Brevet FR2646287A1 — publié le 19901026

La présente invention concerne de façon générale les canons à électrons et en particulier un ensemble magnétique de correction destiné à isoler les champs magnétiques indi- viduels de canons à électrons très proches les uns des autres. On utilise beaucoup les canons à électrons pour l'évaporation des métaux et leur dépôt sous vide sur des matériaux de substrat, et leur fonctionnement nécessite la focalisation magnétique d'un faisceau intense d'électrons provenant d'un émetteur d'électrons dans un creuset conte- nant le matériau constituant la source d'évaporation. La focalisation des électrons est habituellement assurée par un champ magnétique transversal créé à l'extrémité du creuset gui est opposée à l'émetteur d'électrons, mais un appareil plus moderne et perfectionné met en oeuvre des aimants latéraux verticaux alignés le long des côtés du canon électronique, dans la région du trajet du faisceau, afin qu'un trajet transversal soit formé pour le guidage des électrons dans le creuset. Le canon électronique est formé d'un bloc rectangu- laire d'un métal non ferreux ayant une cavité centrale circulaire à sa face supérieure, cette cavité formant le creuset. La source d'électrons est un émetteur placé à une première extrémité et des aimants permanents ou des électro-aimants destinés à créer un flux magnétique sont convenablement disposés afin qu'ils focalisent le faisceau d'électrons dans le creuset. Lorsque deux canons à élec- trons au moins sont associés, les champs qui créent leur flux magnétique risquent d'interagir et de perturber la focalisation des faisceaux dans les creusets. Ceci commence à poser un sérieux problème lorsque plusieurs canons à électrons sont très proches les uns des autres afin qu'ils assurent le mélange de vapeurs pendant une évaporation et un dépôt simultanés de couches contenant plusieurs consti- tuants dans un seul cycle de traitement sous vide. Norma- lement, dans le cas d'une évaporation simultanée, il est avantageux de placer au moins deux canons à électrons à proximité, à une même distance du substrat, afin que le mélange des vapeurs ou le dépôt de plusieurs couches assure un même degré de mélange des vapeurs ou des matériaux éva- porés ou donne une plus grande vitesse de revêtement et ainsi un plus grand rendement de fonctionnement. Le problème de l'interaction des flux et de l'incli- naison massive des champs magnétiques des canons à élec- trons très proches les uns des autres a été reconnu depuis de nombreuses années et il est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 475 542. La technique actuelle destinée à réduire l'acuité de ce problème nécessite le décalage des canons à électrons sous forme alignée en mode "parallèle en opposition" dans lequel tous les aimants à pôles Nord disposés d'un côté de l'ensemble sont adjacents à des pôles Nord de l'autre côté de l'ensemble adjacent suivant, et les pôles Sud sont adjacents aux pôles Sud. Dans cette configuration, les pôles adjacents des canons adjacents sont polarisés en sens opposés si bien que la distorsion du trajet du flux est minimale dans chaque ensemble. Ceci permet la disposition des canons à électrons à des distances telles que les pièces polaires sont sépa- rées de moins de 13 mm environ.-Cependant, un problème posé par cette configuration est que, bien qu'une longue rangée de canons puisse être utilisée, la tension élevée (par exemple 10 kV) transmise aux émetteurs d'électrons aux extrémités des canons adjacents décalés nécessite des con- ducteurs et des fils d'alimentation à haute tension des deux côtés de l'ensemble de creusets. Cette plus grande surface des éléments à haute tension augmente beaucoup les décharges disruptives et dans le gaz àhaute tension, et des isolants contre les hautes tensions doivent être placés sur une grande partie de la surface inférieure de la chambre. La disposition des canons à électrons en mode stric- tement parallèle, tous les émetteurs étant placés d'un côté de l'ensemble d'évaporation à plusieurs canons, provoque la disposition des aimants et des pôles à des emplacements tels que les pôles magnétiques des parois latérales des canons adjacents non seulement ne se repoussent pas comme dans le mode parallèle en opposition, mais s'attirent et provoquent une inclinaison massive des champs et des tra- Jets des électrons. Les champs magnétiques d'un canon à électrons jouent le rôle d'un aimant puissant, les lignes de champ allant d'un pôle externe d'un canon vers le pôle externe du canon le plus à l'extérieur de l'ensemble parallèle par-dessus tous les pôles intermédiaires. La présence des lignes de champ au-dessus des canons à électrons parallèles et adja- cents provoque un aplatissement des lignes de champ nor- males dans la région dans laquelle les électrons se déplacent ainsi qu'un changement de la direction des lignes de champ et de la focalisation des électrons et de la pré- cision de l'inclinaison de manière générale. Pour que le fonctionnement en mode parallèle soit raisonnablement bon, il faut que les canons adjacents soient séparés.par la largeur d'un canon pour que cette interaction soit supprimée. L'ensemble décrit selon l'invention supprime la nécessité de cette séparation physique et permet une foca- lisation précise du faisceau d'électrons de chacun des canons en mode parallèle-parallèle, et l'ensemble adjacent étant séparé par une distance qui est seulement d'environ 6 mm. Plus précisément, l'invention concerne un aimant formant une barrière constituée d'une tranche mince des- tinée à être placée entre des ensembles alignés et adja- cents d'évaporation par projection d'électrons. Les ensembles ou canons adjacents sont normalement séparés par une distance d'environ 6 mm et l'aimant analogue & la tranche, ayant une épaisseur d'environ 3 mm, est placé au centre de l'espace compris entre les parois latérales des canons et est parallèle & ces parois. Les aimants sont polarisés dans la direction de faible épaisseur de la tranche afin que la totalité d'une surface ait la polarité Nord et la surface opposée la polarité Sud. Les surfaces latérales qui ont des polarisations opposées, sont placées dans l'espace de manière que leur polarité provoque une répulsion par rapport au pôle du canon adjacent. Ceci empêche une action mutuelle des champs entre les canons adjacents et permet une focalisation convenable du faisceau d'électrons dans le creuset sous l'action des aimants du canon. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en plan de deux canons à électrons adjacents séparés par une barrière magnétique; la figure 2 est une coupe en élévation de la zone médiane de deux canons parallèles adjacents et elle repré- sente l'action magnétique sans la barrière magnétique; la figure 3 est une coupe des canons de la figure 2, représentant l'action magnétique en présence de la barrière; la figure 4 est une vue schématique en plan d'une variante d'une paire de canons & électrons qui sont placés parallèlement et qui ont des structures magnétiquement différentes et une barrière magnétique; et la figure 5 est une coupe en élévation des ensembles, suivant la ligne 5-5 de la figure 4. La figure 1 représente deux canons à électrons iden- tiques et adjacents 10, 12 ayant chacun un émetteur d'élec- trons 14 commandé électroniquement et consommant normale- ment jusqu'à 15 kW d'énergie, chaque canon ayant une cavité circulaire formant un creuset 16 à proximité du centre d'un bloc de cuivre 18 qui est refroidi de façon convenable par circulation d'un fluide de refroidissement dans des pas- sages entourant les creusets. Un aimant 20 de grande dimen- sion est placé à l'extrémité du bloc 18 opposée à l'émet- teur 14 et deux pièces polaires parallèles 22, 24 formées d'acier sont placées de part et d'autre du bloc afin qu'elles (22, 24) forment ainsi des pôles externes plans et parallèles, de part et d'autre d'un axe passant par l'émet- teur 14 et le creuset 16, cet émetteur 14 étant à une certaine distance du creuset 16. Le flux du grand aimant 20 est transmis vers l'avant, vers l'émetteur, par les pièces polaires paral- lèles latérales 22, 24. Sur la figure 1, le pôle 22 est un pôle magnétique Nord et le pôle 24 un pôle magnétique Sud si bien que les lignes de force passent du pôle 22 dans la zone du creuset 16. Les lignes de force recoupent aussi la partie supérieure et sont bombées vers le haut. Ainsi, les électrons partant de l'émetteur 14 vers le haut sont obli- gés de se déplacer vers l'aimant 20 d'extrémité, mais sont focalisés avec une plus petite taille et viennent frapper la matière qui doit s'évaporer dans le creuset 16. Dans chaque canon, les pôles 22, 24 qui ont des polarités oppo- sées et le grand aimant 20 d'extrémité peuvent être consi- dérés comme un aimant en U qui crée un champ magnétique transversal destiné à guider et focaliser les électrons provenant de l'émetteur 14 vers la surface d'une matière qui doit être évaporée dans le creuset 16.. Lorsque deux canons électroniques au moins, tels que des ensembles 10 et 12, sont très proches, les pôles adja- cents 22, 24 ont des polarités opposées et l'interaction des flux magnétiques entre eux est intense. Les canons doivent normalement être séparés afin que l'inclinaison massive des faisceaux électroniques soit éliminée, que la perturbation du diagramme d'incidence soit supprimée, et que ces interférences soient réduites. Comme indiqué précédemment, le décalage des canons avec un des- sin parallèle en opposition réduit ce problème mais en pose d'autres. La barrière magnétique décrite dans la suite, lorsqu'elle est placée entre les pôles adjacents, permet la disposition de plusieurs canons identiques à une distance d'environ 6 mm, les canons fonctionnant convenablement sans distorsion du diagramme du faisceau d'électrons. Ainsi, plusieurs matières qui doivent être évaporées peuvent être placées pratiquement à une même distance d'un substrat dans une - 2646287 chambre sous vide afin que l'évaporation simultanée de plusieurs matières permette un dépôt en phase vapeur sur le - substrat dans un seul cycle de fonctionnement d'une instal- lation sous vide. La barrière magnétique comprend un ou plusieurs aimants minces 32 aimantés dans la direction de la faible épaisseur afin que, lorsque la plaque est placée entre deux pôles magnétiques de canons électroniques parallèles adja- cents, la polarité des surfaces de la barrière correspon- dant à celle du pôle adjacent, elle empêche le passage de la force magnétique d'un canon au canon adjacent. La bar- rière oblige ainsi chaque canon électronique à former son propre diagramme parallèle et à fonctionner comme s'il était isolé. La figure 2 représente l'effet des lignes de champ magnétique à l'interface de deux canons à électrons 10A et 12A. Bien que les pôles 22A, 24A appartiennent à deux en- sembles différents, la grande proximité des pôles opposés et l'intensité élevée du champ provoquent une attraction des lignes de champ d'un canon à l'autre. La déviation de ce flux magnétique élevé par rapport aux champs transver- saux formés au-dessus et au-dessous du faisceau modifie l'intensité et la direction des lignes de champ et provoque une inclinaison massive du faisceau d'électrons. La figure 3 représente les effets, sur les condi- tions magnétiques, de l'installation d'une barrière magné- tique 32, qui a des dimensions supérieures à la surface aimantée 22, 24 adjacente et qui empêche le passage des lignes de champ par-dessus l'espace formé entre des pôles adjacents. La figure 4 est une coupe en plan d'une partie de nouveaux types de canons électroniques. Chacun des deux canons représentés comprend un bloc de cuivre ayant un creuset 118 et ayant une circulation d'eau de re- froidissement, un émetteur 114 d'électrons placé à une extrémité-et une série d'au moins deux aimants placés le long du trajet du faisceau d'élec- trons. Les extrémités supérieures des aimants placés à droite du trajet du faisceau d'électrons de chaque canon 110, 112, notamment les aimants 136, ont des pôles Nord alors que les extrémités inférieures ont des pôles Sud. Les extrémités supérieures des aimants 134 du côté gauche ont des pôles Sud alors que les extrémités inférieures ont des pôles Nord. Une plaque 128 d'acier, telle que représentée en élévation sur la figure 5, est placée au fond du canon et est raccordée magnétiquement aux bases ou extrémités inférieures des aimants 134 et 136. Le système forme ainsi un aimant en U qui crée un champ magné- tique transversal à la partie supérieure du creuset 118 afin que le faisceau d'électrons soit focalisé et convena- blement dévié. Des organes 138 et 140 de protection contre la chaleur, formés de cuivre refroidi par circulation d'eau, entourent chaque canon et protègent les aimants. Le cas échéant, des pièces polaires 126 peuvent être utilisées afin qu'elles recouvrent la partie supérieure des aimants et la protègent. La figure 5 est une coupe en élévation suivant la ligne 5-5 de la figure 4 et représente des exemples de diagrammes de flux entre les canons adjacents après intro- duction de la barrière magnétique. Dans ce mode de réalisa- tion, chacun des aimants 134, 136 a des polarités supé- rieure et inférieure qui alternent; en conséquence, l'aimant de la barrière doit avoir des polarités supérieure et inférieure qui alternent à chaque surface. La barrière doit donc être formée de deux éléments 130, 132 sous forme de tranches minces espacées verticalement, chacune ayant ses surfaces polarisées de manière qu'elles soient iden- tiques à celles de l'aimant adjacent 134, 136 afin que l'attraction magnétique existant entre les canons électro- niques soit transformée en une répulsion. Une barrière supérieure 132 et une barrière infé- rieure 130, formées chacune d'une tranche mince d'un maté- riau aimanté en direction transversale aux tranches afin qu'un pole Nord apparaisse sur une face et un pole Sud sur la face opposée, sont représentées entre les canons très rapprochés 110 et 112 de la figure 5. La barrière supé- rieure 132 est disposée de manière que sa surface de pola- risation Nord soit adjacente à la polarité Nord des extrémités supérieures de l'aimant adjacent 136 et de manière que la surface polaire Sud opposée soit adjacente aux extrémités supérieures Sud de l'aimant adjacent 134. De même, les polarités des surfaces de la barrière inférieure 130 correspondent aux polarités de l'extrémité inférieure des aimants adjacents 134, 136. Les barrières supérieure et inférieure 130, 132 doivent être espacées verticalement et doivent être séparées à proximité du centre des aimants 134, 136 à l'en- droit o l'intensité du flux est presque nulle. L'espace- ment vertical des barrières 130, 132 n'a pas à être aussi important et il suffit qu'une résistance soit opposée à tout champ magnétique qui peut tenter de passer des extré- mités des aimants autour de l'espace compris entre les barrières. Il est cependant important que les segments de la barrière partent des extrémités des barres formant les parois latérales comme représenté sur les figures afin que toutes les fuites soient évitées autour des extrémités supérieure et inférieure. L'amplitude de dépassement dépend de l'intensité du champ des aimants et des segments de barrière 130, 132. Dans le mode de réalisation préféré, les extrémités des segments de barrière dépassent des pièces polaires 126 de deux fois la largeur de l'espace soit environ 6 mm. Les intensités voulues pour le champ des aimants de la barrière doivent être à peu près égales aux intensités des champs de la source principale voisine, créées par les aimants. De plus faibles champs de la barrière réduisent l'intensité des champs de la source principale à cause de l'augmentation du flux de fuite à travers la barrière et autour de celle-ci et le point d'arrivée du faisceau élec- tronique sur le matériau à évaporer se déplace plus loin de l'émetteur. Des champs plus intenses de la barrière réduisent les fuites magnétiques normales des champs du canon à électrons et ont tendance à affiner le faisceau d'électrons et à rapprocher son point d'incidence de l'émetteur. REVENDICATIONS 1. Barrière de correction magnétique placée entre deux canons à électrons qui sont distants, identiques, parallèles et adjacents (10, 12), chaque canon ayant une surface supérieure et une surface inférieure, un creuset central (16) formé & proximité du centre d'un bloc de cui- vre (18) qui peut être refroidi, un émetteur (14) d'élec- trons placé à distance du creuset et une première et une seconde paroi latérale formées par un premier (22) et un second (24) aimant ayant des polarisations opposées et incorporés à chaque canon, de part et d'autre d'un axe passant par l'émetteur (14) et-le creuset (16), afin qu'ils créent un champ magnétique passant à la face supérieure et destiné à diriger et focaliser un faisceau d'électrons provenant de l'émetteur à l'intérieur du creuset, ladite barrière étant caractérisée en ce qu'elle comprend une mince tranche magnétique (32) aimantée avec une polarité magnétique opposée à celle des surfaces latérales, la tran- che étant placée entre les parois Latérales des deux canons parallèles distants (10, 12) et ayant une polarité magnéti- que, à sa surface, qui est la même que la polarité magnéti- que de la barre magnétique (22, 24) formant la paroi laté- rale adjacente d'un canon à électrons. 2. Barrière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la barrière a des dimensions supérieures à la surface aimantée adjacente afin que le flux de fuite soit réduit entre les canons parallèles adjacents. 3. Barrière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est formée par un premier et un second seg- ment coplanaire (130, 132) espacés verticalement, la pola- rité de la surface de chaque segment étant la même que la polarité magnétique de la partie (134, 136) de l'aimant formant la paroi latérale adjacente du canon. 4. Barrière selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'intensité du champ magnétique de la barrière (32) est pratiquement égale à l'intensité des champs magné- tiques produits par les canons à électrons (10, 12, 20, 22, 24). 5. Barrière selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'intensité du champ magnétique de la barrière (32) peut être supérieure ou inférieure à l'intensité des champs magnétiques produits par les canons à électrons (10, 12, 20, 22, 24) selon le degré nécessaire de correction du trajet du flux magnétique. 6. Barrière selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle (32, 132) dépasse de la surface supérieure du canon à électrons (12, 12; 110, 112) afin qu'elle empêche les fuites de flux magnétique autour du bord supérieur de la tranche magnétique de correction. 7. Barrière selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle (130) dépasse au-dessous de la face infé- rieure du canon à électrons (110, 112) afin qu'elle sup- prime le flux de fuite autour du bord inférieur de la tran- che magnétique.