(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロン組立体であって、
剛性支持構造（１０２）と、
前記剛性支持構造（１０２）に移動可能に取り付けられた磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）と、
前記剛性支持構造（１０２）に連結され、かつ回転可能なターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）の表面からの前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）の距離を変化させるように構成された少なくとも１つの作動機構（１０８、１４６）と、
前記マグネトロン組立体の外部からコマンド信号を受信し、かつ前記マグネトロン組立体の外部に情報信号を送信するように構成された通信デバイス（１５８、１７６；３２０，３３０）と、を備え、
前記作動機構（１０８、１４６）が、
ホールプローブのためのセンサポート（１２０）と、
圧縮ガスを受容するように構成された空気圧作動ポート（１２２）と、
前記空気圧作動ポート（１２２）と連通するベローズ（１２４）と、前記ベローズ（１２４）および前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）に連結された制御シャフト（１３０）と、
前記制御シャフト（１３０）に連結された戻しばね（１２８）と、
ホールプローブフィードバックのための前記制御シャフト（１３０）内の磁石（１２６）と、を備える、マグネトロン組立体。
【請求項２】
マグネトロン組立体であって、
剛性支持構造（１０２）と、
前記剛性支持構造（１０２）に移動可能に取り付けられた磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）と、
前記剛性支持構造（１０２）に連結され、かつ回転可能なターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）の表面からの前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）の距離を変化させるように構成された少なくとも１つの作動機構（１０８、１４６）と、
前記マグネトロン組立体の外部からコマンド信号を受信し、かつ前記マグネトロン組立体の外部に情報信号を送信するように構成された通信デバイス（１５８、１７６；３２０，３３０）と、を備え、
前記作動機構（１０８、１４６）が、
ステッピングモータ（１４８））と、
前記ステッピングモータ（１４８）に動作可能に連結されたベベルギヤ（１５０）と、
前記ベベルギヤ（１５０）と嵌合されるねじ付きハウジング（１５２）と、
前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）と前記ねじ付きハウジング（１５２）との間に連結されるねじ付きポスト（１５４）と、を備える、マグネトロン組立体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）が、ばね荷重空気圧構造またはばね荷重油圧構造を備える、マグネトロン組立体。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）が、回転ケーブルまたはプッシュ／プルケーブルを備える、マグネトロン組立体。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）が、サーボ、ステッピングモータ（１４８）、または圧電モータを備えるモータ付き構造を含む、マグネトロン組立体。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のマグネトロン組立体において、前記回転可能なターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）の前記表面に対する前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）の位置を測定するように動作可能な位置指示機構を更に備える、マグネトロン組立体。
【請求項７】
請求項６に記載のマグネトロン組立体において、前記位置指示機構が、直接感知によって、または間接メトリックによって、前記磁石棒構造（１０４、１４４、３１２）の位置を測定する、マグネトロン組立体。
【請求項８】
請求項６に記載のマグネトロン組立体において、前記位置指示機構が、ホールプローブおよび磁石（１２６）を備える、マグネトロン組立体。
【請求項９】
請求項６に記載のマグネトロン組立体において、前記位置指示機構が、データをさらに処理することなく直接オペレータに送信するデジタルインジケータを備える、マグネトロン組立体。
【請求項１０】
請求項６に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）が、サーボ、ステッピングモータ（１４８）、または圧電モータを備えるモータ付き構造を含み、前記位置指示機構が、前記モータ付き構造との直接連結からのフィードバックを含む、マグネトロン組立体。
【請求項１１】
請求項１又は２に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）と動作可能に通信する電子制御装置（１５６、３１６）をさらに備える、マグネトロン組立体。
【請求項１２】
請求項１１に記載のマグネトロン組立体において、前記作動機構（１０８、１４６）および前記電子制御装置（１５６、３１６）に通電するように構成されたバッテリ電源（１６０）（１６０）をさらに備える、マグネトロン組立体。
【請求項１３】
請求項１１に記載のマグネトロン組立体において、前記通信デバイス（１５８、１７６；３２０，３３０）が、前記電子制御装置（１５６、３１６）に動作可能に連結されたトランシーバを備える、マグネトロン組立体。
【請求項１４】
請求項１３に記載のマグネトロン組立体において、前記トランシーバが、無線周波数トランシーバ、光トランシーバ、または超音波トランシーバを含む、マグネトロン組立体。
【請求項１５】
請求項１１に記載のマグネトロン組立体において、前記ターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）内に位置し、前記電子制御装置（１５６、３１６）に動作可能に連結される第１のトランシーバ（１７６、３３０）と、
前記ターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）の外部に位置し、かつ前記第１のトランシーバ（１７６、３３０）と信号通信する第２のトランシーバ（１７６、３３０）と、を更に備え、
前記第１および第２のトランシーバ（１７６、３３０）が、光トランシーバを含む、マグネトロン組立体。
【請求項１６】
請求項１５に記載のマグネトロン組立体において、前記第１のトランシーバ（１７６、３３０）に連結され、かつ前記第２のトランシーバ（１７６、３３０）に連結された第２の光ファイバーケーブル（２２４）と光通信する第１の光ファイバーケーブル（２１６）をさらに備える、マグネトロン組立体。
【請求項１７】
請求項１６に記載のマグネトロン組立体において、前記ターゲットシリンダ（１７２、２１０、３２２）上のエンドキャップ（２２２）であって、前記第１の光ファイバーケーブルと前記第２の光ファイバーケーブルとの間で光信号が送信されることを可能にするウィンドウ（２２０）を有するエンドキャップ（２２２）をさらに備える、マグネトロン組立体。
【請求項１８】
請求項１５に記載のマグネトロン組立体において、前記第１および第２のトランシーバ（１７６、３３０）が、超音波トランシーバを含む、マグネトロン組立体。
【請求項１９】
請求項１８に記載のマグネトロン組立体において、前記第２のトランシーバ（１７６、３３０）が、ユーザー操作型の外部制御装置（３４４）と信号通信する、マグネトロン組立体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年３月１日に出願された米国特許仮出願第６１／７７１，４６０号の利益を主張し、該仮出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
回転式ターゲットのマグネトロンスパッタリングは、周知であり、多様な基板上に多様な薄膜を製造するために広く使用されている。回転式ターゲットのマグネトロンスパッタリングの最も基本的な形態では、スパッタリングされる材料は、管の形状で形成されるか、または剛性材料から作られた支持管の外面に付着されるか、のいずれかである。マグネトロン組立体は、その管内に配置され、ターゲットを透過する磁束を供給し、ターゲットの外面には十分な磁束が存在する。マグネトロン組立体によって生成される磁場は、ターゲットから放出された電子を保持するように設計され、その結果、電子が作業ガスとイオン化衝突する確率が高くなり、スパッタリングプロセスの効率を向上させる。
【０００３】
ターゲットの厚みを増加させ、より敏感なプロセス条件下でスパッタプロセスを行うことが望ましいので、ターゲットの浸食の影響を補償することがますます重要になっている。より厚いターゲットの要望は、セラミックターゲットの製造コストによって大きく左右されるが、より長期間にわたるコーティング活動を実行するために、スパッタコーター内部により多くの利用可能な材料を保有するためにも望ましい。より敏感なプロセス条件でプロセスを実行する必要性は、反応性モードスパッタリングでより高い堆積速度を得る、かつ／または膜の化学的性質を微細に制御する、要望によって左右される。
【０００４】
一部の材料、特にセラミック透明導電性酸化物（ＴＣＯ）材料、のターゲットの製造コストは、原材料のコストと比較すると比較的高価である。これらのターゲットの経済性を向上させるために、ターゲット材料の厚みを増加させることが望ましい。このように、ターゲットはかなり多くの材料が利用可能であるが、製造コストが大幅に変わらないので、ターゲットのコスト全体には最小限にしか反映されない。唯一の大幅なコストの増加は、使用される原材料の追加による。また、より厚いターゲットは、ターゲット交換の間のより長期間の製造活動グループ化を可能にするというさらなる利点を有する。
【０００５】
しかしながら、ターゲットの厚みを過剰に増加すると、標準的なマグネトロン組立体を使用する場合に、ターゲット表面の磁束が不十分になることがある。より厚いターゲットに必要なより高い磁束を提供するために、最近、より高い磁束を有するマグネトロンの設計が導入されている。
【０００６】
反応性マグネトロンスパッタリングの場合では、金属ターゲットは、酸素または窒素のような反応性ガスを含む雰囲気中で、スパッタリングされる。スパッタリングされた材料は、反応性ガスと反応し、ターゲット材料と反応性ガスとの化合物からなる膜を形成する。反応性ガスはまた、ターゲット表面と反応し、その結果ターゲット表面に反応化合物を形成する。この表面化合物は、アブレーション速度を大幅に減少させる。スパッタリング効率を向上させるために、反応性ガスの量を慎重に制御し、所望の膜の化学的性質を継続して達成しながらターゲット表面の反応を最小限にすることができる。いくつかの場合では、プロセスは、膜の化学的性質が準化学量論的であるように制御する必要がある。
【０００７】
プロセスガスに対する微細な制御は、僅かな乱れに対して敏感であるプロセスに行われる。この業界は、電力供給およびプロセスガス制御において著しい技術的進歩があり、プロセスの乱れの多くを最小限にした。しかしながら、プラズマの磁気的閉じ込めにおける変動はほとんど最小限にされなかった。ターゲットが浸食されるにつれて、作業表面が磁気組立体により近くなり、磁場がより強くなる。これは、プラズマの閉じ込めを変化させ、スパッタリングプロセスの動力を変化させる。これは、プロセスの長期の安定性を維持する上での課題となる。
【０００８】
回転式カソードのための通常のマグネトロン組立体は、磁気回路を完成することができるスチールなどの磁気伝導性材料からなるヨークに取り付けられた実質的に平行な３列の磁石を含む。磁石の磁化の方向は、スパッタリングターゲットに主軸に対して半径方向である。中心の列の磁石は、２つの外側の列の磁石と反対の極性を有する。
【０００９】
磁石の内側および外側の磁束は、磁石の片側にある磁気伝導性のヨークを介して連結される。ヨークと反対側の磁石の他の片側では、磁束は、磁気伝導性材料に閉じ込められていない。したがって、磁束は、実質的に非磁性体であるターゲットを実質的に妨げられずに透過する。したがって、２つの円弧状の磁場が、ターゲットの作業面およびその近くに提供される。これらの磁場は、電子を保持し、電子を磁石の列に平行である磁力線に対して直角な方向にドリフトさせる。これは、Ｅ×Ｂドリフトとして公知である。通常の配設では、このドリフト通路はまた、ターゲットの主軸に対して平行である。
【００１０】
さらに、磁石の外側の列は磁石の内側の列よりも若干長く、外側の列と同じ極性の追加の磁石が、２つの外側の列の間の組立体の端部に配置され、ドリフト通路のいわゆる「方向転換」の領域を作成する。これは、２つのドリフト通路を接続する効果を有し、したがって１つの連続する楕円形の「レーストラック」状のドリフト通路を形成する。これは、電子の保持を最適化し、したがってスパッタリングプロセスの効率を最適化する。
【００１１】
ターゲットが浸食されるにつれて、作業面が磁石組立体にさらに近づき、作業面における磁場の強度が非線形的に増加する。微細に制御されるプロセスでは、ターゲットが浸食されるにつれて、磁場を変更してプロセスの変動を最小限にし、それによってターゲットの寿命の過程にわたってプロセスの制御を容易にすることが非常に望ましい。
【００１２】
ターゲットが浸食されるにつれて磁場を変化させる必要があることは周知であり、プレーナー型スパッタリングのカソードの場合では、達成された。しかしながら、回転式カソードのための調整可能なマグネトロンの要求は、カソードの幾何学的および機械的構造に対処する困難さが原因で、満たされていないままである。
【発明の概要】
【００１３】
回転式ターゲットカソードのためのマグネトロン組立体は、剛性支持構造、剛性支持構造に移動可能に取り付けられた磁石棒構造、および剛性支持構造に連結され、回転可能なターゲットシリンダの表面からの磁石棒構造の距離を変化させるように構成された少なくとも１つの作動機構を備える。マグネトロン組立体はまた、回転可能なターゲットシリンダの表面に対する磁石棒構造の位置を測定するように動作する位置指示機構を備える。通信デバイスは、マグネトロン組立体の外部からコマンド信号を受信し、かつマグネトロン組立体の外部に情報信号を送信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に従う、回転可能なターゲットカソードのためのマグネトロン組立体の斜視図である。
【図２】図１のマグネトロン組立体の端面図である。
【図３】図１のマグネトロン組立体の側面図である。
【図４】図２の線４−４に沿って切り取ったマグネトロン組立体の側面断面図である。
【図５】図４の線５−５に沿って切り取ったマグネトロン組立体の拡大断面図である。
【図６】図３の線６−６に沿って切り取ったマグネトロン組立体の端面断面図である。
【図７】別の実施形態に従う、回転可能なターゲットカソード内のマグネトロン組立体の側面断面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って切り取ったマグネトロン組立体の拡大断面図である。
【図９】一実施形態に従う、スパッタリング装置の側面部分断面図である。
【図１０】別の実施形態に従う、スパッタリング装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ターゲットが浸食されるにつれて、プロセス条件の変更をもたらすスパッタリング面における磁気強度の変動に対処する回転式カソードマグネトロンスパッタリングのための装置および技術を提供する。本発明の手法は、ターゲットの浸食の影響を磁気的に補償することにより、プロセスの安定性を改善する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、ばね荷重機械的構造を押す空気圧または油圧によって、マグネトロン組立体の位置の調整を行うことができる。ばねは、ターゲットの作業面に対して最も近い距離に向かうか、または最も遠い距離に向かうかのいずれかでマグネトロン組立体を押すことができ、一方空気圧または油圧は、ばねをその反対方向に押す。与えられた圧力は、組立体の位置を決定する。このような実施形態では、マグネトロン組立体が一般的に装着される中央の水管内に、圧力搬送ラインを配置することができる。この場所は、水管が静止したままなので、有利である。したがって、可動部分にはシールが必要ないので、信頼性が最適化される。
【００１７】
一実施形態では、ターゲット組立体内に配置された加圧されたガスシリンダを介して、エネルギーが空気圧アクチュエータに提供される。高圧ガスシリンダは、例えば、市販の二酸化炭素（ＣＯ２）カートリッジであってもよい。
【００１８】
他の実施形態では、調整を行うための運動は、水管内に配置することができるケーブルによって提供することができる。一実施例では、ケーブルは、車の速度計のように回転することができる。別の実施形態では、ケーブルは、自転車のハンドブレーキケーブルのようなプッシュ／プルであってもよい。
【００１９】
使用されているカソードの特有の設計に依存して、本発明の手法のいくつかの実施形態は、ターゲット組立体の軸に沿って水管内に配置された回転またはリニアシャフトによって直接に運動を提供することができる。シャフトは、ロータリーシールのような空気と水の間のシールを介して、空気から水へ通過する。直線運動の場合、運動はベローズを介して転移され、ベローズは、完全な水と空気の分離を提供し、ベローズの圧縮または膨張を介して運動を伝える。
【００２０】
いくつかのカソード設計では、ターゲット組立体の一方の端部は、全ての機能が通過するエンドブロックに取り付けられ、ターゲットの他方の端部は、キャップが取り付けられる。このタイプのカソードは、シングルエンド型カソードと呼ばれる。キャップが取り付けられた端部は、ベアリングよって支持される場合も支持されない場合もある。このタイプのカソード設計では、上述のベローズは、エンドキャップの設計の一部であってもよい。
【００２１】
機械的なフィードスルーを提供する別の方法は、磁気を使用する。ターゲット構造の内部の磁気組立体は、ターゲットの外部の組立体に磁気的に連結することができる。外部の組立体の運動は、磁気的連結により、固体の隔壁を介して転移する。このような配設は、シングルエンド型カソード設計のエンドキャップの一部として最も容易に実現できる。
【００２２】
他の実施形態では、静止するマグネトロン／水管組立体に対するターゲットの回転の運動を利用して、調整を行うことができる。これは、ギヤなどの機械的構造を提供し、ターゲットの回転運動を利用して調整を行うために使用されるアクチュエータを駆動することによって、達成することができる。別の実施形態では、水が中央の止水板を通って流れるときなどに、カソードを通る水流をタービンまたは水車機構によって利用することによって、調整を行うことができる。ターゲット回転または水流駆動の実施形態のような場合では、前述の機械的フィードスルーのうちのいずれかを使用することができるスイッチング機構のような、コーターの外から機構に対して係合する、また係合解除するための構造を提供することが必要である。
【００２３】
さらなる実施形態では、水没可能であるか、または水密性のハウジング内に収容されているか、のいずれかであり得る、ターゲット組立体内に収容されたサーボまたはステッピングモータのような内部のモータによって、調整を行うことができる。これらのモータは、トルクを調整スクリューに直接に与えることができる、または中間の機構があってもよい。中間の機構は、例えば、運動の方向を変化させるウォームギヤ、ベベルギヤ、またはラックとピニオンであり得る。このような機構はまた、ギヤ減速として機能し、モータの出力トルクと調整スクリューに与えられる所望のトルクとの間の相対的トルクを調整することができる。
【００２４】
代替の手法では、圧電モータを作動機構に使用することができる。圧電モータは、直線運動を提供する。この運動は、調整スクリューに取り付けられているギヤに接線方向の力を与えることにより、回転運動に変換されて調整スクリューを駆動することができる。他の直線運動の選択可能な例は、電気ソレノイド、および空気圧もしくは油圧シリンダを含む。
【００２５】
内部のモータへの電力は、止水板組立体を貫通する電線によって提供することができるが、ターゲットを組み立てるときに余分な接続が必要となるので、これらの電線をカソードに与えられる電力からシールドすることが困難となる可能性がある。あるいは、電力は、とりわけシングルエンド型カソードのキャップが取り付けられた端部のブラシ接点によって経路指定することができる。
【００２６】
内部のモータを駆動するための別の方法は、ターゲット空洞内にバッテリパックを設けることによる。この手法では、電力は、前述の機構のいずれかによってオンおよびオフを切り換えることができる。
【００２７】
概して、アクチュエータが空気圧式の実施形態は、モータ付き実施形態よりも少ない電力を要求する。
【００２８】
別の実施形態では、電気的内部制御モジュールは、ターゲット組立体内に位置することができる。オペレータと内部制御モジュールとの間のコマンドおよびフィードバック通信は、カソードの著しい変更を要求しない様々な方法によって行うことができる。
【００２９】
内部制御モジュールと遠隔通信する一方法は、電力線オーバーレイ信号による。この場合、通信信号は、ターゲットに与えられる電力と同じコンダクタンス経路を介して送信される。しかしながら、通信周波数は、スパッタリング電源の全ての電源周波数と大きく異なるように選択しなければならない。さらに、スパッタリングプロセスによって、時々生成される電気的ノイズを補償するための冗長信号を送ることが必要な場合がある。この通信の方法は、カソード構造を実質的に改変することなく、または特別のフィードスルーを要求することなく、ほとんどの回転式カソード設計に容易に実装される利点を有する。
【００３０】
制御モジュールと通信する別の方法は、カソードまたはターゲット組立体内のウィンドウを介して信号を送信することを含む。そのようなウィンドウに適する最も便利な場所は、シングルエンド型カソードのエンドキャップの中心にある。このウィンドウを介して送ることができる信号の例示的なタイプは、無線、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥース、光、磁気誘導などを含む。デジタル光通信は、スパッタリングプロセスによって生成される電磁的ノイズからの干渉に影響されない利点を有するが、通信経路を光から合理的に遮蔽する必要がある。無線およびＷｉ−Ｆｉ信号は、電磁的ノイズから遮蔽する必要がある。磁気誘導通信は、近接する２つの誘導コイルを含み、第１のコイルは、電流によって活性化され、第２のコイルは、第１のコイルによって生成される磁場に反応して電圧信号を生成するピックアップコイルとして機能する。これらの方法の全ては、双方向通信を提供することができる。磁気誘導方法のバリエーションは、コイルの１つをホールセンサと交換することであるが、これは、通信を一方向に制限する。
【００３１】
遠隔通信のための別の代替の方法は、一対の超音波トランシーバを使用することによる。超音波通信は、視線または送信するための特別なウィンドウを必要としないので、トランシーバが装着される場所により汎用性があるという利点を有する。さらに、超音波トランシーバは、一切の電磁ノイズ、光ノイズ、または光インピーダンスに影響されない。超音波通信の利点は、様々な製造業者によって製造されたカソードに組み込むことを容易にする。
【００３２】
ターゲット作業面に対する磁石組立体の位置を感知する方法もまた、提供する。一手法では、アナログまたはデジタル直線運動インジケータを使用して、直接の測定を行う。運動がサーボまたはステッピングモータによって駆動される場合、これらのモータからフィードバック信号が利用可能である。位置を感知するための代替の方法は、空気圧要素内部のガス圧力を測定することである。別の方法は、磁石およびホールプローブを装置内に装着し、調整を行っている間、それらが相対的に移動することである。。ホールプローブは、磁石からのその距離に依存して異なる電圧を出力する。
【００３３】
本明細書に記載された様々な技術を使用して、磁石組立体全体を単一のユニットとして位置決めし、または磁石組立体の長さに沿う複数の箇所を独立して位置決めし、プロセスの均一性を調整することも可能にすることができる。
【００３４】
図１〜３および６は、一実施形態による、回転可能なターゲットシリンダのためのマグネトロン組立体１００の様々な図を示す。概して、マグネトロン組立体１００は、冷媒管のような剛性支持構造１０２、支持構造１０２に移動可能に取り付けられた磁石棒構造１０４、および支持構造１０２に連結された１つ以上の作動機構１０８を含む。作動機構１０８は、回転可能なターゲットシリンダの表面からの磁石棒構造１０４の距離を変化させるように構成される。
【００３５】
作動機構１０８は、アクチュエータハウジング１０９によって覆われる。位置指示機構は、アクチュエータハウジング１０９内に位置し、回転可能なターゲットシリンダの表面に対する磁石棒構造１０４の位置を測定するように動作する。磁石棒構造１０４は、図６に示されるように、ヨーク１１２に取り付けられた磁石１１０の実質的に平行な列のアレイを含む。ヨーク１１２は、磁気回路を完成をたすけることができるスチールなど磁気伝導材料からなる。
【００３６】
制御ハウジング１０６は、支持構造１０２を部分的に囲み、マグネトロン組立体１００の外部からコマンド信号を受信し、かつマグネトロン組立体１００の外部に情報信号を送信するように構成された通信デバイスを収容する。制御ハウジング１０６はまた、作動機構１０８と動作可能に通信する電子制御装置を包囲する。通信デバイスは、電子制御装置に動作可能に連結されたトランシーバであり得る。トランシーバは、例えば、無線周波数（ＲＦ）トランシーバ、光トランシーバ、または超音波トランシーバであり得る。図１に示されるように、制御ハウジング１０６は、位置フィードバック接続ポート１１４および１つ以上の作動接続ポート１１６を画定する。
【００３７】
位置指示機構は、各作動機構１０８内に内蔵位置センサとして実装することができる。位置センサは、直接感知によってか、または間接メトリックによってか、のいずれかで磁石棒構造１０４の位置を測定することができる。例えば、位置指示機構は、アナログセンサとしてホールプローブおよび磁石を実装することができる。あるいは、位置指示機構は、データをさらに処理することなく直接オペレータに送信するプランジャー型デジタルインジケータのようなデジタルインジケータを実装することができる。
【００３８】
さらに、電源を設けてアクチュエータ機構１０８および電子制御装置に通電することができる。電源は、マグネトロン組立体の体積内で完全に自己完結することができる。例えば、バッテリパックなどの電源は、制御ハウジング１０６内に位置することができる。
【００３９】
作動機構１０８は、様々方法で実装することができる。例えば、作動機構１０８は、ばね荷重空気圧構造、またはばね荷重油圧構造を含むことができる。あるいは、作動機構１０８は、回転ケーブルまたはプッシュ／プルケーブルを含むことができる。
【００４０】
一実施形態では、各作動機構１０８は、ばね荷重空気圧ベローズ、ブラダ、またはシリンダを含むことができる。この手法では、調整点は、ばね負荷と、反対方向に押す油圧要素内の圧力と、が与えられる。調整を行うための貯蔵エネルギーは、ＣＯ２ガスカートリッジのような圧縮ガス供給源に保存することができる。調整は、圧縮ガスをＣＯ２ガスカートリッジから空気圧要素内に放出するか、またはガスを空気圧要素からターゲット内部の冷却水内に放出するか、のいずれかを行う調整弁によって行うことができる。
【００４１】
内蔵の位置感知を備えた作動機構１０８の一実施形態の更なる詳細を、図４および５に示す。この実施形態では、作動機構１０８は、ホールプローブためのセンサポート１２０、圧縮ガスを受容するように構成された空気圧作動ポート１２２、および空気圧作動ポート１２２と連通する溶接ベローズなどのベローズ１２４を含む。制御シャフト１３０は、ベローズ１２４および磁石棒構造１０４のヨーク１１２に連結される。戻しばね１２８は、制御シャフト１３０に連結され、磁石１２６は、ホールプローブフィードバックのために制御シャフト１３０内に位置する。この実施形態のホールプローブ／磁石は、位置感知のためのアナログ検出器である。図６は、制御装置のための制御ボード１１３、一つ以上のソレノイドバルブ１１５、トランシーバ１１７、ソレノイドバルブと流体連通するＣＯ２ガスカートリッジ１１８、制御ボードを動作させるバッテリ１１９についての制御ハウジング１０６内の例示的な位置を示し、これらは、図４および５の作動機構１０８で使用される。
【００４２】
前述のように、作動機構は、代替的に、サーボ、ステッピングモータ、または圧電モータなどのモータ付き構造で実装することができる。任意の数の機械的構成を駆動運動に使用することができる。一実施例は、直角ギヤまたは減速ギヤをさらに組み込むことができるスクリュージャッキである。これらの実施形態では、磁石棒の位置感知は、モータ付き構造からのフィードバックを介して遂行することができる。
【００４３】
図７および８は、一実施形態による、回転可能なターゲットカソード１７０内のモータ付き構造が実装されたマグネトロン組立体１４０を示す。概して、マグネトロン組立体１４０は、ターゲットシリンダ１７２の内部に配置され、剛性支持構造１４２、支持構造１４２に移動可能に取り付けられた磁石棒構造１４４、および支持構造１４２に連結された複数のモータ付き作動機構１４６を含む。モータ付き作動機構１４６は、例えば、１００：１のギヤ減速を有することができるギヤ付きステッピングモータ１４８を含む。ベベルギヤ１５０のセットは、ステッピングモータ１４８に動作可能に連結される。ベベルギヤ１５０は、例えば、４：１のギヤ減速を有することができる。ねじ付きハウジング１５２は、ベベルギヤ１５０のそれぞれと嵌合される。ねじ付きポスト１５４は、磁石棒構造１４４とねじ付きハウジング１５２との間に連結される。アクチュエータハウジング１５５は、モータ付き作動機構１４６のそれぞれを包囲する。
【００４４】
マグネトロン組立体１４０はまた、モータ付き作動機構１４６と動作可能に通信する電子制御装置１５６を含む。超音波トランシーバ／トランスデューサ１５８のような通信デバイスは、電子制御装置１５６に動作可能に連結される。ステッピングモータ１４８および電子制御装置１５６のための電力は、バッテリパック１６０によって提供することができる。制御ハウジング１６２は、電子制御装置１５６およびバッテリパック１６０を包囲する。
【００４５】
図７に示されるように、ターゲットシリンダ１７２は、エンドブロック１７４に回転可能に取り付けられる。超音波トランシーバ／トランスデューサ１７６は、エンドブロック１７４上に装着され、超音波トランシーバ／トランスデューサ１５８と通信可能である。
【００４６】
図９は、別の実施形態による、双方向光通信に適するように構成されたスパッタリング装置２００を示す。回転可能なカソードターゲットシリンダ２１０は、外壁２１５を有する真空チャンバー２１２内に配置される。ターゲットシリンダ２１０は、真空チャンバー２１２の外部の外壁２１５上に装着されたモータ２１３に動作可能に連結される。図１〜３に関して前述したようなマグネトロン組立体１００は、ターゲットシリンダ２１０内に位置する。
【００４７】
図９に示すように、光通信ボックス２１４は、真空チャンバー２１２の外部の外壁２１５上に位置する。大気中の第１の光ファイバーケーブル２１６は、光通信ボックス２１４内の第１の光トランシーバに光学的に連結される。光ファイバーケーブル２１６はまた、光ファイバーケーブル２１６のための大気から真空へのフィードスルーを提供する真空カプラ２１８に連結される。第２の光ファイバーケーブル２２４は、ターゲットシリンダ２１０のカソード水冷回路を介して、制御ハウジング１０６内部の第２の光トランシーバに連結される。ターゲットシリンダ２１０のエンドキャップ２２２内の光ファイバーウィンドウ２２０は、光ファイバーケーブル２１６と光ファイバーケーブル２２４との間で光信号が送信されることを可能にする。
【００４８】
図１０は、別の実施形態による、真空チャンバー３４０内の回転式カソード組立体３２０内に位置するマグネトロン組立体３１０と真空チャンバー３４０の外部の外部制御装置３４４との間の双方向超音波通信に適するように構成されたスパッタリング装置３００の概略図である。マグネトロン組立体３１０は、磁石棒構造３１２、および磁石棒構造３１２に機械的に連結された複数のモータ付き作動機構３１４を含む。内部の電子制御装置３１６は、ツイストペアの２つのセットを含むことができるモータ制御ケーブル３１８などを介して、モータ付き作動機構３１４と動作可能に通信する。電子制御装置３１６に収容されたバッテリパックは、モータ付き作動機構３１４および電子制御装置３１６に電力を提供する。
【００４９】
回転式カソード組立体３２０は、水を満たすことができ、かつエンドブロック３２４に回転可能に連結されたターゲットシリンダ３２２を含む。第１の超音波トランシーバ３２６は、ターゲットシリンダ３２２の内部に装着され、１つのツイストペアを含むことができる超音波通信電線３２８などを介して、電子制御装置３１６と信号通信する。第２の超音波トランシーバ３３０は、絶縁体３３２の上のエンドブロック３２４上に装着され、超音波トランシーバ３２６と超音波の通信が可能である。外部制御装置３４４は、ユーザーによって操作され得、大気から真空チャンバー３４０へのフィードスルーを提供する真空カプラ３３６を貫通する超音波通信電線３３４などを介して、超音波トランシーバ３３０と信号通信する。
【００５０】
一実行形態では、電子制御装置３１６は、任意の時点で制御されるモータ付き作動機構３１４の１つのモータだけを使用して、磁石棒構造３１２の１２個までの運動を制御することができる。電子制御装置３１６の制御理論は、所与のシーケンスで各モータを少量だけ動かすように適合させることができる。１度に１つのモータを制御することは、制御システムを単純化し、瞬間消費電力が低くなるのでバッテリ要件を低減する。さらに、制御ラインは、Ｉ型鋼支持の磁石棒側の通信バスと共に経路指定することができる。水シールされた電気接続は、各制御対象ユニットと通信バスとの間に使用することができる。
【００５１】
別の実施形態では、カソードターゲット組立体内に収容されるマグネトロン組立体と真空チャンバーの外部との間の情報の双方向送信のためのシステムを設けることもできる。例えば、双方向通信は、戦略的に配置された２つのＲＦトランシーバによって遂行することができ、一方のトランシーバがターゲット組立体の内部に配置され、もう一方のトランシーバがターゲット組立体の外で真空チャンバーの内部に配置される。ターゲット組立体の内部のトランシーバは、電子制御装置に直接に接続される。真空チャンバー内のトランシーバは、チャンバー隔壁内の電気的フィードスルーを介して外に接続される。通信信号に対して透明であるウィンドウをトランシーバのアンテナ間に設けることが必要である。このウィンドウは、シングルエンド型カソードのエンドキャップの一部として位置することができる。
例示的実施形態
【００５２】
実施例１は、マグネトロン組立体を含み、マグネトロン組立体は、剛性支持構造と、剛性支持構造に移動可能に取り付けられた磁石棒構造と、剛性支持構造に連結され、回転可能なターゲットシリンダの表面からの磁石棒構造の距離を変化させるように構成された少なくとも１つの作動機構と、回転可能なターゲットシリンダの表面に対する磁石棒構造の位置を測定するように動作する位置指示機構と、マグネトロン組立体の外部からコマンド信号を受信し、かつマグネトロン組立体の外部に情報信号を送信するように構成された通信デバイスと、を備える。
【００５３】
実施例２は、実施例１のマグネトロン組立体を含み、作動機構が、ばね荷重空気圧構造、またはばね荷重油圧構造を備える。
【００５４】
実施例３は、実施例１のマグネトロン組立体を含み、作動機構が、回転式ケーブル、またはプッシュ／プルケーブルを備える。
【００５５】
実施例４は、実施例１のマグネトロン組立体を含み、作動機構が、サーボ、ステッピングモータ、または圧電モータを備えるモータ付き構造を含む。
【００５６】
実施例５は、実施例１〜４のいずれかのマグネトロン組立体を含み、位置指示機構が、直接感知によって、または間接メトリックによって、磁石棒構造の位置を測定する。
【００５７】
実施例６は、実施例１〜４のいずれかのマグネトロン組立体を含み、位置指示機構が、ホールプローブおよび磁石を備える。
【００５８】
実施例７は、実施例１〜４のいずれかのマグネトロン組立体を含み、位置指示機構が、データをさらに処理することなく直接オペレータに送信するデジタルインジケータを備える。
【００５９】
実施例８は、実施例４のマグネトロン組立体を含み、位置指示機構が、モータ付き構造との直接連結からのフィードバックを備える。
【００６０】
実施例９は、実施例１〜８のいずれかのマグネトロン組立体を含み、作動機構と動作可能に通信する電子制御装置をさらに備える。
【００６１】
実施例１０は、実施例９のマグネトロン組立体を含み、作動機構および電子制御装置に通電するように構成されたバッテリ電源をさらに備える。
【００６２】
実施例１１は、実施例９〜１０のいずれかのマグネトロン組立体を含み、通信デバイスが、電子制御装置に動作可能に連結されたトランシーバを備える。
【００６３】
実施例１２は、実施例１１のマグネトロン組立体を含み、トランシーバが、無線周波数トランシーバ、光トランシーバ、または超音波トランシーバを備える。
【００６４】
実施例１３は、実施例１のマグネトロン組立体を含み、作動機構が、ホールプローブのためのセンサポート、圧縮ガスを受容するように構成された空気圧作動ポート、空気圧作動ポートと連通するベローズ、ベローズおよび磁石棒構造に連結された制御シャフト、制御シャフトに連結された戻しばね、およびホールプローブフィードバックのための制御シャフト内の磁石を備える。
【００６５】
実施例１４は、実施例１のマグネトロン組立体を含み、作動機構が、ステッピングモータ、ステッピングモータに動作可能に連結されたベベルギヤ、ベベルギヤと嵌合されるねじ付きハウジング、および磁石棒構造とねじ付きハウジングの間に連結されたねじ付きポストを備える。
【００６６】
実施例１５は、スパッタリング装置のための回転式カソード組立体を含み、回転式カソード組立体は、内部通路を画定する内面を有する回転可能なターゲットシリンダ、ターゲットシリンダの内部通路内に配置された冷媒管、内部通路内の冷媒管に移動可能に取り付けられた磁石棒構造、冷媒管に連結され、ターゲットシリンダの内面からの磁石棒構造の距離を変化させるように構成された複数の作動機構、各々が作動機構のうちのそれぞれの１つと関連付けられ、かつターゲットシリンダの内面に対する磁石棒構造の位置を測定するように動作する複数の位置指示機構、ターゲットシリンダ内にあり、作動機構と動作可能に通信する電子制御装置、ターゲットシリンダ内に位置し、電子制御装置に動作可能に連結された第１のトランシーバ、ターゲットシリンダの外部に位置し、第１のトランシーバと信号通信する第２のトランシーバを備え、スパッタリング装置の動作中にターゲットシリンダが浸食されるにつれて、作動機構が、電子制御装置からの制御信号に応答して、ターゲットシリンダの内面に対する磁石棒構造の位置を調整する。
【００６７】
実施例１６は、実施例１５の回転式カソード組立体を含み、第１および第２のトランシーバが光トランシーバを備える。
【００６８】
実施例１７は、実施例１６の回転式カソード組立体を含み、第１のトランシーバに連結され、かつ第２のトランシーバに連結された第２の光ファイバーケーブルと光通信する第１の光ファイバーケーブルをさらに備える。
【００６９】
実施例１８は、実施例１７の回転式カソード組立体を含み、ターゲットシリンダ上のエンドキャップをさらに備え、エンドキャップは、第１の光ファイバーケーブルと第２の光ファイバーケーブルとの間で光信号が送信されることを可能にするウィンドウを有する。
【００７０】
実施例１９は、実施例１５の回転式カソード組立体を含み、第１および第２のトランシーバが超音波トランシーバを備える。
【００７１】
実施例２０は、実施例１９の回転式カソード組立体を含み、第２のトランシーバが、ユーザー操作型の外部制御装置と信号通信する。
【００７２】
いくつかの実施形態を説明したが、記載された実施形態は、単に例示であり、限定するものではないことと、記載された実施形態への様々な修正は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることと、を理解されたい。したがって、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味および範囲内に入る全ての変更は、その範囲内に包含される。
【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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