CN103184420A - 用于驱动磁控管的扫描机构、磁控源和磁控溅射设备 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

用于驱动磁控管的扫描机构、磁控源和磁控溅射设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，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。

背景技术

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1’带动齿轮箱体上部2’和齿轮箱体下部3’以轴1’为中心进行圆周运动，定齿轮4’设在轴1’上并与轴1一同转动，齿轮5’与定齿轮4’啮合，齿轮6’与齿轮5’啮合，由此，轴1’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1’进行公转的行星式运动。磁控管7’的运动轨迹如图6所示，其中可以看出磁控管7’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。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明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。

本发明的另一个目的在于提出一种包括上述扫描机构的磁控源。

本发明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。

根据本发明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。

根据本发明实施例的扫描机构，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，根据本发明实施例的扫描机构还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述第一齿轮副的齿速比小于所述第二齿轮副的齿速比，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个示例中，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个示例中，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。

在本发明的一个实施例中，所述小头端成楔形或锥形。

在本发明的一个实施例中，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其运动迹线的内圈时，所述弹簧处于压缩状态，而当所述磁控管位于其运动轨迹的外圈时，所述弹簧处于自然状态。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构还包括套设在所述轴孔内的套筒，所述套筒的上端止抵在所述凸缘的下表面上，由此，当所述磁控管从内圈运动至外圈时，处于压缩状态的所述弹簧恢复弹性，会施加给所述凸缘一个向下的力，用以将所述凸缘归位。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构还包括调整件，所述调整件从所述磁控管的上表面上向上凸出预定高度，且在所述磁控管运动进入其运动迹线的内圈时、所述调整件抵住所述销轴的下端并向上驱动所述销轴以将所述销轴向上移动以挤压所述滚珠沿着所述滚珠容纳槽的径向向外移动并抵住所述第一齿轮，从而使所述第一齿轮和所述第二轴之间变为刚性连接以传递转动。

在本发明的一个实施例中，所述第二齿轮与所述第二轴刚性连接，以使所述第二齿轮与所述第二轴可同速旋转，由此方便所述第二齿轮将所述第一驱动轴的转矩传递至所述第二轴上，当所述磁控管位于其运动轨迹的外圈时，所述第二齿轮副工作，从而可将所述第一驱动轴的转矩进一步传递至所述第三轴上，进而使所述磁控管以相对低的速度转过外圈。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构还包括第一配重，所述第一配重与所述磁控管对应设置，通过调节所述第一配重的重量以平衡所述扫描机构在旋转时的偏心，从而使所述扫描机构运行地更加稳定。

在本发明的一个实施例中，所述扫描机构还包括第二配重，所述第二配重相对于所述第三轴与所述磁控管径向对称设置，通过调节所述第二配重的重量以平衡所述磁控管在绕所述第三轴的轴线自转时的偏心，使所述磁控管运行地更加稳定。

在本发明的一个实施例中，沿着竖直方向设置的第一齿轮和第二齿轮以及第三齿轮和第四齿轮之间分别设置有滚动轴承。

根据本发明第二方面实施例的磁控源，包括靶材；磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和根据本发明第一方面实施例中描述的用于驱动磁控管的扫描机构，其中所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动，即所述磁控管设置在所述第三轴的下端，使所述磁控管随所述第三轴在所述靶材上方作行星式运动。

根据本发明第三方面实施例的磁控溅射设备，包括腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；和根据本发明第二方面实施例中描述的磁控源，其中所述磁控源的靶材设在所述腔室本体的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的扫描机构的示意图；

图2是图1中所示的扫描机构位于其运动轨迹外圈时的示意图；

图3是图1中所示的扫描机构位于其运动轨迹内圈时的示意图；

图4是根据本发明实施例的磁控溅射设备的示意图；

图5是现有技术中扫描机构的示意图；

图6是图5中所示的扫描机构的磁控管的运动轨迹图；

图7是将图6中所述的运动轨迹图划分为A、B、C三个区域的示意图；和

图8是图6中所述的磁控管在运动过程中的某一时间段内的运动轨迹图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考图1-图4详细描述根据本发明第一方面实施例的用于驱动磁控管的扫描机构，该扫描机构用于驱动磁控管200以控制磁控管200在靶材300上方移动，实现溅射源在靶材300内外圈区域运动时有不同速度，进而提高靶材的利用率。

根据本发明实施例的扫描机构100，包括齿轮箱体1、第一驱动轴2、第二轴3和第三轴4。如图1-图2所示，齿轮箱体1包括上箱体11和下箱体12，且上箱体11和下箱体12可拆卸地连接在一起，例如通过螺栓连接或者卡扣连接，由此可方便地装卸上箱体11和下箱体12以便对齿轮箱体1内部的零部件进行检修、更换和维护。

第一驱动轴2竖直地设在齿轮箱体1内，从而使齿轮箱体1可以围绕第一驱动轴2的轴线转动，具体地，第一驱动轴2通过第一驱动装置500例如为电机驱动。这样，第一驱动装置500驱动第一驱动轴2旋转，从而带动齿轮箱体1围绕第一驱动轴2的轴线进行圆周运动。

如图1所示，第二轴3和第三轴4竖直地设置在齿轮箱体1中，具体地，第二轴3设置在第一驱动轴2和第三轴4之间。在第三轴4的下端设置有磁控管200，且使磁控管200可以围绕第三轴4的轴线进行自转。第二轴3上设置有第一齿轮31和第二齿轮32，第三轴4上设置有第三齿轮41和第四齿轮42，第一齿轮31和第三齿轮41啮合构成第一齿轮副5，第二齿轮32和第四齿轮42啮合构成第二齿轮副6，第一齿轮副5的齿速比小于第二齿轮副6的齿速比，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，以实现所述第三轴分别在第一齿轮副5和第二齿轮副6的驱动下以不同转速旋转。

在本发明的一个示例中，如图1-图3所示，在第二轴3上第一齿轮31高于第二齿轮32设置，在第三轴4上第三齿轮41高于第四齿轮42设置，也就是说，由第一齿轮31和第三齿轮41啮合成的第一齿轮副5高于第二齿轮32和第四齿轮42啮合成的第二齿轮副6。可选地，在第一齿轮31和第二齿轮32以及第三齿轮41和第四齿轮42之间分别设置有滚动轴承，如图1-图3所示，第一齿轮31和第二齿轮32之间设有滚动轴承38，第三齿轮41和第四齿轮42之间设有滚动轴承44。在下面的说明中，为了描述清楚，均以在第二轴3上第一齿轮31高于第二齿轮32设置，在第三轴4上第三齿轮41高于第四齿轮42设置为例进行说明，即如图1-图3中示出的设置方式。

如图1-图3所示，在本实施例中，第一齿轮副5的齿速比小于第二齿轮副6的齿速比，也就是说，第一齿轮副5中的输出转速与输入转速的比率小于第二齿轮副6中的输出转速与输入转速的比率，也就是说，第三齿轮41的转速与第一齿轮31的转速的比率小于第四齿轮42的转速与第二齿轮32的转速的比率。可选地，在第一齿轮副5中第三齿轮41的齿数少于第一齿轮31的齿数，从而使得第三齿轮41的输出转速大于第一齿轮31的输入转速，进而起到加速作用。而在第二齿轮副6中第四齿轮42的齿数多于第二齿轮32的齿数，从而使得第四齿轮42的输出转速小于第一齿轮31的输入转速，进而起到减速作用。

由此，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时(如图2所示)，第二齿轮副6工作并驱动第三轴4转动，这时由于第二齿轮副6的齿速比(相对于第一齿轮副5的齿速比)较大，使磁控管200能够以相对低的速度转过外圈，即延长磁控管200在外圈的运动时间。当磁控管200位于其运动轨迹的内圈时(如图1所示)，第一齿轮副5工作并驱动第三轴4转动，这时由于第一齿轮副5的齿速比(相对于第二齿轮副6的齿速比)较小，使磁控管200能够以相对高的速度转过内圈，即缩短磁控管200在内圈的运动时间，由此来平衡磁控管200在内圈和外圈的相对有效时间，使磁控管200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300。

其中，需要说明的是，所述运动轨迹即为背景技术中的磁控管的运动轨迹，如图7所示，所述内圈即为背景技术中所述的内圈C，如图5所示，所述外圈即为背景技术中所述的外圈A，如图5所示，相对有效时间即为背景技术中描述的“相对有效时间”，由于背景技术中已对所述运动轨迹、内圈、外圈和“相对有效时间”进行了详细描述，这里不再赘述，以下有关所述运动轨迹、内圈、外圈和相对有效时间的描述中，如果没有特殊说明，均作此理解。

当然，本发明并不限于此。在本发明的另一个示例中，在第二轴3上第二齿轮32高于第一齿轮31设置，在第三轴4上第四齿轮42高于第三齿轮41设置，也就是说，由第二齿轮32和第四齿轮42啮合成的第二齿轮副6高于第一齿轮31和第三齿轮41啮合成的第一齿轮副5。

根据本发明实施例的扫描机构100，通过设置第一齿轮副5和第二齿轮副6且第一齿轮副5的齿速比小于第二齿轮副6的齿速比，从而使第三轴4能够以相对高和相对低两种转动速度带动磁控管200自转，即在磁控管200位于其运动轨迹的外圈时，第一齿轮副5不传递转动，此时第二齿轮副6传递转动并带动设置在第三轴4下端的磁控管200以相对低的速度绕第三轴4轴线转过外圈，使磁控管200在外圈的停留时间稍长，在磁控管200位于其运动轨迹的内圈时，第二齿轮副6不传递转动，此时第一齿轮副5传递转动并带动磁控管200以相对高的速度绕第三轴4的轴线快速转过内圈，使磁控管200在内圈的停留时间缩短，由此来平衡磁控管200在内圈和外圈的相对有效时间，使磁控管200在内圈和外圈的停留时间接近，从而充分利用靶材300，大大延长了靶材300的使用寿命，且降低了成本。

根据本发明的一个实施例，扫描机构100还包括超越离合器43，超越离合器43配合在第四齿轮42与第三轴4之间用于离合第四齿轮42和第三轴4。由此，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时，超越离合器43可相当于键以将第四齿轮42与第三轴4刚性连接以传动运动，而当磁控管200位于其运动轨迹的内圈时，超越离合器43相当于一个轴承，使第四齿轮42空套于第三轴4上空转，此时超越离合器43不传递第四齿轮42的转动。由此，通过设置超越离合器43，从而实现了磁控管200在内圈转动时切换至第一齿轮副5工作、磁控管200在外圈转动时切换至第二齿轮副6工作的目的。

在本发明的一个示例中，第二齿轮32与第二轴3刚性连接以使第二齿轮32与第二轴3可同速旋转，由此方便第二齿轮32将第一驱动轴2的转矩传递至第二轴3上，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时(如图2所示)，第二齿轮副6工作，从而可将第一驱动轴2的转矩进一步传递至第三轴4上，进而使磁控管200以相对低的速度转过外圈。进一步地，第三齿轮41与第三轴4刚性连接以使第三齿轮41与第三轴4可同速旋转，从而当磁控管200位于其运动轨迹的内圈时，第一齿轮副5工作，使得第三齿轮41将第一驱动轴2的转矩传递至第三轴4上，进而使磁控管200以相对高的速度转过内圈。

在本发明的一个实施例中，第二轴3为内部限定出轴孔33的中空轴，且第二轴3上与第一齿轮31相对应的部分上设置有沿第二轴3外周的滚珠容纳槽34，例如如图1所示，滚珠容纳槽34设置在第二轴4的中上部的外周，对应地，在滚珠容纳槽34的外周设置有第一齿轮31，其中滚珠容纳槽34中容纳有滚珠341，且滚珠与第一齿轮31沿着滚珠容纳槽34的径向具有预定间隙D(此时磁控管200位于其运动轨迹的外圈)，如图2所示，当磁控管200位于运动轨迹的内圈时，滚珠341可沿滚珠容纳槽34的径向向外移动预定距离并抵住第一齿轮31，从而使第一齿轮31与第二轴3刚性连接以传递转动。

在本发明的一个示例中，如图1所示，在第二轴3的轴孔33中容纳有销轴35，销轴35可沿竖直方向在轴孔33中上下移动，具体地，销轴35的上端形成有小头端351，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时，销轴35的小头端351容纳在滚珠341之间，此时小头端351未挤压滚珠341，当磁控管200位于其运动轨迹的内圈时，销轴35向上移动以挤压滚珠341沿着第二轴3的径向向外移动并抵住第一齿轮31，换言之，销轴35向上移动使小头端挤压滚珠341沿着滚珠容纳槽34的径向向外移动并抵住第一齿轮31，从而使第一齿轮31与第二轴3刚性连接以传递转动。可选地，小头端351成从下到上逐渐变细的锥形，或者楔形。

进一步地，如图1所示，销轴35上设置有一圈沿第二轴3的周向向外延伸的凸缘352，凸缘352位于销轴35沿长度方向的中间部分，如图1所示，且轴孔33在滚珠341下方直径变大以限定出凹台36，弹簧39套装在销轴35的外周上并分别止抵在凸缘352的上表面和凹台36的内顶面上，也就是说，弹簧39套在凹台36和凸缘352之间部分的销轴35的外周上。当磁控管200位于其运动轨迹的内圈时，弹簧39处于压缩状态，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时，弹簧39处于自然状态。

在本发明的一个示例中，如图1所示，套筒37套设在轴孔33内，且套筒37的上端止抵在凸缘352的下表面上，换言之，套筒37设置在轴孔33的最下端，并套装在凹台36的内周壁上，且套筒37的上端面止抵在凸缘352的下表面上，当磁控管200从内圈运动至外圈时，处于压缩状态的弹簧39恢复弹性，会施加给凸缘352一个向下的力，用以将凸缘352归位(即凸缘352的下表面抵住套筒37的上端面)，如图1和图3所示。

在本发明的一个实施例中，磁控管200的上表面上设有调整件210，调整件210从磁控管200的上表面上向上凸出预定高度，且在磁控管200从运动轨迹的外圈运动至内圈时，调整件210抵住销轴35的下端并向上驱动销轴35，也就是说，当磁控管200运动至其运动轨迹的内圈时，调整件210的上表面抵住销轴35的下端同时推动销轴35向上移动以使销轴35的小头端351挤压滚珠341，使滚珠341沿着滚珠容纳槽34的径向向外移动并抵住第一齿轮31，从而使第一齿轮31与第二轴3之间变为刚性连接以传递转动。

下面参考图1-图2详细描述扫描机构100位于其运动轨迹内圈和外圈时各个构件的工作状态。

如图1-图2所示，第一驱动装置500驱动第一驱动轴2，并带动刚性连接至第一驱动轴2上的定齿轮21旋转，定齿轮21与刚性连接在第二轴3上的第二齿轮32啮合以带动第二轴3转动，即无论磁控管200位于其运动轨迹的任何位置，定齿轮21一直与第二齿轮32啮合以带动第二轴3转动。

如图2所示，当磁控管200位于其运动轨迹的外圈时，由于销轴35的小头端351容纳在滚珠341之间，小头端351未挤压滚珠341，由此第一齿轮31空套在第二轴3上不传递转动，此时第一齿轮副5不传递转动，而第二齿轮副6传递转动。此时第二齿轮32带动与其啮合的第四齿轮42转动，第四齿轮42与第三轴4通过超越离合器43连接，此时超越离合器43的作用相当于将第四齿轮42与第三轴4刚性连接，从而通过第二齿轮副6将第一驱动轴2的转矩传递至第三轴4上以使第三轴4旋转，进而带动安装在第三轴4下端的磁控管200绕第三轴4的轴线进行自转。由于第二齿轮副6的齿速比大于第一齿轮副5的齿速比，因此磁控管200会以相对低的速度转过外圈，从而延长了磁控管200在外圈的停留时间。

如图1和图3所示，当磁控管200运动至其运动轨迹的内圈时，此时调整件210的上表面抵住销轴35的下端同时推动销轴35沿轴孔33向上移动，此时凸缘352向上压缩弹簧39，销轴35的小头端351挤压滚珠341沿滚珠容纳槽34的径向向外移动，使得滚珠341抵住第一齿轮41，从而使第一齿轮31与第二轴3之间形成刚性连接，又由于与第一齿轮31啮合的第三齿轮41与第三轴4之间为刚性连接，由此可通过第一齿轮副5将第一驱动轴2的转矩传递至第三轴4上以使第三轴4旋转，进而带动安装在第三轴4下端的磁控管200绕第三轴4的轴线进行自转。

此时由于第一齿轮副5的齿速比小于第二齿轮副6的齿速比，使得第三轴4的转速快于第四齿轮42的转速，从而使超越离合器43控制分离第三轴4与第四齿轮42，进而使第四齿轮42空套于第三轴4上空转不再传递转动，此时第一齿轮副5传递转动，由于第一齿轮副5的齿速比小，从而使第三轴4以相对高的速度带动磁控管200快速转过内圈，从而缩短磁控管200在内圈的停留时间，由此来平衡磁控管200在内圈和外圈的相对有效时间，使磁控管200在内圈和外圈的停留时间接近。

当磁控管200再次运动到运动轨迹外圈时，调整件210的上表面离开销轴35的下端，此时处于压缩状态的弹簧39恢复并向凸缘352的上表面施加一个向下的力，使凸缘352带动销轴35向下运动归位(即套筒37的上表面抵住凸缘352的下表面，弹簧39处于自然状态)，从而使磁控管200完成一个运动周期并进入到下一个运动周期。

由此，磁控管200一方面绕第三轴4自转，另一方面绕第一驱动轴2公转，从而使磁控管200的运行轨迹完全覆盖靶材300，提高靶材300的利用率，同时由于磁控管200在运动轨迹的内圈和外圈时具有不同的运动速度，即在内圈时以相对快的速度转过，在外圈时以相对慢的速度转过，使磁控管200在内圈和外圈的相对有效时间得到平衡，进而使磁控管200在内圈和外圈的停留时间接近，使靶材300的利用率达到最高，大大延长了靶材300的使用寿命，进而降低了生产成本。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，扫描机构100还包括第一配重121和第二配重41，第一配重与磁控管200对应设置，第二配重41相对于第三轴4与磁控管200径向对称设置，具体地，在下箱体12与磁控管200相对的一侧设置有第一配重121，通过调节第一配重121的重量以平衡扫描机构100在旋转时的偏心，从而使扫描机构100运行地更加稳定。第二配重41设置在第三轴4的下端并与磁控管200相对于第三轴4径向相对，如图1所示，通过调节第二配重41的重量以平衡磁控管200在绕第三轴4的轴线自转时的偏心，使磁控管200运行地更加稳定。

根据本发明第二方面实施例的磁控源包括靶材300、磁控管200和扫描机构100。其中，磁控管200位于所述靶材300的上方，扫描机构100为根据本发明第一方面实施例中描述的扫描机构100，且扫描机构100与磁控管200相连，即磁控管200设置在第三轴4的下端，使磁控管200随第三轴4在所述靶材300上方作行星式运动。

根据本发明实施例的磁控溅射设备1000包括腔室本体400和磁控源，如图4所示。其中，所述腔室本体400内限定有腔室410，所述磁控源为根据本发明第二方面实施例中描述的磁控源，且磁控源的靶材300设在腔室本体400的上端，靶材300的下表面暴露到腔室410内。

具体地，如图4所示，腔室本体400包括腔室主体420和工艺组件430，并在腔室主体420和工艺组件430内限定出腔室410，靶材300设置在工艺组件430的上端，第一驱动装置500带动磁控管200绕第一驱动轴2的轴线转动以对靶材300进行溅射。

磁控源和磁控溅射设备1000的其他构成对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一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。

2.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，所述第一齿轮副的齿速比小于所述第二齿轮副的齿速比，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。

3.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，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。

4.根据权利要求3所述的扫描机构，其特征在于，所述第三齿轮与所述第三轴刚性连接。

5.根据权利要求4所述的扫描机构，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的扫描机构，其特征在于，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。

7.根据权利要求6所述的扫描机构，其特征在于，所述小头端成楔形或锥形。

8.根据权利要求6所述的扫描机构，其特征在于，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，

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其运动迹线的内圈时，所述弹簧处于压缩状态。

9.根据权利要求8所述的扫描机构，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求6所述的扫描机构，其特征在于，还包括：

调整件，所述调整件从所述磁控管的上表面上向上凸出预定高度，且在所述磁控管运动进入其运动迹线的内圈时、所述调整件抵住所述销轴的下端并向上驱动所述销轴。

11.根据权利要求6所述的扫描机构，其特征在于，所述第二齿轮与所述第二轴刚性连接。

12.根据权利要求1所述的扫描机构，其特征在于，还包括：

第一配重，所述第一配重与所述磁控管对应设置。

13.根据权利要求12所述的扫描机构，其特征在于，还包括：

第二配重，所述第二配重相对于所述第三轴与所述磁控管径向对称设置。

14.根据权利要求3所述的扫描机构，其特征在于，沿着竖直方向设置的第一齿轮和第二齿轮以及第三齿轮和第四齿轮之间分别设置有滚动轴承。

15.一种磁控源，其特征在于，包括：

靶材；

磁控管，所述磁控管位于所述靶材上方；和

如权利要求1-13中任一项所述的用于驱动磁控管的扫描机构，其中所述扫描机构与所述磁控管相连以控制所述磁控管在所述靶材上方移动。

16.一种磁控溅射设备，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体内限定有腔室；和

磁控源，所述磁控源为根据权利要求14所述的磁控源，其中所述磁控源的靶材设在所述腔室本体的上端且所述靶材的下表面暴露到所述腔室内。

Images