvénients. Cet appareil, tel que montré sur la figure 2 des dessins annexes décrits ci-après, comprend une chambre 21 destinée à recevoir un substrat, une chambre 22 de travail et une chambre 23 d'enlèvement du substrat. Dans la chambre 21 de réceptiondu substrat, des traitements préliminaires tels que le traitement du substrat entre le vide et l'atmos- phère et le chauffage du substrat, sont réalisés, puis le substrat est introduit dans la chambre de travail 22 en passant par un sas 24 disposé entre la chambre 21 de réception du substrat et la chambre 22 de travail, tandis que les deux chambres sont sous vide. Puis, le substrat, sur lequel une pellicule a été formée dans la chambre 22 de travail, est transféré, par l'intermédiaire d'un sas similaire 24 prévu entre la chambre 22 de travail et la chambre 23 de retrait, et il est soumis à un traitement tel qu'un refroidissement dans la chambre 23 de retrait, après quoi l'atmosphère est introduite dans cette chambre de retrait et le substrat sur lequel un film est formé est retire. L'appareil de ce type est efficace par rapport à l'appareil du type précédent, mais il ne convient nas a la fabrication d'un milieu photosensible électrophoto- graphique en silicium amorphe ou autre. Autrement dit, l'appareil de traitement sous vide du type à blocage de charge, décrit ci-dessus et conforme à l'art antérieur, est affecté des problèmes suivants. Tout d'abord, chacune des enceintes à vide doit être volumineuse afin de contenir un certain nombre de grands substrats tels que des éléments photosensibles et, par conséquent, le coût de l'appareil est élevé. Ensuite, le chauffage du substrat est effectué de l'intérieur du substrat cylindrique et,par conséquent, le mécanisme de transport de cylindre est complexe. L'invention a été mise au point en tenant compte de la situation décrite ci-dessus et elle a pour objet un appareil de traitement sous vide qui, non seulement élimine les problèmes propres aux appareils de l'art antérieur, mais également élimine l'instabilité de la pellicule résultant de l'adsorption d'humidité, de gaz, etc., car, dans l'appareil selon l!'invention, toutes les étapes de traitement sont effectuées dans une chambre de traitement sous vide qui est constamment maintenue sous vide. L'invention a également pour objet un appareil de traitement sous vide destiné à effectuer un travail sous vide sur un substrat devant être soumis à un traitement en plusieurs étapes, l'appareil ayant pour caractéristique de comporter des conteneurs sous vide destinés exclusivement à des opérations de traitement et disposes aux emplacements o les étapes de traitement sont effectuées, et un conteneur sous vide destiné exclusivement au transport et mobile entre les conteneurs sous vide utilisés exclusivement pour le traitement, les conteneurs sous vide comportant des sas d'ouverture et de fermeture qui peuvent atre raccordés entre eux, et le substrat à traiter pouvant être transféré entre les conteneurs sous vide de traitement et le conteneur sous vide de transport. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un appareil de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma du type discontinu conforme à l'art antérieur et comprenant une seule enceinte à vide; - la figure 2 est une illustration schématique d'un appareil de traitement sous vide du type à blocage de charge conforme à l'art antérieur; et - les figures 3 et 4 sont des illustrations schématiques de formes de réalisation de l'appareil de traitement sous vide selon l'invention, utilisant un système à mouvement linéaire et un système à tourelle, respectivement. La figure 3 représente une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention du type à mouvement liné- aire. Sur la figure 3, la référence numérique 31 désigne un groupe de conteneurs de réception de substrats, placés en position et destinés exclusivement à être utilisés pour l'établissement du vide et un traitement préliminaire; la référence numérique 32 désigne un groupe de conteneurs de réaction disposésen position et destines exclusivement à être utilisés pour l'exécution d'un traitement tel qu'un dépôt chimique en phase vapeur sous plasma, et la référence numérique 33 désigne un groupe de conteneurs de retrait disposés en position et destinés exclusivement à être utilisés pour effectuer un post-traitement, tel qu'un refroidissement d'un substrat sur lequel une pellicule est formée et le retrait vers l'extérieur. Ces conteneurs 31, 32 et 33 sont disposés en ligne, dans l'ordre des étapes de traitement, et chacun d'eux comporte un sas d'entrée-sortie 37b. Ils constituent des conteneurs à vide à l'intérieur desquels le vide peut être fait à l'aide de dispositifs respectifs 36b, 36c et 36d d'évacuation. La référence numérique 34 désigne un conteneur à vide destiné exclusivement à être utilisé pour le trans- port du substrat et à l'intérieur duquel le vide peut être établi au moyen d'un dispositif 36a d'évacuation. Ce conteneur peut être déplacé entre les conteneurs à vide 31, 32 et 33 réservés au traitement, à l'aide de moyens 35 de déplacement, en même temps que le vide est maintenu à l'intérieur de ces conteneurs i traitement. Le conteneur 34 de transport comporte un sas 37a d'entrée-sortie qui peut être raccordé aux sas 37b d'entrée-sortie des conteneurs à vide de traitement. La description portera à présent sur un exemple particulier de formation d'une pellicule amorphe sur le subs- trat à traiter, à l'aide des conteneurs à vide 31, 32, 33 décrits cidessus, destinés exclusivement au traitement, et du conteneur à vide 34 destiné exclusivement au transport du substrat. Tout d'abord, le substrat à traiter est placé dans un conteneur 31 qui est soumis aux conditions atmos- phériques, puis le vide est établi à l'intérieur du conteneur 31 à l'aide du dispositif 36b d'évacuation par l'intermé- diaire d'une valve 30a. Dans le même temps, le substrat est chauffé au moyen d'un élément chauffant 35a à l'intérieur du conteneur 31. Puis, le conteneur 34 destiné exclusivement au transport du substrat estdéplacé et le sas 37a du conteneur 34 est raccordé au sas 37b du conteneur 31 et le vide est établi dans la partie communicante de ces deux sas au moyen du dispositif 36a d'évacuation et par l'intermédiaire d'une valve 30e. Puis on ouvre les sas 37a et 37b et on transfère le substrat du conteneur 31 dans le conteneur 34 à l'aide d'un mécanisme élévateur 38 prévu dans le conteneur 34, après quoi on ferme les sas 37a et 37b et on sépare les conteneurs 31 et 34 l'un de l'autre. Le conteneur 34 à l'intérieur duquel le substrat a été transféré est déplacé et amené au-dessus d'un conteneur 32 de réaction, en même temps que l'atmos- phère est introduite dans le conteneur 31 par l'intermédiaire d'une valve 39b, après quoi le conteneur 31 est prêt-à recevoir le substrat suivant. En ce qui concerne le conteneur 34 amené au-dessus du conteneur 32 de réaction, le substrat est transféré du conteneur 34 dans le conteneur 32 de réaction par une manoeuvre similaire à celle ayant permis le passage du substrat du conteneur 31 dans le conteneur 34, et le substrat est alors soumis à 1' opération de formation d'une pellicule pendant qu'il est chauffé par un élément chauffant b se trouvant dans le conteneur 32 de réaction. Lorsque l'opération de formation d'une pellicule est achevée, la manoeuvre des sas et une opération de transport, analogues à celles décrites précédemment, sont effectuées et le substrat est retiré du conteneur 32 et transféré dans un conteneur 33, après quoi il est refroidi par des moyens de refroidissement 36 et l'atmosphère est introduite dans le conteneur 33 par l'intermédiaire d'une valve 39c. Le substrat sur lequel une pellicule est formée est alors retiré du conteneur 33. En ce qui concerne le nombre de conteneurs 31 recevant le substrat, de conteneurs 32 de réaction et de conteneurs 33 de retrait, on choisit une combinaison de nombres de ces conteneurs en fonction des temps de traitement afin que les pertes de temps soient minimales. De plus, une source 52 d'alimentation en énergie à haute fréquence, une pompe à vide 36c, un dispositif 51 d'intro- duction d'un gaz de réaction, des valves et des vacucamtres utilisés avec le groupe de conteneurs 32 de réaction sont installés de façon commune ou individuellement, selon ce qui est le plus approprié pour leur utilisation. Les conteneurs 31 de réception du substrat peuvent être installés dans une salle propre et peuvent commencer le traitement préliminaire, dans l'appareil selon i'invention, dans leur état propre, immédiatement après que le substrat a été lavé. Il n'est pas toujours nécessaire que les opérations de chauffage dans les conteneurs 31 de réception du substrat et de refroidissement dans les conteneurs 33 de retrait soient effectuées sous vide, mais elles peuvent également être effectuées à l'air libre ou sous atmosphère de gaz inerte et, dans ce dernier cas, les temps de chauffage et de refroidissement peuvent être raccourcis. Il n'est pas toujours nécessaire que le transfert soit un mouvement du type linéaire mais, par exemple, les conteneurs de la forme de réalisation de la figure 4 peuvent être disposés en cercle et les conteneurs utilisés exclusivement pour le transport peuvent être déplacés à l'aide d'une tourelle. Sur la figure 4, la référence numérique 41 désigne un conteneur de transport sous vide, la référence numérique 42 désigne un conteneur de réception d'un substrat, la référence numérique 43 désigne un conteneur de retrait d'un substrat, la référence numérique 44 désigne un transporteur tournant, la référence numérique 45 désigne un mécanisme élévateur et la référence numérique 46 désigne des conteneurs de réaction. Dans ce système, par rapport au système à mouvement linéaire, on peut obtenir une diminution de l'encombrement des installations et une simplification du mécanisme de transport. De plus, en ce qui concerne le transport, on peut prévoir plusieurs conteneurs réservés exclusivement au transport afin de déplacer plusieurs substrats à la fois et, dans ce cas, l'effet de production en grande série est encore amélioré. Les formes de réalisation ci-dessus ont été décrites dans une application à un appareil mettant en oeuvre le procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous plasma, alors que l'invention n'est pas limitée à un tel procédé, mais qu'elle peut également être appliquée efficacement à d'autres procédés de travail utilisant le vide, tels que ceux mis en oeuvre dans un appareil d'évaporation ordinaire, un appareil de pulvérisation ou un appareil travaillant par attaque chimique, ou encore une combinaison de ces appareils. Comme décrit précédemment, l'appareil de traitement sous vide selon l'invention présente d'excellentes possibilités de travail et le coût de l'appareil est réduit. De plus, cet appareil peut mettre en oeuvre en continu le procédé de travail sous vide et, en outre, les conteneurs de traitement formant la pellicule sont toujours maintenus sous vide et, par conséquent, l'instabilité de la pellicule, résultant de l'adsorption d'humidité, de gaz ou autre, est éliminée et on peut donc fabriquer des substrats sur lesquels des films sont formés, ayant une excellente qualité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de traitement sous vide, destiné à effectuer un travail sous vide sur un substrat devant être traité en plusieurs étapes, caractérisé en ce qu'il comporte des conteneurs sous vide (31, 32, 33) destinés exclusivement à être utilisés pour un traitement et disposés à l'emplacement de chacune des étapes de traitement, et un conteneur sous vide (34) destiné exclusivement à une utilisation pour le transport et mobile entre les conteneurs sous vide utilisés pour le traitement, les conteneurs sous vide étant équipés de sas (37a, 37b)d'entrée- sortie qui peuvent être raccordés entre eux, et le substrat à traiter pouvant être transféré entre les conteneurs sous vide destinés exclusivement au traitement et le conteneur sous vide destiné exclusivement au transport. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs conteneurs sous vide (31,j 32, 33) destines exclusivement au traitement. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs conteneurs sous vide (42, 43, 46) destinés exclusivement au traitement et plusieurs conteneurs sous vide (41) destinés exclusivement au transport. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conteneurs sous vide destinés exclusivement au traitement sont destinés à traiter une pellicule formée. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un conteneur (31) destiné à recevoir le substrat non traité. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un conteneur (33) destiné exclusivement à l'exécution d'un posttraitement et dans lequel le substrat traité, retiré du conteneur sous vide destiné exclusivement au traitement, est reçu par l'intermédiaire du conteneur destiné exclusivement au transport. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conteneur destiné exclusivement à un post-traitement comporte des moyens (36) de refroi- dissement. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conteneur sous vide (34) destiné exclusivement au transport est mobile linéairement. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conteneur sous vide (41) destiné exclusivement au transport est mobile en rotation.