專利名稱：用于濺射系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在等離子體濺射領(lǐng)域中的故障處理系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明涉及用于控制在濺射系統(tǒng)中使用的功率發(fā)生器的操作的故障處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
等離子體濺射處理在半導(dǎo)體、平板、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、硬質(zhì)合金涂層和工業(yè)玻璃涂層行業(yè)中被廣為使用。在濺射處理中，材料的原子從靶材料中釋放并淀積在襯底上?；蛘撸诜磻?yīng)性的濺射處理中，材料的原子從允許原子與氣體發(fā)生反應(yīng)的靶材料釋放以形成涂層，該涂層其后被淀積在襯底上。在半導(dǎo)體工業(yè)中可采用反應(yīng)性濺射處理，例如，把電介質(zhì)絕緣層(諸如氮化硅)淀積在硅片上。在硬質(zhì)合金涂層行業(yè)，可以使用反應(yīng)性濺射處理，例如，將耐磨層(諸如，氮化鈦)淀積在機(jī)械部件上。
濺射是一種真空淀積方法，其中用通常為惰性氣體電離的離子轟擊濺射靶，并且動(dòng)量傳遞機(jī)械地釋放出靶材料的原子。然后該靶材料涂敷附近的襯底。
在反應(yīng)性的濺射處理中，反應(yīng)性的氣體被引入濺射腔且靶材料釋放的原子與反應(yīng)性的氣體發(fā)生反應(yīng)以形成涂層材料。例如，靶材料可以是鋁，反應(yīng)性的氣體可以是氧氣，二者的化合產(chǎn)生氧化鋁的涂層。在另一個(gè)例子中，可以使用含碳?xì)怏w(諸如乙炔)作為反應(yīng)性的氣體通過用乙炔分別與硅靶和鎢靶化合以產(chǎn)生諸如碳化硅和碳化鎢的涂層。靶材料釋放的傳導(dǎo)原子與濺射腔中以等離子體形式存在的反應(yīng)性氣體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生涂敷襯底的化合物(涂層材料)。
對(duì)濺射處理參數(shù)(諸如，由功率發(fā)生器供給等離子體腔的電壓和電流)的恰當(dāng)控制對(duì)于確保獲得滿意的濺射質(zhì)量和系統(tǒng)的生產(chǎn)量是重要的。在工作期間會(huì)發(fā)生濺射系統(tǒng)故障(諸如，警告或錯(cuò)誤信號(hào))。這些故障表示出濺射處理中的問題或?qū)R射處理可具有不利影響的問題的開始。一種此類故障在濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器輸出低于規(guī)定閾值的電壓時(shí)發(fā)生；這種情形能夠?qū)е聵O少或沒有靶材料的原子從靶釋放。此外，另一種此類故障在濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器將在規(guī)定閾值值之上的電流密度輸出給等離子體腔時(shí)發(fā)生；這種情形能夠?qū)е庐a(chǎn)生電弧以及其后由于電弧的存在而引起濺射處理的結(jié)束。
傳統(tǒng)的濺射系統(tǒng)的控制系統(tǒng)對(duì)單獨(dú)的故障的發(fā)生做出反應(yīng)。但是，在濺射系統(tǒng)的工作期間在很短的時(shí)期內(nèi)會(huì)發(fā)生多種故障。在具有多種故障的情形，對(duì)每種獨(dú)立的故障控制系統(tǒng)的反應(yīng)并不是最佳。
因此需要有一種在存在多種濺射系統(tǒng)故障的情形下用于控制濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的操作的故障處理系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在一個(gè)方面提供了一種用于控制濺射系統(tǒng)的操作的方法。
在另一方面，本發(fā)明涉及控制功率發(fā)生器的操作的方法。該方法包括在規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)，用故障處理算法處理多個(gè)故障狀況信號(hào)，以及產(chǎn)生至少一個(gè)用于影響濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的工作特性的命令信號(hào)。
在不同的實(shí)施例中控制功率發(fā)生器的操作的方法包括在功率發(fā)生器的工作期間修改故障處理算法的參數(shù)。在一些實(shí)施例中故障處理算法軟件的參數(shù)在重新編譯系統(tǒng)軟件之前被修改。在替換實(shí)施例中，故障處理算法的參數(shù)在不重新編譯源代碼的情況下被修改。在替換實(shí)施例中，故障狀況信號(hào)對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)故障類型。
在一些實(shí)施例中用故障處理算法處理故障狀況信號(hào)包括進(jìn)行線性代數(shù)計(jì)算和/或數(shù)學(xué)運(yùn)算。該數(shù)學(xué)運(yùn)算可包括運(yùn)算數(shù)AND、OR、XOR、NOT、乘、加、減、除、等于、大于、小于、不等于、大于或等于、小于或等于、最大值以及最小值。
在不同實(shí)施例中的控制功率發(fā)生器的方法包括把故障處理算法存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中和/或從存儲(chǔ)器檢索該算法。在一些實(shí)施例中該方法包括產(chǎn)生多個(gè)命令信號(hào)。在一些實(shí)施例中這些命令信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生。在一些實(shí)施例中用故障處理算法同時(shí)處理多個(gè)故障狀況信號(hào)。在一些實(shí)施例中該方法被用來控制直流“DC”功率發(fā)生器以及在其它實(shí)施例中被用來控制射頻“RF”功率發(fā)生器。
在另一方面，通常，本發(fā)明包括用于控制濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的故障處理系統(tǒng)。該故障處理系統(tǒng)包括與功率發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)通信的處理器。該處理器在時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)并通過用故障處理算法處理多個(gè)故障狀況信號(hào)產(chǎn)生至少一個(gè)命令信號(hào)以影響功率發(fā)生器的工作特性。
前述方面的實(shí)施例可包括一個(gè)或多個(gè)下面的特征。故障處理算法的參數(shù)可以由操作者在濺射系統(tǒng)工作期間規(guī)定。在不用重新編譯源代碼的情況下可以修改故障處理算法的參數(shù)。用故障處理算法處理多個(gè)故障狀況信號(hào)包括進(jìn)行線性代數(shù)計(jì)算和/或數(shù)學(xué)運(yùn)算。被執(zhí)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)算數(shù)AND、OR、XOR、NOT、乘、加、減、除、等于、大于、小于、不等于、大于或等于、小于或等于、最大以及最小。
本發(fā)明的前述方面的實(shí)施例可包括下面的特征。處理器是功率發(fā)生器中的組件。故障處理系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)故障處理算法且從其能夠檢索該算法的存儲(chǔ)器。多個(gè)故障狀況信號(hào)可包括故障狀況信號(hào)的向量。在替換實(shí)施例中，故障狀況信號(hào)對(duì)應(yīng)于一種或多種故障類型。處理器能夠產(chǎn)生多個(gè)命令信號(hào)。這些命令信號(hào)能夠被同時(shí)產(chǎn)生。用故障處理算法能夠同時(shí)處理多個(gè)故障狀況信號(hào)。故障處理系統(tǒng)包括與處理器通信的用戶接口。用戶接口能夠被用于修改故障處理算法。故障處理系統(tǒng)控制功率發(fā)生器。該故障處理系統(tǒng)能被用來控制DC功率發(fā)生器或RF功率發(fā)生器。能夠受故障處理系統(tǒng)影響的功率發(fā)生器的工作特性包括系統(tǒng)輸出禁止使用、功率部件輸出禁止使用、輸出使能阻止和輸出驅(qū)動(dòng)壓低(rollback)電壓。
在另一方面，通常，本發(fā)明包括用于控制濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的故障處理系統(tǒng)。該故障處理系統(tǒng)包括用于在時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)的裝置和用于依據(jù)多個(gè)故障狀況信號(hào)和故障處理算法產(chǎn)生至少一個(gè)命令信號(hào)以影響功率發(fā)生器的工作特性的裝置。
本發(fā)明的前述和其它目的、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下面的說明和權(quán)利要求書將變得更清楚。


當(dāng)與不一定按照比例的附圖一起閱讀時(shí)，從下面本發(fā)明的示例性說明中將能更充分地理解本發(fā)明的前述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明本身。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例與濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器進(jìn)行通信的處理器的示意圖。
圖2是電壓對(duì)電流密度的帕邢曲線，示出了濺射工作中等離子體的各種工作條件區(qū)域。
圖3是描述根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)執(zhí)行過程的流程圖。
圖4是描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的多種故障、故障處理算法和命令信號(hào)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明用來控制濺射系統(tǒng)100的故障處理系統(tǒng)136的一個(gè)實(shí)施例。濺射系統(tǒng)100包括等離子體腔112和功率發(fā)生器114。故障處理系統(tǒng)包括與存儲(chǔ)器130和用戶接口132進(jìn)行信號(hào)通信的處理器110。處理器110依據(jù)故障處理算法和多個(gè)故障狀況信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)命令信號(hào)以影響功率發(fā)生器114的操作。理解濺射系統(tǒng)100的操作對(duì)更充分地描述相關(guān)故障處理系統(tǒng)136是有幫助的。
在濺射系統(tǒng)100的一般操作過程中，在受控量的惰性氣體，例如氬氣被引入的同時(shí)通過真空泵126來調(diào)節(jié)等離子體腔112中的壓力。帶正電的氬離子138(Ar+)在工作過程中被電場(chǎng)朝著位于等離子體腔112中的靶116(也稱作陰極)加速，在那兒正離子138與靶116中的電子結(jié)合。所述電場(chǎng)(例如，穩(wěn)態(tài)電場(chǎng))由通過電氣接線128a和128b分別連接到功率發(fā)生器114的正接線端的陽(yáng)極118和連接到功率發(fā)生器114的負(fù)接線端的靶116(陰極)產(chǎn)生并位于所述陽(yáng)極和靶之間。靶116可以由例如鋁、金、鉑或鈦制造。
為了獲得濺射效果，使帶正電的氬離子有足夠的高能以使得當(dāng)氬離子138與靶116相撞時(shí)其動(dòng)能將靶材料的原子撞離靶116。在該實(shí)施例中，描述了反應(yīng)性的濺射系統(tǒng)。也可考慮其它類型的濺射系統(tǒng)，例如其中使用非反應(yīng)性的氣體和使用靶材料的釋放原子以涂敷襯底的濺射系統(tǒng)。靶材料的原子從靶116釋放然后進(jìn)入位于等離子體腔112的等離子體122中，在那兒靶材料的原子與由氣體管道120供給濺射腔112的反應(yīng)性氣體140(例如氧氣、硼烷、乙炔、氨、硅烷或胂)發(fā)生反應(yīng)。靶材料的釋放原子和反應(yīng)性氣體140的反應(yīng)的最終產(chǎn)品(涂層材料)被淀積在等離子體腔112中的任何可使用的表面上。然而，最好是該涂層材料僅僅被淀積在位于等離子體腔112中的襯底124的上面。例如，淀積在等離子體腔112的靶116和其它表面上的涂層材料能夠在等離子體腔112產(chǎn)生電弧。
濺射處理的控制需要控制，例如從功率發(fā)生器114傳送到等離子體腔112中的等離子體122的電壓、電流和電流密度。
在本發(fā)明示例性的實(shí)施例中，使用故障處理系統(tǒng)136的處理器110控制功率發(fā)生器114的操作(例如，控制輸出電壓或電流密度)。處理器110與濺射系統(tǒng)100的功率發(fā)生器114進(jìn)行信號(hào)通信。與處理器110進(jìn)行信號(hào)通信的用戶接口132被用來監(jiān)控、控制、和/或影響故障處理系統(tǒng)136和濺射系統(tǒng)100的操作。
在替換實(shí)施例中，功率發(fā)生器114的操作由與故障處理系統(tǒng)136的處理器110無(wú)關(guān)的控制器或處理器控制。在一些實(shí)施例中的控制器或處理器也被用來監(jiān)控和/或控制濺射系統(tǒng)100。在這些實(shí)施例中的控制器或處理器可以是濺射系統(tǒng)100的獨(dú)立組件或功率發(fā)生器114中的組件。
在示例性的實(shí)施例中，功率發(fā)生器114是在兩個(gè)連接端子之間產(chǎn)生電壓勢(shì)的DC功率發(fā)生器。兩個(gè)連接端子中的每一個(gè)被耦合到等離子體腔112，在功率發(fā)生器114和等離子體腔112之間建立正電氣接線128a和負(fù)電氣接線128b。處理器110能夠產(chǎn)生命令信號(hào)以影響功率發(fā)生器114的操作特性，并且通過延長(zhǎng)等離子體腔112中的濺射處理能夠產(chǎn)生命令信號(hào)。例如，一個(gè)讓功率發(fā)生器114把更多的電流供給等離子體腔112的命令信號(hào)，一般將使更多的離子138與靶116相碰撞并釋放靶材料的原子。該釋放的原子將以更高的速率進(jìn)入等離子體腔112中的等離子體122，從而影響涂層材料在襯底124上面的淀積。
在替換實(shí)施例中，功率發(fā)生器是RF發(fā)生器。RF發(fā)生器是一種以例如從約0.08MHz到約100MHz的范圍內(nèi)的頻率把電能供給等離子體腔的功率發(fā)生器。作為例子，功率發(fā)生器可以是RF功率發(fā)生器，諸如由ENT技術(shù)有限公司(其辦公地位于紐約州羅徹斯特)生產(chǎn)的型號(hào)為NOVA25的中頻RF發(fā)生器。RF功率發(fā)生器向離子體腔的陰極和陽(yáng)極提供交流電壓。某些時(shí)候RF功率發(fā)生器降低了產(chǎn)生電弧的風(fēng)險(xiǎn)并獲得比DC功率發(fā)生器更高的淀積速率。
不同的靶材料需要不同級(jí)別的施加電壓以從靶116釋放原子。例如，由金組成的靶比由鋁組成的靶需要更高能量的正離子以從靶116釋放原子。為了比較，需要約-700伏特以從由金組成的靶釋放金原子，但是需要約-450伏特以從由鋁組成的靶釋放鋁原子。
由功率發(fā)生器114供給到等離子腔112的電流密度也是重要的濺射處理參數(shù)。它影響到涂層材料淀積在襯底124上面的速率。隨著電流密度的增加電弧放電的風(fēng)險(xiǎn)也增加了。通常，淀積速率的上限被電流密度的上限所限定。由功率發(fā)生器114供給到等離子體122的電流密度的上限有時(shí)由諸如圖2中示出的帕邢曲線限定。圖2的帕邢曲線200示出了在具有特定性能(例如，靶材料類型、反應(yīng)性氣體、期望的淀積速率等)濺射系統(tǒng)中等離子體的電壓202和的電流密度204之間的關(guān)系。
濺射處理由觸發(fā)(ignition)階段開始，在該階段期間在濺射系統(tǒng)中建立了標(biāo)稱的操作條件。濺射通常在圖2的帕邢曲線200的“輝光”區(qū)域內(nèi)的等離子體操作條件下被實(shí)施。等離子體122在電流密度204和電壓202增加到輝光水平之上時(shí)進(jìn)入帕邢曲線200的“強(qiáng)輝光(superglow)”區(qū)域230。在強(qiáng)輝光區(qū)域230，等離子體122起著限制氬離子穿越等離子體122的運(yùn)動(dòng)的作用。這導(dǎo)致在等離子體122兩端增加的電壓202(和如圖2的帕邢曲線200的Y軸212示出的擊穿電壓相應(yīng)的增加)。
當(dāng)?shù)入x子體122的操作條件超出強(qiáng)輝光區(qū)域230進(jìn)入帕邢曲線200的電弧放電區(qū)域250(沿著X軸214的正方向)時(shí)，電流密度204變得很高以致等離子體122加熱氬離子。在電弧放電區(qū)域中的氬離子的加熱導(dǎo)致引起逸出電離(runaway ionization)的熱電子和光子的產(chǎn)生。不加控制，逸出電離進(jìn)一步增加等離子體122中離子的數(shù)量，導(dǎo)致等離子體122的阻抗的降低和其后電流的增加。這在等離子體122中(在熱電子和光子產(chǎn)生的區(qū)域)產(chǎn)生傾向于產(chǎn)生電弧的負(fù)阻抗區(qū)域(在該區(qū)域等離子體122阻抗較低且電流僅被功率發(fā)生器14的輸出阻抗限制)。萬(wàn)一出現(xiàn)電弧，對(duì)靶116會(huì)產(chǎn)生不期望得到的影響，諸如凹陷、剝落、破裂以及靶材料的局部受熱。此外，在產(chǎn)生電弧的開始，涂層材料濺射在襯底停止。
本發(fā)明在一個(gè)方面旨在一種用于控制諸如圖1的功率發(fā)生器114的功率發(fā)生器的故障處理系統(tǒng)。依照本發(fā)明，諸如圖1的處理器110的處理器產(chǎn)生命令信號(hào)以影響功率發(fā)生器114的操作。在圖1的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器130與處理器110進(jìn)行信號(hào)通信。存儲(chǔ)器130被用來在濺射系統(tǒng)的工作之前存儲(chǔ)故障處理算法。例如，存儲(chǔ)器130可以是能夠存儲(chǔ)諸如故障處理算法的計(jì)算機(jī)代碼的閃存存儲(chǔ)器器件。在一個(gè)替換實(shí)施例中，故障處理算法駐留于處理器110的存儲(chǔ)器中。在圖1的實(shí)施例中，用戶接口132與處理器110進(jìn)行信號(hào)通信。例如，操作者能夠使用用戶接口132以監(jiān)控功率發(fā)生器114的性能和/或修改存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器130中的故障處理算法的參數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，操作者可以不用重新編譯計(jì)算機(jī)源代碼修改故障處理算法的參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，處理器110是具有顯示器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，借助顯示器操作者可以監(jiān)控和或修改功率發(fā)生器114的工作特性。在一個(gè)替換實(shí)施例中，處理器110是功率發(fā)生器114的組件。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，圖1的故障控制系統(tǒng)136適合于控制功率發(fā)生器114的操作。故障控制系統(tǒng)136在時(shí)間周期內(nèi)接收來自濺射系統(tǒng)100的多個(gè)故障狀況信號(hào)。這些多個(gè)故障狀況信號(hào)用故障處理算法處理，且處理器110至少產(chǎn)生一個(gè)影響功率發(fā)生器114的工作特性的命令信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，處理器110可以從濺射系統(tǒng)100的功率發(fā)生器114接收多個(gè)故障狀況信號(hào)。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，功率發(fā)生器114包括與故障處理系統(tǒng)136的處理器110進(jìn)行信號(hào)通信的獨(dú)立的處理器。該獨(dú)立的處理器控制功率發(fā)生器114的工作。在這樣的實(shí)施例中，該獨(dú)立的處理器可以接收來自故障處理系統(tǒng)136的處理器110的控制命令。
多個(gè)故障狀況信號(hào)代表在濺射系統(tǒng)100正在工作的時(shí)間周期(固定或變化的)內(nèi)產(chǎn)生的那些故障信號(hào)。例如，多個(gè)故障狀況信號(hào)可以是在處理器110的一個(gè)時(shí)鐘周期期間接收到的所有此類信號(hào)。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中一個(gè)時(shí)鐘周期是9微秒?；诮邮盏降墓收蠣顩r信號(hào)和故障處理算法，處理器110至少產(chǎn)生影響功率發(fā)生器114的工作特性的一個(gè)命令信號(hào)。在處理器110產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)拿钚盘?hào)和接下來的時(shí)間周期過去之后，處理器110可能有新的故障狀況信號(hào)要處理。該新的故障狀況信號(hào)組代表處理器110在隨后的時(shí)鐘周期期間產(chǎn)生的故障狀況信號(hào)。如果濺射系統(tǒng)100的工作條件已變化，該新組的故障狀況信號(hào)可以不同于那在先組的故障狀況信號(hào)。此外，以這種方式，故障處理系統(tǒng)136響應(yīng)多個(gè)故障狀況信號(hào)可產(chǎn)生新的或更新的命令信號(hào)組。
本發(fā)明的故障處理算法被設(shè)計(jì)成處理聚集為向量的m個(gè)故障狀況信號(hào)FS=F1F2···Fm.---(1)]]>每一故障狀況信號(hào)Fm對(duì)應(yīng)于由濺射系統(tǒng)100或其子系統(tǒng)產(chǎn)生的特定故障。例如，在功率發(fā)生器114的輸出電壓超過閾值電壓時(shí)，將產(chǎn)生故障。使用依照本發(fā)明的故障處理系統(tǒng)的操作者可基于帕邢曲線把閾值電壓規(guī)定成稍低于將會(huì)產(chǎn)生電弧放電的電壓。照此方式，操作者能夠?qū)⒐收显O(shè)置為警告故障處理系統(tǒng)136電弧放電不久將發(fā)生。
在故障系統(tǒng)中系統(tǒng)的各種部件會(huì)遇到故障狀況信號(hào)。例如，故障狀況信號(hào)可包括，但不限于安全互鎖指示器、不能到達(dá)給定值、等離子體腔中的電弧的感測(cè)、到源極的電壓泄漏(VDS)、感測(cè)部件電纜斷開、系統(tǒng)不能激發(fā)等離子體、功率發(fā)生器輸出電壓比規(guī)定的極限值大、功率發(fā)生器輸出電流比規(guī)定的極限值大、功率發(fā)生器輸出電流密度比規(guī)定的極限值大以及在等離子體腔中流量傳感器記錄的流量測(cè)量值比規(guī)定的極限值大，以及靶在濺射系統(tǒng)中使用的分鐘的數(shù)量超過規(guī)定的極限值。
通常，圖1的處理器110用故障處理算法FHA處理每一故障狀況信號(hào)Fm以確定響應(yīng)信號(hào)要采取的行動(dòng)?；诠收蠣顩r信號(hào)Fm故障處理系統(tǒng)FHA開始時(shí)將產(chǎn)生n個(gè)與功率發(fā)生器114有關(guān)的命令信號(hào)。該命令型號(hào)CSn被聚集為向量CS=CS1CS2···CSn.---(2)]]>
在濺射系統(tǒng)中通過故障處理系統(tǒng)可以產(chǎn)生各種命令信號(hào)。例如，產(chǎn)生的命令信號(hào)可以包括，但不限于輸出電壓的控制、電流、由功率發(fā)生器輸出的電流密度、修改供給等離子體腔的惰性氣體或反應(yīng)氣體的流動(dòng)速率、修改RF功率發(fā)生器的工作參數(shù)以及修改DC功率發(fā)生器的工作參數(shù)。
在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生命令信號(hào)向量CS的故障處理算法的執(zhí)行包括對(duì)故障狀況信號(hào)向量FS進(jìn)行至少一次數(shù)學(xué)運(yùn)算。
在一些實(shí)施例中，故障處理算法采用故障處理矩陣FMFM=FM11FM12···FM1mFM21·····················FMn1······FMnm,---(3)]]>其中FMmm表示與響應(yīng)故障狀況信號(hào)m的命令信號(hào)n有關(guān)聯(lián)的故障處理矩陣參數(shù)。在這些實(shí)施例中，產(chǎn)生命令信號(hào)向量CS包括將故障處理矩陣FM乘以故障狀況信號(hào)向量FSCS=CS1CS2···CSn=FM11FM12···FM1mFM21·····················FMn1······FMnm×F1F2···Fm,---(4)]]>其中作為結(jié)果產(chǎn)生的命令信號(hào)向量CS將具有以下值CS=CS1CS2···CSn=FM11F1+FM12F2+···FM1mFmFM21F1+FM22F2+···FM2mFm···FMn1F1+FMn2F2+···FMnmFm.---(5)]]>在本發(fā)明的這些實(shí)施例中，故障處理算法的執(zhí)行可包括使用故障狀況信號(hào)向量FS(方程1)和故障處理矩陣FM(方程3)進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算(例如，線性代數(shù)計(jì)算)。所進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算可包括(但不限于)下列邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)AND、OR、XOR、NOT、乘、加、減、除、等于、大于、小于、不等于、大于或等于、小于或等于、最大值(maximum)以及最小值(minimum)。
在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，產(chǎn)生命令信號(hào)向量CS的故障處理算法的執(zhí)行包括下面的數(shù)學(xué)運(yùn)算
CS=CS1CS2···CSn=maximumFM11F1FM12F2···FM1mFmmaximumFM21F1FM22F2···FM2mFm···maximumFMn1F1FMn2F2···FMnmFm,---(6)]]>在這個(gè)實(shí)施例中處理器110確定哪一個(gè)元素FMnmFm對(duì)每一命令信號(hào)CSn是最大的；每一最大值然后被指定為命令信號(hào)。如這個(gè)實(shí)施例所示，故障處理算法響應(yīng)多個(gè)故障狀況信號(hào)可以產(chǎn)生單個(gè)命令信號(hào)。例如，當(dāng)n＝1時(shí)(向量CS＝CS1且矩陣FM＝(FM11F1FM12F2...FM1mFm)，這種情況發(fā)生。
圖3是描述依照本發(fā)明用于控制功率發(fā)生器的方法的流程圖。圖3的方法始于312然后在步驟302在時(shí)間周期內(nèi)開始接收多個(gè)故障狀況信號(hào)。在步驟302的一個(gè)實(shí)施例中的多個(gè)故障狀況信號(hào)由故障狀況信號(hào)向量表示。
在圖3的方法的一種實(shí)施中，在步驟306從例如諸如圖1的存儲(chǔ)器130的存儲(chǔ)器獲得故障處理算法。在圖3的步驟304，用故障處理算法處理故障狀況信號(hào)。在步驟308至少產(chǎn)生一個(gè)命令信號(hào)。在一個(gè)替換實(shí)施例中，獲得故障處理算法的步驟306是可選的，且該算法已經(jīng)存儲(chǔ)在用來用故障處理算法處理故障狀況信號(hào)的處理器中。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，命令信號(hào)在步驟308由處理器同時(shí)產(chǎn)生并隨后在步驟310被輸出到功率發(fā)生器?；蛘撸钚盘?hào)可以是在處理器已經(jīng)完成與執(zhí)行故障處理算法相關(guān)聯(lián)的算術(shù)運(yùn)算之后，在系統(tǒng)時(shí)鐘周期的結(jié)束時(shí)被輸出到功率發(fā)生器。
在產(chǎn)生命令信號(hào)的步驟308之后，該方法的一些或所有步驟根據(jù)步驟314被重復(fù)。在這個(gè)實(shí)施例中，圖3的方法通過在時(shí)間周期(時(shí)間周期等于t+1)內(nèi)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)重復(fù)步驟302。在本發(fā)明的替換實(shí)施例中，該方法的其它步驟或步驟的組合可以被重復(fù)。
在該方法中的一個(gè)可選步驟包括更新故障處理算法的步驟320。例如，更新步驟可以是在濺射系統(tǒng)的工作期間由操作者進(jìn)行。操作者可以通過在不重新編譯與該算法相關(guān)聯(lián)的軟件的情況下修改故障處理算法的參數(shù)來更新故障處理算法。在一個(gè)實(shí)施例中，操作者可以依據(jù)識(shí)別在諸如圖2的帕邢曲線200的帕邢曲線中的變化來更新故障處理算法的參數(shù)。在這個(gè)例子中，操作者可以改變參數(shù)以保證用于改變由電源供給到等離子體腔的電流密度的命令信號(hào)低于閾值水平，以保證不發(fā)生電弧放電。
在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的圖3的方法包括接收由下面的向量表示的多個(gè)故障狀況信號(hào)FS=F1F2F3F4F5F6=011000.---((7))]]>在示例性的故障狀況向量中，F(xiàn)1等于0值，表示對(duì)于安全互鎖故障指示器沒有故障發(fā)生；F2具有1值，表示功率發(fā)生器14不能達(dá)到已建立的給定值；F3具有1值，表示在等離子體腔112中已經(jīng)感測(cè)到電?。籉4具有0值，表示無(wú)論是否有對(duì)源極的電壓泄漏(VDS)沒有故障存在；F5具有0值，表示感測(cè)部件電纜沒有斷開；F6具有0值，表示無(wú)論系統(tǒng)能否起弧等離子體沒有故障。
本發(fā)明用故障處理算法處理故障狀況信號(hào)向量方程(7)。接收上面故障狀況信號(hào)向量的本發(fā)明的實(shí)施例包括以具有下面示出的參數(shù)值的故障處理矩陣為特征的故障處理算法FHAFM=FM11···FM16·········FM41···FM46=1000101011101001100400200000.---(8)]]>在這種情況下，一些參數(shù)值具有物理含義。例如，F(xiàn)M42和FM43的參數(shù)值分別表示故障算法可以命令功率發(fā)生器輸出到等離子體腔的電壓水平400伏特和200伏特。
在這種情況下，如下面描述的那樣，四個(gè)影響功率發(fā)生器的工作的命令信號(hào)被產(chǎn)生
CS=CS1CS2CS3CS4=FM11F1+FM12F2+FM13F3+FM14F4+FM15F5+FM16F6FM21F1+FM22F2+FM23F3+FM24F4+FM25F5+FM26F6FM31F1+FM32F2+FM33F3+FM34F4+FM25F5+FM26F6maximum(FM41F1,FM42F2,FM43F3,FM44F4,FM45F5,FM46F6)]]>=010400---(9)]]>其中，CS1＝0表示沒有命令信號(hào)產(chǎn)生以使整個(gè)功率發(fā)生器114禁止使用，CS2＝1是使功率發(fā)生器114的DC輸出禁止使用的命令信號(hào)，CS3＝0表示沒有命令信號(hào)產(chǎn)生以防止操作者使能DC輸出(把CS2變成等于0)，以及CS2＝400是使功率發(fā)生器114把功率發(fā)生器114的輸出信號(hào)減少(壓低)到400伏特的命令信號(hào)。
圖4是示出故障處理算法406、特定故障類型408-418和特定命令信號(hào)402的故障處理算法之間的關(guān)系的示意圖400。如圖4所示，故障處理算法406可設(shè)有多個(gè)故障和各種類型的故障。圖4示出了6中類型的故障。這些故障是局部低電壓電源故障408、系統(tǒng)環(huán)境故障410、控制算法故障412、電弧處理器故障414、感測(cè)部件故障416和功率變換器故障418。
每一故障類型可在各種條件下發(fā)生。例如，如果電源溫度在固定值之上，電氣接觸器沒有閉合，或如果發(fā)生電源故障，會(huì)發(fā)生局部低電壓電源故障408。在打開互鎖線或如果與控制端口的通信中斷的情況下，會(huì)發(fā)生環(huán)境故障410。例如，如果電源發(fā)生器不能夠到達(dá)規(guī)定的給定值、到達(dá)最大電流或到達(dá)最大功率，會(huì)發(fā)生控制算法故障412。例如，如果出現(xiàn)電弧或與電弧處理器電路的通信中斷，會(huì)發(fā)生電弧處理器故障414。如果在處理器和感測(cè)部件之間的通信中斷或如果感測(cè)部件電纜斷開，會(huì)發(fā)生感測(cè)部件故障416。如果在功率變換器中測(cè)量出信號(hào)沒有增益、功率轉(zhuǎn)換器沒有被同步、與功率轉(zhuǎn)換器的通信被確定為被破壞、與功率轉(zhuǎn)換器的通信中斷、如果功率轉(zhuǎn)換器被確定為不能調(diào)節(jié)或由于VDS的發(fā)生，會(huì)發(fā)生與圖4中的功率轉(zhuǎn)換器418有關(guān)的故障。
圖4的故障處理算法406響應(yīng)多個(gè)故障狀況信號(hào)408-418能夠產(chǎn)生多達(dá)4個(gè)命令信號(hào)402。命令信號(hào)402包括系統(tǒng)輸出禁止使用、功率部件輸出禁止使用、輸出使能阻止和輸出驅(qū)動(dòng)壓低。命令信號(hào)可具有二進(jìn)制形式(即規(guī)定是否禁止使用某些東西)或階梯狀的形式(即降低電壓特定量)。諸如圖4中示出的故障處理算法406可以使用在圖3的方法的實(shí)施例中和/或圖1的故障處理系統(tǒng)136的實(shí)施例中。
在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行變化、修改或其它實(shí)施。因此，本發(fā)明不僅僅受限于前面示出的說明，而受限于附屬的權(quán)利要求及其等效物。
權(quán)利要求
1.一種用于控制功率發(fā)生器的方法，包括在時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)；用故障處理算法處理所述多個(gè)故障狀況信號(hào)；以及產(chǎn)生至少一個(gè)影響功率發(fā)生器的工作特性的命令信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在功率發(fā)生器工作期間修改所述故障處理算法的參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，不用重新編譯源代碼修改所述故障處理算法的參數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理步驟包括進(jìn)行線性代數(shù)計(jì)算。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理步驟包括進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)運(yùn)算從AND、OR、XOR、NOT、乘、加、減、除、等于、大于、小于、不等于、大于或等于、小于或等于、最大值以及最小值組成的組中選擇。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括把所述故障處理算法存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括從存儲(chǔ)器檢索所述故障處理算法。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)所述命令信號(hào)包括多個(gè)命令信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)命令信號(hào)被同時(shí)產(chǎn)生。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用所述故障處理算法同時(shí)處理多個(gè)所述故障狀況信號(hào)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率發(fā)生器是DC功率發(fā)生器。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率發(fā)生器是RF功率發(fā)生器。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)故障狀況信號(hào)對(duì)應(yīng)于一種或多種故障類型。
15.一種用于控制濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的故障處理系統(tǒng)，所述故障處理系統(tǒng)包括與功率發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)通信用于在時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)的處理器，該處理器通過用故障處理算法處理所述多個(gè)故障狀況信號(hào)產(chǎn)生至少一個(gè)影響功率發(fā)生器的工作特性的命令信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述故障處理算法的參數(shù)由操作者在濺射系統(tǒng)工作期間規(guī)定。
17.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，修改所述故障處理算法的參數(shù)不需要重新編譯源代碼。
18.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理包括進(jìn)行線性代數(shù)計(jì)算。
19.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理包括進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。
20.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)學(xué)運(yùn)算從AND、OR、XOR、NOT、乘、加、減、除、等于、大于、小于、不等于、大于或等于、小于或等于、最大值以及最小值組成的組中選擇。
21.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器是所述功率發(fā)生器的組件。
22.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于存儲(chǔ)所述故障處理算法的存儲(chǔ)器。
23.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述故障狀況信號(hào)是信號(hào)的一個(gè)向量。
24.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述命令信號(hào)由所述處理器產(chǎn)生。
25.如權(quán)利要求24所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述命令信號(hào)被同時(shí)產(chǎn)生。
26.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，用所述故障處理算法同時(shí)處理多個(gè)所述故障狀況信號(hào)。
27.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于修改所述故障處理算法的用戶接口，所述用戶接口與所述處理器進(jìn)行信號(hào)通信。
28.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述故障處理系統(tǒng)控制所述功率發(fā)生器。
29.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述功率發(fā)生器是DC功率發(fā)生器。
30.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述功率發(fā)生器是RF功率發(fā)生器。
31.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述工作特性從由系統(tǒng)輸出禁止使用、功率部件輸出禁止使用、輸出使能阻止和輸出驅(qū)動(dòng)壓低(rollback)百分比組成的組中選擇。
32.如權(quán)利要求15所述的故障處理系統(tǒng)，其特征在于，所述故障狀況信號(hào)對(duì)應(yīng)于一種或多種故障類型。
33.用于控制濺射系統(tǒng)的功率發(fā)生器的一種故障處理系統(tǒng)，所述故障處理系統(tǒng)包括用于在時(shí)間周期內(nèi)從濺射系統(tǒng)接收多個(gè)故障狀況信號(hào)的裝置和用于依據(jù)所述多個(gè)故障狀況信號(hào)和故障處理算法產(chǎn)生至少一個(gè)影響功率發(fā)生器的工作特性的命令信號(hào)的裝置。
全文摘要
一種故障處理算法在時(shí)間周期內(nèi)處理來自濺射系統(tǒng)的多個(gè)故障狀況信號(hào)以產(chǎn)生至少一個(gè)用于影響功率發(fā)生器工作的命令信號(hào)。
文檔編號(hào)C23C14/54GK1839214SQ200480023743
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者M·D·特雷西, J·N·克萊因 申請(qǐng)人:Mks儀器股份有限公司