专利名称：磁控溅射源及磁控溅射设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子加工技术领域，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。
背景技术：
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。
发明内容
为解决上述问题，本发明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，本发明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，本发明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，本发明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发明提供的磁控溅射源，用于在磁控溅射工艺中对靶材表面进行均勻的磁场扫描。本发明具有下述有益效果本发明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，本发明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的交接处时对电机转速进行一次调节操作即可，从而不会对电机等的旋转动力源的使用寿命造成不利影响；因此，本发明提供的磁控溅射源在有效调节电机转速以有效调节靶材中心和边缘区域的溅射速率的同时，可有效避免对电机寿命的影响。本发明提供的磁控溅射设备包括工艺腔室及靶材，并且应用上述本发明提供的磁控溅射源对靶材进行磁场扫描。因此，本发明提供的磁控溅射设备同样能够使靶材上各个区域的消耗速率趋于一致，从而有效提高靶材的利用率。
图1为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图；图2为一种磁控管驱动机构的结构示意图；图3为图2所示驱动机构中磁控管的运行轨迹示意图；图4为本发明提供的磁控溅射源中磁控管的运行轨迹示意图；图5为本发明提供的磁控溅射源第一种具体实施例的结构示意图；图6为图5所示磁控溅射源处于不同工作状态的结构示意图；图7为图5所示磁控溅射源的磁控管的运行轨迹示意图；图8为本发明提供的磁控溅射源第二种具体实施例的结构示意图；以及图9为本发明提供的磁控溅射源第三种具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的磁控溅射源及应用该磁控溅射源的磁控溅射设备进行详细描述。本发明提供的磁控溅射源包括磁控管及用于驱动磁控管的驱动装置。其中，磁控管在驱动装置的驱动下能够以螺旋线形轨迹对整个靶材区域进行扫描。具体的，可以将上述驱动装置设置为包括中心轴、周向旋转部和径向运动部的结构；借助上述径向运动部带动磁控管沿中心轴的径向进行直线往复运动，并借助上述周向旋转部同时带动径向旋转部与磁控管绕中心轴进行旋转运动，从而在周向旋转部和径向运动部的共同作用下使磁控管具有螺旋线形的运行轨迹。请参阅图4，为本发明提供的磁控溅射源的磁控管运行轨迹的示意图。由图中所示图形可知，应用本发明提供的磁控溅射源能够使磁控管沿着一定的螺旋线形轨迹由靶材边缘逐渐扫描至靶材中心位置，或者，由靶材中心逐渐扫描至靶材的边缘位置；而并非如图3 所示的背景技术中的磁控管轨迹那样，在靶材边缘与中心区域穿梭扫描，因此，应用本发明提供的磁控溅射源能够在磁控管运行至靶材中心区域时加快其运行速度，以缩短磁控管在靶材中心区域的停留时间，从而相应地降低靶材中心区域的消耗速率；并在磁控管运行至靶材边缘区域时减慢其运行速度，以延长磁控管在靶材边缘区域的停留时间，从而相应地提高靶材边缘区域的消耗速率；通过上述调节之后能够使靶材边缘与中心区域的消耗速率区域一致，从而避免靶材上某一区域已经用尽时而其它区域却得不到充分利用的问题，以提高靶材的利用率。而且，由于本发明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；因此，要完成一次对整个靶材的扫描，只需在磁控管运行至靶材边缘和中心区域的交接处时对电机转速进行一次调节操作即可；而背景技术中的磁控管运行轨迹为行星式轨迹，要完成一次对整个靶材的扫描，需要连续几次甚至几十次地对电机转速进行变换；由此可见，本发明提供的磁控溅射源在有效调节电机转速以有效调节靶材中心和边缘区域的溅射速率的同时，可有效避免对电机寿命的影响。在实际应用中，通常会在上述周向旋转部与径向运动部之间设置传动部，借助该传动部将周向旋转部的旋转运动传递为径向运动部的径向运动；同时，使径向运动部的径向运动与周向旋转部的旋转运动同步，也就是说二者为连动关系，只有当周向旋转部进行旋转时，才会带动径向运动部与之同步进行径向的直线运动。这样设置的优点在于，只需要为周向旋转部设置一个旋转动力源即可实现对周向旋转部与径向运动部的同步驱动，从而可有效简化设备机构，并节约设备的制造成本。当然，技术人员也可以为周向旋转部和径向运动部分别设置动力源，从而能够对周向旋转部和径向运动部的运行状态进行独立控制， 以获得更加灵活多样的磁控管运行轨迹。但是，为了获得良好的可重复性，优选地，使上述周向旋转部与径向运动部进行同步运动，而下述各个实施例中所描述的技术方案均为同步运动的方案。请一并参阅图5和图6，其中，图5为本发明提供的磁控溅射源第一个具体实施例的结构示意图；图6为图5所示磁控溅射源处于不同工作状态的结构示意图。本实施例中，驱动装置的周向旋转部包括齿轮箱17、与齿轮箱17固定连接的驱动轴23 ；该驱动轴23为空心结构，其套装在中心轴22的外部并绕中心轴22进行周向旋转运动，从而带动上述齿轮箱17 —起进行周向的旋转运动。实际应用中，可以将该驱动轴23连接至一个诸如电动机等的旋转动力源(图未示)，以借助该旋转动力源而实现对周向旋转部的驱动。驱动装置的径向运动部包括径向齿条四，该径向齿条四通过贯穿齿轮箱17的连接杆31与磁控管100相连接，并带动磁控管100沿中心轴22的径向进行直线往复运动。本实施例中的传动部包括一对涡轮18和涡杆20、驱动齿轮25以及传动齿轮27。 具体地，蜗杆20与中心轴22同轴设置并且通过与诸如固定支架等的结构进行固定而不会随齿轮箱17进行周向旋转，涡轮18设置于齿轮箱内并随齿轮箱17进行同步的周向旋转； 涡轮18在周向旋转的同时受到蜗杆20的啮合作用而发生自转，由于驱动齿轮25与蜗轮18 同轴且二者的相对位置固定，因而上述驱动齿轮25会随蜗轮18 —起进行自转，进而驱动上述传动齿轮27进行旋转，最终通过该传动齿轮27与径向齿条四之间的啮合关系将齿轮箱 17的周向旋转运动转换为径向齿条四的直线运动；位于径向齿条四端部的磁控管100受到二者的共同驱动而最终形成螺旋线形的运行轨迹。当传动齿轮27与径向齿条四的啮合位置到达径向齿条四的直线行程的末端时， 则使旋转动力源进行反向旋转，以驱动周向旋转部进行反向旋转，同时通过上述一系列的传动关系而驱动径向齿条四进行反向的直线运动。图5和图6分别示出了传动齿轮27到达径向齿条四的两端位置时，径向齿条四及与之相连的磁控管100的位置关系图。在实际应用中，例如可以通过为驱动装置设置一种控制单元而实现对上述旋转动力源的反向控制，该控制单元例如可以采用单片机、PC等具有控制功能的装置而实现。在一些优选实施方式中，还可以在上述进行齿条四的两端设置传感器等的检测装置，以对传动齿轮27与径向齿条四的相对位置进行精确检测。此外，为了获得更加均勻的靶材溅射结果，可以使磁控管100每次运行的螺旋线轨迹相互错开一定角度，从而使多次扫描后的磁控管运行轨迹能够完全覆盖整个靶材区域。具体做法为，当传动齿轮27驱动与之啮合的径向齿条四向齿轮箱17外侧方向运动直至传动齿轮27与径向齿条四上远离磁控管100的端部相脱离后，使旋转动力源继续按照原先的旋转方向旋转一定角度后再反向旋转，从而使反向后的磁控管轨迹与前一次的轨迹相互错开一点角度。需要只说明的是，上述使磁控管运行轨迹之间相互错开的角度可以根据实际磁控管的尺寸、运行轨迹的间距以及靶材尺寸等实际需要而灵活设定，本实施例中， 可以通过设定旋转动力源的在径向齿条四脱离传动齿轮27之后的旋转速度和持续时间而实现对上述角度的设定。而为了保证当旋转动力源反向旋转后能够使传动齿轮27与径向齿条四进行有效啮合，可以为驱动装置设置一个弹性保持部，从而当传动齿轮27到达径向齿条四的端部后而旋转动力源继续按照原先的旋转方向旋转的过程中，借助该弹性保持部使径向运动部的末端始终与传动齿轮27保持弹性接触。本实施例中，上述弹性保持部具体为套装在连接杆31上的并位于齿轮箱17与径向齿条四之间的弹簧40，该弹簧40设置于齿轮箱17内部；优选地，在传动齿条四与连接杆31的交接处设置有弹簧阻挡部41，以将弹簧40限定在齿轮箱17与该弹簧阻挡部41之间。在实际应用中，可以将上述弹簧40固定于齿轮箱17的侧壁上，也可以使弹簧40在齿轮箱17与弹簧阻挡部41之间的连接杆31 上自由滑动。图5所示的结构即为上述弹簧40及弹簧阻挡部41处于相互作用状态时的示意图。请参阅图7，为图5所示磁控溅射源的磁控管的运行轨迹示意图。为了便于观察， 图7中仅示出了四条相互错开一定角度的螺旋线形轨迹。如图所示，相邻的磁控管运行轨迹之间错开一定的角度，并形成一定的间隔。容易理解的是，当每次磁控管的运行轨迹所错开的角度相等且磁控管对靶材进行扫描的次数足够多时，即可将靶材的所有区域进行均勻覆盖，从而避免靶材某些区域无法得到有效溅射的问题，以提高靶材的利用率。而且，每条磁控管的运行轨迹均为逐层地覆盖于靶材中心至边缘区域的螺旋曲线，由于该螺旋线对应靶材边缘或中心区域的线段均为连续的线段，因此，通过调整磁控管在运行至该曲线中不同位置的速度即可有效调节磁控管在靶材中心或边缘区域的停留时间，从而可调节靶材各个区域的消耗速率以使靶材各个区域的消耗速率趋于一致，进而提高靶材利用率。并且，在一些优选实施例中，还可以通过调整各个传动齿轮的传动比及传动关系而调整磁控管轨迹的螺旋方向及相邻的轨迹间的螺旋间距，从而有利于获得更加均勻的靶材扫描轨迹。在图5所示的实施例中，由于只在径向齿条四远离磁控管的端部与传动齿轮27 相啮合时(此时，磁控管位于靶材的边缘位置)，径向齿条四才会受到弹簧40的弹性作用而与传动齿轮27保持弹性接触，所以图5所示的实施例中的驱动装置只能使磁控管100在运行至靶材边缘位置后才能进行上述的错位操作；而当径向齿条四上靠近磁控管的一端与传动齿轮27相啮合时(此时，磁控管位于靶材的中心位置)，上述弹簧40无法发挥作用， 而此时旋转动力源必须立即反向旋转，否则会使传动齿轮27与弹簧阻挡部41发生碰撞。因此，图7所示的每一条磁控管运行轨迹均为磁控管由靶材边缘扫描至靶材中心、并由靶材中心按原路返回的往复轨迹。而为了获得更加均勻有效的磁控管运行轨迹，在本发明提供的另一个实施例中，对上述驱动装置中的弹性保持部进行了一些改进。请参阅图8，为本发明提供的磁控溅射源第二个具体实施例的结构示意图。本实施例中，在连接杆31的两端分别设置有第一弹簧阻挡部411和第二弹簧阻挡部412，该第一弹簧阻挡部411和第二弹簧阻挡部412分别位于齿轮箱17内部和外部，即，位于齿轮箱17 上同一个侧壁的两侧；并且，在齿轮箱17与第一弹簧阻挡部411之间设置有第一弹簧401， 在齿轮箱17与第二弹簧阻挡部412之间设置有第二弹簧402，相应地，上述第一弹簧401 和第二弹簧402也分别位于齿轮箱17的内部和外部；上述第一弹簧401、第二弹簧402、第一弹簧阻挡部411以及第二弹簧阻挡部412共同构成本实施例中的弹性保持部。具体为， 上述第一弹簧401和第一弹簧阻挡部411用于在径向齿条四远离磁控管100的一端由与传动齿轮27相啮合的状态变为与传动齿轮27相脱离的状态时，使二者保持弹性接触，从而使磁控管100到达靶材边缘位置时能够进行错位操作；而第二弹簧402和第二弹簧阻挡部 412用于在径向齿条四靠近磁控管100的一端由与传动齿轮27相啮合的状态变为与传动齿轮27相脱离的状态时，使二者保持弹性接触，从而使磁控管100到达靶材中心位置时同样能够进行错位操作；此外，上述第一弹簧阻挡部411与径向齿条四之间留有一定间隔距离，用于避免传动齿轮27与第一弹簧阻挡部411发生碰撞而损坏。此外，本实施例与上述图5和图6所示的第一种具体实施例区别还在于，本实施例中的驱动轴23为实心结构，且该驱动轴23与齿轮箱17的底部固定连接；而中心轴22和蜗杆20均为空心结构，二者均套装在驱动轴23的外部；中心轴22通过齿轮箱17上的通孔58 而贯穿该齿轮箱，其上端与诸如固定支架16等的结构进行固定连接并且不与驱动轴23同步旋转，中心轴22的下端与蜗杆20固定连接。容易理解的是，上述驱动装置的传动结构所实现的传动方式及磁控管运行轨迹与上述图5和图6所示的第一种实施例具有相同或类似的特点，因而不再赘述。
请参阅图9，为本发明提供的磁控溅射源第三个具体实施例的结构示意图。本实施例中，将上述图5和图6所示的第一种具体实施例中的传动装置中的涡轮和蜗杆传动结构替换为一对斜齿轮传动的结构。上述一对斜齿轮中的一个为定斜齿轮沈，其与中心轴22 同轴且二者固定连接；其中，中心轴22同样与诸如固定支架等的结构进行固定连接；并且， 本实施例中的驱动轴23结构与上述第一种具体实施例相同或类似。上述斜齿轮中的另外一个为动斜齿轮16，该动斜齿轮16随齿轮箱17进行同步的周向旋转，并与定斜齿轮沈相啮合而发生自转，从而带动与动斜齿轮16同轴的驱动齿轮25进行旋转；该驱动齿轮25进而驱动传动齿轮27进行旋转，并最终驱动径向齿条四进行径向的直线运动。此外，本实施例中，采用了与上述图8中所示实施例中相同或类似的弹性保持部结构，因而不再赘述。容易理解的是，在本发明提供的磁控溅射源的驱动装置中，还可以将传动部设置为多个至齿轮传动的结构，使其中一个直齿轮为定齿轮，并使该定齿轮与中心轴同轴设置； 然后使其它的传动齿轮随齿轮箱同步周向旋转的同时并与定齿轮相啮合而发生自转，进而驱动径向齿条进行径向的直线运动。这种结构的驱动装置同样可实现上述各实施例中的磁控管运行轨迹。需要指出的是，本发明提供的磁控溅射源的驱动装置中，并不限于上述各个实施例中的传动齿轮的传动类型及齿轮数量。例如，还可以在同一个驱动装置中同时应用涡轮和蜗杆传动及斜齿轮传动的结构，并且可以同时应用多个涡轮和涡杆或斜齿轮，以及在此基础上的多种变形和改进，而凡是基于本发明的精神和实质所作出的变形和改进也均应视为本发明的保护范围。综上所述，本发明提供的磁控溅射源能够使磁控管以多条螺旋线运行轨迹的方式对整个靶材区域范围进行全面而均勻的覆盖，并且能够通过调整该驱动装置的转速而调节磁控管在靶材各区域的停留时间，从而调整靶材各区域的消耗速率；因此，应用本发明提供的磁控溅射源进行磁控溅射工艺时，能够使靶材各个区域均被有效利用，并使靶材各区域的消耗速率趋于一致，从而有效提高靶材溅射的均勻性和利用率。并且，在本发明提供的磁控溅射源的上述各个实施例中，仅使用一个旋转动力源即可实现对周向旋转部和径向运动部的同时驱动，从而在一定程度上能够简化设备结构并节约设备成本。作为另一种技术方案，本发明还提供一种磁控溅射设备，其至少包括工艺腔室和靶材，在靶材上方设置有上述本发明所提供的磁控溅射源，用于在磁控溅射工艺中对靶材表面进行均勻的磁场扫描。基于同样的理由，本发明提供的磁控溅射设备在进行磁控溅射工艺时，能够使靶材各个区域均被有效利用，并使靶材各区域的消耗速率趋于一致，从而有效提高靶材溅射的均勻性和利用率。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种磁控溅射源，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射源，其特征在于，所述驱动装置包括中心轴、周向旋转部和径向运动部；其中，所述径向运动部用于带动所述磁控管沿所述中心轴的径向进行直线往复运动，且所述周向旋转部用于带动所述径向旋转部与所述磁控管绕所述中心轴进行旋转运动；且所述磁控管用于在所述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。
3.根据权利要求2所述的磁控溅射源，其特征在于，所述周向旋转部与所述径向运动部之间设置有传动部，所述传动部用于将所述周向旋转部的旋转运动传递为所述径向运动部的径向运动；并且，所述径向运动部的径向运动与所述周向旋转部的旋转运动同步。
4.根据权利要求3所述的磁控溅射源，其特征在于，所述周向旋转部包括齿轮箱，所述齿轮箱绕所述中心轴进行周向旋转运动； 所述径向运动部包括径向齿条，所述径向齿条相对于所述周向旋转部进行径向的直线运动；所述传动部包括至少一个设置于所述齿轮箱中的传动齿轮，所述传动齿轮在随所述齿轮箱进行周向旋转的同时进行自转，所述径向齿条与所述传动齿轮啮合并在所述传动齿轮的驱动作用下进行径向的直线运动。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射源，其特征在于，所述传动部还包括涡轮和蜗杆，其中，所述涡杆与所述中心轴同轴且不随所述齿轮箱进行周向旋转； 所述蜗轮随所述齿轮箱同步周向旋转，并与所述蜗杆相啮合而发生自转； 所述传动齿轮受到所述涡轮的驱动而发生自转，以使所述传动齿轮驱动所述径向齿条进行径向的直线运动。
6.根据权利要求4所述的磁控溅射源，其特征在于，所述传动部还包括至少一对斜齿轮，其中，所述一对斜齿轮中的一个为定斜齿轮，并与所述中心轴同轴且不随所述齿轮箱进行周向旋转；所述一对斜齿轮中的另外一个为动斜齿轮，所述动斜齿轮随所述齿轮箱同步周向旋转，并与所述定斜齿轮相啮合而发生自转；所述传动齿轮受到所述动斜齿轮的驱动而发生自转，以使所述传动齿轮驱动所述径向齿条进行径向的直线运动。
7.根据权利要求4所述的磁控溅射源，其特征在于，所述传动部还包括一个定齿轮，其中，所述定齿轮与所述中心轴同轴且不随所述齿轮箱进行周向旋转； 所述传动齿轮随所述齿轮箱同步周向旋转的同时与所述定齿轮相啮合而发生自转，以使所述传动齿轮驱动所述径向齿条进行径向的直线运动。
8.根据权利要求2至7中任意一项所述的磁控溅射源，其特征在于，所述驱动装置还包括旋转动力源，用于驱动所述周向旋转部绕所述中心轴旋转。
9.根据权利要求8所述的磁控溅射源，其特征在于，所述磁控溅射源还包括控制单元， 用于在所述径向运动部到达其直线行程的末端时，控制所述旋转动力源反向旋转。
10.根据权利要求9所述的磁控溅射源，其特征在于，所述驱动装置还包括弹性保持部；所述控制单元用于在所述径向运动部到达其直线行程的末端时，控制所述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；所述弹性保持部用于在所述旋转动力源按照原先的旋转方向继续旋转的过程中，使所述径向运动部的末端与所述传动齿轮保持弹性接触。
11.根据权利要求10所述的磁控溅射源，其特征在于，所述弹性连接部包括设置于所述齿轮箱同一侧的弹簧及弹簧阻挡部，所述弹簧位于所述齿轮箱与所述弹簧阻挡部之间。
12.根据权利要求8所述的磁控溅射源，其特征在于，所述驱动装置还包括设置于所述旋转动力源与所述周向旋转部之间的驱动轴，所述驱动轴与所述中心轴同轴且能够相对于所述中心轴进行转动以带动所述周向旋转部旋转。
13.—种磁控溅射设备，包括工艺腔室和靶材，其特征在于，在所述靶材上方设置有权利要求1-12中任意一项所述的磁控溅射源，用于在磁控溅射工艺中对靶材表面进行均勻的磁场扫描。
全文摘要
本发明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。本发明提供的磁控溅射设备同样能够有效提高靶材的利用率。
文档编号C23C14/35GK102534529SQ20101062185
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者刘旭 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司