Brevet FR2731370A1 — publié le 19960913

"Procédé pour le dépôt assisté par plasma d'au moins une couche mince sur un substrat à deux faces, et réacteur correspondant" La présente invention concerne d'une manière générale le dépôt d'au moins une couche mince sur un substrat à deux faces lorsque, pour assister ce dépôt, il est mis en oeuvre, suivant une technique communément appelée PECVD (selon l'appellation anglaise "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition"), un plasma créé par une décharge électrique dans un gaz à basse pression en coopération avec lequel interviennent un ou plusieurs fluides précurseurs dont les produits de réaction dans le plasma donnent naissance au dépôt recherché. Elle vise plus particulièrement, mais non nécessairement exclusivement, le cas où le substrat à deux faces à traiter est une lentille ophtalmique destinée à être montée dans une quelconque monture de lunettes. Les lentilles ophtalmiques sont de plus en plus fréquemment l'objet de divers traitements pour en améliorer les performances. Par exemple, elles peuvent être l'objet d'un traitement antireflet et/ou d'un traitement antiultraviolet et/ou d'un traitement destiné à en faciliter le nettoyage, et, notamment lorsqu'il s'agit de lentilles ophtalmiques en matériau organique, elles peuvent également être l'objet d'un traitement antiabrasion ou antirayure. Ces traitements impliquent toujours le dépôt d'au moins une couche mince sur l'une et l'autre des deux faces traitées. S'agissant d'un traitement antireflet, une ou plusieurs couches minces sont nécessaires, et il s'agit en pratique de couches minérales, en oxyde de silicium, de tantale, de titane ou de zirconium par exemple, ou encore en fluorure de magnésium, dont le dépôt est à ce jour généralement réalisé par évaporation thermique sous vide. S'agissant d'un traitement antiabrasion, qui implique le dépôt d'un vernis, en général un polysiloxane, il est le plus souvent procédé par voie liquide, par exemple au trempé ou par centrifugation. I1 a, par ailleurs, été déjà proposé d'appliquer dans ce cas aux lentilles ophtalmiques la technique PECVD déjà connue antérieurement pour d'autres produits. Cette technique PECVD a notamment pour avantage de se satisfaire si désiré d'une assez grande diversité en ce qui concerne le produit susceptible d'être déposé. Ainsi, dans la demande de brevet européen No 0 424 620, le substrat à traiter est immergé dans un plasma, en étant pour ce faire disposé entre deux électrodes propres à l'excitation de la décharge nécessaire, en l'espèce une décharge haute fréquence. Cette disposition a pour avantage de permettre un traitement simultané des deux faces du substrat. Mais elle présente des inconvénients, qui sont les suivants. Tout d'abord, la présence d'électrodes peut conduire de manière intempestive à une certaine contamination des couches déposées. En outre, les dispositions constructives nécessaires, liées notamment à la présence d'électrodes, se prêtent mal à un éventuel traitement continu en ligne ou à un traitement pièce par pièce, et, au contraire, elles conduisent quasi inévitablement à un traitement discontinu, par fournée, au détriment de la productivité. De surcroît, le fait que le substrat soit immergé dans le plasma limite le choix du matériau pouvant constituer ce substrat. En effet, la température des espèces gazeuses et le rayonnement ultraviolet qui sont généralement rencontrés au sein d'un milieu plasma sont susceptibles de détériorer le substrat, en particulier lorsque celui-ci est réalisé en matériau organique. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition qui, tout en permettant la mise en oeuvre de la technique PECVD, est avantageusement exempte de ces inconvénients. De manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet un procédé pour le dépôt d'au moins une couche mince sur un substrat à deux faces, du genre suivant lequel on met en oeuvre un plasma en coopération avec lequel intervient au moins un fluide précurseur dont les produits de réaction dans le plasma donnent naissance au dépôt recherché, ce procédé étant d'une manière générale caractérisé en ce que, pour un traitement simultané des deux faces du substrat, on met en oeuvre deux plasmas distincts, l'un intervenant du côté d'une desdites faces, l'autre intervenant du côté de l'autre de celles-ci ; elle a encore pour objet un réacteur propre à la mise en oeuvre de ce procédé. Ainsi, suivant l'invention, il est mis en oeuvre deux plasmas distincts, à raison d'un par face du substrat à traiter, et, en pratique, il s'agit de deux plasmas dont les paramètres de mise en oeuvre peuvent être avantageusement, mais non nécessairement, identiques. De façon préférentielle, mais non nécessairement obligatoirement, les décharges électriques correspondantes sont excitées à des fréquences micro-ondes. I1 est en effet connu que la densité électronique dans une décharge excitée à une telle fréquence micro-ondes est largement supérieure à celle d'une décharge excitée à d'autres fréquences. Cette densité électronique est typiquement de l'ordre de 1012 électrons/cm3 pour une fréquence micro-ondes, contre, par exemple, 109 à 1010 électrons/cm3 pour une radiofréquence. Cette caractéristique confère avantageusement aux décharges excitées à des fréquences micro-ondes une plus grande efficacité de dissociation du gaz et des fluides précurseurs, et, par là-même, une plus grande vitesse de dépôt possible. De plus, un tel mode d'excitation ne nécessitant aucune électrode pour sa mise en oeuvre, tout risque de contamination se trouve ainsi évité. Enfin, par une mise en oeuvre du type dit en "postdécharge", le substrat à traiter peut avantageusement être maintenu en dehors du milieu plasma, à une distance de ce dernier qui peut être ajustée, ce qui permet de limiter la température et l'intensité du rayonnement ultraviolet auxquelles il est soumis, et ce qui permet donc d'envisager l'application de l'invention à un quelconque substrat en matière organique, avec un risque de détérioration de celui-ci notablement réduit. Pour minimiser encore un tel risque de détérioration, les plasmas mis en oeuvre interviennent préférentiellement en mode pulsé. Un tel mode d'intervention, qui peut aisément être mis en oeuvre dans le cas de décharges excitées à des fréquences micro-ondes, permet avantageusement d'entretenir une efficacité de réaction chimique élevée, tout en alimentant ces décharges avec une puissance électrique réduite, et cette dernière ne génère en conséquence qu'une élévation de température également réduite. Quoi qu'il en soit, lorsque les plasmas sont identiques, le dépôt obtenu se fait avantageusement dans les mêmes conditions sur l'une et l'autre des deux faces du substrat. Enfin, un processus continu de traitement en ligne ou pièce par pièce est avantageusement envisageable. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure 1 est, avec une coupe locale, une vue de face d'un réacteur propre à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention ; la figure 2 est une vue de dessus de ce réacteur, suivant la flèche II de la figure 1 la figure 3 en est, à échelle supérieure, une vue partielle en coupe axiale, suivant la ligne III-III de la figure 1. Tel qu'illustré sur ces figures, et plus particulièrement sur la figure 3, il s'agit, globalement, du traitement d'un substrat 10 présentant essentiellement deux faces, telles que, par exemple, une face avant llA et une face arrière llB. Dans la forme de réalisation représentée, ce substrat 10 est une lentille ophtalmique. I1 se présente donc sous la forme d'un palet. En pratique, dans la forme de réalisation représentée, sa face avant llA est convexe, et sa face arrière llB concave. Le substrat 10 ainsi constitué est par exemple en matériau organique. Le traitement à appliquer à ce substrat 10 implique le dépôt d'au moins une quelconque couche mince sur l'une et l'autre des deux faces llA, llB de celui-ci. De manière connue en soi, il est mis en oeuvre, pour ce faire, un plasma, en coopération avec lequel intervient au moins un fluide précurseur dont les produits de réaction dans le plasma donnent naissance au dépôt recherché. Suivant l'invention, pour un traitement simultané des deux faces llA, llB du substrat 10, il est mis en oeuvre, tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 3, deux plasmas 12A, 12B distincts, l'un intervenant du côté de l'une de ces faces llA, llB, en l'espèce la face avant llA, et l'autre intervenant du côté de l'autre de celles-ci, en l'espèce la face arrière llB. En pratique, ces plasmas 12A, 12B peuvent être identiques. Autrement dit, ils comportent alors les mêmes composants, et relèvent d'un même processus de formation. Par exemple, parmi leurs composants interviennent, notamment, et de manière usuelle, les gaz suivants : Ar, 02, N2, N20, NH3 .... etc. Par exemple, également, et préférentiellement, les décharges électriques donnant naissance à ces plasmas 12A, 12B sont excitées à des fréquences micro-ondes. Suivant des dispositions qui, bien connues par ellesmêmes, ne seront pas décrites ici, les plasmas 12A, 12B ainsi constitués interviennent préférentiellement en mode pulsé. Préférentiellement, également, leur mise en oeuvre est du type dit en "post-décharge". Autrement dit, et tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 3, il est fait en sorte que le substrat 10 à traiter soit maintenu en dehors du milieu plasma, chacun des plasmas 12A, 12B s'arrêtant à distance de lui. De manière connue en soi, le fluide précurseur à mettre corollairement en oeuvre est un gaz. Par exemple, lorsque le produit à déposer est un oxyde de silicium (Si), un nitrure de silicium (Si3 N4), ou un oxynitrure de silicium (Six Oy Nz), , le fluide précurseur correspondant peut être du silane, ou du hexaméthyldisiloxane. Lorsque le produit à déposer est un oxyde de titane (tin2), le fluide précurseur peut par exemple être un produit organométallique, tel que du tétra-iso-propyl titanate. I1 peut également, dans ce cas, être du tétrachlorure de titane. Quoi qu'il en soit, pour l'intervention d'un tel fluide précurseur, il est mis en oeuvre, suivant l'invention, et tel que décrit plus en détail ultérieurement, au moins un anneau, qui, établi à distance du substrat, globalement parallèlement à celui-ci, est propre à la diffusion de ce fluide précurseur. Dans la forme de réalisation représentée, il est ainsi mis en oeuvre, parallèlement l'un à l'autre, et à distance l'un de l'autre, pour chacune des deux faces llA, llB du substrat 10, deux anneaux 13A, 13'A, 13B, 13'B, qui, propres à une telle diffusion, correspondent chacun respectivement à deux fluides précurseurs distincts. Ces deux fluides précurseurs peuvent intervenir isolément ou concurremment. D'une manière plus générale, le nombre de fluides précurseurs ainsi susceptibles d'intervenir peut être supérieur à deux. I1 est alors mis en oeuvre parallèlement les uns aux autres, un nombre d'anneaux 13A, 13'A ..., 13B, 13'B supérieur à deux. De manière plus précise, il est mis en oeuvre, suivant l'invention, pour le traitement recherché du substrat 10, c'est-à-dire pour le dépôt d'au moins une couche mince sur celui-ci, un réacteur 14 comportant une enceinte de traitement 15 formée de deux demi-enceintes 15A, 15B, chacune en forme de cloche, qui, alignées suivant un axe A commun, tel que schématisé par un trait interrompu sur les figures, sont ouvertes l'une vers l'autre et sont susceptibles d'être accolées de manière étanche l'une à l'autre par leur débouché, avec, à leur interface, un porte-substrat 16. Dans la forme de réalisation représentée, l'axe A est horizontal. L'une, au moins, des deux demi-enceintes 15A, 15B, en l'espèce la demi-enceinte 15B, est mobile, pour donner accès au porte-substrat 16, et, pour chacune d'elles, il est prévu, d'une part, un dispositif d'injection 18A, 18B, pour l'intervention du plasma 12A, 12B correspondant, et, d'autre part, pour la diffusion du ou des fluides précurseurs, un dispositif de diffusion 19A, 19B, comportant, comme précédemment indiqué, au moins un, et, en pratique, au moins deux anneaux 13A, 13'A, 13B, 13'B. Dans la forme de réalisation représentée, les deux demi-enceintes 15A, 15B sont globalement identiques l'une à l'autre. Elles sont chacune formées d'une paroi latérale cylindrique 20A, 20B, de section transversale circulaire, et d'une paroi transversale de fond 21A, 21B. A leur débouché, la paroi latérale cylindrique 20A, 20B présente une bride 22A, 22B, pour leur solidarisation l'une à l'autre. Sur la paroi latérale cylindrique 20A, 20B interviennent un certain nombre de piquages, et, notamment, au moins un piquage 23A, 23B propre à l'intervention d'un groupe de pompage 24 schématisé en traits interrompus sur la figure 1. Sur la paroi transversale de fond 21A, 21B interviennent, par ailleurs, d'une part, un piquage central 25A, 25B, pour l'intervention du dispositif d'injection 18A, 18B, et, d'autre part, des piquages latéraux 26A, 26'A, 26B, 26'B, pour la desserte du dispositif de diffusion 19A, 19B. Globalement, cette enceinte de traitement 15 est portée par un plancher 29, formant bâti. La demi-enceinte 15A est fixe sur ce plancher 29. La demi-enceinte 15B y est montée mobile sur des rails 30 parallèles à l'axe A suivant lequel elle est alignée avec la demi-enceinte 15A fixe. Globalement, la demi-enceinte 15B est ainsi montée mobile entre une position avancée, pour laquelle elle est aboutée à la demi-enceinte 15A fixe, tel que représenté en trait continu sur la figure 2, et une position reculée, pour laquelle, au contraire, et tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 2, elle est écartée de cette demienceinte 15A fixe. Dans la forme de réalisation représentée, le porte-substrat 16 est porté par un écran d'isolation 31 inséré de manière étanche entre les deux demi-enceintes 15A, 15B, entre les brides 22A, 22B de celles-ci, cet écran d'isolation 31 présentant, dans sa zone centrale, une ouverture 32 à la faveur de laquelle intervient le porte-substrat 16. Par exemple, et tel que représenté, ce porte-substrat 16 est simplement constitué d'une bague, qui, formant bague d'adaptation entre l'écran d'isolation 31 et le substrat 10, est engagée, à frottement doux, dans l'ouverture 32 de l'écran d'isolation 31, et dans laquelle est engagé, à frottement doux, le substrat 10. Lorsque, comme en l'espèce, l'axe A commun à l'ensemble est horizontal, le porte-substrat 16 s'étend verticalement, et il en est donc de même du substrat 10 à traiter, ce qui permet avantageusement de minimiser un éventuel problème de poussières dans le réacteur 14. Dans la forme de réalisation représentée, le dispositif d'injection 18A, 18B est, pour chaque demi-enceinte 15A, 15B, formé par un tube disposé axialement, suivant l'axe A. I1 s'agit, en pratique, d'un tube de quartz, qui traverse, axialement, à étanchéité, le piquage central 25A, 25B correspondant. Par exemple, et tel que représenté sur la figure 3 pour le dispositif d'injection 18A, le tube de quartz correspondant est, pour ce faire, porté par une plaque de quartz 33, qui en est dûment solidaire, et qui, intervenant transversalement entre ses extrémités, est insérée entre la bride 34 du piquage central 25A et une contre-bride 35 dûment solidarisée à cette bride 34. A son extrémité interne, le tube de quartz constituant un dispositif d'injection 18A, 18B est équipé d'un divergent 37, lui-même en quartz. A son extrémité externe, est piquée, latéralement, une arrivée de gaz 38, en provenance d'un ensemble d'injection 39 propre à délivrer les gaz nécessaires. Quoi qu'il en soit, à l'extérieur de chaque demi-enceinte 15A, 15B, le tube de quartz constituant un dispositif d'injection 18A, 18B est entouré d'un excitateur 41, qui, tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 3, est dûment desservi par une source d'excitation 42. Préférentiellement, cette source d'excitation 42 est un générateur d'énergie micro-ondes. Elle est par exemple du type à magnétron. Dans la forme de réalisation schématisée à la figure 3, l'excitateur 41, de type "surfaguide", connu en soi, a un court-circuit 43 pour permettre un réglage de la phase du champ électromagnétique et une optimisation du transfert de l'énergie micro-ondes dans le plasma 12A, 12B. I1 s'agit en outre d'un excitateur dissymétrique, équipé, à son dos, d'un court-circuit mobile 44, pour favoriser l'extension du plasma 12A, 12B du côté de la demi-enceinte 15A, 15B. Un tel excitateur 41 étant bien connu par lui-même, et ne relevant pas en propre de la présente invention, il ne sera pas décrit plus en détail ici. On pourra par exemple se reporter à son sujet à la description qui en est faite dans le brevet français No 74 36378 ou dans le brevet français No 75 33425. Les dispositions qui précèdent sont identiques pour l'une et l'autre des deux demi-enceintes 15A, 15B. C'est la raison pour laquelle elles n'ont été représentées sur la figure 3 que pour la seule demi-enceinte 15A. Les anneaux 13A, 13'A, 13B, 13'B constituant par ailleurs les dispositifs de diffusion 19A, 19B sont, en pratique, des anneaux creux, par exemple de section transversale quadrangulaire ou circulaire, qui, présentant de place en place des perçages 45, par exemple sur leur contour intérieur, ont leur volume intérieur raccordé à une canalisation d'alimentation 46A, 46'A, 46B, 46'B traversant à étanchéité les piquages latéraux 26A, 26'A, 26B, 26'B correspondants. Tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 3, pour l'intervention de l'un et/ou de l'autre de deux fluides précurseurs, les canalisations d'alimentation 46A, 46B sont reliées à un même ensemble d'injection de fluide précurseur 48 correspondant à un premier de ces fluides précurseurs, et, parallèlement, les canalisations d'alimentation 46'A, 46'B sont elles-mêmes reliées à un même ensemble d'injection de fluide précurseur 48' correspondant au deuxième de ceux-ci. Globalement, les deux anneaux 13A, 13'A, 13B, 13'B d'un dispositif de diffusion 19A, 19B s'étendent entre le substrat 10 et le dispositif d'injection 18A, 18B correspondant. En service, la pression de dépôt, c'est-à-dire la pression du ou des gaz dans l'enceinte où se réalise le plasma, et donc dans le réacteur 14, peut par exemple s'étendre entre 30 mtorr et quelques torrs. Conjointement, le débit gazeux peut être asservi à une vanne de régulation de la vitesse de pompage et par exemple s'étendre étendre de O à 1000 sccm ("standard cubic centimeter per minute"). A titre d'exemple non limitatif, il sera précisé ciaprès que, s'agissant du dépôt d'une couche d'oxyde de silicium (SiO2) à partir de silane (SiH4), de bons résultats ont été obtenus dans les conditions suivantes débit de SiH4 : 20 sccm débit de 2 : 100 sccm puissance micro-ondes : 400 watts fréquence micro-ondes : 2,45 gigahertz pression de dépôt : 100 mtorr Avec de telles conditions, il est possible d'atteindre une vitesse de dépôt de l'ordre de 300 nm/mn. Si désiré, il est possible également de mettre en oeuvre un système de gestion et d'injection des fluides précurseurs à vitesse de commutation élevée, pour permettre de changer rapidement la nature du produit déposé et/ou de faire varier l'indice de réfraction dans la couche formée. La présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de réalisation et de mise en oeuvre décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution. En particulier, bien que, pour les raisons exposées, une excitation à des fréquences micro-ondes des décharges électriques nécessaires soit préférentielle, une excitation de ces décharges électriques dans la gamme des radiofréquences reste envisageable, par exemple à 13,56 mégahertz. En effet, un tel mode d'excitation permet également un fonctionnement sans électrode, en post-décharge et en mode pulsé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le dépôt d'au moins une couche mince sur un substrat à deux faces, du genre suivant lequel on met en oeuvre un plasma en coopération avec lequel intervient au moins un fluide précurseur dont les produits de réaction dans le plasma donnent naissance au dépôt recherché, caractérisé en ce que, pour un traitement simultané des deux faces (llA, llB) du substrat (10), on met en oeuvre deux plasmas (12A, 12B) distincts, l'un intervenant du côté d'une desdites faces (llA, llB), l'autre intervenant du côté de l'autre de celles-ci. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, par un traitement du type dit "en post-décharge", on maintient le substrat (10) en dehors du milieu plasma. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, caractérisé en ce que on met en oeuvre deux plasmas (12A, 12B) identiques. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, s'agissant du traitement d'un substrat (10) en matériau organique, on fait intervenir les plasmas (12A, 12B) en mode pulsé. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, s'agissant d'un substrat (10) se présentant sous forme d'un palet, on met en oeuvre, pour l'intervention du fluide précurseur, au moins un anneau (13A, 13'A, 13B, 13'B), qui, établi à distance du substrat (10), globalement parallèlement à celui-ci, est propre à la diffusion de ce fluide précurseur. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'excitation de la décharge électrique créant le plasma (12A, 12B) est faite à des fréquences micro-ondes. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'excitation de la décharge électrique créant le plasma (12A, 12B) est faite à des radiofréquences. 8. Réacteur pour le dépôt d'au moins une couche mince sur un substrat à deux faces, caractérisé en ce que, pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, il comporte une enceinte de traitement (15) formée de deux demi-enceintes (15A, 15B) en forme de cloche, qui, alignées suivant un axe (A) commun, sont susceptibles d'être accolées de manière étanche l'une à l'autre par leur débouché, avec, à leur interface, un porte-substrat (16), et dont une (15B), au moins, est mobile, pour donner accès audit porte-substrat (16), avec, pour chaque demienceinte (15A, 15B), un dispositif d'injection (18A, 18B), pour l'intervention d'un plasma (12A, 12B), et un dispositif de diffusion (19A, 19B), pour celle d'au moins un fluide précurseur. 9. Réacteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que, la demi-enceinte (15B) mobile est montée coulissante sur des rails (30) parallèles à l'axe (A) suivant lequel elle est alignée avec l'autre demi-enceinte (15A). 10. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 8, 9, caractérisé en ce que l'autre demi-enceinte (15A) est fixe. 11. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le porte-substrat (16) est porté par un écran d'isolation (31) inséré de manière étanche entre les deux demi-enceintes (15A, 15B), ledit écran d'isolation (31) présentant dans sa zone centrale une ouverture (32) à la faveur de laquelle intervient le porte-substrat (16). 12. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le porte-substrat (16) s'étend verticalement. 13. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que, pour chaque demienceinte (15A, 15B), le dispositif d'injection (18A, 18B) est formé par un tube disposé axialement. 14. Réacteur suivant la revendication 13, caractérisé en ce que, à son extrémité interne, le tube formant le dispositif d'injection (18A, 18B) est équipé d'un divergent (37)- 15. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 13, 14, caractérisé en ce que, à l'extérieur de chaque demi-enceinte (15A, 15B), le tube formant le dispositif d'injection (18A, 18B) est entouré par un excitateur (41). 16. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que, pour chaque demienceinte (15A, 15B), le dispositif de diffusion (19A, l9B) comporte au moins un anneau (13A, 13'A, 13B, 13'B) creux, qui, présentant de place en place des perçages (45), a son volume intérieur raccordé à une canalisation d'alimentation (46A, 46'A, 46B, 46'B) et est établi à distance du porte-substrat (16), parallèlement à celui-ci. 17. Réacteur suivant la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif de diffusion (19A, 19B) comporte, parallèlement les uns aux autres, au moins deux anneaux (13A, 13'A, 13B, 13'B).