视觉监控系统以及视觉监控方法与流程

本技术属于半导体工艺，具体而言，涉及一种视觉监控系统以及视觉监控方法。

背景技术：

1、等离子体增强化学气相沉积（pecvd）作为一种关键的薄膜制备技术，广泛应用于半导体等精密制造领域。在pecvd工艺装备的运行过程中，实时监控腔室内部的等离子体状态对于确保工艺稳定性及薄膜质量至关重要。为此，设备通常配备有专用的观察视窗，以便操作人员或光学监测系统能够直观地观测腔室内部的反应情况。

2、然而，pecvd工艺环境极为复杂，反应过程中产生的大量反应副产物、微小颗粒以及雾状沉积物极易随气流扩散。在实际作业中，这些污染物往往会吸附并堆积在观察视窗的内表面。随着沉积时间的延长，视窗表面的透光率会显著降低，导致观察视野模糊甚至完全遮挡，严重影响了等离子体状态的监控效果及工艺判断的准确性。

3、为了抑制视窗污染，现有技术中通常采用在腔室内壁侧形成气帘或喷射惰性吹扫气体的方式，试图利用气流阻隔污染物接触视窗。然而，这种被动防护手段存在明显的局限性：一方面，气帘难以对视窗表面形成绝对严密的保护，对于直接附着在视窗上的微粒往往难以彻底清除；另一方面，为了维持防护效果，往往需要消耗大量的吹扫气体，这不仅增加了运行成本，过量的气流扰动还可能改变腔室内的流场分布，进而影响沉积工艺的均匀性与稳定性。

4、由此，需要一种能够在提高视窗本身的污染耐性的同时保持等离子体观察稳定性的新结构。

技术实现思路

1、【技术问题】

2、本发明旨在解决的技术问题在于，现有技术通过吹扫防止颗粒污染视窗的效果欠佳，并且大量吹扫气体还会影响沉积工艺的均匀性与稳定性。本技术将视窗的外侧和内侧构成为双重结构，向其间的空间供应吹扫气体以使得吹扫气体通过内侧喷射孔向腔室内部方向喷射，从而有效抑制内侧视窗的污染。并且根据污染程度来调整供应到视窗的吹扫气体量而更有效防止内侧石英的污染。

3、【技术方案】

4、根据本技术的第一方面，提供一种视觉监控系统，应用于基板沉积腔室的监控，包括：

5、第一视窗和第二视窗，安装于腔室壁上，且第二视窗位于所述第一视窗外侧；

6、气体供应通道，用于将吹扫气体供应进入腔室，形成阻挡颗粒污染第一视窗的气帘；

7、视觉相机，位于腔室外部，用于经第一视窗和第二视窗拍摄腔室内图像；

8、亮度分析部，根据所述图像分析第一视窗的污染度；

9、吹扫控制部，响应于由所述亮度分析部分析出的污染度，对通过所述气体供应通道供应吹扫气体的供应量进行反馈控制。

10、在一种可能的实现方式中，所述第一视窗和第二视窗通过两侧的固定法兰组合为视窗组件。

11、在一种可能的实现方式中，所述视窗组件内置于腔室壁中，所述气体供应通道通过腔室的顶盖和腔室壁将吹扫气体引入到第一视窗的固定法兰中，在固定法兰中设置有气体喷射孔。

12、在一种可能的实现方式中，所述视窗组件部分外置于腔室壁外侧，气体供应通道通过视窗组件将吹扫气体引入到第一视窗的固定法兰中，在固定法兰中设置有气体喷射孔。

13、在一种可能的实现方式中，在第一视窗的固定法兰端面上围绕所述第一视窗设置有多个第一气体喷射孔，所述多个第一气体喷射孔喷射的吹扫气体在第一视窗的外围形成第一气帘。

14、在一种可能的实现方式中，在第一视窗的固定法兰的内侧面围绕所述第一视窗设置有多个第二气体喷射孔，所述多个第二气体喷射孔喷射的吹扫气体在第一视窗的内侧形成第二气帘。

15、在一种可能的实现方式中，在第一视窗的固定法兰端面上围绕所述第一视窗设置有多个第一气体喷射孔，以及在第一视窗的固定法兰的内侧面围绕所述第一视窗设置有多个第二气体喷射孔，

16、所述多个第一气体喷射孔喷射的吹扫气体在第一视窗的外围形成第一气帘，所述多个第二气体喷射孔喷射的吹扫气体在第一视窗的内侧形成第二气帘。

17、在一种可能的实现方式中，所述第一气体喷射孔是圆形孔、狭缝孔、锥形孔、v形孔中的任一种。

18、在一种可能的实现方式中，所述第一气体喷射孔的轴线垂直于固定法兰的端面。

19、在一种可能的实现方式中，所述第一气体喷射孔的轴线与固定法兰的端面垂线形成向第一视窗倾斜的倾斜角度。

20、在一种可能的实现方式中，所述第二气体喷射孔是圆形孔、狭缝孔、锥形孔、v形孔中的任一种。

21、在一种可能的实现方式中，所述圆形孔的直径为0.3至1.0mm，孔间距为3至10mm。

22、在一种可能的实现方式中，所述狭缝孔的横截面尺寸是长为1至2mm，宽为0.2至0.5mm。

23、在一种可能的实现方式中，狭缝孔的横截面长度方向与所述第一视窗的外周方向一致。

24、在一种可能的实现方式中，所述v形孔是横截面尺寸逐渐减小的条形孔。

25、在一种可能的实现方式中，所述第二气体喷射孔的轴线与端面形成倾斜角度。

26、在一种可能的实现方式中，所述第一气体喷射孔是锥形孔，所述第二气体喷射孔是v形孔。

27、在一种可能的实现方式中，根据所述图像分析第一视窗的污染度，是指将当前图像与基准图像的亮度比值作为透光率，所述污染度等于1减去所述透光率，

28、其中，所述基准图像是在第一视窗的初始洁净程度下，利用视觉相机拍摄的腔室内的图像。

29、在一种可能的实现方式中，所述亮度分析部将图像所有像素灰度值的平均值作为图像的亮度值。

30、在一种可能的实现方式中，所述吹扫控制部在最小吹扫流量的基础上，利用控制系数k与污染度联合控制补偿吹扫量，从而确定总吹扫流量。

31、在一种可能的实现方式中，总吹扫流量qpurge= qmin + k(1-t)

32、其中，qmin是最小吹扫流量；

33、t是透光率；

34、1-t是污染度；

35、k是控制系数。

36、在一种可能的实现方式中，qmin=1，k=10。

37、在一种可能的实现方式中，第一视窗的污染度达到预定临界值时，达到最大吹扫流量，且发出第一视窗更换警报。

38、在一种可能的实现方式中，所述吹扫控制部根据不同污染度将流量控制措施划分为多个等级，并随着污染度的增加逐级切换流量控制措施。

39、在一种可能的实现方式中，所述图像是等离子体图像。

40、在一种可能的实现方式中，所述第一视窗和/或第二视窗是石英材质。

41、在一种可能的实现方式中，所述亮度分析部在获取视觉相机的图像后，先选择感兴趣区域，然后再进行亮度分析获得污染度。

42、本技术提供一种视觉监控方法，应用于基板沉积腔室的监控，采用以上所述的视觉监控系统，进行如下操作：

43、基准图像的亮度获取步骤：在第一视窗的初始洁净程度下，视觉相机透过第二视窗和第一视窗拍摄腔室内图像作为基准图像，并分析获得图像的基准亮度；

44、当前等离子体图像亮度获取步骤：视觉相机实时透过第二视窗和第一视窗拍摄腔室内图像，分析获得当前图像的亮度；

45、实时污染度确定步骤；将当前图像的亮度与基准图像比较，计算透光率t，根据1与透光率的差值计算污染度；

46、实时吹扫流量确定步骤：在最小吹扫流量的基础上，利用控制系数k与污染度联合控制补偿吹扫量，从而确定总吹扫流量。

47、在一种可能的实现方式中，总吹扫流量qpurge= qmin + k(1-t)

48、其中，qmin是最小吹扫流量；

49、t是透光率；

50、1-t是污染度；

51、k是控制系数。

52、在一种可能的实现方式中，qmin=1，k=10。

53、在一种可能的实现方式中，当监测到污染度为0%，吹扫流量设定为1 slm，并继续保持该流量吹扫；

54、当监测到污染度为10%，则吹扫流量调整为2 slm，并保持该流量吹扫；

55、当监测到污染度为20%，则吹扫流量调整为3 slm，并保持该流量吹扫；

56、当监测到污染度为30%，则吹扫流量调整为4slm，并保持该流量继续吹扫；

57、当监测到污染度为40%以上，则吹扫流量调整为5slm，并且发出第一视窗更换警报。

58、【有益效果】

59、（1）增加视窗寿命：现有技术是固定时间吹扫，吹扫气量不能根据腔室内颗粒物情况自行调节，视窗保护程度不高。本技术基于第一视窗的透光率来确定其污染度，能够实时快速获得第一视窗的污染情况，建立污染度与吹扫气体流量的对应关联，可以根据污染度来控制吹扫气体流量，实时调控吹扫气体流量与第一视窗污染度的匹配情况，从而减少反应副产物、颗粒、雾状物沉积在第一视窗的情况，从而增加第一视窗的使用寿命。

60、（2）现有技术是固定时间吹扫，气量使用成本高，而且吹扫气体大量进入腔室，也会对沉积条件产生影响。而本技术通过视窗污染度来实时调节吹扫气量，减少了吹扫气体对沉积条件的影响。

61、（3）提高等离子体图像可靠性：等离子体分析是利用光谱技术或视觉成像手段，对腔室内部等离子体的物理状态进行定量或定性监测的过程。准确的等离子体分析是保障薄膜质量、实现工艺闭环控制的重要手段。闪烁分析监测等离子体发光强度的高频波动或周期性抖动。闪烁分析通过高速采集图像或光电信号，计算其波动频率和幅度，能够提前识别出可能导致薄膜缺陷的工艺隐患。本技术通过实时监测污染度率来动态调节吹扫流量，能防止污染物在视窗上的累积，保证了监控视角的绝对清晰，从而让等离子体分析和闪烁分析能够基于最真实、最纯净的光学信号，从而提高等离子体分析准确度、提高闪烁分析稳定性。

62、（4）本技术不仅在第一视窗外周形成了第一气帘阻隔颗粒，还可以在第一视窗的窗面内侧形成第二气帘，可以进一步阻隔颗粒，具有较好的阻隔颗粒污染物的效果。

63、（5）能够实现预测性维护：本技术实时监视视窗污染状态，通过将视窗污染度划分等级，根据污染度等级预测视窗更换时间节点，能够减少预防性维护停机时间。

64、（6）降低维护成本：能够仅更换被污染的第一视窗，因此可以获得保护主视窗、减少更换成本、减少pm时间的效果。