Brevet FR2671446A1 — publié le 19920710

Dispositif de chauffage pour enceinte de dépôt sous vide partiel de films minces sur un substrat La présente invention concerne un dispositif de chauffage pour enceinte de dépôt sous vide partiel de films minces sur un substrat. On sait que l'obtention directe de films minces, constitués d'une ou plusieurs couches présentant une structure cristalline et des propriétés physiques appropriées sans traitement ultérieur, est impérative dans de nombreuses utilisations, en particulier dans le secteur de l'électronique. C'est notamment le cas pour les films minces d'oxydes supraconducteurs à haute température critique déposés sur un substrat sous vide partiel, par exemple par pulvérisation cathodique ou par ablation laser. Le problème qui se pose alors est le contrôle de la température du substrat pendant le dépôt, cette température étant un paramètre essentiel dans le processus de la croissance des cristallites supraconductrices. Habituellement le substrat est chauffé par rayonnement ou par contact avec un porte-substrat chauffant. Le mode de chauffage par rayonnement est avantageux dans les techniques de pulvérisation, car il permet d'ajuster le potentiel du substrat indépendamment de la source de chaleur, ce potentiel étant un paramètre important pour la maitrise du dépôt. Comme dispositif de chauffage, on connaît déjà, soit un cordon chauffant, c'est-à-dire une résistance dont la gaine métallique extérieure est isolée électriquement de l'élément chauffant proprement dit, soit un système à lampes. Le cordon chauffant limite les températures effectivement mesurées sur les substrats à un domaine compris entre 5000C et 5500C. Le système à lampes permet d'atteindre au cours du dépôt des températures plus élevées, supérieures à 700 C, mais il pose d'importants problèmes de fiabilité. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de chauffage permettant de porter le substrat à une température suffisante, et ceci de manière fiable. La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage pour enceinte de dépôt sous vide partiel de films minces sur un substrat, dispositif comprenant un cordon chauffant, caractérisé par le fait - que ledit cordon chauffant est disposé en spirales dans des logements ménagés dans les deux faces principales opposées d'une âme centrale métallique, - et que ladite âme est solidarisée à une face d'une plaque métallique pleine, dont l'autre face plane et rectifiée est destinée à se trouver en regard dudit substrat. Ce dispositif de chauffage permet de dissiper une puissance thermique plus importante que les dispositifs antérieurs et donc d'obtenir des températures plus élevées. Avantageusement ladite âme et ladite plaque sont en Inconel. Selon un premier mode de réalisation, ledit cordon chauffant est serti dans des gorges prévues dans la surface extérieure de l'âme. Selon un second mode de réalisation, ledit cordon chauffant est brasé dans ces gorges. Avec ces modes de réalisation, on aboutit à un contact intime entre ledit cordon chauffant et ladite âme, et par conséquent à un transfert thermique optimal entre ces deux éléments. De préférence ladite plaque métallique est brasée sur ladite âmee Grâce à cette disposition, on obtient un champ de température uniforme pour le substrat. Si on opère par conduction, la gamme de températures maximales est de 900 à 9500C et si on opère par rayonnement, elle est de 650 à 75000. Ce dispositif est compatible avec l'utilisation d'une atmosphère oxydante (oxygène atomique ou moléculaire) dans les domaines de température précités. Il peut être associé à un système de régulation de température usuel, la sonde de température étant un thermocouple encastré dans ladite plaque ou un pyromètre optique. Un dispositif de chauffage selon l'invention est particulièrement bien adapté au dépôt sur un substrat de films supraconducteurs avec les conditions suivantes - température de dépôt de 70000 pour l'obtention de films supraconducteurs in situ, - atmosphère oxydante. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif, mais nullement limitatif. Dans le dessin annexé - La figure 1 est une vue partielle en coupe d'une enceinte avec un dispositif de chauffage selon l'invention. - La figure 2 est une vue partielle en coupe d'un porte-substrat mis en oeuvre dans l'enceinte de la figure 1. On voit dans la figure 1 une enceinte 1 utilisée pour la pulvérisation, avec son châssis 2. Le dispositif de chauffage comporte une âme 3 en Inconel en forme de disque d'épaisseur 7mm, dont les faces principales 6 et 7 présentent des gorges 8 et 9 de section sensiblement carrée (largeur et profondeur : 2,lmm). Dans ces gorges est serti un cordon chauffant 11 enroulé sous la forme de deux spirales 12 et 13. Le cordon chauffant de diamètre 2mm et de longueur 4m, est constitué d'un élément chauffant à gaine en Inconel commercialisé sous la marque THERMOCOAX. Une plaque 10 en Inconel d'épaisseur 2mm et de diamètre llOmm a sa face 14 brasée sur l'âme 3 et sa face externe 15 rectifiée, destinée à chauffer uniformément un substrat (figure 2). Des écrans thermiques 16 et 17 en Inconel sont prévus entre le châssis 2 et l'ame 3. On a référencé 20 des goupilles de fixation de l'âme 3. Un thermocouple Pt/PtRh (non illustré) est inséré dans l'âme 3 pour la mesure de la température du four et son pilotage par une régulation extérieure de type PID (Proportionnelle- Intégrale Différentielle). On a montré dans la figure 2 la plaque 10 associée à un substrat 22 disposé sur un porte-substrat 21, lui-même solidarisé à une partie 23 du châssis 2. Le substrat 22 en MgO, de dimensions latérales 2x2 cm et d'épaisseur 0,5mm, est chauffé par le rayonnement de la plaque 10 jusqu'à 7500C lorsque la température du four est de 9500C. La distance libre entre le substrat et la plaque est de l'ordre de 1 à 2mm, typiquement de lmm. L'atmosphère d'utilisation est l'oxygène sous 10 1 à 2xlO 1 torrs. La durée du dépôt d'un film de type YBaCuO est de l'ordre de 1 heure. Le même dispositif que celui qui vient d'être décrit peut être utilisé pour un chauffage par conduction et permet d'atteindre pour le substrat 22 une température d'au moins 9000C. Pour cela il suffit de soulever le porte-substrat 21 au moyen de vis 24 et de plaquer ainsi le substrat 22 contre la plaque 10. Dans un dispositif selon l'invention, les deux spirales de cordon chauffant émettent une puissance très importante, très bien répartie dans l'âme et uniformément dissipée par l'intermédiaire de la plaque rectifiée solidarisée à cette âme. On a ainsi à sa disposition un dispositif robuste susceptible de fonctionner à haute température. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. On pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer tout moyen par un moyen équivalent. Il en est ainsi par exemple pour la configuration géométrique du cordon chauffant dans les deux faces de l'âme centrale. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de chauffage pour enceinte de dépôt sous vide partiel de films minces sur un substrat, dispositif comprenant un cordon chauffant, caractérisé par le fait - que ledit cordon chauffant est disposé en spirales dans des logements ménagés dans les deux faces principales opposées d'une âme centrale métallique, - et que ladite âme est solidarisée à une face d'une plaque métallique pleine, dont l'autre face plane et rectifiée est destinée à se trouver en regard dudit substrat. 2/ Dispositif de chauffage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite âme et ladite plaque sont en Inconel. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit cordon chauffant est serti dans lesdits logements de l'âme centrale. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit cordon chauffant est brasé dans lesdits logements de l'âme centrale. 5/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite plaque métallique est brasée sur ladite âme.