表面処理加工によって基板上に形成される孔若しくは溝の深さや段差、又は増加若しくは減少する膜層や基板の厚さといった測定対象構造のサイズを測定する表面処理状況モニタリング装置であって、所定の波長幅を有する測定光を発生する光源と、測定対象構造の第1部位と第2部位とからそれぞれ反射した光を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系による干渉光を波長分散させる分光手段と、該分光手段により波長分散された光を波長毎に検出する検出手段と、を具備する表面処理状況モニタリング装置において、a微小な時間だけ隔てた2つの時点で前記検出手段によりそれぞれ所定波長範囲のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、b前記スペクトル取得手段による2つのスペクトルの差分スペクトルを求める差分スペクトル算出手段と、c前記差分スペクトルに対し周波数解析を行って目的とする干渉距離を算出し、該干渉距離から測定対象構造のサイズを求める周波数解析手段と、を備えることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。請求項1に記載の表面処理状況モニタリング装置であって、前記周波数解析手段による周波数解析はフーリエ変換演算であることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。請求項1に記載の表面処理状況モニタリング装置であって、前記周波数解析手段による周波数解析は最大エントロピー法による解析であることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。表面処理加工によって基板上に形成される孔若しくは溝の深さや段差、又は増加若しくは減少する膜層や基板の厚さといった測定対象構造のサイズを測定する表面処理状況モニタリング装置であって、所定の波長幅を有する測定光を発生する光源と、測定対象構造の第1部位と第2部位とからそれぞれ反射した光を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系による干渉光を波長分散させる分光手段と、該分光手段により波長分散された光を波長毎に検出する検出手段と、を具備する表面処理状況モニタリング装置において、a微小な時間だけ隔てた2つの時点で前記検出手段によりそれぞれ所定波長範囲のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、b前記スペクトル取得手段による2つのスペクトルの差分スペクトルを求める差分スペクトル算出手段と、c前記差分スペクトルに基づいて位相を検出し、該位相から目的とする干渉距離を算出し、該干渉距離から測定対象構造のサイズを求める周波数解析手段と、を備えることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。請求項1~4のいずれかに記載の表面処理状況モニタリング装置であって、前記差分スペクトルの振幅の大きさに基づいて前記微小な時間の最適値を判別して設定する取得条件決定手段をさらに備えることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。請求項1~4のいずれかに記載の表面処理状況モニタリング装置であって、前記差分スペクトルのカーブで囲まれる面積の大きさ又はその変化振幅に基づいて前記微小な時間の最適値を判別して設定する取得条件決定手段をさらに備えることを特徴とする表面処理状況モニタリング装置。本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、正確な設定が困難であるベーススペクトルRefを使用することなく、分光測定により得られたスペクトルに基づいてエッチング孔の深さや段差、或いは膜層や基板の厚さなどを高い精度で且つ短時間で測定することができる表面処理状況モニタリング装置を提供することである。基板表面に形成された孔や段差、薄膜、或いは基板そのものなどの測定対象構造を含む測定光学系では、エッチングや研磨などの表面処理加工によってその光路長は変化するものの、その他の構造に起因するスペクトル歪みや干渉の状態などは短い時間の間には変化しない。即ち、或る時刻において取得された干渉スペクトルと、該時刻から十分に短い時間だけ遡った時点で取得された干渉スペクトルとは、同じ測定光学系において取得時刻が僅かに異なるずれたスペクトル同士であるため、それらのベーススペクトルRefは対象とする干渉に関与せず等しいものとみなせる。したがって、取得時間間隔が十分に短い2つの異なる時刻における干渉スペクトルの差を求めることにより、正規化処理を行うことなく、干渉縞を表すcos波成分を抽出することが可能となる。本願発明者は上記知見に基づいて、ベーススペクトルRefを用いる代わりに、一定時間だけ遡った時点の干渉波形を参照波形として用いることで実質的な干渉縞スペクトルを求め、これを周波数解析することによって孔深さや膜厚などを算出することに想到した。即ち、上記課題を解決するためになされた第1発明は、表面処理加工によって基板上に形成される孔若しくは溝の深さや段差、又は増加若しくは減少する膜層や基板の厚さといった測定対象構造のサイズを測定する表面処理状況モニタリング装置であって、所定の波長幅を有する測定光を発生する光源と、測定対象構造の第1部位と第2部位とからそれぞれ反射した光を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系による干渉光を波長分散させる分光手段と、該分光手段により波長分散された光を波長毎に検出する検出手段と、を具備する表面処理状況モニタリング装置において、a微小な時間だけ隔てた2つの時点で前記検出手段によりそれぞれ所定波長範囲のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、b前記スペクトル取得手段による2つのスペクトルの差分スペクトルを求める差分スペクトル算出手段と、c前記差分スペクトルに対し周波数解析を行って目的とする干渉距離を算出し、該干渉距離から測定対象構造のサイズを求める周波数解析手段と、を備えることを特徴としている。第1発明及び後述の第2発明における表面処理加工とは典型的には、エッチングドライエッチング、ウェットエッチングとも含むによる孔や溝などの形成、研磨化学研磨、機械研磨とも含むによる表面除去、CVDChemicalVaporDeposition等による膜層の形成、などである。測定対象構造が基板である場合には、上記第1部位と第2部位とは基板の表面と裏面である。測定対象構造が基板上に形成されている膜層である場合には、上記第1部位と第2部位とは膜層の上面と下面である。測定対象構造が基板表面に形成されている孔や溝である場合には、上記第1部位と第2部位とは孔や溝の底面と孔周囲や溝上縁の面である。第1発明に係る表面処理状況モニタリング装置において、或る時刻t0において取得したスペクトルをF0、それよりΔtだけ遡った時刻測定対象構造に対する光学距離変化Δdが測定光の1波長を超えない程度の時間以内の時刻t1において取得したスペクトルをF1とすると、それぞれの取得スペクトルは、式を用いて表される。F0=Ref{AA2AB22AAABcos}...F1=Ref{AA2AB22AAABcos}...上記2つのスペクトルの差分スペクトルは式で表される。F01=4RefAAABsincos{-}...Δdは十分に小さく、また測定波長幅が十分に狭帯域であるとすれば、Δd/λは測定波長領域全体に亘って一定であるとみなすことができる。つまり、式においてΔd/λ=Δd1/λcとして、次の式が導出される。F01=4RefAAABsincos{-}...式と式とを比較すれば、差分スペクトルF01とt0において取得されたスペクトルF0とは、周波数がいずれも4πd/λであって等しいことが分かる。即ち、式は式と同じ周波数の干渉縞を含む。したがって、この式を周波数解析することによってエッチング孔深さ又は膜厚などdを求めることが可能となる。なお、上記の式により検出される振幅は4RefAAABsinとなり、光路長の変化Δdが測定波長λcの1/4となるような時間差でデータ取得を行うと、4RefAAABと、本来の干渉縞の2倍式との比較の高い感度が得られる。第1発明に係る表面処理状況モニタリング装置では、差分スペクトルに対する周波数解析の手法として周知の各種手法を用いることができるが、具体的には例えば、フーリエ変換演算や最大エントロピー法による解析を用いることができる。また、一般に周波数解析は観測スペクトル上のピーク幅の逆数から決まるあいまいさが残り、干渉縞周波数の推定精度が十分に高くない。そこで、式に示す差分スペクトルにおける干渉縞の位相4πd1/λ-2πΔd/λcを用いて、例えばゼロクロス点干渉振幅がゼロとなる波長を検出すると、sin4πd/4-2πΔd/λc=0より、式を用いてより高い精度で光路長dの推定が可能となる。d=λ/42Δd/λck...ただし、kは整数の定数である。即ち、第2発明に係る表面処理状況モニタリング装置は、表面処理加工によって基板上に形成される孔若しくは溝の深さや段差、又は増加若しくは減少する膜層や基板の厚さといった測定対象構造のサイズを測定する表面処理状況モニタリング装置であって、所定の波長幅を有する測定光を発生する光源と、測定対象構造の第1部位と第2部位とからそれぞれ反射した光を干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系による干渉光を波長分散させる分光手段と、該分光手段により波長分散された光を波長毎に検出する検出手段と、を具備する表面処理状況モニタリング装置において、a微小な時間だけ隔てた2つの時点で前記検出手段によりそれぞれ所定波長範囲のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、b前記スペクトル取得手段による2つのスペクトルの差分スペクトルを求める差分スペクトル算出手段と、c前記差分スペクトルに基づいて干渉縞の位相を検出し、該位相から目的とする干渉距離を算出し、該干渉距離から測定対象構造のサイズを求める周波数解析手段と、を備えることを特徴としている。なお、上述したように、2つのスペクトルを取得する時間差は測定対象構造に対する光学距離変化Δdが測定光の1波長を超えない程度の時間以内に抑える必要があるが、時間差が短すぎると光学距離変化Δdが小さすぎて測定の意味がない。そこで、この時間差を自動的に適切な値に設定できるように、第1発明及び第2発明に係る表面処理状況モニタリング装置の一態様では、前記差分スペクトルの振幅の大きさに基づいて前記微小な時間の最適値を判別して設定する取得条件決定手段をさらに備える構成とするとよい。また、別の態様として、前記差分スペクトルのカーブで囲まれる面積の大きさ又はその変化振幅に基づいて前記微小な時間の最適値を判別して設定する取得条件決定手段をさらに備える構成としてもよい。第1発明及び第2発明に係る表面処理状況モニタリング装置によれば、光源の経時変化によるスペクトル歪みの影響、測定光学系の経時変化によるスペクトル歪みの影響、測定対象である基板上に存在するエッチングや研磨等の処理加工に関係しない各構造に起因する干渉や散乱によるスペクトル歪みの影響などに一切左右されることなく、干渉を含んだ観測スペクトルから測定対象構造であるエッチング孔の深さや膜層或いは基板の厚みなどを示す干渉縞を正確に抽出することができる。それによって、エッチングにより形成される目的の孔の深さや段差、或いは研磨によって変化する基板や薄膜の厚さなどを正確に且つ高い分解能でもって計測することができる。また、孔深さ等の測定対象構造のサイズを計算するための演算処理が簡単であって時間を要しないので、そうした計測を高いリアルタイム性を以て行うことができ、例えばエッチングや研磨の終点検知や条件変更などの制御にも好適である。本発明の一実施例である表面処理状況モニタリング装置について、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例の表面処理状況モニタリング装置の概略構成、図2は孔深さ測定時aと基板厚さ測定時bの反射光の状態の模式図である。この表面処理状況モニタリング装置は、例えばプラズマエッチング装置や基板研磨装置などにより加工処理される試料5の基板厚みや形成されるトレンチ深さなど、時々刻々と変化する試料5との間の距離をモニタリングする装置である。該装置は、光源1と、計測光学系2と、分光部3と、データ処理部4とを備える。光源1と計測光学系2、また計測光学系2と分光部3とは光ファイバを介して接続されている。計測用の光源1としては、例えば中心波長が830nm、半値全幅が15nmであるスーパールミネセントダイオードSLDや、同程度の波長幅を有するその他の光源を用いることができる。この光源1から発せられた測定光は入射側光ファイバ21に取り込まれ、ファイバカプラ22を介して光ファイバ23中を進行し、光ファイバ23先端より空間に射出される。光ファイバ23端部から出射された測定光はコリメートレンズ24を介して試料5上に照射される。試料5の測定対象構造における干渉の状態を図2を用いて説明する。例えば研磨中の基板5Bの厚みを計測する場合には、図2bに示すように、基板5B表面からの反射光64、及び基板5B中に進入した光による裏面からの反射光65の2つの反射光による干渉が生ずる。またエッチング中のトレンチ深さを計測する場合には、図2aに示すように基板51表面のレジスト層53表面からの反射光62と、レジスト層53中に入り込んだ光に対する基板51表面からの反射光63と、被エッチング部であるトレンチ孔52の底面からの反射光61と、が主として干渉する。これら反射光61~63又は64~65はコリメートレンズ24を光照射時とは逆に辿って光ファイバ23に入射する。そして、ファイバカプラ22を経て分光部3に達する。光ファイバ23中を通って分光部3に達するまでに、複数の反射光は十分に干渉し干渉光となる。分光部3において干渉光は回折格子31等の分光手段により波長分散され、CCDラインセンサ等のアレイ検出器32により複数波長の光が同時に検出される。アレイ検出器32による各波長に対応した検出信号はデータ処理部4に入力される。データ処理部4は機能ブロックとして、スペクトル記憶部41、差分スペクトル算出部42、フーリエ変換演算部43、光学距離算出部44を含み、後述する処理を実行することで被研磨基板5Bの板厚や被エッチング部であるトレンチ孔52の深さなどが算出される。その算出結果は表示部45により観測者に提示される。なお、データ処理部4の実体はパーソナルコンピュータであり、該コンピュータに予めインストールされたデータ処理用ソフトウエアを実行することにより、データ処理部4としての機能を発揮させるようにすることができる。次に、図3~図5を用いて、本実施例の表面処理状況モニタリング装置に特徴的なデータ処理部4において実行されるデータ処理を中心に説明する。図3は本実施例の表面処理状況モニタリング装置における計測動作を示すフローチャート、図4は各動作のタイミングを示す概略タイミング図、図5はスペクトル取得及びその処理の一例を示す図である。なお、図5の例は、中心波長が800nm、半値全幅FWHMが15nmである光源1を用いてトレンチ孔深さを計測したものである。したがって、以下の説明では、エッチングにより形成されるトレンチ孔深さを計測する場合を例示するが、基板や膜層の厚さを計測する場合にもそのまま適用可能である。例えばエッチングの開始とともに孔深さの計測が開始されると、データ処理部4は所定時点で分光部3のアレイ検出器32で得られる所定の波長範囲に亘るスペクトルデータを取り込んでスペクトル記憶部41に格納するステップS1。その後、ステップS6において測定終了であると判定されるまで、ステップS1及びS7の処理により、所定時間Δp間隔で繰り返しスペクトルデータを取得する。ここではΔpは後述するΔtの1/3に設定されているが、これに限定されるものではない。ステップS1でスペクトルデータを取得した後、差分スペクトル算出部42はΔtだけ遡った時点のスペクトルデータがスペクトル記憶部41に保存されているか否かを判定しステップS2、保存されていなければ後述する光学距離算出処理を実行できないので上述したステップS7へと進む。図4に示したようにΔp間隔でスペクトルデータの取得保存を繰り返してゆくと、ある時点においてステップS2の判定はYesとなる。いま、時刻t0においてスペクトルデータP1が取得され、時刻t0からΔt経過後の時刻t1においてスペクトルデータP4が取得されたものとする。時刻t1において得られる観測スペクトル図5cは、干渉を含まない反射光スペクトルベーススペクトル図5aに、測定対象であるトレンチ孔52に起因して生じた干渉によるスペクトル干渉縞図5bが重畳されたものである。従来一般的には、この観測スペクトルを例えばフーリエ変換FT演算で周波数解析することによってフーリエ変換後信号図5dを求め、その信号上のピーク位置を求めることによって干渉を引き起こした光路長を推定する。図5cはd=20.3μmの光路長を計測して得られるスペクトルであるが、これに対するフーリエ変換後信号である図5dが示すとおり、d=20.3μmの位置に信号は存在するものの、距離0μmの側に現れるバイアス信号に解析対象とする信号が隠れてしまい、ピーク位置矢印箇所の推定が困難となっている。本来は図5cに示した観測スペクトルから干渉に寄与しないスペクトルであるベーススペクトル図5aを予め差し引いてフーリエ変換を行うことが望ましい。しかしながら、前述したとおりベーススペクトルの形状は測定光学系の様々な歪みや試料の反射率などの影響を受けるため、測定毎にベーススペクトルの適切な形状大きさを推定することは非常に困難である。その結果、観測スペクトルから適切にペーススペクトルを差し引くことができず、フーリエ変換後信号から十分な精度でピーク位置を見つけるのが難しくなる。これに対し、本実施例で採用している手法では、ベーススペクトルではなく一定時間だけ遡った時点の干渉波形を参照波形として用いる。ここでは、時刻t1からΔtだけ遡った時刻t0において取得された観測スペクトルP1がスペクトル記憶部41に格納されているから、それを参照波形として利用する。このΔtは測定対象構造の光学距離変化Δdが測定光の波長を超えない程度の時間以内に定められている。いま、時刻t0において取得された観測スペクトルは図5g図5gはエッチングが200nm進行する前の孔深さd=20.1μmの例である。この観測スペクトルも、図5eに示した干渉を含まない反射光スペクトルベーススペクトルに、測定対象であるトレンチ孔52に起因して生じた干渉によるスペクトル干渉縞図5fが重畳されたものである。時刻t1と時刻t0との時間差Δtが十分に短い場合には、ベーススペクトルの変動は無視できる程度である。そこで、差分スペクトル算出部42は時刻t1におけるスペクトルデータP4から時刻t0におけるスペクトルデータP1を差し引く演算を行うステップS3。この演算により、ほぼ同じであるベーススペクトルはキャンセルされ、実効的に同じ周波数で位相が異なる2つの干渉縞図5b、fのみの除算と等価となり、やはり同じ周波数である干渉縞図5iを差分スペクトルとして得ることができる。この差分スペクトルはベーススペクトルを含まない実質的に正規化された干渉スペクトルである。そこで、フーリエ変換演算部43は上記差分スペクトルに対しフーリエ変換による周波数解析を行うことによって図5jに示すようなフーリエ変換後信号を求めるステップS4。このフーリエ変換後信号は図5dに示した信号とは異なりバイアス信号を含まないため、ピークが明瞭に現れ、ピーク位置の推定が容易となる。光学距離算出部44は差分スペクトルから得られたフーリエ変換後信号上でピーク位置を確定させることにより、干渉を引き起こした光路長を求める。そして、その光路長から測定対象であるトレンチ孔深さや基板厚さを求めて表示部45から出力するステップS5。図5jの例では、ピーク位置から光路長差が20μmであると求まる。そうして孔深さが求まったならば、ステップS6へと進み、上述したように測定終了でなければステップS7へと進んで、エッチングの進行に伴って変化する新たなスペクトルの取得を実行する。新たなスペクトルを取得する毎にΔtだけ遡った時点のスペクトルとの差分スペクトルを求め図4参照、この差分スペクトルからトレンチ孔深さに対応した光路長が算出される。したがって、新たなスペクトルを取得する毎に、その時点で最新のトレンチ孔深さを計算して表示部45から出力することができる。上述したように差分スペクトルを計算する2つのスペクトルの時間差Δtは、測定対象構造に対する光学距離変化Δdが測定光の1波長を超えない程度の時間以内に定める必要がある。これは予め定めておいてもよいが、エッチング又は研磨等速度が不明である場合などには適切な値を決めるのが難しいし、またその値が適切でないと、干渉縞を示す差分スペクトルの波形が小さくなるおそれもある。そこで、Δtを予め決めておくのではなく、取得した差分スペクトルから適応的にΔtを決めるようにしてもよい。例えば上記例の場合、観測スペクトルP6に対し参照波形としてP3以外にP4、P5さらに場合によってはP2以前のスペクトルを選択し得るが、例えばP6-P5、P6-P4、P6-P3の3つの組み合わせについてそれぞれ差分スペクトルを計算し、得られた差分スペクトルの振幅の大きさを比較して最も適切な組み合わせを選択して、その差分スペクトルを周波数解析するとよい。また、単に差分スペクトルに現れる波形干渉縞の振幅の大きさを判断するのではなく、差分スペクトルに現れる波形のカーブで囲まれる面積の大きさ又はその変化振幅に基づいて最適な組み合わせを選択するようにしてもよい。なお、エッチング又は研磨等速度が一定である場合には、そのプロセスの途中で最適なΔtが変わることはないため、上記のような処理によって一旦適切なΔtを定めたならばそのプロセス実行中は同じΔtを用いて差分スペクトルを計算するようにすればよい。また上記実施例では、差分スペクトルに対してフーリエ変換による周波数解析を実施することで求めたフーリエ変換後信号から干渉により生じる光路長を算出していたが、近年、周波数解析を行うためにフーリエ変換に代わる方法としてよく用いられる最大エントロピー法MEMによる周波数解析を実施してもよい。また、周波数解析ではなく、上記式に基づいた位相検出を行う手法について説明する。図5jに示したようなフーリエ変換後信号では、光路長dに対応する信号の拡がりが光源1のスペクトル幅15nmの逆数である20μm程度の幅をもつ。フーリエ変換の代わりに最大エントロピー法による周波数解析を行うことで、より幅の狭い周波数信号を推定することも可能であるが、いずれにせよ周波数解析では0.1μm以下の精度で周波数推定を行うことは困難である。そこで、図5iの差分スペクトルの位相に着目すると、そのゼロクロス点干渉振幅がゼロとなる波長はλ=800nmであることから、式においておおよそd=20.3μmとなるよう定数k=101±1と設定すると、Δd=0.2μm、ゼロクロスλ=0.8μm、λc=0.8μmであるから、測定光路長dはd=20.10μmk=100、d=20.30μk=101、d=2050μmk=102のいずれかであり、決してd=20.25μmやd=20.35μmではないことが判明する。このようにして、差分スペクトル干渉縞の位相検出を行うことにより、周波数解析を行うよりも高い分解能で以て光学距離を算出することができる。続いて、基板研磨中の基板厚みのモニタリングにおいて、上記説明した本発明による手法を用いることで、測定対象以外の構造による干渉縞をキャンセルした結果の一例を図6により説明する。図6は、測定経路内に18μm厚のSiO2層を含む10μmの厚さのSiを計測した場合のシミュレーション結果である。Siの厚みを測定するため、Siの吸収のない波長帯である1300nmの光源を用いた。図6aは研磨が10μmまで進行した際に取得されるスペクトルであるが、10μmのSiによる光路長35μmに対して18μmのSiO2層の光路長は27μmであり、非常に近接している。そのため、フーリエ変換後の信号位置が近く分離が困難であり、図6bに示すとおり、一般的なフーリエ解析ではSiの板厚を示すピーク位置の推定が非常に困難である。このような場合でも、一定時間だけ遡った時点における研磨状態である10.02μm厚Siの際に取得された図6cに示すスペクトルを用いて差分処理を行いさえすれば、SiO2層による干渉縞が存在しない図6eに示す正規化スペクトルを生成することができる。その後は上記例と同様にこのスペクトルをフーリエ変換することにより、図6fに示すようなSi層のみに由来するフーリエ変換後信号が得られるから、容易にピーク位置を求め、これからSi板厚を算出することができる。なお、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、追加、変更を加えても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。