FR2707670A1 - Cible pour installations de pulvérisation cathodique. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cible de pulvérisation cathodique (8) annulaire présentant entre la zone interne et la zone externe de bord de cible (4, 1; 5, 2), une surface de pulvérisation annulaire creusée (7). Elle est caractérisée en ce que la surface de pulvérisation (7) en coupe transversale constitue une courbe (7) qui est essentiellement concave, continue et qui peut être différentiée. Des configurations et relations préférées sont indiquées pour ces éléments. La cible est de préférence en aluminium ou en l'un de ses alliages L'invention concerne aussi une source de pulvérisation magnétron à cible de pulvérisation selon la définition ci-dessus ainsi qu'une installation de dépôt sous vide caractérisée en ce qu'elle inclut une telle cible.
Description
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CIBLE POUR INSTALLATIONS DE PULVERISATION
CATHODIQUE
La présente invention concerne une cible de pulvérisation cathodique annulaire présentant, entre la zone interne et la zone externe de bord de cible, une
surface de pulvérisation annulaire creusée.
Des cibles annulaires de ce type sont constituées par la matière qui doit être pulvérisée dans un dispositif de pulvérisation cathodique afin de déposer une couche de la matière correspondante ou, lorsqu'un gaz chimiquement actif est présent dans le dispositif de pulvérisation cathodique, un composé chimique résultant de la réaction entre la matière cible et le gaz actif. De telles cibles sont utilisées dans des- sources de pulvérisation cathodique et, en particulier, dans des sources o la pulvérisation cathodique est assistée par un champ magnétique, par exemple des magnétrons. Ces cibles annulaires sont particulièrement adaptées à des utilisations o le substrat à revêtir est placé de façon statique devant la cible de pulvérisation cathodique et ou une couche uniforme doit être déposée sur le substrat. Les sources annulaires permettent également l'utilisation de cibles particulièrement épaisses car les modifications structurelles nécessaires sont plus aisément réalisables dans des dispositifs annulaires générant des configurations appropriées de champs magnétiques. Il est par exemple facile de disposer les pôles magnétiques du dispositif de génération de champ magnétique sur les côtés intérieurs et les côtés extérieurs des cibles annulaires car un espace vide est disponible dans la zone centrale de la cible annulaire. Dans les cibles planes habituelles, la zone
centrale n'est pas accessible sous cette forme.
Un dispositif de pulvérisation cathodique à cible annulaire connu est décrit par exemple dans la demande de
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brevet allemand DE 40 42 286. Afin de pouvoir atteindre de longs temps de fonctionnement du dispositif de pulvérisation cathodique, des cibles épaisses sont préférées. Avec les cibles épaisses, il se pose le problème de l'érosion progressive de la surface de cible en raison du creusement progressif de la cible, ce qui peut
conduire à des conditions de fonctionnement variables.
En particulier, des problèmes peuvent résulter de ce que, après un certain temps, la surface n'est plus pulvérisée de façon uniforme à des différents endroits de la cible creusée, et qu'il peut même se produire un dépôt en retour de matière cible pulvérisée provoquant la formation d'une couche indésirable sur la surface de la cible. Cette formation de couche indésirable peut conduire à des écaillages qui peuvent rendre inutilisable le substrat revêtu. Il peut aussi en résulter des impuretés et des instabilités accompagnées de décharges disruptives dans le fonctionnement de la pulvérisation. Ceci peut même conduire à une défaillance de toute l'installation de
pulvérisation cathodique.
L'élévation latérale des bords, décrite dans le brevet, remédie en partie à ce problème. L'épuisement de cible peut également être dans une certaine mesure optimisé de cette manière. Le brevet propose, comme autre mesure pour résoudre ce problème, de donner à la surface de pulvérisation une forme déterminée. La partie principale de la surface de pulvérisation est avantageusement réalisée sous la forme d'un évidement peu profond qui est entouré par deux parties saillantes concentriques dont les parois forment un angle déterminé, compris entre 30 et 70 degrés,
avec la partie principale de la surface de pulvérisation.
Grâce à cette disposition, le dépôt de matière cible sur les parois latérales des parties saillantes de la cible est évité, et les avantages du magnétron à cavité, c'est-à-dire
un bon épuisement de la matière de cible, sont maintenus.
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Par ailleurs, la surface de pulvérisation dont la forme est essentiellement concave, peut présenter des variations de profondeur. En coupe transversale, cette surface de pulvérisation constitue alors une courbe continue présentant de petites élévations et/ou de petits creux. Il a été déterminé qu'il est impossible, selon ce mode de réalisation d'éviter totalement pendant toute la durée de vie de la cible un dépôt en retour sur les surfaces de parois latérales, et en particulier sur toute la surface de pulvérisation. En outre, dans ce mode de réalisation, le taux d'utilisation de cible est limité à une certaine valeur. La cible ne peut, au demeurant, être utilisée avec une sécurité de fonctionnement satisfaisante que tant qu'il ne se produit aucun dépôt sensible en retour sur la cible, ou tant qu'il ne se produit aucun écaillage de la couche. Ceci limite en outre le taux d'utilisation du dispositif. Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients de l'état de la technique. En particulier, le but de la présente invention est de réaliser une cible annulaire de pulvérisation cathodique qui évite un dépôt en retour de matière cible sur la surface de pulvérisation pendant le processus de pulvérisation, ceci devant en particulier être garanti pendant toute la durée de vie de la cible et pour un taux d'utilisation de cible constant ou
pour un taux d'utilisation de cible supérieur.
Ce but est atteint au moyen de la cible annulaire du type décrit dans l'introduction qui est caractérisée, selon un premier aspect de l'invention, en ce que la surface de pulvérisation en coupe transversale constitue une courbe qui est essentiellement concave, continue et qui peut être différentiée.
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De préférence, la forme de la courbe est telle qu'il ne se produit sensiblement aucun dépôt en retour de matière
cible pulvérisée sur la surface de pulvérisation.
En particulier, la profondeur du point le plus profond de la courbe par rapport à la zone la plus élevée de bord de cible peut alors être comprise dans une plage de 3 à 20% du diamètre moyen de la surface annulaire de pulvérisation. L'une des deux zones de bords de cible peut être abaissé par rapport à l'autre, de préférence d'une valeur pouvant atteindre 6% du diamètre moyen de la surface de pulvérisation, et il s'agit de préférence de la zone de
bord de cible intérieur.
De préférence, le point le plus profond de la courbe est situé sur un diamètre qui est inférieur, d'une valeur pouvant atteindre 40%, au diamètre moyen de la surface
annulaire de pulvérisation.
La courbe est constituée au moins approximativement par une partie circulaire extérieure d'un premier rayon et une partie circulaire intérieure d'un deuxième rayon et les centres des deux rayons sont situés sur une droite commune qui est sensiblement parallèle à l'axe central. De façon avantageuse, la cible se compose d'un métal,
en particulier d'aluminium ou d'un alliage d'un aluminium.
La présente invention réalise aussi, selon un deuxième aspect, une source de pulvérisation magnétron, dont la cible de pulvérisation correspond aux particularités définies ci-dessus, et qui est caractérisée en ce que la source de pulvérisation comporte un dispositif de génération de champs magnétiques dont les pôles en saillie au-dessus du plan de la face arrière de cible en direction de la surface de pulvérisation, et en ce que les
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pôles sont disposés dans la zone des surfaces latérales de cible. La présente invention réalise aussi, selon un troisième aspect, une installation de dépôt sous vide caractérisée en ce qu'elle inclut une cible de pulvérisation cathodique conforme aux particularités
définies ci-dessus.
L'avantage de la présente invention par rapport à l'état de la technique consiste en premier lieu en ce qu'une sécurité sensiblement plus élevée est atteinte en ce qui concerne le danger d'impuretés. Il ne se produit sensiblement aucun dépôt en retour de matière cible sur toute la surface de pulvérisation. De cette manière, la fréquence des décharges disruptives est réduite de façon spectaculaire, ce qui mène à un comportement de fonctionnement sensiblement plus stable. Le lancement de la pulvérisation, comme la première mise en oeuvre de la cible
après un changement de cible, est sans problème, c'est-à-
dire que la puissance peut être immédiatement appliquée en totalité. Il n'est plus nécessaire de réaliser un lancement lent de la pulvérisation de cible. Le rendement de cible peut de plus être augmenté sans difficulté de quelques pour-cents. En outre, la fabrication de la cible selon la présente invention est sensiblement plus simple et donc
plus économique.
On va maintenant expliquer la présente invention, à titre d'exemple, à l'aide de figures dans lesquelles: la Fig. 1 représente en coupe transversale une cible annulaire selon l'invention dont le bord intérieur et le
bord extérieur de cible sont situés à la même hauteur.
la Fig. la représente en coupe transversale une cible annulaire selon l'invention dont le bord intérieur de cible
est plus bas que le bord extérieur de cible.
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la Fig. lb représente une cible selon l'invention en coupe transversale dans laquelle le bord extérieur de cible
est plus bas que le bord intérieur de cible.
La Fig. 2 représente schématiquement en coupe transversale, à peu près à l'échelle, une cible selon l'invention en position encastrée dans un dispositif de
source de pulvérisation.
La Fig. 1 représente en coupe transversale une cible annulaire 8, seul un des côtés de la cible en coupe étant représenté. La périphérie du corps de cible 8 est constituée par les surfaces latérales 15 et 16, la surface arrière 14, la surface de pulvérisation 7 qui forme en section transversale la courbe 7, ainsi que les
discontinuités ou zones de bords de cibles 1, 4 et 2, 5.
L'axe de révolution 6 représenté est situé au centre du corps annulaire 8 de cible. L'évidement concave de la surface de pulvérisation 7 doit constituer selon l'invention une courbe continue. Il s'est révélé que tout type d'arête est inadapté dans une zone superficielle de pulvérisation. La courbe continue peut, par des essais simples, être optimisée en fonction de la forme de la structure de cible, des dimensions de cible, et du mode de réalisation du dispositif de source de pulvérisation. Le tracé de la courbe 7 et la profondeur 9a de la courbe au point le plus profond 9, résultent tous deux de ces résultats d'essais. Selon une variante de l'invention, le tracé de la courbe 7 peut présenter des variations de profondeur 17 sous forme de petites élévations et/ou de petits creux. La cible 8 peut être pourvue d'une surface de pulvérisation 7 qui peut être entourée par les bords de surfaces de pulvérisation 1, 2, ces bords 1, 2 ne coïncidant pas forcément avec les bords de cible 4, 5 et constituent alors des discontinuités ou zones de bords de cible dont la largeur peut être de quelques mm, par exemple 3 mm. Selon le mode de réalisation, les discontinuités de bords de cible 1, 4 et 5, 2 peuvent subsister ou peuvent également se raccorder deux à deux, comme représenté à la Fig. la. Il est particulièrement avantageux que la profondeur maximale 9a de la courbe 7 par rapport à la zone de bord de cible 1, 4 ou 2, 5, soit comprise dans la plage de 3 à 20 % du diamètre moyen 3 de la surface annulaire de
pulvérisation 7.
Aux Figures la et lb est par exemple représenté en section transversale la manière dont l'un des deux bords de cible disposés de façon concentrique est abaissé par rapport à l'autre. Le choix de l'abaissement dépend du mode de réalisation du dispositif de pulvérisation magnétron et du tracé de son champ magnétique, ainsi que de la caractéristique de pulvérisation souhaitée. Les bords 1, 2 de la surface de pulvérisation 7 peuvent à volonté coïncider avec l'un des bords 4, 5 de cible ou avec les deux bords. Ceci dépend également du mode de réalisation pratique du dispositif. L'abaissement de l'un des deux bords est de préférence compris dans la plage pouvant atteindre 6% du diamètre moyen 3 de la surface annulaire de pulvérisation 7. Mais c'est la zone 1, 4 du bord intérieur de cible qui est de préférence abaissée afin d'atteindre
une caractéristique de répartition adaptée et homogène.
A la Figure 2 est représenté un exemple de réalisation pratique d'une cible 8, o la cible est représentée à peu près à l'échelle, et la manière dont celle-ci est disposée dans une source de pulvérisation est aussi indiquée de façon schématique. La cible 8 est montée sur une plaque de refroidissement Il à canaux de refroidissement 12, les faces latérales de la cible étant encadrées par les pôles opposés d'un aimant 13 constituant dispositif de génération de champ magnétique. Il est possible aussi de réaliser un dispositif à aimants multiples et celui-ci peut être avancé plus ou moins par rapport à la surface arrière 14 de cible en direction de la
surface de pulvérisation selon le tracé de champ souhaité.
La cible représentée 8 peut être réalisée d'une façon
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particulièrement simple, par exemple lorsque la surface de cible 7 se compose en coupe transversale de sections circulaires et, en particulier, de deux sections circulaires, une section circulaire allant du bord 2 de surface de pulvérisation jusqu'au point le plus profond 9 et une deuxième section circulaire allant du point le plus profond 9 jusqu'au bord intérieur de surface de pulvérisation 1. De façon plus avantageuse, le point le plus profond 9 de la courbe est disposé sur un diamètre 10 qui peut être inférieur, d'une valeur pouvant atteindre %, au diamètre moyen 3 de la surface annulaire de pulvérisation. Les centres des parties circulaires approximatives sont de préférence sur une droite commune 10 qui est sensiblement parallèle à l'axe 6, ou, en d'autres termes, perpendiculaire au plan 9a passant par le point le plus profond (9). Dans une cible particulièrement adaptée, par exemple, le diamètre extérieur de cible est de 170 mm, le diamètre intérieur de cible est de 56 mm et l'épaisseur de cible est de 37,5 mm, le diamètre intérieur du bord 1 de surface de pulvérisation est de 62 mm et le diamètre extérieur 2 du bord de surface de pulvérisation est de 164 mm. La droite commune 10 des centres des rayons Rl et R2 est située sur un diamètre de 90 mm, le rayon Ri est de 80
mm et le rayon R2 de 22,5 mm.
Cet exemple de cible est utilisé de façon plus avantageuse pour la pulvérisation de métaux, en particulier d'aluminium ou de ses alliages. Au moyen de cette courbe 7, les propriétés de pulvérisation de l'aluminium ainsi que la réalisation correspondante de la source de pulvérisation sont prises en compte de façon avantageuse. Ceci mène à de très bons résultats en ce qui concerne la sécurité de
fonctionnement et la durée de vie de cible.
Claims (8)
1. Cible de pulvérisation cathodique (8) annulaire présentant sur sa face de pulvérisation, entre la zone interne et la zone externe de bord de cible (4,1; 5,2) une5 surface de pulvérisation annulaire creusée (7), caractérisée en ce que la surface de pulvérisation (7) en
coupe transversale constitue une courbe (7) qui est essentiellement concave, continue et qui peut être différentiée.
2. Cible selon la revendication 1 caractérisée en ce que la forme de la courbe (7) est telle qu'il ne se produit
sensiblement aucun dépôt en retour de matière cible pulvérisée sur la surface de pulvérisation (7).
3. Cible selon la revendication 2, caractérisée en ce que la profondeur (9a) du point le plus profond (9) de la courbe (7) par rapport à la zone la plus élevée de bord de
cible (5, 2, 1, 4) est comprise dans une plage de 3 à 20% du diamètre moyen (3) de la surface annulaire de pulvérisation (7).
4. Cible selon l'une quelconque des revendications 1
à 3, caractérisée en ce que l'une des deux zones de bords de cible (5, 2, 1, 4) est abaissé par rapport à l'autre, de
préférence d'une valeur pouvant atteindre 6% du diamètre moyen (3) de la surface de pulvérisation (7), et qu'il25 s'agit de préférence de la zone de bord intérieur (1, 4) de cible.
5. Cible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que
le point le plus profond (9) de la courbe est situé sur un diamètre (10) qui est inférieur, d'une valeur pouvant atteindre 40%, au diamètre moyen (3) de la surface annulaire (7) de pulvérisation,
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la courbe (7) est constituée au moins approximativement par une partie circulaire extérieure d'un rayon (rj) et une partie circulaire intérieure d'un rayon (r2) et les centres des deux rayons sont situés sur une droite commune (10) qui est sensiblement parallèle à l'axe
central (6).
6. Cible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la cible (8) se compose
d'un métal, en particulier d'aluminium ou d'un alliage d'un aluminium.
7. Source de pulvérisation magnétron à cible de pulvérisation selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que la source de pulvérisation comporte15 un dispositif de génération de champs magnétiques dont les pôles en saillie au-dessus du plan de la face arrière de
cible (14) en direction de la surface de pulvérisation (7), et les pôles sont disposés dans la zone des surfaces latérales de cible (15, 16).
8. Installation de dépôt sous vide caractérisée en ce qu'elle inclut une cible de pulvérisation cathodique (8)
selon l'une des revendications 1 à 7.
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