JP2006032959A - プラズマ処理装置、およびプラズマ処理の光検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の測定位置から得られる複数の光信号を検出することができ、また、より単純な構造を有するという利点を有している装置を使用して各測定位置の状態を分析することができるプラズマ処理装置および光検出方法を提供すること。
【解決手段】干渉光Ｌ１が、光ファイバ２２２を通過して分光コンポーネント２３０に伝送される。プラズマ光Ｌ２が、光ファイバ２２４を通過して分光コンポーネント２３０に伝送される。これらの光は、それぞれ個々に分光分離される。干渉光Ｌ１の分光分離によって得られる干渉光スペクトルＬ１ｇは、第１の光路２２６を通過して光電変換コンポーネント２４０の干渉光光受容領域に突き当たる。プラズマ光Ｌ２の分光分離によって得られるプラズマ光スペクトルＬ２ｇは、第２の光路２２８を通過して光電変換コンポーネント２４０のプラズマ光光受容領域に突き当たる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置における光検出方法に関するものである。

プラズマによるエッチング処理は、半導体デバイスおよびＬＣＤ（液晶ディスプレイ）基板の製造プロセスに幅広く使用されている。このプラズマ処理に利用されている処理装置は、例えば互いに平行に配置された上部電極および下部電極を備えている。処理ワークピース（例えば半導体ウェハ）が下部電極に支えられ且つ保持されている間、上部電極と下部電極の間にプラズマが生成される。処理ワークピースは、このプラズマによる特定のパターンによってエッチングされる。

プラズマ処理によって形成されるホールおよびトレンチのスケールは現在、縮小されつつある。このスケールの縮小には、処理装置の動作状態を実時間で監視する必要があり、またエッチングの終点をより高い精度で検出する必要がある。

エッチングの終点の従来の検出には、高感度分光分析法が比較的単純であるという理由で幅広く利用されている（特開２０００−３３１９８５号公報（ＪＰ−２０００−３３１９８５）を参照されたい）。この分光分析法によれば、エッチングに使用されるガスの反応生成物または分解生成物のイオンなど（例えばＣＯ^＊、Ｎ^＊など）、ラジカルなどといった活性種の中から特定の活性種が選択される。エッチングの終点は、選択された特定の活性種の放出スペクトル（各波長における放出強度）の変化に基づいて検出される。例えばフッ化炭化水素タイプ（ＣＦ_４等）のエッチング・ガスを使用して酸化ケイ素膜をエッチングする場合、反応生成物ＣＯ^＊からの放出スペクトル（２１９ｎｍ、４８３．５ｎｍ等）が測定される。またフッ化炭化水素タイプのエッチング・ガスを使用してチッ化ケイ素膜をエッチングする場合、反応生成物Ｎ^＊からの放出スペクトル（６７４ｎｍ等）が測定される。次に、上で言及したタイプの特定の波長における放出強度、第１の値、第２の値など、もしくはこのような放出強度の差を、予め確立済みの値と比較することによってエッチングの終点が決定される。

またこの分光分析法によれば、エッチング処理の間、横方向からのプラズマ光が連続的に測定される。プラズマのこの測定放出スペクトルと、処理装置の他の部分から検出されたデータ（例えば上部／下部電極の電力、上部／下部電極の温度、処理装置の内壁温度など）とを使用することによって（例えば多変数分析によって）、処理装置の動作状態の実時間監視を可能にしている。

しかしながら、分光分析法は、処理中の層の下方の層（以下、「下を覆っている層」と呼ぶ）がエッチングの対象になった場合に生成されるプラズマ光の強度変化によってエッチングの終点を決定しているため、とりわけエッチング速度が速い場合、下を覆っている層が除去される可能性の問題を抱えている（いわゆる「オーバーエッチング」）。

下を覆っている層の露出と同時にエッチング処理が終了しない場合、あるいは下を覆っている層が露出することなくエッチング処理が終了し、処理中の層に一定の厚さが残留する場合、分光分析法以外の方法が使用される。例えば干渉光を測定する方法（以下、「干渉光測定法」と呼ぶ）によって処理ワークピースの処理中の層（エッチングの対象になっている層）に光が照射され、処理中の層からの反射によって生成された干渉光が測定される（特開平３−２８３１６５号公報（ＪＰ−３−２８３６１５）および特開２０００−２１２７７３号公報（ＪＰ−２０００−２１２７３）を参照されたい）。干渉光測定法を使用する場合には、エッチングの間、処理中の層のエッチング速度を直接検出することもまた可能になる。

エッチングの終点をより正確に検出し、且つ処理中の層のエッチング速度および処理装置の動作状態などを実時間でさらに監視するためには、分光分析法および干渉光測定法を始めとする複数の光学測定法が組み込まれた処理装置を使用することが望ましい。

しかしながら、例えば分光分析法および干渉光測定法を使用してエッチングの終点の検出および処理中の層のエッチング速度の検出を試行する場合、分光分析法のための光学系コンポーネントと干渉光測定法のための光学系コンポーネントを個別に処理装置に組み込まなければならず、その結果、処理装置の規模が大きくなり、処理装置が占有する空間および処理装置のコストが増加する。

本発明は、上記の考察に鑑みて開発された。本発明の目的は、新規な改良型プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置のための光検出方法を提供することであり、このプラズマ処理装置は、複数の測定位置から得られる複数の光信号を検出することができ、また、より単純な構造の装置を使用して個々の測定位置の状態を分析することができる。

本発明の第１の観点によれば、上記利点を実現するために、処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置であって、処理チャンバ内で処理ワークピースに突き当たる光による、処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、干渉光とプラズマ光を分光学的に分離するための分光コンポーネントと、分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築された光電変換要素領域、および光電変換要素領域から送られてくる電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有する光電変換コンポーネントとを有するプラズマ処理装置が提供される。この光電変換コンポーネントの光電変換要素領域は、分光コンポーネントで分光学的に分離された干渉光を光受容するための干渉光光受容領域と、分光コンポーネントで分光学的に分離されたプラズマ光を光受容するためのプラズマ光光受容領域とを少なくとも有している。

この構造を有するプラズマ処理装置によれば、干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域を有する光電変換要素領域が干渉光およびプラズマ光を受け取る。したがって干渉光およびプラズマ光のための個別の光電変換コンポーネントを準備する必要はない。その結果、プラズマ処理装置のサイズが縮小される。

また上記光電変換コンポーネントは、光電変換要素領域から伝送される電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有している。干渉光光受容領域に属するそれらの光電変換要素によって生成される電荷は、プラズマ光光受容領域を介して電荷蓄積部材に伝送される。この構造により、干渉光光受容領域に属する光電変換要素によって生成される電荷は、電荷蓄積部材に伝送するための個別の経路を確保する必要がなく、したがってプラズマ処理装置のサイズが縮小される。

電荷蓄積部材に一度にかなりの電荷が送られると、電荷蓄積部材がオーバーフロー状態に推移する問題が生じる。この点に関して、本発明によれば、プラズマ光の光電変換によって得られる電荷群は、時分割されて電荷蓄積部材に送られる（すなわち、細分されて、連続する２つのステップで送られる）。したがって電荷蓄積部材の容量を増やすことなく、送られてくるすべての電荷を蓄積することができる。このような伝送の周波数は、電荷蓄積部材の容量によって決定されることが好ましい。

上記光電変換要素領域は、干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域のいずれとも重なり合わない光遮蔽領域を有していることが好ましい。光電変換された電荷群を干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域から光遮蔽領域に送ることにより、干渉光光受容領域で干渉光を連続的に受け取ることが可能になり、またプラズマ光光受容領域でプラズマ光を連続的に受け取ることが可能になる。さらに、外部からの光が光遮蔽領域に当たらないため、干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域から送られてくる電荷群を安定した状態に維持することができる。

本発明の第２の観点によれば、上記の問題を解決するために、処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置の光検出方法であって、プラズマ処理装置が、処理チャンバ内で処理ワークピースに突き当たる光による、処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、干渉光とプラズマ光を分光学的に分離するための分光コンポーネントと、分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築された光電変換要素領域を有する光電変換コンポーネントとを有している光検出方法において、分光コンポーネントによって分光学的に分離された干渉光を、光電変換要素領域に確立された干渉光光受容領域で受け取るステップと、分光コンポーネントによって分光学的に分離されたプラズマ光を、干渉光光受容領域と重なり合わないように光電変換要素領域に確立されたプラズマ光光受容領域で受け取るステップとを含む光検出方法が提供される。

この光検出方法によれば、干渉光およびプラズマ光のための個別の光電変換コンポーネントを準備することなく、単一の光電変換コンポーネントによる干渉光およびプラズマ光の検出が可能になり、その結果、プラズマ処理装置のサイズが縮小される。

また、プラズマ光の光電変換によって得られる電荷群は、プラズマ光光受容領域から電荷蓄積部材に送られ、干渉光から得られる電荷群は、好ましくは、干渉光光受容領域からプラズマ光光受容領域を介して電荷蓄積部材に送られる。干渉光光受容領域に属する光電変換要素によって生成される電荷群は、個別の経路を確保する必要なく電荷蓄積部材に送られる。これは結果として、光電変換コンポーネントのサイズを縮小する。

以下、添付の図を参照して、本発明によるプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置光検出方法の好ましい実施例について説明する。本明細書および図においては、実質的に同じ機械構造を有する構成要素には同じ識別番号が割り当てられており、余計な説明は省略されている。

エッチング装置１００の構造を、本発明の実用実施例であるプラズマ処理装置として、添付の図を参照してについて説明する。図１は、エッチング装置１００の構造を略横断面図で示したものである。エッチング装置１００は、一方の電極がプラズマの形成に使用される電源と接触する、平行に対向する上部電極および下部電極を有する容量結合フラットプレート・エッチング装置として構築されている。

このエッチング装置１００は、陽極酸化処理（アルマイト処理）が施されたアルミニウムから管状の形で形成された処理チャンバ（室）１０２を有している。この処理チャンバ１０２は接地されている。処理ワークピースであるウェハＷを処理チャンバ１０２の内部の底部に設けられているセラミック等でできた絶縁プレート１０３を介して支え且つ保持するための、概ね円筒状のピラー形サセプタ支持ペデスタル（受け台）１０４が提供されている。このサセプタ支持ペデスタル１０４の上に、底部電極を形成しているサセプタ（以下、下部電極と呼ぶ）が提供されている。このサセプタ１０５は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０６に接続されている。

サセプタ支持ペデスタル１０４は、その内部に温度制御媒体チャンバ１０７を備えている。供給ライン１０８を介して温度制御媒体が温度制御媒体チャンバ１０７に供給され、循環された後、吐出ライン１０９から吐出される。この方法で温度制御媒体を循環させることによって所望の温度でのサセプタ１０５の制御が可能になる。

サセプタ１０５は、頂部に中央突起を有する円形プレートとして形成されており、その上に、ウェハＷの形状と概ね同じ形状の静電チャック１１１が配置されている。静電チャック１１１は、絶縁材料の間に配置された電極１１２として構築されている。静電チャック１１１は、電極１１２に接続された直流電源１１３から直流電圧（例えば１．５ｋＶ）を印加することによって生じる静電力によってウェハＷを吸引している。

絶縁プレート１０３、サセプタ支持ペデスタル１０４、サセプタ１０５および静電チャック１１１は、熱伝導媒体（Ｈｅなどの背面ガス）を処理ワークピースであるウェハＷの背面に供給するためのガス流路１１４を形成している。また、この熱伝導媒体は、サセプタ１０５とウェハＷの間の熱を伝導しており、それによりウェハＷを特定の温度に維持している。

サセプタ１０５の上部周囲縁部分には、静電チャック１１１に支えられ且つ保持される基板Ｗを取り囲むための環状フォーカス・リング１１５が配置されている。このフォーカス・リング１１５は、エッチングの一様性を改善するために、絶縁材料もしくは導電材料で形成されている。

また上部電極１２１は、このサセプタ１０５の上方にサセプタ１０５に平行に向い合って配置されている。この上部電極１２１は、処理チャンバ１０２の内部に絶縁体１２２によって保持されている。上部電極１２１は、サセプタ１０５と向い合う表面に電極プレート１２４を備えている。電極プレート１２４は、多数の噴射開口１２３およびこの電極プレート１２４を支持するための電極支持体１２５を有している。上記電極プレートは、例えば水晶を使用して構築される。上記電極支持体１２５は、例えばアルマイト表面処理が施されたアルミニウムなどの導電材料を使用して構築される。またサセプタ１０５と上部電極１２１の間の隙間は、調整可能になっている。

上部電極１２１の電極支持体１２５の中央部にガス入口ポート１２６が提供されている。このガス入口ポート１２６は、ガス供給ライン１２７に接続されている。またこのガス供給ライン１２７は、弁１２８およびマス・フロー・コントローラ１２９を介して処理ガス供給装置１３０に接続されている。

プラズマ・エッチングのためのエッチング・ガスは、この処理ガス供給装置１３０から供給される。また図１には処理ガスのための単一の供給システム（上記処理ガス供給装置１３０等を備えた）しか示されていないが、この供給システムは、処理チャンバ１０２の内部に供給するためのＣ_４Ｆ_６、ＣＦ_４、Ａｒ、およびＯ_２などのガスの流れがそれぞれ独立して制御される複数のこのような処理ガス供給システムとして構築することができる。

処理チャンバ１０２の底部に排気ガス・ラインが接続されている。この排気ガス・ライン１３１は、排気ガス・デバイス１３５に接続されている。排気ガス・デバイス１３５は、処理チャンバ１０２の内部を特定の換算圧力（例えば０．６７Ｐａ以下）まで真空引きすることができるように構築された、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えている。また処理チャンバ１０２の側壁にはゲート弁１３２が提供されている。

上部電極１２１には、第１の高周波電源１４０が接続されており、整流器１４１がこの電源ラインに挿入されている。またローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４２がこの上部電極１２１に接続されている。この第１の高周波電源１４０の周波数の範囲は５０〜１５０ＭＨｚである。このタイプの高い周波数の電力を印加することにより、所望の非結合状態の高密度プラズマを処理チャンバ１０２の内部に形成することができ、従来可能であった圧力条件よりさらに低い圧力条件の下でのより多くのプラズマ処理の実行が可能になる。この第１の高周波電源１４０の周波数は５０〜８０ＭＨｚであることが好ましく、典型的には図に示すように６０ＭＨｚの周波数が利用され、あるいはその近辺の周波数が利用される。

下部電極であるサセプタ１０５には第２の高周波電源１５０が接続されており、整流器１５１がこの電源ラインに配置されている。この第２の高周波電源１５０の周波数の範囲は数百ｋＨｚから数十ＭＨｚ、もしくはそれ以上である。この範囲の周波数で印加することにより、処理ワークピースであるウェハＷを損傷することなく適切なイオン効果を付与することができる。この第２の高周波電源１５０の周波数は、典型的には図に示すように１３．５６ＭＨｚもしくは２ＭＨｚの周波数が使用される。

この実用実施例のエッチング装置１００は、監視中の処理チャンバ１０２内の複数の部分から得られる複数の光信号を検出するための光検出器コンポーネント２００を備えている。以下、図２を参照してこの光検出器コンポーネント２００の構造および機能について説明する。

この実用実施例の場合、光検出器コンポーネント２００は、図２に示すように、光源２１０、分光コンポーネント２３０、光電変換コンポーネント２４０および計算処理コンポーネント２５０を備えている。このような構造により、ウェハＷ上に形成された監視中の層（つまりエッチング中の層）の厚さすなわち深さを監視することが可能になり、且つ処理チャンバ１０２内に形成されるプラズマＰの状態の観測が可能になっている。

光源２１０から放射される照射光Ｌ０は、光ファイバ２２０を通過し、且つ処理チャンバ１０２の上部部分に設けられた窓１６１を通過した後、処理チャンバ１０２内のウェハＷの表面に当たる。例えば監視中の層であるエッチング中の層（図には示されていない）は、ウェハＷの上に形成されている。照射光Ｌ０は、エッチング中の層とこのエッチング中の層を遮蔽しているマスク層（図には示されていない）との間の界面で反射する。またこの照射光は、同じくエッチングによってエッチング中の層に形成されるホールの底部表面で反射する。反射したこの２つの光ビーム間の干渉によって得られる干渉光Ｌ１は、窓１６１を通過し、また光ファイバ２２２を通過して、分光コンポーネント２３０に送られる。この干渉光Ｌ１の強度は、ホールの深さ（つまりエッチングの度合）によって変化するため、干渉光Ｌ１の検出に基づいてエッチング速度を測定することができる。

ウェハＷに特定の処理を施す場合（例えばエッチング処理を施す場合）、処理チャンバ１０２の内部の上部電極１２１とウェハＷとの間にプラズマＰが形成される。このプラズマＰによって生成されるプラズマ光Ｌ２は、処理チャンバ１０２の側面に設けられた窓１７１を通過し、また光ファイバ２２４を通過して、分光コンポーネント２３０に送られる。

しかし、プラズマＰによって生成されるプラズマ光Ｌ１０は、処理チャンバ１０２の上部部分に設けられた窓１６１を通って移動し、干渉光Ｌ１を伝送する光ファイバ２２２に突き当たる。すなわち、照射光Ｌ０が光源２１０から出力されている時間インターバルの間、光ファイバ２２２によって伝送される干渉光Ｌ１にはプラズマ光Ｌ１０が含まれている。それに対して、照射光Ｌ０が光源２１０から出力されていない時間インターバルの間、光ファイバ２２２が伝送するのはプラズマ光Ｌ１０のみである。

また、照射光Ｌ０、干渉光Ｌ１（プラズマ光Ｌ１０）およびプラズマ光Ｌ２の光路に光学コンポーネント（レンズ、ミラーおよび類似）を配置することも可能であり、個々の光軸を調整することができるようにこれらのコンポーネントを構築することも可能である。さらに、光ファイバ２２０、２２２および２２４を利用することなく個々の光路を構築することも可能である。

干渉光Ｌ１は、プラズマ光Ｌ２と共に分光コンポーネント２３０に導入され、これらの光ビームが分光分離される。干渉光Ｌ１の分光分離によって得られる干渉光スペクトルＬ１ｇは、第１の光路２２６を通過して光電変換コンポーネント２４０の光受容面に当たる。プラズマ光Ｌ２の分光分離によって得られるプラズマ光スペクトルＬ２ｇは、第２の光路２２８を通過して光電変換コンポーネント２４０の光受容面に当たる。

光電変換コンポーネント２４０は、計算処理コンポーネント２５０に光検出信号Ｓ２４０を出力している。計算処理コンポーネント２５０は、この光検出信号Ｓ２４０を利用して特定の計算処理を実行している。エッチング装置１００は、計算処理コンポーネント２５０の計算処理の結果に基づいて、例えばエッチング中の層の厚さおよびプラズマＰの状態を実時間で監視している。したがって、例えば下を覆っている層の露出に先立って、エッチング中の層のエッチング処理を終了させることが可能になっている。また下を覆っている層の露出を、エッチング中の層の厚さの変化およびプラズマＰの状態変化の両方に基づいて検出することができるため、下を覆っている層をエッチングすることなく、下を覆っている層の露出と同時にエッチングを完了させることが可能になっている。またエッチング装置１００の動作状態をプラズマＰの状態変化に基づいて推測することができるため、処理ガスの流量調整などによる自動プロセス制御が可能になっている。

また光源２１０としてハロゲン・ランプ（例えばキセノン・ランプ）を使用することができるが、ＬＥＤランプを使用することも可能である。このようなキセノン・ランプの中でも、短い時間インターバルでのターン・オン／オフに適したランプが使用されることが好ましい（例えば主電極およびトリガ・プローブを有するキセノン・フラッシュ・ランプ）。ＬＥＤランプは、短い時間インターバルでのオン／オフ動作能力に優れており、また、キセノン・ランプより寿命が長く、且つ電力消費が少ないため、光源２１０として好ましい。

次に、分光コンポーネント２３０の構造について、図３および図４を参照して説明する。図３は、分光コンポーネント２３０の平面図であり、図４は、分光コンポーネント２３０の傾斜斜視図である。

分光コンポーネント２３０は、スリット２３２および回折格子２３４を備えている。干渉光Ｌ１は、光ファイバ２２２を通過して分光コンポーネント２３０に導入される。プラズマ光Ｌ２は、光ファイバ２２４を通過して分光コンポーネント２３０に導入される。この２つの光は、最初にスリット２３２を通過する。干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２は、光ファイバ２２２および光ファイバ２２４から放射状に放出される光ビームである。このスリット２３２は、干渉光Ｌ１のために使用されるスリット・ホールおよびプラズマ光Ｌ２のために使用されるスリット・ホールを備えている。干渉光Ｌ１は、スリット干渉光Ｌ１ｓとして出力され、プラズマ光Ｌ２は、スリット・プラズマ光Ｌ２ｓとして出力される。このスリット２３２は、干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の量を調整し、またスリット干渉光Ｌ１ｓとスリット・プラズマ光Ｌ２ｓの間のクロストーク（相互干渉）を防止する。

スリット２３２を通過して広がったスリット干渉光Ｌ１ｓおよびスリット・プラズマ光Ｌ２ｓは、それぞれスリット２３２のスリット方向に直角に広がって回折格子２３４に到達し、回折格子２３４で分光分離される。スリット干渉光Ｌ１ｓの分光分離によって得られる干渉スペクトルＬ１ｇは、第１の光路２２６を通過して光電変換コンポーネント２４０に向かって導かれる。スリット・プラズマ光Ｌ２ｓの分光分離によって得られるプラズマ・スペクトルＬ２ｇは、第２の光路２２８を通過して光電変換コンポーネント２４０に向かって導かれる。第１の光路２２６と第２の光路２２８の間の隙間は調整可能であり、したがってこの時点で干渉光スペクトルＬ１ｇとプラズマ光スペクトルＬ２ｇの間にクロストークが生じることはない。

またこの実用実施例には、回折格子２３４として凹面タイプの回折格子が使用されているが、平面タイプの回折格子を使用することも可能である。しかしながら、平面タイプの回折格子を使用する場合、凹面鏡、レンズなどの画像化要素（イメージング要素）が同じく必要である。

このタイプの構造を有する分光コンポーネント２３０の最終ステージに配置されている光電変換コンポーネント２４０は、図５に示すように、干渉光スペクトルＬ１ｇおよびプラズマ光スペクトルＬ２ｇの光を受け取るための光電変換要素部分（光電変換要素領域）２４２（この光電変換要素部分２４２は、光電変換によって得られる電荷を蓄積する）と、蓄積されている電荷を外部へシリアル出力するための水平シフト・レジスタ（電荷蓄積部材）２４４とを備えている。

光電変換要素部分２４２は、複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築されている（図には示されていない）。この実用実施例による光電変換要素部分２４２は、水平方向（Ｘ方向）に整列した１０２４個の光電変換要素（ピクセル）、および垂直方向（Ｙ方向）に整列した２５６個の光電変換要素（ピクセル）を有している。光電変換要素としてＣＣＤ（電荷結合デバイス）タイプもしくはＭＯＳ（金属酸化膜半導体）タイプの光検出器を使用することができる。

光電変換要素部分２４２のＸ方向は、干渉光スペクトルＬ１ｇおよびプラズマ光スペクトルＬ２ｇの波長範囲λ１〜λ２に対応している。つまり、光電変換要素部分２４２は、１０２４の部分に分割された干渉光スペクトルＬ１ｇおよびプラズマ光スペクトルＬ２ｇのすべてのスペクトル成分を検出する能力を有している。

また干渉光光受容領域２４２−１、プラズマ光光受容領域２４２−２および光遮断領域２４２−３が、光電変換要素部分２４２の光受容面にＹ方向に沿って整然と配置されている。例えば第１のライン（Ｘ方向の行）からライン番号６４までの光電変換要素は、干渉光光受容領域２４２−１に属しており、ライン番号６５からライン番号１２８までの光電変換要素は、プラズマ光光受容領域２４２−２に属し、またライン番号１２９からライン番号２５６までの光電変換要素は、光遮断領域２４２−３に属している。個々の領域に属している光電変換要素のライン数を調整することは可能であるが、光遮断領域２４２−３に属している光電変換要素のライン総数は、干渉光光受容領域２４２−１に属している光電変換要素のライン総数およびプラズマ光光受容領域２４２−２に属している光電変換要素のライン総数に等しいか、あるいはそれより多いことが好ましい。

また光電変換要素部分２４２に、干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２とは別にもう１つの光受容領域を備えることにより、干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２と共に他の光の検出が可能になる。

分光コンポーネント２３０から出力される干渉光スペクトルＬ１ｇは、光電変換要素部分２４２の干渉光光受容領域２４２−１に当たり、そこで光電変換される。分光コンポーネント２３０から出力されるプラズマ光スペクトルＬ２ｇは、光電変換要素部分２４２のプラズマ光光受容領域２４２−２に当たり、そこで光電変換される。それに対して、光遮蔽領域２４２−３の光受容面は、光遮蔽手段（図には示されていない）によって遮蔽されている。干渉光スペクトルＬ１ｇ、プラズマ光スペクトルＬ２ｇおよび当然のことながら他の光が光遮蔽領域２４２−３に当たることはない。

光電変換要素部分２４２に属している複数の光電変換要素は、光電変換によって得られる電荷をＹ方向にシフトさせるための垂直シフト・レジスタとしても機能している。詳細には、垂直シフト動作制御信号（図には示されていない）と同時に、ライン番号ｎ（１≦ｎ≦２５５）の光電変換要素がライン番号ｎ＋１の光電変換要素に電荷を転送する。次に、垂直シフト動作制御信号と同時に、最終ライン番号２５６の光電変換要素が水平シフト・レジスタ２４４に電荷を転送する。

水平シフト・レジスタ２４４は、１つのラインからの電荷を単純に蓄積するだけではなく、個々の列（Ｙ方向の列）の複数のラインの電荷を加え、蓄積することも可能である。また水平シフト・レジスタ２４４は、１つのラインの電荷もしくは複数のラインの電荷を蓄積した後、水平シフト動作制御信号（図には示されていない）と同時に、蓄積されている電荷をシリアル光検出信号Ｓ２４０として出力する。この光検出信号Ｓ２４０は、上で説明した方法で計算処理コンポーネント２５０に与えられ、特定の計算に使用される（図２参照）。

上で説明したように構築されたこの実用実施例のエッチング装置１００によれば、光電変換要素部分２４２が干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２を備えているため、単一の光電変換コンポーネント２４０による干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の検出が可能になっている。

またエッチング装置１００は、干渉光Ｌ１（スリット干渉光Ｌ１ｓ、干渉光スペクトルＬ１ｇ）を伝送するための光路（光ファイバ２２２、第１の光路２２６）と、プラズマ光Ｌ２（スリット・プラズマ光Ｌ２ｓ、プラズマ光スペクトルＬ２ｇ）を伝送するための独立した光路（光ファイバ２２４、第２の光路２２８）とを備えており、したがって干渉光スペクトルＬ１ｇとプラズマ光スペクトルＬ２ｇの間のクロストークは存在しない。またこれらの光は、それぞれ干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２に到達する。したがって光電変換コンポーネント２４０は、高い精度で干渉光スペクトルＬ１ｇおよびプラズマ光スペクトルＬ２ｇを検出する。

次に、エッチング装置１００の動作として、プラズマ・エッチング処理のための、エッチング処理中および動作中における干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の検出について説明する。さらに、この実用実施例のプラズマ・エッチング処理について、酸化ケイ素層（図には示されていない）をウェハＷの上に形成された処理すべき層としてエッチング処理する場合の実施例によって説明する。

ウェハＷにプラズマ・エッチング処理を施す場合、最初にゲート弁１３２が開き、処理チャンバ１０２内にウェハＷが装填され、静電チャック１１１の上にウェハが置かれる。次にゲート弁１２８が閉じ、排気ガス・デバイス１３５によって処理チャンバ１０２の内部が排気される。次に弁１２８が開き、処理ガス供給装置１３０から処理ガスが供給され、処理チャンバ１０２の内部の圧力が特定の圧力に上昇する。このような状態の下で、第１の高周波電源１４０および第２の高周波電源１５０からそれぞれ高周波電力が供給される。この処理ガスによってプラズマが形成され、形成されたプラズマがウェハＷに作用する。

高周波電力を供給する前後のタイミングで、静電チャック１１１の内部の電極１１２に直流電源１１３が印加され、ウェハＷが静電チャック１１１に静電的に固着される。またエッチング処理の間、特定の温度に設定された冷却媒体（チラー）が温度制御媒体チャンバ１０７に供給され、サセプタ１０５が冷却される。また特定の圧力の熱伝導媒体（例えばＨｅおよび類似などの背面ガス）がウェハＷの背面に供給され、ウェハＷの表面が特定の温度に制御される。

エッチング装置１００がウェハＷのプラズマ・エッチング処理を開始すると、光検出器コンポーネント２００が、処理中の層である酸化ケイ素層から得られる干渉光Ｌ１の検出を開始する。この方法で酸化ケイ素層のエッチ済みの量（エッチング速度）が測定される。また光検出器コンポーネント２００は、この干渉光Ｌ１の検出動作と平行して、ウェハＷのプラズマ・エッチングを実行するために処理チャンバ１０２の内部に形成されるプラズマＰによって放出されるプラズマ光Ｌ２の検出を実行する。

以下、図６〜図１５を参照して、エッチング装置１００によるプラズマ・エッチング処理の動作中における光検出器コンポーネント２００の検出動作を順を追って説明する。

先ず、ステップＳ０１（図６）の間、光源２１０から照射光Ｌ０が放出されておらず（干渉光Ｌ１が生成されていない状態）、一方で処理チャンバ１０２の上部部分に配置された窓１６１をプラズマ光Ｌ１０が通過して光ファイバ２２２に入射する。また処理チャンバ１０２の側部に配置された窓１７１をプラズマ光Ｌ２が通過して光ファイバ２２４に入射し、監視される。

処理チャンバ１０２の内部に形成されたプラズマＰによって生成されたプラズマ光Ｌ２は、処理チャンバ１０２の壁部分に配置された窓１７１および光ファイバ２２４を通過し、分光コンポーネント２３０に伝送される。分光コンポーネント２３０は、プラズマ光Ｌ２を分光学的に分離し、波長の範囲がλ１〜λ２のプラズマ光スペクトルＬ２ｇを形成する。このプラズマ光スペクトルＬ２ｇが、光電変換コンポーネント２４０に属している光電変換要素部分２４２のプラズマ光光受容領域２４２−２に当たり、そこで電荷群Ｃ２に光電変換される。

しかしながら図２に示すように、干渉光Ｌ１は、処理チャンバ１０２の内部に形成されたプラズマＰを通過するため、干渉光スペクトルＬ１ｇは、最終的に、同じくプラズマ光Ｌ１０の成分を含んだ光電変換コンポーネント２４０に当たる。干渉光Ｌ１をより正確に測定するためには、プラズマ光Ｌ１０の成分を除去しなければならないため、この点を考慮して、このステップＳ０１の間、プラズマ光Ｌ１０が監視され、測定される。このプラズマ光Ｌ１０が分光コンポーネント２３０によって分光分離され、光電変換コンポーネント２４０に属している光電変換要素部分２４２の干渉光光受容領域２４２−１に当たる。次に、この干渉光光受容領域２４２−１によって電荷群Ｃ１０に光電変換される。

また外部からの光が光電変換要素部分２４２の光遮蔽領域２４２−３に当たらないため、光遮蔽領域２４２−３を備えた光電変換要素が光電変換を実行することはない。したがって新しい電荷が光遮蔽領域２４２−３に生成されることはない。

次に、ステップＳ０２（図７）の間、干渉光光受容領域２４２−１によって生成された電荷群Ｃ１０およびプラズマ光光受容領域２４２−２によって生成された電荷群Ｃ２が、ひとまとめにしてＹ方向にシフトされ、光遮蔽領域２４２−３に一時的に蓄積される。光遮蔽領域２４２−３に既に電荷が蓄積されると、この電荷は水平シフト・レジスタ２４４に送られ、蓄積される。水平シフト・レジスタ２４４は、光遮蔽領域２４２−３からの電荷の転送が完了した時点で水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷がシリアル出力の光検出器信号Ｓ２４０−０として計算処理コンポーネント２５０に送られる。しかしながらこの光検出信号Ｓ２４０−０は、光電変換要素部分２４２の光遮蔽領域２４２−３に既に蓄積された電荷に基づいており、プラズマ光Ｌ１０およびプラズマ光Ｌ２には無関係である。したがって計算処理コンポーネント２５０がこの光検出信号Ｓ２４０−０に基づいて計算処理を実行することはない。

干渉光光受容領域２４２−１で生成された電荷群Ｃ１０およびプラズマ光光受容領域２４２−２で生成された電荷群Ｃ２が光遮蔽領域２４２−３に送られた後であっても、干渉光光受容領域２４２−１に属している光電変換要素およびプラズマ光光受容領域２４２−２に属している光電変換要素は、それぞれの電荷群を生成するが、これらの電荷群は、既に生成済みの電荷群Ｃ１０および電荷群Ｃ２の転送中に生成されるため、雑音成分が混入する問題がある。したがってこれは干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の検出には使用されない電荷群Ｃｊ（以下、「ジャンク電荷群」と呼ぶ）として処理される。

次に、ステップＳ０３（図８）の間、干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２から光遮蔽領域２４２−３へ送られた電荷群のうち、電荷群Ｃ２が最初に水平シフト・レジスタ２４４に送られるが、電荷Ｃ２の一部が水平シフト・レジスタ２４４に蓄積されると、その時点でＹ方向のシフト動作が停止する。電荷群Ｃ２を光電変換要素の６４本のライン部分に蓄積させる場合、６４本のラインの３／４に相当する電荷群Ｃ２の４８本のライン部分が、例えば光遮蔽領域２４２−３から水平シフト・レジスタ２４４へ送られる。水平シフト・レジスタ２４４は、個々の列（Ｙ方向の列）の４８本のラインの電荷群Ｃ２を加えて蓄積する。

電荷群Ｃ２の４８本のライン部分の水平シフト・レジスタ２４４への転送に続いて、電荷群Ｃ２の残りの１６本のライン部分、電荷群Ｃ１０およびジャンク電荷群Ｃｊが、光電変換要素部分２４２のＹ方向に順次シフトされる。

光遮蔽領域２４２−３からの電荷群Ｃ２の４８本のライン部分の転送が完了すると、水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷が光検出信号Ｓ２４０−１として計算処理コンポーネント２５０へシリアル出力される。

次に、ステップＳ０４（図９）の間、光遮蔽領域２４２−３に残っている電荷群Ｃ２の１６本のライン部分が水平シフト・レジスタ２４４に送られる。水平シフト・レジスタ２４４は、個々の列（Ｙ方向の列）の電荷群Ｃ２の１６本のライン部分を加え、蓄積する。

電荷群Ｃ２の１６本のライン部分が水平シフト・レジスタ２４４へ送られると、電荷群Ｃ１０およびジャンク電荷群Ｃｊが、同じく光電変換要素部分２４２のＹ方向に順次シフトされる。

光遮蔽領域２４２−３からの電荷群Ｃ２の１６本のライン部分の転送が完了すると、その時点で水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷が光検出信号Ｓ２４０−２として計算処理コンポーネント２５０へシリアル出力される。

ここで、ステップＳ０３およびステップＳ０４の間、電荷群Ｃ２を水平シフト・レジスタ２４４へ２段転送する理由について説明しておく。

この実用実施例では、プラズマ光Ｌ２の測定結果を使用して酸化ケイ素膜層（つまり処理中の層）のエッチングの終点を検出し、且つこの測定結果を使用してプロセスを監視している。ステップＳ０３の間に水平シフト・レジスタ２４４に転送される電荷群Ｃ２の４８本のライン部分を使用して酸化ケイ素膜層のエッチング処理の終点が検出され、ステップＳ０４の間に水平シフト・レジスタ２４４に転送される電荷群Ｃ２の１６本のライン部分を使用してプロセスが監視される。

プラズマ光Ｌ２の光強度が強い場合、電荷群Ｃ２の６４本のライン部分は、水平シフト・レジスタ２４４に一度に送られると、複数のレジスタ・ユニットがオーバーフローする可能性が極めて高いことが予想される。プロセスを監視する場合、プラズマ光スペクトルＬ２ｇの全波長範囲λ１〜λ２を監視する必要があるため、水平シフト・レジスタ２４４のすべてのレジスタ・ユニットがオーバーフローしないよう、水平シフト・レジスタ２４４に転送される電荷群Ｃ２のライン総数を制限しなければならない。この実用実施例の場合、この制限は、１６ラインである。

それに対して、エッチングの終点を監視する場合、プラズマ光スペクトルＬ２ｇの総波長範囲λ１〜λ２内に含まれている特定の波長λｘのみに注意を払うことが可能であり、したがって水平シフト・レジスタ２４４に転送される電荷群Ｃ２のライン総数を、レジスタ・ユニットがその特定の波長λｘでオーバーフローしない範囲内で調整することが可能である。この実用実施例の場合、選択されているライン総数は４８ラインである。この方法によれば、エッチングの終点を監視するために使用するライン総数を可能な範囲で増加し、またプロセスを監視するためのライン総数より多い値になるまで増加すると、プラズマ光Ｌ２の特定の波長λｘにおける測定感度が高くなり、より正確なエッチング終点の検出が可能になる。

またステップＳ０５（図１０）の間、干渉光光受容領域２４２−１から光遮蔽領域２４２−３へ転送された電荷群Ｃ１０が水平シフト・レジスタ２４４へ送られる。水平シフト・レジスタ２４４は、個々の列（Ｙ方向の列）の電荷群Ｃ１０を加え、蓄積する。

電荷群Ｃ１０が水平シフト・レジスタ２４４へ転送されると、同じくジャンク電荷群Ｃｊが光電変換要素部分２４２のＹ方向に順次シフトされる。

光遮蔽領域２４２−３からの電荷群Ｃ１０の転送が完了すると、その時点で水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷が光検出信号Ｓ２４０−３として計算処理コンポーネント２５０へシリアル出力される。

次に、ステップＳ０６（図１１）の間、光源２１０からの照射光Ｌ０がウェハＷに向けて導かれる。光源２１０から放出された照射光Ｌ０は、光ファイバ２２０を通過し、且つまた処理チャンバ１０２の上部部分に配置されている窓１６１を通過して、処理チャンバ１０２内のウェハＷの表面に当たる。照射光Ｌ０は、酸化ケイ素膜層（処理中の層）とこの酸化ケイ素膜層を遮蔽しているマスク層との間の界面で反射するだけでなく、酸化ケイ素膜層のエッチングによって形成されるホールの底部表面でも反射する。反射したこの２つ光ビームの干渉によって干渉光Ｌ１が提供される。この干渉光Ｌ１は、窓１６１を通過し、また光ファイバ２２２を通過して、分光コンポーネント２３０に送られる。分光コンポーネント２３０によって干渉光Ｌ１が分光分離され、干渉光スペクトルＬ１ｇとして、光電変換コンポーネント２４０に属している光電変換要素部分２４２の干渉光光受容領域２４２−１に当たる。またこの時点で、プラズマ光スペクトルＬ２ｇが連続的にプラズマ光光受容領域２４２−２に当たる。

ジャンク電荷Ｃｊが干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２から光遮蔽領域２４２−３へシフトされると、入射した干渉光スペクトルＬ１ｇが干渉光光受容領域２４２−１で光電変換され、電荷群Ｃ１１が生成される。プラズマ光光受容領域２４２−２では、入射したプラズマ光スペクトルＬ２ｇが光電変換され、電荷群Ｃ２が生成される。

ジャンク電荷群Ｃｊが光遮蔽領域２４２−３から水平シフト・レジスタ２４４へ送られる。光遮蔽領域２４２−３からのジャンク電荷群Ｃｊの転送が完了すると、その時点で水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積された電荷が光検出信号Ｓ２４０−４として計算処理コンポーネント２５０へシリアル出力される。

次に、ステップＳ０７（図１２）の間、干渉光光受容領域２４２−１で生成された電荷群Ｃ１１およびプラズマ光光受容領域２４２−２で生成された電荷群Ｃ２が、ひとまとめにしてＹ方向にシフトされ、光遮蔽領域２４２−３に一時的に蓄積される。また光遮蔽領域２４２−３に蓄積されているジャンク電荷群Ｃｊが水平シフト・レジスタ２４４に転送され、蓄積される。光遮蔽領域２４２−３からのジャンク電荷群Ｃｊの転送が完了した時点で水平シフト・レジスタ２４４の水平シフト動作が実行され、蓄積されている電荷がシリアル光検出器信号Ｓ２４０−５として計算処理コンポーネント２５０に出力される。

干渉光光受容領域２４２−１で生成された電荷群Ｃ１１およびプラズマ光光受容領域２４２−２で生成された電荷群Ｃ２が光遮蔽領域２４２−３に転送された後であっても、干渉光光受容領域２４２−１に属している光電変換要素およびプラズマ光光受容領域２４２−２に属している光電変換要素は電荷群を生成するが、これらの電荷群は、既に生成済みの電荷群Ｃ１１および電荷群Ｃ２の転送中に生成されるため、雑音成分が混入する問題がある。したがって、これらはジャンク電荷群Ｃｊとして処理される。

次に、ステップＳ０８（図１３）の間、干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２から光遮蔽領域２４２−３へ転送された電荷群のうち、電荷群Ｃ２が水平シフト・レジスタ２４４に転送される。水平レジスタ２４４は、個々の列（Ｙ方向の列）の電荷群Ｃ２を加え、蓄積する。

水平シフト・レジスタ２４４への電荷群Ｃ２の転送後、電荷群Ｃ１１およびジャンク電荷群Ｃｊが光電変換要素部分２４２内で順次シフトされる。

光遮蔽領域２４２−３からの電荷群Ｃ２の転送が完了すると、その時点で水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷がシリアル光検出信号Ｓ２４０−６として計算処理ユニット２５０へ出力される。

また水平シフト・レジスタ２４４は、先行するステップＳ０３およびステップＳ０４の間、電荷群Ｃ２に基づいて光検出信号Ｓ２４０−１およびＳ２４０−２を出力しているため、計算処理コンポーネント２５０は、このステップＳ０８の間、水平シフト・レジスタ２４４によって出力される光検出信号Ｓ２４０−６を無視してもよい。

次に、ステップＳ０９（図１４）の間、干渉光光受容領域２４２−１から光遮蔽領域２４２−３へ転送された電荷群Ｃ１１が水平シフト・レジスタ２４４へ転送される。水平シフト・レジスタ２４４は、個々の列（Ｙ方向の列）の電荷群Ｃ１１を加え、蓄積する。

水平シフト・レジスタ２４４への電荷群Ｃ１１の転送後、ジャンク電荷群Ｃｊが同じく光電変換要素部分２４２内でＹ方向に順次シフトされる。

光遮蔽領域２４２−３からの電荷群Ｃ１１の転送が完了すると、その時点で水平シフト・レジスタ２４４が水平シフト動作を実行し、蓄積されている電荷がシリアル光検出信号Ｓ２４０−７として計算処理ユニット２５０へ出力される。

次に、ステップＳ１０（図１５）に先立って光源２１０からの照射光Ｌ０の出力が停止する。次に、光源２１０が照射光Ｌ０を出力していない間（干渉光Ｌ１が生成されていない状態）、処理チャンバ１０２の上部部分に配置されている窓１６１をプラズマ光Ｌ１０が通過して光ファイバ２２２に入射し、監視される。このプラズマ光Ｌ１０が分光コンポーネント２３０によって分光分離され、光電変換コンポーネント２４０に属している光電変換要素部分２４２の干渉光光受容領域２４２−１に突き当たる。次に、分光分離されたプラズマ光Ｌ１０が干渉光光受容領域２４２−１で電荷群Ｃ１０に光電変換される。

しかしながら、プラズマ光スペクトルＬ２ｇは、連続的にプラズマ光光受容領域２４２−２に突き当たり、そこで電荷群Ｃ２に光電変換される。

上記ステップＳ０１〜Ｓ１０は、干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の単一サイクルの監視と等価である。酸化ケイ素膜をエッチング処理している間、これらのステップＳ０１〜Ｓ１０を繰り返すことにより、光電変換コンポーネント２４０によって干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２を有効的且つ正確に測定することができる。

計算処理コンポーネント２５０は、個々のステップで水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０に基づいて特定の計算を実行する。

計算処理コンポーネント２５０は、例えばステップＳ０５の間に水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０−３と、ステップＳ０９の間に水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０−７との差を計算している。この差に基づいて、プラズマＰの影響を除去した後の干渉光Ｌ１の強度変化が得られる。干渉光Ｌ１のこの強度変化が、酸化ケイ素膜のエッチング速度の監視およびエッチングの終点の検出を可能にしている。

またプラズマ光スペクトルＬ２ｇは常にプラズマ光光受容領域２４２−２に突き当たっており、プラズマ光光受容領域２４２−２に属している複数の光電変換要素は、プラズマ光スペクトルＬ２ｇを連続的に電荷に変換する。しかし、干渉光光受容領域２４２−１で生成される電荷群Ｃ１０は、光遮蔽領域２４２−３への転送中、このプラズマ光光受容領域２４２−２を通過するため、電荷群Ｃ１０は、転送中、プラズマ光光受容領域２４２−２に生成される電荷の影響を受けることになる。しかし、プラズマ光スペクトルＬ２ｇは、プラズマ・エッチング処理の間、一定の特性を示す。処理中の層である酸化ケイ素膜層のエッチングが進行し、下を覆っている層が露出する時点で、大きな変化が始まる。したがって上で言及したように、ステップＳ０５の間に水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０−３と、ステップＳ０９の間に水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０−７との差を計算することにより、処理コンポーネント２５０によって、干渉光光受容領域２４２−１に生成された電荷Ｃ１０がプラズマ光光受容領域２４２−２を通過している間にもたらされるプラズマ光スペクトルＬ２ｇの影響が除去され、それによって干渉光光受容領域２４２−１で生成される電荷群Ｃ１０の量をより正確に得ることができる。

また、単一測定サイクルにおけるステップＳ０３の水平シフト・レジスタ２４４による光検出信号Ｓ２４０−１の出力と、後続する測定サイクルにおけるステップＳ０３の水平シフト・レジスタ２４４による光検出信号Ｓ２４０−１の出力とを比較することにより、特定の波長λｘにおけるプラズマ光Ｌ２の強度を推測することができる。この強度が大きく変化することにより、酸化ケイ素膜層（つまり処理中の層）が露出したことを判定することができる。

ステップＳ０４の間に水平シフト・レジスタ２４４から出力される光検出信号Ｓ２４０−２を波長単位で分析することにより、プラズマＰの状態を監視することができる。さらに、この光検出信号Ｓ２４０−２には、エッチング装置１００の他の測定位置で得られる複数のデータを含めることが可能であり、また多変量解析を実行することが可能である。これらの分析結果を使用してエッチング装置１００の実時間動作状態監視が実現される。

上で説明したように、この実用実施例によるエッチング装置１００によれば、またエッチング装置１００に使用される光検出方法によれば、光電変換コンポーネント２４０に属している光電変換要素部分２４２は、複数の光受容領域（すなわち干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２）を備えており、検出した複数の光（すなわち干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２）が干渉光光受容領域２４２−１およびプラズマ光光受容領域２４２−２でそれぞれ光受容される。したがって単一の光電変換コンポーネント２４０による効率的且つ正確な干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２の測定および検出が可能になっている。また、複数の光源からの光を測定することができるエッチング装置１００のサイズを減縮することが可能である。

以上、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理装置における光検出方法について、光検出の好ましい実施例に対する添付の図を参照して説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。当業者は、特許請求の範囲に言及されている技術的概念のカテゴリの範疇である様々なタイプの修正実施例あるいは変更実施例を明瞭に着想することができ、またこれらの着想もまた本発明の技術的な範囲に属することが当然理解されよう。

例えば、本発明による実用実施例は、干渉光Ｌ１およびプラズマ光Ｌ２を測定する事例に沿ったものであるが、この実用実施例によれば、他の光を検出および測定することも可能である。

また本発明は、３種類以上の光を測定および検出する場合にも適用することができる。その場合、光電変換要素領域は、検出の対象となる光源の数に従って分割されることが好ましい。

また、光電変換要素領域に設けられた光遮蔽領域を遮蔽するための光遮蔽手段を省略して装置を単純な構造にすることも可能である。この領域に当たる光の特性を前もって獲得することにより、後続する計算処理における、干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域から光遮蔽領域を介して転送される電荷に対する入射光による影響の除去が可能になる。

（本発明の成果）
上で詳細に説明したように、本発明によれば、干渉光およびプラズマ光は、第１の光路または第２の光路をそれぞれ個別に通過させることにより光検出コンポーネントの光電変換要素領域に到達する。光電変換要素領域は、干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域を備えている。干渉光は、干渉光光受容領域に突き当たり、プラズマ光は、プラズマ光光受容領域に突き当たる。したがって測定の対象となる複数の位置から得られる独立した複数の光信号（干渉光およびプラズマ光）の検出が可能になり、また、測定の対象となる個々の位置における状態分析が可能になる。

さらに、本発明によれば、光電変換要素領域に光遮蔽領域が設けられる。干渉光光受容領域およびプラズマ光光受容領域で光電変換された電荷群を光遮蔽領域に転送することにより、干渉光を干渉光光受容領域で連続的に受け取ること、およびプラズマ光をプラズマ光光受容領域で連続的に受け取ることが可能になる。

本発明の実用実施例によるエッチング装置の構造を示す略横断面図である。 同じ実用実施例による、エッチング装置に提供された光検出コンポーネントの構造を示すブロック図である。 図２に示す光検出器コンポーネントに提供された分光コンポーネントの構造を示す横断面図である。 図２に示す光検出器コンポーネントに提供された分光コンポーネントの構造を示す傾斜斜視図である。 図２に示す光検出器コンポーネントに提供された光電変換コンポーネントの構造を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０１）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０２）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０３）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０４）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０５）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０６）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０７）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０８）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ０９）を示すブロック図である。 図５に示す光電変換コンポーネントの動作（ステップＳ１０）を示すブロック図である。

符号の説明

１００ エッチング装置
１０２ 処理チャンバ
１０５ サセプタ
１１１ 静電チャック
１２１ 上部電極
１６１、１７１ 窓
２００ 光検出器コンポーネント
２１０ 光源
２２０、２２２、２２４ 光ファイバ
２２６ 第１の光路
２２８ 第２の光路
２３０ 分光コンポーネント
２３２ スリット
２３４ 回折格子
２４０ 光電変換コンポーネント
２４２ 光電変換要素部分
２４２−１ 干渉光光受容領域
２４２−２ プラズマ光光受容領域
２４２−３ 光遮蔽領域
２４４ 水平シフト・レジスタ
２５０ 計算処理コンポーネント（計算処理ユニット）
Ｌ０ 照射光
Ｌ１ 干渉光
Ｌ２、Ｌ１０ プラズマ光
Ｌ１ｇ 干渉光スペクトル
Ｌ２ｇ プラズマ光スペクトル
Ｌ１ｓ スリット干渉光
Ｌ２ｓ スリット・プラズマ光
Ｐ プラズマ
Ｓ２４０ 光検出信号（シリアル光検出信号）
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (11)

1. 処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置であって、
   前記処理チャンバ内で前記処理ワークピースに突き当たる光による、前記処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、
   前記処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、
   前記干渉光と前記プラズマ光とを分光学的に分離するための分光コンポーネントと、
   前記分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築された光電変換要素領域、および前記光電変換要素領域から送られてくる電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有する光電変換コンポーネントと、を有するプラズマ処理装置において、
   前記光電変換コンポーネントの前記光電変換要素領域が、
   前記分光コンポーネントで分光学的に分離された前記干渉光を光受容するための干渉光光受容領域と、
   前記分光コンポーネントで分光学的に分離された前記プラズマ光を光受容するためのプラズマ光光受容領域と、をさらに有し、
   前記プラズマ光の光電変換によって得られる電荷群が時分割されて前記電荷蓄積部材に蓄積され、また、前記プラズマ光の光電変換によって得られるこれらの電荷群のうち、単一の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素のライン総数が、他の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素の前記ライン総数とは異なっているプラズマ処理装置。
2. 前記干渉光光受容領域に属する前記光電変換要素によって生成される電荷が、前記プラズマ光光受容領域を介して前記電荷蓄積部材に伝送される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記光電変換要素領域は、前記干渉光光受容領域および前記プラズマ光光受容領域のいずれとも重なり合わない光遮蔽領域をさらに有している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマ処理装置は、前記干渉光が前記干渉光光受容領域に突き当たっていないときに前記干渉光光受容領域によって生成される電荷の量と、前記干渉光が前記干渉光光受容領域に突き当たっているときに前記干渉光光受容領域によって生成される電荷の量との差を計算するための計算処理コンポーネントをさらに有している、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置の光検出方法であって、前記プラズマ処理装置が、前記処理チャンバ内で前記処理ワークピースに突き当たる光による、前記処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、前記処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、前記干渉光と前記プラズマ光を分光学的に分離するための分光コンポーネントと、前記分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築された光電変換要素領域、および前記光電変換要素領域から送られてくる電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有する光電変換コンポーネントとを有している光検出方法において、
   前記分光コンポーネントによって分光学的に分離された前記干渉光を、前記光電変換要素領域に設置された干渉光光受容領域で受け取るステップと、
   前記分光コンポーネントによって分光学的に分離された前記プラズマ光を、前記干渉光光受容領域と重なり合わないように前記光電変換要素領域に設置されたプラズマ光光受容領域で受け取るステップであって、前記プラズマ光の光電変換によって得られる電荷群が時分割されて前記電荷蓄積部材に蓄積され、また、前記プラズマ光の光電変換によって得られるこれらの電荷群のうち、単一の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素のライン総数が、他の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素の前記ライン総数とは異なっているステップと
   を含む光検出方法。
6. 前記干渉光の光電変換によって得られる前記電荷群を前記干渉光光受容領域から前記プラズマ光光受容領域を介して伝送するステップをさらに含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置の光検出方法。
7. 前記光電変換要素領域は、前記干渉光光受容領域および前記プラズマ光光受容領域のいずれとも重なり合わない光遮蔽領域を有している、請求項５に記載のプラズマ処理装置の光検出方法。
8. 前記干渉光が前記干渉光光受容領域に突き当たっていないときに前記干渉光光受容領域によって生成される電荷の量と、前記干渉光が前記干渉光光受容領域に突き当たっているときに前記干渉光光受容領域によって生成される電荷の量との差を計算するステップをさらに含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置の光検出方法。
9. 処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置であって、
   前記処理チャンバ内で前記処理ワークピースに突き当たる光による、前記処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、
   前記処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、
   前記干渉光と前記プラズマ光を分光学的に分離するための分光コンポーネントと、
   前記分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイを含む光電変換要素領域、および前記光電変換要素領域から送られてくる電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有する光電変換コンポーネントと、を有するプラズマ処理装置において、
   前記光電変換コンポーネントの前記光電変換要素領域が、
   分光学的に分離された干渉光を前記分光コンポーネントから光受容するための干渉光光受容領域と、
   分光学的に分離されたプラズマ光を前記分光コンポーネントから光受容するためのプラズマ光光受容領域と、をさらに有し、
   前記分光学的に分離されたプラズマ光の光電変換によって得られる電荷群が時分割されて前記電荷蓄積部材に蓄積され、また、前記分光学的に分離されたプラズマ光の光電変換によって得られるこれらの電荷群のうち、単一の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素のライン総数が、他の時分割の間に前記電荷蓄積部材に蓄積される電荷群を生成する前記光電変換要素の前記ライン総数とは異なっているプラズマ処理装置。
10. 処理チャンバ内で処理ワークピースのプラズマ処理を実行するためのプラズマ処理装置内で実施される光検出方法であって、前記プラズマ処理装置が、前記処理チャンバ内で前記処理ワークピースに突き当たる光による、前記処理ワークピースの複数の面での反射によって得られる干渉光を伝送するための第１の光路と、前記処理チャンバ内に形成されるプラズマによって生成されるプラズマ光を伝送するための第２の光路と、前記干渉光と前記プラズマ光を分光学的に分離するための分光コンポーネントと、前記分光コンポーネントからの入射光を電荷に変換するための複数の光電変換要素の二次元アレイとして構築された光電変換要素領域、および前記光電変換要素領域から送られてくる電荷を蓄積するための電荷蓄積部材を有する光電変換コンポーネントとを有している光検出方法において、
    分光学的に分離された干渉光を、前記光電変換要素領域に設置された干渉光光受容領域で受け取るステップと、
    分光学的に分離されたプラズマ光を、前記分光学的に分離されたプラズマ光が前記干渉光光受容領域に突き当たらないように前記光電変換要素領域に設置されたプラズマ光光受容領域で受け取るステップと、
    前記分光学的に分離されたプラズマ光の光電変換によって得られる電荷群を、前記電荷を生成する前記光電変換要素の第１のライン総数によって得られる少なくとも第１の細分割電荷群と、前記電荷を生成する前記光電変換要素の第２のライン総数によって得られる第２の細分割電荷群とに細時分割するステップであって、前記第１のライン総数と前記第２のライン総数が異なっているステップと、
    前記第１の細分割電荷群を前記電荷蓄積部材に蓄積するステップと、
    前記第２の細分割電荷群を前記電荷蓄積部材に蓄積するステップと
    を含む光検出方法。
11. 前記干渉光の光電変換によって得られる前記電荷群を、前記干渉光光受容領域から前記プラズマ光光受容領域を介して前記電荷蓄積部材に伝送するステップをさらに含む、請求項１０に記載のプラズマ処理装置の光検出方法。

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