TWI521637B - 用於半導體製造裝置的感測器系統 - Google Patents

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Description

用於半導體製造裝置的感測器系統
本發明係相關於半導體製造設備之感測系統。
在積體電路和顯示器的製造中，半導體、介電質和導電材料形成於基板上，例如，矽基板或玻璃基板。在一些例子，可藉由化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、離子植入、電漿或熱氧化，及氮化製程來形成材料。此後，沉積的材料可經蝕刻以形成特徵結構，例如，閘極、孔、接觸孔和互連線。在一典型的沉積或蝕刻製程中，在一基板製程腔室中，基板暴露在電漿中，以沉積或蝕刻基板表面上的材料。可在基板上執行的其他典型製程，可能包括熱製程技術，可包括RTP、閃光燈、或雷射退火製程。
物理氣相沉積(PVD)、或濺射是用來製造積體電路和裝置最常用的製程之一。物理氣相沉積是一種執行於一真空腔室的電漿製程，其中一負偏壓靶材(通常是一磁控管靶材)曝露至具有相對較重原子的惰性氣體(例如，氬(Ar))的電漿，或包括這種惰性氣體的混合氣體。藉由惰性氣體的離子轟炸靶材，使得靶材材料原子射出。射出的原子在一基板基座上累積成沉積薄膜，其中該基板基座通常面對該靶材。在上述製程中，基板通常置於具有一基板接收表面的一基板支撐上。該支撐可以有一嵌入電極，其在製程期間充當一電漿產生裝置，和/或它也可荷電，以利用靜電握持該基板。該支撐也能有一電阻加熱元件，以在製程期間加熱基板，和/或有一水冷系統，以冷卻該基板或冷卻該支撐。出現的一問題是，當裝置尺寸減少，則承受基板整體變化的忍受力已變得非常低，使得基板相對於基板支撐、遮蔽環、或其他腔室組件之對齊和定位，可能影響基板上的製程成果之均勻性。在某些情況下，在一製程腔室的一或多區域可能無法均勻地產生電漿(如，PECVD、PVD)，均勻提供熱量至基板(如，RTP、PECVD)，和/或因為腔室中氣體入口或出口的而導致具有不均勻氣流的區域，這些通常需要旋轉基板以均勻化製程腔室的製程區域之不同區域所出現的不均勻。
一種腔室監測系統可能包括一平行結構，其中一單一感測器控制系統耦接到許多不同的製程腔室控制盤感測器線。在一示例性實施例中，一單一旋轉感測器(例如，一轉速計)可能設在遠離製程腔室的一中央控制單元上，以使旋轉資料由一單一系統處理，隨後根據許多不同網路通訊協定，繞送至主系統控制器、工廠界面、或兩者兼而有之。在這個以及其他實施例中，在腔室控制盤和中央控制單元的拉升網路是匹配的，以減少電子信號異常，例如，撬棍(crowbar)影響。可藉由一主系統控制器編程中央控制單元，以根據使用者定義的參數來操作，從而可以使系統能夠區分某些操作狀態。作為一例子，中央控制單元可以設定每分鐘的轉速(RPM)界外狀況，使該系統提醒使用者該設備是往復移動，而不是連續旋轉。
在一物理氣相沉積腔室中的示例性旋轉基板支撐
圖1描述一物理氣相沉積腔室100之一實施例，其具有一可旋轉基板基座126。物理氣相沉積腔室100一般包括一蓋組件102、一主組件104、一移動控制單元170、一支撐系統160，和一控制器180。在一實施例中，蓋組件102包括一靶材組件組件110和一上殼122。靶材組件110包括：一可旋轉的磁控管包114，其設置在靶材台112(例如，水冷台)；一靶材118；一靶材遮蔽120。磁控管包114是機械耦接到一驅動器116，在操作時，以一預定的角速度旋轉該磁控管包114。可經調適以受益於本發明之一磁控管包係描述於美國專利第6,641,701號(2003年11月4日發證予A. Tepman)。靶材組件110是電性耦接至一電漿電源(未顯示)，例如，一RF、直流、脈衝直流、等電源。
在一實施例中，主組件104包括：一腔室主體128；可旋轉基板基座126；一反轉遮蔽136，其圍繞且附接至主體128；以及多個輻射加熱器134。遮蔽136一般從主體128的上部向下且向內延伸至基座126。基板基座126包括從此互相耦接的一基板平台154和一支柱模組150。藉由至少一密封件(如圖所示之O形環132)在蓋組件102和主組件104之間產生真空密閉耦接。
通過腔室主體128的一縫隙閥124，將一基板130(例如，矽(Si)晶圓等)帶入物理氣相沉積腔室100和自物理氣相沉積腔室100移出。輻射加熱器134(例如，紅外線(IR)燈等)通常用於預熱基板130和/或腔室100的內部，以達到一特定製程配方所決定的溫度。由於輻射加熱器134的位置低於遮蔽136，加熱器134受保護而免於被濺射的靶材料的沉積，其中這種沉積會影響加熱器的效能。
在操作中，平台154可被選擇性地設置在上部處理位置(如圖所示)或較低的傳輸位置(如虛線所示)。在晶圓製程(即，濺射)期間，平台154升高到距離靶材118一預定距離的較高位置。為了接收或釋放基板130，平台154被移動到實質上對齊縫隙閥124的較低位置，以利於機器手臂轉移基板。
平台154可包括至少一聚合物元件，其設置在平台154的一較高基板支撐表面。該聚合物元件可能是一合適的塑膠或彈性體。在一實施例中，聚合物元件是設置在一凹槽的一O形環。在操作中，基板130和O形環之間的摩擦可能阻止晶圓延著旋轉平台154的基板支撐表面186滑動。
平台154可包括一環狀周邊邊緣，其從該表面和一環狀周邊向上延伸並向上面對溝槽。該邊緣可以在該基板上界定一基板接收凹穴，以對基板提供額外的保護，防止基板以平台154的較高角速度滑動。在一些實施例中，邊緣可以是倒角的、呈一角度的、圓形的或其他可經調適以相對於平台154的一中心之最小偏移，來放置基板130。
在其他實施例中，平台154可包括一夾鉗環、一靜電卡盤、嵌入式基板加熱器、背面氣體的通道(即，熱交換)、和/或冷卻液、射頻電極、和其他已知元件，以加強PVD製程。可藉由使用一習知方式來耦接背面氣體、冷卻液、電力和射頻功率之各別來源(未顯示)。
參照圖1，移動控制單元170一般包括：波紋管148、一磁性驅動器144、一位移驅動器140、和舉升銷機構138，其繪示為安裝在連接到腔室主體128的一支架152。波紋管148提供一可延伸的真空密封件，以用於用於支柱模組150，其係可旋轉地耦接(如箭頭156所示)至波紋管的底板192。例如，可使用一或多O型環或可壓碎的銅密封件(未顯示)來形成介於支架152和腔室主體128間的真空界面。
支柱模組50包括一軸198和複數磁性元件142，其設置在磁性驅動器144附近。在操作中，磁性驅動器144包括複數定子，其可選擇性地被施加能量，以磁性地旋轉該磁性元件142，從而旋轉支柱模組150和平台154。在一示例性實施例中，基板基座126的角速度是選擇性地控制在約10至100轉的範圍內。應明白，磁性驅動器可被適用於旋轉基座之其他馬達或其他驅動器替換。
在操作中，因為靶材材料組成的變化，在靶材上累積的污染物(如，氧化物、氮化物等)、在蓋組件102上的機械失調、和其他因素，從靶材118濺射出來的材料之通量在空間上是不均勻的。在物理氣相沉積腔室100的薄膜沉積期間，基板基座126的旋轉移動補償這種濺射材料之通量在空間上的不均勻通量，和在旋轉的基板130上沉積高度均勻的薄膜。例如，因為旋轉，來自靶材118不同區域的濺射靶材的變化在整個基板130上是均勻的，因而造成在厚度上高度均勻的沉積薄膜。
位移驅動器140是固定地耦接至波紋管148的底板192，並在運作上，有利於在較低(即，晶圓接收/釋放)位置和較高(即，濺射)位置之間，移動(如箭頭184所示)基板基座126。位移驅動器140可以是一氣壓缸、一液壓缸、一馬達、一線性驅動器或其他適用於控制基座126之高度的裝置。
支撐系統160包括整體上有利於物理氣相沉積腔室100運作的各種設備。舉例而言，支撐系統160包括一或多濺射電源供應器、一或多真空泵、濺射氣體和/或氣體混合物的來源、控制設備和感測器，以及那些已知的技術。
控制器180包含一中央處理器(CPU)、一記憶體、和支援電路(未圖示)。通過一界面182，該控制器180被耦接到物理氣相沉積腔室100的組件，並控制物理氣相沉積腔室100的組件，以及腔室中的沉積製程。
示例性處理系統配置
圖2是之示例性系統示意圖說明一製程腔室系統200，包含一製程腔室202和一系統控制器204，其藉由一腔室界面板206和一腔室聯鎖板208互相連接。
系統控制器204經調適以控制用來構成基板支撐組件(例如，如圖1所示之旋轉組件150)和製程腔室202(例如，如圖1所示之反應器100)之各種組件。系統控制器204一般設計為促進整體製程腔室202的控制和自動化，且通常包括一中央處理單元(CPU) 210、一記憶體212、和支撐電路(或I/O) 214。CPU 210可能是使用於工業環境中之任何形式的電腦處理器，用以控制各種系統功能、腔室製程、和支撐硬體(例如，探測器、機器手臂、馬達、流體來源等)，以及監測製程(例如，基板支撐溫度、電源供應參數、腔室處理時間、I/O信號，等等)。記憶體212連接到CPU 210，並可能是一或多現成的本地或遠端之記憶體，例如，隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或任何其他形式的數位儲存器。可在記憶體212中編碼和儲存軟體指令和資料，以指示CPU 210。支撐電路214也連接到CPU 210，以習知方式支撐處理器。支撐電路214可包括快取、電源供應器、時脈電路、輸入/輸出電路、子系統、等等。可由系統控制器204讀取的一程式(或電腦指令)判定要在基板上執行哪些任務。較佳地，程式是可由系統控制器204讀取的軟體，包括進行相關於監測、執行和控制移動、支撐、定位、和/或旋轉基板，以及執行於製程腔室202之各種製程配方任務和不同的腔室製程配方步驟。
系統控制器204與腔室聯鎖板208相接，以控制腔室202的元件(例如，可使用安全聯鎖機制(例如，繼電器、硬體開關、等等)來達成)。例如，系統控制器204可通過腔室聯鎖板208存取腔室蓋釋放機構。在打開蓋之前，例如，系統控制器204可先停止製程腔室202中的製程。聯鎖可幫助系統控制器204確認：一或多氣體閥門關閉、電壓饋送停用等，然後才解除製程腔室202內的閂鎖機構。
系統控制器204與腔室界面板206相接，以控制製程腔室202的元件，該元件應不會有重大的安全問題。在一些實施例中，處理系統200不包括腔室聯鎖板208。在其他實施例中，腔室界面板206和腔室聯鎖板208可被設計為在一單一電路板內。
用於監測一單一元件的旋轉之示例性感測器系統
圖3繪示一示例性感測器系統300，用以監測被設置在一製程腔室內的一機構的旋轉。例如，系統300可用於監測可旋轉基板基座126，或可旋轉磁控管包114，如圖1所示。系統300包括一感測器301，其每一在腔室202內監控一旋轉元件305(例如，基板支撐、磁控管等)。在一些例子中，感測器301可包括能夠判定旋轉移動元件305之位置和/或移動之光學感測器、接近感測器、霍爾效應感測器、或其他感測裝置。
一或多感測器線將感測器301連接到腔室聯鎖板208。例如，腔室聯鎖板208可處理感測器301的輸出，以判定是否停止旋轉基板支撐，直到基板支撐的舉升銷位在較低位置，或直到基板支撐已被舉升到沉積位置。在其他實施例中，感測器301可以連接到腔室界面板206。
該感測器301亦可連接到轉速計307。例如，轉速計307可以是一既有轉速計，例如，可由德國Rielasingen市的Motrona GmbH公司獲得的DX 020面板轉速計。轉速計307從感測器301接收信號(如，電壓脈衝)並將信號轉換成電壓輸出，電壓輸出水平係相關於旋轉元件305的RPM。例如，轉速計307可乘以從感測器301接收到的多個脈衝之間的距離。另一例子是，轉速計307可計算在一期間內從感測器301接收到的脈衝數目。
感測器301的信號線饋送至腔室聯鎖板208內的一單穩態複振器302。例如，單穩態複振器302可以被包含在一安全機構內，該安全機構監測是否旋轉元件305在旋轉中。例如，腔室聯鎖板208可將安全機構的輸出提供至系統控制器204。系統控制器204可檢查安全機構的輸出，以確認旋轉元件305並非旋轉中，然後才在製程腔室202中開始下一處理步驟。在一些製程中，腔室聯鎖板208只相關於是否旋轉元件305在移動中，而與旋轉元件305的實際速度無關。
單穩態複振器302饋送至一光隔離器304。光隔離器304可保護CPU 306，免於從單穩態複振器302接收到的信號之影響。例如，光隔離器304可緩衝CPU 306的電壓瞬變。信號
CPU 306從單穩態複振器302接收一感測器輸出值(例如，開始/停止旋轉)，且可利用這些資訊，判定是否有一安全顧慮的存在。在一些實施例中，CPU 306可將這資訊提供給系統控制器204，該系統控制器204可判定是否有安全顧慮的存在。
轉速計307計算旋轉元件305的RPM，並輸出一對應的電壓水平。例如，轉速計307可輸出從0到10伏特範圍的電壓水平，10伏特代表200轉的轉速。在一些實施例中，轉速計307可包括一顯示器。例如，連接到轉速計307的一液晶顯示屏可對使用者提供測量到的目前轉速。轉速計307可被安裝在腔室202的外表面上，例如，在腔室202附近的一方便的地點(例如，附近的牆上、設備架、或其他表面)。
轉速計307耦接至感測器301的信號線和接地線，以利用感測器301的讀數，判定旋轉元件305的轉速。如參照圖3的上文所述，轉速計307可對系統控制器204提供映射到一RPM範圍之一電壓輸出。
然而取決於現成的轉速計307之硬體組成，系統300可能有接地和串音的不相容問題。例如，光隔離器304可在CPU 306和系統300的其它部分之間產生電流隔離。採用轉速計307可能會導致一接地電動勢的問題和串音，這可能會使在CPU 306的電隔離失敗。
例如，轉速計307的信號輸入可包括一正24伏特的拉升網路314。同樣地，腔室聯鎖板208可在來自感測器301的信號輸入處包括一正12伏特拉升網路308。當單穩態複振器302的開關機構是在關閉位置，例如，感測器301的信號線可在約16到18伏特之間或之上浮動。這可能會在單穩態複振器302(例如，CMOS電路)導致正向偏壓。如果單穩態複振器302在自己的輸入電源上偏壓(例如，12伏特)，它可能會鎖上。這可能會在正負軌之間產生一撬棍效果，而導致損害腔室聯鎖板208。
為了改善單穩態複振器302的正向偏壓，可在感測器301的信號和接地感測器線中引入一選擇性的光隔離器(未顯示)，而後它們才進入腔室聯鎖板208。除了上面提到的光隔離器，可將一選擇性的光隔離器312引入轉速計307的信號和接地輸入線(轉速計307耦接至感測器301的信號和接地感測器線)。例如，選擇性的光隔離器312可提供隔離，並避免撬棍的影響。
系統控制器204接收轉速計307的輸出。系統控制器204可以利用這些資訊，讓使用者監測旋轉元件305的轉速。在某些實施例中，系統控制器204可能會依據轉速計307的輸出，產生一警報狀況。例如，如果從轉速計307接收到的輸出電壓達到零，系統控制器204可產生一錯誤，以指示旋轉元件305不要再動。在系統300中，轉速計307直接耦接至感測器301的信號和接地感測器線。
該系統300的規模可達到多腔室處理系統(例如，如圖2所述之多腔室處理系統200)，其中每一腔室由一單獨的轉速計監測，每一轉速計被單獨耦接至系統控制器204。
用於監測多達八元件的旋轉之示例性感測器系統
圖4是一電路圖，其繪示一示例性腔室監測系統400，其中一感測器控制系統402可使用一平行結構耦接數個不同感測器。例如，感測器控制系統402可監控二或更多設置在相同或不同製程腔室之感測器。在某些實施例中，根據使用者指定的條件，感測器控制系統402可分析來自每一個別感測器的資料。在一些實施例中，藉由分析感測器資料，該感測器控制系統402可提供取得的感測器資料和/或資訊給系統控制器204、多腔室處理系統的界面、或其他計算機系統。
在一示例中，以相同於圖3所示之方式，將感測器301連接到腔室聯鎖板208，除了感測器接地不延長到腔室聯鎖板208。從感測器301延長的信號線可以是尋求接地的數位信號。該感測器控制系統402耦接至信號線，和感測器301的12伏特電源線。
例如，示例性感測器控制系統402可以接收多達8個光隔離的感測器輸入404。例如，在某些實施例中，感測器輸入的數目可以調整，以允許來自數以百計通道的輸入。涉及感測器輸入404的電路將參照圖6詳述。一CPU 406為八個感測器輸入404分別提供轉速計的功能。例如，附接至多達8個製程腔室之多達8個感測器可連接到感測器控制系統402。
在一些實施例中，不止一感測器可被設置在一單一腔室內。例如，一特定腔室可以同時擁有由感測器裝置監測的一旋轉基板支撐和一旋轉磁控管(例如，如圖1所示之可旋轉基板基座126和可旋轉磁控管包114)。
相反於使用一單一感測器監測腔室內的一旋轉裝置，在一些實施例中，可以相對於一旋轉裝置，監測屬於兩不同感測器的感測器資料。例如，可比較出兩感測器之間的RPM值的一致性，以決定是否一旋轉裝置是往復移動而非旋轉。例如，一使用者可以在感測器控制系統內建立參數，其相關於來自每一感測器裝置的配方資料(例如，如果來自感測器裝置“A”的資料之後不是來自感測器裝置“B”的資料，或者如果與感測器裝置“A”相關的轉速值實質上不同於與感測器裝置“B”相關的轉速值，則宣告一錯誤狀況)。
在某些實施例中，可以調整感測器輸入的數目。例如，一感測器控制系統可接收的感測器輸入多達數千通道。例如，埠擴大晶片可以連接至一或更多的CPU中斷(例如，在一優先的中斷處理鏈)，以將感測器資料傳遞至示例性感測器控制系統402。
在某些實施例中，感測器控制系統402可被應用到系統控制器204中。在某些實施例中，感測器控制系統402可獨立於系統控制器204，作為一個別的實體來實施。在某些實施例中，感測器控制系統402可設置在系統控制器204上或其旁。該感測器控制系統402可以或可不與系統控制器204溝通。
例如，感測器控制系統402可包括一顯示器408(例如，液晶顯示器，LED顯示器等)，以提供使用者關於旋轉元件之目前轉速(在RPM計)之一可視化表示，該等旋轉元件被多達8個感測器之每一者監測，該等感測器連接到感測器控制系統402之感測器輸入404。可在顯示器408內包含其他資訊，包括但不限於被感測器監測的每一裝置的識別(例如，腔室識別)，以指示是否感測器控制系統是402之一獨立的輸入埠目前連接到一感測器之一指示，或是否在一或多被感測器監測之裝置內偵測到一錯誤狀況，其中該等感測器係耦接至感測器控制系統402。
例如，當一旋轉元件停滯不動，可能出現一錯誤狀況。例如，如果旋轉元件有305開始往復移動而非旋轉，則感測器301可發出測量脈衝，其中感測器控制系統402將該等測量脈衝轉換為一非常高的轉速值(例如，大於預期的轉速值，如200轉或1000轉，這取決於被監測的旋轉元件之功能性)。CPU 406可能會確認高轉速值為錯誤的情況，並記錄一錯誤或以其他方式提醒使用者。在某些實施例中，一使用者可以針對一或多監控裝置的功能性，建立界外條件。例如，一使用者可以指定低於10RPM或超過200RPM之任何旋轉測量產生一錯誤警報。
在某些實施例中，一更高的最高轉速值可以藉由使用一更高頻率的CPU時脈達成。例如，如果藉由感測器控制系統402以基於多CPU時脈頻率之時程表處理感測器輸入(例如，接收和增益)，則有機會將一更高頻率的時脈提供給一更高的最高轉速限制，同時保持相同的檢測粒度。
為了提醒使用者連接到感測器控制系統402之每一感測器的目前狀況，感測器控制系統402可藉由一組輸入/輸出(I/O)的線路410，提供資訊給使用者。I/O線410可以使用多種網路通訊協定溝通資訊。在某些例子中，I/O線410可包括一感測器匯流排線路410a、序列I/O線410b、和一類比輸出線410c。
感測器匯流排410a可使用一DeviceNet網路匯流排來實施。DeviceNet是由Open DeviceNet Vendor Association所維護的用於一感測器匯流排之一開放式通訊協定，它允許一系統(例如，多腔室製程系統)中的多種裝置(例如，馬達、感測器、加熱器、燈具等)以一單一匯流排與一控制器(例如，系統控制器204)進行溝通，該控制器提供指令給裝置，以執行它們的操作(例如、啟動、停止、旋轉等)，及從多個裝置接收關於系統操作之回饋(例如，晶圓位置、實際氣流量、溫度等)。例如，系統控制器204可在DeviceNet網路上傳送指令，以控制個別裝置的功能。除了DeviceNet或用以取代DeviceNet的另一感測器匯流排網路通訊協定是Seriplex，其可獲自Square D公司(北卡羅來納州，Raleigh)。
序列I/O線410b可使用一多頭(multidrop)序列連接來實施。在一些例子中，該多頭序列連接可以在一單一序列埠上以菊花串鏈(daisy-chained)接受最多63個感測器裝置。例如，每一感測器裝置可使用一唯一的裝置識別值進行定址。
在一些實施例中，標準的電話線(例如，RJ-14)可以用來將個別的感測器裝置連接至多頭序列連接。例如，感測器控制系統402和被菊花串鏈的感測器裝置之間的溝通可使用ASCII、ASCII十六進制、或標準的ASCII控制字符。被連接到多頭序列連接的每一感測器裝置和感測器控制系統402之間的半雙工通訊可由感測器控制系統402來啟始。
例如，序列I/O線410b可用於將感測器控制系統402的輸出耦接至一多腔室處理系統，從而可在個別處理腔室和感測器控制系統402之間溝通資訊。舉一例子，可以獲取自應用材料公司(美國加州聖克拉拉)之200毫米Endura平台包括數目有限的通訊埠。如果一使用者需要在多腔室Endura 200毫米處理系統之個別製程腔室之間進行通訊，則感測器控制系統402的序列I/O線410b可耦接到多腔室力Endura 200毫米處理系統之單一埠電腦控制器的前面板埠。
類比輸出線410c可包括最多8條個別的類比輸出線，其中一條為感測器輸入404之每一者專用。
藉由I/O線410(例如，從系統控制器204)提供給感測器控制系統402的資訊可能包括但不限於：每一旋轉元件的轉速限制(例如，旋轉元件沒有錯誤狀況之範圍)、啟動/停止監測某一特定感測器(例如，基於製程配方的步驟、是否旋轉元件應該旋轉)、或其他與每一感測器相關的設定(例如，日誌設定，錯誤警報設置等等)。在某些實施例中，感測器控制系統402具有下列步階變化：與一或多感測器相關的預期轉速值(例如，由於製程腔室切換到製程配方的下一步驟等)；和/或質量指標，諸如，計算的轉速值之可接受的範圍(例如，50RPM正負2RPM之一預期轉速值)；或其他統計資訊。例如，質量指標可以指示讀數之顫動。
在一些例子中，當已確認警報狀況，或根據來自遠端系統的要求，感測器控制系統402可以一排程基礎提供旋轉資料及選擇性的其他資訊給連接到I/O線410的一或多遠端系統。在某些實施例中，系統控制器204可利用感測器控制系統402的輸出，產生裝置日誌項目、錯誤警報、等。
圖5之系統圖繪示一感測器控制系統402，其耦接至一腔室監測系統500中的多個製程腔室502。每一製程腔室502包括一感測器504，其監測一旋轉元件(例如，基板支撐、磁控管等)。每一感測器504連接到一腔室聯鎖板506和感測器控制系統402。
該感測器控制系統402可提供轉速計，用以測量每一感測器504。在一些實施例中，該感測器控制系統402可計算在一期間內從每一感測器504接收到的脈衝數目。例如，單位時間內接收到的脈衝數目可以用來計算一RPM值。
在一些實施例中，該感測器控制系統402可包含一或多區塊之計數器508，其與每一感測器504相關。例如，二個16位元區塊的計數器508可被提供給每一感測器504。在接收到來自感測器504的一輸入時(例如，一電壓脈衝等同於一被監測的旋轉元件之一單一旋轉)，感測器控制系統402可用一組中斷時程表(如，定時器)增加第一計數器區塊508，和轉移儲存在該第一區塊計數器508內的現值至第二計數器區塊508。
例如，第一區塊計數器508可每千分之一秒增加。藉由一16位元計數器，該第一計數器區塊508可能每6.5535秒溢流一次。當該第一計數器區塊508溢位，則可設置一溢位旗標510。如果感測器504a在此期間內沒接收到中斷，則感測器控制系統402(例如，軟體、韌體等)可決定停止旋轉元件，並輸出一轉速值為零。例如，為了實際的目的，如果一旋轉元件以較10RPM慢的速度旋轉，它可能被認為是一錯誤情況(例如，停滯或減慢)。在一些實施例中，一使用者可以建立一最低轉速值，感測器控制系統402可據以識別錯誤狀況。
例如，當感測器504a接收到一脈衝，感測器控制系統402可將第一計數器區塊508a的現值傳送至感測器504a的第二計數區區塊508a，和重設第一計數器區塊508a。然後該感測器控制系統402可設置一有效旗標510a和(選擇性地)重設溢位旗標512a。該感測器控制系統402可處理儲存在第二計數器區塊508a內的採樣值，以判定從上次接收到脈衝時的時間長度。
如果該第一計數器區塊508a已經溢位，該感測器控制系統402可設定溢位旗標512a、重設有效旗標510a，並重設該第一計數器區塊508a和該第二計數器區塊508a兩者為零。
在一通訊維持例式中，感測器控制系統402的軟體(或韌體)可檢查每一有效旗標510，處理在第二區塊計數器508內所收集的資料，如果有效旗標被設置為「真」，以判定當前相關於每一區塊的計數器508的轉速值。該通訊維持例式可通過I/O線410連接到感測器控制系統402，提供經處理的旋轉資料給顯示器408和/或一或多遠端系統(如圖4所示)。在一些實施例中，如果維持例式計算出高於一閾值(例如，200轉)的一轉速值，該維持例式可假設已檢測到一錯誤狀況。維持例式可包括在處理過資料後，重新設置有效旗標510。
如果通訊維持例式發現有效旗標510被設置為「偽」，則該維持例式可以更新顯示器408和/或I/O線410，以廣播一錯誤狀況。
儘管系統500繪示每一腔室502有一單一感測器504，但在一些實施例中，在一特定腔室502內可以安裝更多感測器504。例如，腔室502可有由感測器控制系統402監測之一旋轉基板支撐和一旋轉磁控管之兩者。在一些實施例中，相反於連接到腔室聯鎖板506，感測器504可被連接到腔室界面板(例如，如圖2所示的腔室界面板206)。
圖6說明用以監控多個製程腔室的一感測器控制系統402之一示例性硬體配置600。例如，硬體配置600可設計為減輕電壓瞬變，及保護一腔室監測系統內的連接硬體免於電子信號異常(例如，如圖4所示之腔室監測系統400)。
感測器控制系統402經調設以接收多達8個光隔離感測器輸入404(例如，每一連接到一感測器，例如，圖3所示之感測器301)。每一感測器輸入404包含具有正通道和負通道電壓輸入之一授權器，其可電隔離達到最高1500伏特。該授權器包括接地的向前電晶體，接地內部連接到該板，且按系統整體浮動(如圖4所示系統400)。
一5伏特拉升網路饋送到CPU 406。在一些製程中，該感測器輸入404可拉低感測器的信號線大約1毫安。
在一些實施例中，CPU 406可依每秒約12萬道指令來運行。該感測器輸入404之每一連接到CPU 406上的一直接或向量中斷(INTx) 602。在一些實施例中，INTx 602可能是一負中斷。
在一些實施例中，該感測器輸入404可間接連接到INTx中斷602。例如，一或多INTx中斷602可連接到多個埠擴展器，以允許多個感測器線連接至一單一INTx中斷602。例如，該埠擴展器可使用內建於感測器控制系統402之埠擴展器晶片硬體/韌體。在另一示例子中，現成的埠擴展器可被添加到感測器控制系統402，以增加感測器控制系統402監測的感應器的總數。
CPU 406控制3條I/O線410。感測器匯流排線410a包括一組緩衝604。序列I/O線410b包括一多頭序列連接邏輯模組606。多頭序列連接邏輯模組606控制與共享該序列I/O線410b相關的每一感測器裝置之資訊的菊花串鏈。
對於類比線路410c，CPU 406提供一組8位元數位資料給數位至類比轉換器(DAC) 608。DAC 608輸出類比信號給類比輸出線410c。在一些實施例中，類比輸出線410c是由8個獨立的類比線路構成，其每一具有連接到感測器控制系統402之一特定感測器的的資料。在一些實施例中，DAC 608的輸出可由一組放大器610調整。例如，如果DAC 608的輸出介於0至5伏特的範圍，放大器610可將類比信號增加為0至10伏特的範圍。例如，0到10伏特的範圍可以映射到0至200RPM的範圍。在其他的實施例中，電動選擇的電壓計可用於代替DAC，以提供一類比輸出信號。
CPU 406也可以驅動顯示器408。在一些實施例中，顯示器408包括一液晶顯示器，其呈現相關於由感測器控制系統402監測的每一感測器之資訊。
在一些實施例中，CPU 406可從感測器匯流排線410a或類比界面接收它的輸入電壓(例如，24V直流)。但是，如果序列I/O線410b是連接到感測器控制系統402的唯一I/O線410，則輸入功率可源於一同軸電纜和直流電源插孔連接。在某些實施例中，感測器控制系統402消耗大約2瓦或更少的功率。例如，感測器控制系統402可消耗約1瓦的功率。
監測製程腔室裝置之示例性方法
圖7A及7B之流程圖其繪示用以部署一數位轉速計以監控多個旋轉裝置之示例性方法。例如，該方法可用部署在感測器控制系統402(例如，使用包含在CPU 406的軟體和/或韌體)。可為被數位轉速計監測之每一旋轉機構分別部署上述方法。
如圖7A所示，一第一方法700部署一計時機構，用以計算接收到的感測器中斷之間的時間。當一被監測的轉動裝置沒有移動時，方法700可額外用於判定。例如，不同於無止境等待來自一感測器用以指示一旋轉裝置已完成一旋轉的中斷，感測器控制系統402可在一預定點假設一單一旋轉已太耗時，因此該旋轉裝置可能沒有動作了。
方法700接收一逾時中斷(702)。在一些實施例中，逾時中斷可能是一以硬體為基礎的逾時值。在某些實施例中，逾時中斷的時間可基於多個時脈。例如，逾時中斷可由一千赫時脈輸出所產生。在其他的實施例中，可以使用另一時脈輸出包括但不限於10千赫或100千赫的時脈輸出。
在收到逾時中斷時，遞增一計數器區塊(704)。在一些實施例中，計數器區塊可調整尺寸，使得如果在每一逾時中斷遞增時，計數器區塊可能在慢於任何被監測的旋轉裝置之預期的最慢轉速值之一逾時值溢位。例如，使用一1千赫時脈，一16位元計數器區塊(例如，圖5所示之區塊計數器508)可能每6.5535秒溢位一次。在這例子中，預計最慢的轉速可能為10RPM。
如果計數器區塊溢位(706)，則設置溢位旗標(708)。在某些實施例中，計數器區塊的溢位可觸發一錯誤警告。例如，一使用者可在感測器控制系統402(例如，聲音和/或通過顯示器408的視覺警告)得到警告，或通過一或多I/O線410之遠端得到警告。
如圖7B所示，一種第二方法750實施一種中斷驅動計時機構，以決定一被監控的旋轉裝置的轉速。方法750開始於從一感測器輸出接收到一中斷(752)。例如，可從感測器控制系統402的中斷埠404之一者的一附加的感應裝置接收到中斷。中斷指示一被監控的旋轉裝置的一單一旋轉。
如果計數器區塊並未溢位(754)，則方法750從計數器區塊取得一樣本計數(756)。在一些實施例中，在圖7A的方法700內所述之計數器區塊508可用於計算被監控的旋轉裝置之一單一旋轉的速度。例如，在每個感測器中斷，可以從計數器區塊508收集從前一感測器起算的計時器中斷的數目。樣本計數可轉移到一第二計數器區塊(758)。例如，樣本計數可轉移到一16位元的計數器區塊508(如圖5所示)。
設置一有效的旗標(760)，以表示第二計數器區塊包含有效資料。例如，有效的旗標可被一資料處理例式使用。如果有效旗標被設置為「真」，一資料處理例式可以使用在該第二計數器區塊內收集的樣本計數，來計算旋轉裝置的預估速度。重設溢位旗標(762)，以表示在這製程循環中沒有溢位的情況發生。重設主要計數器區塊(764)。例如，而後方法700可持續以收集從中斷在步驟752被接收以來發生的一計時器中斷的計數。方法700可持續以遞增主要計數器區塊，直到方法752接收到下一感測器中斷。
在收到感測器中斷時(752)，如果已發現主要計數器發生溢位的情況(754)(例如，溢位旗標被設置為「真」)，則溢位旗標被重設為「偽」(766)。有效旗標被重設為「偽」(768)，第二計數器區塊重設為「零」(770)，及主要計數器區塊被重設為零(772)，從而重新初始化所有旗標和計數器。
圖8之流程圖說明處理相關於多個旋轉裝置之旋轉資料的一示例性方法800。例如，方法800可用於處理從圖7A及7B所述方法700和750所收集的樣本資料。例如，方法800可實施於感測器控制系統402的CPU 406的軟體和/或韌體內。
方法800以通訊維持開始(802)。例如，通訊維持可包括接收對來自一或多遠端系統(例如，藉由由一或多I/O線410連接到感測器控制系統402)之資訊的請求。在其他例子中，通訊維持可包括接收硬體中斷(例如，一或多感測器裝置對中斷埠404的接附)或軟體中斷(例如，圖7A及7B所述方法700或750內的錯誤狀況之確認)。在某種程度上，有效資料的通訊維持檢查相關於由感測器控制系統402監測的一或多旋轉裝置。
如果有效資料旗標被設置為一值「真」(804)，則處理相關於有效資料旗標的資料(806)。例如，在第二計數器區塊508(如圖5所示)內的資料可被處理，以計算相關於被監測的旋轉裝置之一轉速值。
使用藉由處理資料計算出來的數值，來更新顯示的資訊(808)。例如，可更新連接到感測器控制系統402的顯示器408，以反映所計算的轉速值。此外，一或多資料塊可被格式化，以供被處理資料的網路傳輸(810)。例如，所計算的轉速值可通過I/O線410被傳送到一或多遠端系統。在處理與有效旗標相關的資料之後，有效旗標被重設為「偽」(812)。然後資料可以提供給一或多遠端系統(816)。例如，可通過一或多遠端系統，警告使用者旋轉元件的目前轉速。
方法800可對由感測器控制系統402監測的每一旋轉裝置重複這個處理。如果方法800發現與一旋轉裝置相關的有效資料旗標被設置為一值「偽」(804)，可更新顯示的資訊(814)及可提供關於旋轉元件的狀態的資料給一或多遠端系統(816)。例如，可通過顯示器408和/或一或多遠端系統通知使用者：旋轉元件沒有動作。
在一些實施例中，在更新顯示器408和/或遠端系統之前，方法800處理與每一被監測的感測器相關的資料。例如，可將受處理過的資料收集在一資料日誌中。例如，在處理好與被監測感測器相關的資料時，資料日誌可被用於更新顯示器408。在一些實施例中，被處理過的資料可被收集在一資料日誌內，直到一遠端系統要求這個資料。一被要求，通訊維持例式可以被收集的資料來格式化資料區塊，和通過I/O線410傳輸資料。
在一些實施例中，可依據使用者的喜好，提供這個資料給一或多遠端系統。例如，如果有效資料旗標被設置為「偽」(例如，旋轉裝置已停止)，則該資訊可立即被提供給一或多遠端系統。相反地，如果有效資料旗標被設置為「真」，則可將資訊收集在資料日誌中，並在稍後(例如，依要求、依一組批次排程等)分送到遠端系統。
在某些實施例中，一使用者可建立界外狀況和相關的警報機制。例如，如果一使用者設定一特定旋轉裝置的最高速度為120RPM且當處理與該旋轉裝置相關的資料時，方法800判定175RPM的速度旋轉時，則方法800可立即向一或多遠端系統警示界外情況。
本說明書已描述本發明的許多實施例。熟知該項技藝者應明白，亦可將複數前述特徵合併為一單一裝置。雖然如此，應明白可能進行各種修改而不背離本文的精神和範圍。因此，其他實施例係由如下申請專利範圍所界定。
100．．．腔室
102．．．蓋組件
104．．．主組件
110．．．靶材組件
112．．．靶材台
114．．．磁控管包
116．．．驅動器
118．．．靶材
120．．．靶材遮蔽
122．．．上殼
124．．．縫隙閥
126．．．基座
128．．．腔室主體
130．．．基板
132．．．O形環
134．．．輻射加熱器
136．．．遮蔽
138．．．舉升銷機構
140．．．位移驅動器
142．．．磁性元件
144．．．磁性驅動器
148．．．波紋管
150．．．旋轉組件
152．．．支架
154．．．平台
156．．．箭頭
160．．．支撐系統
170．．．移動控制單元
180．．．控制器
182．．．界面
184．．．箭頭
192．．．底板
198．．．軸
200．．．製程腔室系統
202．．．製程腔室
204．．．系統控制器
206．．．腔室界面板
208．．．腔室聯鎖板
210．．．CPU
212．．．記憶體
300．．．感測器系統
301．．．感測器
302．．．單穩態複振器
304．．．光隔離器
305．．．旋轉元件
306．．．CPU
307．．．轉速計
308．．．拉升網路
312．．．光隔離器
314．．．拉升網路
400．．．腔室監測系統
402．．．感測器控制系統
404．．．感測器輸入
406．．．CPU
408．．．顯示器
410a．．．感測器匯流排線路
410b．．．序列I/O線
410c．．．類比輸出線
502．．．腔室
504．．．感測器
506．．．腔室聯鎖板
508．．．計數器
510．．．溢位旗標
512．．．溢位旗標
600．．．硬體配置
602．．．中斷
604．．．緩衝
606．．．邏輯模組
608．．．數位至類比轉換器
610．．．放大器
圖1是具有一可旋轉基板基座之一物理氣相沉積腔室之實施例的一示意性剖面圖。
圖2是一示例性系統圖式，其說明包括一製程腔室和一系統控制器的一製程腔室系統。
圖3繪示用以監測基板支撐的旋轉之示例性感測器系統。
圖4是一電路圖，其繪示一示例性腔室監測系統，其中一感測器控制系統可使用一平行結構耦接數個感測器。
圖5是一系統圖式，其說明在腔室監測系統中耦接多個處理腔室之一感測器控制系統。
圖6說明用以監控多個製程腔室的一感測器控制系統之一示例性硬體配置。
圖7A和7B之流程圖說明使用一數位轉速計監控多個旋轉裝置之一示例性方法。
圖8之流程圖說明處理相關於多個旋轉裝置之旋轉資料的一示例性方法。
202．．．製程腔室
208．．．腔室聯鎖板
301．．．感測器
302．．．單穩態複振器
304．．．光隔離器
306．．．CPU
400．．．腔室監測系統
402．．．感測器控制系統
404．．．感測器輸入
406．．．CPU
408．．．顯示器
410a．．．感測器匯流排線路
410b．．．序列I/O線
410c．．．類比輸出線

Claims (19)

  1. 一種在基板製程腔室中監測基板支撐的旋轉之系統，包括：一第一旋轉基板支撐，其定位在一第一製程腔室中；一第二旋轉基板支撐，其定位在一第二製程腔室中；一第一感測器，其監測該第一旋轉基板支撐；一第二感測器，其監測該第二旋轉基板支撐；一第一感測器線，其耦接該第一感測器至一第一腔室盤；一第二感測器線，其耦接該第二感測器至一第二腔室盤；一中央控制單元，其耦接至該第一感測器線和該第二感測器線，該中央控制單元處理相關於該第一旋轉基板支撐之多個第一旋轉資料，及相關於該第二旋轉基板支撐之多個第二旋轉資料，以及確定與該第一和第二旋轉基板支撐相關的轉速；及一或多遠端控制系統，其連接到該中央控制單元，該一或多遠端控制系統從該中央控制單元接收該等第一旋轉資料和該等第二旋轉資料，其中該一或多遠端控制系統將控制參數傳送到該中央控制單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包括一數位序列輸出線，其連接該中央控制單元至該一或多遠端系 統，該序列輸出線經調適以與複數設備通訊，其中該複數設備係與該序列輸出線串聯。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該中央控制單元經調設以確定是否該第一旋轉基板支撐或該第二旋轉基板支撐之一者是往復移動而非旋轉，以及向該一或多遠端系統發出關於該第一旋轉基板支撐或該第二旋轉基板支撐之該往復移動的警報。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該中央控制單元經調設以從該一或多遠端系統接收多個界外狀況，該等界外狀況包括相關於該第一旋轉基板支撐之一最高轉速或一最低轉速，該等界外狀況由該中央控制單元使用，以判定該第一旋轉基板支撐的轉速大於該最高轉速或小於該最低轉速。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含：一第一拉升網路，其介於該第一感測器線和該中央控制單元之間；及一第二拉升網路，其介於該第一感測器線和該第一腔室盤之間，其中該第一拉升網路實質上匹配該第二拉升網路。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一光隔離器，其介於該第一感測器和該中央控制單元之間，其 使從該中央控制單元所接收的信號與該第一感測器光學隔離。
  7. 一種在基板製程腔室中監測基板支撐的旋轉之設備，包括：一第一中斷埠，其接收來自一第一數位感測器之多個信號，該第一數位感測器耦接到一第一旋轉基板支撐；一第二中斷埠，其接收來自一第二數位感測器之多個信號，該第二數位感測器耦接到一第一旋轉基板支撐；一中央處理單元，包括邏輯以處理：相關於該第一數位感測器之多個第一旋轉資料；及相關於該第二數位感測器之多個第二旋轉資料；一記憶體，其儲存：相關於該第一數位感測器之該等第一旋轉資料；及相關於該第二數位感測器之該等第二旋轉資料；一輸入/輸出埠，其提供該等第一旋轉資料和該等第二旋轉資料至一或多遠端系統；及一顯示器單元，其提供該等第一旋轉資料和該等第二旋轉資料之一可視化呈現。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，更包含：一第一光隔離器，其位在該第一中斷埠內；和一第二光隔離器，其位在該第二中斷埠內，該第一光隔離器和該第二光 隔離器使得被該中央處理單元接收的信號與該第一數位感測器和該第二數位感測器光學隔離。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該輸入/輸出埠是一序列埠，其能傳輸多個資料至二個以上串聯到該序列埠之輸入/輸出裝置。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該輸入/輸出埠是一網路感測器匯流排。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該記憶體更儲存關聯於該第一數位感測器和該第二數位感測器之多個界外狀況，該等界外狀況係由使用者編程。
  12. 一種用以在基板製程腔室中監測基板支撐的旋轉之方法，包含：使用一旋轉感測器，監測在一基板製程腔室內的一旋轉基板支撐；從該旋轉感測器傳遞一旋轉信號至一腔室控制盤；在設置在該腔室控制盤上的一轉速計接收該旋轉信號；處理該旋轉信號以產生與該旋轉基板支撐相關的多個旋轉資料；在鄰近該腔室控制盤的一顯示器上顯示與該等旋轉資料相關的一值；及 從該腔室控制盤傳輸該等旋轉資料至一或多遠端控制單元，以進一步處理。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包括藉由該轉速計來光學隔離從該旋轉感測器接收的該等信號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括藉由該腔室控制盤來光學隔離從該旋轉感測器接收的該等信號。
  15. 一種用以在基板製程腔室中監測基板支撐的旋轉之方法，包含：分別使用一第一旋轉感測器和一第二旋轉感測器，監測在一第一製程腔室內的一第一旋轉基板支撐，和監測在一第二製程腔室內的一第二旋轉基板支撐；從該第一旋轉感測器傳遞一第一旋轉信號至一第一腔室盤和中央控制單元；從該第二旋轉感測器傳遞一第二旋轉信號至一第二腔室盤和中央控制單元；處理在該中央控制單元內的多個第一旋轉資料，該等第一旋轉資料相關於該第一旋轉基板支撐；處理在該中央控制單元內的多個第二旋轉資料，該等第二旋轉資料相關於該第二旋轉基板支撐；及從該中央控制單元提供該等第一旋轉資料和該等第二旋轉資料至一或多遠端系統。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括下列步驟：判定是否該第一旋轉基板支撐或該第二旋轉基板支撐之一者是往復移動而非旋轉；針對該第一旋轉基板支撐或該第二旋轉基板支撐的往復移動，發出一警報至該一或多遠端系統。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括下列步驟：從一或多遠端系統接收多個界外狀況，該等界外狀況包括與該第一旋轉基板支撐相關的一最高轉速或一最低轉速；判定該第一旋轉基板支撐的轉速大於該最高轉速或小於該最低轉速；針對該第一旋轉基板支撐的該等界外狀況，發出一警報至該一或多遠端系統。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中一第一拉升網路被包含在一第一感測器線至該中央控制單元之一耦接處，和一第二拉升網路被包含在該第一感測器線到該第一腔室盤之一耦接處，和其中該第一拉升網路實質上匹配該第二拉升網路。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中一光隔離器被包含在一第一感測器線至該中央控制單元之一耦接 處，以使從由該中央控制單元所接收的信號與該第一旋轉感測器光學隔離。
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