(57)【要約】      （修正有）【課題】処理の進行の度合いを高精度に推定して歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置に設けたウエハの表面からの干渉光を検出する検出器を、前記ウエハへ複数の波長の光を放射する複数個の光源２０１、２０２、２０３と、これら複数個の光源からの光が内部を伝達する光ファイバー１０６と、この光ファイバーから出射される光が透過する少なくとも１つのコリメーターレンズ１０７とから構成するとともに、前記コリメーターレンズ１０７側の出射側端部に配置された複数本の光ファイバーを、最も長い波長域の光を伝達するものと連結された中央部に配置された中央側ファイバー２０４とこれを囲んで外周側に配置され最も短い波長域の光を伝達するものと連結された外周側ファイバー２０６とから構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部に配置され減圧された内部でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され前記プラズマを用いた処理の対象であるウエハが載せられる載置台と、前記処理中に前記ウエハの表面からの干渉光を検出する検出器とを備え、当該検出器からの出力を用いて当該処理の進行の度合いを検出する機能を備えたプラズマ処理装置であって、
前記ウエハへ複数の波長の光を放射する複数個の光源と、これら複数個の光源からの光が内部を伝達する光ファイバーと、この光ファイバーから出射される光が透過する少なくとも１つのコリメーターレンズとを備え、前記光ファイバーは、前記複数の光源に近接した側に配置され各々に異なる複数本のファイバーと前記コリメーターレンズ側の出射側端部に配置され前記複数本のファイバーのうち最も長い波長域の光を伝達するものと連結されたファイバーであって中央部に配置された中央側ファイバーとこれを囲んで外周側に配置され前記複数本の光ファイバーのうち最も短い波長域の光を伝達するものと連結された外周側ファイバーとを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記光源が３個からなり、前記光ファイバーのコリメーターレンズ側の出射側端部が前記中央側ファイバーと前記外周側ファイバーとの間で前記中央側ファイバーを囲んで配置された中間ファイバーを備えたプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記外周側ファイバーが複数本のファイバーから構成されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のプラズマ処理装置であって、
前記中間ファイバーが複数本のファイバーから構成されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記光ファイバーの出射側端部を構成する複数のファイバーが各々が出射する光の波長域が長い順にコリメーターレンズに近接して配置されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ処理装置であって、
前記光源がＬＥＤ光源であるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部の処理室内に配置した半導体ウエハ等の基板状の試料を当該処理室に形成したプラズマを用いて処理するプラズマ処理装置に係り、特に、試料の上面に予め配置された処理対象の膜を含む膜構造を有し処理中の当該膜の状態を検出しつつエッチング処理するプラズマ処理装置。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。また、ゲート電極のリーク電流抑制のため、新材料の採用に加えて従来のプレーナー型から３Ｄ構造への移行が進んでおり、デバイス構造はより複雑化している。
【０００３】
このような複雑で微細なデバイスでは、わずかなゲート電極の寸法の変動がソース／ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、処理対象の試料（以下、半導体ウエハまたはウエハ）表面のエッチング対象膜をゲート電極の寸法を含んで所望の形状に高精度加工することが重要である。
【０００４】
高精度加工を達成するには、エッチング処理において被処理膜の残り厚さやエッチング深さが所定値に達した時点で処理を終了させる終点判定技術も重要な技術の一つとなっている。例えば、被処理膜の残膜値や深さの値に応じて処理条件を切り替えることで、疎密寸法差の低減やマイクロローディング効果の低減に有効であることがわかっている。
【０００５】
また、残膜が残り僅かになったときに下地膜との高選択比を得られる処理条件に切り替えることにより、下地膜抜けを抑制することができる。さらに、時間固定のエッチング処理においては、処理室の表面状態変化等が原因で予期せぬオーバーエッチングが発生する場合があった。
【０００６】
その結果、下地膜抜けはもちろん寸法変動を生じることがあった。従って、高精度加工を達成するためには、被処理膜の残り厚さやエッチング深さをリアルタイムにモニタする終点判定技術が欠かせないものとなっている。
【０００７】
このような被処理膜の厚さを所定値にしてエッチング処理を終了させる技術として、エッチングの進行に伴い被処理膜の残り厚さが減少することに応じて、被処理膜を含むウエハ表面からの光は干渉した波形を形成することを利用して、干渉した光（干渉光）の強度の変化を用いて残り膜厚を検出する技術が知られている。このようなモニタシステムの入射光源として、特開２００３−８３７２０号公報（特許文献１）ではプラズマエッチング中のプラズマ光を用いる技術が、特開２０１１−２３８９５７号公報（特許文献２）にはフラッシュフラッシュランプを用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−８３７２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の従来技術では、次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じる虞があった。
【００１０】
すなわち、特許文献１に示される装置では、入射光源としてプラズマからの発光を用いるため、入射光の強度が処理するエッチングガスに主に依存する問題がある。発光は、導入ガスやその解離物やそれらとウエハの反応生成物である原子・分子が主に電子からエネルギーを貰って上準位に励起された後に或る遷移確率で当該上準位から下準位へ脱励起することにより生じる。
【００１１】
従って、入射光の発光スペクトルは、原子・分子種の準位間のエネルギー（＝発光波長）を反映する。それにより、主に導入ガスと反応生成物に依存して発光スペクトル強度が得られ、波長によっては強度が全く得られないこともある。
【００１２】
例えば、ＣＨXＦY系の導入ガスでは、波長３００ｎｍ付近の紫外光強度は非常に微弱であり、この波長域の干渉光をモニタするのは困難なことが多い。このような場合には、特許文献１に開示の終点判定の技術では今後必要とされる終点判定精度を達成できない場合があるという問題について、上記従来技術では考慮されていなかった。
【００１３】
特許文献２に示される装置では、入射光源として２００ｎｍ〜２０００ｎｍに亘る広帯域のフラッシュランプを用いることで、波長帯によってウエハへの入射光強度が得られない問題が解決されている。しかし、波長範囲の広い光源を使用する場合、屈折率の波長分散を持つコリメートレンズを通った光は、色収差を生じ、波長によってウエハ上での光のスポット径が異なってしまう。従って、波長によってどこのウエハ上の干渉を見ているかが異なるため、この干渉光を用いた膜厚・深さ推定精度が劣化する問題があった。
【００１４】
本発明は、ウエハ上でのスポット系の色収差を低減し、ウエハ上の干渉光を観測して膜厚・深さ等の処理の進行の度合いを高精度に推定して歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は、真空容器の内部に配置され減圧された内部でプラズマが形成される処理室と、この処理室内に配置され前記プラズマを用いた処理の対象であるウエハが載せられる載置台と、前記処理中に前記ウエハの表面からの干渉光を検出する検出器とを備え、当該検出器からの出力を用いて当該処理の進行の度合いを検出する機能を備えたプラズマ処理装置であって、前記ウエハへ複数の波長の光を放射する複数個の光源と、これら複数個の光源からの光が内部を伝達する光ファイバーと、この光ファイバーから出射される光が透過する少なくとも１つのコリメーターレンズとを備え、前記光ファイバーは、前記複数の光源に近接した側に配置され各々に異なる複数本のファイバーと前記コリメーターレンズ側の出射側端部に配置され前記複数本のファイバーのうち最も長い波長域の光を伝達するものと連結されたファイバーであって中央部に配置された中央側ファイバーとこれを囲んで外周側に配置され前記複数本の光ファイバーのうち最も短い波長域の光を伝達するものと連結された外周側ファイバーとを備えたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、ウエハ上に入射する光スポットの直径が波長によって異なる度合いを低減することができるため、観測波長領域においてウエハの同一領域からの干渉波形を観測できる。従って、多波長を利用する膜厚・深さ判定において、波長によって異なるパターンからの干渉情報を取得してしまうことによる信号劣化を防ぎ、高精度な膜厚・深さ推定とそれによる処理の終点判定を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るにプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す実施例に係る複数個の光源及び光ファイバーの構成を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す実施例の光ファイバーの出射側端部の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示す実施例の３つの波長の異なるＬＥＤ光源から光が放射された場合の分光器が検出したスペクトルの例を示すグラフである。
【図５】図２に示す実施例に係る光源及び光ファイバーから出射される光の平面上の分布を模式的に示す図である。
【図６】ロジック領域とメモリ領域を有するウエハのＰｏｌｙ―Ｓｉゲートエッチングにおいて、Ｐｏｌｙ残膜１０ｎｍの判定を１０回行ったときの残膜値の結果を示すグラフである。
【図７】図２に示す本実施例の光ファイバーの出射側端部の別の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図１乃至７を用いて説明する。
【００２０】
本発明の実施例に係るプラズマ処理装置を図１に示す。図１は、本発明の実施例に係るにプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す図である。
【００２１】
本実施例のプラズマ処理装置は、真空容器内部に配置され減圧された内部に処理対象のウエハ１０２が載置されこれを処理するためのプラズマが形成される真空処理室１０１を備えている。また、真空容器下部は図示していないがターボ分子ポンプ等の真空ポンプを有する排気装置と連結されている。また、円筒形を有した真空容器の上方及び周囲には、図示していない高周波電力が供給される同軸ケーブルとアンテナ或いはマイクロ波を伝播する導波管等の電界の発生手段またはソレノイドコイル等の磁界の発生手段が配置されて、電界または磁界が真空処理室１０１内部に供給可能に構成されている。
【００２２】
本実施例のプラズマ処理装置の真空容器の外側側壁は、図示しない別の真空容器と、開口であるゲートが開放された状態でゲートを介して連結されこれらの内部同士が連通されている。試料であるウエハ１０２が、当該別の真空容器内部の減圧された搬送室内を搬送されて真空処理室１０１との間でやり取りされる。
【００２３】
また、真空処理室の下部の中央部には、ウエハ１０２が円筒形状を有してその上面に載せられる試料台１０４が配置されている。さらに、真空容器は、図示していないガス供給用の供給管と連結され、ガス供給管は真空処理室１０１の上部または天井面に配置された複数のガス導入孔と連通されている。
【００２４】
試料１０２が搬送室内から図示しないロボットアーム等の搬送装置の先端部上に載せられ保持されて、ゲートを通して真空処理室１０１内部に搬入され、試料台１０４の上方でこれに受け渡される。この後、ロボットアームが真空処理室１０１から退出してゲートが図示しないゲートバルブにより気密に閉塞されて真空処理室１０１内部が密封される。
【００２５】
さらに、ウエハ１０２はその載置面である試料台１０４の誘電体で構成された上面において静電気により吸着されて保持される。ウエハ１０２の裏面と試料台１０４の載置面との間にはＨｅ等の熱伝達用のガスが供給されてウエハ１０２と試料台１０４との間の熱伝導が促進されている。
【００２６】
真空処理室１０１内部にはガス導入孔からガス源に連結されたガス供給管を通して供給された処理用のガスが導入されると共に、排気装置の動作により真空処理室１０１内部が排気されて、真空処理室１０１内部がガスの供給の量速度と排気の量速度とのバランスにより半導体ウエハ等の基板状の試料の処理に適した真空度の圧力まで減圧される。この状態で、真空処理室１０１内部に電界または磁界の発生手段から電界または磁界が供給され、処理用ガスの粒子が励起されプラズマ１０３が形成される。
【００２７】
試料台１０４上のウエハ１０２の上面に予め形成された複数の膜が積層された膜構造がこのプラズマ１０３に含まれる荷電粒子或いは高い反応性を有する粒子（活性粒子）によりエッチングされる。このプラズマ１０３に含まれる励起された粒子は主に電子により高エネルギー状態に励起されたものであり、これらがエネルギーを放出する際に光を放出するためプラズマ１０３は発光を伴う。
【００２８】
複数個の光源１０５からの入射光は、光ファイバー１０６の内部を伝達されてその出射側端部から放射されて、コリメーターレンズ１０７を通ってレンズ全体に亘りそれぞれの光の光軸が平行またはこれと見做せる程度に近似した光軸に揃えられてウエハ１０２へ入射される。また、複数個の光源１０５は１ｍｓ〜５００ｍｓ毎にＯＮとＯＦＦを繰り返すパルス駆動を行う。
【００２９】
複数個の光源１０５とプラズマ１０３の発光は、直接もしくはウエハ上面で反射された後、真空処理室１０１の上方にある分光器１１０に受光され、これに電気的、光学的に連結あるいは接続されたエッチング量検出装置１０９に信号として伝達される。
【００３０】
ウエハ１０２上には処理対象の膜層及びマスクを含む複数の膜層を備えて構成された膜構造が予め配置されており、当該膜構造真空処理室内でプラズマを用いたエッチング処理が施されて半導体デバイスの回路を構成する配線等の構造が形成される。ウエハ１０２上に配置された膜構造の上面での反射光には、処理対象の膜の残り膜厚さや屈折率に応じた光路差が生じるため干渉光が発生する。また、エッチング処理の進行に伴い残り膜厚さは減少するため、上記光路差は変化して光の波長毎にその強度の変化の周期が異なる干渉現象が発生する。
【００３１】
このように強度が変化する干渉光は、図１の真空処理室１０１の上部に配置されプラズマ１０３に面している受光器により受光され、光ファイバー等と介して分光器１１０に伝達される。エッチング量検出装置１０９は、伝達された干渉光に係る信号から干渉光の強度の値及びその変化の量を検出し、その結果に基づいて被処理膜のエッチング深さや残り膜厚さ等エッチング量や処理の終点への到達の判定といった、エッチング処理の進行の度合いの検出を行う機能を有している。
【００３２】
図１に示すように、本実施例のエッチング量検出装置１０９は、分光器１１０、プラズマ発光成分を除去するためのＬＥＤのＯＮとＯＦＦ時のスペクトルの差分作成器１１１、第１デジタルフィルタ１１２、微分器１１３、第２デジタルフィルタ１１４、微分波形比較器１１６、この微分波形比較器１１６からの出力に基づいて被処理膜の残膜厚さを算出しこれを時系列に記録する残膜厚さ時系列データ記録器１１７と、この残膜厚さ時系列データ記録器１１７により記録された残膜厚さの時系列データを用いて現在の残膜厚さの値を算出する回帰分析器１２４、現在の残膜厚さの値からエッチングの終了を判定する終点判定器１２５、及び終点判定器１２５の判定結果を表示する表示器１２６を備えている。
【００３３】
なお、本実施例のエッチング量検出装置１０９は、表示器１２６を除き、各々が複数の機能の各々を奏するマイクロプロセッサ等の半導体デバイスを含む検出用ユニットが有線または無線の通信回線で接続されたものでもよく、これら複数の機能を奏することのできる１つの半導体デバイスで構成されていても良い。半導体デバイスを含む用の検出用ユニットは、マイクロプロセッサ等の演算器と、外部と信号を通信するための通信インターフェースと、信号、データやソフトウエアを記憶するＲＡＭ，ＲＯＭ、あるいはハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の記憶装置が通信可能に接続されて構成されている。
【００３４】
図２は、図１に示す実施例に係る複数個の光源１０５及び光ファイバー１０６の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は、光源１０５を構成する複数個のＬＥＤ光源と光ファイバー１０６端部に配置されたコリメーターレンズ１０７の配置を模式的に示している。本実施例では、複数個の光源１０５として狭いスペクトル幅を持つＬＥＤ光源が用いられている。
【００３５】
図２（ｂ）は、光源１０５における複数の光源に対応して各々が配置された複数本の光ファイバー１０６の入射側端部の構成を模式的に示す断面図である。図２（ｃ）は、光ファイバー１０６の出射側端部の構成を模式的に示す断面図である。
【００３６】
本実施例では、光源１０５として遠紫外波長（以下、ＤＥＥＰ−ＵＶまたはＤ−ＵＶ）、紫外波長（同、ＵＶ）、可視波長（同、ＷＨＩＴＥ）の三種類の波長域の光を発するＬＥＤとして、Ｄ−ＵＶ用ＬＥＤ２０１，ＵＶ用ＬＥＤ２０２，ＷＨＩＴＥ用ＬＥＤ２０３が用いられている。これらの光源１０５のＬＥＤの各々にはこれらＬＥＤ毎からの光がＤ−ＵＶ用ファイバー２０１’，ＵＶ用ファイバー２０２’，ＷＨＩＴＥ用ファイバー２０３’入射され、これらに連結され一本にされた光ファイバー１０６の出射側端部に光が導かれる。
【００３７】
本図に示すように、一本にまとめられた光ファイバー１０６の出射側端部においては、複数個のファイバーのグループ（束）はこれらのうち最も長い波長の光が伝達されるものが中心に配置され、光の波長が短いものほど外周に配置されている。尚、本例では光ファイバー１０６は複数本のファイバーのグループがまとめられて構成されており、各グループはこれを構成するファイバーが１本であっても便宜上グループ（束）と称する。
【００３８】
ここで、光ファイバー１０６の入射側端部のＷＨＩＴＥ用ファイバー２０３’は光ファイバー１０６の出射側端部の中心部に配置されたＣＥＮＴＥＲ２０４に、ＵＶ用ファイバー２０２’は出射側端部においてＣＥＮＴＥＲ２０４の外周側に配置されたＭＩＤＤＬＥ２０５に、さらに入射側端部のＤ−ＵＶ用ファイバー２０１’は出射側端部のＭＩＤＤＬＥ２０５の外周側に配置されたＯＵＴＥＲ２０６に連結されて配置される。本実施例の光ファイバー１０６を構成する複数本のファイバーの各々は単一のファイバーから構成されているが、その途中に接合部を有した複数本のファイバーから構成されていても良い。
【００３９】
本実施例では、束であるＣＥＮＴＥＲ２０４を構成する光ファイバーは単一の円筒形状を有しておりその径が４００μｍにされている。また、ＣＥＮＴＥＲ２０５の外周側にこれの外周を囲むようにリング状に配置された複数本の光ファイバーから構成された束であるＭＩＤＤＬＥ２０５及びＯＵＴＥＲ２０６の各々を構成する単一の光ファイバーの径が２００μｍにされている。そして、光ファイバー１０６の出射側端部において複数のファイバーの束の端部からの光が屈折率の正常分散を持つコリメーターレンズ１０７に放射されてこれを透過することで、複数の波長域に分けられ供給された複数のＬＥＤからの光はウエハ１０２上で色収差の少ないスポット径を形成することができる。
【００４０】
図３は、図１に示す実施例の光ファイバー１０６の出射側端部の構成を模式的に示す断面図である。本図では、光ファイバー１０７内部を伝達されて放射される光の進行軸（光軸３０１）に沿った（これを含んだ）面についての断面図である。
【００４１】
本図に示す例では、図２に示すように複数の束が中心周りに多重の層を為して配置された光ファイバー１０６の出射側端部３０２はその端面が中心を含む３つの領域に分けられている。そして、ファイバー束であるＣＥＮＴＥＲ２０４，ＭＩＤＤＬＥ２０５及びＯＵＴＥＲ２０６の先端はその光軸３０１方向についての前後方向（図上は左右方向）位置が揃えられて配置されている。
【００４２】
図４は、図１に示す実施例の３つの波長の異なるＬＥＤ光源１０５から光が放射された場合の分光器１１０が検出したスペクトルの例を示すグラフである。本図において、ＷＨＩＴＥ用ＬＥＤ２０１からの光は、ＢＬＵＥの光を励起光としてＧＲＥＥＮ〜ＲＥＤの帯域で蛍光スペクトルが観測される。本実施例では、ウエハ１０２のエッチング処理中に２９０ｎｍのＤ−ＵＶ、３８０ｎｍのＵＶ、４６０ｎｍのＢＬＵＥの狭いバンドの光を分光器１１０で検出しエッチング量検出装置１０９でウエハ１０２のエッチング処理の終点判定を行ことができる。
【００４３】
図５は、図２に示す実施例に係る光源１０５及び光ファイバー１０６から出射される光の平面上の分布を模式的に示す図である。本例では、光ファイバ１０６からの光を焦点距離１０ｍｍ、レンズ径１０ｍｍのコリメーターレンズ１０７へ放射して透過させ、当該コリメーターレンズ１０７の出射側端から約５０ｍｍ離れた平面に垂直に照射した場合の平面上に形成される波長毎の光スポットの分布を示す。また、当該分布は、光ファイバー１０６の出射側端部のＮＡ（開口数）は約０．２２でありコリメーターレンズ１０７の焦点位置に当該出射側端部を配置した場合に得られたものである。
【００４４】
図５（ａ）が、Ｄ−ＵＶ用ＬＥＤ２０１、ＵＶ用ＬＥＤ２０２、ＷＨＩＴＥ用ＬＥＤ２０３からの光を単一（と見做せる程度に一纏まりの部材で構成された）ファイバーに導入し当該単一のファイバーで構成された出射側端部からコリメーターレンズ１０７に向けて光を放射した場合のものを示す図である。図５（ｂ）は、Ｄ−ＵＶ用ＬＥＤ２０１、ＵＶ用ＬＥＤ２０２、ＷＨＩＴＥ用ＬＥＤ２０３からの光を図２に示すように複数のファイバーのグループの各々に分けて図３に示すように出射側端部から放射した場合に得られた分布を示している。
【００４５】
この図に示すように、複数の波長域毎に分けられて発光するＬＥＤからの光を単一のファイバーに導入し当該単一のファイバーから光が放射された場合には、光のスポット径は波長毎に異なるものとなる。例えば、円形と見做せるスポットの中央部にＤ−ＵＶの波長域の光の領域５０１が形成され、その外周側にＵＶの波長域のリング状の領域５０２、さらにその外周側にＷＨＩＴＥの波長域のリング状の領域５０３が形成される。これは、コリメーターレンズ１０７の屈折率がこれに入射する光の波長によって異なることが原因である。
【００４６】
つまり、図５（ａ）の例では、光ファイバー１０６の出射側端部を理想的な点光源と考えることができない。例えば、石英ガラスは、波長２００ｎｍで屈折率１．５５、波長５００ｎｍで屈折率１．４６の正常分散を示すことが知られている。このことから、相対的に長い波長よりも短い波長の光の方が焦点距離が短くなり、屈折率の小さい相対的に長い波長域で光のスポット径が大きくなる傾向にあるのである。
【００４７】
このため、図５（ａ）のように単一のファイバーから放射する構成では、Ｄ−ＵＶ，ＵＶ，ＷＨＩＴＥの波長域の順にスポット径が大きくなってしまう。スポット径は、計算上はＤ―ＵＶのものよりよりもＷＨＩＴＥのものが１０ｍｍ程度大きくなる。
【００４８】
長い波長側の光の発散角を小さくする手段としては、当該長い波長側の光をファイバーの出射側端部の光軸に近い位置から放射することが考えられる。そこで、本実施例では、図２（ｃ）に示されるように相対的に波長の長いＷＨＩＴＥ用ＬＥＤからの光を放出するファイバーを出射側端部の中央に配置し相対的に波長の短いＤ−ＵＶ用ＬＥＤからの光を放出するファイバーを出射側端部の出射面の中央部を囲むように外周側に配置する。図２（ｃ）に示される出射側端部の出射面になるように光ファイバー束を配置することで、理想的には図５（ｂ）のように色収差を低減して、スポット径を小さくすることが可能となる。
【００４９】
発明者らは、広帯域のフラッシュランプを用いてシングルファイバーで光を導入した場合（色収差補正なし）と本発明によるマルチファイバー（色収差補正あり）を用いた場合で、それぞれ残膜判定評価を行った。図６は、ロジック領域とメモリ領域を有するウエハのＰｏｌｙ―Ｓｉゲートエッチングにおいて、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ残膜１０ｎｍの判定を１０回行ったときの残膜値の結果を示すグラフである。
【００５０】
本図に示されるように、出射側端部の出射面が単一のファイバーで構成され当該単一の出射面からＤ−ＵＶ，ＵＶ，ＷＨＩＴＥ用の各ＬＥＤからの光を出射するものは、最大で７ｎｍ程度の変動が起きた（×点）一方で、図２（ｃ）に示される出射型端部から出射するものは最大でも０．５ｎｍ程度の変動（●点）の範囲であった。このことから、本実施例の光ファイバー１０６の構成を具備することで、エッチング処理の終点の判定の再現性や信頼性を向上することができると考えられる。
【００５１】
本例では、色収差を低減する構成として図２に示すように複数のファイバーの束を同心状に配置したものを用いた。しかし、色収差を低減するには、図７に示すように、短い波長域を放出する光ファイバーの束を外周側に設置するだけでなく、光ファイバーの先端位置を変えても良い。
【００５２】
図７は、図２に示す本実施例の光ファイバーの出射側端部の別の構成を示す断面図である。本例では、出射する光のスポット径を小さくして拡散あるいは色収差を低減できるように、光ファイバー１０６の出射側端部７０２において各波長域に対応した３個の光ファイバーのグループ（束）の先端の位置を、光軸７０１の方向（図上左右方向）に順次変えた一例である。
【００５３】
特に、出射側端部の中央部に配置されて波長の長いＷＨＩＴＥ用ＬＥＤからの光を放出するファイバーであるＣＥＮＴＥＲ７０３の先端が他のファイバーの束であるＭＩＤＤＬＥ７０４，ＯＵＴＥＲ７０５の先端よりもコリメーターレンズ１０７に対して突出して近接し、図上左に位置している。さらに、相対的に長い波長域の光が射出されるＭＩＤＤＬＥ７０４がＯＵＴＥＲ７０５よりも突出している。このような構成によっても、コリメーターレンズ１０７を透過したその後方側（図上左側）の光の発散角を小さくし、スポット径を小さくすることが可能となる。
【００５４】
最後に、本実施例のエッチング処理装置におけるエッチング量検出装置１０９の動作を説明する。
【００５５】
分光器１１０に受光され検出される真空処理室１０１内側からの光のデータから、真空処理室１０１に形成されたプラズマ１０３が発光した成分を除去するため、ＬＥＤのＯＮとＯＦＦ時のスペクトルの差分作成器１１１により、ウエハ１０２の処理中の任意の時刻におけるサンプリング信号として出力された複数の特定波長の信号は時系列データｙｉｊとして図示しないＲＡＭ等の記憶装置に記憶される。この時系列データｙｉｊは第１デジタルフィルタ１１２に伝達されて平滑化処理され、平滑化時系列データＹｉｊとしてＲＡＭ等の記憶装置に記憶される。
【００５６】
次に、平滑化時系列データＹｉｊは微分器１１３に伝達され、その時間微分（微係数）値（１次微分値あるいは２次微分値）の時系列データｄｉｊが算出されＲＡＭ等の記憶装置に記憶される。微係数値の時系列データｄｉｊは第２デジタルフィルタ１１４により平滑化処理され、平滑化微係数時系列データＤｉｊとしてＲＡＭ等の記憶装置に記憶される。そしてこの平滑化微係数時系列データＤｉｊから干渉光の強度の微分値の波長依存性を示す（波長をパラメータとする）微分波形のパターン（実パターン）が求められる。
【００５７】
ここで、平滑化微係数時系列データＤｉの算出について説明する。本実施例では、デジタルフィルタ回路１１２として例えば２次バタワース型のローパスフィルタが用いられる。２次バタワース型のローパスフィルタにより平滑化処理される平滑化時系列データＹｉは式（１）により求められる。
【００５８】
Ｙｉ  ＝  ｂ１・ｙｉ  ＋  ｂ２・ｙｉ−１  ＋  ｂ３・ｙｉ−２  ？  ［  ａ２・Ｙｉ−１  ＋  ａ３・Ｙｉ−２］      ・・・（１）
ここで係数ｂ、ａはサンプリング周波数およびカットオフ周波数により数値が異なる。また、本実施例でのデジタルフィルタの係数値は例えば  ａ２＝−１．１４３、ａ３＝０．４１２８、ｂ１＝０．０６７４５５、ｂ２＝−０．０１３４９１、ｂ３＝０．０６７４５５（サンプリング周波数１０Ｈｚ、カットオフ周波数１Ｈｚ）が用いられる。２次微係数値の時系列データｄｉは微分器１１３により５点の時系列データＹｉの多項式適合平滑化微分法を用いて式（２）から以下のように算出される。
【００５９】
ｊ＝２
ｄｉ  ＝  Σｗｊ・Ｙｉ＋ｊ        ・・・（２）
ｊ＝−２
ここで重み係数ｗに関して  ｗ−２＝２、ｗ−１＝−１、ｗ０＝−２、ｗ１＝−１、ｗ２＝２である。前記微係数値の時系列データｄｉを用いて平滑化微係数時系列データＤｉはデジタルフィルタ回路１１４としては、例えば２次バタワース型ローパスフィルタにより式（３）から以下のように算出される。
【００６０】
Ｄｉ  ＝  ｂ１・ｄｉ  ＋  ｂ２・ｄｉ−１  ＋  ｂ３・ｄｉ−２  ？  ［  ａ２・Ｄｉ−１  ＋  ａ３・Ｄｉ−２］      ・・・（３）
微分波形パターンデータベース１１５には、被処理膜であるポリシリコンのエッチング処理中の残り膜厚の量（残膜量）に対する干渉光の強度の微分波形パターンデータ値Ｐ１ｓｊが、ウエハ１０２の処理に先立って予め記憶されている。微分波形比較器１１６においては、ウエハ１０２の処理中に実際に得られた干渉光に係る微分波形データである実パターンと微分波形パターンデータベース１１５に記憶されていた微分波形パターンデータ値Ｐ１ｓｊとが比較されて、被処理膜の残膜厚さを算出し、これを時系列に記録する残膜厚さ時系列データ記録器１１７と、この残膜厚さ時系列データ記録器１１７により記録された残膜厚さの時系列データを用いて現在の残膜厚さの値を算出する回帰分析器１２４に送り、終点判定器１２５にて所望の膜厚に到達した場合に終点、すなわちエッチングの処理を中断する。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  真空処理室
１０２  ウエハ
１０４  試料台
１０５  複数個の光源
１０６  光ファイバー
１０７  コリメーターレンズ
１０９  エッチング量検出装置
１１０  分光器
１１１  ＬＥＤのＯＮとＯＦＦ時のスペクトルの差分作成器
１１２  第１デジタルフィルタ
１１３  微分器
１１４  第２デジタルフィルタ
１１５  微分波形データベース
１１６  微分波形比較器
１１７  残膜厚さ時系列データ記録器
１２４  回帰分析器
１２５  終点判定器
１２６  表示器
２０１  Ｄ−ＵＶ  ＬＥＤ
２０２  ＵＶ  ＬＥＤ
２０３  ＷＨＩＴＥ  ＬＥＤ
２０４  出射側光ファイバーのＣＥＮＴＥＲ
２０５  出射側光ファイバーのＭＩＤＤＬＥ
２０６  出射側光ファイバーのＯＵＴＥＲ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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