WO1996000450A1 - Procede d'elaboration de micropointes a composition controlee sur de grandes surfaces - Google Patents

Procede d'elaboration de micropointes a composition controlee sur de grandes surfaces Download PDF

Info

Publication number
WO1996000450A1
WO1996000450A1 PCT/FR1995/000849 FR9500849W WO9600450A1 WO 1996000450 A1 WO1996000450 A1 WO 1996000450A1 FR 9500849 W FR9500849 W FR 9500849W WO 9600450 A1 WO9600450 A1 WO 9600450A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetron
sputtering
antenna
assistance system
deposition
Prior art date
Application number
PCT/FR1995/000849
Other languages
English (en)
Inventor
Joël DANROC
Michel Ida
Aimé Perrin
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique filed Critical Commissariat A L'energie Atomique
Priority to DE69502066T priority Critical patent/DE69502066T2/de
Priority to EP95402002A priority patent/EP0701392B1/fr
Priority to JP7228177A priority patent/JPH097794A/ja
Publication of WO1996000450A1 publication Critical patent/WO1996000450A1/fr
Priority to US08/812,670 priority patent/US5818173A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192Microwave generated discharge
    • H01J37/32211Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222Antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32321Discharge generated by other radiation
    • H01J37/3233Discharge generated by other radiation using charged particles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532Electrodes
    • H01J37/32596Hollow cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • H01J37/32678Electron cyclotron resonance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405Magnetron sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/332Coating
    • H01J2237/3322Problems associated with coating
    • H01J2237/3327Coating high aspect ratio workpieces

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of microdots with controlled composition over large areas.
  • Microtip screens are used in the production of display devices, for which it is desired to obtain increasingly large dimensions (for example a screen diagonal dimension of 15,
  • European patent application EP-A-0 564 028 describes a method for manufacturing point electrodes using a sputtering deposition directed by means of a collimation filter, composed for example of a set of tubular elements parallel to each other, which allows to obtain a flow of particles having a small deviation from the direction perpendicular to the substrate.
  • the process of the invention relates to a process for the preparation of microdots with controlled composition on large surfaces making it possible to obtain: - high deposition rates;
  • the present invention relates to a process for the production of microdots with controlled composition over large areas using a sputtering technique, in which means are used to make the flow of vapor emitted directive, characterized in that sputtering is a sputtering of the magnetron type and in that a magnetron assistance system is used.
  • the magnetron assistance system consists of an electron injector system of the hollow cathode type or of the electron emitting filament type, making it possible to send electrons to the surface of the magnetrons so as to allow use of magnetrons at lower pressure and therefore to make the vapor flow more directive.
  • the magnetron assistance system is a system making it possible to directly generate and maintain a plasma at low pressure, for example a microwave discharge under conditions of electronic cyclotron resonance, this discharge being able to be produced for example by one or more microwave antennas.
  • targets of desired composition can be used, or deposits can be made in reactive mode.
  • This process is a microtip deposition technique for flat screen applications, replacing the evaporation technique.
  • FIG. 1a to 1f show the different steps of a method of manufacturing a source of microtip electrons according to the prior art
  • Figures 4 and 5 illustrate two examples of a second alternative embodiment of the invention, respectively in a side view ( Figures 4a and 5a) and in a top view ( Figures 4b and 5b);
  • FIGS. 1a to 1f represent the different stages of a method for producing a source of microtip electrons of the prior art.
  • a first conductive layer of indium oxide in which the cathode conductors 12 will be made (thickness about 160 nm);
  • the process of the invention has two variants, in which one uses:
  • the vapor flow is more directive: the average free path is of the order of a meter.
  • a vapor channeling system 20 is interposed between the sputtering device 21 (magnetron or other) and the substrate 22 as shown in FIG. 2, the flux of steam being represented by the arrows 23.
  • the arrows 24 represent the incident steam on the pipe system, and the arrows 25 the ducted steam.
  • the atoms emitted by the spraying device which are not aligned with the piping system are deposited on the walls of the piping system.
  • This system therefore makes it possible to have a directive flow. However, it causes a significant reduction in the production efficiency of microtips, a large part of the material being deposited on the walls of the pipe system.
  • magnetron assistance systems are used by electrons in order to reduce the gas pressure during the deposition phase. These systems can be triode electron emitting filament systems or hollow cathodes.
  • the electrons emitted by the filaments or hollow cathodes allow an increased ionization of the plasmagenic gases and thus offer the possibility of working at lower pressure during the deposition phase.
  • the current of the hollow cathode can reach intensities of the order of 5 amperes.
  • the coupling effects of the hollow cathode with the magnetron can reach values of 50%.
  • magnetron assistance systems are used by a microwave discharge in order to directly generate the plasma at low pressure (10 ' 5 mb) without the addition of gas.
  • the plasma electrons are trapped around a microwave antenna using a magnetic field and their efficiency is increased by the effect of electronic cyclotron resonance.
  • This resonance effect is obtained for example with a magnetic field of 875 10 * 4 T combined with an electric field of frequency 2.45 GHz.
  • an antenna 80 illustrated in FIG. 4, or several antennas 80 illustrated in FIG. 5 are introduced into the vacuum enclosure 29 near the deposition zone, this deposition zone being located between the magnetron 26 and substrate 28.
  • a device of known art the Japanese patent JP-5 314 918, describes a cylindrical antenna comprising four magnets regularly distributed around a circuit for circulation of a cooling fluid.
  • the field lines are perpendicular to the axis of the antenna and there is therefore a drift of diffusion current parallel to the antenna.
  • Figure 6 shows an example of an antenna structure.
  • the antenna has the shape of a hollow cylinder 3 of revolution, with an axis of symmetry AA 1 , inside which are arranged magnets 2-1, 2-2, 2-3, ..., of shape also cylindrical.
  • Each magnet is separated from each of its neighbors by a distance of the order of, for example, a few millimeters. Separation is ensured, for example, by a small wedge made of a non-magnetic material.
  • the poles of these magnets are on flat faces perpendicular to the axis of the cylinder, and the magnets are stacked so that the poles facing two immediately adjacent magnets (for example 2- 1 and 2-2) are same sign.
  • This structure gives, as illustrated in FIG.
  • the magnetic field lines being in planes passing through the axis of the antenna, the plasma drift current i is at all times perpendicular to such a plane, as illustrated in FIG. 6. This current will therefore describe a circle centered on the antenna, which does not cause any inhomogeneity in the plasma.
  • the antenna of Figure 6 has the shape of a cylinder of revolution and has an axis of symmetry AA '. However, the antenna may not have such symmetry.
  • a stack of magnets respecting the order of the polarities indicated above can be introduced, the magnets having a shape adapted to the section of the cylinder.
  • the magnetic field lines are then contained in planes parallel to the generatrices of the cylinder.
  • the antenna is therefore still in the zone where the intensity of the magnetic field is favorable to cyclotron-electronic resonance, the resonance zone is still made up of rings surrounding the antenna, and the fields B and ⁇ are always essentially perpendicular to each other.
  • the antenna also has a connection system to a microwave power supply.
  • This connection system can be a coaxial passage, as illustrated in FIG. 7, which represents the whole of the antenna.
  • the reference 6 designates a wall of an enclosure separating the working zone 8 (where the electric and magnetic fields are induced) from the external zone 30.
  • the antenna comprises an external tube 32 and an internal tube 34 , in which magnets 36 are stacked in the manner already described above, two shims 38 and 40 delimiting, on each side, their extension zone.
  • An insulating part 42 seals between the interior 8 and the exterior 30 of the enclosure.
  • References 42 and 44 respectively designate an insulating cover and a conductive cover connected to ground.
  • the coaxial socket 46 provides connection to a microwave power supply.
  • the references 48 and 50 designate insulating tubes entering and leaving a cooling circuit, which allow the circulation of a heat transfer fluid (for example water).
  • FIG. 8a shows two possible variants of the cooling circuit.
  • the cooling circuit consists of a peripheral double jacket 52, 54.
  • the fluid propagates along a path parallel to the axis of the cylinder (or, more generally, to the generatrices of the cylinder), along the magnets 56, and then returns in the opposite direction, always parallel to the axis of the cylinder (or to the generatrices of the cylinder).
  • the magnets 56 have been drilled along the axis of the cylinder (or, more generally, parallel to the generatrices of the cylinder), which allows the introduction of a cylindrical tube 58, through which is introduced the heat transfer fluid. Arrived at the upper end of the stack of magnets, the fluid returns along a path always parallel to the axis of the cylinder (or to the generatrices of the cylinder), but along the peripheral part 60 of the magnets.
  • the magnets can be replaced by coils, the material constituting the wire of the coils being able to be superconductive.
  • the winding of each coil is such that, when the coil is activated, each of its ends is opposite an end of the same polarity of an immediately adjacent coil.
  • the antenna comprises two branches 64, 66 connected by one of their ends, and is for example in the form of a pin as illustrated in FIG. 9.
  • each of the branches there is a stack of cylindrical magnets
  • the polarity of the magnets in each branch of the pin being oriented as described above.
  • the magnets (for example 68-1, 70-1) facing each other in the branches of the pin have polarities oriented in the same direction.
  • One end of a branch is connected to the generator, the end of the other branch is grounded.
  • branches of more complex shapes can be produced (in steps, in a "V" shape, etc.), the antenna then comprising at least two hollow cylindrical portions, each containing means for generating a magnetic field at vicinity of the antenna, the lines of the magnetic field generated in the vicinity of each portion being in or essentially in planes parallel to the generatrices of said cylindrical portion.
  • the variants of the invention allow the advantages of magnetron sputtering to be preserved, namely: - possibility of treating large substrates;
  • targets of the desired composition for example a Cr3C2 target, or to carry out the deposits in reactive mode, that is to say starting from a target of pure Cr and by injecting into cold plasma on hydrocarbon (for example C 2 H 2 - CH 4 ) during the deposition phase.
  • hydrocarbon for example C 2 H 2 - CH 4
  • This technique makes it possible to adjust, to adjust the stoichiometry of the compounds, for example in MoCx, CrCx, TiCx, TaCx ... by making either supersaturated solutions, or intermediate carbides, for example Mo2C, or carbides more loaded with carbon , for example MoC. It is also possible to produce coatings containing more carbon than the compounds described in the literature.
  • nitrides for example MoNx, TiNx, CrNx, TaNx or carbonitrides is possible by introducing mixtures of reactive gases into the plasma (for example CxHy and N2).
  • oxidizing gases for example O2 is also possible: it is thus possible to develop oxycarbons or nitrides.
  • substrate temperature can be amorphous, monocrystalline or very well crystallized.
  • This technique allows in particular the development of diamond-type carbon by using graphite targets and by incorporating into the plasma compounds such as CxHy, H2 ...
  • These coatings can also be doped with boron or phosphorus by using for example reactive gases in the plasma (e.g. diborane, phosphine, PH3).
  • Carbon deposits that cannot be produced by vacuum evaporation can be produced using the process of the invention for the production of microtips.
  • the production of microtips on large surfaces can be done on parade.
  • the variants of the invention can be implemented with a moving substrate.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur de grandes surfaces utilisant une technique de pulvérisation cathodique, dans lequel on utilise des moyens permettant de rendre directif le flux de vapeur émis, dans lequel la pulvérisation cathodique est une pulvérisation cathodique de type magnétron, et dans lequel on utilise un système d'assistance au magnétron (31).

Description

PROCEDE D'ELABORATION DE MICROPOINTES A COMPOSITION CONTROLEE SUR DE GRANDES SURFACES"
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur de grandes surfaces.
Etat de la technique antérieure
Des écrans à micropointes sont utilisés dans la réalisation de dispositifs d'affichage, pour lesquels on souhaite obtenir des dimensions de plus en plus importantes (par exemple une dimension de diagonale de l'écran de 15,
20 ou 30 pouces ou plus encore, un pouce étant égal à 2,54 cm). Il faut donc arriver à réaliser des trous de très petits diamètres sur de grandes surfaces.
Actuellement la fabrication de micropointes, d'une manière générale, et de micropointes pour écrans plats, en particulier, s'effectue par evaporation sous vide. Cette technique présente un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels :
- il est difficile d'obtenir des micropointes sur des substrats de grandes dimensions ;
- il est difficile d'obtenir des pointes de composition contrôlée et stable, par exemple : carbures, nitrures...
Un procédé d'obtention actuel, utilisant cette technique par evaporation sous vide est illustré sur les figures 1a à 1f, qui seront décrites plus précisément ultérieurement. Ces figures décrivent une structure de base, ainsi que différentes opérations nécessaires pour :
- faire un trou dans une grille ;
- graver la silice ;
- élaborer une couche de séparation ; - élaborer des pointes ; et - effectuer la dissolution électrochimique de la couche de nickel.
La réalisation par la technique d'évaporation de micropointes sur des surfaces de très grandes dimensions est actuellement impossible à réaliser : on ne réalise à l'heure actuelle par exemple des dépôts que sur des écrans de 6 pouces (15 cm) de diagonale.
De plus, l'introduction de gaz réactifs dans l'enceinte ne permet pas la réalisation de dépôts à composition contrôlée à cause de l'impossibilité d'avoir des flux constants de matière évaporée en un temps de dépôt donné. D'autre part, en evaporation, il est très difficile d'obtenir la composition du revêtement équivalente à celle des matériaux à évaporer dès lors que l'on veut évaporer des matériaux type MCx, MNx et MOc (M≈métal, C≈carbone, N≈azote et x étant le rapport stoechiométrique). Des matériaux comme le carbone de type diamant sont également impossible à élaborer.
Une demande de brevet européen EP-A-0 564 028 décrit un procédé de fabrication d'électrodes en pointe en utilisant un dépôt par pulvérisation cathodique dirigée au moyen d'un filtre de collimation, composé par exemple d'un ensemble d'éléments tubulaires parallèles entre eux, ce qui permet d'obtenir un flux de particules ayant une faible déviation par rapport à la direction perpendiculaire au substrat.
Un article intitulé "Collimated Magnetron Sputter Déposition" de
S.M. Rossnagel, D. Mikalsen, H. Kinoshita et J.J. Cuomo (mars-avril 1991,
American Vacuum Society, pages 261-263) décrit un dispositif analogue à la demande de brevet précédente. Mais il ne décrit que des applications classiques de revêtement.
Pour résoudre les différents problèmes des dispositifs de l'art connu, le procédé de l'invention a pour objet un procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur grandes surfaces permettant d'obtenir : - des vitesses de dépôt élevées ;
- un bon contrôle du flux de vapeur (possibilité de faire des dépôts homogènes en épaisseur) ;
- des dépôts en "réactif. Exposé de l'invention
La présente invention concerne un procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur de grandes surfaces utilisant une technique de pulvérisation cathodique, dans lequel on utilise des moyens permettant de rendre directif le flux de vapeur émis , caractérisé en ce que la pulvérisation cathodique est une pulvérisation cathodique de type magnetron et en ce qu'on utilise un système d'assistance au magnetron.
Dans une première variante le système d'assistance au magnetron est constitué d'un système injecteur d'électrons de type cathode creuse ou de type filaments émetteurs d'électrons, permettant d'envoyer des électrons à la surface des magnétrons de manière à permettre l'utilisation des magnétrons à pression plus basse et donc de rendre le flux de vapeur plus directif. Dans une seconde variante le système d'assistance au magnetron est un système permettant de générer directement et d'entretenir un plasma à basse pression, par exemple une décharge micro-onde dans des conditions de résonance cyclotronique électronique, cette décharge pouvant être produite par exemple par une ou plusieurs antennes micro-ondes. Dans le procédé de l'invention on peut utiliser des cibles de composition souhaitée, ou réaliser des dépôts en mode réactif.
Le procédé de l'invention présente donc les caractéristiques suivantes : Ce procédé est une technique de dépôt de micropointes pour applications écrans plats en remplacement de la technique d'évaporation.
Ce procédé permet l'obtention de micropointes sur de grandes surfaces. Le traitement au "défilé" pour ces techniques est possible.
Ce procédé permet l'obtention de micropointes à composition contrôlée impossibles à obtenir en evaporation :
- métaux purs ;
- composés métal-carbone MCx :
* solutions sursaturées de carbone dans le métal par exemple : MoCx, CrCx, TiCx * carbures intermédiaires : Mo2C, Ti2C
* carbures supérieures : MoC TiC...
* carbures + carbone libre MoC + C, Mo2CL ;
- composés métal-azote : * MNx par exemple : TiNx
MoNx CrNx
* nitrures : Ti2N
Mo2N TiN
MoN
Brève description des dessins
- Les figures 1a à 1f représentent les différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une source d'électrons à micropointes selon l'art antérieur ;
- la figure 2 illustre une réalisation de l'art connu ;
- la figure 3 illustre une première variante de réalisation de l'invention ;
- les figures 4 et 5 illustrent deux exemples d'une seconde variante de réalisation de l'invention, respectivement dans une vue de côté (figures 4a et 5a) et dans une vue de dessus (figures 4b et 5b) ;
- les figures 6 à 9 illustrent plusieurs structures d'antenne utilisables dans cette seconde variante.
Exposé de modes de réalisation
Les figures 1a à 1f représentent les différentes étapes d'un procédé de réalisation d'une source d'électrons à micropointes de l'art antérieur.
Un tel procédé est décrit, par exemple, dans le document FR-A-2 593 953
(brevet américain correspondant : US-A-4 857 161). De façon résumée, il comporte les étapes suivantes : - dépôt par pulvérisation cathodique sur un substrat en verre 11 , d'une couche d'oxyde de silicium (non représentée sur la figure), d'environ 100 nm ;
- dépôt par pulvérisation cathodique, sur. cette couche, d'une première couche conductrice en oxyde d'indium dans laquelle seront réalisés les conducteurs cathodiques 12 (épaisseur environ 160 nm) ;
- gravure de la première couche conductrice pour former des premières bandes conductrices parallèles ou conducteurs cathodiques 12 ;
- dépôt chimique en phase vapeur (à partir des gaz de silane, phosphine, oxygène) d'une couche isolante 13 d'oxyde de silicium d'épaisseur environ 1 μm ;
- dépôt par evaporation sous vide, sur la couche d'oxyde de silicium, d'une couche conductrice 14, dans laquelle seront formées les grilles (niobium, épaisseur environ 0,4 μm) ; - ouverture de trous 15 de diamètre φf dans cette couche conductrice 14, par gravure ionique réactive (GIR) en utilisant un plasma de SF6 (figure 1b), et dans la couche 13 (figure 1c) par gravure ionique réactive dans un plasma de CHF3 ou par attaque chimique dans une solution d'acide fluorhydrique et de fluorure d'ammonium ; - dépôt d'une couche de nickel 16 (figure 1d) par evaporation sous vide, sous incidence rasante par rapport à la surface de la structure. L'angle α formé entre l'axe d'évaporation et la surface de la couche 16 est voisin de 15°. La couche de nickel présente une épaisseur d'environ 150 nm ;
- formation des micropointes par dépôt d'une couche en molybdène 17 sur l'ensemble de la structure (figure 1e). Cette couche 17 présente une épaisseur d'environ 1,8 μm. Elle est déposée sous incidence normale par rapport à la surface de la structure ; cette technique de dépôt permet d'obtenir des cônes 18 en molybdène logés dans les trous 15 ayant une hauteur de 1 ,2 à 1 ,5 μm ; - dissolution sélective e la couche de nickel 16 par un procédé électrochimique de façon à dégager, comme représenté sur la figure 1f, les grilles en niobium 14 perforées et à faire apparaître les micropointes 18 émettrices d'électrons. A quelques variantes technologiques près, cette méthode est toujours celle que l'on applique jusqu'à ce jour pour réaliser les micropointes des systèmes à cathode émissive.
Dans le procédé selon l'invention, pour obtenir des vitesses de dépôt élevées, un bon contrôle du flux de vapeur, et la possibilité de faire des dépôts en réactifs, on a été conduit à choisir la pulvérisation cathodique magnetron. Cette technique est utilisable pour des pressions de l'ordre de 2.10-3 mbar à 5.10'2 mbar pendant la phase de dépôt. Or, ces pressions ne permettent pas, suite à la valeur du libre parcours moyen, d'avoir des flux de vapeur directifs qui permettent d'élaborer des pointes dans des cavités. De plus, dans le domaine considéré, la technique d'évaporation sous vide était connue, comme la seule pouvant permettre cette réalisation en particulier parce qu'elle présente un flux directif, ce qui n'est pas le cas dans la technique magnetron.
Le procédé de l'invention comporte deux variantes, dans lesquelles on utilise :
- un système d'assistance de magnetron par des électrons afin de créer des plasmas plus denses à pression de dépôt plus faible (jusqu'à 5.10"5 mbar) au lieu de 3.10"3 mbar ; - un système d'assistance par décharge micro-ondes.
Dans ces conditions, le flux de vapeur est plus directif : le libre parcours moyen est de l'ordre du mètre.
Dans la demande de brevet EP-A-0 564 028 citée précédemment, un système de canalisation 20 de la vapeur est intercalé entre le dispositif de pulvérisation cathodique 21 (magnetron ou autre) et le substrat 22 comme représenté sur la figure 2, le flux de vapeur étant représenté par les flèches 23. Les flèches 24 représentent la vapeur incidente sur le système de canalisation, et les flèches 25 la vapeur canalisée. Les atomes émis par le dispositif de pulvérisation non alignés avec le système de canalisation se déposent sur les parois du système de canalisation. Ce système permet donc d'avoir un flux directif. Cependant il provoque une diminution importante du rendement de fabrication de micropointes, une grande partie de la matière étant déposée sur les parois du système de canalisation. Dans la première variante de l'invention on utilise des systèmes d'assistance de magnétrons par des électrons afin de diminuer la pression de gaz pendant la phase de dépôt. Ces systèmes peuvent être des systèmes triodes à filament émetteur d'électrons ou des cathodes creuses.
Ces derniers sont plus faciles à utiliser dans des atmosphères réactives et conduisent aux mêmes résultats que les filaments émetteurs d'électrons.
Les électrons émis par les filaments ou cathodes creuses permettent une ionisation des gaz plasmagenes accrue et offrent ainsi la possibilité de travailler à pression plus basse pendant la phase de dépôt.
Sur la figure 3 sont représentés :
- un magnetron source de vapeur 26 ;
- une cathode creuse 27 ; - un substrat 28 ;
- une enceinte à vide 29.
Le courant de la cathode creuse peut atteindre des intensités de l'ordre de 5 ampères. Les effets de couplage de la cathode creuse avec le magnetron peuvent atteindre des valeur de 50 %.
On peut donc atteindre des puissances magnétrons habituelles à des pressions de l'ordre de 5.10-5 mbar au lieu de 3.10-3 mbar.
Industriellement, des magnétrons de plusieurs mètres de long existent (par exemple pour des dépôts sur vitrages au défilé). On peut ainsi envisager des dépôts au "défilé" sur des écrans de grandes dimensions, ou sur plusieurs écrans de plus petites dimensions juxtaposés.
Dans une deuxième variante de l'invention, on utilise des systèmes d'assistance de magnetron par une décharge micro-ondes afin de générer directement le plasma à basse pression (10'5 mb) sans adjonction de gaz.
Dans ce cas, les électrons du plasma sont piégés autour d'une antenne micro-onde à l'aide d'un champ magnétique et leur efficacité est augmentée par l'effet de résonance cyclotronique électronique. Cet effet de résonance est obtenu par exemple avec un champ magnétique de 875 10*4 T combiné à un champ électrique de fréquence 2,45 GHz.
Dans cette variante de l'invention une antenne 80 illustrée à la figure 4, ou plusieurs antennes 80 illustrées à la figure 5 sont introduites dans l'enceinte à vide 29 à proximité de la zone de dépôt, cette zone de dépôt se trouvant entre le magnetron 26 et le substrat 28.
Différentes structures d'antennes sont possibles dans cette variante.
Un dispositif de l'art connu, le brevet japonais JP-5 314 918, décrit une antenne cylindrique comportant quatre aimants régulièrement répartis autour d'un circuit de circulation d'un fluide de refroidissement. Les lignes de champ sont perpendiculaires à l'axe de l'antenne et on constate donc une dérive de courant de diffusion parallèlement à l'antenne.
La figure 6 représente un exemple d'une structure d'antenne. L'antenne a la forme d'un cylindre creux 3 de révolution, avec un axe de symétrie AA1, à l'intérieur duquel sont disposés des aimants 2-1 , 2-2, 2-3, ..., de forme également cylindrique. Chaque aimant est séparé de chacun de ses voisins par une distance de l'ordre de, par exemple, quelques millimètres. La séparation est assurée, par exemple, par une petite cale en un matériau amagnétique. Les pôles de ces aimants sont sur des faces planes perpendiculaires à l'axe du cylindre, et les aimants sont empilés de façon à ce que les pôles en regard de deux aimants immédiatement voisins (par exemple 2- 1 et 2-2) soient de même signe. Cette structure donne, ainsi qu'illustré sur la figure 6, une configuration de champs magnétiques en chevrons toriques qui entourent l'antenne, les lignes de champ 24 étant dans ou essentiellement dans des plans passant par l'axe de l'antenne. Le fait de mettre les aimants dans l'antenne a pour conséquence que celle-ci se trouve immédiatement dans la zone où l'intensité du champ magnétique est favorable à la résonance cyclotronique-électronique. D'autre part, le champ électrique Ë étant radial, cette zone de résonance est constituée d'anneaux 5 entourant l'antenne. Par conséquent, le volume de l'espace où a lieu la résonance est supérieur au volume obtenu avec les dispositifs selon l'art antérieur. En outre, les champs magnétiques B et électrique E sont essentiellement perpendiculaires entre eux et le transfert d'énergie est donc maximum dans ce volume.
De plus, les lignes de champ magnétique étant dans des plans passant par l'axe de l'antenne, le courant de dérive i du plasma est à chaque instant perpendiculaire à un tel plan, comme illustré sur la figure 6. Ce courant va donc décrire un cercle centré sur l'antenne, ce qui n'entraîne aucune inhomogénéité dans le plasma.
L'antenne de la figure 6 a la forme d'un cylindre de révolution et présente un axe de symétrie AA'. Mais l'antenne peut ne pas présenter une telle symétrie. Dans un cylindre de section quelconque, un empilement d'aimants respectant l'ordre des polarités indiqué ci-dessus peut être introduit, les aimants ayant une forme adaptée à la section du cylindre. Les lignes de champ magnétique sont alors contenues dans des plans parallèles aux génératrices du cylindre. Dans ce cas, comme dans le précédent, l'antenne se trouve donc encore dans la zone où l'intensité du champ magnétique est favorable à la résonance cyclotronique-électronique, la zone de résonance est encore constituée d'anneaux entourant l'antenne, et les champs B et È sont toujours essentiellement perpendiculaires entre eux.
L'antenne comporte également un système de raccordement à une alimentation électrique micro-onde. Ce système de raccordement peut être un passage coaxial, ainsi qu'illustré sur la figure 7, qui représente l'ensemble de l'antenne. De façon plus détaillée, la référence 6 désigne une paroi d'une enceinte séparant la zone de travail 8 (où les champs électrique et magnétique sont induits) de la zone extérieure 30. L'antenne comprend un tube extérieur 32 et un tube intérieur 34, dans lequel des aimants 36 sont empilés de la façon déjà décrite ci-dessus, deux cales 38 et 40 délimitant, de chaque côté, leur zone d'extension. Une pièce isolante 42 assure l'étanchéité entre l'intérieur 8 et l'extérieur 30 de l'enceinte. Les références 42 et 44 désignent respectivement un capot isolant et un capot conducteur relié à la masse. La prise coaxiale 46 assure la connexion à une alimentation électrique micro-onde. Les références 48 et 50 désignent des tubes isolants d'entrée et de sortie d'un circuit de refroidissement, qui permettent la circulation d'un fluide caloporteur (par exemple de l'eau).
Les figures 8a et 8b représentent deux variantes possibles du circuit de refroidissement. Sur la figure 8a le circuit de refroidissement est constitué d'une double enveloppe périphérique 52, 54. Le fluide se propage selon un trajet parallèle à l'axe du cylindre (ou, plus généralement, aux génératrices du cylindre), le long des aimants 56, et revient ensuite en sens inverse, toujours parallèlement à l'axe du cylindre (ou aux génératrices du cylindre). Dans la variante de la figure 8b, les aimants 56 ont été percés suivant l'axe du cylindre (ou, plus généralement, parallèlement aux génératrices du cylindre), ce qui permet l'introduction d'un tube cylindrique 58, par lequel est introduit le fluide caloporteur. Arrivé à l'extrémité supérieure de l'empilement des aimants, le fluide revient selon un trajet toujours parallèle à l'axe du cylindre (ou aux génératrices du cylindre), mais en longeant la partie périphérique 60 des aimants.
Selon une variante, les aimants peuvent être remplacés par des bobines, le matériau constituant le fil des bobines pouvant être supraconducteur. L'enroulement de chaque bobine est tel que, lorsque la bobine est activée, chacune de ses extrémités est en regard d'une extrémité de même polarité d'une bobine immédiatement voisine.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'antenne comporte deux branches 64, 66 reliées par une de leurs extrémités, et se présente par exemple sous forme d'une épingle comme illustré sur la figure 9. Dans chacune des branches, on trouve un empilement d'aimants cylindriques
68-1, 68-2, .., 70-1, 70-2, la polarité des aimants dans chaque branche de l'épingle étant orientée de façon décrite ci-dessus. De préférence, les aimants (par exemple 68-1, 70-1) se faisant face dans chacune des branches de l'épingle ont des polarités orientées dans le même sens. Une extrémité d'une branche est raccordée au générateur, l'extrémité de l'autre branche est à la masse.
Plus généralement, des branches de formes plus complexes peuvent être réalisées (en escalier, en "V", ... etc.), l'antenne comportant alors au moins deux portions cylindriques creusées, chacune contenant des moyens pour générer un champ magnétique au voisinage de l'antenne, les lignes du champ magnétique engendré au voisinage de chaque portion étant dans ou essentiellement dans des plans parallèles aux génératrices de ladite portion cylindrique.
Les variantes de l'invention permettent de conserver les avantages de pulvérisation cathodique magnetron, à savoir : - possibilité de traiter des substrats de grande dimension ;
- choix infini au niveau des matériaux.
Pour réaliser ces dépôts, il est possible d'utiliser des cibles de la composition souhaitée, par exemple une cible de Cr3C2, ou de réaliser les dépôts en mode réactif c'est-à-dire en partant d'une cible de Cr pur et en injectant dans le plasma froid sur hydrocarbure (par exemple en C2H2 - CH4) pendant la phase de dépôt.
Cette technique s'apparentant au P.V.D (Physical Vapor Déposition) et C.V.D. (Chemical Vapor Déposition) permet l'obtention de composés impossibles à réaliser d'une manière classique : il est ainsi possible d'élaborer des revêtements sursaturés en carbone non décrits par la thermodynamique classique.
Cette technique permet de régler, d'ajuster la stoechiométrie des composés, par exemple en MoCx, CrCx, TiCx, TaCx... en faisant soit des solutions sursaturées, soit des carbures intermédiaires, par exemple Mo2C, ou des carbures plus chargés en carbone, par exemple MoC. On peut également élaborer des revêtements contenant plus de carbone que les composés décrits dans la littérature. L'élaboration de nitrures, par exemple MoNx, TiNx, CrNx, TaNx ou de carbonitrures est possible en introduisant des mélanges de gaz réactifs dans le plasma (par exemple CxHy et N2). L'introduction de gaz oxydants (par exemple O2) est également possible : on peut ainsi élaborer des oxycarbures ou nitrures.
Les composés, selon les conditions d'élaboration : température de substrat, pression de gaz réactif, polarisation des substrats, peuvent être amorphes, monocristallins ou très bien cristallisés.
Cette technique permet notamment l'élaboration de carbone de type diamant en utilisant des cibles en graphite et en incorporant dans le plasma des composés type CxHy, H2... Ces revêtements peuvent de plus être dopés par du bore ou du phosphore en utilisant par exemple des gaz réactifs dans le plasma (par exemple diborane, phosphine, PH3).
On va, à présent, présenter plusieurs exemples de réalisation. Dépôt avec magnetron assisté par cathode creuse a) Dépôt de molybdène Dépôt au défilé
* Magnetron D.C
* Cible Mo (150 x 300)
* Puissance appliquée : 1 kW
* Intensité cathode creuse : 3A
* Gaz argon
* Pression 9.10-5 mbar
* Temps de dépôt : 15mn
* Température substrat : 300°C
* Surface équipée de micropointes 350 x 300
b) Dépôt de MoCx, en utilisant une cible Molybdène avec dopage réactif par CH4
Pour faire du MoCx, il suffit de remplacer l'argon par le mélange Ar + CH4 décrits ci-dessus.
POURCENTAGE DE CH4 DANS MATERIAU
L'ARGON
5 % MoCx
Solution solide de carbone dans le molybdène
10 % MO2C
Carbure
20 % - MoC
Carbure cristallin
30 % MoC + carbone libre c) Dépôt de carbone
Les dépôts de carbone impossibles à réaliser en evaporation sous vide peuvent être élaborés grâce au procédé de l'invention pour l'élaboration des micropointes.
Magnetron D.C Cible graphite 500 x 150 mm Puissance cible 4 KW Distance cible-substrat 10 cm Pression < 5.10-5 mbar
Substrat équipé de micropointes : 450 mm x 150 mm Temps de dépôt 1 H 30 mn
Comme indiqué dans l'exemple mais n'étant pas limité à la technique utilisée dans cet exemple, la réalisation de micropointes sur de grandes surfaces peut se faire au défilé. En effet, les variantes de l'invention peuvent être mise en oeuvre avec un substrat défilant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur de grandes surfaces utilisant une technique de pulvérisation cathodique, dans lequel on utilise des moyens (20 ; 31) permettant de rendre directif le flux de vapeur émis, caractérisé en ce que la pulvérisation cathodique est une pulvérisation cathodique de type magnetron et en ce qu'on utilise un système d'assistance au magnetron (31).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le système d'assistance au magnetron (31), permet d'envoyer des électrons à la surface des magnétrons de manière à permettre l'utilisation des magnétrons à pression plus basse et donc de rendre le flux de vapeur plus directif.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système d'assistance au magnetron comprend un système injecteur d'électrons.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système injecteur d'électrons est constitué de fils émetteurs d'électrons.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système injecteur d'électrons est une cathode creuse.
6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système d'assistance au magnetron comprend un système permettant de générer directement et d'entretenir un plasma à basse pression.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le plasma à basse pression est généré et entretenu par un système produisant une décharge micro-onde dans des conditions de résonance cyclotronique électronique.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la décharge micro-onde est produite par une ou plusieurs antennes micro-ondes.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise des cibles de composition souhaitée, où on réalise des dépôts en mode réactif.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réalisation de micropointes sur de grandes surfaces se fait au "défilé".
PCT/FR1995/000849 1994-06-27 1995-06-26 Procede d'elaboration de micropointes a composition controlee sur de grandes surfaces WO1996000450A1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE69502066T DE69502066T2 (de) 1994-09-06 1995-09-04 Zylinderantenne verwendbar zur Erzeugung eines Plasmas unter den Bedingungen von Elektronzyklotronresonanz
EP95402002A EP0701392B1 (fr) 1994-09-06 1995-09-04 Antenne cylindrique utilisable pour générer un plasma dans les conditions de résonance cyclotronique électronique
JP7228177A JPH097794A (ja) 1994-09-06 1995-09-05 電子サイクロトロン共鳴条件下でのプラズマ生成に使用可能な円筒形アンテナ
US08/812,670 US5818173A (en) 1994-09-06 1997-03-10 Cylindrical antenna having means for generating a magnetic field in a vicinity of the antenna

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR94/07871 1994-06-27
FR9407871A FR2721751B1 (fr) 1994-06-27 1994-06-27 Procédé d'élaboration de micropointes à composition contrôlée sur de grandes surfaces.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1996000450A1 true WO1996000450A1 (fr) 1996-01-04

Family

ID=9464686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR1995/000849 WO1996000450A1 (fr) 1994-06-27 1995-06-26 Procede d'elaboration de micropointes a composition controlee sur de grandes surfaces

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2721751B1 (fr)
WO (1) WO1996000450A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3812559A (en) * 1970-07-13 1974-05-28 Stanford Research Inst Methods of producing field ionizer and field emission cathode structures
WO1993005530A1 (fr) * 1991-09-02 1993-03-18 Era Patents Ltd. Production de pointes precises sur un substrat
EP0564028A1 (fr) * 1992-04-02 1993-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Procédé de fabrication d'une électrode en forme de pointe

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3812559A (en) * 1970-07-13 1974-05-28 Stanford Research Inst Methods of producing field ionizer and field emission cathode structures
WO1993005530A1 (fr) * 1991-09-02 1993-03-18 Era Patents Ltd. Production de pointes precises sur un substrat
EP0564028A1 (fr) * 1992-04-02 1993-10-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Procédé de fabrication d'une électrode en forme de pointe

Also Published As

Publication number Publication date
FR2721751A1 (fr) 1995-12-29
FR2721751B1 (fr) 1996-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5317006A (en) Cylindrical magnetron sputtering system
US6787010B2 (en) Non-thermionic sputter material transport device, methods of use, and materials produced thereby
US5779802A (en) Thin film deposition chamber with ECR-plasma source
US4842704A (en) Magnetron deposition of ceramic oxide-superconductor thin films
CA1242165A (fr) Methode et dispositif de plaquage en couche mince assisteau plasma
US7931787B2 (en) Electron-assisted deposition process and apparatus
US5178743A (en) Cylindrical magnetron sputtering system
US4960753A (en) Magnetron deposition of ceramic oxide-superconductor thin films
EP0221812B1 (fr) Appareil et son procédé d&#39;utilisation pour la formation de films minces assistée par plasma
FR2772185A1 (fr) Cathode de pulverisation cathodique ou d&#39;evaporation par arc et appareil la comportant
EP0200651A1 (fr) Source d&#39;ions du type triode à une seule chambre d&#39;ionisation à excitation haute fréquence et à confinement magnétique du type multipolaire
USH566H (en) Apparatus and process for deposition of hard carbon films
JPS6050167A (ja) プラズマ付着装置
EP0685143B1 (fr) Source micro-onde lineaire pour le traitement de surfaces par plasma
US6388366B1 (en) Carbon nitride cold cathode
FR2600269A1 (fr) Procede et agencement pour pulveriser une matiere par decharge a haute frequence
EP0701392B1 (fr) Antenne cylindrique utilisable pour générer un plasma dans les conditions de résonance cyclotronique électronique
Murayama et al. Structure of a silicon carbide film synthesized by rf reactive ion plating
WO1996000450A1 (fr) Procede d&#39;elaboration de micropointes a composition controlee sur de grandes surfaces
EP1068629B1 (fr) Canon a electrons de type &#34;torche a electrons&#34;
Aufderheide Sputtered thin film coatings
Nisha et al. Overall aspect for designing magnetron sputtering plasma sources and their applications in the deposition of ITO films
FR2689143A1 (fr) Dispositif de pulvérisation cathodique utilisant un plasma engendré par des micro-ondes.
WO2022129799A1 (fr) Dispositif pour le depot de films minces assisté par plasma micro-onde
WO2023232640A1 (fr) Dispositif a faisceau d&#39;electrons pour le traitement d&#39;une surface

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase