CN103474321A - 在等离子体室中检测电弧的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在等离子体室中检测电弧的方法和装置。根据本发明的用于检测等离子体室中电弧的装置被设计为检测供应给等离子体室的RF功率的相应的电压和电流值，并计算该电压和电流值的比例以实现对功率的供应的所需控制。当确定电弧产生时，该装置快速控制功率的供应以防止由于电弧的产生而对等离子体室的损伤以及对要被处理的材料造成污染。

Description

在等离子体室中检测电弧的方法和装置
技术领域
本发明涉及检测在消耗功率的负载中产生的电弧的方法和装置，更具体地，涉及检测在使用射频(RF)功率来产生等离子体的等离子体处理室中产生的电弧的方法和装置。
背景技术
在消耗功率的负载中产生的电弧可能对电源或该负载产生损害。尽管优选的是基本上防止电弧的产生，但是电弧可能由于各种因素而产生。因此，已经继续技术努力来检测电弧的产生，以阻断电弧连续产生。
特别地，对于使用RF功率的等离子体工艺，所产生的电弧可能损伤等离子体室并污染要被处理的材料。在这方面，已经提出用于检测在该室中产生的电弧并将其快速阻断的技术。例如，存在一种工艺，其包括，检测反射功率中的意外变化，检查电弧是否产生，并阻断或减小所供应的RF功率。然而，由于等离子体室中产生的电弧不必然导致反射功率的增加，因此难以增加其可行性。
使用等离子体的半导体制造工艺需要非常高的精确性。因此，需要精确检测该室中产生的电弧并快速控制功率供应的方法和装置。
发明内容
本发明的目的是提供用于检测等离子体室中的电弧的方法和装置，其能够精确检测等离子体室中产生的电弧。
本发明的一个方面是针对用于检测等离子体室中电弧的装置。该装置包括：电压传感器，其用于检测由电源供应到等离子体室的射频(RF)功率的电压值；电流传感器，其用于检测RF功率的电流值；电压和电流比例检测电路，其用于接收由电压传感器和电流传感器检测到的电压和电流值，以计算电压和电流比例；以及控制器，其用于基于在电压和电流比例检测电路中计算的电压和电流比例来确定电弧是否产生。
根据本发明的一个示例性实施例，当控制器确定在等离子体室中产生电弧时，其控制以减小来自电源的RF功率的供应。
根据本发明的另一个示例性实施例，当控制器确定在等离子体室中产生电弧时，其控制以阻断来自电源的RF功率的供应。
根据本发明的再一个示例性实施例，当控制器确定在等离子体室中产生电弧时，其首先控制减小来自电源的RF功率的供应，然后阻断该功率的供应。
根据本发明的又一个示例性实施例，其进一步包括：反射功率检测器，其用于检测从电源供应到等离子体室的RF功率的反射功率；比较器电路，其用于将由反射功率检测器检测到的反射功率值与参考值比较；以及逻辑电路，其用于逻辑计算在比较器电路中比较的值以及来自电压和电流比例检测电路的电压和电流比例的值，并将最终的逻辑值提供到控制器。
根据本发明的又一个示例性实施例，控制器基于由逻辑电路提供的逻辑值执行对电源的控制。
本发明的另一方面是针对用于检测等离子体室中的电弧的方法，包括步骤：检测从电源供应到等离子体室的RF功率的电压值；检测RF功率的电流值；利用所检测到的电压和电流值计算电压和电流比例的值；以及，基于所计算电压和电流比例的值确定等离子体室中是否产生了电弧。
根据本发明的一个示例性实施例，当确定电弧产生时，确定电弧是否产生的步骤进一步包括控制来自电源的RF功率的供应。
根据本发明的另一个示例性实施例，控制RF功率的供应包括减小RF功率的供应。
根据本发明的再一个示例性实施例，控制RF功率的供应包括阻断RF功率的供应。
根据本发明的又一个示例性实施例，控制RF功率的供应包括减小并随后阻断RF功率的供应。
根据本发明的又一个示例性实施例，其进一步包括：检测从电源供应到等离子体室的RF功率的反射功率值的步骤，以及基于所检测的反射功率值确定电弧是否产生的步骤。
根据本发明的检测等离子体室中的电弧的方法和装置检测供应到等离子体室的RF功率的电压和电流比例的变化来检查电弧的产生，并且然后，当需要控制电源时，快速减小或阻断从电源输出的RF功率以防止电弧的产生对等离子体室的损伤对要被处理的材料的污染。
附图说明
为了使本领域技术人员充分理解本发明的目的、特征和优点，在下文中结合附图利用具体的实施例描述本发明，附图中：
图1是显示了根据本发明的第一实施例的用于检测等离子体室中的电弧的装置的框图。
图2是显示了用于图1的电弧检测装置的操作过程的流程图。
图3是显示了根据本发明的第二实施例的用于检测等离子体室中的电弧的装置的框图。
图4是显示了用于图3的电弧检测装置的操作过程的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明，附图中显示了本发明的一些但不是全部的实施例。的确，本发明能够以许多不同的形式实施并不应该理解为限制为在此提及的这些实施例；相反，提供这些实施例是使得该公开将满足实用性的法律要求。相同的附图标记始终指代相同的元件。
图1是显示了根据本发明的第一实施例的用于检测等离子体室中的电弧的装置的框图。
参见图1，根据本发明第一实施例的电弧检测装置被设计为检测在等离子体室(40)内产生的电弧并随后控制电源(10)以防止由于产生的电弧造成的对等离子体室的损伤以及对要被处理的材料的污染。
从电源(10)产生的RF功率通过阻抗匹配单元(30)供应到配置在等离子体室(40)中的上电极和下电极(41、42)。当工艺气体和RF功率被供应到等离子体室(40)中时，在上电极(41)和下电极(42)之间产生等离子体(43)。在供应RF功率期间，阻抗匹配单元(30)随着等离子体室(40)中产生的等离子体(43)的阻抗变化来操作，然后由此产生适当的阻抗匹配。然而，由于当出现快速电压-电流变化、即出现电弧时，难以通过阻抗匹配单元(30)控制阻抗，因此需要电弧检测以及基于该电弧检测的电源(10)的智能控制。
本发明的电弧检测装置被设计为检测由电源(10)供应到等离子体室(40)的RF功率的相应的电压和电流，并计算所检测的电压和电流值的比例以实现对功率供应的所需控制。
该电弧检测装置包括电压传感器(20)和电流传感器(22)。该电压传感器(20)和电流传感器(22)分别检测由电源(10)供应到等离子体室(40)的RF功率的电压和电流。由电压传感器(20)和电流传感器(22)检测的相应的电压和电流值被提供给电压和电流比例检测电路(24)。电压和电流比例检测电路(24)计算所检测的电压和电流值的比例并将该比例值提供给控制器(26)。例如，对于50ohm负载，当检测到50伏电压和1安电流时，这被认为是稳定状态。控制器(26)确定电弧是否产生，同时将由电压和电流比例检测电路(24)提供的电压和电流比例值与稳定状态的参考值比较。当控制器(26)确定电弧产生时，其控制电源(10)减小功率的供应，或者，当电弧连续产生时，其阻断功率供应。
图2是显示了用于图1的电弧检测装置的操作过程的流程图。
参见图2，在步骤S10中，如以上说明的电弧检测装置被设计成使用电压传感器(20)和电流传感器(22)检测电压和电流。在步骤S20中，由电压和电流比例检测电路(20)检测到的电压和电流值的比例被计算并被提供给控制器(26)。在步骤S30中，控制器(26)将由电压和电流比例检测电路(24)提供的电压和电流比例的值与参考值比较，并且确定电弧是否产生。当控制器(26)确定电弧产生时，控制电源(10)以减小RF功率，或者如果需要，通过控制器(26)将其阻断。
图3是显示了根据本发明的第二实施例的用于检测等离子体室中的电弧的装置的框图，并且图4是显示了用于图3的电弧检测装置的操作过程的流程图。
参见图3和4，根据本发明的第二实施例的电弧检测装置的构造与以上说明的本发明的第一实施例的构造是基本相同的。因此，省略了相同构造的重复说明。根据本发明的第二实施例的电弧检测装置进一步包括检测反射功率的变化以确定电弧是否产生。反射功率检测电路(27)检测提供给并反射到等离子体室(40)的反射功率。检测到的反射功率值被提供给比较器电路(28)。比较器电路(28)将反射功率值与在参考值设置部(29)中设定的参考值比较，并且将得到的比较操作值提供给逻辑电路(25)。逻辑电路(25)逻辑计算由比较器电路(28)输入的比较操作值，以及由电压和电流比例检测电路(24)提供的电压和电流比例检测值，并将得到的逻辑运算值提供给控制器(26)。控制器(26)基于由逻辑电路(25)提供的逻辑运算值来确定电弧是否产生，并且，当确定电弧产生时，控制器(26)命令减小RF功率，或者，如果必要，阻断功率的供应。
根据本发明的用于检测等离子体室中的电弧的方法和装置的前述实施例是示例性的，但不限于此。本发明可应用于具有不同目的的用于检测等离子体室中的电弧的方法和装置。
以上说明的优选实施例的特征及其修改可以被适当的结合，只要不发生冲突。
虽然以上已经说明了本发明的优选实施例，应该明白的是，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，各种变化和修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围将仅由下面的权利要求确定。

Claims (12)

1.一种用于检测等离子体室中的电弧的装置，包括：
电压传感器，所述电压传感器用于检测由电源供应到所述等离子体室的射频(RF)功率的电压值；
电流传感器，所述电流传感器用于检测所述RF功率的电流值；
电压和电流比例检测电路，所述电压和电流比例检测电路用于接收由所述电压传感器和所述电流传感器检测到的电压和电流值，以计算电压和电流比例；以及
控制器，所述控制器用于基于在所述电压和电流比例检测电路中计算的所述电压和电流比例确定电弧是否产生。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述控制器确定在所述等离子体室中产生电弧时，所述控制器控制以减小来自所述电源的所述RF功率的供应。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述控制器确定在所述等离子体室中产生电弧时，所述控制器控制以阻断来自所述电源的RF功率的供应。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述控制器确定在所述等离子体室中产生电弧时，所述控制器首先控制减小来自所述电源的所述RF功率的供应，并且然后阻断所述功率的供应。
5.根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括：
反射功率检测器，所述反射功率检测器用于检测从所述电源供应到所述等离子体室的所述RF功率的反射功率；
比较器电路，所述比较器电路用于将由所述反射功率检测器检测到的反射功率值与参考值比较；以及
逻辑电路，所述逻辑电路用于逻辑计算在所述比较器电路中比较的值以及来自所述电压和电流比例检测电路的所述电压和电流比例的值，并将得到的逻辑值提供到所述控制器。
6.根据权利要求5所述的装置，所述控制器基于由所述逻辑电路提供的所述逻辑值执行对所述功率的供应的控制。
7.一种用于检测等离子体室中的电弧的方法，包括步骤：
检测由电源供应给所述等离子体室的RF功率的电压值；
检测所述RF功率的电流值；
利用所检测到的电压和电流值计算电压和电流比例的值；以及
基于所计算的所述电压和电流比例的值确定在所述等离子体室中是否产生电弧。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当确定电弧产生时，确定电弧是否产生的步骤进一步包括控制来自所述电源的所述RF功率的供应。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述RF功率的供应的控制包括减小所述RF功率的供应。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述RF功率的供应的控制包括阻断所述RF功率的供应。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述RF功率的供应的控制包括减小并且然后阻断所述RF功率的供应。
12.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：检测从所述电源供应到所述等离子体室的所述RF功率的反射功率值的步骤，以及基于所检测的反射功率值确定电弧是否产生的步骤。
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