CN105389289A - 使用光学数据监测射频发生器操作的系统、方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用光学数据监测射频发生器操作的系统、方法和设备。用光学传感器监测等离子体以确定用于等离子体加工的脉冲射频信号的操作的系统和方法，系统包括：等离子体室，具有针对等离子体区域的光学传感器。射频发生器通过匹配电路耦合至等离子体室。射频定时系统耦合至射频发生器。系统控制器耦合至等离子体室、射频发生器、光学传感器、射频定时系统和匹配电路。所述系统控制器可以包括中央处理器、存储系统、成组的射频发生器设置以及光学脉冲等离子体分析器，该光学脉冲等离子体分析器耦合至光学传感器并且能确定光学传感器中接收的光学发射的状态变化的定时和/或与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的成组的幅值统计。

Description

使用光学数据监测射频发生器操作的系统、方法和设备

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2014年8月29日提交的名称为“使用光学数据监测射频发生器操作的系统、方法和设备”的美国临时专利申请No.62/044,181的优先权，该专利申请通过引用的方式为了所有目的全部并入本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及等离子体加工室和操作，并且更具体地讲，涉及用于监测等离子体加工系统中的射频发生器的操作的系统和方法。

背景技术

等离子体加工系统使用来自射频发生器的射频信号以激活等离子体加工室内的等离子体。射频信号可以被调制并施以脉冲以选定并控制等离子体的许多方面。通常，经由对射频信号采样的系统监测射频信号。遗憾的是，对射频信号采样并不直接监测射频信号对等离子体的影响。

在这种背景下，本领域中产生了需求。

发明内容

一般来讲，本发明通过提供用光学传感器直接监测等离子体以确定脉冲射频信号的操作的系统、方法和设备来满足这些需求。应当理解，本发明可以用多种方式实施，包括方法、设备、系统、计算机可读介质或装置。以下描述了本发明的一些创造性实施例。

一个实施例包括等离子体加工系统，所述等离子体加工系统包括等离子体室。所述等离子体室包括针对所述等离子体室中的等离子体区域的光学传感器。射频发生器通过匹配电路耦合至所述等离子体室。射频定时系统耦合至所述射频发生器。系统控制器耦合至所述等离子体室、所述射频发生器、所述光学传感器、所述射频定时系统和所述匹配电路。所述系统控制器包括中央处理器、存储系统、成组的射频发生器设置以及光学脉冲等离子体分析器。所述光学脉冲等离子体分析器耦合至所述光学传感器并且能确定所述光学传感器中接收的光学发射的状态变化的定时和/或与所述光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的成组的幅值统计中的至少一个。

另一个实施例提供了一种确定光学传感器中接收的光学发射的状态变化的方法。所述方法包括：在光学传感器中接收光学等离子体发射；输出光学传感器信号；对所述光学传感器信号进行滤波以产生经滤波的光学信号；对所述滤波的光学传感器信号整流以产生经整流的、经滤波的光学传感器信号。在定时参考信号的状态变化之前确定所述经整流的、经滤波的光学传感器信号的动态阈值电平。检测在所述定时参考信号的状态变化之后发生的所述经整流的、经滤波的光学传感器信号的状态变化。记录所述经整流的、经滤波的光学传感器信号的所检测的状态变化。

又一个实施例提供了用于确定与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的幅值统计的方法。所述方法包括：在光学传感器中接收光学等离子体发射；输出光学传感器信号；将定时参考信号的至少一个阶段细分成多个子份。确定用于每个所述子份的所述输出的光学传感器信号的幅值统计，并且存储用于每个所述子份的所述输出光学传感器信号的幅值统计。

结合附图，从以示例方式说明本发明的原理的以下详细描述会明白本发明的其他方面和优点。

附图说明

结合附图，从以下详细描述会容易理解本发明。

图1A是用于实施本公开的实施例的等离子体加工系统的简化示意图。

图1B是用于实施本公开的实施例的定时信息提取系统的简化示意图。

图1C是流程图，示出了用于实施本公开的实施例的用于定时信息提取的在光学脉冲等离子体分析器中执行的方法操作。

图2是用于实施本公开的实施例的带通滤波器的简化示意图。

图3是用于实施本公开的实施例的替代的带通滤波器的简化示意图。

图4A-D是用于实施本公开的实施例的典型滤波器响应的曲线图。

图5A是用于实施本公开的实施例的带通滤波之前和之后的两个信号的曲线图。

图5B是用于实施本公开的实施例的带通滤波器和整流器的简化示意图。

图5C是用于实施本公开的实施例的动态阈值检测器和交叉检测器的简化示意图。

图5D和图5E示出了用于实施本公开的实施例的并行的最小计算器和最大计算器的简化示意图。

图6是用于实施本公开的实施例的经滤波且经整流的光学传感器信号和对应的射频触发器信号的更详细的视图。

图7是用于实施本公开的实施例的经滤波且经整流的信号的细节7部分视图。

图8是用于实施本公开的实施例的动态阈值检测电路的简化示意图。

图9A是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有6个子份的脉冲窗口的示意图。

图9B是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口的示意图。

图10A是流程图，示出了用于实施本公开的实施例的用于确定与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的幅值统计在光学脉冲等离子体分析器中执行的方法操作。

图10B是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口以及在阶段S1期间具有多状态操作的射频发生器操作的示意图。

图11是用于实施本公开的实施例的具有用于上述图10中所示的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口的幅值统计的示意图。

图12是用于实施本公开的实施例的可以包括在如上所述的光学脉冲等离子体分析器中的幅值统计系统1100的简化框图。

图13是用于实施本公开的实施例的组合定时信息提取及能统计幅值的光学脉冲等离子体分析器的简化框图。

图14-17描述了用于等离子体加工参数X和参数Y的及格/不及格空间的示例性分析。

具体实施方案

等离子体发出各种波长的光。发出的波长的强度随各种操作参数的变化而变化，该操作参数如，压力、射频信号功率、存在的各种等离子体副产物和组成气体以及远远更多的参数。所需要的是用光学传感器直接监测等离子体以确定脉冲射频信号的操作的系统和方法。

现在将描述经目测监测射频发生器操作的几个示例性实施例。本领域的技术人员将会明白，在没有本文阐述的具体细节中的某些或全部的情况下可以实施本发明。

许多等离子体加工系统(例如，蚀刻、沉积或其他等离子体加工系统)利用脉冲射频信号以激励等离子体。因为射频在开启或高功率状态以及关闭或低功率状态被施以脉冲，因此脉冲射频会造成等离子体发射的光的波长发生瞬态变化。典型光学传感器系统无法区分等离子体发出的光的波长的由于脉冲射频信号导致的瞬态变化和等离子体发出的光的波长的因为压力、组成气体、各种等离子体副产物的浓度、温度等这些等离子体操作参数以及其他等离子体操作参数的变化而引起的其他变化。因此，脉冲射频信号引起的由等离子体发出的光的波长的瞬态变化使典型的光学传感器系统难以精确地监测等离子体操作。本文所述的实施例提供了能精确监测等离子体操作的系统和方法，例如，利用脉冲射频功率的等离子体操作。

图1A是用于实施本公开的实施例的等离子体加工系统100的简化示意图。等离子体加工系统100包括一个或多个射频发生器102-104，射频发生器102-104的相应的射频输出耦合至匹配电路106的射频输入。匹配电路106具有耦合至等离子体室120中的下电极122或上电极126的输出。如图所示，匹配电路106具有耦合至下电极122的输出，并且上电极126可以耦合至另一个电位(直流电压或接地)或另一个射频信号源(未示出)。等离子体124可以形成在上电极126与下电极122之间的等离子体区域中。等离子体室120也包括针对等离子体区域的光学传感器130以检测从等离子体124发出的光128的波长。

等离子体加工系统100还包括系统控制器107。系统控制器107包括中央处理器108A。中央处理器108A耦合至成组的射频发生器设置108B、存储系统108C和网络接口108D。网络接口108D使系统控制器107耦合至主机系统140和/或网络，例如，因特网142。主机系统允许用户从系统控制器107远程监测并控制等离子体加工系统100。系统控制器107还耦合至每个射频发生器102-104、匹配电路106和等离子体室120，以控制并监测等离子体加工系统100的各种操作。

发生器设置108B包括用于射频发生器102-104的各种操作参数的设置。发生器设置108B输出发生器控制信号并且接收来自射频发生器102-104的反馈信号。

定时信号系统105耦合至射频发生器102-104和系统控制器107。定时信号系统105输出射频触发器信号到射频发生器102-104和系统控制器107以使射频发生器和系统控制器内的操作同步。

系统控制器107还包括光学脉冲等离子体分析器132。光学脉冲等离子体分析器132处理从光学传感器130接收的原始光学传感器信号131，以下将更详细地进行描述。

等离子体加工系统100的附加操作和配置细节详见于2012年9月14日提交的共同待审、共有的名称为“基于状态调节功率和频率”的美国专利申请编号13/620,386，该申请通过引用的方式为了所有目的全部并入本申请中。等离子体加工系统100的附加操作和配置细节也详见于2014年11月1日提交的共同待审、共有的名称为“基于阻抗调节功率和频率”的美国专利申请编号13666912，该申请通过引用的方式为了所有目的全部并入本申请中。

一种实施方案提供了使用从由光学传感器130检测的光学等离子体发射128接收的给定的成组的输入信号以及来自射频触发器信号的脉冲同步信号以确定相对于给定的设置点的具体状态的脉冲宽度和脉冲幅度，其中射频脉冲的定义为RFPwr状态1>＝RFPwr状态0。射频触发器信号可以用于帮助从光学传感器130提取定时信息。射频触发器信号可以用于或可以不用于导出有关等离子体处理系统100的定时信息。

第一实施方案评价幅值并且第二实施方案评价定时。可以使用来自光学传感器130的数据直接计算幅值统计。幅值数据的计算可以利用或不利用直方图。幅值分析可以由轻便(lightweight)、快速的计算和快速的上传速率表征。可以使用较小的数据采集窗口以便较大系统的其他方面可以快速记录/观察/反应任何快速瞬态。总生产率可以在>＝10MSPS的范围内，使得对于10ms(100Kpts)的窗口大小，脉冲宽度统计可用于以约100Hz的速率传递到主机系统140，没有任何过期数据。类似地，对于100ms的窗口大小(1Mpts)，脉冲宽度统计可以以约10Hz的速率传递到主机系统140。

图1B是用于实施本公开的实施例的定时信息提取系统150的简化示意图。定时信息提取系统150可以包括在光学脉冲等离子体分析器132中。定时信息提取系统150使用来自光学传感器130的光学等离子体发射128。定时信息提取系统150的精度在记录许多循环时得到提高。因此，当与编译并报告幅值统计的第一实施方案相比时，用更长的记录长度和更慢的更新速率交换更精确的重复率和工作周期统计。定时信息提取系统150包括带通滤波器/整流器152，随后是动态阈值检测器154以获得脉冲交叉信息156。然后交叉信息经过处理158以获得所需的定时统计160。

图1C是流程图，示出了用于实施本公开的实施例的用于定时信息提取的在光学脉冲等离子体分析器132中执行的方法操作170。在操作171中，至少一个射频发生器102-104输出射频信号到与射频发生器中接收的射频触发器信号对应并且根据对应的发生器设置108B中包括的设置的等离子体室120。

在操作172中，光学传感器130检测从等离子体124发出的光学等离子体发射128。在操作172中，来自光学传感器130的输出数据被发送到带通滤波器152，在操作174中，该带通滤波器去除直流成分并且提供频谱整形。在操作175中，在带通滤波器152之后，信号经过整流，并且任何负的数值(在滤波之后)颠倒成正的。经整流的信号发送到执行定时提取的动态阈值检测器154。

在操作176，检测射频触发器信号。在操作178中，如果射频触发器信号从射频触发器信号改变状态的前一个检测的时间起已经改变状态，那么方法操作继续，如以下所述。在操作177中，如果射频触发器信号从射频触发器信号改变状态的前一个检测的时间起没有改变状态，那么方法操作继续。在操作177中，确定动态阈值电平。

在射频触发器信号状态发生变化之前，动态阈值检测器154执行所检测的光学等离子体发射128的移动平均功能。此移动平均功能表示所检测的光学等离子体发射128的精确的基线噪音电平。所检测的光学等离子体发射128的基线噪声电平然后可以用作从基线噪声电平偏移的选定阈值电平的参考。

在操作178中，在射频触发器信号状态发生变化后，交叉检测器156分析所检测的光学等离子体发射128以识别明显的dV/dt，例如在所检测的光学信号中充分陡的斜坡，以下更详细地进行描述。明显的dV/dt表明在等离子体加工室中已经发生射频信号状态变化。所识别的射频信号状态变化指的是状态交叉或变化。在操作179中，对于来自光学传感器130的信号和射频定时信号两者，交叉的时间和状态，上亦或下，记录在存储系统108C的对应的光学脉冲等离子体数据表112和射频定时数据表110中。光学脉冲等离子体数据表112可以用作射频信号交叉列表。射频信号交叉列表可以根据需要进一步修整，并且从经修整的交叉列表得到统计。在操作180中，光学脉冲等离子体数据表112和射频定时数据表110可以输出到主机140并且方法操作可以结束。

带通滤波器152可以是使用Butterworth(例如，带通中的最大平坦度)标准的二阶无限脉冲响应滤波器。图2是用于实施本公开的实施例的带通滤波器152的简化示意图。带通滤波器152可以是使用双精度浮点系数的直接型II型结构。图3是用于实施本公开的实施例的替代的带通滤波器152的简化示意图。替代的带通滤波器152'可以是具有单独前馈和反馈路径的直接型I型结构，前馈结构将缩放/量化系数馈入反馈结构，这有助于防止噪声以及由有限的内部精度和可能的小数效应引发的其他问题。

F0和F1的截止频率分别是20kHz和200kHz。表1示出了所得的系数值。

图4A-D是用于实施本公开的实施例的典型滤波器响应的曲线图。图4A和图4C是脉冲响应400、420的曲线图，并且图4B和图4D是阶跃响应410、430的曲线图。曲线图400-430包括传递函数的归一化幅值曲线和用于稳定性的零极点图。无限脉冲响应滤波器无法提供线性相位响应，然而输入至输出延迟最小。在带通滤波器之后但是在整流之前，信号发生0直流偏移。

在滤波之后，经滤波的发光学检测信号在整流器中整流。整流将经滤波的光学检测信号的负成分转换成正成分。因此，在整流之后，可以提取直流电平。这非常类似于用于幅值调制的包络检波器中使用的整流器。图5A是用于实施本公开的实施例的分别在带通滤波500、510之前和500'、510'之后的两个信号的曲线图。

图5B是用于实施本公开的实施例的带通滤波器152/152'和整流器153的简化示意图。为了柔性以及可能未来的改进，滤波器系数(a0,a1,a2,b0,b1,b2)可以由软件编程。无限脉冲响应滤波器可以是直接型I型或II型的，具体取决于哪个提供更好的(内部数据溢出，饱和)特性。对于无限脉冲响应滤波器的硬件实施方案，可以利用MAC(乘-累加)结构。然而，系数利用足够的位宽并且累加器利用足够的溢出位宽来确保浮点实施方案的稳定性和精度。

还能够用浮点系数来实施无限脉冲响应滤波器，但是这可以使用浮点乘法器和浮点加法器。浮点操作往往比对应的定点运算电路利用更广泛的电路。

图5C是用于实施本公开的实施例的动态阈值检测器154和交叉检测器156的简化示意图。移动平均长度可由软件编程。内存效率值可以是2(例如，8、16、32、64)的幂，并且使用2的幂可以使除法简化成简单的右移操作。比例因子和最小输出电平(未示出)在移动平均值的输出与保存函数之间。比例因子和最小输出电平可以由用户选定或者受软件控制。

在动态阈值检测器154中，最小和最大函数可以以较高速度运行。一个实施方案保持运行最小值，并且运行最大值可以通过使数据分块而良好运行。对于流动数据，用于最后N个样本的运行最小值或最大值可以追踪进入的新数据以及减少的旧数据，可替代地或附加地，对于每次新数据元素进入(和数据减少)，流动数据可以经过最后N个样本。

图5D和图5E示出了用于实施本公开的实施例的并行的最小计算器154”和最大计算器154'的简化示意图。并行的最小和最大计算避免在N个数据元素之间发生过期数据减少。这种并行的最小和最大计算可以在硬件或软件或它们的组合中实施。并行的最小和最大计算也提供用于每个时钟的新数据的高效能通过量，并且可以以层次结构分解向外扩展，如图所示。

样本阈值窗口Wt大小可配置成对于10Hz的更新速率高达约1百万点，为10MSPS。减小样本阈值窗口Wt持续时间可以在相同采样速率的情况下提供更快的更新速率。一些示例性的更新速率包括：

从整个系统的观点看，如果利用OS层，那么系统可以充分响应，包括合适的中断等待时间等，以便支持如上所述的最快的更新速率。

图6是用于实施本公开的实施例的经滤波且经整流的光学传感器信号600和对应的射频触发器信号610的更详细的视图。在时间t0，射频触发器信号从低状态切换到高状态。在时间t0之前，经滤波且经整流的光学传感器信号600A已经设置成基本上稳定的电平，约0，如图所示。这个基本上稳定的电平被认为是动态阈值电平Dt。动态阈值电平Dt由电平发生器确定，该电平发生器在射频触发器信号的上升沿或下降沿(例如，在时间t0的上升沿和时间t1的下降沿)中的至少一个之前对样本取平均值，以下将更详细地进行描述。

在时间t0，射频触发器信号从低状态切换到高状态。射频触发器信号在时间t0的状态变化引起从至少一个射频发生器102-14供应到等离子体室120的射频信号的变化，并且最终引起光学传感器130检测的光学等离子体发射128中的相应变化，以及从光学传感器输出的光学传感器信号的幅值的相应变化，如经滤波且经整流的光学传感器信号600的一部分600B所示。

在时间t1，射频触发器信号从高状态切换到低状态。在时间t1之前，经滤波且经整流的光学传感器信号600C设置到动态阈值电平，约0，如图所示。射频触发器信号在时间t1的状态变化引起从至少一个射频发生器102-14供应到等离子体室120的射频信号的变化，并且最终引起光学传感器检测的光学等离子体发射128中的相应变化，以及来自光学传感器130的幅值的相应变化，如经滤波且经整流的光学传感器信号600的一部分600D所示。

在射频触发器信号的分别对应于时间t0和时间t1的上升沿或下降沿的至少一个后，电平检测器检测到经滤波且经整流的光学传感器信号600的信号电平显著增大，以下将更加详细地进行描述。

在来自光学传感器130的经滤波且经整流的光学传感器信号600的幅值的初始变化之后，来自光学传感器的信号的幅值返回到动态阈值水平Dt，如经滤波且经整流的信号600的一部分600C所示。

图7是用于实施本公开的实施例的经滤波且经整流的信号600的细节7部分的视图。在射频触发器信号状态在时间T0过渡之前，示出了动态阈值检测窗口Wt。

动态阈值电平Dt适应状态并针对状态调节，并且因此可以基本上避免错误检测到的射频触发器信号状态过渡，例如，误报，并且类似地可以基本上避免遗漏的射频触发器信号状态过渡。

在一个实施方案中，动态阈值电平检测在高达约2000或更多的数据点的设置(例如，9kHz信号在100ms内具有1800次变化)进行分析，并且可以在软件亦或硬件中实施。硬件实施方案可以空出用于实现高性能的软件。应当理解，动态阈值电平检测可以分析可能在选定的动态阈值检测窗口Wt的持续时间内并且在该选定的动态阈值检测窗口Wt期间以选定的动态阈值检测采样率发生的多于或少于2000个的点。

图8是用于实施本公开的实施例的动态阈值检测电路800的简化示意图。动态阈值检测电路800包括信号平均装置802和归一化装置804。应当理解的是，信号平均装置802和归一化装置804可以在硬件或软件或硬件和软件的组合中实施。

信号平均装置802计算在射频触发器信号的状态变化之前(例如，时间t0和时间t1)发生的选定的阈值检测窗口Wt中来自光学传感器130的经滤波且经整流的信号600的选定的数量为N个的样本的移动平均值。分析的数量为N个的数据点(例如，样本)和/或动态阈值检测窗口Wt的持续时间和/或动态阈值检测窗口Wt内的采样率是用户可选的选项。举例来说，N可以是2的幂(16、32、64等)。在一些实施方案中，信号平均装置802通过使用具有递归结构的箱式滤波器来计算移动平均值。应该指出的是，即使应用递归，移动平均值是有限脉冲响应机制并且内在稳定。

在一个或多个实施方案中，归一化装置804可以是任选的，因为信号平均装置802的输出可以进行使用或缩放，其可以选定。还应该指出的是，如果N是2的幂，那么归一化步骤可以变成二进制右移操作。

再次参见图7，群延迟τ(tau)在射频触发器信号在时间t0的状态变化之后发生。群延迟τ包括在射频发生器102-104中的各种控制和射频电路中的响应延迟以及射频信号通过射频传输路径从射频发生器传输到等离子体加工室120所需的时间引起的射频信号传递延迟。群延迟τ也可以包括贯穿等离子体加工系统100和光学传感器130的附加系统延迟。

群延迟τ通过测量等离子体加工系统100的操作的定时并且测量射频触发器信号的状态变化与所检测的光学等离子体发射128的响应的状态变化之间的各种延迟来确定。射频触发器信号的选定数量的状态变化可以与所检测的光学等离子体发射128的相应的选定数量的对应状态变化进行比较以确定平均群延迟τ值。在一些实施方案中，附加延迟可以增加到计算的平均群延迟。一旦确定群延迟τ，相同的群延迟τ用作定时提取分析。

在紧接着射频触发器信号在时间t0的状态变化之后的群延迟τ之后，来自光学传感器130的光学传感器信号的幅值发生变化，如经滤波且经整流的光学传感器信号600的一部分600B所示。光学传感器信号的幅值变化可以是与光学等离子体发射128的选定的波长强度变化对应的光学传感器的电流或者可替代地电压的变化。

在紧接着射频触发器信号在时间t0的状态变化之后的群延迟τ之后，例如，在时间t0+τ，电平检测器开始检测选定的时间窗口Wd的时间段的光学传感器信号。

在选定的时间窗口Wd期间，电平检测器监测在经滤波且经整流的光学检测信号600中明显超过在计算如上所述的移动平均值时发现的阈值电平Dt的信号电平。选定ΔT偏移阈值。ΔT偏移阈值设置与经滤波、经整流的光学传感器信号的阈值电平Dt的最小差值或偏移，其被视为光学传感器信号中可能的状态变化。ΔT偏移阈值可以是选定的常数值，或者可替代地可以是阈值电平Dt的函数，例如阈值电平的乘数。

因此，在时间t0+τ，电平检测器开始监测经滤波且经整流的光学检测信号600的超过Dt+ΔT的值。

峰值P被选定为最小值，在选定的时间窗口Wd期间必须超过该最小值以确认经滤波且经整流的光学检测信号600的超过Dt+ΔT的值是经滤波且经整流的光学检测信号中的真实状态变化而不是噪声或其他尖峰。选定的时间窗口Wd的宽度确定经整流的光学检测信号600的超过Dt+ΔT的检测的信号电平所需的最小斜坡当作经滤波且经整流的光学检测信号中的真实状态变化。电平检测器可以使用导函数，例如，经滤波且经整流的光学传感信号600中的dV/dt。

在一个实施方案中，电平检测器可以在检测到光学传感器信号的状态变化之后留在非活动状态直到接收到射频触发器信号的下一个状态变化。以此方式，没有检测到额外的误报。

从光学传感器130所检测的射频状态的分组/修整变化收集定时统计。统计的列表如下所示：

脉冲重复率：<32位浮点>样本内所有脉冲重复率的平均值

脉冲工作周期：<32位浮点>样本内所有工作周期的平均值

脉冲宽度平均值S1：<32位浮点>数据集中的所有S1状态(未经过插入调整)的平均宽度

脉冲宽度最大S1：<32位浮点>数据集中的所有S1状态(未经过插入调整)的最大脉冲宽度

脉冲宽度最小S1：<32位浮点>数据集中的所有S1状态(未经过插入调整)的最小脉冲宽度

脉冲宽度标准偏差S1：<32位浮点>数据集中的S1状态(未经过插入调整)的标准偏差

脉冲宽度平均值S0：<32位浮点>数据集中的所有S0状态(未经过插入调整)的平均宽度

脉冲宽度最大S0：<32位浮点>数据集中的所有S0状态(未经过插入调整)的最大脉冲宽度

脉冲宽度最小S0：<32位浮点>数据集中的所有S0状态(未经过插入调整)的最小脉冲宽度

脉冲宽度标准偏差S0：<32位浮点>数据集中的S0状态(未经过插入调整)的标准偏差

射频触发器信号重复率平均值<32位浮点>包括射频触发器信号S1的宽度和射频触发器信号S0的宽度

射频触发器信号工作周期平均值<32位浮点>

Tau射频定时信号与BPF上升沿<32位浮点>“插值上升沿”

重复率可以在射频触发器信号的+/-0.1％内获得，因为系统(等离子体发生器和光检测器)可能不包含任何频率调制项。

由于各种上升时间和下降时间，工作周期将根据射频触发器信号与对输入等离子体室120的不同的射频信号功率的等离子体响应的函数关系的不同而不同。射频和其它等离子体操作参数设置的调整会对工作周期计算有影响。在一个实施方案中，可以引入工作周期调整项，该工作周期调整项可以校正工作周期误差。在光学传感器信号中的检测的状态变化与射频触发器信号的状态变化之间发生群延迟τ(针对上升沿和下降沿)。在计算工作周期时，群延迟τ可以添加到射频触发器信号变化的上升沿和下降沿。这种工作周期调整也可以记录在存储系统108C中并且输出到主机140作为计算的统计。

幅值统计

除了如上所述的定时提取系统之外或代替如上所述的定时提取系统，第二实施方案也可以确定多个脉冲幅值统计。射频定时信号的每个阶段分成选定的数量的子份。针对射频触发器信号的每个阶段的每个子份确定原始的未滤波的光学传感器信号131的幅值统计。图9A是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有6个子份的脉冲窗口的示意图。图9B是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口的示意图。图10A是流程图，示出了用于实施本公开的实施例的用于确定与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的幅值统计在光学脉冲等离子体分析器中执行的方法操作1000。

在操作1002中，至少一个射频发生器102-104输出射频信号到与射频发生器中接收的射频触发器信号对应并且根据对应的发生器设置108B中包括的设置的等离子体室120。在操作1004中，光学传感器130检测从等离子体124发出的光学等离子体发射128。在操作1006中，光学传感器130输出光学传感器信号。

在操作1008中，例如射频触发器信号之类的定时参考信号的至少一个阶段细分成选定数量的子份。举例来说，如图9A所示，每个阶段S1和S0细分成6个子份。类似地，如图9B所示，每个阶段S1和S0细分成8个子份。应该指出的是，仅S1和S中的一个阶段0可以经过细分并分析用于幅值统计数据。可以选择多于8个或少于6个子份。所得的幅值统计数据的粒度与每个阶段的子份的数量对应。还应该指出的是，每个子份可以在持续时间内相等或不相等，然而每个子份的选定的持续时间应当在定时参考信号的多个循环之间一致。举例来说，子份d2在持续时间方面可以不等于子份d3，然而，子份d2在定时参考信号的每个阶段S1中应当具有相同的持续时间。另外，子份d3在定时参考信号的每个阶段S1中应当具有相同的持续时间。

在操作1010中，针对每个子份确定输出的光学传感器信号的幅值统计。针对每个子份确定输出的光学传感器信号的幅值统计，包括在每个子份中输出的光学传感器信号的最大值、最小值和平均值。

在操作1012中，针对每个子份的输出的光学传感器信号的幅值统计例如记录在系统控制器107的存储系统108C中。在操作1014中，针对每个子份的输出的光学传感器信号的幅值统计输出到主机系统140。

在操作1016，主机系统140和/或系统控制器107可以将针对每个子份的输出的光学传感器信号的幅值统计与参考幅值统计进行比较，并且输出对应的反馈信号到等离子体加工系统100。

统计可以限于针对射频触发器信号的每个阶段的选定数量的子份的最小值/平均值/最大值[1、2、4、6、8]。对于子份值1，可以计算配置的窗口大小内的所有状态1值的单组最小值/平均值/最大值，以及(同一窗口内)状态0的单组最小值/平均值/最大值。对于大于1(N)的细分值，在具体状态的每个部分返回的最小值/平均值/最大值内，给定状态的宽度可以分成N部分，并且受到可配置的窗口大小的约束。

图10B是用于实施本公开的实施例的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口以及在阶段S1期间具有多状态操作的射频发生器操作的示意图1050。示意图1050包括射频触发器脉冲，该射频触发器脉冲具有射频触发器处于高状态的阶段S1以及射频触发器处于低状态的阶段S0。阶段S1和S0细分成8个子份D0-D7以允许对每个子份的光学脉冲进行幅值分析。

射频发生器改变到高状态以对应于射频触发器脉冲的阶段S1。在高状态内，射频发生器可以包括多个操作状态。举例来说，当射频发生器在S1开头初始切换到高状态时，射频发生器可以在多状态S1a期间启动上电操作。在多状态S1a期间，射频发生器具有预定的上电坡道或斜坡。这可以用于几个原因，举例来说，在多状态S1a期间选定的斜坡可以允许射频发生器更平缓的上电阶段，该上电阶段可以增加射频发生器的可靠性并且/或者产生具有更少瞬变的射频输出。在多状态S1a之后，射频发生器继续进行经过多状态S1b-S1i。

当射频触发器在阶段S0开头切换到低状态时，随着功率输出从高状态S1减小到低状态S0，射频发生器开关切换到S0a多状态以控制功率输出。当射频发生器的输出信号达到低状态时，射频发生器切换到多状态S0b。S0b维持直到射频触发器脉冲下一次切换到状态S1并且多状态S1a至S0b的序列重复。应该指出的是，图示的多状态仅仅是示例性的，并且在多状态S1a-S0b中的每一个期间可以实施任何合适的曲线或斜线。

光学脉冲的幅值统计分析也可以包括多状态S1a-S0b，并且因此识别光学脉冲的变化，这种变化可能是由于从射频发生器的一个多状态过渡到后续的多状态导致的。举例来说，光学信号的详细幅值分析可以表明局部峰值1052与在点1054从多状态S1e到多状态S1f的射频发生器多状态过渡有关。

脉冲幅值统计可以包括以下实例：

脉冲幅值平均值S1：

pulse_amp_avg_s1_d0<uint_16>在d0子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d1<uint_16>在d1子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d2<uint_16>在d2子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d3<uint_16>在d3子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d4<uint_16>在d4子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d5<uint_16>在d5子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d6<uint_16>在d6子份中的S1状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s1_d7<uint_16>在d7子份中的S1状态期间的平均值

脉冲幅值最大值S1：

pulse_amp_max_s1_d0<uint_16>在d0子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d1<uint_16>在d1子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d2<uint_16>在d2子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d3<uint_16>在d3子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d4<uint_16>在d4子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d5<uint_16>在d5子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d6<uint_16>在d6子份中的S1状态期间的最大值

pulse_amp_max_s1_d7<uint_16>在d7子份中的S1状态期间的最大值

脉冲幅值最小值S1pulse_amp_max_s1_d0<uint_16>在d0子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d1<uint_16>在d1子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d2<uint_16>在d2子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d3<uint_16>在d3子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d4<uint_16>在d4子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d5<uint_16>在d5子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d6<uint_16>在d6子份中的S1状态期间的最小值

pulse_amp_max_s1_d7<uint_16>在d7子份中的S1状态期间的最小值

脉冲幅值平均值S0：

pulse_amp_avg_s0_d0<uint_16>在d0子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d1<uint_16>在d1子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d2<uint_16>在d2子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d3<uint_16>在d3子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d4<uint_16>在d4子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d5<uint_16>在d5子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d6<uint_16>在d6子份中的S0状态期间的平均值

pulse_amp_avg_s0_d7<uint_16>在d7子份中的S0状态期间的平均值

脉冲幅值最大值S0：

pulse_amp_max_s0_d0<uint_16>在d0子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d1<uint_16>在d1子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d2<uint_16>在d2子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d3<uint_16>在d3子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d4<uint_16>在d4子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d5<uint_16>在d5子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d6<uint_16>在d6子份中的S0状态期间的最大值

pulse_amp_max_s0_d7<uint_16>在d7子份中的S0状态期间的最大值

脉冲幅值最小值S0：

pulse_amp_max_s0_d0<uint_16>在d0子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d1<uint_16>在d1子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d2<uint_16>在d2子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d3<uint_16>在d3子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d4<uint_16>在d4子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d5<uint_16>在d5子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d6<uint_16>在d6子份中的S0状态期间的最小值

pulse_amp_max_s0_d7<uint_16>在d7子份中的S0状态期间的最小值

脉冲幅值最大值时间S1(相对于边缘阈值)：<16位无符号整数>'在第1子份的给定脉冲状态内发生最大值的时间戳

脉冲幅值最小值时间S1(相对于边缘阈值)<16位无符号整数>'在第1子份的给定脉冲状态内发生最小值的时间戳

脉冲幅值最大值时间S0(相对于边缘阈值)<16位无符号整数>'在第1子份的给定脉冲状态内发生最大值的时间戳

脉冲幅值最小值时间S0(相对于边缘阈值)<16位无符号整数>'在第1子份的给定脉冲状态内发生最小值的时间戳

根据窗口宽度设置，可以由循环大小来定义脉冲窗口，并且光学传感器信号131可以在可配置窗口期间重复。举例来说，在9kHz50％信号的100ms采集时间内，S0状态的窗口将会是55.55us。在此实例中，光学传感器信号131将经过S0状态重复900次。S0状态中的子份d0将具有最小值、最大值和平均值。最大值是在子份d0期间S0状态中的所有最大值的最大值。最小值是在子份d0期间S0状态中的所有最小值的最小值。平均值是在子份d0期间S0状态中的所有平均值的平均值。

子份大小取决于将S0状态(或S1状态)的时间分成N个相等部分的时间(其中N是1、2、4亦或8或一些其他数值)。一个实施方案包括：

1–一些其他定时参考的计数时钟，用于确定S0(或S1)状态持续的循环数

2–执行0、1、2亦或3位右移操作

这确定在样本时间方面的子份大小。一旦已知每个子份的样本时间的大小，我们就可以确定正在分析哪个子份，并且计算该子份的统计。

图11是用于实施本公开的实施例的具有用于上述图10中所示的射频触发器信号阶段S1和S0的具有8个子份的脉冲窗口的幅值统计的示意图。每个子份的幅值统计分析得到与射频触发信号的每个阶段S1、S0中的8个子份对应的仅具有8个选定数据点的脉冲窗口的版本。

图12是用于实施本公开的实施例的可以包括在如上所述的光学脉冲等离子体分析器132中的幅值统计系统1100的简化框图。幅值统计系统1100可以确定S0(或S1)状态的幅值统计。确定的幅值统计然后可以存储在OPP数据表112中，并且可能需要输出到主机140。

在一个实施方案中，系统控制器可以支持10MSPS的总数据速率。尽管无限脉冲响应滤波器在计算上轻松(每个数据点仅需要5个乘法-加法操作)，但是滤波器确实经过窗口中的所有数据(例如根据采样率，对于100ms的窗口大小，高达或大于1百万个点)。

图13是用于实施本公开的实施例的组合定时信息提取及能统计幅值的光学脉冲等离子体分析器1300的简化框图。

以下是参数列表，在各种实施方案中，所述参数可以变化以调节光学脉冲等离子体分析器132的操作：

S0.S1阈值参考电平

S0.S1阈值参考电平

上升速率

上升速率

提供了交流模拟模型实施方案以帮助理解、探讨并调节光学脉冲等离子体分析器系统132。有一个完整的环境允许C代码内置在可执行程序中以模拟光学脉冲等离子体分析器系统132。C实施方案通过使用成组的标准输入并且产生成组的输出还允许光学脉冲等离子体分析器系统132经历运行测试。波形的多个文件可以用于测试光学脉冲等离子体分析器系统132。

C实施方案和测试可以进行自查并且可以产生对应的及格/不及格/警告消息。C实施方案还允许光学脉冲等离子体分析器系统132运行给定的数据组的多组参数。

示例性的源代码包括：

解析命令行

命令行解析器用于设置算法参数并且控制模拟器设置和输出。三个要素是：

模拟器的可控性

算法参数设置

输出的可观侧性(和输出的极限范围)

一般的命令行选项采用以下形式：

-setting_name

-setting_namesetting_value

除必须紧接着设置名称的设置值之外，设置与位置无关。

通过发布以下命令可以找到设置的完整列表：

algo_explore.exe–help

读取输入数据

期望输入数据是二进制位_16位格式。LSB包含射频触发器信号。这个有效表明有15位输入数据。默认情况下，期望每个数据文件是1,000,000点数据(无符号)。应该指出的是用于光学脉冲等离子体分析器系统132的电子器件设置成使得绝对黑暗不会产生零的光学传感器130输出信号值，反而有1573的偏移量。当用示波器在HT接口板监测点Vtp测量时，光学传感器130上的模数转换器的增益可以是约30,932每伏。对于选定的光学传感器130每伏的增量计数是30,932(例如，HighlandTechnologyModelJ710PlasmaPhotodetectorTechnicalManual,OpticalInterfaceADCMB，为了所有的目的通过引用的方式并入)。

为了示例的目的，光学脉冲等离子体分析器系统132可以使用几个示例性的操作进行处理，根据选定的实施方案，更多或更少的操作是可行的。示例性的操作是：

从射频触发器时间获得射频触发器交叉列表

BPF+整流光电二极管的电流数据

建立电流状态的动态阈值

用动态阈值对光电二极管的电流信号削波

应用阈值交叉调节因子，并且根据需要(从100ms时间削波开始时获得的数据进行上升时间和下降时间调节)

计算统计(来自光电二极管交叉)

生成输出

C-代码能用各种中间结果从复杂详细的输出生成到具有统计的单行输出的不同类型的输出，以及自查及格/不及格/警告指示符。应当理解，可以使用任何程序语言并且以下程序过程仅仅是示例性的。

对于全部细节，使用-verbose命令行选项。

对于较少的信息(在运行多数据组时使用)，使用–quiet选项。

在运行大量测试案例时，通常方便的是产生单行输出。在这种情况下，使用结合–sgl_line选项的–quiet选项。单行输出的格式是：

<输入文件名>,<重复率>,<工作周期>,<s1宽度>,<s0宽度>,<对于具有测量的/参考的标准的重复率的及格/不及格/警告>,<对于具有测量的/参考的标准的工作周期的及格/不及格/警告>(<inputfilename>,<reprate>,<dutycycle>,<s1width>,<s0width>,<PASS|FAIL|WARNforrepratewithcriteria,measured/ref>,<PASS|FAIL|WARNfordutycyclewithcriteria,measured/ref>)

贯穿整个系统实施自查机制(以外壳脚本以及C代码)。自查机制是用射频触发器信号的自查。可以从射频触发器信号直接获得统计，并且如果光学传感器130的输出电流生成的统计与射频触发器信号本身一致(在1％内)，那么自查机制将报告及格。如果结果是>5％的差值，那么结果为不及格，如果是上述两者之间，结果将是警告。

C源代码编译成可执行的。生成文件存在于顶层目录，以帮助构建过程。系统已被测试如下：

LinuxDebian7.4

gcc4.7.2-1

make3.81-8.2

为了构建程序，从顶层发布命令：

makebuild/algo_explore.exe

以下是.tar.gz目录结构

自查测试是内置在贯穿整个流程的自查机制的结果。C程序具有是什么的想法。C可执行代码必须在它可以运行之前构建。使用从主要顶层调用的生成文件来构建C可执行代码。为了构建主要的可执行类型，命令：Makebuild/algo.explore.exe

为了运行c可执行代码，发布命令：./build/algo_explore.exe–in_pd＝nputfile<任选的参数>

下列是命令行参数的列表，以及它们如何映射到光学脉冲等离子体分析器系统132的元件：

限制输出

–quiet选项可以用于限制输出。当–quiet与–sgl_line选项结合时，仅产生单行输出。对于丰富的细节，使用-verbose选项。

一般而言，以下使用的模型的目的是：

–verbose：调试单独的波形

-quiet：一次调试几个波形

-quiet–sgl_line：用于调试大组的数据(每个波形仅产生1行输出)

为了通过模拟器运行单个波形，能够从命令行直接运行，或者使用脚本。有被称为./run_test.cmd的样本脚本。

为了通过系统模拟多个波形，最好使用/修改现有脚本之一。有两个脚本：

./run_14.cmd

./run_160.cmd：运行160个数据组(总共305个波形)

存在除以下目录之外的这些脚本：

../test_case_160/

../test_case_14/

可以有logs/logs_14目录和logs/loga_160目录中示出的输出文件。有具有所有及格/不及格结果的summary.txt文件、以及summary_PASS.txt、summary_FAIL.txt和summary_WARN.txt。

运行多个波形的脚本写成.csh格式并且旨在从Linuxbox运行(然而，虚拟机也可以运行)。

示例性命令的综述

run_14.cmd

run_160.cmd

run_test.cmd

algo_explore.exe

makebuild/algo_explore.exe

参数扫描

综述

由于相对任意地选择程序的几个参数(使用看起来像合理值和迭代过程的参数)，自然想到的问题是需要探讨能使已知/给定组的波形中的裕度最大化的参数组。寻找最佳组的参数的方法是在搜索空间中尝试不同的参数并且找到与引入警告/不及格结果的点“距离”最大的一个组。以此方式，我们可以探讨搜索空间，并且找到(及格的)边缘，并且获取距离该边缘最远的解。

主机140可以将接收的幅值统计、接收的定时统计和接收的射频定时信号统计比较此前记录的统计或理想统计。主机然后可以提供反馈给系统控制器107用于调节与比较的统计之间检测的差值对应的等离子体加工系统100的各种参数。

举例来说，接收的幅值统计可以与用于等离子体室120中进行的等离子体加工的理想的成组的幅值统计进行比较。接收的幅值统计与理想的幅值统计之间的差值可以与一个或多个等离子体加工参数调节有关，该加工参数如，频率、功率、压力、工作周期、温度、上电极与下电极之间的距离、等离子体组成气体、等离子体副产物和许多更合适的等离子体操作参数。

例如，如果我们将要在二维中表示，及格/不及格空间代表参数X和参数Y，可以看起来像图14。

空间中的离散点可以以规则间隔的间距采样，我们的采样点看起来像图15。

通过交叉图14和图15：参数空间-测试的点，我们得到了我们的结果看起来像的想法(图16)：

在图17中，样本空间中的“0”点已经通过。我们无法获得及格空间的边界的复杂性的准确情况，但是我们有一个可能具有一定维度的想法。通过找到距离此已知的及格空间的边缘最远的“*”点，我们可以优化我们的采样标准(在两个参数X和Y之间)，如“0”点所示。

将此技术应用于成组的N个参数，形成了用于搜索空间的成组的N个基矢。在上述实例中，当使用选定用于X的4个点和选定用于Y的4个点在两个参数X和Y之间搜索时，我们具有需要配测试的4×4＝16个参数组。

对于6个参数，对于其中的每个参数将取选定的样本空间中的3个值，并且在样本空间中采样3^6＝729个点。

为了运行参数扫描，发布以下命令：

./do_sweep.csh

在以下文件中找到参数扫描结果：sweep_res.txt

参数sweep_res.txt上的每行包括：

参数扫描上的每行代表结合及格/不及格/警告总输出用给定的参数设置，及格、不及格和警告的波形的数量模拟的整组波形(14或305个波形结果)。如果任一波形不及格，那么整组都不及格。如果没有波形不及格，但是任一波形警告，那么成组的将被标上警告。如果所有波形都及格(无不及格，并且无警告)，那么波形组将及格。

结果行(用于do_sweep.csh)的格式如下：

参数：<pre_avg_time_rise>,<pre_avg_lev_rise>,<pst_win_time_rise>,<pre_avg_time_fall>,<pre_avg_lev_fall>,<pst_win_time_fall>；结果：<#pass>,<#fail>,<#warn>,<PASS|FAIL|WARN>

样本输出为：

参数：25,20,400,50,10,400，结果：14,0,0,PASS

在一个实施方案中，等离子体加工系统可以包括等离子体室，该等离子体室具有针对等离子体室中的等离子体区域的至少一个光学传感器。至少一个射频发生器通过匹配电路耦合至等离子体室。射频定时系统耦合至射频发生器并且系统控制器耦合至等离子体室、射频发生器、光学传感器、射频定时系统和匹配电路。系统控制器可以包括中央处理器、存储系统、成组的射频发生器设置以及光学脉冲等离子体分析器，该光学脉冲等离子体分析器耦合至光学传感器并且能确定与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的成组的幅值统计。

另一个实施方案可以包括用于确定与光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的幅值统计的方法。所述方法包括在光学传感器中接收光学等离子体发射，从光学传感器输出光学传感器信号。定时参考信号的至少一个阶段可以分成多个子份。输出光学传感器信号的幅值统计可以确定并存储用于每个子份。

考虑到上述实施例，应当理解的是，本发明可以采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实施的操作。这些操作需要对物理量进行物理操作。通常，虽然未必，这些物理量的形式是能够被存储、传输、组合、比较或者说是操作的电信号和/或磁信号。另外，执行的操作通常明确地指代例如产生、识别、确定或比较。

本发明可以由其他计算机系统配置来实施，包括手持式设备、微处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、微型计算机、大型计算机等。本发明还可以由分布式计算环境来实施，其中任务由通过网络连接的远程处理设备来执行。

本文中描述的组成本发明的一部分的任何操作都是有用的机器操作。本发明还涉及一种用于执行这些操作的设备或装置。所述装置可以被专门构造成用于所需目的，或者可以是有计算机中存储的计算机程序选择性地激活或配置的通用计算机。特别地，多种通用机器可以与根据本文所述的教导所编写的计算机程序一起使用，或者更方便的是构造更专业的设备来执行所需的操作。

本发明还可以实施为计算机可读介质上的计算机可读的代码和/或逻辑。计算机可读介质是可以存储数据的任何数据存储设备，这些数据随后可以被计算机系统读取。计算机可读介质的实例包括硬盘驱动器、网络附加存储器(NAS)、逻辑电路、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带和其他的光学和非光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络耦合的计算机系统中，使得计算机可读的代码按照分布的方式存储并执行。

应当进一步理解的是，上述附图的操作所代表的指令不需要按照图示的顺序执行，并且操作所代表的所有处理并不是实施本发明所必需的。另外，在任意上述附图中描述的过程还可以实施为存储在RAM、ROM或硬盘驱动器的组合的任意一种中的软件。

在一些实施方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体加工设备，包括一个或多个加工工具、一个或多个加工室、用于加工的一个或多个平台和/或具体的加工组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在加工半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以包括一个或多个系统的各种元件或子部件。根据加工要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括输送工艺气体、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置既操作设置、晶片转移到工具和其他转移工具和/或与具体系统连接上或通过接口连接的装载锁里面和外面。

宽泛地讲，控制器可以定义为具有接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或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。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)通信到控制器、定义用于在或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数的指令。在一些实施例中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯期间完成一个或多个加工步骤的配方(recipe)的一部分。

在一些实施方案中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者耦合至该计算机。例如，控制器可以在“云端”或者fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片加工。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前加工的参数，设置加工步骤以跟随当前的加工或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该用户界面然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个加工步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及配置成控制器来连接或控制的工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室内的一个或多个集成电路。

不希望限制，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体加工系统。

如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合设备工具、其他工具界面、相邻的工具、邻近的工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口并且从工具位置或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具。

尽管为了理解清楚的目的描述了上述发明的一些细节，但是应当认识到，在所附权利要求书的范围内可以进行某些变化和修改。因此，本实施例应当被理解为说明性的而不是限制性的，并且本发明应当不限于本文中给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等同形式内进行修改。

Claims (15)

1.一种等离子体加工系统，其包括：

等离子体室，其具有针对所述等离子体室中的等离子体区域的至少一个光学传感器；

至少一个射频发生器，其通过匹配电路耦合至所述等离子体室；

射频定时系统，其耦合至所述至少一个射频发生器；以及

系统控制器，其耦合至所述等离子体室、所述至少一个射频发生器、所述光学传感器、所述射频定时系统和所述匹配电路，所述系统控制器包括：

中央处理器；

存储系统：

成组的射频发生器设置；以及

光学脉冲等离子体分析器，其耦合至所述光学传感器并且能确定所述光学传感器中接收的光学发射的状态变化的定时和/或与所述光学传感器中接收的光学发射的幅值对应的成组的幅值统计中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述成组的幅值统计包括在选定的样本持续窗口内的所述光学发射的幅值变化超过选定的设置点。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所选定的所述样本持续窗口是选定幅值相对于预触发平均幅值的偏移。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所选定的所述样本持续窗口延迟选定的群延迟。

5.根据权利要求1所述的系统，其中确定所述光学传感器中接收的所述光学发射的状态变化的定时包括选择用于确定所述光学发射的状态变化的定时的样本窗口持续时间。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述成组的幅值统计包括确定在选定的样本持续窗口内多个时间的所述光学发射的幅值变化。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述成组的幅值统计包括：

将定时参考信号的至少一个阶段细分成多个子份；

确定用于所述子份中的每一个子份的所述输出光学传感器信号的幅值统计；以及

存储用于所述子份中的每一个子份的所述输出光学传感器信号的幅值统计。

8.一种等离子体加工系统，其包括：

等离子体室，其具有针对所述等离子体室中的等离子体区域的至少一个光学传感器；

至少一个射频发生器，其通过匹配电路耦合至所述等离子体室，

射频定时系统，其耦合至所述至少一个射频发生器；以及

系统控制器，其耦合至所述等离子体室、所述至少一个射频发生器、所述光学传感器、所述射频定时系统和所述匹配电路，所述系统控制器包括：

中央处理器；

存储系统：

成组的射频发生器设置；以及

光学脉冲等离子体分析器，其耦合至所述光学传感器并且能确定所述光学传感器中接收的光学发射的状态变化。

9.一种确定光学传感器中接收的光学发射的状态变化的方法，包括：

在光学传感器中接收光学等离子体发射；

输出光学传感器信号；

对所述光学传感器信号滤波以产生经滤波的光学信号；

对经滤波的所述光学传感器信号整流以产生经整流的、经滤波的光学传感器信号；

确定在定时参考信号的状态变化之前发生的经整流的、经滤波的所述光学传感器信号的动态阈值电平；

检测在所述定时参考信号的状态变化之后发生的经整流的、经滤波的所述光学传感器信号的状态变化；并且

存储经整流的、经滤波的所述光学传感器信号的所检测的状态变化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中检测在所述定时参考信号的状态变化之后发生的经整流的、经滤波的所述光学传感器信号的状态变化包括确定在选定的样本持续窗口内的所述光学发射的幅值变化超过选定的设置点。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所选定的所述样本持续窗口是选定幅值相对于预触发平均幅值的偏移。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所选定的所述样本持续窗口延迟选定的群延迟。

13.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述光学传感器中接收的所述光学发射的状态变化的定时包括选择用于确定所述光学发射的状态变化的定时的样本窗口持续时间。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述成组的幅值统计包括确定在所选定的样本持续窗口内多个时间的所述光学发射的幅值变化。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述成组的幅值统计包括：

将定时参考信号的至少一个阶段细分成多个子份；

确定用于所述子份中的每一个子份的所述输出光学传感器信号的幅值统计；并且

存储用于所述子份中的每一个子份的所述输出光学传感器信号的幅值统计。