电弧的检测与抑制电路和方法

专利名称：电弧的检测与抑制电路和方法
技术领域：
本发明涉及用以检测或抑制一负载电阻抗中电弧或其它异常变化的设备与方法，其中有一电源供给电力给该负载。较佳地，该负载为一等离子体室，可用于制造例如半导体及平面显示器的电子元件，及本发明所检测或抑制的的包含在等离子体室内的电弧的异常变化。
背景技术：
等离子体室经常被用以执行各种制程，例如化学气相沉积、溅镀及等离子体加强蚀刻制程，以制造例如半导体或平面显示器的电子工件。经常地，在等离子体室内的等离子体通过由耦合来自电源的RF(RadioFrequency，高频)或直流电力至等离子体加以维持。该耦合一般通过将等离子体连接至室内的电极或该室内或邻近该室的天线或磁线圈加以完成。
在等离子体室内的状况大致在制程被执行于室内时产生变化，并且，这些变化有时造成在室内的电弧。若等离子体与被制造的工件间发生电弧，或在任一室组件间发生电弧，则将对工件或室内组件产生损害。损害的程度随着电弧时间而增加。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种设备，其可以快速地检测在等离子体室内的电弧或者改变等离子体室呈现给电源的电负载阻抗的其它异常，或者提供另一种设备，其可以抑制(即停止)电弧，同时允许等离子体制程以尽可能最少干扰的状态下继续进行。通过所述提供设备可以减少或防止上述对工件或室内组件的损害。
通常，在提供一种可以快速地检测或抑制在电负载中的异常变化的设备时需要有一电源施加电力给该电负载。
本发明的一个方案为一种设备及方法，通过监视一个或多个感应器，而检测在等离子体室内的电弧。每一感应器对(in response to)被电源所施加至等离子体的电源特征有反应，或者，耦合至等离子体室，以对室内的电磁状态作出反应。对耦合至等离子体室情况，感应器所检测的等离子体状态可以例如是在室内的电场、磁场、或光辐射。
该监视较佳包含检测何时为一个感应器产生一电信号、或由一个或多个这些感应信号导出一值(即为这些感应信号的函数)超出一临限值。由一感应信号所导出的值例可以是感应信号的变化率。
当电源为一RF电源时，对施加至等离子体室的RF功率作出反应的感应器较佳包含一RF单向耦合器，其连接在RF电源与等离子体室之间，以检测顺向RF功率，反射RF功率、及反射之功率系数的其中一个或多个。该监视较佳包含当反射RF功率或反射功率系数超出第一临限值或者反射功率或反射功率系数的变化率超出一第二临限值时，检测电弧之发生。
本发明的第二方案适用于一制造系统，其中一制程控制器，控制由电源所产生的输出功率，使得其在制程的不同步骤或阶段，产生不同的功率位准。在本发明的这一方案中，上述一个或多个临限值可以对被制程控制器所选择的功率位准有反应以作动态调整。本发明的优点为可以以高感度检出电弧，因为临限值可以紧密地调整至电源的功率输出。
本发明的第三方案为一种抑制电弧的设备与方法，在抑制时不必停止执行于等离子体室内的等离子体制程。当电弧被检出时，等离子体暂时地降低其输出功率，较佳至零功率。通常，这将省除该电弧。在一很短暂时间后，一般几毫秒或更短时间后，等离子体增加其功率输出，较佳至其原始值。若再发生电弧，则电源再次在一短暂时间内降低其功率。一般而言，在几次重复降低功率短暂时间后，电弧将完全消失，使得被执行于室内的等离子体制程可以在只有约十毫秒的中断后被重新执行。
本发明的第四方案为一种设备与方法，用以检测在电负载的电阻抗中的异常变化，该电负载被连接至电源。该第四方案为第一方案的一般化，以包含电弧以外的阻抗中的异常，并包含可能不是等离子体室的电负载。负载的电阻抗中的异常变化通过监视一个或多个感应器加以检测，所述所有感应器对电源所施加至负载的功率特征作出反应。该监视较佳包含检测何时感应器产生电信号，或者由一个或多个感应信号所导出的值超出一临限值。由感应信号所导出的值的例子可以为感应信号的变化率。
当电源为一RF电源时，一感应器较佳包含一RF单向耦合器，连接于该RF电源与该负载之的间，以检测顺向RF功率、反射RF功率、及反射功率系数的一个或多个。监视较佳包含当反射RF功率或反射功率系数超出第一临限值或反射功率或反射功率系数的变化率超出一第二临限值时，检测一异常变化。
本发明的第五方案为一种设备与方法，用以反转(即回到正常)在电负载的电阻抗中的异常变化，该电负载连接有一电源。第五方案为第三方案的一般化，以包含在电弧以外的阻抗异常及包含可能不是等离子体室的一电负载。
当负载的电阻抗中的异常变化被检出时，电源短暂地降低其输出功率，较佳至零功率。这可以免除该异常。在很简短的时间后，一般几毫秒或更短时间后，电源增加其功率输出，较佳至其原始值。若异常被再次检出，则电源再次在一短暂时间内降低其功率。在重复几次短暂的功率降低后，异常可以完成免除，使得电源的正常操作可以再次进行。


图1为组合一RF电源及等离子体室的电弧检测及抑制电路的方块图。
图2为在等离子体室内电弧时的模拟电信号图。
图3为基本电弧检测算法的流程图。
图4为改良的电弧检测算法的流程图，其可以拒绝指出比最小持续临限值为短的电弧。
图5为另一修改电弧检测算法的流程图，其可以加入用于电弧检测临限的磁滞及更新在每一取样区间的临限值成为电源的电力设定点的函数。
图6为图5的算法的流程图，其被修改以比较电弧检测临限值与由感应信号所导出的值。
图7为另一改良算法的流程图，其加入检测是否电弧持续长于特定持续时间的步骤。
图8为以模拟电压比较器执行的临限检测器的方块图。
图9为具有电位计的临限调整电路的电路图。
图10为电弧抑制算法的流程图。
图11为图1的电路的另一实施例，其包含连接至RF电源的RF设定点输入的多任务器。
图12为图1的电路的另一实施例，其中DSP提供一电力设定点信号给RF电源。
附图标记说明34制程控制器 24单向耦合器28RF匹配 46EMF检测器100建立临限值Li104接收或取样感应信号Si108比较感应信号Si与临限值Li122登入电弧事件 150发出电弧警报152作补救动作 110清除电弧警报120增量计数 122登入电弧事件130计数≥N (持续时间≥D )112清除持续时间计数100更新临限值Li为RF功率设定点的函数102若磁滞激活，则将临限值Li减去磁滞Hi114停止磁滞 106导出感应器导出值Vi140激活磁滞 200清除计数201降低或暂停RF功率持续时间Ts202回复全RF功率203比较感应信号Si与临限值Li(步骤104-108)204增量计数 205计数≥Ns 206发出电弧警报 210清除电弧警报 回到步骤10040多任务器具体实施方式
1.硬件图1显示一设备，其可以依据本发明的不同方案，检测电弧及抑制电弧。该设备包含一电路10，其于上被称为“电弧检测及抑制电路”或“ADSC”。该ADSC10实现了如下所述的新颖电弧检测及抑制算法。该ADSC可以为一数字电路，例如可程序计算机、一模拟电路、或数字及模拟电路的组合，这些例子说明如下。
如本案的发明内容所述，本案的电弧检测及抑制电路也用以检测或抑制电弧以外的阻抗中的异常。于此通例中，该ADSC10可以被称为“阻抗异常检测及抑制电路”。阻抗异常的抑制表示反转该异常状况，以将阻抗回复至其正常值或值的正常范围内。虽然较佳实施例的以下说明重复地表示电弧，但于整个说明书中，“电弧”可以被“阻抗异常”加以取代。
同样地，如发明内容所述，本发明也用于可能不是等离子体室的电负载。在负载的电阻抗的异常变化通过监视一个或多个感应器加以检出，这些感应器对电源所施加至负载的电源的特征作出反应。虽然以下的较佳实施例的详细说明重复地表示一等离子体室，但等离子体室可以被任一电气负载所取代。
ADSC10所连接的例示制造系统包含一RF电源20，具有一RF输出22连接至RF单向耦合器24的一输入。(商用RF功率发电机通常在单一密封体内，组合RF电源与单向耦合器。)该单向耦合器具有一RF输出26连接至RF阻抗匹配网络28的输入。该单向耦合器感应或量测顺向及反射RF功率，其由RF电源20传递至匹配网络28并产生顺向及反射感应输出信号27、28，其值分别代表顺向及反射RF功率量测值S1及S2。RF匹配网络的输出即连接至在等离子体室30内的电极32。在此段中所述的组件包含在具有RF供电等离子体室的传统制造系统中。
本发明也可适用于电源，其供给RF电力以外的电源至等离子体溅射室，所述电源例如连接至电源的直流电源。当电源为直流电源时，将没有反射电力，但所有以下所述的感应器，包含顺向电力(forward electricalpower)可以用以检测及抑制在电负载中的电弧或其它异常变化，该电负载被连接至电源以被供给电力。因此，所有的RF电源，其启动输入(enableinput)、及其功率设定点输入等效适用于一直流电源。
在等离子体室30内执行的每一制程传统为一制程控制器34所控制，该控制器为一计算机，其储存及执行一制程序向程序，以指示及控制制程的动作与参数。例如，制程控制器34传统上被规划以控制移动工作进出等离子体室的机械手臂；控制调整各种反应气体进入室中的流量的气体阀；及控制调整处理室内的气压的排气阀。该制程控制器传统上被供给为处理室30的一组件或多室平台或主机的一组件，该处理被连接至该平台或主机。
很多制程包含一序列制程步骤，其在不同RF功率位准下加以执行。因此，制程控制器34的另一传统功能为控制RF电源20的RF功率输出位准，使得后者在制程的不同步骤或阶段中，供给不同位准的RF功率至等离子体室30。明确地说，制程控制器34送出一RF功率设定点信号36(图2A)给RF电源20的RF功率控制输入21，该设定点信号为一数字或模拟电信号，其值可以任意时间点中，表示由制程控制器所执行的制程顺序所指明的现行RF功率的位准。
该RF电源20通过试着去调整在RF输出22所产生的RF信号的实际功率位准，而对RF功率设定点信号36有反应，使得实际RF功率位准等于为RF功率设定点信号36所代表的所欲RF功率位准。如下所解释，在处理室内的异常状况，例如电弧，有时可以防止RF电源20产生为RF功率设定点信号36所指定的RF功率位准。
在本发明的较佳实施例中，RF功率设定点信号36被另外连接至ADSC10，使得ADSC可以检测何时为制程顺序所指定的RF功率位准中的转移正被制程控制器所正在执行。
在本说明书其它部份的电弧检测及电弧抑制算法的步骤由ADSC10所执行。该ADSC可以由单一传统计算机处理机所构成，其被规划以执行所有下述的功能。虽然，现行执行所有功能的单一处理机较昂贵，但未来此方式可能可以符合经济效益。因此，ADSC的较佳实施例包含两计算机处理机一相当慢处理机，其称为可编程逻辑控制器(PLC)12；及一较快处理机，其称为数字信号处理器(DSP)14。该ADSC同时可以包含模拟电路，例如下述的模拟至数字转换器(analog-to-digital converters)及模拟斜率检测器(analog slope detector)或差动器(differentiator)。
PLC及DSP均包含一可程序算术计算单元及一内存，用以储存下述算法所需要的输入数据、输出数据及参数。该DSP取样若干感应信号，并选择地由这些感应信号导出其它值，并将其与(如下述的)临限值作实时比较。较佳地，DSP足够地快，以在少于一微秒内执行所有的步骤。PLC可以较慢，因为其对时间基本不要求的接口及登入功能执行。
在PLC12及DSP14间功能的较佳分割包含在以下的电弧检测及抑制算法的说明中。然而，任何如下述由DSP或PLC所执行的功能可以通过模拟或数字电路或在ADSC内的计算机处理机所执行，例如单一计算机处理机，其可以执行所有ADSC的功能者。
2.电弧的检测该电弧检测及抑制计算机(ADSC)10在称为“电弧抑制”下，被规划以执行下述的电弧抑制算法及以下的电弧检测算法。
该DSP通过实时监视由一个或多个感应器所产生的感应输出信号Si(S1、S2、S3等)及检测何时任一感应输出信号Si具有暗示在等离子体室内电弧的异常值，而检出在该等离子体室30内的电弧的发生。
一种感应器输出可以用以检测在等离子体室30内的电弧的大类别为一感应器，其被耦合至等离子体室，以感应在室内的电磁状况，例如在该室内的电场、磁场、或光辐射。该感应器的例子为光学感应器(未显示出)，其监视为等离子体所发出的光。另一例子为EMF探棒或天线47，其被安装在该等离子体室内。该天线被连接至电磁场(EMF)检测器46的输入，该检测器产生一感应输出信号48，其值代表为天线所接收的电磁场强度的量测值。EMF检测器的输出48被连接至DSP14。
一种感应器输出可以用以检测在等离子体室30内的电弧的另一大类别为一感应器，其耦合于RF电源20与等离子体室之间，以感应(即检出)为RF电源所供给至等离子体的RF功率的特征。
此一感应器的例子为传统单向耦合器24，连接在RF电源20与RF阻抗匹配网络28之间，如图1所示。所示单向耦合器产生两感应输出信号25、27，其个别振幅分别代表为单向耦合器所感应的顺向RF功率及反射RF功率。其它单向耦合器可以产生感应器输出，其代表在反射及顺向RF功率间的比率或者此比率的平方根，即反射功率系数。如上所述，商用RF功率发电机经常在单一密封件内，组合RF电源及单向耦合器。若单向耦合器的顺向及反射功率输出25、27为RF，而不是直流信号，则一传统波封检测器(即其后有一低通滤波器的整流器)应连接在单向耦合器的每一输出与ADSC之间。
感应RF功率的特征的感应器的第二例子为RF失真分析器，例如，谐波感应器(harmonic sensor)，其检测至该室的RF电源所供给的RF电压或电流的失真，通过量测远大于RF电压或电流的基频的频率下，电压或电流的任一频谱成份的振幅。
此一感应器的第三例子为电气可调的RF匹配网络28，其具有电感或电容，其值因应电控制信号加以调整，以调谐匹配网络。这些电控制信号有用于作为感应输出信号，因为在控制信号中的变化表示为等离子体室所呈现以对RF匹配网络的输出中，电阻抗中的变化。同样地，其它类型的RF匹配网络28可以通过调整RF源20的频率加以调谐。以此等频率可调匹配网络，RF源或控制此频率的控制器输出的频率可以构成一感应输出信号Si。
图2显示由单向耦合器24所产生的顺向RF功率信号及反射RF功率信号27如何地被用以检测在等离子体室30内的电弧的发生。图2A显示制程控制器34送给RF电源20的RF功率设定点信号36。其值代表如果RF电源及为等离子体室30所呈现的负载阻抗没有上下变动及不稳定时，RF功率输出22的应有振幅。图2显示执行在等离子体室内的制程，其在时间t0及t3间需要第一位准的RF功率P1及在时间t3及t4间较低位准的RF功率P2。
图2B及2C分别显示为单向耦合器24所检出的顺向RF功率信号25及反射RF功率信号27，其在这例子中为第一及第二感应信号S1及S2。在等离子体室内的电弧开始于时间t1并结束于时间t2。在时间段t1-t2中，顺向RF功率下降及反射RF功率增加。在本发明中，发明人检测顺向及反射RF功率的变化，以指出在等离子体室内的电弧。
一耦合至等离子体室内部的光学感应器或EMF感应器，例如RF天线47将类似地作动以如在图2C所绘的反射功率信号27。明确地说，任一感应器将具有相当低稳态值，其上有部份的噪声或不稳定施加至其上，并且当电弧发生于等离子体室内时，在值上有显著增加。
我们也发现反射RF功率信号27为最可靠指针，以指出电弧，因为在没有电弧时，其值相当地稳定。顺向RF功率信号25、EMF感应信号48、及反射RF功率信号的斜率(时间导数)也是有用信号，以补充反射RF功率信号，但它们的特征在于不稳定性或噪声。
在本发明中，每一感应信号Si依据是否其输出信号为低于或高于一临限值，而被认定为表示电弧正在发生，该临限值在此被称为电弧检测临限值。部份感应信号，例如顺向RF功率25(Si)表示在其值低于一临限值时，电弧的发生，而另一感应信号，例如反射RF功率27(S2)及EMF检测器46-48(S3)表示当其值超出一临限值时，电弧的发生。为了采用一涵盖两类型感应信号的一致性命名法，我们将依据是否比较表示或不表示发生电弧，来表示在感应输出信号Si与其相关电弧检测临限值L1间的比较结果Ri为正或负，我们将依据感应输出信号Si与其对应临限值Li的比较结果为正或负，来表示一感应输出信号具有不良值或良值。因此，如果该顺向RF功率感应信号25(S1)下降低于第一临限值L1，则该信号25被认为是不良，而如果RF功率感应信号27(S2)及EMF检测信号48(S3)被认为分别超出第二临限值L2及第三临限值L3，则它们被认为不良。
图3显示由图3的ADSC10所执行的算法。首先，ADSC(如下所述的PLC12或DSP14)建立第一、第二及第三电弧检测临限值L1、L2及L3并储存临限值于DSP内的内存中(步骤100)。其它的建立电弧检测临限值的方法在“调整电弧检测临限值”的段落中加以说明。
实时中，该DSP周期地取样(步骤104)感应信号S1(顺向RF功率信号25)、S2(反射RF功率信号27)及S3(EMF检测信号48)的值。“取样”表示接收特定电信号并在一选定时间点中储存其瞬间值，并可以以DSP内的传统取样保持电路加以完成。
该DSP分别比较第一、第二及第三感应信号的电流取样值S1、S2及S3与第一、第二及第三临限值L1、L2及L3(步骤108)。如果这些比较的任一结果为正，即如果第一感应信号S1(顺向RF功率信号25)落在第一临限值L1以下、或第二感应信号S2(反射RF功率信号27)超出第二临限值L2、或第三感应信号S3(EMF检测信号48)超出第三临限值L3，则DSP发出一警报，提出已经发生一电弧(步骤150)。
较佳地，通过送出一电弧警告信号于电通讯汇流15上给PLC，DSP发出电弧已经发生的警报(步骤150)(图2D)。该PLC可以被规划以指明当自DSP接收到一电弧警告信号时，其应执行怎样的补救措施(步骤152)。适当的补救措施例子有(1)执行第9段“电弧抑制”所述的电弧抑制算法，即图9的步骤200-206；(2)经由通讯总线16送出一命令，以指示制程控制器34立即关闭至等离子体室的RF电力；(3)经由通讯总线16送出一命令，以指示制程控制器34等待，直到现行在等离子体室内的工件处理完成，然后，关闭该等离子体室的操作；或(4)经由外部通讯总线18发出一警报给操作该室的人员及/或在计算机内存中登入该事件，但并不中断等离子体室的操作。
在所有比较结果Ri都是负，即所有感应信号Si均回到其个别临限值Li的“良”侧后，DSP在时间t2清除或移除在图2D所示的电弧警告信号15(步骤110)。
3.取样区间及最小电弧持续时间取样感应信号的步骤(步骤104)及比较每一感应信号与其对应电弧检测临限值的步骤(步骤108)既以一间隔加以周期性地重复，该间隔称为取样区间ΔT。
如果电弧以低于取样区间的持续时间发生，则感应信号Si可以由“良”变化为“不良”，然后，在感应信号的后续取样间的区间回到“良”(步骤104)，其中ADSC将不会检出电弧已经发生。如果电弧的持续时间太短而不足以对等离子体室内的被制造的工件或室组件造成损害的话，则此不检出电弧并不必然是不想要的。相反地，对于ADSC能可靠地检测出足够造成损害的持续电弧时间是重要的。因此，取样区间较佳不应大于可能造成损害的最短电弧持续时间。为了下述理由，取样区间较佳不超出此持续时间的四分之一或十分之一。
在感应信号中的随机噪声或不稳定性也可能造成该感应信号短暂地超出其个别临限值，即使未发生电弧的情形下。为了防止此等噪声尖波被解释为电弧的发生，该电弧检测算法较佳地需要一正比较结果(即一具有“不良”值的感应器)，以持续至少最小的时间，该时间被称为最小电弧持续临限值D，在电弧检测算法信号发出电弧已发生之前。为了确定可能损害电弧事件的检测，最小电弧持续时间临限值较佳应不大于最短电弧持续时间，该最短电弧持续时间会对在等离子体室内制造的工作或室的组件造成实质损害者。
当每一感应信号与其相关临限值比较步骤被一数字电路以一周期性取样区间加以执行时，如图8的模拟比较电路以外的实施例加以执行时，因应感应信号噪声或不稳定的错误电弧检测可以通过取得一正比较结果(步骤106)加以避免，以持续至少多个“N”个连续取样区间。此多个“N”以下被称为正比较计数临限值，较佳为至少3。于现行较佳实施例中，N＝10。
最小电弧持续临限值D将为取样区间ΔT与正比较计数临限值N的积。在设计电弧演算系统的实施法中，设计者应基于前述考虑，来选择最小电弧持续临限值及正比较计数临限。该取样区间ΔT15应小于等于所选择最小电弧持续临限值D为选定正比较计数临限N所除。
图4显示电弧检测算法，其包含用以有关于计数正比较结果数量及在计数大于或等于正比较计数临限值N时发出已发生电弧警告的步骤112、120及130。在该算法中的其它步骤相同于图3所讨论者。
步骤112、120及130较佳由DSP所执行。该DSP储存该正比较计数临限值N于其内存内。只要在感应信号Si及其对应电弧检测临限值Li间的所有比较结果均为负的话，则该DSP同时也储存一值被清除的数值计数，即重置为零，于其内存内(步骤112)。相反地，在任意取样区间，至少有一比较为正结果时，则DSP会将其储存于内存内的计数增量(步骤120)。每次增量后，计数会与正比较计数临限值N作比较(步骤130)。如果计数等于或大于N，则DSP将经由通讯总线15发出一警报(步骤150)。
本发明通过用以沉积一薄膜于玻璃基材上的等离子体室30加以测试，该玻璃用以制造具有薄膜晶体管数组的平面显示器。这些测试建议10微秒为在这些电弧之间的一合理临限值，该些电弧有太短而不能造成损害以及对基材上的晶体管产生实质损害者。因此，为了减少误报，步骤130需要一异常输出表示电弧-即在步骤108的其中一或多者正比较结果-在发出电弧已发生的警报前，持续至少10微秒的最少电弧持续临限值D(步骤150)。于较佳实施例中，正比较计数临限值N为10，及取样区间ΔT为1微秒。
如果检测电弧的目的主要为检测大到足以破裂或打断工件的电弧持续时间而不是可能损及在工件上的晶体管的短电弧持续时间，则最小电弧持续时间临限值可能长至100毫秒或甚至1秒，因为我们看到长至100毫秒的电弧一般并不会损及为玻璃基材的工件。
该ADSC一般可以在其内存中储存一记录，该记录储存有每次比较有正结果时的感应信号的值(步骤122)，而不管该正比较结果的数量是否足以发出一电弧信号。此记录更可以用于后续析，以改良制程的效能。由于记录并不需要实时更新，所以，DSP14可以经由通讯总线15送出感应器值至PLC12，然后，PLC可以储存数据于其本身内存中。
4.调整电弧检测临限值每一电弧检测临限值Li应被储存于在DSP14中的内存内。这些值可以被建立为规划DSP14的一部份。更明确地说，操作等离子体室的人员可以将电弧检测临限Li的所欲值输入至一工厂控制计算机，该计算机经由通讯总线18而传送临限值至PLC12，其然后经由总线15传送临限值Li至DSP。
每一电弧检测临限值Li应被设定为一值，该值在(1)对应感应信号Si通常没有电弧的值范围，与(2)对应感应信号Si一般将在等离子体室中电弧的值范围间。如图2B及2C所示，没有电弧的感应信号Si在一范围上下变动，因为在RF电源20及在室内的等离子体的负载阻抗中的噪声及不稳定性，该在室内的等离子体的噪声及不稳定性可能部份通过在等离子体室内执行制程中的等离子体化学的变化所造成。
更确切地说，对于每一感应器量测值，其值当电弧发生时增加，例如反射RF功率S2及室EMF检测信号S3时，对应电弧检测临限值应足够高，以避免当实际并未发生电弧时，发生电弧误检测，但也足够低，以检出一电弧，即足够低使得任一电弧均能可靠地检出。换句话说，每一电弧检测临限值Li应足够低，使得当一电弧发生时，对应感应量测值Si可靠地超出对应临限值Li，并足够高，使得对应感应器量测值Si在没有电弧时几乎不会超出临限值Li。
相同原理适用于一感应器量测值，其值当电弧发生时增加，例如，顺向功率量测值S1，除了“低”与“以下”以“高”及“以上”加以互换之外。即，电弧检测临限值L1应足够高，使得当一电弧发生时，顺向功率S1可靠地下降在临限值L1以下，并应足够地低，使得顺向功率S1在没有电弧时，从未落在临限值L1以下。
电弧检测临限值Li可以如上所述在整个制程中被保持固定。然而，电弧检测临限值Li的最佳值可能在制程的不同步骤有所不同。执行在一等离子体室内的制程经常涉及一连串的步骤，其中在室内的RF功率位准及/或气体化学可能由一步阶变化至下一步阶。例如，在一工件上形成电子装置的制程可能包含一等离子体加强清洁步骤；其后有等离子体加强化学气相沉积一材料；其后等离子体加强化学气相沉积一不同材料。
图2A-2C例示一制程，其中一第一制程步骤在第一时间段t0-t3-以第一RF功率位准P1加以执行，以及，第二制程步骤在第二时间段t3-t4以第二功率位准P2加以执行。图2B显示电弧检测临限值L1，其在第一时间段t0-t3被与顺向RF功率信号S1相比较，并在时间段t3-t4时为无用，因为其一直大于顺向RF功率信号S1，因此，将在整个时间段t3-t4产生一正比较结果Ri，错误地指示电弧的发生。为了避免此错误的结果，一低电弧检测临限值L1A应在第二时间段t3-t4时以替代L1。
本发明的另一实施例提供不同组的电弧检测临限值L1在制程的不同阶段，通过在PLC的内存内储存一表，该表指明每一制程步骤的开始时间、停止时间、及对于为DSP所监视的每一感应器所应有的电弧检测感应临限值Li。该PLC将传送一组新的感应临限值Li(L1、L2、L3等)给DSP在每一新制程步骤的开始时。此实施例的一优点为储存在表中的临限值可以考虑在每一制程步骤中，气体化学及其它操作条件中的差，而不是只是基于该RF功率位准的临限值。
然而，我们发现只基于RF功率设定点信号36的电弧检测临限值即满足了可靠的电弧检测。这方法具有不需要每次都特殊化储存在PLC的内存中的参数的优点，发明人想要在该等离子体室内执行不同制程。因此，在我们的较佳实施例中，DSP被连接以自室制程控制器34中接收该控制器所送给RF电源20的RF功率设定点信号36，以控制其输出功率。RF功率设定点信号36瞬间表示在制程现行步骤的中要求RF输出功率给DSP。
在此实施例中，DSP较佳在每一取样区间中，重复接收RF功率设定点信号36的现行值及决定每一电弧检测临限值Li为RF功率设定点信号的函数的步骤，如图5所示(步骤100)。如图5所示的此实施例的算法不同于前述实施例的算法(图3及4)在于步骤100在每一取样区间重复的步骤顺序内，使得步骤100在将每一感应量测值与其对应临限值比较步骤(步骤108)前被重复地执行。在较佳实施例中，步骤100、104及108每微秒被重复。
在简化但有效的实施法中，一乘数常数Ki相关每一电弧检测临限值Li。临限值通过设定每一电弧检测临限值Li(L1、L2、L3等)至其个别乘数常数Ki(K1、K2、K3等)及RF功率设定点，即RF功率设定点信号36的现行值的乘积，而加以定期地更新(步骤100)。
为了使DSP可以在RF功率设定点的任一变化后，快速地更新电弧检测临限值Li，该乘数常数Ki较佳地应被储存DSP的内存中，而不是缓的PLC中，以及，DSP较佳应执行临限值Li与乘数常数Ki的乘法。
乘数常数Ki的值可以经验加以决定。例如，其中，S1及S2为顺向及反射RF功率，K1及K2的适当值可以是K1＝0.90及K2＝0.03。这表示如果顺向RF功率S1下降低于RF功率设定点的90％或者反射RF功率S2增加超出RF功率设定点的3％，则将检出电弧。
因为乘法需要比加法、减法要求更多的计算能力，所以避免在电弧检测算法中的乘法步骤将会容许使用较便宜的DSP电路。因此，我们的较佳实施例并不使用于前段中所述的乘数常数Ki或任何其它乘法步骤。相反地，DSP通过执行一查看表，而对RF功率设定点信号36有反应，而决定电弧检测临限值Li。该查看表通过将各种RF功率设定点划分成多个范围而加以定义，而所述范围即制程控制器34期待以在等离子体室内的工件的处理时加以指明，然后，指定一作为弧检测临限值Li的一值给每一功率设定点范围。在该表中的每一列包含第一及第二行，用于最小及最大功率设定点，以定义一给定表列应用，加上一另一行用于每电弧检测临限值Li定义该范围。
该整个查看表，即用每一RF功率设定点范围的电弧检测临限值较佳被储存DSP的内存中。该DSP执行如图5所示的算法的步骤100，通过读取RF功率设定点信号36的现行值，决定哪一表列具有最小及最大功率设定点值，其分别小于及大于现行设定点者，然后，设定每一电弧检测临限值Li至为该表列中的剩余行中所指明的值。
例如，表1例示用于ADSC实施例的查看表，其使用单一感应信号，即反射RF功率信号S2。表2例示使用两感应信号，即顺向RF功率信号S1及反射RF功率信号S2的ADSC的另一实施例的查看表列的次组。
表1

表2

除了显示步骤100在DSP执行每一取样区间的环路步骤内外，图5与图3及4进一步不同在于其显示步骤106，有关于如下述的由感应信号导出值的特性，以及，步骤102、114及140有关于下述的磁滞(hysteresis)特性。每一特性即为本发明的一个选用方案，其可以不管其它而独立地包含在其中，而并不限定于它们如图5所示包含在一起。
虽然图5显示电弧检测临限Li在每一取样区间中更新(步骤100)，该电弧检测临限值可以以略微缓慢的速率更新，此时，有可能以较慢的PLC来执行步骤100，而不是DSP。于另一实施例中，PLC接收RF功率设定点信号36，建立电弧检测临限值Li，并经由通讯总线15而传送临限值至PLC。该PLC可以相对于取样区间异步地执行这些步骤，该取样区间DSP同步以执行步骤取样感应信号及将其与电弧检测临限值比较(步骤104至140)。
5.在电弧检测临限值中的磁滞对上述电弧检测算法的另一选用改良方案即加入磁滞至电弧检测临限值，以此我们可以建立不同临限值，用以指出电弧的开始及电弧的结束。图5显示由ADSC所执行的包含磁滞特性的算法的实施例。
当DSP决定电弧已经开始及送出一电弧警告信号给PLC或一外部装置(步骤150)时，DSP启动(enable)一磁滞模式(步骤140)。该DSP较佳设定或清除在其内存中的一二进制位(一“旗标”)，以表示是否启动该磁滞模式。
当磁滞模式被启动时，每当DSP比较现行感应信号与电弧检测临限值(步骤108)时，DSP将由每一电弧检测临限值Li减去一对应磁滞偏置(hysteresis offset)Hi(步骤102)。此减法可以如图5所示的个别步骤或可以为比较运算的一部份(步骤108)。
如果其对应临限值Li为大于对应感应信号Si的正常或“良”值时，每一磁滞偏置Hi应为一正数，如果其对应临限值Li小于其对应感应信号Si的正常或“良”值时，则应为负数。因此，磁滞偏置的作用为DSP需要每一感应信号在DSP认出一电弧事件之前，回来以更接近其正常或理想值并作为结束(步骤110)。
当所有的比较结果Ri(步骤108)均为负及DSP移除(清除)电弧警告信号(步骤110)，该DSP同时也停止(disable)该磁滞模式(步骤114)，使得磁滞偏置不再由电弧检测临限值减去(步骤102)。
该磁滞偏置可以包含DSP的规划中或可以为操作该室的人员所经由总线18传送至PLC。更确切地说，如果电弧检测临限值被如上所述储存在查看表中，则该磁滞偏置可以储存在同一表中。分别对应于顺向RF功率及反射RF临限感应信号，电弧检测临限值较佳为25瓦的磁滞值。
6.在制程转移时，停止电弧检测我们发现当RF功率开始导通时，或当RF功率设定点到达一较高或较低位准时，感应量测值Si可以暂时地以电弧发生所产生的变化的方式加以改变。明确地说，当RF功率设定点增加时，顺向RF功率S1可以不以如RF功率设定点36相同的速率增加。当RF功率设定点增加或降低时，所得在室内的等离子体的变化可以在反射RF功率S2及室EMF信号S3中产生暂时的突波。为了避免此行为被错误地指出为一电弧，在RF功率设定点快速变化的这些期间，本发明较佳实施例停止此ADSC，以不执行图3至5的电弧检测算法。
更确切地说，当RF功率开始导通时，ADSC并不会开始执行电弧检测算法，一直到超出RF功率以增加至其最终值及稳定所需的时间的一预定启始暂停期间。同样地，ADSC也暂停其执行电弧检测算法，只要RF功率设定点信号36如图2A所示的时间t0至t3到达一较高或较低值，或快速变化。较佳地，该暂停期间为至少70毫秒，更好是至少100毫秒。
该DSP较佳地被规划以监视RF功率设定点信号36及检测何时作大量变化。此时，该DSP应启动电弧检测算法的暂停，持续储存在DSP的内存中的预定暂停期间。在暂停期间，该DSP可以因应RF设定点的新值而更新该电弧检测临限值Li-(图3或4的步骤100)。当暂停期间结束时，DSP应在步骤104重新执行电弧检测算法。
在本发明的此实施例中，因为电弧检测算法的步骤102-152只要RF功率设定点大量变化时就被暂停，所以，并不需要执行电弧检测临限值的更新(步骤100)，除了在每一暂停期间外。因此，在如图5所示的算法实施例中，在每一取样区间重复步骤100并没有意义。
7.由感应信号导出值除了上述的直接监视感应信号Si外，也可监视一或多个值Vi，我们称为“感应器导出值”，其中每一感应器导出值由一或多个实际感应信号Si导出(即为其一函数)。图6显示图5的电弧检测算法，其被修改以加入由感应信号导出值的步骤(步骤106)。在比较步骤(步骤108)中，每一电弧检测临限值Li与对应感应器导出值Vi比较，而不是如图5所示的与感应信号Si作比较。
有用的感应器导出值的例子有(1)多个感应信号的总和或平均；(2)在两感应信号间的比，例如于反射RF功率27及顺向RF功率25间的比例；及(3)感应信号的一的斜率或时间导数，例如反射RF功率信号27的斜率。
另外，任一感应器导出值Vi可以简单地等于感应信号Si之一，使得感应器导出值与电弧检测临限值的比较步骤(图6步骤108)为一比较感应信号与电弧检测临限值的步骤的一般化(图3至5步骤180)，而不是其的另一选择。因此，图6算法包含图5的算法并为其的一般化。
在上述的电弧检测算法中，如果一给定感应器导出值Vi一般为少于没有电弧时，其对应电弧检测临限值Li时，则在步骤108的比较结果Ri依据该感应器导出值Vi大于或小于该临限值Li而被认为是正或负。相反地，如果给定的感应器导出值Vi在没有电弧时大于临限值Li时，则比较结果Ri依据该感应器导出值Vi为少于或等该临限值Li，而被认为是正或负。
我们认为特别有用于检出电弧的感应器导出值的组合为定义一第一感应器导出值V1等于反射RF功率信号27及一第二感应器导出值V2等于反射RF功率信号的斜率。于图1的实施例中，该DSP可以被规划以基于反射RF功率信号的样品，算术地计算出该反射RF功率信号的斜率。用以计算信号的斜率为该信号后续样品的函数的数学算法为已知的。或者，以下图8所述的实施例利用一模拟斜率检测器电路，以产生一与反射RF功率信号成比例的斜率。
8.区分长及短电弧持续时间因为为电弧所造成的损害严重性随着电弧的持续时间增加，所以ADSC欲区分长与短持续时间的电弧。例如，于用以在玻璃基材上制造平面显示器的等离子体室中，超出10微秒的电弧会在显示器中损坏一晶体管的危险，而超出1秒的电弧会有破璃该玻璃基材的危险。可能有时间将发生10微秒的电弧于一记录中，但0.1秒的持续时间可能立即关闭等离子体室的操作，以防止可能的破裂基材损坏其它室组件。
图7显示图6的电弧检测算法的变化例，其包含额外的步骤160-164，用以检测是否电弧持续了至少N2后续样品，其中N2为大于最小正结果计数N的一整数，较佳地，至少十倍大。例如，如果取样区间为一微秒，则N2应为105，以发出信号，通知电弧持续时间大于0.1秒。
步骤160-164较佳由DSP所执行，该DSP储存N2值于其内存中。用于图4至6的算法中的步骤112、120及130的相同计数与在步骤160中的N2相比较。若计数大于等于N2，则DSP发出信号，通知已发生一延长的电弧(步骤162)，较佳地通过送出一信号至总线15上给PLC。该PLC然后可以启始修复动作(步骤164)，例如关闭等离子体室，这些因应较短时续电弧所采取的补救动作(步骤152)为强烈。
9.模拟临限检测电路图8显示一模拟临限检测电路，其可以用以替代在图1中的DSP14。该临限检测电路利用一传统模拟比较电路或运算放大器301-306，给每一感应信号Si或感应导出值Vi，其予以在电弧检测算法中与一个别电弧检测临限值Li相比较。每一比较电路301-306的输出为对应比较的结果R1-R6(图3至6中的电弧检测算法的步骤108)。
如图8所示的临限检测电路具有六个比较电路，其将六个感应器导出值与六个个别电弧检测临限值L1-L6作比较。然而，所示的电路可以与任意数量的感应器导出值或感应信号作比较(包含只有一个)，并且，在此时将包含等于感应器导出值及感应信号总数的比较电路数目予以独立地与个别电弧检测临限值作比较，即等于予以产生在步骤108中的可区别比较结果Ri的数量。
临限检测电路通过连接以接收每一感应信号Si，其将连接至在图1实施例中的DSP14(步骤104)。为图8实施例的个别比较电路301、303及305所接收的三个感应器导出值V1、V3及V5与在前述实施例中的感应信号S1、S2及S3相同，即顺向RF功率信号25、反射RF功率信号27、及EMF检测信号48(步骤104)。为个别比较电路302、304及306所接收的额外感应器导出值V2、V4及V6为这些信号的个别斜率。我们发现在感应信号斜率大小的增加，为电弧发生的有用指标。
所述斜率为连接每一感应信号25、27及48至一个别斜率检测电路321、322、323的输入所导出(步骤106)。每一斜率检测器的输出连接至个别比较器302、304及306的输入。斜率检测器为民用电路，其包含一差动电路，其后跟随一低通滤波器。
每一比较电路301-306具有一正输入及一负输入。每一比较电路的一输入通过连接以接收一与所需感应信号Si或感应器导出值Vi成比例的电压信号。另一输入通过连接以接收一电压信号，其与对应电弧检测临限值Li成比例。后者的电压为一个别临限值调整电路311-316所产生。
每一临限值调整电路311-316可以是一简单的固定电压源连接至一电位计60，该电位计被手动调整以建立所希望的电弧检测临限值Li如图9所示。较佳地，该电位计可以被一数字控制电阻梯式网络60所取代，其动作为一数字可控制电位计。该梯式网络60的数字控制输入较佳经由通讯总线15连接至PLC12，以此允许PLC调整每一临限值(图3至6的步骤100及102)。
在没有电弧时，通常低于对应电弧检测临限值并因应电弧而增加的一感应信号Si或感应器导出值Vi应被连接至对应比较电路的正输入。其对应临限调整电路应连接至负输入。例子为反射RF功率信号27(图2C)、其斜率V4、EMF检测信号48、及其斜率V6。相反地，在没有电弧时，通常大于对应电弧检测临限并因应电弧而降低的感应信号Si或感应器导出值Vi应被连接至对应比较电路的负输入。其对应临限调整电路应连接至正输入。例子为顺向RF功率信号25(图2B)及其斜率V2。
在本实施例中，图8的模拟临限检测电路被用以替代图1的DSP14，其可以被用以执行如图3至6所示的电弧检测算法的任一变化例。图8的模拟临限检测电路执行上述电弧检测算法的步骤104、106及108，及PLC12被规划以执行算法的其它步骤。因为模拟临限检测电路连续地执行比较，而不是以取样区间执行比较，所以图3至6所示的步骤102-140以模拟临限检测电路在流程图环路中被重复地执行。如果为模拟临限检测电路所产生的比较结果Ri被连接至PLC的中断输入，则PLC可以立即对正结果Ri作出反应(步骤120-152)，而不是只在一取样或轮询期间结束后才反应。
10.电弧的抑制除了如上述的检测电弧外，ADSC10较佳被规划以实施抑制电弧的算法，以此，我们表示在ADSC已经检出电弧后，减少该电弧的持续时间。简言之，我们的电弧抑制方法是在一短时间内关闭为RF电源20所提供至等离子体室的RF功率，这通常会熄灭(停止)电弧，然后，将该RF电力回复到其前一位准。
如图1的电路即能执行本案的电弧抑制方法。该RF电源20包含一“启动”输入23，其能接收一二进制信号，其导通及关闭状态决定是否该RF电源的输出为导通或关闭。当启动输入信号23在“导通”状态时，该RF电源输出一为上述RF功率设定点输入21所指定的功率位准。当启动输入信号23为“关闭”状态时，RF电源提供零功率在其输出22，而不管该RF功率设定点信号21为何。
较佳为DSP14的ADSC10产生一二进制RF功率启动信号70，其连接至RF电源的启动输入23。正常地，该DSP维持RF功率启动信号于“导通”状态，使得RF电源会由制程控制器34输出，而不管为RF功率设定点信号36所指定的RF功率位准为何。
由图1的电路所执行的电弧抑制算法如图10所示。
该电弧抑制算法并未执行，除非先前所述的电弧检测算法(图3至6的步骤100-150)检出电弧(步骤150)。
当由DSP所执行的电弧检测算法决定正在发生电弧(步骤150-152)，该DSP开始通过清除(重设至零)储存在DSP内存中的计数“C”，加以执行电弧抑制算法，该计数代表所欲暂停电弧的次数(步骤200)。此时，DSP同时改变RF功率启动信号70至“关闭”状态，其命令RF电源20以降低其功率输出22至零(步骤201)。步骤200及201可以被同时或其它顺序加以执行。
该DSP维持该RF电力启动信号70于“关闭”状态，持续称为电弧抑制时间期间Ts的预定时间段(步骤201)。时间期间Ts的持续时间较佳足够地长，以完成一不可忽略状态，其中，电弧将保持暂停-即电弧将不会再发生-当在此时间期间Ts后，原始RF功率被回复。
于较佳实施例中，电弧抑制时间期间Ts的默认值为2毫秒。一般来说，时间段Ts较佳为少于或等于20毫秒，最好为低于或等于5毫秒。
在降低功率时间段Ts结束后，因应RF电源20的输出22回到由制程控制器34的RF功率设定点信号36所指定的功率位准，该DSP改变RF功率启动信号70至“导通”状态(步骤202)，即，RF输出功率回到其用于现行被执行于室中的制程步骤的正常位准。
在RF功率回复后，通过执行图3至6的电弧检测算法的步骤104至108(步骤203)，该DSP测试是否电弧已经暂停(免除)。如果所有步骤108中的比较均为负结果，则电弧抑制被认为成功(图10的步骤203的“全负”结果)。因此，该DSP清除任一可能已经设定在步骤150中的电弧警告信号(步骤210)，并暂停执行图10的电弧抑制算法并回复执行图3至6的电弧检测算法，开始于步骤100。
相反地，如果在步骤108中的任一比较有正结果，则电弧抑制被认为不成功(步骤203的“一个或多个正”结果)，不是因为电弧从未停止就是因为当RF功率回到其正常位准时再次电弧。于任一情况下，DSP增量储存于内存中的上述计数“C”1(步骤204)，使得计数表示执行未成功的抑制现行电弧步骤201的次数。
再者，DSP比较计数“C”与也储存在DSP内存中的预定最大允许数Ns(步骤205)。如果未成功抑制电弧的数量少于等于最大允许数Ns(步骤205的“否”结果)，则DSP重复以步骤201开始的电弧抑制算法，绕开在步骤200中的清除计数的步骤。
相反地，如果未成功抑制电弧的数量大于最大允许数Ns(于步骤205中的“是”结果)，DSP经由通讯总线15送出该电弧警告信号给PLC(步骤206)，为因应电弧警告信号，可以规划PLC实行补救动作。所述补救动作例子如前段落2“电弧的检测”的末端所述的补救动作(2)-(4)。
所述的算法的可能变化将利用除了固定数Ns外的一准则，以决定何时停止重复步骤205中的电弧检测算法，或甚至省略此准则(步骤204及205)并简单地无限制地持续该电弧抑制算法，直到电弧被免除为止。
如果RF电源并未具有一“启动”输入23，该电弧抑制算法可以通过安插一与门、开关或多任务器(MUX)40于制程控制器34的RF功率设定点输出36与RF电源20的功率设定点输入21间加以完成。
图11显示使用具有两数据输入的多任务器40的实施例。第一数据输入通过连接以接收为制程控制器36所产生的RF功率设定点信号36；其值代表由制程控制器决定所在等离子体室30内所执行制程的现行所希望的步骤的RF功率。多任务器的第二数据输入连接至代表零设定点功率的固定电压(如图11中的零字符串“0”所示)。
该“及”闸、开关或多任务器40具有一控制输入连接以接收来自DSP14的“RF功率启动”二进制信号70。当RF功率启动信号在其“导通”状态时，与门、开关或多任务器40连接RF功率设定点信号36至RF电源20的功率设定点输入21。当RF功率启动信号在其“断开”状态时，与门、开关或多任务器40连接前述零值至功率设定点输入21。
图2E显示在时间间隔t1-t2中，当DSP执行电弧抑制算法时，功率设定点输入交替于其正常值与零之间。图2E显示在时间间隔t0-t1及t2-t3中，当没有电弧时，功率设定点输入21在高阶，及在时间间隔t3-t4中，为制程控制器34所表示的低位准。
如图11所示的设计的可能变化即通过降低RF功率至大于零的位准但远低于制程控制器34所提供的设定点信号36所指明的设定点功率，而抑制电弧。这可以通过将连接至多任务器40的第二输入的零信号“0”用以代表降低功率位准的电压源值加以替代来完成。
图12显示另一变化例，其中DSP被规划以产生连接至RF电源20的设定点输入21的RF功率设定点信号72，免除了多任务器40及在制程控制器34及RF电源20间的连接。于图12的实施例中，DSP被规划以设定功率设定点信号72至与DSP由制程控制器所接收的功率设定点信号36相同的值，当在图1及11的实施例中，DSP将设定RF功率启动信号23至其“启动”值。相反地，当于图1及11中，DSP设定RF功率启动信号23至其“停止”值时，在图12实施例中的DSP被规划以设定功率设定点信号72为零或一降低位准，以如前段所述地抑制电弧。
权利要求
1.一种因应一个或多个感应器而检测在电负载中异常变化的电路，其中有一电源供给电力给该电负载，其特征是，其中每一感应器产生一对该电力或对该负载的电磁状态有反应的感应信号，该电路包含一感应信号接收电路，用以接收每一感应信号及产生一或多个感应器导出信号，使得每一感应器导出信号的值为该一或多个感应信号的函数；一比较电路，用以接收该感应器导出信号并产生一对应比较结果给每一感应器导出信号，其中每一比较结果都具有一个值，其可以为真或假，在所述比较电路中，该比较器依据是否该对应感应器导出信号大于或少于有关该感应器导出信号的临限值，而决定每一比较结果的值；一警告电路，当任一比较结果为正时，该警告电路发出警报，以指明在电负载中的异常变化。
2.如权利要求1所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使每一感应器导出值在负载没有电弧时，不会越过相关的临限值。
3.如权利要求2所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使如果有电弧发生在该负载中，每一感应器导出值可能会越过相关临限值。
4.如权利要求1所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使如果有电弧发生在该负载中，每一感应器导出值可能会越过其相关临限值。
5.如权利要求1所述电路，其特征是，上述之的一个感应器导出值为一个感应信号。
6.如权利要求1所述电路，其特征是，上述的一个感应器导出值为一个感应信号变化率。
7.如权利要求1所述电路，其特征是该电负载为一等离子体室；上述的一个感应信号对来自等离子体室的辐射有反应。
8.如权利要求1所述电路，其特征是该电负载为一等离子体室；上述的一个感应信号对在等离子体室内的电磁场有反应。
9.如权利要求1所述电路，其特征是上述的一个感应信号对在电源与负载间的反射RF功率有反应；如果该反射RF功率超出其相关临限值，则该警告电路发出警报。
10.如权利要求1所述电路，其特征是上述的一个感应信号对电源与负载间之反射RF功率有反应；如果该反射RF功率的变化率超出其相关临限值，则该警告电路发出警报。
11.如权利要求1所述电路，其特征是该电源被一个功率设定点信号所控制，使得为电源所供给的电功率具有一个对该功率设定点信号有反应的位准；该比较电路，因应该功率设定点信号而调整至少一个临限值。
12.如权利要求11所述电路，其特征是，上述的比较电路调整至少一个临限值，以与该功率设定点信号成比例。
13.如权利要求11所述电路，其特征是，还进一步包括内存电路，其中储存有一表，以指明多个功率设定点值的范围并与该一个或多个临限值的每一个别值相关；其中该比较电路设定一个或多个临限值的个别值至储存在该表中的值，该等值与一范围内功率设定点值相关，其包含功率设定点信号的现行值。
14.如权利要求1所述电路，其特征是每一感应器导出值特征于负载中没有异常变化时的值的正常范围；该比较电路因应警告电路发出警报以指明电负载中的异常变化，而改变至少一个临限值，以更接近有关于该临限值的感应器导出值的正常范围值内的一个值。
15.如权利要求14所述电路，其特征是该比较电路，在因应该警报而指明在电负载中的异常变化而改变至少一个临限值后，决定何时先前所越过的相关临限值的每一感应器回到其相关临限值的原始值，然后，将其中比较电路已经因应该警报加以变化的每一临限值回复到其原始值，该警报即指明电负载中的异常变化。
16.如权利要求1所述电路，其特征是该比较电路及该警告电路为可编程计算机；该感应器导出信号为储存在该计算机的内存中的值。
17.一种检测电弧是否发生在等离子体室中的电路，一电源施加一电力给该等离子体室，其特征是，该电路进一步包括一个或多个感应器，其中每一感应器因应一电功率或等离子体室的电磁状态而产生一感应信号；一感应信号接收电路，用以接收每一感应信号并产生一或多个感应器导出信号，使得每一感应器导出信号的值为该一个或多个感应信号的函数；一比较电路，用以接收该感应器导出信号并产生一对应比较结果给每一感应器导出信号，其中每一比较结果具有一值，其可以为真或假，其中该比较器依据该对应感应器导出信号是否大于或小于有关于该感应器导出信号的临限值，而决定每一比较结果的值；一警告电路，当有任一比较结果为正时，发出警报，以通知等离子体室中之电弧。
18.如权利要求17所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使每一感应器导出值在等离子体室中没有电弧时，通常不会越过相关的临限值。
19.如权利要求18项所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使如果有电弧发生在该等离子体室中，每一感应器导出值可能会越过相关临限值。
20.如权利要求17项所述电路，其特征是，上述个别临限值已被建立，以使如果有电弧发生在该等离子体室中，每一感应器导出值可能会越过其相关临限值。
21.如权利要求17所述电路，其特征是，上述一个感应器导出值为一个感应信号。
22.如权利要求17所述电路，其特征是，上述一个感应器导出值为一个感应信号的变化率。
23.如权利要求17所述电路，其特征是，所述其中一个感应信号对来自等离子体室的辐射有反应。
24.如权利要求17所述电路，其特征是所述其中一个感应信号对在等离子体室内之电磁场有反应。
25.如权利要求17所述电路，其特征是该电源供给RF电力至该等离子体室；所述其中一个感应信号对在电源与等离子体室间之反射RF功率有反应；如果该反射RF功率超出其相关临限值，则该警告电路发出警报。
26.如权利要求17所述电路，其特征是该电源供给RF电力至该等离子体室；所述其中一个感应信号对电源与等离子体室间之反射RF功率有反应；如果该反射RF功率的变化率超出其相关临限值，则该警告电路发出警报。
27.如权利要求17所述电路，其特征是该电源为一功率设定点信号所控制，使得为电源所供给的电功率具有一个对该功率设定点信号有反应的位准；该比较电路，因应该功率设定点信号而调整至少一个临限值。
28.如权利要求27所述电路，其特征是，上述比较电路调整至少一个临限值，以与该功率设定点信号成比例。
29.如权利要求27项所述电路，其特征是，还进一步包括内存电路，其中储存有一表，该表定义多个功率设定点值的范围并相关用于所述其中一个或多个临限值的每一范围值；其中上述比较电路设定一个或多个临限值的个别值为储存在该表中的值，所述所有表中的值与包含功率设定点信号现行值的功率设定点值的一范围相关。
30.如权利要求17所述电路，其特征是当等离子体室中没有电弧时，上述每一感应器导出值的为一值的正常范围；该比较电路，因应警告电路发出警报以指明在等离子体室中的电弧，而改变至少一个临限值至一个更接近该临限值相关的感应器导出值的正常值范围内的一个值。
31.如权利要求30所述电路，其特征是该比较电路，在响应警报以指明在等离子体室中的电弧而改变至少一个临限值后，决定先前超越其相关临限值的每一感应器何时回到其相关临限值的原始值，并且，响应该警报的发出信号指明等离子体室中的电弧，而重新回复比较电路所先前改变的每一临限值的原始值。
32.如权利要求17所述电路，其特征是该比较电路及该警告电路为可编程计算机；该感应器导出信号为储存在该计算机的内存中的值。
33.一种用以抑制电负载中的电弧的电路，该电负载上被一电源供给电力，其特征是，还进一步包括一电源，适用以供给电力至一电负载，其中该电源具有一控制输入，用以控制为电源所供给的电力；一电弧检测电路，输出一信号，其值表示是否电弧正发生在该电负载中；一控制电路，连接以接收该电弧检测电路的输出信号并送出一控制信号给该电源的控制输入；其中，在电弧检测电路输出一信号表示电弧正在电负载中发生后，该控制电路设定控制信号至第一值，该第一值命令电源降低该电力的位准在一第一时间段内，然后，在第一时间段后，设定该控制信号至第二值，该第二值命令电源回到第一时间段前的功率位准。
34.如权利要求33所述电路，其特征是在控制电路设定控制信号至第二值后，如果电弧检测电路再次输出一信号表示电弧正发生在电负载中，该控制电路设定该控制信号至第一值，该第一值命令电源降低电力位准在一第二时间段内，及在第二时间段后，设定该控制信号至该第二值，该第二值命令该电源以将电力送回到在第二时间段前的功率位准。
35.如权利要求33所述电路，其特征是，上述的控制电路计数其设定控制信号至第一值的次数，及在该计数大于或等于一预定最大值后，该控制电路并不会随后设定该控制信号至第二值。
36.如权利要求33所述电路，其特征是，上述的电负载为一等离子体室。
37.如权利要求33所述电路，其特征是，上述的电弧检测电路，还进一步包括一个或多个感应器，其中每一感应器产生一感应信号，该感应信号对该电负载的电功率或电磁状态有反应；一感应信号接收电路，用以接收每一感应信号及产生一个或多个感应器导出信号，使得每一感应器导出信号的值为一或多个感应信号的函数；一比较电路，用以接收该感应器导出信号并产生一对应比较结果给每一感应器导出信号，其中每一比较结果具有一值，该值可以为真或假，并且其中该比较器依据对应感应器导出信号大于或小于有关于该感应器导出信号的临限值，而决定每一比较结果的值。
38.如权利要求33所述电路，其特征是电弧检测电路及控制电路至少一个是可编程计算机。
39.一种检测在电负载中的异常变化的方法，电负载的电力由一电源所供给，其特征是，该方法进一步包括以下步骤由一电源供给电力；将该电力耦接至一电负载；产生一个或多个感应信号，其中每一感应信号对该电功率或该负载的电磁状态有反应；建立一个或多个感应器导出值，其中每一感应器导出值为一个或多个感应信号的函数；建立一个或多个临限值，使得每一临限值与所述其中一个感应器导出值相关；比较每一感应器导出值与其相关临限值；及当至少一个感应器导出值超出其相关临限值，则发出警报。
40.如权利要求39所述方法，其特征是该建立一个或多个临限值的步骤，还进一步包括，建立所述所有临限值的步骤，使得每一感应器导出值在负载中没有电弧时并不会超出其相关临限值。
41.如权利要求40所述方法，其特征是该建立一个或多个临限值的步骤，还进一步包括，建立所述临限值的步骤，使得如果负载中有电弧，则每一感应器导出值可能会超出其相关临限值。
42.如权利要求39所述方法，其特征是该建立一个或多个临限值的步骤，还进一步包括建立所述临限值的步骤，使得如果负载中发生电弧，则每一感应器导出值可能会超出其相关临限值。
43.如权利要求39所述方法，其特征是，上述的一个感应器导出值为一个感应信号。
44.如权利要求39所述方法，其特征是，上述的一个感应器导出值为感应信号的变化率。
45.如权利要求39所述方法，其特征是该电负载为一等离子体室；一个感应信号对来自等离子体室的辐射有反应。
46.如权利要求39所述方法，其特征是该电负载为一等离子体室；一个感应信号对该等离子体室内的电磁场有反应。
47.如权利要求39所述方法，其特征是该电源供给RF功率给该负载；一个感应信号对在电源与负载间的反射RF功率有反应；该发信步骤包含当该反射RF功率超出其相关临限值时，则发出警报这一步骤。
48.如权利要求39所述方法，其特征是该电源供给RF功率给该负载；一个感应信号对电源与负载间之反射RF功率有反应；该发信步骤包含当该反射功率的变化率超出其相关临限值，则发出警报之步骤。
49.如权利要求39所述方法，其特征是，还进一步包括以下步骤产生一功率设定点信号；控制该电源，使得提供电源供给的电功率具有一对该功率设定点信号有反应的位准；其中，与该供给电功率的步骤同时，所述建立一个或多个临限值的步骤包含步骤监视该功率设定点信号；因应该功率设定点信号，而调整至少一个临限值。
50.如权利要求49所述方法，其特征是，该建立一个或多个临限值的步骤包含调整至少一个临限值，以与于该功率设定点信号成比例这一步骤。
51.如权利要求49所述方法，其特征是，还进一步包括以下之步骤在内存中储存有一表，该表定义多个功率设定点值的范围并与用于一个或多个临限值的每一范围个别值相关；其中建立一个或多个临限值的步骤更包含以下步骤决定功率设定点信号的现行值；设定该一个或多个临限值的个别值至储存在该表中的值，所述值与包含有功率设定点信号的现行值的功率设定点值的范围相关。
52.如权利要求39所述方法，其特征是当负载中没有异常变化时，每一感应器导出值在一值的正常范围内；及发出警报的步骤包含改变至少一个临限值至一值的步骤，该值较接近有关于该临限值的感应器导出值的正常范围值。
53.如权利要求52项所述之方法，在改变至少一个临限值至较接近正常范围的一值的步骤后，其特征是，还进一步包括以下步骤执行比较步骤，一直到每一先前超出其相关临限值的感应器回到相关临限值的原始侧为止；然后回复每一临限值的原始值，即在改变至少一个临限值至较接近正常范围的一值的步骤中所改变的临限值。
54.一种抑制电负载中电弧的方法，该电负载被一电源供给电力，其特征是，该方法包括以下步骤在一预定时间段内降低电源所供给的电力；回复电力至降低步骤前的值；检测是否电负载中正发生电弧；及如果检测步骤检出正发生电弧，则重复降低及回复步骤。
55.如权利要求54所述方法，其特征是，还进一步包括重复该降低、回复及检测步骤，直到检测步骤并未检出正发生电弧的情形为止。
56.如权利要求54所述方法，其特征是，还进一步包括以下步骤在降低电力步骤之前，将储存在一内存中的计数重设至零；在检测步骤与重复步骤之间，执行以下步骤增量该计数；比较该计数与一预定最大值；及如果该计数大于或等于最大值，则在执行重复步骤之前，先暂停该方法的执行。
57.如权利要求56所述方法，其特征是，上述的比较步骤在增量步骤之前被执行。
58.如权利要求57所述方法，其特征是，该电负载为一等离子体室。
59.如权利要求57所述方法，其特征是，上述的检测步骤还进一步包括以下步骤产生一个或多个感应信号，其中每一感应信号对该电功率或该负载的电磁状态有反应；建立一个或多个感应器导出值，其中每一感应器导出值为一或多个感应信号的函数；建立一个或多个临限值，使得每一临限值与一个感应器导出值相关；比较每一感应器导出值与其相关临限值；当至少一个感应器导出值超出其相关临限值，则检测到该电弧正在发生。
全文摘要
用以检测或抑制在连接至电源负载过程中产生的电阻抗中，电弧或其它异常变化的方法及设备。较佳地，该负载为一等离子体室，用以制造例如半导体及平面显示器的电子组件。电弧通过监视一个或多个感应器加以检出。每一感应器对电源至等离子体过程中所供给至电源特征作出反应，或者，被耦合至等离子体室，以对室内的电磁状态作出反应。通过降低简短功率输出时间，而抑制电弧。然后，电源增加其功率输出，较佳至其原始值。若再发生电弧，则电源重复降低然后回复功率输出这一步骤。
文档编号H05H1/00GK1743859SQ20051009396
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年9月4日
发明者苏海勒·安瓦尔, 瑞米哥尔·马纳奇尔, 朴钲义, 任东吉, 崔寿永 申请人:应用材料股份有限公司