TWM516220U - 濺鍍設備 - Google Patents

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TWM516220U
TWM516220U TW104205623U TW104205623U TWM516220U TW M516220 U TWM516220 U TW M516220U TW 104205623 U TW104205623 U TW 104205623U TW 104205623 U TW104205623 U TW 104205623U TW M516220 U TWM516220 U TW M516220U
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TW104205623U
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丹尼爾 西奧多 科絡里
派翠克 羅倫斯 摩斯
約翰 羅勃 爵曼
威廉Ａ 梅爾迪斯
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濺鍍零件公司
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Description

濺鍍設備 【相關申請案之交叉參考】
本申請案係2013年9月6日申請之美國專利申請案第14/019,877號之部分接續案，其主張2013年3月1日申請之美國臨時專利申請案第61/771,460號之權利，該兩案以引用的方式併入本文。
本創作涉及濺鍍設備。
旋轉靶之磁電管濺鍍係眾所周知且廣泛用於在多種基板上製造多種薄膜。在旋轉靶磁電管濺鍍之最基本形成中，待濺鍍之材料經形成呈管形狀或黏附至由一剛性材料製成之一支撐管的外表面。一磁電管總成被安置在該管內且供應磁通量，該磁通量穿透該靶使得該靶之外表面上存在充足的磁通量。由磁電管總成產生的磁場以如下方式設計：其保持自靶發射的電子以增加電子與工作氣體發生離子碰撞之可能性，因此增強濺鍍程序之效率。
由於需增加靶厚度且在更敏感程序條件下操作濺鍍程序，故補償靶腐蝕效應變得愈來愈重要。對較厚靶之需求在很大程度上受陶瓷靶之製造成本驅使，但此需求亦係為了將更多的可用材料儲備在濺鍍塗佈器內部以進行更久的塗佈運動。在更敏感程序條件下運行程序之需要係受以 反應模式濺鍍獲得更高沈積速率及/或精細地控制膜化學成分之需求所驅使。
一些材料(特定言之陶瓷透明導電氧化物(TCO)材料)之靶的製造成本與原材料之成本相比較係相對較高。為改良此等靶之經濟性，需增加靶材料之厚度。如此，靶將具有明顯更加可用之材料同時僅最低限度地增加靶之總成本，此係因為製造成本不會明顯改變。唯一明顯成本增加係歸因於所用的額外原材料。此外，較厚靶之額外益處在於使靶變化之間的生產運動較久。
然而，過多地增加靶厚度可導致在使用標準磁電管總成時靶表面上之磁通量不足。最近已經引入具有較高磁通量之磁電管設計來提供較厚靶所需之較高磁通量。
在反應式磁電管濺鍍之情況下，在含有反應氣體(諸如氧氣或氮氣)之氛圍中濺鍍金屬靶。所濺鍍材料與反應氣體反應以形成由靶材料與反應氣體之化合物組成的膜。反應氣體亦與靶表面反應，藉此在靶表面上形成反應的化合物。表面化合物很大程度上減小燒蝕速率。為了改良濺鍍效率，反應氣體量可經小心控制以最小化靶表面反應同時仍達成所要膜化學成分。在一些情況下，程序需經控制使得膜之化學成分係亞化學計量的。
對程序氣體之此精細控制使得程序對較小擾動敏感。產業已經見證電力輸送及程序氣體控制之相當大的技術進步，該等進步已使許多程序擾動最小化。然而，對於最小化電漿磁限制變動所做的努力很少。隨著靶腐蝕，工作表面變得更加靠近磁總成且磁場變得更強。此改變電漿限 制，變更濺鍍程序的力度。此對維持程序的長期穩定性提出一項挑戰。
用於旋轉陰極之典型磁電管總成包括附接至磁導材料(諸如鋼)之軛的三列基本上平行的磁鐵，此幫助完成磁電路。磁鐵之磁化方向相對於濺鍍靶的主軸係徑向的。中央列之磁鐵與外面兩列磁鐵具有相反磁性。
內列磁鐵及外列磁鐵之磁通量係透過磁導軛鏈結於該等磁鐵之一側上。磁鐵之與軛相對的另一側上，磁通量未包含在磁導材料中。因此，磁通量基本上無阻地穿過靶，此基本上係非磁性的。因此，在靶之工作表面處及接近工作表面提供兩個弧形磁場。此等磁場保持電子且致使電子在垂直於磁場線之方向上漂移，磁場線平行於磁場列。此漂移稱為ExB漂移。在一普通配置中，此漂移路徑亦平行於靶之主軸。
此外，外列磁鐵稍微長於內列磁鐵，且與外列具有相同極性的額外磁鐵被放置在總成端部處且在兩外列之間，產生漂移路徑之所謂的「回轉區域」。此具有連接該兩個漂移路徑之效應，因此形成一個連續卵狀「跑道」漂移路徑。此最佳化電子保持且因此最佳化濺鍍程序之效率。
隨著靶腐蝕，工作表面變得更加靠近磁鐵總成，且工作表面上的磁場強度以非線性方式增加。對於精細控制程序，隨著靶腐蝕，非常需要修改磁場，以最小化程序的可變性，藉此使程序更容易控制靶壽命的過程。
隨著靶腐蝕需改變磁場係眾所周知，且已經在平坦濺鍍陰極的情況下得以實現此需要。然而，對用於旋轉陰極之可調整磁電管的需要不令人滿意，因為陰極的幾何形狀及機械結構使該任務尤其具挑戰性。
國際公開案WO 2013/120920(‘920公開案)揭示一種用於 可旋轉地承載濺鍍靶管及將可調整磁棒限制在靶管內部之端塊。在端塊內部採用連接器用於電力及通信饋送。此等連接器的使用將要求對典型的端塊進行大量重新設計，對不可使用此等連接器的舊陰極進行改裝。
一種用於旋轉式靶陰極的磁電管總成包括細長支撐結構、可移動地定位在支撐結構下方的磁棒結構、及耦合至該支撐結構之複數個驅動模組。該等驅動模組各包含可操作地耦合至磁棒結構之機動化致動機構。控制器及電池模組耦合至支撐結構且與驅動模組可操作地通信。控制器及電池模組包含電子控制器及至少一可再充電電池。電池經組態以對各機動化致動機構及電子控制器供能。一或多個發電模組耦合至支撐結構且與電池電連通，使得來自發電模組之電能輸出對電池進行再充電。
4‧‧‧線
5‧‧‧線
6‧‧‧線
8‧‧‧線
14‧‧‧線
15‧‧‧線
17‧‧‧線
18‧‧‧線
100‧‧‧磁電管總成
102‧‧‧支撐結構
104‧‧‧磁棒結構
106‧‧‧控制外殼
108‧‧‧致動機構
109‧‧‧致動器外殼
110‧‧‧陣列
112‧‧‧軛
113‧‧‧控制板
114‧‧‧位置回饋連接埠
115‧‧‧螺線管閥
116‧‧‧致動連接埠
117‧‧‧收發器
118‧‧‧CO2氣體盒
119‧‧‧電池
120‧‧‧感測器埠
122‧‧‧氣動致動埠
124‧‧‧風箱
126‧‧‧磁鐵
128‧‧‧復位彈簧
130‧‧‧控制軸件
140‧‧‧磁電管總成
142‧‧‧剛性支撐結構
144‧‧‧磁棒結構
146‧‧‧機動化致動機構
148‧‧‧齒輪步進馬達
150‧‧‧錐齒輪
152‧‧‧螺紋外殼
154‧‧‧螺紋柱
155‧‧‧致動器外殼
156‧‧‧電子控制器
158‧‧‧超音波收發器/變換器
160‧‧‧電池包
162‧‧‧控制外殼
170‧‧‧可旋轉靶陰極
172‧‧‧靶筒
174‧‧‧端塊
176‧‧‧超音波收發器/變換器
200‧‧‧濺鍍設備
210‧‧‧可旋轉陰極靶筒
212‧‧‧真空腔室
213‧‧‧馬達
214‧‧‧光學通信盒
215‧‧‧外壁
216‧‧‧第一光纖電纜
218‧‧‧真空耦合器
220‧‧‧光纖窗
222‧‧‧端蓋
224‧‧‧第二光纖電纜
300‧‧‧濺鍍設備
310‧‧‧磁電管總成
312‧‧‧磁棒結構
314‧‧‧機動化致動機構
316‧‧‧內部電子控制器
318‧‧‧馬達控制電纜
320‧‧‧旋轉式陰極總成
322‧‧‧靶筒
324‧‧‧端塊
326‧‧‧第一超音波收發器
328‧‧‧超音波通信線
330‧‧‧第二超音波收發器
332‧‧‧絕緣體
334‧‧‧端塊
336‧‧‧真空耦合器
340‧‧‧真空腔室
344‧‧‧外部控制器
400‧‧‧磁電管總成
410‧‧‧驅動模組
410-1‧‧‧第一驅動模組
410-2‧‧‧第二驅動模組
410-3‧‧‧第三驅動模組
410-4‧‧‧第四驅動模組
414‧‧‧發電模組
414-1‧‧‧第一發電模組
414-2‧‧‧第二發電模組
418‧‧‧控制器及電池模組
421‧‧‧孔隙
422‧‧‧側壁
424‧‧‧側壁
425‧‧‧磁棒結構
426‧‧‧第一進水口/出水口結構
428‧‧‧第一端部結構
430‧‧‧冷卻管
432‧‧‧冷卻管
434‧‧‧進水口/出水口結構
436‧‧‧第二端部結構
437‧‧‧光纖保持器
446‧‧‧靶筒滾輪
500‧‧‧旋轉式靶陰極
510‧‧‧可旋轉靶筒
511‧‧‧內部表面
512‧‧‧近端
514‧‧‧靶端蓋
516‧‧‧遠端
520‧‧‧光纖支撐體
530‧‧‧馬達
534‧‧‧致動機構
538‧‧‧致動柱
540‧‧‧窗
542‧‧‧第一光纖電纜
544‧‧‧第二光纖電纜
546‧‧‧小間隙
548‧‧‧開口
600‧‧‧陰極
610‧‧‧可旋轉靶筒
612‧‧‧近端
614‧‧‧靶端蓋
616‧‧‧遠端
618‧‧‧靶端支撐體
620‧‧‧光纖支撐體
640‧‧‧窗
642‧‧‧第一光纖電纜
644‧‧‧第二光纖電纜
646‧‧‧小間隙
648‧‧‧開口
圖1係根據一實施例之用於可旋轉靶陰極的磁電管總成之透視圖；圖2係圖1之磁電管總成之端視圖；圖3係圖1之磁電管總成之側視圖；圖4係沿著圖2之線4-4截取之磁電管總成之橫截面側視圖；圖5係沿著圖4之線5-5截取之磁電管總成之放大截面圖；圖6係沿著圖3之線6-6截取之磁電管總成之橫截面端視圖；圖7係根據另一實施例之在可旋轉靶陰極中的磁電管總成之橫截面側視圖；圖8係沿著圖7之線8-8截取的磁電管總成之放大截面圖； 圖9係根據一實施例之濺鍍設備之部分橫截面側視圖；圖10係根據另一實施例之濺鍍設備之示意圖；圖11係根據另一實施例的用於旋轉式靶陰極的磁電管總成之透視圖；圖12係圖11之磁電管總成之俯視圖，其中一些組件被移除以示出內部結構；圖13係根據一實施例之含有圖11之磁電管總成的旋轉式靶陰極之端視圖；圖14係沿著圖13中的線14-14截取的旋轉式靶陰極之橫截面側視圖；圖15係沿著圖14的線15-15截取的旋轉式靶陰極的端部分之放大截面圖；圖16係根據另一實施例之含有圖11之磁電管總成的旋轉式靶陰極之端視圖；圖17係沿著圖16中的線17-17截取的旋轉式靶陰極之橫截面側視圖；及圖18係沿著圖17中的線18-18截取的旋轉式靶陰極的端部分之放大截面圖。
提供一種用於旋轉陰極磁電管濺鍍之設備及技術，其處理濺鍍表面上磁強度隨著靶腐蝕之變動，該變動導致改變程序條件。藉由磁補償靶腐蝕效應，本方法改良程序穩定性。
在一些實施例中，可藉由推抵於彈簧負載機械結構之氣壓或液壓對磁電管總成之位置進行調整。彈簧可朝距離靶工作表面最近距離處或朝最遠距離處推動磁電管總成，同時氣壓或液壓在相反方向上推抵於彈簧。所施加壓力將決定總成之位置。在此等實施例中，壓力承載管線可安置在中央水管內，磁電管總成一般安裝在中央水管上。此位置係有利的，因為水管保持靜止。因此，移動部件上不需要密封件且最佳化可靠性。
在一實施例中，透過安置在靶總成內之加壓氣筒，提供能量給氣動致動器。例如，高壓氣筒可係市售二氧化碳(CO2)盒。
在其他實施例中，進行調整之運動可藉由電纜而提供，該電纜亦可安置在水管內。在一實例中，電纜可係旋轉式的，諸如在汽車速度計中。在另一實例中，電纜可係推動式/拉動式，諸如在腳踏車上的手刹電纜中。
取決於所使用陰極之特定設計，本方法的一些實施例可直接藉由沿著靶總成軸安置在水管內的旋轉式或線性軸件提供運動。軸件透過空氣至水密封件從空氣傳遞至水。在線性運動之情況下，運動可經由風箱傳輸，風箱提供完全的空氣至水隔離且透過風箱的壓縮或膨脹轉移移動。
在一些陰極設計中，靶總成之一端附接至端塊，全部功能傳遞通過端塊，且覆蓋靶之另一端。此類型之陰極被稱為單端陰極。覆蓋端可或可不由軸承支撐。在此類型之陰極設計中，上述風箱可係端蓋設計之部分。
提供機械饋通之另一方法係磁式的。靶結構內部之磁總成可磁耦合至靶外部的總成。外部總成的運動將經由磁鏈結平移通過固體壁。 此一配置可最容易作為單端陰極設計之端蓋之部分而實施。
在其他實施例中，可藉由利用靶旋轉相對於靜態磁電管/水管總成的運動驅動調整。此可藉由提供機械結構(諸如齒輪)以利用靶的旋轉式運動來驅動用於進行調整的致動器而完成。在另一實施例中，可藉由諸如當水流過中央水管時憑藉渦輪或水輪機構利用流過陰極的水而驅動調整。在此等情況下，作為靶旋轉或水流驅動實施例，需提供用於從塗佈器外部接合及脫離機構(諸如切換機構)之結構，該結構可使用先前論述之任何機械饋通方法。
在其他實施例中，可藉由內部馬達(諸如包含在靶總成內的伺服或步進馬達)進行調整，內部馬達可係可浸水的或包含在水密外殼內部。此等馬達可將轉矩直接施加至調整螺釘，或可存在中間機械結構。例如，中間機械結構可配備有齒輪、錐齒輪或齒條及小齒輪，其等改變運動方向。此等機械結構亦可用作減速齒輪以調整馬達的輸出轉矩與待施加於調整螺釘的所要轉矩之間的相對轉矩。
在替代方法中，壓電馬達可用在致動機構中。壓電馬達提供線性運動。此運動可轉化至旋轉運動，以藉由施加切向力至附貼至調整螺釘的齒輪而驅動調整螺釘。其他線性運動選項包含電螺線管及氣壓筒或液壓筒。
儘管用於內部馬達之電力可藉由延伸穿過水管總成的電線提供，但是亦可在使此等電線屏蔽施加於陰極之電力方面出現困難，且該等困難係由於當組裝靶時所需之額外連接。替代地，可藉由尤其在單端陰極之覆蓋端上的刷接觸件繞送電力。
驅動內部馬達之另一方法係藉由將電池包提供在靶孔穴內。在此方法中，可藉由先前論述之任何機械結構接通或切斷電力。由於電池包保存有限量之能量，故生產運動期間的調整次數可係有限的。在多數情況下，電池壽命將係充足的，因為所需調整次數將很少。為了增強系統電力，一或多個可選發電模組(諸如發電機)可添加至磁電管總成。來自發電機模組之輸出電力可用於保持電池充電或用於直接驅動磁電管總成的馬達。驅動發電機模組所需之機械能量可自冷卻水之流利用而得，或藉由靶筒相對於磁電管總成之旋轉能量利用而得。例如，在一實施例中，使水流動之小渦輪發電機可在發電機模組中實施。
一般而言，致動器之氣動實施例相較於機動化實施例需要較少電力。
在另一實施例中，內部電子控制模組可定位於靶總成內。操作員與內部控制模組之間的命令及回饋通信可藉由不要求陰極之大量變更的多種方法實現。
一種用於與內部控制模組進行遠端通信的方法係藉由電力線覆疊信號。在此情況下，通信信號透過與施加至靶的電力相同的傳導路徑而傳輸。然而，通信頻率必須經選擇而與濺鍍電力供應之任何電力頻率非常不同。此外，可能需發送冗餘信號以補償藉由濺鍍程序偶然發生之電雜訊。此通信方法之優點在於以實際上對陰極結構不作修改且無需特別饋通之多數旋轉式陰極設計簡單實施。
與控制模組通信之替代方法包含透過陰極或靶總成中的窗傳輸信號。此一窗之最方便的位置係作為單端型陰極之端蓋中心。如此， 無需使端塊適於包括連接器，如同‘920公開案。甚至無需提供連接器。相反地，在本有窗之端蓋的組態中，僅必需的係窗任一側上的光纖係足夠接近且對準以進行有效通信且充分屏蔽電漿以防止信號雜訊。
可透過此窗發送之例示性信號類型包含無線電信號、Wi-Fi信號、藍芽信號、光學信號、磁電感信號等等。數位光學通信之優點在於不受來自由濺鍍程序產生的電磁雜訊的干擾的影響，但是通信路徑需要對光的適當屏蔽。無線電信號及Wi-Fi信號需屏蔽電磁雜訊。磁電感通信涉及兩個接近之電感線圈，其中第一線圈由電流啟動且第二線圈充當拾取線圈，其回應於由第一線圈產生的磁場產生電壓信號。所有此等方法可提供雙向通信。磁電感方法之變動係用霍爾(Hall)感測器取代該等線圈中之一者，但是此將通信限於單向。
遠端通信之另一替代方法係藉由使用一對超音波收發器。超音波通信之優點在於收發器之安裝地具有更多可變性，因為其等無需視線或任何特別傳輸窗。此外，超音波收發器不經受任何電磁雜訊、光學雜訊或光學阻抗。超音波通信之優點使得更易於改裝由多種製造商製造之陰極。
亦提供一種感測磁鐵總成相對於靶工作表面的位置之方法。在一方法中，使用類比或數位線性運動指示器執行直接量測。若藉由伺服或步進馬達驅動運動，則可自此等馬達獲得回饋信號。用於感測位置之一替代方法係量測氣動元件內部之氣體壓力。另一方法係將磁鐵及霍爾探針安裝在設備中使得在進行調整時其等相對於彼此移動。霍爾探針將取決於其與磁鐵之距離具有不同電壓輸出。
本文中揭示之各種技術可用於將整個磁鐵總成定位成單一 單元，或獨立地沿著磁鐵總成之長度定位多個點，以使得亦可調整程序之均勻性。
圖1至圖3及圖6圖示根據一實施例之可旋轉靶筒之磁電管總成100之各個視圖。一般而言，磁電管總成100包含剛性支撐結構102(諸如冷卻劑管)、可移動地附接至支撐結構102之磁棒結構104、及耦合至支撐結構102之一或多個致動機構108。致動機構108經組態以改變磁棒結構104與可旋轉靶筒之表面的距離。
致動機構108由致動器外殼109覆蓋。位置指示機構定位於致動器外殼109中且可操作以量測磁棒結構104相對於可旋轉靶筒之表面的位置。磁棒結構104包含附接至軛112之基本上平行磁鐵列之陣列110，如圖6中所示，軛112由磁導材料(諸如鋼)組成，此有助於完成磁電路。
控制外殼106部分包圍支撐結構102且包含通信裝置，該通信裝置經組態以自磁電管總成100外部接收命令信號且將資訊信號傳輸至磁電管總成100外部。控制外殼106亦圍封與致動機構108可操作地通信之電子控制器。通信裝置可係可操作地耦合至電子控制器之收發器。例如，收發器可係射頻(RF)收發器、光學收發器或超音波收發器。如圖1中所示，控制外殼106界定位置回饋連接埠114及一或多個致動連接埠116。
位置指示機構可在各致動機構108中實施為內建位置感測器。位置感測器可藉由直接感測或藉由間接度量量測磁棒結構104之位置。例如，位置指示機構可經實施在類比感測器中具有霍爾探針及磁鐵。替代地，位置指示機構可經實施具有數位指示器，諸如柱塞型數位指示器，該指示器將資料直接傳輸給操作員而無需額外處理。
此外，電源可經提供以對致動器機構108及電子控制器供能。電源可係完全自含在磁電管總成之容積內。例如，電源供應器(諸如電池包)可定位於控制外殼106中。
致動機構108可以各種方式實施。例如，致動機構108可包含彈簧負載氣動結構或彈簧負載液壓結構。替代地，致動機構108可包含旋轉式電纜或推動式/拉動式電纜。
在一實施例中，各致動機構108可包含彈簧負載氣動風箱、氣囊或筒。在此方法中，調整點係負載有在相反方向上推動之氣動元件中的壓力之彈簧。用於進行調整之儲備能量可儲存在壓縮氣體供應器(諸如CO2氣體盒)中。調整可藉由調整閥進行，該等調整閥將壓縮氣體從CO2氣體盒釋放至氣動元件中，或將氣體從氣動元件釋放至靶內部之冷卻水中。
圖4及圖5中描繪具有內建位置感測之致動機構108之一實施例的其他細節。在此實施例中，致動機構108包含用於霍爾探針之感測器埠120、經組態以接收壓縮氣體之氣動致動埠122及與氣動致動埠122連通之風箱124(諸如焊接風箱)。控制軸件130耦合至磁棒結構104之風箱124及軛112。復位彈簧128耦合至控制軸件130，且磁鐵126定位於控制軸件130中用於霍爾探針回饋。在此實施例中，霍爾探針/磁鐵係用於位置感測之類比偵測器。圖6圖示控制外殼106內之例示性位置，其用於控制器之控制板113、一或多個螺線管閥115、收發器117、與螺線管閥流體連通之CO2氣體盒118、及使控制板運行之電池119，其等結合圖4及圖5之致動機構108使用。
如先前所論述，致動機構可替代地經實施具有機動化結構， 諸如伺服馬達、步進馬達或壓電馬達。任何數量之機械組態可用於驅動式運動。一實例係螺旋插座，其可額外地併入直角齒輪或減速齒輪。在此等實施例中，磁棒之位置感測可透過來自機動化結構之回饋實行。
圖7及圖8圖示根據一實施例之實施在可旋轉靶陰極170中具有機動化結構之磁電管總成140。一般而言，磁電管總成140係安置在靶筒172內部且包含剛性支撐結構142、可移動地附接至支撐結構142之磁棒結構144及耦合至支撐結構142之複數個機動化致動機構146。機動化致動機構146包含齒輪步進馬達148，例如，齒輪步進馬達148可具有100：1齒輪減速比。一組錐齒輪150係可操作地耦合至步進馬達148。例如，錐齒輪150可具有4：1齒輪減速比。螺紋外殼152與各錐齒輪150配接。螺紋柱154耦合在磁棒結構144與螺紋外殼152之間。致動器外殼155圍封各機動化致動機構146。
磁電管總成140亦包含與機動化致動機構146可操作地通信之電子控制器156。通信裝置(諸如超音波收發器/變換器158)可操作地耦合至電子控制器156。用於步進馬達148及電子控制器156之電力可藉由電池包160提供。控制外殼162圍封電子控制器156及電池包160。
靶筒172可旋轉地附接至端塊174，如圖7中所示。超音波收發器/變換器176安裝在端塊174上且與超音波收發器/變換器158通信。
圖9圖示根據另一實施例經組態用於雙向光學通信之濺鍍設備200。可旋轉陰極靶筒210係安置在具有外壁215之真空腔室212內。靶筒210可操作地耦合至安裝在真空腔室212外部之外壁215上的馬達213。磁電管總成100(諸如先前關於圖1至圖3描述)定位於靶筒210內。
如圖9中所描繪，光學通信盒214係定位於真空腔室212外部的外壁215上。在大氣中之第一光纖電纜216光學地耦合至光學通信盒214中之第一光學收發器。光纖電纜216亦耦合至真空耦合器218，真空耦合器218為光纖電纜216提供從大氣至真空之饋通。第二光纖電纜224透過靶筒210之陰極水冷卻電路耦合至控制外殼106內部之第二光學收發器。靶筒210之端蓋222中的光纖窗220使光學信號可在光纖電纜216與光纖電纜224之間傳輸。
圖10係根據另一實施例之濺鍍設備300之示意圖，濺鍍設備300經組態用於定位於真空腔室340中之旋轉式陰極總成320內之磁電管總成310與真空腔室340外部之外部控制器344之間的雙向超音波通信。磁電管總成310包含磁棒結構312及機械地耦合至磁棒結構312之複數個機動化致動機構314。諸如透過可包含兩組雙絞線之馬達控制電纜318，內部電子控制器316與機動化致動機構314可操作地通信。容置有電子控制器316之電池包提供電力至機動化致動機構314及電子控制器316。
旋轉式陰極總成320包含靶筒322，靶筒322可填充有水，可旋轉地耦合至端塊324。第一超音波收發器326安裝在靶筒322內部且諸如透過可包含一雙絞線之超音波通信線328與電子控制器316進行信號通信。第二超音波收發器330經由絕緣體332安裝在端塊324上且與超音波收發器326進行超音波通信。可由使用者操作之外部控制器344與超音波收發器330進行信號通信，諸如透過傳遞通過真空耦合器336之超音波通信電線334，超音波通信電線334提供從大氣至真空腔室340之饋通。
在一實施方式中，電子控制器316能夠控制磁棒結構312之 多達十二(12)個運動軸，其中在任何時候機動化致動機構314之僅一個馬達受控制。電子控制器316之控制理論可經調適以依給定序列小量移動各馬達。一次僅控制一馬達簡化控制系統且減少電池要求，此係因為存在較低暫態電力汲取。此外，控制線路可用通信匯流排繞送在I樑支撐體之磁棒側上。可在各控制單元與通信匯流排之間使用水密電連接。
在另一實施例中，亦可提供一種用於在包含在陰極靶總成內之磁電管總成與真空腔室外部之間進行雙向資訊傳輸的系統。例如，可藉由兩個經策略性放置之RF收發器實行雙向通信，其中一個收發器係在靶總成內部且另一收發器係在靶總成外部但在真空腔室內部。靶總成內部之收發器係直接連接至電子控制器。真空腔室中的收發器係經由腔室壁中之電饋通而連接至外部。需在收發器天線之間提供對通信信號而言係透明之窗。該窗可定位為單端陰極之端蓋的部分。
圖11及圖12圖示根據另一實施例之用於旋轉式靶陰極之磁電管總成400。磁電管總成400一般包含複數個驅動模組410、及沿著磁電管總成400之長度定位之複數個發電模組414。磁電管總成410亦包含與驅動模組410及發電模組414可操作地通信之控制器及電池模組418。驅動模組410、發電模組414及控制器及電池模組418各定位在沿著磁電管總成400延伸之一對相對側壁422、424之間。
如圖11之例示性實施例中所示，第一驅動模組410-1及第二驅動模組410-2定位於第一發電模組414-1之相對側上。第三驅動模組410-3及第四驅動模組410-4定位在第二發電模組414-2之相對側上，若發電模組410-1發生故障，則第二發電模組414-2可充當冗餘發電源。控制器及 電池模組418定位在磁電管總成之中央部分中且介於驅動模組410-2與驅動模組410-3之間。
圖12係磁電管總成400之俯視圖，其中驅動模組已移除。細長支撐結構420(諸如I樑)沿著磁電管總成400介於側壁422與424之間的底部延伸。支撐結構420中之複數個孔隙421使驅動模組可使用標準緊固件耦合至支撐結構420。發電模組414-1、414-2及控制器及電池模組418可以類似方式耦合至支撐結構420。
具有磁鐵陣列之磁棒結構425(圖11)沿著磁電管總成400之底部可移動地定位在支撐結構420下方。驅動模組410各包含可操作地耦合至磁棒結構425之機動化致動機構以對磁棒結構425之位置提供調整。控制器及電池模組418包含電子控制器及至少一可再充電電池。
發電模組414與可再充電電池電連通，使得當需要時來自發電模組414之電能輸出對電池進行充電。來自電池之電力經組態以對機動化致動機構及電子控制器供能。替代地，發電模組可經組態以直接驅動機動化致動機構。
如圖12中所描繪，磁電管總成400之一端上的第一進水口/出水口結構426延伸穿過第一端部結構428且與一對冷卻管430、432流體連通。磁電管總成400之相對端上之第二進水口/出水口結構434延伸穿過第二端部結構436且亦與冷卻管430、432流體連通。在一實施例中，光纖保持器437延伸穿過進水口/出水口結構434。光纖保持器437經組態以支撐光纖電纜，光纖電纜耦合至與電子控制器通信之光學收發器。
一組靶筒滾輪446可定位在側壁422及424上。滾輪446提 供可移動表面，該等表面使靶筒可更容易地圍繞磁電管總成440旋轉。
在一實施例中，驅動發電模組414所需之機械能量可自冷卻水通過冷卻管430或冷卻管432之流利用而得。例如，發電模組414可包含小渦輪發電機，小渦輪發電機與流過一或多個冷卻管之水流體連通。在替代實施例中，驅動發電模組414所需之機械能量可自包圍磁電管總成400之靶筒的旋轉能量利用而得。
圖13及圖14圖示根據一實施例之經實施具有磁電管總成400之旋轉式靶陰極500。陰極500包含具有界定內部通道之內部表面511之可旋轉靶筒510。磁電管總成400安置在靶筒510之內部通道中。靶筒510經組態在近端512上以安裝至濺鍍設備之端塊，諸如端塊174(圖7)。靶端蓋514附貼至靶筒510之遠端516。
光纖支撐體520經組態以安裝至濺鍍設備之真空腔室壁，諸如壁215(圖9)，其中光纖支撐體520鄰近於端蓋514且與端蓋514隔開。下文將參考圖15進一步詳細描述端蓋514及光纖支撐體520。
圖14示出磁電管總成400之其他細節。各驅動模組410包含馬達530，諸如可操作地耦合至致動機構534之步進馬達。一組致動柱538耦合在磁棒結構425與各致動機構534之間。機動化致動機構534提供磁棒結構425相對於靶筒510之內表面511的位置之調整。例如，當靶筒510在濺鍍設備之操作期間腐蝕時，機動化致動機構回應於來自控制器及電池模組418中之電子控制器的控制信號，調整磁棒結構425相對於內表面511之位置。
如圖15中所示，端蓋514容置窗540，窗540使光學信號可 在第一光纖電纜542與第二光纖電纜544之間傳輸。光纖支撐體520經定位使得小間隙546存在於光纖支撐體520與端蓋514之面對表面之間。其中光學信號在光纖電纜542與544之間傳輸。第一光纖電纜542從磁電管總成400延伸至光纖保持器437中，耦合至端蓋514。第二光纖電纜544延伸至光纖支撐體520之開口548中。
在一實施例中，光纖電纜544與定位在真空腔室外部之光學收發器光學通信，靶陰極500係實施在真空腔室中。光纖電纜542係光學地耦合至與控制器及電池模組418中的電子控制器通信之光學收發器。窗540之任一側上的光纖電纜542及544的尖端係充分對準使得光學信號可在光纖電纜542與544之間有效傳輸。
圖16及圖17圖示根據另一實施例之經實施具有磁電管總成400之旋轉式靶陰極600。陰極600包含可旋轉靶筒610，可旋轉靶筒610經組態在近端612上以安裝至端塊。靶端蓋614附貼至靶筒610之遠端616。
經組態以安裝至濺鍍設備之真空腔室壁之靶端支撐體618耦合至端蓋614。經組態以安裝至真空腔室壁之光纖支撐體620經定位使得光纖支撐體620鄰近於端蓋614，且與端蓋614隔開。下文參考圖18進一步詳細描述端蓋614及光纖支撐體620。
圖17示出磁電管總成400之其他細節，磁電管總成400包含與圖14中所示相同之組件。因此，驅動模組410各包含耦合至致動機構534之馬達530。一組致動柱538係耦合在磁棒結構425與各致動機構534之間。機動化致動機構534對磁棒結構425相對於靶筒610之內表面的位置提供調整。
如圖18中所示，端蓋614容置窗640，窗640使光學信號可在第一光纖電纜642與第二光纖電纜644之間傳輸。光纖支撐體620經定位使得小間隙646存在於光纖支撐體620與端蓋614之面對表面之間，其中光學信號在光纖電纜642與644之間傳輸。第一光纖電纜642自磁電管總成400延伸至光纖保持器437中，耦合至端蓋614。第二光纖電纜644延伸至光纖支撐體620之開口648中。
在一實施例中，光纖電纜644與定位在真空腔室外部之光學 收發器光學通信，其中靶陰極600係實施在真空腔室中。光纖電纜642光學地耦合至與控制器及電池模組418中的電子控制器通信之光學收發器。窗640之任一側上的光纖電纜642及644的尖端係充分對準使得光學信號可在光纖電纜642及644之間有效傳輸。
例示性實施例
實例1包含用於旋轉式目標陰極之磁電管總成，磁電管總成包括：細長支撐結構；可移動地定位在支撐結構下方之磁棒結構；耦合至該支撐結構之複數個驅動模組，該等驅動模組各包含可操作地耦合至磁棒結構之機動化致動機構；控制器及電池模組，其耦合至支撐結構且與該等驅動模組可操作地通信，該控制器及電池模組包含電子控制器及至少一可再充電電池，該電池經組態以對各機動化致動機構及電子控制器供能；及一或多個發電模組，其耦合至支撐結構且與電池電連通使得來自發電模組之電能輸出對電池進行再充電。
實例2包含實例1之磁電管總成，其中一或多個發電模組經組態以直接驅動各驅動模組中之機動化致動機構。
實例3包含實例1至實例2之任一者的磁電管總成，其進一步包括沿著支撐結構延伸之至少一冷卻管。
實例4包含實例3之磁電管總成，其中一或多個發電模組與冷卻管流體連通。
實例5包含實例4之磁電管總成，其中用於驅動一或多個發電模組之機械能量自流過冷卻管的水利用而得。
實例6包含實例5之磁電管總成，其中該一或多個發電模組包含渦輪發電機，渦輪發電機與流過冷卻管之水流體連通。
實例7包含實例1至實例6之任一者之磁電管總成，其中磁棒結構包含沿著支撐結構延伸且在支撐結構下方之磁鐵陣列。
實例8包含實例1至實例7之任一者之磁電管總成，其進一步包括光學地耦合至與電子控制器連通之光學收發器的光纖電纜。
實例9包含實例8之磁電管總成，其進一步包括自磁電管總成之一端延伸且支撐光纖電纜之端部區段的光纖保持器。
實例10包含用於濺鍍設備之旋轉式靶陰極總成，旋轉式靶陰極總成包括：可旋轉靶筒，其具有界定內部通道之內表面，靶筒經組態在近端上用於安裝至濺鍍設備之端塊；靶端蓋，其附貼至靶筒之遠端；及安置在靶筒之內部通道中的磁電管總成；磁電管總成包括：細長支撐結構；磁棒結構，其可移動地定位在支撐結構下方；耦合至支撐結構之複數個驅動模組，驅動模組各包含可操作地耦合至磁棒結構之機動化致動機構；控制器及電池模組，其耦合至支撐結構且與驅動模組可操作地通信，控制器及電池模組包含電子控制器及至少一可再充電電池，電池經組態以對各機 動化致動機構及電子控制器供能；及一或多個發電模組，其耦合至支撐結構且與電池電連通使得來自發電模組之電能輸出對電池進行再充電。隨著靶筒在濺鍍設備之操作期間腐蝕，機動化致動機構回應於來自電子控制器之控制信號，調整磁棒結構相對於靶筒的內表面的位置。
實例11包含實例10之旋轉式靶陰極總成，其進一步包括光纖支撐體，該光纖支撐體經組態以安裝至濺鍍設備之真空腔室壁使得光纖支撐體鄰近於靶端蓋且與靶端蓋隔開。
實例12包含實例10至實例11之任一者之旋轉式靶陰極總成，且進一步包括光學耦合至與電子控制器通信之第一光學收發器之第一光纖電纜，第一光纖電纜自磁電管總成延伸至靶端蓋。
實例13包含實例12之旋轉式靶陰極總成，且進一步包括光學地耦合至定位在真空腔室壁外部之第二光學收發器的第二光纖電纜，該第二光纖電纜延伸至光纖支撐體中的開口中。
實例14包含實例13之旋轉式靶陰極總成，其中靶端蓋包含窗，該窗使光學信號可在第一光纖電纜與第二光纖電纜之間傳輸。
實例15包含實例10至實例14之任一者之旋轉式靶陰極總成，其中一或多個發電模組經組態以直接驅動各驅動模組中的機動化致動機構。
實例16包含實例10至實例15之任一者的旋轉式陰極總成，且進一步包括沿著磁電管總成的支撐結構延伸之至少一冷卻管。
圖17包含實例16之旋轉式靶陰極總成，其中該一或多個發電模組與冷卻管流體連通。
實例18包含實例17之旋轉式靶陰極總成，其中用於驅動一或多個發電模組的機械能量自流過冷卻管的水利用而得。
實例19包含實例18之旋轉式靶陰極總成，其中一或多個發電模組包含渦輪發電機，渦輪發電機與流過冷卻管的水流體連通。
實例20包含實例10至實例16之任一者的旋轉式靶陰極總成，其中用於驅動該一或多個發電模組之機械能量係自靶筒之旋轉能量利用而得。
儘管已經描述多個實施例，但是應瞭解所述實施例件將僅被視為闡釋性且非限制性，且可在不背離本創作之範疇的情況下，對所述實施例作出各種修改。因此，本創作之範疇係由隨附申請專利範圍指示而非由前文描述指示。處於申請專利範圍之等效物的含義及範圍內的所有變化將包含在其等之範疇內。
100‧‧‧磁電管總成
102‧‧‧支撐結構
104‧‧‧磁棒結構
106‧‧‧控制外殼
108‧‧‧致動機構
109‧‧‧致動器外殼
114‧‧‧位置回饋連接埠
116‧‧‧致動連接埠

Claims (20)

  1. 一種用於一旋轉式靶陰極之磁電管總成，該磁電管總成包括：一細長支撐結構；一磁棒結構，其可移動地定位在該支撐結構下方；複數個驅動模組，其耦合至該支撐結構，該等驅動模組各包含可操作地耦合至該磁棒結構之一機動化致動機構；一控制器及電池模組，其耦合至該支撐結構且與該等驅動模組可操作地通信，該控制器及電池模組包含一電子控制器及至少一可再充電電池，該電池經組態以對各機動化致動機構及該電子控制器供能；及一或多個發電模組，其耦合至該支撐結構且與該電池電連通使得來自該一或多個發電模組之電能輸出對該電池進行再充電。
  2. 如請求項1之磁電管總成，其中該一或多個發電模組經組態以直接驅動該等驅動模組之各者中的該機動化致動機構。
  3. 如請求項1之磁電管總成，其進一步包括沿著該支撐結構延伸之至少一冷卻管。
  4. 如請求項3之磁電管總成，其中該一或多個發電模組與該冷卻管流體連通。
  5. 如請求項4之磁電管總成，其中用於驅動該一或多個發電模組之機械能量係自流過該冷卻管之水利用而得。
  6. 如請求項5之磁電管總成，其中該一或多個發電模組包含一渦輪發電機，該渦輪發電機與流過該冷卻管之水流體連通。
  7. 如請求項1之磁電管總成，其中該磁棒結構包含沿著該支撐結構延伸 且在該支撐結構下方之一磁鐵陣列。
  8. 如請求項1之磁電管總成，其進一步包括一光纖電纜，該光纖電纜耦合至與該電子控制器通信之一光學收發器。
  9. 如請求項8之磁電管總成，其進一步包括一光纖電纜保持器，該光纖電纜保持器從該磁電管總成之一端延伸且支撐該光纖電纜之一端部區段。
  10. 一種用於一濺鍍設備之旋轉式靶陰極總成，該旋轉式靶陰極總成包括：一可旋轉靶筒，其具有界定一內部通道之一內表面，該靶筒經組態在一近端上以安裝至該濺鍍設備之一端部區塊；一靶端蓋，其附貼至該靶筒之一遠端；一磁電管總成，其安置在該靶筒之該內部通道中，該磁電管總成包括：一細長支撐結構；一磁棒結構，其可移動地定位在該支撐結構下方；複數個驅動模組，其耦合至該支撐結構，該等驅動模組各包含可操作地耦合至該磁棒結構之一機動化致動機構；一控制器及電池模組，其耦合至該支撐結構且與該等驅動模組可操作地通信，該控制器及電池模組包含一電子控制器及至少一可再充電電池，該電池經組態以對各機動化致動機構及該電子控制器供能；及一或多個發電模組，其耦合至該支撐結構且與該電池電連通使得來自該一或多個發電模組之電能輸出對該電池進行再充電；其中隨著該靶筒在該濺鍍設備之操作期間腐蝕，該機動化致動機構回應於來自該電子控制器之控制信號，調整該磁棒結構相對於該靶筒之 該內表面的位置。
  11. 如請求項10之旋轉式靶陰極總成，其進一步包括一光纖支撐體，該光纖支撐體經組態以安裝至該濺鍍設備之一真空腔室壁使得該光纖支撐體鄰近於該靶端蓋且與該靶端蓋隔開。
  12. 如請求項11之旋轉式靶陰極總成，其進一步包括一第一光纖電纜，該第一光纖電纜光學地耦合至與該電子控制器通信之一第一光學收發器，該第一光纖電纜從該磁電管總成延伸至該靶端蓋中。
  13. 如請求項12之旋轉式靶陰極總成，其進一步包括一第二光纖電纜，該第二光纖電纜光學地耦合至定位在該真空腔室壁外部之一第二光學收發器，該第二光纖電纜延伸至該光纖支撐體中之一開口中。
  14. 如請求項13之旋轉式靶陰極總成，其中該靶端蓋包含一窗，該窗使一光學信號可在該第一光纖電纜與該第二光纖電纜之間傳輸。
  15. 如請求項10之旋轉式靶陰極總成，其中該一或多個發電模組經組態以直接驅動該等驅動模組之各者中的該機動化致動機構。
  16. 如請求項10之旋轉式靶陰極總成，其進一步包括沿著該磁電管總成之該支撐結構延伸之至少一冷卻管。
  17. 如請求項16之旋轉式靶陰極總成，其中該一或多個發電模組與該冷卻管流體連通。
  18. 如請求項17之旋轉式靶陰極總成，其中用於驅動該一或多個發電模組之機械能量係自流過該冷卻管之水利用而得。
  19. 如請求項18之旋轉式靶陰極總成，其中該一或多個發電模組包含一渦輪發電機，該渦輪發電機與流過該冷卻管之水流體連通。
  20. 如請求項10之旋轉式靶陰極總成，其中用於驅動該一或多個發電模組之機械能量係自該靶筒之旋轉能量利用而得。
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