Brevet FR2579910A1 — publié le 19861010

DISPOSITIF DE FIXATION DE CIBLES DE PULVERISATION CATHODIQUE La présente invention concerne un dispositif pour fixer des cibles de pulvérisation cathodique à l'aide de moyens de serrage pour appuyer la cible sur une surface réfrigérante. Ce dispositif est utilisable en particulier avec des sources de pulvérisation à magnétron et autres sources de pulvérisation à grande vitesse. Les sources de pulvérisation à magnétron et autres sources à grande vitesse exigent, du fait de leur grande puissance de fonctionnement, un refroidissement intense de la matière de la cible à pulvériser. L'obtention de grandes vitesses de pulvérisation est très importante pour la qualité du processus ainsi que pour l'économie de tels dispositifs. Par exemple, pour revêtir des plaquettes de silicium avec de l'aluminium, dans l'industrie des semiconducteurs, de grandes densités de vapeur ou de grands débits de pulvérisation sont nécessaires pour être en mesure d'établir un rapport optimal entre densité des particules vaporisées et densité des particules de gaz résiduel dans la chambre de revêtement. La contamination ou perte de pureté, provoquée par des composants indésirables, par exemple 02, peut être réduite en recourant à de grandes vitesses de pulvérisation. En outre, une grande vitesse de croissance de couche autorise, dans les installations de pulvérisation, des débits plus importants de substrats à revêtir, ce qui peut contribuer sensiblement à une augmentation de la rentabilité. Pour être en mesure d'atteindre de grandes vitesses de pulvérisation, il faut recourir à des puissances électriques de niveau élevé correspondant, ce qui, dans l'art antérieur, à conduit à de nombreux problèmes concernant le refroidissement des cibles. Une solution courante du problème du refroidissement est le refroidissement direct à l'eau. Dans cette méthode, le fluide réfrigérant, l'eau, est amené directement au dos de la cible qui est souvent réalisée sous forme de plaque. Le contact thermique entre cible et fluide réfrigérant est alors particulièrement bon et permet aussi d'obtenir d'excellentes performances de refroidissement. Un grave inconvénient réside toutefois dans l'étanchéité nécessaire pour séparer le fluide réfrigérant du vide de la chambre de pulvérisation. En pratique, cela aboutit à un manque de fiabilité fonctionnelle du fait du risque de fuite. De plus, le nombre élevé des vissages nécessaires implique des frais de main d'oeuvre accrus lors du montage ou du démontage des cibles. Une autre solution connue utilise un moyen de contact particulier entre la cible et une plaque de refroidissement avec canaux d'eau fermés. Dans une autre méthode très répandue, la cible est soudo-brasée, avec un alliage de soudure tendre, sur un support réfrigéré. Cette méthode est toutefois onéreuse et compliquée. En outre, l'exécution d'une soudure "propre" à grande surface ne se maîtrise pas facilement. On utilise parfois des adhésifs ou des pâtes comme moyens de contact. Toutefois, dans la plupart des cas, cela est inacceptable en technique sous vide, du fait des gaz émis. Une autre solution connue, souvent utilisée, représentée sur la figure 1, consiste à serrer une cible sur un support refroidi. La cible 1 est fortement appuyée, au moyen d'une bride de serrage 2, à l'aide de vis 3, contre la plaque de refroidissement 5 avec canaux de réfrigérant 6. Cette méthode présente l'avantage que la cible est ainsi facile à monter et économique à réaliser, puisque l'on peut renoncer au collage ou au soudo-brasage sur un support refroidi, et puisqu'il ne faut aucun joint d'étanchéité entre eau de refroidissement et vide sur la cible. Cette solution présente toutefois un inconvénient fondamental, à savoir le fait que le transfert thermique, naturellement mauvais, entre cible et plaque de refroidissement a pour effet que la quantité de chaleur pouvant être évacuée est très limitée. Ce mauvais transfert de chaleur provient de ce que, même dans le cas d'un fort serrage mutuel de deux surfaces, on ne réalise que des contacts ponctuels. Dans la réalisation selon la figure 1, ces points de contacts sont limités aux zones de vissage dans la région limitroDhe entre cible et plaque de refroidissement. La chaleur produite à la surface de la cible doit donc d'abord s'écouler dans la plaque-cible jusqu'à ces zones de vissage pour pouvoir être évacuée. On a cherché à agrandir les surfaces de contact en plaçant entre cible et plaque de refroidissement, comme indiqué sur la figure 1, des feuilles 4 de matières appropriées, souples et conductrices, par exemple le zinc-. Cela conduit certes à une amélioration notable de la capacité de refroidissement, mais la mise en place des feuilles est délicate et doit être effectuée avec un très grand soin. L'évacuation de chaleur est néanmoins soumise à de fortes fluctuations et sa reproductibilité est incertaine. La présente invention a pour but de perfectionner des dispositifs de fixation d'une plaque-cible de pulvérisation cathodique, avec support refroidi et avec moyens de serrage pour appuyer la plaque-cible sur le support, de manière à obtenir une plus grande intensité et une plus grande régularité d'évacuation de la chaleur de la cible, et à permettre ainsi d'obtenir une plus forte puissance de pulvérisation. 4- Ce dispositif de fixation du genre mentionné au début atteint le but précité par le fait que les moyens de serrage sont aménagés de façon à évacuer eux-mêmes au moins 10 % de la quantité de chaleur totale produite sur la cible au cours du processus de pulvérisation. L'invention peut être appliquée de manière particulièrement simple aux agencements dans lesquels les moyens de serrage agissent sur le bord d'une cible et sont directement reliés à des moyens de refroidissement. De tels moyens de serrage sont avantageusement réalisés avec deux brides de serrage annulaires qui peuvent être appuyées sur le côté dessus et le côté dessous de la plaque ou cible. Ces brides peuvent elles-mêmes présenter une cavité pour le passage d'un fluide réfrigérant. Elles peuvent notamment s'appliquer sur des reliefs de refroidissement ou des lèvres de refroidissement aménagés sur le pourtour d'une cible. On décrira maintenant plus en détail des formes de réalisation particulières de l'invention qui en feront mieux comprendre les caractéristiques essentielles, et les avantages, étant entendu toutefois que ces formes de réalisation sont choisies à titre d'exemple et ne sont nullement limitatives. Leur description est illustrée par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente, comme déjà indiqué, une monture connue pour plaque-cible; - la figure 2 représente un premier exemple simple de réalisation de l'invention, avec refroidissement d'une plaque- cible au moyen d'un épaulement aménagé sur le pourtour de celle-ci et coopérant avec une bride de retenue appuyée sur cet épaulement et refroidie activement; - la figure 3 représente un autre exemple de réalisation dans lequel la cible est dotée d'une lèvre de refroidissement formée par deux épaulements sur son pourtour, des brides de refroidissement étant appliquées des deux côtés de cette lèvre; - la figure 4 représente un dispositif de fixation pour plaques-cibles ayant deux lèvres de refroidissement sur leur pourtour; - la figure 5 représente une monture, encore destinée à une cible avec lèvre de refroidissement sur son pourtour, et présente une autre possibilité de refroidissement à l'aide de moyens supplémentaires de serraqe,annulaires, refroidis sur la face inférieure; et - la figure 6 montre- aussi la possibilité de réaliser une cible avec support soudo-brasé, de manière qu'un dispositif de fixation selon l'invention soit utilisable avec avantage. Comme on peut le voir, la monture selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 est constituée par une plaque de refroidissement 5 sur laquelle peut être posée une cible 1 en forme de plaque dont une face (la face supérieure sur le dessin) doit être pulvérise. La. plaque-cible présente un épaulement aménagé de façon qu'il y ait, le long de son pourtour, une lèvre de refroidissement 12 appuyée contre le support sous-jacent par une bride de refroidissement annulaire 2, au moyen de vis 3. On obtient alors un excellent contact conducteur de la chaleur entre la bride de refroidissement 2 et la face supérieure de la lèvre de refroidissement. La figure 2 montre en outre que la plaque de refroidissement 5 et la bride de refroidissement 2 sont munies de canaux de fluide réfrigérant, 6, et que l'on peut prévoir, au milieu de la plaque, une autre fixation pouvant être refroidie, réalisée sous la forme d'un organe de serrage annulaire supplémentaire 13, que l'on peut aussi considérer comme constituant des moyens de serrage au sens de la présente invention. Entre la plaque-cible 1 et le support refroidi 5, on peut en outre, de manière connue, insérer des feuilles 4 conductrices de la chaleur, ou d'autres moyens de contact, afin de renforcer le refroidissement. L'exemple selon la figure 3 montre qu'une plaque-cible peut être fixée au moyen d'un dispositif de fixation selon l'invention sans qu'il y ait de support refroidi comme celui utilisé dans le cas illustré par la figure 2. Les chiffres de référence ont la même signification que sur la figure 2. Sur la figure 3, la plaque-cible est aménagée avec deux épaulements le long de son pourtour, à savoir un épaulement face supérieure un épaulement face inférieure,dto il résulte, là encore, une lèvre de refroidissement 12 entourant la plaque et contre laquelle une double bride (2) refroidie de manière active est appliquée, face supérieure et face inférieure,avec serrage au moyen des vis 3. Similairement à la réalisation représentée sur la figure 2, des moyens de serrage supplémentaires refroidis (13) sont, là encore, appliqués au milieu de la plaque-cible, des deux côtés de celle-.ci, et sont en contact bon conducteur de la chaleur avec cette plaque-cible. Sur la figure 4, la plaque-cible comporte, à la différence de celle selon la figure 3, deux lèvres de refroidissement 12 sur son pourtour, de sorte qu'il y a au total quatre surfaces de refroidissement contre lesquelles les quatre surfaces conjuguées de la bride refroidie 2 sont serrées au moyen des vis-3. Dans la forme de réalisation selon la figure 5, la plaque-cible ne possède de nouveau, sur son pourtour, qu'une seule lèvre de refroidissement qui peut être conjuguée à un dispositif de fixation analogue à celui représenté sur la figure 3. On a en outre prévu d'autres anneaux de serrage refroidis 14, qui ont un moindre diamètre et dont les surfaces réfrigérantes sont appliquées contre une nervure de refroidissement 15 aménagée sur la face inférieurede la cible dont la charge thermique est plus forte tans cette région qui est donc celle o l'on a besoin d'une plus forte évacuation de chaleur. Enfin, la figure 6 illustre le cas, déjà mentionné, d'une cible dite composite, c'est-à-dire une cible 1 solidarisée, par soudage ou brasage, à un support 16 doté d'une lèvre de refroidissement 12. Le progrès atteint par l'invention peut être mis en évidence, par exemple, en comparant les paramètres d'utilisation du dispositif de fixation connu, représenté sur la figure 1, et ceux d'un dispositif selon l'invention, représenté sur la figure 2. Avec une cible en Al-Si ayant un diamètre de 200 mm et une épaisseur de 12 mm, un dispositif de fixation selon la figure 1 pouvait être utilisé avec une puissance de 6 kw. La température de la cible, mesurée sur la face in- férieure, atteignait alors 200 C. Par contre, la même cible montée dans un dispositif de fixation selon la figure 2 autorise l'application d'une puissance de fonctionnement de 11 kw, permettant d'obtenir une augmentation notable de la vitesse de pulvérisation. Néanmoins, la température ne dépasse pas 200 C. L'amélioration du refroidissement est donc très importante. Dans la présente description, l'expression "vitesse de pulvérisation" désigne la quantité de matière de cible qui est pulvérisée, par unité de temps, à partir d'une source de pulvérisation. Dans la littérature spécialisée, cette grandeur est souvent appelée "débit de pulvérisation". Le terme "cible" désigne un corps dont la surface (ou une partie de surface) est l'objet d'un enlèvement de matière sous l'effet du processus de pulvérisation. Dans la plupart des cas le but de ce processus est que la matière ainsi enlevée soit déposée sur d'autres corps appelés I"substratsI. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails des modes de réalisation particuliers choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux réalisations particulières qui ont été décrites à titre d'exemple et à leurs éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant de équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour fixer des cibles de pulvérisation cathodique à l'aide de moyens de serrage (2, 13) pour appuyer la cible (1) sur une surface réfrigérante, caractérisé en ce que les moyens de serrage (2,13) sont aménagés de façon à évacuer eux-mêmes au moins 10 % de la quantité de chaleur totale produite sur la cible au cours du processus de pulvérisation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage (2,13) sont reliés à des moyens de refroidissement et agissent sur le bord de la cible (1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage (2,13) présentent deux brides de serrage annulaires (2) cqui sont appuyées sur la face supérieure et la face inférieure de la cible (1). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage comportent des brides (2) qui'présentent au moins une cavité (6) pour le passage d'un fluide réfrigérant. 5. Dispositif selon la revendication 1, - caractérisé en ce que les moyens de serrage sont aménagés pour recevoir des cibles (1) avec plusieurs reliefs de refroidissement. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de serrage sont aménagés pour recevoir des cibles (1) avec au moins deux lèvres de refroidissement (12) prévues sur leur pourtour.