電弧的檢測與抑制電路和方法

2023-04-29 06:54:01 2

專利名稱：電弧的檢測與抑制電路和方法
技術領域：
本發明涉及用以檢測或抑制一負載電阻抗中電弧或其它異常變化的設備與方法，其中有一電源供給電力給該負載。較佳地，該負載為一等離子體室，可用於製造例如半導體及平面顯示器的電子元件，及本發明所檢測或抑制的的包含在等離子體室內的電弧的異常變化。
背景技術：
等離子體室經常被用以執行各種製程，例如化學氣相沉積、濺鍍及等離子體加強蝕刻製程，以製造例如半導體或平面顯示器的電子工件。經常地，在等離子體室內的等離子體通過由耦合來自電源的RF(RadioFrequency，高頻)或直流電力至等離子體加以維持。該耦合一般通過將等離子體連接至室內的電極或該室內或鄰近該室的天線或磁線圈加以完成。
在等離子體室內的狀況大致在製程被執行於室內時產生變化，並且，這些變化有時造成在室內的電弧。若等離子體與被製造的工件間發生電弧，或在任一室組件間發生電弧，則將對工件或室內組件產生損害。損害的程度隨著電弧時間而增加。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種設備，其可以快速地檢測在等離子體室內的電弧或者改變等離子體室呈現給電源的電負載阻抗的其它異常，或者提供另一種設備，其可以抑制(即停止)電弧，同時允許等離子體製程以儘可能最少幹擾的狀態下繼續進行。通過所述提供設備可以減少或防止上述對工件或室內組件的損害。
通常，在提供一種可以快速地檢測或抑制在電負載中的異常變化的設備時需要有一電源施加電力給該電負載。
本發明的一個方案為一種設備及方法，通過監視一個或多個感應器，而檢測在等離子體室內的電弧。每一感應器對(in response to)被電源所施加至等離子體的電源特徵有反應，或者，耦合至等離子體室，以對室內的電磁狀態作出反應。對耦合至等離子體室情況，感應器所檢測的等離子體狀態可以例如是在室內的電場、磁場、或光輻射。
該監視較佳包含檢測何時為一個感應器產生一電信號、或由一個或多個這些感應信號導出一值(即為這些感應信號的函數)超出一臨限值。由一感應信號所導出的值例可以是感應信號的變化率。
當電源為一RF電源時，對施加至等離子體室的RF功率作出反應的感應器較佳包含一RF單向耦合器，其連接在RF電源與等離子體室之間，以檢測順向RF功率，反射RF功率、及反射之功率係數的其中一個或多個。該監視較佳包含當反射RF功率或反射功率係數超出第一臨限值或者反射功率或反射功率係數的變化率超出一第二臨限值時，檢測電弧之發生。
本發明的第二方案適用於一製造系統，其中一製程控制器，控制由電源所產生的輸出功率，使得其在製程的不同步驟或階段，產生不同的功率位準。在本發明的這一方案中，上述一個或多個臨限值可以對被製程控制器所選擇的功率位準有反應以作動態調整。本發明的優點為可以以高感度檢出電弧，因為臨限值可以緊密地調整至電源的功率輸出。
本發明的第三方案為一種抑制電弧的設備與方法，在抑制時不必停止執行於等離子體室內的等離子體製程。當電弧被檢出時，等離子體暫時地降低其輸出功率，較佳至零功率。通常，這將省除該電弧。在一很短暫時間後，一般幾毫秒或更短時間後，等離子體增加其功率輸出，較佳至其原始值。若再發生電弧，則電源再次在一短暫時間內降低其功率。一般而言，在幾次重複降低功率短暫時間後，電弧將完全消失，使得被執行於室內的等離子體製程可以在只有約十毫秒的中斷後被重新執行。
本發明的第四方案為一種設備與方法，用以檢測在電負載的電阻抗中的異常變化，該電負載被連接至電源。該第四方案為第一方案的一般化，以包含電弧以外的阻抗中的異常，並包含可能不是等離子體室的電負載。負載的電阻抗中的異常變化通過監視一個或多個感應器加以檢測，所述所有感應器對電源所施加至負載的功率特徵作出反應。該監視較佳包含檢測何時感應器產生電信號，或者由一個或多個感應信號所導出的值超出一臨限值。由感應信號所導出的值的例子可以為感應信號的變化率。
當電源為一RF電源時，一感應器較佳包含一RF單向耦合器，連接於該RF電源與該負載之的間，以檢測順向RF功率、反射RF功率、及反射功率係數的一個或多個。監視較佳包含當反射RF功率或反射功率係數超出第一臨限值或反射功率或反射功率係數的變化率超出一第二臨限值時，檢測一異常變化。
本發明的第五方案為一種設備與方法，用以反轉(即回到正常)在電負載的電阻抗中的異常變化，該電負載連接有一電源。第五方案為第三方案的一般化，以包含在電弧以外的阻抗異常及包含可能不是等離子體室的一電負載。
當負載的電阻抗中的異常變化被檢出時，電源短暫地降低其輸出功率，較佳至零功率。這可以免除該異常。在很簡短的時間後，一般幾毫秒或更短時間後，電源增加其功率輸出，較佳至其原始值。若異常被再次檢出，則電源再次在一短暫時間內降低其功率。在重複幾次短暫的功率降低後，異常可以完成免除，使得電源的正常操作可以再次進行。


圖1為組合一RF電源及等離子體室的電弧檢測及抑制電路的方塊圖。
圖2為在等離子體室內電弧時的模擬電信號圖。
圖3為基本電弧檢測算法的流程圖。
圖4為改良的電弧檢測算法的流程圖，其可以拒絕指出比最小持續臨限值為短的電弧。
圖5為另一修改電弧檢測算法的流程圖，其可以加入用於電弧檢測臨限的磁滯及更新在每一取樣區間的臨限值成為電源的電力設定點的函數。
圖6為圖5的算法的流程圖，其被修改以比較電弧檢測臨限值與由感應信號所導出的值。
圖7為另一改良算法的流程圖，其加入檢測是否電弧持續長於特定持續時間的步驟。
圖8為以模擬電壓比較器執行的臨限檢測器的方塊圖。
圖9為具有電位計的臨限調整電路的電路圖。
圖10為電弧抑制算法的流程圖。
圖11為圖1的電路的另一實施例，其包含連接至RF電源的RF設定點輸入的多任務器。
圖12為圖1的電路的另一實施例，其中DSP提供一電力設定點信號給RF電源。
附圖標記說明34製程控制器 24單向耦合器28RF匹配 46EMF檢測器100建立臨限值Li104接收或取樣感應信號Si108比較感應信號Si與臨限值Li122登入電弧事件 150發出電弧警報152作補救動作 110清除電弧警報120增量計數 122登入電弧事件130計數≥N (持續時間≥D )112清除持續時間計數100更新臨限值Li為RF功率設定點的函數102若磁滯激活，則將臨限值Li減去磁滯Hi114停止磁滯 106導出感應器導出值Vi140激活磁滯 200清除計數201降低或暫停RF功率持續時間Ts202回復全RF功率203比較感應信號Si與臨限值Li(步驟104-108)204增量計數 205計數≥Ns 206發出電弧警報 210清除電弧警報 回到步驟10040多任務器具體實施方式
1.硬體圖1顯示一設備，其可以依據本發明的不同方案，檢測電弧及抑制電弧。該設備包含一電路10，其於上被稱為「電弧檢測及抑制電路」或「ADSC」。該ADSC10實現了如下所述的新穎電弧檢測及抑制算法。該ADSC可以為一數字電路，例如可程序計算機、一模擬電路、或數字及模擬電路的組合，這些例子說明如下。
如本案的發明內容所述，本案的電弧檢測及抑制電路也用以檢測或抑制電弧以外的阻抗中的異常。於此通例中，該ADSC10可以被稱為「阻抗異常檢測及抑制電路」。阻抗異常的抑制表示反轉該異常狀況，以將阻抗回復至其正常值或值的正常範圍內。雖然較佳實施例的以下說明重複地表示電弧，但於整個說明書中，「電弧」可以被「阻抗異常」加以取代。
同樣地，如發明內容所述，本發明也用於可能不是等離子體室的電負載。在負載的電阻抗的異常變化通過監視一個或多個感應器加以檢出，這些感應器對電源所施加至負載的電源的特徵作出反應。雖然以下的較佳實施例的詳細說明重複地表示一等離子體室，但等離子體室可以被任一電氣負載所取代。
ADSC10所連接的例示製造系統包含一RF電源20，具有一RF輸出22連接至RF單向耦合器24的一輸入。(商用RF功率發電機通常在單一密封體內，組合RF電源與單向耦合器。)該單向耦合器具有一RF輸出26連接至RF阻抗匹配網絡28的輸入。該單向耦合器感應或量測順向及反射RF功率，其由RF電源20傳遞至匹配網絡28並產生順向及反射感應輸出信號27、28，其值分別代表順向及反射RF功率量測值S1及S2。RF匹配網絡的輸出即連接至在等離子體室30內的電極32。在此段中所述的組件包含在具有RF供電等離子體室的傳統製造系統中。
本發明也可適用於電源，其供給RF電力以外的電源至等離子體濺射室，所述電源例如連接至電源的直流電源。當電源為直流電源時，將沒有反射電力，但所有以下所述的感應器，包含順向電力(forward electricalpower)可以用以檢測及抑制在電負載中的電弧或其它異常變化，該電負載被連接至電源以被供給電力。因此，所有的RF電源，其啟動輸入(enableinput)、及其功率設定點輸入等效適用於一直流電源。
在等離子體室30內執行的每一製程傳統為一製程控制器34所控制，該控制器為一計算機，其儲存及執行一製程序向程序，以指示及控制製程的動作與參數。例如，製程控制器34傳統上被規劃以控制移動工作進出等離子體室的機械手臂；控制調整各種反應氣體進入室中的流量的氣體閥；及控制調整處理室內的氣壓的排氣閥。該製程控制器傳統上被供給為處理室30的一組件或多室平臺或主機的一組件，該處理被連接至該平臺或主機。
很多製程包含一序列製程步驟，其在不同RF功率位準下加以執行。因此，製程控制器34的另一傳統功能為控制RF電源20的RF功率輸出位準，使得後者在製程的不同步驟或階段中，供給不同位準的RF功率至等離子體室30。明確地說，製程控制器34送出一RF功率設定點信號36(圖2A)給RF電源20的RF功率控制輸入21，該設定點信號為一數字或模擬電信號，其值可以任意時間點中，表示由製程控制器所執行的製程順序所指明的現行RF功率的位準。
該RF電源20通過試著去調整在RF輸出22所產生的RF信號的實際功率位準，而對RF功率設定點信號36有反應，使得實際RF功率位準等於為RF功率設定點信號36所代表的所欲RF功率位準。如下所解釋，在處理室內的異常狀況，例如電弧，有時可以防止RF電源20產生為RF功率設定點信號36所指定的RF功率位準。
在本發明的較佳實施例中，RF功率設定點信號36被另外連接至ADSC10，使得ADSC可以檢測何時為製程順序所指定的RF功率位準中的轉移正被製程控制器所正在執行。
在本說明書其它部份的電弧檢測及電弧抑制算法的步驟由ADSC10所執行。該ADSC可以由單一傳統計算機處理機所構成，其被規劃以執行所有下述的功能。雖然，現行執行所有功能的單一處理機較昂貴，但未來此方式可能可以符合經濟效益。因此，ADSC的較佳實施例包含兩計算機處理機一相當慢處理機，其稱為可編程邏輯控制器(PLC)12；及一較快處理機，其稱為數位訊號處理器(DSP)14。該ADSC同時可以包含模擬電路，例如下述的模擬至數字轉換器(analog-to-digital converters)及模擬斜率檢測器(analog slope detector)或差動器(differentiator)。
PLC及DSP均包含一可程序算術計算單元及一內存，用以儲存下述算法所需要的輸入數據、輸出數據及參數。該DSP取樣若干感應信號，並選擇地由這些感應信號導出其它值，並將其與(如下述的)臨限值作實時比較。較佳地，DSP足夠地快，以在少於一微秒內執行所有的步驟。PLC可以較慢，因為其對時間基本不要求的接口及登入功能執行。
在PLC12及DSP14間功能的較佳分割包含在以下的電弧檢測及抑制算法的說明中。然而，任何如下述由DSP或PLC所執行的功能可以通過模擬或數字電路或在ADSC內的計算機處理機所執行，例如單一計算機處理機，其可以執行所有ADSC的功能者。
2.電弧的檢測該電弧檢測及抑制計算機(ADSC)10在稱為「電弧抑制」下，被規劃以執行下述的電弧抑制算法及以下的電弧檢測算法。
該DSP通過實時監視由一個或多個感應器所產生的感應輸出信號Si(S1、S2、S3等)及檢測何時任一感應輸出信號Si具有暗示在等離子體室內電弧的異常值，而檢出在該等離子體室30內的電弧的發生。
一種感應器輸出可以用以檢測在等離子體室30內的電弧的大類別為一感應器，其被耦合至等離子體室，以感應在室內的電磁狀況，例如在該室內的電場、磁場、或光輻射。該感應器的例子為光學感應器(未顯示出)，其監視為等離子體所發出的光。另一例子為EMF探棒或天線47，其被安裝在該等離子體室內。該天線被連接至電磁場(EMF)檢測器46的輸入，該檢測器產生一感應輸出信號48，其值代表為天線所接收的電磁場強度的量測值。EMF檢測器的輸出48被連接至DSP14。
一種感應器輸出可以用以檢測在等離子體室30內的電弧的另一大類別為一感應器，其耦合於RF電源20與等離子體室之間，以感應(即檢出)為RF電源所供給至等離子體的RF功率的特徵。
此一感應器的例子為傳統單向耦合器24，連接在RF電源20與RF阻抗匹配網絡28之間，如圖1所示。所示單向耦合器產生兩感應輸出信號25、27，其個別振幅分別代表為單向耦合器所感應的順向RF功率及反射RF功率。其它單向耦合器可以產生感應器輸出，其代表在反射及順向RF功率間的比率或者此比率的平方根，即反射功率係數。如上所述，商用RF功率發電機經常在單一密封件內，組合RF電源及單向耦合器。若單向耦合器的順向及反射功率輸出25、27為RF，而不是直流信號，則一傳統波封檢測器(即其後有一低通濾波器的整流器)應連接在單向耦合器的每一輸出與ADSC之間。
感應RF功率的特徵的感應器的第二例子為RF失真分析器，例如，諧波感應器(harmonic sensor)，其檢測至該室的RF電源所供給的RF電壓或電流的失真，通過量測遠大於RF電壓或電流的基頻的頻率下，電壓或電流的任一頻譜成份的振幅。
此一感應器的第三例子為電氣可調的RF匹配網絡28，其具有電感或電容，其值因應電控制信號加以調整，以調諧匹配網絡。這些電控制信號有用於作為感應輸出信號，因為在控制信號中的變化表示為等離子體室所呈現以對RF匹配網絡的輸出中，電阻抗中的變化。同樣地，其它類型的RF匹配網絡28可以通過調整RF源20的頻率加以調諧。以此等頻率可調匹配網絡，RF源或控制此頻率的控制器輸出的頻率可以構成一感應輸出信號Si。
圖2顯示由單向耦合器24所產生的順向RF功率信號及反射RF功率信號27如何地被用以檢測在等離子體室30內的電弧的發生。圖2A顯示製程控制器34送給RF電源20的RF功率設定點信號36。其值代表如果RF電源及為等離子體室30所呈現的負載阻抗沒有上下變動及不穩定時，RF功率輸出22的應有振幅。圖2顯示執行在等離子體室內的製程，其在時間t0及t3間需要第一位準的RF功率P1及在時間t3及t4間較低位準的RF功率P2。
圖2B及2C分別顯示為單向耦合器24所檢出的順向RF功率信號25及反射RF功率信號27，其在這例子中為第一及第二感應信號S1及S2。在等離子體室內的電弧開始於時間t1並結束於時間t2。在時間段t1-t2中，順向RF功率下降及反射RF功率增加。在本發明中，發明人檢測順向及反射RF功率的變化，以指出在等離子體室內的電弧。
一耦合至等離子體室內部的光學感應器或EMF感應器，例如RF天線47將類似地作動以如在圖2C所繪的反射功率信號27。明確地說，任一感應器將具有相當低穩態值，其上有部份的噪聲或不穩定施加至其上，並且當電弧發生於等離子體室內時，在值上有顯著增加。
我們也發現反射RF功率信號27為最可靠指針，以指出電弧，因為在沒有電弧時，其值相當地穩定。順向RF功率信號25、EMF感應信號48、及反射RF功率信號的斜率(時間導數)也是有用信號，以補充反射RF功率信號，但它們的特徵在於不穩定性或噪聲。
在本發明中，每一感應信號Si依據是否其輸出信號為低於或高於一臨限值，而被認定為表示電弧正在發生，該臨限值在此被稱為電弧檢測臨限值。部份感應信號，例如順向RF功率25(Si)表示在其值低於一臨限值時，電弧的發生，而另一感應信號，例如反射RF功率27(S2)及EMF檢測器46-48(S3)表示當其值超出一臨限值時，電弧的發生。為了採用一涵蓋兩類型感應信號的一致性命名法，我們將依據是否比較表示或不表示發生電弧，來表示在感應輸出信號Si與其相關電弧檢測臨限值L1間的比較結果Ri為正或負，我們將依據感應輸出信號Si與其對應臨限值Li的比較結果為正或負，來表示一感應輸出信號具有不良值或良值。因此，如果該順向RF功率感應信號25(S1)下降低於第一臨限值L1，則該信號25被認為是不良，而如果RF功率感應信號27(S2)及EMF檢測信號48(S3)被認為分別超出第二臨限值L2及第三臨限值L3，則它們被認為不良。
圖3顯示由圖3的ADSC10所執行的算法。首先，ADSC(如下所述的PLC12或DSP14)建立第一、第二及第三電弧檢測臨限值L1、L2及L3並儲存臨限值於DSP內的內存中(步驟100)。其它的建立電弧檢測臨限值的方法在「調整電弧檢測臨限值」的段落中加以說明。
實時中，該DSP周期地取樣(步驟104)感應信號S1(順向RF功率信號25)、S2(反射RF功率信號27)及S3(EMF檢測信號48)的值。「取樣」表示接收特定電信號並在一選定時間點中儲存其瞬間值，並可以以DSP內的傳統取樣保持電路加以完成。
該DSP分別比較第一、第二及第三感應信號的電流取樣值S1、S2及S3與第一、第二及第三臨限值L1、L2及L3(步驟108)。如果這些比較的任一結果為正，即如果第一感應信號S1(順向RF功率信號25)落在第一臨限值L1以下、或第二感應信號S2(反射RF功率信號27)超出第二臨限值L2、或第三感應信號S3(EMF檢測信號48)超出第三臨限值L3，則DSP發出一警報，提出已經發生一電弧(步驟150)。
較佳地，通過送出一電弧警告信號於電通訊匯流15上給PLC，DSP發出電弧已經發生的警報(步驟150)(圖2D)。該PLC可以被規劃以指明當自DSP接收到一電弧警告信號時，其應執行怎樣的補救措施(步驟152)。適當的補救措施例子有(1)執行第9段「電弧抑制」所述的電弧抑制算法，即圖9的步驟200-206；(2)經由通訊總線16送出一命令，以指示製程控制器34立即關閉至等離子體室的RF電力；(3)經由通訊總線16送出一命令，以指示製程控制器34等待，直到現行在等離子體室內的工件處理完成，然後，關閉該等離子體室的操作；或(4)經由外部通訊總線18發出一警報給操作該室的人員及/或在計算機內存中登入該事件，但並不中斷等離子體室的操作。
在所有比較結果Ri都是負，即所有感應信號Si均回到其個別臨限值Li的「良」側後，DSP在時間t2清除或移除在圖2D所示的電弧警告信號15(步驟110)。
3.取樣區間及最小電弧持續時間取樣感應信號的步驟(步驟104)及比較每一感應信號與其對應電弧檢測臨限值的步驟(步驟108)既以一間隔加以周期性地重複，該間隔稱為取樣區間ΔT。
如果電弧以低於取樣區間的持續時間發生，則感應信號Si可以由「良」變化為「不良」，然後，在感應信號的後續取樣間的區間回到「良」(步驟104)，其中ADSC將不會檢出電弧已經發生。如果電弧的持續時間太短而不足以對等離子體室內的被製造的工件或室組件造成損害的話，則此不檢出電弧並不必然是不想要的。相反地，對於ADSC能可靠地檢測出足夠造成損害的持續電弧時間是重要的。因此，取樣區間較佳不應大於可能造成損害的最短電弧持續時間。為了下述理由，取樣區間較佳不超出此持續時間的四分之一或十分之一。
在感應信號中的隨機噪聲或不穩定性也可能造成該感應信號短暫地超出其個別臨限值，即使未發生電弧的情形下。為了防止此等噪聲尖波被解釋為電弧的發生，該電弧檢測算法較佳地需要一正比較結果(即一具有「不良」值的感應器)，以持續至少最小的時間，該時間被稱為最小電弧持續臨限值D，在電弧檢測算法信號發出電弧已發生之前。為了確定可能損害電弧事件的檢測，最小電弧持續時間臨限值較佳應不大於最短電弧持續時間，該最短電弧持續時間會對在等離子體室內製造的工作或室的組件造成實質損害者。
當每一感應信號與其相關臨限值比較步驟被一數字電路以一周期性取樣區間加以執行時，如圖8的模擬比較電路以外的實施例加以執行時，因應感應信號噪聲或不穩定的錯誤電弧檢測可以通過取得一正比較結果(步驟106)加以避免，以持續至少多個「N」個連續取樣區間。此多個「N」以下被稱為正比較計數臨限值，較佳為至少3。於現行較佳實施例中，N＝10。
最小電弧持續臨限值D將為取樣區間ΔT與正比較計數臨限值N的積。在設計電弧演算系統的實施法中，設計者應基於前述考慮，來選擇最小電弧持續臨限值及正比較計數臨限。該取樣區間ΔT15應小於等於所選擇最小電弧持續臨限值D為選定正比較計數臨限N所除。
圖4顯示電弧檢測算法，其包含用以有關於計數正比較結果數量及在計數大於或等於正比較計數臨限值N時發出已發生電弧警告的步驟112、120及130。在該算法中的其它步驟相同於圖3所討論者。
步驟112、120及130較佳由DSP所執行。該DSP儲存該正比較計數臨限值N於其內存內。只要在感應信號Si及其對應電弧檢測臨限值Li間的所有比較結果均為負的話，則該DSP同時也儲存一值被清除的數值計數，即重置為零，於其內存內(步驟112)。相反地，在任意取樣區間，至少有一比較為正結果時，則DSP會將其儲存於內存內的計數增量(步驟120)。每次增量後，計數會與正比較計數臨限值N作比較(步驟130)。如果計數等於或大於N，則DSP將經由通訊總線15發出一警報(步驟150)。
本發明通過用以沉積一薄膜於玻璃基材上的等離子體室30加以測試，該玻璃用以製造具有薄膜電晶體數組的平面顯示器。這些測試建議10微秒為在這些電弧之間的一合理臨限值，該些電弧有太短而不能造成損害以及對基材上的電晶體產生實質損害者。因此，為了減少誤報，步驟130需要一異常輸出表示電弧-即在步驟108的其中一或多者正比較結果-在發出電弧已發生的警報前，持續至少10微秒的最少電弧持續臨限值D(步驟150)。於較佳實施例中，正比較計數臨限值N為10，及取樣區間ΔT為1微秒。
如果檢測電弧的目的主要為檢測大到足以破裂或打斷工件的電弧持續時間而不是可能損及在工件上的電晶體的短電弧持續時間，則最小電弧持續時間臨限值可能長至100毫秒或甚至1秒，因為我們看到長至100毫秒的電弧一般並不會損及為玻璃基材的工件。
該ADSC一般可以在其內存中儲存一記錄，該記錄儲存有每次比較有正結果時的感應信號的值(步驟122)，而不管該正比較結果的數量是否足以發出一電弧信號。此記錄更可以用於後續析，以改良製程的效能。由於記錄並不需要實時更新，所以，DSP14可以經由通訊總線15送出感應器值至PLC12，然後，PLC可以儲存數據於其本身內存中。
4.調整電弧檢測臨限值每一電弧檢測臨限值Li應被儲存於在DSP14中的內存內。這些值可以被建立為規劃DSP14的一部份。更明確地說，操作等離子體室的人員可以將電弧檢測臨限Li的所欲值輸入至一工廠控制計算機，該計算機經由通訊總線18而傳送臨限值至PLC12，其然後經由總線15傳送臨限值Li至DSP。
每一電弧檢測臨限值Li應被設定為一值，該值在(1)對應感應信號Si通常沒有電弧的值範圍，與(2)對應感應信號Si一般將在等離子體室中電弧的值範圍間。如圖2B及2C所示，沒有電弧的感應信號Si在一範圍上下變動，因為在RF電源20及在室內的等離子體的負載阻抗中的噪聲及不穩定性，該在室內的等離子體的噪聲及不穩定性可能部份通過在等離子體室內執行製程中的等離子體化學的變化所造成。
更確切地說，對於每一感應器量測值，其值當電弧發生時增加，例如反射RF功率S2及室EMF檢測信號S3時，對應電弧檢測臨限值應足夠高，以避免當實際並未發生電弧時，發生電弧誤檢測，但也足夠低，以檢出一電弧，即足夠低使得任一電弧均能可靠地檢出。換句話說，每一電弧檢測臨限值Li應足夠低，使得當一電弧發生時，對應感應量測值Si可靠地超出對應臨限值Li，並足夠高，使得對應感應器量測值Si在沒有電弧時幾乎不會超出臨限值Li。
相同原理適用於一感應器量測值，其值當電弧發生時增加，例如，順向功率量測值S1，除了「低」與「以下」以「高」及「以上」加以互換之外。即，電弧檢測臨限值L1應足夠高，使得當一電弧發生時，順向功率S1可靠地下降在臨限值L1以下，並應足夠地低，使得順向功率S1在沒有電弧時，從未落在臨限值L1以下。
電弧檢測臨限值Li可以如上所述在整個製程中被保持固定。然而，電弧檢測臨限值Li的最佳值可能在製程的不同步驟有所不同。執行在一等離子體室內的製程經常涉及一連串的步驟，其中在室內的RF功率位準及/或氣體化學可能由一步階變化至下一步階。例如，在一工件上形成電子裝置的製程可能包含一等離子體加強清潔步驟；其後有等離子體加強化學氣相沉積一材料；其後等離子體加強化學氣相沉積一不同材料。
圖2A-2C例示一製程，其中一第一製程步驟在第一時間段t0-t3-以第一RF功率位準P1加以執行，以及，第二製程步驟在第二時間段t3-t4以第二功率位準P2加以執行。圖2B顯示電弧檢測臨限值L1，其在第一時間段t0-t3被與順向RF功率信號S1相比較，並在時間段t3-t4時為無用，因為其一直大於順向RF功率信號S1，因此，將在整個時間段t3-t4產生一正比較結果Ri，錯誤地指示電弧的發生。為了避免此錯誤的結果，一低電弧檢測臨限值L1A應在第二時間段t3-t4時以替代L1。
本發明的另一實施例提供不同組的電弧檢測臨限值L1在製程的不同階段，通過在PLC的內存內儲存一表，該表指明每一製程步驟的開始時間、停止時間、及對於為DSP所監視的每一感應器所應有的電弧檢測感應臨限值Li。該PLC將傳送一組新的感應臨限值Li(L1、L2、L3等)給DSP在每一新製程步驟的開始時。此實施例的一優點為儲存在表中的臨限值可以考慮在每一製程步驟中，氣體化學及其它操作條件中的差，而不是只是基於該RF功率位準的臨限值。
然而，我們發現只基於RF功率設定點信號36的電弧檢測臨限值即滿足了可靠的電弧檢測。這方法具有不需要每次都特殊化儲存在PLC的內存中的參數的優點，發明人想要在該等離子體室內執行不同製程。因此，在我們的較佳實施例中，DSP被連接以自室製程控制器34中接收該控制器所送給RF電源20的RF功率設定點信號36，以控制其輸出功率。RF功率設定點信號36瞬間表示在製程現行步驟的中要求RF輸出功率給DSP。
在此實施例中，DSP較佳在每一取樣區間中，重複接收RF功率設定點信號36的現行值及決定每一電弧檢測臨限值Li為RF功率設定點信號的函數的步驟，如圖5所示(步驟100)。如圖5所示的此實施例的算法不同於前述實施例的算法(圖3及4)在於步驟100在每一取樣區間重複的步驟順序內，使得步驟100在將每一感應量測值與其對應臨限值比較步驟(步驟108)前被重複地執行。在較佳實施例中，步驟100、104及108每微秒被重複。
在簡化但有效的實施法中，一乘數常數Ki相關每一電弧檢測臨限值Li。臨限值通過設定每一電弧檢測臨限值Li(L1、L2、L3等)至其個別乘數常數Ki(K1、K2、K3等)及RF功率設定點，即RF功率設定點信號36的現行值的乘積，而加以定期地更新(步驟100)。
為了使DSP可以在RF功率設定點的任一變化後，快速地更新電弧檢測臨限值Li，該乘數常數Ki較佳地應被儲存DSP的內存中，而不是緩的PLC中，以及，DSP較佳應執行臨限值Li與乘數常數Ki的乘法。
乘數常數Ki的值可以經驗加以決定。例如，其中，S1及S2為順向及反射RF功率，K1及K2的適當值可以是K1＝0.90及K2＝0.03。這表示如果順向RF功率S1下降低於RF功率設定點的90％或者反射RF功率S2增加超出RF功率設定點的3％，則將檢出電弧。
因為乘法需要比加法、減法要求更多的計算能力，所以避免在電弧檢測算法中的乘法步驟將會容許使用較便宜的DSP電路。因此，我們的較佳實施例並不使用於前段中所述的乘數常數Ki或任何其它乘法步驟。相反地，DSP通過執行一查看表，而對RF功率設定點信號36有反應，而決定電弧檢測臨限值Li。該查看表通過將各種RF功率設定點劃分成多個範圍而加以定義，而所述範圍即製程控制器34期待以在等離子體室內的工件的處理時加以指明，然後，指定一作為弧檢測臨限值Li的一值給每一功率設定點範圍。在該表中的每一列包含第一及第二行，用於最小及最大功率設定點，以定義一給定表列應用，加上一另一行用於每電弧檢測臨限值Li定義該範圍。
該整個查看表，即用每一RF功率設定點範圍的電弧檢測臨限值較佳被儲存DSP的內存中。該DSP執行如圖5所示的算法的步驟100，通過讀取RF功率設定點信號36的現行值，決定哪一表列具有最小及最大功率設定點值，其分別小於及大於現行設定點者，然後，設定每一電弧檢測臨限值Li至為該表列中的剩餘行中所指明的值。
例如，表1例示用於ADSC實施例的查看表，其使用單一感應信號，即反射RF功率信號S2。表2例示使用兩感應信號，即順向RF功率信號S1及反射RF功率信號S2的ADSC的另一實施例的查看表列的次組。
表1

表2

除了顯示步驟100在DSP執行每一取樣區間的環路步驟內外，圖5與圖3及4進一步不同在於其顯示步驟106，有關於如下述的由感應信號導出值的特性，以及，步驟102、114及140有關於下述的磁滯(hysteresis)特性。每一特性即為本發明的一個選用方案，其可以不管其它而獨立地包含在其中，而並不限定於它們如圖5所示包含在一起。
雖然圖5顯示電弧檢測臨限Li在每一取樣區間中更新(步驟100)，該電弧檢測臨限值可以以略微緩慢的速率更新，此時，有可能以較慢的PLC來執行步驟100，而不是DSP。於另一實施例中，PLC接收RF功率設定點信號36，建立電弧檢測臨限值Li，並經由通訊總線15而傳送臨限值至PLC。該PLC可以相對於取樣區間異步地執行這些步驟，該取樣區間DSP同步以執行步驟取樣感應信號及將其與電弧檢測臨限值比較(步驟104至140)。
5.在電弧檢測臨限值中的磁滯對上述電弧檢測算法的另一選用改良方案即加入磁滯至電弧檢測臨限值，以此我們可以建立不同臨限值，用以指出電弧的開始及電弧的結束。圖5顯示由ADSC所執行的包含磁滯特性的算法的實施例。
當DSP決定電弧已經開始及送出一電弧警告信號給PLC或一外部裝置(步驟150)時，DSP啟動(enable)一磁滯模式(步驟140)。該DSP較佳設定或清除在其內存中的一二進位位(一「旗標」)，以表示是否啟動該磁滯模式。
當磁滯模式被啟動時，每當DSP比較現行感應信號與電弧檢測臨限值(步驟108)時，DSP將由每一電弧檢測臨限值Li減去一對應磁滯偏置(hysteresis offset)Hi(步驟102)。此減法可以如圖5所示的個別步驟或可以為比較運算的一部份(步驟108)。
如果其對應臨限值Li為大於對應感應信號Si的正常或「良」值時，每一磁滯偏置Hi應為一正數，如果其對應臨限值Li小於其對應感應信號Si的正常或「良」值時，則應為負數。因此，磁滯偏置的作用為DSP需要每一感應信號在DSP認出一電弧事件之前，回來以更接近其正常或理想值並作為結束(步驟110)。
當所有的比較結果Ri(步驟108)均為負及DSP移除(清除)電弧警告信號(步驟110)，該DSP同時也停止(disable)該磁滯模式(步驟114)，使得磁滯偏置不再由電弧檢測臨限值減去(步驟102)。
該磁滯偏置可以包含DSP的規劃中或可以為操作該室的人員所經由總線18傳送至PLC。更確切地說，如果電弧檢測臨限值被如上所述儲存在查看表中，則該磁滯偏置可以儲存在同一表中。分別對應於順向RF功率及反射RF臨限感應信號，電弧檢測臨限值較佳為25瓦的磁滯值。
6.在製程轉移時，停止電弧檢測我們發現當RF功率開始導通時，或當RF功率設定點到達一較高或較低位準時，感應量測值Si可以暫時地以電弧發生所產生的變化的方式加以改變。明確地說，當RF功率設定點增加時，順向RF功率S1可以不以如RF功率設定點36相同的速率增加。當RF功率設定點增加或降低時，所得在室內的等離子體的變化可以在反射RF功率S2及室EMF信號S3中產生暫時的突波。為了避免此行為被錯誤地指出為一電弧，在RF功率設定點快速變化的這些期間，本發明較佳實施例停止此ADSC，以不執行圖3至5的電弧檢測算法。
更確切地說，當RF功率開始導通時，ADSC並不會開始執行電弧檢測算法，一直到超出RF功率以增加至其最終值及穩定所需的時間的一預定啟始暫停期間。同樣地，ADSC也暫停其執行電弧檢測算法，只要RF功率設定點信號36如圖2A所示的時間t0至t3到達一較高或較低值，或快速變化。較佳地，該暫停期間為至少70毫秒，更好是至少100毫秒。
該DSP較佳地被規劃以監視RF功率設定點信號36及檢測何時作大量變化。此時，該DSP應啟動電弧檢測算法的暫停，持續儲存在DSP的內存中的預定暫停期間。在暫停期間，該DSP可以因應RF設定點的新值而更新該電弧檢測臨限值Li-(圖3或4的步驟100)。當暫停期間結束時，DSP應在步驟104重新執行電弧檢測算法。
在本發明的此實施例中，因為電弧檢測算法的步驟102-152隻要RF功率設定點大量變化時就被暫停，所以，並不需要執行電弧檢測臨限值的更新(步驟100)，除了在每一暫停期間外。因此，在如圖5所示的算法實施例中，在每一取樣區間重複步驟100並沒有意義。
7.由感應信號導出值除了上述的直接監視感應信號Si外，也可監視一或多個值Vi，我們稱為「感應器導出值」，其中每一感應器導出值由一或多個實際感應信號Si導出(即為其一函數)。圖6顯示圖5的電弧檢測算法，其被修改以加入由感應信號導出值的步驟(步驟106)。在比較步驟(步驟108)中，每一電弧檢測臨限值Li與對應感應器導出值Vi比較，而不是如圖5所示的與感應信號Si作比較。
有用的感應器導出值的例子有(1)多個感應信號的總和或平均；(2)在兩感應信號間的比，例如於反射RF功率27及順向RF功率25間的比例；及(3)感應信號的一的斜率或時間導數，例如反射RF功率信號27的斜率。
另外，任一感應器導出值Vi可以簡單地等於感應信號Si之一，使得感應器導出值與電弧檢測臨限值的比較步驟(圖6步驟108)為一比較感應信號與電弧檢測臨限值的步驟的一般化(圖3至5步驟180)，而不是其的另一選擇。因此，圖6算法包含圖5的算法並為其的一般化。
在上述的電弧檢測算法中，如果一給定感應器導出值Vi一般為少於沒有電弧時，其對應電弧檢測臨限值Li時，則在步驟108的比較結果Ri依據該感應器導出值Vi大於或小於該臨限值Li而被認為是正或負。相反地，如果給定的感應器導出值Vi在沒有電弧時大於臨限值Li時，則比較結果Ri依據該感應器導出值Vi為少於或等該臨限值Li，而被認為是正或負。
我們認為特別有用於檢出電弧的感應器導出值的組合為定義一第一感應器導出值V1等於反射RF功率信號27及一第二感應器導出值V2等於反射RF功率信號的斜率。於圖1的實施例中，該DSP可以被規劃以基於反射RF功率信號的樣品，算術地計算出該反射RF功率信號的斜率。用以計算信號的斜率為該信號後續樣品的函數的數學算法為已知的。或者，以下圖8所述的實施例利用一模擬斜率檢測器電路，以產生一與反射RF功率信號成比例的斜率。
8.區分長及短電弧持續時間因為為電弧所造成的損害嚴重性隨著電弧的持續時間增加，所以ADSC欲區分長與短持續時間的電弧。例如，於用以在玻璃基材上製造平面顯示器的等離子體室中，超出10微秒的電弧會在顯示器中損壞一電晶體的危險，而超出1秒的電弧會有破璃該玻璃基材的危險。可能有時間將發生10微秒的電弧於一記錄中，但0.1秒的持續時間可能立即關閉等離子體室的操作，以防止可能的破裂基材損壞其它室組件。
圖7顯示圖6的電弧檢測算法的變化例，其包含額外的步驟160-164，用以檢測是否電弧持續了至少N2後續樣品，其中N2為大於最小正結果計數N的一整數，較佳地，至少十倍大。例如，如果取樣區間為一微秒，則N2應為105，以發出信號，通知電弧持續時間大於0.1秒。
步驟160-164較佳由DSP所執行，該DSP儲存N2值於其內存中。用於圖4至6的算法中的步驟112、120及130的相同計數與在步驟160中的N2相比較。若計數大於等於N2，則DSP發出信號，通知已發生一延長的電弧(步驟162)，較佳地通過送出一信號至總線15上給PLC。該PLC然後可以啟始修復動作(步驟164)，例如關閉等離子體室，這些因應較短時續電弧所採取的補救動作(步驟152)為強烈。
9.模擬臨限檢測電路圖8顯示一模擬臨限檢測電路，其可以用以替代在圖1中的DSP14。該臨限檢測電路利用一傳統模擬比較電路或運算放大器301-306，給每一感應信號Si或感應導出值Vi，其予以在電弧檢測算法中與一個別電弧檢測臨限值Li相比較。每一比較電路301-306的輸出為對應比較的結果R1-R6(圖3至6中的電弧檢測算法的步驟108)。
如圖8所示的臨限檢測電路具有六個比較電路，其將六個感應器導出值與六個個別電弧檢測臨限值L1-L6作比較。然而，所示的電路可以與任意數量的感應器導出值或感應信號作比較(包含只有一個)，並且，在此時將包含等於感應器導出值及感應信號總數的比較電路數目予以獨立地與個別電弧檢測臨限值作比較，即等於予以產生在步驟108中的可區別比較結果Ri的數量。
臨限檢測電路通過連接以接收每一感應信號Si，其將連接至在圖1實施例中的DSP14(步驟104)。為圖8實施例的個別比較電路301、303及305所接收的三個感應器導出值V1、V3及V5與在前述實施例中的感應信號S1、S2及S3相同，即順向RF功率信號25、反射RF功率信號27、及EMF檢測信號48(步驟104)。為個別比較電路302、304及306所接收的額外感應器導出值V2、V4及V6為這些信號的個別斜率。我們發現在感應信號斜率大小的增加，為電弧發生的有用指標。
所述斜率為連接每一感應信號25、27及48至一個別斜率檢測電路321、322、323的輸入所導出(步驟106)。每一斜率檢測器的輸出連接至個別比較器302、304及306的輸入。斜率檢測器為民用電路，其包含一差動電路，其後跟隨一低通濾波器。
每一比較電路301-306具有一正輸入及一負輸入。每一比較電路的一輸入通過連接以接收一與所需感應信號Si或感應器導出值Vi成比例的電壓信號。另一輸入通過連接以接收一電壓信號，其與對應電弧檢測臨限值Li成比例。後者的電壓為一個別臨限值調整電路311-316所產生。
每一臨限值調整電路311-316可以是一簡單的固定電壓源連接至一電位計60，該電位計被手動調整以建立所希望的電弧檢測臨限值Li如圖9所示。較佳地，該電位計可以被一數字控制電阻梯式網絡60所取代，其動作為一數字可控制電位計。該梯式網絡60的數字控制輸入較佳經由通訊總線15連接至PLC12，以此允許PLC調整每一臨限值(圖3至6的步驟100及102)。
在沒有電弧時，通常低於對應電弧檢測臨限值並因應電弧而增加的一感應信號Si或感應器導出值Vi應被連接至對應比較電路的正輸入。其對應臨限調整電路應連接至負輸入。例子為反射RF功率信號27(圖2C)、其斜率V4、EMF檢測信號48、及其斜率V6。相反地，在沒有電弧時，通常大於對應電弧檢測臨限並因應電弧而降低的感應信號Si或感應器導出值Vi應被連接至對應比較電路的負輸入。其對應臨限調整電路應連接至正輸入。例子為順向RF功率信號25(圖2B)及其斜率V2。
在本實施例中，圖8的模擬臨限檢測電路被用以替代圖1的DSP14，其可以被用以執行如圖3至6所示的電弧檢測算法的任一變化例。圖8的模擬臨限檢測電路執行上述電弧檢測算法的步驟104、106及108，及PLC12被規劃以執行算法的其它步驟。因為模擬臨限檢測電路連續地執行比較，而不是以取樣區間執行比較，所以圖3至6所示的步驟102-140以模擬臨限檢測電路在流程圖環路中被重複地執行。如果為模擬臨限檢測電路所產生的比較結果Ri被連接至PLC的中斷輸入，則PLC可以立即對正結果Ri作出反應(步驟120-152)，而不是只在一取樣或輪詢期間結束後才反應。
10.電弧的抑制除了如上述的檢測電弧外，ADSC10較佳被規劃以實施抑制電弧的算法，以此，我們表示在ADSC已經檢出電弧後，減少該電弧的持續時間。簡言之，我們的電弧抑制方法是在一短時間內關閉為RF電源20所提供至等離子體室的RF功率，這通常會熄滅(停止)電弧，然後，將該RF電力回復到其前一位準。
如圖1的電路即能執行本案的電弧抑制方法。該RF電源20包含一「啟動」輸入23，其能接收一二進位信號，其導通及關閉狀態決定是否該RF電源的輸出為導通或關閉。當啟動輸入信號23在「導通」狀態時，該RF電源輸出一為上述RF功率設定點輸入21所指定的功率位準。當啟動輸入信號23為「關閉」狀態時，RF電源提供零功率在其輸出22，而不管該RF功率設定點信號21為何。
較佳為DSP14的ADSC10產生一二進位RF功率啟動信號70，其連接至RF電源的啟動輸入23。正常地，該DSP維持RF功率啟動信號於「導通」狀態，使得RF電源會由製程控制器34輸出，而不管為RF功率設定點信號36所指定的RF功率位準為何。
由圖1的電路所執行的電弧抑制算法如圖10所示。
該電弧抑制算法並未執行，除非先前所述的電弧檢測算法(圖3至6的步驟100-150)檢出電弧(步驟150)。
當由DSP所執行的電弧檢測算法決定正在發生電弧(步驟150-152)，該DSP開始通過清除(重設至零)儲存在DSP內存中的計數「C」，加以執行電弧抑制算法，該計數代表所欲暫停電弧的次數(步驟200)。此時，DSP同時改變RF功率啟動信號70至「關閉」狀態，其命令RF電源20以降低其功率輸出22至零(步驟201)。步驟200及201可以被同時或其它順序加以執行。
該DSP維持該RF電力啟動信號70於「關閉」狀態，持續稱為電弧抑制時間期間Ts的預定時間段(步驟201)。時間期間Ts的持續時間較佳足夠地長，以完成一不可忽略狀態，其中，電弧將保持暫停-即電弧將不會再發生-當在此時間期間Ts後，原始RF功率被回復。
於較佳實施例中，電弧抑制時間期間Ts的默認值為2毫秒。一般來說，時間段Ts較佳為少於或等於20毫秒，最好為低於或等於5毫秒。
在降低功率時間段Ts結束後，因應RF電源20的輸出22回到由製程控制器34的RF功率設定點信號36所指定的功率位準，該DSP改變RF功率啟動信號70至「導通」狀態(步驟202)，即，RF輸出功率回到其用於現行被執行於室中的製程步驟的正常位準。
在RF功率回復後，通過執行圖3至6的電弧檢測算法的步驟104至108(步驟203)，該DSP測試是否電弧已經暫停(免除)。如果所有步驟108中的比較均為負結果，則電弧抑制被認為成功(圖10的步驟203的「全負」結果)。因此，該DSP清除任一可能已經設定在步驟150中的電弧警告信號(步驟210)，並暫停執行圖10的電弧抑制算法並回復執行圖3至6的電弧檢測算法，開始於步驟100。
相反地，如果在步驟108中的任一比較有正結果，則電弧抑制被認為不成功(步驟203的「一個或多個正」結果)，不是因為電弧從未停止就是因為當RF功率回到其正常位準時再次電弧。於任一情況下，DSP增量儲存於內存中的上述計數「C」1(步驟204)，使得計數表示執行未成功的抑制現行電弧步驟201的次數。
再者，DSP比較計數「C」與也儲存在DSP內存中的預定最大允許數Ns(步驟205)。如果未成功抑制電弧的數量少於等於最大允許數Ns(步驟205的「否」結果)，則DSP重複以步驟201開始的電弧抑制算法，繞開在步驟200中的清除計數的步驟。
相反地，如果未成功抑制電弧的數量大於最大允許數Ns(於步驟205中的「是」結果)，DSP經由通訊總線15送出該電弧警告信號給PLC(步驟206)，為因應電弧警告信號，可以規劃PLC實行補救動作。所述補救動作例子如前段落2「電弧的檢測」的末端所述的補救動作(2)-(4)。
所述的算法的可能變化將利用除了固定數Ns外的一準則，以決定何時停止重複步驟205中的電弧檢測算法，或甚至省略此準則(步驟204及205)並簡單地無限制地持續該電弧抑制算法，直到電弧被免除為止。
如果RF電源並未具有一「啟動」輸入23，該電弧抑制算法可以通過安插一與門、開關或多任務器(MUX)40於製程控制器34的RF功率設定點輸出36與RF電源20的功率設定點輸入21間加以完成。
圖11顯示使用具有兩數據輸入的多任務器40的實施例。第一數據輸入通過連接以接收為製程控制器36所產生的RF功率設定點信號36；其值代表由製程控制器決定所在等離子體室30內所執行製程的現行所希望的步驟的RF功率。多任務器的第二數據輸入連接至代表零設定點功率的固定電壓(如圖11中的零字符串「0」所示)。
該「及」閘、開關或多任務器40具有一控制輸入連接以接收來自DSP14的「RF功率啟動」二進位信號70。當RF功率啟動信號在其「導通」狀態時，與門、開關或多任務器40連接RF功率設定點信號36至RF電源20的功率設定點輸入21。當RF功率啟動信號在其「斷開」狀態時，與門、開關或多任務器40連接前述零值至功率設定點輸入21。
圖2E顯示在時間間隔t1-t2中，當DSP執行電弧抑制算法時，功率設定點輸入交替於其正常值與零之間。圖2E顯示在時間間隔t0-t1及t2-t3中，當沒有電弧時，功率設定點輸入21在高階，及在時間間隔t3-t4中，為製程控制器34所表示的低位準。
如圖11所示的設計的可能變化即通過降低RF功率至大於零的位準但遠低於製程控制器34所提供的設定點信號36所指明的設定點功率，而抑制電弧。這可以通過將連接至多任務器40的第二輸入的零信號「0」用以代表降低功率位準的電壓源值加以替代來完成。
圖12顯示另一變化例，其中DSP被規劃以產生連接至RF電源20的設定點輸入21的RF功率設定點信號72，免除了多任務器40及在製程控制器34及RF電源20間的連接。於圖12的實施例中，DSP被規劃以設定功率設定點信號72至與DSP由製程控制器所接收的功率設定點信號36相同的值，當在圖1及11的實施例中，DSP將設定RF功率啟動信號23至其「啟動」值。相反地，當於圖1及11中，DSP設定RF功率啟動信號23至其「停止」值時，在圖12實施例中的DSP被規劃以設定功率設定點信號72為零或一降低位準，以如前段所述地抑制電弧。
權利要求
1.一種因應一個或多個感應器而檢測在電負載中異常變化的電路，其中有一電源供給電力給該電負載，其特徵是，其中每一感應器產生一對該電力或對該負載的電磁狀態有反應的感應信號，該電路包含一感應信號接收電路，用以接收每一感應信號及產生一或多個感應器導出信號，使得每一感應器導出信號的值為該一或多個感應信號的函數；一比較電路，用以接收該感應器導出信號並產生一對應比較結果給每一感應器導出信號，其中每一比較結果都具有一個值，其可以為真或假，在所述比較電路中，該比較器依據是否該對應感應器導出信號大於或少於有關該感應器導出信號的臨限值，而決定每一比較結果的值；一警告電路，當任一比較結果為正時，該警告電路發出警報，以指明在電負載中的異常變化。
2.如權利要求1所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使每一感應器導出值在負載沒有電弧時，不會越過相關的臨限值。
3.如權利要求2所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使如果有電弧發生在該負載中，每一感應器導出值可能會越過相關臨限值。
4.如權利要求1所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使如果有電弧發生在該負載中，每一感應器導出值可能會越過其相關臨限值。
5.如權利要求1所述電路，其特徵是，上述之的一個感應器導出值為一個感應信號。
6.如權利要求1所述電路，其特徵是，上述的一個感應器導出值為一個感應信號變化率。
7.如權利要求1所述電路，其特徵是該電負載為一等離子體室；上述的一個感應信號對來自等離子體室的輻射有反應。
8.如權利要求1所述電路，其特徵是該電負載為一等離子體室；上述的一個感應信號對在等離子體室內的電磁場有反應。
9.如權利要求1所述電路，其特徵是上述的一個感應信號對在電源與負載間的反射RF功率有反應；如果該反射RF功率超出其相關臨限值，則該警告電路發出警報。
10.如權利要求1所述電路，其特徵是上述的一個感應信號對電源與負載間之反射RF功率有反應；如果該反射RF功率的變化率超出其相關臨限值，則該警告電路發出警報。
11.如權利要求1所述電路，其特徵是該電源被一個功率設定點信號所控制，使得為電源所供給的電功率具有一個對該功率設定點信號有反應的位準；該比較電路，因應該功率設定點信號而調整至少一個臨限值。
12.如權利要求11所述電路，其特徵是，上述的比較電路調整至少一個臨限值，以與該功率設定點信號成比例。
13.如權利要求11所述電路，其特徵是，還進一步包括內存電路，其中儲存有一表，以指明多個功率設定點值的範圍並與該一個或多個臨限值的每一個別值相關；其中該比較電路設定一個或多個臨限值的個別值至儲存在該表中的值，該等值與一範圍內功率設定點值相關，其包含功率設定點信號的現行值。
14.如權利要求1所述電路，其特徵是每一感應器導出值特徵於負載中沒有異常變化時的值的正常範圍；該比較電路因應警告電路發出警報以指明電負載中的異常變化，而改變至少一個臨限值，以更接近有關於該臨限值的感應器導出值的正常範圍值內的一個值。
15.如權利要求14所述電路，其特徵是該比較電路，在因應該警報而指明在電負載中的異常變化而改變至少一個臨限值後，決定何時先前所越過的相關臨限值的每一感應器回到其相關臨限值的原始值，然後，將其中比較電路已經因應該警報加以變化的每一臨限值回復到其原始值，該警報即指明電負載中的異常變化。
16.如權利要求1所述電路，其特徵是該比較電路及該警告電路為可編程計算機；該感應器導出信號為儲存在該計算機的內存中的值。
17.一種檢測電弧是否發生在等離子體室中的電路，一電源施加一電力給該等離子體室，其特徵是，該電路進一步包括一個或多個感應器，其中每一感應器因應一電功率或等離子體室的電磁狀態而產生一感應信號；一感應信號接收電路，用以接收每一感應信號並產生一或多個感應器導出信號，使得每一感應器導出信號的值為該一個或多個感應信號的函數；一比較電路，用以接收該感應器導出信號並產生一對應比較結果給每一感應器導出信號，其中每一比較結果具有一值，其可以為真或假，其中該比較器依據該對應感應器導出信號是否大於或小於有關於該感應器導出信號的臨限值，而決定每一比較結果的值；一警告電路，當有任一比較結果為正時，發出警報，以通知等離子體室中之電弧。
18.如權利要求17所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使每一感應器導出值在等離子體室中沒有電弧時，通常不會越過相關的臨限值。
19.如權利要求18項所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使如果有電弧發生在該等離子體室中，每一感應器導出值可能會越過相關臨限值。
20.如權利要求17項所述電路，其特徵是，上述個別臨限值已被建立，以使如果有電弧發生在該等離子體室中，每一感應器導出值可能會越過其相關臨限值。
21.如權利要求17所述電路，其特徵是，上述一個感應器導出值為一個感應信號。
22.如權利要求17所述電路，其特徵是，上述一個感應器導出值為一個感應信號的變化率。
23.如權利要求17所述電路，其特徵是，所述其中一個感應信號對來自等離子體室的輻射有反應。
24.如權利要求17所述電路，其特徵是所述其中一個感應信號對在等離子體室內之電磁場有反應。
25.如權利要求17所述電路，其特徵是該電源供給RF電力至該等離子體室；所述其中一個感應信號對在電源與等離子體室間之反射RF功率有反應；如果該反射RF功率超出其相關臨限值，則該警告電路發出警報。
26.如權利要求17所述電路，其特徵是該電源供給RF電力至該等離子體室；所述其中一個感應信號對電源與等離子體室間之反射RF功率有反應；如果該反射RF功率的變化率超出其相關臨限值，則該警告電路發出警報。
27.如權利要求17所述電路，其特徵是該電源為一功率設定點信號所控制，使得為電源所供給的電功率具有一個對該功率設定點信號有反應的位準；該比較電路，因應該功率設定點信號而調整至少一個臨限值。
28.如權利要求27所述電路，其特徵是，上述比較電路調整至少一個臨限值，以與該功率設定點信號成比例。
29.如權利要求27項所述電路，其特徵是，還進一步包括內存電路，其中儲存有一表，該表定義多個功率設定點值的範圍並相關用於所述其中一個或多個臨限值的每一範圍值；其中上述比較電路設定一個或多個臨限值的個別值為儲存在該表中的值，所述所有表中的值與包含功率設定點信號現行值的功率設定點值的一範圍相關。
30.如權利要求17所述電路，其特徵是當等離子體室中沒有電弧時，上述每一感應器導出值的為一值的正常範圍；該比較電路，因應警告電路發出警報以指明在等離子體室中的電弧，而改變至少一個臨限值至一個更接近該臨限值相關的感應器導出值的正常值範圍內的一個值。
31.如權利要求30所述電路，其特徵是該比較電路，在響應警報以指明在等離子體室中的電弧而改變至少一個臨限值後，決定先前超越其相關臨限值的每一感應器何時回到其相關臨限值的原始值，並且，響應該警報的發出信號指明等離子體室中的電弧，而重新回複比較電路所先前改變的每一臨限值的原始值。
32.如權利要求17所述電路，其特徵是該比較電路及該警告電路為可編程計算機；該感應器導出信號為儲存在該計算機的內存中的值。
33.一種用以抑制電負載中的電弧的電路，該電負載上被一電源供給電力，其特徵是，還進一步包括一電源，適用以供給電力至一電負載，其中該電源具有一控制輸入，用以控制為電源所供給的電力；一電弧檢測電路，輸出一信號，其值表示是否電弧正發生在該電負載中；一控制電路，連接以接收該電弧檢測電路的輸出信號並送出一控制信號給該電源的控制輸入；其中，在電弧檢測電路輸出一信號表示電弧正在電負載中發生後，該控制電路設定控制信號至第一值，該第一值命令電源降低該電力的位準在一第一時間段內，然後，在第一時間段後，設定該控制信號至第二值，該第二值命令電源回到第一時間段前的功率位準。
34.如權利要求33所述電路，其特徵是在控制電路設定控制信號至第二值後，如果電弧檢測電路再次輸出一信號表示電弧正發生在電負載中，該控制電路設定該控制信號至第一值，該第一值命令電源降低電力位準在一第二時間段內，及在第二時間段後，設定該控制信號至該第二值，該第二值命令該電源以將電力送回到在第二時間段前的功率位準。
35.如權利要求33所述電路，其特徵是，上述的控制電路計數其設定控制信號至第一值的次數，及在該計數大於或等於一預定最大值後，該控制電路並不會隨後設定該控制信號至第二值。
36.如權利要求33所述電路，其特徵是，上述的電負載為一等離子體室。
37.如權利要求33所述電路，其特徵是，上述的電弧檢測電路，還進一步包括一個或多個感應器，其中每一感應器產生一感應信號，該感應信號對該電負載的電功率或電磁狀態有反應；一感應信號接收電路，用以接收每一感應信號及產生一個或多個感應器導出信號，使得每一感應器導出信號的值為一或多個感應信號的函數；一比較電路，用以接收該感應器導出信號並產生一對應比較結果給每一感應器導出信號，其中每一比較結果具有一值，該值可以為真或假，並且其中該比較器依據對應感應器導出信號大於或小於有關於該感應器導出信號的臨限值，而決定每一比較結果的值。
38.如權利要求33所述電路，其特徵是電弧檢測電路及控制電路至少一個是可編程計算機。
39.一種檢測在電負載中的異常變化的方法，電負載的電力由一電源所供給，其特徵是，該方法進一步包括以下步驟由一電源供給電力；將該電力耦接至一電負載；產生一個或多個感應信號，其中每一感應信號對該電功率或該負載的電磁狀態有反應；建立一個或多個感應器導出值，其中每一感應器導出值為一個或多個感應信號的函數；建立一個或多個臨限值，使得每一臨限值與所述其中一個感應器導出值相關；比較每一感應器導出值與其相關臨限值；及當至少一個感應器導出值超出其相關臨限值，則發出警報。
40.如權利要求39所述方法，其特徵是該建立一個或多個臨限值的步驟，還進一步包括，建立所述所有臨限值的步驟，使得每一感應器導出值在負載中沒有電弧時並不會超出其相關臨限值。
41.如權利要求40所述方法，其特徵是該建立一個或多個臨限值的步驟，還進一步包括，建立所述臨限值的步驟，使得如果負載中有電弧，則每一感應器導出值可能會超出其相關臨限值。
42.如權利要求39所述方法，其特徵是該建立一個或多個臨限值的步驟，還進一步包括建立所述臨限值的步驟，使得如果負載中發生電弧，則每一感應器導出值可能會超出其相關臨限值。
43.如權利要求39所述方法，其特徵是，上述的一個感應器導出值為一個感應信號。
44.如權利要求39所述方法，其特徵是，上述的一個感應器導出值為感應信號的變化率。
45.如權利要求39所述方法，其特徵是該電負載為一等離子體室；一個感應信號對來自等離子體室的輻射有反應。
46.如權利要求39所述方法，其特徵是該電負載為一等離子體室；一個感應信號對該等離子體室內的電磁場有反應。
47.如權利要求39所述方法，其特徵是該電源供給RF功率給該負載；一個感應信號對在電源與負載間的反射RF功率有反應；該發信步驟包含當該反射RF功率超出其相關臨限值時，則發出警報這一步驟。
48.如權利要求39所述方法，其特徵是該電源供給RF功率給該負載；一個感應信號對電源與負載間之反射RF功率有反應；該發信步驟包含當該反射功率的變化率超出其相關臨限值，則發出警報之步驟。
49.如權利要求39所述方法，其特徵是，還進一步包括以下步驟產生一功率設定點信號；控制該電源，使得提供電源供給的電功率具有一對該功率設定點信號有反應的位準；其中，與該供給電功率的步驟同時，所述建立一個或多個臨限值的步驟包含步驟監視該功率設定點信號；因應該功率設定點信號，而調整至少一個臨限值。
50.如權利要求49所述方法，其特徵是，該建立一個或多個臨限值的步驟包含調整至少一個臨限值，以與於該功率設定點信號成比例這一步驟。
51.如權利要求49所述方法，其特徵是，還進一步包括以下之步驟在內存中儲存有一表，該表定義多個功率設定點值的範圍並與用於一個或多個臨限值的每一範圍個別值相關；其中建立一個或多個臨限值的步驟更包含以下步驟決定功率設定點信號的現行值；設定該一個或多個臨限值的個別值至儲存在該表中的值，所述值與包含有功率設定點信號的現行值的功率設定點值的範圍相關。
52.如權利要求39所述方法，其特徵是當負載中沒有異常變化時，每一感應器導出值在一值的正常範圍內；及發出警報的步驟包含改變至少一個臨限值至一值的步驟，該值較接近有關於該臨限值的感應器導出值的正常範圍值。
53.如權利要求52項所述之方法，在改變至少一個臨限值至較接近正常範圍的一值的步驟後，其特徵是，還進一步包括以下步驟執行比較步驟，一直到每一先前超出其相關臨限值的感應器回到相關臨限值的原始側為止；然後回復每一臨限值的原始值，即在改變至少一個臨限值至較接近正常範圍的一值的步驟中所改變的臨限值。
54.一種抑制電負載中電弧的方法，該電負載被一電源供給電力，其特徵是，該方法包括以下步驟在一預定時間段內降低電源所供給的電力；回復電力至降低步驟前的值；檢測是否電負載中正發生電弧；及如果檢測步驟檢出正發生電弧，則重複降低及回復步驟。
55.如權利要求54所述方法，其特徵是，還進一步包括重複該降低、回復及檢測步驟，直到檢測步驟並未檢出正發生電弧的情形為止。
56.如權利要求54所述方法，其特徵是，還進一步包括以下步驟在降低電力步驟之前，將儲存在一內存中的計數重設至零；在檢測步驟與重複步驟之間，執行以下步驟增量該計數；比較該計數與一預定最大值；及如果該計數大於或等於最大值，則在執行重複步驟之前，先暫停該方法的執行。
57.如權利要求56所述方法，其特徵是，上述的比較步驟在增量步驟之前被執行。
58.如權利要求57所述方法，其特徵是，該電負載為一等離子體室。
59.如權利要求57所述方法，其特徵是，上述的檢測步驟還進一步包括以下步驟產生一個或多個感應信號，其中每一感應信號對該電功率或該負載的電磁狀態有反應；建立一個或多個感應器導出值，其中每一感應器導出值為一或多個感應信號的函數；建立一個或多個臨限值，使得每一臨限值與一個感應器導出值相關；比較每一感應器導出值與其相關臨限值；當至少一個感應器導出值超出其相關臨限值，則檢測到該電弧正在發生。
全文摘要
用以檢測或抑制在連接至電源負載過程中產生的電阻抗中，電弧或其它異常變化的方法及設備。較佳地，該負載為一等離子體室，用以製造例如半導體及平面顯示器的電子組件。電弧通過監視一個或多個感應器加以檢出。每一感應器對電源至等離子體過程中所供給至電源特徵作出反應，或者，被耦合至等離子體室，以對室內的電磁狀態作出反應。通過降低簡短功率輸出時間，而抑制電弧。然後，電源增加其功率輸出，較佳至其原始值。若再發生電弧，則電源重複降低然後回復功率輸出這一步驟。
文檔編號H05H1/00GK1743859SQ20051009396
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月30日 優先權日2004年9月4日
發明者蘇海勒·安瓦爾, 瑞米哥爾·馬納奇爾, 樸鉦義, 任東吉, 崔壽永 申請人:應用材料股份有限公司