CN104730372A - 基于rf阻抗模型的故障检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于RF阻抗模型的故障检测。描述了检测等离子体系统中的潜在故障的方法。该方法包括访问等离子体系统的一个或多个部件的模型。该方法还包括接收关于将RF功率提供给等离子体腔的数据。使用包括一个或多个状态的配置提供RF功率。该方法也包括使用数据以产生在模型输出处的模型数据。该方法包括检查模型数据。检查是指检查表征等离子体系统的等离子体过程的性能的一个或多个变量。该方法包括标识一个或多个变量的故障。该方法还包括确定故障已发生预定时间段以使故障被标识为事件。该方法包括对事件进行分类。

Description

基于RF阻抗模型的故障检测

技术领域

本实施例涉及基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的系统和方法。

背景技术

在等离子体系统中，信号源产生射频(RF)信号以提供至等离子体腔。当信号由等离子体腔接收时，等离子体腔内的气体被点燃以在等离子体腔内产生等离子体。

等离子体被用于衬底上的许多操作，例如清洁衬底、加工衬底、在衬底上进行氧化物沉积、蚀刻衬底等。在操作进行期间，会面对多种阻抗。例如，在等离子体腔内可能存在等离子体无约束。又如，可能存在起弧或等离子体漏失。这些事件降低了晶片产量并增加了与执行操作关联的时间和成本。

就是在该背景下，提出了本公开中描述的实施例。

发明内容

公开的实施例提供用于基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的装置、方法和计算机程序。应当理解，当前实施例可以多种方式实现，例如工艺、装置、系统、设备或计算机可读介质上的方法。下面描述若干实施例。

在一些实施例中，本文描述的系统和方法利于检测和分类RF驱动的等离子体反应器内的等离子体干扰，在所述RF驱动的等离子体反应器内RF信号是脉冲波。脉冲信号的一个例子是振幅调制信号，振幅调制信号中RF信号的振幅受调制。

本文描述的系统和方法利于确定多个事件，例如起弧事件、无约束等离子体事件、等离子体漏失事件、等离子体不稳定事件等。使用一个或多个预定义阈值以检测故障或事件的系统和方法在工件的加工过程中被使用。预定义阈值被用来检测故障，故障被分类在多个类别中的一个中。当被分类的故障被确定为持续预定时间段或出现预定次数，则确定事件发生。事件是基于故障分类被分类的。故障和事件的检测和分类利于确定等离子体过程是否已偏离其正常工作。另外，事件的分类提供对产生该事件的等离子体系统的一个或多个部件的标识。

在一些实施例中，描述了检测等离子体系统中的潜在故障的方法。该方法包括访问等离子体系统的一个或多个部件的模型。该等离子体系统包括等离子体腔、RF发生器以及在等离子体腔和RF发生器之间的传输线。该方法进一步包括接收关于将RF功率提供给等离子体腔的数据。RF功率使用包括一个或多个状态的配置经由传输线提供至等离子体腔。该一个或多个状态在向等离子体腔提供功率期间不断地重复。该方法也包括使用数据以在向等离子体腔提供RF功率期间产生在模型输出处的模型数据。模型数据关联于一个或多个状态中的一个。该方法包括在一个或多个状态中的一个的期间检查模型数据。所述检查是检查一个或多个变量，所述变量表征等离子体系统的等离子体过程的性能。该方法包括标识在一个或多个状态中的一个状态期间针对一个或多个变量的潜在故障。该方法还包括确定在一个或多个状态中的一个状态期间潜在故障已发生一预定时间段，以使潜在故障被标识为事件。该方法包括对事件进行分类。

在多个实施例中，描述了用于确定与等离子体系统关联的故障的方法。该方法包括：接收与提供RF功率关联的数据。该数据是从传感器接收的。该方法还包括通过等离子体系统的一个或多个部件的计算机产生模型传播数据以确定在计算机产生模型的输出处的模型数据。等离子体系统包括RF发生器、经由RF电缆耦合至RF发生器的阻抗匹配电路以及经由RF传输线耦合至阻抗匹配电路的等离子体腔。该方法进一步包括：产生与来自模型数据的一个或多个变量关联的值；确定与一个或多个变量关联的值是否满足对应的一个或多个阈值；并一旦确定一个或多个变量的一个或多个值无法满足一个或多个阈值则产生故障。该方法包括：确定故障是否发生了预定时间段；并一旦确定故障发生了预定时间段就产生事件。该方法包括对事件进行分类。

在若干实施例中，描述了一种等离子体系统。等离子体系统包括产生和提供在输出处的RF信号的RF发生器。RF信号使用包括一个或多个状态的配置而被提供。一个或多个状态在RF信号提供期间不断地重复。等离子体系统进一步包括阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路连接至RF发生器以从RF发生器接收RF信号以产生经修正的RF信号。等离子体系统又包括RF传输线，该RF传输线耦合至阻抗匹配电路以将经修正的RF信号传递至等离子体腔。等离子体腔连接于RF传输线，以经由RF传输线接收经修正的RF信号以产生等离子体。等离子体系统进一步包括耦合至RF发生器的输出的传感器以及耦合至传感器的主机系统。主机系统包括处理器，用于访问等离子体系统的部件的模型，用于从传感器接收关于RF信号提供的数据，并使用该数据在RF信号提供期间产生在模型输出处的模型数据。模型数据关联于一个或多个状态中的一个状态。处理器在一个或多个状态中的一个状态期间检查模型数据。检查是检查表征等离子体腔内的等离子体过程的性能的一个或多个变量。处理器标识在一个或多个状态中的一个状态期间针对一个或多个变量的潜在故障。处理器进一步在一个或多个状态中的一个状态期间确定潜在故障是否已发生了预定时间段，由此将潜在故障标识为事件。处理器对事件作出分类。

本文描述的系统和方法的各实施例的一些优势包括不需要使用外部电路以监测电压和/或电流和/或光信号。例如，不需要受限于脉冲兼容性并受RF发生器的双模(例如多状态等)频率调谐和多个独立非零脉冲状态抑制的外部监视器(比如电压探头、电流探头、光传感器等)确定等离子体系统中是否已发生故障。又如，本文描述的系统和方法减少了在足够靠近等离子体反应器的电极的位置使用外部监视器的必要性。电压探头提供不准确的事件检测，因为在RF脉冲信号的一个状态下由电压探头检测到的事件当事件在相反状态下尚未发生时在RF脉冲信号的相反状态期间也被检测到。又如，不需要将外部电路耦合至等离子体系统中的节点，例如阻抗匹配电路的输入、阻抗匹配电路的输出、RF传输线等，以测量该节点处的电压或电流。外部电路的使用有时不是具有成本效益的。

本文描述的系统和方法的进一步优势包括辨别与实际事件相关联的复电压和电流变化的能力。例如，使用模型以及精密的电压和电流探头(例如国家标准和技术机构(NIST)探头等)有助于减少检测到不实的事件的机会。又如，将通过内部RF发生器复阻抗监视电路(例如NIST探头等)测得的RF发生器输出阻抗转换成RF建模的变量(例如在RF驱动的电极(例如卡盘等)处观察到的功率、电流、电压、阻抗等)从而实现等离子体故障检测。等离子体故障检测通过计算在等离子体系统的计算机生成模型的输出处的RF功率和阻抗变量(例如功率、电流、电压、阻抗等)并将一个或多个建模的变量的改变关联于等离子体系统中的故障而实现。建模的变量与关联于不同故障的多个阈值相比较以允许分辨对等离子体而言唯一的故障和事件。使用精密的电压和电流探头、计算机产生模型以及与不同故障关联的阈值提高了辨认实际事件的机会。

本文描述的系统和方法的其它优势包括提供基于状态的事件检测。例如，对于由RF发生器产生的RF信号的每种状态使用不同的变量阈值和/或不同的变量变化阈值。不同的变量阈值和/或不同的变量变化阈值有助于检测不同状态期间的事件。

本文描述的系统和方法的又一些优势包括考虑沿RF路径的变量，所述RF路径包括RF电缆、耦合至RF电缆的阻抗匹配电路、耦合至阻抗匹配电路的RF传输线以及耦合至RF传输线的电极。例如，当使用外部监视器而不使用如本文所述的计算机生成模型时，为了测量在靠近阻抗匹配电路的位置处的变量，不考虑沿RF传输线的RF路径。这种欠考虑导致事件的错误确定。

本文描述的系统和方法的进一步优势包括：确定事件的类型，例如起弧、等离子体漏失、等离子体不稳、等离子体无约束等；以及基于事件的类型控制等离子体系统。例如，当事件被确定为起弧时，等离子体系统的操作被禁止。又如，当事件被确定为等离子体不稳时，控制等离子体工具的操作以改变被提供至等离子体工具的功率量。

其它方面从下面的详细说明结合附图将变得明显。

附图说明

结合附图参照下面的详细说明，实施例将得以最好地理解。

图1A是根据本公开描述的实施例的基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的等离子体系统的方框图。

图1B是根据本公开描述的实施例的基于RF阻抗模型的故障检测的等离子体系统的方框图。

图1C示出根据本公开描述的实施例从RF脉冲信号的多个状态的故障产生事件的图表。

图2示出根据本公开描述的实施例使用模型相比使用起弧检测传感器的多个图表。

图3是根据本公开描述的实施例用来阐述当使用传感器而不使用模型进行检测时故障或事件的检测缺乏的图表。

图4是根据本公开描述的实施例用来阐述模型的使用提供对故障或事件的确定性指示的图表。

图5是根据本公开描述的实施例用来检测等离子体系统中的故障的方法的流程图。

图6是根据本公开描述的实施例示出基于RF信号的状态、RF发生器的操作的变化和/或RF信号的子状态的变化改变一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值的方法的流程图。

图7示出根据本公开描述的实施例用来展示RF信号的子状态的多个图表。

具体实施方式

下面的实施例描述了基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的系统和方法。显然，当前实施例没有这些具体细节中的一些或全部也可实践。在其它情况下，为了不至于不必要地模糊当前实施例，公知的过程操作未被详细描述。

图1A是用于基于RF阻抗模型的故障检测的等离子体系统100的实施例的方框图。等离子体系统100包括等离子体腔112、阻抗匹配电路114、一个或多个RF发生器116以及用于产生模型数据124的主机系统120。在一些实施例中，模型数据124包括变量值，例如复电压和电流、阻抗、复正向功率、复反射功率、复传递功率等。在一些实施例中，复电压和电流包括电压量级V、电流量级I以及电压和电流之间的相位φ。

在多个实施例中，当通过RF发生器116产生RF脉冲信号时，对于RF脉冲信号的每个状态产生模型数据124。例如，对于通过其中一个RF发生器116产生的RF脉冲信号的状态S1产生第一组模型数据，而对于RF脉冲信号的状态S0产生第二组模型数据。

状态S1和S0是连续的。例如，状态S0的实例顺序地跟随S1状态的实例。在该例子中，S1状态的另一实例顺序地跟随S0状态的实例。

RF信号的状态(例如S1等)具有功率电平，该功率电平排除(例如不同于)RF信号的另一状态(例如S0等)的功率电平。例如，RF信号的状态S1具有多个功率值，例如功率量级等，这些功率值不同于RF信号的状态S0的多个功率值。

在一些实施例中，通过RF发生器116之一产生的RF信号是连续波RF信号，例如具有一种状态而不是两个或更多个状态等。例如，连续波RF信号具有状态S1或状态S0。在这些实施例中，对于连续波RF信号产生模型数据124。

处理气(例如含氧气体、含氟气体等)被提供在等离子体腔112的上电极134和卡盘136之间。卡盘136的例子包括静电卡盘(ESC)和磁性卡盘。含氧气体的例子包括氧气而含氟气体包括四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、六氟乙烷(C2F6)等。此外，由RF发生器116产生的RF信号经由阻抗匹配电路114被提供至ESC 136以在等离子体腔112内产生等离子体。

当在等离子体腔112内加工工件138时，RF发生器116内的一个或多个传感器(例如探头、电压和电流探头等)感测RF发生器116输出处的RF信号以产生表征变量的数据。例如，探头118感测其中一个RF发生器116的输出处的RF信号以产生表征输出处的复电压和电流或阻抗的数据。RF发生器116中的一个的输出被用来将RF信号提供给阻抗匹配电路114。RF发生器116经由相应的通信电缆117将数据发送至主机系统120。

当在等离子体腔112内产生等离子体时，在状态S1或状态S0期间，主机系统120基于从RF发生器116接收的数据产生模型数据124。所接收的数据包括变量值，其例子已在前面给出。模型数据124在模型126的输出处产生，该模型数据124被存储在主机系统120的存储设备中。存储设备的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘、易失性存储器、非易失性存储器、存储盘的冗余阵列、闪存等。

模型126是等离子体工具130的一个或多个部件的计算机产生模型。例如，模型126是将对应的一个或多个RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114的一个或多个RF电缆的计算机产生模型，或者是阻抗匹配电路114的计算机产生模型，或者是将阻抗匹配电路114耦合至等离子体腔112的RF传输线127的至少一部分的计算机产生模型，或者是卡盘136的下电极的计算机产生模型。又如，模型126是一个或多个RF电缆和阻抗匹配电路114的组合的计算机产生模型，或者是RF电缆和阻抗匹配电路114以及RF传输线127的至少一部分的组合的计算机产生模型，或者是一条或多条RF电缆和阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分以及卡盘136的下电极的组合的计算机产生模型。再如，模型126是阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分的组合的计算机产生模型，或者是阻抗匹配电路114和RF传输线127的至少一部分以及卡盘136的下电极的组合的计算机产生模型。

RF电缆之一将RF发生器116之一耦合至阻抗匹配电路114，另一RF电缆将另一RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114，而又一RF电缆将又一RF发生器116耦合至阻抗匹配电路114。

RF传输线127包括传输线部分和圆柱体部分。传输线部分包括由RF包鞘围绕的RF棒。圆柱体部分包括经由RF带连接至RF棒的RF圆柱体。

主机系统120的处理器基于等离子体工具130的一个或多个部件的参数产生模型126。例如，一个或多个部件的模型126具有与一个或多个部件相似的特征，例如电阻、电容、电感、阻抗、电压、电流、复电压和电流等。又如，模型126具有与等离子体工具130的一个或多个部件相同数量的电容器和/或电感器，并且模型126的电容和/或电感以与该一个或多个部件中连接的方式相同的方式彼此连接，例如串联、并联等。为了提供解说，当阻抗匹配电路114包括与电感器串联耦合的电容器时，模型126也包括与电感器串联耦合的电容器。

又如，等离子体工具130的一个或多个部件包括一个或多个电气组件，例如电容器、电感器、电阻器等，并且模块126包括一个或多个部件的设计，例如计算机产生模型。在一些实施例中，计算机产生模型是基于从主机系统120的输入设备(例如鼠标、键盘、指示笔、触摸板、键盘等)接收的输入信号通过主机系统120的处理器产生的。输入设备经由输入/输出(I/O)接口连接至CPU 158。由用户作出一个或多个选择以产生输入信号。输入信号标识电气组件以包括在模型126中，并标识电气组件的彼此耦合方式，例如串联、并联等。又如，等离子体工具130的一个或多个部件包括电气组件以及电气组件之间的硬件连接，并且一个或多个部件的模型126包括电气组件的和硬件连接的软件表示。在一些实施例中，电气组件包括电阻器之间的连接、电感器之间的连接和/或电容器之间的连接。

基于经由RF电缆从传感器118接收的变量以及模型126中的要素(例如电感器、电容器、电阻器等)的特征，主机系统120的处理器计算模型126输出处的模型数据124，例如一个或多个变量值等。例如，主机系统120的处理器计算模型126中彼此串联的组件的阻抗之和并将该和加上从传感器118接收的阻抗值。又如，主机系统120的处理器计算模型126中彼此并联的组件的阻抗的乘积与模型126中彼此并联的组件的阻抗之和的比，并将该比加上从传感器118接收的阻抗值的比。再如，主机系统120的处理器从接收自传感器118的复电压和电流计算γ。模型数据124的其它例子包括功率、晶片偏置、离子能量、功率变化、电压变化、电流变化等。下面给出模型数据124的又一些例子。此外，下面给出了变量变化的例子。

应当注意，在一些实施例中，模型数据124的变量与从传感器118接收的变量是相同类型。例如，模型数据124的变量和从传感器118接收的变量是复反射功率。又如，模型数据124的变量和从传感器118接收的变量是复正向功率或复传递功率或复电压和电流。

主机系统120的处理器从主机系统120的存储设备访问(例如读取、获得等)模型数据124并将一个或多个变量阈值(例如功率阈值、电压阈值、电流阈值、离子能量阈值、晶片偏置阈值、阻抗阈值、γ阈值等)和/或一个或多个变量变化阈值施加至模型数据124以在操作128中确定等离子体工具130中是否已出现故障。

在若干实施例中，本文描述的每个阈值被预定。

在各实施例中，不同的阈值被用于由RF发生器116产生的RF脉冲信号的不同状态。例如，当RF脉冲信号处于状态1时使用传递功率阈值的第一值，而当RF脉冲信号处于状态0时使用传递功率阈值的第二值。

在一些实施例中，主机系统120从模型数据124产生统计值并以与将一个或多个变量阈值施加至模型数据124的方式相同的方式将一个或多个变量阈值施加至统计值，以确定等离子体工具130中是否已出现故障。例如，主机系统120确定电流的统计值是否大于与该电流关联的阈值。

统计值的例子包括模型数据124的多个值中的最大值、或多个值中的最小值、或者多个值的平均值、或者多个值的中值、或者多个值的方差、或者多个值的标准差、或者多个值的移动平均值、或者多个值的移动中值、或者多个值的移动方差值、或者多个值的移动标准差值、或者多个值的模、或者多个值的移动模、或者从多个值产生的四分位间距(IQR)、或者它们的组合等。

在一些实施例中，主机系统120的处理器将IQR计算作模型数据124的多个值的分布的上范围的统计值与分布的下范围的统计值之间的差。例如，主机系统120的处理器将在预定时间段期间产生的模型数据124的多个值的分布划分成第一范围、第二范围和第三范围。主机系统120的处理器计算第一范围的第一中值、第三范围的第二中值，并将IQR计算作第二中值和第一中值之间的差。

在操作131，主机系统120将操作128中确定的故障分类。多个类别的故障的例子包括由于等离子体腔112内的等离子体起弧造成的故障、由于等离子体无约束造成的故障、基于等离子体不稳造成的故障、由于等离子体漏失造成的故障等。应当注意，起弧、等离子体无约束、等离子体不稳和等离子体漏失是出现在等离子体腔112内的等离子体过程的表现的若干例子。例如，在起弧、或等离子体无约束、或等离子体不稳、或等离子体漏失期间，工件138的加工效率会有下降。

在一些实施例中，等离子体无约束是指等离子体从由位于等离子体腔112内的卡盘136、上电极134和约束环(未示出)围绕的区域泄漏。反应腔(例如等离子体反应器等)由卡盘136、上电极134和约束环形成。在各实施例中，反应腔使用额外部件形成，额外部件如围绕上电极134的上电极延伸部、围住卡盘136的下电极延伸部、在上电极134和上电极延伸部之间的介电环、在下电极延伸部和卡盘136之间的介电环等等。约束环位于上电极134和卡盘136的边缘处以围绕其中形成等离子体的区域。在若干实施例中，等离子体无约束导致加工工件138的低效率并导致部件的劣化，所述部件例如是与无约束的等离子体形成接触的等离子体腔112的壁、支承卡盘136的基座等。劣化导致等离子体腔112的部件的使用寿命的缩短。

在各实施例中，等离子体不稳是由影响等离子体的因素改变造成的等离子体平衡的改变。影响等离子体的因素的例子包括等离子体腔112内的温度、压力、电场、磁场等。在一些实施例中，温度和压力经由通过主机系统120的处理器控制的温度和压力设定得到控制。

在一些实施例中，等离子体起弧是在卡盘136的下电极与上电极134之间或者在上电极134和卡盘136之间形成的等离子体之中电荷载体(例如离子、电子等)的热电子发射。在若干实施例中，等离子体起弧通过使工件138、反应腔的组件等劣化而加剧了加工工件138的低效性。此外，等离子体起弧缩短了反应腔的部件的寿命。在各实施例中，起弧意指在等离子体腔112中的两个表面之间或在工件138上携带电流的瞬间高密度等离子体细丝。

在各实施例中，当等离子体在反应腔内无法维持时，等离子体漏失发生。

在操作128期间确定的故障基于某些标准由主机系统120的处理器分类，所述标准例如是变量的量级、量级改变的方向、两个或更多个变量的组合、量级改变的速率或者它们的组合等等。为了提供对故障分类的例证，主机系统120的处理器确定模型126输出处的阻抗是否小于预定阻抗阈值、输出处的电压是否小于预定电压阈值以及输出处的电流是否大于预定电流阈值。一旦确定模型126输出处的阻抗小于预定阻抗阈值、输出处的电压小于预定电压阈值以及输出处的电流大于预定电流阈值，主机系统120确定将在操作128中确定的故障分类成等离子体腔112中的起弧。应当注意，电压变化小于预定电压阈值是变量量级的方向的一个例子。电压沿向下方向改变至小于预定电压阈值。类似地，电流变化大于预定电流阈值是变量量级的方向的一个例子。电流沿向上方向改变至大于预定电流阈值。在一些实施例中，当阻抗接近零(例如在零的预定范围之内等)时，在模型126输出处的阻抗小于预定阻抗阈值。

作为在操作128确定的故障分类的另一示例，主机系统120的处理器确定在模型126输出处计算的阻抗是否改变超过预定阻抗阈值以变得小于或大于预定阻抗阈值。一旦确定在模型126输出处计算的阻抗改变超过预定阻抗阈值，则主机系统120的处理器确定在操作128期间确定的故障是等离子体无约束故障。

作为操作128中确定的故障的分类的另一例子，通过主机系统120的处理器确定在模型126输出处计算的电压是否小于预定电压阈值以及在模型126输出处计算的电流是否小于预定电流阈值。一旦确定电压小于预定电压阈值并且电流小于预定电流阈值，则通过主机系统120的处理器确定在操作128期间确定的故障是等离子体无约束故障。

作为操作128中确定的故障的分类的又一例子，主机系统120的处理器确定在模型126输出处计算的γ量级是否大于预定γ阈值和在模型126输出处计算的功率量级是否小于预定功率阈值。响应于确定γ量级大于预定γ阈值和功率量级小于预定功率阈值，主机系统120的处理器确定在操作128中确定的故障是等离子体漏失故障。应当注意，在一些实施例中，当γ量级大于预定γ阈值时，由RF发生器118提供的功率的绝大部分朝向RF发生器118反射。另外，在各实施例中，在RF发生器116导通(例如工作，产生RF信号等)的时间期间，γ量级大于预定γ阈值。

在许多实施例中，用于确定等离子体工具130中是否存在等离子体漏失故障的功率量是基于光信号的强度确定的，而不是在模型126输出处计算的。该强度是使用光传感器测量的，例如光发射光谱(OES)计量表等。光传感器感测在等离子体腔112中产生的等离子体的光信号以产生代表强度的电信号，并将电信号提供给主机系统120的处理器。主机系统120的处理器从主机系统120的存储设备访问强度和功率之间的关联以确定故障。

作为对操作128中确定的故障分类的另一示例，主机系统120确定模型126输出处计算的功率量级的变化(例如标准差、变量、四分位间距、预定时间段上的变量改变等)是否大于预定功率变化阈值。一旦确定功率量级大于预定功率变化阈值，则主机系统120确定操作128中确定的故障是等离子体不稳故障。

作为对操作128中确定的故障分类的另一示例，主机系统120确定阻抗变化率是否大与预定速率阈值。一旦确定阻抗变化率大于预定速率阈值，则主机系统120的处理器将操作128期间确定的故障分类成等离子体无约束。另一方面，一旦确定阻抗的变化率小于预定速率阈值，则CPU 158将故障分类为等离子体不稳故障。应当注意，在一些实施例中，不是使用阻抗变化率，而是使用另一变量(例如功率、电压、电流)的变化率来确定故障是被分类为等离子体无约束还是等离子体不稳事件。

在各实施例中，除了变量的变化率，还使用其它标准(例如前面提到的用于确定是否已出现等离子体无约束或等离子体不稳的标准)来确定是否已出现等离子体无约束或等离子体不稳。例如，一旦确定电压小于预定电压阈值、电流小于预定电流阈值以及阻抗变化率大于预定速率阈值，则主机系统120的处理器确定等离子体无约束故障已发生。

当主机系统120的处理器确定操作128中确定并在操作131中分类的故障持续某一量的时间段132或者故障发生预定次数(其阈值与变量或变量变化相比较)，则主机系统120的处理器在操作140中确定在等离子体工具130中已发生事件。例如，主机系统120的处理器确定在操作128中确定的故障是否基于在模型126输出处计算的一个或多个变量的预定数量的值予以确定，一旦确定如此，则主机系统120的处理器确定事件已发生。

主机系统120在操作140期间确定的事件的基础上执行分类操作142以对事件分类。事件类别的例子包括起弧事件、等离子体无约束事件、等离子体不稳事件以及等离子体漏失事件。事件的类别与从中确定事件的故障的类别相同。例如，当故障被确定为由起弧引起时，基于该故障而确定的事件是起弧事件。又如，当故障被确定为由于等离子体不稳而存在时，基于该故障确定的事件是等离子体不稳事件。

在各实施例中，在操作128、操作131期间确定的故障、在操作140和/或分类操作142期间确定的事件被用来解决或减少故障和/或事件的影响。

在一些实施例中，使用分类操作142确定产生分类事件的工具130的部件。例如，一旦将事件分类为等离子体无约束，则主机系统120的处理器确定事件是由工具130的约束环产生的。又如，一旦确定事件是起弧，则主机系统120的处理器确定事件是由上电极134或卡盘136的下电极或两者的组合而产生。作为又一例子，一旦确定事件是等离子体不稳，则主机系统120的处理器确定事件由RF发生器116之一、或RF电缆之一、或阻抗匹配电路114、或RF传输线127、或等离子体腔112内的温度设定、或等离子体腔112内的压力设定或其组合而产生。又如，一旦将事件分类为等离子体漏失事件，则主机系统120的处理器确定事件通过RF发生器116之一、或RF电缆之一、或阻抗匹配电路114、或RF传输线127、或RF发生器的功率设定或其组合产生。

在一些实施例中，分类操作142被用于确定是否断开向等离子体工具130提供的功率或改变被提供至等离子体工具130的功率或频率的量。例如，一旦确定事件是起弧，则主机系统120的处理器将控制信号发送至一个或多个RF发生器116以断开一个或多个RF发生器116。又如，一旦确定事件是等离子体漏失或等离子体不稳，则主机系统120的处理器将控制信号发送至一个或多个RF发生器116以改变由相应的一个或多个RF发生器116提供的功率量或由相应的一个或多个RF发生器116提供的一个或多个RF信号的频率。再如，响应于确定事件被确定为等离子体漏失，主机系统120的处理器将控制信号发送至一个或多个RF发生器116以断开一个或多个RF发生器116。又如，一旦确定事件是等离子体漏失事件，主机系统120的处理器将控制信号发送至一个或多个RF发生器116以改变由相应的一个或多个RF发生器116提供的一个或多个RF信号的功率和/或频率。

在若干实施例中，在将事件确定为起弧事件(例如微起弧事件等)的情形下，主机系统120的处理器将控制信号发送至一个或多个RF发生器116以改变由相应的一个或多个RF发生器116提供的功率量或由相应的一个或多个RF发生器116提供的一个或多个RF信号的频率。

在各实施例中，在针对RF脉冲信号的状态执行分类操作142之后，对于RF脉冲信号的不同连续状态(例如状态S1、状态S0等)，通过主机系统120的处理器产生模型数据。连续状态不同于在其前面的在前状态。例如，当在前状态是状态S1时，连续状态是状态S0。又如，当在前状态是状态S0时，连续状态是状态S1。模型数据被用来确定连续状态期间的故障并且故障在连续状态期间被分类。此外，分类的故障被用来确定在连续状态期间事件是否已发生，并且事件也在连续状态期间被分类。

在一些实施例中，在对连续波RF信号的状态执行分类操作142之后，通过主机系统120的处理器对于连续波RF信号的同一状态再次产生模型数据，并对于该状态重复操作128、131、140和142。模型数据124的再生以及对于状态重复操作128、131、140和142在预定量的时间之后完成，或与时钟信号同步地完成，或在执行操作142之后完成。

在一些实施例中，主机系统120的处理器执行或操作主机系统120的控制器逻辑122以产生模型数据124，产生操作128期间的故障，确定故障是否存在预定时间段132或预定次数，产生操作140期间的事件以及执行分类操作142。在各实施例中，使用专用集成电路(ASIC)、或使用可编程逻辑器件(PLD)、或使用现场可编程门阵列(FPGA)、或使用主机系统120的处理器、或作为被存储在计算机可读介质上的软件来执行控制器逻辑122。在一些实施例中，控制器逻辑122使用硬件、或软件或者软件和硬件的组合来执行。

图1B是基于射频(RF)阻抗模型的故障检测的等离子体系统144的实施例的方框图。等离子体系统144是等离子体系统100(图1)的一个例子。等离子体系统144包括一个或多个RF发生器146，例如x MHz RF发生器、yMHz RF发生器和z MHz RF发生器。RF发生器146是RF发生器116(图1A)的一个例子。x MHz RF发生器的一个例子包括具有2MHz工作频率的RF发生器，y MHz RF发生器的一个例子包括具有27MHz工作频率的RF发生器，而z MHz RF发生器的一个例子包括具有60MHz工作频率的RF发生器。

脉冲RF发生器146经由一个或多个相应RF电缆147耦合至阻抗匹配网络148。阻抗匹配网络148是阻抗匹配电路114(图1A)的一个例子。

阻抗匹配网络148经由RF传输线150连接至等离子体腔156的静电卡盘(ESC)152，该等离子体腔156是等离子体腔112(图1A)的一个例子。RF传输线150是RF传输线127(图1A)的一个例子。ESC 152是卡盘136(图1A)的一个例子。ESC 152包括下电极。在一些实施例中，ESC 152包括下电极和相对于下电极布置(例如在其顶上等)的陶瓷层。在多种实施例中，ESC 152包括下电极、陶瓷层以及相对于下电极布置(例如在其下方等)的工具板。

在一些实施例中，RF传输线150包括RF通道和偏置壳体。在多种实施例中，延伸通过RF通道的RF棒经由RF条耦合至偏置壳体。在这些实施例中，偏置壳体包括一端耦合至RF带而另一端耦合至ESC 152的RF圆柱体。

在多种实施例中，ESC 152的下电极由金属构成，该金属如阳极化的铝、铝合金等。另外，上电极134(图1A)由金属制成，该金属如铝、铝合金等。上电极134相对于并面向ESC 152的下电极定位。

晶片154被布置在ESC 152的顶表面156上以供加工，例如在晶片154上沉积材料、或清洁晶片154、或蚀刻晶片154上的沉积层、或掺杂晶片154、或在晶片154上植入离子、或在晶片154上形成光刻图案、或蚀刻晶片154、或溅射晶片154或其组合。在一些实施例中，使用例如设置(overlaid)有通孔或连通介质等的晶片之类的工件来取代晶片以加工该工件。

上电极134面向ESC 152并被接地，例如耦合至基准电压、耦合至零电压、耦合至负电压等。例如，上电极134的下表面被悬空以面向ESC152的上表面156。

等离子体系统144进一步包括经由一条或多条电缆耦合至RF发生器146的中央处理单元(CPU)158。如本文中使用的，在一些实施例中，不是使用CPU，而是使用计算机、处理器、控制器、ASIC或PLD，并且这些项目在本发明中能互换地使用。在多种实施例中，CPU 158是主机系统162的部件或者是等离子体系统144的RF发生器的部件，或者在计算机之内或者在服务器之内或者在云网络之内。主机系统162是主机系统120(图1A)的一个例子。主机系统162的例子包括计算机，例如台式计算机、蜂窝电话、智能电话、膝上计算机、平板电脑等。

在一些实施例中，不是使用主机系统，而是使用服务器或虚拟机。例如，服务器或虚拟机执行与主机系统162执行的功能相同的本文所述的功能。计算机产生模型由主机系统162的处理器产生并被存储在主机系统162的存储设备中。计算机产生模型的例子包括RF电缆147的模型、或阻抗匹配网络148的模型、或RF传输线150的模型、或ESC 152的模型或其组合。由CPU 158产生的计算机产生模型是模型126(图1A)的一个例子。

CPU 158产生脉冲信号164并将脉冲信号164提供给RF发生器146。RF发生器146基于脉冲信号164产生一个或多个RF信号，例如RF信号166等。例如，RF信号166通过RF发生器146与通过RF发生器接收脉冲信号164同步地产生。又如，RF信号166的包络的相位与脉冲信号164的包络的相位相同。在一些实施例中，每个RF信号在每个状态S1和S0都是正弦信号或基本正弦的。在多种实施例中，脉冲信号164是晶体管-晶体管逻辑(TTL)信号。

在一些实施例中，通过相应的一个RF发生器146产生的每个RF信号具有两个状态，例如状态1和状态0、高状态和低状态等。例如，在状态1期间由其中一个RF发生器146产生的RF信号的多个功率值与在状态0期间由该RF发生器产生的RF信号的多个功率值是互异的。在一些实施例中，由其中一个RF发生器146产生的RF信号的一个状态与另一状态之间的转变是具有无穷斜率的垂直转变。在多种实施例中，由其中一个RF发生器146产生的RF信号的一个状态与另一状态之间的转变是基本垂直转变，其具有从状态0至状态1大于45°的上升的斜率和从状态1至状态0小于-45°的下降的斜率。

应当注意，状态0和低状态是状态S0的例子，而状态1和高状态是状态S1的例子。

在一些实施例中，由相应一个RF发生器146产生的每个RF信号是连续波RF信号，它具有单个状态，例如状态S0或状态S1等。

阻抗匹配网络148从RF发生器146接收RF信号并使连接至阻抗匹配网络148的输出的负载的阻抗与连接至阻抗匹配网络148的输入的源的阻抗相匹配，以产生修正的RF信号。源的例子包括RF发生器146和RF电缆147。负载的例子包括RF传输线150和等离子体腔156。修正的RF信号通过阻抗匹配电路148经由RF传输线150提供至ESC 152。

ESC 152接收修正的RF信号并且一旦在等离子体腔112内引入处理气，等离子体在等离子体腔112内被激励。该等离子体被用于加工晶片154。

RF发生器146包括传感器，该传感器测量变量，例如在RF发生器146的相应输出处的复电压和电流、阻抗等。例如，RF发生器146中的一个包括国家标准和技术机构(NIST)探头，其测量电压量级、电流量级以及电压量级和电流量级之间的相位并连接至RF发生器的输出。在一些实施例中，测量RF发生器146其中之一的输出处的复电压和电流的传感器是被布置在RF发生器内部的国家标准和技术机构(NIST)可追踪探头。例如，当通过传感器测得的变量具有误差时，传感器是NIST可追踪的。变量和误差与由严格遵循NIST标准的探头测得的变量和误差相称。当探头与通过NIST研发的广泛已知并且广泛采纳的标准相称时，探头严格地遵循NIST标准。在多种实施例中，测量其中一个RF发生器146的输出处的复电压和电流的传感器是NIST可追踪探头，其被布置在RF发生器之外并耦合至RF发生器的输出。又如，RF发生器146之一包括NIST探头或NIST可追踪探头，其测量复功率，例如复反射功率、复供电功率、复传递功率等。

CPU 158经由将相应传感器与主机系统162耦合的通信电缆接收由传感器测得的变量，从主机系统162的存储设备访问计算机产生模型(例如模型126(图1A))，并将例如复电压和电流、复反射功率、复正向功率、复传递功率等变量通过计算机产生模型传播以产生模型数据124(图1A)。例如，通过CPU 158计算在模型126的输入模型节点处的复电压和电流与模型126的组件(例如电容器、电感器、电阻器等)的复电压和电流的方向和，以产生模型126的输出模型节点处的复电压和电流。在模型126的输入模型节点处的复电压和电流是从其中一个传感器接收的。又如，通过CPU 158计算模型126的输入模型节点处的一种复功率(例如复反射功率、复传递功率、复正向功率等)与模型126的组件(例如电容器、电感器、电阻器等)的相同类型复功率的方向和，以产生在模型126的输出模型节点处的复功率。模型126的输入模型节点处的复功率是从其中一个传感器接收的。又如，串联的模型126组件的阻抗和通过CPU 158计算并通过CPU 158被加至由NIST可追踪探头测得的阻抗，以经由模型126正向传播测得的阻抗。又如，并联的模型126组件的阻抗的乘积比以及阻抗和通过CPU 158被加至通过NIST可跟踪探头测得的阻抗以经由模型126正向传播所测得的阻抗。在该例中，阻抗比和阻抗和是通过CPU 158计算的。

在多种实施例中，通过CPU 158基于模型节点处的复电压和电流在模型节点处计算变量，所述变量例如是模型偏置、建模晶片直流电压(晶片Vdc)、复功率、复电压、复电流、复传递功率、复供电功率、复反射功率、阻抗、γ、离子能量、电压驻波比(VSWR)等，所述模型节点例如是模型126的输出等。

在一些实施例中，通过CPU 158因变于例如模型节点处的复电流和模型节点处的复电压之积确定模型节点处的复功率，例如复传递功率。在多种实施例中，通过CPU 158将由RF发生器传递的复功率计算作由其中一个RF发生器146提供的RF信号的复功率和朝向RF发生器反射的复功率之间的差。在若干实施例中，通过CPU 158将模型节点处的复阻抗计算作模型节点处的复电压与模型节点处的复电流之比。在多种实施例中，通过CPU158将γ的平方计算作等于朝向RF发生器反射的复功率与由RF发生器提供的复功率之比。在若干实施例中，从模型节点处的复电压和电流推导出(例如解析等)模型节点处的复电压或复电流。

在一些实施例中，当使用2MHz RF发生器并且不使用27和60MHz RF发生器时，晶片偏置(例如模型偏置、晶片Vdc等)通过CPU 158使用等式a2*V2+b2*I2+c2*sqrt(P2)＝d2确定，其中“*”代表乘，sqrt代表平方根，“V2”代表当2MHz RF发生器导通而27MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126输出处的电压，“I2”代表当2MHz RF发生器导通而27MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126输出处的电流。P2代表当2MHz RF发生器导通而27MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126输出处的功率，“a2”是预定系数，“b2”是预定系数，“c2”是预定系数，而“d2”是预定常数值。

在多种实施例中，当使用2MHz和27MHz RF发生器而不使用60MHz RF发生器时，通过CPU 158使用等式a227*V2+b227*I2+c227*sqrt(P2)+d227*V27+e227*I27+f227*sqrt(P27)+g227来确定晶片偏置，其中“V27”代表当27MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126的输出处的电压，“I27”代表当27MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126的输出处的电流，“P27”代表当27MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和60MHz RF发生器断开时模型126的输出处的功率，“a227”、“b227”、“c227”、“d227”、“e227”和“f227”是预定系数，而“g304”是预定常数值。

在若干实施例中，当使用2MHz、27MHz和60MHz RF发生器时，通过CPU 158使用等式22760*V2+b22760*I2+c22760*sqrt(P2)+d22760*V60+e22760*I60+f22760*sqrt(P60)+g22760*V27+h22760*I27+i22760*sqrt(P27)+j22760确定晶片偏置，“V60”代表当60MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和27MHz RF发生器断开时模型126的输出处的电压，“I60”代表当60MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和27MHz RF发生器断开时模型126的输出处的电流，P60代表当60MHz RF发生器导通而2MHz RF发生器和27MHz RF发生器断开时模型126的输出处的功率，“a22760”、“b22760”、“c22760”、“d22760”、“e22760”和“f22760”、“g22760”、“h22760”和“i22760”是预定系数而“j22760”是预定常数值。

在一些实施例中，通过CPU 158因变于晶片偏置和用于计算晶片偏置的RF电压(例如V2、V27、V60等)确定离子能量。例如，CPU 158将离子能量确定为Ei＝(-1/2)Vdc+(1/2)Vpeak，其中Ei是离子能量，而Vpeak是用来计算晶片偏置的峰值电压，例如零-峰电压、峰-峰电压、V2、V27、V60等。

CPU 158基于在模型126输出处产生的一个或多个变量确定等离子体系统144中是否已出现故障。例如，CPU 158在变量中的变化超出变化阈值时确定在等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在该变化不超出变化阈值时确定故障尚未出现。变量变化的例子包括变量的标准差、变量的方差以及变量的误差。又如，CPU 158在变量变化不超出变化阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在该变化超出变化阈值时确定故障尚未出现。

又如，CPU 158在相应的一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个对应的变化阈值时确定故障已出现在等离子体系统144中。在该例中，CPU 158在相应的一个或多个变量中的一个或多个变化不大于一个或多个相应的变化阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。又如，CPU 158在相应的一个或多个变量中的一个或多个变化不大于(例如小于，等等)一个或多个相应的变化阈值时确定故障已出现在等离子体系统144中。在该例中，CPU 158在相应的一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个相应的变化阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。

再如，CPU 158在变量小于阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。又如，CPU 158在变量不大于阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。又如，CPU 158在一个或多个变量大于一个或多个相应阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。又如，CPU 158在一个或多个变量大于一个或多个相应阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。再如，CPU 158在一个或多个变量不大于(例如小于，等等)一个或多个相应阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。

又如，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量大于相应一个或多个阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化不大于一个或多个相应变化阈值时和在一个或多个变量不大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。再如，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化不大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量不大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。又如，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量不大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化不大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。又如，CPU158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化不大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量不大于(例如小于，等等)相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中已出现故障。在该例中，CPU 158在相应一个或多个变量中的一个或多个变化大于一个或多个相应变化阈值和在一个或多个变量大于相应的一个或多个阈值时确定等离子体系统144中尚未出现故障。

在一些实施例中，CPU 158在故障出现一预定时间段时或在故障重复预定次数时确定事件已发生。例如，CPU 158确定针对预定量的时间复传递功率的样本数是否大于阈值。一旦确定针对预定量的时间复传递功率的样本数大于阈值，CPU 158确定事件已发生。另一方面，一旦确定针对预定量的时间复传递功率的样本数不大于阈值，CPU 158确定事件尚未发生。又如，CPU 158确定复传递功率的预定的样本数是否大于阈值。一旦确定复传递功率的预定的样本数大于阈值，CPU 158确定事件已发生。另一方面，一旦确定复传递功率的预定的样本数不大于阈值，主机系统162确定事件尚未发生。

在多种实施例中，在前面描述事件是否已发生的例子中，不是执行大于确定，而是执行不大于(例如小于、小于或等于，等等)确定以确定事件是否已发生。

在若干实施例中，在前面描述事件是否已发生的例子中，不是将变量的数个样本与阈值比较，而是将变量的变化的数个样本与变化样本比较。

在多种实施例中，使用事件的发生来补偿事件。例如，一旦当变量大于阈值时确定事件已发生，控制变量使其小于或等于阈值。又如，一旦当变量小于阈值时确定事件已发生，控制变量使其大于或等于阈值。再如，一旦当变量的变化小于变化阈值时确定事件已发生，控制变化以增加变化以使其大于或等于变化阈值。又如，一旦当变量的变化大于变化阈值时确定事件已发生，控制变化以减小变化以使其小于或等于变化阈值。

在一些实施例中，一旦确定事件已发生，CPU 158产生警报。例如，CPU 158在主机系统162的显示设备上显示事件已发生。显示设备的例子包括阴极射线管(CRT)、发光二极管(LED)显示设备、液晶显示(LCD)显示设备、等离子显示设备等。在一些实施例中，显示设备列出事件的类型(例如类别等等)、自从事件发生起的时间量。又如，CPU 158具有音频回放设备和音频扬声器等产生事件已发生的音频警报。又如，CPU 158经由计算机网络(例如局域网、广域网等等)将事件已发生的信号发送至远程主机系统以指示警报。远程主机系统经由计算机网络接收信号并显示在远程主机系统的显示设备上，该信号表示事件已发生。

在多种实施例中，通过控制由RF发生器提供的功率量来控制变量。例如，CPU 158基于变量的值从主机系统162的存储设备标识由xMHz RF发生器提供的复功率的量，并将该量提供给x MHz RF发生器。xMHz RF发生器的数字信号处理器(DSP)接收该量并将该量提供给x MHz RF发生器内的RF电源。RF电源基于功率量产生RF信号并将RF信号经由连接至x MHz RF发生器的RF电缆147之一提供给阻抗匹配电路148。阻抗匹配电路148基于从x MHz RF发生器的RF电源接收的RF信号使负载的阻抗与源的阻抗匹配，以产生修正的RF信号。等离子体腔156的ESC 152从阻抗匹配网络148接收修正的RF信号并修正等离子体腔156内的等离子体，以取得变量值。

图1C示出图表168、170的实施例以解说基于RF发生器的RF脉冲信号的不同状态的故障产生事件。图表168标绘出变量的信号121相对于时间t的关系，而图表170标绘出RF脉冲信号123随时间t变化的振幅包络。在一些实施例中，图表168、170在同一时间段上被标绘出。

RF脉冲信号123具有多个状态，例如连续交替的状态S1、状态S0等。对于状态S1，故障产生长达时间段tS11，而对于在状态S1之后的状态S0，故障产生长达时间段tS01，而对于在状态S0之后的随后状态S1，故障产生长达时间段tS12，而对于在随后状态S1之后的随后状态S0，故障产生长达时间段tS02。

在一些实施例中，CPU 158(图1B)确定对于RF脉冲信号的每个状态是否事件已发生。例如，CPU 158将状态S1的时间段tS11和tS12求和，并确定该和是否超出预定时间量。一旦确定该和超出预定时间量，CPU 158确定事件已发生。另一方面，一旦确定该和未超出预定时间量，CPU 158确定事件尚未发生。又如，CPU 158将状态S0的时间段tS01和tS02求和，并确定该和是否超出预定时间量。一旦确定该和超出预定时间量，CPU 158确定事件已发生。另一方面，一旦确定该和未超出预定时间量，CPU 158确定事件尚未发生。

在各实施例中，CPU 158对于RF脉冲信号的多个状态确定是否已发生事件。例如，CPU 158对状态S1和S0的时间段tS11和tS01求和，并确定该和是否超出预定量的时间。一旦确定该和超出预定时间量，CPU 158确定事件已发生。另一方面，一旦确定该和没有超出预定时间量，CPU 158确定事件尚未发生。

在一些实施例中，用于确定是否事件已发生的预定数量次数包括对于一状态(例如S1或S0)故障产生的预定次数。例如，当对于两个连续状态产生故障时，如果两个状态均为S1，则通过CPU 158确定故障已出现两次。

在各实施例中，用于确定是否事件已发生的预定数量次数包括对于多个状态(例如S1和S0)故障产生的预定次数。例如，当对于两个连续状态产生故障时，如果第一状态是S1而第二状态是S0，则通过CPU 158确定故障已出现两次。

图2包括图表202、204的实施例以相比使用起弧检测传感器解说模型的使用。在一些实施例中，起弧检测传感器光耦合至ESC 152(图1B)以检测等离子体腔112(图1A)内起弧事件的发生。当基于由起弧检测传感器测得的变量检测到事件或故障时，通过CPU 158(图1B)产生图表202。当基于模型126(图1A)通过CPU 158确定故障或事件时，通过主机系统162产生图表204。

每个图表202、204标绘出故障信号(例如变量信号)与时间的关系曲线。每个图表202、204绘出对于两个不同的条件(例如工具应变条件和标称工具条件)故障信号与时间的关系曲线。例如，当等离子体系统144(图1B)处于标称工具条件时，例如当等离子体系统144中未检测到故障时，标绘出标绘图206A和标绘图206B。又如，当等离子体系统144处于工具应变条件时，例如当在等离子体系统144中检测到故障时，标绘出标绘图208A和标绘图208B。

应当注意，相比图表202，图表204中更容易检测到事件或故障。例如，故障出现时标绘图208B中的故障信号的量级(例如振幅等)大于故障出现时标绘图208A中的故障信号的量级。又如，故障出现时标绘图208B中的故障信号的峰-峰电压大于故障出现时标绘图208A中的故障信号的峰-峰电压。

另外，应当注意，标绘图208B中指示出现事件或故障的峰-峰电压比标绘图208A中指示事件或故障的峰-峰电压较早。使用建模方式对事件的这种较早指示节省了检测故障或事件的时间。

在一些实施例中，结合模型126使用起弧检测传感器以确认或否认起弧检测事件的准确性。例如，当起弧检测传感器指示等离子体起弧已发生时，模型126被用来确认或否认起弧是否已发生。又如，当模型126指示起弧事件已发生时，起弧检测传感器被用来确认模型126的准确性。

图3是图表302的实施例，其用来解说当将OES量表用于检测时故障检测的缺乏。图表302标绘出通过OES量表产生的多个OES信号304、306与时间的关系曲线。当等离子体被约束在等离子体腔112(图1A)和当等离子体中存在小于最少量干扰时，OES信号304产生。此外，当等离子体被约束在等离子体腔112时，OES信号306产生。应当注意，当检测到等离子体中最少量的干扰时，OES信号306有微小变化。此外，上阈值308和下阈值310在约束期间均不相交。因此，当使用OES量表时，故障未被检测到。

图4是图表402的实施例，以解说使用模型126(图1A)提供对故障或事件的显著指示。图表402标绘出时间(以秒计量)与RF故障信号(例如变量的信号)的关系曲线。应当注意，当RF故障信号大于阈值404时，等离子体腔112(图1A)中的等离子体无约束的显著指示通过RF故障信号指示。

图5是检测等离子体系统144(图1B)中的故障的方法500的实施例的流程图。方法500通过CPU 158(图1B)执行。如方法500所示，在操作502确定在模型126(图1A)输出处的模型节点处的γ的量级是否小于γ量级阈值。在一些实施例中，一旦确定γ量级不小于γ量级阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦检测到γ量级小于γ量级阈值，则执行操作504。

在一些实施例中，不是使用γ量级，而是将模型126输出处的模型节点处的其它变量用于操作502以确定变量是否小于阈值。

在操作504中，确定在模型126的输出处的模型节点处的复传递功率的多个量级中的最小值是否大于传递功率量级阈值。一旦确定复传递功率的最小量级不大于传递功率量级阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复传递功率的最小量级大于阈值，执行操作506。

在多种实施例中，在操作504中，不是使用复传递功率，而是使用在模型126输出处的模型节点处的复正向功率来确定复正向功率的量级是否大于复正向功率阈值。在多种实施例中，复供电功率和复正向功率在这里可互换地使用。

在一些实施例中，在操作504中，不是使用复传递功率，而是使用在模型126输出处的模型节点处的复反射功率来确定复反射功率的量级是否大于复反射功率阈值。

在多种实施例中，在操作504，不是使用复传递功率的最小量级，而是使用在模型126输出处的模型节点处的复传递功率的最大量级来确定该最大量级是否大于传递功率量级阈值。

在一些实施例中，在操作504中，不是使用复传递功率，而是使用在模型126输出处的模型节点处的任何其它变量来确定变量是否大于阈值。

在操作506中，确定在模型126输出处的模型节点处的复传递功率的量级的变化是否小于变化阈值。一旦确定复传递功率的量级的变化不小于变化阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复传递功率的量级的变化小于变化阈值，则执行操作508。

在一些实施例中，不是使用复传递功率的量级变化，而是在操作506中使用在模型126输出处的模型节点处的复供电功率的量级变化来确定复供电功率的量级变化是否小于复供电功率变化阈值。在多种实施例中，不是使用复传递功率的量级变化，而是在操作506中使用在模型126输出处的模型节点处的复反射功率的量级变化来确定复反射功率的量级变化是否小于复反射功率变化阈值。

在多个实施例中，在操作506，不是使用复传递功率的变化，而是使用在模型126输出处的模型节点处的另一变量的变化来确定另一变量的变化是否小于阈值。

应当注意，操作502、504和506被设计成故障前确定操作或事件前确定操作。

在一些实施例中，不是在三个操作502、504和506中执行三次比较，而是执行任何次数的比较，例如变量和对应阈值和/或变量的变化和对应的变化阈值的一次、两次、四次、六次等的比较。例如，在操作502和504之间的操作中执行复供电功率和复供电功率阈值之间的比较。

在操作508中，确定在模型126输出处的模型节点处的复电压量级的改变是否大于复电压改变阈值。一旦确定复电压的量级改变不大于复电压改变阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复电压的量级改变大于复电压改变阈值，则执行操作510。

在多个实施例中，在操作508，不是使用复电压量级的改变，而是使用在模型126输出处的模型节点处的另一变量的改变以确定另一变量的改变是否大于阈值。

在操作510，确定在模型126输出处的模型节点处的复电流量级的改变是否大于复电流改变阈值。一旦确定复电流量级的改变不大于复电流改变阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复电流量级的改变大于复电流改变阈值，则执行操作512。

在多个实施例中，在操作510，不是使用复电流量级的改变，而是使用模型126输出处的模型节点处的另一变量的改变以确定另一变量的改变是否大于阈值。

在操作512，确定在模型126输出处的模型节点处的复传递功率的量级改变是否大于复供电功率改变阈值。一旦确定复供电功率量级的改变不大于复供电功率改变阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复供电功率量级的改变大于复供电功率改变阈值，则执行操作514。

在多个实施例中，在操作512，不是使用复供电功率的量级的改变，而是使用在模型126输出处的模型节点处的另一变量(例如复供电功率的量级、复反射功率的量级等)的改变来确定另一变量的改变是否大于阈值。

在操作514中，确定在模型126输出处的模型节点处的复阻抗的量级改变是否大于复阻抗阈值。一旦确定复阻抗量级的改变不大于复阻抗阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定复阻抗量级的改变大于复阻抗阈值，则执行操作516。

在多个实施例中，在操作514中，不是使用复阻抗量级的改变，而是使用在模型126的输出处的模型节点处的另一变量的改变来确定另一变量的改变是否大于阈值。

在操作516中，确定在模型126输出处的模型节点处的模型偏置的改变是否大于偏置阈值。一旦确定模型偏置的改变不大于偏置阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定模型偏置的改变大于偏置阈值，则确定等离子体系统144中存在故障。

在多个实施例中，在操作516，不是使用模型偏置的改变，而是使用模型126输出处的模型节点处的另一变量的改变来确定另一变量的改变是否大于阈值。

在一些实施例中，在操作518，确定通过例如经由光、电等方式耦合至ESC 152(例如ESC 152的输出、ESC 152的输入等)的外部监视器(例如OES量表、电压传感器、电流传感器、功率传感器等)测得的变量的变化是否大于阈值。例如，OES量表感测等离子体腔156(图1B)内的等离子体的光发射以产生代表等离子体电荷值的电信号。一旦确定测得的变量的变化大于阈值，则确定等离子体系统144中不存在故障。另一方面，一旦确定测得的变量的改变大于阈值，则确定等离子体系统144中存在故障。

在多种实施例中，除了执行一个或多个操作502、504、506、508、510、512、514和516外，还执行操作518以确定等离子体系统144中是否存在故障。例如，使用操作518来确认等离子体系统144中存在故障。

在一些实施例中，操作518是可选的并且不在方法500中执行以确定等离子体系统144中是否存在故障。

在多种实施例中，执行操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个以确定等离子体系统144中是否存在故障。

应当注意，在若干实施例中，通过CPU 158重复操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个达预定次数，以确定等离子体系统144中是否已发生事件。一旦通过CPU 158确定在等离子体系统144中故障存在达该预定次数(通过CPU 158对操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个重复该预定次数)，则通过CPU 158确定等离子体系统144中已发生事件。另一方面，一旦通过CPU 158确定在等离子体系统144中故障没有出现达该预定次数(对操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个重复该预定次数)，则通过CPU 158确定等离子体系统144中尚未发生事件。

应当注意，在若干实施例中，通过CPU 158重复操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个达预定时间段，以确定等离子体系统144中是否已发生事件。一旦通过CPU 158确定在等离子体系统144中出现故障达该预定时间段(在该预定时间段重复操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个)，则通过CPU 158确定等离子体系统144中已发生事件。另一方面，一旦CPU 158确定在等离子体系统144中故障没有存在达到该预定时间段(在此时间段重复执行段操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的一个或多个)，则通过CPU 158确定等离子体系统144中尚未发生事件。

应当注意，操作508、510、512、514、516和518被指定为故障确定操作或事件确定操作。

在一些实施例中，故障前确定操作发生在等离子体点燃期间并且当等离子体处于稳态时(例如在点燃和产生之后，等等)执行故障确定操作。在若干实施例中，故障前确定操作发生在等离子体点燃期间并也发生在从等离子体点燃至等离子体到达稳态的过渡时间段期间，并在等离子体处于稳态时执行故障确定操作。在多种实施例中，故障前确定操作发生在就在从第一状态(例如S1、S0等)过渡之前的时间段期间，并继续经过过渡直到到达第二状态(例如S0、S1等)的稳态为止，并且事件确定操作发生在稳态期间。第二状态顺序地跟随第一状态。就在过渡之前的时间段的例子包括其中由RF发生器116(图1A)中的一个产生的RF信号的功率电平改变发生的时间窗。功率电平发生变化以将RF信号的状态从状态S1改变至状态S0或从状态S0改变至状态S1。就在过渡之前的时间段的另一例子包括状态S1或状态S0的一部分。

在一些实施例中，就在从第一状态至第二状态过渡之前的时间段期间的阈值窗通过CPU 158修正成不同于过渡期间的阈值窗。例如，在过渡期间变量的阈值通过CPU 158改变至大于就在过渡之前的时间段期间的变量阈值。在过渡期间发生的RF信号的状态有改变。阈值窗的修正允许状态的改变发生而不会触发故障的错误警报。

在多种实施例中，执行故障前确定操作以确定等离子体系统144中是否存在故障。在这些实施例中，不执行故障确定操作。例如，等离子体漏失故障是基于故障前确定操作确定的，而不是执行故障确定操作确定的。又如，等离子体不稳故障是基于故障前确定操作确定的，而不是执行故障确定操作确定的。

在一些实施例中，不是在六个操作508、510、512、514、516和518中执行六次比较，而是执行任何数量的比较，例如一次、两次、四次、五次、七次、十次等。例如，在操作510和512之间的操作中执行离子能量和离子能量阈值之间的比较。

在一些实施例中，方法500的操作以与图5所示不同的顺序执行。例如，操作512在操作510之前或与操作510同时地执行。又如，操作514在操作516之后或与操作516同时地执行。

还要注意，在一些实施例中，对于RF发生器的脉冲信号的不同状态，通过CPU 158重复方法500。例如，对于脉冲信号的状态S0通过CPU 158执行操作502、504、506、508、510、512、514、516和518，并对于脉冲信号的状态S1通过CPU 158重复这些操作。

在多种实施例中，对于RF发生器的脉冲信号的每个状态使用不同的阈值。例如，对于RF脉冲信号的状态S1，在操作508中使用变量的一个阈值，而对于脉冲信号的状态S0，在操作508中使用不同阈值。又如，对于RF脉冲信号的状态S0，在操作508中使用变化阈值，而对于脉冲信号的状态S1，在操作508中使用不同的变化阈值。

在一些实施例中，相比在其中一个事件前确定操作期间使用的变量的变化阈值的值，在其中一个事件确定操作期间对变量使用变化阈值的不同值。例如，在操作512期间使用的阈值功率变化不同于在操作506期间使用的阈值功率变化。在多种实施例中，相比在其中一个事件前确定操作期间使用的变量的阈值的值，在其中一个事件确定操作期间对于变量使用阈值的不同值。

进一步注意，在各实施例中，对于由RF发生器产生的连续波RF信号的同一状态，通过CPU 158重复方法500。例如，对于连续波RF信号的状态S0，通过CPU 158执行操作502、504、506、508、510、512、514、516和518，并随后对于连续波RF信号的状态S0，通过CPU 158重复这些操作。又如，对于连续波RF信号的状态S1，通过CPU 158执行操作502、504、506、508、510、512、514、516和518，并随后对于连续波RF信号的状态S1，通过CPU 158重复这些操作。

在若干实施例中，在状态S1期间故障的存在是通过CPU158独立于状态S0期间故障的存在而确定的。例如，当通过CPU 158基于在RF信号的状态S1期间与变量关联的阈值和/或变化阈值的使用确定故障存在时，则通过CPU 158基于在RF信号的状态S0期间与变量关联的另外的阈值和/或另外的变化阈值的使用确定故障不存在。又如，当通过CPU 158基于在RF信号的状态S0期间与变量关联的阈值和/或变化阈值的使用确定故障存在时，则通过CPU 158基于在RF信号的状态S1期间与变量关联的另外的阈值和/或另外的变化阈值的使用确定故障不存在。

在多种实施例中，当在RF脉冲信号的两个状态S1和S0期间通过使用方法500确定故障时，等离子体系统144中存在故障。在若干实施例中，当在RF脉冲信号的两个状态S1和S0期间使用方法500确定故障时，等离子体系统144中不存在故障。

在若干实施例中，当变量值大于阈值并通过CPU 158(图1B)预先确定该变量值小于或等于阈值时，该变量值未能满足或迎合阈值。在若干实施例中，当变量值小于阈值并通过CPU 158预先确定该变量值大于或等于阈值时，该变量值未能满足或迎合阈值。

图6是方法600的实施例的流程图，其示出基于RF信号的状态的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值的改变、其中一个RF发生器146(图1B)的操作的改变以及RF信号的子状态的改变。通过CPU 158(图1B)执行方法600。该方法600在执行方法500(图5)期间被执行。

在方法600的操作602中，CPU 158确定由RF发生器146产生的RF信号是从状态S1过渡至状态S0还是从状态S0过渡到状态S1还是从状态S0过渡到状态S0和S1之间的过渡状态还是从状态S1过渡到状态S1和S0之间的过渡状态。例如，CPU 158从主机系统162(图1B)的存储设备标识由其中一个RF发生器146产生的RF信号的功率电平设定已从与状态S0对应的功率电平设定改变至与状态S1对应的功率电平设定以确定RF信号的状态存在从状态S0至状态S1的改变。又如，CPU 158从主机系统162的存储设备标识功率电平设定以预定速率从用于状态S0的功率电平开始增加以确定由其中一个RF发生器146产生的RF信号存在从状态S0至过渡状态的状态改变。再如，CPU 158从主机系统162的存储设备标识功率电平设定以预定速率从用于状态S1的功率电平开始减小以确定由其中一个RF发生器146产生的RF信号存在从状态S1至过渡状态的状态改变。

应当注意，在一些实施例中，通过CPU 158经由主机系统162的输入设备从用户接收用于每个状态S1、S0等的功率电平设定。主机系统162的输入设备的例子与主机系统120(图1A)的输入设备的例子相同。

在方法500的执行期间作出状态过渡的确定。例如，CPU158在执行操作502(图5)、或者操作504、或者操作506、或者操作508、或者操作510、或者操作512、或者操作514、或者操作516、或者操作518、或者在操作502和504的执行之间、或者在操作504和506的执行之间、或者在操作506和508的执行之间、或者在操作508和510的执行之间、或者在操作510和512的执行之间、或者在操作512和514的执行之间、或者在操作514和516的执行之间、或者在操作516和518的执行之间确定由RF发生器146产生的RF信号是否在状态S1和S0之间过渡。

一旦从操作602确定RF信号的状态改变，在操作604，CPU 158从主机系统120(图1A)的存储设备访问用于改变的状态(例如状态S1、状态S0、过渡状态等)的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值。例如，一旦确定RF信号的状态在执行操作502期间已改变，则CPU 158从主机系统162的存储设备读取γ量级阈值以在操作502期间使用，读取传递功率阈值以在操作504期间使用，读取功率变化阈值以在操作506期间使用，读取电压变化阈值以在操作508期间使用，读取电流变化阈值以在操作510期间使用，读取功率变化阈值以在操作512期间使用，读取阻抗变化阈值以在操作514期间使用，读取晶片偏置变化阈值以在操作516期间使用，以及读取变化阈值以在操作518期间使用。

在方法600的操作606中，使用在操作604期间访问的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值通过CPU 158重复方法500。例如，使用在操作604期间访问的γ量级阈值重复操作502，使用在操作604期间访问的传递功率阈值重复操作504，使用在操作604期间访问的功率变化阈值重复操作506，使用在操作604期间访问的电压变化阈值重复操作508，使用在操作604期间访问的电流变化阈值重复操作510，使用在操作604期间访问的功率变化阈值重复操作512，使用在操作604期间访问的阻抗变化阈值重复操作514，使用在操作604期间访问的晶片偏置变化阈值重复操作516，并使用在操作604期间访问的变化阈值重复操作518。

在方法600的另一操作608中，CPU 158确定一个或多个RF发生器116的操作是否已改变。例如，从主机系统162的存储设备标识其中一个RF发生器146是断开的还是导通的。应当注意，当RF发生器断开时，在一些实施例中，RF发生器不提供RF信号，而当RF发生器导通时，RF发生器提供RF信号。

在方法500的执行期间执行操作608。例如，操作608在操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的任何一个的执行期间或在操作502、504、506、508、510、512、514、516和518中的任意两个之间执行方法500期间被执行。

一旦确定一个或多个RF发生器146的操作已改变，在操作610，CPU 158访问用于改变的操作的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值。操作610类似于操作604，不同的是在操作610期间访问的一个或多个阈值在主机系统162的存储设备中被映射至一个或多个RF发生器146的改变操作。例如，在主机系统162的存储设备中在阈值和其中一个RF发生器146的操作(例如导通、断开等)之间存在一个虚拟链接，并且该虚拟链接被存储在主机系统162的存储设备中。

此外，方法600的操作612类似于操作608，不同的是在操作612期间，通过CPU 158使用在操作610期间访问的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值重复方法500。在操作612期间，不是在一个或多个RF发生器146的操作改变之前使用用于一个或多个RF发生器146的操作状态的阈值，而是使用用于改变操作的一个或多个阈值来执行方法500。

在方法600的操作614，CPU 158确定通过其中一个RF发生器146产生的RF信号是否存在子状态(例如S01、S02、S03、S11、S12、S13等)的改变。例如，CPU 158从主机系统162的存储设备标识由其中一个RF发生器146产生的RF信号的功率电平设定以确定RF信号的子状态是否存在改变。又如，CPU 158确定子状态是否从第一子状态改变至连续地跟随在第一子状态之后的第二子状态。为了进一步解说，CPU 158确定子状态是否从子状态S01改变至子状态S02。作为另一种解说，CPU 158确定子状态是否从S12改变至S13。操作614在执行方法500期间被执行。

图7中给出子状态的例子。图7示出图表702的实施例和另一图表704的实施例。图表702标绘出时钟信号与时间t的关系曲线。时钟信号由主机系统162(图1B)的时钟源(例如振荡源、具有锁相环的振荡器等)产生，并被提供给一个或多个RF发生器146(图1B)以使通过相应的一个或多个RF发生器146产生的一个或多个RF信号的产生同步。在一些实施例中，时钟信号通过主RF发生器(例如x MHz RF发生器等)产生，以提供给y和zMHz RF发生器以使通过x、y和z MHz RF发生器产生的RF信号的产生同步。此外，图表704标绘出RF信号与时间t的关系曲线，该RF信号由其中一个RF发生器146产生。

如图所示，在时钟信号702的状态S0期间，RF信号704的功率电平通过RF发生器146其中产生RF信号704的一个从关联于状态S01改变至关联于状态S02地并进一步从关联于状态S02改变至关联于状态S03。类似地，在时钟信号702的状态S1期间，RF信号704的功率电平通过RF发生器146其中产生RF信号704的一个从关联于子状态S11改变至关联于子状态S12地并进一步从关联于子状态S12改变至关联于子状态S13。

应当注意，与第一子状态(例如连续地跟随着第二子状态(例如子状态S01等)的子状态S02等)关联的功率电平不同于(例如互异于等)与第二子状态关联的功率电平。在一些实施例中，关联于子状态S03的功率电平与关联于子状态S01的功率电平相同。

一旦从操作614确定由其中一个RF发生器146产生的RF信号的子状态存在改变，在操作616中，CPU 158从主机系统162的存储设备访问改变的子状态的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值。操作616类似于操作604，不同的是，在操作616期间，被映射至改变的子状态的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值从主机系统162的存储设备被访问。

在方法600的操作618中，CPU 158使用在操作616期间访问的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值重复方法500。例如，不是在通过其中一个RF发生器162产生的RF信号的子状态改变之前使用一个或多个RF发生器162的工作状态的阈值，而是使用已改变的子状态的一个或多个阈值以执行方法500。操作618类似于操作608，不同的是，在操作614期间被访问的一个或多个阈值和/或一个或多个变化阈值被用于执行操作618。

应当注意，尽管前述实施例关联于将RF信号提供给卡盘136(图1A)的下电极并使上电极134(图1A)接地，然而在若干实施例中，RF信号在卡盘136的下电极接地的同时被提供给上电极134。在一些实施例中，故障和潜在故障在这里可互换地使用。

本文描述的实施例可通过多种计算机系统配置来实践，所述计算机系统配置包括手持硬件单元、微处理器系统、基于微处理器或可编程消费者电子设备、迷你计算机、大型计算机等等。本文描述的实施例也可被实践在分布式计算环境中，其中任务通过远程处理硬件单元执行，这些远程处理硬件单元通过计算机网络链接。

在一些实施例中，控制器是系统的一部分，所述系统可以是前述例子的一部分。系统包括半导体处理设备，其包括处理工具或多个处理工具、腔或多个腔、用于处理的平台或多个平台和/或专用处理器件(晶片基座、气体流动系统等)。系统与电子设备集成以在半导体晶片或衬底的加工之前、期间和之后控制其操作。电子设备被称为“控制器”，它可控制系统的多个器件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器被编程以控制本文披露的任何过程，包括处理气的传递、温度设定(例如加热和/或冷却)、压力设定、真空设定、功率设定、RF发生器设定、RF匹配电路设定、频率设定、流率设定、流体传递设定、位置和操作设定、晶片移入和移出工具以及其它转移工具和/或连接于或接口于系统的加载锁。

广泛地说，在多个实施例中，控制器被定义为电子设备，该电子设备具有多种集成电路、逻辑、存储器和/或软件，它们接收指令、发布指令、控制操作、允许清洁操作、允许端点测量等。集成电路包括存储程序指令的固件形式的芯片、DSP、被定义为ASIC、PLD的芯片、一个或多个微处理器或执行程序指令(例如软件)的微控制器。程序指令是以多种单独设定(或程序文件)的形式与控制器通信的指令，其定义工作参数以在半导体晶片上或对于半导体晶片执行过程。工作参数在一些实施例中是由工艺工程师定义的一部分配方以在制造晶片的一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个加工步骤。

在一些实施例中，控制器是计算机的一部分或耦合至计算机，计算机整合于、耦合于系统，或者与系统联网，或者是前述两者的组合。例如，控制器处于“云”中或者是制造(fab)主机计算机系统的一部分，其允许对晶片加工的远程访问。控制器允许对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过往制造操作的历史、检查来自多个制造操作的趋势或性能度量，以改变当前加工的参数、设定加工步骤以跟随当前加工或开始新的加工。

在一些实施例中，远程计算机(例如服务器)通过计算机网络将加工配方提供给系统，所述计算机网络包括局域网或互联网。远程计算机包括用户界面，其允许参数和/或设定的输入或编程，所述参数和/或设定随后从远程计算机被传递至系统。在一些例子中，控制器接收以用于加工晶片的设定的形式的指令。应当理解，设定专门针对在晶片上将要执行的工艺类型以及与控制器形成接口的或控制器控制的工具类型。由此如前所述，控制器例如通过包括一个或多个分立控制器而形成分布式的，所述分立控制器被联网在一起并朝向共同目标工作，例如实现本文描述的过程。对于这种用途的分布式控制器的一个例子包括腔上的一个或多个集成电路，这些集成电路与位于远端(例如平台层或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信，该集成电路组合以控制腔内的过程。

在不构成限制的前提下，在各实施例中，系统包括等离子体蚀刻腔、沉积腔、旋转漂洗腔、金属电镀腔、清洁腔、斜边蚀刻腔、物理气相沉积(PVD)腔、化学气相沉积(CVD)腔、原子层沉积(ALD)腔、原子层蚀刻(ALE)腔、离子注入腔、径迹腔以及关联于或用于半导体晶片的制造和/或生产的任何其它半导体加工腔。

进一步注意，尽管前述操作是参照平行板等离子体腔(例如电容耦合等离子体腔等)描述的，然而在一些实施例中，前述操作适用于其它类型的等离子体腔，例如包括电感耦合等离子体(ICP)反应器、变压器耦合等离子体(TCP)反应器、导体工具、介电工具的等离子体腔、包括电子回旋共振(ECR)反应器的等离子体腔等等。例如，x MHz RF发生器、y MHz RF发生器和x MHz RF发生器被耦合至ICP等离子体腔内的电感器。

如前面提到的，根据由工具执行的过程操作，控制器与一个或多个其它工具电路或模块、其它工具组件、成簇工具、其它工具接口、毗邻工具、相邻工具、遍及工厂定位的工具、主计算机、另一控制器或用于材料转移的工具通信，所述用于材料转移的工具将晶片容器带到和带离半导体制造工厂中的工具位置和/或装载端口。

考虑前述实施例，应当理解，一些实施例采用牵涉到存储在计算机系统中的数据的多个计算机实现操作。这些计算机实现操作是操纵物理量的操作。

一些实施例也涉及执行这些操作的硬件单元或装置。装置针对专用计算机被专门构造。当被定义为专用计算机时，计算机执行不是专门用途部分的其它处理、程序指令或例程，同时仍然能够针对具体目的操作。

在一些实施例中，本文描述的操作通过选择地激活的计算机执行，或由存储在计算机存储器中的一个或多个计算机程序配置，或者在计算机网络上获得。当通过计算机网络获得数据时，数据可通过计算机网络(例如云计算资源)上的其它计算机处理。

本文描述的一个或多个实施例也可被制造为非临时计算机可读介质上的计算机可读代码。非临时计算机可读介质是任何数据存储硬件单元(例如存储设备等)，其存储随后由计算机系统读取的数据。非临时计算机可读介质的例子包括硬盘驱动器、网络附连的存储(NAS)、ROM、RAM、紧凑盘-ROM(CD-ROM)、CD-可记录(CD-R)、CD-可再写(CD-RW)、磁带以及其它光和非光数据存储硬件单元。在一些实施例中，非临时计算机可读介质包括分布在网络耦合的计算机系统上的计算机可读有形介质，以使计算机可读代码以分布方式被存储和执行。

尽管前述的一些方法操作以具体顺序给出，然而应当理解在各实施例中，其它内务操作在这些方法操作之间被执行，或者调整方法操作以使它们在略为不同的时间发生，或者方法操作被分布在允许方法操作在多个间隔出现的系统中，或者以不同于前述的顺序执行。

还要注意，在一个实施例中，来自前述任何实施例的一个或多个特征与任何其它实施例的一个或多个特征组合，而不脱离本公开描述的各实施例中描述的范围。

尽管为了清楚理解已对前面的实施例作了某些详细的说明，但显然某些改变和修正可在所附权利要求书的范围内进行实践。因此，本发明的实施例被认为是解说性的而非限定性的，并且实施例不限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等同方案之内作出修正。

Claims (28)

1.一种方法，包括：

访问等离子体系统的一个或多个部件的模型，所述等离子体系统包括等离子体腔、射频(RF)发生器和在所述等离子体腔和所述RF发生器之间的传输线；

接收关于将RF功率提供给所述等离子体腔的数据，所述RF功率使用包括一个或多个状态的配置经由所述传输线被提供给所述等离子体腔，所述一个或多个状态在将功率提供给所述等离子体腔期间连续地重复；

使用所述数据在将RF功率提供给所述等离子体腔期间产生在所述模型的输出处的模型数据，所述模型数据关联于所述一个或多个状态中的一个；

在所述一个或多个状态中的一个状态期间检查所述模型数据，所述检查指检查表征所述等离子体系统的等离子体过程的性能的一个或多个变量；

在所述一个或多个状态中的一个状态期间标识针对所述一个或多个变量的潜在故障；

在所述一个或多个状态中的一个状态期间确定所述潜在故障已发生预定的时间段，以使所述潜在故障被标识为事件；以及

对所述事件进行分类。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述模型包括所述传输线的模型。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

检查所述模型数据包括确定所述一个或多个变量是否满足相应的一个或多个变量阈值以及所述一个或多个变量中的一个或多个变化是否满足相应的一个或多个变化阈值，

其中标识所述潜在故障包括：

确定所述一个或多个变量不满足所述相应的一个或多个变量阈值；以及

确定所述一个或多个变化不满足所述相应的一个或多个变化阈值。

4.如权利要求1所述的方法，其中，

检查所述模型数据包括确定所述一个或多个变量中的一个或多个变化是否满足相应的一个或多个变化阈值，

其中标识所述潜在故障包括确定所述一个或多个变化不满足所述相应的一个或多个变化阈值。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个状态中的一个状态期间检查所述模型数据包括在第一和第二状态期间检查所述模型数据，其中在所述第一和第二状态期间检查所述模型数据包括：

在所述第一状态期间确定所述一个或多个变量是否满足第一组相应的一个或多个阈值以及所述一个或多个变量中的一个或多个变化是否满足第二组相应的一个或多个变化阈值；以及

在第二状态期间确定所述一个或多个变量是否满足第二组相应的一个或多个阈值以及所述一个或多个变量中的一个或多个变化是否满足第二组相应的一个或多个变化阈值。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体系统的所述一个或多个部件包括RF电缆、或阻抗匹配电路、或传输线、或所述等离子体腔的下电极、或者所述RF电缆和所述阻抗匹配电路的组合、或者所述RF电缆和所述阻抗匹配电路以及所述传输线的组合、或者所述RF电缆和所述阻抗匹配电路和所述传输线以及所述下电极的组合，其中所述RF电缆将所述RF发生器耦合至所述阻抗匹配电路，其中所述传输线将所述阻抗匹配电路耦合至所述等离子体腔。

7.如权利要求1所述的方法，其中，接收关于RF功率提供的数据包括接收由耦合至所述RF发生器的输出的传感器测得的复电压和电流。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括与时钟信号同步的脉冲配置，所述时钟信号通过时钟源被提供给所述RF发生器。

9.如权利要求1所述的方法，其中，当第一状态的实例后面跟随第二状态的实例并且所述第二状态的实例后面跟随所述第一状态的实例时，所述一个或多个状态被连续地重复。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在所述第一状态期间具有所述RF功率的RF信号的功率电平与在所述第二状态期间的所述RF信号的功率电平互异，其中每个功率电平包括多个功率量级。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括脉冲配置并且所述一个或多个状态包括第一状态和第二状态，所述方法进一步包括：

确定所述脉冲配置处于所述第一状态还是所述第二状态；以及

一旦确定所述脉冲配置处于所述第一状态则改变与所述变量中的一个关联的阈值，所述阈值在改变后对应于所述第一状态，而在改变前对应于所述第二状态。

12.如权利要求1所述的方法，其中，使用所述数据产生所述模型数据包括传播经由所述模型接收的所述数据以产生所述模型数据，所述传播包括计算所接收的所述数据与所述等离子体系统的组件的变量之积、或计算所接收的所述数据与所述等离子体系统的组件的变量之和、或计算所述积与所述和两者。

13.如权利要求1所述的方法，还包括从所述模型数据确定所述一个或多个变量，其中确定所述一个或多个变量包括：

从所述模型数据推导出所述一个或多个变量；以及

计算所述变量中的一个变量与所述变量中的另一变量之比或之积。

14.如权利要求1所述的方法，其中，对所述事件进行分类包括确定所述事件是起弧事件还是等离子体无约束事件还是等离子体漏失事件还是等离子体不稳事件。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个状态包括第一状态和第二状态，所述方法还包括在对所述第一状态执行所述检查、所述标识、所述确定、以及所述分类之后，对所述第二状态执行所述检查、所述标识、所述确定、以及所述分类。

16.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述变量中的一个变量的量级、或所述量级变化的方向、或所述变量中的至少两个变量的组合、或者所述量级改变的速率或其组合对所述潜在故障进行分类。

17.如权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括脉冲配置，进一步包括标识所述潜在故障的所述方法包括在所述脉冲配置的事件前确定状态期间标识所述潜在故障，所述事件前确定状态被执行以点燃所述等离子体腔内的等离子体。

18.如权利要求1所述的方法，其中，标识所述潜在故障包括在与所述等离子体腔内产生的稳态等离子体关联的事件确定状态期间标识所述潜在故障。

19.如权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括脉冲配置，所述方法进一步包括基于所述脉冲配置从事件前确定状态至事件确定状态的改变修正与所述变量中的一个变量关联的阈值的值，所述等离子体在所述事件前确定状态期间在所述等离子体腔内被点燃并且所述等离子体在事件确定状态期间处于稳态。

20.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个状态包括第一状态和第二状态，其中所述第一状态或所述第二状态是从所述RF发生器的功率电平设定确定的。

21.如权利要求1所述的方法，其中，所述配置包括脉冲配置并且所述一个或多个状态包括第一状态和第二状态，所述方法进一步包括基于所述脉冲配置从所述第一状态改变至过渡状态或所述第二状态改变至过渡状态修正与所述变量中的一个变量关联的阈值的值，所述等离子体在所述第一状态期间在所述等离子体腔内被点燃，所述脉冲配置在所述过渡状态期间从所述第一状态改变至所述第二状态或者从所述第二状态改变至所述第一状态。

22.一种方法，包括：

接收与射频(RF)功率的供给关联的数据，其中所述数据是从传感器接收的；

将所述数据传播通过等离子体系统的一个或多个部件的计算机产生模型以确定在计算机产生模型的输出处的模型数据，所述等离子体系统包括RF发生器、经由RF电缆耦合至所述RF发生器的阻抗匹配电路以及经由RF传输线耦合至所述阻抗匹配电路的等离子体腔；

从所述模型数据产生与一个或多个变量关联的值；

确定与所述一个或多个变量关联的值是否满足相应的一个或多个阈值；

一旦确定所述一个或多个变量中的一个或多个值未满足所述一个或多个阈值则产生故障；

确定所述故障是否出现了预定时间段；

一旦确定所述故障出现了所述预定时间段则产生事件；以及

对所述事件进行分类。

23.如权利要求22所述的方法，其中，确定与所述一个或多个变量关联的所述值是否满足所述相应的一个或多个阈值包括：

确定所述值中的一个值是否满足所述阈值中的一个阈值；以及

确定所述变量中的一个变量的变化的其余一个所述值是否满足所述阈值中的另一个阈值，所述阈值中的另一个阈值包括变化阈值。

24.如权利要求22所述的方法，其中，确定与所述一个或多个变量关联的所述值是否满足所述相应的一个或多个阈值包括确定所述变量的变化的值是否满足相应的一个或多个变化阈值。

25.如权利要求22所述的方法，其中，基于所述一个或多个阈值对所述事件进行分类包括确定所述事件是起弧事件还是无约束事件还是漏失事件还是等离子体不稳事件。

26.一种等离子体系统，包括：

射频(RF)发生器，其用以产生和提供在输出处的RF信号，使用包括一个或多个状态的配置提供所述RF信号，所述一个或多个状态在提供所述RF信号期间连续地重复；

阻抗匹配电路，其连接至所述RF发生器以从所述RF发生器接收所述RF信号以产生经修正的RF信号；

RF传输线，其耦合至所述阻抗匹配电路以传递所述经修正的RF信号；

等离子体腔，其连接至所述RF传输线以经由所述RF传输线接收所述经修正的RF信号以产生等离子体；

传感器，其耦合至所述RF发生器的输出；以及

耦合至所述传感器的主机系统，所述主机系统包括处理器，用以：

访问等离子体系统的部件的模型；

从所述传感器接收关于提供所述RF信号的数据；

在提供所述RF信号期间使用所述数据产生在所述模型输出处的模型数据，所述模型数据关联于所述一个或多个状态中的一个状态；

在所述状态中的所述一个状态期间检查所述模型数据，所述检查是检查表征所述等离子体腔内的等离子体过程的性能的一个或多个变量；

在所述一个或多个状态中的所述一个状态期间针对所述一个或多个变量标识潜在故障；

在所述一个或多个状态中的所述一个状态期间确定所述潜在故障已出现预定的时间段，由此将所述潜在故障标识为事件；以及

对所述事件进行分类。

27.如权利要求26所述的等离子体系统，

其中，为了检查所述模型数据，所述处理器被配置成确定所述一个或多个变量是否满足相应的一个或多个阈值并且所述一个或多个变量的一个或多个变化是否满足相应的一个或多个变化阈值，

其中，为了标识所述潜在故障，所述处理器被配置成确定所述一个或多个变量不满足相应的一个或多个阈值并且所述一个或多个变化不满足所述相应的一个或多个变化阈值。

28.如权利要求26所述的等离子体系统，其中，所述处理器被配置成基于所述变量中的一个变量的量级、或所述量级变化的方向、或所述变量中的至少两个变量的组合、或者量级改变的速率或其组合对所述潜在故障进行分类。