JP2002156216A - エッチング深さ測定センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッチング深さ測定に必要な光の検出感度を高
くすると共に、光学系の劣化の少ない耐久性を向上する
こと。 【解決手段】レーザ光の投光系における１／４波長板８
とのぞき窓４との間に第１のフィルタ２６を配置すると
共に、真空チャンバ１内からの光の受光系におけるのぞ
き窓４とミラー９との間に第２のフィルタ２７を配置し
たことにより、真空チャンバ１内からのエッチング深さ
測定に不要な波長の光、すなわち可視光線の波長領域以
外の真空チャンバ１内で発生するプラズマから発せられ
る紫外領域及び赤外領域の波長の光を除外する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空チャンバ内に
配置されてエッチング処理されている被処理体、例えば
半導体基板や液晶基板のエッチング深さを測定するエッ
チング深さ測定センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなエッチング深さ測定センサと
しては、例えば特公平８−８２４２号公報に記載されて
いる技術がある。図１０は係るエッチング深さ測定セン
サの構成図である。真空チャンバ１内には、基板載置台
２が設けられ、この基板載置台２上に半導体基板や液晶
基板などの被処理体３が載置されている。この真空チャ
ンバ１は、図示しないがその内部にエッチングガスが流
入すると共に、高周波磁界が印加されてプラズマが発生
し、このプラズマにより被処理体３に対してエッチング
処理が行われるものとなっている。エッチング深さ測定
センサは、主に真空チャンバ内の被処理体に光を照射す
る投光系と被処理体からの光を受光する受光系とから構
成されている。

【０００３】具体的な構成について以下に説明する。

【０００４】この真空チャンバ１の上部には、のぞき窓
４が設けられており、その上方には投光系と受光系の光
学系が夫々配置されている。先ず、のぞき窓４の上方に
は、投光系の第１の光ファイバー５が配置されており、
図示しないレーザ光発生装置から出力されたレーザ光を
のぞき窓４上方まで伝播させるものである。

【０００５】この第１の光ファイバー５から出射される
レーザ光の光路上には、偏光ビームスプリッタ７が配置
され、レーザ光はこの偏光ビームスプリッタ７で反射さ
れる。

【０００６】この偏光ビームスプリッタ７の反射光路上
には１／４波長板８が配置されており、この１／４波長
板８を通ったレーザ光は、のぞき窓４を通して真空チャ
ンバ１内の基板載置台２上に載置された被処理体３に照
射されるように構成される。

【０００７】また、のぞき窓４の上方には、投光系とは
別に受光系のミラー９が配置され、被処理体３からの反
射回折光を反射するものとなっている。

【０００８】このミラー９での反射回折光路上には、第
２の光ファイバー１１の一端側が配置されている。この
第２の光ファイバー１１の他端側には、図示しない光検
出器が設けられている。

【０００９】この真空チャンバ１内に載置された被処理
体３のエッチング処理中に、第１の光ファイバー５から
レーザ光を被処理体３に出射すると、レーザ光は、偏光
ビームスプリッタ７に入射し、この偏光ビームスプリッ
タ７で反射される。

【００１０】この偏光ビームスプリッタ７で反射された
レーザ光は、１／４波長板８を通って真空チャンバ１の
のぞき窓４から被処理体３に照射される。

【００１１】この被処理体３からの反射回折光は、真空
チャンバ１ののぞき窓４を通ってミラー９に至り、この
ミラー９で反射され、第２の光ファイバー１１に入射す
る。

【００１２】第２の光ファイバー１１により伝播された
反射回折光は、光検出器によりその光強度に応じた検出
信号に変換される。この検出信号は、増幅器により増幅
され、演算器により必要な演算処理が行われることでエ
ッチング深さが求められる。

【００１３】なお、被処理体３からの正反射光は、１／
４波長板８に戻るが、偏光ビームスプリッタ７を透過
（直進）して第１の光ファイバー５に戻ることはない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、真空チ
ャンバ１内ではプラズマが封じ込められているため、エ
ッチング深さ測定に不要な光成分も多く発生し、この光
成分が外乱となって光検出器から出力され、検出信号の
ＳＮ比を悪化させる要因となっている。

【００１５】この不要な光成分の中で特に紫外領域の波
長の光は、１／４波長板８、偏光ビームスプリッタ７な
どの光学レンズ類や、第１及び第２の光ファイバー５、
１１の劣化を早める原因であった。

【００１６】また、真空チャンバ１の上方には、投光系
と受光系との２系統の光学系、ここでは第１及び第２の
光ファイバー５、１１や偏光ビームスプリッタ７、１／
４波長板８、ミラー９などを設置しなければならないた
め、真空チャンバ１の上方に上記２系統の光学系を設置
するにはスペースが限られ制約が多い。

【００１７】また、真空チャンバ１の上方に２系統の光
学系を設置した場合、これら光学系の調整に手間がかか
り、その後のメンテナンスも容易ではない。

【００１８】そこで、本発明は、エッチング深さ測定に
必要な光の検出感度を高くすると共に、光学系の劣化の
少ない耐久性を向上することができるエッチング深さ測
定センサを提供することを目的とする。

【００１９】また、本発明は、真空チャンバ上方の限ら
れたスペースに配置できる投光系及び受光系の２系統の
光学系の小型化を実現し、且つ容易に光学系の調整がで
きるエッチング深さ測定センサを提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載による本発
明は、真空チャンバ内に配置された被処理体に対してエ
ッチング処理を行なっているときに、前記真空チャンバ
の外部から前記被処理体に対して光を照射する投光系
と、前記被処理体からの反射光を前記真空チャンバの外
部で受光する受光系と、この受光系により検出された前
記反射光の光強度に基づいて前記被処理体のエッチング
深さを測定する演算手段とからなるエッチング深さ測定
センサにおいて、前記真空チャンバ内からのエッチング
深さ測定に不要な波長の光を除外し、少なくとも前記受
光系への入射を防止するフィルタ光学系を備えたことを
特徴とするエッチング深さ測定センサである。

【００２１】請求項２記載による本発明は、請求項１記
載のエッチング深さ測定センサにおいて、前記フィルタ
光学系は、可視光線の波長領域以外の前記真空チャンバ
内で発生するプラズマから発せられる紫外領域の波長の
光を少なくとも除外することを特徴とする。

【００２２】請求項３記載による本発明は、請求項１記
載のエッチング深さ測定センサにおいて、前記フィルタ
光学系は、前記受光系の光路上に少なくとも配置された
フィルタであることを特徴とする。

【００２３】請求項４記載による本発明は、請求項１記
載のエッチング深さ測定センサにおいて、前記フィルタ
光学系は、前記投光系の光路上に配置された第１のフィ
ルタと、前記受光系の光路上に配置された第２のフィル
タとからなることを特徴とする。

【００２４】請求項５記載による本発明は、請求項１、
２又は３記載のエッチング深さ測定センサにおいて、前
記受光系には、光ファイバーを用いたことを特徴とす
る。

【００２５】請求項６記載による本発明は、被処理体に
照射する光を真空チャンバの外部に伝播する投光系の光
ファイバーと、前記被処理体からの反射光を前記真空チ
ャンバの外部より伝播する受光系の光ファイバーとから
なり、前記投光系の光を前記被処理体に出射する前記投
光系の光ファイバーの出射口と、前記被処理体からの前
記反射光を入射する前記受光系の光ファイバーの入射口
とが一体に形成され、且つその一体に形成されている前
記出射口と前記入射口とが略対称な位置関係となるよう
に形成されている合体ファイバーと、前記真空チャンバ
内に配置された前記被処理体に対してエッチング処理を
行なっているときに、前記真空チャンバの外部の前記出
射口から出射する光を前記被処理体に導き、且つ前記被
処理体からの反射光を前記真空チャンバの外部の前記入
射口に導く光学系とを備えていることを特徴とするエッ
チング深さ測定センサである。

【００２６】請求項７記載による本発明は、請求項６記
載のエッチング深さ測定センサにおいて、前記合体ファ
イバーの前記出射口と前記入射口の各面積は、いずれか
一方の面積が大きくなるよう形成されていることを特徴
とする。

【００２７】請求項８記載による本発明は、請求項６記
載のエッチング深さ測定センサにおいて、前記出射口か
ら出射された前記光の光路上に配置された偏光板と、前
記偏光板を通った光の光路上と前記反射光の光路上とに
配置された波長板とを備えたことを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】（１）以下に、本発明の第１の実
施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１
０と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省
略する。

【００２９】図１はエッチング深さ測定センサの構成図
である。第１の光ファイバー束のプローブ（以下、第１
の光ファイバーと称する）５の一端側には、レーザ光発
生装置２０が設けられ、このレーザ光発生装置２０から
出力されたレーザ光がレンズ２１を通して第１の光ファ
イバー５の一端側に集光され入射するようになってい
る。

【００３０】第２の光ファイバー束のプローブ（以下、
第２の光ファイバーと称する）１１の他端側には、レン
ズ２２を介して光検出器２３が配置されている。

【００３１】この光検出器２３は、受光した光をその光
強度に応じた検出信号に変換してその検出信号を出力す
るものである。

【００３２】この光検出器２３の出力端には、信号処理
装置３５が接続されており、この信号処理装置３５内で
光検出器２３から出力される検出信号を増幅し、必要な
演算処理を施してエッチング深さを求める機能を有して
いる。

【００３３】詳述すると信号処理装置３５は、光検出器
２３から出力される検出信号を増幅する増幅器２４と、
増幅器２４で増幅された検出信号に基づいてエッチング
深さを演算する演算器２５とから構成されている。

【００３４】レーザ光の投光系における１／４波長板８
とのぞき窓４との間には、第１のフィルタ２６が設けら
れている。この第１のフィルタ２６は、真空チャンバ１
内からのエッチング深さ測定に不要な波長の光、すなわ
ち可視光線の波長領域以外の真空チャンバ１内で発生す
るプラズマから発せられる紫外領域及び赤外領域の波長
の光を除外（カット）する特性を有し、投光系の第１の
光ファイバー５への入射を防ぐものである。

【００３５】また、第１のフィルタ２６は上述した利用
以外に、例えばレーザ光発生装置から出射されるレーザ
光の波長のうち、被処理体に照射するのに適した波長の
光のみを選択するのにも利用できる。

【００３６】なお、第１のフィルタ２６は、レーザ光が
正反射するのを防ぐためにある程度の角度で傾けて配置
してあることが望ましい。

【００３７】この第１のフィルタ２６は、第１の光ファ
イバー５に不要な波長の光が入射することを防止できれ
ば１／４波長板８とのぞき窓４との間に配置するものに
限られるものではなく、例えば１／４波長板８と偏光ビ
ームスプリッタ７との間に配置してもよい。

【００３８】また、レーザ光の受光系におけるのぞき窓
４とミラー９との間には、第２のフィルタ２７が配置さ
れている。なお、この第２のフィルタ２７も、被処理体
３からの反射光が正反射するのを防ぐためにある程度の
角度で傾けて配置してあることが望ましい。

【００３９】この第２のフィルタ２７は、上記第１のフ
ィルタ２６と同様、真空チャンバ１内からのエッチング
深さ測定に不要な波長の光、すなわち可視光線の波長領
域以外の真空チャンバ１内で発生するプラズマから発せ
られる紫外領域及び赤外領域の波長の光を除外する特性
を有し、受光系の第２の光ファイバー１１への入射を防
ぐものである。

【００４０】この第２のフィルタ２７も上記第１のフィ
ルタ２６と同様に、第２の光ファイバー１１に不要な波
長の光が入射することを防止できればのぞき窓４とミラ
ー９との間に配置するものに限られるものではなく、例
えばミラー９と第２の光ファイバー１１との間に配置し
てもよい。

【００４１】これら第１及び第２のフィルタ２６、２７
は、紫外領域及び赤外領域の波長の光を除外する特性を
有するものに限らず、任意の波長の光を除外する特性を
有するものにしてもよい。

【００４２】次に、上記の如く構成されたエッチング深
さ測定センサの作用について説明する。

【００４３】真空チャンバ１内では、その内部にエッチ
ングガスが流入されていると共に、不図示の高周波磁界
が印加されてプラズマが発生させられ、このプラズマに
より被処理体３に対するエッチング処理が行われる。

【００４４】このエッチング処理中に、レーザ光発生装
置２０からレーザ光が出力されると、このレーザ光は、
レンズ２１を通して第１の光ファイバー５の一端側に入
射される。

【００４５】次いで、レーザ光は、第１の光ファイバー
５を伝播して真空チャンバ１の上方まで導かれ、該第１
の光ファイバー５の他端側から出射された平行光は、偏
光ビームスプリッタ７に入射する。

【００４６】偏光ビームスプリッタ７により反射された
レーザ光は、１／４波長板８により位相が変えられ、第
１のフィルタ２６を透過し、のぞき窓４を通って真空チ
ャンバ１内の被処理体３に照射される。

【００４７】この被処理体３で反射した反射回折光は、
のぞき窓４を通ってから第２のフィルタ２７に導かれ
る。

【００４８】この第２のフィルタ２７を透過した反射回
折光は、ミラー９で反射されて第２の光ファイバー１１
に入射する。

【００４９】この第２の光ファイバー１１により伝播さ
れた反射回折光は、レンズ２２を通り光検出器２３で受
光される。

【００５０】この光検出器２３は、受光した反射回折光
を光強度に応じた検出信号に変換出力する。

【００５１】この検出信号は、信号処理装置３５の増幅
器２４に導かれ、増幅器２４により増幅された検出信号
は演算器２５により必要な演算処理が行われてエッチン
グ深さが求められる。

【００５２】なお、被処理体３からの正反射光は、１／
４波長板８に戻るが、偏光ビームスプリッタ７を透過
（直進）するため第１の光ファイバー５に戻ることはな
い。

【００５３】このようなエッチング深さの測定中に、真
空チャンバ１ののぞき窓４からその上方（真空チャンバ
１の外部）に出射される被処理体３からの反射回折光に
は、エッチング深さの検出に必要な波長の光以外に、真
空チャンバ１内で発生するプラズマからの紫外領域の波
長の光、即ちエッチング深さ測定に不要な波長の光も含
まれている。

【００５４】これらエッチング深さ測定に不要な波長の
光は、第１及び第２のフィルタ２６、２７により除外す
るため、第１の光ファイバー５を有する投光系及び第２
の光ファイバー１１を有する受光系にはエッチング深さ
測定に不要な波長の光が入射することはない。

【００５５】このように上記第１の実施の形態において
は、レーザ光の投光系における１／４波長板８とのぞき
窓４との間に第１のフィルタ２６を配置すると共に、真
空チャンバ１内からの光の受光系におけるのぞき窓４と
ミラー９との間に第２のフィルタ２７を配置したことに
より、真空チャンバ１内からのエッチング深さ測定に不
要な波長の光、すなわち可視光線の波長領域以外の真空
チャンバ１内で発生するプラズマから発せられる紫外領
域及び赤外領域の波長の光を除外することができるの
で、エッチング深さ検出に必要な波長の光のみを光検出
器２３に導くことができる上に、この光検出器２３から
出力される検出信号のＳＮ比を向上させることができ
る。

【００５６】また、投光系及び受光系の各光学素子の劣
化を招く紫外領域の波長の光を除外できるので、１／４
波長板８、偏光ビームスプリッタ７などの光学レンズ類
や、第１及び第２の光ファイバー５、１１の長寿命化を
実現できる。

【００５７】（２）次に、本発明の第２の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分
には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００５８】図２は投光系及び受光系に光ファイバーを
用いないエッチング深さ測定センサの構成図である。本
実施の形態では、投光系に光源３３が設けられ、この光
源３３から出力された光が、マイクロレンズ６を通って
ミラー３４で反射され、第１のフィルタ２６、のぞき窓
４を通って真空チャンバ１内の被処理体３に照射される
ようになっている。

【００５９】また、受光系の第２のフィルタ２７を通る
光路上には、光検出器２３が設けられ、この光検出器２
３から出力される検出信号を増幅器２４で増幅した後、
増幅された検出信号は演算器２５で必要な演算処理が施
されてエッチング深さが求められるようになっている。

【００６０】なお、第１のフィルタ２６は、被処理体に
照射される光が正反射するのを防ぐために、第２のフィ
ルタ２７は、被処理体３からの反射回折光が正反射する
のをふせぐために、ある程度の角度で傾けて配置してあ
ることが望ましい。

【００６１】次に、上記の如く構成されたエッチング深
さ測定センサの作用について説明する。

【００６２】真空チャンバ１内では、その内部にエッチ
ングガスが流入されていると共に、不図示の高周波磁界
が印加されてプラズマが発生させられ、そのプラズマに
よって被処理体３に対するエッチング処理が行われる。

【００６３】このエッチング処理中に、光源３３から出
力された光は、マイクロレンズ６により平行光に変換さ
れる。

【００６４】次いで、マイクロレンズ６で平行光に変換
された光は、ミラー３４により偏向され、第１のフィル
タ２６を透過し、のぞき窓４を通って真空チャンバ１内
の被処理体３に照射される。

【００６５】この被処理体３からの反射光は、のぞき窓
４を通り、第２のフィルタ２７を透過した後、光検出器
２３で受光される。

【００６６】この光検出器２３は、受光した反射光を光
強度に応じた検出信号に変換出力する。この光検出器２
３から出力される検出信号は、増幅器２４で増幅され、
演算器２５で必要な演算処理が施されてエッチング深さ
が求められる。

【００６７】このようなエッチング深さの検出中に、真
空チャンバ１ののぞき窓４からその上方（真空チャンバ
１の外部）に出射される被処理体３からの反射光には、
エッチング深さの検出に必要な波長の光以外に、真空チ
ャンバ１内で発生するプラズマからの紫外領域等のエッ
チング深さ測定に不要な波長の光も含まれている。

【００６８】これらエッチング深さ測定に不要な波長の
光は、第１及び第２のフィルタ２６、２７により除去す
るため、光源３３を有する投光系及び光検出器２３を有
する受光系にはエッチング深さ測定に不要な波長の光が
入射することはない。

【００６９】このように上記第２の実施の形態において
は、投光系におけるミラー３４とのぞき窓４との間に第
１のフィルタ２６を配置すると共に、受光系におけるの
ぞき窓４と光検出器２３との間に第２のフィルタ２７を
配置したことにより、真空チャンバ１内からのエッチン
グ深さ測定に不要な波長の光、すなわち可視光線の波長
領域以外の真空チャンバ１内で発生するプラズマから発
せられる紫外領域及び赤外領域の波長の光を除外するこ
とができるので、投光系及び受光系に光ファイバーを用
いないエッチング深さ測定センサにおいても、上記第１
の実施の形態と同様に、エッチング深さ測定に不要な波
長の光を除外し、エッチング深さ検出に必要な波長の光
のみ光検出器２３に導くことができる上に、この光検出
器２３から出力される検出信号のＳＮ比を向上させるこ
とができる。

【００７０】また、投光系及び受光系の各光学素子の劣
化を招く紫外領域の波長の光を除外できるので、マイク
ロレンズ６、ミラー３４などの光学レンズ類や、光検出
器２３の長寿命化を実現できる。

【００７１】さらに、投光系及び受光系に第１及び第２
の光ファイバー５、１１を用いないので、部品点数を減
らすことができる。

【００７２】（３）次に、本発明の第３の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分
には同一符号を付し、且つ投光系及び受光系の構成は省
略する。

【００７３】図３はエッチング深さ測定センサの構成図
である。このエッチング深さ測定センサは、上記第１の
実施の形態における第１のフィルタ２６と第２のフィル
タ２７との機能を一体化した一体化フィルタ４０を真空
チャンバ１ののぞき窓４の上方に配置したものである。

【００７４】なお、フィルタ４０も、第１及び第２の実
施の形態の場合と同様、被処理体３に照射される光が正
反射するのを防ぐと共に、被処理体３からの反射光が正
反射するのをふせぐためにある程度の角度で傾けて配置
してあることが望ましい。

【００７５】この一体化フィルタ４０は、真空チャンバ
１内からのエッチング深さ測定に不要な波長の光、すな
わち可視光線の波長領域以外の真空チャンバ１内で発生
するプラズマから発せられる紫外領域及び赤外領域の波
長の光を除外（カット）する特性を有しており、真空チ
ャンバ１内からのエッチング深さ測定に不要な波長の光
が投光系の第１の光ファイバー５及び受光系の第２の光
ファイバー１１へ入射するを防ぐものである。

【００７６】このような構成であれば、上記同様に、レ
ーザ光を真空チャンバ１内の被処理体３に照射し、この
被処理体３からの反射回折光を光検出器２３により受光
すると、受光した反射回折光を光強度に応じた検出信号
に変換出力し、出力された検出信号を増幅、必要な演算
処理を行ないエッチング深さが求められる。

【００７７】このようなエッチング深さ測定中の真空チ
ャンバ１ののぞき窓４からその上方（真空チャンバ１の
外部）に出射される光には、被処理体３からの反射回折
光の他に、真空チャンバ１内のプラズマが発する紫外領
域等のエッチング深さ測定に不要な波長の光も含まれて
いる。

【００７８】これらエッチング深さ測定に不要な波長の
光は、一体化フィルタ４０により除去されるので、エッ
チング深さ測定に不要な波長の光が、第１の光ファイバ
ー５を有する投光系及び第2の光ファイバー１１を有す
る受光系に入射することが防止される。

【００７９】このように上記第３の実施の形態によれ
ば、一体化フィルタ４０を用いたことにより、上記第１
の実施の形態と同様の効果を奏する。

【００８０】また、一体化フィルタ４０をのぞき窓４の
代わりに用いることも可能である。

【００８１】このようにすることで、光路中に介在する
光学系を減らすことができるので、少なくとも第３の実
施の形態でふれた構成の光学系に比べて、光路中に介在
する光学系で生じていた光量損失を解消させることがで
きる。

【００８２】（４）次に、本発明の第４の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００８３】図４は、投光系及び受光系の２系統の光学
系の小型化と共に、光学調整の負担の軽減を可能にする
ために考えられたエッチング深さ測定センサの構成図で
ある。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、かつ
投光系及び受光系の構成の詳細は省略する。

【００８４】先ず、図４に示すエッチング深さ測定セン
サの第１及び第２の光ファイバー５、１１は、それぞれ
の一端側が一体化され、１本の光ファイバー（以下、合
体ファイバーと称する）５２を形成する。

【００８５】この合体ファイバー５２の入出射口５２
ａ、５２ｂは、図５に示すように出射口５２ａと入射口
５２ｂのそれぞれの形状が半円形状をなしており、出射
口５２ａと入射口５２ｂのそれぞれが合体ファイバー５
２の中心を境に略対称な位置関係となっている。

【００８６】また、第１の光ファイバー５の他端側（入
射端）には、コレクタレンズ５１を介して白色光を発す
る光源５０が設けられ、第２の光ファイバー１１の他端
側（出射端）には、光検出器２３が設けられる。

【００８７】この合体ファイバー５２の入出射口５２
ａ、５２ｂは、真空チャンバ１の上方に配置されてい
る。

【００８８】この合体ファイバー５２の出射口５２ａか
らの光の光路上には、ミラー５３が対向配置されてお
り、このミラー５３とのぞき窓４との間には、コリメー
トレンズ５４を介してフィルタ７０が配置されている。

【００８９】なお、合体ファイバー５２の入出射口５２
ａ、５２ｂは、真空チャンバ１内の基板載置台２上に載
置された被処理体３に対して出射口５２ａから出射した
光が、被処理体３で反射され入射口５２ｂに入射するよ
う出射角と入射角とが設定されているものとする。

【００９０】また、フィルタ７０は、真空チャンバ１内
からのエッチング深さ測定に不要な波長の光、すなわち
可視光線の波長領域以外の真空チャンバ１内で発生する
プラズマから発せられる紫外領域及び赤外領域の波長の
光を除去（カット）する特性を有し、合体ファイバー５
２の出射口５２ａ及び入射口５２ｂへの不要な波長の光
の入射を防ぐものである。

【００９１】なお、このフィルタ７０は、コリメートレ
ンズ５４とのぞき窓４との間に配置するのが最も望まし
いが、合体ファイバー５２とのぞき窓４との間であれ
ば、どこに設置してもよい。

【００９２】第２の光ファイバー１１の他端側には、レ
ンズを介して光検出器２３が配置されている。

【００９３】この光検出器２３は、受光した光をその光
強度に応じた検出信号に変換してその検出信号を出力す
るものである。

【００９４】この光検出器２３の出力端には、増幅器２
４を介して演算器２５が接続されている。

【００９５】この演算器２５は、光検出器２３からの検
出信号に基づいてエッチング深さを演算し求める機能を
有している。

【００９６】次に、上記の如く構成されたエッチング深
さ測定センサの作用について説明する。

【００９７】真空チャンバ１内では、その内部にエッチ
ングガスが流入されていると共に、高周波磁界が印加さ
れてプラズマを発生させられ、このプラズマにより被処
理体３に対するエッチング処理が行われる。

【００９８】このエッチング処理中に、光源５０からの
光が出射されると、この光は、コレクタレンズ５１によ
りその拡散が抑えられて第１の光ファイバー５に入射
し、この第１の光ファイバー５を伝播し、さらに合体フ
ァイバー５２を経てその出射口５２ａから出射される。

【００９９】なお、この出射口５２ａから出射される光
は、平行光となっていることが好ましい。

【０１００】この出射口５２ａから出射された光は、ミ
ラー５３により偏向され、コリメートレンズ５４、フィ
ルタ７０を通ってのぞき窓４から真空チャンバ１内の被
処理体３に照射される。

【０１０１】この被処理体３からの反射光は、のぞき窓
４からフィルタ７０、コリメートレンズ５４を通り、ミ
ラー５３で偏向され、合体ファイバー５２の入射口５２
ｂに入射する。

【０１０２】そして、被処理体３からの反射光は、合体
ファイバー５２の第２の光ファイバー１１を伝播し、光
検出器２３により受光される。

【０１０３】この光検出器２３は、受光した反射光を光
強度に応じた検出信号に変換出力する。この検出信号
は、増幅器２４により増幅され、演算器２５により必要
な演算処理が行われてエッチング深さが求められる。

【０１０４】このように上記第４の実施の形態において
は、第１と第２の光ファイバー５、１１のそれぞれの一
端側を一体化した１本の合体ファイバー５２を真空チャ
ンバ１の上方に設置したので、真空チャンバ１の上方に
光を出射する出射口５２ａと被処理体３からの反射光を
入射する入射口５２ｂとの光学系を１系統で構成するこ
とができ、小型化を可能とすると共に、光学調整も容易
になり光学調整による負担も軽減できる。

【０１０５】また、合体ファイバー５２の出射口５２ａ
から出射される光が平行光であり、コリメートレンズ５
４の光軸に対して片側から被処理体３に光を入射させる
ことで、コリメートレンズ５４で集光されて被処理体３
に照射され、被処理体３で反射した大部分の光がコリメ
ートレンズ５４の光軸に対して入射光とは反対側の光路
を返り、合体ファイバー５２の入射口５２ｂに入射させ
ることができ、効率がよく且つ感度の高いエッチング深
さの検出を実現することができる。

【０１０６】また、エッチング深さ測定中の真空チャン
バ１ののぞき窓４からその上方（真空チャンバ１の外
部）に出射される光には、被処理体３からの反射光の他
に、真空チャンバ１内のプラズマが発する紫外領域等の
エッチング深さ測定に不要な波長の光が含まれている
が、フィルタ７０によりこれらエッチング深さ測定に不
要な波長の光を除去することができ、合体ファイバー５
２の出射口５２ａ及び入射口５２ｂに不要な波長の光が
入射することを防止することができる。

【０１０７】このように上記第４の実施の形態において
は、コリメートレンズ５４とのぞき窓４との間にフィル
タ７０を設置したので、真空チャンバ１内からのエッチ
ング深さ測定に不要な波長の光、すなわち真空チャンバ
１内で発生するプラズマから発せられる可視光線の波長
領域以外の波長の光、例えば紫外領域及び赤外領域の波
長の光を除外できる。

【０１０８】これにより、エッチング深さ検出に必要な
波長の光のみを光検出器２３に導くことができ、この光
検出器２３から出力される検出信号のＳＮ比を向上でき
る。

【０１０９】また、光源５０、コレクタレンズ５１、第
１の光ファイバー５、ミラー５３、コリメートレンズ５
４、合体ファイバー５２、第２の光ファイバー１１等の
光学レンズ類や、光検出器２３の長寿命化を実現でき
る。

【０１１０】（５）次に、本発明の第５の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、図４と同一部分
には同一符号を付し、且つ受光系の構成が省略する。

【０１１１】図６はエッチング深さ測定センサの構成図
である。合体ファイバー５２の出射口５２ａには、偏光
板６０が設置されている。

【０１１２】また、コリメートレンズ５４とのぞき窓４
との間には、１／４波長板６１と共に、第４の実施の形
態で設けたフィルタ７０が設置されている。

【０１１３】なお、この１／４波長板６１は、コリメー
トレンズ５４とミラー５３との間、又はミラー５３と偏
光板６０との間等、偏光板６０とのぞき窓４との間の光
路上ならばどこに設置してもよい。

【０１１４】次に、上記の如く構成された第５の実施の
形態のエッチング深さ測定センサの作用について説明す
る。

【０１１５】真空チャンバ１内では、その内部にエッチ
ングガスを流入させていると共に、高周波磁界が印加さ
れてプラズマが発生させられ、このプラズマにより被処
理体３に対するエッチング処理が行なわれる。

【０１１６】このエッチング処理中に、光源５０から出
力された光は、コレクタレンズ５１によりその拡散が抑
えられて、第１の光ファイバー５に入射され、この第１
の光ファイバー５を伝播し、偏光板６０を通ることによ
って１方向の振動成分に限定された光となる。

【０１１７】偏光板６０を通った光は、ミラー５３によ
り偏向され、コリメートレンズ５４を通り、１／４波長
板６１によって４分の１波長だけ位相がずらされる。

【０１１８】位相がずらされた光は、フィルタ７０を通
りのぞき窓４から真空チャンバ１内の被処理体３に照射
される。

【０１１９】次いで、被処理体３で反射された反射光
は、のぞき窓４、フィルタ７０を介して１／４波長板６
１を通り、４分の１波長だけ位相がずらされる。この位
相がずらされた反射光は、コリメートレンズ５４を通
り、ミラー５３で偏向され合体ファイバー５２の入射口
５２ｂに入射する。

【０１２０】この光のうち出射口５２ａに戻ろうとする
光は、偏光板６０によって遮光されているため、出射口
５２ａには入射しない。

【０１２１】よって、被処理体３からの反射光は、合体
ファイバー５２の第２の光ファイバー１１のみを伝播
し、光検出器２３によって受光される。

【０１２２】この光検出器２３は、受光した反射光を光
強度に応じた検出信号に変換出力する。この検出信号
は、増幅器２４により増幅され、演算器２５により必要
な演算処理が行われていてエッチング深さが求められ
る。

【０１２３】このように上記第５の実施の形態において
は、上記第４の実施の形態の効果に加えて、合体ファイ
バー５２の出射口５２ａに偏光板６０を設置し、且つコ
リメートレンズ５４とのぞき窓４との間に１／４波長板
６１を設置したので、合体ファイバー５２の出射口５２
ａに戻ろうとする反射光を偏光板６０によって遮光する
ことができる。

【０１２４】これにより、光源５０として上記レーザ光
発生装置２０を用いることが可能となる。

【０１２５】なお、本発明は、上記第１乃至第６の実施
の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要
旨を逸脱しない範囲で種々の変形をすることが可能であ
る。

【０１２６】さらに、上記実施の形態には、種々の段階
の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。

【０１２７】例えば、実施の形態に示されている全構成
要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決
しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の
効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、こ
の構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

【０１２８】また、上記第４及び第５の実施の形態にお
いて、合体ファイバー５２の入出射口５２ａ、５２ｂ
は、合体ファイバー５２の中心を境に対称的に配置され
ていれば、どのような形成であってもよい。

【０１２９】例えば、図５に示す出射口５２ａと入射口
５２ｂは、略半円状な形状の出射口５２ａと入射口５２
ｂとがそれぞれ略対称な位置関係となるように形成され
ているが、これに限られるものではなく、図７（ａ）
（ｂ）に示すように出射口５２ａの面積に対して入射口
５２ｂの面積を大きく形成してもよい。

【０１３０】このように入射口５２ｂの面積を出射口５
２ａの面積よりも大きく形成することで、出射口５２ａ
から出射された光を効率よく入射口５２ｂに入射するこ
とができ、光検出器２３を介してのエッチング深さの測
定感度を向上させることができる。

【０１３１】また、出射口５２ａと入射口５２ｂとの面
積比を調整マージンとすることで、エッチング深さ測定
センサにおける光軸調整が容易となる。

【０１３２】さらに、出射口５２ａと入射口５２ｂと
は、上記とは逆に、出射口５２ａの面積に対して入射口
５２ｂの面積を小さく形成してもよい。

【０１３３】これにより、出射口５２ａと入射口５２ｂ
との光軸ズレによる光検出器２３での受光量の差が生じ
にくくなり、光軸調整が容易となり、さらに検出感度の
機差を少なく抑えることができる。

【０１３４】このように入射口と出射口の大きさを異な
らせる場合、入射口と出射口の合体ファイバー５２の中
心を越えない範囲で構成することで、より効果を出すこ
とができる。

【０１３５】また合体ファイバー５２の出射口５２ａ及
び５２ｂの形状は、それぞれ半円形に形成されている
が、これに限らず、図８に示すように三角形状やその他
の任意の形状に形成してもよい。

【０１３６】また、上述した実施の形態では、フィルタ
を配置する位置について、光ファイバーの出射口から被
処理体に出射される光の光路上では、投光系の光ファイ
バー等の光学系を保護する目的で投光系からの光がのぞ
き窓に入射する前側、また、のぞき窓から光ファイバー
の入射口へ入射する光の光路上では、投光系と同様、受
光系の光ファイバーを保護する目的でのぞき窓を通った
光が受光系の光学系に入射する前側に配置するようにし
ていたが、例えば図９に示すように投光系の端部（出射
口）、具体的には光ファイバー端部（出射口）にフィル
タを直接設ける（一体化）ようにしてもよく、受光系も
投光系と同様に受光系の端部（入射口）、具体的には光
ファイバー端部（入射口）にフィルタを直接設ける（一
体化）ようにしてもよい。

【０１３７】また、上述した第４及び第５の実施の形態
では、好ましい例として、コリメートレンズを用いて、
投光系の光ファイバーの出射口から出射される光が平行
光であり、その平行光を被処理体に集光させると共に、
被処理体からの反射光を平行光にして受光系の光ファイ
バーの入射口に入射させていたが、これに限られるもの
ではなく、例えば投光系の光ファイバーの出射口から出
射される光を平行光にして被処理体に対して照射させる
と共に、被処理体からの反射光（平行光）を受光系の光
ファイバーの入射口に集光させるようにしてもよい。

【０１３８】なお、上述したような機能を実現すること
ができる光学系であれば、特にコリメートレンズに限ら
なくてはならないものではない。

【０１３９】さらに、合体ファイバー５２の入出射口５
２ａ、５２ｂは、真空チャンバ１内の基板載置台２上に
載置された被処理体３に対して出射口５２ａから出射し
た光が、被処理体３で反射され入射口５２ｂに入射する
よう出射角と入射角とが設定されているものとする。

【０１４０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、エ
ッチング深さ測定に必要な光の検出感度を高くすると共
に、光学系の劣化の少ない耐久性を向上することができ
るエッチング深さ測定センサを提供できる。

【０１４１】また、本発明によれば、真空チャンバ上方
の限られたスペースに配置できる投光系及び受光系の２
系統の光学系の小型化を実現し、且つ容易に光学系の調
整ができるエッチング深さ測定センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエッチング深さ測定センサの第
１の実施の形態を示す構成図。

【図２】本発明に係わる投光系及び受光系に光ファイバ
ーを用いないエッチング深さ測定センサの第２の実施の
形態の構成図

【図３】本発明に係わるエッチング深さ測定センサの第
３の実施の形態を示す構成図。

【図４】本発明に係わる投光系及び受光系の２系統の光
学系の小型化と共に光学調整の負担の軽減を可能にする
エッチング深さ測定センサの第４の実施の形態を示す構
成図。

【図５】本発明に係わるエッチング深さ測定センサの第
４の実施の形態における合体ファイバーの入出射口を示
す図。

【図６】本発明に係わるエッチング深さ測定センサの第
５の実施の形態を示す構成図。

【図７】合体ファイバーの入出射口の変形例を示す図。

【図８】合体ファイバーの入出射口の他の変形例を示す
図。

【図９】投光系の端部（出射口）の変形例を示す図。

【図１０】従来のエッチング深さ測定センサの構成図。

【符号の説明】

１：真空チャンバ ２：基板載置台 ３：被処理体 ４：のぞき窓 ５：第１の光ファイバー ６：マイクロレンズ ７：偏光ビームスプリッタ ８：１／４波長板 ９：ミラー １１：第２の光ファイバー ２０：レーザ光発生装置 ２２：レンズ ２３：光検出器 ３５：信号処理装置 ２４：増幅器 ２５：演算器 ２６：第１のフィルタ ２７：第２のフィルタ ３３：光源 ３４：ミラー ４０：一体化フィルタ ５０：光源 ５１：コレクタレンズ ５２：光ファイバー（合体ファイバー） ５２ａ，５２ｂ：入出射口 ５３：ミラー ５４：コリメートレンズ ６０：偏光板 ６１：１／４波長板 ７０：フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA25 BB01 CC25 CC32 DD04 FF44 FF48 GG04 GG21 HH03 JJ02 LL02 LL12 LL22 LL32 LL36 LL37 QQ29 5F004 CB09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に配置された被処理体に
   対してエッチング処理を行なっているときに、前記真空
   チャンバの外部から前記被処理体に対して光を照射する
   投光系と、前記被処理体からの反射光を前記真空チャン
   バの外部で受光する受光系と、この受光系により検出さ
   れた前記反射光の光強度に基づいて前記被処理体のエッ
   チング深さを測定する演算手段とからなるエッチング深
   さ測定センサにおいて、 前記真空チャンバ内からのエッチング深さ測定に不要な
   波長の光を除外し、少なくとも前記受光系への入射を防
   止するフィルタ光学系を備えたことを特徴とするエッチ
   ング深さ測定センサ。
2. 【請求項２】 前記フィルタ光学系は、可視光線の波長
   領域以外の前記真空チャンバ内で発生するプラズマから
   発せられる紫外領域の波長の光を少なくとも除外するこ
   とを特徴とする請求項１記載のエッチング深さ測定セン
   サ。
3. 【請求項３】 前記フィルタ光学系は、前記受光系の光
   路上に少なくとも配置されたフィルタであることを特徴
   とする請求項１記載のエッチング深さ測定センサ。
4. 【請求項４】 前記フィルタ光学系は、前記投光系の光
   路上に配置された第１のフィルタと、 前記受光系の光路上に配置された第２のフィルタと、か
   らなることを特徴とする請求項１記載のエッチング深さ
   測定センサ。
5. 【請求項５】 前記受光系には、光ファイバーを用いた
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のエッチング
   深さ測定センサ。
6. 【請求項６】 被処理体に照射する光を真空チャンバの
   外部に伝播する投光系の光ファイバーと、前記被処理体
   からの反射光を前記真空チャンバの外部より伝播する受
   光系の光ファイバーとからなり、前記投光系の光を前記
   被処理体に出射する前記投光系の光ファイバーの出射口
   と、前記被処理体からの前記反射光を入射する前記受光
   系の光ファイバーの入射口とが一体に形成され、且つそ
   の一体に形成されている前記出射口と前記入射口とが略
   対称な位置関係となるように形成されている合体ファイ
   バーと、 前記真空チャンバ内に配置された前記被処理体に対して
   エッチング処理を行なっているときに、前記真空チャン
   バの外部の前記出射口から出射する光を前記被処理体に
   導き、且つ前記被処理体からの反射光を前記真空チャン
   バの外部の前記入射口に導く光学系と、を備えているこ
   とを特徴とするエッチング深さ測定センサ。
7. 【請求項７】 前記合体ファイバーの前記出射口と前記
   入射口の各面積は、いずれか一方の面積が大きくなるよ
   う形成されていることを特徴とする請求項６記載のエッ
   チング深さ測定センサ。
8. 【請求項８】 前記出射口から出射された前記光の光路
   上に配置された偏光板と、 前記偏光板を通った光の光路上と前記反射光の光路上と
   に配置された波長板と、を備えたことを特徴とする請求
   項６記載のエッチング深さ測定センサ。