CN102484043A - 控制限制环位置的直接驱动装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在衬底处理期间控制等离子体处理系统处理腔的受限区域内压强大小的直接驱动装置。所述受限区域是由所提供的限制环围绕的腔容积空间。所述装置包括被配置用于通过马达组件改变压强的活塞组件，所述马达组件被配置用于垂直移动所述活塞组件并记录所述活塞组件的设定点位置值。所述装置进一步包括被配置用于驱动所述马达组件以移动所述活塞组件从而改变所述受限区域内所述压强大小的成套电路。所述成套电路还被配置用于将功率提供到所述马达组件。所述成套电路被进一步配置用于从所述马达组件接收所述设定点位置值。

Description

控制限制环位置的直接驱动装置及其方法

背景技术

等离子体处理的进步已经促进了半导体产业的发展。为了在半导体产业中拥有竞争力，制造商在衬底处理期间需要能将浪费降到最低。相应地，为了降低浪费并生成高质量的半导体设备，在衬底处理期间保持对处理参数的严格控制是必要的。

在等离子体处理系统中，等离子体形成在衬底上以执行衬底处理。为了控制等离子体形成并保护处理腔壁，可以使用限制环。通常，限制环被配置为围绕着在其中形成等离子体的容积腔的外围。

限制环可以包括在顶上互相堆叠的多个环。可以调节限制环间的间隙来控制受限区域内的压强大小。换而言之在衬底处理期间，如果腔压在指定范围(诸如由本方法确定的范围)之外，就可以调节限制环。在范例中，为了增加处理腔内的压强，可以减小限制环之间的间隙。

因此，为了在衬底处理期间保持对压强参数的严格控制，需要一种控制限制环活动的装置。

发明内容

本发明在实施方式中涉及衬底处理期间控制等离子体处理系统中处理腔的受限区域内压强大小的直接驱动装置，其中所述受限区域是由成套限制环围绕的腔容积空间(volume)。所述装置包括多个活塞组件，该多个活塞组件被配置为通过垂直移动所述成套限制环改变压强大小。所述装置还包括多个马达组件，该多个马达组件被配置为垂直移动所述多个活塞组件并记录所述多个活塞组件的多个设定点位置值。所述装置进一步包括成套电路，该成套电路被配置为至少用于驱动所述多个马达组件以移动所述多个活塞组件从而改变所述受限区域内的压强大小。所述成套电路也被配置为将功率提供到所述多个马达组件以移动所述多个活塞组件。所述成套电路进一步被配置为接收来自所述多个马达组件的所述多个设定点位置值。

以上概述只涉及此处公开的本发明许多实施方式中的一个，其目的不是限制本发明的范围，本发明的范围说明在本发明的权利要求中。结合以下附图，下面将在本发明的具体实施方式中更详细地描述本发明的这些或其他特征。

附图说明

在附图中以范例的方式而不是限制的方式对本发明进行说明，附图中相似的参考数字指的是相似的部件，其中：

图1示出了顶板顶上CAM环装置的简图。

图2示出了实施方式中处理腔内直接驱动装置的简单剖面图。

图3示出了在本发明的实施方式中顶板上直接驱动装置的简图。

图4A、4B、4C和4D示出了本发明的实施方式中活塞装置的不同视图。

图5示出了本发明实施方式中印刷电路板(PCB)的简单功能图。

图6示出了在本发明实施方式中直接驱动环境的逻辑图。

图7示出了在实施方式中说明了用直接驱动装置校准的方法的简单流程图。

图8示出了在本发明的实施方式中说明了在衬底处理期间用于管理直接驱动装置的控制策略的简单流程图。

具体实施方式

现在将参考附图所示的几个实施方式具体描述本发明。在下面的描述中，说明了许多具体细节以便将本发明理解透彻。然而，对本领域技术人员来说，显然没有这些具体细节的某些或全部也可以实施本发明。在其他情况下，为了避免不必要地混淆本发明，所以没有详细描述已知的处理步骤和/或结构。

以下描述了各种实施方式，包括方法和技术。应当注意到本发明也可以涵盖包括计算机可读介质的制品，所述计算机可读介质上存储有实施创造性技术实施方式的计算机可读指令。所述计算机可读介质例如可以包括存储计算机可读代码的半导体的、磁的、光磁的、光的或其他形式的计算机可读介质。进一步地，本发明还可以涵盖实施本发明实施方式的装置。这些装置可以包括执行本发明实施方式有关任务的专用和/或可编程电路。这些装置的范例包括适当编程的通用计算机和/或专用计算装置，并且可以包括适用于本发明实施方式的各种任务的计算机/计算装置与专用/可编程电路的组合。

如前所述，等离子体被用于将衬底刻蚀成半导体设备。本领域的技术人员知晓在衬底处理期间等离子体稳定是重要的。因此，在衬底处理期间保持对处理参数严格控制的能力对等离子体稳定是基本的。当所述处理参数在狭窄的预定窗口外时，可能就必须调节所述处理参数以保持稳定的等离子体。

所述处理腔内的压强是如果不监控就能导致形成在衬底上的等离子体不稳定的处理参数。考虑到其中的情况，例如在等离子体处理系统的处理腔内正在处理衬底。所述衬底被配置在下电极(诸如静电卡盘)的顶上。在衬底处理期间，等离子体形成在所述衬底上以执行刻蚀。围绕所述等离子体的是限制环。所述限制环可以用于将所述等离子体限制在固定区域内并控制受限区域内的压强。可以调节所述限制环之间的间隙以控制所述衬底表面上的压强大小。

为了移动所述限制环，现有技术提供了CAM环装置。图1示出了现有技术顶板102顶上CAM环装置100的简图。CAM环装置100可以包括通过带106连接到单个步进马达108的CAM环104。张紧装置124可用于在单个步进马达108移动带106时提供张力，由此导致CAM环104转动。考虑到移动CAM环装置可能所需的功率量，单个步进马达108可以是诸如五相马达等相当大的马达。

CAM环装置100还可以包括诸如活塞112、114和120等成套活塞。每个活塞都被通过诸如滚珠轴承轮装置(未示出)的轮装置连接到CAM环104。当CAM环104旋转时，就上下移动成套活塞(112、114和120)来调节限制环之间的间隙。

CAM环104被划分为CAM区域(诸如CAM区域126)，其中每个CAM区域都与每个活塞有关联。例如，如果CAM环装置100包括三个活塞，那么就有三个CAM区域。每个CAM区域面朝顶板侧(top-plate-facingside)为楔形。当CAM环104旋转时，活塞移动的深度由每个CAM区域的轮廓所控制。因此，在每个CAM区域CAM环104的角度决定了每个活塞移动的垂直距离。

在衬底处理开始之前，首先将CAM环装置100放置到初始化位置。所述初始化位置是根据方案设置的压强来设定的。本领域的技术人员知晓通过用户界面计算机(诸如群集工具控制器)可以输入用于处理模块的方案。所述方案接着被送入处理模块控制器。所述处理模块控制器执行算法以确定每个所述活塞的初始设定点值。然后所述初始设定点值被送到两轴步进板130，接着两轴步进板130将指令送到马达驱动板110。归因于CAM环装置100的尺寸，通常需要两个板(板110和130)控制CAM环装置的活动，因为步进板130没有直接驱动所述马达的功率。一旦收到了指令，马达驱动板110就可以为单个5相步进马达108提供功率，由此导致CAM环104旋转且以垂直方向(即上下方向)移动所述活塞。CAM环装置100可以包括光学传感器122，其用于将每个活塞设定在所述初始设定点值(诸如起始位置)。如果光学传感器122没有正确执行时，就可以用机械停止器(诸如116和118)提供硬停止(hard stop)。

在衬底处理期间，诸如压力计(未示出)等传感器被用于测量处理腔内的压强。测量结果被送回到所述处理模块控制器。如果压强已经变化，所述处理模块控制器就会执行算法以确定新的设定点值。所述处理模块控制器然后将包括所述活塞垂直运动的方向和步进位置的指令送到步进板130。所述指令接着被转送到马达驱动板110，马达驱动板110激活步进马达108，步进马达108转而使CAM环104旋转并使所述活塞移动到新的设定点值。为了准确地确定每个活塞的位置，可以使用线性编码器114。然后可以将每个活塞新的设定点位置值的值送回到所述处理控制模块。当需要计算新的设定点值时，就可以将所述新的设定点位置值用作参照点。

考虑到顶板102具有的物理空间有限，制造商在不断寻找降低顶板上部件数量却不牺牲功能的方法。根据本发明的实施方式，提供了一种直接驱动装置及方法。本发明的实施方式包括被配置为执行压强控制同时占据等离子体处理系统顶板上更少物理空间的直接驱动装置。本发明的实施方式还包括校准与初始化所述直接驱动装置的方法。进一步地，本发明的实施方式包括在衬底处理期间控制压强的方法。

在本发明的实施方式中，为了控制处理腔内的压强大小提供了直接驱动装置。与现有技术CAM环装置不同，所述直接驱动装置需要更少的机械/电气部件控制限制区域内的压强环境。在实施方式中，所述直接驱动装置包括与电路板通信的成套活塞装置。

每个活塞装置包括钩住所述成套限制环的上限制环的活塞轴，所述成套限制环围绕着其中形成等离子体的腔容积空间。在现有技术CAM环装置中，移动活塞轴需要复杂的组件(CAM环、带、张紧装置、轮装置、马达等)。相反，在直接驱动装置中，活塞轴被直接连接到马达轴。

在现有技术CAM环装置中，每个活塞轴移动的潜在距离可以由每个CAM区域中CAM环的楔形来确定。与现有技术不同，本发明中活塞轴可以移动的潜在距离可以由成对传感器确定，所述成对传感器被设置在活塞装置上。所述成对传感器之间的间隙提供了所述活塞轴可以移动的最大距离。通过将所述成对传感器重新定位，就可以改变活塞轴可以移动的最大距离。

在实施方式中，可以将标记(诸如机械标记)固定到所述活塞轴。当所述活塞轴以垂直方向(上下方向)移动时，所述标记可以在这两个传感器之间移动。当所述活塞轴上的所述标记打断任一传感器的光束时，该传感器就会阻止所述活塞轴继续以相同的方向移动。例如，一旦所述标记打断了第二传感器的光束，所述活塞轴将被阻止向下移动。如讨论涉及的第一传感器指的是上传感器或初始位置传感器，第二传感器指的是下传感器或远端传感器。

在现有技术CAM环装置中，所述CAM环组件由大马达(诸如5相马达)控制。与现有技术不同，所述直接驱动装置的马达被设置在所述活塞组件的顶上。另外，将所述马达轴直接连接到所述活塞轴。因为每个活塞组件都与其各自的马达关联，所以所述马达可以是更小的马达(诸如2相马达)。因为所述马达被设置在所述活塞组件的顶上，所以所述马达不会占据所述顶板上部额外的物理空间。

通过简化所述直接驱动装置的设计，在受限区域执行控制压强的功能需要的机械部件会减少。因此，先前由所述CAM环组件占据的空间就可用于其他目的。因为所述直接驱动装置的机械/电气部件减少了，所以所述直接驱动装置会更可靠且其维护和维修成本将更为低廉。

参照以下附图及讨论可以更好地理解本发明的特点和优点。

图2示出在实施方式中处理腔内直接驱动装置的简单剖面图。考虑到其中的情况，例如在下电极204的顶上处理衬底202。为了在生产期间处理衬底202，可以在衬底202与上电极208之间形成等离子体206。在某些处理腔中，可以使用限制环210限制等离子体206。

通常的处理腔中会使用限制环210，所述限制环可以有连接点。在现有技术中，所述CAM环装置可以包括设置在每个所述连接点的真空密封的活塞轴。相似地，所述直接驱动装置包括位于每个所述连接点的活塞装置(例如214和216)。在实施方式中，每个活塞装置可以包括通过马达轴联接到马达的活塞轴。图4A、4B、4C和4D将会更详细地讨论所述活塞装置。在实施方式中，活塞装置的数量可以直接关联于连接点的数量。

为了控制受限区域218内的压强大小，可以垂直(上或下)移动每个活塞装置的活塞轴来调节所述限制环之间的间隙，由此控制所述处理腔内的压强大小。在现有技术CAM环装置中，马达使CAM环装置旋转，由此导致所述活塞轴上下移动。不同于现有技术，每个活塞装置的马达使所述活塞轴移动而不必先使CAM环装置旋转。

响应于由诸如压力计(未示出)等成套传感器采集的处理数据(诸如压强数据)可以移动所述活塞轴。为了分析可以将所述处理数据通过板222送到控制模块220。如果所述处理数据跨越(traverse)了阈值范围，就可以将指令送到板222，然后板222可以驱动每个马达(未示出)垂直移动每个活塞轴以便改变受限区域218内的压强大小。例如，如果所述处理数据表明压强水平(level)低于预定的阈值，就可以调节所述限制环之间的间隙以更正受限区域218内的压强水平。

如这里所讨论的，术语跨越可以包括超过范围、低于范围、在范围内等。术语跨越的含义可以取决于阈值值/范围的要求。例如在范例中，如果所述方案要求压强值至少为特定值，那么如果所述压强值已经达到或超过所述阈值值/范围，就将所述处理数据视为已经跨越所述阈值值/范围。在另一个例子中，如果所述方案要求所述压强值低于某值，那么如果所述压强值已经低于所述阈值值/范围，所述处理数据就已经跨越了所述阈值值/范围。

图3示出在本发明的实施方式中顶板302顶上的直接驱动装置300的简图。直接驱动装置300包括成套活塞装置(304、306和308)与诸如印刷电路板(PCB)等电路板310。与现有技术不同，控制所述限制环内的压强大小不需要额外的机械/电气部件。如从前述可以领会到的那样，直接驱动装置300是比现有技术CAM环装置占据顶板302上更少物理空间的简单紧凑装置。换而言之，在现有技术CAM环装置可能需要的许多机械/电气部件在直接驱动装置300中就变得多余且已经将其删除。例如，直接驱动装置300不需要所述CAM环、所述带、所述张紧装置或者甚至不需要第二电路板(诸如所述马达驱动板)来执行控制所述受限区域内压强的功能。如从前述可以领会到的那样，虽然优选的实施方式包括一个电路板，但如果需要的话还可以将所述直接驱动装置实施为带有一个以上的电路板。

通过删除机械和电气部件，就可以在顶板302上获得更多的物理空间来支持其他功能。另外，因为减少了机械/电气部件，需要支持的部件减少了，因此降低了维修和部件成本。另外，因为减少了机械/电气部件，所以当进行调节时给移动提供了更多的控制并产生了更少的振动，因此实现了对压强范围更好的控制和更好的解决方案(resolution)。另外，因为减少了机械部件，所以在机械部件为了以垂直方向(上下方向)移动所述成套活塞轴相互接触时产生了更少的颗粒。因为颗粒会污染所述处理腔中的衬底，所以更少颗粒的产生提供了更清洁的生产环境。

图4A、4B、4C和4D示出在本发明的实施方式中活塞装置400的不同视图。图4A示出在本发明的实施方式中活塞装置400的剖面图。活塞装置400可以包括马达组件402和活塞组件404。

在实施方式中，如图4B所示的马达组件402包括设置在马达422上方的编码器420。在实施方式中，马达422为两相步进马达。与现有技术CAM环装置不同，马达422为小得多的马达。在现有技术CAM环装置中，需要更大的马达(诸如5相步进电机)支持各种活塞和CAM环组件。然而在直接驱动装置中，每个活塞装置都与其自己的马达关联；因此，所述马达可以是更小的马达，因为需要所述马达支持的部件更少了。虽然所述马达小了，但在实施方式中所述马达能够举起/托持所述成套限制环重量的两倍还多。因此，如果在机械臂将衬底放置进入处理腔或者移除处理腔中的衬底期间失去功率的话，所述成套限制环不会意外地掉落到衬底和/或机械臂上而损坏衬底和/或机械臂。

在实施方式中，编码器420被配置为记录所述活塞轴的所述设定点位置值。所述设定点位置值被转送到所述电路板，接着所述电路板将该数据送到控制模块。当所述受限区域内的压强水平在可以预定的阈值范围之外时，存储并利用所述设定点位置值为所述活塞轴计算新的设定点位置值。

连接编码器420和马达422的是马达轴424。如图4C所示，马达轴424可以从所述马达组件延伸进入活塞组件404的上部分。图4C示出在本发明的实施方式中活塞组件404本体的剖视图。活塞组件404的本体是设置在顶板408上方的活塞组件404的部分。

活塞组件404可以包括外壳430。外壳430内是联接器432，联接器432被配置为在一端连接到马达轴424上并且在相反端连接到活塞轴434上。联接器432正下方是标记436。在实施方式中，标记436环绕活塞轴434的一部分并被通过固定螺钉(未示出)连接到活塞434。通过将标记436直接连接到活塞轴434，所述标记相对于活塞轴434位于固定位置。换而言之，标记436会随着活塞轴434移动。

活塞组件404还可以包括第一传感器438(又称初始位置传感器)和第二传感器440(又称远端传感器)。传感器(438与440)之间的最大间隙提供了当将活塞轴434用于调节围绕等离子体的限制环时活塞轴434可以垂直(上/下)移动的最大距离。在实施方式中，通过手动旋转所述固定螺钉(诸如螺钉422a和螺钉422b)可以调节所述传感器(438和440)之间的最大间隙。在实施方式中，所述固定螺钉被用于将所述传感器设置在固定位置。

在另一实施方式中，所述传感器(438和440)被连接到固定块(fixed block)，其中第二传感器440位于固定位置且第一传感器438的位置是可调节的。换而言之，调节所述传感器之间的间隙不用两个固定螺钉都调节，而只需要调节螺钉422a(关联于第一传感器438)。

在实施方式中，标记436被配置为在这两个传感器(438和440)之间移动。在衬底处理之前，通过活塞轴434向上直到标记436打断第一传感器438的光束从而将标记436设置到初始位置。在随后的讨论中提供了对初始化和校准的进一步讨论。

虽然标记436被配置为在两个传感器之间的距离里移动，但是在实施方式中如果标记436打断第二传感器440的光束的话就可以发送警报。换而言之，可以设置第二传感器440的位置使得：如果标记436打断第二传感器440的光束的话，所述限制环区域内的生产环境就可以处于衬底处理不能接收的加压水平。

如图4D所示在实施方式中，活塞组件404还可以包括凸端(nose-end)部分。所述凸端部分被设置在顶板408上表面的下方。活塞组件404的所述凸端部分还包括连接到活塞轴434的轴端适配器480。轴端适配器480可以包括环适配器482，环适配器482被配置为锁定成套限制环484以便当垂直(上/下)移动活塞轴434时能使成套限制环484移动。

本领域的技术人员知道，当顶板408下方的区域处于真空环境中时，顶板408上方的区域会处于大气环境中。为了封闭真空环境使其与大气环境隔开，可以将套管组件486与成套密封件474(诸如方形密封件、O型圈等)用于封闭两个环境之间的不同压强。在实施方式中，当活塞轴434以垂直方向(上/下)移动时，还可以将套管组件486用于引导活塞轴434。换而言之，套管部件486保持活塞轴434笔直(即避免其摆动)的用途将所述成套限制环摇动、产生不可控衬底处理环境以及导致颗粒产生的可能性降到了最低。

图5示出了在本发明的实施方式中电路板(PCB 500)的简单功能图。在实施方式中，PCB 500可以是3轴步进驱动板。与现有技术CAM环装置不同，控制所有三个步进马达只需要单个电路板(诸如印刷电路板)，因为更小的马达需要来自PCB 500更小的功率来驱动所述活塞轴。如从前述可以领会到的那样，虽然优选的实施方式只包括单个电路板，但所述直接驱动装置也可以实施为带有一个以上的电路板。

在实施方式中，PCB 500可以包括控制模块连接器522，其能使PCB 500与控制模块520通信。在实施方式中，控制模块520可以包括用户界面计算模块(诸如群集工具控制器)和处理模块控制器(包括带有VOIP板的处理模块控制器)。所述用户界面计算模块可以用于输入所述方案，而所述处理模块控制器可以在所述压强水平跨越预定的阈值范围时用于执行比较并为所述活塞装置确定新的设定点位置值。

在实施方式中，PCB 500可以被配置为接收来自控制模块520的成套指令。例如，在衬底处理期间，如果压强水平落在了预定的阈值范围之外，控制模块520可以将成套指令发送到PCB 500以移动所述活塞装置，从而调节所述受限区域内的压强水平。所述成套指令可以包括用于将所述活塞装置移动到新的设定点位置值的步进和方向信号。

在实施方式中，PCB 500可以包括成套活塞装置连接器(诸如连接器524、526和528)。所述成套活塞装置连接器能使PCB 500与成套活塞装置(504、506和508)直接通信。与现有技术CAM环装置不同，PCB 500不会将所述成套指令转送到另一电路板(诸如所述马达驱动板)。取而代之的是，PCB 500被配置为将所述成套指令通过成套活塞装置连接器(524、526和528)直接发送到所述成套活塞装置(504、506和508)。如从前述可以领会到的那样，连接器的数量可以取决于活塞装置的数量。

在实施方式中，PCB 500可以被配置为从所述成套活塞装置接收处理数据。如图4A-D中已经提到的那样，每个活塞装置可以包括编码器。在实施方式中，每个活塞装置的所述设定点位置值由每个编码器记录并转送到PCB 500。然后将每个活塞装置的所述设定点位置值转送到控制模块520。当确定所述受限区域内的压强水平在预定的阈值范围之外时，这些设定点位置值通过控制模块520用于为每个活塞装置计算新的设定点位置值。

在实施方式中，PCB 500还可以被配置为将功率提供到所述成套活塞装置。PCB 500可以包括成套开关510，其可以用于接通或断开通往每个活塞装置马达的功率。

在实施方式中，PCB 500还可以包括成套校准按钮514。当首先初始化等离子体处理系统时或者在维修等离子体处理系统之后，可以将成套校准按钮514用于校准所述成套活塞装置。在后面的附图中提供了有关校准的讨论。

在实施方式中，PCB 500还可以包括可视显示器512(诸如LCD显示器)。可视显示器512可以用于显示有关活塞装置的数据。例如，可视显示器512可以显示每个活塞装置的当前设定点位置值、所述活塞装置的所述设定点位置值之间的最大差、相对于所述传感器所述标记的位置、每个活塞装置正在使用的功率量等等。

在实施方式中，可视显示器512还可以用于显示警报警告。例如，如果正在使用的功率量大于预定阈值就可以显示警报，由此为技术人员提供有关可能存在问题的可视通知。再比如说，如果所述活塞装置之一的标记打断了所述第二传感器的光束，就可以显示警报通知技术人员可能存在的问题。

图6示出在本发明的实施方式中直接驱动环境的逻辑图。直接驱动环境可以包括板604(诸如印刷电路板)。如前面提到的那样，板604和控制模块602以及成套活塞装置(620、630和640)通信。

在实施方式中，板604和控制模块602以及成套活塞装置(620、630和640)具有双向关系。例如，板604被配置为从控制模块602接收成套指令且被配置为将处理数据送回到控制模块602。再比如，板604被配置为将成套指令送到所述成套活塞装置(620、630和640)且接收来自所述成套活塞装置(620、630和640)的处理数据。

在实施方式中，板604可以包括初始位置监控模块654。换而言之，板604被配置为在校准每个活塞装置之后验证每个所述活塞装置的初始位置。校准的方法可以说明在图7的实施方式中。

在第一步骤702，将所述马达切换到断开位置。在实施方式中，3轴步进板可以包括被配置为控制每个活塞装置的马达的开关。通过将每个开关设置到断开位置，断开每个活塞装置的马达。

在下个步骤704，所述成套限制环被设置在初始高度。一旦关闭了所述马达，就可以手动设置所述成套限制环的初始高度。在实施方式中，顶板下表面和所述成套限制环上表面之间理想的间隙可以通过使用测量块(gauge block)设置。所述测量块的厚度可以取决于理想初始高度而变化。

为了将所述成套限制环移动到所述初始高度，可以调节所述马达轴。通过移动所述马达轴，所述活塞柱被以垂直方向(上/下)移动。因为所述活塞轴钩住了限制环的上部，所以所述成套限制环也会移动。在实施方式中，可以手动旋转位于所述编码器的上方且围绕所述马达轴的轴旋钮(诸如图4B的旋钮426)以手动调节所述马达轴直到达到所述成套限制环的理想高度。在另一实施方式中，可以按压位于所述电路板(3轴步进板)上的校准按钮来达到理想的初始高度。对于全部三个活塞装置都要执行该步骤。

在下个步骤706，将所述传感器校准。如前所述，所述传感器包括第一传感器和第二传感器。在执行衬底处理之前，所述活塞装置被设置到初始位置。在实施方式中，为了设置所述初始位置，将所述马达轴旋转直到每个活塞装置的所述标记打断所述第一传感器的光束。对于全部三个活塞装置都要执行该步骤。

一旦已经完成了校准，就将所述测量块移除且在下个步骤708将所述马达重新开启。例如，将关联于所述马达的所述开关设置到开启位置，由此让功率输送到所述马达。

一旦已经校准了所述活塞装置，就将所述活塞柱移动到初始位置。在下个步骤710，可以将每个编码器(诸如编码器626、636和646)用于记录每个活塞装置的初始设定点位置值。如果所述活塞装置的所述设定点位置值之间的差跨越了设定阈值(诸如零)，所述传感器就可能需要校准。

在下个步骤712，所述直接驱动装置为衬底处理做好了准备。在实施方式中，一旦已经验证了每个活塞装置的所述设定点位置值，就将每个设定点位置值沿着路径606送到控制模块602。当所述受限区域内的压强水平在阈值范围之外时，将所述设定点位置值用于算法中来确定新的设定点位置值且必须调节所述活塞装置。此外，或者可替换地，还可以将每个活塞装置的所述设定点位置值显示在LCD显示器660上。

图7讨论的校准方法可以在各种情况下进行。例如，当建立新的等离子体处理系统时或者在已经维修了处理系统之后可进行校准。例如，在活塞装置的零部件被更换之后可进行校准。再比如，当所述限制环被更换后也可进行校准。如从前述可以领会到的那样，通常不需要校准，除非影响所述顶板与所述成套限制环之间间隙的部件被更换和/或被维修。

参考回到图6，板604还可以包括编码器监控模块650，其被配置为监控每个活塞装置的所述设定点位置值。在实施方式中，编码器(诸如编码器626、636和646)可以撷取每个活塞装置的所述设定点位置值。所述设定点位置值被送到板604用于分析。如果所述设定点位置值间的最大差跨越了设定阈值(设定阈值是预定的)，就将警报送到控制模块602；此外，为了避免损坏，停止全部三个马达。在实施方式中，所述设定点位置值与所述最大差还被通过路径606送到控制模块602和/或也被显示在LCD显示器660上。

此外，板604可以包括功率监控模块652，其被配置为监控流到每个活塞装置的所述马达的电流。在实施方式中，为了容易监控可以将所述电流显示在LCD显示器660上。如果所述电流超出了阈值，就可以将警报沿着路径608送到控制模块602。另外，如果超出了电流设定阈值，为避免损坏就要停止所述活塞装置的全部三个马达。

在实施方式中，板604还可以包括第二传感器监控模块656，其被配置为监控每个活塞装置的所述第二传感器。如果所述标记打断了第二传感器(诸如传感器628、638和648)的光束，板604就被配置为停止全部三个马达。与其他步骤相似，也可以将警报显示在LCD显示器660上并将其沿着路径612送到控制模块602。

在另一实施方式中，板604还可以包括执行模块658，其被配置为命令每个活塞装置的所述马达移动到新的设定点位置值。考虑其中的情况，例如所述受限区域内的压强大于设定阈值范围。为了调节所述受限区域内的压强级，控制模块602可以发送成套指令到板604使每个活塞装置移动到新的设定点位置值。

在范例中，可以包括步进(step)信号和方向信号的所述成套指令可以沿着路径614发送。一旦收到所述成套指令，板604就可以命令每个活塞装置(620、630和640)的所述步进马达(622、632和642)按照控制模块602提供的步进和方向信号移动所述活塞轴。例如，可以命令所述马达以5个步进脉冲向上移动所述活塞轴。

图8示出了在本发明的实施方式中说明在衬底处理期间用于管理直接驱动装置的控制策略的简单流程图。

在第一步骤802，将每个活塞装置设置到初始位置。换而言之，将所述活塞轴向上移动直到所述标记打断所述第一传感器的光束。一旦所述标记打断了所述光束，就认为所述标记位于初始位置。然后将所述初始位置送到控制模块(诸如通过电路板的处理模块控制器)。

在下个步骤804，衬底处理可以开始。

在下个步骤806，将所述成套限制环移动到方案初始设定点位置值。通常在衬底处理开始之前，就将新的方案参数输入并存储到用户界面计算模块中。然后将所述方案参数转送到处理模块控制器。所述处理模块控制器基于所述起始位置和所述方案执行算法来确定每个活塞装置新的设定点位置值。一旦已经计算了所述新的设定点位置值，就将成套指令(带有步进和方向信号)送到所述电路板。然后所述电路板将所述信号转送到所述马达，所述马达接着使所述马达轴旋转。所述马达轴的旋转使所述活塞轴移动，由此导致所述成套限制环移动到所述初始设定点位置值。

在下个步骤808，在衬底处理期间监控所述压强水平。考虑到所述处理腔内的情况可以引起所述压强水平波动，所以可以将诸如压力计等传感器用于监控所述受限区域内的压强水平。可以将有关所述受限区域内压强水平的处理数据送到所述控制模块用于分析。

在下个步骤810，通过调节所述成套限制环维持衬底处理期间的压强水平。如果所述控制模块确定所述受限区域内的压强水平在可接受的预定阈值范围之外，所述控制模块就可以重新计算移动所述限制环所需要的所述设定点位置值以便将所述压强水平调节回到可接受的范围内。新的设定点位置值可以被送到所述电路板。所述电路板一旦收到了所述新的设定点位置值，就可以发送以特定方向和特定数量的步进脉冲运动的命令到每个活塞装置的所述马达。

在下个步骤812，当方案步骤完成时，将所述成套限制环移动回到初始位置。

如从前述可以领会到的那样，本发明的一个或更多实施方式提供了操纵限制环位置以便调节处理腔环境内压强的直接驱动装置。通过简化设计，所述直接驱动装置在继续执行诸如CAM环装置等更复杂装置功能的同时占据了更小的物理空间。因为减少了机械/电气部件，所以所述直流驱动装置会更可靠。而且将拥有成本降到了最低。

虽然已经以若干优选实施方式描述了本发明，但是本发明的变化、置换和等同也都落在了本发明的范围之内。虽然在此提供了各种范例，但意图用这些范例说明而非限制本发明。

此外，此处为方便起见提供了名称和概要(summary)，其不应该被用于解释此处权利要求的范围。进一步地，说明书摘要以高度缩略的形式写成且为方便起见提供于此，因此不应该将其用于解释或限制由权利要求解释的全部发明。如果此处使用了术语“成套”，该术语意指具有涵盖0、1或大于1个等通常理解的数学含义。还应该注意到实施本发明的方法和装置具有许多替换方式。因此意在将以下所附权利要求解释为包括落入本发明真实精神与范围内的所有这样的变化、置换和等同。

Claims (20)

1.一种在衬底处理期间控制等离子处理系统处理腔的受限区域内压强大小的直接驱动装置，其中所述受限区域是由成套限制环围绕的腔容积空间，所述直接驱动装置包括：

多个活塞组件，其被配置为至少用于通过垂直移动所述成套限制环改变所述受限区域内的所述压强大小；

多个马达组件，其被配置为至少用于

垂直移动所述多个活塞组件，且

为所述多个活塞组件记录多个设定点位置值；以及

成套电路，其被配置为至少用于

驱动所述多个马达组件以移动所述多个活塞组件从而改变所述受限区域内的所述压强大小，且

将功率提供到所述多个马达组件以移动所述多个活塞组件，且

接收来自所述多个马达组件的所述多个设定点位置值。

2.根据权利要求1所述的直接驱动装置，其进一步包括：

传感器，其被配置为至少用于采集有关所述衬底处理期间所述受限区域内的所述压强大小的压强数据；以及

控制模块，其被配置为至少用于

从所述成套电路接收所述多个设定点位置值，

从所述传感器接收所述压强数据，

为所述多个活塞组件计算成套新的设定点位置值，且

将所述成套新的设定点位置值作为成套指令发送到所述成套电路。

3.根据权利要求2所述的直接驱动装置，其中所述多个马达组件的每个马达组件包括

马达，其被配置为移动所述多个活塞组件的活塞组件，

编码器，其被配置为记录所述活塞组件的设定点位置值，

马达轴，其被配置为将所述马达连接到所述活塞组件。

4.根据权利要求3所述的直接驱动装置，其中所述多个活塞组件中的每个活塞组件包括

活塞本体，其被配置为设置在所述处理腔顶板的面朝上的表面的顶上，以及

凸端部分，其被配置为设置在所述顶板的面朝上的表面的下方。

5.根据权利要求4所述的直接驱动装置，其中所述活塞本体包括

活塞轴，其被配置为至少用于移动所述成套限制环，

联接器，其被配置为至少用于将所述马达连接到所述活塞轴，

成对传感器，其被配置为至少用于创建所述活塞轴垂直移动的最大距离，其中所述成对传感器包括初始位置传感器与远端传感器，

标记，其被固定到所述活塞轴的上部，其中当所述标记打断所述初始位置传感器的第一光束时所述活塞轴位于初始位置，其中当所述标记打断所述远端传感器的第二光束时就启动警报，以及

外壳部件，其被配置为至少用于将所述活塞轴、所述联接器、所述成对传感器与所述标记覆盖起来。

6.根据权利要求5所述的直接驱动装置，其中所述凸端部分包括连接到所述活塞轴的轴端适配器，其中所述轴端适配器包括被配置为至少用于连接到所述成套限制环的环适配器，其中当所述活塞轴按第一方向移动时所述成套限制环按所述第一方向移动，以及

套管部件，其被配置为至少用于在所述活塞轴垂直移动时引导所述活塞轴。

7.根据权利要求6所述的直接驱动装置，其中所述成套电路是成套的三轴步进板。

8.根据权利要求7所述的直接驱动装置，其中所述成套电路包括

初始位置监控模块，其被配置为至少用于验证所述每个活塞组件的所述活塞轴的所述初始位置，

编码器监控模块，其被配置为至少用于监控所述多个设定点位置值，

功率监控模块，其被配置为至少用于监控流到所述每个马达组件的所述马达的电流，以及

第二传感器监控模块，其被配置为至少用于监控所述每个活塞组件的所述远端传感器。

9.根据权利要求8所述的直接驱动装置，其中所述成套电路包括可视显示器，其中所述可视显示器被配置为至少用于显示

所述多个设定点位置值，

所述多个设定点位置值之间的最大差，

功率使用情况，以及

警报通知。

10.根据权利要求1所述的直接驱动装置，其中所述马达是两相步进马达。

11.一种在衬底处理期间控制等离子体处理系统处理腔的受限区域内压强大小的装置，其中所述受限区域是由成套限制环围绕的腔容积空间，所述装置包括：

多个活塞轴，其被配置用于移动所述成套限制环以控制所述受限区域内的所述压强大小；

多个马达，其中所述多个马达中的每个马达被配置为至少用于移动所述多个活塞轴中的每个活塞轴；

多个编码器，其中所述多个编码器中的每个编码器被配置用于为所述每个活塞轴记录设定点位置值；

成套电路，其被配置为至少用于驱动所述多个马达从而移动所述多个活塞轴以便改变所述受限区域内的所述压强大小；以及

控制模块，其被配置为至少用于当所述压强大小跨越预定阈值范围时为所述每个活塞轴计算新的设定点位置。

12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括

成对传感器，其被配置为至少用于创建所述每个活塞轴垂直移动的最大距离，其中所述成对传感器包括初始位置传感器与远端传感器；以及

标记，其被固定到所述每个活塞轴的上部，其中当所述标记打断所述初始位置传感器的第一光束时所述每个活塞轴处于初始位置，其中当所述标记打断所述远端传感器的第二光束时就启动警报。

13.根据权利要求12所述的装置，其进一步包括

环适配器，其被配置为至少用于将所述每个活塞轴连接到所述成套限制环，其中当所述每个活塞轴按第一方向移动时所述成套限制环按所述第一方向移动；以及

套管部件，其被配置为至少用于当所述每个活塞轴垂直移动时引导所述每个活塞轴。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述成套电路是成套的三轴步进板。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述成套电路包括

初始位置监控模块，其被配置为至少用于验证所述每个活塞轴的所述初始位置，

编码器监控模块，其被配置为至少用于监控所述每个活塞轴的所述设定点位置值，

功率监控模块，其被配置为至少用于监控流到所述每个马达的电流，以及

第二传感器监控模块，其被配置为至少用于监控所述每个活塞轴的所述远端传感器。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述成套电路包括可视显示器，其中所述可视显示器被配置为至少用于显示

所述每个活塞轴的所述设定点位置值，

功率使用情况，以及

警报通知。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述每个马达是两相步进马达。

18.一种在衬底处理期间控制等离子体处理腔的受限区域内压强大小的方法，其中所述受限区域是成套限制环之间的区域，所述方法包括：

将多个活塞装置中的每个活塞装置设置到初始位置；

将所述成套限制环移动到方案初始设定点位置值；

在所述衬底处理期间采集有关所述压强大小的压强数据；

将所述压强数据发送到控制模块用于分析；

将所述压强数据与预定阈值范围比较；

如果所述压强数据在所述预定阈值范围之外，就为所述每个活塞装置确定新的设定点位置；

发送所述新的设定点位置作为成套指令；以及

将所述每个活塞装置移动到所述新的设定点位置。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在所述衬底处理之前校准所述每个活塞装置，其中所述校准包括

关闭通往所述每个活塞装置的功率，

将所述成套限制环设置到初始高度，

校准所述每个活塞装置上的成对传感器，以及

将所述每个活塞装置移动到所述初始位置。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括如果所述每个活塞装置上的标记打断远端传感器的光束时就使所述每个活塞装置停止。

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