CN112213272B - 一种光谱检测设备、终点检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光谱检测设备、终点检测系统和方法，包括衍射光栅、图像传感器以及位于衍射光栅和图像传感器之间的挡板，挡板具有至少一个狭缝；衍射光栅用于将入射光分成多个光分量；狭缝的位置与一个光分量的位置对应，狭缝朝向图像传感器的一侧具有光学透镜，光学透镜用于对光分量进行扩束；图像传感器用于采集扩束后的光分量，以获得光分量对应的特征光谱的光强。由于狭缝的位置与光分量的位置对应，且狭缝朝向图像传感器的一侧具有光学透镜，因此，可以通过光学透镜扩束，扩大光分量在图像传感器上的投影面积，使得图像传感器利用更多的像素来采集光分量，从而可以采用较低的成本提高图像传感器的信噪比，提高终点检测系统的检测灵敏度。

Description

一种光谱检测设备、终点检测系统和方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种光谱检测设备、终点检测系统和方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，人们对元器件集成度和性能的要求越来越高。由于刻蚀的精准度直接关系到元器件的特征尺寸和性能，因此，人们通常给刻蚀工艺配备终点检测系统(End Point Detector，简称EPD)，以跟踪工艺进程，判断刻蚀终点。

现有技术中，终点检测系统主要通过光学检测、驱动马达电流检测、温度检测等方法进行终点检测。其中，光学发射光谱法(Optical Emission Spectroscopy，简称OES)是最常用也是最有效的光学检测方法，其通过光谱检测设备对被刻蚀物体刻蚀时产生的光谱进行实时检测，由于刻蚀到不同材料时光谱会出现明显的变化，因此，通过连续监测光谱就可以判断当前刻蚀材料是否被完全刻蚀掉，即判断是否到达刻蚀终点。

但是，现有的光谱检测设备的信噪比较低，导致现有的采用OES方法的终点检测系统的检测灵敏度较低，不利用刻蚀终点的准确检测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光谱检测设备、终点检测系统和方法，以提高光谱检测设备的信噪比。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光谱检测设备，用于对等离子体进行光谱检测，包括衍射光栅、图像传感器以及位于所述衍射光栅和图像传感器之间的挡板，所述挡板具有至少一个狭缝；

所述衍射光栅用于将入射光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个所述光分量中的光束具有不同的波长；

所述狭缝的位置与一个所述光分量的位置对应，所述狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有光学透镜，所述光学透镜用于对与所述狭缝位置对应的光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述光分量，以获得所述扩束后的光分量对应的特征光谱的光强。

可选地，所述挡板具有第一狭缝；所述多个光分量包括第一光分量；

所述第一狭缝的位置与所述第一光分量的位置对应，所述第一狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第一光学透镜，所述第一光学透镜用于对所述第一光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强。

可选地，所述挡板具有第二狭缝；所述多个光分量包括第二光分量；

所述第二狭缝的位置与所述第二光分量的位置对应，所述第二狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第二光学透镜，所述第二光学透镜用于对所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强。

可选地，所述挡板具有第一狭缝和第二狭缝；所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述第一狭缝的位置与所述第一光分量的位置对应，所述第一狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第一光学透镜，所述第一光学透镜用于对所述第一光分量进行扩束；

所述第二狭缝的位置与所述第二光分量的位置对应，所述第二狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第二光学透镜，所述第二光学透镜用于对所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强，以根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

可选地，所述挡板具有可移动的第三狭缝；所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述第三狭缝包括第一位置和第二位置，所述第一位置与所述第一光分量的位置对应，所述第二位置与所述第二光分量的位置对应；

所述第三狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第三光学透镜，所述第三光学透镜随所述第三狭缝移动，用于对所述第一光分量和所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强，以根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

可选地，还包括反光镜；

所述反光镜围绕所述光分量在所述图像传感器上的投影设置，且所述反光镜在所述挡板和所述图像传感器之间延伸。

一种终点检测系统，包括第一光谱检测设备、第二光谱检测设备、分光元件和处理元件；

所述分光元件用于将被刻蚀物体刻蚀时产生的光线分成第一光线和第二光线，并使所述第一光线入射到所述第一光谱检测设备，使所述第二光线入射到所述第二光谱检测设备，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层；

所述第一光谱检测设备为如上所述的光谱检测设备；所述第一光谱检测设备用于根据所述第一光线获得第一特征光谱的光强，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱；

所述第二光谱检测设备为如上所述的光谱检测设备；所述第二光谱检测设备用于根据所述第二光线获得第二特征光谱的光强，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

所述处理元件用于根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

可选地，所述分光元件的分光比为1:1。

一种终点检测方法，应用于如上所述的终点检测系统，所述方法包括：

分光元件将被刻蚀物体刻蚀时产生的光线分成第一光线和第二光线，并使所述第一光线入射到第一光谱检测设备，使所述第二光线入射到第二光谱检测设备，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层；

所述第一光谱检测设备根据所述第一光线获得第一特征光谱的光强，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱；

所述第二光谱检测设备根据所述第二光线获得第二特征光谱的光强，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

处理元件根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

一种终点检测系统，包括光谱检测设备和处理元件；

所述光谱检测设备为如上所述的光谱检测设备；所述光谱检测设备用于根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

所述处理元件用于根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

一种终点检测方法，应用于如上所述的终点检测系统，所述方法包括：

光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

处理元件根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

可选地，当所述挡板具有可移动的第三狭缝时，光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强包括：

衍射光栅将采集的被刻蚀物体刻蚀时产生的光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个所述光分量中的光束具有不同的波长，其中，所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

使所述第三狭缝位于第一位置，第三光学透镜对第一光分量进行扩束，图像传感器采集扩束后的第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强；

使所述第三狭缝位于第二位置，第三光学透镜对第二光分量进行扩束，所述图像传感器采集扩束后的第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的光谱检测设备、终点检测系统和方法，在衍射光栅和图像传感器之间设置了挡板，该挡板具有狭缝，该狭缝的位置与需要采集的光分量的位置对应，且狭缝朝向图像传感器的一侧具有光学透镜，该光学透镜用于对光分量进行扩束，以扩大光分量在图像传感器上的投影面积，使得图像传感器利用更多的像素来采集光分量，从而可以采用较低的成本提高图像传感器的信噪比，进而可以提高终点检测系统的检测灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的一种光谱检测设备的结构示意图；

图2为图1所示的多个光分量的排列方式示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光谱检测设备的结构示意图；

图4为图3所示挡板的局部结构放大图；

图5为本发明实施例提供的另一种光谱检测设备的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种光谱检测设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种光谱检测设备的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种光谱检测设备的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种终点检测系统的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种特征光谱的曲线图；

图11为本发明实施例提供的一种终点检测方法的流程图；

图12为本发明实施例提供的另一种终点检测系统的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种终点检测方法的流程图。

具体实施方式

正如背景技术，现有的光谱检测设备的信噪比较低。如图1所示，现有的一种光谱检测设备包括衍射光栅11和图像传感器12，如图2所示，衍射光栅11用于将被刻蚀物体10发出的光线分成沿Z方向依次排列的多个光分量，每个光分量具有各自的特定波长。图像传感器12用于采集多个光分量中的两个光分量A和B，其中，一个光分量A包括正在刻蚀的第一介质层101的第一特征光谱，另一个光分量B包括第一介质层101底部的第二介质层102的第二特征光谱。由于对第一介质层101进行刻蚀时第一特征光谱的光强较大，对第二介质层102进行刻蚀时第二特征光谱的光强较大，因此，通过对这两个特征光谱的光强进行对比，即可判断正在刻蚀的第一介质层101是否到达了刻蚀终点。

但是，由于第一特征光谱和第二特征光谱的频谱宽度较窄，约为20nm，因此，图像传感器12中仅有6％的有效像素用来采集所需的光分量A和B，其余像素采集的信号都作为噪音干扰需要去除，从而使得图像传感器12的信噪比较低，使得终点检测系统的检测灵敏度较低。

基于此，本发明提供了一种光谱检测设备，以克服现有技术存在的上述问题，包括衍射光栅、图像传感器以及位于衍射光栅和图像传感器之间的挡板，挡板具有至少一个狭缝；

衍射光栅用于将入射光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个所述光分量中的光束具有不同的波长；

狭缝的位置与一个光分量的位置对应，狭缝朝向图像传感器的一侧具有光学透镜，光学透镜用于对一个光分量进行扩束；

图像传感器用于采集扩束后的一个光分量，以获得一个光分量对应的特征光谱的光强。

本发明提供的光谱检测设备、终点检测系统和方法，在衍射光栅和图像传感器之间设置了挡板，该挡板具有狭缝，该狭缝的位置与需要采集的光分量的位置对应，且狭缝朝向图像传感器的一侧具有光学透镜，该光学透镜用于对光分量进行扩束，以扩大光分量在图像传感器上的投影面积，使得图像传感器利用更多的像素来采集光分量，从而可以采用较低的成本提高图像传感器的信噪比，提高终点检测系统的检测灵敏度。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种光谱检测设备，如图3所示，包括衍射光栅31、图像传感器32以及位于衍射光栅31和图像传感器32之间的挡板33，该挡板33具有至少一个狭缝330，当然，本发明实施例中的光谱检测设备还包括改变光路的反射镜等器件，在此不再赘述。

其中，衍射光栅31用于将光源30发出的入射光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个光分量中的光束具有不同的波长。多个光分量的排列方式可以为沿Z方向从上往下依次排列，也可以从纸面内往纸面外依次排列，本发明实施例中仅以沿Z方向从上往下依次排列为例进行说明，但并不仅限于此，其中多个光分量的排列方向由衍射光栅31的光栅结构决定。

需要说明的是，本发明实施例中的光源30可以是面向等离子处理腔的光学接收器，使得等离子处理腔中产生的光被接收器接收后经过光纤传导进入本发明的光谱检测装置。等离子处理腔中发出的光谱会随着刻蚀材料层、刻蚀气体、反应副产物成分的变化而变化。

本发明实施例中，每个狭缝330的位置与一个光分量的位置对应，其中，狭缝330能够透光，而狭缝330四周的挡板能够遮光，也就是说，狭缝330的作用是透射位置对应的光分量。并且，狭缝330朝向图像传感器32的一侧具有光学透镜331，如图4所示，光学透镜在挡板33上的投影完全覆盖狭缝330，该光学透镜331用于对狭缝330位置对应的光分量进行扩束，以扩大该光分量在图像传感器32上的投影面积，使得图像传感器32利用更多的像素来采集该光分量，从而提高了图像传感器32的信噪比，提高了终点检测系统的检测灵敏度。可选地，光学透镜331为散射透镜。

需要说明的是，当多个光分量从上往下排列时，狭缝330为横向宽度大于纵向宽度的条状狭缝，当多个光分量为从左往右排列时，狭缝330为横向宽度小于纵向宽度的条状狭缝，以通过狭缝330使所需的光分量透射至图像传感器32上，使不需要的光分量不能透射至图像传感器32上，以避免扩束后的光分量与其他光分量混淆，影响图像传感器32的检测精准度。还需要说明的是，本发明实施例中狭缝330的位置可以根据需要设定，以便采集所需的光谱。

本发明实施例中，图像传感器32用于采集扩束后的光分量，以获得扩束后的光分量对应的特征光谱的光强。可选地，图像传感器32为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)。可选地，本发明实施例中的光谱检测设备为光谱仪。当然，本发明并不仅限于此。

本发明实施例中，在衍射光栅31和图像传感器32之间设置了挡板33，该挡板33具有狭缝330，该狭缝330的位置与需要采集的光分量的位置对应，且狭缝330朝向图像传感器32的一侧具有光学透镜331，该光学透镜331用于对光分量进行扩束，以扩大光分量在图像传感器32上的投影面积，使得图像传感器32利用更多的像素来采集光分量，由于图像传感器32的信噪比与像素数的平方根成比例增加，因此，可以通过增大图像传感器32利用的像素数增大图像传感器32的信噪比，并且，本发明实施例中，挡板33和光学透镜331的成本较低，也就是说，本发明实施例中采用较低的成本提高了图像传感器32的信噪比，提高了终点检测系统的检测灵敏度。

在本发明的另一实施例中，如图3所示，挡板33具有两个狭缝，这两个狭缝分别是第一狭缝330a和第二狭缝330b，衍射光栅31分成的多个光分量包括第一光分量A和第二光分量B。

其中，第一狭缝330a的位置与第一光分量A的位置对应，第一狭缝330a朝向图像传感器32的一侧具有第一光学透镜331a，第一光学透镜331a用于对第一光分量A进行扩束。

第二狭缝330b的位置与第二光分量B的位置对应，第二狭缝330b朝向图像传感器32的一侧具有第二光学透镜331b，第二光学透镜331b用于对第二光分量B进行扩束。

图像传感器32用于采集扩束后的第一光分量A，获得第一光分量A对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的第二光分量B，获得第二光分量B对应的第二特征光谱的光强，以根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

由于第一特征光谱是第一介质层的特征光谱，第二特征光谱是第一介质层底部的第二介质层的特征光谱，且在对第一介质层进行刻蚀时，第一特征光谱与第二特征光谱的光强之比在第一范围内，当第一介质层刻蚀完对第二介质层刻蚀时，第一特征光谱与第二特征光谱的光强之比在第二范围内，基于此，只要获得第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，并将该光强之比与第一范围和第二范围进行对比，若在第一范围内，且接近第一范围的边界值，则第一介质层即将被刻蚀完，也就是即将到达第一介质层的刻蚀终点，若在第二范围内，则第一介质层已经刻蚀完成，也就是已经到达刻蚀终点。

在本发明的另一实施例中，如图5所示，挡板33具有一个可移动的第三狭缝330c，衍射光栅31分成的多个光分量包括第一光分量A和第二光分量B。

其中，第三狭缝330c包括第一位置a和第二位置b，第一位置a与第一光分量A的位置对应，第二位置b与第二光分量B的位置对应。

第三狭缝330c朝向图像传感器32的一侧具有第三光学透镜331c，第三光学透镜331c随第三狭缝330c移动，用于对第一光分量A和第二光分量B进行扩束。

图像传感器32用于采集扩束后的第一光分量获得第一光分量对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的第二光分量获得第二光分量对应的第二特征光谱的光强，以根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

也就是说，当第三狭缝330c移动到第一位置a时，第三光学透镜331c随第三狭缝330c移动到第一位置a，第三狭缝330c的位置与第一光分量A的位置对应，第三光学透镜331c对第一光分量A进行扩束，图像传感器32采集扩束后的第一光分量A获得第一光分量A对应的第一特征光谱的光强；

当第三狭缝330c移动到第二位置b时，第三光学透镜331c随第三狭缝330c移动到第二位置b，第三狭缝330c的位置与第二光分量B的位置对应，第三光学透镜331c对第二光分量B进行扩束，图像传感器32采集扩束后的第二光分量B获得第二光分量B对应的第二特征光谱的光强。

本实施例中，可以通过马达等驱动部件带动挡板33在Z方向上移动，来改变第三狭缝330c的位置，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，也可以在第一位置a和第二位置b分别设置一个狭缝，并通过遮挡其中一个狭缝，来实现第三狭缝330c在第一位置a和第二位置b之间的移动。

此外，本实施例中，可以根据预设时间或特征光谱的光强等，控制第三狭缝330c的移动时间。例如，在开始刻蚀时，先令第三狭缝330c处于第一位置a，采集第一特征光谱的光强，当到达预设时间或第一特征光谱的光强达到预设值后，移动第三狭缝330c，使第三狭缝330c处于第二位置b，采集第二特征光谱的光强。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，一个光谱检测设备中的挡板33仅具有一个狭缝，即挡板具有第一狭缝330a；多个光分量包括第一光分量A。

第一狭缝330a的位置与第一光分量A的位置对应，第一狭缝330a朝向图像传感器32的一侧具有第一光学透镜331a，第一光学透镜331a用于对第一光分量A进行扩束；图像传感器32用于采集扩束后的第一光分量A，获得第一光分量A对应的第一特征光谱的光强。

在本发明的另一个实施例中，如图7所示，另一个光谱检测设备中的挡板33具有第二狭缝330b；多个光分量包括第二光分量B。

第二狭缝330b的位置与第二光分量B的位置对应，第二狭缝330b朝向图像传感器32的一侧具有第二光学透镜331b，第二光学透镜331b用于对第二光分量B进行扩束。

图像传感器32用于采集扩束后的第二光分量B获得第二光分量B对应的第二特征光谱的光强。

也就是说，本发明实施例中可以通过一个光谱检测设备获得第一特征光谱的光强，通过另一个光谱检测设备获得第二特征光谱的光强，然后再根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

可选地，如图8所示，本发明实施例中的光谱检测设备还包括反光镜332；反光镜332围绕光分量在图像传感器32上的投影设置，且反光镜332在挡板33和图像传感器32之间延伸。

具体地，反光镜332不仅围绕光分量A在图像传感器32上的投影，还围绕光分量B在图像传感器32上的投影。基于此，被图像传感器32反射逸出的光被反光镜332反射回图像传感器32上，从而可以减少光损失。

本发明实施例还提供了一种终点检测系统，如图9所示，包括光谱检测设备和处理元件。可选地，本发明实施例中的光谱检测设备为光谱仪，处理元件为处理器或计算机等。

其中，光谱检测设备为图3所示的光谱检测设备，也就是说，光谱检测设备中的挡板33具有第一狭缝330a和第二狭缝330b。或者，光谱检测设备为图5所示的光谱检测设备，该光谱检测设备具有可移动的第三狭缝330c。

该光谱检测设备用于根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱λ1的光强和第二特征光谱λ2的光强，被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层301和第二介质层302，如图10所示，第一特征光谱λ1为第一介质层301的特征光谱，第二特征光谱λ2为第二介质层302的特征光谱，其中，在刻蚀方向上依次排列是指对第一介质层301刻蚀完后会对第二介质层302进行刻蚀。处理元件用于根据第一特征光谱λ1的光强与第二特征光谱λ2的光强之比，判断是否到达第一介质层301的刻蚀终点。

本发明实施例中，通过在衍射光栅和图像传感器之间设置具有狭缝的挡板，且狭缝处具有放大光束的光学透镜，从而可以采用较低的成本提高光谱检测设备的信噪比，提高终点检测系统的灵敏度。虽然现有技术中也有通过算法或采用昂贵的高灵敏度的图像传感器提高终点检测系统的灵敏度的方案，但是，与其相比，本发明实施例中的高信噪比的光谱检测设备的成本较低。

本发明实施例还提供了一种终点检测方法，应用于图9所示的终点检测系统，如图11所示，方法包括：

S101：光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时发出的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层，第一特征光谱为第一介质层的特征光谱，第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

S102：处理元件根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达第一介质层的刻蚀终点。

具体地，被刻蚀物体如第一介质层被刻蚀时，被刻蚀的材料会被射频电场激发解离形成等离子体，发射的光被光谱检测设备采集后，会获得各个波长的光谱的光强，从其中可以获得需要的第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，之后处理元件根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，即可判断是否到达第一介质层的刻蚀终点。

当光谱检测设备为图3所示的光谱检测设备时，光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强包括：

衍射光栅31将采集的被刻蚀物体刻蚀时产生的光分成沿特定方向Z依次排列的多个光分量，每个光分量中的光束具有不同的波长，其中，多个光分量包括第一光分量A和第二光分量B；第一狭缝330a透射第一光分量A，第一光学透镜331a对第一光分量A进行扩束，第二狭缝330b透射第二光分量B，第二光学透镜331b对第二光分量B进行扩束；图像传感器32采集扩束后的第一光分量A，获得第一光分量A对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的第二光分量B，获得第二光分量B对应的第二特征光谱的光强。

当光谱检测设备为图5所示的光谱检测设备时，即当挡板33具有可移动的第三狭缝330c时，光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强包括：

衍射光栅31将采集的被刻蚀物体刻蚀时产生的光分成沿特定方向Z依次排列的多个光分量，每个光分量中的光束具有不同的波长，其中，多个光分量包括第一光分量A和第二光分量B；

使第三狭缝330c位于第一位置a，第三光学透镜331c对第一光分量A进行扩束，图像传感器32采集扩束后的第一光分量A获得第一光分量A对应的第一特征光谱的光强；

使第三狭缝330c位于第二位置b，第三光学透镜331c对第二光分量B进行扩束，图像传感器32采集扩束后的第二光分量B获得第二光分量B对应的第二特征光谱的光强。

本实施例中，可以通过马达等驱动部件带动挡板33在Z方向上移动，来改变第三狭缝330c的位置，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，也可以在第一位置a和第二位置b分别设置一个狭缝，并通过遮挡其中一个狭缝，来实现第三狭缝330c在第一位置a和第二位置b之间的移动。

此外，本实施例中，可以根据预设时间或特征光谱的光强等，控制第三狭缝330c的移动时间。例如，在开始刻蚀时，先令第三狭缝330c处于第一位置a，采集第一特征光谱的光强，当到达预设时间或第一特征光谱的光强达到预设值后，移动第三狭缝330c，使第三狭缝330c处于第二位置b，采集第二特征光谱的光强。

本发明实施例还提供了一种终点检测系统，如图12所示，包括第一光谱检测设备、第二光谱检测设备、分光元件和处理元件。可选地，本发明实施例中的第一光谱检测设备和第二光谱检测设备都为光谱仪，处理元件为处理器或计算机等。

其中，分光元件用于将被刻蚀物体刻蚀时产生的光线分成第一光线和第二光线，并使第一光线入射到第一光谱检测设备，使第二光线入射到第二光谱检测设备；可选地，分光元件的分光比为1:1，也就是说，分光元件将发出的光线中的一半光线分给了第一光谱检测设备，将另一半光线分给了第二光谱检测设备。

第一光谱检测设备为图6所示的光谱检测设备；第一光谱检测设备用于根据第一光线获得第一特征光谱λ1的光强，第一特征光谱λ1为第一介质层301的特征光谱；

第二光谱检测设备为图7的光谱检测设备；第二光谱检测设备用于根据第二光线获得第二特征光谱λ2的光强，第二特征光谱λ2为第二介质层302的特征光谱，第二介质层302在刻蚀方向上位于第一介质层301的底部；

处理元件用于根据第一特征光谱λ1的光强与第二特征光谱λ2的光强之比，判断是否到达第一介质层301的刻蚀终点。

本发明实施例还提供了一种终点检测方法，如图13所示，应用于图12所示的终点检测系统，方法包括：

S201：分光元件将被刻蚀物体刻蚀时发出的光线分成第一光线和第二光线，并使第一光线入射到第一光谱检测设备，使第二光线入射到第二光谱检测设备，被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层；

S202：第一光谱检测设备根据第一光线获得第一特征光谱的光强，第一特征光谱为第一介质层的特征光谱；

S203：第二光谱检测设备根据第二光线获得第二特征光谱的光强，第二特征光谱为第二介质层的特征光谱，第二介质层在刻蚀方向上位于第一介质层的底部；

S204：处理元件根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达第一介质层的刻蚀终点。

具体地，被刻蚀物体如第一介质层被刻蚀时，被刻蚀的材料会被射频电场激发解离形成等离子体，发射的光被分光元件分成第一光线和第二光线，并使第一光线入射到第一光谱检测设备，使第二光线入射到第二光谱检测设备，之后第一光谱检测设备根据第一光线获得第一特征光谱的光强，第二光谱检测设备根据第二光线获得第二特征光谱的光强，处理元件根据第一特征光谱的光强与第二特征光谱的光强之比，判断是否到达第一介质层的刻蚀终点。其中，光谱检测设备获得特征光谱光强的过程与上类似，在此不再赘述。

需要说明的是，若判定到达第一介质层的刻蚀终点之后，处理元件可以发出提示，提醒工作人员停止刻蚀设备，或处理元件可以直接控制刻蚀设备停止工作，以保证刻蚀精准度，避免出现过刻蚀的情况。

还需要说明的是，本发明实施例中不仅可以通过设置狭缝和光学透镜提高终点检测系统的检测灵敏度，还可以通过提高衍射光栅31的精度提高终点检测系统的检测灵敏度，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种光谱检测设备，用于对等离子体进行光谱检测，其特征在于，包括衍射光栅、图像传感器以及位于所述衍射光栅和图像传感器之间的挡板，所述挡板具有至少一个狭缝；

所述衍射光栅用于将入射光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个所述光分量中的光束具有不同的波长；

所述狭缝的位置与一个所述光分量的位置对应，所述狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有光学透镜，所述光学透镜用于对与所述狭缝位置对应的光分量进行扩束，以扩大所述光分量在所述图像传感器上的投影面积，使得所述图像传感器利用更多的像素来采集所述光分量；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述光分量，以获得所述扩束后的光分量对应的特征光谱的光强，以提高所述图像传感器的信噪比。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板具有第一狭缝；所述多个光分量包括第一光分量；

所述第一狭缝的位置与所述第一光分量的位置对应，所述第一狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第一光学透镜，所述第一光学透镜用于对所述第一光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板具有第二狭缝；所述多个光分量包括第二光分量；

所述第二狭缝的位置与所述第二光分量的位置对应，所述第二狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第二光学透镜，所述第二光学透镜用于对所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板具有第一狭缝和第二狭缝；所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述第一狭缝的位置与所述第一光分量的位置对应，所述第一狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第一光学透镜，所述第一光学透镜用于对所述第一光分量进行扩束；

所述第二狭缝的位置与所述第二光分量的位置对应，所述第二狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第二光学透镜，所述第二光学透镜用于对所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强，以根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板具有可移动的第三狭缝；所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述第三狭缝包括第一位置和第二位置，所述第一位置与所述第一光分量的位置对应，所述第二位置与所述第二光分量的位置对应；

所述第三狭缝朝向所述图像传感器的一侧具有第三光学透镜，所述第三光学透镜随所述第三狭缝移动，用于对所述第一光分量和所述第二光分量进行扩束；

所述图像传感器用于采集扩束后的所述第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强，采集扩束后的所述第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强，以根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达刻蚀终点。

6.根据权利要求1～5任一项所述的设备，其特征在于，还包括反光镜；

所述反光镜围绕所述光分量在所述图像传感器上的投影设置，且所述反光镜在所述挡板和所述图像传感器之间延伸。

7.一种终点检测系统，其特征在于，包括第一光谱检测设备、第二光谱检测设备、分光元件和处理元件；

所述分光元件用于将被刻蚀物体刻蚀时产生的光线分成第一光线和第二光线，并使所述第一光线入射到所述第一光谱检测设备，使所述第二光线入射到所述第二光谱检测设备，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层；

所述第一光谱检测设备为权利要求2所述的光谱检测设备；所述第一光谱检测设备用于根据所述第一光线获得第一特征光谱的光强，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱；

所述第二光谱检测设备为权利要求3所述的光谱检测设备；所述第二光谱检测设备用于根据所述第二光线获得第二特征光谱的光强，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

所述处理元件用于根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述分光元件的分光比为1:1。

9.一种终点检测方法，其特征在于，应用于权利要求7或8所述的终点检测系统，所述方法包括：

分光元件将被刻蚀物体刻蚀时产生的光线分成第一光线和第二光线，并使所述第一光线入射到第一光谱检测设备，使所述第二光线入射到第二光谱检测设备，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层；

所述第一光谱检测设备根据所述第一光线获得第一特征光谱的光强，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱；

所述第二光谱检测设备根据所述第二光线获得第二特征光谱的光强，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

处理元件根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

10.一种终点检测系统，其特征在于，包括光谱检测设备和处理元件；

所述光谱检测设备为权利要求4或5所述的光谱检测设备；所述光谱检测设备用于根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

所述处理元件用于根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

11.一种终点检测方法，其特征在于，应用于权利要求10所述的终点检测系统，所述方法包括：

光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强，所述被刻蚀物体包括在刻蚀方向上依次排列的第一介质层和第二介质层，所述第一特征光谱为所述第一介质层的特征光谱，所述第二特征光谱为第二介质层的特征光谱；

处理元件根据所述第一特征光谱的光强与所述第二特征光谱的光强之比，判断是否到达所述第一介质层的刻蚀终点。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当所述挡板具有可移动的第三狭缝时，光谱检测设备根据被刻蚀物体刻蚀时产生的光线获得第一特征光谱的光强和第二特征光谱的光强包括：

衍射光栅将采集的被刻蚀物体刻蚀时产生的光分成沿一特定方向依次排列的多个光分量，每个所述光分量中的光束具有不同的波长，其中，所述多个光分量包括第一光分量和第二光分量；

使所述第三狭缝位于第一位置，第三光学透镜对第一光分量进行扩束，图像传感器采集扩束后的第一光分量获得所述第一光分量对应的第一特征光谱的光强；

使所述第三狭缝位于第二位置，第三光学透镜对第二光分量进行扩束，所述图像传感器采集扩束后的第二光分量获得所述第二光分量对应的第二特征光谱的光强。