WO2005024892A2 - Dispositif de revêtement, et procede associe - Google Patents

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WO2005024892A2
WO2005024892A2 PCT/FR2004/002220 FR2004002220W WO2005024892A2 WO 2005024892 A2 WO2005024892 A2 WO 2005024892A2 FR 2004002220 W FR2004002220 W FR 2004002220W WO 2005024892 A2 WO2005024892 A2 WO 2005024892A2
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plasma
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cathode
anode
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Inventor
Peter Choi
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Ecole Polytechnique
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    • 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
    • H01J37/32055Arc discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation

Definitions

  • the present invention relates to devices and methods for coating a support implementing the attack of a target by an electric arc in a plasma.
  • Devices and methods of this type are already known. It is thus known as shown in Figure 1 to constitute a coating device 10 comprising a sealed enclosure 100 and associated means. Enclosure 100 contains a low electron density plasma
  • This enclosure also contains a support S which it is desired to coat, and which is placed opposite an assembly formed by an anode 101 and a cathode 102.
  • the anode and the cathode are here represented in section. In this representation, the anode is shown in an annular shape, and the cathode has the shape of a disc placed opposite the center of the ring. The anode and the cathode are thus separated by a space, filled with a plasma.
  • the anode and the cathode are connected by an electrical supply circuit 110, the voltage source V of which is controlled by a pulse source 120.
  • the source 120 thus generates pulses which activate the voltage source V, which translated by the establishment of a pulse current between the anode and the cathode.
  • the low impedance of the plasma allows the generation, from current pulses, of electric arcs connecting these two elements.
  • An arc A is thus shown schematically in the figure.
  • the arcs thus generated are generally rotated about the axis of symmetry X of the anode and the cathode (the axes of symmetry of these two elements being combined in the configuration described here).
  • One of the consequences of this rotation of the arcs is that their points of attack on the anode and the cathode move, according to a substantially circular trajectory.
  • FIG. 2 represents in more detail the end of such an arc A which impacts the cathode 102. It can be seen in this schematic figure that the section of the arc does not have a constant dimension. On the contrary, this section decreases in the vicinity of the cathode, so that the dimension of the point of impact of the arc on the cathode (we commonly speak of “spot” for this point of impact) is significantly less than the dimension D (typically diameter) of the arc at a distance from this cathode.
  • the particles which come to coat the support have very dispersed sizes which does not allow a very homogeneous coating to be produced
  • the object of the invention is to remedy the limitations and drawbacks set out above.
  • the invention proposes according to a first aspect a device for coating a support S implementing the attack of a target by an electric arc A in a plasma:
  • the device comprising an enclosure 200 containing an anode 201 and a cathode 202 constituting the target, the anode and the cathode being separated by a space,
  • the anode and the cathode being located in a plasma contained in the enclosure
  • the anode and the cathode being connected by a circuit 210 of electrical supply controlled by a source 220 of control signals, characterized in that the device also comprises:
  • a sensor means 230 able to collect and characterize at least one parameter representative of the state of the plasma
  • Means 231 for processing connected to said sensor means and capable of deducing from the said parameter or parameters representative of the state of the plasma the existence of an arc as well as a state parameter of the arc,
  • Said arc state parameter is a fusion parameter
  • the sensor means is a visible radiation sensor
  • the device comprises a memory in which instructions are stored making it possible to manage the operation of the processing means and of the control means, • said instructions make it possible to control the source of control signals via the control means as a function of a range of desired sizes of the impacts of the arc on the target.
  • the invention proposes according to a second aspect a method of coating a support implementing the attack of a target by an electric arc in a plasma, the method comprising the sending of control signals from the establishment of a current between an anode and a cathode constituting the target, so as to generate an electric arc in a plasma located between the anode and the cathode, characterized in that the method also comprises:
  • the method also comprises the determination of the existence of an arc, as well as a state parameter of the arc, said state parameter is a fusion parameter,
  • Said selective command takes into account at least one record representative of parameter threshold values making it possible to characterize the arc, said threshold values defining values from which a control pulse must be triggered to create a new electric arc,
  • Said selective command takes into account several records, and the method includes the selection of one of said records, • said selection is made according to the desired sizes of the impacts of the arc on the target.
  • an electrical supply circuit 210 the power source of which is controlled by a generator pulse 220.
  • the supply circuit 210 is represented in the form of a current source 211 mounted in parallel with a resistor R '.
  • the pulse generator 220 is thus connected to the current source 211, in order to transmit a control pulse to it and selectively trigger a current pulse.
  • the particular representation of the circuit and supply which is given in FIG. 3 is equivalent to a representation similar to that of the circuit 210, in which the resistance R would have a very large value. It is specified in fact that the supply circuits of the prior art, of the type of circuit 110, are conventionally associated with the following values:
  • the voltage source has a value of the order of a few tens of Volts (for example around 30 Volts)
  • the resistance R has a value of the order of a fraction of Ohm (for example of the order of 0.2 Ohm)
  • the device 20 also includes a regulation loop 23 making it possible to control the operation of the supply circuit 210. This aspect is specific to the 'invention.
  • This regulation loop 23 includes:
  • a sensor means 230 able to collect and characterize at least one parameter representative of the state of the plasma
  • Processing means 231 connected to said sensor means and able to deduce from the said parameter or parameters representative of the state of the plasma the existence of an arc, as well as a state parameter of the arc, • means 232 for controlling the pulse generator 220, connected to said processing means 231 and suitable for controlling the triggering of a control pulse for the supply circuit 210.
  • the sensor means 230 is preferably a visible radiation sensor , able to observe the region of the enclosure 200 corresponding to the region of formation of electric arcs A. The radiation is the radiation emitted by the plasma. The purpose of this sensor means is to monitor the evolution of the state of this region of the enclosure.
  • the arc attacks the cathode 202 in order to tear out by fusion particles which will be sprayed on a support S placed in the enclosure.
  • This fusion, and the spraying associated with it corresponds to a specific state which can be observed and characterized.
  • this phenomenon is associated with a modification of the radiation of light associated with the arc.
  • the sensor 230 will preferably be a sensor capable of observing, in the region of the enclosure where the electric arcs A are formed, visible light radiation.
  • the plasma state parameter thus typically corresponds to this radiation, observed in this specific region.
  • This state parameter can be compared to a fusion parameter because it is associated with the fusion activity generated by an electric arc inside the plasma, on the surface of the cathode.
  • the invention exploits plasma observation data which directly translate the state of this plasma - these observations directly reflecting a particular state of the plasma (in this case a state of the arc in this plasma).
  • the approach proposed by the invention thus differs from certain teachings of the state of the art - in particular from those of documents US 6,338,779 and US 2002/046941. Indeed, if these documents both mention an exploitation of a certain observation of a region of an enclosure containing a plasma, these observations are of a totally different nature from that exploited in the context of the invention:
  • the processing means 231 comprise elements allowing a spectral decomposition of the light received by the sensor 230. It is specified that the operation of the regulation loop which is described here must be done in real time, with an extremely reduced response time ( on the order of a microsecond, or even preferably a nanosecond). It is therefore an operation in “ultra-real” time.
  • these light decomposition means in the form of a series of silicon diodes associated with filters of different colors.
  • a set of diodes associated with filters each allowing only one line of determined wavelength to pass, makes it possible to develop in real time a spectral decomposition of the light acquired by the sensor 230, according to these different lines.
  • the set of diodes thus provides a spectrum having an energy level for each of these lines.
  • the aligned diodes thus each receive part of the light coming from the sensor 230, a specific color filter being interposed between each respective diode and this arrival of light.
  • the processing means 231 also comprise a processing circuit able to receive the energy levels from the set of diodes, these energy levels corresponding to a spectral decomposition of the light acquired by the sensor 230 according to predetermined lines.
  • This processing circuit comprises means for comparing the spectrum received with reference spectra, which are stored in a memory of the processing means 231. These comparison means perform in real time a comparison of the spectrum from the set of diodes, with reference spectra which correspond respectively:
  • these reference spectra which are stored preferably comprise several spectra corresponding to the presence of an arc, each of these spectra corresponding more precisely to an arc associated with a "spot" having a particular size.
  • These reference spectra corresponding to different types of arc thus cover spots covering a range of given size, this range being able for example to go from 0.1 micron to 10 microns, or from 0.1 micron to 1 micron.
  • this size range is not limiting.
  • the processing means 231 make it possible to deduce from the information received from the sensor 230:
  • This characterization preferably corresponds to the size of the spot associated with the end of the arc on the cathode, this information being deduced from the comparison of the spectrum observed with the reference spectra.
  • the characterization of the arc is obtained by associating with the arc observed by the sensor 230 the spot size associated with the stored reference spectrum which is closest to the observed spectrum, originating from the processing means 231. It is also possible to '' associate a spot size by interpolation, in the case where the spectrum from the processing means 231 corresponds to intermediate values between two stored reference spectra.
  • the regulation loop 23 also comprises the control means 232 which are connected to the processing means 231 and which receive from these processing means the information according to which an arc has been detected or not, and in the case where an arc has been detected, the characterization of this arc (typically in terms of spot size).
  • This transmission from the processing means 231 to the control means 232 takes place in real time, like all of the operation of the regulation loop 23 and of the entire device 20.
  • the means control 232 are capable of selectively controlling the pulse generator 220 to trigger a control pulse of the electrical supply circuit 210.
  • the control means 232 are also associated with a memory in which are stored instructions making it possible to selectively send a pulse trigger command to the pulse generator 220.
  • This memory includes at least one record representative of threshold values of the parameters making it possible to characterize the arc, threshold values from which a command pulse of the supply circuit 210 must be triggered to create a new electric arc.
  • This memory can also include several of these records, selection means then also being provided for selecting one of the records. In this case, the different records correspond to different threshold values. It is thus possible to adapt the operation of the device by allowing an operator to select a threshold value (by a interface such as a keyboard), in particular according to the spot sizes that are desired for the arcs.
  • the device makes it possible to selectively control the triggering of a control pulse intended for the supply circuit, in order to obtain precise control of the generation of electric arcs between the anode and the cathode.
  • This selective command uses information from the control loop. Its operation can be adapted according to the characteristics desired for the electric arcs.
  • the device according to the invention thus makes it possible to finely control the characteristics of the electric arcs produced between the anode and the cathode.
  • a consequence resulting from the implementation of the invention is that the coatings obtained are of better quality, and that the yields are not reduced.

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Abstract

L'invention propose un dispositif de revêtement d'un support mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique A dans un plasma, comprenant une enceinte contenant une anode et une cathode constituant la cible, l'anode et la cathode séparées par un espace et dans un plasma contenu dans l'enceinte étant reliées par un circuit d'alimentation électrique commandé par une source de signaux de commande, caractérisé en ce que le dispositif comprend également: un moyen capteur apte à recueillir et caractériser au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma, des moyens de traitement reliés audit moyen capteur et aptes à déduire du ou desdits paramètres représentatifs de l'état du plasma l'existence d'un arc ainsi qu'un paramètre d'état de l'arc, des moyens de contrôle de la source de signaux de commande reliés auxdits moyens de traitement et aptes à commander le déclenchement d'un signal de commande du circuit d'alimentation électrique. L'invention propose également un procédé associé.

Description

Dispositif de revêtement, et procédé associé
La présente invention concerne les dispositifs et procédés de revêtement d'un support mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique dans un plasma. On connaît déjà des dispositifs et procédés de ce type. Il est ainsi connu comme représenté sur la figure 1 de constituer un dispositif de revêtement 10 comprenant une enceinte étanche 100 et des moyens annexes. L'enceinte 100 contient un plasma de faible densité d'électrons
(typiquement inférieure à 1014 / cm3). Cette enceinte contient également un support S que l'on désire revêtir, et qui est placé en regard d'un ensemble formé d'une anode 101 et d'une cathode 102. L'anode et la cathode sont ici représentées en section. Sur cette représentation, l'anode est représentée de forme annulaire, et la cathode a la forme d'un disque placé en regard du centre de l'anneau. L'anode et la cathode sont ainsi séparées par un espace, rempli d'un plasma. L'anode et la cathode sont reliées par un circuit d'alimentation électrique 110 dont la source de tension V est commandée par une source d'impulsions 120. La source 120 génère ainsi des impulsions qui activent la source de tension V, ce qui se traduit par l'établissement d'un courant impulsionnel entre l'anode et la cathode. La faible impédance du plasma permet la génération, à partir des impulsions de courant, d'arcs électriques reliant ces deux éléments. Un arc A est ainsi représenté schématiquement sur la figure. Les arcs ainsi générés sont généralement mis en rotation autour de l'axe de symétrie X de l'anode et de la cathode (les axes de symétrie de ces deux éléments étant confondus dans la configuration exposée ici). Une des conséquences de cette rotation des arcs est que leurs points d'attaque sur l'anode et la cathode se déplacent, selon une trajectoire sensiblement circulaire. Par ailleurs, les arcs ainsi générés ne sont pas permanents - ils ont au contraire une durée de vie extrêmement courte - inférieur à la durée séparant deux impulsions successives de la source 120 ; cette durée est typiquement inférieure à environ 1 microseconde. La figure 2 représente plus en détail l'extrémité d'un tel arc A qui impacte la cathode 102. On observe sur cette figure schématique que la section de l'arc n'a pas une dimension constante. Au contraire, cette section diminue au voisinage de la cathode, de sorte que la dimension du point d'impact de l'arc sur la cathode (on parle couramment de « spot » pour ce point d'impact) est sensiblement inférieure à la dimension D (typiquement diamètre) de l'arc à distance de cette cathode. Ce resserrement est dû à l'influence magnétique des lignes de champ électriques de l'arc, qui génèrent un champ dont la force électromotrice induite tend à resserrer ces mêmes lignes. L'intensité I du courant passant dans l'arc étant constante, ce resserrement se traduit par une augmentation de la densité de courant J = l/(surface de la section de l'arc). C'est ainsi une densité de courant forte (et donc une énergie forte) qui est associée au spot qui impacte la cathode. Ceci se traduit par une fusion localisée de la surface de la cathode, au niveau du spot (le phénomène ayant comme on l'a dit une durée de vie très limitée, qui ne permet pas à l'énergie de l'extrémité de l'arc de se dissiper autour du spot). Lors de cette fusion, des particules du matériau de la cathode sont ainsi arrachées, et sont projetées dans l'enceinte 100. La cathode équivaut ainsi à une « cible » qui est attaquée par l'arc au niveau du spot. Et dans ce texte les termes « cathode » et « cible » sont ainsi compris comme équivalents. Ce type de dispositif et de procédé permettent ainsi de réaliser le revêtement d'un support. Cependant, ils sont associés à des limitations. On observe en effet que la taille d des spots - qui détermine la taille des particules de revêtement - varie dans une large gamme allant d'environ 0.1 micron à environ 100 microns. Ceci se traduit par deux inconvénients :
• Premièrement, les particules qui viennent revêtir le support ont des tailles très dispersées ce qui ne permet pas de réaliser un revêtement très homogène,
• Deuxièmement, il est généralement souhaité d'effectuer le revêtement avec des particules de tailles le plus réduites possibles, car ceci garantit une meilleure qualité de revêtement. On aimerait donc s'affranchir des particules de taille importante (typiquement supérieure à 10 microns). On précise qu'il existe certes des solutions pour s'affranchir de la présence des particules les plus grosses. Il est ainsi connu d'ajouter un dispositif de filtre magnétique, en établissant à proximité de la cathode un champ magnétique dont les lignes de champ captent les particules ionisées les plus petites pour les diriger vers le support à revêtir (qui est alors disposé de manière spécifique pour recevoir ces particules), alors que les particules les plus grosses ne sont pas suffisamment déviées pour être dirigées vers ce support. Mais une telle solution présente des inconvénients. En effet, elle nécessite l'adjonction au dispositif de moyens supplémentaires, qui tendent à complexifier le dispositif et son fonctionnement. En outre, les particules les plus grosses sont alors « perdues », ce qui diminue le rendement du procédé de revêtement. Le but de l'invention est de remédier aux limitations et inconvénients exposés ci-dessus. Afin d'atteindre ce but, l'invention propose selon un premier aspect un dispositif de revêtement d'un support S mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique A dans un plasma :
• le dispositif comprenant une enceinte 200 contenant une anode 201 et une cathode 202 constituant la cible, l'anode et la cathode étant séparées par un espace,
• l'anode et la cathode étant situées dans un plasma contenu dans l'enceinte,
• l'anode et la cathode étant reliées par un circuit 210 d'alimentation électrique commandé par une source 220 de signaux de commande, caractérisé en ce que le dispositif comprend également :
• un moyen capteur 230 apte à recueillir et caractériser au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma,
• des moyens 231 de traitement reliés audit moyen capteur et aptes à déduire du ou desdits paramètres représentatifs de l'état du plasma l'existence d'un arc ainsi qu'un paramètre d'état de l'arc,
• des moyens 232 de contrôle de la source de signaux de commande reliés auxdits moyens de traitement et aptes à commander le déclenchement d'un signal de commande du circuit d'alimentation électrique. Des aspects préférés, mais non limitatifs d'un tel dispositif selon l'invention sont les suivants :
• ledit paramètre d'état de l'arc est un paramètre de fusion,
• le moyen capteur est un capteur de rayonnement visible,
• le dispositif comprend une mémoire dans laquelle sont mémorisées des instructions permettant de gérer le fonctionnement des moyens de traitement et des moyens de contrôle, • lesdites instructions permettent de commander la source de signaux de commande par l'intermédiaire des moyens de contrôle en fonction d'une gamme de tailles désirées des impacts de l'arc sur la cible. L'invention propose selon un deuxième aspect un procédé de revêtement d'un support mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique dans un plasma, le procédé comprenant l'envoi de signaux de commande de l'établissement d'un courant entre une anode et une cathode constituant la cible, de manière à générer un arc électrique dans un plasma situé entre l'anode et la cathode, caractérisé en ce que le procédé comprend également :
• l'acquisition d'au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma,
• et la commande sélective desdits signaux de commande en fonction du ou desdits paramètres. Des aspects préférés, mais non limitatifs d'un tel procédé selon l'invention sont les suivants :
• le procédé comprend également la détermination de l'existence d'un arc, ainsi que d'un paramètre d'état de l'arc, • ledit paramètre d'état est un paramètre de fusion,
• le paramètre représentatif de l'état du plasma est un rayonnement de lumière visible,
• ladite commande sélective prend en compte au moins un enregistrement représentatif de valeurs de seuil de paramètre permettant de caractériser l'arc, lesdites valeurs de seuil définissant des valeurs à partir desquelles une impulsion de commande doit être déclenchée pour créer un nouvel arc électrique,
• ladite commande sélective prend en compte plusieurs enregistrements, et le procédé inclut la sélection d'un desdits enregistrements, • ladite sélection est effectuée en fonction des tailles désirées des impacts de l'arc sur la cible. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation de l'invention, faite en référence aux dessins annexés qui, outre les figures 1 et 2 qui ont déjà été commentées en référence à l'état de la technique, comprennent la figure qui est une représentation schématique d'un dispositif 20 selon l'invention. Ce dispositif comprend, comme le dispositif 10 de l'état de la technique :
• une enceinte étanche contenant un plasma de faible densité (enceinte 200),
• une anode 201 et une cathode 202, ayant la même forme et la même disposition que les éléments 101 et 102 de la figure 1 , « un circuit électrique d'alimentation 210, dont la source d'alimentation est commandée par un générateur d'impulsion 220. On remarquera que le circuit d'alimentation 210 est représenté sous la forme d'une source de courant 211 monté en parallèle d'une résistance R'. Le générateur d'impulsion 220 est ainsi relié à la source de courant 211 , pour lui transmettre une impulsion de commande et sélectivement déclencher une impulsion de courant. La représentation particulière du circuit et d'alimentation qui est donnée sur la figure 3 équivaut à une représentation similaire à celle du circuit 210, dans laquelle la résistance R aurait une valeur très importante. On précise en effet que les circuits d'alimentation de l'état de la technique, du type du circuit 110, sont classiquement associés aux valeurs suivantes :
• source de tension de l'ordre de 20V, • résistance R de l'ordre de 0,1 Ohm. Ce type de circuit d'alimentation nécessite que le plasma de l'enceinte ait une très faible impédance (typiquement inférieure à 0,1 Ohm). Dans le cas de l'invention, il est possible de mettre en œuvre un circuit d'alimentation ayant la même configuration. Mais la valeur de la résistance associée à la source de tension doit être très grande devant la résistance électrique associée aux arcs générés. On choisit donc dans le cas de l'invention de mettre en œuvre :
• soit un circuit équivalent au circuit 110 de la figure 1 , dans lequel la source de tension a une valeur de l'ordre de quelques dizaines de Volts (par exemple environ 30 Volts), et la résistance R a une valeur de l'ordre d'une fraction d'Ohm (par exemple de l'ordre de 0,2 Ohm),
• soit un circuit d'alimentation du type du circuit 210 représenté sur la figure 3, dans laquelle la source de courant 211 génère une intensité de l'ordre de quelques dizaines d'Ampères, et la résistance R' a une valeur typiquement supérieure à 1 kOhm. Dans tous les cas, on génère ainsi un arc de haute énergie dans le plasma, entre l'anode et la cathode. Ces arcs ont une durée de vie limitée, conditionnée par la durée des impulsions de commande issues du générateur 220. Le dispositif 20 comprend également une boucle de régulation 23 permettant de commander le fonctionnement du circuit d'alimentation 210. Cet aspect est spécifique à l'invention. Cette boucle de régulation 23 comprend :
• un moyen capteur 230 apte à recueillir et caractériser au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma,
• des moyens de traitement 231 reliés audit moyen capteur et aptes à déduire du ou desdits paramètres représentatifs de l'état du plasma l'existence d'un arc, ainsi qu'un paramètre d'état de l'arc, • des moyens 232 de commande du générateur d'impulsion 220, reliés auxdits moyens de traitement 231 et aptes à commander le déclenchement d'une impulsion de commande du circuit d'alimentation 210. Le moyen capteur 230 est de préférence un capteur de rayonnement visible, apte à observer la région de l'enceinte 200 correspondant à la région de formation des arcs électriques A. Le rayonnement est le rayonnement émis par le plasma. Le but de ce moyen capteur est de permettre de suivre l'évolution de l'état de cette région de l'enceinte. Plus précisément, lors de la formation d'un arc électrique A entre l'anode et la cathode du dispositif, on a vu que l'arc attaquait la cathode 202 pour en arracher par fusion des particules qui seront pulvérisées sur un support S placé dans l'enceinte. Cette fusion, et la pulvérisation qui lui est associée, correspondent à un état spécifique qui peut être observé et caractérisé. En particulier, ce phénomène est associé à une modification de la radiation de lumière associée à l'arc. Plus précisément encore, le capteur 230 sera de préférence un capteur apte à observer, dans la région de l'enceinte où se forment les arcs électriques A, un rayonnement de lumière visible. Le paramètre d'état du plasma correspond ainsi typiquement à ce rayonnement, observé dans cette région spécifique. Ce paramètre d'état est assimilable à un paramètre de fusion, car il est associé à l'activité de fusion que génère un arc électrique à l'intérieur du plasma, sur la surface de la cathode. On remarquera que l'invention exploite des données d'observation du plasma qui traduisent directement l'état de ce plasma - ces observations reflétant directement un état particulier du plasma (en l'occurrence un état de l'arc dans ce plasma). L'approche proposée par l'invention se démarque ainsi de certains enseignements de l'état de la technique - notamment de ceux des documents US 6 338 779 et US 2002/046941. En effet, si ces documents mentionnent tous deux une exploitation d'une certaine observation d'une région d'une enceinte contenant un plasma, ces observations sont de nature totalement différente de celle exploitée dans le cadre de l'invention :
• dans le cas du document US 6 338 779, la possibilité d'exploiter une observation d'un faisceau de génération de plasma pour estimer une épaisseur ou un taux de dépôt sur un substrat exposé au plasma est mentionnée. > Mais ce document ne suggère aucunement d'exploiter une observation du plasma pour caractériser un arc du plasma. > L'observation du plasma n'est ainsi dans le cas de ce document US 6 338 779 pas faite dans la région de l'enceinte où se forment des arcs électriques. > On remarquera en outre que dans le cas de ce document l'observation du plasma est exploitée de manière indirecte, pour estimer un paramètre de revêtement de substrat, et non directement pour commander le déclenchement d'un signal de commande pour générer un arc dans le plasma, comme cela est le cas dans le cadre de l'invention.
• le document US 2002/046941 évoque également la possibilité d'exploiter une forme d'observation du plasma. > Mais dans ce cas encore, les commentaires exposés ci-dessus à propos du document US 6 338 779 sont applicables (avec le changement que l'observation du plasma est ici exploitée pour estimer la taille de particules dans le plasma, et non pour estimer un paramètre de revêtement de substrat). Les moyens de traitement 231 comprennent des éléments permettant une décomposition spectrale de la lumière reçue par le capteur 230. On précise que le fonctionnement de la boucle de régulation qui est ici décrite doit se faire en temps réel, avec un temps de réponse extrêmement réduit (de l'ordre de la microseconde, ou même de préférence de la nanoseconde). Il s'agit donc d'un fonctionnement en temps « ultra-réel ». A cet égard, on choisira de préférence de réaliser ces moyens de décomposition de la lumière sous la forme d'une série de diodes silicium associées à des filtres de différentes couleurs. Un tel ensemble de diodes, associé à des filtres ne laissant chacun passer qu'une raie de longueur d'ondes déterminée, permet d'élaborer en temps réel une décomposition spectrale de la lumière acquise par le capteur 230, selon ces différentes raies. L'ensemble de diodes fournit ainsi un spectre présentant un niveau d'énergie pour chacune de ces raies. Les diodes alignées reçoivent ainsi chacune une partie de la lumière provenant du capteur 230, un filtre de couleur spécifique étant interposé entre chaque diode respective et cette arrivée de lumière. L'emploi d'un spectromètre est difficilement envisageable pour réaliser cette décomposition de la lumière, car les spectromètres connus présentent des temps de réaction qui sont incompatibles avec les valeurs extrêmement faibles évoquées ci-dessus. Les moyens de traitement 231 comprennent également un circuit de traitement apte à recevoir les niveaux d'énergie issus de l'ensemble de diodes, ces niveaux d'énergie correspondant à une décomposition spectrale de la lumière acquise par le capteur 230 selon des raies prédéterminées. Ce circuit de traitement comprend des moyens de comparaison du spectre reçu avec des spectres de référence, qui sont mémorisés dans une mémoire des moyens de traitement 231. Ces moyens de comparaison effectuent en temps réel une comparaison du spectre issu de l'ensemble de diodes, avec des spectres de référence qui correspondent respectivement :
• à des conditions dans lesquelles aucun arc électrique n'est présent, et
• à des conditions dans lesquelles un arc électrique A est présent. On précise que ces spectres de référence qui sont mémorisés comprennent de préférence plusieurs spectres correspondant à la présence d'un arc, chacun de ces spectres correspondant plus précisément à un arc associé à un « spot » ayant une taille particulière. Ces spectres de référence correspondant à différents types d'arc couvrent ainsi des spots couvrant une gamme de taille donnée, cette gamme pouvant par exemple aller de 0.1 micron à 10 microns, ou de 0.1 micron à 1 micron. On précise toutefois que cette gamme de taille n'est pas limitative. En tout état de cause, les moyens de traitement 231 permettent de déduire des informations reçues du capteur 230 :
• l'existence d'un arc,
• et, si un arc est détecté, une caractérisation de cet arc. Cette caractérisation correspond de préférence à la taille du spot associé à l'extrémité de l'arc sur la cathode, cette information étant déduite de la comparaison du spectre observé avec les spectres de référence. La caractérisation de l'arc est obtenu en associant à l'arc observé par le capteur 230 la taille de spot associé au spectre de référence mémorisé qui est le plus proche du spectre observé, issu des moyens de traitement 231. II est également possible d'associer une taille de spot par interpolation, dans le cas où le spectre issu des moyens de traitement 231 correspond à des valeurs intermédiaires entre deux spectres de référence mémorisés. La boucle de régulation 23 comprend également les moyens de commande 232 qui sont reliés aux moyens de traitement 231 et qui reçoivent de ces moyens de traitement l'information selon laquelle un arc a été ou non détecté, et dans le cas où un arc a été détecté, la caractérisation de cet arc (typiquement en termes de taille de spot). Cette transmission des moyens de traitement 231 aux moyens de commande 232 se fait en temps réel, comme tout le fonctionnement de la boucle de régulation 23 et de l'ensemble du dispositif 20. En fonction des informations reçues des moyens de traitement 231 , les moyens de commande 232 sont aptes à commander sélectivement le générateur d'impulsion 220 pour déclencher une impulsion de commande du circuit d'alimentation électrique 210. Les moyens de commande 232 sont également associés à une mémoire dans laquelle sont mémorisées des instructions permettant de sélectivement envoyer une commande de déclenchement d'impulsion à destination du générateur d'impulsion 220. Cette mémoire comprend au moins un enregistrement représentatif de valeurs de seuil des paramètres permettant de caractériser l'arc, valeurs seuil à partir desquelles une impulsion de commande du circuit d'alimentation 210 doit être déclenchée pour créer un nouvel arc électrique. Cette mémoire peut également comprendre plusieurs de ces enregistrements, des moyens de sélection étant alors également prévus pour sélectionner un des enregistrements. Dans ce cas, les différents enregistrements correspondent à différentes valeurs seuil. On peut ainsi adapter le fonctionnement du dispositif en permettant à un opérateur de sélectionner une valeur seuil (par une interface telle qu'un clavier), en particulier en fonction des tailles de spot que l'on désire pour les arcs. En tout état de cause, on comprend que le dispositif permet de commander sélectivement le déclenchement d'impulsion de commande à destination du circuit d'alimentation, pour obtenir un contrôle précis de la génération des arcs électriques entre l'anode et la cathode. Cette commande sélective utilise les informations provenant de la boucle de régulation. Son fonctionnement peut être adapté en fonction des caractéristiques désirées pour les arcs électriques. Le dispositif selon l'invention permet ainsi de contrôler finement les caractéristiques des arcs électriques produits entre l'anode et la cathode. Il en résulte que l'on peut s'affranchir des inconvénients mentionnés en introduction de ce texte à propos des dispositifs de l'état de la technique. En particulier, une conséquence résultant de la mise en œuvre de l'invention est que les revêtements obtenus sont de meilleure qualité, et que les rendements ne sont pas diminués. On précise qu'il est possible de mettre en œuvre l'invention pour effectuer un revêtement résultant uniquement de l'attaque d'une cathode par des arcs électriques. Il est également possible de mettre en œuvre cette invention pour effectuer des phases de dépôt dans un procédé de revêtement alternant avec de telles phases de dépôts des phases de « trempage » par exposition à une pulsation ultra-brève de très haute énergie (par exemple faisceau ionique).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (20) de revêtement d'un support (S) mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique (A) dans un plasma, • le dispositif comprenant une enceinte (200) contenant une anode (201) et une cathode (202) constituant la cible, l'anode et la cathode étant séparées par un espace, • l'anode et la cathode étant situées dans un plasma contenu dans l'enceinte, • l'anode et la cathode étant reliées par un circuit (210) d'alimentation électrique commandé par une source (220) de signaux de commande, caractérisé en ce que le dispositif comprend également : • un moyen capteur (25) apte à recueillir et caractériser au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma, • des moyens (26) de traitement reliés audit moyen capteur et aptes à déduire du ou desdits paramètres représentatifs de l'état du plasma l'existence d'un arc ainsi qu'un paramètre d'état de l'arc, • des moyens (27) de contrôle de la source de signaux de commande reliés auxdits moyens de traitement et aptes à commander le déclenchement d'un signal de commande du circuit d'alimentation électrique.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit paramètre d'état de l'arc est un paramètre de fusion.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen capteur est un capteur de rayonnement visible.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comprend une mémoire dans laquelle sont mémorisées des instructions permettant de gérer le fonctionnement des moyens de traitement et des moyens de contrôle.
5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites instructions permettent de commander la source de signaux de commande par l'intermédiaire des moyens de contrôle en fonction d'une gamme de tailles désirées des impacts de l'arc sur la cible.
6. Procédé de revêtement d'un support mettant en œuvre l'attaque d'une cible par un arc électrique dans un plasma, le procédé comprenant l'envoi de signaux de commande de l'établissement d'un courant entre une anode et une cathode constituant la cible, de manière à générer un arc électrique dans un plasma situé entre l'anode et la cathode, caractérisé en ce que le procédé comprend également : • l'acquisition d'au moins un paramètre représentatif de l'état du plasma, • et la commande sélective desdits signaux de commande en fonction du ou desdits paramètres.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le procédé comprend également la détermination de l'existence d'un arc, ainsi que d'un paramètre d'état de l'arc.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit paramètre d'état est un paramètre de fusion.
9. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre représentatif de l'état du plasma est un rayonnement de lumière visible.
10. Procédé selon l'une des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite commande sélective prend en compte au moins un enregistrement représentatif de valeurs de seuil de paramètre permettant de caractériser l'arc, lesdites valeurs de seuil définissant des valeurs à partir desquelles une impulsion de commande doit être déclenchée pour créer un nouvel arc électrique.
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite commande sélective prend en compte plusieurs enregistrements, et le procédé inclut la sélection d'un desdits enregistrements.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite sélection est effectuée en fonction des tailles désirées des impacts de l'arc sur la cible.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5514229A (en) * 1993-11-24 1996-05-07 Ramot-University Authority For Applied Research And Industrial Development Ltd., Tel Aviv University Method of producing transparent and other electrically conductive materials
US6338779B1 (en) * 1997-10-24 2002-01-15 Filplas Vacuum Technology Pte Ltd Arc monitoring
US20020046941A1 (en) * 2000-09-26 2002-04-25 Shirou Takigawa Arc evaporator, method for driving arc evaporator, and ion plating apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5514229A (en) * 1993-11-24 1996-05-07 Ramot-University Authority For Applied Research And Industrial Development Ltd., Tel Aviv University Method of producing transparent and other electrically conductive materials
US6338779B1 (en) * 1997-10-24 2002-01-15 Filplas Vacuum Technology Pte Ltd Arc monitoring
US20020046941A1 (en) * 2000-09-26 2002-04-25 Shirou Takigawa Arc evaporator, method for driving arc evaporator, and ion plating apparatus

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