WO2010076419A1 - Machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique. - Google Patents

Machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique. Download PDF

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WO2010076419A1
WO2010076419A1 PCT/FR2009/001435 FR2009001435W WO2010076419A1 WO 2010076419 A1 WO2010076419 A1 WO 2010076419A1 FR 2009001435 W FR2009001435 W FR 2009001435W WO 2010076419 A1 WO2010076419 A1 WO 2010076419A1
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WO
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module
substrate
modules
machine
transfer chamber
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PCT/FR2009/001435
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Daniel Perrin
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Carewave Shielding Technologies (Sas)
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • Vacuum deposition machine of thin-film materials by sputtering
  • the present invention relates to a machine for vacuum deposition of thin film material on a substrate.
  • Thin-film deposition technology is used in many areas of the industry, with mainly two major uses.
  • the first is the optic where is deposited on a generally translucent substrate at least one thin layer (thickness of the order of a few tens of nanometers) of material to obtain surface finishes such as antireflets, filters optical, anti-scratch layer, metallic or semi-metallic layer.
  • the substrate is in this case glass or transparent organic material.
  • the substrates thus treated are characterized by large thicknesses (of the order of a few mm), modest dimensions (of the order of a few cm, up to m) and discontinuous pieces.
  • the deposited materials may be metals or dielectrics.
  • the second is microelectronics or the deposition of thin layers of essentially metallic materials is applied to the realization of anti-electromagnetic radiation filters.
  • the substrate is in this case a very thin film of flexible braided or non-braided organic material, paper, synthetic fabric or plastic film.
  • the substrates thus treated are characterized by low thickness (of the order of] _o ert ⁇ es mm) and a continuous film presentation in order to achieve the largest possible dimensions (of the order of tens or hundreds of m).
  • the sputtering method In the field of thin film deposition, the sputtering method is known and the most widespread. The principle of this method is to achieve tearing metal or dielectric atoms from a target made of a material by bombarding ions from a plasma, which atoms are then deposited on a substrate.
  • the sputtering process is based on the use of an anode and a cathode between which is applied a potential difference.
  • the substrate is disposed between the anode and the cathode.
  • the material to be deposited is placed in the form of a target disposed at the level and associated with the cathode.
  • the application of said potential difference in an enclosure where a partial pressure of gas is maintained, creates a plasma.
  • Said target is bombarded by the ions from the plasma and accelerated by the potential difference. This causes a tearing of atoms. Which atoms meet the substrate on the surface of which they are deposited.
  • the present invention overcomes these disadvantages by allowing to treat large parts, continuous or discontinuous at a high production rate.
  • the characteristics of the invention make it possible to produce functional cathode sputtering modules with a cathode / anode distance of the order of 400 mm.
  • the subject of the invention is a vacuum deposition machine, on a substrate, of a thin-film material by sputtering, comprising a transport and guiding path capable of conveying the substrate in order to transit it from an airlock module.
  • introduction of the virgin substrate up to a module for extracting the treated substrate, passing successively and in sequence through at least one module for preparing the substrate, and at least one cathode sputtering module, all the modules having an individually controlled atmosphere in pressure, temperature, and partial pressure of neutral gas, a transfer chamber having a controlled atmosphere in pressure, temperature, and partial pressure of gas, bringing together all the modules so as to that the substrate passes through the transfer chamber at each module change, further comprising a device for vacuum rolling at each transition between a module and the transfer chamber or between the transfer chamber and a module, in order to allow the passage of the substrate while limiting the gas exchanges between the modules, said vacuum rolling device comprising fins driven in orientation about an axis parallel to the plane of travel of the substrate.
  • said modules are aligned and the transfer chamber is rectilinear and arranged above the modules.
  • the module for preparing the substrate is an ion etching module.
  • the invention also relates to a machine for vacuum deposition of thin-film materials by sputtering, comprising a first wing comprising a machine according to any one of the preceding embodiments, a second wing comprising a machine according to any one of the previous embodiments, the extraction lock modules of the two wings merge into a single extraction lock module, said extraction lock module being preceded by a pressing module, performing a pressing of the treated substrates from the two wings , one against the other.
  • the pressing module makes, under vacuum and at low temperature, a pressing of the two substrates issuing from said two wings, the faces having received the deposit (s) being arranged opposite one another. against each other.
  • the two wings have the same number of modules.
  • FIG. 1 shows a first deposition machine
  • FIG. 2 shows the interface between a module and a transfer chamber
  • FIG. 3 illustrates a preparation module
  • FIG. 4 illustrates a cathode sputtering module
  • FIG. 5 shows a second deposition machine.
  • FIG. 1 shows a first vacuum deposition machine, on a substrate 18, of thin-film materials by cathode sputtering, according to the invention.
  • Such a machine operates in fully automatic mode and is built around the path of the substrate or substrates 18. It comprises a transport and guide path 17 of said substrate 18.
  • This transport and guide path 17 can change depending on the size, form, material and type (continuous, discontinuous) of the substrate 18. It is able to convey the substrate 18, through the machine, to pass it from an introduction module 2, 16, blank substrate 18, up to an extraction lock module 3, 4, of the treated substrate 18 'after deposition of one or more layers of material. In doing so, the substrate 18 passes successively and in sequence through at least one module for preparing the substrate 6, 7, 14, 15, and at least one cathode sputtering module 8-13.
  • the sputtering process requires a perfectly controlled atmosphere in terms of vacuum pressure, temperature and gas partial pressure. All modules 2-16 have an individually controlled atmosphere of pressure, temperature, and gas partial pressure, all of which is automatic. The accuracy of the different room control automation systems is in line with the needs of the sputtering process.
  • said machine advantageously comprises a transfer chamber 1 joining all the modules 2-16.
  • the transfer chamber 1 is shaped such that the substrate 18 passes through the transfer chamber 1 at each passage between two successive modules 2-16.
  • the substrate 18 leaves a module, passes through the transfer chamber 1 and enters the next module.
  • the transfer chamber 1 free from material and gas, acts as an antipollution buffer between two modules 2-16.
  • a circulation of an inert gaseous flow in the transfer chamber 1 makes it possible to lower the temperature of the substrate when it passes between two modules 2-16.
  • the transfer chamber 1 has, like the modules 2-16, an atmosphere controlled in pressure, temperature, and gas partial pressure. The pressure and temperature setpoints being substantially the same as in the modules 2-16, the transfer chamber 1 thus ensures around the substrate 18 continuity of the atmosphere.
  • the transfer chamber 1 advantageously still allows not to join two successive modules 2-16 and allow to leave between two such modules 2-16 an access space for maintenance, for example at least equal to 1200mm.
  • FIG. 2 represents a detail of the junction between the transfer chamber 1 and any of the modules 8.
  • a substrate 18 before treatment here a continuous substrate of film type arrives through the transfer chamber 1. It enters the module 8 by a first opening 20. It travels the module 8 back and forth to undergo a treatment. The substrate 18 'after treatment emerges by a second opening 20' to return to the transfer chamber 1. It can then continue its journey to a next module.
  • FIG. 2 illustrates an important characteristic of the invention: a vacuum rolling device, for example fins 19, are arranged at the junction between the module 7 and the transfer chamber 1. Said vacuum rolling device 19 closes the entire of the joining surface, excluding the two openings 20, 20 '.
  • the fins 19 are controlled in orientation in order to achieve vacuum rolling.
  • the regulation of the gaseous partial pressures inside the modules 2-16 is carried out automatically, the control of the rolling screens or mobile vanes 19 is carried out as a function of the measured values that can be indicated by: automatic flow control units gaseous or mass-flow, partial pressure measurements, data from a mass spectrometer, the speed of travel of the substrates, where appropriate optical measurements made in situ to control the thickness of the layer of material deposited, in order to allow the rolling screen 19 to open or close depending on the measured values, in order to maintain the desired nominal partial pressure, and this despite the presence of the openings 20, 20 '.
  • This type of equipment 19 is disposed at the interface between each module 2-16 of the machine and the transfer chamber 1.
  • the transfer chamber 1 is equipped with at least one turbomolecular pump 22 dedicated to producing the vacuum.
  • the modules 2-16 are each equipped with at least one turbomolecular pump 21 dedicated to producing the vacuum. These pumps 21, 22 are also equipped with vacuum rolling screens 19.
  • the rolling fins 19 constitute a major element for the operation of this new principle of pressure regulation. They make it possible to avoid closing a slide valve as in the machines of the prior art currently marketed (Pegasus, Sputter inline Systems, Leybold and others), while ensuring perfect stability of the partial pressures programmed for each gas within each module.
  • These fins 19 thus allow the realization of linear openings 20, 20 ', which allow the free flow of substrates 18, 18' continuously in the machine.
  • Such continuous processing makes it possible to reduce the production times compared to a periodic mode of batch processing. This allows especially the use of continuous substrates of great length.
  • the transfer chamber allows a transfer between the various modules 2- 16 without breaking this atmosphere.
  • the machine At both ends of the machine are two special airlock modules.
  • the machine At the first end or inlet end, the machine comprises an introduction lock module 2, 16, or loading.
  • the machine At the second end or output end, the machine comprises an extraction lock module 3, 4, or unloading.
  • These modules sas 2, 3, 4, 16, both introduction and extraction are substantially identical.
  • An introducer module makes it possible to introduce the blank substrate (s) 18 into the machine.
  • a substrate of continuous film type is in the form of a roll which will be unwound by the transport and guide path 17 from the introduction lock module 2, 16.
  • An extraction module 3, 4 allows extracting the substrate (s) 18 'from the machine after treatment.
  • modules sas 2, 3, 4, 16, operate in the following manner.
  • An airlock module 2, 3, 4, 16 is connected to the transfer chamber 1 by an aperture selectively closable for example by means of a slide valve.
  • a module 2, 3, 4, 16, is still connected to the world outside the machine by a door. When said opening is closed, the door can be opened to let in, respectively out, the substrate 18, for example in the form of a roller.
  • the machine is designed to accommodate rollers rolling 1400 mm wide strips for a length of 100 to 200 m.
  • the opening of the door causes the atmosphere in the module returns to atmospheric pressure.
  • the airlock modules 2, 3 open advantageously on clean rooms, for example quality 1000. The door is then closed.
  • the vacuum is then made inside the airlock module 2, 3, 4, 16, in order to have a comparable atmosphere with that of the transfer chamber 1 and the entire machine.
  • the indicative vacuum instruction used is 2.10 ⁇ 6 mb.
  • the slide valves can be opened and the substrate can pass between the transfer chamber 1 and the module 2, 3.
  • the opening of the slide valves can be automatically triggered by reaching the vacuum set point.
  • the unwinding and transport of the substrate 18 to the transfer chamber 1 can also be automatically triggered by reaching the vacuum setpoint.
  • an airlock module 2, 3 is equipped with a cryogenic particle trap, for example of the polycold type, placed under the slide valve. Such a trap captures any pollution introduced during the opening. In addition, this trap captures, before the entry of the substrate 18 into the transfer chamber 1, the water vapor resulting from the desorption of the substrates 18.
  • an airlock module 2, 3, mainly an introducer module 2 initiates and participates in the degassing of the substrate 18.
  • the materials of the substrates 18 to be treated fall into five categories: inorganic materials (optical glasses) which can withstand temperatures up to 400 ° C, crystalline and metalloid materials, ferrous and non-ferrous metals, organic materials that can not be heated under any circumstances, - fabrics that can not be heated under any circumstances.
  • an extraction lock module 3 it may be useful to add a means for heating, regulating and maintaining the temperature between 35 0 C and 38 0 C. During a pressurizing atmospheric (opening of the door of a lock module), only nitrogen is injected into the module 2, 3.
  • the internal dimension of a module sas 2, 3, can be: Depth 2000 x Width 1500mm x Height 2300mm.
  • the extraction module 3, 4 is made to accommodate a larger product roll. In the latter case, the dimensions are increased: Depth 2000 x Width 1600mm x Height 2300mm.
  • the interior arrangement of an airlock module 2, 3 can be modified to accommodate a continuous roll substrate 18 with an automatic unwinding support, or one or more discontinuous substrates with a support adapted to the shapes and sizes of the substrates, treated with lots, continuously or periodically.
  • the ambient temperature throughout the machine is 35.degree. C. Regulation on this setpoint is carried out taking into account the heating, which may be important, of the substrate 18 during its passage through the cathode sputtering modules. 13.
  • a closed circuit of cold fluid can circulate in the modules 2-16 and the transfer chamber 1. This cycled water has a temperature always higher than the dew point. Effective cooling is achieved with water flowing at a pressure of 6 to 8 bar and a flow rate of 3001 / min.
  • a second closed circuit of hot fluid can circulate in the modules 2-16 and the transfer chamber 1.
  • This cycled water has a temperature of 85 ° C. and a pressure greater than 5 bars. Cycling of this hot water for 2 hours is applied, in the weekly preventive maintenance phase, in order to achieve a degassing of all the elements of the machine.
  • a first module, disposed immediately after the introduction module 2 is a preparation module 6, 15 of the substrate 18.
  • a preparation module typically comprises a module 6, 15, ionic etching.
  • Such a module 6, 15, illustrated in Figure 3 is equipped with means for performing a surface etching of the substrate 18 by Etching process.
  • Such a method comprises, for example, an ionic machining performed by plasma gas 27 by means of at least one ion gun 26, for example of the low voltage direct current type.
  • Such an operation is typically carried out under a partial pressure of reactive gas between 5x10 -3 mbar and 5.10 "2 mbar.
  • the gas flows can be realized with inert gases such as argon or the neon, the gas or the combination of gases introduced being changeable depending on the material of the substrate whose surface is to be stripped.
  • FIG. 3 is shown such a module 6.
  • This module 6 shares with all other modules 2- 16, the following characteristics. It is connected to the transfer chamber 1.
  • the interface with said chamber 1 is equipped with fins 19 for vacuum rolling.
  • the module comprises at least one gas control device 25 also called mass-flow.
  • the enclosure of said module is advantageously closed by at least one (here two) door 23, used only for maintenance purposes.
  • This door 25 advantageously comprises at least one viewing port 24.
  • the substrate 18 is advantageously guided through the module by the transport and guide path 17 in a forward and backward path.
  • the vacuum is ensured in the enclosure of the module by at least one vacuum unit comprising at least one turbomolecular pump 21.
  • a module 2-16 can still advantageously include Optionally a slide valve 31, to completely isolate the module relative to the transfer chamber 1. This is mainly used for maintenance operations, so not to be obliged, in case of intervention on a module 2-16 or on the transfer chamber 1, to reset the entire machine to atmospheric pressure.
  • This module 6 further comprises the specific characteristics of a following ion etching module. It comprises at least one (here four) stripping barrel 26.
  • This electrostatic type gun 26 comprises a cathode and operates thanks to an anode 28 arranged centrally, connected to the transport and guiding path 17 and placed at the most. near the substrate 18, said substrate being interposed between said stripping barrel 26 and said anode 28 to receive the bombardment 27.
  • the anode 28 may be similar to the anode 29 of the sputtering modules.
  • the machine may further comprise a second preparation module 7, 14, placed after the pickling module 6, 15.
  • a second preparation module 7, 14 comprises a heating module 7, 14, of the substrate 18.
  • Such a heating module 7, 14 is necessarily located upstream of the cathode sputtering modules 8-13.
  • This module 7, 14 mainly concerns mineral materials that can withstand temperatures up to 400 ° C.
  • the heating module 7, 14 comprises indicative power heating means of between 15 and 20 kW. It comprises regulating means for stepwise regulation and temperature control of very high accuracy.
  • the internal dimension of a module of preparation 6, 7, 14, 15, can be: Depth 2000 x Width 1100mm x Height 2300mm.
  • the indicative vacuum instruction used is 2.10 ⁇ 7 mbar.
  • the machine according to the invention is advantageously organized such that said modules 2-16 are aligned, the transfer chamber 1 being rectilinear.
  • the transfer chamber 1 is disposed above the modules 2-16, as illustrated.
  • At least one cathode sputtering module 8-13 is disposed in which at least one deposit, also called a coating, is formed.
  • a sputtering module 8-13 is shown in FIG. 4.
  • the internal dimension of a cathode sputtering module 8-13 can be: Depth 2000 x Width 1100 mm x Height 2300 mm.
  • the indicative vacuum instruction used is 2.10 ⁇ 7 mbar.
  • a sputtering module 8-13 specifically has the following features. It comprises at least one anode 29 and at least one cathode 30.
  • the cathode sputtering modules 8-13 are advantageously provided with magnetrons.
  • a magnetron according to a known method creates a permanent magnetic field near the cathode for trapping the secondary electrons emitted during the ion bombardment of the target. This magnetron makes it possible to confine the plasma around the cathode, which contributes to increasing the number of ions bombarding the target. This improves the efficiency of the spray by maximizing the atomized atom of the target.
  • all spray modules 8-13 cathode can advantageously be completely identical. Each has its own means of regulation, thus allowing to create and maintain a specific atmosphere in its enclosure.
  • the only element that can evolve from one sputtering module to another is the deposited material or materials. All parameters associated with a deposited material change are configurable or controllable. Thus a spray module is really universal.
  • the change of material is effected by changing the cathode 30.
  • the change of working gas is effected by changing the supply of said gas. If it is necessary to modify a temperature, a vacuum pressure, a partial gas pressure or anode / cathode potential difference, these parameters can be controlled in order to adapt the module to its new function.
  • a module may still not be used.
  • a machine comprising a number N of modules can achieve from 0 to N treatments, thus offering great versatility to the machine.
  • the substrate can pass normally through the module, which does not work, but nevertheless has an ambience in continuity with the rest of the machine.
  • the transport and guide path 17 allows a direct referral, not passing the substrate 18 in the module.
  • the linear shape of the transfer chamber 1 combined with the return path of the substrate 18 in the modules 2-16 allows a transfer chamber interface 1 / module 2-16 on a single face of a module 2-16.
  • a switch avoiding a module 2-16 is easily achievable. This is an advantage of the linear form of the transfer chamber 1.
  • module 2-16 has an optional gate valve 31 input, it is possible in this case to isolate the module 2-16 unused.
  • the transport and guide path 17, within a cathode sputtering module 8 presents a forward path and substantially U-shaped return, around a central anode 29, presenting the face of the substrate 18 to receive a deposit facing a first plurality of at least one cathode 30 during the forward course and facing a second plurality of at least one cathode 30 during the return journey.
  • the fact that the substrate 18 is guided through the module 8-13 along a path in front of a first cathode block 30 and then in a return path in front of a second cathode block 30 makes it possible to configure a cathode sputtering module 8-13. for depositing a first material by means of the first block in a first layer and a second material by means of the second block in a second layer.
  • first and second materials may be identical and a layer of deposited material of double thickness is then obtained.
  • a product of particular interest in the field of electromagnetic protection is obtained by gluing one on the other, a first and a second substrate 18 film treated by deposition of successive sprayed layers, the face of the first substrate comprising the deposit against the face second substrate comprising the deposit.
  • This second machine comprises a first wing 2, 3, 6-10, comprising a machine similar to the first machine described above, and a second wing 4, 11-16, comprising a machine similar to the first machine described above.
  • the extraction modules 3, 4, of the treated substrate 18 'of the two wings merge into a single extraction module, here shown in the center. Said extraction module, 3, 4, possibly becoming a little larger to accommodate a roll of substrate 18 'double, superimposing the treated substrates from the two wings.
  • Said extraction module 3, 4 is further preceded by a pressing module 5, pressing the treated substrates 18 'from the two wings, one against the other.
  • the pressing process which is the subject of another patent of the Applicant, achieves under certain conditions an assembly of two particularly effective treated substrates. These conditions are more particularly described in said other patent. For the purposes of this patent, it should be known that these conditions include: a particular material deposited in the last module 10, 11, a vacuum environment pushed into the chamber of the pressing module 5, a mechanical action of pressing the substrates against each other and low temperature.
  • said pressing module 5 performs, under vacuum and at low temperature, a pressing of the two substrates from said two wings, the faces having received the / the deposit (s) being arranged facing one another.
  • This pressing produces a particularly effective bonding of the two treated substrates which, after pressing, form a single continuous film which is wound on a roll in the single extraction module 3.
  • the internal dimension of the pressing module 5 may be: Depth 2000 x Width 1600mm x Height 2500mm.
  • the indicative vacuum instruction used is 2.10 "7 mbar
  • the two treated substrates 18 'coming from the two wings are directed by the transfer path 17 in the pressing module 5.
  • This module comprises two guide rollers which direct the treated substrates. to two rolls of pressing, by lowering the temperature of said substrates. Two pressing rollers whose pressure is automatically adjusted.
  • the pressing module 5 consists entirely of a double wall forming a cavity with a thickness of 50 mm. Inside this cavity circulates at a rate of 300 liters / s in a closed circuit a fluid from the cooling system. Its temperature does not exceed the dew point limit. The stability of the partial pressures is achieved automatically by rolling the pumping streams.
  • a first set of cryogenic equipment (polycold, pipe networks, radiators and thermocouples) is integrated in this pressing module 5 and makes it possible to obtain negative temperatures below: -150 0 C to +/- 10 0 C.
  • temperature setting threshold is: - 110 ° C.
  • a second set of cryogenic equipment is integrated in the pressing module 5. Its cooling performance is identical to the first set, but provided with a finer temperature control accuracy: -150 0 C +/- 2 0 C.
  • second refrigerant system is connected to both guide rollers and pressing.
  • the machine is symmetrical in that it comprises for each of its wings, the same number of modules. Since the sputtering modules 8-13 are identical and universal, it is possible to produce two films with different material deposits for each wing. The materials thus deposited may, however, be complementary between the two substrates. On the contrary, it is possible to make two films with perfectly identical sequences of deposited materials for each wing. This is particularly suitable for producing certain electromagnetic filters which benefit from such mirror symmetry of the layers deposited on the two substrates.
  • Such a two-wing machine advantageously makes it possible to produce a double "sandwich” film with layers deposited protected between two films. It also allows by configuration to use the two wings separately for simply double the production of a single substrate product.
  • the machine both the first and the second, is equipped with a piloting automaton interfacing all the sensors (temperature, pressure, partial pressure, position, speed, contact, mass spectrometer, deposit thickness, force, ...) and all the actuators (doors, fins, valves, motors, pumps, heating, cryogenic generator, ionic guns, rotation of the targets, mobility of the cathodes, path of transport and guidance, ...), in order to control the whole of the machine operation and process flow in a fully automatic manner.
  • This control automaton comprises a human machine interface in order to configure the process in advance, to control it, and then to follow it during its course.

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Abstract

Machine de dépôt sous vide, sur un substrat (18), de matériau en couche mince par pulvérisation cathodique, comprenant un chemin de transport et de guidage (17) apte à véhiculer le substrat (18) afin de le faire transiter depuis un module sas d'introduction (2, 16) du substrat vierge (18), jusqu'à un module sas d'extraction (3, 4) du substrat traité (18'), en passant successivement et dans l'ordre au travers d'au moins un module de préparation (6, 7, 14, 15) du substrat (18), et d'au moins un module (8-13) de pulvérisation cathodique, une chambre de transfert (1) réunissant tous les modules (2-16), comprenant encore un dispositif de laminage du vide (19) au niveau de chaque transition entre module (2-16) et chambre de transfert (1), afin de permettre le passage du substrat (18) tout en limitant les échanges de gaz entre les modules (2-16), ledit dispositif de laminage du vide (19) comprenant des ailettes (19) pilotées en orientation autour d'un axe parallèle au plan de cheminement du substrat (18).

Description

Machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique.
La présente invention concerne une machine permettant le dépôt sous vide de matériau en couche mince sur un substrat. La technologie de dépôt couche mince est employée dans de nombreux domaines de l'industrie, avec principalement deux grandes utilisations.
La première est l'optique où l'on dépose sur un substrat généralement translucide au moins une couche mince (d'épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres) de matériau afin d'obtenir des finitions de surface telles que antireflets, filtres optiques, couche anti-rayure, couche métallique ou semi métallique. Le substrat est dans ce cas en verre ou en matériau organique transparent. Les substrats ainsi traités se caractérisent par des épaisseurs importantes (de l'ordre de quelques mm), des dimensions modestes (de l'ordre de quelques cm, jusqu'au m) et des pièces discontinues. Les matériaux déposés peuvent être des métaux ou des diélectriques. La seconde est la microélectronique ou le dépôt de couches minces de matériaux essentiellement métalliques est appliqué à la réalisation de filtres anti-rayonnement électromagnétique. Le substrat est dans ce cas un film très mince en matériau organique tressé ou non tressé souple, en papier, en tissu synthétique ou encore en film plastique. Les substrats ainsi traités se caractérisent par des épaisseurs faibles (de l'ordre de quelques ]_oertιes de mm) et une présentation en film continu afin de pouvoir réaliser des dimensions les plus grandes possibles (de l'ordre de plusieurs dizaines ou centaines de m) .
Dans le domaine du dépôt de couches minces, le procédé de pulvérisation cathodique (sputtering en anglais) est connu et le plus répandu. Le principe de ce procédé est de réaliser un arrachement d'atomes métalliques ou diélectriques depuis une cible constituée d'un matériau par bombardement d'ions issus d'un plasma, lesquels atomes viennent ensuite se déposer sur un substrat.
Le procédé de pulvérisation cathodique repose sur l'emploi d'une anode et d'une cathode entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel. Le substrat est disposé entre l'anode et la cathode. Le matériau à déposer est placé, sous forme d'une cible disposée au niveau et associée avec la cathode. L'application de ladite différence de potentiel, dans une enceinte où est maintenue une pression partielle de gaz, crée un plasma. Ladite cible est bombardée par les ions issus du plasma et accélérés par la différence de potentiel. Ceci provoque un arrachement d'atomes. Lesquels atomes rencontrent le substrat à la surface duquel ils se déposent .
Une version de ce procédé de pulvérisation cathodique augmenté d'au moins un magnétron, permettant d'augmenter le rendement de dépôt de pulvérisation, en augmentant le nombre d'atomes arrachés provenant de la cible, (magnétron sputtering en anglais), est elle aussi connue.
De même il est connu d'utiliser des magnétrons pour augmenter l'efficacité du décapage ionique (etching en anglais) . La dimension des chambres de pulvérisation est jusqu'à ce jour réduite pour des raisons liées au principe. Une augmentation de la dimension nécessite un éloignement de l'anode et de la cathode, afin d'introduire le substrat dans l'intervalle. Ceci s'accompagne d'une inévitable dispersion du faisceau de projection qui ne permet pas de garantir une bonne uniformité de la couche pulvérisée. En pratique pour une distance anode/cathode supérieure à 170 mm, il n'est plus possible de réaliser des couches uniformes et denses.
Parmi les machines de dépôt sous vide de couches minces existantes, on trouve des machines de laboratoire présentant généralement une chambre unique de traitement de dimensions réduites, limitant ainsi autant la taille maximale des substrats traités, que le débit de production atteignable.
On trouve encore des machines de production comportant plusieurs modules successifs dédiés chacun au dépôt d'un matériau. Une pollution par un matériau de dépôt différent ou par un gaz réactif est préjudiciable à la qualité du dépôt obtenu. Aussi, afin de ne pas mélanger les ambiances au sein des modules successifs, ces machines sont généralement équipées de sas étanches entre les modules. Ces sas, équipés de vannes à tiroir, sont généralement fermés et ne s'ouvrent que pour laisser le passage aux substrats d'un module à l'autre, entre deux étapes de dépôt. Une telle architecture fonctionne étape par étape ou périodiquement, traite les substrats par lot à chaque étape/période et ne permet pas de traiter des substrats de type continu en film.
La présente invention remédie à ces différents inconvénients en permettant de traiter des pièces de grandes dimensions, continues ou discontinues à une cadence de production élevée.
Les caractéristiques de l'invention permettent de réaliser des modules de pulvérisation cathodiques fonctionnels avec une distance cathode/anode de l'ordre de 400 mm.
Il est de plus possible de réaliser des modules de pulvérisation doubles avec une distance cathode/anode de l'ordre de 2x400 mm. Un espace de 400mm est ainsi disponible pour y disposer un substrat, entre l'anode disposée au centre du module de pulvérisation cathodique et la ou les cathodes.
L'invention a pour objet une machine de dépôt sous vide, sur un substrat, de matériau en couche mince par pulvérisation cathodique, comprenant un chemin de transport et de guidage apte à véhiculer le substrat afin de le faire transiter depuis un module sas d'introduction du substrat vierge, jusqu'à un module sas d'extraction du substrat traité, en passant successivement et dans l'ordre au travers d'au moins un module de préparation du substrat, et d'au moins un module de pulvérisation cathodique, tous les modules présentant une atmosphère individuellement contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz neutre, une chambre de transfert présentant une atmosphère contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz, réunissant tous les modules de manière à ce que le substrat transite par la chambre de transfert à chaque changement de module, comprenant encore un dispositif de laminage du vide au niveau de chaque transition entre un module et la chambre de transfert ou entre la chambre de transfert et un module, afin de permettre le passage du substrat tout en limitant les échanges de gaz entre les modules, ledit dispositif de laminage du vide comprenant des ailettes pilotées en orientation autour d'un axe parallèle au plan de cheminement du substrat.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits modules sont alignés et la chambre de transfert est rectiligne et disposée au dessus des modules.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module de préparation du substrat est un module de décapage ionique.
L'invention concerne encore une machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique, comportant une première aile comprenant une machine selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, une seconde aile comprenant une machine selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, les modules sas d'extraction des deux ailes se confondant en un seul module sas d'extraction, ledit module sas d'extraction étant précédé d'un module de pressage, réalisant un pressage des substrats traités issus des deux ailes, l'un contre 1 ' autre .
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module de pressage réalise, sous vide et à basse température, un pressage des deux substrats issus desdites deux ailes, les faces ayant reçu le/les dépôt (s) étant disposées en regard l'une contre l'autre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux ailes comportent un même nombre de module.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 présente une première machine de dépôt,
- la figure 2 présente l'interface entre un module et une chambre de transfert,
- la figure 3 illustre un module de préparation, la figure 4 illustre un module de pulvérisation cathodique, - la figure 5 présente une deuxième machine de dépôt.
A la figure 1 est représentée une première machine de dépôt sous vide, sur un substrat 18, de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique, selon l'invention.
Une telle machine fonctionne en mode totalement automatique et est construite autour du cheminement du ou des substrats 18. Elle comprend un chemin de transport et de guidage 17 dudit substrat 18. Ce chemin de transport et de guidage 17 peut évoluer en fonction de la taille, forme, matière et type (continu, discontinu) du/des substrat 18. Il est apte à véhiculer le substrat 18, au travers de la machine, afin de le faire transiter depuis un module sas d'introduction 2, 16, du substrat vierge 18, jusqu'à un module sas d'extraction 3, 4, du substrat traité 18' après dépôt d'une ou plusieurs couches de matériau. Ce faisant le substrat 18 passe successivement et dans l'ordre au travers d'au moins un module de préparation du substrat 6, 7, 14, 15, et d'au moins un module de pulvérisation cathodique 8-13.
Le procédé de pulvérisation cathodique nécessite une ambiance parfaitement contrôlée en termes de pression de vide, de température et de pression partielle de gaz. Tous les modules 2-16 présentent une atmosphère individuellement contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz, et ceci de manière totalement automatique. La précision des différents automatismes de régulation d'ambiance est conforme aux besoins du procédé de pulvérisation cathodique.
Afin de répondre aux exigences poussées en terme de vide, de régulation thermique et de pression partielle de gaz, d'isolement nécessaire entre les modules 2-16 successifs constituants la machine, et pour éviter tout risque de pollution d'un module par l'autre, tout en garantissant une continuité des conditions ambiantes (une rupture de la chaîne de vide est incompatible avec la qualité attendue du produit fini), tout en permettant un transit continu d'un substrat 18 continu ou non, ladite machine comprend avantageusement une chambre de transfert 1 réunissant tous les modules 2-16. La chambre de transfert 1 est conformée de telle manière que le substrat 18 effectue un passage par la chambre de transfert 1 à chaque passage entre deux modules successifs 2-16. Ainsi lors d'un changement de module 2-16, le substrat 18 sort d'un module, transite par la chambre de transfert 1 et entre dans le module suivant. Ainsi le substrat 18 ne passe jamais directement d'un module dont l'ambiance peut être chargée d'un gaz et/ou d'un matériau à pulvériser, vers un autre module contenant une ambiance pouvant être différente en termes de gaz ou de matériau. La chambre de transfert 1, exempte de matériau et de gaz, assure un rôle de tampon antipollution entre deux modules 2-16. Une circulation d'un flux gazeux inerte dans la chambre de transfert 1 permet d'abaisser la température du substrat lorsqu'il y transite entre deux modules 2-16. De plus la chambre de transfert 1 présente, à l'instar des modules 2-16, une atmosphère contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz. Les consignes de pression et de température étant sensiblement les mêmes que dans les modules 2-16, la chambre de transfert 1 assure ainsi autour du substrat 18 une continuité de l'ambiance.
La chambre de transfert 1 permet encore avantageusement de ne pas accoler deux modules 2-16 successifs et de permettre de laisser entre deux tels modules 2-16 une espace d'accès pour la maintenance, par exemple au moins égal à 1200mm.
La figure 2 représente un détail de la jonction entre la chambre de transfert 1 et l'un quelconque des modules 8. Guidé et entraîné par le chemin de transport et de guidage 17, un substrat 18 avant traitement, ici un substrat continu de type film, arrive par la chambre de transfert 1. Il pénètre dans le module 8 par une première ouverture 20. Il parcourt le module 8 aller et retour pour y subir un traitement. Le substrat 18' après traitement ressort par une seconde ouverture 20' pour revenir dans la chambre de transfert 1. Il peut alors poursuivre son parcours vers un module suivant. La figure 2 illustre une caractéristique importante de l'invention : un dispositif de laminage du vide, par exemple des ailettes 19 sont disposées à la jonction entre le module 7 et la chambre de transfert 1. Ledit dispositif de laminage du vide 19 obture la totalité de la surface de jonction, à l'exclusion des deux ouvertures 20, 20' .
Les ailettes 19 sont pilotées en orientation afin de réaliser un laminage du vide. La régulation des pressions partielles gazeuses à l'intérieur des modules 2-16 est réalisée de façon automatique, le pilotage des écrans de laminage ou ailettes mobiles 19 est réalisé en fonction des valeurs mesurées pouvant être indiquées par : des centrales de régulation automatiques des flux gazeux ou mass-flow, des mesures de pressions partielles, des données issues d'un spectromètre de masse, de la vitesse de défilement des substrats, le cas échéant de mesures optique réalisées in situ visant à contrôler l'épaisseur de la couche de matériau déposée, afin de permettre à l'écran de laminage 19 de s'ouvrir ou de se fermer en fonction des valeurs mesurées, afin de maintenir la pression partielle nominale souhaitée, et ceci malgré la présence des ouvertures 20, 20'.
Ce type d'équipement 19 est disposé à l'interface entre chaque module 2-16 de la machine et la chambre de transfert 1.
La chambre de transfert 1 est équipée d'au moins une pompe turbomoléculaire 22 dédiée à la réalisation du vide. Les modules 2-16 sont équipés chacun d'au moins une pompe turbomoléculaire 21 dédiée à la réalisation du vide. Ces pompes 21, 22 sont également dotées d'écrans de laminage 19 du vide.
Les ailettes 19 de laminage constituent un élément majeur pour le fonctionnement de ce nouveau principe de régulation de pression. Elles permettent d'éviter une fermeture d'une vanne tiroir comme dans les machines de l'art antérieur actuellement commercialisées (Pégasus, Sputter inline Systems, Leybold et autres) , tout en assurant une parfaite stabilité des pressions partielles programmées pour chaque gaz au sein de chaque module.
Ces ailettes 19 permettent ainsi la réalisation des ouvertures linéaires 20, 20', qui autorisent la libre circulation des substrats 18, 18' en continu dans la machine. Un tel traitement en continu permet de réduire les temps de production comparativement à un mode périodique de traitement par lot. Ceci permet surtout l'utilisation de substrats continus de grande longueur.
L'ambiance en termes de pression et température, est contrôlée dans la totalité de la machine. La chambre de transfert permet un transfert entre les différents modules 2- 16 sans rupture de cette ambiance.
Aux deux extrémités de la machine sont disposés deux modules sas particuliers. A la première extrémité ou extrémité d'entrée, la machine comprend un module sas d'introduction 2, 16, ou de chargement. A la seconde extrémité ou extrémité de sortie, la machine comprend un module sas d'extraction 3, 4, ou de déchargement. Ces modules sas 2, 3, 4, 16, tant d'introduction que d'extraction sont sensiblement identiques.
Un module d'introduction permet d'introduire le ou les substrats 18 vierges dans la machine. Un substrat de type continu en film se présente sous la forme d'un rouleau qui va être déroulé par le chemin de transport et de guidage 17 depuis le module sas d'introduction 2, 16. Un module d'extraction 3, 4 permet d'extraire le ou les substrats 18' de la machine après traitement.
Ces modules sas 2, 3, 4, 16, fonctionnent de la manière suivante. Un module sas 2, 3, 4, 16, est relié à la chambre de transfert 1 par une ouverture sélectivement obturable par exemple au moyen d'une vanne tiroir. Un module sas 2, 3, 4, 16, est encore relié au monde extérieur à la machine par une porte. Lorsque ladite ouverture est obturée, la porte peut être ouverte pour laisser entrer, respectivement sortir, le substrat 18, par exemple sous forme de rouleau. La machine est prévue pour accommoder des rouleaux enroulant des lés de 1400 mm de largeur pour une longueur de 100 à 200 m. L'ouverture de la porte entraîne que l'ambiance dans le module revient à la pression atmosphérique. Afin d'éviter ou du moins de réduire les risques de pollution, les modules sas 2, 3, ouvrent avantageusement sur des salles blanches, par exemple de qualité 1000. La porte est ensuite refermée. Le vide est ensuite réalisé à l'intérieur du module sas 2, 3, 4, 16, afin de présenter une ambiance comparable avec celle de la chambre de transfert 1 et de l'ensemble de la machine. La consigne de vide indicative employée est de 2.10~6mb. A ce stade, les vannes tiroirs peuvent être ouvertes et le substrat peut transiter entre la chambre de transfert 1 et le module 2, 3. L'ouverture des vannes tiroirs peut encore être automatiquement déclenchée par l ' atteinte de la consigne de vide.
Dans le cas d'un module sas d'introduction 2, le déroulement et le transport du substrat 18 vers la chambre de transfert 1 peut aussi être automatiquement déclenché par l'atteinte de la consigne de vide.
Avantageusement un module sas 2, 3, est équipé d'un piège cryogénique à particules, par exemple de type polycold, placé sous la vanne à tiroir. Un tel piège capte les pollutions éventuellement introduites lors de l'ouverture. De plus, ce piège capte, avant l'entrée du substrat 18 dans la chambre de transfert 1, la vapeur d'eau issue de la désorption des substrats 18. Ainsi un module sas 2, 3, principalement un module d'introduction 2, amorce et participe au dégazage du substrat 18.
Les matériaux des substrats 18 à traiter se répartissent en cinq catégories : les matériaux minéraux (les verres d'optiques) qui peuvent supporter des températures allant jusqu'à 400°C, les matériaux cristallins et métalloïdes, les métaux ferreux et non ferreux, les matériaux organiques qui ne peuvent en aucun cas être chauffés, - les tissus qui ne peuvent en aucun cas être chauffés .
Pour les matériaux organiques une température sensiblement égale à 35° est préconisée, tant pour le stockage, que pour le traitement.
Dans le cas d'un module sas d'extraction 3, il peut être utile d'ajouter un moyen de chauffage, de régulation et de maintien de la température entre 350C et 380C. Lors d'une mise à la pression atmosphérique (ouverture de la porte d'un module sas), seul de l'azote est injecté dans le module 2, 3.
A titre indicatif la dimension interne d'un module sas 2, 3, peut être : Profondeur 2000 x Largeur 1500mm x Hauteur 2300mm. Selon un second mode de réalisation d'une seconde machine détaillée plus loin, le module d'extraction 3, 4, est amené à accueillir un rouleau produit plus gros. Dans ce dernier cas, les dimensions sont augmentées : Profondeur 2000 x Largeur 1600mm x Hauteur 2300mm. L'aménagement intérieur d'un module sas 2, 3, peut être modifié pour accueillir un substrat 18 continu en rouleau avec un support de déroulement automatique, ou un ou plusieurs substrats discontinus avec un support adapté aux formes et tailles des substrats, traités par lots, en continu ou encore de manière périodique.
De manière générale, la température ambiante dans toute la machine est de 350C. La régulation sur cette consigne est effectuée en prenant en compte l' échauffement, pouvant être important, du substrat 18 pendant son passage dans les modules de pulvérisation cathodique 8-13.
Pour permettre d'évacuer des calories ainsi produites, un circuit fermé de fluide (eau) froid peut circuler dans les modules 2-16 et la chambre de transfert 1. Cette eau cyclée présente une température toujours supérieure au point de rosée. Un refroidissement efficace est obtenu avec une eau circulant sous une pression de 6 à 8 bars et un débit de 3001/mn.
Un second circuit fermé de fluide (eau) chaud peut circuler dans les modules 2-16 et la chambre de transfert 1. Cette eau cyclée présente une température de 850C et une pression supérieure à 5 bars. Un cyclage de cette eau chaude pendant 2 heures est appliqué, en phase de maintenance préventive hebdomadaire, afin de réaliser un dégazage de tous les éléments de la machine.
Entre le module sas d'introduction 2 et le module sas d'extraction 3, sont disposés une série de modules 2-16.
Un premier module, disposé immédiatement après le module d'introduction 2 est un module de préparation 6, 15 du substrat 18. Un tel module de préparation comprend typiquement un module 6, 15, de décapage ionique. Ce module 6, 15, réalise un décapage du substrat 18, nécessaire avant tout dépôt cathodique. Un tel module 6, 15, illustré à la figure 3 est équipé de moyens permettant de réaliser un décapage de surface du substrat 18 à l'aide d'un procédé Etching. Un tel procédé comprend, par exemple, un usinage ionique réalisé par plasma gazeux 27, au moyen d'au moins un canon à ions 26, par exemple du type à courant continu basse tension. Une telle opération est typiquement réalisée sous une pression partielle de gaz réactif comprise entre 5.10~3mbar et 5.10" 2mbar. Afin de réaliser un plasma permanent dans ce module 6, des apports gazeux peuvent être réalisées avec des gaz neutres comme l'argon ou le néon, le gaz ou la combinaison de gaz introduits pouvant être changé en fonction du matériau du substrat dont la surface est à décaper.
En se référant à la figure 3, est représenté un tel module 6. Ce module 6 partage avec tous les autres modules 2- 16, les caractéristiques suivantes. Il est relié à la chambre de transfert 1. L'interface avec ladite chambre 1 est équipée d'ailettes 19 de laminage du vide. Le module comporte au moins un dispositif de régulation du gaz 25 encore nommé mass-flow. L'enceinte dudit module est avantageusement close par au moins une (ici deux) porte 23, utilisée uniquement à des fins de maintenance. Cette porte 25 comporte avantageusement au moins un hublot 24 de visualisation. Le substrat 18 est avantageusement guidé au travers du module par le chemin de transport et de guidage 17 selon un parcours aller et retour. Le vide est assuré dans l'enceinte du module par au moins une centrale de vide comprenant au moins une pompe turbomoléculaire 21.
Un module 2-16 peut encore avantageusement comprendre de manière optionnelle une vanne tiroir 31, permettant d'isoler complètement le module relativement à la chambre de transfert 1. Ceci est principalement utilisé pour des opérations de maintenance, afin de pas être obligé, en cas d'intervention sur un module 2-16 ou sur la chambre de transfert 1, de remettre à la pression atmosphérique la totalité de la machine .
Ce module 6 comprend encore les caractéristiques spécifiques d'un module de décapage ionique suivantes. Il comporte au moins un (ici quatre) canon de décapage 26. Ce canon 26, de type électrostatique, comprend une cathode et fonctionne grâce à une anode 28 disposée de manière centrale, reliée au chemin de transport et de guidage 17 et placée au plus près du substrat 18, ledit substrat étant intercalé entre ledit canon de décapage 26 et ladite anode 28 afin de recevoir le bombardement 27. L'anode 28 peut être semblable à l'anode 29 des modules de pulvérisation cathodique.
De manière optionnelle la machine peut encore comprendre un second module 7, 14, de préparation, placé après le module de décapage 6, 15. Un tel second module de préparation 7, 14, comprend un module de chauffage 7, 14, du substrat 18. Un tel module de chauffage 7, 14, est nécessairement situé en amont des modules 8-13 de pulvérisation cathodique. Ce module 7, 14, concerne principalement les matériaux minéraux qui peuvent supporter des températures allant jusqu'à 4000C.
Un tel module de chauffage 7, 14, placé en début de chaîne de fabrication, agit favorablement sur l'activation du dégazage de la vapeur d'eau, obligatoirement existante. Il contribue ainsi à une amélioration de la qualité de préparation du substrat 18, qui entraîne une amélioration de la qualité des traitements de dépôt réalisés postérieurement et ainsi une amélioration de la qualité des produits obtenus.
Le module de chauffage 7, 14, comporte des moyens de chauffage de puissance indicative comprise entre 15 et 2OkW. II comporte des moyens de régulation permettant une régulation par palier et un contrôle de la température de très grande précision.
A titre indicatif la dimension interne d'un module de préparation 6, 7, 14, 15, peut être : Profondeur 2000 x Largeur 1100mm x Hauteur 2300mm. La consigne de vide indicative employée est de 2.10~7mbar.
Selon une variante de réalisation, il est encore possible de combiner le module de décapage 6, 15, et le module de chauffage 7, 14, sous forme d'un module unique réalisant les deux fonctions de décapage puis de chauffage.
En se référant à nouveau à la figure 1, la machine selon l'invention est avantageusement organisée de telle manière que lesdits modules 2-16 soient alignés, la chambre de transfert 1 étant rectiligne. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre de transfert 1 est disposée au dessus des modules 2-16, comme illustré.
Après le ou les modules de préparation 6, 7, toujours dans le sens de transport du substrat 18, sont disposés au moins un module de pulvérisation cathodique 8-13 au sein duquel est réalisé au moins un dépôt encore nommé revêtement. Un tel module de pulvérisation cathodique 8-13 est représenté à la figure 4. A titre indicatif la dimension interne d'un module de pulvérisation cathodique 8-13, peut être : Profondeur 2000 x Largeur 1100mm x Hauteur 2300mm. La consigne de vide indicative employée est de 2.10~7mbar.
En plus des caractéristiques générales, partagées avec tous les modules 2-16, telles que décrites ci-dessus, un module de pulvérisation cathodique 8-13 comporte spécifiquement les caractéristiques suivantes. Il comporte au moins une anode 29 et au moins une cathode 30.
Les modules de pulvérisation cathodique 8-13 sont avantageusement dotés de magnétrons. Un magnétron selon un procédé connu, crée un champ magnétique permanent à proximité de la cathode permettant de piéger les électrons secondaires émis lors du bombardement ionique de la cible. Ce magnétron permet de confiner le plasma autour de la cathode ce qui contribue à augmenter le nombre d'ions bombardant la cible. Ceci permet d'améliorer l'efficacité de la pulvérisation en maximisant le nombre d'atomes pulvérisés de la cible.
Il est à noter que tous les modules de pulvérisation cathodique 8-13 peuvent avantageusement être totalement identiques. Chacun possède ses moyens de régulation propre, permettant ainsi de créer et maintenir une ambiance spécifique dans son enceinte. Le seul élément qui peut évoluer d'un module de pulvérisation cathodique à l'autre est le ou les matériaux déposés. Tous les paramètres associés à un changement de matériau déposé sont configurables ou pilotables . Ainsi un module de pulvérisation est réellement universel. Le changement de matériau s'effectue en changeant de cathode 30. Le changement de gaz de travail est effectué en changeant l'alimentation dudit gaz. S'il est nécessaire de modifier une température, une pression de vide, une pression partielle de gaz ou une différence de potentiel anode/cathode, ces paramètres peuvent être pilotés, afin d'adapter le module à sa nouvelle fonction.
Un module peut encore ne pas être utilisé. Ainsi une machine comprenant un nombre N de modules peut réaliser de 0 à N traitements, offrant ainsi une grande versatilité à la machine. Dans le cas où un module n'est pas utilisé pour une fabrication, le substrat peut traverser normalement le module, qui ne fonctionne pas, mais présente cependant une ambiance en continuité avec le reste de la machine. Selon une variante optionnelle, il est encore possible que le chemin de transport et de guidage 17 permette un aiguillage direct, ne faisant pas passer le substrat 18 dans le module. La forme linéaire de la chambre de transfert 1 combinée au parcours aller et retour du substrat 18 dans les modules 2-16 permet une interface chambre de transfert 1 / module 2-16 sur une seule face d'un module 2-16. Ainsi un aiguillage évitant un module 2-16 est facilement réalisable. Ceci est un avantage de la forme linéaire de la chambre de transfert 1.
Si le module 2-16 comporte une vanne tiroir 31 optionnelle en entrée, il est dans ce cas possible d'isoler le module 2-16 non utilisé.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention le chemin de transport et de guidage 17, au sein d'un module 8- 13 de pulvérisation cathodique, présente un parcours aller et retour sensiblement en forme de U, autour d'une anode centrale 29, en présentant la face du substrat 18 devant recevoir un dépôt face à une première pluralité d'au moins une cathode 30 pendant le parcours aller et face à une seconde pluralité d'au moins une cathode 30 pendant le parcours retour.
Le fait que le substrat 18 soit guidé au travers du module 8-13 selon un parcours aller devant un premier bloc de cathode 30 puis ensuite selon un parcours retour devant un second bloc de cathode 30 permet de configurer un module 8-13 de pulvérisation cathodique pour déposer un premier matériau au moyen du premier bloc selon une première couche et un second matériau au moyen du second bloc selon une deuxième couche. Bien entendu ces premier et second matériaux peuvent être identiques et l'on obtient alors une couche de matériau déposé d'épaisseur double.
Toutes ces possibilités confèrent à la machine de dépôt de nombreuses possibilités de configuration et ainsi une grande versatilité. Une telle première machine permet ainsi de manière configurable en ce qui concerne le choix et la succession des matériaux constitutifs, de réaliser, sur un substrat 18 en film continu, un dépôt de couches minces successives de qualité supérieure. Il est ainsi possible de traiter des rouleaux de 200m de substrat film d'une largeur de 1500mm avec cette première machine.
Un produit particulièrement intéressant dans le domaine de la protection électromagnétique est obtenu en collant l'un sur l'autre, un premier et un second substrats 18 film traités par dépôt de couches pulvérisées successives, la face du premier substrat comprenant le dépôt contre la face du second substrat comprenant le dépôt.
Pour fabriquer automatiquement un tel produit, il est intéressant de construire une deuxième machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique. Cette deuxième machine, représentée à la figure 5, comporte une première aile 2, 3, 6-10, comprenant une machine semblable à la première machine décrite précédemment, et une seconde aile 4, 11-16, comprenant une machine semblable à la première machine décrite précédemment. Les modules sas d'extraction 3, 4, du substrat traité 18' des deux ailes se confondant en un seul module sas d'extraction, ici figuré au centre. Ledit module sas d'extraction, 3, 4, devenant éventuellement un peu plus grand afin d'accueillir un rouleau de substrat 18' double, superposant les substrats traités issus des deux ailes.
Ledit module sas d'extraction 3, 4, est de plus précédé d'un module de pressage 5, réalisant un pressage des substrats traités 18' issus des deux ailes, l'un contre 1 ' autre .
Le procédé de pressage, qui fait l'objet d'un autre brevet de la demanderesse, réalise sous certaines conditions un assemblage des deux substrats traités particulièrement performant. Ces conditions sont plus particulièrement décrites dans ledit autre brevet. Pour les besoins du présent brevet, il convient de savoir que ces conditions regroupent : un matériau particulier déposé dans le dernier module 10, 11, une ambiance de vide poussé dans l'enceinte du module de pressage 5, une action mécanique de pressage des substrats l'un contre l'autre et une basse température.
Ainsi, ledit module de pressage 5 réalise, sous vide et à basse température, un pressage des deux substrats issus desdites deux ailes, les faces ayant reçu le/les dépôt (s) étant disposées en regard l'une contre l'autre.
Ce pressage réalise un collage particulièrement efficace des deux substrats traités qui forment après pressage un unique film continu qui vient s'enrouler sur un rouleau dans le module d'extraction 3 unique.
A titre indicatif la dimension interne du module de pressage 5, peut être : Profondeur 2000 x Largeur 1600mm x Hauteur 2500mm. La consigne de vide indicative employée est de 2.10"7mbar. Les deux substrats traités 18' issus des deux ailes sont dirigés par le chemin de transfert 17 dans le module de pressage 5. Ce module comprend deux rouleaux de guidage qui dirigent les substrats traités vers deux rouleaux de pressage, en baissant la température desdits substrats. Deux rouleaux de pressage dont la pression est automatiquement réglée .
Le module de pressage 5 est entièrement constitué d'une double paroi formant une cavité d'une épaisseur de 50 mm. A l'intérieur de cette cavité circule à un débit de 300 litres/s en circuit fermé un fluide issu du système de refroidissement. Sa température ne dépasse pas la limite du point de rosée. La stabilité des pressions partielles est réalisée automatiquement, par laminage des flux de pompage.
Un premier ensemble d'équipements cryogéniques (polycold, réseaux de canalisations, radiateurs et thermocouples) est intégré dans ce module de pressage 5 et permet d'obtenir des températures négatives inférieures à : -1500C à +/- 100C. Le seuil de réglage de la température est de : - 1100C.
Un second ensemble d'équipements cryogéniques est intégré dans le module de pressage 5. Ses performances réfrigérantes sont identiques au premier ensemble, mais pourvu d'une précision de régulation de température plus fine : - 1500C +/- 20C. Le second système réfrigérant est relié aux deux rouleaux de guidage et de pressage.
Selon une caractéristique avantageuse, la machine est symétrique en ce qu'elle comporte pour chacune de ses ailes, un même nombre de modules. Les modules de pulvérisation cathodique 8-13 étant identiques et universels il est possible de réaliser deux films avec des dépôts de matériaux différents pour chaque aile. Les matériaux ainsi déposés peuvent cependant être complémentaires entre les deux substrats. Au contraire, il est possible de réaliser deux films avec des séquences de matériaux déposés parfaitement identiques pour chaque aile. Ceci est particulièrement adapté à la réalisation de certains filtres électromagnétiques qui profitent d'une telle symétrie miroir des couches déposées sur les deux substrats. Une telle machine à deux ailes permet avantageusement de réaliser un film double "sandwich" avec des couches déposées protégées entre deux films. Elle permet aussi par configuration d'utiliser les deux ailes séparément pour simplement doubler la production d'un produit mono substrat. Dans ce dernier cas, les substrats 18' ne sont pas pressés dans 'le moule de pressage, et le sas d'extraction comporte deux rouleaux, si des substrats continus sont traités. La machine, tant la première que la deuxième, est équipée d'un automate de pilotage interfaçant tous les capteurs (température, pression, pression partielle, position, vitesse, contact, spectromètre de masse, épaisseur de dépôt, force, ...) et tous les actionneurs (portes, ailettes, vannes, moteurs, pompes, chauffage, générateur cryogénique, canons ioniques, rotation des cibles, mobilité des cathodes, chemin de transport et de guidage, ...) , afin de contrôler l'ensemble du fonctionnement de la machine et le déroulement du procédé de manière entièrement automatique. Cet automate de pilotage comporte une interface homme machine afin de configurer au préalable le procédé, de le commander, puis ensuite de le suivre au cours de son déroulement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine de dépôt sous vide, sur un substrat (18), de matériau en couche mince par pulvérisation cathodique, comprenant un chemin de transport et de guidage (17) apte à véhiculer le substrat (18) afin de le faire transiter depuis un module sas d'introduction (2, 16) du substrat vierge (18), jusqu'à un module sas d'extraction (3, 4) du substrat traité (18'), en passant successivement et dans l'ordre au travers d'au moins un module de préparation (6, 7, 14, 15) du substrat (18), et d'au moins un module (8-13) de pulvérisation cathodique, tous les modules (2-16) présentant une atmosphère individuellement contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz, comprenant encore une chambre de transfert (1) présentant une atmosphère contrôlée en basse pression limite, en température, et en pression partielle de gaz, réunissant tous les modules (2-16) de manière à ce que le substrat (18) transite par la chambre de transfert (1) à chaque changement de module (2-16), caractérisée en ce qu'elle comprend encore un dispositif de laminage du vide (19) au niveau de chaque transition entre un module (2-16) et la chambre de transfert (1) ou entre la chambre de transfert (1) et un module (2-16) , afin de permettre le passage du substrat (18) tout en limitant les échanges de gaz entre les modules (2-16) , ledit dispositif de laminage du vide (19) comprenant des ailettes (19) pilotées en orientation autour d'un axe parallèle au plan de cheminement du substrat (18) .
2. Machine selon la revendication 1, où lesdits modules (2- 16) sont alignés et où la chambre de transfert (1) est rectiligne et disposée au dessus des modules (2-16) .
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, où le module de préparation (6, 7, 14, 15) du substrat (18) est un module de décapage ionique (6, 15) .
4. Machine de dépôt sous vide de matériaux en couches minces par pulvérisation cathodique caractérisé en ce qu'elle comporte une première aile comprenant une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, une seconde aile comprenant une machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, les modules sas d'extraction (3, 4) du substrat traité (18') des deux ailes se confondant en un seul module sas d'extraction (3, 4), ledit module sas d'extraction étant précédé d'un module de pressage (5), réalisant un pressage des substrats traités (18') issus des deux ailes, l'un contre l'autre.
5. Machine selon la revendication 4, où le module de pressage (5) réalise, sous vide et à basse température, un pressage des deux substrats (18') issus desdites deux ailes, les faces ayant reçu le/les dépôt (s) étant disposées en regard l'une contre l'autre.
6. Machine selon la revendication 4 ou 5, où les deux ailes comportent un même nombre de module (2-16) .
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