TWI536870B - 用來控制侷限環之定位的直接驅動設備 - Google Patents

Description

用來控制侷限環之定位的直接驅動設備

本發明係關於用以控制侷限環之定位的直接驅動設備與其方法。

電漿處理的發展已提供半導體產業的成長。在半導體產業中要具競爭性，製造商就需要能在基板處理期間使耗費最少。因此，在基板處理期間維持對製程參數的嚴密控制對於減少耗費以及產生高品質的半導體裝置是必要的。

在電漿處理系統中，會在基板上形成電漿以執行基板處理。為了控制電漿形成並保護製程腔壁，會使用侷限環。侷限環通常用以圍住會形成電漿的腔室容積的周圍。

侷限環包括彼此堆疊於上的多個環狀物。侷限環之間的間隙可為了控制侷限區內的壓力容積而調整。換言之，在基板處理期間，若腔室壓力在指定範圍(例如目前配方所決定者)外，就會調整侷限環。在一實例中，要增加處理腔室內的壓力，就會減少侷限環之間的間隙。

因此，為了在基板處理期間維持對壓力參數的嚴密控制，期望能有控制侷限環動作的設備。

在一實施例中，本發明係關於一種直接驅動設備，用以在基板處理期間控制一電漿處理系統的一處理腔室的一侷限區內的壓力容積，其中該侷限區為由一組侷限環所圍住的腔室容積。該設備包括數個柱塞組件，其用以藉由垂直移動該組侷限環來改變該壓力容積。該設備亦包括數個馬達組件，其用以垂直移動該數個柱塞組件，並記錄該數個柱塞組件的數個設定位置值。該設備更包括一組電路，其至少用以驅動該數個馬達組件以移動該數個柱塞組件來改變該侷限區內的該壓力容積。該組電路亦用以提供電力給該數個馬達組件以移動該數個柱塞組件。該組電路更用以從該數個馬達組件接收該數個設定位置值。

上述發明內容僅關於本文所揭露之本發明眾多實施例的其中一者，而非意圖用以限制本發明範疇，其係在本文申請專利範圍中提出。本發明的這些及其他特點將在下述本發明的實施方式中偕同隨附圖式而予以詳述。

本發明將參照如隨附圖式所描繪的些許實施例來詳細描述之。在下列描述中，為了提供對本發明的透徹理解而提出大量具體細節。然而，熟習本技術者當可明白本發明可在不具若干或全部此具體細節下實行。在其他例子中，為了避免不必要地混淆本發明，並未詳述熟知的製程步驟以及/或是結構。

於此之下將描述包括方法與技術的各式實施例。應當謹記在心本發明亦涵蓋包括電腦可讀媒體的製品，用以執行本發明技術實施例的電腦可讀指令係存於其中。舉例而言，電腦可讀媒體包括半導體、磁性的、光磁的、光學的、或其他形式之儲存電腦可讀編碼的電腦可讀媒體。另外，本發明亦涵蓋實行本發明實施例的設備。此類設備包括電路(專用以及/或是程式化)以執行有關本發明實施例之任務。此類設備的實例包括經過適當程式設計之通用電腦以及/或是專用運算裝置，並可包括用在有關本發明實施例之各式任務的電腦/運算裝置以及專用/程式化電路之組合。

如先前所述，使用電漿來蝕刻基板成為半導體裝置。熟悉本技術者知悉在基板處理期間穩定的電漿係相當重要。因此，能夠在基板處理期間維持對製程參數的嚴密控制對於電漿穩定度是必要的。當製程參數在狹小、預定的範圍外時，就必須調整製程參數來維持穩定的電漿。

處理腔室內的壓力為製程參數，若未受監控則可能使形成在基板上的電漿變得不穩定。舉例而言，考量正在電漿處理系統的處理腔室內處理基板的情況。配置基板在下部電極(如靜電夾頭)上。在基板處理期間，在基板上形成電漿以執行蝕刻。侷限環圍住電漿。侷限環可用以侷限電漿於固定區域內並控制該侷限區內的壓力。可調整侷限環之間的間隙以控制基板表面上的壓力容積。

在先前技術中，提供一侷限調整裝置(CAM,Confinement Adjustment Mechanism)環設備以移動侷限環。圖1呈現先前技術的CAM環設備100之簡圖，其位在頂板102上。CAM環設備100包括CAM環104，其透過皮帶106與單步進馬達108連結。拉緊設備124能在單步進馬達108移動皮帶106時提供張力，藉而使CAM環104轉動。考慮到移動CAM環設備所需的電量，單步進馬達108為相當大型的馬達，如五相馬達。

CAM環設備100亦包括一組柱塞，如柱塞112、114、與120。各柱塞係透過葉輪設備連結至CAM環104，如滾珠軸承葉輪設備(未呈現)。隨著CAM環104轉動，該組柱塞組(112、114、與120)就會上下移動來調整侷限環之間的間隙。

CAM環104係分成多個CAM區(如CAM區126)，其中各CAM區係與各柱塞相關。在一實例中，若CAM環設備100包括三個柱塞，則有三個CAM區。各CAM區的面向頂板側為楔形。當CAM環104轉動時，各CAM區的輪廓控制柱塞行進的深度。因此，在各CAM區的CAM環104的角度決定各柱塞所行進的垂直距離。

在開始基板處理前，會先放置CAM環設備100在初始位置。該初始位置是根據配方的設定壓力而定。熟悉本技術者知悉製程模組的配方係透過使用者介面電腦(如集束型製程設備控制器(cluster tool controller))輸入。該配方接著會發送至製程模組控制器。製程模組控制器執行演算法以決定各柱塞的初始設定值。接著會發送初始設定值至雙軸步進板130，其接著發送指令至馬達驅動板110。因為CAM環設備100的尺寸之故，且由於步進板130不具備能直接驅動馬達的電力，所以通常需要兩塊板(板110與130)來控制CAM環設備的行動。當接收到指令時，馬達驅動板110隨即提供電力給單一5相步進馬達108，藉而使CAM環104轉動，並使柱塞以垂直方向移動(即上/下)。CAM環設備100包括光感測器122，其用以設定各柱塞在初始設定值(如起站位置)上。機械式自停裝置(如116與118)係在光感測器122無法正確運作時提供硬停機。

在基板處理期間，如壓力計(未呈現)的感測器係用以測量處理腔室內的壓力。測量結果會送回到製程模組控制器。若壓力已變，則製程模組控制器會執行演算法以決定新的設定值。製程模組控制器接著發送指令至步進板130，該指令包括柱塞的垂直移動方向與步階位置。指令接著會傳遞至馬達控制板110，啟動步進馬達108，然後轉動CAM環104並移動柱塞至新的設定值。為了準確決定各柱塞的位置，會使用線性編碼器114。接著會把各柱塞新的設定位置值送回到製程控制模組。當需要計算新的設定值時，可使用該新設定位置值作為參考點。

考慮到頂板102的物理空間有限，製造商持續尋找能減少頂板上元件數量而不犧牲功能的新方法。依照本發明實施例，提供直接驅動設備與其方法。本發明實施例包括一種直接驅動設備，其用以執行壓力控制，而且僅需佔據電漿處理系統頂板上較少的物理空間。本發明實施例亦包括用以校準與初始化直接驅動設備的方法。另外，本發明實施例包括在基板處理期間控制壓力的方法。

在本發明一實施例中，提供用以控制處理腔室內壓力容積的一種直接驅動設備。與先前技術中的CAM環設備不同，直接驅動設備僅需較少的機械/電氣元件來控制侷限區內的壓力環境。在一實施例中，直接驅動設備包括與電路板連通的一組柱塞設備。

各柱塞設備包括鉤在該組侷限環的上層侷限環上的柱塞軸，該組侷限環圍住會形成電漿的腔室容積周圍。在先前技術的CAM環設備中，需要複雜的組件(CAM環、皮帶、拉緊設備、葉輪設備、馬達等等)來移動柱塞軸。相對地，在直接驅動設備中，柱塞軸係直接連接至馬達軸。

在先前技術的CAM環設備中，各柱塞軸所行進的可能距離是由各CAM區中CAM環之楔形決定。與先前技術不同，柱塞軸會行進的可能距離是由位在柱塞設備上的一對感測器決定。該對感測器之間的間隔提供柱塞軸可行進的最大距離。藉由重新定位該對感測器，就可改變柱塞軸可行進的最大距離。

在一實例中，旗標(如機械旗標)會固定在柱塞軸上。當柱塞軸以垂直方向移動(上與下)時，旗標會在二個感測器之間行進。當柱塞軸上的旗標截斷感測器之一的光束時，感測器就會阻止柱塞軸繼續以相同方向移動。在一實例中，一旦旗標已截斷第二感測器的光束，就會阻止柱塞軸向下移動。在論述中稱第一感測器為上感測器或起站感測器，並稱第二感測器為下感測器或遠端感測器。

在先前技術的CAM環設備中，CAM環組件是由大型馬達(如5相馬達)控制。與先前技術不同，直接驅動設備的馬達是位在柱塞組件的頂部。並且，馬達軸係直接連接柱塞軸。因為各柱塞組件與其本身的個別馬達相聯，所以馬達為較小型馬達(如2相馬達)。因為馬達位在柱塞組件的頂部，所以馬達不會佔據頂板上額外的物理空間。

藉由簡化直接驅動設備的設計，只需較少的機械元件來執行控制侷限區內壓力的功能。為此，先前由CAM環組件所佔據的空間就可用作其他功能。因為機械/電氣元件較少，所以直接驅動設備較為可靠且維修和保養直接驅動設備的成本亦較低。

參照圖式與以下論述可更加瞭解本發明的特點與優點。

圖2呈現一實施例之處理腔室內的直接驅動設備之橫剖面簡圖。舉例而言，考量配置基板202在下部電極204上的情況。要在生產期間處理基板202，就會在基板202與上部電極208之間形成電漿206。在若干處理腔室中，會使用侷限環210來侷限電漿206。

在使用侷限環210的典型處理腔室中，侷限環具有連結點。在先前技術中，CAM環設備包括位在各連結點的真空密封柱塞軸。相似地，直接驅動設備包括在各連結點的柱塞設備(舉例而言如214與216)。在一實施例中，各柱塞設備包括透過馬達軸聯結至馬達的柱塞軸。將在圖4A、4B、4C與4D中更詳細論述柱塞設備。在一實施例中，柱塞設備的數量與連結點的數量直接相關。

為了控制侷限區218內的壓力容積，各柱塞設備的柱塞軸會垂直移動(上/下)以調整侷限環之間的間隙，藉而控制處理腔室內的壓力量。在先前技術的CAM環設備中，馬達轉動CAM環設備，藉而使柱塞軸上下移動。與先前技術不同，各柱塞設備的馬達不必先轉動CAM環設備就可移動柱塞軸。

柱塞軸回應如壓力計的一組感測器(未呈現)所蒐集的處理資料(如壓力資料)而移動。處理資料會透過板222發送至控制模組220中分析。若處理資料越過門檻範圍，就會發送指令至板222，其接著驅動各馬達(未呈現)垂直移動各柱塞軸，俾使侷限區218內的壓力容積改變。在一實例中，若處理資料顯示壓力位準低於預定門檻，則會調整侷限環之間的間隙來校正侷限區218內的壓力位準。

此處所論的詞彙「越過」(traverse)包括超過、低於、在範圍內等等。該詞「越過」的意義依門檻值/範圍的需求而定。舉例而言，在一實例中，若配方要求壓力值至少要為某一值，則若是壓力值已達或超過該門檻值/範圍，就會認定該處理資料已越過門檻值/範圍。舉例而言，在另一實例中，若配方要求壓力值要低於一值，則若是壓力值已低過該門檻值/範圍，該處理資料就已越過門檻值/範圍。

圖3呈現本發明一實施例之在頂板302上的直接驅動設備300之簡圖。直接驅動設備300包括一組柱塞設備(304、306、與308)以及電路板310，如印刷電路板(PCB,printed circuit board)。與先前技術不同，不需要額外的機械/電氣元件來控管侷限環內的壓力容積。由前述可知，直接驅動設備300為簡單且精巧的設備，比先前技術中的CAM環設備佔據頂板302上較少的物理空間。換言之，先前技術中CAM環設備所需的許多機械/電氣元件對直接驅動設備300皆為不必要且已刪除。舉例而言，直接驅動設備300不需要CAM環、皮帶、拉緊設備、或甚至第二塊電路板(如馬達驅動板)來執行控管侷限區內壓力的功能。由前述可知，雖然較佳實施例包括一塊電路板，但若想要，亦可使用不只一塊電路板來實施直接驅動設備。

透過刪除機械與電氣元件二者，頂板302上就有較多的物理空間可支援其他功能。除此之外，由於機械/電氣元件較少，所以要支援的配件就較少，藉而減少保養與元件成本。並且，由於機械/電氣配件較少，所以當執行調整時，就可提供較多的移動控制並產生較少震動，藉而對於壓力範圍的控制較佳並具較好的解析度。除此之外，由於機械元件較少，所以當機械元件彼此接觸以垂直(上與下)移動該組柱塞軸時，產生的微粒較少。因為微粒會汙染處理腔室中的基板，所以產生較少的微粒就可提供較清潔的生產環境。

圖4A、4B、4C、與4D呈現本發明實施例之柱塞設備400的不同視圖。圖4A呈現本發明一實施例之柱塞設備400的橫剖面圖。柱塞設備400包括馬達組件402與柱塞組件404。

如圖4B所示，在一實施例中，馬達組件402包括配置在馬達422上的編碼器420。在一實施例中，馬達422為2相步進馬達。與先前技術中的CAM環設備不同，馬達422為小許多的馬達。在先前技術的CAM環設備中，需要較大型馬達(如5相步進馬達)來支援各個柱塞與CAM環組件。然而，在直接驅動設備中，各柱塞設備與其本身的馬達相聯；因此，因為馬達需要支援的元件較少，所以馬達為較小型馬達。雖然馬達小，但是在一實施例中，馬達能夠升起/支撐住大於該組侷限環二倍的重量。因此，若在機械手臂正要放置基板至處理腔室中或移開處理腔室中的基板時損失電力，該組侷限環就不會意外地掉到基板以及/或是機械手臂上，藉而損害基板以及/機械手臂。

在一實施例中，編碼器420係用以記錄柱塞軸的設定位置值。設定位置值係傳遞至電路板，其接著遞送資料給控制模組。當侷限區內的壓力位準落在預定的門檻範圍外時，會儲存並使用該設定位置值來計算柱塞軸新的設定位置值。

馬達軸424連接編碼器420與馬達422。如圖4C所示，馬達軸424從馬達組件延伸至柱塞組件404的上半部。圖4C呈現本發明一實施例之柱塞組件404主體的橫剖面圖。柱塞組件404主體為位在頂板408之上的柱塞組件404的一部分。

柱塞組件404包括機殼430。機殼430內為聯結器432，其用以在一端連接馬達軸424並在相對的另一端連接柱塞軸434。在聯結器432正下方的是旗標436。在一實施例中，旗標436環繞部分的柱塞軸434，並透過一組螺絲(未呈現)與柱塞軸434連結。透過直接連結旗標436在柱塞軸434上，旗標436係在相對柱塞軸的固定位置上。換言之，旗標436隨著柱塞軸434移動。

柱塞組件404亦包括第一感測器438(又稱為起站感測器)與第二感測器440(又稱為遠端感測器)。當柱塞軸434係用來調整圍住電漿的侷限環時，感測器(438與440)之間的最大間隔提供柱塞軸434可垂直移動(上/下)的最大距離。在一實施例中，感測器(438與440)之間的最大間隔可藉由手動轉動設定螺絲(如螺絲422a與螺絲422b)來調整。在一實施例中，設定螺絲係用以設定感測器在固定位置上。

在另一實施例中，感測器(438與440)係連結在固定的塊體上，其中第二感測器440位在固定位置上，而第一感測器438的位置則可調整。換言之，並不需調整二個設定螺絲來調整感測器之間的間隔，而僅需調整螺絲422a(與第一感測器438相關)。

在一實施例中，旗標436係用以在二個感測器(438與440)之間行進。在基板處理前，藉由柱塞軸434向上直到旗標436截斷第一感測器438的光束來設定旗標436在起站位置上。關於初始化與校準的進一步論述係提供在後續論述中。

雖然旗標436係用以行進於二感測器之間的距離，但在一實施例中，若旗標436截斷第二感測器440的光束，就會發送警告。換言之，第二感測器440係設定在一位置上，以致若旗標436截斷第二感測器440的光束，則侷限環的區內生產環境就處於基板處理無法接受的受壓位準。

在一實施例中，柱塞組件404亦包括尖端部分，如圖4D所示。尖端部分位在頂板408的頂部表面之下。柱塞組件404的尖端部份亦包括聯結至柱塞軸434的軸端接合器480。軸端接合器480包括環形接合器482，用以鎖在該組侷限環484上，使該組侷限環484能在柱塞軸434垂直移動(上/下)時移動。

熟悉本技術者知悉頂板408之上的區域係在大氣環境中，而頂板408之下的區域係在真空環境中。要使真空環境密封而與大氣環境隔絕，會使用襯套元件486與一組密封件474(如四方密封件(quad seals)、O型環(o-rings)等等)來密封二個環境之間的壓差。在一實施例中，襯套元件486亦在柱塞軸434垂直移動(上/下)時用以引導柱塞軸434。換言之，襯套元件486保持柱塞軸434直立(即防止搖晃)的作用使下列可能性最低：該組侷限環晃動與產生不受控制的基板處理環境以及產生微粒。

圖5呈現本發明一實施例之電路板(PCB 500)的簡單功能圖。在一實施例中，PCB 500為3軸步進驅動板。與先前技術中的CAM環設備不同，因為較小型馬達僅需來自PCB 500的較少電力就可驅動柱塞軸，所以只需單一電路板(如印刷電路板)就可控制全部三台步進馬達。由前述可知，雖然較佳實施例僅包括單一電路板，然而可使用不只一塊電路板來實施直接驅動設備。

在一實施例中，PCB 500包括控制模組連接器522，其使PCB 500能夠與控制模組520連通。在一實施例中，控制模組520包括使用者介面運算模組(如集束型製程設備控制器)與包括具有網路電話(VOIP,Voice Over Internet Protocol)板之製程模組控制器。使用者介面運算模組係用以輸入配方，而製程模組控制器係在壓力位準已越過預定門檻範圍時用以執行比較並決定柱塞設備新的設定位置值。

在一實施例中，PCB 500係用以從控制模組520接收一組指令。在一實例中，在基板處理期間，若壓力位準落在預定門檻範圍外，控制模組520就會發送一組指令至PCB 500，以移動柱塞設備來調整侷限區內的壓力位準。該組指令包括用以移動柱塞設備至新設定位置值的步階與方向信號。

在一實施例中，PCB 500包括一組柱塞設備連接器(如連接器524、526、與528)。該組柱塞設備連接器使PCB 500能直接與一組柱塞設備(504、506、與508)連通。與先前技術中的CAM環設備不同，PCB 500不會傳遞該組指令至另一電路板(如馬達驅動板)。反之，PCB 500係用以透過一組柱塞設備連接器(524、526、與528)直接發送該組指令至該組柱塞設備(504、506、與508)。由前述可知，連接器數量依柱塞設備的數量而定。

在一實施例中，PCB 500係用以從該組柱塞設備接收製程資料。如先前於圖4A-D所述，各柱塞設備包括編碼器。在一實施例中，各柱塞設備的設定位置值係藉由各編碼器記錄並遞送至PCB 500。接著會遞送各柱塞設備的設定位置值至控制模組520。當判定侷限區內的壓力位準在預定門檻範圍外時，控制模組520使用設定位置值來計算各柱塞設備新的設定位置值。

在一實施例中，PCB 500亦用以提供電力給該組柱塞設備。PCB 500包括一組開關510，用以開啟及關閉各柱塞設備的馬達電力。

在一實施例中，PCB 500亦包括一組校準按鈕514。該組校準按鈕514係在最先初始化電漿處理系統時或在已保養過電漿處理系統後，用以校準該組柱塞設備。關於校準的論述係提供於後續圖式中。

在一實施例中，PCB 500亦包括視覺顯示器512(如LCD顯示器)。視覺顯示器512係用以顯示關於柱塞設備的資料。在一實例中，視覺顯示器512顯示各柱塞設備的目前設定位置值、柱塞設備的設定位置值之間的最大差異、相對感測器的旗標位置、各柱塞設備所用的電量等等。

在一實施例中，視覺顯示器512亦用以顯示警報。在一實例中，若所用的電量高於預定門檻值，就會顯示警告，藉而提供技師有關潛在問題的視覺通知。在另一實例中，若柱塞設備之一的旗標截斷第二感測器的光束，就會顯示警告以通知技師潛在問題。

圖6呈現本發明一實施例之直接驅動環境的邏輯圖。直接驅動環境包括板604(如印刷電路板)。如先前所述，板604係與控制模組602及一組柱塞設備(620、630、與640)連通。

在一實施例中，板604與控制模組602及該組柱塞設備(620、630、與640)具有雙向關係。在一實例中，板604係用以從控制模組602接收一組指令，並用以送回處理資料給控制模組602。在另一實例中，板604係用以發送一組指令給該組柱塞設備(620、630、與640)，並從該組柱塞設備(620、630、與640)接收處理資料。

在一實施例中，板604包括起站位置監控模組654。換言之，板604係用以在已校準過各柱塞設備後驗證各柱塞設備的起站位置。在一實施例中，校準方法如圖7所描繪。

在第一步驟702，切換馬達至關閉位置。在一實施例中，3軸步進板包括用以控制各柱塞設備的馬達開關。藉由設定各開關為關閉位置，就可關閉各柱塞設備的馬達。

在下一步驟704，設定該組侷限環為初始高度。一旦關閉馬達，就可手動設定該組侷限環的初始高度。在一實施例中，頂板的底部表面與該組侷限環的頂部表面之間的期望間隔可藉由使用塊規(gauge block)來設定。塊規的厚度依期望的初始高度而定。

要移動該組侷限環至初始高度，就要調整馬達軸。藉由移動馬達軸，柱塞軸就會以垂直方向移動(上/下)。因為柱塞軸係鉤在頂部侷限環上，所以該組侷限環亦會移動。在一實施例中，手動轉動位在編碼器之上並圍住馬達軸的軸旋紐(如圖4B的旋紐426)來手動調整馬達軸直到達到該組侷限環的期望高度。在另一實施例中，按下位在電路板(3軸步進板)上的一組校準按鈕來達到期望高度。對全部三台柱塞設備執行此步驟。

在下一步驟706，校準感測器。如先前所述，感測器包括第一感測器與第二感測器。在執行基板處理之前，設定柱塞位置在起站位置。在一實施例中，要設定起站位置，就要轉動馬達軸直到各柱塞設備的旗標截斷第一感測器的光束。對全部三台柱塞設備執行此步驟。

一旦已完成校準，就可移開塊規，並在下一步驟708，再將馬達開啟。在一實例中，設定與馬達相關的開關(位在電路板上)為開啟位置，藉而使電力流向馬達。

一旦已校準過柱塞設備，就可移動柱塞軸至起站位置。在下一步驟710，各編碼器(如編碼器626、636、與646)係用以記錄各柱塞設備的初始設定位置值。若柱塞設備的設定位置值之間的差異越過一組門檻(例如零)，就需要再次校準感測器。

在下一步驟712，直接驅動設備已準備好要進行基板處理。在一實施例中，一旦已驗證過各柱塞設備的設定位置值，就會沿著路徑606發送各設定位置值至控制模組602。當侷限區內的壓力位準在門檻範圍外且必須調整柱塞設備時，就會在演算法中使用該設定位置值以決定新的設定位置值。此外或另外，各柱塞設備的設定位置值亦顯示在LCD顯示器660上。

如圖7所論的校準方法會在各式情況中發生。在一實例中，當設定一個新的電漿處理系統時或在已保養過電漿處理系統後會發生校準。舉例而言，在已更新過柱塞設備的元件部分後會發生校準。在另一實例中，在已更新過侷限環時亦會發生校準。由前述可知，除非更新以及/或是保養會影響頂板與該組侷限環之間間隔的元件，否則通常不需要校準。

回頭參照圖6，板604亦包括編碼器控制模組650，其用以監控各柱塞設備的設定位置值。在一實施例中，編碼器(如編碼器626、636、與646)會捕捉各柱塞設備的設定位置值。設定位置值會送至板604中分析。若設定位置值的最大差異越過預定的設定門檻值，就發送警告至控制模組602；並且，停下全部三台馬達以避免損害。在一實施例中，設定位置值與最大差異亦透過路徑606送至控制模組602，並且/或是亦顯示在LCD顯示器660上。

另外，板604包括電力監控模組652，其用以監控流至各柱塞設備的馬達之電流。在一實施例中，為易於監控，會顯示電流在LCD顯示器660上。若電流超過門檻值，就會沿著路徑608發送警告至控制模組602。並且，若超過電流設定門檻值，就會停下全部三台柱塞設備的馬達以避免損害。

在一實施例中，板604亦包括第二感測器監控模組656，其用以監控各柱塞設備的第二感測器。若旗標截斷第二感測器(如感測器628、638、與648)的光束，板604係用以停下全部三台馬達。與其他步驟相似，警告亦會顯示在LCD顯示器660上並沿著路徑612送至控制模組602。

在另一實施例中，板604亦包括執行模組658，其用以命令各柱塞設備的馬達移動至新的設定位置值。舉例而言，考量侷限區內的壓力高於設定門檻之情況。控制模組602會發送一組指令至板604，以移動各柱塞設備至新的設定位置值，俾可調整侷限區內的壓力位準。

在一實例中，包括步階信號與方向信號的該組指令會沿著路徑614發送。當接收到該組指令時，板604會隨即命令各柱塞設備(620、630、與640)的步進馬達(622、632、與642)依照控制模組602所提供的步階與方向信號來移動柱塞軸。在一實例中，會命令馬達以5步進脈衝向上移動柱塞軸。

圖8呈現本發明一實施例之簡單流程圖，描繪用以在基板處理期間控管直接驅動設備的控制策略。

在第一步驟802，設定各柱塞設備在起站位置。換言之，向上移動柱塞軸直到旗標截斷第一感測器的光束。一旦旗標截斷該光束，就認定該旗標在起站位置上。接著會發送起站位置至控制模組(如透過電路板的製程模組控制器)。

在下一步驟804開始基板處理。

在下一步驟806，移動該組侷限環至配方的初始設定位置值。通常在基板處理開始前，會輸入並儲存新的配方參數至使用者介面運算模組中。接著會遞送配方參數至製程模組控制器。製程模組控制器根據起始位址與配方執行演算法，以決定各柱塞設備新的設定位置值。一旦已算出新的設定位置值，就會發送一組指令(具步階與方向信號)至電路板。電路板接著傳遞信號給馬達，其接著會轉動馬達軸。馬達軸的轉動移動柱塞軸，藉而使該組侷限環移至初始設定位置值。

在下一步驟808，會在基板處理期間監控壓力位準。考慮到處理腔室內的狀況會造成壓力位準變動，使用如壓力計的感測器來監控侷限區內的壓力位準。關於侷限區內壓力位準的製程資料會送至控制模組中分析。

在下一步驟810，藉由調整該組侷限環來維持基板處理期間的壓力位準。若控制模組判定侷限區內的壓力位準在可接受的預定門檻範圍外，控制模組就會重新計算移動侷限環所需的設定位置值，俾可調整壓力位準重回到可接受的範圍內。新的設定位置值會發送至電路板。當接收到新的設定位置值時，電路板會隨即發送指令至各柱塞設備的馬達，以採特定方向及特定數量的步進脈衝來移動。

在下一步驟812，當已完成配方步驟時，把該組侷限環移回至起站位置。

由前述可知，本發明一個以上的實施例提供操控侷限環位置的一種直接驅動設備，俾能調整處理腔室環境內的壓力位準。藉由簡化設計，直接驅動設備佔據較少的物理空間，而仍可執行較複雜設備(如CAM環設備)的功能。由於機械/電氣配件較少，所以直接驅動設備較為可靠。此外，持有成本係最小。

雖然已採數個較佳實施例描述本發明，但仍有落在本發明範疇中的變化、置換、與均等者。雖然本文提供各式實例，但這些實例係意作為示範說明而非限定本發明。

並且，本文為求方便而提供標題與發明內容，其不應用以理解為本案申請專利範圍之範疇。另外，發明摘要係以高度簡要的形式寫成，並為求方便而提供，因而不應用以理解或限制整體發明，其係陳述於申請專利範圍中。若本文使用詞彙「組」，此等詞彙係欲具有其一般理解之數學意義，涵蓋零、一、或多於一。亦當注意有許多實施本發明方法與設備之替代方式。因而下列隨附申請專利範圍係欲解釋成包括落在本發明的真實精神與範疇中之所有此類變化、置換、與均等者。

100．．．CAM環設備

102．．．頂板

104．．．CAM環

106．．．皮帶

108．．．單步進馬達

110．．．馬達驅動板

112、114、120．．．柱塞

116、118．．．機械式自停裝置

122．．．光感測器

124．．．拉緊設備

126．．．CAM區

130．．．雙軸步進板

202．．．基板

204．．．下部電極

206．．．電漿

208．．．上部電極

210．．．侷限環

214、216．．．柱塞設備

218．．．侷限區

220．．．控制模組

222．．．板

300．．．直接驅動設備

302．．．頂板

304、306、308．．．柱塞設備

310．．．電路板

400．．．柱塞設備

402．．．馬達組件

404．．．柱塞組件

408．．．頂板

420．．．編碼器

422．．．馬達

422a、422b．．．螺絲

424．．．馬達軸

426．．．旋紐

430．．．機殼

432．．．聯結器

434．．．柱塞軸

436．．．旗標

438．．．第一感測器

440．．．第二感測器

474．．．密封件

480．．．軸端接合器

482．．．環形接合器

484．．．侷限環

486．．．襯套元件

500．．．印刷電路板(PCB,printed circuit board)

504、506、508．．．柱塞設備

510．．．開關

512．．．視覺顯示器

514．．．校準按鈕

520．．．控制模組

522．．．控制模組連接器

524、526、528．．．連接器

602．．．控制模組

604．．．板

606-614．．．路徑

620、630、640．．．柱塞設備

622、632、642．．．步進馬達

626、636、646．．．編碼器

628、638、648．．．感測器

650．．．編碼器控制模組

652．．．電力監控模組

654．．．起站位置監控模組

656．．．第二感測器監控模組

658．．．執行模組

660．．．LCD顯示器

702-712．．．步驟

802-812．．．步驟

在隨附圖式的圖中非限制性地藉由實例描繪本發明，且其中類似的參考數字表示相似的元件，其中：

圖1呈現在頂板上的CAM環設備之簡圖。

圖2呈現一實施例之處理腔室內的直接驅動設備之橫剖面簡圖。

圖3呈現本發明一實施例之頂板上的直接驅動設備之簡圖。

圖4A、4B、4C與4D呈現本發明實施例之柱塞設備的不同視圖。

圖5呈現本發明一實施例之印刷電路板(PCB,printed circuit board)的簡單功能圖。

圖6呈現本發明一實施例之直接驅動環境的邏輯圖。

圖7呈現一實施例之簡單流程圖，描繪直接驅動設備的校準方法。

圖8呈現本發明一實施例之簡單流程圖，描繪在基板處理期間控管直接驅動設備的控制策略。

202．．．基板

204．．．下部電極

206．．．電漿

208．．．上部電極

210．．．侷限環

214、216．．．柱塞設備

218．．．侷限區

220．．．控制模組

222．．．板

Claims (8)

1. 一種直接驅動設備，用以在基板處理期間控制一電漿處理系統的一處理腔室的一侷限區內的壓力容積，其中該侷限區為由一組侷限環所圍住的腔室容積，該直接驅動設備包含：一壓力感測器，至少用以在該基板處理期間蒐集有關該侷限區內的該壓力容積之壓力資料；數個柱塞組件，位於一柱塞設備內，該數個柱塞組件之各者係耦接至該組侷限環的一最上層環；一對感測器，定位於該柱塞設備上，該對感測器至少用以制定每一柱塞組件垂直移動的最大距離，其中該對感測器包括一起站感測器與一遠端感測器，其中該對感測器之間的間隔提供該柱塞組件可移動的該最大距離，且其中該對感測器之至少一感測器能夠被重新定位；數個馬達組件，設置在該處理腔室之頂板的上表面上，其中該數個馬達組件之各馬達組件包含：一馬達，其用以移動該數個柱塞組件之一柱塞組件；一編碼器，其用以記錄各柱塞組件的設定位置值；以及一馬達軸，其連接該馬達至該柱塞組件；數個聯結器，各直接連接至該數個馬達組件之一馬達組件及該數個柱塞組件之一柱塞組件；一組電路，其至少用以驅動該數個馬達組件以移動該數個柱塞組件來改變該侷限區內的該壓力容積，提供電力給該數個馬達組件以移動該數個柱塞組件，從該數個編碼器接收該數個設定位置值，以及將來自該數個編碼器之該數個設定位置值回饋到連接至該組電路的一控制模組，其中該控制模組係用以從該組電路接收該數個設定位置值，從該壓力感測器接收該壓力資料， 計算該數個柱塞組件的一組新設定位置值，以及發送作為一組指令的該組新設定位置值至該組電路，使得該控制模組配置成控制該數個馬達組件垂直移動該數個聯結器，以藉由垂直移動該組侷限環來改變該侷限區內的該壓力容積。
2. 如申請專利範圍第1項之直接驅動設備，其中該數個柱塞組件的各柱塞組件包括一柱塞本體，其部份地配置在該處理腔室的頂板的向上表面之上，以及一尖端部份，其部份地配置在該頂板的該向上表面之下。
3. 如申請專利範圍第2項之直接驅動設備，其中該柱塞本體包括一柱塞軸，其中該控制模組控制該柱塞軸至少用以移動該組侷限環，一聯結器，其至少用以直接連接該馬達軸至該柱塞軸，一旗標，其固定在該柱塞軸的上半部，其中當該旗標截斷該起站感測器的第一光束時，該柱塞軸係在起站位置上，其中當該旗標截斷該遠端感測器的第二光束時會啟動警告，以及一機殼元件，其至少用以罩住該柱塞軸、該聯結器、該對感測器、與該旗標。
4. 如申請專利範圍第3項之直接驅動設備，其中該尖端部份包括一軸端接合器，其連接至該柱塞軸，其中該軸端接合器包括至少用以連接至該組侷限環的一環形接合器，其中該控制模組用以在該柱塞軸垂直移動時，控制該組侷限環垂直移動，以及一襯套元件，其至少用以在該柱塞軸垂直移動時引導該柱塞軸。
5. 如申請專利範圍第4項之直接驅動設備，其中該組電路為一組 三軸步進板。
6. 如申請專利範圍第5項之直接驅動設備，其中該組電路包括一起站位置監控模組，其至少用以驗證該各柱塞組件的該柱塞軸之該起站位置，一編碼器監控模組，其至少用以監控該數個設定位置值，一電力監控模組，其至少用以監控流至該各馬達組件的該馬達之電流，以及第二感測器監控模組，其至少用以監控該各柱塞組件的該遠端感測器。
7. 如申請專利範圍第6項之直接驅動設備，其中該組電路包括一視覺顯示器，其中該視覺顯示器係至少用以顯示該數個設定位置值，該數個設定位置值之間的最大差異，電力使用情況，以及警報通知。
8. 如申請專利範圍第1項之直接驅動設備，其中該馬達為二相步進馬達。