(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形スパッタリングターゲットのための２つの管状部の端部（１、２）をつなぐ真空気密継手であって、第１の端部（１）の内空間のサイズは第２の端部（２）のそれよりも小さく、第２の端部にはスパッタリングターゲットを取り付ることが可能であり、第２の端部は、第１の端部の上に軸方向に摺動可能なフランジ先端部（１１）を有して前記第１の端部上の周辺外側当接リング（１０）に対してフランジ先端部（１１）を当接させ、継手は、そのオーバーラップする接触領域において前記端部の間に少なくとも１つの封止リング（４、５）を含み、実質的に円柱形の外側表面を備えかつ２つの実質的に等しい半体（１２、１３）からなる締付リング（３）をさらに含み、締付リング（３）の固定手段はスパッタリングターゲットから遠い方の継手の側に位置しており、各クランプ半体は、内向きに配向される凹部（６）を備える半円形またはＵ字形の断面を有し、前記凹部は、前記フランジ先端部（１１）および前記当接リング（１０）を取囲み、かつフランジ先端部（１１）に対して当接リング（１０）を確実に堅固に軸方向に締付けるよう適合させられ、２つのリング半体は、少なくとも一箇所のボルト締め手段（９）を含む固定手段によってその先端部（１５、１６）のところで互いに固定され、その軸（１４）は、連結される管状部の長手軸に垂直でありかつ締付リング周辺に実質的に接線が沿う、真空気密継手。
【請求項２】
前記フランジ先端部（１１）は別個のリングである、請求項１に記載の継手。
【請求項３】
リング半体は、その先端部（１５、１６）を一箇所に固定するための前記ボルト締め手段（９）の他に、その反対側の先端部（２１、２２）においてそれらを固定するための旋回手段（１７）を含む、請求項１または２に記載の継手。
【請求項４】
第１の端部は、管状部と第２の端部との間に連結される管状インサート（２０）を含み、管状部に面するインサート端（２３）は、前記管状部の上に軸方向に摺動可能であるリングであり、これに対して反対側のインサート端（２４）は、前記第２の端部（２）がその上に摺動可能であるリングである、請求項１から３のいずれかに記載の継手。
【請求項５】
第１の管部（１）と第２の管部（２）とのオーバーラップ部分の長さは、第１の部分の内径の５０％以下、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下である、請求項１から４のいずれかに記載の継手。
【請求項６】
第１の端部（１）と第２の端部（２）とのオーバーラップ部分の長さは、第１の部分の内径の５％以上である、請求項１から５のいずれかに記載の継手。
【請求項７】
継手は高真空または超高真空継手である、請求項１から６のいずれかに記載の継手。
【請求項８】
アークを防ぐためにスパッタリングターゲットと同じ側に締付リング（３）の表面に装着されるアーク防止エレメント（３２、３６）をさらに含む、請求項１から７のいずれかに記載の円柱形スパッタリングターゲットのための継手。
【請求項９】
アーク防止エレメントは導電性または絶縁性である、請求項８に記載の継手。
【請求項１０】
少なくとも１つの溝（３８、３９）がアーク防止エレメントと締付リング（３）との間に設けられる、請求項８または９に記載の継手。
【請求項１１】
前記アーク防止エレメントはスパッタリングターゲットの表面に触れる、請求項８から１０のいずれかに記載の継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、２つの管状部の端部のための真空気密継手に関する。特定的には、これは、たとえば、真空スパッタリング反応炉、特定的にはマグネトロン内の回転可能ターゲットなどのその長手の管軸について回転しなければならない厚肉管の継手に関する。
【０００２】
【発明の背景】
管の端のための真空または少なくとも流体の気密継手は、特許公開ＤＥ  ３３２８１３７、ＵＳ  ４，９００，０６３、ＵＳ  ５，５９１，３１４、ＷＯ  ８５／０４９４０およびＥＰ  ０７２６  ４１７から公知である。これらの連結装置のほとんどは、その固定手段の性質のために実質的に円柱形の外側表面を有しない締付リングを含む。これは、締付リングを包囲する、すなわち半径方向に面する小さい開口部内の管の回転を妨げる。加えて、接合されると、横手の管先端部は互いにその端面で当接し封止手段はこの横手の当接領域においてそれらの間に位置決めされる。一方の管端がたとえば片持ちの態様で他方の厚肉管を担持しなければならずかつ任意で、たとえばかなりの速度でそれを回転させるよう設定しなければならない場合、これらの公知の当接型の継手の構造は、実質的に支持不可能な応力および負荷を被ることになる。
【０００３】
ＵＳ  ５，４８０，１９３は、スプリットクランプを含む押込み管継手を記載する。内側管端には、「Ｏ」リング封止が設けられ、外側管端は、封止上に押し付けられる。軸方向のクランプの各半体は、押込み管継手の、封止上に存在する方の部分を取囲むよう位置決めされる半環状の表面を含む。弾性インサートがクランプに置かれ、これが外側管を締付ける。弾性の構成要素の使用のために、内側と外側の管との間に相対運動が起こる可能性がある。
【０００４】
ＵＳ  ５，６４７，６１２は、ヒンジ式のクランプによって締付けられる押込み管継手を記載する。閉じられた位置では、クランプの２つの半体は、継手の嵌められる部分のそれに対応する凹部を形成するよう協働し、これにより継手を軸方向に拘束するが、それらを互いに締付けない。クランプは、解除可能ロッキングメカニズムによって閉じられるよう保持される。
【０００５】
【発明の目的および概要】
この発明の目的は、公知の継手の不利益を回避することと、比較的肉厚の管状部のための信頼性の高い真空気密継手を提供することとである。別の目的は、必要とされるとき比較的高速での回転を可能とするそのような継手を設計することである。さらなる目的は、簡単に組立および分解可能であり、かつたとえば、回転可能スパッタリングターゲットのためのスピンドル／ターゲット継手として直ちに使用可能である継手を製造することである。この継手は、複数回の分解および再組立のために設計される。継手を固定した後、ターゲット管の内空間を駆動し冷却するために、接続部に設けられているたとえば端ブロックなどの支持ユニットにスピンドルが装着されてもよい。
【０００６】
この発明に従う２つの管状部の端部のための真空気密継手では、第１の端部の内径は、第２の端部の内径よりも小さくなるように選択される。この第２の端部は、半径方向外向きに延在するフランジ先端部を担持し、この部分を第１の端部上に軸方向に摺動させ、前記第１の端部上の周囲外側当接リングに対して当接させることができる。少なくとも１つの封止リングが、これらのオーバーラップする円柱形の接触領域に前記端部の間に設けられる。継手はさらに、実質的に円柱形の外側表面を備える締付リングを含む。このリングは、２つの実質的に等しい半体からなり、その各々は内向きに配向される凹部を備えるＵ字形の断面を備え、前記凹部は、第２の端部の前記フランジ部分と第１の端部の前記当接リングとを取囲む。クランプを締めることによって、当接リングのフランジへの長手方向（軸方向）の確実な締付が得られる。クランプは、フランジおよびリングに直接作用する。好ましくは、クランプ、フランジ先端部および当接リングの負荷支持表面は、たとえば鋼などの金属からなる。リング半体のための固定手段は、少なくとも一箇所のボルト締め手段を含み、その軸は連結される管状部の長手軸に垂直でありかつ締付リング周囲に実質的に接線が沿う。
【０００７】
堅固な継手を設けるために、一方の管端が他方に入る前記オーバーラップする円柱形の接触領域は、第１の端部の内径「ｄ」に関して最小の表面を越えるべきである。たとえば、最小のオーバーラップは、第１の端部の内径の５％であってもよい。この態様では、中に入っている端部が操作のいかなる状況中にも、包囲している方の管端のための適切な機械的支持を提供するであろう。限られた空間での連結を簡単にするために、オーバーラップの量は、好ましくは、長さが制限されるべきである。たとえば、第１の端部と第２の端部とのオーバーラップの長さが第１の端部の内径「ｄ」の５０％以下であれば好ましく、より好ましくは３０％以下、最も好ましくは２０％以下である。オーバーラップは１０％であってもよい。オーバーラップのこの量は、封止リングのための十分な空間を与えるばかりでなく機械的安定性をももたらすのに十分である。
【０００８】
アークを防ぐために、締付リングの表面にアーク防止エレメントを装着することが好ましい。アーク防止エレメントは、リングであってもよい。アーク防止エレメントは、絶縁または導電性材料からなってもよい。
【０００９】
この発明は、添付の図面を参照して記載される。さらなる詳細および利点は、特に、回転可能ターゲットに対するスピンドルのための継手についてのある好ましい実施例に関連して明らかとなるであろう。
【００１０】
【ある実施例の詳細な説明】
この発明は、ある種の実施例およびある種の図面を参照して記載されるが、この発明はこれによってではなくクレームによってのみ限定されるものである。この発明に従う継手は、真空継手として特に好適である。この発明に従う継手は、０．５から０．０１バールの範囲の真空レベルに好適であるのみならず、１０-3以下、特定的には１０-5以下、たとえば１０-6から１０-9バールなどの高真空レベルにも好適である。この発明に従う継手は、超高真空継手であってもよい。この発明に従う超高真空は、たとえば１０-11から１０-15バールなどの１０-10バール以下である。
【００１１】
この発明に従う真空気密継手の実施例が、図１に概略的に示される。一般的に、継手の構造材料は、たとえば鋼などの金属、またはいかなる他の好適な高い強度の材料からなってもよい。継手は、２つの管状部の端部１、２を有する。第１の端部１は、端部２の内径よりも小さい内径を有し得る。この発明をスピンドル／ターゲット継手に適用する場合には、第１の端部１は、スピンドルの一部、またはその中もしくは上に嵌まり、第２の端部２は、ターゲット管の一部、またはターゲット管の中もしくは上に嵌まる。ターゲット管は、内支持管７を有してよく、その上にターゲット材料の円柱状の層８が固定される。第１の端部１の内空間のサイズは、第２の端部２のそれよりも小さい。第２の端部２は、フランジ先端部１１を担持し、これを第１の端部１の上に軸方向にすべらせ前記第１の端部上の周辺外側当接リング１０に当接するようにもたれさせることができる。当接リング１０とフランジ１１との間の接触を当接領域と呼ぶ。
【００１２】
継手は、そのオーバーラップする接触領域において前記端部同士の間に少なくとも１つの封止リング４、５を含む。封止リング４、５は、Ｏリング封止であってもよい。Ｏリング５は好ましくは、スピンドルの端部の外側の周囲溝に配置される。Ｏリング４は好ましくは、ターゲット管の端部との当接領域の近くに位置する。１つのＯリングが原則的には真空気密封止を確実にするが、２つのＯリングが、操作の最も極度の条件下で最大の真空の一体性を保証する。Ｏリング４および５は両方とも、組立の際スピンドル上に設けられる。この構成は、組立、修正、洗浄およびターゲット交換の際にそれらまたは封止表面を損なう危険性を最小にする、自動的かつ均一な圧力を封止に対して与える。この発明に従う継手は、繰返しの組立および分解のために設計されるが、それでもなおたとえば、真空条件または超高真空条件に好適なその機械的特性を維持する。ゴムＯリング封止（たとえば、VitonTMゴムＯリング）が、高真空での使用、すなわち約１０-9バールまでに好適である。ゴムからのガス放出のために、そのようなリングは超高真空での使用では好ましくない。商品名HelicoflexTM（供給者はフランスのLe Carbone-Lorraine）の下で供給されるトロイダル可撓性金属封止が、たとえば１０-11から１０-15バールの超高真空のために、ゴムＯリングの代わりに用いられてもよい。
【００１３】
継手は、実質的に円柱形の外側表面を備える締付リング３をさらに含む。実質的に円柱形とは、その固定手段９を備えるリングの外周のエンベロープが、かなりの範囲まで前記周囲の外側に半径方向に延在する部分を示していないことを意味する。その結果、円柱形シールドが、クランプと円柱形シールドとの相対回転の間でさえもそれに触れることなしに、クランプ上のごく近い所に置かれ得る。締付リング３は、好ましくは、金属、たとえば鋼などの高強度材料からなる。締付リング３は、２つの実質的に等しい半体１２、１３からなり、各々は、内向きに配向される凹部６を備える半円形またはＵ字形の断面を有する。リング３を閉じると、前記凹部６は、フランジ１１および前記当接リング１０を取囲む。クランプ半体１２、１３を締めることによって、当接リング１０およびフランジ１１の横手端面は、円錐形に切削された端（図３、図９の２５）によって互いに堅く押しつけ合う。クランプ３は、２つの端部１、２の長手方向または軸方向の拘束を与えるのみならず、フランジ１１にリング１０を有効かつ確実に締付ける。クランプ３は好ましくは、リング１０またはフランジ１１の一方の上の角とりされた端２８と締付の際に協働する少なくとも１つの面とりされた内端２５を有する（図３に示すとおり、角とりされた端２８はリング１０の上にある）。角とり／面とりの角度は、それぞれリング１０またはフランジ１１の上に強い軸方向の圧力を与えるようにするべきである。リング１０またはフランジ１１の他方の上には、（図３に示すとおり）角とり／面とりされた端はなくてもよく、またはこれらの端には、協働する角とり部２９、３０（図９）が設けられてもよい。フランジ１１を当接リング１０に堅固に締付けることによって、リング１０とフランジ１１との間の相対運動は、この運動が、端部１、２について軸方向であろうとも、端部１、２の軸に平行の回転軸についての回転方向であろうとも、端部１、２の軸に垂直の軸についての回転方向であろうとも、妨げられる。これは、継手の回転中に、いかなる周囲のバランスを失った力によっても、封止４、５に損害を与えたりまたは、たとえばスパッタリングの際の処理中の周期的変動をもたらし得る周期運動を生じたりする可能性のある反復的な小さい回転または線形運動が起こらないことを意味する。２つのリング半体１２、１３は、たとえばボルト９などの固定手段によってその先端部１５、１６のところで互いに固定される。
【００１４】
固定手段は、少なくとも一箇所のボルト締め手段９を含み、その長手軸１４は、連結された管状部の長手軸に垂直であり、かつ締付リングの周辺に対して実質的に接線が沿う。クランプ半体１２、１３の互いの緊締は、クランプ端面１６内のねじ穴にねじられる２つのボルト９によってのみなされるものとしてここに示される。それらは、クランプ３のいかなる回転方向位置からも届きかつ非常に容易にみることができる。これは、円柱形の管、特定的には回転可能ターゲットを装着しかつ除去するための高速かつユーザフレンドリーのインターフェイスを保証する。この実施例では、図２に示すとおり、両方のボルトが同じ側から締められる。この連結システムは、管端を連結し締付けるためにその長手軸について１８０°回転させる必要がない。ターゲット−スピンドル継手のために用いられる際には、ボルトのためのねじ穴は、ボルトへの材料のスパッタリングを防ぐかまたは低減するためにスピンドルの側（端部１の方へ）設けられる。締付リング３は好ましくは、ボルト９の穴が設けられる固体部分を有する。締付リング３はまた、フランジ１１およびリング１０の外周端を受容するための凹部を有する。この凹部は好ましくは、ボルト９について軸方向に非対称に、すなわち凹部の一方の側に置かれ、これによりクランプ３の外径はより小さくなる。
【００１５】
図３および図４に概略的に示されるさらなる実施例では、ボルト９は互いに反対方向に配向される。この態様では、各リング半体１２、１３は同一であり、したがって反対側の一方１３、１２によって置換可能である。図３は、オーバーラップする管状部２の端部での別個のフランジリング１１の使用を示す。この特徴は、ターゲットの支持管７が毎回フランジをその端に備えるよう製造される必要がないという利益を提供する。別個のフランジリング１１は、このために特に設計された管端２および協働する締付リング３に適切に嵌まるよう介在させることが可能である。フランジリング１１は、たとえば溶接によって管端２に固定される。
【００１６】
図５および図６では、締付リング３の代替の設計が示される。２つのリング半体１２および１３は、旋回ブロック２６内に好適に設けられた旋回ピン１７によって、その先端部２１および２２からなる片方の接触領域において互いに旋回可能につながれる。２つの半体は、開口位置１９に旋回可能である。他方の先端部１５および１６は次に、内ねじ穴１８内のボルト９によって互いに好適に固定される。
【００１７】
スパッタリング反応炉のある種の真空チャンバ内では、異なったスパッタリング幅に備えることが有用である。これは、使用されるべき回転可能ターゲットの異なった長さに対応する。スパッタリング領域の活性幅はしたがって、ターゲット管を担持する２つの対向するスピンドルの間の距離よりも実質的に短いであろう。この態様では、図７に示すとおり、スピンドル１とターゲット管２との間に少なくとも１つの管状挿入部２０を設けることが有利である。第１の端部１（スピンドル）に面する挿入管２０の横手方向の端２３はやはり、前記第１の端部の上に軸方向に摺動可能であるリングである。同様に、挿入管２０の反対の端２４は、その上に前記第２の端部２が摺動可能であるリングである。この端にもやはり、封止リングのために好適な周囲溝２７が設けられる。
【００１８】
この発明の実施例に従うさらなる締付装置３が図８および図９に概略的に示され、スパッタリングマグネトロン内のアークを防ぐために使用され得るさらなるリング３１および／または３２を設けることが可能である。端部の一方（２）は、回転する円柱形ターゲットの一部であり、反応性のスパッタリングプロセスにおいて有利に使用可能である。この実施例に従う締付装置３の使用は、真空蒸着プロセスにおいて使用される際アークを防ぐ。図８および図９のさまざまな部品の番号づけは、先行の実施例のそれに対応するが、ただし先行の実施例ではスパッタリングされるべき材料８には裏当て管７が付与されていた。この実施例では、蒸着されるべき材料は、厚肉の管７の形状であってよく、これに、その端に固定されかつ適切な締付フランジ１１を有する一体となったリング３７が設けられている。したがって、この実施例に従うと第２の端部は３７である。しかしながら、この実施例はそれに限られず、図１および図３を参照して記載されるフランジ固定方法を含み得る。
【００１９】
締付装置３は、２によって表わされる円柱形の回転ターゲット３を、１によって表わされるスピンドルに設けるための手段として用いられる。締付装置３は、図１から図７を参照して記載される固定手段のいずれかによって互いに締められ得る２つの締付のための半円形半体１２、１３を含み得る。クランプ３の外周は、先行の実施例すべてについて記載されたように実質的に円柱形である。クランプ３は、当接フランジ１０、１１の確実な軸方向の締付を与える。この目的のために、クランプ半体１２、１３には、少なくとも１つの面とりされた表面２５、２９が設けられ、この面とりされた表面はリング１０および／またはフランジ１１の上の少なくとも１つの角とりされた表面２８、３０と協働し、リング１０およびフランジ１１を互いに押しつけかつその切削された当接表面を互いに確実に締付ける。
【００２０】
この実施例に従う拡大されたクランプの断面図が図９に以下に示される。図８は分解図である。２ピースであってもよいさらなるリング３１および３２が設けられ、参照番号３３および３４は、クランプ半体１２および１３の近傍にスプリットリング３１および３２をしっかりと固定するための（ばね鋼などの好適な材料からなる）保持リングを表わす。リング３３、３４は単一のピースであってもよい。保持は、クランプ半体１２および１３に複数個の固定ピン３５（たとえば４個）を挿入することによって可能である。リング３１および３２は、反応性スパッタリングプロセス中に機能的な貢献をする。保持リング３３および３４は、ピン３５と共に、詳細に上述されたクランプ半体１２および１３へのリング３１および３２の装着を可能にすることが意図される。リング３１は、絶縁材料からなってもよく、リング３２をクランプ半体１２、１３から電気的に絶縁することが意図される。リング３２が絶縁性であればリング３１は必ずしも必要ではない。スパッタリングプロセス中に、クランプ半体１２、１３はターゲット２と同じ電位にされる。リング３２もまた絶縁材料からなってもよい。リング３２の内径上に軸方向に向けられる環状リップ３６は、ターゲット２の上に延在し、断面が長方形であってもよいが、この発明はそれに限られるものでない。たとえば、鋸の刃の形状であって、その端が、スパッタリングマグネトロン中のターゲット２の上に誘導されるプラズマレーストラックのちょうど端のところでターゲット２に触れる、鋸の刃の形状を使用することも可能である。この発明は、異なったプロセス条件のために適切に設計されたターゲット表面の上に延在する他の形状のリップ３６をその範囲内に含める。
【００２１】
代替の実施例では、リング３２は、導電性材料からなってもよく、ターゲット表面から僅かに間隔をあけられてもよい。リング３２は、所望の電位にされるか、接地されるか、または電気的に浮動するようにされてもよい。この場合には、絶縁リング３１の存在が、ある電位にあるクランプ半体１２、１３から導電性リング３２を絶縁するために有利である。加えて、この構成では、ピン３５は、クランプ半体１２、１３の、リング３２との電気的接触を防ぐように設計されるべきである。たとえば、これは、絶縁ピンを用いるかまたはこれらのピンの上に絶縁スリーブを置くことによって達成可能である。ターゲット２の上に延在する、３２のリップ３６は好ましくは、ターゲット表面から等しく間隔をあけられている。リップ端は、長方形の断面を有するものとして図９に示されるが、丸、鋸の刃または代替の断面を有してよい。この金属シールドは、スパッタリングプロセス中にアークを低減するという点で有益であろう。この金属シールドは、電気的に接続されず、プラズマ点火の後に浮動電位をとるであろう。
【００２２】
好ましくは、リング３１および３２はどちらも、それらが互いに固定される際にクランプ半体１２、１３とリング３１との間に溝３９を、およびリング３１と３２との間に迷路状の溝３８を与えるジオメトリをその外周に有する。スパッタリングプロセス中に、基板が必要とされる膜で覆われるのみならず、真空チャンバ内の他の物体および壁も同様に被覆される。これは、やがてリング３１および３２がスパッタされた膜で覆われることを意味する。スパッタされる被覆が導電性であれば、クランプ半体１２、１３から絶縁リング３１を介してリング３２に電気的短絡が形成される可能性がある。リング３２が導電性であり、かつこのリングがクランプ電位と異なった電位に維持されるべきものであれば、両者の間に導電性経路が形成されないということが重要である。リング３１と３２との間の複雑な溝３８、およびクランプ半体１２、１３とリング３との間の溝３９を設けることによって、導電性経路ができる可能性はかなり低減される。
【００２３】
この発明は、継手のスパッタリングターゲットに面する側に装着されるアーク防止エレメントを含む円柱形スパッタリングターゲットのための継手から独立した発明をもその範囲内に含むということを、当業者は認めるであろう。継手は、円柱形ターゲットをスピンドルに連結するために用いられてもよい。スピンドルは、継手およびターゲットを回転させるよう駆動され得る。継手の外側表面のエンベロープは、継手が密着する管状シールド内に置かれ得るように、実質的に円形であってもよい。２つの管状部の２つの端部は、この継手で連結可能であり、第１の端部の内空間のサイズは第２の端部のそれよりも小さく、第２の端部は、第１の端部の上に軸方向に摺動可能なフランジ先端部を有して、前記第１の端部上の周辺外側当接リングに対してフランジ先端部を当接させ、継手は、そのオーバーラップする接触領域において前記端部同士の間に少なくとも１つの封止リングを含み、実質的に円柱形の外側表面を備え２つの実質的に等しい半体からなる締付リングをさらに含み、各クランプ半体は、内向きに配向される凹部を備える半円形またはＵ字形の断面を有し、前記凹部は前記フランジ先端部および前記当接リングを取囲む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例に従う継手の縦断面図である。
【図２】  締付リング半体を示す図１の横断面図である。
【図３】  とりわけ、第２の端部のフランジ先端部が別個のリングである代替の実施例の縦断面図である。
【図４】  図３のクランプの横断面図である。
【図５】  締付リングの２つの半体のための固定装置の代替の実施例の縦断面図である。
【図６】  図５のクランプの横断面図である。
【図７】  ２つの継手の第１の端部と第２の端部との間の管状部の挿入に関する図である。
【図８】  この発明のさらなる実施例に従う継手の分解概略図である。
【図９】  図８の継手の縦断面の詳細図である。
【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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