CN110088638A - 工具内esd事件选择性监测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于检测静电放电(ESD)事件的装置，包括：ESD检测器，该ESD检测器被配置为确定将允许ESD检测器检测ESD事件的至少一个处理窗口；至少一个天线，该至少一个天线耦接到所述ESD检测器；以及针对至少一种放电能量来校准的所述ESD检测器。本发明的另一实施例提供了：一种用于检测静电放电(ESD)事件的方法，包括：确定将允许ESD检测器检测ESD事件的至少一个处理窗口；以及针对至少一种放电能量来校准ESD检测器。

Description

工具内ESD事件选择性监测方法和装置

相关申请的交叉引用

本国际申请要求于2016年9月16日提交的、题目为“工具内ESD事件选择性监测方法和装置(In-tool ESD Events Selective Monitoring Method And Apparatus)”的美国专利申请序列号15/267,640的部分继续申请的优先权，该申请美国专利申请序列号15/267,640的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及一种用于工具内监测和表征静电放电(ESD)事件的方法和装置，和/或涉及一种CDMES/微型脉冲装置和方法，和/或其他类型的充电设备模型事件模拟器(CDMES)、检测器和方法。本文公开的至少一种方法和装置在例如集成电路(IC)生产工具和/或不同过程中提供实时ESD事件监测，并使用充电设备模型(CDM)的一种或多种方法来帮助防止与ESD相关的故障。本文公开了一种监测ESD事件的方法和两种校准监测器的方法。

背景技术

本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开内容的背景。当前命名的发明人的工作(该项工作是在背景技术章节中描述的情况)以及在本申请提交日可能不以其他方式被认为是现有技术的说明书的各方面既不明确也不隐含地被承认为是针对本公开内容的现有技术。

CDM事件表示电子IC(集成电路)的手动和自动生产系统中发生的静电放电。在生产工具中，IC(集成电路)可以通过许多方式获取电荷，例如通过接触、摩擦和/或来自附近电场的感应，这里仅给出几种可能的方式。当IC的导电部分与接地设备部分或具有较低电位的部分接触时，积累的IC电荷无拘束地自发放电。结果，相对高的放电电流(ESD事件)会破坏或损坏IC(例如，参见图1a和图1b)。

IC组件的设计通常包含特殊手段(或特殊组件)以便防止ESD影响。半导体产业已经开发了几种测试IC设备的标准方法，并定义了它们的CDM ESD阈值参数，例如耐受电压和电流幅度。适用标准还详细说明了自动IC CDM测试的测试装置要求。这些方法和设备在IC设计阶段、产品认证的最终测试以及受损设备的故障分析期间非常有用。

然而，传统技术遭受到如下将讨论的各种限制和/或不足的影响。根据本发明各种实施例的目标是提供一种用于在IC生产工具和制造过程中的实时ESD事件监测和校准的方法和装置。

图1a示出了工具或处理室中充电(IC)设备CDM事件的典型放电模型100。在图1a中，“小型脉冲”(SIMCO-ION)ESD检测器105(或另一类型的ESD检测器105)截获ESD信号140，并且机器人放置执行器115(或另一合适类型的机器人臂115)将充电设备125放置到测试槽口130中。测试槽口130通常设置在合适的测试台131、基座131或另一合适的平台131上。在充电设备125接近测试槽口130时，发生放电(ESD)141，并且作为“小型脉冲”检测器的一部分的天线135(耦接到小型脉冲检测器105)截获放电事件的ESD信号140。在该示例中，ESD事件是以火花的形式发生在两个导电部分125和130之间的放电141，这两个导电部分都以不同的电压电位来表征。导电部分125和130以及其他半导体处理设备可以在工具或处理室132中，该工具或处理室可以具有任何合适的大小，例如，大约2x2英尺、4x4英尺或其他尺寸。

传统技术和仪器的当前问题之一是校准ESD检测器的困难。这个困难是由于，例如，在提供静电放电事件本身的可重复性方面的挑战引起的。由于处理点本身的材料和配置对辐射电场波形的检测所施加的条件，存在其他困难。又一大问题和/或限制是工具和IC生产车间中相对高的电磁噪声水平。因此，当前的技术和设备在ESD事件检测的能力方面受到限制，并且遭受到至少上述限制和不足的影响。本发明的实施例提供了系统和方法，用于克服在生产条件下校准ESD检测器和对ESD事件进行可靠检测的困难。

图1b示出了CMD静电事件的典型示例电压/电流波形的屏幕截图，其中放电以火花的形式在移动到接触的两个导电部分(之后被命名为“瓦解电容器”)之间发生。顶部波形180是示例输出信号(电流脉冲，其类似于由CDMES(充电设备模型事件模拟器)产生的示例输出信号)，这将在下面根据本发明的实施例进行讨论。下部波形185是由“微ESD”单极天线135捕获的最终入射波形。

“小型脉冲”检测器105包括能够接收由天线135截获的信号的电子电路。如果电子电路基于检测算法和包括辐射ESD能谱、脉冲持续时间和阈值水平的多级过滤确定一信号是感兴趣的真实ESD事件，则电子电路将该信号过滤/分类为ESD事件，如下面在本发明的各种实施例中详细讨论的那样。

发明内容

在本发明的一个实施例中，提供有一种用于静电放电(ESD)事件监测的装置，其包含ESD事件检测器和充电设备模型事件模拟器(CDMES)单元。该检测器包括：位于第一处理区域中的至少一个天线；耦接到至少一个天线的ESD检测器；所述ESD检测器在工具内/处理中校准期间无线耦接到所述CDMES单元；并且所述ESD检测器针对由所述CDMES单元生成的不同放电能量被校准。

在本发明的又一实施例中，用于静电放电(ESD)事件监测的方法包括在实际工艺处理和/或工具内条件中包含和校准用于不同放电能量(CDMES)的静电检测器，并且基于放电能量的可变阈值来执行ESD事件的选择性检测。

应该理解的是，前面的总体描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，而不是对所要求保护的本发明的限制。

结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的一个(几个)实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则在各个视图中，相同的附图标记可以指代相同的部件。

图1a示出了工具或工艺处理室中充电(例如，IC)设备CDM事件的典型放电模型的图。

图1b示出了CMD静电事件的典型示例电压/电流波形的屏幕截图，其中放电以火花的形式在移动到接触的两个导电部分之间发生。

图2a是根据本发明实施例的具有外部HVPS(高压电源)的充电设备模型事件模拟器(CDMES)的总览图。

图2b是根据本发明实施例的具有瓦解电容器的CDMES的图。

图3a是根据本发明实施例的包括充电设备模型事件模拟器的系统(或装置)的示意图，并且其中该系统被配置为还提供在真实环境(处理区域)中对ESD事件检测器的校准方法。

图3b是根据本发明另一实施例的系统(或装置)的图。该图示出了处理区域(工具内和工具外处理区域)的变例，其中ESD检测器在不同的处理区域具有两个天线。

图3c是根据本发明另一实施例的系统(或装置)的图。该图示出了ESD检测器与工具内控制系统相互作用的示例。

图3d是根据本发明实施例的工具设备操作工作流程的示意图。

图4a是示出根据本发明的实施例的微带ESD天线组件的图。

图4b是示出根据本发明实施例的具有孔口的屏蔽天线的图。

图4c是示出根据本发明实施例的微带天线的空间增益特性的图。

图5是根据本发明实施例的ESD检测器(小型脉冲)的框图。

图6是根据本发明的实施例的ESD检测器(例如，如图7所示)的ESD监测电路的简化示意图，包括SNR(信噪比)滤波器。

图7是在本发明的实施例中从外部看到的小型脉冲ESD检测器的总览图。

图8a和图8b是根据本发明实施例的小型脉冲ESD校准过程的流程图。

图9是示出信噪比与ESD事件监测对象和天线之间距离的依存性的图表。

图10a和图10b是根据本发明的一个实施例的在信号的不同阻抗/衰减下的天线输出的图表。

图11a、图11b和图11c是根据本发明实施例的在不同信号滤波模式下的ESD事件计数的图表。

具体实施方式

在本文的描述中，提供了许多具体细节(诸如组件、材料、部件、结构和/或方法的示例)以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个这样的具体细节的情况下实践，或者利用其他装置、系统、方法、组件、材料、部件、结构和/或类似物来实践。在其他情况下，没有详细示出或描述众所周知的组件、材料、部件、结构、方法或操作，以避免使本发明实施例的各方面变得晦涩难懂。附加地，附图本质上是代表性的，并且它们的形状不旨在示出任何元件的精确形状或精确大小，并且不旨在限制本发明的范围。

本领域技术人员将理解，当附图中的元件或部件被称为“在”另一元件上(或“连接”到或“耦接”到或“附着”到另一元件)时，它可以直接在(或直接附着到)另一元件上，或者也可以存在中间元件。此外，诸如“内部”、“外部”、“上部”、“上方”、“下部”、“下面”、“下方”、“向下”、“向上”、“朝向”和“远离”的相关术语以及类似术语可以在本文中用来描述一元件相对于另一元件的关系。应当理解的是，这些术语旨在涵盖设备除图中描绘的取向之外的不同取向。

尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件、组件、部件、区域、层、室和/或部分，但是这些元件、组件、部件、区域、层、室和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、部件、区域、层、室或部分与另一元件、组件、部件、区域、层、室或部分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、部件、区域、层、室或部分可以被称为第二元件、组件、部件、区域、层、室或部分。

另外，图中所示的元件本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出设备的元件的精确形状，也不旨在限制本发明的范围。另外，基于如本文给出的本发明实施例的讨论，本领域技术人员将认识到，附图中组件的位置和/或配置可以以不同的大小、不同的形状、不同的位置和/或不同的配置变化。因此，图中所示的各种组件可以布置在不同于图中所示配置的其他位置。为了解释本发明的实施例的功能性，附图中的组件以非限制性示例位置示出，并且附图中的这些组件可以被配置到其他示例位置当中。

在考虑到通常处理室(例如半导体工具)由于周围的金属外壳而基本上是具有相对高的电噪声水平的回声室的情况下，开发了根据本发明实施例的充电设备模型(CDM)测试和ESD事件监测系统(或装置)。噪声源的示例元件可以是电子设备、电刷DC(直流)电机、机器人致动器、开关、电气系统和/或类似物。

在实践中，每个工具在反射静电放电事件引起的内部电磁场辐射方面都有独特的特性(例如EMI(电磁干扰)模式)。CDM事件的典型情形是，充电IC设备在其接触不同电位的工具或处理元件时放电。横跨介电间隙(通常是空气)的放电导致由不同电位形成的偶极子瓦解，或者在充电IC和工具部件之间形成的电容器瓦解。本发明的实施例还提供了ESD事件监测器，其在本文中也被称为“小型脉冲”检测器(包括小型脉冲/微ESD天线和小型脉冲检测器单元)或ESD监测器。例如，该监测器是用于工作站、电子设备生产工具、过程和/或移动应用的低成本事件监测器。结果得到的辐射电磁脉冲波形(辐射信号)由例如小型脉冲检测器和通信耦接到小型脉冲检测器的天线检测。如果该脉冲波形的检测到的场电压电平高于利用充电设备模型事件模拟器(CDMES)装备校准的阈值，则小型脉冲检测器记录重要的CDM/ESD事件。

例如，CDM/ESD事件由电磁场中的短(通常小于约4纳秒)持续时间变化来表征，并且在天线中生成具有高转换速率的感应电压(电流)上升信号。因此，关于工具内的ESD监测，所使用的检测系统应该将感兴趣的CDM信号与回声室环境中的一般工具噪声区分开来。

根据本发明的各种实施例，提供了ESD检测器的校准方法。合适的设备(例如本领域已知的CDMES设备)可以用于模拟CDM事件，并且然后根据本发明的实施例执行校准方法。例如，通过在IC设备接触导电工具元件的位置处模拟真实工具中的一组火花间隙放电，有利于CDM事件的原位监测。瓦解充电电容器放电模拟对于给定IC设备在预选电压/能量阈值下的CDM事件。当该程序完成时，可以说该工具被校准用于特定水平下的IC(集成电路)CDMESD事件检测。

在一个实施例的示例中，CDMES被配置为在放电间隙中具有开放移动电极的设备(或者该设备可以是水银继电器或RF继电器，或者高压RF继电器，例如簧片继电器)。

CDM/ESD事件模拟放电生成信号，这些信号在监测设备(小型脉冲)的接收天线中被截获和检测。小型脉冲天线(微ESD天线)被耦接到小型脉冲(见图3a)，并且允许小型脉冲接收由于ESD事件引起的波形。小型脉冲可以通过改变CDMES放电电压/能量和/或小型脉冲天线相对于预期CDM事件源的位置来原位校准。

因此，CDMES是一种充电设备模拟器，其产生一种已知的能量辐射火花，该能量辐射火花类似于充电设备(如IC)接近或接触槽口时发生的放电。该CDMES用于校准小型脉冲。DC电源耦接到CDMES，并且任何或各种合适的电源电压值(例如，100伏、200伏、500伏或其他值)被驱动到CDMES中。当模拟ESD事件时，天线从CDMES产生的放电中检测波形，并且小型脉冲捕捉并处理天线检测到的波形。在示波器中观察到由CDMES产生的放电引起的波形的示例，如图1b所示，这也将在下面进一步讨论。

基于校准图和已知产品CDM故障阈值，可以为小型脉冲检测器设置(或以其他方式配置)ESD阈值电压电平。如果CDM事件超过工具中实际IC放电事件的阈值水平，将生成来自小型脉冲的输出报警信号，并且可以将输出报警信号发送到工具控制系统。

CDM事件模拟器已经被设计为允许在CDM事件发生的工具和过程中校准ESD监测器(检测器)。该模拟设备允许在生产设备最易受攻击的位置和ESD监测传感器所在的位置处产生不同电压幅度的经校准CDM事件。这种方法允许敏感设备的最高级别的操作安全性。

CDMES(部分)：

CDMES版本/示例：具有机械间隙的“瓦解电容器”(见图2a和2b)，用于生成CDM事件。

CDM事件模拟器(CDMES)的该版本或实施例使用机械间隙来生成受控放电事件并模拟在充电IC与处于不同电位的物体(目标)或接地基准之间发生的静电放电。该机械间隙在形成瓦解电容器的两个小板状物之间，其中瓦解电容器包括具有接触点的一个充电板和具有第二接触点的一个接地板。

具体而言，该实施例模拟充电设备模型(CDM)放电类型，其特征在于在设备和地之间的传输的电流的快速单峰脉冲波形。CDMES功率电路包含高电阻(例如，高达约100兆欧或更高)，使得机械间隙两端的电压较高(约25V-3000V范围)，并且在该范围内施加的电流小于约10微安。

对于任意充电接触和典型的接地接触将发生静电放电(参见图1a和1b)。因此，当CDMES206(图2a)利用DC电源电压205充电时，CDMES206将模拟ESD事件。

在示波器上再现的传导CDM脉冲是电流脉冲波形的图表，并且对应于标准文献(IEC61000-4-2、ISO10605、JESD22-C101E)中引用的经典CDM波形。产生的波形也对应于输入CDM脉冲波形，正式设备测试机器(参见上面作为示例引用的标准)使用该输入CDM脉冲波形来评估设备ESD易感性。这就是为什么这种类型的瓦解电容器CDMES给出用于在工具和其他加工区域中使用的方便的校准仪器。

图2a是根据本发明实施例的系统200的概览图，该系统200包括具有外部HVPS(高压电源)205的充电设备模型事件模拟器(CDMES)206。根据本发明的实施例，CDMES206具有放电头201，并且该放电头201安装到手柄和触发机构202上。可透射EM(electromagnetic，电磁)的放电头外壳(例如，由Delrin制成)容纳瓦解电容器。该瓦解电容器电耦接到外部DCHVPS(高压电源)205。高压电力电缆204将电力连接到放电头201。电缆203将放电头201与公共地207连接。

图2b是根据本发明实施例的具有瓦解电容器的CDMES206的图。具有“瓦解”电容器的CDMES206的机械结构包括以下特征。

基本CDMES206使用在彼此紧邻的两个PCB(printed circuit board，印刷电路板)上由导电板状物形成/布置的电容器。充电PCB220(在CDMES206中)可通过按压手柄202端部上的测试按钮222而移动，而另一PCB224(在CDMES206中)是固定的。

整个组件(在CDMES206的内部)包含在例如Delrin壳体内，功率连接器225、接地连接器226和手柄202安装在该壳体上。可移动充电PCB220的电压板228通过高值电阻器215被充电到期望的测试电压。

(固定PCB224的)固定板230包含围绕与之绝缘的“弹簧顶针”接触点232(或另一种合适类型的接触点232)的接地平面。该接触点232(经由接地连接器226)通过电缆234连接到地面214。

当按下CDMES按钮222时，充电板220物理地朝向固定板224移动。就在PCB接触之前，ESD事件将发生在弹簧顶针接触点232上，从而使由板状物228和230形成的电容器235放电。精心的设计消除了接触点跳动，打环(ringing)等，从而保留可以被用于校准“小型脉冲”或其他ESD监测器的纯净ESD事件。当CDMES按钮222被释放时，可移动PCB220返回其松弛位置并再次充电并准备好进行下一次ESD事件测试。

适当的电源205用于生成所期望的测试电压，从大约25伏特到大约4000伏特。受电阻器215(例如，大约100MΩ)限制的测试电压、电流被施加到输入连接器225，以便为板220和电极236(在板220上)供电。电流进一步受到内部30MΩ电阻器串238的限制，该电阻器串通过柔性线240连接到可移动充电板PCB220的平面228。可以使用另一种合适类型的电阻器238来限制到PCB板220的电流。

与目标PCB224紧密接近(例如，大约0.35英寸)的该板220形成电容器“C”235，该电容器被充电到期望的满额测试电压。为了生成测试脉冲，按下弹簧242加载的测试按钮222，从而导致充电板PCB220朝向接地平面目标PCB224移动。随着间距的减小，板220上的源充电电极236接近目标电极232，直到生成电弧/火花放电。该电弧/火花导致辐射信号被发射，并且该辐射信号被用于校准小型脉冲ESD监测器(例如，图3a中的检测器355或ESD检测器355)。

在校准小型脉冲检测器的过程中，瓦解电容器(C)235允许用户模拟被放电到PCB224上的目标电极232中的各个供电电压值(例如，大约20V、100V、500V或其他值)。用户也可以通过使用按钮或致动器222机械地控制板220和224之间的间隙距离。电弧将取决于施加到板220的电压和放电时的间隙距离。

另外，脉冲可通过具有屏蔽接地连接244的同轴线连接226获得。同轴线245将脉冲信号传递到SMA输出连接器226。当测试按钮222被释放时，弹簧负载242使得PCB220返回到PCB220的原始位置，并且电容器235重新充电，并且电容器235将准备执行下一次测试。当按钮222被释放时，任何合适的机构(例如弹簧或其他机构)可以用于自动将PCB220返回到PCB220的初始位置，在此初始位置中，PCB220远离PCB224。

典型地，图2b中的外壳是(多个)介电壁，并且该外壳优选不会对其中出现的电磁场(波形)提供实际衰减。另外，电源205和CDMES放电头(连接器226)必须联系至同一接地点。

根据期望的放电能量范围，瓦解电容器235可以具有大约0.5pF–2pF或更大的有效电容。

如果第二电极232接地，如图2b所示的情况，放电能量W完全定义如下：

W＝C(V₁)²/2

其中，C是瓦解电容器值，并且V₁是施加到电容器上的电压(放电前)。例如，如果C＝1pF并且施加的电压为100伏，则放电能量将为5×10^-9J(焦耳)。

当CDMES206激活时，电容器C的两个电极变为接地电位(电容器C瓦解)，并且生成已知能量W的放电。

图3a是根据本发明的实施例的包括充电设备模型事件模拟器352(或CDMES单元352)的系统350(或装置350)的示意图，并且其中系统350被配置为还提供/示出用于ESD事件检测器355(检测器355和天线382或ESD检测器355)的校准方法。因此，图3a示出了在耦接到天线382的ESD事件检测器355的校准期间，CDMES和ESD检测器的相互位置的描绘和示例。可在真实的工具或处理室362(原位)中完成由CDMES352执行的ESD模拟以及用于ESD事件检测器355的校准方法。然而，如上所提到那样，CDMES352的实施例也可以用在开放式工作台、任何桌面、真实环境或其中为了校准ESD检测器而创建和检测经校准的CDM事件的任何其他合适的环境。关于工具和处理中ESD检测器校准的更多讨论也将参考图3b进行讨论。附加地，CDMES单元352可以实现为图2a和/或图2b中的CDMES206。

如参照图2a和图2b类似讨论的，CDMES352与HVPS205(例如，如图2a和图2b所示)耦接(并与之一起工作)。当手柄的触发按钮222(见图2b)被按下时，CDMES单元352使用来自HVPS205的电压和ESD事件生成机制(例如，如图2b所示的CDMES206的特征)以便产生ESD放电脉冲事件。

(CDMES352的)放电头由来自HVPS205(图2a或2b)的预设校准电压充电。天线382(耦接到ESD检测器355)截获在CDMES352内生成的放电事件的辐射380(或电磁波380)。在本发明的实施例中，天线382被特别设计用于与该产品一起使用的某些应用(“微ESD”天线)，并且将在下文中进一步详细讨论。天线382(或微ESD天线382)被配置为检测辐射380中的不同放电能量水平。同样如上所提到的那样，通过使用CDMES352和相应的元件(例如，HVPS205和ESD检测器355和天线382)，ESD事件的模拟可以在室362中执行，或者可以在室362外部执行(即，可以在开放式工作台、任何桌面、真实环境或其中为了校准ESD检测器355而创建和检测经校准的CDM的任何其他合适的环境中执行)。

图3a的图示出了当天线382被定位为正交于/垂直于CDMES352的辐射元件(放电头)时在传播电场的方向上的辐射波380。任何信号将很大程度上是由反射引起的。如果CDMES头352被(逆时针)旋转大约90度，天线382产生的信号将受到显著影响。

CDMES352在正常设备操作发生(尽可能近)的位置处(例如，在一个或多个槽口373处)产生放电，从而对设备CDM放电事件进行原位模拟。ESD检测器355(小型脉冲355)具有中继输出，以向工具控制系统通知ESD事件。

天线382(其作为ESD检测器的一部分)附接到小型脉冲355输入。“小型脉冲”检测器355的ESD触发阈值能量水平由调节电位计校准，以区分出感兴趣的ESD事件。

ESD检测器355的继电器输出可以用于监测(小型脉冲355的)小型脉冲告警状态。例如，继电器输出是开路集电极驱动器，它在声音警报从小型脉冲355响起的同时被拉至接地电位。

在校准小型脉冲检测器355(图3a)的过程期间，供电电压的各种极性和值(例如，大约20V，100V，500V或其他值)和CDMES352的瓦解电容器允许用户模拟所期望的ESD事件能量/强度。

在本发明的实施例中，本文公开的新型ESD检测器的CDMES校准的装置和方法具有许多可能的益处，这些益处可以是以下中的一个或多个。

1.在使用ESD检测器/传感器的情况下，根据本发明的实施例的装置和方法提供在工具和处理原位模式下校准ESD检测器/传感器的能力(而不是仅在理想情况下、抽象地和/或通过实验室校准，如T.J.Maloney在美国专利申请公开号2007/0164747中公开的系统或粗略的近似例程)。

2.原位CDM模拟考虑了实际生产变量(例如，EMI噪声、对EMI天线信号的影响(如EMI场的反射)、周围或附近的金属部件、近物体运动等)条件，这些变量条件自动影响ESD检测器/监测校准。

3.根据本发明实施例的装置和方法允许通过实现高重复率的放电事件模拟来对ESD检测器/传感器有效性进行统计验证。

4.根据本发明实施例的装置和方法允许在工具测试，比较和开发过程期间针对CDM放电事件校准设备操作工具。

5.根据本发明实施例的装置和方法允许ESD检测器在适当位置定期校准，从而无需从工具或过程中去除检测器以进行实验室校准。

该版本的成对/前后排列的CDMES-ESD事件检测器(小型脉冲)的其他可能的优点包括在本发明的一个或多个实施例中的以下一个或多个优点：

1.较小的放电/火花生成头允许在受约束的工具空间中使用该仪器/实施例。

2.由于消除了手动触发接口(即，在本发明的一个实施例中利用独立的定时开关完成触发)，CDM模拟事件在放电能量(和火花电流)方面具有较小变化。

ESD事件检测器部分：

半导体、磁盘驱动器，FPD(平板显示器)、自动IC操作以及许多其他制造工艺中的许多应用在难以直接监测/控制的位置中操作ESD敏感产品。此外，从本质上讲，许多这样的环境都充满了EMI噪声源，这些EMI噪声源来自HVDC电源、电动机、执行器到宽带通信(RF)单元。在与产品操作相关的特定位置处检测ESD事件可能具有挑战性。

检测器/监视器的该实施例的主要特征(即，新颖的ESD事件检测器355)至少如下：

通过脉冲转换速率和纳秒范围内的持续时间来控制ESD检测：“小型脉冲”检测器355(图3a)能够区分不同的脉冲事件类型。这允许检测器355从其他EMI(电磁干扰或发射)脉冲分组信号(例如，来自电机、开关设备、蜂窝电话、TV(电视机)、WiFi、环境噪声等的信号放电)中确定和选择有效的ESD类型事件。

因此，“小型脉冲”检测器355(参见图3a)确定ESD脉冲事件是否落在选定的脉冲事件阈值内，以使得“小型脉冲”检测器355可以确定该ESD脉冲事件是否落入CDM充电设备模型而不是落入机器模型和人体模型。如本领域技术人员所知，充电设备模型(CDM)和人体模型(HBM)中的ESD事件将在电阻因数、电容因数和特征波形方面不同。尽管小型脉冲检测器355的实施例实际上并未指示CDM和HBM类型ESD事件之间的差异，但是小型脉冲检测器355基于超过触发阈值的信号幅度(与放电能量相关)以及脉冲事件是否落在时间缓冲区(即，作为脉冲量化)内来决定触发有效性。

可调节放电能量阈值控制：由于电磁场在距离上的衰减，可以通过调节灵敏度阈值电压来滤除许多更宽区域的ESD事件以匹配局部事件幅度(例如，大约1伏特、100伏特、500伏特或其他值的阈值)使得检测器355将局部事件幅度的电压电平与灵敏度阈值电压进行比较，或者可以以焦耳的形式呈现阈值能量密度(其范围为约0.002W/m2至663W/m2)使得检测器355将局部事件幅度的能量水平与阈值能量水平进行比较。

在本发明的实施例中提供选择性ESD检测方法：ESD事件产生电磁脉冲。该脉冲形式上被描述为电磁辐射通量密度，其从源向外球形辐射，其中辐射能量随着波远离源行进而降低。微型脉冲355(检测器355)通过感应场耦合通过与天线382的相互作用来对该扩展电场进行采样。扩展电场的能量耦合到天线382，从而在天线和电缆上产生信号。微型脉冲检测器单元355解调电缆上的进入信号，从而将各种频率分解成它们的功率分量。微型脉冲355测量辐射脉冲瞬变的组合功率，以确定测量的组合功率(即辐射脉冲瞬变的能量水平)是否大于设置的检测阈值(即为了检测而设置的阈值)。如果能量水平低于设置的检测阈值，则忽略该事件。此外，微型脉冲检测器355还使用比较器电路(见图5中的比较器505和图6中的比较器605)对于在脉冲持续时间内进入的信号进行采样，以确定该脉冲是否有资格作为可能的ESD事件。如果脉冲持续时间在对于CDM和HBM ESD事件来说典型的时间间隔边界内，则脉冲触发检测器355。这种选择性检测方法不同于标准时域(相对于频域的)信号分析。微型脉冲355的工作方式就像提取ESD事件信号的能量的频谱分析仪。这种方法的主要优点在于检测硬件的显著经济性。跨信号频率的辐射脉冲功率给出了信号功率的非常好的一阶近似，从而能够在不同的ESD事件能量水平之间进行比较。

“小型脉冲”能量阈值控制灵敏度允许向下微调至非常小的信号采集区域(在天线布置约0.005米-2米的范围内的ESD源/目标)。这对于将检测到的ESD事件仅限于具有关键重要性的那些ESD事件和/或用户感兴趣的那些ESD事件是重要的。

本发明实施例中的天线配置被特别设计和工程改造为ESD天线382(见图3a和图4a)。天线382可以实现为图4a、4b和4c的天线组件400，并且将在下面更详细地进行讨论。

按需/工具内ESD信号处理的方法(参见图3c和图3d)：

图3c是根据本发明另一实施例的系统(或装置)330的图。该图示出了ESD检测器355与工具内控制系统相互作用的示例。

小型脉冲检测器355具有受控的占空比特征，其允许按需信号处理以辅助/增强ESD信号与一般噪声的分离(例如，以非ESD电磁(EM)脉冲的形式)。该信号滤波方法可用于独立监视器版本和Novx监视器版本(当ESD检测器355与另一(多个)传感器组合时)。该信号滤波方法是如本文所述的天线和该检测器355的其他滤波器特征的补充。

示例实施例：

小型脉冲ESD检测器355实施允许信号采集的瞬时激活和停用的待机模式。该待机模式特征允许处理工具控制对ESD检测的最高重复性的ESD信号捕获。

基于实际测试，该方法的可重复性估计在大约90％-100％概率之间变化。在受控制造环境中，环境脉冲噪声的发生通常保持到最小值，其中脉冲噪声发射/尖峰主要来自附近的工具和处理。

在本发明的实施例中，方法需要通过主机工具或处理来控制对“小型脉冲”检测器355(ESD检测器355)的本机输入。现代处理工具具有跟踪产品移动和处理功能的控制接口。“小型脉冲”检测器采集控制方法允许工具发信号通知在其中期望ESD特征波形检测的特定处理窗口(例如，图3d中的处理窗口1和2)。通过形成处理窗口，随机发生的背景脉冲EM信号不会作为可能的ESD事件登记到工具。

ESD检测器设备(检测器355)的电子部件由工具控制，以仅在操作或测试实际设备的处理窗口期间激活。作为示例，当工具处理单个设备时，工具向ESD检测器355发信号通知以切换到激活模式。当处理窗口关闭时(例如，没有设备正在被操作/测试)，那么工具发信号通知检测器355返回到待机模式。在激活的处理窗口期间，如果发生任何感兴趣的ESD事件，则检测器355将向工具发信号。

当处理窗口关闭并且检测器355返回到待机状态时，检测器355将不向工具报告ESD或其他信号。

在图3c中，系统330包括正在对工具处理区域330中的单个设备331进行处理的工具。小型脉冲ESD检测器355(检测器355)截获电磁波380，并且机器人放置执行器381(或另一合适类型的机器人臂381)将充电设备331放入测试槽口333中。测试槽口333通常放置在合适的测试台350、基座350或另一合适的平台350上。在充电设备331接近测试槽口333时，发生放电(ESD)，并且(耦接到小型检测器355的)天线382截获放电事件的电磁波380。在该示例中，ESD事件是以火花的形式发生在两个部分(设备331和测试槽口333)之间的放电332，这两个部分都以不同的电压电位为特征。

(工具339的)工具控制器336将(通过控制信号337)向机器人控制器338发信号以对设备331进行处理，从而激活工具处理窗口1(390)(参见图3d)。

设备331被移动到工具测试槽口333，例如进行测试。工具控制器336还激活(通过控制信号383)检测器355以报告与设备处理有关的感兴趣的ESD事件。检测器355报告当设备331接触槽口332时发生的任何ESD事件。当该过程结束时，工具控制器336关闭处理窗口1(390)并向检测器355发信号以返回到待机模式。根据工具处理吞吐量，工具339将在设备操作时继续对窗口进行处理。

作为示例，当机器人控制器338已经结束对设备331进行处理时，机器人控制器将指示处理窗口1将被关闭的控制信号384发送到工具控制器336，并且工具控制器336然后将关闭处理窗口1。然后，工具控制器336将控制信号386发送到检测器355，使得检测器355具有指示处理窗口1现在关闭的信息。该控制信号386将停用检测器355，使得检测器355返回到待机模式，而控制信号383将激活检测器355，使得检测器355可以测量、比较和记录可能是ESD事件的电磁波380。

在本发明的实施例中，在工具设备操作窗口394中，控制信号383可以分别由处理窗口的上升沿表示，例如处理窗口1(390)和处理窗口2(391)的上升沿392和393，如图3d(其示出了工具设备操作工作流程387的图)所示。操作窗口394可以具有至少一个处理窗口，并且操作窗口394中的处理窗口的数量可以改变。

可替换地，控制信号383(图3c)可以是脉冲398，并且控制信号386可以是操作窗口394中的脉冲398之间的非脉冲间隔399。

图3b是根据本发明另一实施例的系统(或装置)338的图。出于清楚的讨论的目的，系统388以俯视平面图示出。如先前关于图3a中的系统350类似地讨论的，系统388被配置用于静电放电(ESD)事件监测，并且可以包含充电设备模型事件模拟器(CDMES)单元352。

在本发明的实施例中，系统388包括位于处理区域389a中的至少一个天线382a，以及耦接到天线382a的ESD检测器355。由于天线382a被配置为接收从CDMES单元352辐射的事件信号380，因此天线382a被感应地耦合到CDMES单元352。对于由CDMES单元352产生的不同放电能量来校准ESD检测器355。

ESD监测的处理区域通常包括由距天线位置多达约2m距离的周界界定的区域。

在本发明的另一实施例中，处理区域(通常示出为区域389)包括第一处理区域389a和第二处理区域389b。第一天线382a位于第一处理区域382a中，并且第二天线382b位于第二处理区域389b中。

在本发明的实施例中，第一天线382a耦接到ESD检测器355，第二天线382b也耦接到ESD检测器355。在本发明的另一实施例中，第二天线382b耦接到另一ESD检测器356，并且不耦接到ESD检测器355。

通常，第一处理区域389a与第二处理区域389b隔开距离391，并且第一天线382a和第二天线382b形成多通道。距离391是可调节的。

在一个实施例中，第一天线382a和第二天线382b在天线响应灵敏度方面可以是类似的。在另一实施例中，第一天线382a和第二天线382b的天线响应灵敏度方面是不同的。

处理区域389在一个或多个处理区域之间在数量上可以变化。例如，处理区域389可以呈现为工具集群。因此，系统388中可以包括两个以上的处理区域。

处理区域389中的至少一个可以包括槽口373(图3a)，该槽口373被配置为接纳半导体芯片331或其他设备331(图3a)，或者可以包括多个槽口373，该多个槽口373被配置为接纳多个半导体芯片或其他设备。

处理区域389中的至少一个可以包括夹钳392，该夹钳392被配置为在另一实施例中接纳晶片393，如附图标记396最佳标识的那样。当然，夹钳392可以是另一类型的晶片处理工具392。

处理区域389(或晶片393)中的至少一个可以包括导电迹线394，在一实施例中，测试探针395可接近导电迹线394，如附图标记397最佳标识的那样。处理区域389中的任何一个可以是另一合适类型的区域。

(多个)微ESD孔口天线：

现在对图4a，4b和4c进行参考，以便讨论ESD天线382的各种实施例的附加细节。图4a，4b和/或4c中描述的特征可以包含在天线382(图3a)、天线382a(图3b)和/或天线382b(图3b)中。因此，图4a，4b和4c中讨论的天线可以实现为天线382，天线382a和/或天线382b。

图4a是示出根据本发明的实施例的微带ESD天线组件的图。图4b是示出根据本发明的实施例的具有孔口的屏蔽天线的图。图4c是示出根据本发明的实施例的微带天线的空间增益特性的图。

首先参考图4a，其示出了微带天线组件400。微带天线的元件是聚焦元件401d、背板屏蔽件402d、附加屏蔽外壳404c(图4b中示出)、(多个)连接器(馈送点)403d和同轴电缆404d。天线设计特征是：a)聚焦元件面积约为3mm²到50mm²，b)天线聚焦元件形状(例如：矩形或三角形)，和c)天线衰减背板(阻挡屏蔽件)以将信号采集限制到前侧(定向)天线聚焦元件。这些特性元件定义了天线面积(物理增益，其是天线场能量与天线电压输出的比率)以实现任何特定应用所需的定向检测灵敏度水平和物理覆盖范围。参考图4c，示出了与ESD事件目标401e(例如，放置在槽口中用于测试的敏感设备)相关的示例天线增益图案411。在图4c中，天线聚焦元件是(C)412，天线聚焦元件的正面具有最高的定向增益(线(A)或前增益414，例如，大约6.0dBi)，并且被取向朝向ESD事件源401e。天线的背板侧具有较低的增益(线(B)或后增益416，例如，相对于各向同性天线约为2.5dBi或分贝)，其背向ESD事件源401e。天线聚焦元件具有由前增益414和后增益416表示的线之间的线417和418表示的侧增益。对特定处理点的ESD事件检测中的另一关键因素是天线382的形状和布置(图3a)。天线382的物理增益特性在控制ESD信号采集中起重要作用。专门设计的天线(连接到“小型脉冲”检测器355)的定向增益(参见图4c)特征可以用于校准检测器355以用于用户感兴趣的给定ESD事件。

天线性能和噪声不敏感性：天线382(“微ESD”天线382或微型天线382或“小型脉冲”天线382)专门设计用于静电放电(ESD)事件检测。天线382的工程改造的特性允许针对放电(事件源)位置定向地检测ESD辐射能量，同时忽略/抑制不相关的其他附近事件。

该天线的变体专门设计用于ESD事件检测。该天线包括由具有孔口402c的金属壳体404c围绕的专有微带设计天线(参见图4b)。该天线被设计用于排斥来自电磁噪声工具处理区域的周围区域的不想要的信号。该孔口允许内部天线采集聚焦在特定位置或小区域上的高达约90度角的信号。来自在该聚焦区域中发生的任何ESD事件的能量进入孔口并耦合到微带天线元件。

本发明实施例提供了优于传统技术和其它可用的ESD事件监测产品的特殊改进。

另一类型的天线包括定制设计的小印刷电路板(PCB)401c，其被工程改造以增强方向性和要被监测的距离。该天线组件(图4b)(包括PCB401c)使用电路板401c的一侧上的接地平面和电路板401c的另一侧上的有源元件，从而提供大约3dB到6dB的后瓣和旁瓣抑制比。电气链路419(例如，电缆)耦接到电路板401c并可移除地耦接到ESD检测器355(图3a)。天线还包括整体式RF连接器403c(图4b)，其可以是任何类型的通用RF连接器。

用于检测ESD辐射脉冲瞬变的天线传统上是具有非常高增益的标准天线。虽然这使得检测ESD事件变得非常容易，但它使得确定事件起源变得几乎不可能。这种弱点使得传统天线在监测关键处理中几乎没有用处。

开发“微ESD”天线382(例如，图3a中耦接到小型脉冲检测器355的天线382)是为了检测紧邻ESD事件源的ESD事件的单一目的。如图4a中的示例天线组件400所示，微ESD天线382通过具有设计的微带天线的各种版本来实现，其具有优异的ESD近场辐射脉冲接收，同时由于工程改造的定向增益特性而抑制其他近场和远场脉冲特征波形。这允许微ESD天线在识别感兴趣的局部ESD事件时表现良好，其他天线在这种情况下不会表现良好。

此外，该天线的设计特性允许非常宽的信号鉴别范围(大约10V-3000V)，而通常用于ESD检测的一般天线由于其饱和效果而不具有非常宽的信号鉴别范围。当与衰减器结合使用时，可以有效地捕获非常大的ESD事件。

ESD事件应优选地尽量实际地靠近其预期源进行监测。天线安装的典型监测距离范围从例如大约1英寸(2.54cm)到大约6英寸(15cm)，但是可以采纳其他距离。由于信号幅度减小和检测阈值设置，随着与源的距离增大，微ESD天线382将有目的地变得效率较低。

可以以几乎任何配置将多个天线部署为偶极结构阵列。例如，可以部署五个天线以形成阵列。然而，偶极结构阵列可以具有多于五个天线或少于五个天线。

小型脉冲电路描述：

ESD事件检测器(电子部件)

现在在本发明的实施例中讨论ESD事件检测器的细节的框图。例如，图3a的ESD事件检测器355包括图5的系统500(或电路500)。

天线501生成经由附接的同轴电缆551传送的信号(RF或射频信号)550。信号550首先由数字衰减器502处理。此处理限制ESD信号和噪声电平，以使后续梯形网络滤波器和解调对数放大器免于饱和。衰减器502可通过微处理器507编程，从而允许检测器355通过将信号和噪声衰减直至例如大约15.5dB来适应各种噪声环境。

6阶高通梯形网络滤波器502阻挡任何DC信号并将ESD事件的典型的100MHz(兆赫兹)以上的ESD事件信号传递到对数放大器504。

非常快(在微秒内)的六级解调对数放大器504(例如，Analog DevicesAD8310)从检测到的ESD信号中提取多频率放大电平(dBm或分贝-毫瓦)。这允许小型脉冲检测器355更准确地鉴别用于阈值控制的信号电平。

对数放大器504的输出信号552被反相，因此当输入信号时，对数放大器的输出将在大约+2.5V(无信号)和大约+1.0V或更小(最大信号)之间。因此，本发明的实施例提供了一种解调对数放大器504，其以测量模式工作并生成与用于鉴别信号电平的所选阈值相匹配的输出信号552。该技术和方法尚未被其他已知的ESD检测器使用。

来自微处理器507的数据560用于设置数字电位计508的阈值电压电平，其中该阈值电压电平在大约+2.0V至+1V的范围内。超高速比较器505(例如，Analog DevicesAD8561)将解调对数放大器504输出信号与该阈值电压进行比较。如果比较器505“看到”真状态，则将瞬时脉冲传递给一对多谐振荡器单触发506。单触发506被配置为抑制任何过短(<～10nSec)或过长(>～500nSec)的脉冲，这意味着该脉冲不是感兴趣的ESD事件。如图5所示，对数放大器504在从滤波器/积分器503接收输入信号之后生成输出信号552，这将在下面参考图6进一步讨论。

然后对真事件脉冲556进行计数(例如，通过计数器509)，并且该计数(来自计数器509)可供Novx微处理器(例如，Atmel微控制器)507使用以进行处理。每当微处理器507读取计数时，该计数随后并自动地由微处理器重置为零。

现在参考本发明的实施例中的图5的框图500和图6的电路图600。如上所述，图5是根据本发明的实施例的ESD检测器500(小型脉冲500)的框图。图6是ESD监测电路600的示意图，并且该示意图示出了根据本发明实施例的图5的ESD事件检测器355的框图500的附加细节。小型脉冲500也被示出为(并被描述为)图3a中的ESD检测器355。

小型脉冲500通过分析时域中的EMI事件和阈值鉴别来使用六维算法以检测某些电磁能量的脉冲静电放电。通过使用特定天线配置和天线相对于正被监测物体的布置，小型脉冲500可以针对特定的感兴趣小区域或更广泛的区域覆盖范围提供ESD事件检测。

所给出的ESD检测器使用解调对数放大器504来测量信号功率。阈值检测器的第一级使用斜率确定算法作为比较器，以基于大多数ESD信号类型的350ns包络特性来确定ESD脉冲资格。

检测器的第二级对ESD信号进行整流，从而忽略正或负要素，因为ESD事件峰值幅度是用于鉴别目的的唯一考虑度量。

然后，检测器的第三级压缩ESD信号。

检测器的第四级在450MHz频谱上解调信号。

检测器的第五级是作为整流信号包络的对数给出的峰值幅度度量输出。

第六级，也是最后一级，是阈值比较器505，其将输出信号幅度评估为表示有效ESD事件信号的界限的可变阈值。

ESD事件信号650由连接到屏蔽电缆651并附接到输入连接器(例如，输入SMA连接器)的天线601(如图5中的天线501所示)检测。信号(信号加噪声)首先被传递通过衰减器602。使用来自微处理器控制器607的数据的衰减器602以0.5dB的步长从零到15.5dB进行编程。这允许调节电路以减小信号，使得噪声下降至检测阈值以下，同时使感兴趣的信号可检测(稍后讨论)。

然后，来自衰减器602的信号653被传递到滤波器/积分器603(例如，6阶RC(电阻器-电容器)高通滤波器)，该滤波器/积分器被调谐以使真正的ESD事件的典型失真频率(>100兆赫)通过并抑制该频率范围之外的信号。然后将经滤波的信号654(来自滤波器/积分器603)传递到对数放大器604，该对数放大器是非常快的六级解调对数放大器(例如，Analog Devices的AD8310)，并且对数放大器604对进入信号的进行滤波，并通过功率、持续时间和幅度进行鉴别。对数放大器604将其输出信号反相，使得输入ESD事件信号强度越强，对数放大器的输出电压652越低。通常，该信号652将在大约2.5V和大约1.0V之间变化。

使用+3.3V电源和数字电位计608分压器生成参考阈值电压。数字电位计608由来自微处理器607的数据控制。

然后，使用超快速比较器605(例如，Analog Devices的AD8561)，将来自对数放大器604的输出电压652与来自数字电位计608的预设DC电压655进行比较。

如果比较器(AD8561)605(在“+”或正输入上)检测到低于参考电压655(在“-”或负输入上)的信号，则在比较器605的输出端会瞬时出现负真条件656。该脉冲656然后被传递到定时鉴别器606，该定时鉴别器包括一对单触发多谐振荡器657a和657b。单触发多谐振荡器657a将被计时，并且Q＝真(假设J输入为真)。当单触发脉冲656复位时(由于大约250nSec(纳秒)的RC超时)，第二单触发振荡器657b仅在比较器605的输出656已返回高(电平)的情况下将Q设置为真，因为比较器605的输出656是单个足够快的脉冲。如果脉冲(在输出656中)持续时间太长，例如>500纳秒，从而指示脉冲(在输出656中)不是感兴趣的静电放电事件，则该脉冲被忽略。

因此，单触发振荡器657b只有在脉冲已经被确定为感兴趣的静电放电事件的情况下才使得Q被设置为真。单触发振荡器657b的输出然后使得计数器609向该计数器609中已经存在的任何现有计数“加1”。

图7是在本发明的实施例中从外部看到的小型脉冲ESD检测器355的总览图。检测器外壳710具有大约2.15英寸×2.1英寸×0.75英寸的小尺寸。如先前所讨论的那样，检测器355取决于原位ESD探测的目的、工具或/和监测任务可以包括一组不同的天线。然而，ESD检测器355可以具有不同于图7的另一类型的配置。

在一个实施例中，检测器355的微脉冲面板包括2引脚电源连接器701，其中通常提供大约7VDC-24VDC来给仪器(检测器355)供电。外部天线的同轴电缆(例如，图4a中的电缆404d)将附接到检测器355的SMA(亚微型版本A)连接器702。由检测器355提供接地704的测试点。在检测器355中存在测试点705，在该测试点处可以插入电压表探针以在调整和/或检查阈值电平电位计706设置的同时使用。

ESD事件报警电路驱动声音转换器，该转换器在检测器355中直接位于声音端口707、一对LED指示器708和709以及外部可访问的输出连接器703的下方。绿色LED708指示电源接通，并且没有警报。作为示例，当检测到ESD事件时，声音警报707响起，绿色LED708熄灭，红色LED709点亮，开路集电极警报输出703被拉到接地。

可选的独立外部LCD计数器可以附接到开路集电极报警输出703，以登记全部检测到的事件，直到手动地对计数清零。可替代地，开路集电极报警输出703可以连接到一些其他电路，例如计算机输入，其可以用于机器控制、通信、报告等。

图8是根据本发明的实施例的ESD检测器的校准方法800a和实施方式的流程图。要注意的是，方法800a中的步骤顺序可以变化，并且一些特定步骤也可以同时执行。在校准方法800a中的801a和802a处，在随机采样的候选设备上执行正式的实验室设备CDM测试。在803a处，对感兴趣的设备电压/电流故障水平进行确定。在804a处，确定ESD电压故障阈值监测水平是否低于设备故障阈值。ESD电压故障阈值(比设备故障阈值)低多少将取决于设备类型和(例如，测试员和/或操作员)监测ESD事件存在的关键制造工艺点。在805a处，方法800a包括使用CDMSES校准协议建立小型脉冲ESD检测器阈值。

图8b还示出了根据本发明的一个实施例的小型脉冲ESD校准过程800b的流程图。

对于过程800b，利用CDM模拟器进行原位ESD事件校准过程。原位ESD事件校准过程的示例已经参考图3a中的装置350在上面进行了描述。

在801b处，开始基本的小型脉冲校准程序。

在802b处，在工具或处理点安装具有适当天线的小型脉冲ESD事件检测器。

在803b处，使用CDMES工具校准小型脉冲天线ESD信号接收。

在804b处，针对ESD信号电压电平(通常，低于设备故障阈值约25％-50％)校准小型脉冲ESD检测器。

在804b处，可以利用小型脉冲ESD检测器构建连续ESD监测协议，以确保质量符合要求。

当针对特定设备耐受电压阈值校准小型脉冲ESD检测器355时，该电压/能量阈值通常将被设置在小于设备的实际电压故障电平的电压电平(在804b)。例如，如果设备具有大约200伏的实际电压故障电平，那么电压阈值将被设置为低于200伏，例如大约50％的电压故障电平或大约100伏。这种方法可以防止设备中发生实际损坏。因此，在805b处，针对要测试的每个设备类型确定可允许施加的电压阈值。在805b处，调整检测器355中的信噪比(SNR)滤波器，以抑制工具和/或过程中的EMI。

在806b处，可以使用示波器连接来确认CDMES校准输出波形(在806b处的该程序是可选的)。

在807b处，可以使用最小统计样本来验证小型脉冲ESD检测可靠性。可以在806b中执行确认之后执行807b中的验证。

在808b处，根据质量保证协议构建持续的ESD事件监测。

在808b处，将最小统计样本/触发施加于每个位置的合格/故障ESD事件检测验证。例如，施加大约20或30个触发来获得精确的校准。

在806b处，针对特定设备耐受电压阈值校准ESD检测器355(例如，小型脉冲检测器)。要注意的是，在执行框803b、805b和/或808b中的程序之后，然后可以执行框806b中的程序。

在本发明的一个实施例中，以下讨论提供了关于原位校准过程的顺序的额外细节：

1.将小型脉冲监测器(ESD检测器355)的微ESD天线382设置在实践中与工具中的处理点最接近(例如1英寸)的位置，敏感IC设备将被布置在该位置。

2.将微ESD天线电缆(例如电缆404d)连接到小型脉冲监测器355。

3.将CDMES的DC电源电压设置为所需的阈值电压电平(通常约为IC设备故障阈值的50％)。

4.将CDMES定位在针对IC设备监测应用选择的指定处理点处。

5.在调整小型脉冲检测阈值控制的同时连续触发CDMES，直到达到小型脉冲355所需的ESD事件检测阈值。

6.在IC设备指定的阈值电压下生成CDMES放电的最小统计组(例如12-24)以验证小型脉冲检测器性能。

7.以CDMES DC电压电平、统计采样组期间成功的小型脉冲检测的数量以及通过数字万用表藉由前面板测试点进行的小型脉冲阈值设置的形式记录成功的校准数据。

存在环境工具/背景噪声，并且在应用聚焦区域外存在ESD事件，其可能干扰感兴趣的信号的检测。因此，要考虑多个噪声源。

这使得对于某些应用难以维持信噪比(SNR)。

在某些情况下(SNR瓦解)，检测器将不能起作用(即，从所有背景干扰源中将目标ESD信号分离)。

图9是示出ESD信号幅度如何根据与检测器天线382的距离(根据距离的信噪比)而减小的图表900，这使得信号幅度接近噪声幅度。随着SNR瓦解，将ESD信号从噪声信号中分离变得困难。

在某些情况下(SNR瓦解)，检测器将不能起作用(即，从所有背景干扰源中将目标ESD信号分离)。例如，示例函数905(SNR与以厘米为单位的距离的关系)在距离ESD源约50厘米的距离处指示(在点910处)约为2.9的SNR最小水平。

图10a是示出了在大约1英寸距离处具有零衰减的基本50V/m CDMES校准的图表1000。图表1000基于(小型脉冲天线382的)毫伏与在校准程序期间发生的信号测量示出了以下函数：目标ESD事件1005、背景噪声水平1010、抑制的ESD事件1015和小型脉冲阈值设置1020。

附加地，以下参数1025适用于图表1000：

衰减因子＝0.0(0.0dB)

抑制ESD水平＝8.0(mV)＝50V/m@24”

背景脉冲噪声水平＝3.0(mV)

推荐的天线阈值设置(mV)：30.39

最大SNR(mV)：23.01

注意：这是理想的情况。

图10b是示出了具有大约10dB衰减的感应信号的图表1050。图表1000基于(小型脉冲天线382的)毫伏与在校准程序期间发生的信号测量示出了以下函数：目标ESD事件1055、背景噪声水平1060、抑制的ESD事件1065和小型脉冲阈值设置1070。

附加地，以下参数1075适用于图表1050：

衰减因子＝10.0(10.0dB)

抑制ESD水平＝0.9(mV)＝50V/m@

24”/衰减因子

背景脉冲噪声水平＝0.6(mV)

最大天线阈值设置(mV)：2.94。

该示例(在图10b中)示出信噪比变得越来越小。但现在抑制了背景噪音和虚假ESD事件两者。此外，留下了显著的信号空间并且最大SNR(mV)是2.91。

如上所提到那样，在信号源和(来自信号源的信号的)截获点之间的距离增大时，该信噪比(SNR)可能非常不利于鉴别感兴趣的信号(在这种情况下是由带电产品引起的ESD事件)。一般而言，由电子组件产生的电磁工具噪声低于感兴趣的ESD信号的辐射幅度。

然而，在没有滤波的情况下，随着源距离增加，许多ESD信号幅度太接近峰值噪声水平而不能允许有效鉴别。各种形式的小型脉冲ESD检测器355一开始就已经具有信号时域(持续时间)滤波和ESD信号阈值滤波。虽然这已经比其他检测器具有更好的分辨率，但仍然存在其中噪声水平使得该滤波方法也有问题的某些场合。通过附加地使用上述噪声滤波方法，使得SNR鉴别更有效。

小型脉冲ESD检测器355具有专有的电磁噪声滤波器，以在高噪声环境中调节输入信号。该可变阻抗滤波器是针对来自所有源的背景宽带噪声的幅度衰减函数，但最常见于自动化工具中。自动化工具通常具有来自工具电气组件的可变水平的噪声(EMI)，这可能导致ESD信号截获问题。用于对电磁信号进行滤波的常用方法涉及通过频率来衰减信号的带通滤波器。

本文所述的专有方法使用数字控制的可变阻抗来衰减一般信号幅度作为第一阈值，以去除低于给定水平的辐射电路噪声。小型脉冲ESD检测器355还包括(先前参考的)第二可设置阈值，以用作感兴趣的ESD信号的幅度滤波器。

图11a是示出表示ESD脉冲信号干扰的未滤波的环境脉冲噪声的示例图表1100。这种类型的干扰(对于其他ESD检测系统来说很常见)已经使得工具适应变得非常困难并且通常是不可能的。感兴趣的实际嵌入式ESD事件由信号1105、1110、1115和1120示出。图表1100示出了Y轴上的虚假ESD事件计数(背景噪声)的数量与X轴上的静电放电发生的计数(ESD计数)的数量之间的关系。

图11b是示出了使用允许检测器有效地忽略环境/工具噪声的可变信号衰减/阻抗的图表1150。特别地，图表1150示出了基于分贝测量与静电放电发生的计数之间的关系的ESD计数1155。

图11c是示出了一图表1180，该图表表示，在已经应用可变阻抗滤波之后，可以容易地将感兴趣的真实ESD信号与背景噪声水平分离图表。图表1180中示出了一系列四(4)个真实ESD事件1182、1184、1186和1188，这些事件将在ESD检测器的未滤波输入的总噪声中丢失。图表1180的Y轴指示ESD事件计数，并且图表1180的X轴指示静电放电发生的计数。

具有选择性地向上或向下移动衰减因子(实践中，监测能量水平的阈值)的原位校准的样本使得能够分析真实的工具内水平信号，并针对每个应用优化信噪比(SNR)。

总之，本文描述的产品、装置实施例和方法提供关于工具和处理中的ESD事件的真实信息。这允许客户确定与产品带电相关的弱点相关的ESD事件风险。此外，本文描述的产品、装置实施例和方法允许客户评估修复的需要以消除风险，这些风险包括可能的工具电离和其他中和或保护方法。

还应理解的是，根据本发明的实施例的其他系统可具有各种形式，并且可以具有以其他方式或取向布置的不同组件。

根据本文所讨论的教导，上述实施例和方法的其他变化和修改是可能的。

本发明的所示实施例的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。尽管出于说明性目的在本文中描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种等同修改。

根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例。相反，本发明的范围完全由以下权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (20)

1.一种用于检测静电放电(ESD)事件的装置，所述装置包括：

ESD检测器，所述ESD检测器被配置为确定将允许所述ESD检测器检测ESD事件的至少一个处理窗口；

至少一个天线，所述至少一个天线耦接到所述ESD检测器；以及

所述ESD检测器，所述ESD检测器针对至少一种放电能量来校准。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD检测器被配置为测量接收到的脉冲的脉冲持续时间，以便确定所述接收的脉冲是否是ESD事件。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD检测器被配置为抑制小于第一脉冲持续时间或大于第二脉冲持续时间的接收到的脉冲。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD检测器被配置为抑制在某一频率范围之外的接收到的脉冲。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD检测器被配置为基于所述接收到的脉冲的功率、持续时间和幅度来对所述接收到的脉冲进行滤波。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD检测器包括信噪比经调整的滤波器，用于抑制电磁干扰(EMI)。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

充电设备模型事件模拟器(CDMES)单元，所述充电设备模型事件模拟器(CDMES)单元包括第一导电部分和第二导电部分；

其中所述第一导电部分和所述第二导电部分在电位方面不同；并且

其中输入高电压为所述第一导电部分提供电荷；

其中所述第一导电部分能够朝向所述第二导电部分移动；并且

其中，在所述第一导电部分朝向所述第二导电部分移动时，触发CDM事件。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个天线包括允许定向检测ESD辐射能量并抑制不感兴趣的其他事件的特性。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述ESD事件发生在工具处理区域中。

10.如权利要求9所述的装置，其中：

所述工具处理区域包括第一处理区域和第二处理区域；

所述至少一个天线包括耦接到所述ESD检测器的第一天线和耦接到所述ESD检测器的第二天线；并且

所述第一天线设置在所述第一处理区域中，并且所述第二天线设置在所述第二处理区域中。

11.一种用于检测静电放电(ESD)事件的方法，所述方法包括：

确定将允许ESD检测器检测ESD事件的至少一个处理窗口；以及

针对至少一种放电能量来校准所述ESD检测器。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD检测器被配置为测量接收到的脉冲的脉冲持续时间，以便确定所述接收到的脉冲是否是ESD事件。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD检测器被配置为抑制小于第一脉冲持续时间或大于第二脉冲持续时间的接收到的脉冲。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD检测器被配置为抑制在某一频率范围之外的接收到的脉冲。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD检测器被配置为基于所述接收到的脉冲的功率、持续时间和幅度来对接收到的脉冲进行滤波。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD检测器包括信噪比经调整的滤波器，用于抑制电磁干扰(EMI)。

17.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

在第一导电部分朝向第二导电部分移动时触发ESD事件；

其中所述第一导电部分和所述第二导电部分在电位方面不同；并且

其中输入高电压为所述第一导电部分提供电荷；并且

其中所述第一导电部分能够朝向所述第二导电部分移动。

18.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

所述至少一个天线允许定向检测ESD辐射能量，并且通过所述至少一个天线抑制其他不感兴趣的事件。

19.如权利要求11所述的方法，其中所述ESD事件发生在工具处理区域中。

20.如权利要求19所述的方法，其中：

所述工具处理区域包括第一处理区域和第二处理区域；

所述至少一个天线包括耦接到所述ESD检测器的第一天线和耦接到所述ESD检测器的第二天线；并且

所述第一天线设置在所述第一处理区域中，并且所述第二天线设置在所述第二处理区域中。