(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマチャンバ内に発生するアーキング検出・抑制回路とアルゴリズムの提供。【解決手段】ＰＬＣ１２とＤＳＰ１４から構成されるアーク検出抑制回路１０を備える。アンテナ４７からの電磁場信号４８、方向性結合器からの前進出力信号２５、反射出力信号２７等１つ以上のセンサ信号に対して閾値を設け、アークを検出し場合ＲＦ電源２０に対して、短期間に出力を低減することによってアークを抑制させ、次いで元の値に回復させる。アークが再び始まると、ＲＦ電源２０は、出力を低減し、次いで出力を回復するステップを繰り返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のセンサに応答して、電源が電力を供給する電気負荷の異常な変化を検出するための電気回路であり、各センサが、前記電力または前記負荷の電磁条件に応答したセンサ信号を生成する電気回路であって、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の１つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、１つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が、前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかにしたがって、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
前記比較結果の任意のものが肯定的であれば、電気負荷の異常な変化を知らせるアラートを発信するためのアラート回路と、
を備える、回路。
【請求項２】
前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように確立された、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つである、請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つの変化率である、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記負荷との間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射ＲＦ電力がそれに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記負荷との間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射ＲＦ電力の変化率がそれに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
前記電源が、前記電源によって供給された電力が、電力設定点信号に応答するレベルを有するように、電力設定点信号によって制御され、
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも１つを調節する、請求項１に記載の回路。
【請求項１２】
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に比例するように、前記しきい値の少なくとも１つを調節する、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の１つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表が格納されたメモリ回路をさらに備え、
前記比較器回路が、前記しきい値の１つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定する、請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記センサ導出値の各々が、前記負荷に異常な変化がない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記比較器回路が、前記電気負荷の異常な変化を知らせるアラートを発信するアラート回路に応答して、前記しきい値の少なくとも１つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させる、請求項１に記載の回路。
【請求項１５】
前記比較器回路が、前記電気負荷の異常な変化を知らせる前記アラートに応答して、前記しきい値の少なくとも１つを変化させた後、関連付けられたしきい値にすでに交差したすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側へ交わって戻ったときを決定し、次いで、前記電気負荷の異常な変化を知らせる前記アラートに応答して、前記比較器回路が変化させた前記しきい値のすべてを元の値に回復させる、請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
前記比較器回路および前記アラート回路が、プログラマブルコンピュータであり、
前記センサ導出信号が、前記コンピュータのメモリに格納された値である、請求項１に記載の回路。
【請求項１７】
電源が電力を供給するプラズマチャンバにおいて、電気アークが発生しているかどうかを検出するための電気回路であって、
前記電力または前記プラズマチャンバの電磁条件に応答して各センサがセンサ信号を生成する１つ以上のセンサと、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の１つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、１つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかに応じて、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
前記比較結果の任意のものが肯定的であれば、プラズマチャンバにおける電気アークを知らせるアラートを発信するためのアラート回路と、
を備える、回路。
【請求項１８】
前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように確立された、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項１８に記載の回路。
【請求項２０】
前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項１７に記載の回路。
【請求項２１】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つである、請求項１７に記載の回路。
【請求項２２】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つの変化率である、請求項１７に記載の回路。
【請求項２３】
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２４】
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２５】
前記電源が、ＲＦ電力を前記プラズマチャンバに供給し、
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記プラズマチャンバとの間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射ＲＦ電力が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２６】
前記電源が、ＲＦ電力を前記プラズマチャンバに供給し、
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記プラズマチャンバとの間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射ＲＦ電力の変化率が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２７】
前記電源が、前記電源によって供給された電力が、電力設定点信号に応答するレベルを有するように、電力設定点信号によって制御され、
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも１つを調節する、請求項１７に記載の回路。
【請求項２８】
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に比例するように、前記しきい値の少なくとも１つを調節する、請求項２７に記載の回路。
【請求項２９】
電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の１つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表が格納されたメモリ回路をさらに備え、
前記比較器回路が、前記しきい値の１つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定する、請求項２７に記載の回路。
【請求項３０】
前記センサ導出値の各々が、前記プラズマチャンバに電気アークがない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記比較器回路が、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせるアラートを発信するアラート回路に応答して、前記しきい値の少なくとも１つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させる、請求項１７に記載の回路。
【請求項３１】
前記比較器回路が、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせる前記アラートに応答して、前記しきい値の少なくとも１つを変化させた後、関連付けられたしきい値にすでに交差したすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側へ交わって戻ったときを決定し、次いで、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせる前記アラートに応答して、前記比較器回路が変化させた前記しきい値のすべてを元の値に回復させる、請求項３０に記載の回路。
【請求項３２】
前記比較器回路および前記アラート回路が、プログラマブルコンピュータであり、
前記センサ導出信号が、前記コンピュータのメモリに格納された値である、請求項１７に記載の回路。
【請求項３３】
電源が電力を供給する電気負荷における電気アークを抑制するための電気回路であって、
電源によって供給される電力が制御するための制御入力を有する、電力を電気負荷に供給するように適合された電源と、
前記電気負荷に電気アークが発生しているかどうかを値が指示する信号を出力するアーク検出回路と、
前記アーク検出回路の前記出力信号を受信し、前記電源の前記制御入力に制御信号を送信するように接続された制御回路とを備え、
前記アーク検出回路が、前記電気負荷に電気アークが発生していることを指示する信号を出力した後、前記制御回路が、第１の期間、前記電力レベルを低減するように前記電源に命令する第１の値に前記制御信号を設定し、次いで、前記第１の期間後、前記第１の期間前のレベルに前記電力を戻すように前記電源に命令する第２の値に前記制御信号を設定する、回路。
【請求項３４】
前記制御回路が前記制御信号を前記第２の値に設定した後、前記アーク検出回路が、前記電気負荷に電気アークが発生していることを指示する信号を再度出力すれば、前記制御回路が、第２の期間、前記電力レベルを低減するように前記電源に命令する第１の値に前記制御信号を設定し、次いで、前記第２の期間後、前記第２の期間前のレベルに前記電力を戻すように前記電源に命令する前記第２の値に前記制御信号を設定する、請求項３３に記載の回路。
【請求項３５】
前記制御回路が、前記制御信号を前記第１の値に設定した回数を計数し、前記カウントが、所定の最大値以上であると、前記制御回路が、前記制御信号を前記第２の値に引き続き設定しない、請求項３３に記載の回路。
【請求項３６】
前記電気負荷が、プラズマチャンバである、請求項３３に回路。
【請求項３７】
前記アーク検出回路が、
前記電力または電気負荷の電磁条件に応答して各センサがセンサ信号を生成する１つ以上のセンサと、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の１つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、１つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が、前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかにしたがって、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
を備える、請求項３３に記載の回路。
【請求項３８】
前記アーク検出回路および前記制御回路の少なくとも１つが、プログラマブルコンピュータである、請求項３３に記載の回路。
【請求項３９】
電源が電力を供給する電気負荷の異常な変化を検出する方法であって、
電源から電気を供給するステップと、
前記電力を電気負荷に結合するステップと、
各センサ信号が前記電力または前記負荷の電磁条件に応答する、１つ以上のセンサ信号を生成するステップと、
各センサ誘導値が前記センサ信号の１つ以上に応じたものである、１つ以上のセンサ誘導値を確立するステップと、
各しきい値が、前記センサ誘導値の１つに関連付けられるように、１つ以上のしきい値を確立するステップと、
各センサ誘導値をそれに関連付けられたしきい値に比較するステップと、
前記センサ導出値の少なくとも１つが、それに関連付けられたしきい値に交われば、アラートを発信するステップと、
を備える、方法。
【請求項４０】
１つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
１つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
１つの以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つである、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記センサ導出値の１つが、前記センサ信号の１つの変化率である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の１つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
前記電源が、ＲＦ電力を負荷に供給し、
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記負荷との間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記発信するステップが、前記反射ＲＦ電力が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する工程を備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
前記電源が、ＲＦ電力を負荷に供給し、
前記センサ信号の１つが、前記電源と前記負荷との間の反射ＲＦ電力に応答し、
前記発信するステップが、前記反射ＲＦ電力の変化率が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する工程を備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
電力設定点信号を生成するステップと、
前記電源によって供給された電力が、前記電力設定点信号に応答するレベルを有するように、前記電源を制御するステップと、
をさらに備え、
前記電力を供給するステップと同時に、１つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、
前記電力設定点信号をモニタするステップと、
前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも１つを調節するステップと、
を備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
１つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記電力設定点信号に比例するように前記しきい値の少なくとも１つを調節するステップを備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の１つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表をメモリに格納するステップをさらに備え、
１つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、
前記電力設定点信号の現在の値を決定するステップと、
前記しきい値の１つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定するステップとをさらに備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記センサ導出値の各々が、前記負荷に異常な変化がない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記アラートを発生するステップが、前記しきい値の少なくとも１つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させるステップをさらに備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項５３】
前記しきい値の少なくとも１つを前記正常範囲に近い値に変化させる前記ステップに引き続き、
関連付けられたしきい値にすでに交わったすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側に戻って交わるまで、前記比較するステップを実行するステップと、
次いで、前記しきい値の少なくとも１つを前記正常範囲に近い値に変化するステップにおいて変えられたすべてのしきい値を元の値に回復させるステップとをさらに備える、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
電源が電力を供給する電気負荷の電気アークを抑制する方法であって、順次的な、
所定の期間、前記電源によって前記負荷に供給された電力を低減するステップと、
前記低減ステップの前に、前記電力をその値に回復するステップと、
前記電気負荷に電気アークが発生しているかどうかを検出するステップと、
前記検出するステップが、前記アークが発生していることを検出すれば、前記低減ステップおよび前記回復ステップを繰り返すステップと、
を備える、方法。
【請求項５５】
前記検出するステップが、前記アークが発生していることを検出しなくなるまで、前記低減するステップ、前記回復するステップ、および前記検出するステップを繰り返すステップをさらに備える、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記電力を低減するステップの前に、メモリに格納されたカウントをゼロにリセットするステップと、
前記検出するステップと前記繰り返すステップの間に、
前記カウントをインクリメントするステップと、
前記カウントを所定の最大値と比較するステップと、
前記カウントが前記最大値以上であれば、前記繰り返すステップを実行する前に、前記方法の実行を停止するステップとを実行するステップと、をさらに備える、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記比較するステップが、前記インクリメントステップの前に実行される、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記電気負荷が、プラズマチャンバである、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記検出するステップが、
各センサ信号が、前記電力または前記負荷の電磁条件に応答する、１つ以上のセンサ信号を生成するステップと、
各センサ導出値が、前記センサ信号の１つ以上に応じるものである、１つ以上のセンサ導出値を確立するステップと、
各しきい値が、前記センサ導出値の１つに関連付けられるように、１つ以上のしきい値を確立するステップと、
各センサ導出値をそれに関連付けられたしきい値と比較するステップと、
前記センサ導出値の少なくとも１つが、それに関連付けられたしきい値に交われば、前記アークが発生していることを検出するステップとを備える、請求項５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、電源が電力を供給している負荷の電気アークまたは電気インピーダンスの他の異常な変化を検出または抑制するための装置および方法に関する。好ましくは、負荷は、半導体およびフラットパネルディスプレイなどの電子コンポーネントを製造するために使用されるプラズマチャンバであり、本発明が検出または抑制する異常な変化は、プラズマチャンバ内の電気アークを備える。
【発明の背景】
【０００２】
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイなどの電子ワークピースの製造時に一般に使用される化学気相成長、スパッタ堆積、およびプラズマ強化エッチングプロセスなどのさまざまなプロセスを実行するために、プラズマチャンバが使用される。一般に、プラズマチャンバ内のプラズマは、電力源からのＲＦまたはＤＣ電力をプラズマに結合することによって持続される。典型的に、結合は、チャンバ内の電極またはチャンバ内またはチャンバに隣接するアンテナや磁気コイルに電源を接続することによって達成される。
【０００３】
プラズマチャンバ内の条件は、一般的に、チャンバ内で実行される製造プロセスの進行中に変化し、このような変化が、チャンバ内に電気アークを生じさせることがある。プラズマと製造されるワークピースとの間、またはプラズマとチャンバコンポーネントの任意のものとの間に電気アークが生じれば、ワークピースまたはチャンバコンポーネントに損傷が生じてしまうことがある。アークが持続する時間の経過とともに、損傷の危険性が高まる。
【０００４】
このような損傷を最小限に抑え、または防止するために、プラズマチャンバ内での電気アーク、またはチャンバが電源に与える電気負荷インピーダンスを変化させる任意の他の異常を迅速に検出可能な装置が必要とされている。さらに、プラズマプロセスを可能な限りほとんど中断せずに継続しながら、アークを抑制（すなわち、停止）可能な装置が必要とされている。
【０００５】
より一般的に、電源が電力を供給している電気負荷の異常な変化を迅速に検出または抑制可能な装置が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の１つの態様は、１つ以上のセンサをモニタすることによって、プラズマチャンバにおける電気アークを検出する装置および方法である。各センサは、電力源によって供給される電力の特性に応答するか、またはチャンバ内の電磁条件に応答するように、プラズマチャンバに結合される。プラズマチャンバに結合されたセンサによって検出される電磁条件は、例えば、チャンバ内の電場、磁場、または光学的放射であってもよい。
【０００７】
モニタリングは、センサによって生成された電気信号、または１つ以上のこのようなセンサ信号から（すなわち、センサ信号に応じて）導出される値がしきい値に交わるときを検出することを備えることが好ましい。センサ信号から導出された値の１つの例は、センサ信号の変化率である。
【０００８】
電源がＲＦ電源である場合、プラズマチャンバに供給されるＲＦ電力に応答するセンサが、前進ＲＦ電力、反射ＲＦ電力、および反射電力係数の１つ以上を検出し、ＲＦ電源とプラズマチャンバとの間に接続されたＲＦ方向性結合器を備えることが好ましい。モニタリングは、反射ＲＦ電力または反射電力係数が第１のしきい値を超えるとき、または反射電力または反射電力係数の変化率が第２のしきい値を超えるとき、アークの発生を検出することを備えることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様が、製造プロセスの異なるステップまたはステージで、異なる電力レベルを生成するように電力源によって生成された出力を製造プロセスコントローラが制御する製造システムに適合される。本発明のこの態様において、前述した１つ以上のしきい値は、プロセスコントローラによって現在選択されている電力レベルに応答して動的に調節される。本発明の１つの利点として、しきい値が電源の出力に密接に合わせることができるため、アークを高感度に検出可能であることが挙げられる。
【００１０】
本発明の第３の態様は、プラズマチャンバにおいて実行中のプラズマプロセスを停止することなく、アークを抑制する装置および方法である。アークが検出されると、電源は、好ましくは、ゼロ電力へ出力を少しの間下げる。通常、これによりアークはなくなる。非常に短い期間、典型的に、数ミリ秒以下が経過した後、電源は、好ましくは、元の値へ出力を上げる。アークが再び始まれば、電源は、短期間、再度出力を下げる。典型的に、アークは、出力を下げたこれらの短期間を数回繰り返した後に完全に消失するため、チャンバにおいて実行中のプラズマプロセスを、わずか１０ミリ秒程の中断後に典型的に再開することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、電力源が接続された電気負荷の電気インピーダンスの異常な変化を検出する装置および方法である。第４の態様は、アーク以外のインピーダンスの異常を含み、プラズマチャンバである必要がない電気負荷を含むようにするための第１の態様の一般化である。電源によって負荷に供給される出力の特徴に応答する１つ以上のセンサをモニタすることによって、負荷の電気インピーダンスの異常な変化が検出される。モニタリングは、センサによって生成された電気信号、または１つ以上のセンサ信号から導出された値がしきい値に交わるときを検出することを備えることが好ましい。センサ信号から導出された値の１つの例は、センサ信号の変化率である。
【００１２】
電源が、ＲＦ電源である場合、センサが、前進ＲＦ電力、反射ＲＦ電力、および反射電力係数の１つ以上を検出し、ＲＦ電源と負荷との間に接続されたＲＦ方向性結合器を備えることが好ましい。モニタリングは、反射ＲＦ電力または反射電力係数が第１のしきい値を超えるとき、または反射電力または反射電力係数の変化率が第２のしきい値を超えるとき、異常な変化を検出することを備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の第５の態様は、電力源が接続された電気負荷の電気インピーダンスの異常な変化を反転する（すなわち、正常に戻す）装置および方法である。第４の態様は、アーク以外のインピーダンスの異常を含み、プラズマチャンバである必要がない電気負荷を含むようにするための第３の態様の一般化である。
【００１４】
負荷の電気インピーダンスの異常な変化が検出されると、電源は、好ましくは、ゼロ電力へ出力を少しの間下げる。これにより異常がなくなることもある。非常に短い期間、典型的に、数ミリ秒以下が経過した後、電源は、好ましくは、元の値へ出力を上げる。異常が再び検出されれば、電源は、短期間、再度出力を下げる。異常は、出力を下げたこれらの短期間を数回繰り返した後に完全に消失することもあるため、電源の正常動作を再開することができる。
【００１５】
図１は、本発明の異なる態様による、アークの検出とアークの抑制を同時に行うことが可能な装置を示す。この装置は、本明細書において、「アーク検出抑制回路（ａｒｃ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ）」、略して「ＡＤＳＣ」と呼ぶ電気回路１０を含む。ＡＤＳＣ１０は、以下に記載する本発明の新規のアーク検出抑制アルゴリズムを実行する。ＡＤＳＣは、プログラマブルコンピュータ、アナログ電気回路、またはディジタルおよびアナログ回路の組み合わせなどのディジタル回路であってもよく、これらの例については、以下に記載する。
【００１６】
上記の［本発明の概要］において述べたように、本発明のアーク検出抑制回路は、より一般的に、アーク以外にもインピーダンスの異常を検出または抑制するために有益である。このようなより一般的な場合において、ＡＤＳＣ１０は、「インピーダンス異常検出抑制回路」と呼ぶことができる。インピーダンス異常の抑制とは、インピーダンスを正常な値または正常な範囲の値に戻すように、異常な状況を反転させるということを意味する。好ましい実施形態の以下の記載は、アークを繰り返し参照しているが、「アーク（ａｒｃｉｎｇ）」という用語は、本明細書全体を通して「インピーダンス異常」に置き換えることができる。
【００１７】
同様に、［本発明の概要］において述べたように、本発明は、プラズマチャンバである必要がない電気負荷に対しても有益である。電力源によって負荷に供給される出力の特徴に応答する１つ以上のセンサをモニタすることによって、負荷の電気インピーダンスの異常な変化が検出される。好ましい実施形態の以下の記載は、プラズマチャンバを繰り返し参照しているが、プラズマチャンバは、任意の電気負荷に置き換えることができる。
【００１８】
ＡＤＳＣ１０が接続された例示的な製造システムは、ＲＦ方向性結合器２４の入力に接続されたＲＦ電力２２を有するＲＦ電源２０を含む。（市販のＲＦ電力発生器は、単一のエンクロージャ内においてＲＦ電源と方向性結合器とを組み合わせていることが多い。）方向性結合器は、ＲＦインピーダンス整合網２８の入力に接続されたＲＦ電力２６を有する。方向性結合器は、ＲＦ電源２０から整合網２８へ伝播する前進および反射ＲＦ電力を検知または測定し、前進および反射センサ出力信号２５、２７を生成し、これらの値は、前進および反射ＲＦ電力測定値Ｓ１およびＳ２をそれぞれ表す。ＲＦ整合網の出力は、プラズマチャンバ３０内の電極３２に接続される。このパラグラフで記載するコンポーネントは、ＲＦ電力されるプラズマチャンバを備えた従来の製造システムに含まれる。
【００１９】
また、本発明は、ＲＦ電源以外の出力を供給する電力源、例えば、プラズマスパッタリングチャンバに出力を供給するために接続されたＤＣ電源などにも適用可能である。電力源がＤＣ電源である場合、反射された出力はないが、前進する電力を含む以下に記載する他のセンサ信号をすべて使用して、電力供給用に電源が接続された電気負荷の電気アークまたは他の異常なインピーダンス変化を検出および抑制することができる。したがって、ＲＦ電源、イネーブル入力、電力設定点入力に関するすべての参照は、ＤＣ電源に同等に当てはまる。
【００２０】
プラズマチャンバ３０内で実行される各製造プロセスは、従来、プロセスコントローラ３４によって制御され、このコントローラは、製造プロセスのアクションおよびパラメータを指示および制御するように、プロセスシーケンスプログラムを格納および実施するコンピュータである。例えば、従来、プロセスコントローラ３４は、プラズマチャンバに対してワークピースを入出させるロボットを制御し、チャンバ内へさまざまな試薬ガスの流れを調整するガス弁を制御し、プロセスチャンバ内のガス圧力を調整する排気弁を制御するようにプログラムされている。プロセスコントローラは、従来、プロセスチャンバ３０か、プロセスチャンバが接続されたマルチチャンバプラットフォームまたはメインフレームのいずれかのコンポーネントとして供給される。
【００２１】
多くの製造プロセスが、異なるＲＦ電力レベルで実行されるプロセスステップのシーケンスを含む。したがって、プロセスコントローラ３４の従来の追加機能は、ＲＦ電源２０が、プロセスの異なるステップまたはステージで、異なるレベルのＲＦ電力をプラズマチャンバ３０に供給するように、ＲＦ電源２０のＲＦ電力レベルを制御することである。詳しく言えば、プロセスコントローラ３４は、ＲＦ電源２０のＲＦ電力制御入力２１へ、ディジタルまたはアナログ電気信号であるＲＦ電力設定点信号３６（図２Ａ）を送信し、任意の時間点でのこの信号の値は、プロセスコントローラによって実施されているプロセスシーケンスによって現在特定されているＲＦ電力レベルを表す。
【００２２】
実際のＲＦ電力レベルが、ＲＦ電力設定点信号３６の値によって表される所望のＲＦ電力レベルと等しくなるように、ＲＦ電力２２で生成されたＲＦ信号の実際の電力レベルを調整しようとすることによって、ＲＦ電源２０は、ＲＦ電力設定点信号３６に応答する。以下で説明するように、電気アークなどのプロセスチャンバにおける異常な状況により、ＲＦ電源２０が、ＲＦ電力設定点信号３６によって指定されたＲＦ電力レベルを生成できなくなることがある。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態において、ＲＦ電力設定点信号３６は、ＲＦ電力レベルの移行が、プロセスコントローラによって現在実施されているプロセスシーケンスによって特定されるときをＡＤＳＣが検出できるように、ＡＤＳＣ１０にさらに接続される。
【００２４】
本明細書において以下に記載するアーク検出およびアーク抑制アルゴリズムのステップは、ＡＤＳＣ１０によって実行される。ＡＤＳＣは、以下に記載するすべての機能を実行するようにプログラムされた単一の従来のコンピュータプロセッサからなるものであってもよい。このようなアプローチは、近い将来、経済的に実現可能になると予測されるが、現時点では、このようなすべての機能を実行する速度を備えた単一のプロセッサは高価なもので望ましくない。したがって、本明細書におけるＡＤＳＣの好ましい実施形態は、２つのコンピュータプロセッサ、すなわち、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１２と呼ぶ比較的低速のプロセッサと、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４と呼ぶ非常に高速のプロセッサとを含む。また、ＡＤＳＣは、以下に記載されるような、アナログ・ディジタル変換器およびアナログ傾き検出器または微分器などのアナログ電気回路を含んでもよい。
【００２５】
ＰＬＣおよびＤＳＰの両方は、プログラマブル算術計算ユニットと、入力データ、出力データ、および以下に記載するアルゴリズムによって使用されるパラメータを格納するためのメモリとを含む。ＤＳＰは、多数のセンサ信号をサンプリングし、センサ信号から他の値を場合によりに導出し、次に、それらの値をしきい値（以下に画成）と実時間で比較する。ＤＳＰは、１マイクロ秒未満でこれらすべてのステップを実行できる程度に高速のものであることが好ましい。ＰＬＣは、スピードがあまり重視されないインタフェースおよびロギング機能を実行するため、より低速のものであってもよい。
【００２６】
アーク検出およびアーク抑制アルゴリズムの以下の記載に、ＰＬＣ１２とＤＳＰ１４との間での機能の好ましい振り分けが含まれている。しかしながら、ＤＳＰまたはＰＬＣによって実行される以下に記載される任意の機能は、ＡＤＳＣのすべての機能を実行する単一のコンピュータプロセッサなど、ＡＤＳＣ内の任意のアナログまたはディジタル回路やコンピュータプロセッサによって代わりに実行することもできる。
【００２７】
２．アークの検出
アーク検出抑制コンピュータ（ＡＤＳＣ）１０は、「アークの抑制」という見出しで以下に記載するアーク抑制アルゴリズムと、以下のパラグラフで記載するアーク検出アルゴリズムの両方を実行するようにプログラムされる。
【００２８】
ＤＳＰは、１つ以上のセンサによって生成されたセンサ出力信号Ｓｉ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３など）を実時間でモニタし、センサ出力信号Ｓｉの任意のものが、プラズマチャンバ内のアークを示唆する異常な値を有するときを検出することによって、プラズマチャンバ３０内での電気アークの発生を検出する。
【００２９】
プラズマチャンバ３０内でのアークを検出するために出力を使用可能なセンサの１つの広義のカテゴリーは、チャンバ内での電場、磁場、または光学的放射など、チャンバ内の電磁条件を検知するように、プラズマチャンバに結合されるセンサである。このようなセンサの一例は、プラズマによって放射される光をモニタする光学センサ（図示せず）である。別の例は、プラズマチャンバ内に載置されたＥＭＦプローブまたはアンテナ４７である。アンテナは、電磁場（ＥＭＦ）検出器４６の入力に接続され、この検出器は、アンテナが受信する電磁場強度の測定値を表す値を有するセンサ出力信号４８を生成する。ＥＭＦ検出器の出力４８は、ＤＳＰ１４に接続される。
【００３０】
プラズマチャンバ３０内のアークを検出するために出力を使用可能なセンサの別の広義のカテゴリーは、ＲＦ電源によってプラズマに供給されるＲＦ電力の特徴を検知（すなわち、検出）するように、ＲＦ電源２０とプラズマチャンバとの間に結合されたセンサである。
【００３１】
このようなセンサの１つの例は、図１に示す、ＲＦ電源２０とＲＦインピーダンス整合網２８との間に接続された従来の方向性結合器２４である。例示した方向性結合器は、２つのセンサ出力信号２５、２７を生成し、これらの信号の振幅は、方向性結合器によって検知された前進ＲＦ電力および反射ＲＦ電力をそれぞれ表す。他の方向性結合器は、反射出力係数としても知られる、反射ＲＦ電力と前進ＲＦ電力との比率またはこの比率の平方根のいずれかを表すセンサ出力を生成してもよい。上述したように、市販のＲＦ電力発生器は、単一のエンクロージャ内にＲＦ電源と方向性結合器とを組み合わせていることが多い。方向性結合器の前進および反射出力２５、２７が、ＤＣ信号ではなくＲＦ信号であれば、方向性結合器とＡＤＳＣの各出力間に、従来のエンベロープ検出器（すなわち、整流器とその後の低域通過フィルタ）が接続されなければならない。
【００３２】
ＲＦ電力の特徴を検知するセンサの第２の例は、高調波センサなどのＲＦひずみ分析器であり、この分析器は、ＲＦ電圧または電流の基本周波数より実質的に高い周波数にある上記電圧または電流の任意のスペクトル成分の振幅を測定することによって、ＲＦ電源によってチャンバに供給されるＲＦ電圧または電流のひずみを検出する。
【００３３】
このようなセンサの第３の例は、電気的に調整可能なＲＦ整合網２８であり、この整合網は、整合網を調整するために電気制御信号に応答して値が調節されるインダクタまたはコンデンサを有する。これらの電気制御信号は、制御信号の変化が、プラズマチャンバによってＲＦ整合網の出力へ与えられた電気インピーダンスの変化を知らせるため、センサ出力信号として有益である。同様に、他のタイプのＲＦ整合網２８は、ＲＦ源２０の周波数を調節することによって調整可能である。このような周波数調整可能な整合網を用いて、ＲＦ源の出力またはこのような周波数を制御するコントローラの出力は、センサ出力信号Ｓｉを構成することができる。
【００３４】
図２は、プラズマチャンバ３０内でのアークの発生を検出するために、方向性結合器２４によって生成された前進ＲＦ電力信号２５と反射ＲＦ電力信号２７をどのように使用できるかを図示すグラフである。図２Ａは、プロセスコントローラ３４がＲＦ電源２０に送信するＲＦ電力設定点信号３６を示す。この値は、ＲＦ電源とプラズマチャンバ３０によって与えられた負荷インピーダンスとの両方に変動および不安定性がないものとした場合のＲＦ電力２２の振幅の状態を表す。図２は、時間ｔ０〜ｔ３間のＲＦ電力Ｐ１の第１のレベルと、時間ｔ３〜ｔ４間のＲＦ電力Ｐ２のより低いレベルとを要求するプラズマチャンバにおいて実行されている製造プロセスを図示す。
【００３５】
図２Ｂおよび図２Ｃは、方向性結合器２４によって検出された前進ＲＦ電力信号２５および反射ＲＦ電力信号２７をそれぞれ示し、これらの信号は、この例において、第１および第２のセンサ信号Ｓ１およびＳ２である。プラズマチャンバ内のアークは、時間ｔ１で始まり、時間ｔ２で終わる。アークが発生している間隔ｔ１〜ｔ２の間、前進ＲＦ電力は低下し、反射ＲＦ電力は増大する。本発明において、本発明者らは、プラズマチャンバ内のアークを識別するために、前進および反射ＲＦ電力のこのような変化を検出する。
【００３６】
ＲＦアンテナ４７などのプラズマチャンバの内部に結合された光学センサまたはＥＭＦセンサは、図２Ｃにグラフで示した反射電力信号２７と同様に挙動する。詳しく言えば、これらのセンサの任意のものは、ノイズや不安定性を重ね合わせた比較的低い定常状態値を有し、プラズマチャンバ内でアークが発生すると、実質的に値が増加する。
【００３７】
本発明者らは、反射ＲＦ電力信号２７が、１つの最も信頼できるアークの指標であることを見い出したが、これは、アークが発生していない際、この値が比較的安定したものであるためである。また、前進ＲＦ電力信号２５、ＥＭＦセンサ信号４８、および反射ＲＦ電力信号の傾き（時間微分）も、反射ＲＦ電力信号を補足するために有益な信号であるが、不安定性またはノイズがより高いという特徴がある。
【００３８】
本発明において、各センサ信号Ｓｉは、出力信号が、本明細書においてアーク検出しきい値と呼ばれるしきい値Ｌｉを下回るか、または上回るかにしたがって、アークが発生していることを指し示すものと見なされる。前進ＲＦ電力２５（Ｓ１）などのいくつかのセンサ信号は、これらの値がしきい値を下回ると、アークの発生を指し示すのに対して、反射ＲＦ電力２７（Ｓ２）およびＥＭＦ検出器４６〜４８（Ｓ３）などの他のセンサ信号は、これらの値がしきい値を超えると、アークの発生を指し示す。両方のタイプのセンサ信号を対象として含む用語に一貫性をもたせるために、本明細書では、センサ出力信号Ｓｉとそれに対応するアーク検出しきい値Ｌｉとの比較の結果Ｒｉを、その比較がアークの発生を指し示すか指し示さないかにしたがって、正または負であると呼ぶとともに、センサ出力信号を、センサ出力信号Ｓｉとそれに対応するしきい値Ｌｉとを比較した結果Ｒｉが正であるか負であるかにしたがって、悪い値または良い値を有すると呼ぶ。したがって、前進ＲＦ電力センサ信号２５（Ｓ１）は、第１のしきい値Ｌ１を下回れば悪いとみなされるのに対して、反射ＲＦ電力センサ信号２７（Ｓ２）およびＥＭＦ検出器信号４８（Ｓ３）は、第２のしきい値Ｌ２および第３のしきい値Ｌ３をそれぞれ超えれば悪いと見なされる。
【００３９】
図３は、図１のＡＤＳＣ１０によって実行されるアルゴリズムを示す。まず、ＡＤＳＣ（以下に説明するように、ＰＬＣ１２またはＤＳＰ１４のいずれか）は、第１、第２、および第３のアーク検出しきい値Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を確立し、ＤＳＰ内のメモリにしきい値を格納する（ステップ１００）。以下、「アーク検出しきい値の調節」という見出しで、アーク検出しきい値を確立する代替の方法について説明する。
【００４０】
実時間において、ＤＳＰは、センサ信号Ｓ１（前進ＲＦ電力信号２５）、Ｓ２（反射ＲＦ電力信号２７）、およびＳ３（ＥＭＦ検出器信号４８）の各々の値を周期的にサンプリングする（ステップ１０４）。「サンプリング」という用語は、ＤＳＰ内の従来のサンプルホールド回路によって実行されているように、特定の電気信号を受信し、選択された時間点でその瞬間的な値を格納するというこを意味する。
【００４１】
ＤＳＰは、第１、第２、および第３のセンサ信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３の現在のサンプリング値を、第１、第２、および第３のしきい値Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３とそれぞれ比較する（ステップ１０８）。ＤＳＰは、これらの比較の任意の結果が正であれば、すなわち、第１のセンサ信号Ｓ１（前進ＲＦ電力信号２５）が、第１のしきい値Ｌ１を下回れば、第２のセンサ信号Ｓ２（反射ＲＦ電力信号２７）が第２のしきい値Ｌ２を超えれば、または第３のセンサ信号Ｓ３（ＥＭＦ検出器信号４８）が第３のしきい値Ｌ３を超えれば、アークが発生したというアラートを発信する（ステップ１５０）。
【００４２】
ＤＳＰは、電気通信バス１５上でアークアラート信号をＰＬＣに送信することによって、アークが生じたという信号を発信することが好ましい（図２Ｄ）（ステップ１５０）。ＰＬＣは、ＤＳＰからアークアラート信号を受信したときに、どの改善措置を実行すべきかを特定するようにプログラミングされる（ステップ１５２）。適切な改善措置の例は、（１）以下の「アークの抑制」というタイトルの第９節に記載するアーク抑制アルゴリズム、すなわち、図９のステップ２００〜２０６を実行すること、（２）通信バス１６を介して、プラズマチャンバへのＲＦ電力を直ちに遮断するようにプロセスコントローラ３４に指示するコマンドを送信すること、（３）通信バス１６を介して、プラズマチャンバ内に現在あるワークピースの処理が完了するまで待機した後、プラズマチャンバの動作を遮断するようにプロセスコントローラ３４に指示するコマンドを送信すること、または（４）外部通信バス１８を介して、チャンバを動作する人にアラートを発信し、および／または、プラズマチャンバの動作を中断することなく、コンピュータメモリにイベントをログすることである。
【００４３】
すべての比較の結果Ｒｉが負になると、すなわち、すべてのセンサ信号Ｓｉが、そのそれぞれのしきい値Ｌｉの「良い」側に戻ると、ＤＳＰは、図２Ｄの時間ｔ２に示すように、アークアラート信号１４をクリアにし、または取り除く。
【００４４】
３．サンプリング間隔および最小アーク持続時間
センサ信号をサンプリングするステップ（ステップ１０４）と、各センサ信号を対応するアーク検出しきい値と比較するステップ（ステップ１０８）は、サンプリング間隔ΔＴと呼ぶ間隔で周期的に繰り返される。
【００４５】
サンプリング間隔より短い持続時間でアークが発生すれば、センサ信号Ｓｉは、良いから悪いに変化し、次いで、センサ信号の連続サンプリグ間隔の間に良いに戻り（ステップ１０４）、この場合、ＡＤＳＣは、アークが発生したことを検出しない。アークの持続時間が短すぎて、プラズマチャンバにおいて製造されるワークピースまたはチャンバの任意のコンポーネントのいずれかに損傷を与える危険性を生じ得なければ、このようにアークの検出ができないことは、必ずしも好ましくないわけではない。逆に、ＡＤＳＣは、このような損傷を及ぼす危険が十分にある長い持続時間のアークを確実に検出することが重要である。したがって、好ましくは、サンプリング間隔は、このように実質的に損傷を及ぼす危険性を生じる最短のアーク持続時間より長くないものにすべきである。以下に説明する理由により、サンプリング間隔は、このような持続時間の４分の１または１０分の１程度である。
【００４６】
センサ信号にランダムノイズや不安定性があると、アークが発生していなくても、そのセンサ信号がそのそれぞれのしきい値を短期間交わってしまうことがある。このようなノイズスパイクがアークの発生として誤認されないようにするため、アーク検出アルゴリズムでは、アーク検出アルゴリズムがアークが発生したという信号を発信する前に、本明細書において最小アーク持続時間しきい値「Ｄ」と呼ぶ、少なくとも最小時間の間、正の比較結果（すなわち、「悪い」値を有するセンサ）が持続する必要があることが好ましい。損傷を及ぼす可能性のあるアークイベントを確実に検出するために、好ましくは、最小アーク持続時間しきい値は、プラズマチャンバにおいて製造されているワークピースまたはチャンバの任意のコンポーネントのいずれかに実質的に損傷を及ぼす危険性が生じる最短アーク持続時間より長くないものにすべきである。
【００４７】
各センサ信号を対応するしきい値と比較するステップが、周期的なサンプリング間隔でディジタル回路によって実行される場合、図８のアナログ比較器回路ではなく、本明細書に記載するすべての実施形態におけるように、センサ信号ノイズまたは不安定性に応答する誤ったアーク検出は、正の比較結果が少なくとも複数の「Ｎ」の連続サンプリング間隔の間持続するようにすることで回避することができる（ステップ１０６）。本明細書において、正の比較カウントしきい値と呼ぶこの複数Ｎは、少なくとも３であることが好ましい。本明細書の好ましい実施形態において、Ｎ＝１０である。
【００４８】
最小アーク持続時間しきい値Ｄは、サンプリング間隔ΔＴと正の比較カウントしきい値Ｎとの積になる。アーク検出システムの実施例をデザインする際、設計者は、上述した考慮すべき点に基づいて、最小アーク持続時間しきい値と、正の比較カウントしきい値を選択すべきである。サンプリング間隔ΔＴは、選択された正の比較カウントしきい値Ｎによって除算された選択された最小アーク持続時間しきい値Ｄ以下のものであるべきである。
【００４９】
図４は、正の比較結果の数をカウントし、そのカウントが正の比較カウントしきい値Ｎ以上である場合のみアークが発生したというアラートを発信することに関するステップ１１２、１２０、および１３０を含むアーク検出アルゴリズムを図示する。アルゴリズムの他のステップは、図３の前述したアルゴリズムと同じものである。
【００５０】
ステップ１１２、１２０、および１３０は、ＤＳＰによって実行されることが好ましい。ＤＳＰは、正の比較カウントしきい値Ｎをメモリ内に格納する。また、ＤＳＰは、センサ信号Ｓｉと対応するアーク検出しきい値Ｌｉとの間のすべての比較のすべての結果Ｒｉが負になるたびに、値がクリアにされた、すなわち、ゼロにリセットされた数値カウントをメモリ内に格納する（ステップ１１２）。逆に、少なくとも１つのこのような比較が正の結果である任意のサンプリング間隔において、ＤＳＰは、メモリに格納されたカウントをインクリメントする（ステップ１２０）。カウントがインクリメントされるたびに、カウントは、正の比較カウントしきい値Ｎと比較される（ステップ１３０）。カウントがＮ以上であれば、ＤＳＰは、上述したように、通信バス１５を介してアラートを発信する（ステップ１５０）。
【００５１】
本発明は、薄膜トランジスタのアレイを有するフラットパネルディスプレイを作製するために使用されるガラス基板上に膜を堆積するために使用されるプラズマチャンバでテストを行った。これらのテストによれば、１０マイクロ秒は、短すぎて損傷を生じ得ないアークと、基板上のあるトランジスタに実質的に損傷を及ぼす危険性があるアークとの間の適度なしきい値である。ゆえに、誤ったアラートの危険性を最小限に抑えるために、ステップ１３０では、アークを指し示すセンサの異常な出力、すなわち、ステップ１０８において１つ以上の正の比較結果が、アークが発生したというアラートを発信する（ステップ１５０）前に、少なくとも１０マイクロ秒の最小アーク持続時間しきい値Ｄの間持続する必要がある。好ましい実施形態において、正の比較カウントしきい値Ｎは１０であり、サンプリング間隔ΔＴは１マイクロ秒である。
【００５２】
アークを検出する目的が、主に、ワークピース上のトランジスタに損傷を及ぼすであろう短い持続時間のアークを検出することではなく、ワークピースに亀裂や破損を生じ得るほど長い持続時間のアークを検出することであれば、１００ｍｓと同程度の長さのアークは、典型的に、ガラス基板である基板に損傷を与えないことが観察されたため、最小アーク持続時間しきい値は、１００ｍｓと同程度、または１秒であってもよい。
【００５３】
場合により、ＡＤＳＣは、正の比較結果の数がアークアラートを発信するのに十分であるかにかかわらず、比較が正の結果を有するたびに、センサ信号の値を記録するログをメモリに格納してもよい（ステップ１２２）。このようなログは、製造プロセスの性能を高めるために、後の分析で有益なものとなることがある。実時間でログを更新する必要がないため、ＤＳＰ１４は、通信バス１５を介してＰＬＣ１２にセンサ値を送信でき、次いで、ＰＬＣは、独自のメモリにデータを格納できる。
【００５４】
４．アーク検出しきい値の調節
各アーク検出しきい値Ｌｉの値は、ＤＳＰ１４内のメモリに格納されるべきである。これらの値は、ＤＳＰ１４のプログラミングの一環として確立されてもよい。より好ましくは、プラズマチャンバを動作する人が、アーク検出しきい値Ｌｉの所望の値を工場制御コンピュータに入力してもよく、このコンピュータは、通信バス１８を介してＰＬＣ１２にしきい値を伝送し、次いで、ＰＬＣ１２は、バス１５を介してＤＳＰにしきい値Ｌｉを伝送する。
【００５５】
各アーク検出しきい値Ｌｉは、（１）アークが存在しない場合、対応するセンサ信号Ｓｉが通常有するであろう値の範囲と、（２）プラズマチャンバにアークが発生しているときに対応するセンサ信号Ｓｉが通常有するであろう値の範囲との間の範囲に設定されるべきである。図２Ｂおよび図２Ｃに図示するように、アークがない場合のセンサ信号Ｓｉは、ＲＦ電源２０およびチャンバ内のプラズマの負荷インピーダンスのノイズおよび不安定性が原因で、ある範囲にわたって変動し、負荷インピーダンスのノイズおよび不安定が生じる１つの原因として、プラズマチャンバにおいて実行されている製造プロセスの進行中に、プラズマの化学的性質が変化することが挙げられる。
【００５６】
さらに詳しく言えば、反射ＲＦ電力Ｓ２およびチャンバＥＭＦ検出器信号Ｓ３など、アークが発生すると値が増加する各センサ測定値に関して、対応するアーク検出しきい値は、実際にアークが生じていないときのアークの誤った検出を回避できるように十分に高いものであり、また、アークに検出に失敗することがないように十分に低いもの、すなわち、アークが確実に検出されるように十分に低いものであるべきである。言い換えれば、各アーク検出しきい値Ｌｉは、アークの発生時、対応するセンサ測定値Ｓｉが対応するしきい値Ｌｉを確実に超えるように十分に低いものであるべきあり、アークが存在しない時、対応するセンサ測定値Ｓｉが、しきい値Ｌｉをほとんど超えることがないように十分に高いものであるべきである。
【００５７】
「低い（ｌｏｗ）」および「下回る（ｂｅｌｏｗ）」を「高い（ｈｉｇｈ）」および「上回る（ａｂｏｖｅ）」に置き換えることを除いて、前進電力測定値Ｓｉなど、アークの発生時に値が減少するセンサ測定値にも同じ原理が当てはまる。すなわち、アーク検出しきい値Ｌ１は、アークの発生時、前進電力Ｓ１がしきい値Ｌ１を確実に下回るように十分に高いものであるべきであり、アークが存在しない時、前進電力Ｓ１がしきい値Ｌ１をほとんど下回らないように十分低いものであるべきである。
【００５８】
アーク検出しきい値Ｌｉは、上述したように、製造プロセス全体を通して固定されたままにすることもできる。しかしながら、アーク検出しきい値Ｌｉの最適な値は、プロセスの異なるステップで異なるものであってもよい。プロセスチャンバ内において実行される製造プロセスは、チャンバ内のＲＦ電力レベルおよび／またはガスの化学的性質があるステップから次のステップへと変化する連続ステップを伴う場合が多い。例えば、ワークピース上に電子デバイスを形成するためのプロセスは、プラズマ強化洗浄ステップを含んでもよく、その後、ある材料のプラズマ強化化学気相成長が続き、その後、異なる材料のプラズマ強化化学気相成長が続く。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｃは、第１のＲＦ電力レベルＰ１で第１の時間間隔ｔ０〜ｔ３中に第１のプロセスステップが実行され、第１のＲＦ電力レベルＰ２で第２の時間間隔ｔ３〜ｔ４中に第２のプロセスステップが実行されるプロセスを示す。図２Ｂは、第１の時間間隔ｔ０〜ｔ３中に前進ＲＦ電力信号Ｓ１と比較するアーク検出しきい値Ｌ１が、前進ＲＦ電力信号Ｓ１より常に大きいため、間隔ｔ３〜ｔ４中は無益であり、間隔ｔ３〜ｔ４の間、正の比較結果Ｒｉを生成することで、アークの発生を誤って指示してしまうことを示す。この誤った結果を回避するために、第２の時間間隔ｔ３〜ｔ４中、Ｌ１の代わりに、より低いアーク検出しきい値Ｌ１Ａを用いるべきである。
【００６０】
本発明の１つの考慮される実施形態により、各プロセスステップに対して、開始時間、停止時間、およびＤＳＰによってモニタされているセンサの各々に対してあるべきアーク検出センサしきい値Ｌｉを特定する表をＰＬＣのメモリ内に格納することによって、製造プロセスの異なるステップで、アーク検出しきい値Ｌｉの異なるセットが与えられる。ＰＬＣは、各々の新しいプロセスステップの始まりに、センサしきい値Ｌｉ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３など）の新しいセットをＤＳＰに転送する。この実施形態の１つの利点は、表に格納されたしきい値が、単にＲＦ電力レベルのしきい値を基にしているのではなく、各プロセスステップ中にガスの化学的性質または他の動作条件の差を考慮することができる。
【００６１】
しかしながら、本発明者らは、ＲＦ電力設定点信号３６の値にのみをアーク検出しきい値の基にすることで、確実なアーク検出にとって十分であることを見い出した。この方法は、プラズマチャンバにおいて異なる製造プロセスを実行することが望まれるたびに、ＰＬＣのメモリに格納されたパラメータをカスタマイズ化する必要がないという利点がある。したがって、本発明の好ましい実施形態において、ＤＳＰは、チャンバプロセスコントローラ３４から、コントローラがＲＦ電源２０へその電力を制御するために送信するＲＦ電力設定点信号３６を受信するように接続される。ＲＦ電力設定点信号３６は、プロセスの現在のステップで意図したＲＦ電力をＤＳＰにすぐに指示する。
【００６２】
この実施形態において、ＤＳＰは、図５に示すように、サンプリング間隔ごとに、ＲＦ電力設定点信号３６の現在の値を受信するステップと、ＲＦ電力設定点信号の関数として（as a function）、各アーク検出しきい値Ｌｉを決定するステップを繰り返すことが好ましい（ステップ１００）。各センサ測定値を対応するしきい値と比較するステップ（ステップ１０８）の直前にステップ１００が繰り返し実行されるように、ステップ１００が、サンプリング間隔ごとに繰り返される一連のステップ内にある点で、図５に示すこの実施形態のアルゴリズムは、前述した実施形態（図３および図４）のアルゴリズムと異なる。好ましい実施形態において、ステップ１００、１０４、および１０８は、毎マイクロ秒繰り返される。
【００６３】
単純であるが効果的な実施例において、乗算定数Ｋｉが、各アーク検出しきい値Ｌｉに関連付けられる。しきい値は、各アーク検出しきい値Ｌｉ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３など）を、そのそれぞれの乗算定数Ｋｉ（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３など）とＲＦ電力設定点、すなわち、ＲＦ電力設定点信号３６の現在の値との積に設定することによって、周期的に更新される（ステップ１００）。
【００６４】
ＲＦ電力設定点に変化があった後、ＤＳＰがアーク検出しきい値Ｌｉを迅速に更新できるように、乗算定数Ｋｉは、好ましくは、より低速のＰＬＣではなく、ＤＳＰのメモリに格納されるべきであり、ＤＳＰは、好ましくは、しきい値Ｌｉと乗算定数Ｋｉの乗算を実行すべきである。
【００６５】
乗算定数Ｋｉの値は、経験的に決定されてもよい。例えば、Ｓ１およびＳ２が前進および反射ＲＦ電力である場合、Ｋ１およびＫ２の適切な値は、Ｋ１＝０．９０およびＫ２＝０．０３であってもよい。すなわち、前進ＲＦ電力Ｓ１が、ＲＦ電力設定点の９０％を下回れば、または反射ＲＦ電力Ｓ２が、ＲＦ電力設定点の３％を上回れば、アークが検出されるということである。
【００６６】
乗算には、加算、減算、および比較より高い計算力が必要とされるため、アーク検出アルゴリズムで乗算ステップを回避することで、より安価なＤＳＰ回路を使用することができるようになる。結果として、本発明の好ましい実施形態では、上記パラグラフに記載した乗算定数Ｋｉまたは任意の他の乗算ステップを使用しない。その代わりとして、ＤＳＰは、表の参照を実行することによって、ＲＦ電力設定点信号３６に応答して、アーク検出しきい値Ｌｉを決定する。参照表は、プラズマチャンバにおけるワークピースの処理中に、プロセスコントローラ３４が特定すると予測されるさまざまなＲＦ電力設定点を複数の範囲に分割した後、各アーク検出しきい値Ｌｉに対する値を各電力設定点範囲に割り当てることによって画成される。表の各行は、所与の表の行の適用範囲を画成する最小および最大電力設定点の第１列および第２列と、各アーク検出しきい値Ｌｉの追加の列とを含む。
【００６７】
参照表全体、すなわち、ＲＦ電力設定点の各範囲に対するアーク検出しきい値は、ＤＳＰのメモリに格納されることが好ましい。ＤＳＰは、ＲＦ電力設定点信号３６の現在の値を読み取り、表のどの行が現在の設定点よりそれぞれ低いおよび高い最小および最大電力設定点値を有するかを決定し、次いで、該当する表の行の残りの列に特定された値に各アーク検出しきい値Ｌｉを設定することによって、図５に示すアルゴリズムのステップ１００を実行する。
【００６８】
例えば、表１は、１つのセンサ信号、すなわち反射ＲＦ電力信号Ｓ２しか使用しないＡＤＳＣの１つの実施形態の場合の参照表を図示する。表２は、２つのセンサ信号、すなわち、前進ＲＦ電力信号Ｓ１および反射ＲＦ電力信号Ｓ２を使用するＡＤＳＣの代替実施形態の場合の参照表の行のサブセットを図示する。
【００６９】
【００７０】
【表１】
2006140440.tif 000003
【００７１】
【表２】
2006140440.tif 000004
【００７２】
ステップ１００がサンプリング間隔ごとにＤＳＰが実行するステップのループ内にあることを示す他に、図５は、以下に記載するセンサ信号から値を導出する特徴に関するステップ１０６と、以下に記載するヒステリシス特徴に関するステップ１０２、１１４、および１４０を示す点で、図３および図４とはさらに異なる。これらの特徴の各々は、本発明の随意の態様であり、図５にまとめて含まれているにもかかわらず、他の特徴が含まれているかどうかとは別に含み得るものである。
【００７３】
図５は、サンプリング間隔ごとに更新されるアーク検出しきい値Ｌｉを示す（ステップ１００）を示すが、アーク検出しきい値は、ある程度低い率で更新されてもよく、この場合、ＤＳＰではなくより低速のＰＬＣによってステップ１００を実行することが可能であってもよい。この代替実施形態において、ＰＬＣは、ＲＦ電力設定点信号３６を受信し、アーク検出しきい値Ｌｉの値を確立し、通信バス１５を介してＰＬＣにしきい値を伝送する。ＰＬＣは、センサ信号をサンプリングするステップと、それらの信号とアーク検出しきい値とを比較するステップとを実行する際に、ＤＳＰが同期されるサンプリング間隔に対して非同期にこれらのステップを実行できる（ステップ１０４〜１４０）。
【００７４】
５．アーク検出しきい値のヒステリシス
上述したアーク検出アルゴリズムの随意のさらなる改良は、アーク検出しきい値にヒステリシスを追加することであり、これは、アークの開始とアークの終了を識別するための、異なるしきい値を確立することを意味する。図５は、ヒステリシス特徴を含むＡＤＳＣによって実行されるアルゴリズムの１つの実施形態を示す。
【００７５】
ＤＳＰが、アークが始まったことを決定し、アークアラート信号をＰＬＣまたは外部デバイスに送信すると（ステップ１５０）、ＤＳＰは、ヒステリシスモードを有効にする（ステップ１４０）。ＤＳＰは、ヒステリシスモードが有効にされたかを指示するために、メモリにバイナリビット（「フラグ」）を設定またはクリアすることが好ましい。
【００７６】
ヒステリシスモードが有効にされている間、ＤＳＰは、ＤＳＰが現在のセンサ信号とアーク検出しきい値とを比較するたびに（ステップ１０８）、各アーク検出しきい値Ｌｉから対応するヒステリシスオフセットＨｉを減算する（ステップ１０２）。減算は、図５に示すように、別のステップであってもよく、または比較演算の一部であってもよい（ステップ１０８）。
【００７７】
各ヒステリシスオフセットＨｉは、対応するしきい値Ｌｉが、対応するセンサ信号Ｓｉの正常または「良い」値より大きければ正でなければならず、対応するしきい値Ｌｉが、対応するセンサ信号Ｓｉの正常または「良い」値より小さければ負であるべきである。したがって、ヒステリシスオフセットの効果は、ＤＳＰがアークのイベントが終了したと認識する前に、ＤＳＰが、各センサ信号に正常または理想の値の付近に戻すように要求することである。
【００７８】
また、すべての比較（ステップ１０８）の結果Ｒｉが負であり、ＤＳＰがアークアラート信号を取り除く（クリアする）と（ステップ１１０）、ＤＳＰは、ヒステリシスオフセットが、アーク検出しきい値から減算されないように（ステップ１０２）、ヒステリシスモードを無効にする（ステップ１１４）。
【００７９】
ヒステリシスオフセットは、ＤＳＰのプログラミングに含まれてもよく、またはバス１８を介してＰＬＣにチャンバを操作する人によって伝送されてもよい。より好ましくは、アーク検出しきい値が、上述したような参照表に格納されれば、ヒステリシスオフセットは、同じ表に格納されてもよい。本発明者らは、本発明において、前進ＲＦ電力および反射ＲＦ電力センサ信号にそれぞれ対応するアーク検出しきい値の両方に対して、２５ワットのヒステリシス値を基本設定にしている。
【００８０】
６．プロセス移行中のアーク検出の無効化
本発明者らは、ＲＦ電力が最初にオンにされると、またはＲＦ電力設定点がより高いレベルまたは低いレベルへ進むと、センサ測定値Ｓｉは、アークが発生したときの変化に類似して一時的に変化し得ることを見い出した。詳しく言えば、ＲＦ電力設定点が増大すると、前進ＲＦ電力Ｓ１は、ＲＦ電力設定点３６と同じ率で増大することができない。ＲＦ電力設定点が、増大または低下すると、チャンバ内でのプラズマの結果的に得られる変化は、反射ＲＦ電力Ｓ２とチャンバＥＭＦ信号Ｓ３との両方に一時的なサージ電圧を生成することがある。このように挙動がアークとして誤って指し示されないようにするために、本発明の好ましい実施形態により、ＡＤＳＣは、ＲＦ電力設定点のこれらの迅速な変化の期間中、図３〜図５のアーク検出アルゴリズムを実行できないようになる。
【００８１】
詳しく言えば、ＲＦ電力が最初にオンにされると、ＡＤＳＣは、ＲＦ電力が最終的な値まで増大し安定化するのに必要な時間より長いことが好ましい所定の初期一時停止期間後まで、アーク検出アルゴリズムの実行を開始しない。同様に、ＡＤＳＣは、ＲＦ電力設定点信号３６が、時間ｔ０およびｔ３に図２Ａに図示するように、より高い値または低い値へ進んだり、または急速に変化したりするときはいつでも、アーク検出アルゴリズムの実行を一時停止する。一時停止期間は少なくとも７０ｍｓであることが好ましく、少なくとも１００ｍｓであることが更に好ましい。
【００８２】
ＤＳＰは、ＲＦ電力設定点信号３６をモニタし、それが実質的に変化するときを検出するようにプログラムされることが好ましい。この場合、ＤＳＰは、ＤＳＰのメモリに格納された所定の一時停止期間、アーク検出アルゴリズムの一時停止を始動すべきである。一時停止期間中、ＤＳＰは、ＲＦ設定点の新しい値に応答して、アーク検出しきい値Ｌｉを更新できる（図３または図４のステップ１００）。一時停止期間が終了すると、ＤＳＰは、ステップ１０４でアーク検出アルゴリズムの実行を再開すべきである。
【００８３】
本発明のこの実施形態において、アーク検出アルゴリズムのステップ１０２〜１５２が、ＲＦ電力設定点が実質的に変化するときはいつでも一時停止されるため、各々の一時停止期間中を除いて、アーク検出しきい値を更新するステップ、すなわち、ステップ１００を実行する必要がない。したがって、図５に示すアルゴリズムの実施形態にあるように、サンプリング間隔ごとにステップ１００を繰り返しても意味がない。
【００８４】
７．センサ信号からの値の導出
上述したように、センサ信号Ｓｉを直接モニタする他に、「センサ導出値」と呼ぶ１つ以上の値Ｖｉをモニタすることが有益な場合があり、この場合、各センサ導出値は、１つ以上の実際のセンサ信号Ｓｉから導出される（すなわち、これらの信号に応じたものである）。図６は、センサ信号から値を導出するステップを追加するために修正された図５のアーク検出アルゴリズムを示す（ステップ１０６）。比較するステップにおいて（ステップ１０８）、各アーク検出しきい値Ｌｉは、図５に示すように、センサ信号Ｓｉの代わりに、対応するセンサ導出値Ｖｉと比較される。
【００８５】
有益なセンサ導出値の例は、（１）複数センサ信号の和または平均、（２）反射ＲＦ電力２７と前進ＲＦ電力２５との間の比率など、２つのセンサ信号間の比率、および（３）反射ＲＦ電力信号２７の傾きなど、センサ信号の１つの傾きまたは時間導関数である。
【００８６】
さらに、センサ導出値Ｖｉの任意のものは、センサ導出値とアーク検出しきい値を比較するステップ（図６、ステップ１０８）が、センサ信号をアーク検出しきい値と比較するステップ（図３〜図５、ステップ１０８）の代わりではなく、その一般化であるように、センサ信号Ｓｉのうちの１つと単に等しい。結果的に、図６は、図５のアルゴリズムを包含するものであり、その一般化である。
【００８７】
上述したアーク検出アルゴリズムのように、所与のセンサ導出値Ｖｉが、通常、アークが存在しない場合に対応するアーク検出しきい値Ｌｉより小さければ、ステップ１０８の比較の結果Ｒｉは、センサ導出値Ｖｉがしきい値Ｌｉより大きいかまたは小さいかにしたがって、正または負であると見なされる。逆に、所与のセンサ導出値Ｖｉが、通常、アークが存在しない場合にしきい値Ｌｉより大きければ、比較の結果Ｒｉは、センサ導出値Ｖｉがしきい値Ｌｉより小さいまたは大きいかどうかに応じて、正または負であると見なされる。
【００８８】
本発明者らがアークを検出するために特に効果的であると見い出したセンサ導出値の組み合わせが、反射ＲＦ電力信号２７に等しいものとして第１のセンサ導出値Ｖ１を画成し、反射ＲＦ電力信号の傾きに等しいものとして第２のセンサ導出値Ｖ２を画成することである。図１の実施形態において、ＤＳＰは、反射ＲＦ電力信号のサンプルに基づいて、反射ＲＦ電力信号の傾きを数学的に計算するようにプログラミングできる。信号の傾きをその信号の連続サンプルに応じて計算するための数学的アルゴリズムが周知である。あるいは、以下に記載する図８の実施形態は、反射ＲＦ電力信号の傾きに比例した信号を生成するために、アナログ傾き検出器を用いる。
【００８９】
８．長期および短期アーク持続時間の区別
アークによって生じる損傷の深刻さが、アークの持続時間とともに増すため、ＡＤＳＣが、短期および長期の持続時間アークの間を区別することが望ましいこともある。例えば、ガラス基板上のフラットパネルディスプレイを作製するためのプラズマチャンバにおいて、１０マイクロ秒より長いアークは、ディスプレイのトランジスタに損傷を与える危険性を呈するのに対して、１秒より長いアークは、ガラス基板に亀裂を生じる危険性を呈する。ログに１０マイクロ秒アークの発生を記録するには十分なこともあるが、０．１秒持続時間のアークでは、破損の可能性がある基板が他のチャンバコンポーネントに損傷を及ぼさないように、プラズマチャンバの動作をすぐに遮断することが必要なこともある。
【００９０】
図７は、少なくともＮ２の連続サンプルに対してアークが持続するかどうかを検出するための追加のステップ１６０〜１６４を含む図６のアーク検出アルゴリズムの変形例を示し、この場合、Ｎ２は、最小の正の結果カウントＮより大きい、好ましくは、少なくとも１０倍より大きい整数である。例えば、サンプリング間隔が１マイクロ秒であれば、Ｎ２は、０．１秒より長い持続時間のアークを発信するために、１０５であるべきである。
【００９１】
ステップ１６０〜１６４は、メモリにＮ２の値を格納するＤＳＰによって実行されるのが好ましい。図４〜６のアルゴリズムのステップ１１２、１２０、および１３０において使用される同じカウントは、ステップ１６０においてＮ２と比較される。カウントがＮ２以上であれば、ＤＳＰは、好ましくは、バス１５上でＰＬＣに信号を送信することによって、長期にわたってアークが発生したという信号を発信する（ステップ１６２）。次いで、ＰＬＣは、プラズマチャンバの遮断などの改善措置を始動でき（ステップ１６４）、これは、より短い持続時間のアークに応答して施される改善措置（ステップ１５２）より深刻である。
【００９２】
９．アナログしきい値検出器回路
図８は、図１のＤＳＰ１４の代替となり得るアナログしきい値検出器回路を示す。しきい値検出器回路は、アーク検出アルゴリズムにおけるアーク検出しきい値Ｌｉとそれぞれ比較される各センサ信号Ｓｉまたはセンサ導出値Ｖｉに対して、従来のアナログ比較器回路または演算増幅器３０１〜３０６を用いる。各比較器回路３０１〜３０６の出力は、対応する比較の結果Ｒ１〜Ｒ６である（図３〜図６のいずれかのアーク検出アルゴリズムのステップ１０８）。
【００９３】
図８に示すしきい値検出器回路は、６つのセンサ導出値を６つの対応するアーク検出しきい値Ｌ１〜Ｌ６と比較する６つの比較器回路を有する。しかしながら、図示した回路は、１つのみを含む、任意の数のセンサ導出値またはセンサ信号で比較を実行でき、この場合、対応するアーク検出しきい値と別々に比較されるセンサ導出値およびセンサ信号の総数に等しい、すなわち、ステップ１０８において生成される別個の比較結果Ｒｉの数に等しい多数の比較器回路を含む。
【００９４】
しきい値検出器回路は、図１の実施形態においてＤＳＰ１４に接続されるセンサ信号Ｓｉの各々を受信するように接続される（ステップ１０４）。図８の実施形態において対応する比較器回路３０１、３０３、および３０５によって受信したセンサ導出値Ｖ１、Ｖ３、およびＶ５の３つは、前述した実施形態におけるセンサ信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３、すなわち、前進ＲＦ電力信号２５、反射ＲＦ電力信号２７、およびＥＭＦ検出器信号４８と同じである（ステップ１０４）。対応する比較器回路３０２、３０４、および３０６によって受信する追加のセンサ導出値Ｖ２、Ｖ４、およびＶ６は、これらの信号の対応する傾きである。本発明者らは、センサ信号の傾きの大きさの増大が、アークの発生の有益な指標になることを見い出した。
【００９５】
傾きは、各センサ信号２５、２７、４８を対応する傾き検出器回路３２１、３２２、３２３の入力に接続することによって導出される（ステップ１０６）。各傾き検出器の出力は、対応する比較器３０２、３０４、３０６の入力とつながる。傾き検出器は、微分器回路と、その後に低域通過フィルタとを含む市販の回路である。
【００９６】
各比較器回路３０１〜３０６は、正の入力および負の入力を有する。各比較器回路の１つの入力は、所望のセンサ信号Ｓｉまたはセンサ導出値Ｖｉに比例する電圧信号を受信するように接続される。他の入力は、対応するアーク検出しきい値Ｌｉに比例する電圧信号を受信するように接続される。後者の電圧は、対応するしきい値調節回路３１１〜３１６によって生成される。
【００９７】
各しきい値調節回路３１１〜３１６は、単に、図９に示すように、所望のアーク検出しきい値Ｌｉを確立するように手動で調節される電位差計６０に接続される固定電圧源であり得る。好ましくは、電位差計は、ディジタル制御可能な電位差計として機能するディジタル制御されたレジスタはしご形回路網６０と取り替えることもできる。はしご形回路網６０のディジタル制御入力は、通信バス１５を介してＰＬＣ１２に接続されることが好ましく、それによって、ＰＬＣは各しきい値を調節することができるようになる（図３〜図６のステップ１００および１０２）。
【００９８】
アークが存在しない場合に対応するアーク検出しきい値より通常小さく、アークに応答して増大するセンサ信号Ｓｉまたはセンサ導出値Ｖｉが、対応する比較器回路の正の入力に接続されなければならない。対応するしきい値調節回路は、負の入力に接続されなければならない。例は、反射ＲＦ電力信号２７（図２Ｃ）、その傾きＶ４、ＥＭＦ検出器信号４８、およびその傾きＶ６である。逆に、アークが存在しない場合に対応するアーク検出しきい値より通常大きく、アークに応答して低減するセンサ信号Ｓｉまたはセンサ導出値Ｖｉが、対応する比較器回路の負の入力に接続されなければならない。対応するしきい値調節回路は、正の入力に接続されなければならない。例は、前進ＲＦ電力信号２５（図２Ｂ）、およびその傾きＶ２である。
【００９９】
図１のＤＳＰ１４の代わりに、図８のアナログしきい値検出器回路を用いるこの実施形態は、図３〜図６に示すアーク検出アルゴリズムの上述した変形例の任意のものを実行するために使用することができる。図８のアナログしきい値検出器回路は、上述したアーク検出アルゴリズムのステップ１０４、１０６、および１０８を実行し、ＰＬＣ１２は、アルゴリズムの他のステップを実行するようにプログラミングされる。アナログしきい値検出器回路が、サンプリング間隔の代わりに継続的に比較を実行するため、フローチャートループにおいて繰り返し実行されるように図３〜図６に示されているステップ１０２〜１４０が、アナログしきい値検出器回路とともに継続的に実行することができる。アナログしきい値検出器回路によって生成される比較結果Ｒｉが、ＰＬＣの入力を中断するように接続されれば、ＰＬＣは、サンプリングまたはポーリング間隔が経過した後にのみ応答するのではなく、正の結果Ｒｉにすぐに応答し得る（ステップ１２０〜１５２）。
【０１００】
１０．アークの抑制
上述したようにアークを検出することに加え、ＡＤＳＣ１０は、アークを抑制するためのアルゴリズムを実行するようにプログラミングされることが好ましく、これは、ＡＤＳＣがアークを検出した後にアークの持続時間を最小限に抑えることを意味する。簡潔に言えば、本発明のアーク抑制方法は、ＲＦ電源２０によってプラズマチャンバに短時間与えられるＲＦ電力をオフにすることであり、これは、通例、アークを抑え（停止し）、次いで、ＲＦ電力を前のレベルに戻す。
【０１０１】
図１に示す回路は、本発明のアーク抑制方法を実行可能である。ＲＦ電源２０は、ＲＦ電源の出力がオンかオフかをオンおよびオフ状態が決定するバイナリ信号を受信する「イネーブル」入力２３を含む。イネーブル入力信号２３が「オン」状態にあると、ＲＦ電源は、上述したように、ＲＦ電力設定点入力２１によって指定された電力レベルを出力する。イネーブル入力信号２３が「オフ」状態にある場合、ＲＦ電源は、ＲＦ電力設定点信号２１にかかわらず、出力２２でゼロ電力を与える。
【０１０２】
ＡＤＳＣ１０、好ましくは、ＤＳＰ１４は、ＲＦ電源のイネーブル入力２３に接続されたバイナリＲＦ電力イネーブル信号７０を生成する。通常、ＲＦ電源が、プロセスコントローラ３４からＲＦ電力設定点信号３６によってＲＦ電力がどのレベルに指定されているかどうかを出力するように、ＤＳＰは、ＲＦ電力イネーブル信号を「オン」状態に維持する。
【０１０３】
図１０に、図１の回路によって実行されるアーク抑制アルゴリズムが示されている。
【０１０４】
アーク抑制アルゴリズムは、前述したアーク検出アルゴリズム（図３〜図６のステップ１００〜１５０）がアークを検出しなければ実行されない（ステップ１５０）。
【０１０５】
ＤＳＰによって実行されるアーク検出アルゴリズムが、アークが発生していることを決定すると（ステップ１５０〜１５２）、ＤＳＰは、アークを抑えようとする試みの数を表すＤＳＰのメモリに格納されたカウント「Ｃ」をクリアにする（ゼロにリセットする）（ステップ２００）ことによって、アーク抑制アルゴリズムの実行を開始する。この時点で、ＤＳＰは、ＲＦ電力イネーブル信号７０を「オフ」状態に変化させ、これは、ＲＦ電源２０に、その出力２２をゼロに下げるように命令する（ステップ２０１）。ステップ２００および２０１は、同時または任意の順序で実行することができる。
【０１０６】
ＤＳＰは、アーク抑制期間ＴＳと呼ばれる所定の期間、「オフ」状態にＲＦ電力イネーブル信号７０を維持する（ステップ２０１）。期間ＴＳの持続時間は、この期間ＴＳ後、元のＲＦ電力が回復すると、アークが抑えられたまま、すなわち、アークが再開しないという無視できない可能性を達成するのに十分に長いものであることが好ましい。
【０１０７】
好ましい実施形態において、アーク抑制期間ＴＳのデフォルト値は、２ミリ秒である。より一般的に、期間ＴＳは、２０ｍｓ以下であることが好ましく、５ｍｓ以下であることがさらに好ましい。
【０１０８】
低減された出力期間ＴＳが終了した後、ＲＦ電源２０の出力２２が、プロセスコントローラ３４からＲＦ電力設定点信号３６によって指定された電力レベルに戻ること、すなわち、ＲＦ電力が、チャンバにおいて実行されているプロセスの現在のステップに対して通常のレベルに戻ることに応答して、ＤＳＰは、ＲＦ電力イネーブル信号７０を「オン」状態に変える（ステップ２０２）。
【０１０９】
ＲＦ電力が回復した後、ＤＳＰは、図３〜図６のアーク検出アルゴリズムのステップ１０４〜１０８を実行することによって（ステップ２０３）、アークが抑えられたか（除去されたか）をテストする。ステップ１０８の比較のすべてが負の結果を有せば、アーク抑制はうまくいったと見なされる（図１０のステップ２０３の結果は「すべて負」）。したがって、ＤＳＰは、ステップ１５０において設定されてもよい任意のアークアラート信号をクリアにし（ステップ２１０）、図１０のアーク抑制アルゴリズムの実行を中止し、ステップ１００で始まる図３〜図６のアーク検出アルゴリズムの実行を再開する。
【０１１０】
逆に、ステップ１０８の比較の任意のものが正の結果を有せば、アークが停止しなかったため、またはＲＦ電力が通常レベルに戻るとアークが再発したため、アーク抑制はうまくいかなかったと見なされる（ステップ２０３の結果は「１つ以上が正」）。いずれの場合も、ＤＳＰは、メモリに格納された前述したカウント「Ｃ」を１インクリメントするため（ステップ２０４）、カウントは、現在のアークを抑制しようと試みて成功しなかった際に、ステップ２０１を実行した回数を指し示す。
【０１１１】
次に、ＤＳＰは、カウント「Ｃ」を、ＤＳＰのメモリに同様に格納された所定の最大許容数ＮＳと比較する。アークを抑制しようとして成功しなかった試みの回数が、最大許容数ＮＳ以下であれば（ステップ２０５の結果が「いいえ」）、ＤＳＰは、ステップ２００においてカウントをクリアにするステップを迂回して、ステップ２０１で始まるアーク抑制アルゴリズムを繰り返す。
【０１１２】
逆に、アークを抑制しようとして成功しなかった試みの回数が、最大許容数ＮＳより大きければ（ステップ２０５の結果が「はい」）、ＤＳＰは、ＰＬＣが改善措置をとるようにプログラミング可能であることに応答して、通信バス１５に介してＰＬＣにアークアラート信号を送信する（ステップ２０６）。このような改善措置の例は、「アークの検出」という見出しの上記第２節の終盤付近に記載した改善措置（２）〜（４）である。
【０１１３】
記載したアルゴリズムの１つの可能な変形例は、ステップ２０５においてアーク抑制アルゴリズムの繰り返しを停止するときを決定するために、試みの固定回数ＮＳではなく基準を用いることであり、または、任意のこのような基準を省き（ステップ２０４および２０５）、アークが取り除かれるまで不明確にアーク抑制アルゴリズムを単に継続することである。
【０１１４】
ＲＦ電源が、「イネーブル」入力２３を有さなければ、アーク抑制アルゴリズムは、プロセスコントローラ３４のＲＦ電力設定点の出力３６と、ＲＦ電源２０の電力設定点の入力２１との間に、ＡＮＤゲート、スイッチ、またはマルチプレクサ（ＭＵＸ）４０を挿間することによって実行され得る。
【０１１５】
図１１は、２つのデータ入力を有するマルチプレクサ４０を用いる１つの実施形態を示す。第１のデータ入力は、プロセスコントローラ３４によって生成されるＲＦ電力設定点信号３６を受信するように接続され、その値は、プラズマ３０において実行されているプロセスの現在のステップで、プロセスコントローラが決定するＲＦ電力が望まれることを表す。マルチプレクサの第２のデータ入力は、ゼロの設定点出力を表す固定の電圧に接続される（図１１に文字ゼロ「０」として示す）。
【０１１６】
ＡＮＤゲート、スイッチ、またはマルチプレクサ４０は、ＤＳＰ１４から「ＲＦ電力イネーブル」バイナリ信号７０を受信するように接続された制御入力を有する。ＲＦ電力イネーブル信号が「オン」状態にある場合、ＡＮＤゲート、スイッチ、またはマルチプレクサ４０は、ＲＦ電力設定点信号３６をＲＦ電源２０の電力設定点の入力に接続する。ＲＦ電力イネーブル信号が「オフ」状態にある場合、ＡＮＤゲート、スイッチ、またはマルチプレクサ４０は、前述したゼロ値を電力設定点の入力２１を結合する。
【０１１７】
図２Ｅは、ＤＳＰがアーク抑制アルゴリズムを実行しているとき、時間間隔ｔ１〜ｔ２の間に正常値とゼロとの間を変動する電力設定点の入力２１を示す。また、図２Ｅは、アークが存在していない間、時間間隔ｔ０〜ｔ１およびｔ２〜ｔ３の間に高レベルと、時間間隔ｔ３〜ｔ４の間にプロセスコントローラ３４によって命令されたより低いレベルにある電力設定点の入力２１を示す。
【０１１８】
図１１に示すデザインの１つの可能な変形例は、ゼロより大きいが、プロセスコントローラ３４によって与えられる設定点信号３６によって特定された設定点出力より実質的に低いレベルまでＲＦ電力を低下させることによって、アークを抑制することである。これは、マルチプレクサ４０の第２の入力に接続されたゼロ信号「０」を、値がこのように低減された電力レベルを表す電圧源と取り替えることによって実行され得る。
【０１１９】
図１２は、ＲＦ電源２０の設定点入力２１に接続されたＲＦ電力設定点信号７２を発生するようにＤＳＰがプログラミングされ、マルチプレクサ４０、およびプロセスコントローラ３４とＲＦ電源２０との間の接続が不要になるさらなる変形例を示す。図１２の実施形態において、ＤＳＰは、図１および図１１の実施形態において、ＤＳＰがＲＦ電力イネーブル信号２３を「イネーブル」値に設定する時間の間、プロセスコントローラからＤＳＰによって受信される電力設定点信号３６と同じ値に電力設定点信号７２を設定するようにプログラミングされる。逆に、図１および図１１の実施形態において、ＤＳＰがＲＦ電力イネーブル信号２３を「ディスエーブル」値に設定した時間の間、ＤＳＰは、図１２の実施形態において、上記節で記載したように、ゼロまたはアークを抑制するために低減したレベルのいずれかへ、電力設定点信号７２を設定するようにプログラミングされる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】ＲＦ電源およびプラズマチャンバと組み合わせたアーク検出抑制回路の略図的ブロック図である。
【図２】プラズマチャンバ内でのアーク発生中の電気信号をシミュレートしたグラフである。
【図３】基本的なアーク検出アルゴリズムのフローチャートである。
【図４】最小持続時間しきい値より短時間のアークの識別を拒絶する改良されたアーク検出アルゴリズムのフローチャートである。
【図５】アーク検出しきい値に対してヒステリシスを追加し、電力源の電力設定点の関数として、サンプリング間隔ごとにしきい値を更新するさらに修正されたアーク検出アルゴリズムのフローチャートである。
【図６】アーク検出しきい値とセンサ信号から導出された値とを比較するために修正された図５のアルゴリズムのフローチャートである。
【図７】アークが特定の持続時間より長い間続くかどうかを検出するためのステップを追加するさらに改良されたアルゴリズムのフローチャートである。
【図８】アナログ電圧比較器が組み込まれたしきい値検出器の略図的ブロック図である。
【図９】電位差計を有するしきい値調節回路の電気略図である。
【図１０】アーク抑制アルゴリズムのフローチャートである。
【図１１】ＲＦ電源のＲＦ設定点入力に接続されたマルチプレクサを含む、図１の回路の代替実施形態である。
【図１２】ＤＳＰがＲＦ電源に電力設定点信号を与える、図１の回路の別の代替実施形態である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０…ＡＤＳＣ、１２…ＰＬＣ、１４…ＤＳＰ、１５…電気通信バス、１８…外部通信バス、２０…ＲＦ電源、２１，３６…ＲＦ電力設定点入力、２２，２６…ＲＦ電力、２３…イネーブル入力信号、２４…方向性結合器、２５，２７，４８…センサ出力信号、２８…ＲＦインピーダンス整合網、３０…プラズマチャンバ、３２…電極、３４…プロセスコントローラ、４６…ＥＭＦ検出器、４７…ＲＦアンテナ、７０…ＲＦ電力イネーブル信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2006140440000001.pdf