La présente invention concerne un module de pulvérisation cathodique au sein d'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 }.0 ^ernes d _e mm) et une présentation en film continu- afin- de pouvoir réaliser desdimensions 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 associé 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 ensuite bombardée par les ions issus du plasma et accélérés par la différence de potentiel, provoquant un arrachement d'atomes. Ces 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.

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.

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 un module de pulvérisation cathodique, pour une machine de dépôt sous vide, sur un substrat, de matériau en couche mince, comprenant un chemin de transport et de guidage apte à véhiculer le substrat afin de le faire transiter au travers du module de pulvérisation cathodique, un ensemble anode et un ensemble cathode, ledit module présentant une atmosphère individuellement contrôlée en pression, en température, et en pression partielle de gaz, ledit ensemble anode étant disposé sensiblement au centre du module et comprenant au moins une anode disposée au plus prêt du substrat, et ledit ensemble cathode comprenant au moins une pluralité d'au moins une cathode, ladite pluralité de cathode étant éloignée du substrat. Selon une autre caractéristique de l'invention, au moins une desdites pluralités de cathode est mobile selon une direction parallèle au plan de cheminement du substrat.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le chemin de transport et de guidage, au sein d'un module de pulvérisation cathodique, présente un parcours aller et retour sensiblement en forme de U, autour dudit ensemble anode central, en présentant la face du substrat devant recevoir un dépôt face à une première pluralité d'au moins une cathode pendant le parcours aller et face à une seconde pluralité d'au moins une cathode pendant le parcours retour.

Selon une autre caractéristique de l'invention, où une cathode est cylindrique et rotative autour d'un axe parallèle aσ pian—de -cheminement du substrat. - —

Selon une autre caractéristique de l'invention, un injecteur de gaz disposé au plus près de ladite cathode.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque cathode est équipée d'un masque intercalé entre ladite cathode et le substrat, au plus près de ladite cathode, ledit masque présentant une forme apte à homogénéiser un plasma issu de ladite cathode afin de produire un dépôt de matériau d'épaisseur uniforme sur le substrat.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le masque est sensiblement plan, et présente une ouverture ovoïdale dont le grand axe est aligné avec l'axe de la cathode.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit masque présente deux parois, et l'injecteur de gaz est disposé entre lesdites deux parois. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite cathode est appariée avec un masque au sein d'un sous ensemble globalement remplaçable.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la distance entre anode et cathode est au moins égale à 400 mm. 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. 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 quelcongue 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 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.

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 ailettes 19 permettent la réalisation des ouvertures linéaires 20, 20', qui autorisent la circulation des substrats 18, 18' en continu dans la machine. Un 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 ^~6 mb. 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 ⁰ 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. 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 35°C. 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 85 ⁰ C 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, ^" réa ^~ lrse ^{" "} un décapage du substrat 18,--nécessarre 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 canons 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 ^~3 mbar et 5.10 ^{" 2} mbar. 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 400 ⁰ C.

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. Il 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 ^"7 mbar.

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 ^~7 mbar.

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 (ici deux) . Ladite anode 29 est solidaire électriquement du chemin de transport et de guidage 17, et est disposée au plus prêt du substrat 18. Le module 8-13 comporte encore une pluralité de cathodes 30. Pour le module 8 représenté, ladite pluralité comporte deux blocs comprenant chacun six cathodes 30. Un premier bloc est disposé du côté "aller" de circulation du substrat 18 et un second bloc est disposé du côté "retour".

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 propres, 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 dudi-t- 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. II est avantageux que ladite cathode 30 soit la plus éloignée possible de l'anode 29 et du substrat 18. Un grand espace entre cathode 30 et anode 29 permet une introduction de substrat 18 de grande dimension principalement selon l'épaisseur, tout en autorisant un éloignement de la cathode 30 relativement au substrat 18.

Une grande distance entre la cathode 30 et le substrat 18 évite que la chaleur importante de la cathode 30 n'entraîne une surchauffe du substrat 18, préjudiciable pour les matériaux organiques. Cette caractéristique est très importante, en ce qu'elle contribue (avec un système de refroidissement efficace) à permettre à la machine de traiter des matériaux présentant un point de fusion bas, tel que des ^' films plastiques. ^"

Dans la machine selon l'invention la distance entre anode 29 et cathode 30 est au moins égale à 400 mm.

Lorsque la pulvérisation cathodique est en fonctionnement, de part la présence d'une différence de potentiel entre cathode 30 et anode 29, un dépôt régulier de matériau pulvérisé nécessite un mouvement relatif régulier du substrat par rapport à la pluralité de cathodes 30. Le substrat 18 est, sous l'action du chemin de transport et de guidage 17, soumis à un mouvement de défilement régulier et continu dans l'ensemble de la machine et particulièrement au sein d'un module 8. La pluralité de cathodes 30 peut donc être fixe et garantir un dépôt régulier de matériau par défilement du substrat 18 devant la cathode 30.

Il est connu de l'homme du métier aujourd'hui qu'au-delà de 170mm d'écart entre anode et cathode la pulvérisation devient trop erratique par affaiblissement du taux et du rendement de pulvérisation et produit des dépôts irréguliers. Afin de réaliser un dépôt de qualité avec un écart supérieur à 400mm, l'invention comprend les caractéristiques intéressantes suivantes.

Afin de mettre en œuvre le procédé de pulvérisation cathodique sous vide, la présence d'un gaz neutre est nécessaire pour permette la production d'un plasma qui permet la pulvérisation assurant le dépôt de matériau sur le substrat 18. Afin de contrôler la quantité de ce gaz et de l'injecter la où il est nécessaire, un injecteur de gaz (non représenté) est avantageusement disposé au plus près de la cathode 30. L'injection de gaz au plus près de la cathode 30 permet d'améliorer la focalisation du plasma. Le procédé de pulvérisation cathodique nécessite un matériau à pulvériser et à projeter sur le substrat 18. Ce matériau est constitué sous forme de cible 32, constituée dudit matériau, généralement de haute pureté et aggloméré par exemple par frittage. Ladite cible 32 est placée à proximité immédiate de la cathode 30 et se confond avec ladite cathode 30. Jusqu'à présent les cibles/cathodes ont été réalisées sous des formes carrées, rectangulaires ou rondes, mais toujours—sensiblement planes et parallèles— au- plan du substrat 18. Une telle forme ne permet pas un contrôle de la forme du plasma et de plus ladite forme de plasma évolue sensiblement en fonction de l'usure de la cathode suite à la pulvérisation.

Selon une caractéristique importante de l'invention, la cible 32/cathode 30 est cylindrique et rotative autour de l'axe dudit cylindre, ledit axe étant disposé parallèle au plan de cheminement du substrat 18. Avantageusement cet axe est encore perpendiculaire à la direction de cheminement. Une telle disposition permet de présenter au substrat 18 un secteur de cylindre. La forme de ce secteur, et ainsi son influence sur la forme du plasma, évolue peu en fonction de la variation du diamètre dudit cylindre, variation qui résulte de l'inévitable usure de ladite cible 32. Il convient, pour conserver un plasma de forme sensiblement identique, de contenir cette variation entre un diamètre maximum et un diamètre minimum donnés. Une telle forme cylindrique permet ainsi un contrôle de la forme du plasma. La forme cylindrique permet encore un rechargement aisé lorsque le diamètre minimum est atteint. La rotation permet de plus de répartir l'usure de la cible 32, tout en reproduisant la cible 32 quasiment identique à elle-même et d'augmenter ainsi sa durée d'utilisation avant d'atteindre le diamètre minimum. La machine selon l'invention accepte des cibles 32 de longueur (selon l'axe du cylindre) de l'ordre de 1,80m. Ceci permet de pulvériser sur un substrat 18 d'une largeur de 1,50m.

Selon une autre caractéristique importante permettant de focaliser le plasma et ainsi d'augmenter la distance anode/cathode, chaque cathode 30 est accompagnée d'un masque 33. Ce masque 33 est intercalé entre ladite cathode 30 et le substrat 18. Avantageusement, ledit masque 33 est placé au plus près de la cible 32 /la cathode 30. Ledit masque 33 présente une forme apte à homogénéiser un plasma issu de ladite cathode 30 afin de produire un dépôt de matériau uniforme tant dans l'espace que dans son épaisseur.

Cette forme dudit masque 33 est déterminée précisément par modélisation ^{^} numérique du plasma, en optimisant—l-a--forme du masque 33 jusqu'à obtenir un plasma régulier. Pour cela le masque 33 se présente sous forme d'une plaque, sensiblement plane, formant écran à la pulvérisation entre la cible 32 et le substrat 18. Cette plaque écran est percée d'une ouverture 34 en son centre pour le passage du matériau projeté. Ladite ouverture 34 est symétrique, selon un axe obtenu par projection orthogonale de l'axe de rotation de la cathode 30 sur le plan de ladite plaque 33.

De manière surprenante, alors qu'une ouverture rectangulaire (de largeur constante le long dudit axe de symétrie) semblait s'imposer, il a été constaté qu'un rétrécissement de ladite ouverture 34 au niveau des extrémités dudit cylindre de la cible 32 permettait au contraire d'homogénéiser le plasma issu de ladite cathode 30 afin d'obtenir un dépôt uniforme sur toute la longueur de la cathode 30 ou ce qui est équivalent sur toute la largeur du substrat 18. Une forme ovoïdale de l'ouverture 34 dudit masque 33 est donc une caractéristique importante permettant de réaliser un dépôt uniforme. Un mode de réalisation intéressant consiste à réaliser ledit masque 33 afin qu'il présente deux parois sensiblement parallèles. En disposant de plus la sortie de l'injecteur de gaz entre les deux parois, le gaz est injecté de manière à sortir par ladite ouverture 34, au plus près de la cathode 30/du plasma.

La forme de ladite ouverture 34 est adaptée en fonction du matériau constitutif de la cible 32/cathode 30 afin d'obtenir une pulvérisation uniforme. Il est alors avantageux, afin d'éviter tout risque d'interversion dans un couple masque 33-cible 32 d'apparier chaque cathode 30/cible 32 avec son masque 33 au sein d'un sous ensemble. Ledit sous- ensemble est avantageusement démontable du module 8-13 en une seule pièce. Ainsi lorsqu'une cathode 30 doit être démontée pour être rechargée en matériau cible elle reste accompagnée de son masque 33.

Afin de simplifier ledit démontage de cathode 30, lors d'une maintenance, pour une opération de rechargement ou encore pour modifier la - configuration du module 8-13 —en- changeant de matériau déposé, une cathode 30 est avantageusement disposée sur une porte 23 du module de pulvérisation cathodique. Ainsi ladite cathode 30 est aisément accessible depuis l'extérieur du module afin de pouvoir être remplacée.

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. II est encore possible au sein d'un même bloc contenant plusieurs cathodes 30 d'associer une cible 32 de matériau différent pour chaque cathode 30 afin de pulvériser différents matériaux.

Les cibles étant généralement réalisées par frittage, il est possible au sein d'une même cible 32/cathode 30 de panacher plusieurs matériaux, qui dans ce cas, seront pulvérisés conjointement pour former une couche unique composite .

Le changement du matériau constitutif de la cible 32, parmi des matériaux métalliques ou diélectriques permet de changer le matériau déposé et ainsi la fonction du module 8- 13.

Il a été vu précédemment qu'un mouvement relatif du ^~ substrat 18 relativement à la cathode 30 était nécessaire à un dépôt régulier. Ce mouvement peut être obtenu par le défilement du substrat 18. Avantageusement, la cathode 30, ou une pluralité de cathodes, la totalité des cathodes ou la première ou la seconde pluralité de cathodes 30 est mobile.

Une telle mobilité dans un plan parallèle au plan de cheminement du substrat 18, selon une direction parallèle au déplacement du substrat 18, peut permettre de réaliser un dépôt uniforme sur un substrat immobile. Ceci peut être appliqué à un traitement périodique de substrat cheminant par étapes successives, par exemple avec arrêt dans chacun des modules 2-16. Ceci peut être appliqué à des substrats discontinus traités pas lots, ou encore à un substrat continu mais déplacé périodiquement par tronçons de longueur correspondant à un module 8-13.

Une telle mobilité, qui peut être combinée à un mouvement de déplacement du substrat 18, de même sens ou de sens contraire, peut encore permettre de réduire 1 ' échauffement du substrat 18 en limitant le temps d'exposition du substrat 18 à la cathode 30.

Toutes ces possibilités confèrent au module de pulvérisation cathodique et 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.

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.