(57)【要約】      （修正有）【課題】原位置でのスパッタリング装置及びコールドボアチューブのための原位置でのスパッタリング装置を使用する方法に関し、特に、ステンレス鋼チューブの内孔を塗布するスパッタリング装置及び方法を提供する。【解決手段】銅から形成された第１カソード１０２と、グラファイトから形成された第２カソード１０４と、グラファイトカソード１０４と銅カソード１０２との間に配置された絶縁体１０６と、複数のアノード１０８とを少なくとも含むスパッタリング装置１００。好適実施形態では、スパッタリング装置１００は、端部のアノード１０８に隣接する取り付けられたドラグライン１１０と、キャリッジ１１２とを更に含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリング装置であって、
閉じ込め構造の内面として提示されたターゲットと、
ターゲットに隣接するカソードであって、中空コアを提供するカソードと、
中空コア内に配置されたマグネトロンと、
マグネトロンと連通するアクチュエーターであって、中空コア内のマグネトロンの位置がアクチュエーターの作動によって変更されるアクチュエーターと、
カソードを支持すると共にターゲットと連通するキャリッジと、
カソードと相互作用するケーブル束と、
ケーブル束に固定されたケーブル束巻き取り機構と、を備える、スパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
閉じ込め構造は、細長いシリンダーを提供する、スパッタリング装置。
【請求項３】
請求項２記載のスパッタリング装置において、
細長いシリンダーは、円形断面を有する円筒形である、スパッタリング装置。
【請求項４】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
中空コアを提供するカソードは、細長いシリンダーを提供する、スパッタリング装置。
【請求項５】
請求項４記載のスパッタリング装置において、
細長いシリンダーは、円形断面を有する円筒形である、スパッタリング装置。
【請求項６】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
マグネトロンは、複数の磁石を備える、スパッタリング装置。
【請求項７】
請求項６記載のスパッタリング装置において、
複数の磁石は、円形断面を有する、スパッタリング装置。
【請求項８】
請求項７記載のスパッタリング装置において、
複数の磁石の各々は、一対の実質的に平行な外側面と、一対の実質的に平行な外側面に配置された主要な本体部分とを有し、
主要な本体部分は、一対の実質的に平行な外側面の間に配置されると共に一対の実質的に平行な外側面に対して実質的に非垂直である外面を有する、スパッタリング装置。
【請求項９】
請求項８記載のスパッタリング装置において、
複数の磁石の各々は、実質的に円形の断面を有する、スパッタリング装置。
【請求項１０】
請求項９記載のスパッタリング装置において、
閉じ込め構造は、細長いシリンダーを提供し、
アクチュエーターは、リニアアクチュエーターであり、
リニアアクチュエーターは、細長いシリンダーに実質的に平行である直線通路においてマグネトロンを動かす、スパッタリング装置。
【請求項１１】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
アクチュエーターは、リニアアクチュエーターであり、
リニアアクチュエーターは、閉じ込め構造の内面に実質的に平行である直線通路においてマグネトロンを動かす、スパッタリング装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のスパッタリング装置において、
リニアアクチュエーターは、マグネトロンに取り付けられた直流モーターを備える、スパッタリング装置。
【請求項１３】
請求項１１記載のスパッタリング装置において、
リニアアクチュエーターは、マグネトロンに取り付けられたリードスクリューを備える、スパッタリング装置。
【請求項１４】
請求項１１記載のスパッタリング装置において、
リニアアクチュエーターは、マグネトロンに取り付けられた流体シリンダーを備える、スパッタリング装置。
【請求項１５】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
マグネトロンの外面と、カソードの内面との間に配置されたクーラントチャンネルを更に備える、スパッタリング装置。
【請求項１６】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
ケーブル束は、電力導体に隣接するクーラントラインを備え、
クーラントライン及び電力導体は、導管によって包まれる、スパッタリング装置。
【請求項１７】
請求項１記載のスパッタリング装置において、
キャリッジは、ターゲットから予め決められた距離でカソードを支持する回転機構を備える、スパッタリング装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のスパッタリング装置において、
カソードがターゲットから支持される予め決められた距離は、４ｃｍよりも大きくなく、
回転機構は、スプリングサスペンションに取り付けられたホイールである、スパッタリング装置。
【請求項１９】
請求項１６記載のスパッタリング装置において、
ケーブル束巻き取り機構は、
導管と連通するスプールと、
スプールと協働するモーターと、
モーターと連通するモーターコントローラーと、
モーターとスプールとを収容するキャビネットと、
導管とキャビネットとスプールと相互作用する導管ガイドテンション機構と、
モーターコントローラーと接続するモニター及びキーボードを少なくとも含むオペレーターインターフェースと、を備える、スパッタリング装置。
【請求項２０】
スパッタリング装置であって、
閉じ込め構造の内面として提示されたターゲットと、
ターゲットに隣接するカソードであって、中空コアを提供するカソードと、
中空コア内に配置されたマグネトロンと、
マグネトロンと連通するアクチュエーターであって、中空コア内のマグネトロンの位置がアクチュエーターの作動によって変更されるアクチュエーターと、
カソードを支持すると共にターゲットと連通するキャリッジと、
カソードと相互作用するケーブル束と、
ケーブル束に固定されたケーブル束巻き取り機構と、を備え、
マグネトロンは、複数の磁石を備え、
複数の磁石の各々は、一対の実質的に平行な外側面と、一対の実質的に平行な外側面に配置された主要な本体部分とを有し、
主要な本体部分は、一対の実質的に平行な外側面の間に配置されると共に一対の実質的に平行な外側面に対して実質的に非垂直である外面を有し、
アクチュエーターは、カソードに対してマグネトロンを回転する、スパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（陳述書：連邦政府の支援を受けた研究／開発）
本発明は、中小企業のイノベーション研究（ＳＢＩＲ）助成の下に部分的に資金供給されている。
【０００２】
（発明の分野）
特許請求の範囲に係る発明は、原位置でのスパッタリング装置及びコールドボアチューブのための原位置でのスパッタリング装置を使用する方法に関し、特に、ステンレス鋼チューブの内孔を塗布するスパッタリング装置及び方法に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、原位置でのスパッタリング装置及びコールドボアチューブのための原位置でのスパッタリング装置を使用する方法に関し、特に、ステンレス鋼チューブの内孔を塗布するスパッタリング装置及び方法に関する。
【０００４】
様々な例示的実施形態によれば、スパッタリング装置は、少なくとも、閉じ込め構造の内面として提示されたターゲットと、ターゲットに隣接するカソードとを含み、カソードは、中空コアを提供する。好ましくは、閉じ込め構造の内面は、円形管の内壁であり、カソードの中空コアは、中空コア内に配置されたマグネトロンのための空間を提供する。スパッタリング装置は、さらに、マグネトロンと連通するアクチュエーターを含むのが好ましく、中空コア内のマグネトロンの位置は、アクチュエーターの作動によって変更される。好適実施形態では、カソードを支持すると共にターゲットと連通するキャリッジは、カソード内のマグネトロンの移動を容易にするために提供され、カソードと相互作用するケーブル束は、電力及びクーラントをカソードに提供する。さらに好ましくは、スパッタリング装置は、例示的実施形態において、カソードと連通するケーブル束の端部から遠位にあるケーブル束の端部でケーブル束に固定されたケーブル束巻き取り機構を含む。
【０００５】
代替的な実施形態では、スパッタリング装置は、少なくとも、閉じ込め構造の内面として提示されたターゲットと、ターゲットに隣接するカソードとを含み、カソードは、中空コアを提供する。好ましくは、閉じ込め構造の内面は、円形管の内壁であり、カソードの中空コアは、中空コア内に配置されたマグネトロンのための空間を提供する。スパッタリング装置は、さらに、マグネトロンと連通するアクチュエーターを含むのが好ましく、中空コア内のマグネトロンの位置は、アクチュエーターの作動によって変更される。好適実施形態では、カソードを支持すると共にターゲットと連通するキャリッジは、カソード内のマグネトロンの移動を容易にするために提供され、カソードと相互作用するケーブル束は、電力及びクーラントをカソードに提供する。さらに好ましくは、スパッタリング装置は、例示的実施形態において、カソードと連通するケーブル束の端部から遠位にあるケーブル束の端部でケーブル束に固定されたケーブル束巻き取り機構を含み、マグネトロンは、少なくとも複数の磁石を含み、複数の磁石の各々は、一対の実質的に平行な外側面を有し、主要な本体部分が一対の実質的に平行な外側面に配置され、主要な本体部分は、一対の実質的に平行な外側面の間に配置されると共に一対の実質的に平行な外側面に対して実質的に非垂直である外面を有し、アクチュエーターは、カソードに対してマグネトロンを回転する。
【０００６】
特許請求の範囲に係る発明を特徴付けるこれら及び様々な他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明を読み、関連した図面を検討することにより明らかになるであろう。
特許又は出願のファイルは、少なくとも一つのカラーで作成された図面を含む。カラー図面を有するこの特許のコピーは、請求及び必要な料金の支払いにより特許商標庁によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、特許請求の範囲に係る発明のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影を示す。
【図２】図２は、図１のスパッタリング装置の例示的キャリッジの正射影を提供する。
【図３】図３は、図１の特許請求の範囲に係る発明の直列の複数のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影を示す。
【図４】図４は、図３のスパッタリング装置の一対の例示的キャリッジの正射影を示す。
【図５】図５は、図１のスパッタリング装置の立面図の側面図を提供する。
【図６】図６は、図５のスパッタリング装置の立面図の端面図を示す。
【図７】図７は、図５のスパッタリング装置の立面図の断面端面図を示す。
【図８】図８は、図５のスパッタリング装置の立面図の断面図を示す。
【図９】図９は、図５のスパッタリング装置の立面図の別の断面図を提供する。
【図１０】図１０は、図５のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影を示す。
【図１１】図１１は、図３のスパッタリング装置と協働するように構成されたケーブル束巻き取り機構の正射影を示す。
【図１２】図１２は、特許請求の範囲に係る発明の好適なターゲットと連通する、図１のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影の部分断面図を示す。
【図１３】図１３は、特許請求項に係る発明の好適なアクチュエーターと連通する、図１のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影の部分断面図を提供する。
【図１４】図１４は、特許請求項に係る発明の代替的な好適アクチュエーターと連通する、図１のスパッタリング装置の例示的実施形態の正射影の部分断面図を示す。
【図１５】図１５は、図１のスパッタリング装置のマグネトロンの代替的な好適実施形態の正射影の断面図を示す。
【図１６】図１６は、特許請求項に係る発明の代替的な好適アクチュエーターと連通する、図１５のスパッタリング装置のマグネトロンの代替的な好適実施形態の正射影の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（図面の例示的実施形態の詳細な説明）
図に示された本発明の様々な実施形態の一つ以上の例に対して詳細に参照される。各例は、本発明の様々な実施形態の説明によって提供され、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の部分として図示され又は説明された特徴は、様々な実施形態をもたらすために他の実施形態で使用されることができる。また、説明された実施形態に対する他の変更及び変形は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲及び精神内に考えられる。
【０００９】
図面を参照すると、図１は、好ましくは銅から形成された第１カソード１０２と、好ましくはグラファイトから形成された第２カソード１０４と、グラファイトカソードと銅カソード（１０２、１０４）との間に配置された絶縁体１０６と、複数のアノード１０８とを少なくとも含む例示的なスパッタリング装置１００を示す。好適実施形態では、スパッタリング装置１００は、端部のアノード１０８に隣接する取り付けられたドラグライン１１０と、キャリッジ１１２とを更に含む。好ましくは、キャリッジ１１２は、キャリッジ１１２によって支持された、図２に示された冠状ローラー又は図４に示されたホイールの形態をとることができる複数の回転機構１１４を提供し、プロセスチャンバー１１６を支持する。
【００１０】
図３は、直線形態につなぎ合わされた複数のカソード及びアノード対１１８と、複数のカソード及びアノード対１１８の近位端に固定された導管束１２０と、複数のカソード及びアノード対１１８の遠位端の端部のアノード１０８に隣接する取り付けられたドラグライン１１０とを含む例示的な代替実施形態を示す。好適実施形態では、導管束１２０（ケーブル束として本明細書中において呼ばれる）は、複数のカソード及びアノード対１１８の各々の間に配置され見えるように示された電源ケーブル１２２及びクーラントライン１２４を少なくとも収容する。図３は、さらに、各々が複数のアノード１０８に隣接する複数のキャリッジ１１２を示す。
【００１１】
図５によって示されたスパッタリング装置１００の断面前面図は、（図８の）マグネットアッセンブリ１２８と、カソード１０２との間に形成されたインレット及びアウトレットのクーラントチャンネル（１２５、１２６）のより詳細な図を提供し、図６は、クーラントライン１２４から電力ケーブル１２２を示す立面図の端面図を示す。図７は、図５によって示された断面Ｃ−Ｃのための立面図の側面図及び配向の参照を提供する。図６は、さらに、図８の断面Ａ−Ａ及び図９の断面Ｂ−Ｂの参照を提供し、図１０は、アノード１０８に対する電力ケーブル１２２及びクーラントライン１２４の斜視図を提供する。
【００１２】
図８に戻ると、マグネットアッセンブリ１２８が示されており、マグネットアッセンブリ１２８は、複数の磁石１３４の間に配置された少なくとも複数の絶縁体１３２を含む。好ましくは、複数の磁石１３４の各々は、隣接する磁石の面が共通の極性、すなわち、磁束場を集中するのに役立つ、図９に示されるように北極と北極、南極と南極を有するように配置される。さらに、図８は、前キャップ１３６、端部キャップ１３８、及び、複数の磁石１３４及び複数の絶縁体１３２を通って延びるドローイングボルト１４０を含むのが好ましいマグネットアッセンブリ１２８を示す。好適な実施形態では、ドローイングボルト１４０は、隣接する磁石１３４を、図８に示されるようにカソード１０２に対して実質的に垂直に維持するが、代替的な好適実施形態では、ドローイングボルト１４０は、隣接する磁石１３４を、図１５に示されるようにカソード１０２に対して実質的に非垂直に維持する。好ましくは、図８及び図１５の双方に示された隣接する磁石１３４は、円形の面を有し、図１５に示された隣接する磁石１３４は、円形の面がドローイングボルト１４０及びカソード１０２に対して非垂直であるように整合される。
【００１３】
図９及び図１１を続けて参照すると、図９によって示された好適実施形態では、アノード１０８は、インレットクーラントチャンネル１２５と連通するインレットクーラントキャビティ１４４と、アウトレットクーラントチャンネル１２６と連通するアウトレットクーラントキャビティ１４２とを提供する。図１１に示された好適実施形態では、スパッタリング装置１００は、さらに、ケーブル束１２０に固定されたケーブル束巻き取り機構１４６を少なくとも含む。ケーブル束巻き取り機構１４６は、ケーブル束１２０と協働する導管ガイドテンション機構１４８と、ケーブル束１２０と連通するスプール１５０と、スプール１５０と協働するモーター１５２と、モーター１５２と連通するモーターコントローラー１５４と、モーター１５２とモーターコントローラー１５４とスプール１５０とを収容するキャビネット１５６と、モニター１６０及びキーボード１６２を少なくとも含みモーターコントローラー１５４と接続するオペレーターインターフェース１５８と、を少なくとも含むのが好ましい。
【００１４】
図１２は、円筒形状を有する細長い閉じ込め構造１６６の内面であるのが好ましいターゲット１６４を含むスパッタリング装置１００を示す。細長い閉じ込め構造１６６の任意の幾何学的形状は、カソード１０２との相互作用に適合する。例えば、細長い閉じ込め構造１６６の幾何学的形状は、角柱、六角柱、台形柱、三角柱、八角柱、又は、他の形状にすることができる。しかしながら、好適実施形態では、細長い閉じ込め構造１６６の幾何学的形状は、円形断面を有する円筒である。
【００１５】
図１３及び図１４は、アクチュエーター１６８及び１７０のそれぞれの代替的な好適実施形態を示す。アクチュエーター１６８は、スクリュードライブ１７４と連通するアクチュエーターモーター１７２と、マグネットアッセンブリ１２８及びエンドエフェクタ１７６に結合されたエンドエフェクタ１７６と、を少なくとも含む。好適実施形態では、アクチュエーターモーター１７２の作動は、スクリュードライブ１７４の回転を与える。スクリュードライブ１７４の回転は、カソード１０２内のマグネットアッセンブリ１２８の位置を変えるエンドエフェクタ１７６の直線運動に変換される。好ましくは、アクチュエーターモーター１７２は、直流モーターであるが、空気圧モーター、ロータリー油圧モーター、ステッピングモーターあるいは他の回転出力型モーターに代替的にすることができる。
【００１６】
図１４のアクチュエーター１７０は、少なくとも、流体シリンダー１７８を含むのが好ましく、流体シリンダー１７８は、好ましくは、ピストン１８２が前後に移動するピストンロッド１８４に接続されるシリンダー筒部１８０を少なくとも含む。シリンダー筒部１８０は、シリンダー底部１８６（キャップ１８６と呼ばれる）によって一端部で閉じられると共に、ピストンロッド１８４がシリンダー筒部１８０から出るシリンダー頭部１８８（グランド１８８と呼ばれる）によって他端部で閉じられるのが好ましい。好適実施形態では、ピストン１８２は、摺動するリング及びシールを有する。ピストン１８２は、シリンダー筒部１８０の内部を、二つのチャンバーである底チャンバー１９０（キャップエンド１８６）と、ピストンロッド側チャンバー１９２（ロッドエンド／シリンダーヘッドエンド１８８）とに分割する。好適実施形態では、ピストンロッド１８４は、マグネットアッセンブリ１２８に結合されるエンドエフェクタ１９４と連通する。好ましくは、流体シリンダー１７８の作動は、ピストンロッド１８４に直線運動を与える。ピストンロッド１８４の直線運動は、カソード１０２の内のマグネットアッセンブリ１２８の位置を変えるエンドエフェクタ１９４の直線運動に変換される。
【００１７】
図１６は、ロードアダプター２００と連通するアクチュエーターモーター１９８を少なくとも含むのが好ましいアクチュエーター１９６の付加的な代替的な好適実施形態を示す。好ましくは、ロードアダプター２００は、アクチュエーターモーター１９８と、マグネットアッセンブリ１２８との間に配置されてアクチュエーターモーター１９８及びマグネットアッセンブリ１２８に接続される。好適実施形態では、アクチュエーターモーター１９８の作動は、ロードアダプター２００の回転を与え、この回転は、マグネットアッセンブリ１２８に、カソード１０２の内のマグネットアッセンブリ１２８の位置を回転する回転運動に変換する。好ましくは、アクチュエーターモーター１９８は、直流モーターであるが、空気圧モーター、ロータリー油圧モーター、ステッピングモーターあるいは他の回転出力型モーターに代替的にすることができる。
【００１８】
本発明の様々な実施形態の多くの特徴および利点は、本発明の様々な実施形態の構造および機能の詳細と共に上記の説明に記載されているにもかかわらず、この詳細な説明は例示のみであり、変更は、特に、添付の特許請求の範囲が表現される用語の広い一般的な意味によって示される完全な程度に特許請求の範囲に係る本発明の原理内にある部品の構造及び配置の問題で詳細に説明されることを理解すべきである。例えば、特定の要素は、特許請求の範囲に係る本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、特定の用途に応じて変えることができる。
【００１９】
本発明は、その中に固有のものだけでなく、上述の目的および利点を達成するように構成されていることは明らかであろう。現在好ましい実施形態が、この開示の目的のために説明されているが、多数の変更が、当業者に容易に提案され、添付の特許請求の範囲によって包含されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014169495.tif 000013
【図１２】
2014169495.tif 000014
【図１３】
2014169495.tif 000015
【図１４】
2014169495.tif 000016
【図１５】
2014169495.tif 000017
【図１６】
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【外国語明細書】
2014169495000001.pdf