专利名称：旋转磁控管的任意扫描路径的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料的溅射。特别地，本发明涉及在等离子体溅射靶的背部中的磁控 管的扫描路径的控制。
背景技术：
溅射(或称为物理汽相沉积(PVD))是在半导体集成电路的制造中沉积金属及相 关材料层的最流行方法。溅射的商用最重要形式是等离子体溅射，其在溅射靶的背部中使 用一磁控管以增加等离子体密度及增加溅射率。一典型磁控管包括一磁性的磁极，其围绕 相反极性的另一磁极。几乎固定宽度及形成一闭合回路的缝隙分离两磁极且设定一邻近该 靶的溅射面的闭合等离子体轨迹。磁控管溅射最初是用来沉积几乎平面且相对较厚层的一金属(例如铝)，之后蚀 刻成为一水平互连的图案。一用于此类型溅射的典型磁控管具有相对较大的肾形，其中紧 密相邻的磁极接近该图案的周边定位。磁控管自约靶的中心延伸以接近其可用的周边，且 绕靶中心旋转以产生靶的均勻溅射，且因此晶片上的溅射沉积。磁控管的大尺寸可产生相 当均勻的靶侵蚀及在晶片上沉积的溅射层的均勻厚度。然而，最近磁控管溅射已延伸至沉积薄、几乎保形层进入在介电层中形成的高纵 横比的孔，如用于垂直互连的通孔或用于电容式内存的沟渠。这些溅射层的实例包括一 (例如)钽及氮化钽的阻挡层，以防止金属的迁移进入位于下方的介电质或一铜种晶层内 以作为后续通过电化学电镀(ECP)填充进入通孔内的铜的电镀电极及成核层。溅射进入这 些深及窄孔部分依靠一大成分的溅射原子在邻近靶的高密度等离子体中离子化，其可通过 将靶功率集中至该靶的一小区域的小磁控管实现，因而产生高功率密度及对应的邻近高密 度等离子体区。已发现，在接近靶周边有效地扫描的小磁控管，可在整体晶片上产生几乎均 勻的溅射沉积，因为溅射离子当其从靶行进至晶片时会扩散朝向晶片的中心。然而，有时需要用一较小磁控管在靶上溅射一较宽带。Miller等人在美国专利第 6，852，202号中描述一种行星式磁控管(PMR)系统，其通过引用并入本文。在PMR系统中，一 内部臂绕靶中心旋转且一外部臂在内部臂的一末端处绕一枢转轴旋转；及具有一磁控管， 其设置在其偏离枢转轴的末端上。所述的PMR系统包括一行星齿轮机构，其具有一固定在 靶中心处的太阳齿轮且耦合至一在枢转轴上旋转的齿轮并且支撑第二臂。行星齿轮机构产 生一多叶片扫描图案，其中扫描图案的径向范围及叶片数目由两臂的长度及齿轮机构的齿 轮比建立。虽然此扫描图案在先进溅射应用中已颇有效，但叶片扫描图案可能并非最理想 之一，且需要改变扫描图案而不改变扫描机构的实体部分。
发明内容
一种控制两个马达的系统及方法造成一磁控管沿一溅射靶的背部上的几乎任意 路径的运动。一系统控制器周期性地传送命令至一运动控制器，其解译这些命令并因此驱 动两个马达。
依据本发明的一个方面，每个命令包括一命令单，其可假设若干可接受值之一以 及一可能未操作值。该系统控制器可再传送命令，其具有该命令单的相同值但改变该值用 于一新命令。当接收到一命令时，运动控制器不改变其对于马达的控制，除非该命令包括一 具有与先前接收命令不同的可接受值的命令单。依据本发明的另一方面，一磁控管扫描路径的多个扫描轮廓储存在运动控制器 中。一命令是选择储存轮廓之一的轮廓命令。当接收该轮廓命令时，运动控制器控制马达 以执行该选定轮廓。依据本发明的又一方面，该系统包括两个传感器，其当扫描机构的个别臂或其它 部件通过附近时可加以检测。一个命令是一动态归航(homing)命令。当接收该动态归航 命令时，运动控制器使得这些臂沿预选定路径运动及决定传感器是否在预期时间处检测这 些臂。若否，控制系统使该扫描机构再归航。
图1是一包括一用于周转磁控管扫描机构的马达控制系统的具体实施例的溅射 腔室的截面图。图2是一通用磁控管扫描机构的正投影视图。图3是图2的磁控管扫描机构的部分的截面图。图4是储液槽顶部壁的平面图，其上设置磁控管扫描机构且其包括用于与其关联 的光学传感器的安装孔。图5是依据本发明的马达控制电路的具体实施例的图式。图6是一用于磁控管扫描图案的复杂轮廓的平面图。图7是一说明跟随图6的轮廓的磁控管的角度及半径的图表。图8是用来解释一些命令的操作的扫描机构的模型的示意性平面图。图9是利用与本发明一致的一个命令协议操作扫描机构的一个方法的流程图。
具体实施例方式Miller等人(以下称为Miller)在2007年10月25日申请且通过引用并入本文 (尤其针对可用的详细机构与扫描图案)的美国专利申请第11/924，573号中描述一种两轴 周转磁控管扫描机构。依据Miller，图1中示意性示出的横截面中的溅射腔室10包括一公 知主腔室12，其大体上对称地围绕一中心轴14及通过一适配器20及一隔离器22支撑一靶 组件18。靶组件18可由欲溅射的材料构成或可包括一靶砖，其面对腔室主体12的内部空 间且接合至一在隔离室22上横向延伸的背板。溅射腔室10也包括一周转扫描致动器26，其位于靶组件18的背部并包括一内旋 转轴28及一管状外旋转轴30，其同轴且沿中心轴14围绕配置并延伸且可围绕其旋转。一 第一马达32借助一驱动齿轮34或如缠绕两个滑轮的一皮带的其它机械构件耦合至内旋转 轴28以旋转该内旋转轴28。一第二马达36通过另一驱动齿轮38或机械构件类似地耦合 至外旋转轴30，以与内旋转轴28的旋转独立地旋转外旋转轴30。旋转轴28、30耦合至一 周转机构40，其通过一安装座44支撑一磁控管42并依旋转轴28、30的旋转决定的几乎任 意图案在靶组件18的背部上扫描其。Miller周转机构40的主要具体实施例是行星齿轮系统，其与PMR机构不同处在于一太阳齿轮，其通过内旋转轴28旋转而非固定，如通过Miller 更详细描述，且下文将较少详述。磁控管42典型包括一磁性轭46，其沿中心轴14支撑及磁 性耦合一磁性的内磁极48及一相反磁性及围绕内磁极48的外磁极50。磁控管42及周转 机构40的大部分设置在一未说明的冷却储液槽中，其再循环冷冻地密封至靶背部或其背 板以维持靶组件18在一合理的低温。返回到主腔室12，一真空泵60通过一泵送口 62抽吸主腔室12的内部空间。一气 源64通过一质量流控制器66供应一溅射工作气体(例如氩)至腔室12。若需要反应性溅 射，还供应例如金属氮化物，反应性气体，例如实例中的氮。一晶片70或其它基板支撑在配置成与靶组件18相对的电极的基座72上。一夹 环74可用以保持晶片70至基座72或保护基座周边。然而，许多现代反应器用静电夹头来 保持晶片70靠向基座72。一支撑在适配器20上的静电接地遮蔽件76保护腔室壁及基座 72的侧面防止溅射沉积，且还作为等离子体放电的一阳极。工作气体通过一在夹环74或基 座72及遮蔽件76间的缝隙78进入主处理区域。其它遮蔽件配置可包括一电浮动次要遮 蔽件，其在主遮蔽件76内侧且打孔通过通过次要遮蔽件保护的主遮蔽件76的部分以促进 气流进入至处理区域内。一 DC电源供应功率80相对于接地遮蔽件76负偏压靶组件18，且造成氩工作气体 被激发并放电成为等离子体。磁控管42集中等离子体并在主腔室12内侧的磁控管42下 产生一高密度等离子体(HDP)区82。带正电荷氩离子被吸引至靶组件18，其具有足够能量 以从靶组件18溅射金属。经溅射的金属沉积晶片70表面上并加以涂布。优选地，为了溅 射沉积进入深及窄孔，一 RF电源84通过一电容式耦合电路86 (其作为一高通滤波器)连 接至基座电极72，以相对于等离子体在晶片70上产生一负DC自偏压。自偏压在更易于进 入高纵横比孔的垂直轨迹中朝向晶片70加速正金属离子或可能氩离子时有效。自偏压还 将高能量赋予离子，其可经控制以区分晶片70上的溅射沉积及晶片70的溅射蚀刻。基于 计算机的系统控制器88依据通过插入其中诸如CDR0M的可记录介质或等效通信接线输入 到系统控制器88的所需溅射条件及扫描图案来控制用于磁控管马达32、36的真空泵60、氩 质量流控制器66，电源80、84及驱动电路。周转扫描致动器26及附接磁控管42的更实际版本并入图2的正投影视图中所说 明的机构，在其内称为通用磁控管运动(UMM)机构100。UMM机构100支撑于一凸缘102上， 其支撑在冷却储液槽上及密封至其一顶部壁。一支撑在储液槽外侧的凸缘102上的人字起 重杆104支撑一垂直致动器106，其能垂直地移动一可旋转地支撑旋转轴28、30及通过肋状 带108、110耦合至其的马达32、36的滑件。图3的横截面侧视图说明在靶组件18背部中通过一储液槽侧壁116及一其上支 撑致动器凸缘102的储液槽顶部壁118所形成的冷却储液槽114。一水密齿轮箱120及其 配重122固定至储液槽114内侧的外旋转轴30的下端。一太阳齿轮124固定在壳体120 内侧的内旋转轴28的下端，但还在两组轴承间获得。一从动齿轮126在齿轮箱120内的另 两组轴承间可旋转地支撑并通过一未说明的惰轮耦合至太阳齿轮124。从动齿轮126的一 轴128穿过在齿轮箱120底部上的旋转密封件，且固定至一磁铁臂130使得磁铁臂130借 助从动齿轮126旋转。磁控管42及其配重132固定至磁铁臂130的相反端。齿轮箱120 充当一内部臂且磁铁臂130充当一外部臂，其结合太阳齿轮及从动齿轮124、126充当行星齿轮机构。两分开控制旋转轴28、30允许磁控管42依几乎任意图案扫描。然而，此广泛控制需要两马达32、36密切地一起控制。即对于许多更复杂的扫描图案，一个马达的旋转必须 与另一马达密切地同步化。若旋转轴28、30的定时开始偏离，例如若肋状带108、110之一 滑动，扫描图案迅速变质。具有两旋转轴28、30的独立控制的另一问题需要建立及保持其相对旋转相位。依 循Miller的设计(如图4的平面图中说明)，顶部储液槽壁118包括一中心孔134，围绕该 中心孔密封致动器凸缘102，且旋转轴28、30穿透进入储液槽114内。顶部储液槽壁118还 包括一第一传感器孔136，其自中心轴14偏离用于一齿轮箱传感器；及一第二孔138，其在 一离中心轴14的不同半径处用于一磁铁臂传感器。在此设计中，传感器孔136、138位于相 对于中心轴14以两个不同半径隔开15°。插入传感器孔136、138的传感器致能建立一归 航功能，而后监控两行星臂的旋转状态。传感器视需要感应图3中所示的分别设置在配重 122及132顶部上的反射器140、142，其相对于齿轮箱120及磁铁臂130分别地倾斜固定。一旦两臂已返回，其旋转的定时或相对相位需待维持。在一用于改进同步的具体 实施例中，基于计算机的运动控制器150(在图1中显示)插入系统控制器88及驱动旋转 轴28,30的马达32,36间。例如，DeviceNet (Dnet)通信链路152自系统控制器88传送命 令至运动控制器150。Dnet通信系统是公知的工业计算机化控制系统，其演示高可靠性及 耐用性。运动控制器150继而通过一通信链路158控制两马达驱动装置154、156，例如基于 公知的包括一两线总线的Mechatrolink控制协议，其在主/从同步模式中操作，具有4Mbps 及以上的波特率用于17或32字节的字符串，及8ms及以下的循环时间。进一步细节可在 网站www. mechatrolin. org查到。依据Mechatrolink协议操作的运动控制器可因此更快 速地操作及具有比系统控制器118的轮询更多的规律性。一般而言，运动控制器150将不 同组运动控制信号传送至两马达驱动装置154、156，其分别地指示两马达32、36的所需运 动。马达驱动装置154、156用在马达32、36的旋转间所需相位分别地驱动两马达32、36。系统控制器88在其控制下通过传输目前控制设定至个别组件来顺序轮询各种组 件。轮询周期是在一秒或有时较少的量级，其未满足两马达驱动装置154、156的直接Dnet 控制。而是，运动控制器150接收目前Dnet控制设定、解译及因此执行马达驱动装置154、 156的快速及几乎持续控制。一马达控制电路160在图5的示意图中更详细显示。运动控制器150(其可为一 Yaskawa MP2300)借助一 24VDC供应来供电且通过net通信链路152与系统控制器58通信。 每个马达驱动装置154、156 (其可为一个别YaskawaSGDS-08A12A)通过一 Mechatrolink通 信链路158与运动控制器150通信。马达驱动装置154、156的每一个自马达32、36所需的 208VAC供应且还从传感器所需的24VDC供应供电。用于磁铁臂130的马达驱动装置154通过 一驱动接线162驱动相关马达32 (其在此具体实施例中是伺服马达)，并且通过一反馈接线 164自伺服马达32的译码器接收一反馈信号。用于磁铁臂130的马达32在软件解释中将称 作M2马达。臂马达驱动装置154还通过一检测接线168从一传感器166接收检测信号。传 感器166可为一光学传感器，例如Qmr0nE3T-SR 21,其兼发射一光束且从与磁铁臂130关联的 反射器142接收反射光以建立磁铁臂130的一位置。同样地，用于齿轮箱120的马达驱动装 置156通过一驱动接线170驱动相关马达36 (也为一伺服马达)，并通过一反馈接线172自伺服马达36的译码器接收一反馈信号。用于齿轮箱120的马达36将称作Ml。齿轮箱马达 驱动装置156还通过一来自如先前描述光学传感器的传感器174的检测接线176，从与齿轮 箱120关联的反射器140接收一检测到反射束，以建定齿轮箱120的一角位置。通过图5的控制电路160控制扫描路径的一模式包括一旦关联臂已用其间的所需 相位定位时，指示马达32、36的每一个以各自的旋转率旋转。例如，若臂马达32指示静止， 而齿轮箱马达36依一设定旋转率旋转，所得扫描路径来自先前描述具有一固定太阳齿轮 的PMR扫描系统。在另一实例中，若臂及齿轮箱马达32、36被指示在相同方向依相同速率 旋转，磁控管沿一绕着靶中心14的环形路径，其中半径借助两臂间的初始相位决定。这些简单图案可使用中间运动控制器150而易于实现。然而，Dnet控制器58的 相对较慢循环时间产生更复杂扫描图案的困难。例如，在图6中说明的一扫描图案170包 括一接近靶周边绕着靶中心14的大体上环形扫描，及自靶中心14偏移的两个更小、稍微环 形扫描，所有皆待在数秒执行。一类似扫描图案在图7的图表中描绘，其中踪迹182标绘角 位置(依磁控管的中心的度)成为时间的函数，且踪迹184依0. 1英寸(2. 54mm)的单位标 绘其径向位置。角踪迹182显示一轮廓的点。半径踪迹182 (虽然说明为连续)包括对应 轮廓点。当旋转率在60rpm的典型范围中时，此复杂扫描图案需要比由Dnet通信协议提供 的图案化更密切控制。在本发明的一具体实施例中，系统控制器88在一较粗的时间标度上周期性地轮 询运动控制器150，而运动控制器150更紧密及迅速许多地控制马达驱动装置154、156。轮 询可包括对于运动控制器150及其讯问两者的命令以决定与其关联的组件的状态。用于从 系统控制器88传送至运动控制器150的命令的命令格式的实例呈现在表1中。命令由各 7位的8字节组成。 表10字节的两位表示命令单。命令单容纳系统控制器88间的相对较不频繁轮询间 及马达驱动装置154、156的更快速及较紧密控制间的差异，其考虑轮询包括最近命令，即使该命令已被执行。命令码可假设四值00、01、10、11任一者。00命令单是一 NOP，即欲忽 视。系统控制器88及运动控制器150两者保持追踪最近已被传送的命令的序列。各轮询周 期中的系统控制器88传送一命令。若该命令与最后轮询周期中相同，则命令单保持相同。 若命令从最后轮询周期改变，系统控制器88将命令单改变成一在作用值01、10、11中的新 值。命令单值不一定需要通过三个允许值规律性地循环。即，11的先前命令单后的01或 11的命令单将会被解译为一欲处理的新命令单。反之，当运动控制器150接收具有与最后 接收命令单相同值的命令单的命令时，其基本上被忽视，因为该命令曾被处理。6位命令码指示运动控制器150执行许多操作之一，其若干后续将描述。一作用ENABLE位开启Ml及M2两伺服驱动装置。当无须驱动接合(如当更换零件 时或当一硬件内锁指示一操作问题时)时，ENABLE应转成停用。一作用HARD STOP位动作 为一 ΕΜ0，即尽可能迅速地停止操作。马达以其最大减速度停止。HARD STOP置换ENABLE。命令含有4字节的命令数据，其格式取决于该命令。命令协议中有2字节的备用 格式等待该协议的进一步发展。命令码的一初始及范例性设定呈现在表2中。虽然命令码由六位定义，表列的16 命令码依十六进制编号并且仅需要四位。
表2“0”至“9”命令码指示欲采取的动作，而“A”至“F”命令码设定系数或取得信息。“0”命令码指示NOP，即欲忽视。“ 1 ”命令码指示HOME命令以建立用于两马达32、36且因此磁铁臂及齿轮箱的角位 置，连同传感器166、174及其相关反射器140、142的使用的初始条件。此命令可在持续生 产操作前发出。归航程序的一说明性实例在图8的示意性平面图中的3点钟位置处说明， 其中一内部臂190绕靶组件18的中心轴14旋转，且一外部臂192绕靠近内部臂190远端 的一枢转轴194旋转且支撑靠近外部臂192的远端的未说明磁控管。内部臂190对应于齿 轮箱120，外部臂192对应于磁铁板130，且枢转轴194对应于从动齿轮126轴的轴心。传 感器166、174在可旋转臂190、192上定位。内部传感器174将触发外旋转轴30的每一旋 转。即使臂190、192的位置不清楚，目的是将其定位在其个别传感器174、166之下以初始 化其位置。外部传感器166将触发内旋转轴28的每一旋转，但仅当两臂190、192对准时。 附图假设该归航位置其中于其归航位置中的臂190、192与外部臂192的最大范围平行，且 不包括图2至图4的行星齿轮机构的复杂性，即传感器166、174未沿一单一半径配置及关 联这些臂190、192的这些反射器140、142可位于不同角位置处，例如在横跨中心轴14与形 成行星齿轮系统的臂170、172相反的配重上。例如，此意即一旦内部臂190已初始化，其旋 转165°以允许外部臂192的初始化。归航程序首先以运动控制器150开始，其指示齿轮箱马达36旋转内部臂190直至 内部传感器174指示其位于下方的位置。传感器检测还可缓慢以致其需要程序借助内部臂 190横跨内部传感器174位置的其后向后与向前运动以找寻内部归航位置，直至建立一内 部归航位置。接着，当内部臂停在其归航位置中时，运动控制器指示臂马达32旋转外部臂 192直至外部传感器166指示其位于下方位置。再次，可能需要寻找外部归航位置。结果是 两臂190、192的所说明归航位置，所有后续运动都参考该位置。“2”命令码指示ROTATE命令，其指示两马达32、36在相同方向中依相同率旋转。 对于一行星齿轮系统，相等旋转意即两臂190、192平行旋转，以致(如图8的12点钟位置 中所说明)两臂190、192保持对准。若发出ROTATE命令而臂190、192异相(即未对准)， 后续同步旋转维持其后旋转期间臂190、192间的相位。“3”命令码指示一 STOP命令，其停止马达32、36旋转(若其的确在运动中)。“4”命令码指示一 MOVE M2命令，其造成马达32相对于齿轮箱120的角位置移动 外部臂130至在命令的数据域中特定的相位角。例如，若一 MOVE M2命令在这些臂已定位 在图7的12点位置中以致外部臂182将会在逆行运动中移动至一相对于内部臂190的新 角位置后发出，一所得定位显示于9点钟位置，其中外部臂192现垂直于内部臂190，其远程 适当地支撑磁控管在靶组件18的周边内侧。
“5”命令码指示一 PROFILE命令，其大幅地促进用一相对较慢的系统控制器88控 制复杂扫描图案。图6的扫描图案170可分解成一些在相邻轮廓点192间连接的区段190。 PROFILE命令基本上允许运动控制器150基于轮廓点192咨询一局部储存的轮廓以指示马 达32、36造成磁控管沿所需轮廓170扫描。多轮廓可在运动控制器150中预加载。数据命令中的命令数据的两字节可用来选 择所储存轮廓中哪一个欲被使用。多出的二字节命令数据可用来指示一轮廓因子，其表示 该轮廓的总执行时间，例如以毫秒为单位。轮廓可依各种形式储存在运动控制器150的内存中。然而，在表3中说明用于一 类似于图6与图7的扫描图案的合宜格式包括时间的一系列(除了第一项目)成对值(例 如以秒列举)及外部臂182相对于内部臂190的相位角。其它扫描图案也储存在运动控制 器150中。 表 3表中的第一项目指示在表中依循的位置数据的数目。在表的其余部分中，第一栏指示具有1秒的总经过时间的时间(例如以秒为单位)，其中项目间具有2. 5ms的固定时间差，且第二栏指示一介于外部臂及内部臂间的相位角，例如以毫度为单位。该表可延伸用于 更长扫描时间，例如典型4秒。所指图案控制磁控管在改变至一更复杂图案前，于靠近靶周 边的大体上环形图案中首先扫描，其随着另一外部环形扫描结束。运动控制器150依据包括在PROFILE命令的数据域中的轮廓因子正规化所储存轨 迹的1秒周期。外部臂182的旋转由PROFILE命令参考的内部臂190的旋转率可由前一 ROTATE命令设定。运动控制器150可从轮廓表执行计算以决定外部臂192的马达需要以何 速率旋转以将磁控管从轮廓表中的先前位置移动至下一位置。由ROTATE命令设定的旋转 率决定用于由PROFILE命令设定的扫描图案的时间长度。可计算在选定轮廓的二个或以上 相邻点间的更复杂路径。明显不同的多轮廓可预加载至运动控制器150内以待由系统控制 器88选择。用于依据一储存轮廓扫描磁控管的制程在图9的流程图中说明。在步骤200中， HOME命令造成两马达及其相关臂归航至其归航位置。该归航位置无须对应于臂的最大范 围，只要已知其位置。在步骤202中，ROTATE命令造成两马达及因此其臂在行星齿轮机构的 情况下依相同率(例如60Hz)旋转，因此产生磁控管绕中心轴的环形扫描。在步骤204中， MOVE M2命令指示外部臂将磁控管移动至促进等离子体的点燃的一位置，(例如)靠近在靶 周边处的腔室壁。一旦系统控制器118已造成等离子体被点燃及已改变靶功率至所需位准 开始溅射，在步骤206中，一 MOVE M2命令指示外部臂移动至一初始位置。在步骤208中，一 PROFILE命令依据一指定扫描路径指示磁控管的运动实现一指定长度的时间。在PROFILE 步骤208完成时，系统控制器88造成等离子体熄灭以致溅射停止及控制返回ROTATE步骤 202。在此周期期间，依据该轮廓处理的晶片从腔室移走及用一新晶片替换。大体上，若磁 控管在轮廓的结束处返回至与在该轮廓的开始处相同的径向位置，即在这些臂间的相同相 位如轮廓表的第二栏所特定，则溅射均勻性改进。需求(例如)图6或图7的扫描图案化由PROFILE命令触发且不参考靶组件18上 的一设定角位置，以致开始方位角被随机化。图7的踪迹182、184可在等于零的时间处参 考一初始角位置及在从在该时间发生的实际角改变。典型地，晶片的处理期间的方位角并 不重要，只要实现适当的平均，但需求靶溅射在方位角方面平均以防止局部过度溅射，(例 如)若其对于各晶片重复，则在所说明轨迹的区域间。“6”命令码指示CONFIRM HOME命令，其与HOME命令稍微类似但实时执行，即当这 些臂以操作率旋转以决定同步未因为带滑移或其它原因在马达间失去。实时操作比归航操 作更快，例如2或3秒相对于HOME命令的1分钟，及还指示是否有一关于失去原始归航位 置的问题。CONFIRM HOME命令的操作假设这些马达及臂依据ROTATE命令同步地旋转。M2马 达32被指示以移动磁铁臂130至一其中其反射器142在相关传感器166下通过的位置。 磁铁臂传感器166应基于先前归航操作以少数度的旋转位置每一旋转触发一次。若其确如 此，在先前HOME命令中校准的状态有效。若否，一警报被标记且需要故障检修。磁铁臂传 感器166应同样地每一旋转触发一次。若否，一警报被标记且一 HOEM命令发出以使马达驱 动装置154、156再归航。若归航针对两持续旋转确认，磁铁臂130返回其原始位置且旋转 持续直至有另行指示。
“7”命令码指示SPIN M2命令，其允许磁铁臂130以与齿轮箱120不同的速率与 甚至方向旋转，即异步地旋转。其数据的四字节特定用于磁铁臂130的M2马达32的速率。 速率数据带正负号且负值指示相对于齿轮箱120的反转或逆行旋转。“8”命令码指示STOP SPIN M2命令，其停止产生自SPIN M2命令的磁铁臂130的 异步旋转。反而是M2马达32被指示旋转或至少使磁铁臂13与齿轮箱120同步，即依据任 何先前发出的ROTATE命令。两运动间的相位由包括在STOP SPIN M2命令中的角度数据指 示。“9”命令码指示MOVE Ml命令，其指示Ml马达36旋转或移动齿轮箱至由MOVE Ml 命令的数据指示的位置。此为一静态操作。另一状态(M2马达36)的操作无关。“A”命令码指示CLEAR ALARM码，其指示运动控制器150清除任何先前发出的警报 标记及返回正常操作。“B”命令码指示SET ROTATE ACCEL，其依据其所包括的数据设定用于两马达的 ROTATE加速度。此命令应在传送任何ROTATE命令前传送及之后保持其有效。“C”及“D”命令码分别指示一 SET MOVE M2 ACCEL命令及一 SETM0VE M2命令，其 设定在MOVE M2命令中应用的加速度及速率以移动磁铁臂130至一在后续命令中特定的位置。同样地，“E”命令码指示SET SPIN M2，其设定用于指示磁铁臂130的异步旋转率 的SPIN M2命令的加速度。“F”命令码指示GET命令，其中系统控制器88询问运动控制器150有关在GET命 令的数据域中特定的一件数据的值。该数据可为运动控制器150的识别、警报状态、或在马 达上赋予的控制参数的目前值。即使运动控制器150允许复杂扫描图案及伺服马达的快速控制，其还允许执行公 知扫描，其中伺服马达被指示以依特定速率旋转实现相对较长时间周期，其可由系统控制 器88单独处置。Dnet通信链路152是双向的，以致运动控制器150不仅接收命令而且传送响应至 系统控制器88。响应可在已接收一命令以通知系统控制器88所命令动作已完成或可能其 失败时自动地回复，且伴随数据可确认所需操作参数。CONFIRM HOME命令尤其预期一回应。 一回应可包括一警报错误标记。该响应可跟随其中所请求数据被回复至系统控制器88的 GET命令。—响应格式类似于表1的命令格式，但可在一些响应类型中更长以容纳传送给系 统控制器88的二件或以上的数据。该回应较佳包括先前所述命令单。可将本发明应用于要求单独控制二个或以上马达以使几乎任意扫描图案有效的 其它类型的扫描机构，尤其是若马达需要异步操作时。这些马达可为除了伺服马达以外的 类型。通信链路不限于所述类型，而是当对于马达的通信链路操作比对于主控制器的链路 明显更快速时，本发明提供明显的优点。本发明因此允许磁控管依复杂图案中被扫描而无须系统控制器的明显升级或甚 至修改。本发明还提供一有效率程序，用于确认马达磁控管的归航条件而无须影响系统的产量。
权利要求
一种控制机构，其用于控制在溅射腔室中的磁控管的运动，该溅射腔室具有扫描机构，其用于允许该磁控管绕着中心轴的方位角及径向运动，该控制机构包含两个马达，其机械地耦合至该扫描机构；及运动控制器，其通过轮询通信链路连接至系统控制器并接收命令用于该磁控管的扫描路径，且分离地控制所述两个马达的旋转速率及其间的旋转相位。
2.如权利要求1所述的控制机构，该控制机构还包含两个驱动电路，其在该运动控制 器与这些马达的各个马达间连接。
3.如权利要求2所述的控制机构，其中这些马达是伺服马达，且这些驱动电路从各个 马达接收译码器信号。
4.如权利要求1至3中任一所述的控制机构，其中该运动控制器包括一内存，其记录有用于该扫描路径的多个扫描轮廓；其中从该系统控制器传送的轮廓命令选择一扫描轮廓；及其中该运动控制器依据该选择的轮廓控制该旋转速率及该旋转相位。
5.如权利要求4所述的控制机构，其中该扫描轮廓包括多个成对的时间及该旋转相位。
6.如权利要求1至3中任一所述的控制机构，其中这些命令包括一命令单，并且其中该 运动控制器储存成为在第一命令中接收的该命令单的第一值且仅当其命令单的一值是除 了该第一值以外的可接受值时执行紧接其后的命令。
7.如权利要求1至3中任一所述的控制机构，其还包含第一臂，其可绕一中心轴旋转；第二臂，其可绕一在偏离该中心轴的该第一臂上的枢转轴旋转，并支撑该磁控管在偏 离该枢转轴的一点处；两个传感器，其分别地布置以检测该两臂的出现； 其中这些命令包括一动态归航命令；及其中该运动控制器响应于该动态归航命令处理来自所述两个传感器的信号，而这些臂 在运动中以决定这些臂是否在预定时间于预定位置处。
8.如权利要求7所述的控制机构，其中这些传感器布置在离该中心轴的两个不同半径处。
9.如权利要求8所述的控制机构，其中这些传感器是光学传感器，其每个传感器发射 一光束且检测光，且还包含反射器，其布置在该第一及第二臂上。
10.一种控制一两轴扫描机构的方法，其用于在一等离子体溅射腔室中邻近一靶旋转 的磁控管，该方法包含以下步骤周期性地传送命令至一运动控制器；及解译在该运动控制器中的这些命令以传送驱动信号到耦合至该扫描机构的两个马达， 以执行邻近该靶的该磁控管的扫描路径。
11.如权利要求10所述的方法，其还包含以下步骤 在该运动控制器中储存多个扫描轮廓之一，其中这些命令之一是一轮廓命令，其选择这些扫描轮廓之一，且该运动控制器传送该 驱动信号，其使得该扫描机构执行对应于该选定的扫描轮廓的该扫描路径。
12.如权利要求10和11中任一所述的方法，其中每个命令包括一命令单，其具有多个 操作值之一且其中该运动控制器仅当其命令单具有一不同于紧邻先前传送命令的操作值 时才解译该命令。
13.如权利要求10和11中任一所述的方法，其中这些命令之一是一动态归航命令且还 包含以下步骤当传送该动态归航命令时，该运动控制器询问感应该扫描机构的两部分的位置的两个 传感器，以决定这些部分是否于预选定时间在预选定位置处。
14.如权利要求13所述的方法，其中若这些部分未于该预选定时间在该预选定位置 处，则再归航该扫描机构。
全文摘要
一种用于控制两个马达(32、36)的控制系统及方法，其决定一磁控管(42)的方位角及圆周位置，该磁控管(42)绕着在其溅射靶(18)背部中的溅射腔室(10)的中心轴(14)旋转，且能例如用一行星齿轮机构具有几乎任意扫描路径。一系统控制器(88)周期性地传送命令至密切地控制马达的运动控制器(150)。各命令包括一命令单，其可为多个值之一。该运动控制器仅接收具有一不同于紧接着先前命令的值的命令单的命令。一个命令选择储存在运动控制器中的扫描轮廓，其从选定轮廓计算马达信号。另一命令指示一动态归航命令，其询问传感器(166、174)以决定两旋转臂(190、192)是在预期位置中还是需要再归航。
文档编号C23C14/34GK101878321SQ200880118395
公开日2010年11月3日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月30日
发明者吉坦德拉·R·布希姆吉亚尼, 威廉·匡, 威斯利·W·张, 张铀, 罗纳德·D·迪多尔 申请人:应用材料股份有限公司