FR2490399A1 - Procede et appareil pour la pulverisation ou vaporisation utilisant une source d'ions amelioree - Google Patents

Abstract

UNE SOURCE DE PLASMA 16 COMPREND DES SURFACES 22, 24 ENVIRON AU MEME POTENTIEL DEFINISSANT UN PREMIER ET UN SECOND CHAMPS ELECTROSTATIQUES, DES MOYENS 26, 28 POUR ENGENDRER UN CHAMP MAGNETIQUE AYANT DES LIGNES DE FORCE TRAVERSANT LESDITES SURFACES DEFINISSANT UN PREMIER ET UN SECOND CHAMPS ELECTROSTATIQUES, UNE ANODE GENERATRICE 20 DISPOSEE DE FACON ADJACENTE A LA PARTIE DU CHAMP MAGNETIQUE COMPRISE ENTRE LES SURFACES DEFINISSANT UN PREMIER ET UN SECOND CHAMPS ELECTROSTATIQUES, DES MOYENS 20, 22, 24 POUR ETABLIR UN CHAMP ELECTRIQUE ENTRE L'ANODE GENERATRICE ET LES SURFACES DEFINISSANT UN PREMIER ET UN SECOND CHAMPS ELECTROSTATIQUES, DE FACON QU'AU MOINS DES PARTIES DES CHAMPS ELECTRIQUE ET MAGNETIQUE SOIENT SENSIBLEMENT PERPENDICULAIRES L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE, LE PLASMA ETANT ALORS FORME ENTRE LESDITES SURFACES DEFINISSANT UN PREMIER ET UN SECOND CHAMPS ELECTROSTATIQUES ET ETANT EJECTE EN DIRECTION OPPOSEE DE L'ANODE GENERATRICE 20.

Description

La présente invention concerne un procédé et un appareil de pulvérisation

ou vaporisation dans lesquels on peut utiliser une source de plasma séparée ou analogues. Elle concerne également divers procédés d'application utilisant

des sources de plasmas.

Dans certains systèmes de pulvérisation connus dans lesquels on utilise des sources d'ions séparées, les sources d'ions possèdent de sérieuses limitations en ce qui concerne la densité de courant et elles ne sont pas pour la plupart applicables efficacement dans l'intervalle des pressions de gaz Généralement employées dans la plupart des séquences de mise en oeuvre désirées des opérations de traitement, nettoyage et revêtement sous vide. Ces problèmes ainsi que d'autres, associés à l'art antérieur, sont évités grâce à

l'invention conformément aux objectifs suivants.

Le but principal de l'invention est de procurer un procédé et un appareil de pulvérisation améliorés utilisant

une source de plasma magnétronique.

Selon un autre objectif de l'invention, on se propose de réaliser une source de plasma magnétronique améliorée. Un autre objectif encore de l'invention est de permettre de disposer de procédés d'application améliorés, qui peuvent tous utiliser la source de plasma magnétronique précitée, tels que le revêtement sélectif de substrats de conductivités électriques différentes, le nettoyage des substrats, la récupération de matériaux de revêtement coûteux ou dangereux, le chauffage avec des faibles pertes dans la source de chaleur, la pulvérisation ou métallisation avec des ions réactifs, la sensibilisation ou neutralisation de

charges, et le pompage de gaz actifs.

D'autres objectifs et avantages de l'invention

apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre,

de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe d'une source d'ions représentative de l'invention; Les Figures 2(a)-2<c) sont des vues en coupe respectives de sources de plasma représentatives de l'invention; Les Figures 3(a)-3(e) et 4(a)-4(c) sont des représentations schématiques respectives de sources de plasma, illustrant leurs différents angles d'ouverture; Les Figures 5(a) -5 (w) et 6 (a) et 6 (b) sont des représentations schématiques respectives de sources de plasma indiquant divers modes de réalisation pour y établir une boucle de plasma fermée; Les Figures 7(a)-7(d) sont des représentations schématiques montrant des facteurs relatifs au chauffage de l'anode génératrice d'une source de plasma; La Figure 8 est une vue en coupe d'une source de plasma conforme à l'invention; La Figure 9 est une représentation schématique indiquant la production de champs magnétiques d'intensités différentes dans une source de plasma; La Figure 10 est une représentation schématique indiquant la formation de boucles de champ magnétique indésirables dans une source de plasma-; La Figure 11 est une représentation schématique d'une source de plasma représentative pour éviter le problème représenté par la Figu-re 10; Les Figures 12(a)- 12(d) sont des vues en coupe respectives représentant l'utilisation d'électro-aimants dans la source de plasma; Les Figures 13-15 sont des représentations

schématiques respectives de modes de réalisation représenta-

tifs utilisant une source de plasma pour la pulvérisation d'une cible; Les Figures 16 et 17 sont des représentations schématiques de modes de réalisation représentatifs utilisant une source de plasma pour le nettoyage ou le décapage d'un substrat; La Figure 18 est une représentation schématique d'un mode de réalisation représentatif pour la pulvérisation d'une cible non conductrice de l'électricité; La Figure 19 est une représentation schématique d'un mode de réalisation représentatif pour pulvériser une cible non conductrice en utilisant uniquement une source de courant continu; La Figure 20 est une vue en coupe d'une source représentative de plasma et pulvérisation combinés; La Figure 21 est une représentation schématique d'un mode de réalisation représentatif pour réaliser le nettoyage ou décapage et le revêtement d'un substrat avec une source unique, La Figure 22 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du pompage de gaz actifs; La Figure 23 est une représentation schématique d'une source de chaleur représentative; La Figure 24 est une vue en coupe d'un dispositif représentatif pour des applications de revêtement sur 3600; et Les Figures 25(a) et 25(b) sont, respectivement, des représentations imagées d'une cellule de Penning courante et

d'une cellule inversée conforme à l'invention.

Dans la description qui suit, on utilise en référence

auxdites figures, les mêmes repères numériques pour désigner

les pièces et éléments identiques ou équivalents.

En se référant tout d'abord à la Figure 1, on a représenté en coupe, une source 10 d'ions de pulvérisation conforme à l'invention qui éjecte ou arrache des ions chargés positivement (dénommés ions + ci-après) indiqués en 12. La vue en coupe de ce mode de réalisation, comme dans les autres modes de réalisation de l'invention, peut s'appliquer à une source de forme circulaire ou ovale ou encore une source rectangulaire. Les ions 12 peuvent être dirigés sur un élément ou pièce 14 qui peut être un seul ou plusieurs substrats destinés à être nettoyés ou décapés ou une ou plusieurs cibles qui sont destinées à être sélectivement métallisées ou corrodées. Ces applications ainsi que d'autres

seront décrites plus en détail ci-après.

Une source 10 d'ions comprend une source de plasma 16 du type magnétron qui produit un plasma indiqué en 18, pouvant être le plasma d'un gaz inerte tel que l'argon, d'un gaz actif tel que l'oxygène ou l'azote, ou d'un mélange de gaz, la pression dans cette source étant très basse comme il est typique dans ce type d'applications. Dans les dispositifs du type magnétron, on engendre des champs électriques et magnétiques croisés qui augmentent l'ionisation d'un gaz à basse pression tel que l'argon, comme cela est bien connu en

ce qui concerne les dispositifs de pulvérisation à magnétron-

Le champ électrique s'établit entre une anode génératrice 20 (qui peut être tubulaire pour y permettre la circulation d'un agent réfrigérant) et une cathode génératrice comprenant des surfaces cylindriques 22 et 24. Le champ magnétique est établi par des aimants en anneaux 26 et 28, respectivement intérieur et extérieur, qui peuvent être des aimants permanents

ou des électro-aimants comme on le décrira davantage ci-après.

La direction des lignes de force dans les aimants 26 et 28 peut être telle qu'indiquée par les flèches, ces flèches étant également utilisées au même essai dans les autres figures

précitées.

Par suite de la disposition de l'anode 20 d'un seul côté du plasma 18, ledit plasma est éjecté à partir de l'ouverture 50 de la source 16 de plasma. Cette structure peut être dénommée "magnétron inversé". Le magnétron classique piège des électrons au voisinage de la cathode en utilisant un champ magnétique et un champ électrique croisés. Dans le magnétron inversé, les électrons sont piégés au voisinage de l'anode par ce même mécanisme. Dans les deux cas, lesdits électrons piégés se voient conférer une faculté plus grande d'engendrer des ions + par collision avec des molécules gazeuses. Dans le magnétron classique, les ions peuvent être expulsés sous l'effet du potentiel et accélérés en franchissant le gradient de tension dans la surface de la cathode. Comme les électrons piégés perdent de l'énergie dans leurs collisions d'ionisation, ils deviennent moins fermement liés par les champs croisés et se perdent éventuellement dans le plasma du système et à l'emplacement de l'anode. Dans le magnétron inversé, les électrons sont libres de s'éloigner de la cathode, qui est leur point d'origine dans la plupart des cas, mais demeurent toutefois piégés par les champs croisés au voisinage de l'anode. Des ions engendrés par des collisions des électrons avec les molécules gazeuses, sont ainsi créés très près de l'anode et sont par suite violermment repoussés à partir de cette dernière. Leur sortie de la source se fait du côté opposé à l'anode, en permettant

auxdits ions de s'échapper.

Une électrode collectrice 30 peut être disposée de façon adjacente à l'extrémité ouverte de la source, en étant polarisée positivement pour extraire des électrons du plasma de façon qu'un courant de particules chargées, enrichi en ions + soit éjecté de la source 10. D'une manière inverse, une polarisation négative de l'électrode collectrice 30 chasse des ions + du plasma éjecté en convertissant ainsi la source 10 en une source d'électrons. L'absence de connexion de l'électrode 30 ou le retrait de celle-ci laisse le plasma éjecté inchangé. Une isolation électrique des cathodes 22 et 24 par rapport à l'électrode 30 et d'autres surfaces polarisées

est effectuée par des isolants 32-38.

Il ne se produit que peu ou pas d'érosion par pulvérisation ou vaporisation des surfaces cathodiques 22 et 24 du générateur, car les lignes de force magnétique sont sensiblement perpendiculaires auxdites surfaces. Généralement, au moins une majorité des lignes de force doivent être à angles de 450 ou davantage si la pulvérisation de ces surfaces n'est pas désirée. La pulvérisation peut également être diminuée par l'utilisation de matériaux carbonés ou à base de composés du carbone ou analogues. On peut également prévoir des revêtements par oxydes pour accroître l'émission électronique à partir des surfaces cathodiques afin d'augmenter la

formation de plasma.

Dans les modes de réalisation des Figures 2(a)-2(c), la cathode génératrice 23 comprend des surfaces cathodiques

22 et 24 qui sont connectées entre elles par une plaque 40.

L'anode 20 du générateur est disposée au centre de la cathode de façon à former sensiblement un blindage pour les régions de la plaque 40 o les lignes de force magnétique sont autres que perpendiculaires. L'érosion par pulvérisation de la plaque 40 se trouve de ce fait également pratiquement évitée. En conséquence, le plasma est éjecté à partir de l'extrémité ouverte 50 de la cathode, comme dans le mode de réalisation de la Figure 1, du fait de la disposition de l'anode d'un seul côté du plasma. Une électrode collectrice (non représentée) peut chasser du plasma, des électrons ou des ions +, comme mentionné ci-dessus à propos de l'électrode

collectrice 30.

Dans la Figure 2(a), on utilise un cadre ou châssis 42 perméable magnétiquement, qui peut être utile pour empêcher la formation de boucles magnétiques fermées sur les surfaces 22 et 24 qui tendraient sinon A pulvériser lesdites surfaces. Comme l'indique la Figure 2(b), le cadre 42 est facultatif. Dans la Figure 2(c), un aimant 44 unique crée, conjointement avec les pièces polaires 46 et 48 du cadre magnétiquement perméable, le champ requis qui est sensiblement

perpendiculaire aux surfaces cathodiques 22 et 24.

Dans les modes de réalisation des Figures 1 et 2, les surfaces cathodiques 22 et 24 sont mutuellement en regard. Ceci est schématiquement indiqué dans la Figure 3(a). En particulier, l'angle entre les surfaces cathodiques 22 et 24 est indiqué par 00. Comme représenté dans les Figures 3(a)-3(e), l'angle

entre les surfaces cathodiques peut varier entre 0 et 360 .

Les Figures 3(b)-3(e) illustrent respectivement des angles de 900, 1800, 2700 et 3600 entre les surfaces cathodiques, étant entendu qu'un autre angle quelconque peut également être utilisé. Dans les configurations des Figures 3, l'extrémité ouverte 50 de la source de plasma s'élargit de telle sorte que, dans les modes de réalisation des Figures 3(b)-3(e), le plasma se trouve immédiatement éjecté sur une large ouverture

angulaire.

Comme représenté dans les Figures 4(a)-4(c), on peut également faire varier l'angle entre les surfaces cathodiques 22 et 24 suivant des configurations négatives comprenant des angles allant de 00 à - 3600, les configurations de - 90 et - 1800 étant représentées dans les Figures 4(b) et 4(c). On peut également voir une anode génératrice 52 qui comprend une plaque par opposition à l'anode génératrice 20 tubulaire des modes de réalisation des Figures 3. Dans certains cas, l'anode génératrice 52 est plus efficace pour empêcher l'érosion par pulvérisation de la plaque 40, car cette anode recouvre plus complètement la surface de ladite plaque, comme

l'indique la Figure 4(a).

Dans la description des Figures 1, 2, 3 et 4, les

surfaces cathodiques 22 et 24 sont toutes deux supposées être conductrices et électriquement connectées. Toutefois, il est possible de remplacer une surface cathodique par un isolant ou une surface conductrice isolée à la fois de l'anode et de la cathode. Avec une telle structure, lorsque la décharge est amorcée, le dispositif se sature à un niveau de puissance légèrement inférieur à celui du cas précédent, mais demeure par ailleurs inchangé. Comme les électrons sont libres de se mouvoir suivant les lignes de champ magnétique, ils cheminent

de la surface de cathode réelle à cette surface de "pseudo-

cathode" isolée jusqu'à ce que cette dernière reçoive une charge négative suffisante pour rejeter un nouveau flux d'électrons. Le potentiel auquel ceci se produit, est essentiellement celui de la surface de cathode réelle. Cette surface "pseudo-cathodique" automatiquement chargée, n'est pas connectée au système d'alimentation et n'est pas ainsi une cathode au sens réel du terme, tout en servant de limitateur chargé négativement pour empêcher un nouvel apport d'électrons. Il est possible d'étendre les principes de la "pseudo-cathode". S'il existe une source d'électrons de rechange, telle qu'un filament 23a ou une source de particules beta, le débit d'ions et de plasma peut être maintenu avec seulement la source d'électrons comme cathode génératrice vraie, c'est-à-dire que les deux surfaces cathodiques 22 et 24 sont alors des surfaces "pseudocathodiques". Ces surfaces peuvent établir des aspects électrostatiques du champ croisé, mais ne peuvent pas servir à la fonction d'alimentation de la

cathode en électrons.

Dans le mode de réalisation de la Figure 1, un chemin de plasma à boucle fermée est indiqué par le fait que le plasma circule autour de la source 16 de plasma de forme annulaire (ou de forme ovale) dans un plan sensiblement parallèle au plan de l'anode génératrice 20 o le plasma à gauche du plan de symétrie indiqué par la ligne imaginaire 51 se déplace dans le plan de la figure (ou hors dudit plan) entre les surfaces cathodiques 22 et 24, tandis que de l'autre côté de la boucle à droite du plan 51, le plasma se déplace hors du plan de la figure (ou dans ledit plan) de nouveau entre les surfaces cathodiques 22 et 24. Dans les configurations adoptées dans les Figures 2, 3 et 4, on a représenté des coupes de la source de plasma qui peuvent correspondre à la moitié de gauche (ou de droite) de la configuration de la Figure 1. C'est-à-dire que l'on a prévu de compléter les boucles de plasma des configurations des Figures 2-4, comme cela est indiqué dans la Figure 1. En complétant les configurations des boucles de plasma, on rend minimale la perte d'électrons ionisants produits par la cathode génératrice 23, et ainsi, on augmente l'efficacité de la source. Toutefois, dans des situations appropriées, on peut utiliser une source en forme de bande, dont la section transversale est, par exemple, représentée par les configurations des Figures 2-4, dans lesquelles la boucle de

plasma n'est pas fermée.

Dans les Figures 5(a)-5(v), on représente différentes configurations qui illustrent la façon de réaliser une boucle de plasma fermée. Ainsi, dans les modes de réalisation des Figures 5(a)-5(d), les surfaces cathodiques sont à 0 l'une par rapport à l'autre et correspondent au mode de réalisation de la Figure 3(a). Dans la Figure 5(a), les branches opposées de la source sont orientées en s'écartant l'une de l'autre, tandis que dans la Figure 5(b), elles sont dirigées vers le haut et que dans la Figure 5(c) elles sont dirigées l'une vers l'autre, tandis que dans la Figure 5(d) elles sont

inclinées l'une vers l'autre.

Il y a lieu de remarquer qu'en ce qui concerne les Figures 5(c) et 5(d), les extrémités circulaires des sources de plasma de forme ovale peuvent être éliminées. C'est-à-dire

que deux sources en bande séparées peuvent être employées.

Ainsi, en se référant à la Figure 5(c), les éléments de l'une des sources en bande 53 sont indiqués par des repères numériques ne portant pas le signe prime, tandis que les _ éléments de l'autre source en bande 53' sont indiqués par des repères numériques complétés du signe prime. Il apparaît que le plasma de la source 53 est partiellement envoyé à la source 53' et inversement. Cette alimentation croisée du plasma paraît constituer une boucle de plasma qui se forme dans le plan de la figure. Par suite, l'efficacité de la configuration de la Figure 5(c) demeure sensiblement la même cue les extrémités ou non des sources en bande 53 et 53'

soient réunies ou non pour former une source de forme ovale.

En général, il est seulement nécessaire qu'une partie du plasma de l'une des sources en bande (ou canal) s'écoule vers

l'autre source en bande (ou canal).

En ce qui concerne la source de plasma 53, l'anode ' de la source 53' agit en tant que collecteur d'électrons

de même que l'anode 20 pour ce qui concerne la source 53.

Par suite, le plasma éjecté des sources 53 et 53' est riche en ions +. Les remarques précitées s'appliquent dans le cas o les sources en bande se trouvent en regard l'une de l'autre. Des configurations typiques dans lesquelles des sources en bande séparées peuvent être en renard l'une de l'autre sont également indiquées dans les modes de réalisation restants de la Figure 5 en employant des repères numériques non primés pour un côté de la source et des repères numériques primés pour l'autre côté de la source. Si l'on emploie des sources en bande séparées, les lignes en traits interrompus reliant les côtés opposés de la source, telles que montrées

dans les modes de réalisation précités, n'apparaissent pas.

En se référant aux Figures 5(e)-5(i), on peut voir différentes sources de plasma qui illustrent la façon dont la boucle de plasma peut être fermée avec la source à 90 de la Figure 3(b). La Figure 5(e) représente un mode de réalisation préféré pour engendrer un plasma riche en ions +. Il y a lieu de remarquer que, comme des ions sont éjectés à partir de la source 55 de la Figure 5(e), certains desdits ions se dirigent vers les surfaces cathodiques 22' et 24' de la source ' en provoquant l'érosion par pulvérisation desdites surfaces. Comme on le décrira ci-après, la pulvérisation

desdites surfaces peut dans certains cas être désirable.

Toutefois, si ladite érosion est destinée à être évitée, la configuration de la Figure 5(g) est alors davantage préférable. En se référant aux modes de réalisation des Figures (j)-5(n), on peut voir que l'on a représenté divers modes de réalisation pour fermer là boucle de plasma de la Figure 3(c), tandis que les Figures 5(o)-5(r) représentent divers modes de réalisation pour fermer la boucle de plasma de la source de la Ficure 3(e) et que les Figures 5(s)-5(v) représentent divers modes de réalisation pour fermer la boucle de plasma de la réalisation selon la Figure 3(d). La Figure 5(w) représente un mode de réalisation pour fermer la boucle de plasma d'une source de plasma dont les surfaces cathodiques 22 et 24 sont disposées suivant un angle de 1350 l'une par

rapport à l'autre.

Des configurations hybrides sont également possibles comme indiqué dans les Figures 6(a) et 6(b). Ainsi, la Figure 6(a) montre une configuration hybride dans laquelle une branche de la boucle fermée correspond à la Figure 3(d) et l'autre à la Figure 3(b), tandis que dans la Figure 6(b), une branche correspond à la Figure 3(a) et l'autre à une branche dans laquelle les surfaces cathodiques 22 et 24 sont

disposées à un angle d'environ 600 l'une par rapport à l'autre.

Dans ces modes de réalisation de l'invention o il se produit peu ou pas d'érosion par pulvérisation de la cathode génératrice 23, il n'y a que très peu d'échauffement de la cathode. L'échauffement de l'anode génératrice peut également être réduit au minimum. Un échauffement de l'anode résulte typiquement d'un impact d'électrons énergétiques sur ladite anode. Dans un dispositif à champs croisés, ceci peut impliquer que le champ magnétique ne piège pas de façon appropriée les électrons. Si le champ magnétique est suffisamment fort, le problème peut être couramment suivi par des lignes de force qui partent de la cathode et se terminent à l'anode comme indiqué en D dans la Figure 7(a). Ainsi, lorsque l'électron émis est libre de se déplacer suivant une

ligne de force, en étant limité seulement par l'électro-

statique, il est facilement accéléré de la cathode à l'anode.

Cette perte d'électrons presque immédiate empêche ces électrons d'être des générateurs de plasma efficaces, et décharge leur énergie dans l'anode. Comme indiqué dans les Figures 7(b) et 7(c), ce problème peut être amoindri en il donnant à l'anode une forme et/ou un positionnement tels qu'elle n'intercepte pas les lignes de force en provenance de la cathode, excepté sur de très courtes distances. Dans ces figures, les lignes de force qui viennent frapper l'anode ont un parcours de préférence non supérieur à environ 1,59 mm à partir de la cathode et généralement non supérieur à 3,17 mm à partir de la cathode. Dans la Figure 7(d), il se produit également un échauffement dû aux électrons qui peuvent se déplacer suivant le parcours 22' fléché de la cathode à l'anode en suivant les lignes de force. Une source de conception appropriée, fondée sur les considérations précitées, a été soumise à l'essai et elle a démontré qu'une chambre à vide, entièrement en acier inoxydable, peut être

chauffée pratiquement sans que la source 16 devienne chaude.

Le rendement du transfert d'énergie ainsi indiqué paraît être très élevé. Comme on le décrira davantage en rapport avec la Figure 23, il semble que des objets puissent être chauffés en utilisant la source de plasma de l'invention avec une

faible perte de chaleur dans la source.

En se référant à la Figure 8, on peut voir un mode

de réalisation de l'invention qui incorpore les caractéristi-

ques des modes de réalisation des Figures 7(b) et 7(c) et qui approche la configuration de la Figure 5(f). En particulier, l'aimant 52 de forme annulaire ou ovale a sa partie inférieure associée à un coupleur magnétiquement perméable (de l'acier, par exemple), en forme de T, dont la branche verticale 57 se prolonge en saillant entre les surfaces cathodiques 24 et 24a. Les lignes de force magnétique sont telles qu'indiqué. De ce fait, la Figure 8 démontre qu'il existe de nombreuses autres variantes par rapport aux modes

de réalisation des Figures 3-5.

La Figure 9 démontre également que l'on peut

réaliser des variantes en ce qui concerne la partie magnétique.

Ainsi, en plus des aimants 26 et 28, on peut également utiliser des aimants 56 et 58, de façon que l'intensité du champ produit par les aimants 56 ou 58 soit supérieure ou inférieure à celle produite par les aimants 26 ou 28 suivant l'application prévue. Quelle que soit la construction - 12 particulière donnée aux organes magnétiques, les champs croisés empêchent les électrons du générateur d'atteindre l'anode avant qu'ils aient perdu pratiquement toute leur énergie par collision avec des atomes de gaz. Plus le champ magnétique est fort, plus la tension des électrons qui peuvent être capturés est élevée, et plus l'énergie que

l'électron doit atteindre pour échapper à l'anode est faible.

L'intensité du champ qui assure la capture des électrons de pleine énergie (tension de fonctionnement désirée maximale) et les pertes d'électrons à l'anode seulement lorsqu'il n'y a plus d'ioniseurs particulièrement efficaces, est le champ magnétique le plus élevé qui est désirable. Un champ plus élevé ne peut plus capturer davantage d'électrons et a pour effet de maintenir les électrons beaucoup trop loin de leur origine, ce qui n'aboutit uniquement qu'à une augmentation

de la charge d'espace.

Comme déjà indiqué ci-dessus en rapport avec la Figure 2(a), la relation entre les aimants 26 et 28 de la Figure 10 et les surfaces cathodiques 22 et 24 peut être telle qu'il puisse se former des boucles magnétiques fermées comnme indiqué en A, sous l'effet desquelles une pulvérisation des surfaces cathodiques 22 et 24 peut se produire. Le mode de réalisation de la Figure 2A tant à corriger ceci de même que celui de la Figure 11, o les parties extérieures des aimants 26 et 28 sQnt conformées comme indiqué en 60-66 pour produire les champs fermés A éloignés du dessus des surfaces

cathodiques 22 et 24.

Comme indiqué ci-dessus, le champ magnétique de la source d' ions peut être engendré par des aimants permanents ou des électro-aimants. Les Figures 12(a)-12(d) indiquent des configurations différentes dans lesquelles on utilise des électro-aimants. Ainsi, dans la Figure 12(a), qui correspond de façon générale à la Figure 2(c), les plaques polaires 46 et 48 magnétiquement perméables sont disposées aux extrémités opposées de l'électro-aimant 68 qui est

enroulé sur une broche 70 magnétiquement perméable.

Les modes de réalisation des Figures 12(b) et 12(c) correspondent de façon générale à la Figure 3(b), dans la Figure 12(b), des électro- aimants 72 et 74 étant en contact avec des plaques polaires 76 et 78 de façon à établir le champ magnétique de la source d'ions, et les électro- aimants étant couplés mutuellement par l'intermédiaire d'une plaque de couplage 80 en forme de L, magnétiquement perméable. Dans la Figure 12(c), l'électro-aimant 82 est couplé aux plaques 76 et 78 par l'intermédiaire d'une pièce polaire 84 en forme de U qui comprend des branches 86-90. Typiquement, les côtés individuels 92-98 d'une source d'ions 100 en forme de cadre de tableau doivent être enroulés séparément comme indiqué dans la Figure 12(d). De nombreux autres modes de réalisation utilisant des électro-aimants peuvent également accomplir la fonction de génération d'un champ magnétique qui forme une boucle à travers l'anode génératrice 20 et qui pénètre et ressort perpendiculairement par rapport aux surfaces 22 et 24 de la cathode du générateur pour chaque angle d'ouverture

entre les surfaces cathodiques.

Comme indiqué ci-dessus, l'érosion par pulvérisation ou décapage de l'élément 14 de la Figure 1 est à la base de certaines applications pour lesquelles on peut utiliser la source 10 d'ions. Ces applications, conjointement avec d'autres applications des sources d'ions, d'électrons et de plasma décritent ci-dessus, seront maintenant exposées avec

plus de détail.

Comme mentionné ci-dessus, l'élément 14 peut être un ou plusieurs substrats qui sont destinés à être nettoyés ou une ou plusieurs cibles qui sont destinées à être décapées ou corrodées par pulvérisation. On comprendra que l'émission d'ions positifs en direction d'un substrat apour effet d'enlever de la matière par pulvérisation audit substrat comme si ce dernier était une cible. Ainsi l'élimination de quelques monocouches du substrat constitue un procédé de nettoyage ou décapage efficace. Bien entendu, la source d'ions n'a pas

besoin nécessairement d'être seulement un outil de nettoyage.

Ainsi, lorsque le nettoyage se fait par pulvérisation, il y a très peu de différence par rapport à l'utilisation de la source conjointement avec une cible de pulvérisation. Les différences de principe résident dans l'orientation et les tensions de polarisation électrique, telles qu'indiquées par les Figures 13-18. Comme on peut le voir dans lesdites figures, il es prévu une source d'ions, en forme de cadre de tableau, ne réalisant pas par elle-même une pulvérisation, qui peut être utilisée soit en tant que source d'ions pour nettoyer des substrats soit en tant que source d'ions pour pulvériser effectivement une cible. Ainsi, dans la Figure 13(a), on représente un appareil pour pulvériser une cible 102 par l'intermédiaire d'une source d'ions qui correspond à la Figure 5(b), la cible 102 et la cathode génératrice 23 étant polarisées négativement par une alimentation en courant continu 104 par rapport à l'anode génératrice 20 et à l'électrode collectrice 30 d'électrons. Ainsi, des ions +

bombardent la cible en produisant son érosion par pulvérisa-

tion. L'anode génératrice peut être au potentiel de la terre comme indiqué en 106, bien que dans de nombreuses applications, il est préférable qu'elle soit à un potentiel au-dessus de celui de la terre. La polarisation négative de la cathode génératrice 23 peut être réglée au moyen d'une

résistance 108 variable.

Les Ficrures 14 et 15 sont similaires à la Figure 13(a) excepté que la source d'ions de la Figure 14 correspond au mode de réalisation de la Figure 5(c), tandis que celle de la Figure 15 correspond à la Figure 5(a). Bien qu'il existe une certaine différence dans la directivité immédiate des différentes sources d'ions des Figures 13-15, toutes ces sources procurent sensiblement la même uniformité constante de pulvérisation de la cible 102. En outre, même si on réalise la cible en un matériau perméable magnétiquement, lesdites sources peuvent pulvériser la cible, car aucun

champ magnétique n'est projeté à travers la cible.

En se référant aux Figures 16 et 17, on représente des modes opératoires dans lesquels la source ionique est employée pour nettoyer des substrats 112 et 114, la différence étant l'orientation des sources. Typiquement, on peut monter les substrats sur un support 110 qui peut supporter les substrats dans la direction de la flèche. La cathode génératrice 23 et le support 110 des substrats étant polarisés négativement par rapport à l'anode 20 du générateur et l'électrode collectrice 30 d'électrons par une source 104 de courant continu quand le support 110 des substrats et les substrats 114 sont conducteurs de l'électricité. Toutefois, comme on le décrira plus loin en détail, on peut utiliser

aussi les exemples des figures 16 et 17 avec certaines modi-

fications pour nettoyer des substrats non conducteurs.

Ce qui précède s'applique également à la pulvérisa-

tion de cibles non conductrices à l'aide des modes de réali-

sation des figures 13 à 15.

Un mode de réalisation de la pulvérisation d'un subs-

trat non conducteur de l'électricité est représenté sur la fig. 18 o une alimentation 120 en courant à radiofréquence commande un substrat non conducteur 116 disposé sur un porte

cible conducteur 118. Une source de courant continu 104 pola-

rise négativement la cathode 22-24 du générateur par rapport à une anode 20 reliée à la masse. La matière non conductrice

pulvérisée se dépose sur les substrats 112 et 114.

En général, l'emploi d'une source d'alimentation à radiofréquence est désavantageuse et peut être évité comme il sera décrit ci-dessous. Toutefois, il faut en premier lieu se

rappeler de façon générale que la source 16 est fondamentale-

ment une source de plasma. Ainsi, elle est également efficace pour fournir des électrons et des ions +. On peut en faire une source d'ions par élimination des électrons du plasma. De

façon similaire, des ions peuvent être éliminés pour la pro-

jection des électrons. Ceci est principalement une question de fonctionnement de l'électrode collectrice 30 auxiliaire qui est alimentée négativement au lieu de positivement en courant continu. Ce mode de fonctionnement a pour effet de chasser des ions du plasma sortant en fournissant un flux final

d'électrons dirigés sur la cible ou le substrat.

Si la cible ou le substrat ne sont pas conducteurs de

l'électricité, il n'est pas possible de les bombarder effica-

cement avec des ions positifs seulement, car dans ce cas ils se chargent rapidement à une tension suffisante pour que de

nouveaux ions ne puissent pas venir les frapper avec force.

Toutefois, quand on approche de la saturation de charge, on inverse la polarité et des électrons sont projetés, la charge positive se dissipe et il se crée une charge négative. On peut

alors de nouveau renverser la polarité et ainsi de suite.

En d'autres termes, un signal en courant alternatif appliqué à une électrode collectrice 30 auxiliaire par l'intermédiaire d'une alimentation 109 en courant alternatif (Figure 17) à la place de l'alimentation en courant 104 procure un bombardement efficace de substrats (ou cibles) isolants. L'alimentation 104 devrait toujours être utilisée dans ce cas pour polariser l'anode génératrice 20. Ce mode'de réalisation représente une amélioration notable par rapport au mode de réalisation de la Figure 18 car l'application d'un courant alternatif ou de haute fréquence à un substrat en déplacement est difficile. Ce mode de fonctionnement en courant alternatif ou de haute fréquence d'une électrode 30

F.ixe est beaucoup plus efficace. -

En général, le courant de haute fréquence est moins efficace et plus difficile à appliquer que le courant continu. En outre, il exige typiquement une pression d'argon suffisamment différente de celle désirée dans les autres parties de la plupart des procédés de revêtements sous vide multistades, pour qu'ils soient effectués en enceintes verrouillées. Ceci ajoute de façon importante à la complexité et au coût des-systèmes. Un nettoyage plus efficace exige de garnir au dos l'électrode métallique par des pièces isolantes, rendant difficile le nettoyage de formes complexes. Comme on le décrira ci-après, le mode de mise en oeuvre de la Figure 19 évite les problèmes précités

en ce qu'il procure un nettoyage ou décapage par pulvérisa-

tion ainsi qu'un revêtement par pulvérisation de matériaux non conducteurs de l'électricité, en utilisant seulement des

sources de courant continu.

La raison pour laquelle la source 109 de courant alternatif de la Figure 17 fournit un impact d'ions Ar+ sur des substrats 112 et 114 non conducteurs, est la destruction en alternance négative de la charge + de la surface non conductrice. Dans le mode de réalisation de la Figure 19, la source 22 composée comprend une source 121 d'électrons et une source 123 d'ions Ar+, si bien que la destruction des charges + se produit simultanément au lieu de se faire successivement comme dans la Figure 17. C'est-à-dire que les ions Ar+ se trouvent simultanément dirigés avec des électrons sur la surface non conductrice, de telle sorte que ladite surface ne peut pas se charger à une valeur + ni rejeter les ions Ar+. Lorsqu'on atteint le degré tel que les faisceaux d'ions Ar+ et d'électrons viennent chevaucher la surface, il s'effectue une pulvérisation de ladite surface. Comme les deux sources 121 et 123 sont en courant continu, de même que les électrodes auxiliaires, on obtient un nettoyage et une pulvérisation de la surface 122 non conductrice sans recourir à une alimentation en haute fréquence. En outre, aucune partie magnétique n'est associée au substrat ou à la cible, mais

seulement à la source 122.

En admettant que la cible 102 des modes de réalisation des Figures 13 et 15 soit non conductrice de l'électricité et que les substrats 112 et 114 du mode de réalisation de la Figure 16 soient également non conducteurs, ces cibles ou substrats peuvent être simultanément bombardés avec des ions + et des électrons par déconnexion de l'anode collectrice 30 de l'alimentation en courant. Dans ces modes de réalisation, l'électrode collectrice 30 élimine des électrons du plasma éjecté en raison de la polarisation positive de ladite électrode par rapport à la cathode génératrice 23. Si l'on débarrasse de cette polarisation positive, l'électrode collectrice 30, le plasma éjecté demeure électriquement neutre avec une population d'ions + et d'électrons sensiblement égale. Ainsi, une destruction simultanée des charges positives accumulées sur la cible 102 non conductrice ou sur les substrats 112 et 114 non conducteurs, peut être effectuée par suite du bombardement simultané de ces éléments avec des ions + et électrons du plasma éjecté. La production éjectée à partir des sources des modes de réalisation des Ficgures 14 et 17 tend à être riche en ions +, même si l'électrode collectrice 30 est déconnectée de l'alimentation en courant, dans la mesure o la source d'ions

est dirigée vers l'intérieur dans ces modes de réalisation.

En particulier, si les sources 105 et 107 sont des sources en bande séparées, telles que décrites ci-dessus en rapport avec la Figure 5(c), la production éjectée sera riche en ions +. Par suite, ces modes de réalisation ne tendent pas à convenir aussi bien pour l'éjection d'un plasma neutre que les modes de réalisation des Figures 13, 15 et 16. Toutefois, une polarisation suffisamment négative sur l'électrode collectrice 30 peut entraîner une production de plasma neutre ou chargée négativement. Un certain nombre d'utilisations possibles de la source d'ions améliorée de l'invention, y compris ceux décrits ci-dessus, vont maintenant être résumés

et exposés.

1. Nettoyage par pulvérisation a. Bombardement par des Ions + Cette application peut utiliser une électrode collectrice 30 extérieure, comme dans le mode de réalisation de-la Figure 16 pour éliminer des électrons du plasma éjecté, de façon qu'il se produise un strict apport d'ions +. Dans le mode de réalisation de la Figure 17, l'électrode collectrice peut être déconnectée de la source de courant du fait que les sources d'ions sont en regard mutuel, en particulier si elles sont constituées par deux sources en bande séparées, tout en procurant un strict apport d'ions +. Comme l'apport exclusif d'ions + est fourni dans les modes de réalisation précités, les substrats 112 et 114 de la Figure 17 doivent être conducteurs de l'électricité et mis à la terre ou polarisés négativement pour empêcher une accumulation de

charges positives. -

b. Bombardement par Plasma Comme indiqué ci-dessus, aucune électrode collectrice n'est requise pour travailler dans ce mode de fonctionnement. Les substrats 112 et 114 de la Figure 16 n'empruntent aucun courant au réseau et, par suite, n'ont pas besoin d'être connectés électriquement à des pièces quelconques. Ainsi, les substrats 112 et 114 peuvent être non conducteurs de l'électricité ou encore conducteurs de l'électricité et isolés électriquement de la source de courant ou encore conducteurs de l'électricité et connectés à la

source de courant.

2. Dépôt par pulvérisation a. Bombardement par des ions + Les mêmes considérations s'appliquent ici en rapport avec les Figures 13-15, que celles mentionnées ci-dessus à propos du nettoyage par pulvérisation par bombardement d'ions +. De façon générale, la source est dirigée vers la cathode 102 de pulvérisation. Toutefois, ceci n'est pas obligatoire

du fait que la plupart, sinon toutes les sources décrites ci-

dessus sont omnidirectionnelles bien qu'elles tendent à être omnidirectionnelles seulement en des points sensiblement éloignés de la source. Dans les modes de réalisation des Figures 13-15, on utilise la même alimentation en courant 104 pour polariser à la fois la cathode Génératrice 23 et la cible 102. Toutefois, on peut utiliser une alimentation de courant 103 séparée pour produire une polarisation de cible indépendante. De cette façon, l'énergie d'impact des ions sur la cible peut être réglée indépendamment du courant ionique éjecté à partir de la source. Des considérations similaires s'appliquent aux modes de nettoyage des substrats selon les Figures 16 et 17, o l'on peut également fournir

aux substrats 112 et 114 une alimentation de courant séparée.

En ce qui concerne la pulvérisation de cibles magnétiquement perméables, comme il n'y a pas de champ magnétique sur la cible, on peut atteindre des taux de pulvérisation élevés tout en réalisant en même temps une utilisation élevée de la cible par suite de la pulvérisation

uniforme de celle-ci.

Dans tous les cas de cathodes renforcées magnétiquement, tels que dans les magnétrons planaires, des limitations strictes sont imposées à la taille et la forme de la cible. Dans le système de pulvérisation par une source ionique conforme à l'invention, le refroidissement de la cible et la protection des serpentins de refroidissement sont les seules contingences réelles qui s'appliquent aux dimensions. Une source d'ions très grande peut aisément pulvériser une cible minuscule. Si la cible est très grande par rapport à la source, le taux de pulvérisation sera faible, mais la quantité totale de matières pulvérisées est la même que dans le cas d'une cible plus petite. Comme la cible n'est pas reliée au champ magnétique, il ne se présente pas les mêmes restrictions que dans le cas des magnétrons planaires ou analogues. Ainsi, la perméabilité de la cible est sans importance. Il est possible de diriger la source d'ions dans une enceinte pratiquement fermée dans laquelle se trouve le matériau de la cible et d'effectuer un dépôt sur un substrat isolé ou polarisé positivement en provenance de toutes les

directions simultanément.

b. Bombardement par plasma Cette application implique également des considérations similaires à celles qui sont mises en jeu en ce qui concerne le nettoyage de substrats. Par suite, on peut effectuer la pulvérisation de métaux ou bien de matériaux non conducteurs. En outre, la cible n'a pas besoin d'être polarisée électriquement, car aucune circulation de courant en provenance du réseau n'est mise en oeuvre. Toutefois, une tension négative appliquée à la cathode peut apporter une aide dans le cas de

cibles conductrices pour obtenir une accélération des ions.

De plus, une polarisation de haute fréquence appliquée à la cible peut être utile pour des cibles non conductrices de l'électricité. Dans ce cas également, le plasma assure une pulvérisation indépendamment de la perméabilité magnétique de

la cible.

3. Dépôt par pulvérisation avec impact ionique a. Bombardement ionique En se référant à la Figure 13a, on effectue le revêtement d'un substrat 99 avec le matériau projeté par pulvérisation à partir de la cible 102, des plasmas riches en ions + étant dans ce cas préférés pour une cible conductrice, mais un plasma neutre ou riche en électrons pouvant être utilisé pour des cibles conductrices ou bien non conductrices de l'électricité. Si l'on utilise une cible conductrice, telle que de l'aluminium et si les ions + sont générés à partir d'un gaz inactif tel que l'argon, les ions argon + peuvent également bombarder le substrat 99 si ce dernier est-polarisé de façon appropriée. Ainsi, une combinaison d'aluminium pulvérisé et d'ions argon + vient frapper la surface du substrat 99. En admettant que le substrat 99 soit conducteur de l'électricité et polarisé de façon appropriée, et en admettant que le taux de production d'aluminium pulvérisé soit suffisamment plus grand que la production d'argon + venant frapper le substrat, ledit substrat se trouve alors revêtu et bombardé par des ions. C'est-à-dire que, comme l'aluminium forme un revêtement sur le substrat, les ions argon viennent bombarder le substrat revêtu quiprocure une énergie de réaction accrue, ce qui a pour effet de projeter en arrière ou éliminer par décapage tous atomes d'aluminium du revêtement, faiblement liés. La résistance de liaison résultante entre le revêtement et le substrat 99 est meilleure

que celle obtenue par pulvérisation ou évaporation classique.

Dans un revêtement d'ions classique par évaporation, on réalise l'évaporation d'une substance de revêtement en direction d'un substrat et on introduit simultanément de l'argon au voisinage dudit substrat. On applique ensuite des potentiels négatifs audit substrat pour établir une décharge à son voisinage. Les ions-argon produits par la décharge bombardent ensuite le substrat en produisant la pulvérisation ou projection en retour désirée, avec le revêtement ou métallisation ionique résultant. Comme-on peut le voir conformément à l'invention, la nécessité d'une source de tension de polarisation séparée se trouve évitée, bien que

l'on doive appliquer au substrat une polarisation appropriée.

Cette polarisation sera entre la tension de l'anode et la cathode, si bien qu'on peut l'obtenir aisément à partir de l'alimentation en courant, ou qu'on peut l'atteindre en réglant la polarité du plasma comme décrit ci-dessous. On utilise un bombardement ionique sur le substrat, mais aucune décharge en soi, comme c'est le cas dans la métallisation par

ionisation classique.

b. Bombardement par plasma On peut également effectuer un impact d'ions de pulvérisation sur des substrats non conducteurs de

l'électricité ou des substrats conducteurs, mais électrique-

ment isolés, en bombardant le substrat (et la cible) avec un

plasma électriquement neutre ou riche en électrons.

L'accumulation d'ions argon + sur le substrat (et la cible) se trouve neutralisée par les électrons présents dans le plasma. Par suite, on peut réaliser un impact d'ions de pulvérisation sur des substrats non conducteurs de l'électricité. Afin d'effectuer l'impact des ions de pulvérisation avec bombardement d'ions + ou bien de plasma, le taux de production d'aluminium pulvérisé doit être supérieur au taux de corrosion par plasma appliqué au substrat 99. Si cela n'est pas le cas, les ions argon + ont pour effet d'éliminer par corrosion l'aluminium aussi vite qu'il se dépose sur la surface 99. En effet, il peut se produire une corrosion

importante du substrat pendant l'exécution de cette technique.

Ceci sera décrit avec plus de détail ci-après.

4. Dépôt par pulvérisation/nettoyage par pulvérisation sélectifs Suivant la conductivité électrique et le potentiel

électrique des substrats 112 et 114 des Figures 13-15, ceux-

ci peuvent être sélectivement revêtus d'un dépôt par pulvérisation ou décapés. Par exemple, si la cathode génératrice 23 est au potentiel de la masse, et si la production de particules est à la fois constituée d'aluminium pulvérisé à partir de la cible 102 et de plasma riche en ions Ar+ en provenance de la source d'ions, et si le substrat 99 est conducteur de l'électricité et mis à la masse, il subit alors une corrosion ou décapage. S'il est non conducteur, il sera revêtu d'aluminium. La raison de ces phénomènes est que dans une production de particules riches en ions, les surfaces isolantes se chargent rapidement à un potentiel positif qui est égal à celui de l'énergie des ions + de la production des particules de la source à cet emplacement de la chambre. Une fois qu'il s'est établi, ce potentiel positif empêche les ions + de venir frapper ces surfaces, et ainsi l'érosion provoquée par le bombardement d'ions + s'arrête. Toutefois, du fait que la production de la source comprend des atomes d'aluminium neutres pulvérisés à partir de la cible, ce métal forme un revêtement sur les surfaces isolantes et typiquement sur tout le reste de l'intérieur du système. Sur les surfaces métalliques mises à la masse, il ne peut s'accumuler aucune charge + et le bombardement ionique continue avec toute sa force, si bien que l'aluminium se trouve éliminé par pulvérisation (corrosion) aussi vite qu'il arrive. Ainsi, il ne se produit aucune accumulation d'aluminium sur ces surfaces. En fait, elles peuvent être corrodées de façon importante pendant la réaction. Dans un essai qui a été réalisé dans une chambre revêtue de cuivre, on a effectué une métallisation par de l'aluminium sur des pièces en matière plastique, des fenêtres et autres diélectriques et, on a simultanément enlevé par décapage le cuivre des parois

du revêtement de la chambre pour l'appliquer sur les di-

électriques. Si le potentiel de la cathode génératrice est modifié pour être mis à une valeur inférieure à celui de la masse et de la production de particules riches en électrons, les surfaces de matières plastiques se chargent négativement et attirent sélectivement les ions +. Dans ce mode de fonctionnement, les surfaces diélectriques peuvent être sélectivement décapées au lieu d'être revêtues. Pour des substrats conducteurs, on peut régler leur potentiel de façon qu'ils soient revêtus ou décapés.En les rendant positifs, on aboutit à leur revêtement, tandis qu'un potentiel négatif entraîne leur décapage ou corrosion. Des substrats en matériaux diélectriques ou en métaux isolés électriquement subissent un revêtement ou un décapage principalement en fonction du rapport entre les ions + et les électrons dans la production de particules par la source, une production riche en ions + conduisant à un revêtement, tandis qu'une production

riche en électrons ou neutre conduit à un décapage.

En utilisant lesdites techniques, on peut sélectivement revêtir un métal en contact avec des matériaux

diélectriques, en conservant le diélectrique propre ou intact.

Ainsi, en admettant que le substrat 99 de la Figure 13a est métallique et que le support 97 est diélectrique, on peut rendre la source 16 riche en électrons et faire fonctionner le substrat 99 au potentiel positif. Il se présente des problèmes associés avec la situation opposée, à savoir le revêtement d'un diélectrique et le décapage d'un métal en contact avec celui-ci. Le diélectrique se charge rapidement en polarité opposée au métal et il s'établit une décharge en arc entre ex. Le revêtement conducteur étant placé sur l'isolant tend à concentrer le gradient de potentiel au bord

du conducteur en y engendrant une violente décharge.

Comme mentionné ci-dessus, tout ce qui précède est sujet à la relation entre le taux de production de métal pulvérisé et la production de plasma par la source.. Si le système fonctionne en un mode de décapage, mais à un débit de pulvérisation plus grand que son pouvoir de décapage, le substrat se trouve alors soumis à l'impact d'ions de pulvérisation. Pour certaines applications, les modes de réalisation des Figures 13-15 ont été considérés ci-dessus comme les sources combinées de dépôt par pulvérisation et de nettoyage par pulvérisation. Dans ces modes de réalisation, la source de dépôt par pulvérisation (à savoir la cible- 102) est séparée de la source de plasma 16. Cette séparation des sources est évitée dans le mode de réalisation de la Figure 20. La source combinée 124 comprend une cathode 126 formant cible de pulvérisation qui n'est pas recouverte par une anode génératrice 20 et qui n'a pas de lignes de force en entrant ou en ressortant perpendiculairement. Ainsi, la production de la source 124 sera une production combinée d'atomes neutres pulvérisés à partir de la cible 126 et de plasma, le plasma étant produit de la même manière que celui produit par le générateur 16 de plasma. Une électrode collectrice (non représentée) peut être utilisée pour éliminer sélectivement les électrons ou les ions + du plasma éjecté. De ce fait, on peut utiliser la source combinée de métallisation par pulvérisation et de décapage de la Figure 20 de la même manière que celle des Figures 13pour réaliser un revêtement et décapage sélectifs ou un impact d'ions de pulvérisation et autres. 5. Dépôt par pulvérisation réactif Dans les procédés de dépôts réactifs, un gaz actif ou des ions dudit gaz actif sont mis en contact avec la substance pulvérisée, si bien qu'il se forme un composé de la substance pulvérisée et du gaz actif sur le substrat, comme il est bien connu. En se référant à la Figure 13a et en admettant que le gaz actif est présent entre deux substrats 99 et la cible 102, un bombardement de la cible par l'ion + ou plasma produit une érosion de la cible unie. Ainsi, il n'y a pas de zones dans lesquelles la cible ayant réagi tend

à avoir un comportement différent du restant de la cible.

Par suite, on peut obtenir une utilisation élevée de la cible et des taux de pulvérisation élevés même dans des

applications réactives.

En admettant que le plasma engendré par la source 16 soit celui d'un gaz actif et en admettant que des électrons soient éliminés à partir dudit plasma par l'électrode collectrice 30, il se produit un bombardement par les ions actifs des couches pulvérisées déposées sur le substrat 99, ce qui contribue à la garantie de la stoechiométrie de la réaction. Ce procédé met ainsi en jeu un impact par des ions de pulvérisation réactifs qui correspond au processus d'impact d'ions de pulvérisation décrit cidessus, la seule différence étant que des ions d'un gaz réactif sont utilisés au lieu de ceux d'un gaz inerte. Cette application autorise des réactions qui exigent une énergie de surface considérable, telle que la

formation de CrN, MoN et autres nitrures.

Des tentatives antérieures pour produire des composés tels que CrN et MoN par pulvérisation des métaux en présence d'une pression partielle de N2 n'ont pas été couronnées de succès en utilisant une cathode de magnétron classique, car l'énergie d'activation nécessaire pour la formation de ces nitrures est plus élevée que celle fournie par la dynamique de la réaction présente. Si la pression partielle de N2 est augmentée suffisamment pour produire une réaction, le taux de pulvérisation diminue jusqu'à ce que dans la limite de pression

de N2 de 100 %, le taux de pulvérisation soit abaissé à zéro.

Ainsi, afin de réaliser des réactions, on doit maintenir le substrat à des températures élevées. Au contraire, en utilisant la source d'ions à magnétron inversé de l'invention, on peut obtenir très aisément la formation du nitrure dans un large intervalle de pressions partielles de N2 avec des substrats froids. En fait, une pulvérisation efficace de nombreux métaux peut être obtenue en utilisant seulement de

l'azote, c'est-à-dire que l'argon n'est pas nécessaire.

L'implication de cette condition est que le magnétron classique ne confère pas la tension appliquée entière au bombardement de la cible par les ions, tandis que le magnétron inversé de l'invention procure l'énergie nécessaire pour la pulvérisation d'azote et pour la formation desdits nitrures. Lorsque la production de particules par la source -10 16 vient frapper à la fois le substrat 99 et la cible 102, on peut obtenir les deux avantages décrits ci-dessus, à savoir que les ions réactifs dirigés sur la cible fournissent une pulvérisation uniforme et des taux de pulvérisation élevés de celle-ci, tandis que les ions réactifs dirigés sur le substrat y produisent un impact de pulvérisation réactive.

En fait, une nouvelle caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'on peut utiliser des ions réactifs pour

pulvériser des cibles tout en atteignant des taux de pulvéri-

sation élevés.

En outre on peut diriger une combinaison à la fois

d'ions actifs et inertes, sur la targette et/ou le substrat.

Cette combinaison d'ions peut être produite en alimentant la source de plasma 16 à la fois par du gaz actif et inerte, bien qu'il soit entendu que dans tous les modes de réalisation de l'invention, le gaz ou les gaz à ioniser peuvent être introduits ailleurs que dans le système tel que la cible 102 adjacente, car on peut utiliser le gaz pour d'autres applications. Lorsqu'on dirige des ions (actifs et/ou inertes) à la fois sur la cible et le substrat, le potentiel de la cible par rapport au potentiel du substrat détermine les

énergies relatives.

6. Réaction de surface sans dépôt par pulvérisation simultané On peut utiliser les modes de réalisation des Figures 16 et 17 pour obtenir une réaction de surface sur les substrats 112 et 114 avec un gaz actif que l'on peut introduire de façon adjacente aux substrats. Si, dans la Figure 16, l'électrode collectrice 30 est déconnectée de l'alimentation en courant pour fournir une production de particules neutres, ou polarisée négativement pour fournir un bombardement des substrats par un plasma négatif de gaz-inerte, de l'énergie de surface est fournie aux substrats pour provoquer des réactions chimiques avec le gaz réactif. Il n'est pas nécessaire de prévoir une connexion électrique avec le substrat, ni celuici a besoin d'être conducteur de l'électricité. Si on réalise un bombardement riche en ions argon + par les modes de réalisation des Figures 15 ou 16, on produit de nouveau une énergie de surface pour déclencher des réactions chimiques. Toutefois, le substrat doit être électriquement conducteur dans ce cas si un courant continu est destiné à lui être appliqué. On peut employer des substrats non conducteurs, si on leur applique un courant de

haute fréquence.

Si le gaz réactif est présent dans la source 16 de plasma, l'énergie de surface requise au substrat sera fournie par bombardement d'ions réactifs, lesdits ions se combinant chimiquement avec le matériau du substrat. De l'argon ou analogue- n'a pas besoin d'être présent dans la source de plasma, bien qu'il puisse exister dans celle-ci. Un contact électrique du substrat n'est pas requis ni, une conductivité

dudit substrat.

Si le substrat est bombardé avec un plasma riche en ions + du gaz réactif, il se produit la même réaction que celle décrite ci-dessus à propos du bombardement par le plasma de gaz neutre ou réactif riche en électrons. Dans ce cas, la conductivité électrique du substrat est nécessaire ou alors il faut utiliser un courant de haute fréquence. En outre, il est également nécessaire de prévoir le contact électrique

avec le substrat.

Dans le dépôt par pulvérisation réactif ou dans le cas des réactions de surface sans dépôt par pulvérisation, il existe la possibilité d'une certaine pulvérisation des cathodes génératrices. Ainsi, il est souhaitable que celles-ci soient réalisées dans le métal mis en jeu dans la réaction de surface. De cette façon, une pulvérisation accidentelle quelconque desdites surfaces n'aura pas pour effet de - 28

contaminer le revêtement. -

La possibilité de pulvériser les cathodes génératrices-22 et 24 a été décrite ci-dessus en rapport avec les Figures 5(e) et 5(g). Dans le mode de réalisation de la Figure 5(e), il peut se produire une pulvérisation des surfaces cathodiques 22 et 22'. Ce phénomène a au moins un ordre de grandeur inférieur à celui d'un magnétron classique, mais c'est un effet prévisible dû à l'interaction des deux côtés. Pour réduire au minimum ce type d'interaction, on peut utiliser la source de la Figure 5(g). Maintenant, toute la

production de particules peut être dirigée vers les substrats.

Cette section transversale en double V ouvre un très large chemin de possibilités. Un espacement correct des deux côtés permet à une distance fixe entre source et substrat, d'obtenir

une densité de plasma très uniforme.

Dans certaines applications, il est encore désirable qu'il se produise une certaine pulvérisation des surfaces cathodiques du générateur pour maintenir des surfaces propres à mesure que le matériau se trouve éliminé par pulvérisation

à partir des substrats.

7. Nettoyage et revêtement cathodique de combinaison La-relation cathodecathode à 1800 de la Figure 21 est similaire à celle des cathodes de pulvérisation d'un magnétron planaire classique, excepté en ce qui concerne l'anode génératrice 130 sous la partie active de pulvérisation de la boucle des lignes de force. Cette configuration est également représentée dans la Figure 5(g). Ainsi, le positionnement d'une anode de forme appropriée en tant qu'anode génératrice 130 voisine de la cible 131 d'une cathode de pulvérisation d'un magnétron planaire classique le convertiten une source de plasma. Il est également désirable que l'on fasse varier la référence à la masse de la cathode courante, de l'anode à la cathode, de façon que les ions Ar+ résultants aient une énergie élevée par rappport aux substrats

à la masse.

Des organes de déplacement 133 peuvent être prévus pour déplacer alternativement l'anode 130 au-dessus et en éloignement de la cible 131. Ainsi, l'unité 128 peut être une source de plasma pour nettoyer des substrats, par exemple, ou lorsque l'anode 130 est éloignée d'au-dessus de la cible 131, elle peut être une source de pulvérisation a magnétron planaire classique pour revêtir un substrat, dans l'ensemble avec la même structure de cathode. Si la structure d'anode 132 courante pour la pulvérisation est correctement positionnée et qu'on la fait fonctionner pendant le cycle de nettoyage, elle séparera les électrons à partir de la décharge de plasma en fournissant un bombardement par ions

Ar+ des substrats.

Il convient de remarquer que l'unité 128 d'optimisation des deux fonctions tend à engendrer un conflit. La source de plasma exige de grandes superficies de cathode qui ne subissent pas de pulvérisation, l'inverse étant vrai pour la source de pulvérisation. Toutefois, la présence des deux fonctions est désirable essentiellement pour

le coût moindre de l'une d'elles, dans certaines applications.

Les désavantages du recours à l'unité 128 d'optimisation sont surmontés par la structure montrée dans la Figure 13(b), qui combine un magnétron classique au lieu d'une cible 102 dans l'appareil de la Figure 13(a). Plus particulièrement, un magnétron classique comprenant une cible de pulvérisation 131' et des aimants 260, 280, est positionné dans la source d'ions. Une anode séparée n'est pas prévue pour le magnétron. A la place, l'anode 20 de la source d'ions

sert d'anode au magnétron.

Un avantage particulier de cette structure est qu'il se produit une pulvérisation importante à partir de la cathode 131' du magnétron lorsque la source d'ions fonctionne, même lorsque le magnétron est mis à la masse comme montré dans la Figure 13b. Il se produit une pulvérisation imposante à la cathode 131' du magnétron, mais non dans le restant de la chambre qui est également à la masse. Les parois de la chambre qui subissent normalement un fort échauffement sous l'effet de la source d'ions, demeurent maintenant froides. L'appareil de la Figure 13b permet plusieurs applications qui ne pouvaient pas être facilement accomplies auparavant. Par exemple, on peut monter une multiplicité de cibles métalliques différentes sur une surface mobile mise à la masse, de façon que les

différentes cibles puissent être sélectivement déplacées au-

dessus de la structure aimantée 260, 280. De cette façon, on peut aisément accomplir la production d'alliages dans toute proportion désirée. D'une manière différente, on peut déplacer la structure aimantée en- dessous de chaque cible, aussi on utilise des électro-aimants, on peut activer

sélectivement les électro-aimants en-dessous de chaque cible.

Dans chaque cas, un alliage de proportion désirée se

trouvera projeté par pulvérisation sur le substrat 99.

On peut utiliser le même principe pour nettoyer les superficies restreintes. Par exemple, si on désire nettoyer une superficie choisie des parois de la chambre, on effectuera cette opération en appliquant un champ magnétique approprié à cette région. Dans cette application, on doit éliminer la structure du magnétron classique ou au moins ne pas l'activer magnétiquement dans l'appareil de-la Figure 13b. Le même principe de localisation magnétique permet également l'action de nettoyage localisé du substrat 99. Dans cette application, le support 97 du substrat est mis à la masse, avec le reste de l'ensemble, et une structure aimantée indiquée généralement par les lignes en traits interrompus 270 est positionnée de façon adjacente au support en regard de la surface à nettoyer sur le substrat. Dans un système monté dans une canalisation dans lequel le support du substrat mis à la masse est déplacé dans la chambre et hors de celle-ci, la structure aimantée 270 doit être isolée électriquement, comme par un isolant électrique approprié. Ainsi, lorsque le support 97 du substrat mis à la masse est déplacé ce qui entraîne l'exposition de la structure aimantée aux ions + de la source ionique, la structure aimantée se charge positivement de façon rapide et arrête toute pulvérisation importante de la structure aimantée elle-même. La commodité d'une cible à la masse est très importante car elle permet de déplacer commodément des aimants et d'autres procédés pour déterminer

une utilisation élevée de la cible.

Dans le mode de réalisation de la Figure 13b, on utilise la source d'ions 16 directement comme anode du magnétron. Normalement, les fonctions anodiques du magnétron

sont conçues principalement en ce qui concerne l'établisse-

ment du champ électrostatique et la collecte des électrons pourrait compléter l'écoulement du courant. Toutefois, par

* suite du comportement inattendu, entièrement en pseudo-

cathodes des cathodes de la source, il est possible de connecter la source d'ions en tant qu'anode simple, à savoir de connecter seulement l'anode 20 à la borne + de l'alir.entation 104 en courant tout en obtenant des fonctions composées. En plus des fonctions mentionnées ci- dessus, la îO source d'ions fournit des ions qui, du fait qu'ils proviennent d'au-delà de l'espace noir, sont super-efficaces pour la pulvérisation. Ces ions tombent essentiellement à travers le potentiel appliqué entier à mesure qu'ils viennent frapper la cathode. En raison de cette énergie ionique améliorée, les taux de pulvérisation sont plusieurs fois supérieurs à ceux qui sont obtenus avec un magnétron ayant des anodes courantes. Ainsi, dans le mode de réalisation de la Figure 13b, une partie majeure de la fonction génératrice d'ions a été transférée du voisinage immédiat de la cathode du magnétron à celui de l'anode. En conséquence, la fonction du champ du magnétron est également transformée. Le champ demeure un piège à électrons, mais le courant de circulation est moins important pour produire des ions. Les électrons piégés

apparaissent maintenant jouer un rôle principalement électro-

statique aulieu d'un rôle producteur d'ions.

Comme mentionné ci-dessus, on peut faire fonctionner

la source d'ions avec seulement des "pseudo" cathodes, c'est-

à-dire avec seulement des isolants à l'endroit o on devrait ordinairement utiliser des cathodes génératrices. Dans cette configuration, une oscillation entre le mode magnétron normal (riche en électrons) et le mode source d'ions normal (riche en ions) a été décelée. Le changement de mode semble dû aux régions des pseudo-cathodes devenant aussi positives en potentiel. Il est possible de déceler cette oscillation entre les modes, à l'aide d'une électrode de détection qui procure une indication du passage de la détection d'une tension positive (riche en ions) à la détection d'une tension négative (riche en électrons) et inversement. Le changement de mode a une constante de temps d'environ une seconde, suggérant une restructuration de la structure de charge dans l'ensemble du système. Dans une expérience, on a amené un aimant au voisinage de la paroi du système avec pour conséquence que la brillance de la décharge augmente, la puissance augmente et qu'elle est focalisée à l'endroit o le champ magnétique produit un piégeage des électrons. Le système se stabilise ensuite avec une seconde constante de temps. Lorsqu'on retire

l'aimant, on observe le comportement inverse.

D'après les observations précitées, on peut conclure que la source d'ions engendre un plasma intense qui remplit la chambre. Même lorsqu'un plasma de haute énergie remplit la chambre, la source d'ions n'est pas réduite à la connexion de courant inverse. La raison de ce phénomène peut être expliquée par le problème d'électrolyse équivalent, à savoir la polarisation. La polarisation est très simplement l'appauvrissement local en porteurs de charge, tel que le courant peut circuler seulement aussi vite qu'un mécanisme de diffusion ou autre mécanisme de transport amène des porteurs de charge dans la région appauvrie. Dans la région de l'électrode négative, s'il se trouve une paroi de chambre ou une aire superficielle plus petite, le plasma hautement conducteur amène des ions de haute énergie très près de la surface. Toutefois, il existe encore des électrons suffisants dans le plasma, si bien que celui-ci est au voisinage de la neutralité. D'autre part, il existe un fort gradient de potentiel sur la surface de la cathode, et dans la région du gradient des électrons sont repoussés à partir de la surface tandis que des ions positifs sont accélérés vers elle. Il en

résulte une aire rapidement débarrassée de porteurs de charge.

Comme le plasma est très conducteur, le gradient ne peut pas s'étendre trop profondément dans ce dernier. Lorsqu'il n'y a pas de gradient, il ne peut pas y avoir de circulation de courant importante. Dans la zone appauvrie, il existe un

gradient de tension élevée, mais pas de porteurs de charge.

Des mécanismes de diffusion jouent alors un rôle en pourvoyant cette zone de réglage du courant en porteurs de charge. Comme dans le cas de l'électrolyse, le courant peut être augmenté par tout moyen qui réduit l'épaisseur de la couche de polarisation. Le champ magnétique en boucle du magnétron piège les électrons au voisinage de la surface cathodique du magnêtron. Le plasma fournit à son tour des ions positifs neutralisant la charge des électrons piégés avec pour conséquence que le plasma intense se déplace plus près de la cathode du magnétron, court-circuitant la couche de polarisation et permettant des courants élevés de circuler avec production d'ions de haute énergie venant frapper la

cible.

Le réglage de la couche de polarisation devient alors le mécanisme par lequel on commande le nettoyage, le décapage et la métallisation par pulvérisation en utilisant un système à anode engendrant des ions et un plasma. Certaines des techniques qui peuvent être utilisées pour rompre la barrière de polarisation sont: 1. Réduction des gradients de potentiel en déplaçant le plasma par a. un mouvement du gaz, b. une pompe de plasma à champ croisé (courant alternatif pour des cibles non conductrices), et c. un volume de générateur restreint; 2. La réduction du gradient de tension magnétiquement par a. un champ de magnétrons pour produire un piège à électrons, b. un champ de magnétrons modifié, et c. une source d'électrons auxiliaire avec transport magnétique vers la cible (pour des cibles non conductrices); et 3. Une pulsation pour décharger le gradient de potentiel. Il faut remarquer que le nettoyage du système par la conduction normale à travers le gradient est nettement représentatif de taux de pulvérisation satisfaisants pour des conducteurs. Les mesures de courant montrent que l'énergie du plasma est très uniformément distribuée dans toutes les régions conductrices des parois de chambre plane. Le courant est multiplié aux bords et sur les faibles diamètres. La quantité de puissance qui peut être dissipée par surface unitaire dépend de la densité du plasma et du degré de polarisation. Ainsi, en augmentant la puissance à la source d'ions, on augmente la densité d'énergie à la cathode du magnétron, et indépendamment en augmentant la tension négative sur une région donnée, on peut légèrement augmenter le courant. L'état normal semble être assez fortement polarisé, si bien que la tension ajoutée ne tend pas à être très

efficace.

8. Décapage des matériaux usés Dans certains cas, il peut être nécessaire de prévoir une crande surface 91 de potentiel anodique (ou flottante si la source est riche en ions +) (Figure 16) pour recueillir les matériaux usés ou résiduels de façon qu'ils ne puissent pas être redéposés par pulvérisation. Cette configuration tend à provoquer un bombardement principalement par des ions +. Ceci présente un problème possible avec des substrats non conducteurs, mais fournit une technique de nettoyage

exceptionnelle pour des substrats conducteurs mis à la masse.

On a démontré dans un essai du dispositif à faible

élévation de chaleur représenté dans la Figure 23, ce dispo-

sitif étant décrit avec plus de détail ci-après. La chambre avait été utilisée pendant un certain nombre d'heures pour un revêtement utilisant de-l'aluminium et du cuivre avant cette démonstration. On fait ensuite fonctionner la source à environ 1000 watts pendant au-maximum 20 minutes. On découvre alors que les parois mises à la terre, de la chambre à vide (non représentée) contenant la source de la Figure 23 sont presque totalement décapées en retrouvant leur surface initiale d'acier inoxydable propre et brillant. Les coins et les bordures sont les plus propres. Le nettoyage ou décapage dépasse de loin la qualité au moins sous vide, qui puisse être obtenue par la plupart des procédés. Des fenêtres, des éléments ou pièces en matière plastique et autres isolants non recouverts se trouvent revêtus de façon épaisse par suite de la production de la source riche en ions +. Dans le mode de réalisation de la Figure 16, on utilise la surface 91 (qui peut être flottante par rapport à la terre en admettant que la production de la source soit riche en ions +) pour collecter le matériau usé ou résiduel décapé à partir des substrats. C'est la même fonction que produite par les surfaces collectrices isolantes du mode de réalisation de la Figure 23. Après l'opération de décapage, on peut retirer la

plaque 91 et la nettoyer, si nécessaire ou la remplacer.

La technique de nettoyage ou décapage du substrat en utilisant la source dite de l'invention est une importante application de celle-ci. Ainsi, on peut nettoyer ou décaper un système de revêtement'trouvé sur le marché après une opération durant 8-22 heures d'une journée en faisant fonctionner la source 10 pendant 1-2 heures. Par suite, on peut

éliminer de nombreux jours par an de temps d'entretien.

On ne pouvait pas s'attendre à obtenir le nettoyage ou décapage des parois de la chambre, précité du fait que lorsque des ions se déplacent à une distance appréciable à travers un milieu gazeux, il existe de nombreuses collisions des ions avec les molécules de gaz qui abaissent l'énergie des ions. Un bombardement à faible énergie des parois a pour effet de les échauffer, comme on l'observe, mais il n'a pas pour -effet de les pulvériser. Le fait qu'il se produit une pulvérisation très marquée conduit à la conclusion que des ions de très haute énergie bombardent la surface. En second lieu, il apparaît qu'il se produit une pulvérisation des parois qui est encore plus grande que celle qu'on pouvait attendre d'après le courant de sortie directe de la source d'ions. Une haute énergie sur la paroi du système implique un gradient de potentiel important au voisinage de cette surface. Ceci était inattendu du fait de l'aire énorme de cette surface en comparaison de la très petite anode dans la source d'ions. Des mesures de l'énergie des ions + montre que

de l'énergie est perdue à mesure qu'on s'éloigne de la source.

Comme chaque ion frappe des molécules d'argon neutres, s'il est suffisamment énergique, il aura pour effet de créer un nouvel ion + supplémentaire et de libérer un électron. La possibilité que chaque ion argon initial engendre jusqu'à environ dix ions et électrons est envisagée. Ceci peut fournir un courant important d'ions + à faible énergie. Si ces ions tombent alors à travers un gradient de potentiel qui crée une pulvérisation à la surface de la cathode (système), on peut se rendre compte pour ce que l'on observe. Ce qui se produit avec les électrons à partir de cette production secondaire n'a pas encore été déterminé. Toutefois, on pense qu'ils parviennent également dans une certaine mesure jusqu'à la paroi de la chambre, de sorte que ce courant secondaire d'ions et d'électrons ne se transforme pas en mètres de circuit, avec la paroi. Le fait que la quantité de matière déplacée soit plusieurs fois celle de la-matière pulvérisable

couramment par un magnétron, tend à aboutir à cette conclusion.

Bien que l'on ne désire pas se limiter à la théorie précitée du fonctionnement,- la nouvelle technologie de l'invention pourrait augmenter les taux de pulvérisation d'un facteur majeur par un principe très différent de ceux qui étaient appliqués jusqu'à présent. Une pulvérisation par

magnétron effectuait une multiplication à décades de l'effica-

cité par l'intermédiaire d'une-pulvérisation par effet de diode. Ce système paraît maintenant produire, conformément à l'invention, une multiplication similaire du magnétron en plus du fait qu'il augmente, entre autres, le taux d'utilisation

de la cible.

La génération en cascade est peut-être un phénomène parallèle que l'on peut lui comparer dans la physique des radiations. Il se produit dans ce cas l'impact d'une radiation de haute énergie sur la matière, cette radiation dissipant ainsi son énergie en engendrant un nombre de plus en plus grand de particules d'énergie de plus en plus faibles. Le phénomène à la base de l'invention parait être différent en ce qu'il est susceptible de réaccélérer ensuite ce grand nombre de particules chargées pour réaliser la projection par pulvérisation. L'effet de multiplication de l'ionisation devient une caractéristique d'importance majeure avec la source de plasma et d'ions. Avec cette source, il est possible de réaliser plusieurs fois en succession les opérations de nettoyage ou décapage, revêtement, réaction, sensibilisation et autres opérations qui sont seulement possibles à réaliser chacune une fois indépendamment par la plupart des autres procédés. 9. Récupération de matériaux de haute valeur ou dangereux à partir de cibles La collecte du matériau enlevé par nettoyage ou décapage, telle que décrite ci-dessus a deux applications supplémentaires très importantes. La récupération de l'or et autres matériaux coûteux d'une cible peut être réalisée par la technique de décapage ionique décrite. Cette technique n'a pas pour effet de séparer les matériaux individuels les uns des autres, mais permet à un utilisateur de concentrer sur une faible surface 91 de récupération, les matériaux précédemment dispersés. La récupération de matériaux dangereux peut être effectuée de cette même façon. Il y a lieu de remarquer que dans cette application, la surface 91 est petite et que par suite, la collecte du matériau coûteux ou dangereux prend plus de temps que la collecte du matériau résiduaire ou usé décrite ci-dessus. Toutefois, elle sera plus concentrée. Ce procédé de nettoyage du système est exceptionnel dans sa façon de réaliser une auto-opération de décapage et de récupération du matériau collecté. Cet aspect particulier du procédé déplace le pourcentage de rétention ou conservation des matériaux critiques vers les très bonnes valeurs. Comme nous entrons dans une ère o il importe fortement d'éviter la pollution, en particulier par les substances radio-actives, les métaux toxiques et autres, l'introduction d'un procédé de dépôt plus rapide à processus de nettoyage entièrement

intégré ou incorporé, est très avantageuse.

10. Chauffage a. Chauffage d'un substrat L'échauffement des substrats 112 et 114 des Figures 16 et 17 par le bombardement de plasma produit simultanément leur nettoyage et leur chauffage. Le bombardement électronique peut être effectué en appliquant une tension négative élevée à la cathode 23 et à l'électrode collectrice 30 pour éliminer des ions +. L'énergie des électrons peut produire un transfert de chaleur rapide sans pulvérisation, aux substrats conducteurs de l'électricité 112 et 114. Des filaments de tungstène peuvent produire des rendements en électrons plus

élevés mais sans contamination résultante du tungstène.

b. En général Comme décrit ci-dessus en rapport avec les Figures 7(b) et 7(c), la source de plasma de l'invention peut comprendre une source de chaleur dans laquelle peu de chaleur se trouve perdue dans la source. La structure représentée dans la Figure 23 a démontré les propriétés exceptionnelles d'un fonctionnement très "froid" de l'anode 20 ainsi que de la cathode 23. Cependant, sa production de plasma et d'ions + a pour effet d'échauffer rapidement la chambre métallique à vide (non représentée) contenant ladite structure et de nettoyer ou décaper les surfaces intérieures de la chambre, comme décrit ci-dessus. Un calcul brut de l'énergie conservée dans la structure permet d'admettre qu'une efficacité supérieure à 80 % est obtenue. Un'petit collecteur (non représenté) placé à quelques centimètres en face de la source, établit une tension de + 100 volts et, lorsqu'il est maintenu au potentiel de la masse, entretient un courant de 0,2 ampère lorsque le courant total de la source est de 2 ampères à 500 volts. Ainsi, il se produit un strict débit d'ions + à partir de cette source, même sans une anode extérieure, le strict débit d'ions + se produisant du fait de la disposition en regard des cathodes du générateur. L'application d'une polarisation négative.sur une électrode collectrice (non représentée) y augmente le courantà 1,5 ampère à environ 400 volts. Un aimant 26 est en contact avec la pièce polaire 144 en forme de L, tandis que des aimants 26 et 28 sont couplés avec la plaque polaire 146. Un isolant 148 est disposé autour

de la structure magnétique.

11. Pompage Certains procédés peuvent utiliser la pompe 134 de la Figure 22 pour le pompage sélectif de gaz réactifs, tels que N H 0, CO et autres. L'utilisation d'une cathode de

3502,' N2, I2 2

pulvérisation 142 tournée vers un écran de blindage 136 refroidi par l'intermédiaire de tubes 138, a pour effet de produire un pompage très rapide desdites substances, si la cible est, par exemple, en titane. Dans l'industrie de l'enduction au rouleau, l'agencement précité autorise le recours à une pompe étroite, très longue qui peut s'étendre sur toute la bande ou nappe d'enduction pour pomper les produits de dégazage, des gaz de traitement n'ayant pas réagi et autres. 12. Sensibilisation Dans l'industrie de l'enduction au rouleau, il est également nécessaire deproduire une activation ou sensibilisation des matériaux avant qu'ils soient enduits ou collés par l'un des procédés disponibles quelconques. Cette activation ou sensibilisation peut également être obtenue avec les sources des Figures 16 et 17 grâce à leur faculté exceptionnelle d'être réglées sur une grande gamme de productions de particules, allant d'électrons à des ions

positifs en passant par un plasma neutre.

13. Elimination de charge La source des Figures 16 et 17 est également utile dans l'enduction au rouleau pour dissiper des charges accumulées sur la pellicule d'enduction. Typiquement, ces charges peuvent venir se dissiper à l'emplacement du mécanisme à rouleau, sur les bords de la pellicule, en détruisant la pellicule à ces endroits. Du fait qu'une cathode de pulvérisation décharge typiquement des électrons sur le substrat, on peut utiliser une source d'assez faible énergie,

riche en ions + pour amener le rouleau à neutralité.

14. Applications au revêtement sur 3600 Pour l'application du revêtement de fils et autres articles demandant un recouvrement sur 360 , une approche pratique consiste à prendre la source de la Figure 2(c) et de la fermer sur elle-même, de façon que les parois 46 et 48 en acier forment des anneaux concentriques comme représenté dans la Figure 24. La cible 150 est un tube assez gros pour contenir le montage de la source d'ions, en procurant ainsi une source de pulvérisation tubulaire symétrique sans aucun blocage primitif dû à un substrat 152 se déplaçant en descendant centralement au tube. En outre, il est possible de déplacer le montage de la source d'ions, ou la cible tubulaire, de façon à utiliser plus efficacement la cible,

longueur par longueur.

D'une manière différente, une seconde cible tubulaire, placée au centre à la place du substrat 152, entraîne la production par le dispositif, d'un débit annulaire de matière pulvérisée. En prévoyant de donner au matériau de la cible, la forme d'un barreau central affilé, et à la source d'ions une position réglable, on peut obtenir un délai de focalisation de la production des particules sur un substrat 154. Un tel dispositif est utile dans les applications de bagues d'usure impliquant un traitement de surfaces dures, dans lesquelles on peut appliquer par exemple, un nitrure, un oxyde ou un carbure, en particulier après une finition

mécanique, pour conférer une durée de vie supplémentaire.

L'une des plus importantes de ces applications est la réalisation de joints de soupape des moteurs à combustion interne.

Dans la description de là Figure 1, la source d'ions

de l'invention a été dénommée "magnétron inversé". Les caractéristiques de ce dispositif peuvent être résumées comme suit: 1. Le dispositif doit avoir une source d'électrons, car il ne fonctionne pas sans électrons. De façon générale, cette source est assurée par les surfaces cathodiques 22, 24 représentées dans la Figure 1, par exemple, mais on peut utiliser de nombreuses autres sources d'électrons, telles que des filaments, des sources de particules beta, des cathodes creuses et un éclairage UV des surfaces cathodiques. En fait, l'utilisation de telles sources est obligatoire lorsque les

deux surfaces cathodiques 22, 24 sont des surfaces "pseudo-

cathodiques".

2. Le dispositif doit avoir des éléments pour

engendrer un champ électrique au potentiel de la cathode.

Ceci est nécessaire pour établir la formation du piège à

électrons des champs croisés.

3. Le dispositif doit avoir une anode pour établir

la production d'un potentiel d'anode.

4. Des lignes de champ magnétique doivent être formées dans le dispositif, en général perpendiculairement aux surfaces cathodiques et en général parallèlement à la surface anodique. Le champ magnétique forme, bien entendu en combinaison avec le champ électrique, le piège à électrons des champs croisés. Si le champ magnétique n'est pas perpendiculaire aux surfaces cathodiques, les surfaces cathodiques subissent une pulvérisation. Ceci peut toutefois être admissible dans certains cas. Si le champ magnétique n'est pas parallèle à l'anode et/ou les lignes dudit champ se coupent à chaque extrémité, les électrons énergétiques

atteignent l'anode en l'échauffant et en abaissant l'effica-

cité du dispositif. Bien que non désirable, une certaine diminution des efficacités du dispositif peut être tolérée

dans les mises en oeuvre en pratique.

5. Le dispositif s'ouvre en général perpendiculaire-

ment à l'anode dégagée ou il existe des lignes de force à nu sur cette dernière. Cette caractéristique d'ouverture du dispositif permet aux électrons, au plasma ou aux ions de s'échapper. L'ouverture doit être opposée à l'anode qui repousse des ions, sinon il faut prévoir des moyens pour

modifier la trajectoire des ions.

Les sources d'ions de l'invention peuvent être comparées à des pièges à électrons de Penning qui ont été ouverts, espacés, basculés ou inversés de façon que l'anode soit tournée dans la direction o les ions sont expulsés. Ceci sera mieux compris si l'on considère que les quatre premières caractéristiques mentionnées ci-dessus sont fondamentalement des caractéristiques de Penning. On le verra de la meilleure façon en se référant à la Figure 25(a) qui représente la cellule de Penning fondamentale comprenant des surfaces cathodiques 160, 162 et une anode tubulaire 164. La cinquième caractéristique est la différence critique qui aboutit à la formation de la cellule inversée représentée dans la Figure (b). Dans cette figure, l'anode tubulaire 164 est remplacée par une anode 166 en forme de barreau, et l'aspect ouvert du dispositif est clairement évident par opposition avec la

cellule de Penning classique.

La cellule inversée représentée dans la Figure 25(b) illustre encore une autre configuration pratique de la source d'ions de l'invention. La plupart des modes de réalisation, en particulier ceux représentés dans la Figure 5, sont produits par rotation autour d'un axe qui est à une certaine distance de la structure de base. La raison en est qu'il doit y avoir au centre un espace pour qu'il se développe un champ magnétique. Toutefois, dans le mode de réalisation représenté dans la Figure 8, la structure de base représentée peut

tourner autour de son axe central.

Comme mentionné ci-dessus, il est possible, et dans certains cas obligatoire, d'utiliser des sources d'électrons autres que les surfaces cathodiques 22, 24. Le filament chaud est l'une des meilleures de ces sources, du fait qu'elle est capable de fournir des courants d'électrons très élevés. Toutefois, elle entraîne une certaine contamination du tungstène et a une durée de vie assez limitée. Néanmoins, l'utilisation d'un filament à l'extrémité correcte d'une source d'ions qui ne soit pas une boucle fermée, permet d'obtenir une pleine production d'électrons sans presque aucune longueur de régénération. L'utilisation d'un filament auxiliaire peut être requise dans les cas o l'émission à partir des surfaces cathodiques 22, 24 n'est pas suffisante pour satisfaire des exigences de courant. Une émission d'électrons excessive transforme le débit de la source en une production de particules négatives, si bien que la source peut être efficacement utilisée comme un mécanisme de commande de l'alternance des polarités. En outre, l'utilisation d'un filament autorise un fonctionnement sous une pression plus basse. Dans les modes de réalisation précités, les aimants permanents destinés à être utilisés en tant qu'aimants 26 et 28, par exemple, peuvent constituer de préférence des empilements ou enroulements de bandes magnétiques, tels que des rubans en matière plastique ou en caoutchouc imprégnés de ferrite, mis sur le marché par la firme Minnesota Mining and Manufacturing Co. sous la dénomination PL-1.4 H. De tels empilements ou enroulements sont décrits, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NOS 4. 162.954 et 4.180.450, au nom de la demanderesse, et qui sont mentionnés

ici à titre de référence.

Il est entendu que l'on peut mettre en oeuvre l'invention suivant de nombreuses modifications et variantes dans les détails de conception et de construction, par

rapport à la description détaillée faite ci-dessus à titre

d'exemple seulement, sans toutefois s 'écarter du cadre et de

l'esprit de ladite invention.

- 44

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Appareil de pulvérisation comprenant au moins un élément destiné à être pulvérisé ou vaporisé, au moins une source de plasma pour engendrer un plasma à partir d'au moins un gaz ionisable de façon qu'au moins certaines des particules chargées dudit plasma pulvérisent ledit élément, ladite source de plasma comprenant des surfaces environ au même potentiel définissant un premier et un second champs

électrostatiques, des moyens pour engendrer un champ magné-

tique ayant des lignes de force traversant lesdites surfaces définissant un premier et un second champs électrostatiques, caractérisé en ce qu'il comprend une anode génératrice (20) disposée de façon adjacente à la partie du champ magnétique comprise entre lesdites surfaces <22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques, des moyens pour établir un champ électrique entre l'anode génératrice (20) et lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques, de façon qu'au moins des

parties des champs électrique et magnétique soient sensible-

ment perpendiculaires l'un par rapport à l'autre, ledit plasma (18) étant formé entre lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques et étant éjecté en direction opposée de l'anode génératrice (20).

2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens pour réaliser un apport d'électrons dans l'espace compris entre lesdites

surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs.

3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé

par le fait que ledit moyen pour réaliser l'apport d'élec-

trons s'étend d'une façon qui coïncide avec l'extension d'au moins l'une desdites surfaces (22, 24) définissant un premier

et un second champs.

4. Appareil selon la revendication 2 caractérisé par le fait qu'au moins l'une desdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques est électriquement isolée du reste de l'appareil et accumule

une charge négative pendant la pulvérisation, due aux élec-

trons s'accumulant sur sa surface en présence dudit champ magnétique.

5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé par le fait que lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques sont électri-

quement isolées du reste de l'appareil.

6. Appareil selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le moyen prévu pour l'apport d'électrons est

un filament (23a).

7. Appareil selon la revendication 4 ou 5 carac-

térisé par le fait que ladite surface au moins parmi lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs

électrostatiques, est un isolant.

8. Appareil selon la revendication 4 ou 5 carac-

térisé par le fait que ladite surface au moins parmi lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs

électrostatiques, est conductrice de l'électricité.

9. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits éléments comprennent une cible (116) en matériau de revêtement et un autre élément comprenant un substrat (112-114) sur lequel le matériau de revêtement de

la cible est destiné à être déposé.

10. Appareil selon la revendication 9 caractérisé par le fait que ladite cible (116) est la cathode d'un magnétron planaire, ledit magnétron planaire comprenant d'autres moyens pour engendrer un champ magnétique ayant

des lignes de force traversant ladite cible.

11. Appareil selon la revendication 10 caractérisé

par le fait que la cible (116) est divisée en une multipli-

cité de régions chacune pourvue d'un matériau de revêtement

différent et que ledit magnétron planaire engendre sélecti-

vement un champ magnétique ayant des lignes de force qui traversent chaque région de ladite cible (116) conformément

à une succession prédéterminée, en déposant ainsi les diffé-

rents matériaux de revêtement sur ledit substrat (112-114)

dans un rapport prédéterminé.

12. Appareil selon la revendication 9 caractérisé par le fait que lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs, sont des surfaces cylindriques concentriques.

13. Appareil selon la revendication 12 caractérisé par le fait que l'élément constituant la cible (150) est cylindrique et entoure coaxialement lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs, et que l'élément formant le substrat (152) est de forme allongée et possède

un axe commun avec ledit élément formant la cible (150).

14. Appareil selon la revendication 13 caractérisé par le fait que la combinaison dudit élément formant la cible (150) et ladite source de plasma subit un déplacement le long de l'axe dudit élément formant le substrat (152) en

produisant un revêtement uniforme sur la surface dudit élé-

ment formant le substrat (152) par le matériau de la cible

(150).

15. Appareil selon la revendication 13 caractérisé par le fait que ledit élément formant le substrat (152) est entraîné en déplacement centralement à la combinaison dudit élément formant la cible (150) et de ladite source de plasma en produisant un revêtement uniforme sur la surface dudit élément formant le substrat (152), par le matériau de la

cible (150).

16. Appareil selon la revendication 15 caractérisé par le fait que ledit élément formant le substrat (152) est

un fil métallique.

17. Appareil selon la revendication 12 caractérisé par le fait que ledit élément en forme de cible (150) est en

forme de barreau et qu'il présente un axe commun avec les-

dites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs, et que ledit élément formant le substrat (154) est

positionné dans un plan perpendiculaire audit axe commun.

18. Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un second moyen (260, 280) pour engendrer un champ magnétique ayant des lignes de force qui traversent ledit élément, et un second moyen (104) pour établir un champ électrique entre l'anode génératrice (20) et ledit élément (13l'), de façon qu'au moins des

parties des champs électrique et magnétique soient sensi-

blement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre.

19. Appareil selon la revendication 18 caractérisé par le fait que ledit élément (131') est un substrat destiné

à être nettoyé ou décapé.

20.- Appareil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs sont circulaires et situées sur des plans parallèles de façon que leur centre respectif se trouve sur un axe commun qui coupe perpendiculairement lesdits plans parallèles, et que ladite anode génératrice (20) est en forme de barreau ayant un axe coïncidant avec

ledit axe commun.

21. Procédé de pulvérisation ou vaporisation, comprenant les stades consistant à disposer au moins un élément destiné à être pulvérisé, à disposer une source de plasma pour engendrer un plasma à partir d'au moins un gaz

ionisable, de=façon qu'au moins certaines particules char-

gées du plasma pulvérisent l'élément, caractérisé en ce qu'il comprend aussi les opérations consistant à créer le plasma grace à des surfaces (22, 24) portées environ au même potentiel, définissant un premier et un second champs électrostatiques, à engendrer un champ magnétique ayant des lignes de force traversant lesdites surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques, à disposer une anode (20) génératrice de façon adjacente à la partie du champ magnétique comprise entre les surfaces

(22, 24) définissant un premier et un second champs électro-

statiques, à établir un champ électrique entre l'anode génératrice (20) et les surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques, de façon qu'au moins des parties des champs électrique et magnétique soient sensiblement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, le plasma étant formé entre les surfaces (22, 24) définissant un premier et un second champs électrostatiques et étant éjecté de façon opposée par rapport à l'anode

génératrice (20).

22. Procédé selon la revendication 21 caractérisé par le fait qu'il comprend en outre le stade consistant à régler la couche de polarisation adjacente à la surface dudit élément (131') destiné à être pulvérisé de façon à permettre à des ions de haute énergie dudit plasma de venir

frapper ledit élément.

23. Procédé selon la revendication 22 caractérisé par le fait que le stade consistant à régler ladite couche de polarisation comprend le stade de génération d'un second champ magnétique ayant des lignes de force qui traversent

ledit élément (131').

24. Procédé selon la revendication 23 caractérisé par le fait que ledit élément comprend une cible (150) en matériau de revêtement et qu'il comprend en outre le stade consistant à disposer un élément supplémentaire comprenant un substrat (152) sur lequel le matériau de revêtement de

la cible (150) est destiné à être déposé.

25. Procédé selon la revendication 24 caractérisé par le fait que ladite cible (131') est divisée en une multiplicité de régions chacune munie d'un matériau de revêtement différent, ledit stade de génération dudit second champ magnétique étant effectué par générations sélectives dudit second champ magnétique de façon que des lignes de force traversent chaque région de ladite cible suivant une succession prédéterminée de façon à déposer différents matériaux de revêtement sur ledit substrat (99) conformément

à un rapport prédéterminé.