Brevet FR2551091A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne des systèmes de revêtement sous vide poussé utilisant la technologie des faisceaux d'électrons et, plus particulièrement, elle concerne la construction de sources d'évaporation à faisceaux d'élec5 trons utilisées dans cette technologie. En général, ces systèmes comprennent une chambre à vide, dans laquelle sont logés les dispositifs adaptés à la présentation du substrat devant être revêtu et l'évaporateur à faisceau d'électrons Au voisinage de cette chambre, mais 10 à l'extérieur, sont situés le système de pompe à vide poussé et les vannes et dispositifs de commande voulus pour le fonctionnement du système global Habituellement, l'évaporateur à faisceau d'électrons est constitué d'un creuset adapté à contenir le matériau fondu devant être évaporé, le 15 générateur de faisceau d'électrons, et un système de déviation grâce auquel le faisceau d'électrons provenant du générateur peut être dirigé sur une zone cible dans le creuset La transformation de l'énergie cinétique des électrons accélérés chauffe le matériau de la source dans le 20 creuset jusqu'à ce que la température d'évaporation soit atteinte et que le matériau de la source soit entraîné sous forme de vapeur Le faisceau d'électrons lui-même est engendré en chauffant un filament cathode maintenu à un potentiel négatif haute tension La capacité de déviation du 25 faisceau d'électrons utilisant un champ magnétique permet de disposer la cathode en un endroit o elle ne risque pas d'être revêtue par le matériau de la source vaporisé. Un tel système de revêtement sous vide est l'un de ceux qui peuvent être utilisés lorsque du cuivre est déposé 30 directement sur une surface support en feuille d'aluminium chimiquement propre par dépôt en phase vapeur tout en contrôlant l'amplitude de l'adhérence entre le cuivre et la surface support Le revêtement en cuivre appliqué sur la feuille support en aluminium a une épaisseur habituellement 35 inférieure à environ 16 microns et, plus généralement, inférieure à environ 5 microns Il est souhaitable que ce revêtement de cuivre soit uniformément épais, continu, lisse et dépourvu de trous d'épingle à environ 100 % de sa densité -2 théorique De même, dans les conditions du dépôt de cuivre habituellement utilisées, le revêtement a une structure colomnaire discernable La combinaison film de cuivre/ support d'aluminium constitue un précurseur dans la produc5 tion des ensembles revêtus de cuivre spécialement utiles dans la fabrication des plaques de circuits imprimés de forte résolution. Au cours des cycles de production de dépôt de cuivre, il est nécessaire d'évaporer le cuivre à partir du creuset à 10 des vitesses élevées et, dans la mesure o l'on utilise du cuivre de très haute pureté ayant une très faible teneur en gaz, le dépôt en phase vapeur ne pose pas de problème particulier. Il serait souhaitable d'utiliser du cuivre ayant une 15 moindre pureté (en ce qui concerne sa teneur en gaz) pour réduire le coût du matériau de l'ensemble cuivre/produit support Cependant, lorsque l'on utilise du cuivre ayant des impuretés (par exemple une teneur significative en gaz), le dégagement de gaz qui se produit dans le creuset projette 20 fréquemment de petites masses fondues de cuivre hors de ce dernier La venue en contact de ces masses fondues, généralement des globules d'environ 50-70 microns de diamètre, sur la surface support en feuille d'aluminium se traduit par certains défauts dans le stratifié résultant. 25 Ces défauts sont de deux types: si la masse fondue de cuivre heurte la surface de cuivre d'une feuille support déjà revêtue, elle subit un retrait au refroidissement et elle déchire le film de cuivre; si la masse fondue heurte le support non revêtu, elle forme une bosse assez grosse qui 30 ne peut pas être rattrapée sur les plaques de circuits imprimés de forte résolution pour la préparation de précurseurs stratifiés cuivre-support d'aluminium. Le dispositif selon l'invention limite tout dégagement de gaz provenant du cuivre en cours de fusion et toute 35 éjection de masse de cuivre fondu dans l'enceinte d'une chambre, grâce à quoi le cuivre fondu peut être retenu et empêché de venir en contact avec la feuille support. Les constructions de creusets classiques utilisées dans 2551 o 91 l'évaporateur à faisceau d'électrons comprennent une cuve longitudinale en communication avec le fond du creuset et disposée dans l'alignement de moyens d'alimentation automatiques L'extrémité distale de la cuve, au moins, est 5 couverte d'un écran ou couvercle refroidi par un liquide qui, avec la cuve, forme une enceinte fermée pour l'alimentation en métal fondu dans la cuve L'alimentation en fil de métal solide, quittant les moyens d'alimentation en fil à une vitesse réglée, passe sous le couvercle, pénètre dans le 10 métal contenu dans la cuve (maintenu fondu par la chaleur fournie à partir du creuset) et est fondu Le couvercle est dimensionné en coupe de manière à être suffisamment petit pour permettre une fusion efficace tout en étant suffisamment grand pour permettre le dégagement des gaz depuis 15 l'alimentation en métal fondu et l'échappement des produits gazeux d'une manière qui ne soit pas nuisible Toute masse de métal fondu éjectée vient heurter la paroi intérieure de l'écran et est condensée L'écran est enlevé, nettoyé et remplacé lorsque le besoin s'en fait sentir. Les caractéristiques de cette invention sont définies en particulier dans les revendications annexées, tandis que la disposition, le mode de fonctionnement, ainsi que les buts et avantages de l'invention pourront mieux être compris à la lecture de la description suivante faite en relation 25 avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique partiellement-en coupe d'une chambre sous vide montrant la construction du creuset à cuve selon l'invention, disposée en relation fonctionnelle avec le reste de l'évaporateur à faisceau 30 d'électrons pour le dépôt en phase vapeur de métal sur un substrat mobile; la figure 2 est une vue à plus grande échelle en coupe du creuset à cuve représenté à la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe prise selon la ligne 3-3 35 de la figure 2, et -la figure 4 est une vue en coupe montrant un mode de réalisation modifié selon l'invention. Les éléments similaires dans les différentes vues sont -4 désignés par la même référence numérique. Dans la disposition de la figure 1, la chambre à vide 11 du système de revêtement par dépôt en phase vapeur 12 contient une disposition de composants permettant le dépôt 5 d'un métal sur un support mobile Une feuille support 13 en aluminium se déplace depuis un tambour d'alimentation 14 sur et au contact de la surface d'un tambour de revêtement 16 pour être reçue sur un tambour récepteur 17, après l'application d'un film ultra-mince de cuivre sur ladite 10 feuille Du réfrigérant liquide (non représenté) circule à l'intérieur du tambour de revêtement 16 pour régler la température du tambour et de la feuille 13 en contact avec ce tambour pendant lropération de dépôt D'autres composants nécessaires dans un système fonctionnel, tel que des pompes 15 à vide, des organes de commande, des sources d'énergie, des moyens pour faire circuler le réfrigérant au travers de l'évaporateur à faisceau d'électrons, etc, ne font pas partie de l'invention et ne sont pas décrits L'évaporateur à faisceau d'électrons 20 comprend, en tant que partie 20 essentielle, la source d'électrons (le filament de cathode en tungstène 21), l'aimant permanent 22 et le creuset en graphite 23 La cathode 21 est chauffée pour émettre des électrons et le faisceau d'électrons ainsi produit est dévié de manière programmable par l'aimant 22 (ainsi que par des 25 aimants permanents et des électro-aimants auxiliaires, non représentés), de telle sorte que le faisceau d'électrons est dirigé selon le trajet général représenté par la ligne en pointillés 24 pour venir frapper une zone-cible prédéfinie du métal fondu 26 contenu dans le creuset 23, qui comporte 30 un chemisage en graphite dans un bloc support en cuivre refroidi à l'eau Le métal fondu -dans ce cas, du cuivre, est évaporé dans la zone-cible frappée par le faisceau d'électrons, et remplacé par du cuivre liquide voisin. La vapeur résultante vient en contact avec la feuille 35 13 et est déposée sur cette dernière sous l'épaisseur voulue et avec la résistance voulue de liaison La complémentarisation en cuivre du bain 26 est accomplie par une alimentation réglée en fii de cuivre, le fil 31 avançant -5 depuis la bobine 32 via un mécanisme d'entraînement à moteur 33 jusqu'à venir en contact avec le cuivre déjà fondu se trouvant dans la prolongation 26 a du bain 26 contenu dans la cuve 34, en communication avec le creuset 23. Comme il ressort des figures 1 et 2, le métal solide amené sous la forme d'un fil passe, selon un angle descendant, sous l'écran 36 refroidi par un liquide, de telle sorte que son point d'impact dans la prolongation 26 a du bain est bien en-dessous de la région recouverte par 10 l'écran 36 Lorsqu'il vient en contact avec le métal fondu, le fil 31 fond et, s'il se dégage du gaz au cours de cette fusion (c'est-à-dire un dégagement des impuretés gazeuses dissoutes, telles que l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone et/ou la décomposition de certains contaminants 15 oxydes ou nitrures), ce dégagement reste au-dessous de l'écran 36 Ainsi, toute projection de masse de métal fondu provoquée par le dégagement de gaz vient heurter la face inférieure de l'écran 36 refroidie par la circulation du réfrigérant dans les serpentins 36 a fixés à l'écran 36 Le 20 temps que le cuivre fondu se déplace depuis l'emplacement auquel se produit la fusion vers la zone-cible dans le creuset 23, o se produit l'évaporation, l'effet de dégazage provenant des impuretés est complètement éliminé Pour ne pas modifier les champs magnétiques établis pour le 25 fonctionnement voulu de l'évaporateur 20, l'écran 36 est fait d'un matériau qui n'est pas magnétisable, tel qu'en acier inoxydable austénitique. Des essais effectués sur un mode de réalisation ont montré que le cuivre pouvait être évaporé avec succès à des 30 vitesses aussi élevées que 25 g/mn sans rencontrer le problème lié à l'éjection du cuivre fondu à partir de l'évaporateur Au cours de ces essais, tant le creuset que la cuvette avaient 9,53 mm de profondeur et étaient en graphite, le creuset ayant un diamètre interne de 53,10 mm 35 et la cuvette, d'une seule pièce avec le creuset, avait environ 88,90 mm de long et 9,53 mm de large L'écran se présentait sous la forme d'un couvercle en U et était refroidi comme le montre la figure 2 Le cuivre condensé sur la surface interne de l'écran pouvait être facilement enlevé car le refroidissement de la surface empêche la formation d'une couche inter-métallique. Le dimensionnement classique des composants selon l'invention est le suivant: Cuve: largeur d'environ 12,70 mm à environ 31,75 mm. profondeur d'environ 6,35 mmn à environ ,4 mm. longueur d'environ 50,80 mm à environ 127 mm en tout Creuset: diamètre interne d'environ 9,53 mm à environ 50,80 mm profondeur d'environ 6,35 mm à environ 25,4 min. épaisseur de la paroi d'environ 3,18 mm à environ 19,05 mm. Bien que les dimensions données ci-dessus soient pour 20 une structure unitaire creuset avec cuve ayant (a) une épaisseur uniforme, (b) un creuset dont la forme générale est celle d'un cylindre circulaire droit et (c) une cuve rectangulaire en coupe transversale, on pourrait employer d'autres formes, d'autres coupes transversales et d'autres 25 volumes pour réaliser des relations volumétriques comparables entre le volume du creuset et celui de la cuve De cette manière, la capacité thermique du cuivre fondu dans le creuset maintient à l'état liquide le cuivre se trouvant dans la cuve. La figure 4 montre un écran 40 plat refroidi, nécessitant des moyens de support séparés (non représentés) et, également, l'utilisation d'un arrêt pour scories 41 destiné à empêcher toute scorie se formant dans le récipient 34 de pénétrer dans le creuset 23 Des moyens 42 adaptés à faire 35 circuler le réfrigérant dans le bloc de support en cuivre 43 sont partiellement représentés L'écran 40 est dimensionné (c'est-à-dire en longueur et en largeur) de manière à arrêter toute éjection directe de cuivre fondu provenant du -7 bain 26 a et à l'empêcher de venir en contact avec le support d'aluminium 13 L'utilisation d'un écran formé d'une plaque plate est préférée dans les appareils utilisant plus d'un évaporateur et les unités sont montées côte à côte, et recouvertes d'un écran unique. Le chemisage du creuset peut être fait en graphite ou en un autre matériau inerte vis-à-vis du cuivre fondu, tel qu'en magnésie ou en alumine On peut utiliser pour le matériau de l'écran d'autres matériaux que l'acier inoxyda10 ble austénitique pour autant qu'il soit non magnétique et qu'il ne soit pas endommagé par l'exposition aux conditions de fonctionnement pendant le dépôt en phase vapeur. L'arrêt pour scories doit être monté en travers de la surface supérieure de la cuve et affleurer cette partie 15 supérieure ou être légèrement en retrait Ses dimensions classiques doivent être comprises entre environ 6, 35 mm x 6,35 mm et 25,4 mm x 25,4 mm en coupe transversale. On peut donc voir que le dispositif selon l'invention qui isole l'alimentation en métal en cours de fusion et de 20 dégazage à l'aide d'une structure qui interrompt tout mouvement en ligne du cuivre fondu éjecté pendant le dégazage à partir du bain de cuivre vers le substrat devant être revêtu, améliore grandement la mise en oeuvre de l'opération de revêtement ainsi que la qualité du produit. 25 Ainsi, grâce à cette disposition, on peut utiliser une alimentation en métal ayant une pureté significativement inférieure à celles des sources de métal précédemment utilisees, tant en ce qui concerne la teneur en gaz dissous que la teneur en autres impuretés émettant des produits gazeux 30 lors de la décomposition On peut donc réaliser des économies tant au niveau des coûts du matériau que dans l'utilisation de l'équipement. -8 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour l'alimentation mesurée en métal d'un creuset appartenant à un évaporateur à faisceau d'électrons disposé dans une chambre à vide, selon lequel, pendant le fonctionnement, le fil métallique est acheminé à une vitesse réglée d'alimentation depuis une source via des moyens d'entraînement de fil et est introduit à l'état solide dans le métal fondu contenu dans ledit creuset, caractérisé en ce 10 qu'il comporte: un récipient en forme de cuve ( 34) s'étendant longitudinalement, en communication avec ledit creuset ( 23) à une extrémité dudit récipient, ledit récipient étant fermé à l'extrémité opposée et ayant des dimensions volumétriques 15 par rapport aux dimensions volumétriques dudit creuset telles que la capacité thermique du cuivre fondu contenu dans ledit creuset maintient à l'état fondu le cuivre contenu dans ledit récipient, des moyens non magnétiques formant écran ( 36) juxtaposés 20 audit récipient et écartés de ce dernier d'une distance au moins suffisante à permettre au fil métallique ( 31)dirigé vers ladite cuve par lesdits moyens d'entraînement de fil ( 33) de passer sous lesdits moyens formant écran ( 36) et de rentrer dans ledit récipient, et des moyens ( 36 a) pour refroidir lesdits moyens formant écran ( 36), grâce à quoi les masses de cuivre fondu éjectées dudit récipient par le dégagement de gaz se produisant lors de l'entrée du fil métallique dans le cuivre fondu contenu dans 30 ledit récipient et lors de sa fusion viennent heurter la face inférieure desdits moyens formant écran. 2 Dispositif selon la revendiction 1, caractérisé en ce que le creuset ( 23) et le récipient ( 34) sont en graphite. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant arrêt ( 41) disposés sur le récipient ( 34) au voisinage du creuset ( 23) pour empêcher les scories flottant à la surface du cuivre fondu dans le récipient d'entrer dans ledit creuset. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant écran ( 36) sont en acier inoxydable austénitique. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens formant écran ( 40) se présentent sous la forme d'une plaque plate. 6 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens formant écran ( 36) ont une section 10 transversale en U, en ce qu'ils chevauchent ledit récipient et en ce qu'ils en sont écartés. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le creuset ( 23) et le récipient ( 34) sont d'une seule plece. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le creuset ( 23) est de forme circulaire, qu'il a un rayon interne compris entre environ 9,53 mm et environ 50,80 mm et en ce qu'il est d'une seule pièce avec une cuve ayant une largeur comprise entre environ 12,70 mm et environ 31,75 20 mm et une longueur comprise entre environ 50,80 mm et environ 127 mm.