FR2549495A1 - Source de revetement par pulverisation a magnetron pour des cibles magnetiques et non magnetiques - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE SOURCE DE REVETEMENT PAR PULVERISATION A MAGNETRON POUR DES CIBLES MAGNETIQUES ET NON MAGNETIQUES. LA SOURCE COMPORTE ESSENTIELLEMNT UNE ANODE 10, 11, UNE CATHODE COMPORTANT UNE CIBLE 13 ET UN CIRCUIT MAGNETIQUE COMPRENANT UNE BOBINE D'ELECTRO-AIMANT 20 ET DES PIECES POLAIRES 25, 27. LE COURANT ELECTRIQUE QUI CIRCULE DANS LA BOBINE D'ELECTRO-AIMANT EST REGLE POUR MAINTENIR LES CONDITIONS OPTIMALES DE LA DECHARGE DANS UN GAZ AU FUR ET A MESURE DE L'EROSION DE LA CIBLE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA FABRICATION DES DISQUES MAGNETIQUES.
Description
La présente invention se rapporte au domaine des appareils de revêtement
sous vide et concerne plus particulièrement une source de revêtement par pulvérisation à magnétron pour produire des revêtements avec des matières magnétiques et non magnétiques. Le dépôt sous vide de revêtements utilisant la pulvérisation cathodique produite par décharge dans un gaz est maintenant très répandu Des sources de revêtement par pulvérisation comprennent des structures de 10 cathode et d'anode et fonctionnent dans une chambre sous vide qui reçoit un gaz d'ionisation (généralement de l'argon à une pression au-dessous de la pression atmosphérique) Les ions positifs formés dans l'espace entre l'anode et la cathode bombardent une cible située 15 sur la surface de la cathode, en éjectant par pulvérisation des atomes de matière de la cible à partir des
couches atomiques de cible à la surface et en son voisinage.
Ces atomes éjectés se déposent sur des pièces ou des substrats placés généralement en alignement direct avec 20 la cible Les sources de revêtement par pulvérisation à magnétron utilisent des champs magnétiques croisés avec des champs électriques dans le voisinage de la cible Ces champs magnétiques permettent d'améliorer l'intensité de la décharge dans un gaz et la vitesse de pulvérisation associée, permettent le fonctionnement à des pressions inférieures du gaz d'ionisation, confinent la décharge dans le gaz au voisinage des électrodes et réduisent le bombardement des substrats
par des électrons.
Un type de source de revêtement par pulvérisation à magnétron en usage commercial utilise une cible ou cathode de pulvérisation annulaire non magnétique de forme conique inversée entourant une anode centrale symétrique axialement Le brevet des Etats Unis d'Amérique 35 n 4 100 055 décrit un exemple d'une telle source de
revêtement par pulvérisation Les sources de revêtement.
par pulvérisation à magnétron du type mentionné cidessus ont été utilisées largement et efficacement dans d'importantes applications de revêtement de plaquettes semi-conductrices Dans la plupart des cas, les matières déposées sont non magnétiques, comme l'aluminium et ses alliages, etc Mais dans certains cas, il est souhaitable d'utiliser la même source de revêtement par pulvérisation pour déposer des matières magnétiques comme du fer, du nickel, des alliages fer-nickel, etc ainsi que des matières non magnétiques pour lesquelles la source de revêtement par pulvérisation a été réalisée 10 initialement Plus récemment, le besoin est apparu de revêtir des substrats de disques magnétiques avec des couches multiples dont l'une au moins est faite d'un matériau magnétique Les disques magnétiques sont
maintenant d'une importance vitale dans les applications 15 aux mémoires des calculateurs.
Le simple remplacement d'une cible de pulvérisation non magnétique par une cible magnétique de la même configuration générale conique inversée dans la source de revêtement par pulvérisation à magnétron mentionnée cidessus entraine que la plus grande partie
du champ magnétique soit dérivée par la cible magnétique.
Il en résulte que l'intensité du champ magnétique audessus de la cible est trop faible pour permettre
l'amélioration magnétique voulue de la décharge dans 25 le gaz.
Dans le but d'éviter une réduction excessive à l'intensité du champ magnétique au-dessus de la cible, des cibles magnétiques annulaires avec un profil général en L ont été développées pour leur utilisation 30 dans la source de revêtement par pulvérisation décrite ci-dessus Une cible à pulvérisation magnétique en forme de L de ce genre est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 060 470 (voir figure 9) Une caractéristique essentielle de la forme en L est que 35 l'épaisseur radiale de la partie annulaire extérieure doit être suffisamment mince pour être saturée magnétiquement afin que l'intensité du champ magnétique au-dessus
2549495.
de la cible soit suffisamment grande pour l'amélioration voulue de la décharge dans le gaz La bande annulaire doit être-d'autant plus mince que la perméabilité magnétique et la magnétisation à saturation de la matière sont plus élevées. Des cibles magnétiques ayant un profil en L contiennent beaucoup moins de matière que des cibles
non magnétiques de forme générale conique inversée.
En outre, le champ magnétique au-dessus d'une cible magnétique en L conduit à une érosion de la cible qui est concentrée dans la partie d'angle D'une façon relative, l'inventaire des matières magnétiques de cible qui conviennent pour la pulvérisation est donc très limité. Il est également connu qu'une matière magnétique chauffée à la température de Curie ou au-dessus perd son ferromagnétisme Une autre solution pour éviter une réduction excessive de l'intensité du champ magnétique au- dessus de la cible de pulvérisation est donc de chauffer la cible et de la maintenir à la température de Curie ou au-dessus; un inconvénient de cette solution est qu'elle nécessite un dispositif pour contrôler la température de la cible couplé avec-un système en boucle fermée pour atteindre et maintenir la tempéra25 ture de Curie requise Egalement, la température de Curie de certaines matières magnétiques est tellement élevée qu'elle peut être nuisible aux substrats voisins à revêtir et/ou aux joints d'étanchéité au vide et/ou qu'elle peut endommager la source de revêtement par pulvérisation ou la cible sous l'effet d'un gauchissement
ou d'une dilatation thermique excessive.
La plupart des sources actuelles de revêtement par pulvérisation à magnétron comportent des aimants permanents pour produire le champ magnétique nécessaire 35 pour améliorer la décharge dans le gaz Au fur et à mesure que la cible à pulvérisation s'érode, l'intensité du champ magnétique au-dessus
2549495:
de cette cible devient plus forte conduisant à une plus faible impédance électrique de la décharge Cela entraine que la tension d'entretien de la décharge dans le gaz diminue, ce qui conduit à une diminution du rendement de pulvérisation Pour maintenir une vitesse de pulvérisation fixe et par conséquent une vitesse de dépôt fixe avec une pression voulue du gaz d'ionisation, il fautuneintesité plus élevéeet une puissance plus élevée La source d'alimentation de la décharge doit 10 donc être capable de produire une large plage de tension, de courants et de puissances, ce qui intervient de façon nuisible aux prix de la source d'alimentation
et de la consommation.
D'autres facteurs interviennent sur l'impédance 15 électrique de la décharge dans le gaz L'un de ces facteurs est la pression du gaz d'ionisation D'autres facteurs comprennent les effets thermiques (dilatation, contraction et effets de la température de Curie) dans les cibles à pulvérisation et les circuits magnétiques. 20 Les aimants permanents utilisés dans la plupart des sources actuelles de revêtement par pulvérisation à magnétron ne permettent pas la compensation des variations d'impédance de la décharge résultant de ces facteurs. Selon une caractéristique bien connue des décharges dans les gaz, les conditions d'allumage (déclenchement de la décharge) et de fonctionnement permanent sont différents Dans certains cas, il est souhaitable de fonctionner avec une pression du gaz d'ionisation suffisamment basse pour que l'allumage ne puisse se produire avec les champs magnétiques dans la source de pulvérisation (comme ceux produits par des aimants permanents habituels) et la tension en circuit ouvert de la source d'alimentation de la décharge Une 35 technique qui peut être appliquée consiste à élever suffisamment la pression du gaz pour permettre l'allumage
et de réduire ensuite cette pression au niveau de fonction-
nement voulu Les inconvénients de cette solution comprennent les constantes de temps relativement longues associées avec les variations requises de la pression, ainsi que le prix et la complexité qui sont associés avec une commande suffisamment rapide (c'est-à-dire dans un temps cours comparativement à un cycle de revêtement) de la pression du gaz d'ionisation, qui est normalement contrôlée par un débit et une vitesse
de pompage.
Un autre problème dans les sources de revêtement, par pulvérisation à magnétron est le refroidissement de la cible En fonctionnement normal, la plus grande partie de la puissance de la décharge est dissipée dans la cible Dans la cible décrite dans le brevet des Etats 15 Unis d'Amérique n 4 100 055 précité, une chemise de refroidissement entoure la circonférence extérieure de la cible Dans des conditions de fonctionnement normales, la cible se dilate en contact étroit avec la chemise de refroidissement de sorte que la chaleur passe de la cible 20 à cette chemise Cette disposition donne satisfaction pour des matières de cible avec des conductivités thermiques qui conviennent, comme différents alliages d'aluminium et mélanges Pour des matières de cible ayant une conductivité thermique relativement basse,
comme la plupart des matériaux magnétiques, le refroidissement par ce procédé peut être insuffisant.
Un autre problème dans les sources d reviêtement par pulvérisation à magnétron est celui de la prévision ou de la détermination de la fin de durée de vie 30 utile Si une cible à pulvérisation à refroidissement indirect est pulvérisée, la pulvérisation du support de cette cible risque de contaminer de façon inacceptable le substrat en cours de revêtement Si une cible à pulvérisation à refroidissement direct (c'est-à- dire 35 une cible dans laquelle la face non pulvérisée est en contact avec de l'eau de refroidissement) est pulvérisée, toute la chambre à vide associée devient humide
(situation qu'il faut absolument éviter).
Un procédé pour traiter le problème de fin de durée d'usage consiste à déterminer empiriquement le temps (par exemple le nombre des kilowatts heure de fonctionnement pendant lequel une cible à pulvérisation d'une configuration particulière et d'une matière particulière convient, en maintenant un cumul précis des kilowatts heure et en remplaçant ensuite simplement la cible en fonction d'un programme rigide Bien que cette solution puisse convenir pour une production courante 10 utilisant un processus éprouvé, d'autres solutions peuvent être mieux adaptées dans les phases précoces d'un développement En particulier, des moyens indépendants pour déterminer l'érosion ou la durée, ou l'état d'une cible à pulvérisation pendant le développement d'un processus seraient hautement souhaitables En outre, ces moyens pourraient constituer un outil utile de
diagnostic même pour la fabrication courante.
Un autre problème encore se pose dans l'utilisation de la plupart des sources de revêtement par pulvérisation à magnétron, en ce que le profil de distribution de la matière pulvérisée arrivant sur le substrat en cours de revêtement change au fur et à mesure que la cible s'érode en fonctionnement normal Avec 1 ' érosion de la cible, la décharge dans le gaz se déplace dans une région d'intensité de champ magnétique plus élevée Cela entraîne que la décharge est de plus en plus concentrée, ce- qui produit une partie creuse étroite de plus en plus importante quand l'érosion se poursuit Cela conduite à une variation du profil de 30 distribution de matières pulvérisées (un effet de renforcement) et à un inventaire réduit des matières
utiles pour les cibles à pulvérisation, avec une longévité réduite en conséquence.
Un objet de l'invention est donc de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron qui peut utiliser efficacement un grand nombre de matières magnétiques de cibles à pulvérisation
254 495 '
Un autre objetde l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron qui peut utiliser efficacement un grand
nombre de matières de cibles à pulvérisation indépen5 damment de la perméabilité magnétique et de la magnétisation à saturation de la matière de la cible.
Un autre objet de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle la configuration de la cible peut être 10 indépendante de la perméabilité magnétique et de
l'induction à saturation de la matière de la cible.
Un autre objet de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle une cible magnétique peut être utilisée à une température au-dessous de la température de Curie
de la matière de la cible magnétique.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif est prévu pour commander l'impédance électrique de la décharge dans un gaz pour pallier les variations qui peuvent se
produire sous l'effet de l'érosion de la cible.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif est prévu pour commander l'impédance électrique de la décharge dans un gaz pour pallier les variations de température de la cible. Un autre objet encore de l'invention est de 30 proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif est prévu pour commander l'impédance électrique de la décharge dans
un gaz, pour pallier les variations du circuit magnétique.
Un autre objet encore de l'invention est de 35 proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif est prévu pour commander l'impédance électrique de la décharge dans un gaz pour pallier les variations de pression du gaz d'ionisation.
2549495:
Un autre objet de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron
dans lequel un dispositif est prévu pour effectuer l'allumage de la décharge dans un gaz à la pression 5 voulue de fonctionnement du gaz à l'état permanent.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron qui comporte un dispositif perfectionné de
refroidissement de la cible.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif indépendant est
prévu pour déterminer l'érosion de la cible.
Un autre objet encore de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron comportant un dispositif pour commander le profil de distribution de la matière pulvérisée arrivant sur le substrat à revêtir, cette commande étant assurée pendant toute la durée utile de la cible à pulvérisation 20 Un autre objet enfin de l'invention est de proposer une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle un dispositif est prévu pour
augmenter la longévité de la cible.
La source de revêtement par pulvérisation à 25 magnétron selon l'invention diffère de la plupart des sources antérieures en ce que le champ magnétique est produit par un courant qui circule dans une bobine
d'électro-aimant plutôt que par un aimant permanent.
Par conséquent, le champ magnétique dans le voisinage de la cible à pulvérisation peut être commodément et rapidement
changé dans une large plage de valeurs, y compris zéro.
Dans les modes de réalisation décrits, la bobined'électro-aimant entoure un cylindre intérieur Une plaque de base assemble le cylindre intérieur avec
le cylindre extérieur pour former une culasse magnétique.
Des pièces polaires intérieure et extérieure s'étendent radialement l'une vers l'autre à partir du cylindre intérieur et du cylifdre extérieur Un intervalle radial entre les pièces polaires est formé et une cible de pulvérisation est positionnée au-dessus de cet entrefer La culasse et les pièces polaires sont faites de matières ferromagnétiques ayant une haute perméabilité magnétique et une haute induction à saturation, comme en fer doux ou en acier inoxydable magnétique La plaque de base et les cylindres ont une section suffi10 samment grande perpendiculairement à la direction des lignes de forces magnétiques intérieures pour qu'un circuit de très faible réductance soit formé entre les pièces polaires avec l'intensité maximale dans la bobine
d'électro-aimant ( produisant la force magnéto15 motrice maximale) nécessaire pendant le fonctionnement.
Lorsqu'une cible à pulvérisation d'une matière magnétique est positionnée au-dessus de l'entrefer des pièces polaires, elle se comporte comme une dérivation magnétique pour des courants suffisamment faibles dans la bobine, de sorte que l'intensité du champ magnétique près de la cible est négligeable Lorsque le courant dans la bobine augmente suffisamment, il apparalt une saturation magnétique d'une partie de la cible Dans le cas d'une cible magnétique annulaire d'épaisseur 25 uniforme, cette saturation initiale se produit à un rayon légèrement supérieur à celui de la pièce polaire intérieure et des lignes de forces du champ magnétique de fuite s'établissent alors au-dessus et au-dessous de la cible et de ce rayon Quand le courant dans la bobine augmente encore, l'étendue radiale de la région saturée magnétiquement augmente, formant un entrefer magnétique de haute réductance sur les côtés duquel s'établissent des lignes de force magnétique de fuite d'intensité accrue La partie non saturée de la cible 35 s'étend axialement au-dessus des pièces polaires et également vers l'intérieur et l'extérieur de l'entrefer magnétique mentionné ci-dessus, formant ainsi des
prolongements axiaux et radiaux des pièces polaires.
Pour une valeur particulière de l'intensité dans la bobine, la configuration et l'intensité du champ magnétique au-dessus de la cible permet l'amélioration voulue de la décharge dans un gaz Cette valeur nécessaire augmente avec la perméabilité magnétique et l'induction à saturation de la matière de la cible, et également avec
son épaisseur.
Dans les modes de réalisation de l'invention 10 qui seront décrits, des intensités suffisamment grandes du champ magnétique pour permettre l'amélioration voulue de la décharge dans un gaz sont obtenues avec des puissances relativement réduites dans la bobine de l'électro-aimant Par exemple, moins de 50 W de puissance à la bobine d'électro-aimant suffisent pour faire fonctionner une source de revêtement par pulvérisation à magnétron dans laquelle la puissance de la décharge est de l'ordre de 1 à 10 k W Cela est également vrai pour des cibles magnétiques relativement épaisses qui 20 consistent en un nombre suffisamment grand de matières utilisables. Lorsqu'une cible non magnétique est utilisée, le champ magnétique de fuite au-dessus et au- dessous de la cible est déterminé par la configuration des pièces 25 polaires et par le courant dans la bobine d'électroaimant En général, il suffit d'un courant moins intense dans la bobine avec une cible non magnétique qu'avec
une cible magnétique.
Une configuration et un écartement des pièces 30 polaires qui conviennent le mieux pour une matière de cible de haute perméabilité magnétique et de haute induction à saturation peuvent aussi bien convenir pour des cibles non magnétiques Mais de meilleures performances en ce qui concerne les configurations d'érosion 35 de la cible et l'utilisation de la matière peuvent être obtenues avec une configuration et une séparation quelque peu différente des pièces polaires Une caractéristique 1 1 de l'invention est d'offrir des pièces polaires facilement remplaçables ou interchangeables de sorte qu'une source de revêtement par pulvérisation à magnétron d'une réalisation de base particulière 5 peut être utilisée de façon optimale ou presque avec des cibles à pulvérisation possédant une large plage
de caractéristiques magnétiques.
Une autre conséquence de la facilité de remplacement et d'interchangeabilité des pièces polaires 10 est que la position radiale de la configuration d'érosion de la cible peut être décalée dans une plage notable dans une source particulière de revêtement par pulvérisation à magnétron, ce qui peut être importait
pour obtenir une distribution voulue et une configura15 tion uniforme d'épaisseur de revêtement sur un substrat.
De nombreuses propriétés et caractéristiques des décharges dans les gaz dépendent de la configuration et de l'intensité du champ magnétique audessus de la surface de pulvérisation de la cible, comprenant l'impédance de la décharge, les plages de pression du gaz d'ionisation pour le fonctionnement et l'allumage, la configuration et la position de la décharge -et la position et la forme de l'érosion Une bobine d'électroaimant pour produire le champ magnétique près de la cible à pulvérisation permet de commander et de changer à volonté ce champ Cette commande ett assurée avec une facilité particulière grâce à la puissance relativement basse à la bobine d'électro-aimant que
nécessitent les modes de réalisation décrits de 30 l'invention.
La commande de l'impédance de la décharge est d'une importance particulière car elle peut permettre par exemple le fonctionnement à une tension de décharge constante dans une large plage d'intensités de décharge. 35 Avec l'érosion de la cible en fonctionnement normal, la décharge se déplace généralement dans une région de plus forte intensité du champ magnétique, ce qui abaisse l'impédance de la décharge et sa tension pour une pression fixe du gaz La plus faible tension de la décharge conduit à un rendement réduit de la pulvérisation à partir de la cible Pour maintenir une vitesse de dépôt de revêtement fixe, il est nécessaire d'augmenter à la fois 1 'intensité et la puissance de la décharge La réduction de 1 intensité dans la bobine d' électroaimant permet de réduire l'intensité du champ magnétique, conduisant à un retour vers l'impédance et la tension 10 initiales de la décharge La commande électrique du champ magnétique peut par exemple maintenir constants la tension et l'intensité de la décharge pendant toute la durée de la cible à pulvérisation Cela présente des implications importantes dans la conception et la 15 réalisation de la source d'alimentation de la décharge car la source d'alimentation n'a plus à fournir une
large plage de tensions de sortie.
Quand la cible à pulvérisation s'érode et que la décharge dans le gaz se déplace dans une région de 20 plus forte intensité du champ magnétique, la décharge tend à se concentrer de plus en plus, ce qui produit un
creux relativement étroit quand l'érosion progresse.
Cela conduit à des variations de la distribution de la matière pulvérisée et à un nombre réduit de matières
utilisables pour la cible à pulvérisation (par conséquent.
une longévité réduite) Cet effet est également éliminé en réduisant l'intensité du champ magnétique par la commande de l'intensité dansla bobine d'électro-aimant La position radiale et la largeur de la forme d'érosion de la cible, et par conséquent le profil de distribution de la matière pulvérisée sont influencés par l'intensité du champ magnétique audessus de la surface de pulvérisation La commande électrique de
cette intensité du champ permet donc d'exercer une 35 commande sur ce profil de distribution.
Il est connu que le champ magnétique au-dessus de la cible à pulvérisation détermine -la plage de pression du gaz, à la fois pour l'allumage et en fonctionnement En général, pour une distribution donnée du champ magnétique, une décharge reste stable à des pressions quelque peu au-dessous de la pression la plus basse à laquelle elle peut être déclenchée -Dans certaines applications, l'utilisation de pressions relativement basses du gaz d'ionisation peut être souhaitable en raison d'une diffusion gazeuse réduite de la matière pulvérisée entre la cible et le substrat. 10 Un procédé pour obtenir l'allumage dans ce cas est d'augmenter momentanément la pression du gaz et de la
réduire ensuite quand la décharge a été déclenchée.
Avec une commande électrique du champ magnétique, un procédé plus simple et plus commode d'obtenir l'allumage 15 consiste à augmenter momentanément l'intensité dans la bobine d'électro-aimant tout en maintenant la pression
du gaz au niveau voulu pour le fonctionnement.
Dans certaines applications, il peut être souhaitable de convertir, momentanément ou pour une période prolongée, une source existante de revêtement par pulvérisation à magnétron en un appareil de pulvérisation à diode_ non magnétiques ou en un poste de nettoyage par attaque par pulvérisation Avec le mode de réalisation de l'invention qui sera décrit, cette conversion se fait facilement en réduisant simplement l'intensité dans la bobine d'électro-aimant jusqu'à zéro (après inversion si nécessaire pour obtenir une démagnétisation). Une autre caractéristique de l'invention 30 réside dans l'incorporation et l'utilisation d'un capteur de champ magnétique au voisinage de la cible à pulvérisation Dans les modes de réalisation de l'invention qui seront décrits, le capteur de champ magnétique est une sonde de Hall située près du côté 35 refroidi par l'eau de la cible à pulvérisation,
au voisinage de la position radiale d'érosion maximale.
Avec des cibles magnétiques, le champ magnétique détecté par la sonde de Hall change rapidement avec l'érosion de la cible La fin de la durée de vie pour des cibles à pulvérisation peut être établie de façon empirique, exprimée par exemple en kilowatts heure Un contrôle indépendant de l'état de l'érosion de la cible magnétique et par conséquent de l'approche correspondante de la fin de la durée utile, peut se faire facilement et commodément en utilisant le capteur précité de champ
magnétique En résumé, le capteur de champ magnétique à 10 sonde de H all est un outil de diagnostic valable.
Lorsqu'une cible à pulvérisation non magnétique est utilisée, il convient, comme cela a déjà été décrit, de régler électriquement le champ magnétique pour permettre par exemple un fonctionnement de la décharge à tension constante La sonde de Hall peut être utilisée avec avantage pour contrôler le champ magnétique local
qui peut être lié indépendamment à l'érosion de la cible et à l'approche de la fin de sa durée utile.
L'un des modes de réalisation de l'invention 20 comporte un nouveau dispositif de refroidissement de la cible à pulvérisation La face inférieure de la cible est en contact avec une chambre à eau Une cloison divise la chambre en des parties d'entrée et de sortie En passant de l'entrée à la sortie, l'eau 25 est obligée de passer par un intervalle étroit entre le dessus de la cloison et le dessous de la cible La cloison est située directement au-dessous de la région d'érosion maximale de la cible La cible à pulvérisation peut ainsi être refroidie de façon efficace et uniforme 30 au voisinage de la région de dissipation maximale de puissance. En particulier dans le cas d'une cible magnétique, la sonde de Hall peut fournir des informations indépendantes et valables concernant l'approche de la 35 fin de la durée utile, ce qui aide à éviter une fuite catastrophique depuis la chambre à eau à travers la cible à pulvérisation D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront au cours de la description qui
va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement
limitatifs: La figure 1 est une vue de côté, pour la plus grande partie en coupe, d'un mode préféré de réalisation d'une source circulaire de revêtement par pulvérisation à magnétron selon l'invention, La figure 2 est une vue de côté, pour la plus grande partie en coupe, d'un autre mode de réalisation d'une source circulaire de revêtement par pulvérisation à magnétron selon l'invention, La figure 3 est une vue partielle de côté 15 montrant une partie de la cible à pulvérisation de la figure 2 à différentes phases d'érosion, La figure 4 montre une courbe de la tension de la sonde de Hall en fonction de la durée de fonctionnement d'une cible à pulvérisation; en Permalloy, utilisée dans la source de revêtement à pulvérisation
à magnétron de lafigure 2.
La source de revêtement par pulvérisation de la figure 1 comporte un ensemble 10 d'anode centrale, une anode extérieure 11, et une cible à pulvérisation 25 13 qui sert également de cathode En dehors de la cible 13, le circuit magnétique comporte une bobine d'électro-aimant 20 avec des traversées électriques et des connecteurs 21, un cylindre central creux 22, une plaque de base 23, un cylindre extérieur creux 24, 30 une pièce polaire extérieure 25 (représentée solidaire du cylindre 24) et une pièce polaire intérieure 27 Toutes les pièces 22-27 sont faites de matériaux ferromagnétiques de haute perméabilité, de forte induction à saturation, par exemple en fer doux ou en acier inoxydable magnétique, 35 et elles sont relativement massives pour former un circuit magnétique de faible réductance, la plus grande réductance magnétique étant introduite par la cible à à pulvérisation 13 sur l'intervalle entre les pièces
polaires 25 et 27.
La plaque de base 23 est fixée par plusieurs vis, non représentées, sur les cylindres 22 et 24 pour former une culasse magnétique La pièce polaire 27 est fixée sur le cylindre 22 par plusieurs vis 30 (dont deux sont représentées), et un joint au vide est assuré entre les pièces 27 et 22 par des bagues toriques 31 et 32 Une collerette intérieure 34 est soudée ou brasée sur la pièce polaire 27 pour supporter l'ensemble d'anode centrale Une collerette extérieure 36 est soudée ou brasée sur le cylindre 24 pour former un assemblage isolé avec l'anode extérieure 11 d'une manière similaire à celle représentée pour le mode de 15 réalisation de la figure 2 La cible 13 est fixée sur les pièces polaires 25 par une bride extérieure 38 et
sur la pièce polaire 27 par une bride intérieure 39.
Plusieurs vis 40 (dont 4 sont représentées) fixent les brides 38 et 39 sur les pièces polaires 25 et 27 et des bagues toriques 41 et 42 assurent l'étanchéité au
vide entre la cible 13 et les pièces polaires 25 et 27.
Le refroidissement par l'eau de la cible 13 est assuré au moyen d'une tubulure 45 La tubulure 45est-maintenue fermement en contact avec les pièces polaires 25 et 27 par la plaque de base 23 et un joint étanche au vide entre la tubulure 45 et les pièces polaires 25 et 27 est formé par des bagues toriques 46 et 47 Une conduite d'arrivée d'eau 49 passe avec jeu dans un trou 50 du cylindre 24 et elle est fixée hermétiquement dans un premier trou horizontal 51 de la tubulure 45 Un premier trou vertical 52, un second trou horizontal 53, un second trou vertical 54 complètent le circuit de circulation d'eau dans la tubulure 45 Des bouchons 55 et 56 sont fixés de façon étanche pour limiter le circuit de circulation d'eau Une cloison cylindrique 60 est fixée sur la surface supérieure de la tubulure 45 pour former un anneau d'entrée 61 et un anneau
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de sortie 62 D'une manière similaire à celle représentée pour la partie d'entrée, une ou plusieurs conduites de sortie, non représentées, sont branchées par une série de trous horizontaux et verticaux sur l'anneau de sortie 62 Un espace 64 entre le bord supérieur de la cloison 60 et la surface inférieure de la cible 13 est suffisamment petit pour assurer une impédance qui convient, mais élevée, à la circulation de
l'eau sous la surface inférieure de la cible de pulvé10 risation 13 afin d'en assurer un refroidissement uniforme sur sa circonférence.
Une sonde de Hall 67 destinée à mesurer l'intensité du champ magnétique est située au-dessous de la cible à pulvérisation 13 et entre les anneaux 15 d'entrée et de sortie 61 et 62 Quatre conducteurs électriques 68, non représentés, sont connectés par une conduite 69 à la sonde de Hall 67 La conduite 69 passe par le trou horizontal 70 dans le cylindre 24 et elle est fixée de façon étanche dans un premier trou 20 horizontal 71 de la tubulure 45 Un premier trou vertical 72, un second trou horizontal 73 et un second trou vertical 74 forment un trajet pour les conducteurs électriques 68 provenant de la sonde de Hall 67 dans la conduite 69 Des bouchons 75 et 76 assurent l'étan25 chéité du passage Une longueur de tube fermé 80 entoure la sonde de Hall 67 et elle est brasée ou soudée dans le second trou vertical 74 Comme le montre la
figure 1, la position radiale de la sonde de Hall 67 est pratiquement la même que celle de la cloison 60.
La présence du tube fermé 80 produit donc une interruption de la cloison cylindrique 60 entre l'anneau d'entrée 61 et l'anneau de sortie 62 Un espace 84 entre la surface supérieure du tube fermé 80 et la surface inférieure de la cible 13 est choisi de manière à présenter 35 pratiquement la même impédance élevée à la circulation d'eau que celle présentée par l'espace 64 de la cloison 60. L'ensemble 10 d'anode centrale est monté de façon isolée sur une collerette intérieure 34 Une bague isolante 86 est fixée sur la collerette 34 par plusieurs vis 87 dont une seule est représentée, et l'étanchéité au vide entre la bague 86 et la collerette 34 est assurée par une bague torique 88 Une pièce de base 90 est fixée sur la bague isolante 86 par plusieurs vis 91 dont une seule est représentée, l'étanchéité au vide étant assurée à l'aide d'une bague torique 92 La pièce de base 90 comporte une section cylindrique creuse 94 sur laquelle est fixé un capuchon supérieur 95 de manière
à former une chambre 96 de refroidissement à l'eau.
Une conduite d'entrée d'eau 97 et une conduite de sortie d'eau 98 sont branchées sur la chambre 96 afin de permettre leur refroidissement par l'eau de l'ensemble d'anode centrale Un disque central 100 est fixé sur le capuchon 95 par une vis centrale 101 Sur le disque central 100 est fixée une pièce 103 à angle droit
consistant en une partie cylindrique 104 et une partie 20 annulaire plane 105.
Le support de l'anode extérieure 11 n'est pas représenté sur la figure 1 Mais cette anode extérieure 11 peut être supportée de la manière décrite ci-après en regard de l'anode du mode de réalisation dela figure 25 2 La source de revêtement par pulvérisation à magnétron de la figure 2 comporte une anode 111 et une cible à pulvérisation (cathode) 113 En dehors de la cible 113, le circuit magnétique comporte une bobine d'électro-aimant 120 avec des raccords électriques et des connexions 121, un cylindre central 122, une plaque de base 123, un cylindre extérieur creux 124, une pièce polaire extérieure 125, une plaque supérieure 127 et une pièce polaire intérieure solidaire 128 Les pièces 35 122, 123, 124 et 127 forment ensemble une culasse magnétique entre les pièces polaires 125 et 128 Les pièces 122 à 128 sont faites de matériau ferromagnétique de perméabilité élevée, de haute induction à saturation, d'une section comparativement grande pour former un circuit magnétique de faible réductance par les pièces polaires 125 et 128 Un anneau non magnétique 129 est brasé ou soudé sur les pièces polaires 125 et 128 formant un joint étanche au vide Une vis 130 fixe la plaque supérieure 127 sur le cylindre central 122 et une bague torique 131 assure l'étanchéité au vide entre la plaque 127 et le cylindre 122 D'une façon 10 similaire, à la partie inférieure, une vis 133 fixe la plaque de base 123 sur le cylindre 122 et une bague torique 134 forme le joint au vide entre la base 123 et le cylindre 122 Plusieurs vis, non représentées, fixent la plaque de base 123 sur le cylindre extérieur 15 124 et une bague torique 135 assure l'étanchéité au vide entre la plaque 123 et le cylindre 124 Une collerette extérieure 136 est soudée ou brasée à l'extérieur du cylindre extérieur 124 pour permettre la fixation isolée
sur une chambre à vide ou un poste de traitement, et 20 également sur l'anode 111.
Plusieurs vis 138, dont deux sont représentées, maintiennent la pièce polaire 125 sur le cylindre extérieur 124 et une bague torique 139 assure l'étanchéité au vide entre la pièce polaire 125 et le cylindre 124 La cible à pulvérisation 113 est fixée sur les pièces polaires 125 et 128 par une bride extérieure 141 et une bride intérieure 142 qui sont à leur tour fixées par plusieurs vis 143 (dont deux sont
représentées pour la bride 142 et aucune pour la bride 30 141).
Une bobine 120 entoure partiellement le cylindre central 122 Une chemise de bobine-145 entoure partiellement la bobine 120 La chemise 145 comporte une partie cylindrique 146 et une partie annulaire plane 147 Une bague torique 148 assure l'étanchéité à l'eau entre la base 123 et la partie cylindrique 146 et une bague torique 149 assure l'étanchéité à l'eau entre le
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cylindre intérieur 122 et la partie annulaire plane 147.
Un épaulement 151 du cylindre intérieur 122 s'appuie sur la surface supérieure de la partie annulaire plane 147 Une chambre 153 de refroidissement par l'eau est 5 formée, limitée par la surface intérieure du cylindre 124, la surface supérieure de la base 123, la surface extérieure de la chemise de bobine 145, la partie extérieure de l'épaulement 151, des parties des pièces polaires et 128 et la surface inférieure de la bague non magnétique 129 De l'eau est introduite dans la chambre 153 par plusieurs tubes d'injection 154, dont deux sont représentés, qui pénètrent par des ouvertures dans la plaque de base 123 Ces tubes dirigent plusieurs jets
d'eau sur la surface inférieure de la bague non magnétique 15 129 pour assurer le refroidissement de la cible 113.
La sortie pour le retour de l'eau est assurée par des
moyens, non représentés.
Le positionnement de la sonde de Hall 67 près de la cathode à pulvérisation 13 a déjà été décrit en regard de la figure 1 Une sonde de H all 156 à l'intérieur d'un tube fermé 157 est représentée schématiquement à l'intérieur de la chambre 153 en toute proximité de l'anneau non magnétique 129 Bien que cela n'apparaisse pas explicitement sur la figure 2, un tube éjecteur 154 25 par exemple peut être facilement modifié pour constituer un moyen direct d'introduction et de positionnement de
la sonde de H Rall 156.
L'anode 111 est formée par une partie annulaire extérieure 160, une partie cylindrique 161 et une partie annulaire intérieure 162 Plusieurs vis, 164, dont deux sont représentées, fixent l'anode 111 sur une plaque de montage 165 Un anneau isolant 167 est fixé sur la plaque de montage 165 par plusieurs vis 168, dont une seule est représentée, et une bague torique 169 assure l'étanchéité au vide entre la plaque isolante 167 et la plaque de montage 165 La collerette extérieure 136 est maintenue par des moyens-non représentés
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et elle est maintenue en contact avec l'anneau isolant 167, une bague torique 171 assurant l'étanchéité au vide entre la collerette 136 et l'anneau 167 La plaque de montage 165 est appliquée, par des moyens non représentés, sur une collerette 180 La= collerette 180 peut par exemple faire partie d'un système d'aspiration ou d'un poste de traitement Une bague torique 181 assure l'étanchéité au vide entre la
plaque de montage 165 et la collerette 180.
La figure 3 est une coupe partielle de la cible à pulvérisation 113 de la figure 2 Selon la figure 3, la cible à pulvérisation 113 a un rayon intérieur de 43,75 mm, un rayon extérieur de 89 mm et
une épaisseur ou une hauteur verticale de 9,4 mm.
Les lignes i force magnétique 201 sont représentées sur la figure 3 de façon qualitative audessus de la cible Entre autres choses, la forme des lignes de force 201 dépend fortement du niveau de saturation magnétique de la matière magnétique de la 20 cible 113 Lorsqu'elle est neuve, la cible à pulvérisation 113 présente une surface 203 non érodée Après le fonctionnement d'une cible 113 en acier inoxydable 410 pendant 52,6 k W h avec une intensité constante dans la bobine électro-aimant 120, le profil 204 a été obtenu. 25 Après l'utilisation d'une cible 113 faite en Permalloy pendant 57,5 k Wh, avec un courant dans la bobine d'électroaimant 120 réglé pour maintenir un champ magnétique constante mesuré par la sonde de Hall 156, le profil 205 a été obtenu Le profil 207 de fin de durée utile est estimé pour la cible en Permalloy La
durée utile de la cible est estimée à plus de 100 k Wh.
La figure 4 montre une courbe 210 de la tension de sortie de la sonde de Rall 156 en fonction de la durée d'utilisation (mesurée en k Wh) d'une cible 113 en Permalloy C'est la même cible qui a donné le profil 205 de la figure 3 Comme cela a déjà été indiqué, le profil 205 a été obtenu après 57,5 k Wh de fonctionnement avec une intensité dans la bobine 120 réglée pour maintenir constant le champ magnétique, mesuré par la
sonde de Hall 156.
La courbe 210 a été produite en ramenant 5 périodiquement l'intensité dans l'enroulement 120 à une valeur fixe ( 4 Ampères avec le fonctionnement de la source de pulvérisation interrompue) et en mesurant la tension de sortie de la sonde de H all 156 Cette tension est proportionnelle au champ magnétique de l'endroit 10 o se trouve la sonde Il apparaît en regard de la
courbe 210 que ce champ magnétique augmente d'environ 50 % pendant les 40 premières heures de fonctionnement.
Pour faire fonctionner la source de revêtement par pulvérisation à magnétron de la figure 1, elle est d'abord installée par exemple sur une bride correspondante d'une chambre pouvant être vidée L'ensemble 10 d'anode centrale et l'anode extérieure 11 peuvent être connectés électriquement ensemble ainsi qu'à la borne positive d'une source d'alimentation de décharge dans 20 le gaz En option, la borne positive de la source peut être connectée à la terre En variante, l'ensemble 10 d'anode centrale peut être connecté séparément pour permettre sa polarisation par rapport à l'anode extérieure 11 Le circuit magnétique comprend une culasse 25 magnétique (comprenant la plaque de base 23 et les cylindres 22 et 24), les pièces polaires 25 et 27 associées et la cible à pulvérisation 13 Ces éléments sont connectés électriquement ensemble et sont isolés électriquement des anodes 10 et 11 En raison de sa position par rapport aux anodes 10 et 11 et aux pièces polaires 25 et 27 > la cible 13 sert de cathode de la source de pulvérisation Pendant le fonctionnement, le circuit magnétique et la cathode sont connectés à la borne positive de la source d'alimentation de décharge. 35 L'enroulement d'électro-aimant 20 est mis sous tension par les connecteurs électriques 21, au moyen d'une
source d'alimentation d'électro-aimant à tension variable.
Le champ magnétique autour de la surface de pulvérisation de la cible 13 dépend du courant dans l'électroaimant 20 et de la perméabilité magnétique ainsi que de l'induction à saturation de la matière dont est faite la cible 13. Le courant nécessaire pour sensibiliser la sonde de Hall 67 est produit par une unité de commande de sonde connectée aux conducteurs électriques 68 La tension de Hall résultante est proportionnelle au 10 champ magnétique à l'endroit o se trouve la sonde
67 et elle est mesurée par l'unité de commande de sonde.
De l'eau de refroidissement est fournie à la conduite d'entrée d'eau 49 pour la cible 13 et à la conduite
d'entrée d'eau 97 pour l'ensemble 10 d'anode centrale.
Après la mise sous vide, la chambre dans laquelle la source de revêtement par pulvérisation à magnétron a été montée, est remplie d'un gaz d'ionisation à une pression inférieure à la pression atmosphérique, généralement de l'argon Quand la pression du gaz et l'in20 tensité du champ magnétique au-dessus de la cible 13 sont dans les plages appropriées, le fonctionnement de la source peut être déclenché par l'application de la
tension voulue de la source d'alimentation de décharge et le revêtement d'un substrat avec une matière prove25 nant de la cible 13 peut commencer.
Le fonctionnement de la source de revêtement de la figure 2 est essentiellement le même que celui de la source de la figure 1 Contrairement à la source de la figure 1, celle de la figure 2 ne comporte pas d'anode centrale L'anode 111 est connectée à la borne positive de la source d'alimentation de décharge Le circuit magnétique comporte la plaque de base i 23, les cylindres 122 et 124, la plaque supérieure 127 formantune culasse magnétique, les pièces polaires 125 et 35 128 et la cible à pulvérisation 113 L'anneau non magnétique 129 forme un joint au vide pour les pièces polaires 125 et 128 Les parties du circuit magnétique
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sont connectées électriquement ensemble et sont isolées de l'anode 111 Etant donné sa position par rapport à l'anode 111 et aux pièces polaires 125 et 128, la cible 113 sert de cathode de la source de pulvérisation Pendant le fonctionnement, le circuit magnétique et la cathode sont connectés à la borne de tension négative de la source de décharge La bobine 120 de l'électroaimant est excitée par les connecteurs électriques 121 à partir d'une source d'alimentation d'électro-aimant 10 à tension variable L'intensité du champ magnétique au-dessus de la surface de pulvérisation de la cible 113 dépend à la fois du courant dans la bobine 120 et
de la perméabilité magnétique ainsi que de l'inductionà saturation de la matière dont est faite la cible 15 113.
Le courant nécessaire pour sensibiliser la sonde de H all 156 est produit par une unité de commande de sonde et la tension de E Hll produite par la sonde 156 est mesurée par cette unité de commande De l'eau 20 de refroidissement de la cible 113 est injectée dans la chambre 153 par plusieurs tubes d'injection 154
dirigés vers le dessous de l'anneau non magnétique 129.
Après la mise sous vide, la chambre dans laquelle la source de revêtement par pulvérisation à magnétron a été installée-est remplie d'un gaz d'ionisation à une pression inférieure à la pression atmosphérique, généralement de l'argon Quand la pression du gaz et l'intensité du champ magnétique au-dessus de la cible 113 se situent dans les plages appropriées, le fonctionnement de la source de revêtement peut être déclenché par l'application de la tension voulue provenant de la source d'alimentation de décharge et le revêtement
d'un substrat avec de la matière de la cible à pulvérisation 113 peut commencer.
A titre d'exemple, une cible à pulvérisation 113 représentée sur la figure 3 (rayon intérieur = 43,75 mm, rayon extérieur = 89 mm, hauteur verticale = 9,4 mm) et faite en Permalloy, nécessite une intensité dans la bobine d'électro-aimant 120 d'environ 6 Ampères (à moins de 5 V pour une puissance d'électro-aimant' inférieure à 30 W) pour produire au- dessus de la surface 203 non érodée de la cible 113 une intensité du champ magnétique suffisante pour permettre un renforcement magnétique normal de décharge dans le gaz Les lignes de force magnétique 201 au- dessus de la surface non érodée 203 sont représentées qualitativement sur la figure 3 Le "tunnel magnétique" correspondant sert à confiner la décharge La décharge résultante renforcée magnétiquement fonctionne à 600 V et 1,7 A (pour une puissance de décharge de 1 k W) avec une pression d'argon de 4 x 10 3 Torr, ce-dont il résulte une vitesse de dépôt sur le substrat d'environ 1400 15 Angstroms/minute, pour une distance de 6,25 mm entre
la cible et le substrat.
Quand le fonctionnement de la source de revêtement à magnétron se poursuit, la surface de pulvérisation de la cible 113 s'érode Dans une expérience utilisant une cible 113 enacier inoxydable 410 et fonctionnant avec une intensité fixe de 7 Ampères dans l'enroulement d'électro-aimant 120, le profil de surface érodée 204 a été obtenu après 52,6 k Wh de fonctionnement Quand l'érosion progresse, l'intensité 25 du champ magnétique au-dessus de la surface de pulvérisation augmente conduisant à une décharge plus fortement confinée et à tension plus basse Quand le profil 204 est obtenu, l'intensité du champ magnétique immédiatement audessus de ce profil est suffisamment 30 élevée pour que la décharge soit instable Etant donné ce fonctionnement instable, la fin de la durée utile avec une intensité de 7 A dans la bobine est atteinte
pour cette cible.
Dans une seconde expérience, une cible à pulvéri35 sation 113 en Permalloy a été utilisée avec l'intensité dans la bobine d'électro-aimant 120 réduite continuellement pour maintenir constante la tension de sortie de la sonde de Hall 156 De cette manière, l'intensité du champ magnétique à l'endroit de la sonde de Hall 156 était maintenue constante au fur et à mesure que la surface de pulvérisation de la cible 113 s'érodait. L'intensité du champ magnétique au-dessus de la surface de pulvérisation de la cible 113 changeait comparativement peu avec l'érosion de la cible, ce qui conduisait à une impédance de décharge beaucoup plus cons10 tante et à un fonctionnement plus stable Le profil de surface érodée 205 a été obtenu après 57,5 k Wh de fonctionnement. Pendant que l'érosion de la cible 113 se poursuivait vers le profil 205, le fonctionnement était interrompu périodiquement et la tensionde sortie de la sonde de Hall 156 était mesurée avec l'intensité dans la bobine d'électro-aimant 120 ramenée à une valeur de référence de 4 Ampères Le résultat de ces mesures est donné par la courbe 210 sur la figure 4 Il apparatt 20 en regard de la courbe 210 que le champ magnétique détecté par la sonde de Hall 156 s'élevait de 50 %
pendant les 40 premiers kilowatts heure de fonctionnement.
La comparaison des profils 204 et 205 montre que le fonctionnement avec une intensité constante dans 25 la bobine d'électro-aimant (profil 204) entraine une érosion plus profonde et plus fortement concentrée que le fonctionnement à tension de Hall constante (profil 205) Il apparalt ainsi clairement que le nombre des matières de cible utilisables avant la fin de la durée 30 utile est nettement plus important dans les conditions de fonctionnement du profil 205 que,dans celles du
profil 204.
Une autre comparaison des profils 204 et 205 montre que le rayon d'érosion maximale est plus petit 35 pour le profil 204 que pour le profil 205 Cela est probablement-dû à l'augmentation dans le fonctionnement $r de l'intensité du champ magnétique au-dessus de la surface de pulvérisation de la cible 113 Le changement de rayon d'érosion maximale est associé avec un changement de profil de distribution de la matière pulvé5 risée arrivant sur le substrat En outre, la différence des rayons d'érosion maximale des profils 204 et 205 montre-;, que les changements d'intensité du champ-magnétique (produits par des changements d'intensité dans la bobine d'électro-aimant 120) peuvent être utilisés 10 pour donner une mesure de contrôle du rayon d'érosion maximale et par conséquent, un contrôle correspondant
du profil de distribution.
Un profil de durée de vie utile 207 a été estimé pour la cible à pulvérisation 113 Il a été en 15 outre estimé que plus de 100 k Wh de fonctionnement sont nécessaires pour atteindre le profil 207 La signification en est que la quantité de matière magnétique utilisable que contient la cible 113 est suffisamment grande pour une utilisation pratique dans un équipement
de revêtement dans la fabrication des disques magnétiques.
La quantité de matière magnétique utilisable est en fait comparable à la quantité de matière non magnétique inutilisable que contiennent les cibles de la plupart des sources antérieures de revêtement, de pulvérisation' 25 à magnétron Une des clés du succès de la présente invention est l'utilisation d'un électro-aimant plutôt que d'un aimant permanent Dans les sources antérieures de revêtement par pulvérisation utilisant des aimants permanents 30 et des cibles non magnétiques, l'érosion de la cible conduit généralement à un fonctionnement dans des champs magnétiques d'intensité croissant progressivement, avec le changement qui en résulte de l'impédance de la décharge Il était possible d'admettre ces variations 35 par la réalisation de la source d'alimentation Avec les cibles magnétiques, comme dans le cas de l'expérience ci-dessus conduisant au profil 204, I'intensité du champ
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magnétique près de la cible varie beaucoup plus rapidement avec l'érosion Comme cela a été indiqué précédemment, au moment o le profil érodé 204 est atteint après 52,6
k Wh de fonctionnement, la décharge devient instable.
En fait, la fin de la durée utile est atteinte Ce n'est qu'en réduisant la force magnéto-motrice qui, dans ce cas, peut se faite facilement en réduisantl'intensité de la bobine 120 qu'un fonctionnement stable
peut être obtenu.
Il est évident pour le spécialiste dans la technique des sources de revêtement par pulvérisation à magnétron que des cibles 13 et 113 d'une matière non magnétique peuvent être utilisées effectivement et efficacement dans les sources de revêtement représentées 15 sur les figures 1 et 2 Il est possible que des configurations optimales des pièces polaires 25 et 27 de la figure 1 et des pièces polaires 125 et 128 de la figure 2 soient quelque peu différentes pour l'utilisation avec des matières non magnétiques par 20 rapport à l'utilisation avec des matières fortement ferro-magnétiques La pièce polaire intérieure 27 de la figure 1 est représentée séparée du cylindre 22 pour faciliter son remplacement par une pièce polaire de configuration différente si cela devient nécessaire ou souhaitable Selon la figure 2, la plaque supérieure 127 avec la pièce polaire 128 solidaire est facilement amovible comme la pièce polaire extérieure 125 Les sources de revêtement des figures 1 et 2 conviennent donc bien pour l'utilisation avec des cibles 13 et 113,
aussi bien non magnétiques que fortement ferro-magnétiques.
Il a été mentionné précédemment que l'érosion de la cible à pulvérisation conduit à une augmentation de l'intensité du champ magnétique au-dessus de la surface de pulvérisation de la cible, conduisant à son tour à une plus basse impédance électrique de la décharge dans le gaz, ce qui réduit la tension qui peut être maintenue aux bornes de la décharge pour un niveau de puissance donné En variante, le fonctionnement à tension constante conduit à une intensité plus élevée une plus grande puissance et une plus grande vitesse de pulvérisation, ce qui peut être indésirable Pour maintenir une vitesse de pulvérisation fixe à une pression voulue du gaz d'ionisation, il est nécessaire de fonctionner avec des niveaux plus élevés d'intensité et de la puissance La source d'alimentation de la décharge doit donc être capable de produire de larges plages de tension, de courant et de puissance, 10 ce qui est défavorable au prix de la source et de sa consommation L'utilisation d'un électro-aimant plutôt qu'unaimant permanent dans les sources de revêtement par pulvérisation à magnétron selon l'invention permet une commande électrique directe de l'intensité du champ magnétique au-dessus de la cible, de sorte qu'il est possible de fonctionner à des valeurs constantes de la tension, du courant et de la puissance de la décharge
par exemple, pendant toute la durée de vie de la cible.
Cela est aussi vrai pour les cibles magnétiques et les cibles non magnétiques Des économies notables du prix des sources d'alimentation de décharge et de sa
consommation peuvent donc être obtenues.
La réalisation du circuit magnétique utilisé dans les modes décrits de réalisation de l'invention 25 conduit à des circuits magnétiques de très faible réductance avec de faibles pertes magnétiques Il en résulte que la puissance requise pour l'électro-aimant est faible et que la commande de l'intensité dans la bobine 20 ou 120 est relativement simple Il est possible que les économies obtenues sur les sources d'alimentation de la décharge, résultant du fonctionnement à tension constante font mieux que de compenser
le prix de la source d'alimentation-de l'électro-aimant.
Comme cela a été mentionné précédemment, il 35 est quelquefois souhaitable de fonctionner avec une décharge à une pression du gaz d'ionisation au-dessous de la pression minimale à laquelle la décharge s'allume spontanément, avec l'application normale de la tension de la source d'alimentation de la décharge Une solution à ce problème consiste à augmenter la pression du gaz, suffisamment pour permettre l'allumage et de 5 réduire ensuite la pression jusqu'au niveau voulu en fonctionnement Les inconvénients de cette solution comprennent le prix, la complexité et les constantes de temps relativement longues (une fraction notable du temps de revêtement) comme cela a déjà été expliqué. 10 Avec la commande électrique facile de l'intensité du champ magnétique près de la surface de pulvérisation des cibles 13 et 113, l'allumage de la décharge peut être facilité par une brève augmentation de l'intensitédans les bobines d'électro-aimant 20 et 120. 15 En général, dans les sources de revêtement par pulvérisation à magnétron:, le refroidissement des cibles à pulvérisation a posé l'un des problèmes les plus difficiles et les plus délicats La solution au refroidissement de la cible décrit par exemple dans le 20 brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 100 055 précité utilise une chemise de refroidissement entourant la circonférence extérieure de la cible Comme cela a été expliqué précédemment, cette solution de refroidissement de cibles à pulvérisation ayant des conductivités 25 thermiques relativement basses, comme la plupart des matières magnétiques, peut s'avérer inadéquate Dans le mode de réalisation de la figure 2, la cible 113 est maintenue en contact avec les pièces polaires 125 et 128 et avec l'anneau non magnétique 129 par les brides 30 141 et 142 Comme cela est représenté, plusieurs tubes d'injection 154 dirigent des jets d'eau de refroidissement sur la pièce polaire 125 et l'anneau 129 L'impédance principale au transfert de chaleur depuis la cible 113 se fait à la surface de contact entre la surface infé35 rieure de la cible 113 et les surfaces supérieures des pièces polaires 125 et 128 et de l'anneau 129 Le refroidissement de la cible 113 peut donc être appelé
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"indirect" Cette configuration de refroidissement indirect convient pour la plupart des cibles magnétiques 113 de la dimension représentée sur la figure 3, jusqu'à des
niveaux de puissance de décharge de l'ordre de 1 à 2 k W, 5 mais peut ne pas convenir à des puissances plus élevées.
Un gauchissement de la cible, des fissures et même une fusion locale peuvent se produire comme résultat d'un
refroidissement incorrect.
Le dispositif de refroidissement décrit en 10 regard de la figure 1 pour la cible à pulvérisation 13 remplace le refroidissement indirect (comme pour la cible 113) par un refroidissement "direct" dans lequel l'eau de refroidissement (ou autre agent de refroidissement) est en contact physique direct avec la surface inférieure de la cible 13, sans aucune impédance thermique intercalée, par l'équivalent de la bague non magnétique 129 de la figure 2 Plusieurs tubes injecteurs similaires aux tubes 154 de la figure 2 peuvent être utilisés pour diriger des jets d'eau de refroidissement sur la surface 20 inférieure de la cible 13 Etant donné que le refroidissement peut être direct plutôt qu'indirect, le fonctionnement à des niveaux de puissance plus élevés de la décharge devient possible Le dispositif de refroidissement représenté sur la figure 1 utilise une cloison cylin25 drique 60 au-dessus d'une tubulure 45 pour diviser la chambre de refroidissement en un anneau d'entrée 61 et un anneau de sortie 62 L'espace 64 entre le haut de la cloison 60 et la surface inférieure de la cible 13 est choisi pour forcer un courant d'eau radial qui est essentiellement uniforme le long de la circonférence de la cloison 60, depuis l'anneau intérieur 61 vers l'anneau extérieur 62 De cette manière, les variations circonférentielles de refroidissement qui pourraient résulter d'un ensemble de tubes injecteurs 35 séparés sont évités En outre, une simplification du système de distribution d'eau est obtenue En choisissant l'espace 64 et le débit d'eau de façon appropriée, un écoulement turbulent sur la surface inférieure de la
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+ cible 13 peut être assuré, ce qui évite la formation de couches fluides stagnantes inhibant le transfert de chaleur. Le système de refroidissement direct décrit ci-dessus utilisant la cloison 60 avec l'espace 64 constitue ainsi une nouvelle solution au problème de refroidissement de la cible à pulvérisation dans des sources de revêtement par pulvérisation à magnétron Le refroidissement direct de la cible 13 offre un avantage particulier en ce qu'il évite le gauchissement, les fissures ou la fusion de la cible 13 qui, s'ils se produisaient pourrait conduire à l'introduction d'eau dans le système de mise sous vide; 15 cela constitue une catactrophe qui doit être absolument évitée Le refroidissement circonférentiel uniforme assuré par la cloison 60 et l'intervalle 64 élimine les problèmes des fuites dues au gauchissement, aux fissures ou à la fusion Quand la fin de la durée utile approche, 20 le danger de fuite par la cible 13 augmente Une solution pour déterminer si la fin de la durée utile est imminente consiste à garder simplement la trace de la durée de la cible déjà utilisée, mesurée par exemple en k Wh, et à interrompre le fonctionnement lorsqu'un point de fin de durée utile établi de façon empirique a été atteint L'absence ou la perte de ces données font qu'il est souhaitable de disposer d'autres procédés pour déterminer si la fin de la durée utile est proche Une seconde solution consiste à établir une corrélation entre l'état d'érosion de la cible 13 et l'intensité dans la bobine d'électro-aimant 20 nécessaire pour maintenir une tension constante de la décharge à une pression fixe du gaz et avec un niveau de puissance de décharge fixe Ce courant dans la 35 bobine peut diminuer quand l'érosion de la cible progresse et l'intensité N é c e S S a i r e est supérieure pour des cibles magnétiques que pour des
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cibles non magnétiques Une troisième solution consiste à contrôler la variation de la tension de Hall de la sonde 67 pour une valeur de référence fixe de l'intensité dans la bobine d'électro-aimant 20 par exemple (comme selon la figure 4) et de comparer cette tension de Hall avec l'érosion de la cible 13 Bien que cette troisième solution ne soit pas applicable aux cibles non magnétiques, (la tension de Hall est indépendante de l'érosion de la cible non magnétique), elle constitue une mesure par10 ticulièrement sensible de l'érosion de la cible dans
le cas de cibles à pulvérisation fortement ferromagnétiques.
Il apparaît ainsi que l'invention concerne une nouvelle source de revêtement par pulvérisation à 15 magnétron permettant d'utiliser un grand nombre de matière de cible à pulvérisation, depuis des cibles non magnétiques jusqu'à des cibles fortement ferromagnétiques, avec des caractéristiques utiles supplémentaires concernant les sources d'alimentation de la décharge, l'allumage de la décharge, le refroidissement
de la cible et le contrôle de la durée de cette cible.
Il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits
et illustrés à titre d'exemples nullement limitatifs 25 sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention.
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Claims (16)
1 Source de revêtement par pulvérisation à magnétron, caractérisée en ce qu'elle comporte une anode ( 10,11; 111) une cathode ( 13) comprenant une cible à pulvérisation magnétique et un dispositif à champ magnétique comprenant une bobine d'électro-aimant ( 20; 120), une culasse ( 22,23,24; 122,123,124,127) et deux pièces polaires ( 25,27; 125,128) séparées par un entrefer géométrique et assemblées sur ladite culasse, ladite culasse et lesdites pièces polaires étant faites 10 de matières de haute perméabilité magnétique et de haute magnétisation cd saturation, ladite cible à pulvérisation magnétique ( 13) étant positionnée au-dessus desdites pièces polaires, ladite cible à pulvérisation magnétique étant configurée et positionnée pour couvrir 15 complètement ledit entrefer géométrique de manière qu'un circuit magnétique continu entre lesdites pièces polaires soit formé par ladite cible, un courant électrique circulant dans ladite bobine d'électro-aimant ( 20; 120) de manière que des lignes de force magnétique soient 20 établies dans ladite culasse, les pièces polaires et la cible à pulvérisation magnétique, ledit courant dans la bobine ayant une valeur critique, pratiquement toutes les lignes de force magnétique étant confinées à l'intérieur de ladite culasse,des pièces polaires et 25 de la cible à pulvérisation magnétique quand ledit courant dans la bobine est inférieur à ladite valeur critique, une partie saturée magnétiquement de ladite cible à pulvérisation magnétique se formant quand ledit courant dans la bobine est supérieur à ladite 30 valeur critique de manière qu'un entrefer magnétique soit établi dans ladite cible à pulvérisation magnétique, ledit entrefer-magnétique permettant que des lignes de force magnétique de fuite soient établies au- dessus et au-dessous de ladite cible à pulvérisation 35 magnétique dans le voisinage dudit entrefer magnétique, ledit courant dans la bobine ayant une valeur requise, ladite valeur requise étant suffisamment supérieure 254 z 495 à ladite valeur critique pour que lesdites lignes de force magnétique de fuite au-dessus de ladite cible à pulvérisation, magnétique ayant une intensité requise puissent être établies de manière à permettre qu'une décharge dans un gaz confiné magnétiquement et renforcé magnétiquement soit établi au-dessus de ladite cible à pulvérisation magnétique dans une
région voisine dudit entrefer magnétique.
2 Source selon la revendication 1, caractérisée 10 en ce que ladite culasse et les pièces polaires sont réalisées de manière à former un circuit magnétique de faible réluctance par ladite culasse et lesdites pièces polaires, ladite culasse et lesdites pièces polaires
n'étant pas saturées magnétiquement pour toutes lesdites 15 valeurs requises dudit courant dans la bobine.
3 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que des parties non saturées magnétiquement
voisines desdites parties saturées magnétiquement de ladite cible à pulvérisation magnétique forment des 20 prolongements desdites pièces polaires.
4 Source selon la revendication 1,caractérisée en ce qu'une configuration relativement épaisse de ladite cible à pulvérisation magnétique ( 13) est utilisée pour permettre que ladite cible à pulvérisation magné25 tique contienne une quantité relativement grande de
matière utilisable.
Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que pendant son fonctionnement, ladite cible à pulvérisation magnétique, est maintenue à une tempéra30 ture au-dessous de la température de Curie de la matière de ladite cible à pulvérisation magnétique 6 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée de manière à permettre des programmes 35 souhaitables de tension et d 'intensité de fonctionnement de ladite décharge de gaz pour des pressions voulues du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique
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7 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite valeur requise du courant dans ladite bobine ( 20; 120) est réglée pour produire des valeurs constantes voulues de la tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans le gaz à une pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique 8 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également une sonde de Hall ( 67) 10 destinée à mesurer l'intensité du champ magnétique dans une position qui lui est voisine, ladite sonde de Hall étant positionnée en-dessous et en toute proximité de ladite cible à pulvérisation magnétique près de la région d'érosion maximale de la cible produite par ladite décharge, la tension de sortie de ladite sonde de Hall étant proportionnelle à l'intensité du champ magnétique dans la position o se trouve ladite sonde de Hall. 9 Source selon la revendication 8, carac20 térisée en ce que ladite valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir une valeur constante voulue de la tension de ladite sonde de Hail pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique 10 Source selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite valeur requise du courant dans ladite bobine ( 20; 120) est réglée pour obtenir des programmes voulus de tension et d'intensité de fonctionnement pour ladite décharge dans le gaz à des pressions 30 de gaz voulues pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique, le courant dans ladite bobine étant ramené périodiquement à une valeur de référence sélectionnée pour permettre que la tension de la sonde de Hall soit mesurée en comparaison 35 avec ladite valeur de référence sélectionnée, de manière qu'une courbe puisse être produite de la tension de ladite sonde de Hall en fonction du fonctionnement cumulé de ladite cible à pulvérisation magnétique ladite courbe étant prolongée jusqu'à l'extrémité de la durée utile d'échantillons initiaux de ladite cible à pulvérisation magnétique, ladite courbe permettant de déterminer l'approche de la fin de la durée utile d'échantillons ultérieurs de ladite cible à pulvérisation magnétique 11 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites pièces polaires ( 25,27; 125, 128) peuvent être facilement enlevées de ladite culasse 10 et peuvent être remplacées par des pièces polaires de configurations différentes, permettant ainsi de changer la configuration desdites pièces polaires à utiliser pour changer la position dudit entrefer géométrique avec ladite culasse et la bobine d'électro-aimant ( 20; 15 120) restant inchangée, ledit changement de position d'entrefer géométriaue entrainant un changement correspondant de position dudit entrefer magnétique et de ladite décharge dans le gaz, entrainant ainsi un changement correspondant du profil de distribution de la matière pulvérisée à partir de la cible à pulvérisation magnétique 12 Source selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un changement de ladite valeur requise du courant dans ladite bobine ( 20; 120) est utilisé 25 pour produire un changement de la largeur et de la position dudit entrefer magnétique, ledit changement dudit entrefer magnétique donnant lieu à un changement correspondant de position de ladite décharge dans le gaz, produisant ainsi un changement correspondant du profil de distribution de la matière pulvérisée à partir de ladite cible à pulvérisation magnétique 13 Source de revêtement par pulvérisation à magnétron, caractérisée, en ce qu'elle comporte une anode ( 10,11; 111), une cathode ( 13) comprenant une cible à pulvérisation et un dispositif à champ magnétique comprenant une bobine électromagnétique ( 20,120), une culasse ( 22,23,24; 122,123,124,127) et une paire de pièces polaires ( 25, 27; 125,128) séparées par un entrefer géométrique et assemblées sur ladite culasse, ladite culasse et lesdites pièces polaires étant faites de matières de haute perméabilité magnétique et de haute magnétisation de saturation, ladite cible à pulvérisation étant positionnée au-dessus desdites pièces polaires et couvrant ledit entrefer géométrique, ledit entrefer géométrique permettant que des lignes de force magnétique soient établies pour le confinement magnétique et le 10 renforcement magnétique d'une décharge dans un gaz au-dessus de ladite cible à pulvérisation, la forme et l'intensité desdites lignes de force magnétique dépendant d'un courant électrique circulant dans ladite bobine électrique d'électro- aimant et dépendant égale15 ment de matière dont est faite ladite cible à pulvérisation, ledit courant dans la bobine'ayant une première valeur requise pour l'établissement de la décharge dans le gaz voulu quand ladite matière de cible à pulvérisation est non magnétique, ledit courant dans la bobine ayant une seconde valeur requise pour l'établissement de ladite décharge dans un gaz quand ladite matière de la cible à pulvérisation est magnétique, ladite seconde valeur requise étant supérieure à ladite première valeur requise pour produire une saturation magnétique d'une partie de ladite cible à pulvérisation, magnétique, créant ainsi un entrefer magnétique dans ladite cible à pulvérisation magnétique sur lequel peuvent être établis les champs magnétiques de confinement et de renforcement de décharge au-dessus 30 de ladite cible à pulvérisation magnétique 14 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite culasse et lesdites pièces polaires sont formées pour constituer un circuit magnétique de faible réluctance dans ladite culasse et lesdites pièces polaires, ladite culasse et lesdites pièces polaires étant non saturées magnétiquement pour toutes lesdites valeurs requises dudit courant dans la bobine. Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite cible à pulvérisation a une forme qui est indépendante de la perméabilité magnétique et de la magnétisation de saturation de lamatière de ladite cible à pulvérisation 16 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'une forme relativement épaisse de ladite cible à pulvérisation est utilisée pour permettre que ladite cible à pulvérisation contienne une quantité relativement grande de matière utilisable, indépendamment de la perméabilité magnétique et de la magnétisation de saturation de la matière de ladite cibie
à pulvérisation.
17 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdites pièces polaires peuvent être facilement démontées de ladite culasse et peuvent être remplacées par des pièces polaires de configurations
différentes, de manière que des cibles à pulvérisation.
faites de matières ayant une large plage de caractéristiques magnétiques, y compris non-magnétiques, puissent être
utilisées de façon optimale.
18 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite première valeur requise dudit 25 courant dans la bobine est réglée pour obtenir des programmes voulus de tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans un gaz à la pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation non magnétique 30 19 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite seconde valeur requise de courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir des programmes voulus de tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans un gaz à une pression 35 voulue du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite première valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir des valeurs voulues constantes de la tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans un gaz à la pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute ladurée utile de ladite cible à pulvérisation non magnétique 21 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce queladite seconde valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir des 10 valeurs voulues constantes de tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans le gaz la pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique 22 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une sonde de H.all ( 67) pour mesurer l'intensité du champ magnétique d'une position o se trouve ladite sonde de Hall, cette sonde étant positionnée au-dessous et en toute proxi20 mité de ladite cible à pulvérisation près de la région d'érosion maximale de la cible produite par ladite décharge dans un gaz, la tension de sortie de la sonde de Hall étant proportionnelle à l'intensité
du champ magnétique dans la position o se trouve ladite 25 sonde.
23 Source selon la revendication 22, caractérisée en ce que ladite seconde valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir une valeur voulue constante de la tension de sortie de ladite sonde de Hall pendant toute la durée utile de ladite cible à pulvérisation magnétique 24 Source selon la revendication 22, caractérisée en ce que ladite seconde valeur requise du courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir des 35 programmes voulus de tension et d'intensité de fonctionnement de ladite décharge dans un gaz à une pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute
la durée utile de ladite cible à pulvérisation.
magnétique, ledit courant dans la bobine étant ramené périodiquement à une valeur de référence sélectionnée pour permettre que la tension de ladite sonde de Hall soit mesurée comparativement à ladite valeur de référence sélectionnée, afin qu'une courbe puisse être produite de ladite tension de la sonde de Hall en fonction du fonctionnement cumulé de ladite cible à pulvérisation magnétique, ladite courbe étant prolongée jusqu'à l'extrémité de la durée utile d'échantillons initiaux 10 de ladite cible à pulvérisation magnétique, ladite courbe permettant de déterminer l'approche de la fin de la durée utile d'échantillons suivants de ladite cible à pulvérisation magnétique Source selon la revendication 20, carac15 térisée en ce que les variations de ladite première valeur requise du courant dans ladite bobine avec un fonctionnement cumulé sont utilisées pour déterminer l'pproche de la fin de la durée utile de ladite cible à pulvérisation non-magnétique 26 Source selon la revendication 22, caractérisée en ce que ladite première valeur requise de courant dans ladite bobine est réglée pour obtenir des valeurs voulues constantes de tension et d'intensité fonctionnement de ladite décharge dans un gaz à une 25 pression voulue du gaz d'ionisation pendant toute la durée utile de ladite cible de pulvérisation non magnétique, les variations de la tension de ladite sonde de Rall avec un fonctionnement cumulé étant utilisées pour déterminer l'approche de la fin de la 30 durée utile de ladite cible à pulvérisation non magnétique 27 Source selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdites pièces polaires ( 25,27; 125, 12 g) sont facilement démontables de ladite culasse et 35 peuvent être remplacées par des pièces polaires de configurations différentes de manière à permettre un changement de configurations desdites pièces polaires utilisées pour produire un changement de la position dudit entrefer géométrique avec ladite culasse et ladite bobine d'électro- aimant restant inchangées, ledit changement de position d'entrefer géométrique donnant lieu à un changement correspondant de la position 5 de ladite décharge dans le gaz, produisant ainsi un changement correspondant du profil de distribution de la matière pulvérisée à partir de ladite cible à pulvérisation 28 Source selon la revendication 13, carac10 térisée en ce que le courant dans ladite bobine est momentanément augmenté au-dessus de ladite valeur requise, augmentant ainsi momentanément l'intensité du champ magnétique au-dessus de ladite cible à pulvérisation, de manière que le fonctionnement de ladite 15 décharge dans un gaz puisse être déclenché à une pression de fonctionnement vouluadu gaz d'ionisation qui est inférieure à la pression du gaz à laquelle une
décharge peut normalement être allumée facilement.
29 Source selon la revendication 13, carac20 térisée en ce qu'une conversion de ladite source de revêtement par pulvérisation à magnétron en un appareil à diode non magnétique se fait en réduisant
jusqu'à zéro le courant dans ladite bobine.
Source selon la revendication 29, carac25 térisée en ce qu'une conversion plus complète de la source de revêtement par pulvérisation à magnétron en un appareil à diode non magnétique se fait en appliquant une valeur appropriée de courant inverse à ladite bobine d'électro-aimant suivie par une réduction jusqu'à 30 zéro dudit courant inverse, en terminant ainsi essentiellement la démagnétisation de ladite culasse, des pièces polaires et de la cible à pulvérisation magnétique 31 Source de revêtement par pulvérisation 35 à magnétron, caractérisée en ce qu'elle comporte une anode ( 10,11), une cathode comprenant une cible de pulvérisation ( 13), un dispositif pour refroidir ladite cible à pulvérisation et un dispositif à champ magnétique, comprenant une culasse ( 22,23,24) et des pièces polaires ( 25,27) séparées par un entrefer et assemblées sur ladite culasse, l'entrefer desdites pièces polaires étant formé de manière à constituer un circuit périphérique fermé situé généralement dans un plan horizontal, ladite culasse et lesdites pièces polaires étant faites de matières magnétiques, ladite cible à pulvérisation ( 13) étant positionnée au-dessus desdites pièces polaires et couvrant ledit entrefer, 10 un joint au vide ( 41,42) étant prévu entre la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation et les surfaces supérieures desdites pièces polaires, ledit entrefer des pièces polaires permettant que des lignes de force magnétique soient établies pour le confine15 ment et le renforcement magnétique d'une décharge dans un gaz au-dessus de ladite cible à pulvérisation, la surface supérieure de ladite cible à pulvérisation étant soumise à un bombardement intense par des ions positifs produits dans ladite décharge dans le gaz, ledit bombardement d'ions intense entraînant un échauffement intense de ladite cible à pulvérisation, ledit bombardement intense par des ions étant concentré dans une région généralement au-dessus dudit entrefer des pièces polaires, formant ainsi un circuit périphérique 25 d'échauffement intense de ladite cible à pulvérisation ledit dispositif de refroidissement comprenant une chambre à eau ( 61) une partie de la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation entre ledit entrefer des pièces polaires constituant une partie de la surface 30 intérieure de ladite chambre à eau, ladite chambre à eau étant divisée en une partie d'entrée et une partie de sortie ( 61,62) par une cloison ( 60), ladite cloison étant positionnée au-dessous de ladite surface inférieure de la cible à pulvérisation et directement 35 au-dessous de ladite région de bombardement intense par des ions, ladite cloison étant configurée pour former un circuit périphérique fermé correspondant audit trajet périphérique de l'entrefer des pièces polaires,
2549 ó 495
un intervalle étroit ( 64) étant prévu entre la surface supérieure de ladite cloison et la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation, ledit intervalle étroit présentant une haute impédance à la circulation de l'eau, ledit intervalle étroit entrainant que l'eau de refroidissement passant de ladite partie d'entrée à ladite partie de sortie de ladite chambre à eau soit en contact thermique intime avec la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation, 10 ledit contact thermique intime étant pratiquement uniforme sur ledit trajet périphérique de l'entrefer des pièces polaires, de manière qu'un refroidissement pratiquement uniforme de ladite cible à pulvérisation soit obtenu le long dudit trajet périphérique d'échauf15 fement intense de ladite cible à pulvérisation 32 Source selon la revendication 31, caractérisée en ce qu'elle comporte également une sonde de Rall ( 67) destinée à mesurer l'intensité du champ magnétique dans une position o elle se trouve, 20 ladite sonde de Hall étant positionnée dans une petite partie dudit trajet périphérique de ladite cloison ( 60), un ajustage étroit étant établi entre les parois latérales de ladite sonde de Hall et les extrémités voisines de ladite cloison, ledit ajustage étroit évitant une perturbation notable dans le courant d'eau de refroidissement par ledit intervalle étroit ( 64) entre la surface supérieure de ladite cloison et la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation, un second intervalle étroit ( 84) étant établi entre 30 une surface supérieure de ladite sonde de hall et la surface inférieure de ladite cible de pulvérisation, ledit second intervalle étroit ( 84) étant choisi pour présenter une haute impédance à la circulation de l'eau, qui est pratiquement la même que ladite haute impé35 dance présentée par ledit intervalle étroit ( 64) entre la surface supérieure de ladite cloison et la surface inférieure de ladite cible à pulvérisation, de manière à préserver l'efficacité dudit dispositif de refroidissement
254 > 495
malgré l'introduction de ladite sonde de Hall.
33 Source de revêtement par pulvérisation, améliorée magnétiquement, caractérisée en ce qu'elle comporte une anode ( 10,11; 111), une cathode ( 13,113) un dispositif magnétique ( 22,23,24,122,123,124,127; 25,27; 125, 127; 20,120) pour former un champ magnétique à proximité de ladite cathode, un dispositif ( 67) destiné à mesurer l'intensité du champ magnétique, ledit dispositif de mesure étant monté dans une position qui permet une 10 mesure dudit champ magnétique dans le fonctionnement
de ladite source.
34 Source selon la revendication 33, caractérisée en ce que ledit dispositif de formation d'un champ magnétique est réglable pour commander ledit 15 champ magnétique mesuré par ledit dispositif de mesure. Source selon la revendication 33, caractérisée en ce que ledit dispositif magnétique comporte des pièces polaires ( 25,27; 125,127) espacées de polarités 20 magnétiques opposées pour former un champ magnétique entre elles, ledit dispositif de mesure ( 67) étant positionné dans le champ magnétique en dessous desdites
pièces polaires.
36 Source selon la revendication 35, caracté25 risée en ce que ladite cathode est agencée pour recevoir une cible à pulvérisation ( 13,113) ayant une surface de pulvérisation et une surface opposée, ledit dispositif de mesure ( 67) étant positionné de manière à être voisin de ladite surface opposée lorsqu'une cible à pulvérisation est fixée sur ladite cathode. 37 Source de revêtement par pulvérisation améliorée magnétiquement, caractérisée en ce qu'elle comporte une anode ( 111), une cathode ( 113), un dispositif à champ magnétique comprenant une pièce polaire centrale ( 122) formant l'axe central de ladite source, une bobine d'électro-aimant ( 120) entourant coaxialement ladite pièce polaire centrale et une
pièce polaire annulaire ( 124) entourant coaxialement ladite bobine, lesdites pièces polaires étant configurées pour constituer des surfaces d'extrémité copla5 naires ayant des faces polaires annulaires espacées pour former un entrefer annulaire non magnétique.
38 Source selon la revendication 37, caractérisée en ce qu'une matière non magnétique ( 129) est
fixée de façon étanche sur lesdites faces polaires 10 pour fermer l'espace entre lesdites faces polaires.
39 Source de revêtement par pulvérisation améliorée magnétiquement, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif magnétique comprenant des pièces ferromagnétiques annulaires intérieures et extérieures 15 ( 22, 27,24,25) espacées radialement, lesdites pièces ferromagnétiques annulaires formant des pièces polaires séparées par un intervalle annulaire, une bobine d'électro-aimant ( 20) positionnée dans l'espace entre lesdites pièces annulaires, une anode ( 10) supportée 20 dans l'espace à l'intérieur de ladite pièce annulaire intérieure, et lesdites pièces polaires étant isolées
électriquement de ladite anode pour former une cathode.
Source selon la revendication 39, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif 25 ( 38,39) destiné à supporter une cible à pulvérisation
annulaire ( 13) sur une extrémité desdites pièces annulaires.
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