Brevet FR2576918A1 — publié le 19860808

SOURCE DE VAPEUR POUR INSTALLATIONS DE REVgTEMENT SOUS VIDE La présente invention concerne une source de vapeur pour installations de revêtement sous vide dans laquelle le support de la matière cédant de la vapeur est agencé pour pouvoir tourner et est entraîné par un moteur, éventuellement au moyen d'un mécanisme de transmission. On connaît les formes de réalisation les plus diverses de sources de vapeur dans lesquelles le support de la matière cédant la vapeur, constitué par exemple, par un creuset de fusion de la matière à évaporer, est conçu pour tourner. Par la demande de brevet allemand DE-A 1 521 225, il est connu de rendre rotatif un creuset d'évaporation, afin que la matière fondue vaporisable soit maintenue, par la force centrifuge, contre le côté intérieur du creuset de vaporisation, la surface de la matière en fusion prenant sous l'effet de la force centrifuge une forme telle qu'il y ait une focalisation des particules vaporisées. Ainsi, on peut influencer la répartition de la vapeur condensée sur des substrats. Un autre avantage réside dans le fait que, grâce à la forme paraboloidale de la surface du bain de fusion au cours de la rotation du creuset, cette surface est accrue, donc aussi l'émission de vapeur. On a déjà proposé, pour influencer la distribution de la matière de revêtement, de jouer sur le choix de la vitesse de rotation d'un creuset d'évaporation, ce procédé offrant l'avantage que la courbe de distribution peut, même au cours du processus de vaporisation, être adaptée aux conditions particulières en modifiant la vitesse de rotation. La demande de brevet allemand DE- 33 16 554 montre un autre agencement avec creusets rotatifs qui sont associés à un dispositif de changement de creuset, le creuset se trouvant à un moment donné en position de vaporisation pouvant être mis en rotation par un arbre qui peut lui être appliqué. Des installations de vaporisation avec un dispositif pour faire tourner, au cours de la vaporisation, le produit à évaporer sont également indiquées dans les brevets et demandes de brevet anglais GB- 13 18 046, allemands DE- 30 10 925 et DE- 26 15 215, ce dernier document décrivant un agencement dans lequel le produit à évaporer est en outre mobile en direction verticale de l'axe de rotation, donc réglable en hauteur, au cours de la vaporisation. Dans tous les agencements cités, le moteur est disposé de manière usuelle à l'extérieur de la chambre de vaporisation, et le mouvement de rotation est fourni, dans le vide, au moyen d'un arbre étanche. Cette traversée de la paroi exige que l'évaporateur soit lui-même plus ou moins fixe dans la chambre à vide (abstraction étant faite de la réglabilité en hauteur). La demande de brevet allemand DE- 1 521 525 indique en outre, sur sa figure 7, la possibilité que la traversée pour organe tournant agencée dans la paroi de la chambre à vide soit elle-même aménagée avec rotule, de façon que l'arbre puisse être positionné selon diverses directions adaptables aux exigences de chaque cas particulier. Un évaporateur rotatif réglable en direction latérale (perpendiculairement à l'axe de rotation) est connu par le brevet allemand DE- 2 849 933, selon lequel les trois principaux éléments constitutifs de dispositifs de vaporisation par faisceau électronique, à savoir le dispositif de maintien de la matière à évaporer par exemple un creuset d'évaporation, une source de faisceau électronique et un aimant de déflexion,-du faisceau électronique sont fixés sur une tige de retenue commune, le dispositif de maintien de la matière à évaporer pouvant être réalisé sous la forme d'un creuset rotatif avec moteur fixé à la même tige de retenue et entraîné dans la chambre à vide. La tige de retenue traverse elle-même de façon étanche la paroi de la chambre à vide et peut être déplacée pour un ajustement. Dans l'industrie électronique, il est fréquent que, lors de la fabrication de microcircuits, des couches minces de métal soient appliquées avec des évaporateurs à faisceau électronique. Il est également fréquent d'utiliser des évaporateurs à faisceau électronique pour réaliser des couches optiques. Les impératifs auxquels le dispositif de vaporisation doit satisfaire sont très poussés pour ces applications. En particulier, les exigences sont extraordinairement sévères pour ce qui est de l'homogénéité de la distribution d'épaisseur de la couche, de la reproductibilité de l'épaisseur de couche, du respect d'une certaine répartition angulaire de la vapeur, et de tels impératifs, aussi poussés, ne peuvent être satisfaits que si a) la matière est toujours vaporisée depuis le même emplacement-source exactement défini à l'intérieur de la chambre de vaporisation, et b) la caractéristique de propagation de la vapeur est aussi constante que possible. On sait déjà que le fait que la matière à évaporer soit en rotation ou en mouvement en dessous du faisceau électronique conduit à un régime de vaporisation sensiblement plus régulier. Pour les métaux à bas point de fusion, par exemple l'aluminium, on obtient ainsi une très forte réduction de la fréquence des projections, et les oscillations du bain, conduisant à des fluctuations de la propagation de la vapeur, sont également réduites. Pour les métaux à point de fusion élevé,la rotation du creuset évite qu'il se forme, dans la matière à évaporer, des trous' et cratères qui ont également une influence défavorable sur la répartition de la vapeur. Dans le cas de diélectriques tels que, par exemple, SiO2, ou de matériaux se sublimant, par exemple le chrome, la rotation du creuset évite le creusement de trous par brûlage. Cette méthode permet aussi de vaporiser de grandes surfaces de matière de manière très plane ou uniforme. La rotation améliore aussi. la possibilité de conserver la stabilité et la petitesse de l'emplacement- source, ce qui, avec de grands diamètres de creuset, ne pouvait pas être obtenu à l'aide du seul balayage par le faisceau (excursion). Les meilleurs résultats sont toutefois obtenus si l'on utilise en même temps la rotation et la déviation programmée du faisceau. La déviation, en fait une déflexion, du faisceau ne sert alors qu'à définir une zone de vaporisation exacte sur une petite région déterminée. Les évaporateurs à creuset tournant utilisés jusqu'à présent sont très compliqués à manipuler. Leurs entraînements ont jusqu'ici toujours été installés à l'extérieur de la chambre à vide, o ils sont souvent gênants. De plus, les traversées nécessaires pour l'entraînement limitent notablement les possibilités de montage intérieur. Pour cette raison, l'emplacement de vaporisation ne peut être choisi que dans certaines limites. Les problèmes - sus-mentionnés sont particulièrement importants lorsque plusieurs couches doivent être appliquées au cours d'un procédé de dépôt en phase vapeur, ce qui est aujourd'hui très fréquent. Jusqu'à présent, on a utilisé pour cela ce que l'on appelle des creusets à plusieurs trous. Les cuvettes de creuset individuelles peuvent alors être mises successivement en position de vaporisation. Ce genre de source autorise certes la vaporisation à partir d'un emplacement toujours identique, mais ne résoud pas le problème de la régularité de vaporisation, car il n'y a aucune rotation des cuvettes de creuset autour de leur axe propre. Ceci étant, l'invention a pour but de parvenir à un agencement pour installation de revêtement sous vide, avec lequel l'emplacement de la vaporisation à l'intérieur de l'installation pourra être librement choisi, tout en ayant simultanément la possibilité de soumettre la matière à vaporiser à une rotation pendant la vaporisation. Pour atteindre ce but, l'invention prévoit, pour l'agencement du genre mentionné au début, que la source de vapeur forme, avec le moteur, une unité modulaire qui est agencée de manière à pouvoir être déplacée dans au moins deux dimensions dans l'installation de revêtement sous vide. De préférence, c'est sous la forme d'une unité modulaire compacte que sont réalisés les moyens d'entraînement en rotation associés à la source de- vaporisation proprement dite, par exemple le creuset, ainsi qu'à un mécanisme de transmission et au moteur y afférent. L'évaporateur peut alors être placé librement dans la chambre de vaporisation, sans aucune limitation importante. Si plusieurs matières doivent être vaporisées à partir de creusets tournants, on peut alors agencer un nombre correspondant d'unités modulaires, de manière qu'elles soient mobiles, sur des chariots ou sur un agencement tournant, de manière qu'il soit toujours possible d'obtenir, par déplacement de l'évaporateur utilisé, que l'emplacement de la vaporisation dans l'installation reste inchangé. Naturellement, il est également possible de choisir des emplacements de vaporisation différents pour les divers processus de vaporisation, si cela s'avère opportun. De plus, le mouvement permanent du évaporateur pendant la vaporisation permet d'obtenir une excellente distribution d'épaisseur de couche sur des grandes surfaces de substrat, comme par exemple sur des tambours-cylindres. Dans une forme de réalisation particulièrement recommandée, l'unité modulaire comporte un dispositif de génération de faisceau électronique pour le chauffage de la matière à évaporer. L'unité modulaire peut alors, en même temps, comporter un dispositif pour la focalisation du rayon électronique sur la matière à vaporiser, et des moyens pour influencer l'emplacement et la grandeur du foyer. Il est également recommandé que l'unité modulaire soit constituée par un creuset d'évaporation avec réducteur et moteur d'entraînement rapportés. Ces deux derniers sont alors avantageusement sous enveloppe étanche au vide, ce qui permet de réduire à un minimum le gaz cédé au vide de vaporisation. Le moteur peut être un moteur électrique, mais on pourrait aussi utiliser des moteurs entraînés par un fluide, liquide ou gazeux. Les conduites d'alimentation pour le moteur, et un refroidissement généralement nécessaire, donc des câbles électriques et des conduites correspondantes pour l'entrée et la sortie d'un moyen d'entraînement et/ou d'un fluide de refroidissement, peuvent être rassemblés dans un tuyau souple qui peut être assemblé à l'intérieur de l'installation de vaporisation, avec un raccord correspondant pour le courant et/ou les fluides concernés. L'expérience montre qu'un tel tuyau d'alimentation souple gêne à peine le travail avec une telle installation de revêtement, et que l'on est, en premier lieu, assuré d'une amovibilité et d'une échangeabilité rapides et faciles, puisque les liaisons correspondantes allant aux lignes d'alimentation peuvent être facilement défaites en cas de besoin. Si l'on utilise des évaporateurs plus importants, regroupés en une unité modulaire avec un moteur, il peut être opportun de faciliter davantage le mouvement à l'intérieur de l'installation de revêtement en prévoyant que les unités modulaires individuelles sont montées chacune sur un châssis mobile, de manière à pouvoir être déplacées, sans déploiement d'effort important, sur le fond d'une grande installation de revêtement, jusqu'à l'emplacement approprié. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par le dessin annexé. Le dessin annexé représente un ensemble de vaporisation constituant une unité modulaire, laquelle présente un creuset d'évaporation rotatif 1, un dispositif 2 servant au chauffage de celui-ci pour produire un faisceau électronique 3, un aimant 4 pour produire un champ magnétique faisant dévier le faisceau électronique sur le produit en fusion 5 dans le creuset, ainsi qu'un moteur 6 avec mécanisme de transmission pour entraîner l'arbre vertical 7 portant le creuset. Par une conduite d'alimentation formée par un tuyau flexible métallique 8 pour l'amenée de l'énergie électrique nécessaire et d'un réfrigérant, l'unité modulaire est reliée à des raccords correspondants dans l'installation de revêtement. En détail, le dessin montre en outre que l'unité modulaire est entourée par une enceinte 9 qui présente un fond 10 et une plaque 11 recouvrant le creuset, avec ouvertures 12 13, pour le faisceau électronique ou pour la sortie, hors du creuset, de la vapeur produite. Le fond du creuset ainsi qu'une partie de ses parois latérales sont de configuration creuse (14), afin de pouvoir y faire passer un réfrigérant. C'est par l'arbre creux et par le canal annulaire 15 qui l'entoure que le réfrigérant est amené et évacué. Une tôle déflectrice 16 agencée dans la cavité a pour effet que le réfrigérant doit d'abord s'écouler radialement vers l'extérieur depuis l'axe du creuset, puis en contournant le bord de la tôle déflectrice, radialement vers l'intérieur. Le réfrigérant amené parvient, via un trou 18, dans un volume annulaire 19 et, de celui-ci, via la chambre annulaire 20, dans l'arbre creux 7. Après être revenu, par le canal annulaire 15, du volume de réfrigération du creuset, il est évacué, via une autre chambre annulaire et un trou 21, par une conduite invisible sur le dessin puisque située derrière la conduite d'arrivée 17. D'autres détails de l'amenée et de la sortie du réfrigérant sont visibles sur le dessin, mais sont toutefois sans importance pour l'essentiel de l'invention, et peuvent être modifiés de nombreuses manières. Le dessin montre plusieurs étanchéités annulaires pour les canaux de réfrigérant ainsi que des roulements à billes pour l'arbre d'entraînement du creuset. Sur la conduite d'alimentation 8, seule est visible la conduite 17 d'amenée de réfrigérant située la plus en avant, la conduite de départ située derrière étant invisible, ainsi que les conduites électriques de fourniture d'énergie au moteur et au dispositif de production du rayon électronique. L'entraînement du creuset peut aussi être modifié de différentes manières par rapport à la construction représentée sur le dessin. Un mécanisme de transmission réducteur n'est pas toujours nécessaire, un moteur tournant lentement pouvant notamment être directement couplé à l'arbre de creuset. Par ailleurs, une rotation très lente est souhaitable dans de nombreux cas d'application. Les détails techniques d'un dispositif de production de faisceau électronique et de l'aimant de déflexion sont connues en soi et ne constituent pas l'objet de la présente invention. Des sources de vapeur selon l'invention peuvent être utilisées avec avantage, en premier lieu dans le cas des installations de revêtement assez importantes, notamment lorsqu'il faut prévoir plusieurs sources de vapeur, par exemple pour le revêtement uniforme de grandes surfaces, le lieu de la vaporisation variant d'un cas à l'autre, selon les objets à revêtir, et devant même éventuellement être modifié pendant l'exécution du revêtement. Comme chaque source de vapeur selon l'invention constitue une unité modulaire, elle peut être amenée, sous la forme d'un tout, dans l'installation, à l'endroit convenable. Les dispositifs éventuellement nécessaires au déplacement de l'unité modulaire, par exemple des rails, câbles de traction, etc., peuvent être prévus de manière adéquate, et adaptés aux cas d'application individuels. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illuster l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière 1 0O englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. 1 1 REVENDICATIONS: 1. Source de vapeur, pour installations de revêtement sous vide, dans laquelle le support de la matière cédant de la vapeur est agencé pour pouvoir tourner et est entraîné par un moteur, cette source de vapeur étant caractérisée en ce qu'elle (1) forme, avec le moteur (6), une unité modulaire qui est agencée de manière à pouvoir être déplacée dans au moins deux dimensions dans l'installation de revêtement sous vide. 2. Source de vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité modulaire englobe un dispositif (2) de génération de faisceau électronique pour le chauffage de la matière à évaporer (5). 3. Source de vapeur selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'unité modulaire comporte un dispositif (4) pour la focalisation du faisceau électronique (3) sur la matière à évaporer (5), et des moyens pour influencer l'emplacement et la grandeur du foyer. 4. Source de vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité modulaire est constituée par un creuset d'évaporation (1) avec réducteur et moteur d'entraînement (6) rapportés, et en ce que ces deux derniers sont sous enveloppe étanche au vide. 5. Source de vapeur selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité modulaire est reliée à un moteur entraîné par un fluide liquide ou gazeux.