Brevet FR2562094A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un dispositif de fixation de substrats à contour circulaire, en particulier dans des équipements de dépôt par évaporation sous vide, avec au moins un évidement sensi- blement circulaire réalisé dans une plaque et sur le bord duquel est usinée une rainure radiale semi-circulaire, parallèle au plan princi- pal de la plaque, destinée au chargement d'un substrat et délimitée de chaque c6té par des nervures dont l'écartement correspond à l'épais- seur du substrat. On connaît de nombreux dispositifs de fixation utilisés dans les équipements de dép8t par évaporation sous vide. Des porte-substrats très répandus sont du type hémisphérique avec des évidements circu- laires dont les axes sont orientés pour l'essentiel sur une source centrale de dépôt (évaporateur). Les éléments de fixation utilisés dans ce cas sont des ressorts métalliques et d'autres éléments d'en- cliquetage mécanique, qui fixent comme des agrafes les substrats en plusieurs points de leur pourtour. Les substrats considérés sont par exemple des lentilles (verres de lunette), des filtres et des réflecteurs dont la surface doit être recouverte d'un dépôt aussi régulier que possible. On connaît également des dispositifs de fixation du type précité, dans laquelle la plaque maintenue dans une position sensiblement verticale traverse une installation de pulvérisation cathodique, dans laquelle les substrats sont recouverts simultanément des deux c8tés par des cathodes de pulvérisation disposées symétriquement par rapport à un plan. Des ressorts métalliques et d'autres éléments d'encliquetage mécanique étaient également utilisés jusqu'à présent pour la fixation des substrats dans de tels porte-substrats. Les éléments de fixation connus présentent toutefois une série d'inconvénients. Divers procédés de traitement préliminaire et les procédés usuels de dépSt entraînent un échauffement intense des subs- trats, de sorte que les ressorts subissent une forte usure par recuit. Les éléments d'encliquetage connus produisent en outre sur les substrats des "marques de serrage" imputables à un effet d'ombre pour le maté- riau déposé. Il est en outre difficile de nettoyer des porte-substrats munis d'éléments d'encliquetage mécanique et leur manipulation pendant le chargement est aussi relativement complexe, en particulier quand le chargement est assuré par des robots. Le brevet européen n 0 020 873 décrit un porte-substrats selon le préambule de la revendication 1. Ce porte-substrats n'est toutefois prévu que pour le dépSt sur une seule face des substrats, et le côté opposé au c8té de chargement est par suite fermé. Le c8té char- gement porte une nervure ou lèvre 71, qui ne s'étend que sur un sixième environ de la circonférence de l'évidement, mais-qui pénètre radialement très loin vers l'intérieur et fait donc une ombre à une partie notable du substrat par rapport au matériau déposé. Cette ner- vure ne peut néanmoins pas interdire le basculement du substrat vers l'avant, de sa position verticale dans une position inclinée. Le porte-substratsdoit donc être chargé horizontalement avec des subs- trats et porté à une vitesse de rotation élevée, afin que les subs- trats soient en outre maintenus par la force centrifuge et que le portesubstrats puisse être basculé dans la position verticale pour le dép8t. Cela fonctionne toutefois uniquement quand les substrats ont une épaisseur importante et un bord cylindrique afin qulàAforce centrifuge assure la stabilité requise. Le porte-substrats connu ne convient pas pour des substrats minces ou présentant un bord arrondi. L'invention a donc pour objet un dispositif de fixation de subs- trats selon le préambule de la revendication 1, permettant un dépôt simultané sur les deux faces des substrats en position verticale, pouvant être chargé aussi en position verticale et maintenant les substrats de façon fiable dans la position verticale, sans recours à la force centrifuge et sans ombre sur de grandes parties périphériques des substrats. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, a) l'évidement débouche à travers la plaque pour permettre le dépôt sur les deux faces des substrats; b) la nervure située du c8té chargement s'étend sensiblement en demi-cercle au-dessus de la moitié inférieure de la circonférence de l'évidement; c) la moitié supérieure de la circonférence de l'évidement présente du côté chargement un alésage s'étendant au-dessus de la rai- nure vers l'intérieur de la plaque, excentré vers -le haut d'au moins la profondeur de la rainure et dont le rayon est au moins égal au rayon du fond de la rainure; et d) la nervure située du côté opposé s'étend au moins sensiblement en demi-cercle sur au moins la moitié inférieure de la circon- férence de l'évidement. La géométrie précédemment décrite des éléments de paroi de l'évidement réalise un porte-substrats en une seule pièce, dans lequel les substrats peuvent être introduits par sûreté de forme et sont maintenus dans la position de chargement par gravité. Ce résul- tat est obtenu sans pièces sensibles à la chaleur, telles que des ressorts en acier. L'effet d'ombre est nettement plus régulier et peut en outre être maintenu à une très faible valeur par une longueur radiale très faible des nervures de chaque côté de la rainure. Le dispositif de fixation selon l'invention se nettoie très facilement, dans des bains acides par exemple. Il permet en outre une manipula- tion très simple et le chargement par des robots. Les substrats sont amenés latéralement, avec leur plan principal en position verticale, introduits puis abaissés sur le fond de la rainure. La nervure dispo- sée à la partie supérieure d'un côté, et formant sensiblement une bague circulaire avec la nervure correspondante à la partie inférieure, interdit en outre un passage du matériau de dépôt vers le côté opposé. Ce passage du matériau de dépôt vers le côté opposé est gênant dans de nombreux cas, car la condensation s'effectue à des vitesses et suivant des directions différentes, de sorte qu'il en résulte géné- ralement de mauvaises propriétés des couches, et notamment une adhé- rence insuffisante des couches sur le substrat. Les dispositifs de fixation connus ne permettent pratiquement pas d'obtenir un tel avantage. En ce qui concerne la production d'un tel dispositif de fixation, qui sera précisée dans la description détaillée ci-après, il est particulièrement avantageux que l'évidement soit constitué comme suit par des surfaces de révolution avec au moins trois rayons dif- férents a) un premier trou traversant la plaque avec un rayon R1 inférieur au demi-diamètre D du substrat; b) un fond de rainure sensiblement semi-circulaire, concentrique situé sensiblement à la mi- profondeur du premier trou et de rayon R2, avec R2 > R1, et c) un alésage situé à la partie supérieure, décalée vers le haut, s'étendant suivant la profondeur au moins jusqu'au niveau du fond de la rainure et de rayon R,, avec R > R, > R1. Ces surfaces de révolution sont délimitées par des surfaces radiales, les surfaces radiales extérieures étant confondues avec les deux faces de la plaque. Il est particulièrement avantageux que l'épaisseur de paroi entre le fond de l'alésage et la face opposée de la plaque soit infé- rieure à l'épaisseur de la nervure à la partie inférieure. Cette solution interdit que le substrat guidé de façon fiable heurte la nervure supérieure (plus fine) pendant le chargement et se raye pen- dant la descente dans la rainure à la partie inférieure. Cette dis- position est importante car du matériau se dépose pendant l'opération de défaut sur la nervure située à la partie supérieure et présente une rugosité superficielle notable par suite de l'accumulation au cours du temps. 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 radiale par le centre de la plaque (plan principal I-II sur la figure 2) la figure 2 est une coupe axiale suivant l'axe du trou (axe II-II sur la figure 1); et la figure 3 représente un montage multiple de l'objet selon figure 1 dans une plaque commune. L'échelle n'est pas respectée par raison de clarté pour la représen- tation des relations géométriques sur les figures 1 à 3. Les figures 1 et 2 représentent une plaque l en acier fin, délimitée par deux faces plan-parallèles 2 et 3. En vue de son utilisation ultérieure, la plaque! présente un c8té de chargement la, c'est-à-dire que les substrats sont chargés dans le support par ce côté. Un évidement 4 est prévu dans cette plaque 1; ses relations géométriques sont décrites de la façon la plus simple par son pro- cessus de production. Un axe A, coïncidant avec la position de l'axe S du substrat chargé, est d'abord déterminé dans la plaque 1. Le long de l'axe A, un premier trou 5 déboucbant est ensuite usiné dans la plaque avec un rayon R1 inférieur au demi-diamètre D du substrat. Ce trou se traduit.d'aberd par une surface cylindrique d'axe A. Une rainure 6 est ensuite tournée avec un fond 7 dans la paroi et sensiblement à la mi-profondeur du premier trou, avec un rayon R supérieur à R1 et sensiblement égal au demi-diamètre D du substrat. On obtient ainsi une disposition du trou et de la rainure avec une symétrie de rotation, correspondant pour l'essentiel à la coupe sur la moitié inférieure de la figure 2. Un alésage 8, de rayon R3 légèrement supérieur à R2, est enfin usiné à partir du c8té chargement la avec une excentricité E au moins égale, mais de préférence légèrement supérieure à la profondeur de la rainure. Cette opération supprime la nervure initialement présente aussi à la partie supérieure d'un c8té de la plaque, de même que la partie du fond 7 de la rainure située dans le haut.L'alésage 8 est usiné au-delà de la rainure 6, jusqu'à une profondeur telle qu'une nervure 9 demeure entre ledit alésage 8 et la face opposée 2 de la plaque i; l'épaisseur de cette nervure 9 est inférieure à celle de la nervure 10 à la partie inférieure de l'évidement. On voit que les nervures 9 et O10 vues suivant l'axe de l'évidement 4 se complètent pratiquement pour former une bague annulaire, mais que la nezrvure 9 est plus fine que la nervure 10. L'indication qu'il s'agit pratique- ment d'une bague circulaire inclut le fait que l'alésage 8 produit à la partie supérieure de l'évidement un dégagement qui conduit à une face de délimitation plane en forme de croissant, constituant le fond il de l'alésage 8. Le fond 11 est par suite décalé suivant la profondeur par rapport à la face de délimitation latérale 12 de la rainure 6 d'une distance telle que le substrat 13, lors de son introduction dans une position parallèle au plan principal de la plaque 1, ne vient en aucun cas en contact avec le fond I1l ou avec le matériau déposé sur ce dernier. L'excentricité E et le rayon R de l'alésage 8 sont choisis de façon à obtenir un dégagement suffisant même dans la zone d'un dia- mètre perpendiculaire à l'axe II-II et passant par l'axe A, de sorte que le chargement du substrat 13 n'est pas entravé. L'usinage de l'alésage 8 élimine non seulement une nervure, mais aussi la moitié environ du fond 7 de la rainure, qui se termine désormais sur deux droites 14 parallèles à l'axe, sur lesquelles les surfaces de révolution de l'alésage 8 d'une part et du fond 7 de la rainure d'autre part se raccordent l'une à l'autre. Les surfaces de révolution du premier trou 5 d'une part et de l'alésage 8 se raccor- dent le long d'autres droites 15. Leur position en profondeur, au- dessous de l'axe A, assure le dégagement requis. Par suite du décalage excentré de l'alésage 8 vers le haut par rapport à l'axe A maintient évidemment sur la face avant de la plaque 1 une nervure 16, qui s'étend toutefois sur un peu moins que la demi-circonférence de l'évidement 4 (par rapport à l'axe A). L'évidement 4 présente ainsi à la partie inférieure la rainure 6 radiale, sensiblement semi-circulaire, parallèle au plan principal de la plaque 1 et délimitée de chaque côté par des nervures 10 et 16 sensiblement semi-circulaires et dirigéesradialement vers l'intérieur. L'écartement de ces nervures correspond à l'épaisseur du substrat. La partie supérieure de l'évidement présente en outre sur un côté la nervure 9 qui, avec la nervure 10 correspondante à la partie infé- rieure, forme pratiquement la bague circulaire précédemment décrite. Cette nervure 9 interdit, quand le substrat 13 est chargé, un passage du matériau déposé sur la face opposée de la plaque 1. Les relations géométriques indiquées forment sur un côté de la plaque une ouverture pour le chargement excentré du substrat, jusqu'au-delà de la rainure 6. Ce chargement est décrit ci-dessous. Le substrat 13, constitué par un disque d'aluminium sur lequel une couche de matériau ferromagnétique doit être déposée par pulvéri- sation cathodique (production de disques magnétiques de mémoire), se trouve d'abord (en étant de préférence maintenu par un robot) dans une position relative par rapport à la plaque 1 ou à son évidement 4, comme le montre la figure 2, c'est-à-dire que le plan principal du substrat 13 est parallèle au plan principal de la plaque 1. L'axe S du substrat est relevé d'une distance e, qui peut par exemple être égale à l'excentricité E. Le substrat 13 est ensuite introduit dans l'évidement 4, le long des droites en tireté, de façon qu'il se place sensiblement au-dessus du centre de la rainure 6. Le substrat 13 est ensuite abaissé de la distance e, jusqu'à ce que la partie inférieure de sa circonférence repose sur le fond 7 de la rainure. Le substrat est désormais maintenu de façon fiable dans la rainure 6, sur environ la moitié de sa circonférence. Il est désormais impossible, même par une inclinaison importante de la plaque 1, de faire tomber le substrat vers la gauche (sur la figure 2). Sur la figure 1, la courbe en tireté 17 représente la position initiale du substrat 13 selon figure 2. La courbe en points et tirets 18, qui ne reproduit qu'une partie de la circonférence du substrat, représente ce dernier dans la position abaissée, reposant sur le fond 7 de la rainure. On voit que le recouvrement entre le fond 11 et'cette courbe 18 est sensiblement le même que celui du substrat et de la nervure 10. Le passage précédemment décrit du matériau à déposer est ainsi efficacement interdit. La figure 3 représente la disposition multiple du dispositif de principe selon figures 1 et 2, dans une plaque 19 plus grande, compor- tant de nombreux évidements 4. Les détails du bord de cet évidement ne sont pas représentés par raison de simplicité et compte tenu de l'échelle adoptée. Comme précédemment indiqué, l'échelle n'est pas respectée sur les figures 1 et 2 afin d'illustrer les relations. En pratique, l'excentricité E choisie est de 5 mm pour un diamètre du substrat de 130 mm par exemple, et la profondeur de la rainure est limitée à 2 mm environ. Le cercle intérieur en tireté, non référencé sur la figure 1, représente le trou habituel des disques magnétiques de mémoire. Un bouchon peut être introduit dans ce trou pour éviter le passage du matériau à déposer. Le porte-substrats convient pour tous les substrats sensiblement circulaires possibles, tels que lentilles (verres de lunette), filtres, réflecteurs, etc. Des miroirs paraboliques munis d'une bride annulaire peuvent également être montés et recevoir un dépôt de préférence sur une seule face, pour la production de miroirs à lumière froide par exemple. 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 de fixation de substrats à contour circulaire, en particulier dans des équipements de dépôt par évaporation sous vide, avec au moins un évidement sensiblement circulaire réalisé dans une plaque et sur le bord duquel est usinée une rainure radiale semi- circulaire, parallèle au plan principal de la plaque, destinée au chargement d'un substrat et délimitée de chaque côté par des ner- vures dont l'écartement correspond à l'épaisseur du substrat, ledit dispositif étant caractérisé en ce que: a) l'évidement (4) débouche à travers la plaque (1) pour permettre le dépôt sur les deux faces des substrats; b) la nervure (16) située du côté chargement (la) s'étend sensible- ment en demi-cercle au-dessus de la moitié inférieure de la circonférence de l'évidement; c) la moitié supérieure de la circonférence de l'évidement (4) pré- sente du coté chargement (la) un alésage (8) s'étendant au-dessus de la rainure (6) vers l'intérieur de la plaque (1), excentré vers le haut d'au moins la profondeur de la rainure et dont le rayon R est au moins égal au rayon PR2 du fond (7) de la rai- nure; et d) la nervure (10) située du coté opposé s'étend au moins sensible- ment en demi-cercle sur au moins la moitié inférieure de la cir- conférence de l'évidement (4). 2. Dispositif de fixation selon revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (4) est constitué par des surfaces de révolution avec au moins trois rayons différents: a) un premier trou (5) traversant la plaque (1) avec un rayon R1 inférieur au demi-diamètre D du substrat; b) un fond (7) de rainure sensiblement semi-circulaire, concentrique, situé sensiblement à la mi-profondeur du premier trou (5) et de rayon R2, avec R1 > R1; et c) un alésage (8)-situé à la partie supérieure, décalé vers le haut, s'étendant suivant la profondeur au moins jusqu'au niveau du fond (7) de la rainure et de rayon R1, avec R3 > R2 > R1. 3. Dispositif de fixation selon revendication 2, caractérisé en ce l'alésage (8) et la face (2) opposée de la plaque (1) sont séparés par une paroi d'épaisseur inférieure à l'épaisseur de la nervure (10) à la partie inférieure. 4. Dispositif de fixation selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque (1) est en acier fin.