阅读说明：本技术 等离子体感测装置、等离子体监测系统和等离子体工艺控制方法 (Plasma sensing device, plasma monitoring system and plasma process control method ) 是由 朴宪勇 裴祥佑 李瑟琪 朱愿暾 于 2019-06-26 设计创作，主要内容包括：一种等离子体监测系统包括执行等离子体工艺的等离子体室、第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置以及控制器。第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置分别位于相对于等离子体室中的监测等离子体平面的中心点彼此垂直的第一水平方向和第二水平方向上。第一等离子体感测装置和第二等离子体感测装置基于在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束和在第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束,产生关于监测等离子体平面的第一检测信号和第二检测信号。控制器通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息,并基于二维等离子体分布信息控制等离子体工艺。(A plasma monitoring system includes a plasma chamber that performs a plasma process, first and second plasma sensing devices, and a controller. The first and second plasma sensing devices are respectively located in first and second horizontal directions perpendicular to each other with respect to a center point of a monitored plasma plane in the plasma chamber. The first and second plasma sensing devices generate first and second detection signals with respect to the monitoring plasma plane based on a first incident light beam irradiated from the monitoring plasma plane in a first horizontal direction and a second incident light beam irradiated from the monitoring plasma plane in a second horizontal direction. The controller detects two-dimensional plasma distribution information about a monitored plasma plane by performing a convolution operation based on the first detection signal and the second detection signal, and controls the plasma process based on the two-dimensional plasma distribution information.)

等离子体感测装置、等离子体监测系统和等离子体工艺控制 方法

相关申请的交叉引用

于2018年9月7日向韩国知识产权局(KIPO)提交的标题为“等离子体感测装置、等离子体监测系统和控制等离子体工艺的方法”的韩国专利申请第10-2018-0107314号通过引用的方式整体并入本文中。

技术领域

示例性实施例总体上涉及等离子体处理，并且更具体地涉及一种等离子体感测装置、包括该等离子体感测装置的等离子体监测系统和控制等离子体工艺的方法。

背景技术

在等离子体环境下进行沉积和蚀刻是两种最常见的用于在集成电路制造中形成图案化层的等离子体工艺。若要成功实现这些工艺，关键点是要对等离子体室或处理室内的化学成分和杂质水平加以控制。为了确保对正确量的薄膜进行沉积或蚀刻，需要在等离子体工艺期间监测处理室中的等离子体状态。光发射光谱仪(OES)是一种用于检测等离子体室中各种气体种类的存在及相对浓度的可在市场上买到的装置。例如，OES可以用于确定处理端点。然而，OES通常提供等离子体室中整体等离子体的特性，由此使得灵敏度较低。

发明内容

根据示例性实施例，一种等离子体监测系统包括等离子体室、第一等离子体感测装置、第二等离子体感测装置和控制器。等离子体室执行等离子体工艺。第一等离子体感测装置位于从等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上，并且基于在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于监测等离子体平面的第一检测信号。第二等离子体感测装置位于从监测等离子体平面的中心点开始的第二水平方向上，其中第二水平方向垂直于第一水平方向，并且基于在第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于监测等离子体平面的第二检测信号。控制器通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息，并基于二维等离子体分布信息控制等离子体工艺。

根据示例性实施例，一种位于从等离子体室中的监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上的等离子体感测装置包括：过滤在第一水平方向上从监测等离子体平面照射的入射光束以产生对应于监测等离子体平面的线光束的光束接收器；对线光束进行分离以产生两个分离线光束的分离器；基于两个分离线光束中的一个产生强度数据的一维检测器，该强度数据表示根据在垂直于第一水平方向的第二水平方向上的监测等离子体平面上的位置的一维整体强度分布；分割两个分离线光束中的另一个以产生每波长衍射光束的衍射光栅；以及基于每波长衍射光束产生光谱数据的图像传感器，该光谱数据表示根据在第二水平方向上的监测等离子体平面上的位置的一维每波长强度分布。

根据示例性实施例，一种控制等离子体工艺的方法包括：基于在从监测等离子体平面的中心点开始的第一水平方向上从监测等离子体平面照射的第一入射光束，产生关于第一水平方向的第一检测信号；基于在从监测等离子体平面的中心点开始的第二水平方向上从监测等离子体平面照射的第二入射光束，产生关于第二水平方向的第二检测信号，第二水平方向垂直于第一水平方向；通过基于第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面的二维等离子体分布信息；并且基于二维等离子体分布信息控制等离子体室的等离子体工艺。

附图说明

通过参考附图来详细描述示例性实施例，各特征对于本领域技术人员而言将变得显而易见，在附图中：

图1示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的示图。

图2示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的剖视图。

图3示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。

图4示出了图3的等离子体监测系统的平面图。

图5和图6示出了图3的等离子体监测系统的侧视图。

图7示出了根据示例性实施例的等离子体感测装置中包括的光束接收器的示例性实施例的透视图。

图8示出了图7的光束接收器的侧视图。

图9示出了根据示例性实施例的等离子体感测装置的示图。

图10示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例的示图。

图11示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱图像的示例的示图。

图12示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例的示图。

图13示出了根据示例性实施例的控制等离子体工艺的方法的流程图。

图14和图15示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例的示图。

图16示出了基于图14和图15的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。

图17A和图17B示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例的示图。

图18示出了基于图17A和图17B的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。

图19、图20和图21示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述各种示例性实施例，附图中示出了某些示例性实施例。在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。可以省略掉重复的描述。

为了便于说明和描述，采用X轴、Y轴和Z轴的正交集来描述示例性实施例。X轴、Y轴和Z轴用于沿三个方向的三个垂直方向，并且不局限于特定方向。

X方向对应于第一水平方向，Y方向对应于第二水平方向，Z方向对应于竖直方向。如果没有给出例外描述，那么，Z方向就表示垂直于等离子体室中的晶片表面或垂直于监测等离子体平面的竖直方向。在本公开中，X、Y和Z可以用于指示方向，并且可替代地指示相应方向上的位置或坐标。

图1是示出了根据示例性实施例的等离子体监测系统的示图，图2是根据示例性实施例的等离子体监测系统的剖视图。参考图1和图2，等离子体监测系统10可以包括等离子体室100、第一等离子体感测装置PSN1 200、第二等离子体感测装置PSN2300和控制器CTRL400。

第一等离子体感测装置200位于从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X上。第二等离子体感测装置300位于从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y上。换言之，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300相对于监测等离子体平面MPN的中心点CP彼此垂直定位。可以与垂直位置相对应地设置观察窗口VW1和VW2。

第一等离子体感测装置200基于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束BX，产生关于监测等离子体平面MPN的第一检测信号PDI1。第一检测信号PDI1可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布。

第二等离子体感测装置300基于在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束BY，产生关于监测等离子体平面MPN的第二检测信号PDI2。第二检测信号PDI2可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布。

第一检测信号PDI1和第二检测信号PDI2中的每一个可以包括强度数据和光谱数据。强度数据可以表示根据监测等离子体平面MPN上的第一水平方向X上的位置X和第二水平方向Y上的位置Y中的每一个的一维整体强度分布。光谱数据可以表示根据监测等离子体平面MPN上的第一水平方向X上的位置X和第二水平方向Y上的位置Y中的每一个的一维每波长强度分布。将参考图10、图11和图12描述第一检测信号PDI1和第二检测信号PDI2的一维等离子体分布。

为了提供第一检测信号PDI1和第二检测信号PDI2，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300中的每一个可以包括光束接收器、分离器、一维检测器和二维检测器。二维检测器可以包括衍射光栅和图像传感器。将参考图3至图6来描述这些元件。

光束接收器可以过滤第一入射光束BX和第二入射光束BY中的每一个，以产生对应于监测等离子体平面MPN的线光束。分离器对线光束进行分离以产生两个分离线光束。一维检测器可以基于两个分离线光束中的一个产生强度数据。强度数据可以表示根据在第一水平方向X和第二水平方向Y中的每一个方向上的监测等离子体平面MPN上的每个位置的一维整体强度分布。衍射光栅可以分割两个分离线光束中的另一个以产生每波长衍射光束。图像传感器可以基于每波长衍射光束产生光谱数据。光谱数据可以表示根据在第一水平方向X和第二水平方向Y中的每一个方向上的监测等离子体平面MPN上的每个位置的一维每波长强度分布。

控制器400可以通过基于第一检测信号PDI1和第二检测信号PDI2执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面MPN的二维等离子体分布信息。控制器可以基于二维等离子体分布信息控制等离子体室100的等离子体工艺。

在一些示例性实施例中，第一检测信号PDI1可以包括第一强度数据，该第一强度数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维整体强度分布，并且第二检测信号PDI2可以包括第二强度数据，该第二强度数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维整体强度分布。在这种情况下，控制器400可以基于第一强度数据和第二强度数据执行卷积运算，由此产生监测等离子体平面MPN中的整体气体种类的二维整体强度分布，作为二维等离子体分布信息。

在一些示例性实施例中，第一检测信号PDI1可以包括第一光谱数据，该第一光谱数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维每波长强度分布，并且第二检测信号PDI2可以包括第二光谱数据，该第二光谱数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维每波长强度分布。在这种情况下，控制器400可以基于第一光谱数据和第二光谱数据执行卷积运算，由此产生监测等离子体平面MPN中的各个气体种类的二维每波长强度分布，作为二维等离子体分布信息。

因此，根据示例性实施例的等离子体感测装置和包括等离子体感测装置的等离子体监测系统可以使用检测信号的正交性来实时地提供二维或三维等离子体分布信息，进而提高等离子体工艺的生产率。

如图2所示，等离子体监测系统10可以包括支撑件110，支撑件110具有下电极、上电极130和包括在等离子体室100中的喷头140。

支撑件110可以在等离子体室100内对目标(例如，晶片W)进行支撑。支撑件110可以包括具有下电极的平台，而目标设置在该平台上。

在示例性实施例中，等离子体监测系统10可以是在等离子体室100中的目标(例如，基板或晶片W)表面上处理等离子体以在基板表面上形成悬空键的设备。由等离子体监测系统10产生的等离子体可以包括电感耦合等离子体、电容耦合等离子体、微波等离子体等。

等离子体室100可以提供密封空间(例如，真空密封空间)，在其中对晶片W执行等离子体蚀刻工艺。等离子体室100可以是圆柱形真空腔室。等离子体室100可以包括盖102，盖102覆盖等离子体室100的开口上端部分。盖102可以气密地密封(例如，真空密封)等离子体室100的上端部分。

用于打开和关闭晶片W的装载/卸载口的门可以设置在等离子体室100的侧壁中。通过该门，晶片W可以装载到基板平台上/从基板平台上卸下。

排气口104可以设置在等离子体室100的底部中，并且排气单元106可以通过排气管线连接到排气口104。排气单元106可以包括真空泵(比如，涡轮分子泵等)来控制等离子体室100的压力，从而使得等离子体室100内的处理空间可以减压至所需的真空水平。另外，该工艺的副产物和残留的工艺气体可以通过排气口104排出。

上电极130可以位于等离子体室100外部，使得上电极130面向支撑件110中的下电极。上电极130可以位于盖102上。替代地，上电极130可以设置在等离子体室100内的喷头140上方或者等离子体室100的上部中。

上电极130可以包括射频天线。射频天线可以具有平面线圈形状。盖102可以包括圆板形状的介电窗口。介电窗口可以包括介电材料。例如，介电窗口可以包括氧化铝(Al₂O₃)。来自天线的功率可以通过介电窗口传递到等离子体室100中。

例如，上电极130可以包括具有螺旋形状或同心形状的线圈。线圈可以在等离子体室100的空间中产生电感耦合等离子体P。就数量、布置等方面而言，线圈可以具有各种配置。

在示例性实施例中，等离子体监测系统10还可以包括气体供应单元，该气体供应单元连接到喷头，以将气体供应到等离子体室100中。例如，气体供应单元可以包括气体供应管线152、流量控制器154和气体供应源156。气体供应管线152可以连接到等离子体室100内的喷头140的内部空间。

喷头140可以布置在支撑件110上方以面向晶片W的整个表面，并且可以通过排放孔142将等离子体气体喷射到晶片W的表面上。例如，等离子体气体可以包括气体，例如O₂、N₂、Cl₂等。

气体供应源156可以储存等离子体气体，等离子体气体可以通过连接到气体供应管线152的喷头供应到等离子体室100中。流量控制器154可以控制通过气体供应管线152供应到等离子体室100中的气体的量。例如，流量控制器154可以包括质量流量控制器(MFC)。

第一电源131可以将等离子体源功率施加到上电极130。例如，第一电源131可以包括源RF功率源134和源RF匹配器132，比如，等离子体源元件。源RF功率源134可以产生RF信号。源RF匹配器132可以例如使用线圈来匹配由源RF功率源134产生的RF信号的阻抗，以控制等离子体的产生。

第二电源121可以将偏置源功率施加到支撑件100中的下电极。例如，第二电源121可以包括偏置RF功率源124和偏置RF匹配器122。偏置RF功率源124可以产生RF信号。偏置RF匹配器122可以通过控制施加到下电极的偏置电压和偏置电流来匹配偏置RF信号的阻抗。偏置RF功率源124和源RF功率源134可以通过控制器400的同步器彼此同步或去同步。

控制器400可以连接到第一电源131和第二电源121，从而控制其操作。具有微计算机和各种接口电路的控制器400可以基于存储在外部或内部存储器中的程序和方案信息来控制等离子体监测系统10的操作。

当具有预定频率的射频功率被施加到上电极130时，由上电极130感应的电磁场被施加到在等离子体室100内供应的源气体，以产生等离子体PLS。当预定频率小于等离子体功率的频率的偏置功率被施加到下电极时，在等离子体室100内产生的等离子体原子或离子可以被吸引朝向支撑件110的下电极。

在示例性实施例中，等离子体监测系统10可以在晶片W的表面上执行局部等离子体工艺。等离子体监测系统10可以沿着围绕晶片W表面中心的至少圆周方向以不同等离子体密度执行等离子体工艺。

具体地，等离子体监测系统10可以在从晶片W的中心开始的第一方向上以第一等离子体密度进行处理，并且在沿着围绕晶片W中心的圆周方向以预定角度定向于第一方向的第二方向上以第二等离子体密度进行处理。

在本公开中，监测等离子体平面MPN是待监测的等离子体空间PLS的平面部分。监测等离子体平面MPN可以是形式为板的非常薄的空间。可以根据等离子体感测装置的性能或分辨率来确定监测等离子体平面MPN的厚度。监测等离子体平面MPN的中心点CP可以沿着竖直方向Z与晶片W的中心重叠并与其间隔开。相比起晶片W，监测等离子体平面MPN可以沿着第一水平方向X和第二水平方向Y延伸得更远。

如图2所示，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300可以与监测等离子体平面MPN布置在竖直方向Z上相同的高度或相同的竖直高度H处。在一些示例性实施例中，监测等离子体平面MPN的竖直高度H可以是固定的。在一些示例性实施例中，监测等离子体平面MPN的竖直高度H可以发生变化。

图3是根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。图4是图3的等离子体监测系统的平面图。图5和图6是图3的等离子体监测系统的侧视图。为了便于说明，在图3至图6中示出了第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300，并且省略了其他部件。

参考图3至图6，等离子体监测系统可以包括第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300。

第一等离子体感测装置200可以包括第一光束接收器210、第一分离器220、第一一维检测器230和第一二维检测器240。

第一光束接收器210可以过滤在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束BX，以产生对应于监测等离子体平面MPN的第一线光束LBX。第一分离器220可以分离第一线光束LBX以产生第一分离线光束LBX1和第二分离线光束LBX2。第一一维检测器230可以基于第一分离线光束LBX1产生第一强度数据，其中第一强度数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维整体强度分布。第一二维检测器240可以基于第二分离线光束LBX2产生第一光谱数据，其中第一光谱数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维每波长强度分布。

第二等离子体感测装置300可以包括第二光束接收器310、第二分离器320、第二一维检测器330和第二二维检测器340。

第二光束接收器310可以过滤在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束BY，以产生对应于监测等离子体平面MPN的第二线光束LBY。第二分离器320可以分离第二线光束LBY以产生第三分离线光束LBY1和第四分离线光束LBY2。第二一维检测器330可以基于第三分离线光束LBY1产生第二强度数据，其中第二强度数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维整体强度分布。第二二维检测器340可以基于第四分离线光束LBY2产生第二光谱数据，其中第二光谱数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维每波长强度分布。

图7是根据示例性实施例的等离子体感测装置中包括的光束接收器的示例性实施例的透视图，图8是图7的光束接收器的侧视图。作为示例，图7和图8示出了第一光束接收器210。第二光束接收器310可以具有与图7和图8的第一光束接收器相同的配置。

参考图7和图8，第一光束接收器210可以包括会聚第一入射光束BX的第一透镜单元以及第一滤光器215。第一透镜单元可以包括一个或多个透镜211、212和213。透镜211、212和213可以是凸透镜、凹透镜、菲涅耳透镜、单超透镜(Meta lens)等的各种组合。第一滤光器215可以具有狭缝，以使来自于第一透镜单元的会聚线光束的对应于监测等离子体平面MPN的第一线光束LBX通过。

透镜211、212和213可以具有较宽的光束接收角，以便在第二水平方向Y上接收与监测等离子体平面MPN的直径y1～y2对应的光。狭缝可以在第二水平方向Y上延伸并且在竖直方向Z上具有较薄的宽度。狭缝在第二水平方向Y上的长度可以被确定为对应于从监测等离子体平面MPN的直径y1～y2的一个端点y1照射的光LT1和LT1′以及从监测等离子体平面MPN的直径y1～y2的另一个端点y2照射的光LT2和LT2′。如图8所示，狭缝在竖直方向Z上的宽度可以被确定为使得从监测等离子体平面MPN照射的光可以穿过狭缝，并且从位于监测等离子体平面MPN上方和下方的部分照射的光可以被第一滤光器215阻挡。

第二光束接收器310可以具有与图7和图8的第一光束接收器210相同的配置。也就是说，第二光束接收器310可以包括会聚第二入射光束BY的第二透镜单元以及第二滤光器。第二透镜单元可以包括一个或多个透镜，其可以是凸透镜、凹透镜、菲涅耳透镜、单超透镜等的各种组合。第二滤光器可以具有狭缝，以使来自第二透镜单元的会聚光束中的对应于监测等离子体平面MPN的第二线光束LBY通过。

第二透镜单元的透镜可以具有较宽的光束接收角，以便在第一水平方向X上接收与监测等离子体平面MPN的直径对应的光。第二滤光器的狭缝可以在第一水平方向X上延伸并且在竖直方向Z上具有较薄的宽度。第二滤光器的狭缝在第一水平方向X上的长度可以被确定为对应于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN的直径的一个端点照射的光以及在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN的直径的另一个端点照射的光。如参考图8所述，第二滤光器的狭缝在竖直方向Z上的宽度可以被确定为使得从监测等离子体平面MPN照射的光可以穿过狭缝，并且从位于监测等离子体平面MPN上方和下方的部分照射的光可以被第二滤光器阻挡。

作为示例，图9示出了第一等离子体感测装置200的其他部件。第二等离子体感测装置300的相应部件可以具有与图9的第一等离子体感测装置200相同的配置。

参考图3至图6以及图9，除了图7和图8的第一光束接收器210之外，第一等离子体感测装置200还可以包括第一分离器220、第一一维检测器230和第一二维检测器240。

第一分离器220可以分离第一线光束LBX以产生第一分离线光束LBX1和第二分离线光束LBX2。在一些示例性实施例中，第一分离器220可以实现为分束器。分束器是透射入射光束的一部分并反射入射光束的另一部分的光学器件(例如，半反射镜、棱镜等)。这些部分可以具有相同的强度或不同的强度。分束器可以包括使用双折射提供具有垂直振荡方向的两个输出光束的光学器件。

第一一维检测器230可以基于第一分离线光束LBX1产生第一强度数据，其中第一强度数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维整体强度分布。第一一维检测器230可以包括线传感器。线传感器可以实现为排成一排的光电检测器或像素。而且，线传感器可以包括两行或更多行像素。在这种情况下，将相同列的像素加以组合，以提供一个坐标的信息。

第一二维检测器240可以包括第一衍射光栅241和第一图像传感器242。

第一衍射光栅241可以分割第二分离线光束LBX2，以产生第一每波长衍射光束。衍射光栅是将光分离并衍射成在不同方向上行进且波长不同的光束的光学部件。衍射光栅包括间距相同的多个平行线或光栅。通过根据入射光束的波长使用光栅的间距和不同的衍射角，可以将入射光束划分成光谱分量，即，与入射光束的不同波长对应的衍射光束。

第一图像传感器242可以基于第一每波长衍射光束产生第一光谱数据，其中第一光谱数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维每波长强度分布。图像传感器是能够捕获二维图像的任意装置。如图11所示，二维图像的列对应于光谱分量，即，衍射光束的波长，而二维图像的行对应于每个波长的根据水平位置的强度分布。

第二光束接收器310可以包括：第二透镜单元，其配置为会聚第二入射光束BY；以及第二滤光器，其具有狭缝，以使来自第二透镜单元的会聚光束中的第二线光束LBY通过。

第二分离器320可以分离第二线光束LBY，以产生第三分离线光束LBY1和第四分离线光束LBY2。如上所述，第二分离器320可以实现为分束器。

第二一维检测器330可以基于第三分离线光束LBY1产生第二强度数据，其中第二强度数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维整体强度分布。如上所述，第二一维检测器330可以包括线传感器。

第二二维检测器440可以包括第二衍射光栅和第二图像传感器。第二衍射光栅可以分割第四分离线光束LBY2，以产生第二每波长衍射光束。第二图像传感器可以基于第二每波长衍射光束产生第二光谱数据，其中第二光谱数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维每波长强度分布。

图10示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例。图11示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱图像的示例。图12示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例。

图10示出了监测等离子体平面MPN的等离子体状态的示例性强度数据。强度数据表示根据监测等离子体平面MPN上的在第二水平方向Y上的位置和在第一水平方向X上的位置中的每一个的一维整体强度分布。

图11示出了由二维检测器中包括的图像传感器捕获的示例性图像。图11中的水平线对应于监测等离子体平面MPN上的等离子体的波长。换言之，图11中的水平线对应于根据监测等离子体平面MPN上的在第二水平方向Y上的位置和在第一水平方向X上的位置中的每一个的每波长强度分布。

图12示出了四个主峰波长的光谱数据。在图12中，706.75、750.75、777.25和811.75表示示例性的四种主要气体种类的纳米(nm)波长。换言之，图12的光谱数据表示根据监测等离子体平面MPN上的在第二水平方向Y上的位置和在第一水平方向X上的位置中的每一个的每波长强度分布。

在光学模拟中，基于入射光束的整体强度的放射测量和/或基于颜色分布(取决于入射光束的波长)的光度测量可以用来分析入射光束的特性。可以根据气体种类的通量获得放射测量和/或光度测量的结果。

图13是示出了根据示例性实施例的控制等离子体工艺的方法的流程图。

参考图13，位于从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X上的第一等离子体感测装置200基于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束BX，产生关于监测等离子体平面MPN的第一检测信号PDI1(S100)。

位于从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y上的第二等离子体感测装置300基于在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束BY，产生关于监测等离子体平面MPN的第二检测信号PDI2，其中第二水平方向Y垂直于第一水平方向X(S200)。

可以通过基于第一检测信号PDI1和第二检测信号PDI2执行卷积运算来检测关于监测等离子体平面MPN的二维等离子体分布信息(S300)。参考图16至图18公开了卷积运算。

可以基于二维等离子体分布信息来控制等离子体室100的等离子体工艺(S400)。

图14和图15是示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的一维检测器产生的强度数据的示例的示图。图14示出了第一强度数据的示例，第一强度数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维整体强度分布。图15示出了第二强度数据的示例，第二强度数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维整体强度分布。另外，图14和图15示出了沿着上述第一光束接收器单元210的焦线(FL)的强度分布。

图16是示出了基于图14和图15的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。图14的第一强度数据和图15的第二强度数据可以分别由函数f和函数g表示。函数f和g可以通过特征参数变换而变换为函数F(x)和G(x)。当使用函数F(x)和G(x)的正交性执行对函数F(x)和G(x)的卷积运算时，可以获得监测等离子体平面MPN的二维等离子体分布。

如上所述，第一检测信号PDI1可以包括第一强度数据，该第一强度数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维整体强度分布，并且第二检测信号PDI2可以包括第二强度数据，该第二强度数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维整体强度分布。在这种情况下，控制器400可以通过基于图14的第一强度数据和图15的第二强度数据执行卷积运算来产生在监测等离子体平面MPN中的整体气体种类的二维整体强度分布，如图16所示。

图17A和图17B是示出了根据示例性实施例的由等离子体感测装置中包括的二维检测器产生的光谱数据的示例的示图。图17A示出了第一光谱数据的示例，该第一光谱数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维每波长强度分布。图17B示出了第二光谱数据的示例，该第二光谱数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维每波长强度分布。在图17A和图17B中，706.75、750.75、777.25和811.75表示示例性的四种主要气体种类的纳米(nm)波长。

图18是示出了基于图17A和图17B的数据通过卷积运算得到的二维等离子体分布的示图。按照与强度数据的卷积运算相同的方式，图17A的第一光谱数据和图17B的第二光谱数据可以分别由函数f和函数g表示。函数f和g可以通过特征参数变换而变换为函数F(x)和G(x)。当使用函数F(x)和G(x)的正交性执行对函数F(x)和G(x1)的卷积运算时，可以获得监测等离子体平面MPN的二维每波长强度分布。

如上所述，第一检测信号PDI1可以包括第一光谱数据，该第一光谱数据表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维每波长强度分布，并且第二检测信号PDI2可以包括第二光谱数据，该第二光谱数据表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维每波长强度分布。在这种情况下，控制器400可以通过基于图17A的第一光谱数据和图17B的第二光谱数据执行卷积运算来产生在监测等离子体平面MPN中的各个气体种类的二维每波长强度分布，如图18所示。

图19是根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。为了便于说明，在图19中省略了除等离子体感测装置以外的部件。

参考图19，等离子体监测系统1001可以包括第一等离子体感测装置200、第二等离子体感测装置300、第三等离子体感测装置201和第四等离子体感测装置301。

第一等离子体感测装置200设置在从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X上，第二等离子体感测装置300设置在从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y上。换言之，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300位于相对于监测等离子体平面MPN的中心点CP彼此垂直的位置处。可以在垂直位置处设置观察窗口VW1和VW2。

第三等离子体感测装置201位于从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X的相反方向-X上，第四等离子体感测装置301位于从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y的相反方向-Y上。换言之，第三等离子体感测装置201和第四等离子体感测装置301位于相对于监测等离子体平面MPN的中心点CP彼此垂直的位置处。

第一等离子体感测装置200、第二等离子体感测装置300、第三等离子体感测装置201和第四等离子体感测装置301在竖直方向Z上都与监测等离子体平面MPN处于相同的高度。

第一等离子体感测装置200基于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束BX1，产生关于监测等离子体平面MPN的第一检测信号。第一检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布。

第二等离子体感测装置300基于在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束BY1，产生关于监测等离子体平面MPN的第二检测信号。第二检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布。

第三等离子体感测装置201基于在第一水平方向X的相反方向-X上从监测等离子体平面MPN照射的第三入射光束BX2，产生关于监测等离子体平面MPN的第三检测信号。第三检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布的另一种形式。

第四等离子体感测装置301基于在第二水平方向Y的相反方向-Y上从监测等离子体平面MPN照射的第四入射光束BY2，产生关于监测等离子体平面MPN的第四检测信号。第四检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布的另一种形式。

因此，第一检测信号和第三检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布，并且第二检测信号和第四检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布。对于每个方向使用两个检测信号，可以获得更加精确的一维等离子体分布。

图1的控制器400可以基于第一检测信号和第三检测信号，检测根据在第二方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布。另外，控制器400可以基于第二检测信号和第四检测信号，检测根据在第一方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布。

在下文中，描述了用于检测三维等离子体分布信息的等离子体监测系统的示例性实施例。图20和图21是根据示例性实施例的等离子体监测系统的透视图。为了便于说明，在图20和图21中省略了除等离子体感测装置之外的部件。

参考图20，等离子体监测系统1002可以包括第一等离子体感测装置200a、第二等离子体感测装置300a、第三等离子体感测装置200b、第四等离子体感测装置300b、第五等离子体感测装置200c和第六等离子体感测装置300c。在图20中，第一监测等离子体平面MPN1、第二监测等离子体平面MPN2和第三监测等离子体平面MPN3在竖直方向Z上具有不同的高度。

第一等离子体感测装置200a基于在第一水平方向X上从第一监测等离子体平面MPN1照射的第一入射光束BXa，产生关于第一监测等离子体平面MPN1的第一检测信号。第一检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的第一监测等离子体平面MPN1上的位置Y的一维等离子体分布。

第二等离子体感测装置300a基于在第二水平方向Y上从第一监测等离子体平面MPN1照射的第二入射光束BYa，产生关于第一监测等离子体平面MPN1的第二检测信号。第二检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的第一监测等离子体平面MPN1上的位置X的一维等离子体分布。

第三等离子体感测装置200b基于在第一水平方向X的相反方向-X上从第二监测等离子体平面MPN2照射的第三入射光束BXb，产生关于第二监测等离子体平面MPN2的第三检测信号。第三检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的第二监测等离子体平面MPN2上的位置Y的一维等离子体分布。

第四等离子体感测装置300b基于在第二水平方向Y的相反方向-Y上从第二监测等离子体平面MPN2照射的第四入射光束BYb，产生关于第二监测等离子体平面MPN2的第四检测信号。第四检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的第二监测等离子体平面MPN2上的位置X的一维等离子体分布。

第五等离子体感测装置200c基于在第一水平方向X上从第三监测等离子体平面MPN3照射的第五入射光束BXc，产生关于第三监测等离子体平面MPN3的第五检测信号。第五检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的第三监测等离子体平面MPN3上的位置Y的一维等离子体分布。

第六等离子体感测装置300c基于在第二水平方向Y上从第三监测等离子体平面MPN3照射的第六入射光束BYc，产生关于第三监测等离子体平面MPN3的第六检测信号。第六检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的第三监测等离子体平面MPN3上的位置X的一维等离子体分布。

图20示出了第一等离子体感测装置200a、第二等离子体感测装置300a、第三等离子体感测装置200b、第四等离子体感测装置300b、第五等离子体感测装置200c和第六等离子体感测装置300c设置在第一水平方向X、第二水平方向Y、第一水平方向X的相反方向-X和第二水平方向Y的相反方向-Y上。替代地，仅在垂直方向上具备两个等离子体感测装置可能就足够了。

图1的控制器400可以通过对第一检测信号和第二检测信号执行卷积运算来检测关于第一监测等离子体平面MPN1的二维等离子体分布信息。另外，控制器400可以通过对第三检测信号和第四检测信号执行卷积运算来检测关于第二监测等离子体平面MPN2的二维等离子体分布信息。另外，控制器400可以通过对第五检测信号和第六检测信号执行卷积运算来检测关于第三监测等离子体平面MPN3的二维等离子体分布信息。关于两个或更多个监测等离子体平面MPN1、MPN2和MPN3的二维等离子体分布信息可以对应于三维等离子体分布信息。

因此，控制器400可以检测三维等离子体分布信息，并基于三维等离子体分布信息控制等离子体室100的等离子体工艺。

参考图21，等离子体监测系统1003可以包括第一等离子体感测装置200、第二等离子体感测装置300、安装装置700和致动器800。

第一等离子体感测装置200位于从等离子体室100中的监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第一水平方向X上。第二等离子体感测装置300位于从监测等离子体平面MPN的中心点CP开始的第二水平方向Y上。换言之，第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300位于相对于监测等离子体平面MPN的中心点CP彼此垂直的位置处。

第一等离子体感测装置200基于在第一水平方向X上从监测等离子体平面MPN照射的第一入射光束，产生关于监测等离子体平面MPN的第一检测信号。第一检测信号可以表示根据在第二水平方向Y上的监测等离子体平面MPN上的位置Y的一维等离子体分布。

第二等离子体感测装置300基于在第二水平方向Y上从监测等离子体平面MPN照射的第二入射光束，产生关于监测等离子体平面MPN的第二检测信号。第二检测信号可以表示根据在第一水平方向X上的监测等离子体平面MPN上的位置X的一维等离子体分布。

第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置300附接到安装装置700。致动器800控制安装装置700的竖直位置，从而顺次改变要由第一等离子体感测装置200和第二等离子体感测装置监测的监测等离子体平面MPN的竖直高度。例如，致动器800可以基于从控制器400提供的驱动信号SDR来确定安装装置700的竖直位置的变化量以及变化定时。根据示例性实施例，致动器800可以使安装装置700绕着穿过监测等离子体平面MPN的中心点CP的竖直轴线旋转。

控制器400可以通过基于与监测等离子体平面MPN的顺次改变的竖直高度相对应的第一检测信号和第二检测信号多次地执行卷积运算，来检测关于等离子体室100中的等离子体空间的三维等离子体分布信息，并且可以基于该三维等离子体分布信息控制等离子体工艺。

实施例可以应用于半导体集成电路的制造工艺。例如，实施例可以应用于系统以及所述系统的制造工艺，例如，存储卡、固态驱动器(SSD)、嵌入式多媒体卡(eMMC)、移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、便携式摄像机、个人计算机(PC)、服务器计算机、工作站、膝上型计算机、数字电视、机顶盒、便携式游戏机、导航系统、可穿戴设备、物联网(IoT)设备、万物互联网(IoE)设备、电子书、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备等。

在功能块、单元、模块和/或方法方面描述了并在附图中示出了实施例。本领域技术人员将理解的是，这些块、单元、模块和/或方法在物理上由电子(或光学)电路实现，比如，逻辑电路、分立元件、微处理器、硬连线电路、存储器元件、线束连接等(其可以采用基于半导体的制作技术或其他制造技术来形成)。在块、单元、模块和/或方法由微处理器或类似物实现的情况下，它们可以使用软件(例如，微代码)进行编程以执行本文所讨论的各种功能，并且可以可选地由固件和/或软件驱动。替代地，每个块、单元、模块和/或方法可以由专用硬件实现，或者实现为执行某些功能的专用硬件与执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关电路)的组合。而且，在不脱离本公开范围的情况下，实施例的每个块、单元和/或模块可以在物理上分成两个或更多个相互作用且分立的块、单元和/或模块。此外，在不脱离本公开范围的情况下，实施例的块、单元和/或模块可以在物理上组合成更复杂的块、单元和/或模块。

如上所述，根据示例性实施例的等离子体感测装置、包括等离子体感测装置的等离子体监测系统和控制等离子体工艺的方法可以通过使用检测信号的正交性实时地提供二维或三维等离子体分布信息来提高等离子体工艺的生产率。

某些示例性实施例可以提供能够准确且有效地检测等离子体室中的等离子体状态的等离子体感测装置和等离子体监测系统。某些示例性实施例可以提供基于对等离子体室中的等离子体状态的准确且有效的检测来控制等离子体工艺的方法。

在此已经公开了示例性实施例，尽管采用了特定术语，但是这些术语仅以一般性和描述性的意义来使用和解释，而不是出于限制的目的。在某些情况下，如本领域普通技术人员在提交本申请时显而易见的，结合特定实施例描述的特征、特性和/或元素可以单独地使用，或者可以与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元素组合地使用，除非另有明确指出。因此，本领域技术人员将会理解的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节方面作出各种改变。