CN1722377A - 等离子处理装置与等离子处理的光检测方法 - Google Patents

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    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32972—Spectral analysis

Abstract

本发明的主题为一种等离子处理装置和光检测方法，该方法能够检测从多个测量位置得到的多个光学信号，并能够使用装置分析每个测量位置的状态，其中该装置具有更简化的结构的优势。干涉光L1通过光纤222并传输至分光镜部件230。等离子光L2通过光纤224并传输至分光镜部件230。分别对这些光束单独进行分光。通过对干涉光L1分光得到的干涉光光谱L1g通过第一光路226，并照射在光电转换部件240的干涉光感光区域上。通过对等离子光L2分光得到的等离子光光谱L2g通过第二光路228，并照射在光电转换部件240的等离子光感光区域上。

Description

等离子处理装置与等离子处理的光检测方法
发明领域
本发明涉及一种等离子处理装置以及等离子处理装置的光检测方法。
技术背景
在半导体器件与LCD(液晶显示器)基底的生产过程中广泛地应用了等离子刻蚀处理。用于该等离子处理的处理装置，例如，配备了互相平行布置的上电极和下电极。当将处理工件(例如半导体晶片)放置并固定在下电极上时，在上电极与下电极之间产生等离子。通过该等离子对处理工件进行特定图形的刻蚀。
目前正在缩小由等离子处理形成的孔与槽的尺寸。这需要对处理装置的工作状态进行实时观测与更高精度的刻蚀终点检测。
由于高灵敏度光谱分析方法相对简单，常规的刻蚀终点检测广泛的应用了该方法(参见日本未审查专利申请公开第2000-331985号(JP2000331985))。根据该光谱分析方法，从活性基团例如离子等(例如CO*，N*，等)，反应产物的自由基等，用于刻蚀或其分解产物的气体的自由基中，选择特定的活性基团。根据所选择的特定的活性基团的发射光谱的变化(每个波长的辐射强度)，检测刻蚀终点。例如，如果使用碳氟化合物类(CF4等)刻蚀剂气体刻蚀二氧化硅薄膜，则测量反应产物CO*的发射光谱(219nm，483.5nm等)。此外，如果使用碳氟化合物类刻蚀剂气体刻蚀氮化硅薄膜，则测量反应产物N*的发射光谱(674nm等)。然后通过比较上面提到的特定波长的辐射强度，或者比较这样的辐射强度与先前设定值之间的第一个差值，第二个差值等确定刻蚀终点。
此外，根据该光谱分析方法，横向连续的测量刻蚀处理期间的等离子光。使用(例如通过多变量分析)该测得的等离子的发射光谱与从处理装置其他部分探测到的数据(例如，上/下电极的电力，上/下电极的温度，处理装置的内壁温度等)，使得可以实时观测处理装置的工作状态。
然而，当通过刻蚀使在受到处理的层下面的一层(下文中称作“下层”)暴露出来时，通过等离子光产生亮度上的变化，光谱分析方法确定刻蚀终点。因此有顾虑可能会去除下层(所谓的“过刻蚀”)，尤其当刻蚀速率较高时。
对于没有在下层暴露出来的同时停止刻蚀处理的情况，或者对于当停止刻蚀处理时，却留下一定厚度的待处理层而没有暴露出下层的情况，便使用一种不同于光谱分析方法的方法。例如，一种测量干涉光的方法(下文中称作“干涉光测量方法”)，用光照射在处理工件的待处理层(被刻蚀层)并测量由受处理的层反射产生的干涉光(参见日本未审查专利申请公开第Hei 3-283165号(JP3283615)和日本未审查专利申请公开第2000-212773(JP200021273))。如果采用干涉光测量方法，就可能甚至在刻蚀过程中，直接检测受处理的层的刻蚀速率。
为了以更高精度检测刻蚀终点，以及进一步的实时观测受处理层的刻蚀速率与处理装置的工作状态等，人们希望使用配备有以光谱分析方法和干涉光测量方法为代表的多种光学测量方法的处理装置。
发明内容
然而，例如，当试图使用光谱分析方法和干涉光测量方法检测刻蚀终点与受处理的层的刻蚀速率时，就有必要在处理装置中为光谱分析方法配置单独的光学系统部件，并为干涉光测量方法配置单独的光学系统部件。因此，处理装置的规模增大了，必须增加处理装置所占的空间，并且增加了处理装置的成本。
本发明是在考虑以上提到的因素而做出的。本发明的目标是提供一种新颖并改进的等离子处理装置和用于等离子处理装置的光检测方法，其中等离子处理装置能够检测从多个测量位置得到的多个光学信号，并能使用更加简化结构的装置分析每个测量位置的状态。
根据本发明的第一个方面，为了实现上面提到的优势，提供一种等离子处理装置，用于在处理室内对处理工件进行等离子处理，其中该装置包括以下：第一光路，用于透射干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光，第二光路，用于透射在处理室内形成的等离子产生的等离子光，分光镜部件，用于对干涉光和等离子光进行分光，以及光电转换部件，其中该光电转换部件具有构建为多个光电转换元件的二维阵列的光电转换元件区域，用于将来自分光镜部件的入射光转化为电荷，还具有电荷存储部件，用于存储由光电转换元件区域转移过来的电荷；其中光电转换部件的光电转换元件区域至少包含以下：干涉光感光区域，用于对在分光镜部件分光的干涉光进行感光，和等离子光感光区域，用于对在分光镜部件分光的等离子光进行感光。
根据具有该结构的等离子处理装置，具有干涉光感光区域和等离子光感光区域的光电转换元件区域接收干涉光和等离子光。因此不需要为分别为干涉光和等离子光准备单独的光电转换元件。这使得等离子处理装置的尺寸减小。
此外，上面提到的光电转换部件具有电荷存储部件，用于存储由光电转换元件区域转移过来的电荷。将由那些属于干涉光感光区域的光电转换元件产生的电荷，通过等离子光感光区域转移至电荷存储部件。因为该结构，由属于干涉光感光区域的光电转换元件产生的电荷不需要保证一条单独通道以将其转移至电荷存储部件，而且这使得等离子处理装置的尺寸减小。
如果将相当多的电荷一次转移至电荷存储部件，就有电荷存储部件进入溢出状态的顾虑。考虑到这一点，根据本发明，将由等离子光经光电转换得到的电荷群按时间方式分割并将其转移至电荷存储部件(也就是在连续的两步内将其细分并转移)。因此就可以存储全部转移过来的电荷，而不用增加电荷存储部件的容量。优选的是根据电荷存储部件的容量确定该传输的频率。
优选的是，上面提到的光电转换元件区域具有遮光区域，其既不与干涉光感光区域重叠，也不与等离子光感光区域重叠。通过将光电转化得到的电荷群从干涉光感光区域和等离子光感光区域转移至遮光区域，就可以在干涉光感光区域连续的接收干涉光，并且可以在等离子光感光区域连续的接收等离子光。此外，因为外部的光不会照射到遮光区域，所以可以将由干涉光感光区域和等离子光感光区域转移过来的电荷群保持在一个稳定的状态。
根据本发明的第二个方面，为了解决上面提到的问题，提供一种等离子处理装置的光检测方法，其中用于在处理室内对处理工件进行等离子处理的等离子处理装置包括以下：第一光路，用于透射干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光，第二光路，用于透射在处理室内形成的等离子产生的等离子光，分光镜部件，用于将干涉光和等离子光分光，以及光电转换部件，其中该光电转换部件具有构建为多个光电转换元件的二维阵列的光电转换元件区域，用于将来自分光镜部件的入射光转化为电荷；其中该方法有这样一个步骤，在建在光电转换元件区域中的干涉光感光区域中，接收已经被分光镜部件分光的干涉光，和在建在光电转换元件区域中而未与干涉光感光区域重叠的等离子光感光区域中，接收已经被分光镜部件分光的等离子光。
根据该光检测方法，通过单个光电转换部件，而不为干涉光和等离子光分别提供单独的光电转换部件，就可以检测干涉光和等离子光，并且这导致等离子处理装置的尺寸减小。
此外，将通过对等离子光光电转化得到的电荷群从等离子光感光区域转移至电荷存储部件，并且优选的是将由干涉光得到的电荷群从干涉光感光区域通过等离子光感光区域转移至电荷存储部件。将由属于干涉光感光区域的光电转换元件产生的电荷群转移至电荷存储部件，而不需要保证一条单独的通道，并且这导致光电转换部件的尺寸减小。
附图简述
图1是说明根据本发明的实施例的刻蚀装置的结构的剖面示意图；
图2是说明根据同一实施例的提供给刻蚀装置的光检测部件的结构的结构图；
图3是说明提供给图2中所示的光检测部件的分光镜部件的结构的剖面图；
图4是说明提供给图2中所示的光检测部件的分光镜部件的结构的倾斜透视图；
图5是说明提供给图2中所示的光检测部件的光电转换部件的结构的结构图；
图6是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S01)的结构图；
图7是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S02)的结构图；
图8是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S03)的结构图；
图9是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S04)的结构图；
图10是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S05)的结构图；
图11是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S06)的结构图；
图12是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S07)的结构图；
图13是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S08)的结构图；
图14是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S09)的结构图；
图15是说明图5中所示的光电转换部件的工作(步骤S10)的结构图。
发明详述
下面在参考附图的同时，说明根据本发明的等离子处理装置和等离子处理装置的光检测方法的优选实施例。此外，在本说明书和附图中，赋予具有基本相同结构的组成元件以相同的标号，并且省略冗余的说明。
参考附图说明刻蚀装置100的结构，该装置为本发明的实施例的等离子处理装置。图1是说明刻蚀装置100结构的剖面示意图。将刻蚀装置100构建为电容耦合平板刻蚀装置，具有平行相对的上下电极，其中一个电极与电源接触用于形成等离子。
该刻蚀装置100具有处理室(室)102，其中该处理室是用经过阳极氧化处理(耐酸铝处理)的铝制作成管状的。将该处理室102接地。在处理室102内的底部，提供了近似圆柱形柱状的基座支撑底座104，用于通过陶瓷绝缘板103等夹持作为处理工件的晶片W。在该基座支撑底座104上设置基座(下文中称作下电极)，形成底电极。该基座105连接到高通滤波器(HPF)106。
在基座支撑底座104中设置有温度控制介质室107。通过供应管道108将温度控制介质输入到温度控制介质室107进行循环，并且然后通过排出管道109排出。以该方法通过温度控制介质的循环，就可以将基座105控制在期望的温度。
基座105为圆盘形，在上部有中间突起。在其上设置了与晶片W基本相同的形状的静电夹盘111。将静电夹盘111构建为：使得电极112设置在绝缘材料之间。通过连接到电极112的直流电源113施加直流电压(例如1.5kV)产生的静电力，静电夹盘111吸住晶片W。
然后，绝缘板103，基座支撑底座104，基座105，还有静电夹盘111形成气流通道114，用于提供导热介质(例如He和类似的背部的气体)到处理工件晶片W背面。此外，该导热介质在基座105和晶片W之间导热，从而将晶片W保持在特定的温度下。
在基座105上的周围边界部分，设置了环形的聚焦环(focusring)115，以将夹持在静电夹盘111上的基底W包围起来。该聚焦环115由绝缘或者导电材料构成，以提高刻蚀的均匀性。
此外，在基座105上，与该基座105相对且平行的设置上电极121。绝缘体122将该上电极121保持在处理室102的内部。在朝向基座105的表面上，上电极121包括具有多个喷嘴123的电极板124，和用于支撑该电极124的电极支撑体125。上面提到的电极板由例如石英构成。上面提到的电极支撑体125，例如，由导电材料构成，例如经过耐酸铝表面处理的铝。进一步的，将基座105与上电极121之间的间隙构造成可调节的。
在上电极121的电极支撑体125的中央设置有进气端口126。该进气端口126与气体供给管道127相连。此外，该气体供给管道127通过阀门128和流量控制器129与处理气体供给装置130相连。
用于等离子刻蚀的刻蚀气体是由该处理气体供给装置130提供的。进一步的，尽管图1仅显示了一个处理气体供给系统(包括上面提到的处理气体供给装置130等)，然而可以将其构建为多个这样的处理气体供给系统，具有例如C4F6，CF4，Ar，O2以及类似的用于输入到处理室102内部的气体的各自独立的流量控制器。
排气管道与处理室102的底部相连。该排气管道131与排气装置135相连。排气装置135配有真空泵，例如涡轮分子泵，将其构建为这样，以使在处理室102内部可以将真空抽至特定降低的压力(例如小于或等于0.67Pa)。此外，在处理室102的侧壁上设置有闸门阀132。
将第一高频电源140与上电极121相连。在该电源线路中插入整流器141。此外，将低通滤波器(LPF)142与该上电极121相连。该第一高频电源140的频率在50-150MHz范围内。通过使用具有该型高频的电力，就可能在处理室102的内部形成具有期望分裂态的高密度等离子，而且可以在比先前可能的更低的气压条件下进行更高的等离子处理。该高频电源140的频率最好为50-80MHz，如图所示，并通常使用频率60MHz，或者在该频率附近的频率。
将第二高频电源150与作为下电极的基座105相连。在该电源线路中设置整流器151。第二高频电源150的频率在数百kHz到十MHz或者更高的频率范围内。通过使用在该范围内的频率，有可能引入适当的离子效应而不会损伤晶片W，其中该晶片W为处理工件。如图所示，第二高频电源150的频率使用了典型的频率13.56或者2MHz等。
本实施例的刻蚀装置100配有光检测部件220，用于检测由在处理室102内部观测的多个部件所得到的多路光信号。在参考图2的同时，说明该光检测器部件200的结构和功能。
对于本实施例，光检测器部件200，如图2所示，配有光源210，分光镜部件230，光电转换部件240，以及计算处理部件250。由于这样的结构，可以观测制备在晶片W(即被刻蚀层)上的被观测层的厚度或者深度，而且可以观测在处理室102内形成的等离子P的状态。
从光源210辐射出来的辐射光L0通过光纤220，通过设置在处理室102上部的窗口161，并照射在处于处理室102内部的晶片W的表面。例如，在晶片W上形成被刻蚀层(图中省略)，即被观测层。辐射光L0从被刻蚀层与遮盖被刻蚀层的掩模层(图中省略)之间的界面反射。该光也从在被刻蚀层中通过刻蚀形成的孔的底面反射。通过这两束反射光间的干涉得到的干涉光L1通过窗口161，通过光纤222，并传输至分光镜部件230。干涉光L1的亮度随孔的深度(即刻蚀程度)的不同而变化。因此可能基于干涉光L1的检测来测量刻蚀速率。
当对晶片W进行特定的处理(例如进行刻蚀处理)，于处理室102内部，在上电极121与晶片W之间形成等离子P。由该等离子P产生的等离子光L2通过设置在处理室102侧面的窗口171，通过光纤224，并传输至分光镜部件230。
然而，由等离子P产生的等离子光L10通过设置在处理室102上部的窗口161，并照射在传输干涉光L1的光纤222上。即，在当光源210输出辐射光L0的时间间隔内，通过光纤222传输的干涉光L1包括了等离子光L10。相反，在当光源210没有输出辐射光L0的时间间隔内，光纤222仅传输等离子光L10。
此外，可能在辐射光L0、干涉光L1(等离子光L10)、和等离子光L2的光路中设置光学部件(透镜，反射镜等)，而将这些部件构建为可以调节每个光轴。此外，有可能不用光纤220，222和224构建每条光路。
将干涉光L1连同等离子光L2一起导入分光镜部件230，并且对这些光束进行分光。通过对干涉光L1分光得到的干涉光光谱L1g，通过第一光路226并照射在光电转换部件240的感光面上。通过对等离子光L2的分光得到的等离子光光谱L2g，通过第二光路228并照射在光电转换部件240的感光面上。
光电转换部件240将光检测信号S240输出到计算处理部件250。计算处理部件250利用该光检测信号S240进行特定的计算处理。刻蚀装置100，根据计算处理部件250的计算处理的结果进行实时观测，例如，观测被刻蚀层的厚度和等离子P的状态。因此，例如，可以在下层暴露出来前停止对受刻蚀的层的刻蚀处理。此外，因为可以根据受刻蚀的层的厚度的变化和等离子P状态的变化检测下层是否暴露，所以可以在下层暴露出来而没有刻蚀下层的同时结束刻蚀。进一步的，因为可以根据等离子P的状态的变化了解刻蚀装置100的工作状态，就可以通过调节处理气体的流量等对其进行自动的过程控制。
进一步的，尽管可以用卤素灯(例如氙气灯)作为光源210，但是也允许使用LED灯。在这种氙气灯中，优选的是使用适合在较短时间间隔内开/关的灯(例如具有主电极和触发式探头的氙气闪光灯)。由于能够在较短时间间隔内进行开/关操作，并且具有较长的工作寿命以及功耗低于氙气灯，LED灯优选作为光源210。
接下来将要在参考图3和图4的同时说明分光镜部件230的结构。图3是分光镜部件230的俯视图。图4是分光镜部件230的倾斜透视图。
分光镜部件230包括狭缝232和光栅234。干涉光L1通过光纤222并导入至分光镜部件230。等离子光L2通过光纤224并被导入至分光镜部件230。这些光首先通过狭缝232。干涉光L1和等离子光L2是从光纤222和光纤224辐射出来的光束。该狭缝232配有供干涉光L1用的狭缝口和供等离子光L2用的狭缝口。干涉光L1输出为狭缝干涉光L1s，而等离子光L2输出为等离子光L2s。该狭缝232调节干涉光L1和等离子光L2的光量并且还防止狭缝干涉光L1s和狭缝等离子光L2s之间的串扰(互相干扰)。
已经通过狭缝232并扩展开的狭缝干涉光L1s和狭缝等离子光L2s，在垂直于狭缝232的狭缝方向上展开，分别到达光栅234，并在那里进行分光。通过对狭缝干涉光L1s分光得到的干涉光谱L1g通过第一光路226并照向光电转换部件240。通过对狭缝等离子光L2s分光得到的等离子光谱L2g通过第二光路228并照向光电转换部件240。调节第一光路226和第二光路228之间的间隙，以便在此时不会发生干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g之间的串扰。
此外，尽管在本实施例中使用凹面型光栅作为光栅234，但是也可以使用平面型光栅。然而，如果使用平面型光栅，还需要例如凹面镜，透镜等成像元件。
设置在具有这种结构的分光镜部件230末级的光电转换部件240，如图5所示，配置有光电转换元件部分(光电转换元件区域)242，用于接收干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g的光(其中该光电转换元件部分242存储通过光电转化得到的电荷)，和用于连续向外输出存储电荷的水平转移寄存器(电荷存储部件)244。
将光电转换元件部分242构建为多个光电转换元件的二维阵列(图中省略)。根据本实施例的光电转换元件部分242在水平方向(X方向)上布置了1024个光电转换元件(像素)，且在垂直方向(Y方向)上布置了256个光电转换元件(像素)。可以用CCD(电荷耦合器件)或者MOS(金属氧化物半导体)类型的光电传感器作为光电转换元件。
光电转换元件部分242的X方向对应于干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g的波长范围λ1-λ2。即，光电转换元件部分242能够检测被分为1024个部分的干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g的所有光谱分量。
此外，在光电转换元件部分242的感光面上沿Y方向顺序设置有干涉光感光区域242-1，等离子光感光区域242-2，和遮光区域242-3。例如，从第一行(X方向上的行)到第64行光电转换元件属于干涉光感光区域242-1，从第65行到第128行光电转换元件属于等离子光感光区域242-2，而从第129行到第256行光电转换元件属于遮光区域242-3。尽管可能调整属于每个区域的光电转换元件的行数，但是属于遮光区域242-3的光电转换元件的行数最好等于或大于属于干涉光感光区域242-1的光电转换元件的行数和属于等离子光感光区域242-2的光电转换元件的行数。
此外，通过为光电转换元件部分242配置除干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2之外的其他光接收区域，就可以与干涉光L1与等离子光L2一起检测其他光。
从分光镜部件230输出的干涉光光谱L1g照射在光电转换元件部分242的干涉光感光区域242-1上，并在那进行光电转化。从分光镜部件230输出的等离子光光谱L2g照射在光电转换元件部分242的等离子光感光区域242-2上，并在那进行光电转化。相反，通过遮光方装置(图中省略)将遮光区域242-3的光接收面遮蔽。干涉光光谱L1g，等离子光光谱L2g，当然还有其他的光都不会照射在遮光区域232-3上。
属于光电转换元件部分242的多个光电转换元件还用作垂直转移寄存器，用于在Y方向上转移通过光电转换得到的电荷。具体的说，与垂直转移操作控制信号(图中省略)同时，第n(1≤n≤255)行光电转换元件将电荷转移至第n+1行光电转换元件。然后与垂直转移操作控制信号同时，最后的第256行光电转换元件将电荷转移至水平转移寄存器224。
水平转移寄存器244不只简单的存储来自1行的电荷。该寄存器有可能为每列(Y方向的列)将多行的电荷相加并存储。此外，水平转移寄存器244，在存储了1行或者多行的电荷后，与水平转移操作控制信号(图中省略)同时，将存储的电荷输出为连续的光检测信号S240。将该光检测信号S240以上面描述的方法供给计算处理部件250，并且该检测信号用于特定的计算(参考图2)。
根据按上面所述构建的本实施例的刻蚀装置100，由于配置了带有干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2的光电转换元件部分242，就可以通过单个光电转换部件240检测干涉光L1和等离子光L2。
进一步的，刻蚀装置100配置有用于传输干涉光L1(狭缝干涉光L1s，干涉光光谱L1g)的光路(光纤222，第一光路226)和用于传输等离子光L2(狭缝等离子光L2s，等离子光光谱L2g)的独立的光路(光纤224，第二光路228)。因此在干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g之间没有串扰，并且这些光分别到达干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2。光电转换部件240因此以较高的精度检测干涉光光谱L1g和等离子光光谱L2g。
接下来将以刻蚀装置100的操作来说明在该处理和操作期间用于等离子刻蚀处理的干涉光L1和等离子光L2的检测。进一步的，对于本实施例，将以对氧化硅层(图中省略)的刻蚀处理为例来说明等离子刻蚀处理，其中该氧化硅层为被处理层并形成在晶片W上。
当对晶片W进行等离子刻蚀处理时，首先打开闸门阀132，并将晶片W装进处理室102内。将晶片放在静电夹盘111上。然后关闭闸门阀132，并且通过排气装置135对处理室102的内部抽真空。然后打开阀门128，由处理气体供给装置130输入处理气体，并且处理室102的内部气压到达一个特定的气压。在这些条件下，分别由第一高频电源140和第二高频电源150施加高频电力，使处理气体形成等离子，并且作用于晶片W。
在施加高频电力的时间前后，将直流电源113供给在静电夹盘111内部的电极112，从而将晶片W静电吸附在静电夹盘111上。此外，在刻蚀处理期间，将冷却介质(冷却物)输送到温度设定在一个特定温度值的温度控制介质室107，将基座105冷却，将一定压力的导热介质(例如背部的气体，比如He和类似的气体)输送到晶片W的背面，从而将晶片W的表面控制在一定温度下。
当刻蚀装置100开始对晶片W进行等离子刻蚀处理时，光检测器部件200开始检测从二氧化硅层得到的干涉光L1，其中该二氧化硅层为被处理层。以该方法测量二氧化硅的刻蚀量(刻蚀速率)。此外，并行于该干涉光L1的检测操作，光检测器部件200对在处理室102内形成的用于对晶片W进行等离子蚀刻的等离子P所发射的等离子光L2进行检测。
将要在参考图6-图15的同时，说明在刻蚀装置100进行等离子刻蚀处理的操作期间，光检测器部件200按步骤的检测操作。
首先，在步骤S01中(图6)，当来自光源210的辐射光L0未辐射出来时(处于未产生干涉光L1的期间的状态)，等离子光L10通过设置在处理室102上部的窗口161并进入光纤222。同样，等离子光L2通过设置在处理室102侧面的窗口171，进入光纤224，并对其进行观测。
在处理室102内形成的等离子P所产生的等离子光L2通过设置在处理室102壁上的窗口171，通过光纤224，并透射至分光镜部件230。分光镜部件230对等离子光L2分光并形成具有波长范围为λ1-λ2的等离子光光谱L2g。该等离子光光谱L2g照射在属于光电转换部件240的光电转换元件部分242的等离子光感光区域242-2上，并且在此处光电转化为电荷群C2。
然而，如图2所示，因为干涉光L1经过在处理室102内形成的等离子P，最终照射在光电转化部件240上的干涉光光谱L1g也包括等离子光L10部分。必须去除等离子光L10部分以更准确的测量干涉光L1。考虑到这一点，在步骤S01中观察并测量等离子光L10。该等离子光L10经过分光镜部件230的分光，并照射在属于光电转换部件240的光电转换元件部分242的干涉光感光区域242-1上。然后该干涉光感光区域242-1进行光电转化生成电荷群C10。
进一步的，因为外部光不会照射在光电转换元件部分242的遮光区域242-3上，包括遮光区域242-3的光电转换元件不进行光电转化。因此在遮光区域242-3处不会产生新的电荷。
然后在步骤S02中(图7)，在Y方向上将由干涉光感光区域242-1产生的电荷群C10和由等离子光感光区域242-2产生的电荷群C2共同转移，并将其暂时存储在遮光区域242-3中。如果预先在遮光区域242-3中存储电荷，则将该电荷转移至水平转移寄存器244中并存储。在完成从遮光区域242-3转移电荷的时候，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并且将所存储的电荷作为连续输出的光检测信号S240-0供给计算处理部件250。然而，该光检测信号S240-0基于预先存储在光电转换元件部分242的遮光区域242-3中的电荷，与等离子光L10和等离子光L2无关。所以计算处理部件250并不基于该光检测信号S240-0进行计算处理。
甚至将干涉光感光区域242-1中产生的电荷群C10和等离子光感光区域242-2中产生的电荷群C2转移到遮光区域242-3之后，属于干涉光感光区域242-1的光电转换元件和属于等离子光感光区域242-2的光电转换元件还产生各自的电荷群。然而，因为这些电荷群是在转移先前产生的电荷群C10和电荷群C2期间产生的，所以有顾虑噪声部分可能混和其中。因此将其作为电荷群(后面称作“废弃电荷群”)Cj，不将其用于干涉光L1和等离子光L2的检测。
然后在步骤S03中(图8)，在从干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2转移至遮光区域242-3的电荷群中，首先将电荷群C2转移至水平转移寄存器244。然而，当将电荷C2的部分存储在水平转移寄存器244时，暂停在Y方向上的转移操作。如果将电荷群C2存储在光电转换元件的64行部分内，那么将例如等于64行的3/4的电荷群C2的48行部分从遮光区域242-3转移至水平转移寄存器244。水平转移寄存器244在每一列(Y方向上的列)中为48行将电荷群C2相加并存储。
随着将电荷群C2的48行部分转移至水平转移寄存器244，将电荷群C2余下的16行部分、电荷群C10、和废弃电荷群Cj在光电转换元件部分242的Y方向上按照顺序进行转移。
当完成对来自遮光区域242-3的电荷群C2的48行部分的转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将存储的电荷作为光检测信号S240-1连续输出至计算处理部件250。
然后在步骤S04中(图9)，将在遮光区域242-3内剩余的电荷群C2的16行部分转移至水平转移寄存器244。水平转移寄存器244为每列(Y方向上的列)的电荷群C2的16行部分相加并存储。
在将电荷群C2的16行部分转移至水平转移寄存器244后，将电荷群C10和废弃电荷群Cj在光电转换元件部分242的Y方向上按照顺序进行转移。
当完成对来自遮光区域242-3的电荷群C2的16行部分的转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将存储的电荷作为光检测信号S240-2连续输出至计算处理部件250。
这里将会说明在步骤S03和步骤S04中，将电荷群C2分两级转移至水平转移寄存器244的原因。
在本实施例中，将等离子光L2的测量结果用于二氧化硅膜层(即受处理的层)的刻蚀终点的检测，并用于过程观测。将在步骤S03中转移至水平转移寄存器244的电荷群C2的48行部分用于二氧化硅膜层的刻蚀处理终点的检测。将在步骤S04中转移至水平转移寄存器244的电荷群C2的16行部分用于过程观测。
如果等离子光L2光强较高，电荷群C2的64行部分，如果将其一次转移至水平转移寄存器244，则很有可能溢出多个寄存器单元。因为当进行过程观测时，对等离子光光谱L2g的整个波长范围λ1-λ2观测是必须的，所以必须限制转移至水平转移寄存器244的电荷群C2的行数，从而不会溢出任何水平转移寄存器244的寄存器单元。对本实施例，该限制为16行。
相反，对于观测刻蚀终点，允许只注意在等离子光光谱L2g的全部波长范围λ1-λ2内包括的特定波长λx。因此允许在一个范围内调整转移至水平转移寄存器244的电荷群C2的行数，从而在特定波长λx处寄存器单元不会溢出。对于本实施例，选定该行数为48行。以此方式，如果尽可能的增加用于观测刻蚀终点的行数，并增加到一个高于用于过程观测的行数的值，在等离子光L2的特定波长λx的测量灵敏度增加，并且可以更加精确的检测刻蚀终点。
进一步的，在步骤S05中(图10)，将从干涉光感光区域242-1转移至遮光区域242-3的电荷群C10转移至水平转移寄存器244。水平转移寄存器244对每列(Y方向上的列)将电荷群C10相加并存储。
当将电荷群C10转移至水平转移寄存器244，也将废弃电荷群Cj在光电转换元件部分242的Y方向上按照顺序转移。
当完成对来自遮光区域242-3的电荷群C10的转移时，在水平转移寄存器244内进行水平转移操作，并将所存储的电荷作为光检测信号S240-3连续输出至计算处理部件250。
这里，在步骤S06中(图11)，将来自光源210的辐射光L0照向晶片W。由光源210发出的辐射光L0通过光纤220，通过设置在处理室102上部的窗口161，并照射在处于处理室102内的晶片W的表面上。除了在二氧化硅薄膜层(受处理的层)和遮蔽二氧化硅薄膜层的掩模层之间的界面反射外，辐射光L0也在通过刻蚀二氧化硅薄膜层形成的孔的底面反射。这两束光干涉以产生干涉光L1，该干涉光通过窗口161，通过光纤222，传输至分光镜部件230。通过分光镜部件230对干涉光L1进行分光，并且作为照射在属于光电转换部件240的光电转换元件部分242的干涉光感光区域242-1上的干涉光光谱L1g。进一步的，此时，等离子光光谱L2g连续地照射在等离子光感光区域242-2上。
在将废弃电荷群Cj从干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2转移至遮光区域242-3后，在干涉光感光区域242-1对入射的干涉光光谱L1g进行光电转换，并产生电荷群C11。在等离子光感光区域242-2处，对入射的等离子光光谱L2g进行光电转化并产生电荷群C2。
将废弃电荷群Cj从遮光区域242-3转移至水平转移寄存器244。当完成对来自遮光区域242-3的废弃电荷群Cj转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将所存储的电荷作为光检测信号S240-4连续输出至计算处理部件250。
然后在步骤S07中(图12)，将在干涉光感光区域242-1中产生的电荷群C11和在等离子光感光区域242-2中产生的电荷群C2在Y方向上共同转移，并将其临时存储在遮光区域242-3中。此外，将存储在遮光区域242-3中的废弃电荷群Cj转移并存储在水平转移寄存器244中。当完成对来自遮光区域242-3的废弃电荷群Cj的转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将累积的电荷作为连续的光检测信号S240-5输出至计算处理部件250。
甚至在将干涉光感光区域242-1中产生的电荷群C11和等离子光感光区域242-2中产生的电荷群C2转移至遮光区域242-3之后，属于干涉光感光区域242-1的光电转换元件和属于等离子光感光区域242-2的光电转换元件还产生电荷群。然而，因为这些电荷群是在转移先前产生的电荷群C11和电荷群C2期间产生的，所以有顾虑可能将噪声分量混合在其中。因此将这些电荷群作为废弃电荷群Cj。
此后在步骤S08中(图13)，在从干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2转移至遮光区域242-3的电荷群中，电荷群C2被转移至水平转移寄存器244。水平转移寄存器244对每列(Y方向上的列)将电荷群C2累加并存储。
在将电荷群C2转移至水平转移寄存器244后，在光电转换元件部分242中将电荷群C11和废弃电荷群Cj按顺序转移。
当完成对来自遮光区域242-3的电荷群C2的转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将所存储的电荷作为连续的光检测信号S240-6输出至计算处理单元250。
进一步的，在先前的步骤S03和步骤S04中，水平转移寄存器244根据电荷群C2输出光检测信号S240-1和S240-2。因此在该步骤S08中计算处理部件250可能忽略由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-6。
然后在步骤S09中(图14)，将从干涉光感光区域242-1转移至遮光区域242-3的电荷群C11转移至水平转移寄存器244。水平转移寄存器244对每列(Y方向上的列)将电荷群C11相加并存储。
当将电荷群C11转移至水平转移寄存器244后，也将废弃电荷群Cj在光电转换元件部分242的Y方向上按照顺序转移。
当完成对来自遮光区域242-3的电荷群C11的转移时，水平转移寄存器244进行水平转移操作，并将所存储的电荷作为连续的光检测信号S240-7输出至计算处理单元250。
然后恰在步骤S10(图15)前，暂停来自光源210的辐射光L0的输出。然后当光源210未输出辐射光L0时(不产生干涉光L1的状态)，等离子光L10通过设置在处理室102上部的窗口16，进入光纤222，并对其进行观测。该等离子光L10通过分光镜部件230进行分光，并照射在属于光电转换部件240的光电转换元件部分242的干涉光感光区域242-1上。然后在干涉光感光区域242-1处将该等离子光光电转换为电荷群C10。
然而，等离子光光谱L2g持续的照射在等离子光感光区域242-2上，并在那里光电转化为电荷群C2。
上面的步骤S01-S10相当于观测干涉光L1和等离子光L2的一个循环。通过在刻蚀处理二氧化硅薄膜期间重复这些步骤S01-S10，用光电转换部件240能够有效而精确的测量干涉光L1和等离子光L2。
计算处理部件250，根据在每步中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240，进行特定的计算。
例如，计算处理部件250计算在步骤S05中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-3和在步骤S09中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-7之间的差别。根据该差别，在去掉等离子P的影响后得到干涉光L1的强度变化。该干涉光L1的强度的变化使得可以观测二氧化硅薄膜的刻蚀速率与检测刻蚀终点。
此外，等离子光光谱L2g始终照射在等离子光感光区域242-2上。属于等离子光感光区域242-2的多个光电转换元件持续的将等离子光光谱L2g转化为电荷。然而，在转移至遮光区域242-3期间，在干涉光感光区域242-1处产生的电荷群C10通过该等离子光感光区域242-2。因此在转移期间，电荷群C10受到在等离子光感光区域242-2中产生的电荷的影响。然而，在等离子蚀刻处理期间等离子光光谱L2g显示出不变的特性。进行刻蚀作为被处理层的二氧化硅薄膜，且主要的变化开始于当下层暴露出来的时间点。因此正如前面所提到的，通过计算在步骤S05中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-3和在步骤S09中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-7之间的差别，处理部件250去除等离子光光谱L2g的影响，其中该影响是在干涉光感光区域242-1中产生的电荷群C10通过等离子光感光区域242-2时产生的。这使得可以更精确的得到在干涉光感光区域242-1中产生的电荷群C10的量。
此外，通过比较在一个测量周期内的步骤S03中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-1和在接下来的测量周期内的步骤S03中由水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-1，就可以知道在特定波长λx的等离子光L2的强度。当该强度显著变化时，可以判断二氧化硅膜层(即受处理的层)暴露出来了。
通过在波长单位内分析在步骤S04中从水平转移寄存器244输出的光检测信号S240-2，就可以观测等离子P的状态。进一步的，允许该光检测信号S240-2包括在刻蚀装置100的其他测量位置得到的多个数据，并用于进行多变量分析。通过使用这些分析结果，实现了对刻蚀装置100的工作状态的实施观测。
正如前面说明的，通过根据本实施例的刻蚀装置100使用的光检测方法和刻蚀装置100，为属于光电转换部件240的光电转换元件部分242设置了多个感光区域(即干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2)。然后在干涉光感光区域242-1和等离子光感光区域242-2分别对所检测到的多束光(即干涉光L1和等离子光L2)进行感光。因此，可以用一个光电转换部件240有效而精确的测量和检测干涉光L1和等离子光L2。此外，可以减小刻蚀装置100的尺寸，其中该刻蚀装置能够测量来自多个光源的光。
尽管在参考光检测的优选的实施例的附图同时，说明了等离子处理装置和等离子处理装置的光检测方法，但是本发明不局限于这些实施例。本领域技术人员无疑的能够在专利的权利要求书范围内所提到的技术理念的范畴下，设想不同类型的改进的实施例或者修正的实施例，并且可以自然的认为这些改进同样属于本发明的技术范畴。
例如，尽管在本发明的实施例中测量了干涉光L1和等离子光L2，根据本实施例，也可以检测和测量其他光束。
此外，还可以将本发明应用在测量和检测3种和更多种类型的光的情况。在此情况下，根据被检测的光源的数目优选的划分光电转换元件区域。
也可以通过省略用于遮蔽设置在光电转换元件区域中的遮光区域的遮光装置，以简化装置的结构。通过预先得到照射在该区域上的光的特征，通过后续的计算处理，可以去除入射光对从干涉光感光区域和等离子光感光区域转移出来并通过遮光区域的电荷的影响。
根据上面详细说明的本发明，干涉光和等离子光分别通过各自的第一光路或第二光路到达光检测部件的光电转换元件区域。光电转换元件区域配置有干涉光感光区域和等离子光感光区域。干涉光照射在干涉光感光区域上，而等离子光照射在等离子光感光区域上。因此可以检测由多个被测量位置得到的多个独立的光学信号(干涉光和等离子光)，并且可以分析每个被测量位置的状态。
此外，根据本发明，在光电转换元件区域中配置遮光区域。通过将在干涉光感光区域和等离子光感光区域中光电转化的电荷群转移至遮光区域，就可以在干涉光感光区域持续接收干涉光，并可以在等离子光感光区域持续接收等离子光。

Claims (11)

1.一种等离子处理装置，用于对在处理室内的处理工件进行等离子处理，包括：
第一光路，用于传输干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光；
第二光路，用于传输在该处理室内形成的等离子所产生的等离子光；
分光镜部件，用于对该干涉光和该等离子光进行分光；以及
光电转换部件，具有构建为多个光电转换元件的二维阵列的光电转换元件区域，用于将来自该分光镜部件的入射光转化为电荷，以及电荷存储部件，用于存储从该光电转换元件区域转移过来的电荷，其中该光电转换部件的光电转换元件区域还包括：
干涉光感光区域，用于对在该分光镜部件处分光的该干涉光感光；以及
等离子光感光区域，用于对在该分光镜部件处分光的该等离子光感光，其中将由该等离子光光电转化得到的电荷群按时间划分区域，并存储在该电荷存储部件中，并且在由该等离子光光电转化得到的那些电荷群中，在一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数，与在另一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数不同。
2.根据权利要求1的等离子处理装置，其中将由属于该干涉光感光区域的光电转换元件所产生的电荷通过该等离子光感光区域传送至该电荷存储部件。
3.根据权利要求1的等离子处理装置，其中该光电转换元件区域还包括：
遮光区域，其既不与该干涉光感光区域重叠，也不与该等离子光感光区域重叠。
4.根据权利要求1的等离子处理装置，其中该等离子处理装置还包括：
计算处理部件，用于计算当该干涉光未照射在该干涉光感光区域上时由该干涉光感光区域产生的电荷量，以及当该干涉光照射在该干涉光感光区域上时由该干涉光感光区域产生的电荷量之间的差别。
5.一种等离子处理装置的光检测方法，其中用于对在处理室内的处理工件进行等离子处理的该等离子处理装置包括：第一光路，用于传输干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光，第二光路，用于传输在该处理室内形成的等离子所产生的等离子光，分光镜部件，用于对该干涉光和该等离子光分光，以及光电转换部件，其具有构建为多个光电转换元件的二维阵列的光电转换元件区域，用于将来自该分光镜部件的入射光转化为电荷，以及电荷存储部件，用于存储由该光电转换元件区域转移过来的电荷，其中该光检测方法包括：
在该光电转换元件区域内构建的干涉光感光区域中，接收已经由该分光镜部件分光的干涉光；以及
在该光电转换元件区域内构建、使得与该干涉光感光区域不重叠的等离子光感光区域中，接收已经由该分光镜部件分光的等离子光，以及将由等离子光光电转化得到的电荷群按时间划分区域，并存储在该电荷存储部件中，其中在由该等离子光光电转化得到的那些电荷群中，在一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数，与在另一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数不同。
6.根据权利要求5的等离子处理装置的光检测方法，还包括：
将由该干涉光光电转化得到的电荷群从该干涉光感光区域通过该等离子光感光区域传送。
7.根据权利要求5的等离子处理装置的光检测方法，其中该光电转换元件区域具有遮光区域，该遮光区域既不与该干涉光感光区域重叠，也不与该等离子光感光区域重叠。
8.根据权利要求5的等离子处理装置的光检测方法，还包括：
计算当该干涉光未照射在该干涉光感光区域上时由该干涉光感光区域产生的电荷量，与当该干涉光照射在该干涉光感光区域上时由该干涉光感光区域产生的电荷量之间的差别。
9.一种等离子处理装置，用于对在处理室内的处理工件进行等离子处理，包括：
第一光路，用于传输干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光；
第二光路，用于传输在该处理室内形成的等离子所产生的等离子光；
分光镜部件，用于对该干涉光和该等离子光进行分光；以及
光电转换部件，其包含光电转换元件区域，其中包括多个光电转换元件的二维阵列，用于将来自该分光镜部件的入射光转化为电荷，以及电荷存储部件，用于存储由该光电转换元件区域转移过来的电荷，其中该光电转换部件的光电转换元件区域还包括：
干涉光感光区域，用于对从该分光镜部件所分光的干涉光进行感光；以及
等离子光感光区域，用于对从该分光镜部件所分光的等离子光进行感光，其中将该分光的等离子光光电转化得到的电荷群按时间划分区域，并存储在该电荷存储部件中，并且在由分光的等离子光光电转化得到的那些电荷群中，在一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数，与在另一个时间区域期间产生存储在该电荷存储部件中的电荷群的该光电转换元件的行数不同。
10.一种在等离子处理装置中应用的光检测方法，用于对在处理室内的处理工件进行等离子处理的该等离子处理装置包括：第一光路，用于传输干涉光，其中通过光照射位于该处理室内的处理工件，在该处理工件的多个表面反射而得到该干涉光，第二光路，用于传输在该处理室内形成的等离子所产生的等离子光，分光镜部件，用于对该干涉光和该等离子光进行分光，以及光电转换部件，其具有构建为多个光电转换元件的二维阵列的光电转换元件区域，用于将来自该分光镜部件的入射光转化为电荷，以及电荷存储部件，用于存储由该光电转换元件区域转移的电荷，其中该光检测方法包括：
在该光电转换元件区域中建立的干涉光感光区域接收分光的干涉光；以及
在该光电转换元件区域中建立的等离子光感光区域接收分光的等离子光，使得该分光的等离子光不在该干涉光感光区域上接收；
按时间将通过对该分光的等离子光光电转化得到的电荷群至少细分为：通过产生电荷的该光电转换元件的第一行数得到的第一细分电荷群，和通过产生电荷的该光电转换元件的第二行数得到的第二细分电荷群，其中该第一行数不同于该第二行数；
在该电荷存储部件中存储该第一细分电荷群；和
在该电荷存储部件中存储该第二细分电荷群。
11.根据权利要求10的等离子处理装置的光检测方法，还包括：
将由光电转化该干涉光得到的电荷群通过该等离子光感光区域，从该干涉光感光区域转移至该电荷存储部件。
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