本发明专利技术提供一种磁控溅射源及应用该磁控溅射源的磁控溅射设备。其中，所述磁控溅射源包括磁控管及驱动装置，所述磁控管和所述驱动装置相连接，所述驱动装置用于驱动所述磁控管以螺旋线形轨迹对整个靶材区域进行扫描。从而在将本发明专利技术提供的磁控溅射源应用于磁控溅射工艺中时，能够使靶材各个区域均被有效溅射，以避免靶材上的某些区域不能被充分利用的问题；并且，还可通过调节驱动装置的运行速度而对磁控管在其靶材中心区域和边缘的停留时间进行有效调节，从而使靶材各区域的消耗速率趋于一致，进而有效提高靶材的利用率。本发明专利技术提供的磁控溅射设备同样能够有效提高靶材的利用率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子加工
，具体地，涉及一种磁控溅射源及应用该磁控溅射源的磁控溅射设备。
技术介绍
在微电子产品行业，磁控溅射技术作为生产集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能电池及LED等产品的重要手段之一，受到广大厂商的高度重视。请参阅图1，为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图。该设备主要包括工艺腔室1、设置于工艺腔室1内部下方位置处的静电卡盘3、设置于工艺腔室1上方的靶材2和磁控管4以及磁控管驱动电机5。此外，在工艺腔室1的下端或侧壁上还连接有抽气装置 13。其工艺过程如下首先，向工艺腔室1内通入用于形成等离子体的工艺气体(例如，氩气等)，在腔室内的电场和磁场的共同作用下，等离子体中的部分离子轰击靶材2的表面， 使靶材2表面的部分原子脱落，并沉积到所要加工的基片表面以形成所需膜层。在上述设备的各组件中，靶材及磁控管的设计结构对于溅射工艺的结果具有非常重要的作用。尤其是，在对一些深/宽比(指孔隙深度与宽度的比值)较高的孔隙及沟槽进行填充时，要求在靶材溅射过程中保持较高的金属离化率。为获得较高的离化率，较常用的方法之一是减小磁控管的作用面积，从而在靶材的单位面积上获得较高的功率密度。同时， 为了保证靶材表面的各区域均被溅射，需要借助一种驱动机构带动磁控管在靶材区域内进行高速移动扫描，以实现对靶材各个区域的溅射、提高靶材的利用率。请参阅图2，为一种磁控管驱动机构的结构示意图。该机构工作过程如下电机通过传动轴70带动传动杆74进行旋转运动；传动杆74上的动齿轮76随传动杆74 一起绕中心轴72作圆周运动；定齿轮62不随传动轴70旋转，在该定齿轮62的啮合作用下，动齿轮 76发生自转；齿轮78与动齿轮76啮合而进行自转，并通过连接杆80而带动磁控管84和配重86与齿轮78进行同步旋转；从而驱动磁控管84在靶材范围内以一定的运动轨迹对靶材进行扫描。此外，传动杆74的另一端还连接有第二配重88，用于平衡中心轴72两端的力矩、增加旋转的稳定性。请参阅图3，为图2所示驱动机构中磁控管的运行轨迹示意图。如图所示，不仅磁控管在上述驱动机构的带动下所运行的轨迹范围无法覆盖整个靶材区域，而且既使在磁控管轨迹所覆盖的区域内磁控管的扫描轨迹的密度也不均勻，具体表现为，靠近靶材中心的轨迹较密，而靠近靶材边缘的轨迹密度则较小。基于上述原因，势必将造成靶材的消耗速率的差异，当消耗速率较快的靶材区域被用尽之后，整个靶材即要作废，而靶材上未被消耗及未被用尽的区域无法被继续使用，从而造成靶材的严重浪费。由于靶材价格非常昂贵，如果不能达到较高的靶材利用率将给企业造成巨大的成本负担。为解决上述问题，技术人员采取调整电机转速的方式以期获得均勻的靶材消耗速率。具体做法为，当磁控管运行在靶材边缘区域时则减慢电机的转速，以延长磁控管在该区域的停留时间；而当磁控管运行在靶材中心区域时则加快电机的转速，以缩短磁控管在该区域的停留时间，从而使靶材中心和边缘区域的消耗速率趋于一致。但是，由于上述驱动机构中的磁控管以类似于行星式的运动轨迹对靶材进行扫描，该磁控管在靶材边缘和中心区域之间进行不断的往复穿梭运动。因此，要想实现上述电机调速的方法，就要使电机在极高的加速/减速的频率下运行，不但严重影响电机的使用寿命，而且由于对电机的控制过程过于复杂，导致实际应用的效果并不理想。因此，目前亟需一种既能使磁控管的运行轨迹合理覆盖整个靶材平面，又能有效提高靶材利用率的技术方案。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种磁控溅射源，其能够有效提高靶材利用率。为解决上述问题，本专利技术还提供一种磁控溅射设备，其同样能够有效提高靶材利用率。为此，本专利技术提供一种磁控溅射源，包括磁控管及驱动装置，所述磁控管和所述驱动装置相连接，且所述驱动装置用于驱动所述磁控管以螺旋线形轨迹对整个靶材区域进行扫描。其中，驱动装置包括中心轴、周向旋转部和径向运动部；其中，径向运动部用于带动磁控管沿中心轴的径向进行直线往复运动，且周向旋转部用于带动径向旋转部与磁控管绕中心轴进行旋转运动；磁控管用于在周向旋转部和径向运动部的共同作用下以螺旋线形轨迹进行运动。其中，周向旋转部与径向运动部之间设置有传动部，传动部用于将周向旋转部的旋转运动传递为径向运动部的径向运动；并且，径向运动部的径向运动与周向旋转部的旋转运动同步。其中，周向旋转部包括齿轮箱，齿轮箱绕中心轴进行周向旋转运动；径向运动部包括径向齿条，径向齿条相对于周向旋转部进行径向的直线运动；传动部包括至少一个设置于齿轮箱中的传动齿轮，传动齿轮在随齿轮箱进行周向旋转的同时进行自转，径向齿条与传动齿轮啮合并在传动齿轮的驱动作用下进行径向的直线运动。其中，传动部还包括涡轮和蜗杆，其中，涡杆与中心轴同轴且不随齿轮箱进行周向旋转；蜗轮随齿轮箱同步周向旋转，并与蜗杆相啮合而发生自转；传动齿轮受到涡轮的驱动而发生自转，以使所述传动齿轮驱动径向齿条进行径向的直线运动。其中，传动部还包括至少一对斜齿轮，其中，一对斜齿轮中的一个为定斜齿轮，并与中心轴同轴且不随所述齿轮箱进行周向旋转；一对斜齿轮中的另外一个为动斜齿轮，动斜齿轮随齿轮箱同步周向旋转，并与定斜齿轮相啮合而发生自转；传动齿轮受到动斜齿轮的驱动而发生自转，以使所述传动齿轮驱动径向齿条进行径向的直线运动。其中，传动部还包括一个定齿轮，其中，定齿轮与中心轴同轴且不随所述齿轮箱进行周向旋转；传动齿轮随齿轮箱同步周向旋转的同时与定齿轮相啮合而发生自转，以使所述传动齿轮驱动径向齿条进行径向的直线运动。其中，驱动装置还包括旋转动力源，用于驱动周向旋转部绕中心轴旋转。其中，磁控溅射源还包括控制单元，用于在径向运动部到达其直线行程的末端时， 控制旋转动力源反向旋转。其中，驱动装置还包括弹性保持部；控制单元用于在径向运动部到达其直线行程的末端时，控制旋转动力源按照原先的旋转方向继续旋转一定角度后再反向旋转；弹性保持部用于在旋转动力源按照原先的旋转方向继续旋转的过程中，使径向运动部的末端与传动齿轮保持弹性接触。其中，弹性连接部包括设置于齿轮箱同一侧的弹簧及弹簧阻挡部，弹簧位于齿轮箱与弹簧阻挡部之间。其中，驱动装置还包括设置于旋转动力源与周向旋转部之间的驱动轴，驱动轴与中心轴同轴且能够相对于中心轴进行转动以带动所述周向旋转部旋转。另外，本专利技术还提供一种磁控溅射设备，包括工艺腔室和靶材，在靶材上方设置有上述本专利技术提供的磁控溅射源，用于在磁控溅射工艺中对靶材表面进行均勻的磁场扫描。本专利技术具有下述有益效果本专利技术提供的磁控溅射源包括磁控管及驱动装置，上述磁控管在驱动装置的驱动下能够以螺旋线形的轨迹对整个靶材区域进行扫描。因此，上述磁控管的运行轨迹能够有效覆盖靶材平面的所有区域，从而避免因靶材部分区域无法被磁控管轨迹覆盖而造成的靶材利用率低的问题。而且，在磁控管对靶材平面进行扫描的过程中，能够根据靶材径向方向上的各个区域的消耗速率，而调节磁控管运行至该区域时驱动装置的运行速度，从而调节磁控管在靶材径向方向上各个区域的停留时间，进而调节靶材上相应区域的消耗速率，以使靶材上各个区域的消耗速率趋于一致、提高靶材的利用率。并且，本专利技术提供的磁控溅射源使磁控管以螺旋线形轨迹对靶材进行扫描，在对整个靶材的扫描过程中，只需在磁控管运行至靶材边缘和中心区域本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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