半导体工艺设备、磁控管的位置检测方法及速度检测方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体工艺设备、磁控管的位置检测方法及速度检测方法。


背景技术：

2.物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)技术在半导体制造领域被广泛应用，该方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等，其中，溅射镀膜被广泛应用于金属薄膜制程。溅射镀膜的基本原理是在高真空的环境下，导入工艺气体并在电极两端加上电压、使气体产生辉光放电，此时等离子体中的正离子在强电场的作用下撞击靶材，溅射出靶材金属原子而沉积到晶片的表面。
3.如图1和图2所示，半导体工艺设备包括第一旋转臂510和第二旋转臂520，第一旋转臂510能够相对于半导体工艺设备的工艺腔室旋转，第二旋转臂520设置于第一旋转臂510上，且能够相对于第一旋转臂510转动，磁控管530设置于第二旋转臂520上。此时，第一旋转臂510能够带动第二旋转臂520转动，进而带动磁控管530转动。同时第二旋转臂520能够带动磁控管530相对于第一旋转臂510转动。第一旋转臂510和第二旋转臂520的正转或反转能够带动磁控管530在靶材的内圈或外圈转动。第一旋转臂510上分布设置有第一限位件和第二限位件，当磁控管530位于第一位置的情况下，第二旋转臂520与第一限位件沿第一旋转方向限位配合，此时磁控管530可以沿靶材的外圈转动。当磁控管530位于第二位置的情况下，第二旋转臂520与第二限位件沿第二旋转方向限位配合，此时磁控管530可以沿靶材的内圈转动。
4.半导体工艺设备中的磁控管能够直接决定靶材的腐蚀形态，因而对薄膜沉积的均匀性及靶材利用率等工艺参数具有十分重要的意义，因此在镀膜的过程中，磁控管的位置是否正确，对于半导体工艺设备的工艺性能具有重要的作用。
5.相关技术中，磁控管的位置可以通过磁性接近开关进行检测，当磁控管靠近磁性接近开关时，磁性接近开关能够输出信号；当磁控管远离磁性接近开关时，磁性接近开关无信号输出。因此当磁控管旋转时，磁性接近开关能够输出间隔的信号。当磁控管不转动时，磁性接近开关不会输出信号。
6.然而，由于磁性接近开关的磁性很强，只要磁控管绕着第一旋转臂旋转，磁性接近开关都能够检测到信号。因此当第一限位件或第二限位件意外断裂时，磁控管的位置发生变化，磁性接近开关依然能够输出间隔的信号，但是磁性接近开关未检测到磁控管位置的变化，因此采用接近开关难以检测到磁控管的实际位置，从而造成半导体工艺设备的工艺性能较差。


技术实现要素：

7.本发明公开一种半导体工艺设备、磁控管的位置检测方法及速度检测方法，以解决半导体工艺设备的工艺性能较差的问题。
8.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
9.一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和保护罩，所述工艺腔室顶部设置有靶材，所述保护罩设置在所述工艺腔室上，所述保护罩与所述靶材围成容纳空间，所述半导体工艺设备还包括磁控管组件；
10.所述保护罩上间隔设置有第一透光区域和第二透光区域；
11.所述磁控管组件包括磁控管、第一旋转臂、第二旋转臂、反射件、第一检测元件和第二检测元件，所述第一旋转臂、所述第二旋转臂和所述反射件均位于所述容纳空间内，所述第一旋转臂可转动地与所述保护罩连接，所述第二旋转臂可转动地与所述第一旋转臂连接，所述磁控管设置于所述第二旋转臂上，所述反射件设置于所述磁控管上，所述第一检测元件和所述第二检测元件均设置于所述容纳空间之外，所述第一检测元件和所述第二检测元件用于发射光线和接收光线，所述第一检测元件与所述第一透光区域相对设置，所述第二检测元件与所述第二透光区域相对设置；
12.所述第一旋转臂上设置有第一限位件和第二限位件；
13.当所述第二旋转臂与所述第一限位件沿第一转动方向限位配合时，所述第一检测元件发出的光线能够被所述反射件反射，并被所述第一检测元件接收；
14.当所述第二旋转臂与所述第二限位件沿第二转动方向限位配合时，所述第二检测元件发出的光线能够被所述反射件反射，并被所述第二检测元件接收；
15.其中，所述第一转动方向和所述第二转动方向相反。
16.一种磁控管的位置检测方法，应用于上述的半导体工艺设备，所述位置检测方法包括：
17.控制所述第一检测元件或所述第二检测元件发出光线；
18.驱动所述磁控管沿第一转动方向或第二转动方向转动，并带动反射件转动；
19.当所述第一检测元件或所述第二检测元件有间断的信号输出时，所述磁控管的位置正确；否则，所述磁控管位置异常。
20.一种磁控管的速度检测方法，应用于上述的半导体工艺设备，所述速度检测方法包括：
21.控制所述第一检测元件或所述第二检测元件发出光线；
22.驱动所述磁控管沿第一转动方向或第二转动方向转动，并带动所述反射件转动；
23.测量预设时间内所述第一检测元件或所述第二检测元件的信号输出次数；
24.根据所述预设时间和信号输出次数得到所述磁控管的速度。
25.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
26.本发明公开的半导体工艺设备中，磁控管上设置有反射件，保护罩的外侧设置有第一检测元件和第二检测元件。当第二旋转臂与第一限位件沿第一转动方向限位配合时，磁控管随着第一旋转臂沿第一转动方向转动，此时第一检测元件发出的光线能够被反射件反射，并被第一检测元件接收，使得第一检测元件能够输出间隔的信号，从而能够确定当磁控管在沿第一转动方向转动时，其位置正确，反之，如果第一检测元件未输出间隔的信号时，磁控管的位置发生异常。同理可得，当磁控管沿第二转动方向转动时，第二检测元件能够输出间隔的信号时，磁控管的位置正确，反之，第二检测元件未输出间隔的信号时，磁控管的位置发生异常。此方案相比于相关技术中检测磁控管位置的方案来说，不受磁性的影
响，能够精准的确定磁控管的位置，从而提高了半导体工艺设备的工艺性能。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1和图2为相关技术中半导体工艺设备的部分零部件的结构示意图；
29.图3为本发明实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；
30.图4至图8为本发明实施例公开的半导体工艺设备的部分零部件的结构示意图；
31.图9为本发明实施例公开的磁控管的位置检测方法的流程图；
32.图10为本发明实施例公开的磁控管的速度检测方法的流程图。
33.附图标记说明：
34.100
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保护罩、110
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第一透光区域、111
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第一透光板、120
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第二透光区域、121
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第二透光板、200
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靶材、300
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容纳空间、400
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磁控管组件、410
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磁控管、420
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第一旋转臂、421
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第一限位件、422
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第二限位件、430
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第二旋转臂、440
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反射件、450
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第一检测元件、460
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第二检测元件、470
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固定件、471
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第一连接板、472
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第二连接板、473
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第三连接板、481
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第一配重块、482
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第二配重块、491
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第一转轴、492
‑
第二转轴。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
37.如图3～图8所示，本发明实施例公开一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括工艺腔室、保护罩100、靶材200和磁控管组件400。
38.工艺腔室为半导体工艺设备的主要部件，可以为半导体工艺设备的部分组成部件提供安装基础，同时也为半导体工艺设备提供反应空间。晶圆在工艺腔室内进行加工。
39.工艺腔室顶部设置有靶材200，保护罩100设置在工艺腔室上，保护罩100和靶材200围成容纳空间300。工艺腔室内的等离子体中的正离子在电场的作用下撞击靶材200，溅射出的靶材200金属原子沉积到晶圆的表面。保护罩100与靶材200形成的容纳空间300内用于通入冷却水，对靶材200进行冷却降温。
40.保护罩100上间隔设置有第一透光区域110和第二透光区域120，外部的光线可以经过第一透光区域110和第二透光区域120射入到容纳空间300内。
41.磁控管组件400包括磁控管410、第一旋转臂420、第二旋转臂430、反射件440、第一检测元件450和第二检测元件460，第一旋转臂420、第二旋转臂430和反射件440均位于容纳空间300内，第一旋转臂420可转动地与保护罩100连接。具体地，保护罩100的顶板上设置有第一转轴491，第一转轴491沿其中心轴线转动，第一旋转臂420与第一转轴491连接，从而使得第一旋转臂420绕第一转轴491转动。
42.第二旋转臂430可转动地与第一旋转臂420连接，具体地，第一旋转臂420上设置有
第二转轴492，第二转轴492沿其中心轴线转动，第二旋转臂430与第二转轴492连接，从而使得第二旋转臂430绕第二转轴492转动。
43.磁控管410设置于第二旋转臂430上，反射件440设置于磁控管410上。第一检测元件450和第二检测元件460均设置于容纳空间300之外，第一检测元件450和第二检测元件460用于发射光线和接收光线，第一检测元件450与第一透光区域110相对设置，第二检测元件460与第二透光区域120相对设置。
44.由于第一检测元件450和第二检测元件460均为电子元件，如果设置于容纳空间300内会长期浸泡在水中，导致第一检测元件450和第二检测元件460损坏，所以将第一检测元件450和第二检测元件460设置于容纳空间300之外，从而使得第一检测元件450和第二检测元件460不容易与水接触，避免第一检测元件450和第二检测元件460损坏。
45.第一检测元件450和第二检测元件460均包括光源和接收器，光源用于发射光线，接收器用于接收光线，并将接收到的光线以信号形式输出。
46.第一旋转臂420上设置有第一限位件421和第二限位件422，第一限位件421和第二限位件422用于对第二旋转臂430进行限位，以使第二旋转臂430和磁控管410随着第一旋转臂420一起转动。
47.例如，当磁控管410绕靶材200的外圈转动时，第一旋转臂420可以绕第一转动方向转动，第二旋转臂430也绕第一转动方向转动，这里的第一转动方向可以为顺时针方向。此时第二旋转臂430有两个运动，一个运动是和第一旋转臂420一起运动，称为公转，另一个是第二旋转臂430相对于第一旋转臂420转动，称为自转。当第二旋转臂430转动至与第一限位件421限位的位置时，此时第二旋转臂430和第一旋转臂420相对静止，第一旋转臂420带动第二旋转臂430和磁控管410一起转动。
48.同理可得，当磁控管410绕靶材200的内圈转动时，第一旋转臂420可以绕第二转动方向转动，第二旋转臂430也绕第二转动方向转动，这里的第二转动方向可以为逆时针方向。当第二旋转臂430转动至与第二限位件422限位的位置时，第二旋转臂430和第一旋转臂420相对静止，第一旋转臂420带动第二旋转臂430和磁控管410一起转动。
49.上述的第一转动方向和第二转动方向相反。
50.当第二旋转臂430与第一限位件421沿第一转动方向限位配合时，也就是磁控管410沿靶材200的外圈转动时，第一透光区域110处于反射件440的运动轨迹上，此时第一检测元件450发出的光线能够被反射件440反射，并被第一检测元件450接收，从而可以确定磁控管410沿靶材200的外圈转动。当磁控管410的位置正确时，磁控管410绕第一旋转臂420转动，第一旋转臂420转过一圈，第一检测元件450能够接收到一次反射光线，因此当磁控管410位置正确时，第一检测元件450能够受到间隔的反射光线，从而能够输出间隔的信号。
51.当第一限位件421意外断裂时，第二旋转臂430没有了限位继续转动，第二旋转臂430与第二限位件422沿第一转动方向限位，此时反射件440与第一透光区域110错位，第一检测元件450不能接收到光线，也就不能输出信号，所以可以判断出磁控管410的位置发生异常。
52.当第二旋转臂430与第二限位件422沿第二转动方向限位配合时，也就是磁控管410沿靶材200的内圈转动时，第二透光区域120处于反射件440的运动轨迹上，此时第二检测元件460发出的光线能够被反射件440反射，并被第二检测元件460接收，从而可以确定磁
控管410沿靶材200的内圈转动。当磁控管410的位置正确时，磁控管410绕第一旋转臂420转动，第一旋转臂420转过一圈，第二检测元件460能够接收到一次反射光线，因此当磁控管410位置正常时，第二检测元件460能够收到间隔的反射光线，因此能够输出间隔的信号。
53.当第二限位件422意外断裂时，第二旋转臂430没有了限位继续转动，第二旋转臂430与第一限位件421沿第二转动方向限位，此时，反射件440与第二透光区域120错位，第二检测元件460不能接收到光线，也就不能输出信号，所以可以判断出磁控管410的位置发生了异常。
54.此方案相比于相关技术中检测磁控管410位置的方案来说，不受磁性的影响，能够精准的确定磁控管410的位置，从而提高了半导体工艺设备的工艺性能。
55.相关技术中，由于传动机构打滑等因素的影响难以准确的检测出磁控管410的转速，本技术实施例同时还能够较为精准的检测出磁控管410的实际转速。可以测量预设时间内的第一检测元件450或第二检测元件460的信号输出次数，然后根据预设时间和信号输出次数得到磁控管410的速度。例如，检测10s内的信号输出次数为10次，因此可以得到磁控管410的转动速度为60转/min。
56.本技术公开的实施例中，反射件440设置于磁控管410上，此时，反射件440所在的位置就是磁控管410所在的位置，因此磁控管410和反射件440处于同一位置，所以检测的磁控管410的位置和速度更加精确。
57.可选地，反射件440可以为反光板，也可以为涂覆在磁控管410表面的反光材料。
58.在另一种可选的实施例中，第一检测元件450可以为反射式光电传感器。反射式光电传感器安装接线简单，工作时不受被检物的形状、颜色和材质的影响，同时体积较小，节省安装空间。
59.同理，第二检测元件460也可以采用反射式光电传感器。
60.上述实施例中，保护罩100采用透光的玻璃等材料制作，然后将第一透光区域110和第二透光区域120以外的区域涂覆遮光材料，此时，保护罩100对材料的要求较高，使得保护罩100的制作难度较大。
61.基于此，在另一种可选的实施例中，第一透光区域110可以为第一透光孔，第一透光孔上可以封盖第一透光板111。此方案中，保护罩100上开设第一透光孔，因此保护罩100对材料的要求降低，同时，第一透光孔上覆盖第一透光板111以防止容纳空间300内的水外溢。此时，本方案既能够降低保护罩100对材料的要求，又能够起防水的作用，因此使得保护罩100的加工难度较小。
62.同理，第二透光区域120也可以为第二透光孔，第二透光孔上也可以封盖有第二透光板121，此方案的效果与上述方案相同，本文不在赘述。
63.在另一种可选的实施例中，第一透光板111可以与保护罩100之间设置有第一密封圈，第一透光板111可以与保护罩100通过第一密封圈密封连接。此方案，能够进一步避免容纳空间300内的水外溢。
64.同理，第二透光板121可以与保护罩100之间设置有第二密封圈，第二透光板121可以与保护罩100通过第二密封圈密封连接。此方案能够起到与上述方案相同的作用，本文不在赘述。
65.在另一种可选的实施例中，磁控管组件400还可以包括固定件470，固定件470用于
将第一检测元件450和第二检测元件460固定于保护罩100的顶部。此时，第一检测元件450和第二检测元件460通过固定件470固定在保护罩100的顶部，提高了第一检测元件450和第二检测元件460装配的可靠性。
66.在另一种可选的实施例中，如图7和图8所示，固定件470可以包括依次连接的第一连接板471、第二连接板472和第三连接板473，第一连接板471和第三连接板473可以位于第二连接板472的相背的两侧，且第三连接板473位于第二连接板472远离第一连接板471的一端。第二连接板472与第一连接板471和第三连接板473均相垂直，第一连接板471与第三连接板473相平行，第一连接板471与保护罩100的外侧壁相连接，第一检测元件450或第二检测元件460设置于第三连接板473上。
67.此方案中，固定件470呈“z”形结构，第一检测元件450或第二检测元件460位于远离保护罩100的第三连接板473上，因此第一检测元件450和第二检测元件460与保护罩100的顶部相距较远，因此在装配时，不容易与保护罩100发生干涉，从而提高了半导体工艺设备装配的可靠性。
68.为了防止第一检测元件450被损坏，在另一种可选的实施例中，磁控管组件400还可以包括第一防护罩，第一防护罩可以罩设在第一检测元件450上，此时，第一防护罩能够对第一检测元件450起到防护作用，从而能够防止第一检测元件450被损坏。
69.同理可得，磁控管组件400还可以包括第二防护罩，第二防护罩可以罩设第二检测元件460。此时能够防止第二检测元件460被损坏。
70.在另一种可选的实施例中，磁控管组件400还可以包括有第一配重块481和第二配重块482，第二旋转臂430可转动地连接至第一旋转臂420的一端，第一配重块481可以与第一旋转臂420的另一端连接。此时，第一配重块481与第二旋转臂430可以设置于第一旋转臂420的两端，从而使得第一旋转臂420的两端重量相同，第一旋转臂420转动时不容易朝向一侧倾斜。
71.磁控管410可以设置于第二旋转臂430的一端，第二配重块482可以与第二旋转臂430的另一端连接。第二配重块482与磁控管410可以设置于第二旋转臂430的两端，从而使得第二旋转臂430的两端重量相同，第二旋转臂430转动时不容易朝向一侧倾斜。
72.基于本发明上述任一实施例的半导体工艺设备，本发明实施例还公开一种磁控管的位置检测方法如图9所示，应用于上文所述的任一半导体工艺设备中，该位置检测方法包括：
73.s100、控制第一检测元件450或第二检测元件460发出光线。
74.此时，当磁控管410沿靶材200的外圈转动时，可以控制第一检测元件450发出光线；当磁控管410沿靶材200的内圈转动时，可以控制第二检测元件460发出光线。
75.s200、驱动磁控管410沿第一转动方向或第二转动方向转动，并带动反射件440转动。
76.此时，当磁控管410沿第一转动方向转动时，磁控管410沿靶材200的外圈转动。当磁控管410沿第二转动方向转动时，磁控管410沿靶材200的内圈转动。
77.s300、当第一检测元件450或第二检测元件460有间断的信号输出时，磁控管410的位置正确；否则，磁控管410位置异常。
78.此方案中，当磁控管410的位置正确时，磁控管410绕第一旋转臂420转动，第一旋
转臂420转过一圈，第一检测元件450或第二检测元件460能够接收到一次反射光线，因此磁控管410位置正确时，第一检测元件450或第二检测元件460能够收到间隔的反射光线，因此能够输出间隔的信号。
79.反射件440位置发生异常时，反射件440与第一透光区域110或第二透光区域120错位，第一检测元件450或第二检测元件460不能接收到光线，也就不能输出信号，所以可以判断出磁控管410的位置发生异常。
80.本技术所公开的方案能够准确的判断磁控管410的位置是否正确，从而提高了半导体工艺设备的工艺性能。
81.基于本发明上述任一实施例的半导体工艺设备，本发明实施例还公开一种磁控管的速度检测方法如图10所示，应用于上文所述的任一半导体工艺设备中，该速度检测方法包括：
82.s400、控制第一检测元件450或第二检测元件460发出光线。
83.此时，当磁控管410沿靶材200的外圈转动时，可以控制第一检测元件450发出光线；当磁控管410沿靶材200的内圈转动时，可以控制第二检测元件460发出光线。
84.s500、驱动磁控管410沿第一转动方向或第二转动方向转动，并带动反射件440转动。
85.此时，当磁控管410沿第一转动方向转动时，磁控管410沿靶材200的外圈转动。当磁控管410沿第二转动方向转动时，磁控管410沿靶材200的内圈转动。
86.s600、测量预设时间内第一检测元件450或第二检测元件460的信号输出次数。
87.得到第一检测元件450或第二检测元件460的信号输出次数，也就得到了磁控管410的转动圈数。
88.s700、根据预设时间和信号输出次数得到磁控管410的速度。
89.根据预设时间内的转动圈数，可以得出单位时间的转动圈数，即磁控管410的速度。
90.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
91.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。