專利名稱：圓片級(jí)電弧檢測(cè)裝置和方法
圓片級(jí)電弧檢測(cè)裝置和方法
背景技術(shù)：
像物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)那樣的濺射沉積 (sputtering depositon)是將多種材料的高度均勻薄層沉積在許多物體上(例如，將金屬 層沉積在像用在形成集成電路(IC)中的圓片(wafer)那樣的基板上)的過(guò)程。在直流(DC) 濺射過(guò)程中，將要沉積的材料(靶(target))和接受沉積材料的基板(圓片)放置在特殊 真空室中。真空室被抽成真空，并且隨后像氬氣那樣的惰性氣體以低壓充入其中。圓片與高壓電源的陽(yáng)極(或鄰近)電連接，該陽(yáng)極一般處在地電位上或接近地電 位。使濺射室的側(cè)壁也處在這個(gè)電位上。通常由金屬形成的靶被放置在真空室中，并且與 高壓電源的陰極電連接。可替代地，該靶可以由絕緣材料形成。該電源在靶(陰極)與陽(yáng) 極之間形成電場(chǎng)。當(dāng)陽(yáng)極與陰極之間的電位達(dá)到200-400伏時(shí)，在惰性氣體中，在眾所周知 的帕邢(Paschen)曲線的超導(dǎo)區(qū)中產(chǎn)生輝光放電。當(dāng)輝光放電發(fā)生在帕邢曲線的超導(dǎo)區(qū)中時(shí)，價(jià)電子從氣體中拉出來(lái)，流向陽(yáng)極 (地)，而由此產(chǎn)生的帶正電電離氣體原子(即等離子體)受到電場(chǎng)的電位加速，以足夠的 能量撞擊陰極(靶)，使靶材料的分子與靶物理分離，或“濺射”。射出的原子幾乎不受阻礙 地通過(guò)低壓氣體和等離子體，其中一些著陸在基板上，且在基板上形成靶材料的涂層。理想 條件下的結(jié)果是室內(nèi)均勻靶分子云，使真空室及其內(nèi)含物(例如，圓片)上的最后沉積具有 均勻厚度。這種涂層一般是各向同性的，與室內(nèi)物體的形狀共形。這種行為的自然結(jié)果是， 隨著更多的材料被濺射，靶材料磨得或變得越來(lái)越薄。集成電路的處理依賴于輝光放電過(guò)程造成的涂層的均勻性。包含放電和靶材料的 真空室被精心設(shè)計(jì)成試圖保持均勻電場(chǎng)，并且，再次依照帕邢曲線，輝光放電原則上在一個(gè) 電場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)都可持續(xù)。但是，電場(chǎng)的均勻性不能完全保持，并且輝光放電以及此后對(duì)靶 的磨損的均勻性也受許多因素影響，包括在室內(nèi)產(chǎn)生的熱電流以及像靶錯(cuò)位那樣的其它機(jī) 械異常。為了補(bǔ)償這些異常，商用PVD濺射機(jī)常常含有在靶上方恒速轉(zhuǎn)動(dòng)大磁體的機(jī)構(gòu)。這 種旋轉(zhuǎn)用于干擾室內(nèi)電磁場(chǎng)，使等離子體撞擊靶的區(qū)域集中在較小運(yùn)動(dòng)區(qū)上。在恒速轉(zhuǎn)動(dòng) 磁體的同時(shí)保持室內(nèi)恒定功率提高了靶磨損的均勻性，使靶壽命延長(zhǎng)以及使室內(nèi)的分子靶 材料保持更均勻分布。隨著磁體在靶上方旋轉(zhuǎn)，局部幾何、熱以及其他變化使真空室的集總 電阻抗發(fā)生變化。對(duì)于配置成將恒定功率輸送給輝光放電的電源，保持恒定功率所需的室 電壓和電流之間的關(guān)系隨阻抗的變化而變化。如果人們監(jiān)測(cè)室電壓和電流，則可以觀察到 室電壓和電流明顯周期性變化，其周期等于磁體的旋轉(zhuǎn)周期。即使適當(dāng)利用旋轉(zhuǎn)磁體機(jī)構(gòu)試圖穩(wěn)定輝光放電，某些條件也可以導(dǎo)致電場(chǎng)局部集 中，使輝光放電從帕邢曲線的超導(dǎo)區(qū)進(jìn)入弧光放電(arcing)區(qū)。PVD期間的弧光放電通過(guò) 等離子體中的電子或離子導(dǎo)致從陽(yáng)極到靶的意想不到低阻抗路徑，該意想不到路徑一般包 括地，該弧光放電由像靶材料的雜質(zhì)(即，包含物)、靶結(jié)構(gòu)(例如，表面)內(nèi)的包含物、不適 當(dāng)靶對(duì)準(zhǔn)(例如，陰極和陽(yáng)極的錯(cuò)位)、真空泄漏和/或來(lái)自像真空油脂那樣的其它來(lái)源的 污染物那樣的因素引起。靶雜質(zhì)包括SiO2 (二氧化硅)或Al2O3 (三氧化二鋁)。PVD期間的弧光放電是在半導(dǎo)體圓片上形成集成電路時(shí)產(chǎn)量降低缺陷的一個(gè)原因。雖然正常金屬沉積通常小于1微米厚度，但弧光放電使圓片上的金屬沉積局部較厚。當(dāng) 發(fā)生電弧時(shí)，真空室的電磁場(chǎng)能量集中在比預(yù)定(例如，靶缺陷的鄰域)小的靶區(qū)上，這可 以造成一個(gè)固體靶塊被逐出。逐出的固體靶材料塊相對(duì)于預(yù)計(jì)出現(xiàn)在圓片上的均勻涂層的 厚度可能更大，并且如果一大塊落在圓片上，則可能造成在那個(gè)地點(diǎn)上形成集成電路中的 缺陷。隨后的光刻處理蝕刻掉各種區(qū)域的沉積金屬層，按照所希望的電路圖案留下金屬導(dǎo) 體路徑。因?yàn)榛」夥烹妼?dǎo)致厚度比周?chē)饘俅蟮亩ㄓ蛉毕?區(qū))，該缺陷區(qū)在隨后處理中可 能未徹底蝕刻掉，導(dǎo)致芯片上的意想不到電路路徑(即，短路)。半導(dǎo)體芯片具有被絕緣層 隔開(kāi)的多個(gè)金屬層，每個(gè)金屬層都通過(guò)如上所述，沉積金屬層，在金屬層上形成圖案，以及 蝕刻金屬層形成。一個(gè)層中的局部缺陷也可以使在隨后光刻步驟中成像在圓片上的覆蓋圖 案失真，因此導(dǎo)致覆蓋層中的缺陷。制造現(xiàn)代集成電路的圓片可以牽涉到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一千個(gè)單獨(dú)處理步驟，圓片以及隨 后每個(gè)單獨(dú)集成電路小片的值隨每個(gè)處理步驟而增大。用于將圓片處理成集成電路的PVD 濺射裝置中的弧光放電可以使圓片的一些部分不可用于其預(yù)定目的，從而使制造成本增 大。使用沒(méi)有致電弧包含物的靶材料是使集成電路制造缺陷最小化的一種方式；但是，靶材 料在其制造期間或以后也可能被污染。在濺射操作之前發(fā)現(xiàn)靶污染物以防止弧光放電缺陷 無(wú)論在時(shí)間方面還是在費(fèi)用方面都是昂貴的。在引起弧光放電的靶包含物濺射出去之前， 例如，操作沉積室的制造人員不及時(shí)發(fā)現(xiàn)弧光放電缺陷就隨機(jī)產(chǎn)量損失而言也同樣昂貴。 而且，當(dāng)一個(gè)固體靶塊在電弧期間被逐出時(shí)，靶表面可能受到進(jìn)一步損害，并且將來(lái)在那個(gè) 鄰域中發(fā)生弧光放電的可能性增大。當(dāng)缺乏實(shí)時(shí)電弧檢測(cè)時(shí)，糾正行為取決于參數(shù)數(shù)據(jù)的可用性。例如，經(jīng)由設(shè)計(jì)成揭 示短路的電路測(cè)試，或通過(guò)在金屬沉積之后利用激光掃描圓片的表面，測(cè)量由弧光放電引 起的許多缺陷層是昂貴的。這些測(cè)試都要花費(fèi)一些時(shí)間運(yùn)行，其間使生產(chǎn)推遲，或在延長(zhǎng)時(shí) 間內(nèi)造成檢測(cè)不到產(chǎn)量損失。由于像任何層上的短路那樣的缺陷都可以影響集成電路功 能，所以希望在濺射沉積期間避免弧光放電引起的損害。于是，實(shí)時(shí)電弧檢測(cè)允許更快地識(shí)別產(chǎn)量損失的原因，以及檢測(cè)處理工具或靶本 身中的隱患，兩者都導(dǎo)致更有效的集成電路制造應(yīng)用。如上所述，電弧可以將固體材料拋入真空室中，并且可以認(rèn)為，著陸在集成電路圓 片上的任何這樣固體材料塊都有很大的可能損害至少一個(gè)集成電路。因此，指示對(duì)集成電 路圓片潛在損害的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量是在處理步驟期間發(fā)生的電弧的數(shù)量。由于強(qiáng)烈的電弧有可 能比相對(duì)“溫和”的電弧將更多的固體材料擴(kuò)散到更大的區(qū)域上，所以認(rèn)為各個(gè)電弧引起的 對(duì)集成電路圓片的預(yù)期損害是輸送給電弧的能量的單調(diào)增加函數(shù)也是合理的。因此，可以 實(shí)時(shí)估計(jì)在PVD濺射處理步驟期間發(fā)生的電弧的數(shù)量以及電弧的嚴(yán)重性的系統(tǒng)是估計(jì)在 特定PVD濺射步驟中引起的潛在損害的有價(jià)值工具。眾所周知，當(dāng)在輝光放電過(guò)程中發(fā)生電弧時(shí)，真空室的集總阻抗的幅度迅速下降。 當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，在包含電源和互連器件的輸電系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗中存在串聯(lián)電感使真 空室的陽(yáng)極與陰極之間的觀察電壓的幅度迅速下降。觀察室電壓并將它與固定閾值相比 較是檢測(cè)電弧是否存在的常見(jiàn)手段，通過(guò)將常用示波器附在陰極上，將附在真空室上的示 波器探針接地，人們就可以輕易地完成這項(xiàng)工作。當(dāng)擁有可以通過(guò)使用自激示波器觀察電 壓直觀獲得的平均真空室處理電壓的估計(jì)值時(shí)，人們可以將示波器的觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置在大于預(yù)期電壓(這樣觀察的電壓相對(duì)于示波器基準(zhǔn)是負(fù)的)的電壓上。當(dāng)示波器觸發(fā)時(shí)，可以觀 察到由電弧引起的所得電壓波形，并且也可以通過(guò)適當(dāng)電流探針同時(shí)觀察電流。人們已經(jīng) 開(kāi)發(fā)出模擬這種檢測(cè)電弧的方法、以及計(jì)數(shù)如此在處理步驟的過(guò)程中獲得的發(fā)生次數(shù)的系 統(tǒng)。這種手段的已知缺點(diǎn)是，由于如上所述，室電壓隨磁體旋轉(zhuǎn)而周期性變化，以及由于熱 和其它考慮在PVD處理步驟的過(guò)程中的變化，所以必須謹(jǐn)慎地設(shè)置固定觸發(fā)電平。這樣，這 樣的系統(tǒng)可能漏掉要不然會(huì)引起損害的小幅度電弧。可以更緊密地跟隨實(shí)際瞬時(shí)預(yù)期室電 壓的系統(tǒng)將使這些電弧更輕易地被檢測(cè)到，提供更準(zhǔn)確的損害估計(jì)。在用于生產(chǎn)集成電路的PVD過(guò)程中，時(shí)常觀察到持續(xù)時(shí)間小于1微秒的弧光放 電狀況。這些短持續(xù)時(shí)間電弧常稱為微弧。電控模擬或開(kāi)關(guān)電源不能對(duì)微弧期間這種室 阻抗的迅速變化作出反應(yīng)。作為串聯(lián)電感的自然結(jié)果，電源在微弧期間將近恒流輸送給 真空室。假設(shè)在弧光放電狀況期間，電源輸送的所有能量都集中在電弧上，則可以通過(guò) 在電弧區(qū)間上積分電源電壓與電流(假設(shè)恒定)的乘積來(lái)估計(jì)輸送給各個(gè)電弧的能量。 并且，存在允許捕獲弧光放電狀況期間的室電壓和電流波形兩者的數(shù)字示波器。存在像 Tektronix “Wavestar”軟件那樣的計(jì)算機(jī)軟件，它可以允許將數(shù)字存儲(chǔ)波形上傳到計(jì)算機(jī)， 隨后可以在計(jì)算機(jī)中逐點(diǎn)相乘捕獲的電壓和電流波形，以計(jì)算瞬時(shí)功率，并且在電弧持續(xù) 時(shí)間上積分功率波形，以確定電弧輸送的總能量。雖然可用于理解PVD應(yīng)用中的弧光放電現(xiàn)象，但這種使用示波器和后處理計(jì)算機(jī) 計(jì)算電弧和電弧能量的方法在生產(chǎn)應(yīng)用中價(jià)值不大。即使新式的手持示波器也是相對(duì)笨重 的儀器，并且集成電路無(wú)塵室中的不動(dòng)產(chǎn)也是極其寶貴的。獨(dú)立后處理計(jì)算機(jī)也占用寶貴 的地面空間，并且有可能需要處在無(wú)塵室之外，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與示波器連接，使示波器與計(jì)算 機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送的延遲增大。而且，還沒(méi)有手段來(lái)事先告訴人們各個(gè)電弧的持續(xù)時(shí)間、或 它們可能發(fā)生的頻率。留下了究竟如何設(shè)置示波器的控制的問(wèn)題。示波器也具有有限波形 存儲(chǔ)能力，因此，當(dāng)在處理期間存在許多弧光放電活動(dòng)時(shí)，往往在最需要的時(shí)候丟失信息。 如此配置的系統(tǒng)使實(shí)時(shí)控制和決策作出變得不切實(shí)際。除了所討論的問(wèn)題之外，當(dāng)只計(jì)數(shù)違反電壓閾值的電弧時(shí)，如果電源通過(guò)減小輸 送功率來(lái)對(duì)電弧作出響應(yīng)，則一些信息可能會(huì)丟失或變得模糊。減小功率的結(jié)果是使電壓 和電流兩者都下降。雖然確定物理氣相沉積室中陰極-陽(yáng)極或靶弧光放電的嚴(yán)重性正受到人們關(guān)注， 但更成問(wèn)題的是圓片級(jí)電弧的發(fā)生。當(dāng)發(fā)生圓片級(jí)電弧時(shí)，對(duì)陰極弧光放電監(jiān)測(cè)的能量通 常保持零?？梢哉J(rèn)為，這樣的圓片級(jí)電弧是由電隔離真空室部件(即沉積環(huán)或蓋環(huán)的充 電)，以及電荷突然驅(qū)散到圓片或與圓片非常接近的真空室部件中引起的。這就提出了如何 指示這樣圓片級(jí)電弧的發(fā)生，或發(fā)生可能性的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了解決上述挑戰(zhàn)的和提供控制膜沉積過(guò)程的反饋方 法的在等離子體生成期間檢測(cè)電弧的裝置和方法。等離子體生成裝置的一個(gè)例子包括可通信地與供電電路耦合的電弧檢測(cè)裝置。所 述供電電路具有封閉在真空室中的陰極，并且適用于生成功率相關(guān)參數(shù)。所述電弧檢測(cè)裝 置適用于通過(guò)將功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值相比較，評(píng)估真空室中弧光放電的嚴(yán)重性(severity)。按照本發(fā)明的進(jìn)一步方面，所述電弧檢測(cè)裝置適用于估計(jì)電弧強(qiáng)度、電弧持續(xù)時(shí) 間和/或電弧能量。所述電弧檢測(cè)裝置可以使用例如可編程邏輯控制器(PLC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所 述PLC可以與所述電弧檢測(cè)裝置相呼應(yīng)地工作，計(jì)算響應(yīng)PVD室阻抗正常變化的自適應(yīng)電 弧閾值，所述實(shí)時(shí)自適應(yīng)電弧閾值由所述PLC近實(shí)時(shí)地傳送給所述電弧檢測(cè)裝置。所述響 應(yīng)PVD室阻抗正常變化的自適應(yīng)電弧閾值可以由所述電弧檢測(cè)裝置本身計(jì)算，有關(guān)弧光放 電活動(dòng)和自適應(yīng)電弧閾函數(shù)兩者的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)被近實(shí)時(shí)地傳送給所述PLC。實(shí)際微弧(例如，如在示波器上捕獲的那樣)在電壓幅度上呈現(xiàn)迅速下降趨勢(shì) (接著恢復(fù)成額定值)，同時(shí)在電流幅度上呈現(xiàn)迅速上升趨勢(shì)(接著也恢復(fù)成額定值)。于 是，在電流電平上尋找到尖峰，并且在電壓電平上尋找到同時(shí)下降極大地提高了檢測(cè)到“真 正”電弧的置信度或成功率。因此，提供了檢測(cè)這樣電弧事件，以及檢測(cè)和分類其它電弧事 件的方法和裝置。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，使電流傳感器的輸出饋入電弧檢測(cè)單元的可編程閾值 比較器中。例如，所述電弧檢測(cè)單元可以就電流多少次向上偏移到閾值之上以及就電流在 閾值之上的經(jīng)過(guò)時(shí)間對(duì)電弧事件進(jìn)行測(cè)量。有關(guān)電弧嚴(yán)重性的附加信息可以通過(guò)在額定工 作點(diǎn)之上設(shè)置不止一個(gè)閾值(每一個(gè)在不同電平上)并且針對(duì)不同閾值電平比較電弧事件 計(jì)數(shù)和經(jīng)過(guò)時(shí)間獲得。 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，所述裝置包括根據(jù)來(lái)自電源接口的電壓和電流通道兩 者的組合數(shù)據(jù)分類電弧事件的邏輯單元。另外，所述裝置可以針對(duì)發(fā)生在電弧事件的特定 類別中的事件計(jì)算掃描能量和電弧能量。本發(fā)明的進(jìn)一步方面提供了在物理氣相沉積過(guò)程中檢測(cè)和分類電弧的方法。所述 方法可以包含例如監(jiān)測(cè)等離子體生成裝置的電源電壓和電流。根據(jù)所述監(jiān)測(cè)，所述方法可 以包括檢測(cè)電壓降到預(yù)定第一電壓閾值以下的每個(gè)實(shí)例，計(jì)時(shí)電壓降到預(yù)定第一電壓閾值 以下的每個(gè)實(shí)例的持續(xù)時(shí)間，檢測(cè)電流沖到預(yù)定第一電流閾值之上的每個(gè)實(shí)例，以及計(jì)時(shí) 電流沖到預(yù)定第一電流閾值之上的每個(gè)實(shí)例的持續(xù)時(shí)間。所述電壓降的持續(xù)時(shí)間和電流尖 峰的持續(xù)時(shí)間可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)測(cè)量。所述方法可以進(jìn)一步包含將電壓掉到預(yù)定第一 電壓閾值以下的每個(gè)實(shí)例和電流沖到預(yù)定第一電流閾值之上的每個(gè)實(shí)例分類成電弧事件。 于是，可以從所檢測(cè)電壓降和/或電流尖峰開(kāi)始發(fā)生電弧事件。所述方法可以進(jìn)一步包括確定電源電壓是否處在穩(wěn)定模式，上升過(guò)渡模式或下降 過(guò)渡模式之一中?？梢葬槍?duì)這些類別的每一個(gè)分開(kāi)計(jì)數(shù)或要不然分析電弧事件。例如，所 述方法可以包括保存電壓處在穩(wěn)定模式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì)數(shù)和相應(yīng)持續(xù)時(shí)間，保存 電壓處在上升過(guò)渡模式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì)數(shù)和相應(yīng)持續(xù)時(shí)間，以及保存電壓處在下 降過(guò)渡模式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì)數(shù)和相應(yīng)持續(xù)時(shí)間?？梢愿鶕?jù)從監(jiān)測(cè)所述等離子體生成裝置的電源電壓和電流中獲得的數(shù)據(jù)將電弧 事件放入不同類別中。按照一個(gè)例子，在像PLC或其它計(jì)算設(shè)備的掃描周期那樣的預(yù)定時(shí) 段內(nèi)，所述方法包括將電壓降和電流尖峰相符的電弧事件實(shí)例指定成第一類別。另外，所述 方法可以進(jìn)一步包括將累計(jì)持續(xù)時(shí)間小于預(yù)定時(shí)間的沒(méi)有相符電流尖峰的一個(gè)或多個(gè)電 壓降的電弧事件實(shí)例指定成第二類別，以及將累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間的沒(méi)有相符電流 尖峰的一個(gè)或多個(gè)電壓降的電弧事件實(shí)例指定成第三類別。關(guān)于感測(cè)的電流電弧事件，所述方法可以類似地包括將累計(jì)持續(xù)時(shí)間小于預(yù)定時(shí)間的沒(méi)有相符電壓降的一個(gè)或多個(gè)電 流尖峰的電弧事件實(shí)例指定成第四類別，以及將累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間的沒(méi)有相符電 壓降的一個(gè)或多個(gè)電流尖峰的電弧事件實(shí)例指定成第五類別。對(duì)于各種類別的每一個(gè)，所 述方法可以包括針對(duì)所指定電弧事件計(jì)算掃描能量。檢測(cè)電弧事件常常導(dǎo)致供電下降(即，進(jìn)入下降過(guò)渡模式)。為了避免正處在穩(wěn)定 模式下時(shí)包括或計(jì)數(shù)短暫導(dǎo)致這種下降過(guò)渡模式的瞬態(tài)，所述方法進(jìn)一步包括在每次檢測(cè) 低于預(yù)定第一電壓閾值的電壓降之后的過(guò)渡保持時(shí)段內(nèi)禁止檢測(cè)低于預(yù)定第一電壓閾值 的電壓降，以及在每次檢測(cè)高于預(yù)定第一電流閾值的電流尖峰之后的過(guò)渡保持時(shí)段內(nèi)禁止 檢測(cè)高于預(yù)定第一電流閾值的電流尖峰。如果需要對(duì)過(guò)渡模式進(jìn)行進(jìn)一步分析，則仍然可 以保存該信息。所述方法還可以適應(yīng)在穩(wěn)定模式下在濺射沉積過(guò)程中發(fā)生的供給電壓緩慢變化 (即，相對(duì)于電弧事件)。關(guān)于這一點(diǎn)，所述方法可以進(jìn)一步包括在跟蹤供給電壓緩慢變化 的掃描周期內(nèi)調(diào)整預(yù)定第一電壓閾值。按照一個(gè)例子，可以將所述方法設(shè)置成提供有關(guān)弧光放電嚴(yán)重性的附加信息。關(guān) 于這一點(diǎn)，所述方法可以包括檢測(cè)電壓掉到預(yù)定第二電壓閾值以下的每個(gè)電弧事件實(shí)例， 以及檢測(cè)電流沖到預(yù)定第二電流閾值之上的每個(gè)電弧事件實(shí)例。附加閾值可以類似地用于 提供甚至更精確的信息。按照另一個(gè)例子，可以提供在等離子體生成裝置中確定電弧事件的方法，所述方 法包含監(jiān)測(cè)電源電流，獲取指示監(jiān)測(cè)電流的電流信號(hào)，以及確定所述電流信號(hào)是否超出指 示電弧事件的預(yù)定電流閾值之外。類似地，所述方法可以進(jìn)一步包含監(jiān)測(cè)電源的電壓，獲取 指示監(jiān)測(cè)電壓的電壓信號(hào)，以及確定所述電壓信號(hào)是否超出指示電弧事件的預(yù)定電壓閾值 之外。另外，所述方法可以包括計(jì)時(shí)電流超出預(yù)定電流閾值之外時(shí)和電壓超出預(yù)定電壓閾 值之外發(fā)生的每個(gè)電弧事件的持續(xù)時(shí)間。并且，可以分類每個(gè)電弧事件，以及可以計(jì)算掃描 能量和電弧能量。按照又一個(gè)例子，在等離子體生成裝置中檢測(cè)電弧事件的方法可以包含向所述等 離子體生成裝置提供功率，以便在靶與圓片之間形成電離氣體，提供檢測(cè)供給電壓和供給 電流的接口，以設(shè)置頻率將所述電壓與電壓閾值相比較，以及以設(shè)置頻率將所述電流與電 流閾值相比較。另外，所述方法可以包含電弧事件是從所述電壓與電壓閾值的比較中獲得 的還是從所述電流與電流閾值的比較中獲得的。所述方法可以進(jìn)一步包括在每次檢測(cè)電弧事件之后將所述電壓與電壓閾值和所 述電流與電流閾值的比較延遲過(guò)渡延遲時(shí)段。為可以為穩(wěn)定模式提供更準(zhǔn)確的電弧事件計(jì)數(shù)。另外，所述方法可以包括查看其它參數(shù)(非電壓或電流閾值交點(diǎn))，以便提供任何 弧光放電的進(jìn)一步信息。這可以包括有關(guān)電弧事件嚴(yán)重性的進(jìn)一步信息。按照一個(gè)例子， 所述方法可以進(jìn)一步包括如下步驟生成功率相關(guān)參數(shù)，將所述功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè) 閾值比較，以確定所述等離子體生成裝置中的弧光放電的嚴(yán)重性，以及響應(yīng)所述功率相關(guān) 參數(shù)與至少一個(gè)閾值的比較，測(cè)量電弧持續(xù)時(shí)間。按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了在等離子體生成室中檢測(cè)電弧事件的裝置。所 述裝置可以包含電源接口模塊，配置成檢測(cè)施加于所述等離子體生成室的電源電壓和電流；以及可通信地與所述電源接口模塊耦合的電弧檢測(cè)單元，所述電弧檢測(cè)單元包括閾值 比較電路，所述閾值比較電路被安排成將所述電壓與第一電壓閾值相比較，以確定是否發(fā) 生了電弧事件，以及將所述電流與第一電流閾值相比較，以確定是否發(fā)生了電弧事件。所述 電弧檢測(cè)單元可以包括帶有模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。另外，所述裝置的電弧檢測(cè)單元可以包括邏輯電路或與邏輯電路耦合，所述邏輯 電路被安排成根據(jù)所述閾值比較電路的輸出作出電弧事件的確定。所述邏輯電路可以是可 編程邏輯控制器(PLC)或其它類似計(jì)算設(shè)備。此外，在一些情況下，所述DSP可以包括執(zhí)行 本文所述的一些或所有功能的邏輯單元。所述閾值比較電路可以是可編程的，以便使用戶能夠設(shè)置初始電壓閾值和初始電 流閾值。另外，可以對(duì)電壓和電流使用分立部件。所述閾值比較電路可以是模擬和/或數(shù) 字電路。所述閾電平可以在所述DSP中生成，以及所述電弧信號(hào)由所述DSP中的模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字的。所述DSP可以包含由所述PLC或其它邏輯電路或裝置用軟件控制 參數(shù)的固件。所述裝置的邏輯電路可以用于許多功能。例如，所述邏輯電路可以安排成確定所 述電壓是否處在穩(wěn)定模式，上升過(guò)渡模式和下降上升過(guò)渡模式之一下。另外，所述邏輯電路 可以安排成保存電壓處在穩(wěn)定模式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì)數(shù)，保存電壓處在上升過(guò)渡模 式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì)數(shù)，以及保存電壓處在下降過(guò)渡模式下時(shí)發(fā)生的電弧事件的計(jì) 數(shù)。所述邏輯電路還可以安排成確定基于所述電壓掉到第一電壓閾值以下的電弧事件的持 續(xù)時(shí)間、和基于所述電流沖到第一電流閾值之上的電弧事件的持續(xù)時(shí)間。所述持續(xù)時(shí)間可 以在可以根據(jù)頻率轉(zhuǎn)換成時(shí)間單位的時(shí)鐘周期中測(cè)量。所述邏輯電路可以進(jìn)一步安排成根據(jù)所述閾值比較電路的輸出和每個(gè)電弧事件 的持續(xù)時(shí)間分類電弧事件。所述分類可以在像PLC掃描周期那樣的預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)。所述 邏輯電路可以配置成，例如，將電壓降和電流尖峰相符的電弧事件實(shí)例指定成第一類別，將 累計(jì)持續(xù)時(shí)間小于第一預(yù)定時(shí)段的沒(méi)有相符電流尖峰的一個(gè)或多個(gè)電壓降的電弧事件實(shí) 例指定成第二類別，將累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于第一預(yù)定時(shí)段的沒(méi)有相符電流尖峰的一個(gè)或多個(gè) 電壓降的電弧事件實(shí)例指定成第三類別，將累計(jì)持續(xù)時(shí)間小于第二預(yù)定時(shí)段的沒(méi)有相符電 壓降的一個(gè)或多個(gè)電流尖峰的電弧事件實(shí)例指定成第四類別，以及將累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于第 二預(yù)定時(shí)段的沒(méi)有相符電壓降的一個(gè)或多個(gè)電流尖峰的電弧事件實(shí)例指定成第五類別。所述邏輯電路還可以包括計(jì)算弧光放電的各種參數(shù)。這可以包括掃描能量和電弧 能量°按照本發(fā)明的進(jìn)一步方面，在等離子體生成裝置中檢測(cè)電弧的裝置包含可通信地 與電源的電流耦合的電弧檢測(cè)單元。所述電弧檢測(cè)單元可以包括閾值比較電路，配置成將 所述電流與第一電流閾值相比較；以及邏輯電路，安排成根據(jù)所述閾值比較電路中所述電 流與第一電流閾值的比較檢測(cè)電弧事件。所述電弧檢測(cè)單元還可以可通信地與電源的電壓耦合。在這種情況下，所述閾值 比較電路可以進(jìn)一步配置成將所述電壓與第一電壓閾值相比較，以及所述邏輯電路可以進(jìn) 一步安排成根據(jù)所述閾值比較電路中所述電壓與第一電壓閾值的比較檢測(cè)電弧事件。所述電弧檢測(cè)單元可以進(jìn)一步包含計(jì)時(shí)單元，安排成根據(jù)所述電流與電流閾值的 比較計(jì)算所檢測(cè)電弧事件的持續(xù)時(shí)間。所述計(jì)時(shí)單元還可以安排成根據(jù)所述電壓與電壓閾值的比較計(jì)算所檢測(cè)電弧事件的持續(xù)時(shí)間。所述閾值比較電路可以配置成將所述電流與不同于所述第一電流閾值的第二電 流閾值(或多個(gè)附加閾電平)相比較。所述閾值比較電路可以類似地配置成將所述電壓與 一個(gè)或多個(gè)附加閾值相比較?？梢詾槊總€(gè)閾值計(jì)算所述電流或電壓超出特定閾值之外的持 續(xù)時(shí)間。按照本發(fā)明的更進(jìn)一步方面，在等離子體生成裝置中檢測(cè)電弧的裝置包含電源接 口模塊，可通信地與所述等離子體生成裝置的電源的電壓和電流耦合；電弧檢測(cè)單元，含有 接收指示所述電壓的信號(hào)的通道、和接收指示所述電流的信號(hào)的通道；以及所述電弧檢測(cè) 單元中的閾值比較電路，安排成將所述電壓信號(hào)與電壓閾值相比較，以及將所述電流信號(hào) 與電流閾值相比較。所述裝置可以進(jìn)一步包含邏輯電路，用于確定電弧事件是否是根據(jù)所述閾值比較 電路的輸出發(fā)生的。所述邏輯電路還可以安排成與供應(yīng)給所述等離子體生成裝置的功率有 關(guān)的參數(shù)。所述邏輯電路還可以將所述功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值相比較，以確定所述 等離子體生成裝置中弧光放電的嚴(yán)重性。本發(fā)明的各個(gè)方面可以提高實(shí)時(shí)確定發(fā)生弧光放電的時(shí)間，以便可以采取糾正行 動(dòng)的能力。這樣就可以提高圓片產(chǎn)量并減少缺陷。在一些例子中，主要查看電壓和電流的裝置將計(jì)數(shù)電弧以及造成的電壓下降 (即，由對(duì)電弧作出響應(yīng)的供電減少引起)，這將得出不準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)。因此，本發(fā)明的進(jìn)一步 方面可以提供更準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)和分類電弧的方法和裝置。也就是說(shuō)，通過(guò)計(jì)數(shù)違反電流閾值 的電弧，即使在存在功率減小事件的情況下，也可以用電弧計(jì)數(shù)和時(shí)間統(tǒng)計(jì)量更準(zhǔn)確地表 示電弧。依照進(jìn)一步方面，描述了在用于將金屬或其它材料沉積在圓片上的物理氣相沉積 室中檢測(cè)圓片級(jí)弧光放電的發(fā)生的方法。所述方法可以包括，例如，監(jiān)測(cè)施加于物理氣相沉 積室的電源電壓和電源電流、和/或其它信號(hào)，獨(dú)立地對(duì)每個(gè)感測(cè)波形作指示發(fā)生圓片級(jí) 弧光放電的波形異常方面的分析，以及將所述波形異常分類成包括指示這樣異常的發(fā)生次 數(shù)和/或所述異常的累計(jì)持續(xù)時(shí)間的變量的新類別。在檢測(cè)到所述波形異常并且這樣分類它之后，所述方法可以包括提供是否發(fā)生了 圓片級(jí)弧光放電的指示。這可以，例如，通過(guò)將適當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入計(jì)算機(jī)可讀媒體中和/或通過(guò) 提供用戶可辨別輸出，譬如，通過(guò)顯示消息和/或使適當(dāng)燈管(例如，LED (發(fā)光二極管))接 通來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照更進(jìn)一步方面，可以提供包括如下步驟的方法將陰極電弧檢測(cè)單元與物理 氣相沉積室耦合，為在所述室中處理的多個(gè)圓片的每一個(gè)生成圓片級(jí)弧光放電分類數(shù)據(jù)， 以及根據(jù)生成的圓片級(jí)弧光放電分類數(shù)據(jù)確定所述室中圓片級(jí)弧光放電的嚴(yán)重性。所述方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)確定步驟提供發(fā)生圓片級(jí)弧光放電和未發(fā)生圓片 級(jí)弧光放電之一的指示。另外，所述方法可以進(jìn)一步包括對(duì)傳感波形作圓片級(jí)弧光放電異 常方面的分析，分類數(shù)據(jù)，以及當(dāng)分類數(shù)據(jù)非零時(shí)，指示發(fā)生了圓片級(jí)弧光放電。按照更進(jìn)一步方面，提供了在處理圓片的物理氣相沉積室中檢測(cè)圓片級(jí)弧光放電 的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含陰極弧光放電檢測(cè)單元，可通信地耦合成監(jiān)測(cè)物理氣相沉積室的供 給電壓；以及處理器，與所述陰極弧光放電檢測(cè)單元耦合-作為所述單元的一部分或與所述單元通信，配置成為在所述室中處理的每個(gè)圓片生成圓片級(jí)弧光放電分類數(shù)據(jù)。所述陰 極弧光放電檢測(cè)單元可以進(jìn)一步可通信地耦合成監(jiān)測(cè)所述物理氣相沉積室的供給電流、室 電壓和室電流。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含第一傳感器，用于監(jiān)測(cè)所述供給電壓；第二傳感器，用 于監(jiān)測(cè)所述室電壓；第三傳感器，用于監(jiān)測(cè)所述供給電流；第四傳感器，用于監(jiān)測(cè)所述室電 流；以及第五傳感器，用于監(jiān)測(cè)靜電吸盤(pán)電壓。所述處理器被配置成從從每個(gè)相應(yīng)傳感器中 接收的信號(hào)中為每個(gè)傳感器生成圓片級(jí)電弧分類數(shù)據(jù)。所述處理器還可以配置成從圓片級(jí)弧光放電分類數(shù)據(jù)中為每個(gè)圓片計(jì)算指示參 數(shù)。所述系統(tǒng)還可以包括由所述處理器經(jīng)由所述指示參數(shù)控制的可視指示器。關(guān)于這一點(diǎn)， 所述處理器向所述可視指示器提供發(fā)生圓片級(jí)弧光放電的指示。一旦研究了如下詳細(xì)描述，本公開(kāi)的這些和其它方面將是顯而易見(jiàn)的。
通過(guò)考慮附圖參考如下描述，可以對(duì)本公開(kāi)作更全面理解，并且可以知道本文所 述的各種方面的潛在優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相同標(biāo)號(hào)表示相同特征，以及其中圖1是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的一個(gè)示范性實(shí)施例的方塊圖；圖2是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的電源接口模塊(PSIM)部分的一種示范 性實(shí)現(xiàn)的方塊圖；圖3是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的PSIM電壓感測(cè)電路部分的一種示范性 實(shí)現(xiàn)的電路圖；圖4是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的PSIM電流感測(cè)電路部分的一種示范性 實(shí)現(xiàn)的電路圖；圖5是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的PSIM供電電路部分的一種示范性實(shí)現(xiàn) 的電路圖；圖6是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的電弧檢測(cè)單元(ADU)部分的一種示范性 實(shí)現(xiàn)的方塊圖；圖7是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的ADU電壓濾波器部分的一種示范性實(shí)現(xiàn) 的電路圖；圖8是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的ADU可編程閾值比較器部分的一種示范 性實(shí)現(xiàn)的電路圖；圖9是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的ADU電弧檢測(cè)邏輯單元(ADLU)部分的 一種示范性實(shí)現(xiàn)的方塊圖；圖10是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的ADLU計(jì)數(shù)單元部分的一種示范性實(shí)現(xiàn) 的方塊圖；圖11是例示按照本發(fā)明的時(shí)鐘邏輯單元(CLU)時(shí)鐘生成的一種示范性實(shí)現(xiàn)的時(shí) 序圖；圖12是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的ADLU數(shù)字信號(hào)處理接口邏輯裝置部分 的一種示范性實(shí)現(xiàn)的邏輯圖；圖13是PVD室配置的截面圖的圖形例示；
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圖14是帶有弧光放電事件的典型PVD電壓信號(hào)與時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖；圖15是本發(fā)明的電弧檢測(cè)單元中的PVD電壓信號(hào)的曲線圖；圖16是進(jìn)入弧光放電狀況和從弧光放電狀況退出時(shí)電弧檢測(cè)單元的邏輯電平狀 態(tài)過(guò)渡圖；圖17是電弧通道信號(hào)傳播的方塊圖；圖18是PLC程序主控的方塊圖；圖19是穩(wěn)定帶監(jiān)測(cè)變量與時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖；圖20是功率和點(diǎn)火邏輯單元的方塊圖；圖21是點(diǎn)火時(shí)間的曲線圖；圖22是電弧分類的方塊圖；圖23是電弧分類的表格；圖M是圓片處理電弧變量時(shí)序圖；圖25是圓片處理閾值時(shí)序圖；圖沈是對(duì)邏輯單元執(zhí)行的電弧檢測(cè)順序的方塊圖；圖27是例示按照本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置的電弧檢測(cè)單元部分的另一種示范性實(shí) 現(xiàn)的方塊圖；圖觀示出了典型陰極或靶電弧缺陷圖案；圖四示出了圓片表面上的彗星狀缺陷的特寫(xiě)圖；圖30示出了典型圓片級(jí)電弧缺陷圖案；圖31示出了非陰極電弧造成的圓片膜損害的特寫(xiě)或放大圖；圖32示出了在圓片的中間遠(yuǎn)離非陰極電弧的圓片污染物；圖33示出了電弧附近的圓片污染物；圖34是用于處理單個(gè)圓片的來(lái)自靜電吸盤(pán)電源的例示性波形的曲線圖；圖35是發(fā)生了圓片級(jí)弧光放電的靜電吸盤(pán)電源的例示性波形的曲線圖；圖36是示出圖30的曲線圖的一部分的附加細(xì)節(jié)的曲線圖；圖37是示出用于發(fā)生了圓片級(jí)弧光放電的單個(gè)圓片的來(lái)自陰極(DC)電源的例示 性波形的曲線圖；圖38是示出可以在檢測(cè)、分類、和測(cè)量圓片級(jí)弧光放電時(shí)執(zhí)行的例示性步驟的流 程圖；圖39是示出結(jié)合PLC的穩(wěn)定/非穩(wěn)定模式和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶的例示性波形的曲線圖；圖40是示出沒(méi)有ADU地可以在檢測(cè)、分類、和測(cè)量圓片級(jí)弧光放電時(shí)執(zhí)行的另一 個(gè)實(shí)施例的例示性步驟的流程圖；以及圖41是檢測(cè)、分類、和測(cè)量圓片級(jí)弧光放電的例示性裝置的功能方塊圖。
具體實(shí)施例方式雖然本發(fā)明可以有許多不同形式的實(shí)施例，但顯示在附圖中以及本文詳細(xì)描述的 是本發(fā)明的一些方面的例示性實(shí)施例，并且應(yīng)該明白，本公開(kāi)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明原理的示 范，而無(wú)意使本發(fā)明的廣泛方面局限于例示的實(shí)施例。本發(fā)明被認(rèn)為可應(yīng)用于多種不同類型的等離子體生成應(yīng)用，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別可
12用于薄膜沉積應(yīng)用，后者在等離子體環(huán)境形成期間從對(duì)所檢測(cè)電弧作出響應(yīng)的技術(shù)中獲 益。本文所述的示范性實(shí)施例牽涉到PVD濺射技術(shù)；但是，本發(fā)明可以結(jié)合多種系統(tǒng)來(lái)實(shí) 現(xiàn)，包括像等離子體蝕刻或等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(PECVD)那樣使用等離子體生 成技術(shù)的那些。雖然弧光放電事件可能永遠(yuǎn)無(wú)法完全避免，但獲取有關(guān)濺射過(guò)程期間發(fā)生的電弧 的嚴(yán)重性的某些詳細(xì)數(shù)據(jù)提供了可以作出過(guò)程補(bǔ)償決定的有用信息。例如，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè) 小幅度的單電弧，人們可以懷疑在受影響集成電路小片上可能存在由弧光放電引起的小缺 陷。相反，根據(jù)大量電弧或非常嚴(yán)重電弧的實(shí)時(shí)檢測(cè)，人們可以懷疑存在許多缺陷，也許甚 至得出整個(gè)處理步驟都有缺陷的結(jié)果。按照本發(fā)明一些方面的實(shí)時(shí)電弧檢測(cè)可以允許實(shí)時(shí) 地或近實(shí)時(shí)地作出制造決定。例如，在由于大量或嚴(yán)重弧光放電的檢測(cè)，懷疑處理步驟有缺 陷的情況下，可以在可能發(fā)生進(jìn)一步損害之前終止PVD處理步驟。在PVD處理步驟結(jié)束時(shí)， 無(wú)論正常完成還是按上述那樣終止，都可以在開(kāi)始進(jìn)一步的處理步驟之前作出修理還是放 棄圓片的決定。如果通過(guò)嚴(yán)重弧光放電的實(shí)時(shí)檢測(cè)認(rèn)為初始處理步驟是有缺陷的，并且制 造圓片的當(dāng)前階段的處理成本較低，那么放棄圓片可能是劃算的。如果在對(duì)于受影響的步 驟來(lái)說(shuō)處理圓片的成本較高的以后處理步驟中發(fā)生弧光放電，那么化學(xué)蝕刻或物理拋光圓 片以便除去有缺陷沉積層并重新處理圓片可能是劃算的。另外，以前沒(méi)有或很少觀察到弧 光放電活動(dòng)的單獨(dú)PVD系統(tǒng)要逐個(gè)圓片地檢測(cè)弧光放電活動(dòng)可能是可以在所安排裝備未 工作期間通過(guò)安排適當(dāng)裝備維護(hù)加以糾正的早期裝備故障狀況越來(lái)越嚴(yán)重的征兆。關(guān)鍵是 要及時(shí)認(rèn)識(shí)到由弧光放電引起缺陷的概率增大了。對(duì)于特定PVD系統(tǒng)，推動(dòng)進(jìn)程的電源試圖調(diào)節(jié)輸送給真空室的功率。包括陽(yáng)極、陰 極和陽(yáng)極與陰極之間的室環(huán)境的室元件的阻抗與等離子體生成供電電路的阻抗串聯(lián)。保持 等離子體中的功率恒定的電壓與電流之間的關(guān)系取決于包括隨著濺射過(guò)程而改變的特定 靶材料本身的電容的室元件的阻抗。當(dāng)在濺射室中出現(xiàn)電弧時(shí)，濺射室的阻抗幅度迅速下降，從而改變等離子體生成 供電電路的阻抗。供電和配電電路包含限制電路中電流可以變化的速率的重要串聯(lián)電感。 因此，由于這個(gè)電感部件，室阻抗的迅速下降使室電壓的幅度迅速降低。這種室電壓幅度 的崩潰常常足以破壞弧光放電條件，并且可以在對(duì)濺射室、電源或靶造成嚴(yán)重?fù)p害之前重 新建立輝光放電。通常，弧光放電事件比電源能夠作出反應(yīng)的電子線路調(diào)節(jié)更迅速地發(fā)生 (或消失)，因此，即使電子線路開(kāi)始糾正行動(dòng)，也可能對(duì)圓片造成一些損害。如前所述，被 涂的物品遭受像圓片上的涂層不均勻那樣的某些形式缺陷的概率隨每個(gè)弧光放電事件而 增大。因?yàn)楫?dāng)發(fā)生弧光放電事件時(shí)室電壓迅速下降，所以可以將低于預(yù)定或自適應(yīng)電壓閾 電平的無(wú)法預(yù)料電壓降用于定義弧光放電狀況的發(fā)生。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，描繪弧光放電事件的存在的電壓閾值取決于額定施加 (即，非弧光放電)、也許隨時(shí)間變化的室電壓。為產(chǎn)生輝光放電而施加的非弧光放電室電 壓取決于包括靶狀況和成分(影響電路阻抗)的許多因素。當(dāng)所有其它電路阻抗保持恒定 時(shí)，使用導(dǎo)電性相對(duì)較差的靶材料產(chǎn)生輝光放電可能需要較高的室電壓，相反，使用導(dǎo)電性 相對(duì)較好的靶材料產(chǎn)生輝光放電可能需要較低的室電壓。例如，在一種濺射室實(shí)現(xiàn)中，均勻 沉積鋁材料所需的室電壓幾乎是均勻沉積銅材料所需的室電壓的兩倍。取決于包括電源和 其它室元件的電路阻抗的平衡，均勻沉積鋁材料所需的室電壓也可以隨濺射室而變。而且，隨著靶老化以及濺射更多材料，必須修改(或增大)保持均勻沉積速率所需的功率。隨著 所需施加電壓發(fā)生變化，可以推斷決定弧光放電狀況的相關(guān)閾電壓也應(yīng)該發(fā)生變化。按照一般性例示的實(shí)施例，等離子體生成裝置包括可通信地與供電電路耦合的電 弧檢測(cè)裝置。該供電電路具有封閉在真空室中的陰極，并且該供電電路適用于生成功率相 關(guān)參數(shù)(例如，電壓信號(hào))。該電弧檢測(cè)裝置適用于通過(guò)將功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值相 比較，評(píng)估真空室中弧光放電的嚴(yán)重性。決定弧光放電嚴(yán)重性的參數(shù)是過(guò)程相關(guān)的，非限制 性地包括電弧數(shù)量、電弧速率、電弧強(qiáng)度、電弧持續(xù)時(shí)間、和/或電弧能量。按照一種實(shí)現(xiàn)，用于濺射過(guò)程的電弧檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)濺射室電壓，并且每當(dāng)室電壓 幅度低于預(yù)置電弧電壓閾值時(shí)，檢測(cè)弧光放電狀況。功率相關(guān)參數(shù)(例如，電壓)閾值可以是在功率相關(guān)參數(shù)值的范圍內(nèi)的變量。任 何閾值都可以是可編程的，并且可以通過(guò)邏輯裝置來(lái)控制，例如，通過(guò)遠(yuǎn)程邏輯裝置來(lái)電控 制。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，響應(yīng)額定室電壓幅度的估計(jì)值地計(jì)算界定電弧發(fā)生的電壓閾值， 該額定室電壓幅度是在非弧光放電狀況期間產(chǎn)生輝光放電(即，生成等離子體)所必需的 室電壓。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，任何閾值都可能是滯后的，或被編程成具有不同于“超越”值 的“復(fù)位”值的滯后。該電弧檢測(cè)裝置可以進(jìn)一步適用于響應(yīng)至少一個(gè)閾值計(jì)算弧光放電狀況(事 件)。從中可以確定所檢測(cè)弧光放電狀況發(fā)生的速率。該電弧檢測(cè)裝置可以進(jìn)一步適用于響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值的比較來(lái) 測(cè)量弧光放電持續(xù)時(shí)間。例如，在一種實(shí)現(xiàn)中，該電弧檢測(cè)裝置包括時(shí)鐘和數(shù)字計(jì)數(shù)裝置。 該時(shí)鐘提供具有固定周期的時(shí)鐘信號(hào)，以及該數(shù)字計(jì)數(shù)裝置適用于響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至 少一個(gè)閾值的比較來(lái)計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)周期。弧光放電狀況的持續(xù)時(shí)間可以通過(guò)比較功率相關(guān) 參數(shù)和至少一個(gè)閾值來(lái)評(píng)估。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，在固定時(shí)段內(nèi)累計(jì)弧光放電狀況的持 續(xù)時(shí)間。按照另一種示范性實(shí)現(xiàn)，累計(jì)弧光放電狀況的持續(xù)時(shí)間直到達(dá)到持續(xù)時(shí)間閾值，或 直到累計(jì)持續(xù)時(shí)間復(fù)位。該電弧檢測(cè)裝置可以進(jìn)一步適用于響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值的比較來(lái) 測(cè)量弧光放電強(qiáng)度。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，該電弧檢測(cè)裝置適用于將功率相關(guān)參數(shù)與安排 在不同值上的多個(gè)閾值相比較，從而查明在弧光放電事件期間功率相關(guān)參數(shù)的變化程度或 范圍(相對(duì)應(yīng)額定值)。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，與最大觀察電壓幅度降低相對(duì)應(yīng)的閾值提 供能量估計(jì)的下限，而次最大電壓降閾值(對(duì)系統(tǒng)的觀察不會(huì)超過(guò)它)提供能量估計(jì)的上 限。該電弧檢測(cè)裝置可以進(jìn)一步適用于響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值的比較來(lái) 測(cè)量弧光放電持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，該電弧檢測(cè)裝置進(jìn)一步適用于響應(yīng) 功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)閾值的比較來(lái)測(cè)量弧光放電能量，該弧光放電能量與弧光放電持 續(xù)時(shí)間和弧光放電強(qiáng)度的乘積成正比，以及弧光放電嚴(yán)重性的評(píng)估是弧光放電能量(即， 弧光放電強(qiáng)度和弧光放電持續(xù)時(shí)間的乘積)的函數(shù)。按照一種特定實(shí)現(xiàn)，使用多個(gè)閾值來(lái) 確定多個(gè)持續(xù)時(shí)間，以便估計(jì)(即，近似或積分)由弧光放電引起的電壓降低期間由功率相 關(guān)參數(shù)(例如，室電壓)界定的區(qū)域隨時(shí)間變化的曲線圖。將每個(gè)弧光放電事件與界定區(qū) 域成正比的弧光放電能量用于評(píng)估弧光放電的嚴(yán)重性。按照進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)，該電弧檢測(cè)裝 置進(jìn)一步適用于，例如，通過(guò)求和弧光放電強(qiáng)度和弧光放電持續(xù)時(shí)間的乘積累計(jì)多個(gè)弧光放電事件的弧光放電能量，以便評(píng)估弧光放電的嚴(yán)重性。該電弧檢測(cè)裝置可以包括功率相關(guān)參數(shù)限帶濾波器，作為在數(shù)字化功率相關(guān)參數(shù) 之前防止混疊的手段。將通常理解的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于這種數(shù)字化功率相關(guān)參數(shù)， 以減弱或加強(qiáng)功率相關(guān)參數(shù)的某些頻率響應(yīng)特性。然后，可以直接將這種數(shù)字化信號(hào)處理 參數(shù)與至少一個(gè)閾值的類似數(shù)字化形式相比較。按上述那樣的數(shù)字化信號(hào)處理參數(shù)可以用于響應(yīng)PVD處理過(guò)程中一個(gè)或多個(gè)功 率相關(guān)參數(shù)的某些觀察特性，計(jì)算至少一個(gè)時(shí)變閾值。在如上所述評(píng)估弧光放電的嚴(yán)重性中，可以將多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)與多個(gè)閾值相比 較。例如，除了室電壓之外，可以監(jiān)測(cè)電源電流，并將其用在檢測(cè)弧光放電事件中，每當(dāng)電流 幅度超過(guò)預(yù)置電流閾值時(shí)，就確定發(fā)生了弧光放電事件。邏輯裝置可以可通信地與該電弧檢測(cè)裝置耦合，并且適用于處理該電弧檢測(cè)裝置 收集的弧光放電數(shù)據(jù)。在一種實(shí)現(xiàn)中，該邏輯裝置適用于與該電弧檢測(cè)裝置交接，該邏輯裝 置含有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和像過(guò)程控制器、監(jiān)視器和邏輯裝置那樣的附加外部設(shè)備。在一種特定應(yīng) 用中，該邏輯裝置是可編程邏輯控制器(PLC)。等離子體生成室中的電弧嚴(yán)重性可以通過(guò)計(jì)時(shí)電弧持續(xù)時(shí)間來(lái)評(píng)估，該電弧持續(xù) 時(shí)間通過(guò)將功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)電弧強(qiáng)度閾值相比較，并且將電弧持續(xù)時(shí)間相加成累 計(jì)弧光放電持續(xù)時(shí)間來(lái)導(dǎo)出。該方法的進(jìn)一步示范性實(shí)現(xiàn)包括在非弧光放電等離子體生成 期間測(cè)量功率相關(guān)參數(shù)，以及響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)的測(cè)量自動(dòng)調(diào)整電弧強(qiáng)度閾值；計(jì)數(shù)電弧 發(fā)生；以及/或評(píng)估作為電弧強(qiáng)度、電弧持續(xù)時(shí)間和/或它們的乘積的函數(shù)的嚴(yán)重性。等離子體生成室中的弧光放電嚴(yán)重性另外或可替代地可以通過(guò)確定電弧強(qiáng)度來(lái) 評(píng)估，該電弧強(qiáng)度可以通過(guò)如下步驟導(dǎo)出將功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)電弧強(qiáng)度閾值相比 較，響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)電弧強(qiáng)度閾值的比較計(jì)數(shù)電弧持續(xù)時(shí)間，計(jì)算作為電弧 強(qiáng)度和電弧持續(xù)時(shí)間的函數(shù)的電弧能量，然后將電弧能量相加成累計(jì)電弧能量。該方法的 進(jìn)一步示范性實(shí)現(xiàn)包括在非弧光放電等離子體生成期間測(cè)量功率相關(guān)參數(shù)，以及響應(yīng)功率 相關(guān)參數(shù)的測(cè)量自動(dòng)調(diào)整至少一個(gè)電弧強(qiáng)度閾值；響應(yīng)功率相關(guān)參數(shù)與至少一個(gè)電弧強(qiáng)度 閾值的比較計(jì)數(shù)電弧發(fā)生；以及/或應(yīng)用滯后電弧強(qiáng)度閾值；以及/或根據(jù)命令經(jīng)由共享 數(shù)據(jù)路徑將代表弧光放電的信息發(fā)送給邏輯裝置，該信息是從包括電弧發(fā)生次數(shù)和累計(jì)弧 光放電持續(xù)時(shí)間的一組信息中選擇出來(lái)的一個(gè)。在一種特定實(shí)現(xiàn)中，功率相關(guān)參數(shù)是等離 子體生成室電壓的函數(shù)；在另一種實(shí)現(xiàn)中，功率相關(guān)參數(shù)形成等離子體生成室工作特性的 數(shù)字表示。在描述如下特定示范性實(shí)施例時(shí)，本文將引用相同標(biāo)號(hào)表示相同特征的附圖。圖1例示了本發(fā)明的電弧檢測(cè)裝置100的一個(gè)示范性實(shí)施例。電弧檢測(cè)裝置100 用在，例如，集成電路制造和希望均勻沉積材料的其它過(guò)程中的壓力氣相沉積(PVD)處理 步驟中。PVD濺射系統(tǒng)包括包含像氬氣那樣的低壓氣體15的沉積(真空)室10。由金屬 形成的靶20被放在真空室10中，并且作為陰極經(jīng)由獨(dú)立電源接口模塊(PSIM) 40與電源30 電連接。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，電源30和沉積室10使用同軸互連電纜35來(lái)耦合。將基板 (圓片)25作為陽(yáng)極經(jīng)由接地連線與電源30耦合。真空室通常也與接地電位耦合。按照另 一種示范性實(shí)現(xiàn)，直接將陽(yáng)極與電源30耦合。包括旋轉(zhuǎn)磁體27是為了控制等離子體的方 向以便保持均勻靶磨損。PSIM 40包括緩沖電壓衰減器44，它適用于感測(cè)室電壓，并且響應(yīng)室電壓，經(jīng)由電壓信號(hào)路徑42將模擬信號(hào)提供給電弧檢測(cè)單元(ADU) 50。PSIM 40還包括 基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器46，它適用于感測(cè)流過(guò)室的電流，并且響應(yīng)該室電流，經(jīng)由電流 信號(hào)路徑48將模擬信號(hào)提供給ADU。在另一種示范性實(shí)現(xiàn)中，ADU 50經(jīng)由局部數(shù)據(jù)接口 70可通信地耦合到邏輯裝置 60，例如，可編程邏輯控制器(PLC)或通信頂帽(tophat)。邏輯裝置60可以耦合到數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(luò)80，例如，像以太網(wǎng)上的EG Modbus-Plus TCP-IP那樣的高級(jí)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。邏輯裝置 60 一般可以稱為處理器。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“處理器”指的是非限制性地像中央處理單 元和/或PLC那樣，配置成處理信息的任何類型電路。術(shù)語(yǔ)“處理器”還包括像整臺(tái)計(jì)算機(jī) 或其它計(jì)算設(shè)備的較大設(shè)備。處理器可以硬連線成執(zhí)行所希望功能和/或能夠執(zhí)行存儲(chǔ)在 計(jì)算機(jī)可讀媒體中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(例如，軟件)。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)可讀 媒體”指的是能夠存儲(chǔ)計(jì)算設(shè)備或其它處理器可讀的信息的任何一種或多種媒體。計(jì)算機(jī) 可讀媒體的例子非限制性地包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁盤(pán)、光盤(pán)、和/或磁帶， 可選地包括從這樣的相應(yīng)媒體中讀取和寫(xiě)入這樣的相應(yīng)媒體中的硬件設(shè)備。電源將真空室中的氣體電離在靶(陰極)與陽(yáng)極之間形成電場(chǎng)。電離氣體原子 (即，等離子體)受到電場(chǎng)的電位加速，高速撞擊在靶上，使靶材料的分子與靶物理分離，或 “濺射”。射出的分子幾乎不受阻礙地通過(guò)低壓氣體和等離子體，撞擊在基板上，并且在基板 上形成靶材料的涂層。使鋁濺射出來(lái)的典型靶電壓是近似450伏直流電(VDC)的穩(wěn)態(tài)幅度。圖2例示了 PSIM 40的一個(gè)示范性實(shí)施例。PSIM 40導(dǎo)出代表室電壓和電流的信 號(hào)。同軸電纜35將電源與真空室電耦合。電纜35含有額定值在接地(地)電位上的外部 導(dǎo)體210、和相對(duì)于外部導(dǎo)體負(fù)偏置的中心導(dǎo)體215。電纜35中的電流使用霍爾效應(yīng)傳感 器220或其它電流傳感器件來(lái)測(cè)量。傳感器220被安排成有選擇地測(cè)量指示流到真空室的 總電流、流入中心導(dǎo)體215中的電流。電纜35的中心導(dǎo)體215穿過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器220中 的孔隙225。為了使中心導(dǎo)體215暴露出來(lái)，在傳感器220附近截去外部導(dǎo)體210，并且經(jīng) 由與外部導(dǎo)體210耦合的分流器230圍繞孔隙225地引導(dǎo)外部導(dǎo)體電流。霍爾效應(yīng)傳感器 220的這種安排簡(jiǎn)化了 PSIM的封裝，同時(shí)在電纜35與傳感器220的輸出信號(hào)之間提供了高 水平的電流隔離。本發(fā)明不局限于使用霍爾效應(yīng)傳感器?？梢栽O(shè)想出響應(yīng)從真空室10流 到電源30的電流導(dǎo)出信號(hào)的其它手段，非限制性包括包括具有適當(dāng)電壓隔離的分流器的 裝置、和基于某些壓阻電流傳感器的手段。傳感器220具有攜帶電流信號(hào)I-的第一輸出端222和攜帶電流信號(hào)1+的第二輸 出端224。第一和第二傳感器輸出端與Isense電路裝置240電耦合，第一傳感器輸出端222 與Isense電路第一輸入端242耦合，以及第二傳感器輸出端2M與Isense電路第二輸入 端244耦合。Isense電路裝置240還具有攜帶信號(hào)IPSIM-的第一輸出端M6、和攜帶信號(hào) IPSIM+的第二輸出端M8。Isense電路接收電流信號(hào)1+和1_，并且響應(yīng)從真空室流到電 源的電流，生成信號(hào)IPSIM+與IPSIM-之間的差分電壓。Vsense電路250測(cè)量中心導(dǎo)體215與外部導(dǎo)體210之間的電位差，并且響應(yīng)該電 位差生成差分信號(hào)。Vsense電路包括與內(nèi)部導(dǎo)體21 5耦合和攜帶電壓信號(hào)V-的第一輸 入端252。Vsense電路250還包括與外部導(dǎo)體210耦合和攜帶電壓信號(hào)V+的第二輸入端 254。Vsense電路具有攜帶輸出電壓信號(hào)VPSIM-的第一輸出端256、和攜帶輸出電壓信號(hào) VPSIM+的第二輸出端258。
在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，將電源30與真空室10連接的同軸電纜35終結(jié)在標(biāo)準(zhǔn)商用 UHF(超高頻)型連接器上。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，PSIM 40的機(jī)械封裝是這樣安排和配 置的即，可以解除電纜35 —端的終結(jié)，穿過(guò)PSIM40的孔隙225，然后重新終結(jié)來(lái)完成電源 30與真空室10之間的電路。在一種可替代實(shí)現(xiàn)中，PSIM 40包括UHF型連接器，以便可以 將PSIM 40插入電源30與真空室10之間的電纜35的電路中。圖3例示了 Vsense電路250響應(yīng)PVD系統(tǒng)的陰極與陽(yáng)極之間的瞬時(shí)電壓差提供 差分輸出電壓信號(hào)的一種示范性實(shí)現(xiàn)。例示在圖3中的示范性Vsense電路保證了出現(xiàn)在 其輸入端上的電壓信號(hào)與出現(xiàn)在其輸出端上的電壓信號(hào)之間的極高阻抗。從供電電纜35 的外部導(dǎo)體210中導(dǎo)出正輸入電壓信號(hào)2M(V+)，而從供電電纜35的內(nèi)部導(dǎo)體215中導(dǎo)出 負(fù)電壓信號(hào)252 (V-)。按照例示的示范性實(shí)現(xiàn)，電阻網(wǎng)絡(luò)R3和R4相對(duì)于基準(zhǔn)面GNDANAL0G向每個(gè)相應(yīng) 輸入電壓信號(hào)提供500 1的衰減比例。電阻網(wǎng)絡(luò)R3和R4的每一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)感測(cè)端(引 腳1)與基準(zhǔn)面(引腳幻之間具有近似20兆歐的額定阻值。電阻網(wǎng)絡(luò)R3和R4可以使用 例如像Ohmcraft P/N CN-470那樣的厚膜高壓分配器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。252 (V+)與254(V_)之間 1000伏的施加電壓使25微安的電流流入R4的引腳1中并從R3的引腳1流出。這些電壓 衰減器(即，電阻網(wǎng)絡(luò))每一個(gè)的引腳3都與基準(zhǔn)面GNDANAL0G耦合。由于每個(gè)電壓衰減 器提供了 500 1的衰減，在每個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)的引腳2之間(S卩，在R4的引腳2上的衰減信 號(hào)VPSA+與R3的引腳2上的衰減信號(hào)VPSA-之間)測(cè)量的差分電壓按500 1衰減，這種 測(cè)量與V+與GNDANAL0G之間，或V-與GNDANAL0G之間的電壓差無(wú)關(guān)。PVD濺射室10具有應(yīng)用在一種示范性實(shí)現(xiàn)中使等離子體達(dá)到穩(wěn)定的射頻(RF)能 量。Vsense電路250的電容器C2，C3和C5顯著衰減(即，過(guò)濾)這種高頻“噪聲”。按照 一種示范性實(shí)現(xiàn)，C2和C3的組合在大約22 kHz (千赫茲)上具有有效極點(diǎn)。如上所述，出現(xiàn)在VPSA-與VPSA+之間的差分電壓是額定DC衰減比例為500 1 的出現(xiàn)在V-與V+之間的信號(hào)的限帶表示。VPSA-與VPSA+之間的等效DC戴維南 (Thevenin)源阻抗較高(在80千歐的數(shù)量級(jí))，因此不適合長(zhǎng)距離傳輸或進(jìn)入低阻抗負(fù)載 中。因此，將差分儀器運(yùn)算放大器U2，例如，LT1920儀器運(yùn)算放大器并入Vsense電路中，用 作低阻抗電壓跟隨器。運(yùn)算放大器U2提供不顯著裝載衰減器R3和R4的輸出的高阻抗輸 入端(引腳2和3)。電阻網(wǎng)絡(luò)R3的引腳2與U2的反相輸入端(引腳2)耦合，而電阻網(wǎng)絡(luò) R4的引腳2與U2的非反相輸入端(引腳3)耦合。電阻器RG2設(shè)置U2的電壓增益，在一個(gè) 示范性實(shí)施例中被選擇成產(chǎn)生1 V/V的增益。U2的所得輸出(引腳6)是緊跟在VPSA-與 VPSA+之間形成的電壓的相對(duì)于GNDANAL0G的單端低阻抗電壓源。U2的輸出端(引腳6)與BNC型連接器J2的中心端耦合，并且攜帶VPSIM+信號(hào) 258。BNC型連接器J2的外部連接器攜帶VPSIM-信號(hào)256，并且與基準(zhǔn)面GNDANAL0G耦合。 信號(hào)VPSIM+與VPSIM-之間的所得差分電壓相對(duì)于差分輸入信號(hào)V+和V-是限帶的，并且 具有2 mV/V的額定DC響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)型DC電流傳感器220當(dāng)與處在信號(hào)M4(I+)與信號(hào) 242(1-)之間的適當(dāng)負(fù)載阻抗耦合時(shí)，響應(yīng)流入內(nèi)部供電導(dǎo)體215中的電流而生成電流。在 一個(gè)特定實(shí)施例中，當(dāng)使用LEM公司制造的LA25-P型號(hào)霍爾效應(yīng)型DC電流傳感器時(shí)，DC電 流傳感器220形成的電流信號(hào)以1000 1的比率近似地與經(jīng)過(guò)孔隙220的總電流成正比。因此，經(jīng)過(guò)孔隙220的1安培信號(hào)在DC電流傳感器的設(shè)計(jì)極限內(nèi)，生成流過(guò)處在244 (1+)與 242(1-)之間的阻抗的1毫安恒定電流。圖4例示了 DC電流感測(cè)裝置的一種示范性實(shí)現(xiàn)， 即響應(yīng)示范性LA25-P霍爾效應(yīng)型DC電流傳感器形成的電流生成電壓的Isense電路M0。 在本例中，信號(hào)I-與PSIM 40的基準(zhǔn)面GNDANAL0G耦合。包含與包含電阻器R7和電容器 ClO的低通濾波器并聯(lián)的100歐姆電阻器R6的阻抗耦合在1+與I-之間。當(dāng)忽略低通濾 波器的相對(duì)較高阻抗時(shí)，電流1+流過(guò)電阻器R6，并且通過(guò)I-返回到電流傳感器220。包含 電流傳感器220和電阻器R6的電路的最終結(jié)果是R6兩端的電壓以等于100毫伏/安(mV/ Α)的比例常數(shù)與流過(guò)孔隙222的電流成正比。包含電阻器R7和電容器ClO的低通濾波器 具有23 kHz的額定3 dB(分貝)截止頻率，它用于從電流信號(hào)中除去任何雜散噪聲，包括 有時(shí)包括進(jìn)來(lái)使輝光放電達(dá)到穩(wěn)定的上述RF成分。圖4中的低通濾波器輸出VIL是電流 傳感器220在R6兩端形成的電壓的限帶表示。像LT1920那樣的儀器放大器U3用作通過(guò) 將VIL與U3的非反相輸入端(引腳3)耦合響應(yīng)信號(hào)VIL的低阻抗電壓跟隨器，U3的反相 輸入端(弓丨腳2)通過(guò)電阻器R5與GNDANAL0G耦合。電阻器RGl在本例中用于將儀器放大 器U3的增益設(shè)置成1V/V。U3的輸出端(引腳6)攜帶IPSIM+信號(hào)，并且與BNC型連接器 J3的中心導(dǎo)體耦合。BNC型連接器J3的外部導(dǎo)體與GNDANAL0G耦合，并且將IPSIM-信號(hào) 指定給它。因此，在IPSIM+與IPSIM-之間形成的電壓是響應(yīng)流入孔隙220中的電流、限帶 于近似23kHz的截止頻率、和具有近似100mV/A的比例常數(shù)的信號(hào)。圖5例示了偏置儀器運(yùn)算放大器U2和U3所需的PSIM供電電路500 (未顯示在圖 2中)的一種示范性實(shí)現(xiàn)。雙電源模塊U1，例如，F(xiàn)DC10-MD15型號(hào)的ASTR0DYNE，生成用于 偏置PSIM放大器U2、U3、和電流傳感器CSl的額定+15VDC和-15VDC。模塊Ul通過(guò)連接 器J1，即引腳1和3從外部額定MVDC電源中引出它的偏置電力，引腳1比引腳3更往正向 偏置。連接器Jl的引腳3與電源模塊Ul的-Vin端耦合。連接器Jl的引腳1通過(guò)肖特基 (Schottky)勢(shì)壘二極管D2與電源模塊Ul的+Vin端耦合，以防止萬(wàn)一供給連接器Jl的電 力的極性意外反向而對(duì)模塊Ul造成傷害。電源模塊Ul具有三個(gè)輸出端+Vo，-Vo和Com。在端子+Vo上提供+15VDC信號(hào)， 而在端子-Vo上提供-15VDC信號(hào)。端子Vcom與基準(zhǔn)面GNDANAL0G耦合。如有需要，在應(yīng) 用中也將連接器Jl的引腳2與作為公共電位的GNDANAL0G耦合。電阻器Rl和R2以及發(fā) 光二極管Dl串聯(lián)地耦合在+15VDC偏置電壓與-15VDC偏置電壓之間，以提供PSIM供電電 路500正在工作的指示?；」夥烹娍梢酝ㄟ^(guò)跨過(guò)閾電壓的室電壓幅度的崩潰預(yù)示。一旦發(fā)生電弧，室(靶) 電壓幅度就迅速下降(即，更接近接地電位)，而室電流由于串聯(lián)電感，從穩(wěn)態(tài)(即，非弧光 放電)狀況開(kāi)始更緩慢地增大。編程閾電壓是確定弧光放電狀態(tài)的預(yù)定室電壓，且它可以 是常數(shù)值，或額定、預(yù)計(jì)、可能隨時(shí)間變化室電壓的時(shí)變函數(shù)。將非弧光放電狀態(tài)確定成出 現(xiàn)在室電壓高于閾電壓的時(shí)候。按照一種可替代示范性實(shí)現(xiàn)，從包括非弧光放電狀態(tài)的時(shí) 段中確定閾電壓，并且將弧光放電狀態(tài)定義成出現(xiàn)在室電壓低于閾電壓的時(shí)候?？梢允褂?多個(gè)閾電壓來(lái)確定電弧的幅度(即，電壓降或“嚴(yán)重性”)。例如，可以認(rèn)為跨過(guò)-200V閾值 但未跨過(guò)-100V閾值的電弧沒(méi)有跨過(guò)兩個(gè)閾值的電弧那么嚴(yán)重。ADU 50包括數(shù)字信號(hào)處理器，以處理從PSIM接收的信號(hào)，以便將室電壓和電流信 號(hào)各自的數(shù)字濾波表示(例如，數(shù)字信號(hào))提供給邏輯裝置。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，ADU包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)。ADU進(jìn)一步適用于設(shè)置至少一個(gè)可編程電弧閾電壓。在進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)中，ADU還適 用于設(shè)置至少一個(gè)滯后閾電壓。按照一個(gè)方面，可以在沿著連續(xù)譜的任何點(diǎn)上設(shè)置相應(yīng)閾 值；這可以通過(guò)對(duì)比較電路裝置設(shè)置控制的電位計(jì)來(lái)影響。按照另一種示范性實(shí)現(xiàn)，經(jīng)由數(shù) 字-模擬連接器，或經(jīng)由通過(guò)將特定電路部件切換到比較電路裝置，例如，通過(guò)選擇電阻網(wǎng) 絡(luò)的配置取得的多個(gè)分立閾電平數(shù)字設(shè)置相應(yīng)閾值。為了識(shí)別滯后閾值，ADU提供了檢測(cè) 自身緩慢顯現(xiàn)出來(lái)的電弧的可編程滯后功能?？梢栽贏DU中直接設(shè)置或編程電弧(電壓) 閾值和滯后功能兩者，或者可選地，可以通過(guò)可通信地與ADU耦合的遠(yuǎn)程設(shè)備，例如，經(jīng)由 Ethernet,Modbus Plus,Devicenet或其它數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)地通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)Momentum通信頂帽設(shè)置閾 值。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，ADU經(jīng)由高速專用串行接口緊密地與像Momentum Ml-E那樣的 可編程邏輯控制器(PLC)耦合，并且PLC可以編程成按照實(shí)時(shí)自適應(yīng)算法實(shí)時(shí)地不斷適應(yīng) 電弧電壓閾值和滯后功能。圖6例示了基于數(shù)字信號(hào)處理器和控制器(DSPC)630的電弧檢測(cè)單元(ADU)的 一個(gè)示范性實(shí)施例，數(shù)字信號(hào)處理器和控制器(DSPC) 630包括像可從Texas Instruments, Inc. ,of Dallas,Tex.公司獲得的TMS320F2407型號(hào)那樣的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)集成電 路、和用于形成控制外部設(shè)備和與外部設(shè)備通信的信號(hào)的附加商用集成電路器件。這樣器 件的一個(gè)例子是常用于將DSP的地址空間劃分成幾個(gè)范圍并選擇多個(gè)外部集成電路器件 之一將數(shù)據(jù)傳送給DSP和從DSP傳送數(shù)據(jù)的地址解碼器。使用集成電路形成這些信號(hào)依照 數(shù)字信號(hào)處理器訪問(wèn)外部設(shè)備時(shí)的定時(shí)要求，本領(lǐng)域設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于微處理器和微控制器 的系統(tǒng)的技術(shù)人員十分明白這一點(diǎn)。例示的DSP包括可以通過(guò)積分型10-位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器635取樣和數(shù)字化的 十六個(gè)模擬輸入通道。隨后要討論的像信號(hào)ICH 616和VCH 614那樣出現(xiàn)在這些模擬輸 入信道上的信號(hào)可以由DSP以用戶可編程速率取樣和數(shù)字化。在一種示范性實(shí)現(xiàn)中，這個(gè) 速率可編程到IOkHz每信道。在另一種示范性實(shí)現(xiàn)中，在DSP內(nèi)執(zhí)行的軟件程序保證了多 個(gè)數(shù)字有限脈沖響應(yīng)濾波器之一的選擇并應(yīng)用于取樣數(shù)據(jù)信號(hào)。DSPC 630還將控制信號(hào) 提供給可編程閾值比較功能620，以便設(shè)置可編程閾值比較器的閾值和滯后值。另外，DSPC 630提供來(lái)往高速電弧檢測(cè)邏輯單元(ADLU)640的控制和數(shù)據(jù)路徑，高速電弧檢測(cè)邏輯單 元(ADLU) 640與可編程閾值比較器620 —起工作，以便累計(jì)像電弧數(shù)量和總電弧時(shí)間那樣 的電弧統(tǒng)計(jì)量。DSPC 630經(jīng)由局部數(shù)據(jù)接口 70，例如，專用ATII接口與像聯(lián)網(wǎng)通信頂帽或 可編程邏輯控制器(PLC)那樣的外部邏輯裝置60通信?？梢詮腁DU供應(yīng)給外部邏輯裝置 60的信息的例子是如電弧檢測(cè)邏輯單元640確定的濾波室電壓和電流、單獨(dú)弧光放電事件 的數(shù)量和指示電弧嚴(yán)重性的其它值。ADU可以從外部邏輯裝置接受的數(shù)據(jù)的例子是瞬時(shí)電 弧閾電壓和滯后、以及控制電弧檢測(cè)邏輯單元的邏輯控制信號(hào)。電弧檢測(cè)單元50的基本感測(cè)過(guò)程輸入是來(lái)自PSIM 40的Vsense電路(VPSIM+和 VPSIM-)和Isense電路(IPSIM+和IPSIM-)的差分輸出信號(hào)。再次參照?qǐng)D6，這些信號(hào)驅(qū) 動(dòng)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器610。模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器610將相應(yīng)差分模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成ADU的其余部分 可用的單端信號(hào)。信號(hào)調(diào)節(jié)器610還為相應(yīng)輸入模擬信號(hào)提供限帶濾波器，以便DSPC 630 可以沒(méi)有常稱為“混疊”的現(xiàn)象地應(yīng)用數(shù)字信號(hào)取樣和處理算法。模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器610包 括三個(gè)輸出端，輸出端612提供信號(hào)VCH'，輸出端614提供信號(hào)VCH，以及輸出端616提供信號(hào)ICH。信號(hào)VCH'是源自PSIM的信號(hào)的單端形式，并且從信號(hào)VPSIM+和VPSIM-中導(dǎo) 出，并且饋入可編程閾值比較器620中。信號(hào)VCH是PSIM 40的Vsense電路250形成的差 分信號(hào)VPSIM+和VPSIM-的限帶單端形式。信號(hào)ICH是PSIM 40的Isense電路240形成 的差分信號(hào)IPSIM+和IPSIM-的限帶單端形式。信號(hào)ICH和VCH輸入到DSPC 630的模擬 到數(shù)字轉(zhuǎn)換器635中。隨后將更詳細(xì)地討論數(shù)字信號(hào)處理器和控制器630對(duì)這些模擬信號(hào) 進(jìn)行的處理。圖7例示了將像AD8M型號(hào)模擬器件那樣的商用四重運(yùn)算放大器集成電路用于 U27:A-D的信號(hào)調(diào)節(jié)器610的電壓濾波部分700的一種示范性實(shí)現(xiàn)。放大器U27A以及電 阻器R108、R107、Rl 15和Rl 16形成將VPSIMl+與VPSIMl-之間的差分電壓轉(zhuǎn)換成放大器 U27A的輸出端(引腳1)上相對(duì)于基準(zhǔn)面GNDANAL0G的單端電壓的差分放大器。放大器 U27A的輸出是圖6中標(biāo)為VCH'的信號(hào)612。VCH'耦合到包含放大器U27B，U27C和U27D 以及其余無(wú)源電阻器的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，它們形成在近似2500 Hz上具有3dB交疊的六極巴特沃 斯(Butterworth)濾波器。在圖6中標(biāo)為614 (VCH)的這個(gè)濾波器的輸出是提供給DSPC 630 的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器635的信號(hào)。假設(shè)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器635的取樣速率為10kHz，則顯示 在圖7中的6極巴特沃斯濾波器優(yōu)于-80分貝地以超過(guò)5kHz的奈奎斯特(Nyquist)速率 衰減信號(hào)，因此使混疊信號(hào)對(duì)取樣電壓信號(hào)的影響最小。從PSIM信號(hào)IPSIM+和IPSIM-中生成信號(hào)ICH的信號(hào)調(diào)節(jié)器610的電流濾波器 部分在布局上與電壓濾波器相同，但在示范性實(shí)施例中未使用相當(dāng)于VCH'的電流信號(hào)。電 流濾波器的輸出ICH類似地被在近似2500Hz上具有3dB交疊的同一巴特沃斯濾波器限帶。再次參照?qǐng)D6，功能可編程閾值比較器620將響應(yīng)來(lái)自PSIM的室電壓信號(hào)之間的 差值的幅度的信號(hào)VCH'與DSPC 630設(shè)置和控制的可編程電壓值相比較?？删幊涕撝当容^ 器620的輸出622是信號(hào)\ARC?？删幊涕撝当容^器620每當(dāng)感測(cè)差分室電壓幅度超過(guò)編程 閾值時(shí)，將\ARC設(shè)定成邏輯“1”值，而每當(dāng)感測(cè)差分室電壓幅度小于編程閾值時(shí)，將\ARC 設(shè)定成邏輯“0”值?？删幊虦笠噪S后所述的方式應(yīng)用于編程閾值，使施加于可編程閾值 比較器620的嘈雜VCH'信號(hào)的影響最小。在下文中，將信號(hào)\ARC(即，“非ARC”)處在邏 輯“0”狀態(tài)下(室電壓低于預(yù)定閾值)的狀況稱為ARCING狀況，而將信號(hào)仏此處在邏輯 “1”狀態(tài)下(室電壓高于預(yù)定閾值)的狀況稱為N0N_ARCING狀況。圖8例示了可編程閾值比較器620的一種示范性實(shí)現(xiàn)?？删幊涕撝当容^器620包 括像LM3 19M那樣的商用模擬比較器集成電路U12 :A。GNDANAL0G是模擬基準(zhǔn)面；DGND是 DSPC 630和其它器件的邏輯信號(hào)使用的數(shù)字基準(zhǔn)面，以及集成電路偏置電壓是+5V。功能 上，模擬比較器U12 =A具有輸出端(引腳12)、反相輸入端1ΙΝ-(引腳5)、和非反相輸入端 IIN+(引腳4)。U12:A的輸出端(引腳12)生成圖6中標(biāo)為\ARC的信號(hào)622。名義上，每 當(dāng)非反相輸入端上的信號(hào)處在比反相輸入端上的信號(hào)高的電壓上時(shí)，將出現(xiàn)在輸出端上的 邏輯信號(hào)表示成邏輯“1”。相反，每當(dāng)非反相輸入端上的信號(hào)處在比反相輸入端上的信號(hào) 低的電壓上時(shí)，將出現(xiàn)在輸出端上的邏輯信號(hào)表示成邏輯“0”。每當(dāng)輸入端上的兩個(gè)相應(yīng) 信號(hào)相同時(shí)，出現(xiàn)在輸出端上的信號(hào)是未定的。在本應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施例中，器件U12 :A被安 排成具有開(kāi)放集電極輸出。電阻器R27是上拉電阻器，與用于供電給DSP、ADLU和其它電路 的+3. 3V偏置電源耦合。電阻器R25的額定值是200千歐，并且向模擬比較器U12 =A提供 最低程度的滯后，以便當(dāng)U12 :A遇到緩變輸入信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)沒(méi)有振蕩的平穩(wěn)邏輯狀態(tài)過(guò)渡。
20電阻器R28、R29和R26與連接到R26的精確3. 00伏基準(zhǔn)電壓源一起提供如下形式的可縮 放瞬時(shí)室電壓信號(hào)VCH'的仿射變換Vcs = 0. 6Vch+1. 0 (方程 1)其中，VCS是出現(xiàn)在圖8中的模擬比較器U12 :A非反相輸入端，S卩引腳4上的那個(gè) 信號(hào)。因此，按照方程1，VCH上的OV信號(hào)在模擬比較器U12 :A的引腳4上表現(xiàn)為IV信號(hào)， 而VCH'上的2. 5V信號(hào)在模擬比較器U12:A的引腳4上表現(xiàn)為2. 5V信號(hào)。這種仿射變換用 于使模擬比較器U12 =A的輸入保持在模擬比較器制造者要求的范圍內(nèi)，以便在0到-1250V 之間的室工作電壓范圍上保證線性地工作。在一個(gè)特定實(shí)施例中，內(nèi)部模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 的3. OOV基準(zhǔn)由National Semiconductor公司制造的REF 193型號(hào)商用帶隙穩(wěn)壓器提供。將可編程閾電壓信號(hào)VTH提供給模擬比較器U12 =A的反相輸入端(引腳5)，以便 設(shè)置ADU在N0N_ARCING與ARCING狀態(tài)之間過(guò)渡的室電壓。以隨后所述的方式生成的可編 程滯后值允許VTH的值是模態(tài)的?？梢跃幊逃脩糁付ㄖ祦?lái)設(shè)置系統(tǒng)從N0N_ARCING狀態(tài)過(guò) 渡到ARCING狀態(tài)的室電壓幅度VTHNA、和設(shè)置在系統(tǒng)從ARCING狀態(tài)過(guò)渡到N0N_ARCING狀 態(tài)的電壓上的第二電壓幅度值VTHAN。器件U12是用于設(shè)置VTH的兩個(gè)值的雙14-位數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，例如，Analog Devices, Inc.公司制造的AD5322型號(hào)。它有兩個(gè)標(biāo)為 VOA和VOB的輸出端，其電壓值由可集成到DSP中的使用標(biāo)準(zhǔn)串行外圍接口(SPI)特征的 DSP 設(shè)置。標(biāo)為 SPISIMO、SPICLK, \DAC1_SELECT 和 \LDAC 的信號(hào)是 DSPC 630 用于為兩個(gè) DAC通道的每一個(gè)編程范圍在0到4095之間的數(shù)字值的信號(hào)。將上述的精確3. 00伏基準(zhǔn) 施加在U13上，其結(jié)果是每個(gè)DAC輸出端生成與編程數(shù)字值與最大值4095的比值成正比、 在0-3伏范圍內(nèi)的獨(dú)立模擬輸出。將從U13的DAC B的值中生成的輸出VOB (引腳6)耦合 到運(yùn)算放大器U14 =A的非反相輸入端，并且標(biāo)為V0B。正如隨后顯示的那樣，信號(hào)VOB決定 比較器U12 =A從N0N_ARCING狀態(tài)過(guò)渡到ARCING狀態(tài)的電壓閾值VTHNA。將U13的DAC A 的輸出端(引腳5)生成的信號(hào)VOA耦合到模擬開(kāi)關(guān)U15 :D的輸入端，并且也正如隨后顯示 的那樣，它與信號(hào)VOB —起用于設(shè)置比較器U12 =A從ARCING狀態(tài)過(guò)渡到N0N_ARCING狀態(tài) 的電壓閾值VTHNA。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，U15 :D是四路模擬開(kāi)關(guān)，例如，Intersil公司等 制造的DG201HS型號(hào)的一部分。這個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的輸出出現(xiàn)在U15 =D的引腳15上，并且在圖 8標(biāo)為VSW。在運(yùn)算放大器U14 =A的輸出引腳1上生成狀態(tài)過(guò)渡閾電壓VTH。假設(shè)運(yùn)算放大器 U14 =A是理想的，容易證明輸出信號(hào)VTH與信號(hào)VOB和信號(hào)VSW存在如下關(guān)系Vth = 2V0B-VSff (方程 2)信號(hào)VSW的瞬時(shí)值取決于U15:D的開(kāi)關(guān)控制輸入端(引腳16)的邏輯狀態(tài)。當(dāng)模 擬開(kāi)關(guān)U15:D的開(kāi)關(guān)控制輸入端(引腳16)上的信號(hào)處在邏輯“0”狀態(tài)下時(shí)，VSW隨DAC U13生成的信號(hào)VOA而變，并且被連接到U15 =D的輸入端引腳14。當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)U15 =D的開(kāi) 關(guān)控制輸入端(引腳16)上的控制信號(hào)處在邏輯“1”狀態(tài)下時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)U15 =D的電路驅(qū) 動(dòng)輸出端，即引腳15被設(shè)置在極高阻抗?fàn)顟B(tài)下，VSW因電阻器R30的低阻值和運(yùn)算放大器 U14的極小輸入偏置電流而緊隨信號(hào)VOB而變。傳送給U15 :D的開(kāi)關(guān)控制輸入端的信號(hào)由邏輯OR(或)門(mén)U16 :A提供。OR門(mén)U16 A的輸入信號(hào)是來(lái)自DSPC 630的允許滯后控制輸出(\HYSEN)和來(lái)自模擬比較器U12 =A的 輸出端(引腳12)的輸出的信號(hào)。信號(hào)\HYSEN的邏輯狀態(tài)在DSP軟件控制下生成，并在正常工作時(shí)保持在邏輯“0”狀態(tài)下。只有在某些制造系統(tǒng)校準(zhǔn)和測(cè)試過(guò)程中才將信號(hào)\HYSEN 設(shè)置成邏輯“1”狀態(tài)，以便將滯后生成信號(hào)VOA與WSW隔離。如前所述，VSW和因此VTH的值因模擬開(kāi)關(guān)U15 :D的狀態(tài)取決于模擬比較器U12 =A 的輸出端(引腳12)上的數(shù)字信號(hào)\ARC的狀態(tài)而是模態(tài)的?，F(xiàn)在導(dǎo)出兩者都由DAC 13生 成的信號(hào)VOA和VOB與比較器閾值VTHNA和VTHAN之間的關(guān)系。首先假設(shè)模擬比較器U12 A的輸出信號(hào)最初處在高邏輯電平狀態(tài)下。按N0N_ARCING狀態(tài)的定義，這要求U12 :A的引 腳4上的電平移位室電壓信號(hào)VCS處在比U12 :A的引腳5上的當(dāng)前閾電壓VTH高的電平 上。在所述情形下，模擬開(kāi)關(guān)U15 =D的輸出端存在高阻抗，并且，如前所述，由于R30的低阻 值和運(yùn)算放大器U14 =A的小輸入偏置電流而迫使VSW呈現(xiàn)VOB值。在這種狀況下，運(yùn)算放 大器U14 =A的輸出端上的信號(hào)隨VOB而變，并且從方程2中可以看出，VTH也呈現(xiàn)VOB值。 因此，電壓信號(hào)VOB按照如下方程直接設(shè)置比較器U12 :A從N0N_ARCING狀態(tài)過(guò)渡到ARCING 狀態(tài)的可縮放電平移位電壓VTHNA Vthna = Vob (方程 3)一旦可縮放移位室電壓幅度VCS下降到按照方程3生成的閾電壓VTH的編程Ν0Ν_ ARCING到ARCING狀態(tài)過(guò)渡值VTHNA以下，比較器U12 =A的輸出端上的信號(hào)就從邏輯“ 1 ”狀 態(tài)(N0N_ARCING)過(guò)渡到邏輯“0”狀態(tài)(ARCING)。假設(shè)\HYSEN控制信號(hào)處在邏輯“0”狀態(tài) 下(啟用可編程滯后功能)，則模擬開(kāi)關(guān)U15 =D閉合，并且如上所述，模擬開(kāi)關(guān)U15 =D的輸 出VSW隨U13的DAC A設(shè)定的模擬開(kāi)關(guān)U15 =D的輸入VOA而變。從方程2中可以看出，對(duì) 于設(shè)置成VTHNA的V0B，所得閾值VTH變成Vth = 2Vthna-Voa(方程 4)如果滯后的編程值(縮放成反映PSIM和電平位移網(wǎng)絡(luò)的增益)是VHYSS，那么，按 照如下方程設(shè)置VOA Voa = Vthna-Vhyss(方程 5)以及代入方程4中得出Vthan = VTHNA+VHYSS (方程 6)按照方程5設(shè)置VOA使得當(dāng)ADU處在ARCING狀態(tài)下時(shí)，將固定滯后電壓值VHYSS 加入N0N_ARCING到ARCING狀態(tài)過(guò)渡電壓VTHNA中，形成ARCING到N0N_ARCING過(guò)渡電壓 值VTAN?？傊?，在這個(gè)實(shí)施例中，DACB輸出信號(hào)VOB用于直接設(shè)置可編程比較器按照方程 1從N0N_ARCING狀態(tài)過(guò)渡到ARCING狀態(tài)的室電壓，而方程5指示確定DAC A將滯后值加入 VTHNA中的值的算法，以便生成從N0N_ARCING到ARCING狀態(tài)的相關(guān)，但可能較高過(guò)渡電壓 VTHAN0按照一種實(shí)現(xiàn)，可以經(jīng)由局部數(shù)據(jù)接口 70將可編程比較器620從N0N_ARCING狀 態(tài)過(guò)渡到ARCING狀態(tài)的所希望室電壓閾值以及要加入這個(gè)室電壓閾值中定義可編程比較 器620從ARCING狀態(tài)過(guò)渡到N0N_ARCING狀態(tài)的室電壓值的所希望電壓傳送給來(lái)自邏輯裝 置60的DSPC 630,DSPC 630可以計(jì)算要發(fā)送給DAC U13的糾正數(shù)字值，以便通過(guò)使用整體 存儲(chǔ)在DSP存儲(chǔ)器中的適當(dāng)縮放和偏移常數(shù)的仿射變換生成適當(dāng)信號(hào)VOA和V0B。在一個(gè) 示范性實(shí)施例中，為了提供高度精確閾值，通過(guò)校準(zhǔn)例程為各個(gè)模塊計(jì)算所述縮放和偏移 常數(shù)值，以便考慮在電子部件中遇到的相對(duì)于額定值的正態(tài)偏差(例如，電阻公差值)。將 這些校準(zhǔn)常數(shù)值存儲(chǔ)在集成到DSPC 630中的串行EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)中。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，DSP 630的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的取樣速率具有每通道10kHz， 或每100 μ S (微秒)過(guò)濾室電壓以及電流信號(hào)VCH和ICH的一個(gè)完整樣本的數(shù)量級(jí)。在 這個(gè)速率下，持續(xù)時(shí)間為Iys或更短的隨機(jī)發(fā)生微弧具有小于的被DSP檢測(cè)到的概 率，并且，如上所述，1 μ S數(shù)量級(jí)的微弧在集成電路制造過(guò)程中既常見(jiàn)又可以造成傷害。為 了可靠地檢測(cè)持續(xù)時(shí)間為1 μ s或更短數(shù)量級(jí)的微弧，ADU 50包括高速電弧檢測(cè)邏輯單元 (ADLU) 640，它可以與可編程閾值比較器620合作并且可以受DSPC 630控制和監(jiān)測(cè)，生成 有關(guān)PVD過(guò)程中的弧光放電的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。參照?qǐng)D6，DSPC 630將控制信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào) SYSCLK 650提供給ADLU 640，并且以如后所述的方式從ADLU 640中讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫(xiě) 入ADLU 640中。ADLU 640包括第一高速計(jì)數(shù)器，它適用于計(jì)數(shù)如通過(guò)可編程閾值比較器 620的編程電壓閾值和真空室10的陽(yáng)極與陰極之間的電壓確定的\ARC信號(hào)從N0N_ARCING 邏輯狀態(tài)過(guò)渡到ARCING邏輯狀態(tài)的次數(shù)。如前所述，電弧的持續(xù)時(shí)間與電壓下降和電流增 大的幅度一起，是其嚴(yán)重性的一種指示。于是，ADLU 640還包括計(jì)時(shí)器，它適用于測(cè)量可編 程閾值比較器自以如后所述的方式設(shè)置的最后一次計(jì)時(shí)器復(fù)位以來(lái)在ARCING狀態(tài)下度過(guò) 的持續(xù)時(shí)間。按照一種示范性實(shí)現(xiàn)，該計(jì)時(shí)器是將時(shí)鐘信號(hào)周期列表的計(jì)數(shù)器。按照一種特 定示范性實(shí)現(xiàn)，固定時(shí)鐘以30MHz (兆赫)的頻率工作。計(jì)數(shù)器累計(jì)與生產(chǎn)周期內(nèi)真空室處 在弧光放電狀況下的總時(shí)間(自最后一次復(fù)位以來(lái))成正比的(計(jì)數(shù))值。保留在ARCING 狀態(tài)期間出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)量的運(yùn)行計(jì)數(shù)提供了有關(guān)濺射過(guò)程在弧光放電狀況下 度過(guò)的總時(shí)間的一種量度。按照一個(gè)特定例子，ADLU包括具有地址和數(shù)據(jù)總線形式的與DSPC 630的交接機(jī) 構(gòu)，接受來(lái)自DSPC 630的控制信號(hào)，以便DSPC 630可以從器件中讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫(xiě)入器 件中。該ADLU包括允許DSPC 630控制像計(jì)數(shù)器的復(fù)位、啟用和禁用那樣的某些ADLU功能 的寄存器，并且還包括允許DSPC630從ADLU中讀取狀態(tài)信息的附加寄存器和控制邏輯單兀。圖9例示了利用眾所周知現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPLA)設(shè)計(jì)工具編程、使用通用 FPLA的本發(fā)明的ADLU 640的一種示范性實(shí)現(xiàn)。圖9中顯示在ADLU 640外部的信號(hào)代表出 現(xiàn)在FPLA的物理引腳上的信號(hào)，這些信號(hào)或者在FPLA制造期間預(yù)先指定給FPLA的特定引 腳，或者通過(guò)DSP在加電時(shí)使用在制造時(shí)預(yù)先定義的集成FPLA程序接口 910下載到FPLA的 PFLA “程序”來(lái)定義。ADLU 640包含通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)950與DSP接口邏輯裝置960 耦合的計(jì)數(shù)單元(⑶)920、計(jì)數(shù)器控制寄存器(CCR)930、和計(jì)數(shù)器狀態(tài)緩沖器(CSB)940。信 號(hào)仏此622是如前所述由可編程閾值比較器620生成的到ADLU的邏輯輸入。系統(tǒng)時(shí)鐘信 號(hào)SYSCLK 650是DSPC 630提供的30MHz邏輯方波信號(hào)，為ADLU提供時(shí)基。圖10例示了本發(fā)明的⑶920的一種示范性實(shí)現(xiàn)。⑶920包含16-位異步二進(jìn) 制計(jì)數(shù)器(ACC) 1010、32_位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(ACC) 1020、三個(gè)16-位鎖存器(ACC鎖存器 1030、ATC高位鎖存器1040、和ATC低位鎖存器1050)、和三個(gè)16-位三態(tài)緩沖器(ACC三態(tài) 緩沖器1060、ATC高位三態(tài)緩沖器1070、和ATC低位三態(tài)緩沖器1080)。從計(jì)數(shù)器控制寄存 器930提供三個(gè)數(shù)字信號(hào)，S卩，計(jì)數(shù)器復(fù)位(CRST)、啟用(ENB)和快照(SNP)，以便分別控制 ACC和ATC計(jì)數(shù)器的操作。當(dāng)被CCR 930設(shè)定時(shí)，CRST信號(hào)使ACC和ATC計(jì)數(shù)器兩者復(fù)位 成零，并且在設(shè)定的同時(shí)使計(jì)數(shù)器保持復(fù)位狀況。當(dāng)CCR 930釋放CRST信號(hào)時(shí)，這些計(jì)數(shù)器被分別啟用，并且根據(jù)它們各自時(shí)鐘(CLK)信號(hào)輸入的每次從高到低過(guò)渡遞增。每個(gè)計(jì) 數(shù)器具有倘若特定計(jì)數(shù)器因計(jì)數(shù)超過(guò)其最大容量和返回到零而“翻轉(zhuǎn)”，則可以設(shè)定(和鎖 存)的各自溢出位(OVF)。OVF信號(hào)保持在高電平上，直到通過(guò)CRST信號(hào)的設(shè)定而被清除。 ACC計(jì)數(shù)器1010由ACCLK信號(hào)驅(qū)動(dòng)，信號(hào)ACCLK源自D觸發(fā)器1090的輸出端1092。ATC計(jì) 數(shù)器1020由信號(hào)ATCLK驅(qū)動(dòng)，而信號(hào)ATCLK又源自NAND (與非)門(mén)1094的輸出端。圖11是例示ADLU 640的各種信號(hào)之間的關(guān)系的時(shí)序圖。參照?qǐng)D10和11，DSPC 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)SYSCLK 650被反相器1096反相，變成\SYSCLK1120。信號(hào)\SYSCLK驅(qū)動(dòng)D觸 發(fā)器1090的時(shí)鐘輸入端1091。根據(jù)來(lái)自DSP的SYSCLK信號(hào)的每次從高到低過(guò)渡，出現(xiàn)在 D輸入端1093上的值被鎖存到D觸發(fā)器中，并且在短傳播延遲之后出現(xiàn)在觸發(fā)器1090的Q 輸出端1092上。出現(xiàn)在D觸發(fā)器的D輸入端1093上的信號(hào)由AND (與)門(mén)1098驅(qū)動(dòng)。到AND門(mén) 1098的輸入信號(hào)是計(jì)數(shù)器控制寄存器930提供的ENB信號(hào)1130、和來(lái)自反相器1097的 \ARC信號(hào)622的反相信號(hào)(\\ARC 1150)，\ARC信號(hào)622由可編程比較器620提供。當(dāng)ENB 信號(hào)1130處在低邏輯電平(FALSE)狀態(tài)下，或\ARC信號(hào)處在高電平狀態(tài)下(指示檢測(cè)到 N0N_ARCING室狀況)時(shí)，D輸入端1093上的信號(hào)處在低邏輯電平狀態(tài)下。相反，當(dāng)ENB信 號(hào)處在高邏輯電平狀態(tài)下(從而允許計(jì)數(shù))，和\ARC信號(hào)處在低邏輯電平狀態(tài)下(指示檢 測(cè)到ARCING室狀況)時(shí)，D輸入端1093上的信號(hào)處在高邏輯電平狀態(tài)下。因此，假設(shè)允 許計(jì)數(shù)(ENB信號(hào)1130處在高邏輯電平狀態(tài)下)，當(dāng)檢測(cè)到真空室處在N0N_ARCING狀況下 時(shí)，ACCLK信號(hào)1160將根據(jù)SYSCLK的隨后從高到低過(guò)渡處在低邏輯電平狀態(tài)下。當(dāng)檢測(cè)到 ARCING狀況時(shí)，例如，如圖11中的1180所指(并且假設(shè)仍然允許計(jì)數(shù))，則將\ARC信號(hào)設(shè) 定成低電平。根據(jù)SYSCLK信號(hào)的下一次從高到低過(guò)渡(如圖11中的1182所指)，ACCLI^f 號(hào)將從低邏輯電平狀態(tài)過(guò)渡到高邏輯電平狀態(tài)，并且在SYSCLK信號(hào)的隨后整個(gè)周期內(nèi)保 持在高邏輯電平狀態(tài)下，直到不再檢測(cè)到ARCING狀況(以及如圖11中的1184所指，\ARC 信號(hào)返回到高邏輯電平狀態(tài))。ACC計(jì)數(shù)器1010在每當(dāng)將CRST信號(hào)設(shè)定成低電平時(shí)其CLK輸入端上的信號(hào)的每 次從低到高過(guò)渡時(shí)遞增。從而，ACC計(jì)數(shù)器1010在將ENB信號(hào)設(shè)定成高電平(允許計(jì)數(shù)) 的同時(shí)，有效地計(jì)數(shù)從N0N_ARCING狀況到ARCING狀況的室過(guò)渡的次數(shù)。在該示范性實(shí)施 例中，ACC計(jì)數(shù)器1010可以使用頻率在30MHz數(shù)量級(jí)的SYSCLK信號(hào)分辨短至33nS(納秒) 的由可編程比較器620(生成\ARC信號(hào))檢測(cè)的微弧。更高的分辨率可能通過(guò)提高時(shí)鐘頻 率來(lái)達(dá)到。ATC計(jì)數(shù)器1020用于估計(jì)真空室處在如可編程比較器620確定的ARCING狀況下 的總時(shí)間。ATC計(jì)數(shù)器1020在每當(dāng)將CRST信號(hào)設(shè)定成低電平時(shí)其CLK輸入端上的信號(hào)的 每次從低到高過(guò)渡時(shí)遞增。ATC計(jì)數(shù)器1020的CLK輸入端由具有ACCLK和SYSCLK信號(hào)輸 入的AND門(mén)1094提供的ATCLK信號(hào)1170驅(qū)動(dòng)。每當(dāng)允許計(jì)數(shù)(ENB信號(hào)1130是高電平) 和檢測(cè)到ARCING室狀況(\ARC信號(hào)1140是低電平)，例如，在圖11中的1186上時(shí)，ATCLK 信號(hào)1170開(kāi)始跟蹤SYSCLK信號(hào)1110。此后，ATC計(jì)數(shù)器1020計(jì)數(shù)在可編程閾值比較器處 在指示PVD室中的電弧的ARCING狀態(tài)下的同時(shí)維持的ATCLK信號(hào)1170的時(shí)鐘周期。當(dāng)使 用30 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可以分辨短至33 nS增量?jī)?nèi)的每種ARCING狀況的持續(xù)時(shí)間。ACC鎖存快照寄存器1030、ATC高位鎖存快照寄存器1040和ATC低位鎖存快照寄
24存器1050允許根據(jù)瞬時(shí)命令，分別捕獲ACC計(jì)數(shù)器1010的值、ATC計(jì)數(shù)器1020的高位字、 和ATC計(jì)數(shù)器1020的低位字值。這使DSPC 630可以在允許ACC和ATC計(jì)數(shù)器按照上述的 它們各自邏輯連續(xù)工作的同時(shí)，在特定時(shí)刻讀取計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，保存那些值為DSPC 630的 隨后檢索用。這三個(gè)16-位寄存器的每一個(gè)被安排和配置成根據(jù)計(jì)數(shù)器控制寄存器930像 將要討論的那樣在DSPC 603的控制下提供的SNP信號(hào)的從低到高過(guò)渡捕獲相應(yīng)瞬時(shí)計(jì)數(shù) 器值。每個(gè)快照寄存器的輸出信號(hào)分別由ACC三態(tài)緩沖器1060、ATC高位三態(tài)緩沖器1070 和ATC低位三態(tài)緩沖器1080三態(tài)緩存到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線950中。DSP接口邏輯裝置960將 RACC 1086上的啟用信號(hào)設(shè)定到ACC三態(tài)緩沖器1060中，以便在內(nèi)部總線950上提供ACC 鎖存快照寄存器1030的捕獲值；將RATH 1087上的啟用信號(hào)設(shè)定到ATC高位三態(tài)緩沖器 1070中，以便在內(nèi)部總線950上提供ATC高位鎖存快照寄存器1040的捕獲值；以及將RATL 1088上的啟用信號(hào)設(shè)定到ATC低位三態(tài)緩沖器1080中，以便在內(nèi)部總線950上提供ATC低 位鎖存快照寄存器1050的捕獲值。再次參照?qǐng)D9，CCR鎖存寄存器930生成SNP、CRST和ENB信號(hào)。DSP接口邏輯裝 置960提供合適地址解碼和定時(shí)信號(hào)，在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線950上設(shè)定SNP、CRST和ENB信號(hào)的 命令值和生成WCCR信號(hào)，以便當(dāng)DSPC 630命令這樣做時(shí)，將這些值鎖存到CCR中。計(jì)數(shù)器 狀態(tài)緩沖器(CSB) 940是這樣安排和配置的三態(tài)緩沖器，當(dāng)DSP接口邏輯裝置960通過(guò)RCSB 信號(hào)的設(shè)定發(fā)出命令時(shí)，將CRST、ENB, ACCLK、COVF和TOVF信號(hào)的當(dāng)前值設(shè)定到內(nèi)部數(shù)據(jù) 總線950上。DSP接口邏輯裝置960隨后將這些信號(hào)設(shè)定到DSPC數(shù)據(jù)總線上，以便供DSPC 630使用。再次參照?qǐng)D9，具有數(shù)據(jù)線DBO到DB15形式的外部供應(yīng)信號(hào)按照由SDP630為了有 助于與像ADLU 640那樣的外部器件的通信而設(shè)定的信號(hào)\STRB，W/R和地址線AD0-AD15的 行為，提供與DSPC 630的雙向數(shù)據(jù)通信。這些數(shù)據(jù)線有效地在內(nèi)部直接與ADLU 640的內(nèi) 部數(shù)據(jù)總線950相關(guān)聯(lián)。當(dāng)試圖與像ADLU 640那樣的外圍器件通信時(shí)，DSP 630將\STRB 信號(hào)設(shè)定成低電平。當(dāng)試圖從器件中讀取時(shí)，DSPC 630還將W/R信號(hào)設(shè)定成低電平，而當(dāng)試 圖寫(xiě)入器件中時(shí)，DSPC 630將W/R信號(hào)設(shè)定成高電平。這些都是DSPC 630為了與任何器 件通信而設(shè)定的通用信號(hào)。尤其讓DSPC 630將\ADLU_CS信號(hào)設(shè)定成低電平，以便從ADLU 640中讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě)入ADLU 640中。讓DSP接口邏輯裝置960包括在ADLU 640中， 以便按照控制信號(hào)\STRB，W/R的作用和地址信號(hào)ADO和ADl的解碼，在DSPC 630發(fā)出命令 時(shí)生成定時(shí)和控制信號(hào)WCCR、RCSB, RACC, RATL和RATH。信號(hào)WCCR用于將DSPC 630設(shè)定 在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線950上的ENB、CRST和SNP的值鎖定到CCR 930中。信號(hào)RCSB使CSB 940 中的值設(shè)定在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上，以便隨后由DSPC 630讀取。信號(hào)RACC、RATL和RATH像上 述那樣分別啟用ACC三態(tài)緩沖器1060、ATC高位三態(tài)緩沖器1070和ATC低位三態(tài)緩沖器 1080，以便將鎖存器 ACC LATCH 1030,ATC LOW LATCH 1050 和 ATC HIGHLATCH 1040 中的值 設(shè)定在內(nèi)部數(shù)據(jù)總線950上，以便隨后由DSPC 630讀取。圖12例示了生成顯示在圖9中的信號(hào)WCCR、RCSB, RACC, RATL和RATH、本發(fā)明的 ADLU 640的DSP接口邏輯裝置960的一種示范性實(shí)現(xiàn)。在DSP接口邏輯裝置960的內(nèi)部， 控制邏輯單元(CLU) 1210經(jīng)由反相器1220將DSPC 630設(shè)定的\STRB信號(hào)反相，形成內(nèi)部 信號(hào)\\STRB。當(dāng)DSPC 630試圖與任何外部器件通信時(shí)，信號(hào)\\STRB是高邏輯電平。根據(jù) 輸入信號(hào)WSTRB和當(dāng)試圖寫(xiě)到外部器件中時(shí)由DSPC 630設(shè)定成高電平的信號(hào)W/R，在AND門(mén)1230的輸出端上提供W/R信號(hào)。W/R信號(hào)經(jīng)由反相器1240反相形成信號(hào)\W/R，當(dāng)DSP接 口邏輯裝置960試圖從任何外部器件中讀取時(shí)，信號(hào)”/! 被設(shè)定成高邏輯電平。因此，每 當(dāng)DSPC 630從外部器件中讀取時(shí)，在AND門(mén)1250的輸出端上根據(jù)輸入信號(hào)\\STRB和\W/ R提供RD信號(hào)。為ADLU 640生成控制信號(hào)的地址解碼的功能由地址解碼器，例如，如圖12所示的 2到4 二進(jìn)制地址解碼器1260提供。如上所述，當(dāng)從ADLU 640中讀取或?qū)懭階DLU 640中 時(shí)，DSPC 630在ADLU 640的\ADLU_CS端上設(shè)定0邏輯電平。當(dāng)\ADLU_CS信號(hào)被設(shè)置成 高邏輯電平狀態(tài)時(shí)，解碼器1260的輸出端上的所有四個(gè)信號(hào)Q0，. . .，Q3被設(shè)置成低邏輯 電平狀態(tài)。當(dāng)DSPC630將\ADLU_CS信號(hào)設(shè)定在低邏輯電平狀態(tài)下時(shí)，解碼器1260只將輸 出端上的信號(hào)之一設(shè)置成高邏輯電平狀態(tài)，設(shè)置成高邏輯電平的特定輸出從DSPC630設(shè)定 的AO和Al位的當(dāng)前值和依照表1確定，其中表1中的“0”是低邏輯電平，“1”是高邏輯電 平，和“X”是無(wú)關(guān)狀態(tài)表權(quán)利要求
1.一種在等離子體處理室中檢測(cè)圓片級(jí)電弧的方法，所述方法包含 監(jiān)測(cè)供應(yīng)給所述等離子體處理室的信號(hào)的波形；檢測(cè)所述波形中的特征；響應(yīng)所述特征檢測(cè)，確定所述波形在所述特征之后是否達(dá)到穩(wěn)定； 響應(yīng)所述波形穩(wěn)定，確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡；以及 將所述特征是雙向波形異常的一部分的指示或所述特征是單向波形過(guò)渡的指示記錄 到計(jì)算機(jī)可讀媒體中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述波形是否達(dá)到穩(wěn)定的步驟包含將所述波 形與定義上界和下界的穩(wěn)定帶相比較。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包含根據(jù)所述波形隨時(shí)間調(diào)整所述穩(wěn)定帶。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波 形過(guò)渡的步驟包含將所述波形達(dá)到穩(wěn)定之后的波形與在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶相 比較。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波 形過(guò)渡的步驟包含響應(yīng)所述波形達(dá)到穩(wěn)定之后的波形處在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶 之內(nèi)，確定所述特征是雙向波形異常的一部分。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波 形過(guò)渡的步驟包含響應(yīng)所述波形達(dá)到穩(wěn)定之后的波形處在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶 之外，確定所述特征是單向波形過(guò)渡。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，測(cè)量第一時(shí)間與第二時(shí)間之間的時(shí)間差，其中所述第一 時(shí)間取決于出現(xiàn)所述特征的時(shí)間，而所述第二時(shí)間取決于所述波形達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含接收代表至少一個(gè)檢測(cè)電弧的電弧計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)和代表所述至少一個(gè)檢測(cè)電弧的長(zhǎng)度 的電弧時(shí)間；其中所述指示或者代表所述電弧計(jì)數(shù)和所述電弧時(shí)間是雙向波形異常的一部分，或者 代表所述電弧計(jì)數(shù)和所述電弧時(shí)間與單向波形過(guò)渡相關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在所述計(jì)算機(jī)可讀媒體上記錄出現(xiàn)所述特 征的時(shí)標(biāo)。
10.一種在等離子體處理室中檢測(cè)圓片級(jí)電弧的裝置，所述裝置包含輸入接口，配置成接收代表供應(yīng)給所述等離子體處理室的信號(hào)的波形的數(shù)據(jù)；以及 處理器，配置成 檢測(cè)所述波形中的特征；響應(yīng)所述特征檢測(cè)，確定所述波形在所述特征之后是否達(dá)到穩(wěn)定； 響應(yīng)所述波形穩(wěn)定，確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡；以及 生成所述特征是雙向波形異常的一部分的指示或所述特征是單向波形過(guò)渡的指示。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成通過(guò)將所述波形與定 義上界和下界的穩(wěn)定帶相比較確定所述波形是否達(dá)到穩(wěn)定。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成根據(jù)所述波形隨時(shí)間 調(diào)整所述穩(wěn)定帶。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成通過(guò)將所述波形達(dá)到 穩(wěn)定之后的波形與在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶相比較，確定所述特征是雙向波形異常 的一部分還是單向波形過(guò)渡。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成通過(guò)響應(yīng)所述波形達(dá) 到穩(wěn)定之后的波形處在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶之內(nèi)確定所述特征是雙向波形異常 的一部分，來(lái)確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成通過(guò)響應(yīng)所述波形達(dá) 到穩(wěn)定之后的波形處在所述特征之前就存在的穩(wěn)定帶之外確定所述特征是單向波形過(guò)渡， 來(lái)確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成測(cè)量第一時(shí)間與第二 時(shí)間之間的時(shí)間差，其中所述第一時(shí)間取決于出現(xiàn)所述特征的時(shí)間，而所述第二時(shí)間取決 于所述波形達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。
17.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述輸入接口進(jìn)一步配置成接收代表至少一個(gè) 檢測(cè)電弧的電弧計(jì)數(shù)的數(shù)據(jù)和代表所述至少一個(gè)檢測(cè)電弧的長(zhǎng)度的電弧時(shí)間，和其中所述 指示或者代表所述電弧計(jì)數(shù)和所述電弧時(shí)間是雙向波形異常的一部分，或者代表所述電弧 計(jì)數(shù)和所述電弧時(shí)間與單向波形過(guò)渡相關(guān)聯(lián)。
18.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述處理器進(jìn)一步配置成在所述計(jì)算機(jī)可讀媒體 上記錄出現(xiàn)所述特征的時(shí)標(biāo)。
19.一種在等離子體處理室中檢測(cè)圓片級(jí)電弧的裝置，所述裝置包含監(jiān)測(cè)供應(yīng)給所述等離子體處理室的信號(hào)的波形的部件；檢測(cè)所述波形中的特征的部件；響應(yīng)所述特征檢測(cè)確定所述波形在所述特征之后是否達(dá)到穩(wěn)定的部件；以及響應(yīng)所述波形穩(wěn)定確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡的部件。
20.一種在等離子體處理室中檢測(cè)圓片級(jí)電弧的裝置，所述裝置包含傳感器，配置成感測(cè)施加于所述等離子體處理室的電壓或電流，所述第一傳感器基于 感測(cè)電壓或電流生成波形；以及處理器，配置成根據(jù)所述波形，確定在等離子體處理室中是否發(fā)生了圓片級(jí)電弧，并且 生成所述圓片級(jí)電弧發(fā)生的指示。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述傳感器配置成感測(cè)所述等離子體處理室的靜 電吸盤(pán)的電位。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述處理器配置成通過(guò)檢測(cè)所述波形中的過(guò)渡， 等待所述波形達(dá)到穩(wěn)定，以及根據(jù)所述波形達(dá)到穩(wěn)定之后的所述波形的 值確定是否發(fā)生了 圓片級(jí)電弧，來(lái)確定是否發(fā)生了圓片級(jí)電弧。
全文摘要
本發(fā)明涉及在等離子體處理室中檢測(cè)圓片級(jí)電弧的方法和裝置。所述方法包括，例如，監(jiān)測(cè)供應(yīng)給所述等離子體處理室的信號(hào)的波形；檢測(cè)所述波形中的特征；響應(yīng)所述特征檢測(cè)，確定所述波形在所述特征之后是否達(dá)到穩(wěn)定；響應(yīng)所述波形穩(wěn)定，確定所述特征是雙向波形異常的一部分還是單向波形過(guò)渡；以及將所述特征是雙向波形異常的一部分的指示或所述特征是單向波形過(guò)渡的指示記錄到計(jì)算機(jī)可讀媒體。
文檔編號(hào)H01J37/32GK102124539SQ200980131931
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者艾倫.F.克勞斯 申請(qǐng)人:施耐德電氣美國(guó)股份有限公司