[发明专利]电弧的检测与抑制电路和方法

说明书

本申请是申请人于2005年8月30日提交的、申请号为“200510093967.X”的、发明名称为“电弧的检测与抑制电路和方法”的发明专利申请的分案申请。

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。