JP2006140440A - 電気アークの検出および抑制 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PLC12とDSP14から構成されるアーク検出抑制回路10を備える。アンテナ47からの電磁場信号48、方向性結合器からの前進出力信号25、反射出力信号27等1つ以上のセンサ信号に対して閾値を設け、アークを検出し場合RF電源20に対して、短期間に出力を低減することによってアークを抑制させ、次いで元の値に回復させる。アークが再び始まると、RF電源20は、出力を低減し、次いで出力を回復するステップを繰り返す。
【選択図】図1
Description
アーク検出抑制コンピュータ(ADSC)10は、「アークの抑制」という見出しで以下に記載するアーク抑制アルゴリズムと、以下のパラグラフで記載するアーク検出アルゴリズムの両方を実行するようにプログラムされる。
センサ信号をサンプリングするステップ(ステップ104)と、各センサ信号を対応するアーク検出しきい値と比較するステップ(ステップ108)は、サンプリング間隔ΔTと呼ぶ間隔で周期的に繰り返される。
各アーク検出しきい値Liの値は、DSP14内のメモリに格納されるべきである。これらの値は、DSP14のプログラミングの一環として確立されてもよい。より好ましくは、プラズマチャンバを動作する人が、アーク検出しきい値Liの所望の値を工場制御コンピュータに入力してもよく、このコンピュータは、通信バス18を介してPLC12にしきい値を伝送し、次いで、PLC12は、バス15を介してDSPにしきい値Liを伝送する。
上述したアーク検出アルゴリズムの随意のさらなる改良は、アーク検出しきい値にヒステリシスを追加することであり、これは、アークの開始とアークの終了を識別するための、異なるしきい値を確立することを意味する。図5は、ヒステリシス特徴を含むADSCによって実行されるアルゴリズムの1つの実施形態を示す。
本発明者らは、RF電力が最初にオンにされると、またはRF電力設定点がより高いレベルまたは低いレベルへ進むと、センサ測定値Siは、アークが発生したときの変化に類似して一時的に変化し得ることを見い出した。詳しく言えば、RF電力設定点が増大すると、前進RF電力S1は、RF電力設定点36と同じ率で増大することができない。RF電力設定点が、増大または低下すると、チャンバ内でのプラズマの結果的に得られる変化は、反射RF電力S2とチャンバEMF信号S3との両方に一時的なサージ電圧を生成することがある。このように挙動がアークとして誤って指し示されないようにするために、本発明の好ましい実施形態により、ADSCは、RF電力設定点のこれらの迅速な変化の期間中、図3〜図5のアーク検出アルゴリズムを実行できないようになる。
上述したように、センサ信号Siを直接モニタする他に、「センサ導出値」と呼ぶ1つ以上の値Viをモニタすることが有益な場合があり、この場合、各センサ導出値は、1つ以上の実際のセンサ信号Siから導出される(すなわち、これらの信号に応じたものである)。図6は、センサ信号から値を導出するステップを追加するために修正された図5のアーク検出アルゴリズムを示す(ステップ106)。比較するステップにおいて(ステップ108)、各アーク検出しきい値Liは、図5に示すように、センサ信号Siの代わりに、対応するセンサ導出値Viと比較される。
アークによって生じる損傷の深刻さが、アークの持続時間とともに増すため、ADSCが、短期および長期の持続時間アークの間を区別することが望ましいこともある。例えば、ガラス基板上のフラットパネルディスプレイを作製するためのプラズマチャンバにおいて、10マイクロ秒より長いアークは、ディスプレイのトランジスタに損傷を与える危険性を呈するのに対して、1秒より長いアークは、ガラス基板に亀裂を生じる危険性を呈する。ログに10マイクロ秒アークの発生を記録するには十分なこともあるが、0.1秒持続時間のアークでは、破損の可能性がある基板が他のチャンバコンポーネントに損傷を及ぼさないように、プラズマチャンバの動作をすぐに遮断することが必要なこともある。
図8は、図1のDSP14の代替となり得るアナログしきい値検出器回路を示す。しきい値検出器回路は、アーク検出アルゴリズムにおけるアーク検出しきい値Liとそれぞれ比較される各センサ信号Siまたはセンサ導出値Viに対して、従来のアナログ比較器回路または演算増幅器301〜306を用いる。各比較器回路301〜306の出力は、対応する比較の結果R1〜R6である(図3〜図6のいずれかのアーク検出アルゴリズムのステップ108)。
上述したようにアークを検出することに加え、ADSC10は、アークを抑制するためのアルゴリズムを実行するようにプログラミングされることが好ましく、これは、ADSCがアークを検出した後にアークの持続時間を最小限に抑えることを意味する。簡潔に言えば、本発明のアーク抑制方法は、RF電源20によってプラズマチャンバに短時間与えられるRF電力をオフにすることであり、これは、通例、アークを抑え(停止し)、次いで、RF電力を前のレベルに戻す。
Claims (59)
- 1つ以上のセンサに応答して、電源が電力を供給する電気負荷の異常な変化を検出するための電気回路であり、各センサが、前記電力または前記負荷の電磁条件に応答したセンサ信号を生成する電気回路であって、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の1つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、1つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が、前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかにしたがって、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
前記比較結果の任意のものが肯定的であれば、電気負荷の異常な変化を知らせるアラートを発信するためのアラート回路と、
を備える、回路。 - 前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように確立された、請求項1に記載の回路。
- 前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項2に記載の回路。
- 前記それぞれのしきい値が、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項1に記載の回路。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つである、請求項1に記載の回路。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つの変化率である、請求項1に記載の回路。
- 前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項1に記載の回路。 - 前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項1に記載の回路。 - 前記センサ信号の1つが、前記電源と前記負荷との間の反射RF電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射RF電力がそれに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項1に記載の回路。 - 前記センサ信号の1つが、前記電源と前記負荷との間の反射RF電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射RF電力の変化率がそれに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項1に記載の回路。 - 前記電源が、前記電源によって供給された電力が、電力設定点信号に応答するレベルを有するように、電力設定点信号によって制御され、
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも1つを調節する、請求項1に記載の回路。 - 前記比較器回路が、前記電力設定点信号に比例するように、前記しきい値の少なくとも1つを調節する、請求項11に記載の回路。
- 電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の1つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表が格納されたメモリ回路をさらに備え、
前記比較器回路が、前記しきい値の1つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定する、請求項11に記載の回路。 - 前記センサ導出値の各々が、前記負荷に異常な変化がない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記比較器回路が、前記電気負荷の異常な変化を知らせるアラートを発信するアラート回路に応答して、前記しきい値の少なくとも1つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させる、請求項1に記載の回路。 - 前記比較器回路が、前記電気負荷の異常な変化を知らせる前記アラートに応答して、前記しきい値の少なくとも1つを変化させた後、関連付けられたしきい値にすでに交差したすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側へ交わって戻ったときを決定し、次いで、前記電気負荷の異常な変化を知らせる前記アラートに応答して、前記比較器回路が変化させた前記しきい値のすべてを元の値に回復させる、請求項14に記載の回路。
- 前記比較器回路および前記アラート回路が、プログラマブルコンピュータであり、
前記センサ導出信号が、前記コンピュータのメモリに格納された値である、請求項1に記載の回路。 - 電源が電力を供給するプラズマチャンバにおいて、電気アークが発生しているかどうかを検出するための電気回路であって、
前記電力または前記プラズマチャンバの電磁条件に応答して各センサがセンサ信号を生成する1つ以上のセンサと、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の1つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、1つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかに応じて、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
前記比較結果の任意のものが肯定的であれば、プラズマチャンバにおける電気アークを知らせるアラートを発信するためのアラート回路と、
を備える、回路。 - 前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように確立された、請求項17に記載の回路。
- 前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項18に記載の回路。
- 前記それぞれのしきい値が、前記プラズマチャンバに電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように確立された、請求項17に記載の回路。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つである、請求項17に記載の回路。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つの変化率である、請求項17に記載の回路。
- 前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項17に記載の回路。
- 前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項17に記載の回路。
- 前記電源が、RF電力を前記プラズマチャンバに供給し、
前記センサ信号の1つが、前記電源と前記プラズマチャンバとの間の反射RF電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射RF電力が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項17に記載の回路。 - 前記電源が、RF電力を前記プラズマチャンバに供給し、
前記センサ信号の1つが、前記電源と前記プラズマチャンバとの間の反射RF電力に応答し、
前記アラート回路が、前記反射RF電力の変化率が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する、請求項17に記載の回路。 - 前記電源が、前記電源によって供給された電力が、電力設定点信号に応答するレベルを有するように、電力設定点信号によって制御され、
前記比較器回路が、前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも1つを調節する、請求項17に記載の回路。 - 前記比較器回路が、前記電力設定点信号に比例するように、前記しきい値の少なくとも1つを調節する、請求項27に記載の回路。
- 電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の1つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表が格納されたメモリ回路をさらに備え、
前記比較器回路が、前記しきい値の1つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定する、請求項27に記載の回路。 - 前記センサ導出値の各々が、前記プラズマチャンバに電気アークがない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記比較器回路が、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせるアラートを発信するアラート回路に応答して、前記しきい値の少なくとも1つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させる、請求項17に記載の回路。 - 前記比較器回路が、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせる前記アラートに応答して、前記しきい値の少なくとも1つを変化させた後、関連付けられたしきい値にすでに交差したすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側へ交わって戻ったときを決定し、次いで、前記プラズマチャンバの電気アークを知らせる前記アラートに応答して、前記比較器回路が変化させた前記しきい値のすべてを元の値に回復させる、請求項30に記載の回路。
- 前記比較器回路および前記アラート回路が、プログラマブルコンピュータであり、
前記センサ導出信号が、前記コンピュータのメモリに格納された値である、請求項17に記載の回路。 - 電源が電力を供給する電気負荷における電気アークを抑制するための電気回路であって、
電源によって供給される電力が制御するための制御入力を有する、電力を電気負荷に供給するように適合された電源と、
前記電気負荷に電気アークが発生しているかどうかを値が指示する信号を出力するアーク検出回路と、
前記アーク検出回路の前記出力信号を受信し、前記電源の前記制御入力に制御信号を送信するように接続された制御回路とを備え、
前記アーク検出回路が、前記電気負荷に電気アークが発生していることを指示する信号を出力した後、前記制御回路が、第1の期間、前記電力レベルを低減するように前記電源に命令する第1の値に前記制御信号を設定し、次いで、前記第1の期間後、前記第1の期間前のレベルに前記電力を戻すように前記電源に命令する第2の値に前記制御信号を設定する、回路。 - 前記制御回路が前記制御信号を前記第2の値に設定した後、前記アーク検出回路が、前記電気負荷に電気アークが発生していることを指示する信号を再度出力すれば、前記制御回路が、第2の期間、前記電力レベルを低減するように前記電源に命令する第1の値に前記制御信号を設定し、次いで、前記第2の期間後、前記第2の期間前のレベルに前記電力を戻すように前記電源に命令する前記第2の値に前記制御信号を設定する、請求項33に記載の回路。
- 前記制御回路が、前記制御信号を前記第1の値に設定した回数を計数し、前記カウントが、所定の最大値以上であると、前記制御回路が、前記制御信号を前記第2の値に引き続き設定しない、請求項33に記載の回路。
- 前記電気負荷が、プラズマチャンバである、請求項33に回路。
- 前記アーク検出回路が、
前記電力または電気負荷の電磁条件に応答して各センサがセンサ信号を生成する1つ以上のセンサと、
各センサ導出信号の値が、前記センサ信号の1つ以上に応じたものであるように、各センサ信号を受信し、1つ以上のセンサ導出信号を生成するためのセンサ信号受信回路と、
前記センサ導出信号を受信し、各センサ導出信号に対して、対応する比較結果を生成するための比較器回路であって、各比較結果が、真または偽のいずれかであり得る値を有し、前記比較器が、前記対応するセンサ導出信号が、前記センサ導出信号に関連付けられたしきい値より大きいかまたは小さいかにしたがって、各比較結果の値を決定する比較器回路と、
を備える、請求項33に記載の回路。 - 前記アーク検出回路および前記制御回路の少なくとも1つが、プログラマブルコンピュータである、請求項33に記載の回路。
- 電源が電力を供給する電気負荷の異常な変化を検出する方法であって、
電源から電気を供給するステップと、
前記電力を電気負荷に結合するステップと、
各センサ信号が前記電力または前記負荷の電磁条件に応答する、1つ以上のセンサ信号を生成するステップと、
各センサ誘導値が前記センサ信号の1つ以上に応じたものである、1つ以上のセンサ誘導値を確立するステップと、
各しきい値が、前記センサ誘導値の1つに関連付けられるように、1つ以上のしきい値を確立するステップと、
各センサ誘導値をそれに関連付けられたしきい値に比較するステップと、
前記センサ導出値の少なくとも1つが、それに関連付けられたしきい値に交われば、アラートを発信するステップと、
を備える、方法。 - 1つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが存在しない場合、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に通常交わらないように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項39に記載の方法。
- 1つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項40に記載の方法。
- 1つの以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記負荷に電気アークが発生すれば、各センサ導出値が、それに関連付けられたしきい値に交わると想定されるように前記しきい値を確立する工程をさらに備える、請求項39に記載の方法。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つである、請求項39に記載の方法。
- 前記センサ導出値の1つが、前記センサ信号の1つの変化率である、請求項39に記載の方法。
- 前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバからの放射に応答する、請求項39に記載の方法。 - 前記電気負荷が、プラズマチャンバであり、
前記センサ信号の1つが、前記プラズマチャンバ内の電磁場に応答する、請求項39に記載の方法。 - 前記電源が、RF電力を負荷に供給し、
前記センサ信号の1つが、前記電源と前記負荷との間の反射RF電力に応答し、
前記発信するステップが、前記反射RF電力が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する工程を備える、請求項39に記載の方法。 - 前記電源が、RF電力を負荷に供給し、
前記センサ信号の1つが、前記電源と前記負荷との間の反射RF電力に応答し、
前記発信するステップが、前記反射RF電力の変化率が、それに関連付けられたしきい値を超えれば、アラートを発信する工程を備える、請求項39に記載の方法。 - 電力設定点信号を生成するステップと、
前記電源によって供給された電力が、前記電力設定点信号に応答するレベルを有するように、前記電源を制御するステップと、
をさらに備え、
前記電力を供給するステップと同時に、1つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、
前記電力設定点信号をモニタするステップと、
前記電力設定点信号に応答して、前記しきい値の少なくとも1つを調節するステップと、
を備える、請求項39に記載の方法。 - 1つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、前記電力設定点信号に比例するように前記しきい値の少なくとも1つを調節するステップを備える、請求項49に記載の方法。
- 電力設定点値の複数の範囲を画成し、前記しきい値の1つ以上に対してそれぞれの値を各範囲に関連付ける表をメモリに格納するステップをさらに備え、
1つ以上のしきい値を確立する前記ステップが、
前記電力設定点信号の現在の値を決定するステップと、
前記しきい値の1つ以上のそれぞれの値を、前記電力設定点信号の現在の値を含む電力設定点値の範囲に関連付けられた表に格納された値に設定するステップとをさらに備える、請求項49に記載の方法。 - 前記センサ導出値の各々が、前記負荷に異常な変化がない場合に、値の正常範囲によって特徴付けられ、
前記アラートを発生するステップが、前記しきい値の少なくとも1つを、前記しきい値に関連付けられた前記センサ導出値の値の正常範囲に近い値に変化させるステップをさらに備える、請求項39に記載の方法。 - 前記しきい値の少なくとも1つを前記正常範囲に近い値に変化させる前記ステップに引き続き、
関連付けられたしきい値にすでに交わったすべてのセンサが、関連付けられたしきい値の元の側に戻って交わるまで、前記比較するステップを実行するステップと、
次いで、前記しきい値の少なくとも1つを前記正常範囲に近い値に変化するステップにおいて変えられたすべてのしきい値を元の値に回復させるステップとをさらに備える、請求項52に記載の方法。 - 電源が電力を供給する電気負荷の電気アークを抑制する方法であって、順次的な、
所定の期間、前記電源によって前記負荷に供給された電力を低減するステップと、
前記低減ステップの前に、前記電力をその値に回復するステップと、
前記電気負荷に電気アークが発生しているかどうかを検出するステップと、
前記検出するステップが、前記アークが発生していることを検出すれば、前記低減ステップおよび前記回復ステップを繰り返すステップと、
を備える、方法。 - 前記検出するステップが、前記アークが発生していることを検出しなくなるまで、前記低減するステップ、前記回復するステップ、および前記検出するステップを繰り返すステップをさらに備える、請求項54に記載の方法。
- 前記電力を低減するステップの前に、メモリに格納されたカウントをゼロにリセットするステップと、
前記検出するステップと前記繰り返すステップの間に、
前記カウントをインクリメントするステップと、
前記カウントを所定の最大値と比較するステップと、
前記カウントが前記最大値以上であれば、前記繰り返すステップを実行する前に、前記方法の実行を停止するステップとを実行するステップと、をさらに備える、請求項54に記載の方法。 - 前記比較するステップが、前記インクリメントステップの前に実行される、請求項56に記載の方法。
- 前記電気負荷が、プラズマチャンバである、請求項57に記載の方法。
- 前記検出するステップが、
各センサ信号が、前記電力または前記負荷の電磁条件に応答する、1つ以上のセンサ信号を生成するステップと、
各センサ導出値が、前記センサ信号の1つ以上に応じるものである、1つ以上のセンサ導出値を確立するステップと、
各しきい値が、前記センサ導出値の1つに関連付けられるように、1つ以上のしきい値を確立するステップと、
各センサ導出値をそれに関連付けられたしきい値と比較するステップと、
前記センサ導出値の少なくとも1つが、それに関連付けられたしきい値に交われば、前記アークが発生していることを検出するステップとを備える、請求項57に記載の方法。
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