阅读说明：本技术 等离子体启辉的检测装置及方法、工艺腔室 (plasma glow starting detection device and method and process chamber ) 是由 叶华 刘红义 于 2018-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种等离子体启辉的检测装置、方法和工艺腔室。包括光电转换元件和控制单元,其中,光电转换元件的感光面用于与工艺腔室的出光侧对应,以检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号后发送至控制单元；控制单元,用于接收电信号后与预设的临界启辉电信号进行比较,当电信号满足临界启辉电信号时,判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。通过检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号,之后根据电信号确定等离子体是否发生启辉。检测等离子体是否启辉的装置简单、有效,能够有效地降低检测等离子体启辉的成本。此外,还便于工艺开发人员进行预判,无需复杂的控制算法与数据处理,可以更好地进行推广应用。(The invention discloses a plasma glow starting detection device and method and a process chamber. The device comprises a photoelectric conversion element and a control unit, wherein a light sensing surface of the photoelectric conversion element is used for corresponding to a light outlet side of a process chamber so as to detect an optical signal in the process chamber, convert the optical signal into an electrical signal and send the electrical signal to the control unit; and the control unit is used for receiving the electric signal, then comparing the electric signal with a preset critical starting electric signal, and judging that the plasma in the process chamber is started when the electric signal meets the critical starting electric signal. The plasma is started or not according to the electrical signal after the optical signal in the process chamber is detected and converted into the electrical signal. The device for detecting whether the plasma is started is simple and effective, and the cost for detecting the plasma is effectively reduced. In addition, the method is convenient for process developers to prejudge, does not need complex control algorithms and data processing, and can be better popularized and applied.)

等离子体启辉的检测装置及方法、工艺腔室

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种等离子体启辉的检测装置、一种等离子体启辉的检测方法和一种包括该等离子体启辉的检测装置的工艺腔室。

背景技术

等离子体技术被广泛应用于半导体器件的制造领域中。在等离子体沉积与刻蚀系统中，射频电源向工艺腔室提供能量以产生等离子体；等离子体中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于工艺腔室内并曝露在等离子体环境下的晶圆相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理和化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成晶圆的刻蚀与溅射等工艺过程。

具体地，例如，在预清洗工艺腔室中，其工作原理通过一种电感耦合等离子体发生装置，将低气压的反应气体(例如，氩气等)激发为等离子体，对晶圆表面进行物理轰击，从而将表面以及沟槽底部的残留物和金属氧化物清除，有利于后续物理气相沉积(金属薄膜沉积)进行，提高所沉积膜的附着力。显然，在预清洗工艺腔室中，对等离子体启辉状态的监控是工艺开发中比较关键的一项技术。

相关技术中，一般采用工艺的终点控制，运用的主要控制技术为OES(OpticalEmission Spectroscopy,光学发射光谱)，其控制思想为工艺中等离子体辉光放电产生的光谱，借助阈值(Threshold,包括相对值和绝对值两种形式)控制方法或斜率(Slope)控制方法即可准确的抓取工艺的终点。

但是，上述结构的监测装置，不仅需要昂贵的光谱仪设备，而且控制系统与控制算法较复杂，光谱分辨率较低、采集信号较弱，存在一定的信噪误差，影响工艺开发结果；其次，对于OES检测等离子体启辉状态，需要用户掌握光谱分析知识，以及复杂的数据分析处理能力，而针对预清洗腔室不需要对工艺每一步的等离子体状态进行监测，只需要简单地判断等离子体是否辉光放电，是否可以进行后续工艺开发。因此，OES监测方法不利于工艺的广泛开发与使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种等离子体启辉的检测装置、一种等离子体启辉的检测方法和一种包括该等离子体启辉的检测装置的工艺腔室。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种等离子体启辉的检测装置，包括光电转换元件和控制单元，其中，

所述光电转换元件的感光面用于与工艺腔室的出光侧对应，以检测所述工艺腔室内的光信号，所述光电转换元件能将所述光信号转换为电信号后发送至所述控制单元；

所述控制单元，用于接收所述电信号后与预设的临界启辉电信号进行比较，当所述电信号满足所述临界启辉电信号时，判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

可选地，所述控制单元，还用于根据所述电信号确定所述等离子启辉的强度，其中，所述电信号的大小与所述等离子体启辉的强度呈正相关。

可选地，所述光电转换元件包括太阳能电池。

可选地，还包括：

遮光件，用于放置所述光电转换元件，并且，所述遮光件遮住所述光电转换元件中除感光面以外的其他表面。

可选地，所述电信号为模拟电信号，所述临界启辉电信号为临界启辉数字电信号，

所述等离子体启辉的检测装置还包括与所述光电转换元件和所述控制单元均电连接的模数转换单元；

所述模数转换单元，用于接收所述光电转换元件所输出的模拟电信号，并将所述模拟电信号转换为数字电信号后发送至所述控制单元；

所述控制单元，用于接收所述数字电信号后与所述临界启辉数字电信号进行比较，当所述数字电信号满足所述临界启辉数字电信号时，判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

本发明的第二方面，提供了一种等离子体启辉的检测方法，包括：

S110、检测工艺腔室内的光信号，并将检测到的所述光信号转换为电信号；

S120、将所述电信号与预设的临界启辉电信号进行比较，当所述电信号满足所述临界启辉电信号时，判定所述工艺腔室内的等离子体发生启辉。

可选地，还包括：

S130、根据所述电信号，确定所述等离子启辉的强度，其中，所述电信号的大小与所述等离子体启辉的强度呈正相关。

可选地，所述电信号包括电压信号或电流信号。

可选地，在所述电信号为模拟电信号时，所述临界启辉电信号为临界启辉数字电信号，所述步骤S120包括：

将所述模拟电信号转换为数字电信号；

将所述数字电信号与所述临界启辉数字电信号进行比较，当所述数字电信号满足所述临界启辉数字电信号时，判定所述工艺腔室内的等离子体发生启辉。

本发明的第三方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室本体和开设在所述腔室本体上的透光窗，还包括前文记载的所述的等离子启辉的检测装置，所述透光窗的至少部分对应于所述光电转换元件的感光面。

本发明的等离子体启辉的检测方法、装置及工艺腔室，通过检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号，之后根据电信号确定等离子体是否发生启辉。检测等离子体是否启辉的方法简单、有效，能够有效地降低检测等离子体启辉的成本。此外，还便于工艺开发人员进行预判，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的

具体实施方式

一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一实施例中工艺腔室的结构示意图；

图2为本发明一实施例中等离子体启辉的检测方法的流程图。

附图标记说明

100：等离子体启辉的检测装置；

110：光电转换元件；

120：控制单元；

130：遮光件；

140：模数转换单元；

200：工艺腔室；

210：腔室本体；

220：透光窗。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种等离子体启辉的检测装置100，其包括光电转换元件110和与该光电转换元件电连接的控制单元120。其中，光电转换元件110的感光面用于与工艺腔室200的出光侧对应，以检测工艺腔室200内的光信号，并且，该光电转换元件110还能够将检测到的光信号转换为电信号，并将电信号发送至控制单元120。控制单元120，用于接收电信号后与预设的临界启辉电信号进行比较，当电信号满足临界启辉电信号时，判定工艺腔室200内的等离子体发生启辉。

具体地，工艺腔室200内的等离子体在进行启辉时，会产生辉光放电现象，而辉光放电现象会产生大量的辉光。因此，利用光电转换元件110检测工艺腔室200内的光信号并将该光信号转换为电信号，之后控制单元120将该电信号与预设的临界启辉电信号进行比较，并当电信号满足临界启辉电信号时，可以判定工艺腔室200内的等离子体发生启辉。

需要说明的是，对于上述的电信号的具体种类并没有作出限定，例如，该电信号可以是电压信号，当然，该电信号还可以是电流信号等等。

此外，应当理解的是，对于上述的预设的临界启辉电信号并没有作出限定。但是，本领域技术人员应当知晓的是，该预设的临界启辉电信号应当根据理论试验进行确定，其应当排除工艺腔室内的环境光的影响、光电转换元件的自身参数的影响(例如，光电转换元件检测光信号的灵敏度等)，并确保在排除诸多影响后，等离子体能够发生启辉的最小阈值，也就是说，只要电信号大于或等于预设的临界启辉电信号，则可以表明工艺腔室内的等离子体发生启辉。

本实施例中的等离子体启辉的检测装置，首先利用光电转换元件检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号，之后控制单元根据电信号确定等离子体是否发生启辉。检测等离子体是否启辉的装置结构简单、有效，能够有效地降低检测等离子体启辉的成本。此外，还便于工艺开发人员进行预判，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

可选地，上述控制单元120，还用于根据电信号确定等离子启辉的强度；其中，电信号的大小与等离子体启辉的强度呈正相关。

本实施例中的等离子体启辉的检测装置，可以根据电信号确定等离子体发生启辉的强度，便于工艺开发人员进行预判该等离子体发生启辉的强度是否满足将要进行的工艺，并当不满足时，可以便于工艺开发人员及时作出调整，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

可选地，作为上述光电转换元件110的一种具体结构，该光电转换元件110可以为太阳能电池。当然，除了太阳能电池以外，其他能够感光并能够将光信号转换为电信号的结构也在本发明的保护范围内。

可选地，上述等离子体启辉的检测装置100还包括遮光件130，其中，该遮光件130用于放置上述的光电转换元件110，并且，该遮光件130可以遮住光电转换元件110中除感光面以外的其他表面。这样，通过所设置的遮光件130，可以阻止外界的环境光被光电转换元件110的感光面接收，从而可以提高其检测工艺腔室内的光信号的准确度，进而能够准确判断工艺腔室内的等离子体是否发生启辉。

需要说明的是，对于遮光件130的具体结构并没有作出限定，例如，其可以是只有一面开口的框架结构，该开口对应于光电转换元件110的感光面，框架结构的其余各面设置有能够遮光的遮光材料等。

可选地，上述电信号为模拟电信号，上述临界启辉电信号为临界启辉数字电信号。上述等离子体启辉的检测装置100还包括模数转换单元140，该模数转换单元140与光电转换元件110和控制单元120均电连接。

模数转换单元140，用于接收光电转换元件110所输出的模拟电信号，并将模拟电信号转换为数字电信号后发送至控制单元120。

控制单元120，用于接收数字电信号后与临界启辉数字电信号进行比较，当数字电信号满足临界启辉数字电信号时，判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

如图2所示，本发明的第二方面，涉及一种等离子体启辉的检测方法S100，包括：

S110、检测工艺腔室内的光信号，并将检测到的光信号转换为电信号。

S120、将电信号与预设的临界启辉电信号进行比较，当电信号满足临界启辉电信号时，判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

具体地，工艺腔室内的等离子体在进行启辉时，会产生辉光放电现象，而辉光放电现象会产生大量的辉光。因此，通过检测工艺腔室内的光信号并将该光信号转换为电信号，将该电信号与预设的临界启辉电信号进行比较，并当电信号满足临界启辉电信号时，可以判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

需要说明的是，对于采用何种结构来检测工艺腔室内的光信号并将该光信号转换为电信号，并没有作出限定。例如，可以采用光电转换元件，该光电转换元件，具体地可以为太阳能电池，当然，还可以选择其他结构的光电转换元件。

进一步需要说明的是，对于上述的电信号的具体种类并没有作出限定，例如，该电信号可以是电压信号，当然，该电信号还可以是电流信号等等。

此外，应当理解的是，对于上述的预设的临界启辉电信号并没有作出限定。但是，本领域技术人员应当知晓的是，该预设的临界启辉电信号应当根据理论试验进行确定，其应当排除工艺腔室内的环境光的影响、光电转换元件的自身参数的影响(例如，光电转换元件检测光信号的灵敏度等)，并确保在排除诸多影响后，等离子体能够发生启辉的最小阈值。

本实施例中的等离子体启辉的检测方法，通过检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号，之后根据电信号确定等离子体是否发生启辉。检测等离子体是否启辉的方法简单、有效，能够有效地降低检测等离子体启辉的成本。此外，还便于工艺开发人员进行预判，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

可选地，上述等离子体启辉的检测方法S100还包括：

S130、根据电信号，确定等离子启辉的强度；其中，电信号的大小与等离子体启辉的强度呈正相关。

具体地，等离子体在发生启辉时，其发生辉光放电现象越强烈，产生的辉光越明显，这样，光电转换元件所检测到的光信号越大，从而其在将光信号转换成电信号时，所转换的电信号也越大，因此，根据电信号的大小，可以反推计算出等离子体发生启辉的强度。这样，工艺开发人员可以判断获取到的等离子体发生启辉的强度是否满足将要进行的工艺的条件，当不满足时，工艺开发人员可以通过增加射频功率等方式提高等离子体发生启辉的强度。

本实施例中的等离子体启辉的检测方法，可以根据电信号确定等离子体发生启辉的强度，便于工艺开发人员进行预判该等离子体发生启辉的强度是否满足将要进行的工艺，并当不满足时，可以便于工艺开发人员及时作出调整，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

可选地，上述电信号为模拟电信号，临界启辉电信号为临界启辉数字电信号，步骤S120具体包括：

将模拟电信号转换为数字电信号；

将数字电信号与临界启辉数字电信号进行比较，当数字电信号满足临界启辉数字电信号时，判定工艺腔室内的等离子体发生启辉。

如图1所示，本发明的第三方面，涉及一种工艺腔室200，包括腔室本体210和开设在腔室本体210上的透光窗220。该工艺腔室200还包括前文记载的等离子启辉的检测装置100，透光窗220的至少部分对应于光电转换元件110的感光面。

本实施例中的工艺腔室，具有前文记载的等离子体启辉的检测装置，首先利用光电转换元件检测工艺腔室内的光信号并将光信号转换为电信号，之后控制单元根据电信号确定等离子体是否发生启辉。检测等离子体是否启辉的装置结构简单、有效，能够有效地降低检测等离子体启辉的成本。此外，还便于工艺开发人员进行预判，无需复杂的控制算法与数据处理，可以更好地进行推广应用。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。