TWI752523B

TWI752523B - 光譜檢測設備、終點檢測系統和方法

Info

Publication number: TWI752523B
Application number: TW109119708A
Authority: TW
Inventors: 伊凡比久科夫
Original assignee: 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2022-01-11
Also published as: CN112213272A; CN112213272B; TW202102822A

Abstract

本發明提供了一種光譜檢測設備、終點檢測系統和方法，包括衍射光柵、圖像感測器以及位於衍射光柵和圖像感測器之間的擋板，擋板具有至少一個狹縫；衍射光柵用於將入射光分成多個光分量；狹縫的位置與一個光分量的位置對應，狹縫朝向圖像感測器的一側具有光學透鏡，光學透鏡用於對光分量進行擴束；圖像感測器用於採集擴束後的光分量，以獲得光分量對應的特徵光譜的光強。由於狹縫的位置與光分量的位置對應，且狹縫朝向圖像感測器的一側具有光學透鏡，因此，可以藉由光學透鏡擴束，擴大光分量在圖像感測器上的投影面積，使得圖像感測器利用更多的像素來採集光分量，從而可以採用較低的成本提高圖像感測器的信噪比，提高終點檢測系統的檢測靈敏度。

Description

光譜檢測設備、終點檢測系統和方法

本發明涉及半導體技術領域，更具體地說，涉及一種光譜檢測設備、終點檢測系統和方法。

隨著半導體製造製程的發展，人們對元器件整合度和性能的要求越來越高。由於蝕刻的精準度直接關係到元器件的特徵尺寸和性能，因此，人們通常給蝕刻製程配備終點檢測系統（End Point Detector，簡稱EPD），以跟蹤製程進程，判斷蝕刻終點。

習知技術中，終點檢測系統主要藉由光學檢測、驅動馬達電流檢測、溫度檢測等方法進行終點檢測。其中，光學發射光譜法（Optical Emission Spectroscopy，簡稱OES）是最常用也是最有效的光學檢測方法，其藉由光譜檢測設備對被蝕刻物體蝕刻時產生的光譜進行實時檢測，由於蝕刻到不同材料時光譜會出現明顯的變化，因此，藉由連續監測光譜就可以判斷當前蝕刻材料是否被完全蝕刻掉，即判斷是否到達蝕刻終點。

但是，習知的光譜檢測設備的信噪比較低，導致習知的採用OES方法的終點檢測系統的檢測靈敏度較低，不利用蝕刻終點的準確檢測。

有鑑於此，本發明提供了一種光譜檢測設備、終點檢測系統和方法，以提高光譜檢測設備的信噪比。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種光譜檢測設備，用於對電漿進行光譜檢測，包括衍射光柵、圖像感測器以及位於所述衍射光柵和圖像感測器之間的擋板，所述擋板具有至少一個狹縫；

所述衍射光柵用於將入射光分成沿一特定方向依次排列的多個光分量，每個所述光分量中的光束具有不同的波長；

所述狹縫的位置與一個所述光分量的位置對應，所述狹縫朝向所述圖像感測器的一側具有光學透鏡，所述光學透鏡用於對與所述狹縫位置對應的光分量進行擴束；

所述圖像感測器用於採集擴束後的所述光分量，以獲得所述擴束後的光分量對應的特徵光譜的光強。

可選地，所述擋板具有第一狹縫；所述多個光分量包括第一光分量；

所述第一狹縫的位置與所述第一光分量的位置對應，所述第一狹縫朝向所述圖像感測器的一側具有第一光學透鏡，所述第一光學透鏡用於對所述第一光分量進行擴束；

所述圖像感測器用於採集擴束後的所述第一光分量獲得所述第一光分量對應的第一特徵光譜的光強。

可選地，所述擋板具有第二狹縫；所述多個光分量包括第二光分量；

所述第二狹縫的位置與所述第二光分量的位置對應，所述第二狹縫朝向所述圖像感測器的一側具有第二光學透鏡，所述第二光學透鏡用於對所述第二光分量進行擴束；

所述圖像感測器用於採集擴束後的所述第二光分量獲得所述第二光分量對應的第二特徵光譜的光強。

可選地，所述擋板具有第一狹縫和第二狹縫；所述多個光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述圖像感測器用於採集擴束後的所述第一光分量獲得所述第一光分量對應的第一特徵光譜的光強，採集擴束後的所述第二光分量獲得所述第二光分量對應的第二特徵光譜的光強，以根據所述第一特徵光譜的光強與所述第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。

可選地，所述擋板具有可移動的第三狹縫；所述多個光分量包括第一光分量和第二光分量；

所述第三狹縫包括第一位置和第二位置，所述第一位置與所述第一光分量的位置對應，所述第二位置與所述第二光分量的位置對應；

所述第三狹縫朝向所述圖像感測器的一側具有第三光學透鏡，所述第三光學透鏡隨所述第三狹縫移動，用於對所述第一光分量和所述第二光分量進行擴束；

可選地，還包括反光鏡；

所述反光鏡圍繞所述光分量在所述圖像感測器上的投影設置，且所述反光鏡在所述擋板和所述圖像感測器之間延伸。

一種終點檢測系統，包括第一光譜檢測設備、第二光譜檢測設備、分光元件和處理元件；

所述分光元件用於將被蝕刻物體蝕刻時產生的光線分成第一光線和第二光線，並使所述第一光線入射到所述第一光譜檢測設備，使所述第二光線入射到所述第二光譜檢測設備，所述被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層；

所述第一光譜檢測設備為如上所述的光譜檢測設備；所述第一光譜檢測設備用於根據所述第一光線獲得第一特徵光譜的光強，所述第一特徵光譜為所述第一介質層的特徵光譜；

所述第二光譜檢測設備為如上所述的光譜檢測設備；所述第二光譜檢測設備用於根據所述第二光線獲得第二特徵光譜的光強，所述第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；

所述處理元件用於根據所述第一特徵光譜的光強與所述第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達所述第一介質層的蝕刻終點。

可選地，所述分光元件的分光比為1:1。

一種終點檢測方法，應用於如上所述的終點檢測系統，所述方法包括：

分光元件將被蝕刻物體蝕刻時產生的光線分成第一光線和第二光線，並使所述第一光線入射到第一光譜檢測設備，使所述第二光線入射到第二光譜檢測設備，所述被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層；

所述第一光譜檢測設備根據所述第一光線獲得第一特徵光譜的光強，所述第一特徵光譜為所述第一介質層的特徵光譜；

所述第二光譜檢測設備根據所述第二光線獲得第二特徵光譜的光強，所述第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；

處理元件根據所述第一特徵光譜的光強與所述第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達所述第一介質層的蝕刻終點。

一種終點檢測系統，包括光譜檢測設備和處理元件；

所述光譜檢測設備為如上所述的光譜檢測設備；所述光譜檢測設備用於根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強，所述被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層，所述第一特徵光譜為所述第一介質層的特徵光譜，所述第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；

光譜檢測設備根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強，所述被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層，所述第一特徵光譜為所述第一介質層的特徵光譜，所述第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；

可選地，當所述擋板具有可移動的第三狹縫時，光譜檢測設備根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強包括：

衍射光柵將採集的被蝕刻物體蝕刻時產生的光分成沿一特定方向依次排列的多個光分量，每個所述光分量中的光束具有不同的波長，其中，所述多個光分量包括第一光分量和第二光分量；

使所述第三狹縫位於第一位置，第三光學透鏡對第一光分量進行擴束，圖像感測器採集擴束後的第一光分量獲得所述第一光分量對應的第一特徵光譜的光強；

使所述第三狹縫位於第二位置，第三光學透鏡對第二光分量進行擴束，所述圖像感測器採集擴束後的第二光分量獲得所述第二光分量對應的第二特徵光譜的光強。

與習知技術相比，本發明所提供的技術方案具有以下優點：

本發明所提供的光譜檢測設備、終點檢測系統和方法，在衍射光柵和圖像感測器之間設置了擋板，該擋板具有狹縫，該狹縫的位置與需要採集的光分量的位置對應，且狹縫朝向圖像感測器的一側具有光學透鏡，該光學透鏡用於對光分量進行擴束，以擴大光分量在圖像感測器上的投影面積，使得圖像感測器利用更多的像素來採集光分量，從而可以採用較低的成本提高圖像感測器的信噪比，進而可以提高終點檢測系統的檢測靈敏度。

正如背景技術，習知的光譜檢測設備的信噪比較低。如第1圖所示，習知的一種光譜檢測設備包括衍射光柵11和圖像感測器12，如第2圖所示，衍射光柵11用於將被蝕刻物體10發出的光線分成沿Z方向依次排列的多個光分量，每個光分量具有各自的特定波長。圖像感測器12用於採集多個光分量中的兩個光分量A和B，其中，一個光分量A包括正在蝕刻的第一介質層101的第一特徵光譜，另一個光分量B包括第一介質層101底部的第二介質層102的第二特徵光譜。由於對第一介質層101進行蝕刻時第一特徵光譜的光強較大，對第二介質層102進行蝕刻時第二特徵光譜的光強較大，因此，藉由對這兩個特徵光譜的光強進行對比，即可判斷正在蝕刻的第一介質層101是否到達了蝕刻終點。

但是，由於第一特徵光譜和第二特徵光譜的頻譜寬度較窄，約為20nm，因此，圖像感測器12中僅有6%的有效像素用來採集所需的光分量A和B，其餘像素採集的信號都作為噪音干擾需要去除，從而使得圖像感測器12的信噪比較低，使得終點檢測系統的檢測靈敏度較低。

基於此，本發明提供了一種光譜檢測設備，以克服習知技術存在的上述問題，包括衍射光柵、圖像感測器以及位於衍射光柵和圖像感測器之間的擋板，擋板具有至少一個狹縫；

衍射光柵用於將入射光分成沿一特定方向依次排列的多個光分量，每個所述光分量中的光束具有不同的波長；

狹縫的位置與一個光分量的位置對應，狹縫朝向圖像感測器的一側具有光學透鏡，光學透鏡用於對一個光分量進行擴束；

圖像感測器用於採集擴束後的一個光分量，以獲得一個光分量對應的特徵光譜的光強。

本發明提供的光譜檢測設備、終點檢測系統和方法，在衍射光柵和圖像感測器之間設置了擋板，該擋板具有狹縫，該狹縫的位置與需要採集的光分量的位置對應，且狹縫朝向圖像感測器的一側具有光學透鏡，該光學透鏡用於對光分量進行擴束，以擴大光分量在圖像感測器上的投影面積，使得圖像感測器利用更多的像素來採集光分量，從而可以採用較低的成本提高圖像感測器的信噪比，提高終點檢測系統的檢測靈敏度。

以上是本發明的核心思想，為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，所屬技術領域具有通常知識者在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本發明保護的範圍。

本發明實施例提供了一種光譜檢測設備，如第3圖所示，包括衍射光柵31、圖像感測器32以及位於衍射光柵31和圖像感測器32之間的擋板33，該擋板33具有至少一個狹縫330，當然，本發明實施例中的光譜檢測設備還包括改變光路的反射鏡等器件，在此不再贅述。

其中，衍射光柵31用於將光源30發出的入射光分成沿一特定方向依次排列的多個光分量，每個光分量中的光束具有不同的波長。多個光分量的排列方式可以為沿Z方向從上往下依次排列，也可以從紙面內往紙面外依次排列，本發明實施例中僅以沿Z方向從上往下依次排列為例進行說明，但並不僅限於此，其中多個光分量的排列方向由衍射光柵31的光柵結構決定。

需要說明的是，本發明實施例中的光源30可以是面向電漿處理腔的光學接收器，使得電漿處理腔中產生的光被接收器接收後經過光纖傳導進入本發明的光譜檢測裝置。電漿處理腔中發出的光譜會隨著蝕刻材料層、蝕刻氣體、反應副產物成分的變化而變化。

本發明實施例中，每個狹縫330的位置與一個光分量的位置對應，其中，狹縫330能夠透光，而狹縫330四周的擋板能夠遮光，也就是說，狹縫330的作用是透射位置對應的光分量。並且，狹縫330朝向圖像感測器32的一側具有光學透鏡331，如第4圖所示，光學透鏡在擋板33上的投影完全覆蓋狹縫330，該光學透鏡331用於對狹縫330位置對應的光分量進行擴束，以擴大該光分量在圖像感測器32上的投影面積，使得圖像感測器32利用更多的像素來採集該光分量，從而提高了圖像感測器32的信噪比，提高了終點檢測系統的檢測靈敏度。可選地，光學透鏡331為散射透鏡。

需要說明的是，當多個光分量從上往下排列時，狹縫330為橫向寬度大於縱向寬度的條狀狹縫，當多個光分量為從左往右排列時，狹縫330為橫向寬度小於縱向寬度的條狀狹縫，以藉由狹縫330使所需的光分量透射至圖像感測器32上，使不需要的光分量不能透射至圖像感測器32上，以避免擴束後的光分量與其他光分量混淆，影響圖像感測器32的檢測精準度。還需要說明的是，本發明實施例中狹縫330的位置可以根據需要設定，以便採集所需的光譜。

本發明實施例中，圖像感測器32用於採集擴束後的光分量，以獲得擴束後的光分量對應的特徵光譜的光強。可選地，圖像感測器32為CCD（Charge-coupled Device，電荷耦合元件）。可選地，本發明實施例中的光譜檢測設備為光譜儀。當然，本發明並不僅限於此。

本發明實施例中，在衍射光柵31和圖像感測器32之間設置了擋板33，該擋板33具有狹縫330，該狹縫330的位置與需要採集的光分量的位置對應，且狹縫330朝向圖像感測器32的一側具有光學透鏡331，該光學透鏡331用於對光分量進行擴束，以擴大光分量在圖像感測器32上的投影面積，使得圖像感測器32利用更多的像素來採集光分量，由於圖像感測器32的信噪比與像素數的平方根成比例增加，因此，可以藉由增大圖像感測器32利用的像素數增大圖像感測器32的信噪比，並且，本發明實施例中，擋板33和光學透鏡331的成本較低，也就是說，本發明實施例中採用較低的成本提高了圖像感測器32的信噪比，提高了終點檢測系統的檢測靈敏度。

在本發明的另一實施例中，如第3圖所示，擋板33具有兩個狹縫，這兩個狹縫分別是第一狹縫330a和第二狹縫330b，衍射光柵31分成的多個光分量包括第一光分量A和第二光分量B。

其中，第一狹縫330a的位置與第一光分量A的位置對應，第一狹縫330a朝向圖像感測器32的一側具有第一光學透鏡331a，第一光學透鏡331a用於對第一光分量A進行擴束。

第二狹縫330b的位置與第二光分量B的位置對應，第二狹縫330b朝向圖像感測器32的一側具有第二光學透鏡331b，第二光學透鏡331b用於對第二光分量B進行擴束。

圖像感測器32用於採集擴束後的第一光分量A，獲得第一光分量A對應的第一特徵光譜的光強，採集擴束後的第二光分量B，獲得第二光分量B對應的第二特徵光譜的光強，以根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。

由於第一特徵光譜是第一介質層的特徵光譜，第二特徵光譜是第一介質層底部的第二介質層的特徵光譜，且在對第一介質層進行蝕刻時，第一特徵光譜與第二特徵光譜的光強之比在第一範圍內，當第一介質層蝕刻完對第二介質層蝕刻時，第一特徵光譜與第二特徵光譜的光強之比在第二範圍內，基於此，只要獲得第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，並將該光強之比與第一範圍和第二範圍進行對比，若在第一範圍內，且接近第一範圍的邊界值，則第一介質層即將被蝕刻完，也就是即將到達第一介質層的蝕刻終點，若在第二範圍內，則第一介質層已經蝕刻完成，也就是已經到達蝕刻終點。

在本發明的另一實施例中，如第5圖所示，擋板33具有一個可移動的第三狹縫330c，衍射光柵31分成的多個光分量包括第一光分量A和第二光分量B。

其中，第三狹縫330c包括第一位置a和第二位置b，第一位置a與第一光分量A的位置對應，第二位置b與第二光分量B的位置對應。

第三狹縫330c朝向圖像感測器32的一側具有第三光學透鏡331c，第三光學透鏡331c隨第三狹縫330c移動，用於對第一光分量A和第二光分量B進行擴束。

圖像感測器32用於採集擴束後的第一光分量獲得第一光分量對應的第一特徵光譜的光強，採集擴束後的第二光分量獲得第二光分量對應的第二特徵光譜的光強，以根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。

也就是說，當第三狹縫330c移動到第一位置a時，第三光學透鏡331c隨第三狹縫330c移動到第一位置a，第三狹縫330c的位置與第一光分量A的位置對應，第三光學透鏡331c對第一光分量A進行擴束，圖像感測器32採集擴束後的第一光分量A獲得第一光分量A對應的第一特徵光譜的光強；

當第三狹縫330c移動到第二位置b時，第三光學透鏡331c隨第三狹縫330c移動到第二位置b，第三狹縫330c的位置與第二光分量B的位置對應，第三光學透鏡331c對第二光分量B進行擴束，圖像感測器32採集擴束後的第二光分量B獲得第二光分量B對應的第二特徵光譜的光強。

本實施例中，可以藉由馬達等驅動部件帶動擋板33在Z方向上移動，來改變第三狹縫330c的位置，當然，本發明並不僅限於此，在其他實施例中，也可以在第一位置a和第二位置b分別設置一個狹縫，並藉由遮擋其中一個狹縫，來實現第三狹縫330c在第一位置a和第二位置b之間的移動。

此外，本實施例中，可以根據預設時間或特徵光譜的光強等，控制第三狹縫330c的移動時間。例如，在開始蝕刻時，先令第三狹縫330c處於第一位置a，採集第一特徵光譜的光強，當到達預設時間或第一特徵光譜的光強達到預設值後，移動第三狹縫330c，使第三狹縫330c處於第二位置b，採集第二特徵光譜的光強。

在本發明的一個實施例中，如第6圖所示，一個光譜檢測設備中的擋板33僅具有一個狹縫，即擋板具有第一狹縫330a；多個光分量包括第一光分量A。

第一狹縫330a的位置與第一光分量A的位置對應，第一狹縫330a朝向圖像感測器32的一側具有第一光學透鏡331a，第一光學透鏡331a用於對第一光分量A進行擴束；圖像感測器32用於採集擴束後的第一光分量A，獲得第一光分量A對應的第一特徵光譜的光強。

在本發明的另一個實施例中，如第7圖所示，另一個光譜檢測設備中的擋板33具有第二狹縫330b；多個光分量包括第二光分量B。

圖像感測器32用於採集擴束後的第二光分量B獲得第二光分量B對應的第二特徵光譜的光強。

也就是說，本發明實施例中可以藉由一個光譜檢測設備獲得第一特徵光譜的光強，藉由另一個光譜檢測設備獲得第二特徵光譜的光強，然後再根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。

可選地，如第8圖所示，本發明實施例中的光譜檢測設備還包括反光鏡332；反光鏡332圍繞光分量在圖像感測器32上的投影設置，且反光鏡332在擋板33和圖像感測器32之間延伸。

具體地，反光鏡332不僅圍繞光分量A在圖像感測器32上的投影，還圍繞光分量B在圖像感測器32上的投影。基於此，被圖像感測器32反射逸出的光被反光鏡332反射回圖像感測器32上，從而可以減少光損失。

本發明實施例還提供了一種終點檢測系統，如第9圖所示，包括光譜檢測設備和處理元件。可選地，本發明實施例中的光譜檢測設備為光譜儀，處理元件為處理器或電腦等。

其中，光譜檢測設備為第3圖所示的光譜檢測設備，也就是說，光譜檢測設備中的擋板33具有第一狹縫330a和第二狹縫330b。或者，光譜檢測設備為第5圖所示的光譜檢測設備，該光譜檢測設備具有可移動的第三狹縫330c。

該光譜檢測設備用於根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜λ1的光強和第二特徵光譜λ2的光強，被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層301和第二介質層302，如第10圖所示，第一特徵光譜λ1為第一介質層301的特徵光譜，第二特徵光譜λ2為第二介質層302的特徵光譜，其中，在蝕刻方向上依次排列是指對第一介質層301蝕刻完後會對第二介質層302進行蝕刻。處理元件用於根據第一特徵光譜λ1的光強與第二特徵光譜λ2的光強之比，判斷是否到達第一介質層301的蝕刻終點。

本發明實施例中，藉由在衍射光柵和圖像感測器之間設置具有狹縫的擋板，且狹縫處具有放大光束的光學透鏡，從而可以採用較低的成本提高光譜檢測設備的信噪比，提高終點檢測系統的靈敏度。雖然習知技術中也有藉由算法或採用昂貴的高靈敏度的圖像感測器提高終點檢測系統的靈敏度的方案，但是，與其相比，本發明實施例中的高信噪比的光譜檢測設備的成本較低。

本發明實施例還提供了一種終點檢測方法，應用於第9圖所示的終點檢測系統，如第11圖所示，方法包括：

S101：光譜檢測設備根據被蝕刻物體蝕刻時發出的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強，被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層，第一特徵光譜為第一介質層的特徵光譜，第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；

S102：處理元件根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達第一介質層的蝕刻終點。

具體地，被蝕刻物體如第一介質層被蝕刻時，被蝕刻的材料會被射頻電場激發解離形成電漿，發射的光被光譜檢測設備採集後，會獲得各個波長的光譜的光強，從其中可以獲得需要的第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強，之後處理元件根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，即可判斷是否到達第一介質層的蝕刻終點。

當光譜檢測設備為第3圖所示的光譜檢測設備時，光譜檢測設備根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強包括：

衍射光柵31將採集的被蝕刻物體蝕刻時產生的光分成沿特定方向Z依次排列的多個光分量，每個光分量中的光束具有不同的波長，其中，多個光分量包括第一光分量A和第二光分量B；第一狹縫330a透射第一光分量A，第一光學透鏡331a對第一光分量A進行擴束，第二狹縫330b透射第二光分量B，第二光學透鏡331b對第二光分量B進行擴束；圖像感測器32採集擴束後的第一光分量A，獲得第一光分量A對應的第一特徵光譜的光強，採集擴束後的第二光分量B，獲得第二光分量B對應的第二特徵光譜的光強。

當光譜檢測設備為第5圖所示的光譜檢測設備時，即當擋板33具有可移動的第三狹縫330c時，光譜檢測設備根據被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得第一特徵光譜的光強和第二特徵光譜的光強包括：

衍射光柵31將採集的被蝕刻物體蝕刻時產生的光分成沿特定方向Z依次排列的多個光分量，每個光分量中的光束具有不同的波長，其中，多個光分量包括第一光分量A和第二光分量B；

使第三狹縫330c位於第一位置a，第三光學透鏡331c對第一光分量A進行擴束，圖像感測器32採集擴束後的第一光分量A獲得第一光分量A對應的第一特徵光譜的光強；

使第三狹縫330c位於第二位置b，第三光學透鏡331c對第二光分量B進行擴束，圖像感測器32採集擴束後的第二光分量B獲得第二光分量B對應的第二特徵光譜的光強。

本發明實施例還提供了一種終點檢測系統，如第12圖所示，包括第一光譜檢測設備、第二光譜檢測設備、分光元件和處理元件。可選地，本發明實施例中的第一光譜檢測設備和第二光譜檢測設備都為光譜儀，處理元件為處理器或電腦等。

其中，分光元件用於將被蝕刻物體蝕刻時產生的光線分成第一光線和第二光線，並使第一光線入射到第一光譜檢測設備，使第二光線入射到第二光譜檢測設備；可選地，分光元件的分光比為1:1，也就是說，分光元件將發出的光線中的一半光線分給了第一光譜檢測設備，將另一半光線分給了第二光譜檢測設備。

第一光譜檢測設備為第6圖所示的光譜檢測設備；第一光譜檢測設備用於根據第一光線獲得第一特徵光譜λ1的光強，第一特徵光譜λ1為第一介質層301的特徵光譜；

第二光譜檢測設備為第7圖的光譜檢測設備；第二光譜檢測設備用於根據第二光線獲得第二特徵光譜λ2的光強，第二特徵光譜λ2為第二介質層302的特徵光譜，第二介質層302在蝕刻方向上位於第一介質層301的底部；

處理元件用於根據第一特徵光譜λ1的光強與第二特徵光譜λ2的光強之比，判斷是否到達第一介質層301的蝕刻終點。

本發明實施例還提供了一種終點檢測方法，如第13圖所示，應用於第12圖所示的終點檢測系統，方法包括：

S201：分光元件將被蝕刻物體蝕刻時發出的光線分成第一光線和第二光線，並使第一光線入射到第一光譜檢測設備，使第二光線入射到第二光譜檢測設備，被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的第一介質層和第二介質層；

S202：第一光譜檢測設備根據第一光線獲得第一特徵光譜的光強，第一特徵光譜為第一介質層的特徵光譜；

S203：第二光譜檢測設備根據第二光線獲得第二特徵光譜的光強，第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜，第二介質層在蝕刻方向上位於第一介質層的底部；

S204：處理元件根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達第一介質層的蝕刻終點。

具體地，被蝕刻物體如第一介質層被蝕刻時，被蝕刻的材料會被射頻電場激發解離形成電漿，發射的光被分光元件分成第一光線和第二光線，並使第一光線入射到第一光譜檢測設備，使第二光線入射到第二光譜檢測設備，之後第一光譜檢測設備根據第一光線獲得第一特徵光譜的光強，第二光譜檢測設備根據第二光線獲得第二特徵光譜的光強，處理元件根據第一特徵光譜的光強與第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達第一介質層的蝕刻終點。其中，光譜檢測設備獲得特徵光譜光強的過程與上類似，在此不再贅述。

需要說明的是，若判定到達第一介質層的蝕刻終點之後，處理元件可以發出提示，提醒工作人員停止蝕刻設備，或處理元件可以直接控制蝕刻設備停止工作，以保證蝕刻精準度，避免出現過蝕刻的情況。

還需要說明的是，本發明實施例中不僅可以藉由設置狹縫和光學透鏡提高終點檢測系統的檢測靈敏度，還可以藉由提高衍射光柵31的精度提高終點檢測系統的檢測靈敏度，在此不再贅述。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。

10:被蝕刻物體 11:衍射光柵 12:圖像感測器 30:光源 31:衍射光柵 32:圖像感測器 33:擋板 101:第一介質層 102:第二介質層 301:第一介質層 302:第二介質層 330:狹縫 330a:第一狹縫 330b:第二狹縫 330c:第三狹縫 331:光學透鏡 331a:第一光學透鏡 331b:第二光學透鏡 331c:第三光學透鏡 332:反光鏡 A:第一光分量 a:第一位置 B:第二光分量 b:第二位置 S101、S102、S201、S202、S203、S204:步驟 Z:方向

為了更清楚地說明本發明實施例或習知技術中的技術方案，下面將對實施例或習知技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本發明的實施例，對於所屬技術領域具有通常知識者而言，在不付出進步性勞動的前提下，還可以根據提供的圖式獲得其他的圖式。第1圖為習知的一種光譜檢測設備的結構示意圖；第2圖為第1圖所示的多個光分量的排列方式示意圖；第3圖為本發明實施例提供的一種光譜檢測設備的結構示意圖；第4圖為第3圖所示擋板的局部結構放大圖；第5圖為本發明實施例提供的另一種光譜檢測設備的結構示意圖；第6圖為本發明實施例提供的另一種光譜檢測設備的結構示意圖；第7圖為本發明實施例提供的另一種光譜檢測設備的結構示意圖；第8圖為本發明實施例提供的另一種光譜檢測設備的結構示意圖；第9圖為本發明實施例提供的一種終點檢測系統的結構示意圖；第10圖為本發明實施例提供的一種特徵光譜的曲線圖；第11圖為本發明實施例提供的一種終點檢測方法的流程圖；第12圖為本發明實施例提供的另一種終點檢測系統的結構示意圖；第13圖為本發明實施例提供的另一種終點檢測方法的流程圖。

30:光源

31:衍射光柵

32:圖像感測器

330:狹縫

330a:第一狹縫

330b:第二狹縫

331:光學透鏡

331a:第一光學透鏡

331b:第二光學透鏡

A:第一光分量

B:第二光分量

Z:方向

Claims

一種光譜檢測設備，用於對電漿進行光譜檢測，其包括一衍射光柵、一圖像感測器以及位於該衍射光柵和該圖像感測器之間的一擋板，該擋板具有至少一個狹縫；該衍射光柵用於將入射光分成沿一特定方向依次排列的複數個光分量，該複數個光分量中的每一個光束具有不同的波長；該狹縫的位置與該複數個光分量中的一個光分量的位置對應，該狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一光學透鏡，該光學透鏡用於對與該狹縫位置對應的光分量進行擴束；該圖像感測器用於採集一擴束後的光分量，以獲得該擴束後的光分量對應的特徵光譜的光強。
如請求項1所述的設備，其中該擋板具有一第一狹縫；該複數個光分量包括一第一光分量；該第一狹縫的位置與該第一光分量的位置對應，該第一狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一第一光學透鏡，該第一光學透鏡用於對該第一光分量進行擴束；該圖像感測器用於採集一擴束後的第一光分量獲得該擴束後的第一光分量對應的第一特徵光譜的光強。
如請求項1所述的設備，其中該擋板具有一第二狹縫；該複數個光分量包括一第二光分量；該第二狹縫的位置與該第二光分量的位置對應，該第二狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一第二光學透鏡，該第二光學透鏡用於對該第二光分量進行擴束；該圖像感測器用於採集一擴束後的第二光分量獲得該擴束後的第二光分量對應的第二特徵光譜的光強。
如請求項1所述的設備，其中該擋板具有一第一狹縫和一第二狹縫；該複數個光分量包括一第一光分量和一第二光分量；該第一狹縫的位置與該第一光分量的位置對應，該第一狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一第一光學透鏡，該第一光學透鏡用於對該第一光分量進行擴束；該第二狹縫的位置與該第二光分量的位置對應，該第二狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一第二光學透鏡，該第二光學透鏡用於對該第二光分量進行擴束；該圖像感測器用於採集一擴束後的第一光分量獲得該擴束後的第一光分量對應的一第一特徵光譜的光強，採集一擴束後的第二光分量獲得該擴束後的第二光分量對應的一第二特徵光譜的光強，以根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。
如請求項1所述的設備，其中該擋板具有可移動的一第三狹縫；該複數個光分量包括一第一光分量和一第二光分量；該第三狹縫包括一第一位置和一第二位置，該第一位置與該第一光分量的位置對應，該第二位置與該第二光分量的位置對應；該第三狹縫朝向該圖像感測器的一側具有一第三光學透鏡，該第三光學透鏡隨該第三狹縫移動，用於對該第一光分量和該第二光分量進行擴束；該圖像感測器用於採集一擴束後的第一光分量獲得該擴束後的第一光分量對應的一第一特徵光譜的光強，採集一擴束後的該第二光分量獲得該擴束後的第二光分量對應的一第二特徵光譜的光強，以根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達蝕刻終點。
如請求項1至5中任一項所述的設備，其進一步包括一反光鏡；該反光鏡圍繞該光分量在該圖像感測器上的投影設置，且該反光鏡在該擋板和該圖像感測器之間延伸。
一種終點檢測系統，其包括一第一光譜檢測設備、一第二光譜檢測設備、一分光元件和一處理元件；該分光元件用於將一被蝕刻物體蝕刻時產生的光線分成一第一光線和一第二光線，並使該第一光線入射到該第一光譜檢測設備，使該第二光線入射到該第二光譜檢測設備，該被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的一第一介質層和一第二介質層；該第一光譜檢測設備為如請求項2所述的光譜檢測設備；該第一光譜檢測設備用於根據該第一光線獲得一第一特徵光譜的光強，該第一特徵光譜為該第一介質層的特徵光譜；該第二光譜檢測設備為如請求項3所述的光譜檢測設備；該第二光譜檢測設備用於根據該第二光線獲得一第二特徵光譜的光強，該第二特徵光譜為第二介質層的特徵光譜；該處理元件用於根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達該第一介質層的蝕刻終點。
如請求項7所述的系統，其中該分光元件的分光比為1:1。
一種終點檢測方法，其應用於如請求項7或8所述的終點檢測系統，該方法包括：該分光元件將該被蝕刻物體蝕刻時產生的光線分成該第一光線和該第二光線，並使該第一光線入射到該第一光譜檢測設備，使該第二光線入射到該第二光譜檢測設備，該被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的該第一介質層和該第二介質層；該第一光譜檢測設備根據該第一光線獲得該第一特徵光譜的光強，該第一特徵光譜為該第一介質層的特徵光譜；該第二光譜檢測設備根據該第二光線獲得該第二特徵光譜的光強，該第二特徵光譜為該第二介質層的特徵光譜；該處理元件根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達該第一介質層的蝕刻終點。
一種終點檢測系統，其包括一光譜檢測設備和一處理元件；該光譜檢測設備為如請求項4或5所述的光譜檢測設備；該光譜檢測設備用於根據一被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得該第一特徵光譜的光強和該第二特徵光譜的光強，該被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的一第一介質層和一第二介質層，該第一特徵光譜為該第一介質層的特徵光譜，該第二特徵光譜為該第二介質層的特徵光譜；該處理元件用於根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達該第一介質層的蝕刻終點。
一種終點檢測方法，其應用於如請求項10所述的終點檢測系統，該方法包括：該光譜檢測設備根據該被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得該第一特徵光譜的光強和該第二特徵光譜的光強，該被蝕刻物體包括在蝕刻方向上依次排列的該第一介質層和該第二介質層，該第一特徵光譜為該第一介質層的特徵光譜，該第二特徵光譜為該第二介質層的特徵光譜；該處理元件根據該第一特徵光譜的光強與該第二特徵光譜的光強之比，判斷是否到達該第一介質層的蝕刻終點。
如請求項11所述的方法，其中，當該擋板具有可移動的一第三狹縫時，該光譜檢測設備根據該被蝕刻物體蝕刻時產生的光線獲得該第一特徵光譜的光強和該第二特徵光譜的光強包括：該衍射光柵將採集的該被蝕刻物體蝕刻時產生的光分成沿一特定方向依次排列的複數個光分量，該複數個光分量中的每一個光束具有不同的波長，其中，該複數個光分量包括一第一光分量和一第二光分量；使該第三狹縫位於一第一位置，一第三光學透鏡對該第一光分量進行擴束，該圖像感測器採集一擴束後的第一光分量獲得該擴束後的第一光分量對應的第一特徵光譜的光強；使該第三狹縫位於一第二位置，該第三光學透鏡對該第二光分量進行擴束，該圖像感測器採集一擴束後的第二光分量獲得該擴束後的第二光分量對應的第二特徵光譜的光強。