專利名稱：磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造中的磁控濺射裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，磁控濺射是一項(xiàng)非常重要的工藝。 濺射工藝是在兩電極間加一高電壓，兩極之間為某種惰性氣體，惰性 氣體在高電壓作用下激發(fā)產(chǎn)生等離子體。氣體離子加速向陰極運(yùn)動(dòng)，它們 轟擊陰極表面，釋放出二次電子。這些電子在從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)的過程中， 會與惰性氣體的中性原子碰撞。如果碰撞傳遞的能量足夠高，氣體原子將 被離化，產(chǎn)生的離子將加速移向陰極，離子束對陰極的轟擊即為濺射工藝。 磁控濺射工藝是在等離子體內(nèi)加上一個(gè)磁場，在磁場和電場的交互作 用下電子繞磁力線方向作螺旋運(yùn)動(dòng)。電子的這種運(yùn)動(dòng)增加了它們與惰性氣 體的中性原子碰撞而產(chǎn)生離子的概率，從而提高了惰性氣體的電離率和靶 的離子轟擊率。
現(xiàn)有的磁控濺射裝置為了提高靶材的利用率、控制濺射區(qū)域、改善成 膜均勻性，往往采用旋轉(zhuǎn)的磁場，即由旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)而形成的磁 場。請參閱圖l，現(xiàn)有的磁控濺射裝置在真空腔10中包括圓片托盤11、靶
座12、靶材13和磁體14。其中，在圓片托盤11和靶座12之間充有惰性 氣體，耙材13位于耙座12上，磁體14位于耙座12下。電機(jī)15驅(qū)動(dòng)傳動(dòng) 軸16旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)磁體14旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)磁場。圖1所示的磁控濺射裝置中，電機(jī)15帶動(dòng)傳動(dòng)軸16和磁體14 一起旋
轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速平穩(wěn)對于等離子體的數(shù)量和分布非常重要。轉(zhuǎn)速異常會造成靶
材13表面異常放電，從而在產(chǎn)品表面產(chǎn)生缺陷?，F(xiàn)有的磁控濺射裝置中， 電機(jī)15采用開環(huán)控制轉(zhuǎn)速，以設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果因?yàn)橥饨缱枘岷?/或設(shè)備老化等影響，電機(jī)15的轉(zhuǎn)速發(fā)生異常，由于缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控，很難 及時(shí)發(fā)現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種磁控濺射裝置，該裝置采用閉 環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)控制，同時(shí)增加了轉(zhuǎn)速異常監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速 異常的實(shí)時(shí)報(bào)警。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，
一種磁控濺射裝置，包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)，其特征是該裝置采用
帶有控制電路的無刷直流電機(jī)，其中的控制電路采用非線性比例微積分PID 算法控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)速；該裝置還包括一電機(jī)監(jiān)測裝置，該電機(jī)監(jiān)測裝置
對電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行監(jiān)測，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值超出預(yù)設(shè)范圍，該電機(jī) 監(jiān)測裝置即發(fā)出報(bào)警信號。
所述的非線性比例微積分PID算法為
k—1
P(k)二KpE(k) + K化f[E(j)]E(j》+ Ko[E(k)-E(k-l)]
j=o
其中，P(k)為第k次采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)速值，E(k)為第k次采樣的轉(zhuǎn)速偏 差值即E(k^P(k)-P(k-l)， Kp為比例系數(shù)，Id為積分系數(shù)，K。為微分系數(shù)， KP、 Id和K。均為常數(shù)。
所述的第k次采樣的轉(zhuǎn)速偏差值的函數(shù)f [E(k)]為
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，A和B均為常數(shù)。
所述的A的優(yōu)選值為最大轉(zhuǎn)速偏差值的30%，所述的B的優(yōu)選值為最 大轉(zhuǎn)速偏差值的20%。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是，所述的磁控濺射裝置還包括一傳動(dòng)軸監(jiān) 測裝置，該傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置對傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行監(jiān)測，如果傳動(dòng)軸 的轉(zhuǎn)速偏差值超過預(yù)設(shè)值，該傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置即發(fā)出報(bào)警信號。
本發(fā)明磁控濺射裝置采用帶有非線性比例微積分PID算法控制的無刷 直流電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定， 并具有快速跟隨性，同時(shí)也使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。另外，本發(fā)明通 過對電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速偏差的監(jiān)控，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)和/或傳動(dòng)件 的異常，從而對磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的異常采取措施。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1是現(xiàn)有的磁控濺射裝置的示意圖2是本發(fā)明磁控濺射裝置的示意圖3是本發(fā)明中傳動(dòng)軸檢測裝置一實(shí)施例的示意圖。
圖中附圖標(biāo)記為IO —真空腔；ll一圓片托盤；12 —靶座；13 —耙材； 14一磁體；15—電機(jī)；16 —傳動(dòng)軸；21 —電機(jī)；22—電機(jī)監(jiān)測裝置；23 — 傳動(dòng)軸；24 —傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖2，本發(fā)明磁控濺射裝置在真空腔10中包括圓片托盤11、耙 座12、靶材13和磁體14。其中，在圓片托盤11和靶座12之間充有惰性 氣體，靶材13位于耙座12上，磁體14位于靶座12下。電機(jī)21驅(qū)動(dòng)傳動(dòng) 軸23旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)磁體14旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)磁場。電機(jī)監(jiān)測裝置22監(jiān)測 電機(jī)21的轉(zhuǎn)速偏差信號，當(dāng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏差信號超出預(yù)先設(shè)定的范圍，即發(fā) 出報(bào)警信號。
圖2所示的磁控濺射裝置中，電機(jī)21為帶有控制電路的無刷直流電機(jī)， 其中的控制電路采用非線性比例微積分PID算法控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 所述的非線性比例微積分PID算法為
P(k)4pE(k) + K在f[E(j)]E(j》+ KD[E(k) —E(k-1)]
j=o
其中，P(k)為第k次采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)速值，E(k)為第k次采樣的轉(zhuǎn)速偏 差值即E(k^P(k)-P(k-l)， Kp為比例系數(shù)，Id為積分系數(shù)，K。為微分系數(shù)， Kp、 K:和K。均為常數(shù)。
傳統(tǒng)的PID算法中，積分增益&為常數(shù)，在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中其值不變。 非線性比例微積分PID算法的基本思想是偏差大時(shí)，積分累積速度慢，積 分作用弱；偏差小時(shí)，積分累積速度快，積分作用強(qiáng)。為達(dá)到此目的引入 了轉(zhuǎn)速偏差值E (k)的函數(shù)f [E (k)]，<formula>formula see original document page 8</formula>其中，A和B均為常數(shù)。
f [E(k)]的值在0至1的區(qū)間內(nèi)變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差值lE(k) |〉A(chǔ)+B時(shí)， 證明此時(shí)已進(jìn)入飽和區(qū)，這時(shí)f[E(k)]二0，不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加；當(dāng)轉(zhuǎn) 速偏差值I E (k) I《A+B時(shí)，f[E(k)]隨偏差的減小而增大，積分項(xiàng)的累 加速度加快。直至轉(zhuǎn)速偏差值lE(k) 1《B后，f[E(k)]=l，累加速度達(dá)到最 大。
實(shí)踐中，當(dāng)A， B的取值越大，非線性比例微積分對積分飽和抑制作用 就越弱，反之越強(qiáng)。A的優(yōu)選值為最大轉(zhuǎn)速偏差值的30X， B的優(yōu)選值為最 大轉(zhuǎn)速偏差值的20%。
由于本發(fā)明采用帶有控制電路的無刷直流電機(jī)，因此所述的電機(jī)監(jiān)測 裝置最簡單的實(shí)現(xiàn)方式，就是將電機(jī)中的轉(zhuǎn)速偏差信號E(k)引出?；蛘?， 也可以在電機(jī)監(jiān)測裝置中加入采樣器，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號P(k)自行采樣， 得到轉(zhuǎn)速偏差值E(k)。然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器，獲得轉(zhuǎn)速偏差信號E (k)的 電壓或電流值，如果該電壓或電流值超出該電機(jī)監(jiān)測裝置預(yù)先設(shè)定的范圍， 就發(fā)出報(bào)警信號。
上述磁控濺射裝置中，即使馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可是由于傳動(dòng)部件如齒輪、 皮帶、軸承等發(fā)生故障，還是會影響磁體的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。作為一種改進(jìn)，本 發(fā)明磁控濺射裝置還包括一傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置，該傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置對傳動(dòng)軸
的轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行監(jiān)測，如果傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速偏差值超過預(yù)設(shè)值，該傳動(dòng)軸 監(jiān)測裝置即發(fā)出報(bào)警信號。
請參閱圖3，這是所述的傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置的一個(gè)實(shí)施例。其中在傳動(dòng)
軸23上固定有一葉片231，該葉片231可隨傳動(dòng)軸23 —起旋轉(zhuǎn)。所述的傳 動(dòng)軸監(jiān)測裝置24包括激光發(fā)射器241、激光接收器242和激光接收計(jì)數(shù)器 (未圖示)。在無遮擋的情況下，激光發(fā)射器241發(fā)射的激光始終被激光接 收器242所接收。但是當(dāng)傳動(dòng)軸23旋轉(zhuǎn)時(shí)，每次葉片231旋轉(zhuǎn)到激光發(fā)射 器241和激光接收器242之間，激光接收器242即在短暫時(shí)間內(nèi)無法接收 到激光，此時(shí)激光接收讀數(shù)器即記錄一個(gè)信號。當(dāng)激光接收讀數(shù)器發(fā)現(xiàn)在 單位時(shí)間中的計(jì)數(shù)次數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的范圍，即發(fā)出報(bào)警信號。該激光接 收器可以單獨(dú)設(shè)置，也可以集成在激光接收器242之中，如圖3所示。
權(quán)利要求
1. 一種磁控濺射裝置，包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)，其特征是該裝置采用帶有控制電路的無刷直流電機(jī)，其中的控制電路采用非線性比例微積分PID算法控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)速；該裝置還包括一電機(jī)監(jiān)測裝置，該電機(jī)監(jiān)測裝置對電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行監(jiān)測，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值超出預(yù)設(shè)范圍，該電機(jī)監(jiān)測裝置即發(fā)出報(bào)警信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的非線性比 例微積分PID算法為其中，P(k)為第k次采樣的電機(jī)轉(zhuǎn)速值，E(k)為第k次采樣的轉(zhuǎn)速偏 差值即E(k)二P(k)-P(k-l)， Kp為比例系數(shù)，Id為積分系數(shù)，K。為微分系數(shù)， 函數(shù)f[E(k)]為其中，A和B均為常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的A的優(yōu)選 值為最大轉(zhuǎn)速偏差值的30%，所述的B的優(yōu)選值為最大轉(zhuǎn)速偏差值的20%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的磁控濺射 裝置還包括一傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置，該傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置對傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速偏差值 進(jìn)行監(jiān)測，如果傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速偏差值超出預(yù)設(shè)范圍，該傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置即<formula>formula see original document page 2</formula> 發(fā)出報(bào)警信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的電機(jī)監(jiān)測 裝置直接將無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)速偏差信號引出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的電機(jī)監(jiān)測 裝置包括采樣器，該采樣器定時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，得到相鄰轉(zhuǎn)速信號的 偏差信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的電機(jī) 監(jiān)測裝置還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)速偏差信號轉(zhuǎn)換為電壓或 電流信號，與該電機(jī)監(jiān)測裝置預(yù)先設(shè)定的信號范圍進(jìn)行比較。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁控濺射裝置，其特征是所述的傳動(dòng)軸上 設(shè)有跟隨傳動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的葉片，所述的傳動(dòng)軸監(jiān)測裝置包括激光發(fā)射器、 激光接收器和激光接收計(jì)數(shù)器，葉片旋轉(zhuǎn)到激光發(fā)射器和激光接收器之間 時(shí)，激光接收器在短暫時(shí)間無法接收到激光，激光接收計(jì)數(shù)器即記錄一個(gè) 信號，在單位時(shí)間內(nèi)激光接收計(jì)數(shù)器記錄的信號個(gè)數(shù)超出預(yù)設(shè)范圍，即發(fā) 出報(bào)警信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁控濺射裝置，包括一電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體旋轉(zhuǎn)，該裝置采用帶有控制電路的無刷直流電機(jī)，其中的控制電路采用非線性比例微積分PID算法控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)速；該裝置還包括一電機(jī)監(jiān)測裝置，該電機(jī)監(jiān)測裝置對電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值進(jìn)行監(jiān)測，如果電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差值超出預(yù)設(shè)范圍，該電機(jī)監(jiān)測裝置即發(fā)出報(bào)警信號。本發(fā)明磁控濺射裝置采用帶有非線性比例微積分PID算法控制的無刷直流電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并具有快速跟隨性，同時(shí)也使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。另外，本發(fā)明通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速偏差的監(jiān)控，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)和/或傳動(dòng)件的異常，從而對磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的異常采取措施。
文檔編號C23C14/35GK101381860SQ20071009406
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者李曉遠(yuǎn), 王海軍 申請人:上海華虹Nec電子有限公司