用于驱动磁控管的扫描机构、磁控源和磁控溅射设备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于驱动磁控管的扫描机构、磁控源和磁控溅射设备。扫描机构包括齿轮箱体；第一驱动轴；竖直地设置在齿轮箱体中的第二轴和第三轴，第二轴设置在第一驱动轴和第三轴之间，第三轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，第一齿轮和第三齿轮啮合构成第一齿轮副，第二齿轮和第四齿轮啮合构成第二齿轮副，第三轴驱动磁控管围绕第三轴的轴线转动。第一齿轮副与第二齿轮副具有不同的齿速比，使磁控管能够在其运动迹线的外圈和内圈以不同速度运动。根据本发明专利技术实施例的扫描机构，通过控制磁控管在其内圈和外圈时具有不同的运动速度以平衡磁控管在内圈和外圈的相对有效时间，使磁控管在内圈和外圈的停留时间接近，从而提高靶材的利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其是涉及一种用于驱动磁控管的扫描机构、具有所述扫描机构的磁控源和具有所述磁控源的磁控溅射设备。
技术介绍
溅射是指荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，引起表面各种粒子，如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象。在磁控溅射装置中，等离子体产生于腔室中，等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击腔室中的靶材，撞出靶材的原子，并沉积到衬底上。磁控溅射设备广泛的应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及其LED领域。为了改善溅射的效果，在靶材附近使用了磁铁，它可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体的碰撞的机会，从而得到高密度的等离子体，提供高的沉积速率。同时磁铁所控的电子的轨道会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命。同时还会影响薄膜的沉积的均匀性。传统磁控溅射设备中采用的方案如图5所示，其中，电机通过轴I’带动齿轮箱体上部2’和齿轮箱体下部3’以轴I’为中心进行圆周运动，定齿轮4’设在轴I’上并与轴I一同转动，齿轮5’与定齿轮4’啮合，齿轮6’与齿轮5’啮合，由此，轴I’带动定齿轮4’转动，定齿轮带动齿轮5’转动，齿轮 5’带动齿轮6’转动，从而实现齿轮6’的行星式运动，进一步地，磁控管7’固定装在齿轮6’的下方，即可实现磁控管一方面绕齿轮6’进行自转另一方面绕轴I’进行公转的行星式运动。磁控管V的运动轨迹如图6所示，其中可以看出磁控管V均匀地覆盖在整个靶材上。如果将磁控管7’的运动区域划分为图7所示的A、B、C三个区域，其中，A区域为运动轨迹的外圈，C区域为运动轨迹的内圈，假设传动机构在匀速运动的下，则区域C内停留的“相对有效时间”(“相对有效时间”以“停留时间+区域面积”来简化)明显小于区域B，区域B又小于区域A。这样将就会造成靶材内圈材料的消耗明显快于外圈，当内圈消耗到一定程度后就要更换新的靶材，而外圈剩余的靶材也不能继续使用，造成了浪费。现有的一种解决方法是:采用电机调速的方法，当磁控管运行在外圈区域C时，减慢电机的转速，以增加磁控管在外圈区域的停留时间；当磁控管运行在内圈区域A时，加快电机的运转速度，以实现平衡内外圈靶材消耗的目的。但是，该机械机构特性决定了它的运动特点，图8为该机构运动过程的一段片段，可以看到磁控管的轨迹是从圆环的外圈和内圈区域往复穿梭，如果通过电机调速来控制其在内外圈的运转速度，则电机要一直保持在不停的加速、减速状态下，且不说影响电机的寿命，整个控制过程也相当复杂，实际效果也不理想。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种用于驱动磁控管的扫描机构，所述扫描机构通过控制所述磁控管在其内圈和外圈时具有不同的运动速度以平衡所述磁控管在内圈和外圈的相对有效时间，使所述磁控管在内圈和外圈的停留时间接近，从而更加充分有效地利用靶材。本专利技术的另一个目的在于提出一种包括上述扫描机构的磁控源。本专利技术的再一个目的在于提出一种包括上述磁控源的磁控溅射设备。根据本专利技术第一方面实施例的扫描机构，包括齿轮箱体；第一驱动轴，所述第一驱动轴驱动所述齿轮箱体围绕所述第一驱动轴的轴线转动；竖直地设置在所述齿轮箱体中的第二轴和第三轴，所述第二轴设置在所述第一驱动轴和所述第三轴之间，所述第二轴上设置有第一齿轮和第二齿轮，所述第三轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮和所述第三齿轮啮合构成第一齿轮副，所述第二齿轮和所述第四齿轮啮合构成第二齿轮副，所述第三轴驱动所述磁控管围绕所述第三轴的轴线转动，其中:所述第一齿轮副与所述第二齿轮副具有不同的齿速比，使所述磁控管能够在其运动迹线的外圈和内圈以不同速度运动。根据本专利技术实施例的扫描机构，通过使得所述第一齿轮副与所述第二齿轮副具有不同的齿速比，从而使所述磁控管能够在其运动迹线的外圈和内圈以不同速度运动，从而使所述第三轴能够以 两种转动速度带动所述磁控管自转，由此来平衡所述磁控管在内圈和外圈的相对有效时间，使所述磁控管在内圈和外圈的停留时间接近，从而充分利用靶材，大大延长了靶材的使用寿命，且降低了成本。另外，根据本专利技术实施例的扫描机构还具有如下附加技术特征:在本专利技术的一个实施例中，所述第一齿轮副的齿速比小于所述第二齿轮副的齿速t匕，且所述第一齿轮副和所述第二齿轮副构造成当所述磁控管位于其运动迹线的外圈时第二齿轮副驱动所述第三轴转动，当所述磁控管位于其运动迹线的内圈时第一齿轮副驱动所述第三轴转动。由此，通过设置所述第一齿轮副和所述第二齿轮副且所述第一齿轮副的齿速比小于所述第二齿轮副的齿速比，从而使所述第三轴能够以相对高和相对低两种转动速度带动所述磁控管自转，即在所述磁控管位于其运动轨迹的外圈时，所述第一齿轮副不传递转动，此时所述第二齿轮副传递转动并带动设置在所述第三轴下端的所述磁控管以相对低的速度绕所述第三轴轴线转过外圈，使所述磁控管在外圈的停留时间稍长，在所述磁控管位于其运动轨迹的内圈时，所述第二齿轮副不传递转动，此时所述第一齿轮副传递转动并带动所述磁控管以相对高的速度绕所述第三轴的轴线快速转过内圈，使所述磁控管在内圈的停留时间缩短，由此来平衡所述磁控管在内圈和外圈的相对有效时间，使所述磁控管在内圈和外圈的停留时间接近，从而充分利用靶材，大大延长了靶材的使用寿命，且降低了成本。在本专利技术的一个实施例中，所述扫描机构还包括超越离合器，所述超越离合器配合在所述第四齿轮与所述第三轴之间用以离合所述第四齿轮和所述第三轴。由此，通过设置所述超越离合器，从而实现了所述磁控管在内圈转动时切换至所述第一齿轮副工作、所述磁控管在外圈转动时切换至所述第二齿轮副工作的目的。在本专利技术的一个示例中，所述第三齿轮与所述第三轴刚性连接，以使所述第三齿轮与所述第三轴可同速旋转，从而当所述磁控管位于其运动轨迹的内圈时，所述第一齿轮副工作，使得所述第三齿轮将所述第一驱动轴的转矩传递至所述第三轴上，进而使所述磁控管以相对高的速度转过内圈。在本专利技术的一个实施例中，所述第二轴为内部限定出轴孔的中空轴，且所述第二轴上与所述第一齿轮相对应的部分上设置有沿所述第二轴外周的滚珠容纳槽，所述滚珠容纳槽中容纳有滚珠，所述滚珠与所述第一齿轮沿着径向具有预定间隙，由此，当所述磁控管位于运动轨迹的内圈时，所述滚珠可沿所述滚珠容纳槽的径向向外移动预定距离并抵住所述第一齿轮，从而使所述第一齿轮与所述第二轴刚性连接以传递转动。在本专利技术的一个示例中，所述扫描机构还包括销轴，所述销轴沿竖直方向上下可移动地容纳在所述第二轴的所述轴孔中，且所述销轴的上端形成有小头端，所述小头端从下到上逐渐变细，所述磁控管位于其运动迹线的外圈时所述销轴的小头端容纳在滚珠之间，且所述磁控管位于其运动迹线的内圈时所述销轴向上移动以挤压所述滚珠沿着径向向外移动并抵住所述第一齿轮，从而使所述第一齿轮与所述第二轴刚性连接以传动转动。在本专利技术的一个实施例中，所述小头端成楔形或锥形。在本专利技术的一个实施例中，所述销轴上设置有一圈沿周向向外延伸的凸缘且所述凸缘位于所述销轴沿长度方向的中间部分，且所述轴孔在所述滚珠下方直径变大以限定出凹台，进一步地，所述扫描机构还包括弹簧，所述弹簧的两端分别止抵在所述凸缘与所述凹台之间，且所述磁控管运动至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动磁控管的扫描机构，其特征在于，包括：齿轮箱体；第一驱动轴，所述第一驱动轴驱动所述齿轮箱体围绕所述第一驱动轴的轴线转动；竖直地设置在所述齿轮箱体中的第二轴和第三轴，所述第二轴设置在所述第一驱动轴和所述第三轴之间，所述第二轴上设置有第一齿轮和第二齿轮，所述第三轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮和所述第三齿轮啮合构成第一齿轮副，所述第二齿轮和所述第四齿轮啮合构成第二齿轮副，所述第三轴驱动所述磁控管围绕所述第三轴的轴线转动，其中：所述第一齿轮副与所述第二齿轮副具有不同的齿速比，使所述磁控管能够在其运动迹线的外圈和内圈以不同速度运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佘清，
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：