(57)【要約】【課題】試料の測定対象領域に亘って各層の膜厚または光学定数を容易に算出することが可能な光学測定装置を提供する。【解決手段】第１測定手段は、記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動した後、光の偏光状態を測定する。補助測定手段は、記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動した後、光の偏光状態を測定する。第１算出手段は、記憶部１５に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び第１測定手段により測定した光の偏光状態に基づきフィッティングを行い、膜厚または光学定数を算出する。同様に、補助算出手段は、記憶部１５に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び補助測定手段により測定した光の偏光状態に基づきフィッティングを行い、膜厚または光学定数を算出する。【選択図】図１
2010112898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の膜厚または光学定数を計測する光学測定装置において、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶部に記憶する記憶手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する第１測定手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する補助測定手段と、
前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する第１算出手段と、
前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出手段と
を備えることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
前記第１測定手段は、
前記一の第１基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあり、
前記補助測定手段は、
前記一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してある
ことを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記第１算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する第１基準位置及び異常を示す信号を出力する手段と、
前記補助算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する補助基準位置及び異常を示す信号を出力する手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
試料の膜厚または光学定数を計測する光学測定装置において、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶部に記憶する記憶手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する第１測定手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する補助測定手段と、
前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記補助基準位置に対応する補助モデル双方に共通のパラメータを前記記憶部に記憶する手段と、
前記記憶部に記憶した共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする光学測定装置。
【請求項５】
前記第１測定手段は、
前記一の第１基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあり、
前記補助測定手段は、
前記一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してある
ことを特徴とする請求項４に記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する第１基準位置または補助基準位置、及び、異常を示す信号を出力する手段
を備えることを特徴とする請求項５に記載の光学測定装置。
【請求項７】
前記第１モデル及び補助モデル双方で共通する少なくとも一の層の膜厚を共通のパラメータとしてあり、
前記算出手段は、
前記一の層の膜厚を含む共通のパラメータを有する第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記第１基準位置及び前記補助基準位置における膜厚または光学定数を算出するよう構成してある
ことを特徴とする請求項４に記載の光学測定装置。
【請求項８】
光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
コンピュータに、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化をコンピュータの制御部により測定する第１測定ステップと、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、
前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記制御部により膜厚または光学定数を算出する第１算出ステップと、
前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出ステップと
を実行させるプログラム。
【請求項９】
光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラムにおいて、
コンピュータに、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化をコンピュータの制御部により測定する第１測定ステップと、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、
前記記憶部に記憶された前記第１基準位置に関する前記第１モデル及び前記補助基準位置に対応する補助モデル双方に共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する算出ステップと
を実行させるプログラム。
【請求項１０】
制御部を有する光学測定装置により試料の膜厚または光学定数を計測する計測方法において、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する第１測定ステップと、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、
前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記制御部により膜厚または光学定数を算出する第１算出ステップと、
前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出ステップと
を含むことを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の膜厚または光学定数を計測する光学測定装置、光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラム、及び、計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に光を照射して反射した光の偏光状態を計測することで各層の膜厚及び光学定数を算出する分光エリプソメータが知られている。半導体等の積層物に対しては、特性を確認すべく、分光エリプソメータによる光照射が行われ、膜厚及び光学定数が算出される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８６４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１を含めた従来の計測装置では特性確認のための計測に多くの手間及び時間が必要となるという問題があった。また特許文献１に記載の装置では、ＯＮＯ(Oxide Nitride Oxide)膜等の多層膜の膜厚及び光学定数の算出にあたり、複雑な処理及び条件設定等が必要であった。そのため、ウエハ上に広域に亘って分散配置されるＯＮＯ膜を効率よく計測することが困難であった。
【０００４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、一部が共通する複数の積層体が分散配置された試料の特性を利用することにより、試料の測定対象領域に亘って各層の膜厚または光学定数を容易に算出することが可能な光学測定装置、光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラム、及び、計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願に開示する光学測定装置は、試料の膜厚または光学定数を計測する光学測定装置において、計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶部に記憶する記憶手段と、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する第１測定手段と、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する補助測定手段と、前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する第１算出手段と、前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本願に開示する光学測定装置は、前記第１測定手段は、前記一の第１基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあり、前記補助測定手段は、前記一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあることを特徴とする。
【０００７】
本願に開示する光学測定装置は、前記第１算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する第１基準位置及び異常を示す信号を出力する手段と、前記補助算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する補助基準位置及び異常を示す信号を出力する手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本願に開示する光学測定装置は、試料の膜厚または光学定数を計測する光学測定装置において、計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶部に記憶する記憶手段と、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する第１測定手段と、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定する補助測定手段と、前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記補助基準位置に対応する補助モデル双方に共通のパラメータを前記記憶部に記憶する手段と、前記記憶部に記憶した共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本願に開示する光学測定装置は、前記第１測定手段は、前記一の第１基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあり、前記補助測定手段は、前記一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置での測定の後、前記記憶部に記憶した他の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を測定するよう構成してあることを特徴とする。
【００１０】
本願に開示する光学測定装置は、前記算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合に、対応する第１基準位置または補助基準位置、及び、異常を示す信号を出力する手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本願に開示する光学測定装置は、前記第１モデル及び補助モデル双方で共通する少なくとも一の層の膜厚を共通のパラメータとしてあり、前記算出手段は、前記一の層の膜厚を含む共通のパラメータを有する第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記第１基準位置及び前記補助基準位置における膜厚または光学定数を算出するよう構成してあることを特徴とする。
【００１２】
本願に開示するプログラムは、光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラムにおいて、コンピュータに、計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化をコンピュータの制御部により測定する第１測定ステップと、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記制御部により膜厚または光学定数を算出する第１算出ステップと、前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出ステップとを実行させることを特徴とする。
【００１３】
本願に開示するプログラムは、光学測定装置が有するコンピュータを機能させるプログラムにおいて、コンピュータに、計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化をコンピュータの制御部により測定する第１測定ステップと、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、前記記憶部に記憶された前記第１基準位置に関する前記第１モデル及び前記補助基準位置に対応する補助モデル双方に共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の状態変化及び前記補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する算出ステップとを実行させることを特徴とする。
【００１４】
本願に開示する計測方法は、制御部を有する光学測定装置により試料の膜厚または光学定数を計測する計測方法において、計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶した記憶部に記憶された一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する第１測定ステップと、前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の状態変化を前記制御部により測定する補助測定ステップと、前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記第１測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、前記制御部により膜厚または光学定数を算出する第１算出ステップと、前記記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び前記補助測定ステップにより測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する補助算出ステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
本願に開示する光学測定装置によれば、記憶部には計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶しておく。第１測定手段は、記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動した後、光を照射し反射した光の状態変化を測定する。補助測定手段は、記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動した後、光を照射し反射した光の状態変化を測定する。第１算出手段は、記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び第１測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する。同様に、補助算出手段は、記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する。
【００１６】
本願に開示する光学測定装置によれば、次の複数の積層体についても同様に測定すべく、一の第１基準位置での測定の後、記憶部に記憶した他の第１基準位置に計測位置を移動した後、光を照射し反射した光の状態変化を測定する。同様に、一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置での測定の後、記憶部に記憶した他の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動した後、光を照射し反射した光の状態変化を測定する。
【００１７】
本願に開示する光学測定装置によれば、第１算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合、対応する第１基準位置及び異常を示す信号が出力される。また、補助算出手段により算出した膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚または基準光学定数の所定範囲外となる場合、対応する補助基準位置及び異常を示す信号が出力される。
【００１８】
本願に開示する光学測定装置によれば、記憶部に第１モデル及び補助モデル双方に共通するパラメータを記憶しておく。算出手段は、記憶部に記憶した共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、第１測定手段により測定した光の状態変化及び補助測定手段により測定した光の状態変化に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する。
【発明の効果】
【００１９】
当該光学測定装置の一観点によれば、第１基準位置に対応する第１モデル及び測定した光の状態変化に基づき解析が行われ、第１基準位置に係る膜厚または光学定数が算出される。また記憶部に記憶した補助基準位置に対応する補助モデル及び測定した光の状態変化に基づき解析が行われ、補助基準位置に係る膜厚または光学定数を算出する。これにより、一部が共通する複数の積層体が分散配置された試料の各積層体の膜厚または光学定数を容易に算出することが可能となる。従って、試料を一度載置するだけで、異常を有する積層体の位置及び特性を試料の測定対象領域に亘って把握することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は光学測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。光の状態変化を測定する光学測定装置１は、例えば分光エリプソメータ、ポラリメータ、干渉計、またはこれらを組み合わせた装置が用いられる。以下では光学測定装置１として分光エリプソメータ１を用いた例を説明する。分光エリプソメータ１はキセノンランプ２、光照射器３、ステージ４、光取得器５、分光器７、データ取込機８、モータ制御機９、スイッチング制御回路１７、及び、コンピュータ１０等を含んで構成される。分光エリプソメータ１は、一部が共通する層を有する複数の積層体が規則的に配置された１セットが分散配置された試料５０を計測する。
【００２１】
分光エリプソメータ１は、膜を複数積層した試料５０に偏光した光を照射すると共に、試料５０で反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、この測定結果と試料５０に応じたモデルとに基づき試料５０の各膜層の特性を解析する。図２は試料５０の平面を示す平面図であり、図３は試料５０の断面を示す模式的断面図である。試料５０は、基板５１、及び、セット３０、３０、３０・・・を含む。試料５０は例えばＯＮＯ膜が用いられる。基板５１は例えばシリコンウェハであり、基板５１上には共通膜３００が積層される。共通膜３００は例えばシリコン酸化膜である。共通膜３００の略中央部には第２膜３０２が積層され、共通膜３００の端部であって第２膜３０２に隣接する位置には第３膜３０３が積層される。
【００２２】
第２膜３０２及び第３膜３０３は例えばシリコン窒化膜等である。第３膜３０３の上側にはさらに、第４膜３０４が積層されている。第４膜３０４は例えばシリコン酸化膜等が用いられる。第１積層体３１乃至第３積層体３３は断面視において図３に示す如く階段状となっている。なお、本実施の形態においては、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を例としてあげたが、あくまで一例でありこれらの材料に限るものではない。また層数も３層として説明するが、これに限るものではない。さらに、ＯＮＯはＳｉ基板を用いるが、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)デバイス等のＳＯＩ基板、プラスチック等の透明基板、または、フレキシブル金属基板等も同様であり、半導体分野だけでなく、ＦＰＤ（Flat Panel Display）分野においても同様に適用することが可能である。共通膜３００により第１積層体３１が形成され、共通膜３００及び第２膜３０２により第２積層体３２が形成され、共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４により第３積層体３３が形成される。なお、本実施の形態においてはＯＮＯ膜を例に挙げて説明するが、あくまで一例でありこれに限るものではない。さらに本実施の形態においては第１積層体３１、第２積層体３２及び第３積層体３３が連結している例を示したが、これに限るものではない。第１積層体３１、第２積層体３２及び第３積層体３３が所定間隔を空けて相互に独立して基板５１上に形成されていても良い。この点後述する他の実施の形態においても同様である。この場合、基板５１上に３つの分離した第１の共通膜３００、第２の共通膜３００、及び第３の共通膜３００が積層される。第１の共通膜３００が第１積層体３１となる。第２の共通膜３００上に第２膜３０２が形成され第２積層体３２となる。第３の共通膜３００上に、第３膜３０３が形成され、されにこの第３膜３０３上に第４膜３０４が形成され、第３積層体３３となる。
【００２３】
図２（ａ）は試料５０全体を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の一部を拡大した拡大平面図である。基板５１上には略正方形状のチップ１００、１００、１００、・・・が格子状に複数配置されている。チップ１００とチップ１００とはスクライブライン１０２を介して所定間隔を空けて配置される。以下では、図２（ｂ）における基板５１の平面視左上側を原点座標（０，０）とし、原点から右側へ向かう方向をｘ軸正方向、原点から下側へ向かう方向をｙ軸正方向であるものとして説明する。セット３０、３０、３０、・・・は、スクライブライン１０２上の所定の座標位置に規則的に分散して形成される。本実施の形態においてはチップ１００の左右のスクライブライン１０２、１０２上にセット３０、３０が形成される例を挙げて説明する。第１積層体３１を測定する場合、第１基準位置Ｃ１である第１基準座標を中心に測定を行う。第２積層体３２を測定する場合、補助基準位置Ｃ２である補助基準座標を中心に測定を行う。同様に第３積層体３３を測定する場合、補助基準位置Ｃ３である補助基準座標を中心に測定を行う。なお、本実施の形態においては測定位置を第１積層体３１乃至第３積層体３３の略中心としたが、一例でありこれに限るものではない。第１積層体３１の形成位置である第１基準座標は、予め記憶されている。またセット３０は、スクライブライン１０２上ではなく、テストパターン上に設置しても良い。図４は他の形態に係る試料５０の平面を示す平面図である。図４（ａ）は試料５０全体を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大した拡大平面図である。基板５１の外周の複数箇所にはテストパターン１０１、１０１、・・・が設けられている。この各テストパターン１０１上にセット３０を形成するようにしても良い。
【００２４】
図１に戻り分光エリプソメータ１のハードウェア構成について説明する。上述した構造の試料５０の第１積層体３１乃至第３積層体３３を解析する分光エリプソメータ１は、一対の光照射器３及び光取得器５からなる測定器を含む測定解析系の部分及び駆動系部分に大別される。分光エリプソメータ１は測定解析系の部分として、キセノンランプ２及び光照射器３を第１光ファイバケーブル１５ａで接続する。分光エリプソメータ１は、ステージ４上に載置した試料５０へ偏光した状態の光を照射して光を入射させると共に、試料５０で反射した光を光取得器５で取り込む。光取得器５は第２光ファイバケーブル１５ｂを介して分光器７に接続されており、分光器７は波長毎に測定を行って測定結果をアナログ信号としてデータ取込機８へ伝送する。データ取込機８は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ１０へ伝送する。コンピュータ１０は解析を行う。
【００２５】
また、分光エリプソメータ１は駆動系部分として、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７に第１モータＭ１〜第６モータＭ６を夫々設けている。第１モータＭ１〜第６モータＭ６の駆動をコンピュータ１０に接続したモータ制御機９で制御することで、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機９は、コンピュータ１０から出力される指示に基づき第１モータＭ１〜第６モータＭ６の駆動制御を行う。
【００２６】
次に、分光エリプソメータ１の上述した各部分を順番に詳述する。まず、キセノンランプ２は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器３へ第１光ファイバケーブル１５ａを介して送る。光照射器３は半円弧状のレール６上に配置され、内部には偏光子３ａを有しており、白色光を偏光子３ａで偏光し、偏光状態の光を試料５０へ照射する。また、光照射器３は、第４モータＭ４が駆動されることでレール６に沿って移動し、照射する光のステージ４のステージ面４ａの垂線Ｈに対する角度（入射角度φ）を調整可能にしている。
【００２７】
ステージ４は移動レール部（図示せず）に摺動可能に配置されており、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動によりステージ４を図１中のｘ軸方向、ｙ軸方向（図１の紙面に直交する方向）及び高さ方向となるｚ方向へ夫々移動可能にしている。ステージ４の移動により、試料５０へ光を入射させる箇所を適宜変更し、試料５０の面分析を行う。なお、本実施の形態においては、ステージ４をｘ軸方向及びｙ軸方向に動かす例を挙げて説明するがこれに限るものではない。例えばステージ４を固定し、光照射器３及び光取得器５を動かし、照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるようにしても良い。また、ステージ４の試料５０を載置するステージ面４ａは、光の反射を防止するため黒色にされている。
【００２８】
光取得器５は試料５０で反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定する。光取得器５は、光照射器３と同様にレール６上に配置されており、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator：光弾性変調器）５ａ及び検光子（Analyzer）５ｂを内蔵し、試料５０で反射された光を、ＰＥＭ５ａを介して検光子５ｂへ導いている。光取得器５は、第５モータＭ５の駆動によりレール６に沿って移動可能である。光取得器５は、光照射器３の移動に連動して反射角度φと入射角度φとが同角度になるように、モータ制御機９で制御されている。なお、光取得器５に内蔵されたＰＥＭ５ａは、取り込んだ光を所要周波数（例えば５０ｋＨｚ）で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子５ｂは、ＰＥＭ５ａで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
【００２９】
分光器７は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ：光電子倍増管）及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器５から第２光ファイバケーブル１５ｂを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第６モータＭ６により角度を変更し出射する光の波長を可変する。分光器７の内部へ進んだ光はＰＭＴで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号（光）を安定化させる。また、制御ユニットは測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機８へ送出する処理を行う。
【００３０】
データ取込機８は、分光器７からの信号に基づき反射光の偏光状態（ｐ偏光、ｓ偏光）の振幅比Ψ及び位相差Δを波長毎に算出し、算出した結果をコンピュータ１０へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δは、ｐ偏光の振幅反射係数Ｒｐ及びｓ偏光の振幅反射係数Ｒｓに対し以下の数式（１）の関係が成立する。
Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎΨ・ｅｘｐ（ｉ・Δ）・・・（１）
但し、ｉは虚数単位である（以下同様）。また、Ｒｐ／Ｒｓは偏光変化量ρという。
【００３１】
また、コンピュータ１０は、データ取込機８で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、試料に応じたモデルとに基づき試料５０の解析を行うと共に、ステージ４の移動等に対する制御を行う。コンピュータ１０は、ＣＰＵ１１（Central Processing Unit）、表示部１４、入力部１３、記憶部１５、時計部１１ｅ、及びＲＡＭ１２（Random Access Memory）等を含む。ＣＰＵ１１は、バスを介してコンピュータ１０のハードウェア各部と接続されていて、それらを制御すると共に、記憶部１５に格納された各種プログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００３２】
ＲＡＭ１２は半導体素子等であり、ＣＰＵ１１の指示に従い必要な情報の書き込み及び読み出しを行う。表示部１４は例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイ等である。入力部１３はキーボード及びマウス等である。入力部１３は表示部１４上に積層されたタッチパネルであっても良い。時計部１１ｅは日時情報をＣＰＵ１１へ出力する。記憶部１５は例えばハードディスクまたは大容量メモリで構成され、解析用のコンピュータプログラム、及びステージ４の移動制御用のコンピュータプログラム等の各種プログラムを予め記憶すると共に、表示部１４へ表示するための各種メニュー画像のデータ、試料５０に係る既知のデータ、複数のモデル、モデルの作成に利用される複数の分散式、作成されたモデル、各種試料に応じたリファレンスデータ、及び干渉縞に関連した比較処理に用いる基準値等を記憶する。
【００３３】
記憶部１５は、その他、座標値ファイル１５１、結果データベース（以下、ＤＢという）１５２、モデルファイル１５３及び関連ファイル１５４等を格納している。なお、これらのファイル及びＤＢは、図示しないＤＢサーバ等に記憶しても良い。試料５０の解析に関し、コンピュータ１０は第１積層体３１を構成する共通膜３００、第２積層体３２を構成する共通膜３００及び第２膜３０２、並びに、第３積層体３３を構成する共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４の光学特性として屈折率及び消衰係数（以下、場合により光学定数で代表する）を解析すると共に、これら各層の膜厚等も解析する。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１を参照し、ステージを逐次移動し、第１積層体３１乃至第３積層体３３の計測を行う。
【００３４】
図５は移動量入力画面のイメージを示す説明図である。ＣＰＵ１１は記憶部１５から図５に示す移動量入力画面を読み出し、表示部１４へ出力する。ユーザは入力部１３から第２積層体３２の移動量として第１積層体３１に対する移動量を入力する。また、ユーザは入力部１３から第３積層体３３の移動量として第２積層体３２に対する移動量を入力する。なお、第３積層体３３の移動量として第１積層体３１に対する移動量を入力させるようにしても良い。ＣＰＵ１１は入力部１３からｘ軸方向及びｙ軸方向に対する移動量が入力され、決定ボタン４１が操作された場合、入力された第２積層体３２及び第３積層体３３の移動量を受け付ける。なお、本実施の形態においては移動量はｎｍ単位で入力する例を示しているが、μｍ単位等他の単位で入力しても良い。
【００３５】
ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した単位長あたりの座標数を読み出し、座標数に移動量（長さ）を乗じて、第２積層体３２及び第３積層体３３のそれぞれの移動座標数を算出する。ＣＰＵ１１は算出した第２積層体３２の移動座標数を第１基準座標に加算し、第２基準座標を算出する。また、ＣＰＵ１１は第２基準座標に、第３積層体３３の移動座標数を加算し、第３基準座標を算出する。ＣＰＵ１１は算出した第２基準座標及び第３基準座標を座標値ファイル１５１に記憶する。
【００３６】
図６は座標値ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。座標値ファイル１５１はセット３０毎に第１積層体３１の第１基準座標、第２積層体３２の補助基準座標（以下、第２基準座標という）、及び、第３積層体３３の補助基準座標（以下、第３基準座標）を記憶している。座標値ファイル１５１はセットＩＤフィールド、第１基準座標フィールド、第２基準座標フィールド及び第３基準座標フィールドを含む。セットＩＤフィールドには、セット３０、３０、３０、・・・を特定するための固有のＩＤが記憶されている。第１基準座標フィールドには、第１積層体３１に対して測定すべき座標値が記憶されている。なお、本実施の形態においては座標値を記憶する例を説明するが、座標値から一意に変換される距離を記憶しても良い。
【００３７】
第２基準座標フィールドには、第２積層体３２に対して測定すべき座標値が記憶されている。第２膜３０２は第１積層体３１に対して所定位置ずれた方向に形成されることから、予め第１基準位置である第１基準座標からの移動量を入力部１３から入力しておく。さらに第３積層体の第３基準座標フィールドが設けられている。ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した単位長あたりの座標数を読み出し、移動座標数を算出する。ＣＰＵ１１は算出した移動座標数を第１基準座標に加算し、第２基準座標を算出する。図６の例では、移動座標数は（Ｓｘ，Ｔｙ）であり、セットＩＤ０１の第２基準座標は（ｘ１＋Ｓｘ，ｙ１＋Ｔｙ）となる。また、第３積層体３３の第２積層体３２に対する移動座標数は（Ｕｘ，Ｖｙ）であり、セットＩＤ０１の第３基準座標は（ｘ１＋Ｓｘ＋Ｕｘ，ｙ１＋Ｔｙ＋Ｖｙ）となる。なお、移動量はｘ軸方向またはｙ軸方向の双方、または、単独のどちらでも良い。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１を参照し、ステージの移動制御を行い、第１基準座標にて第１積層体３１の計測を行い、第２基準座標にて第２積層体３２の計測を行う。同様に第３基準座標にて第３積層体３３の計測を行う。
【００３８】
関連ファイル１５４は第１積層体３１乃至第３積層体３３を構成する各層の膜厚または光学定数が共通するか否かに関する関連情報を記憶している。ユーザは入力部１３から関連情報入力画面を参照し、関連情報を入力する。図７は関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。第１積層体３１乃至第３積層体３３に対するモデルがモデルファイル１５３に予め記憶されている。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３に記憶した第１モデル乃至第３モデルを参照し、関連情報入力画面を生成して表示部１４へ出力する。第１モデルは第１積層体３１に対応し、共通膜３００により構成される。第２モデルは第２積層体３２に対応し、共通膜３００及びこれに積層される第２膜３０２により構成される。第３モデルは第３積層体３３に対応し、共通膜３００並びにこれに積層される第３膜３０３及び第４膜３０４により構成される。本実施の形態においては、共通膜３００の第１モデル乃至第３モデルのパラメータである膜厚及び光学定数が共通である例を挙げて説明する。また共通膜３００上に積層される第２モデルの第２膜３０２および第３モデルの第３膜３０３の膜厚または光学定数を共通としても良いことはもちろんである。
【００３９】
ＣＰＵ１１は、各層に対応づけて関連情報を入力するための下層用のチェックボックス３００ｃ及び上層用のチェックボックス３０１ｃを表示する。ユーザは入力部１３から、層及び共通するパラメータをクリックする。なお、本実施の形態においては膜厚及び光学定数の双方を共通のパラメータとしたが、いずれか一方としても良い。入力部１３から共通膜３００の初期値となる共通の膜厚、及び、光学定数に対応する分散式のパラメータが入力された場合、ＣＰＵ１１は、これらの情報を記憶部１５に記憶する。図７の例では、共通膜３００に対応するチェックボックス３００ｃの膜厚及び光学定数が共通するパラメータであることが理解できる。ＣＰＵ１１は決定ボタン４１の入力を受け付けた場合、入力部１３から受け付けた関連情報、すなわち層及び共通するパラメータを関連ファイル１５４に記憶する。ＣＰＵ１１は、解析(以下、フィッティングという)に際しては、これらの関連情報を考慮した上で、すなわち、共通膜３００の膜厚及び光学定数が第１積層体３１乃至第３積層体３３において共通することを条件としてフィッティングを行う。
【００４０】
コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、測定された振幅比Ψ及び位相差Δから、基板５１及び試料５０の周囲雰囲気等の複素屈折率を既知とした場合に、記憶部１５に予め記憶されているモデリングプログラムを用いる。そして、ユーザに設定される試料５０の項目及び試料５０の材料構造に応じたモデルを作成してモデルファイル１５３に記憶しておく。本実施の形態においては、第１基準位置に対応する第１積層体３１の第１モデル、補助基準位置に対応する第２積層体３２の補助モデル（以下、第２モデルという）及び、補助基準位置に対応する第３積層体３３の補助モデル（以下、第３モデルという）がモデルファイル１５３に記憶されている。ＣＰＵ１１は、解析段階で記憶している第１モデルを用いて第１積層体３１の共通膜３００の膜厚及び複素屈折率を求める。同様にＣＰＵ１１は第２モデルを用いて第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２の膜厚及び複素屈折率を求める。さらに、ＣＰＵ１１は第３モデルを用いて第３積層体３３の共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４の膜厚及び複素屈折率を求める。
【００４１】
複素屈折率Ｎは、解析する膜層の屈折率ｎ及び消衰係数ｋとした場合、以下の光学式で表した数式（２）の関係が成立する。
Ｎ＝ｎ−ｉｋ・・・（２）
【００４２】
また、入射角度をφ、光照射器３が照射する光の波長をλとした場合、データ取込機８から出力されるエリプソメータで測定された振幅比Ψ及び位相差Δは、解析する第２膜３０２、第３膜３０３、第４膜３０４及び共通膜３００の膜厚ｄ、屈折率ｎ及び消衰係数ｋに対して以下の数式（３）の関係が成立する。
（ｄ，ｎ，ｋ）＝Ｆ（ρ）＝Ｆ（Ψ（λ，φ），Δ（λ，φ））・・・（３）
【００４３】
コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、解析する各層の膜厚、及び複数のパラメータを有する複素誘電率の波長依存性を示す分散式を用いて、記憶したモデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi））（偏光状態）と、データ取込機８から出力される測定結果に係る測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE（λi ））（偏光状態）との差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。なお、適用される分散式の一例を下記の数式（４）に示す。なお、分散式はあくまで一例であってこれに限るものではない。
【００４４】
【数１】
2010112898.tif 000003
【００４５】
数式（４）において左辺のεは複素誘電率を示し、ε∞、εs は誘電率を示し、Γ0 、ΓD 、γj は粘性力に対する比例係数（damping factor）を示し、ωoj、ωt 、ωp は固有角振動数（oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency）を示す。なお、ε∞は高周波における誘電率（high frequency dielectric constant）であり、εs は低周波における誘電率（static dielectric constant）であり、ｆj ＝（εSj−ε∞）である。また、複素誘電率ε（ε（λ）に相当）、及び複素屈折率Ｎ（Ｎ（λ）に相当）は、下記の数式（５）の関係が成立する。
ε（λ）＝Ｎ2 （λ）・・・（５）
【００４６】
フィッティングについて説明する。試料５０を測定した場合でＴ個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）、Ｔ個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）としたときに測定誤差は正規分布すると考えて標準偏差をσi とした際の最小二乗法に係る平均二乗誤差χ2 は下記の数式（６）で求められる。なお、Ｐはパラメータの数である。平均二乗誤差χ2 の値が小さいときは、測定結果と作成したモデルの一致度が大きいことを意味するため、複数のモデルを比較する場合、平均二乗誤差χ2 の値が最も小さいものがベストモデルに相当する。
【００４７】
【数２】
2010112898.tif 000004
【００４８】
上述したコンピュータ１０のＣＰＵ１１が行う試料解析に係る一連の処理は、記憶部１５に記憶された解析用のコンピュータプログラムに規定されている。本実施の形態に係る分光エリプソメータ１は、試料５０における複数の予め作成されているモデルタイプ（モデルの構造）を記憶部１５のモデルファイル１５３に記憶している。これらのモデルタイプの構造が、記憶部１５に記憶されるコンピュータプログラム（モデリングプログラム）が規定する処理に基づき読み出されて解析に用いられる。
【００４９】
以上述べたモデルに基づくフィッティングを、第１積層体３１乃至第３積層体３３それぞれに対して実行する。ＣＰＵ１１は、フィッティングに際しては、上述した関連情報を考慮した上で、すなわち、共通膜３００の膜厚及び光学定数が第１積層体３１乃至第３積層体３３において共通することを条件としてフィッティングを行う。これにより、ＣＰＵ１１は、第１積層体３１の共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータを算出する。同様に、ＣＰＵ１１は、第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの膜厚及び分散式のパラメータを算出する。さらに、ＣＰＵ１１は、第３積層体３３の共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４それぞれの膜厚及び分散式のパラメータを算出する。なお、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件にしていることから、共通膜３００の膜厚は第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。また、膜厚及び分散式パラメータから求まる共通層３００の屈折率及び消衰係数も、膜厚と同様に、第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。ＣＰＵ１１は、第１積層体３１の共通膜３００の分散式のパラメータ等を参照することで、共通膜３００の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。同様に、ＣＰＵ１１は、第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの分散式のパラメータ等を参照することで、共通膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。さらに、ＣＰＵ１１は、第３積層体３３の共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４のそれぞれの分散式のパラメータ等を参照することで、共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４のそれぞれの光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。
【００５０】
ＣＰＵ１１はフィッティングにより求めた膜厚及び光学定数等を結果ＤＢ１５２に記憶する。図８は結果ＤＢ１５２のレコードレイアウトを示す説明図である。結果ＤＢ１５２はセットＩＤフィールド、膜フィールド、測定スペクトルフィールド、膜厚フィールド、膜厚、屈折率及び消衰係数の異常フラグフィールド、屈折率フィールド、並びに、消衰係数フィールドを含む。ＣＰＵ１１は、結果ＤＢ１５２のフィールドのキーを関連づけたスキーマにおいてＳＱＬ(Structured Query Language)等のデータベースの形式に応じたアクセスインターフェースを用いて対話することにより、必要な情報の記憶、検索等の処理を実行する。
【００５１】
結果ＤＢ１５２は第１積層体３１乃至第３積層体３３それぞれの、測定スペクトル、膜厚及び光学定数等を記憶している。なお、図８の例では、第２積層体３２の記憶内容を示している。セットＩＤフィールドには上述したセットＩＤが記憶されている、膜フィールドには積層体を構成する膜の名前が記憶されている。図８の例では第２積層体３２の上層である第２膜３０２及び共通膜３００が記憶されている。測定スペクトルフィールドには、測定により得られた測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE （λi））がセットＩＤの膜毎に記憶されている。
【００５２】
膜厚フィールドには第１積層体３１の第１モデル、第２積層体３２の第２モデルまたは第３積層体３３の第３モデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi））（以下、ΨM、ΔMと省略する）と測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE（λi ））（以下、ΨE、ΔEと省略する）とのフィッティングにより得られた膜厚がセットＩＤの膜毎に記憶されている。屈折率フィールド及び消衰係数フィールドには、フィッティングにより得られた分散式のパラメータから算出される屈折率及び消衰係数が、セットＩＤの膜毎に記憶されている。
【００５３】
異常フラグフィールドには、膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚、または、基準光学定数（基準屈折率、基準消衰係数）の所定範囲外となる場合に異常を示すフラグがセットＩＤの膜毎に記憶される。図８の例では異常フラグを白抜き丸印で示している。セットＩＤ０１の第２膜３０２は膜厚及び消衰係数に異常が存在することが理解できる。基準膜厚及び所定範囲は記憶部１５に予め記憶されている。基準膜厚及び所定範囲については、ユーザの設定により入力部１３から適宜の値を入力し、記憶部１５に記憶することが可能である。所定範囲は許容誤差を示し、例えば、基準膜厚に対して±数ｎｍとするほか、基準膜厚の９９％〜１０１％（±１％）等とすれば良い。
【００５４】
図９及び図１０は測定処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ２６１０）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２６２０）。変数ｑが１の場合セットＩＤ「０１」の第１基準座標が読み出される。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第１基準座標まで移動させる（ステップＳ２６３０）。これにより、第１積層体３１の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第１積層体３１へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE1、ΔE1を測定する（ステップＳ２６４０）。ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE1、ΔE1を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２６５０）。
【００５５】
ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第２基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２６６０）。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第２基準座標まで移動させる（ステップＳ２６７０）。これにより、第２積層体３２の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第２積層体３２へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE2、ΔE2を測定する（ステップＳ２６８０）。
【００５６】
ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE2、ΔE2を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２６９０）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第３基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２７１０）。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第３基準座標まで移動させる（ステップＳ２７２０）。これにより、第３積層体３３の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第３積層体３３へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE3、ΔE3を測定する（ステップＳ２７３０）。
【００５７】
ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE3、ΔE3を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２７４０）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ２７５０）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ２７５０でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ２７６０）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ２６２０へ戻し、次のセット３０の測定スペクトルを測定する。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ２７５０でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【００５８】
図１１乃至図１３はフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は関連ファイル１５４に記憶した関連情報を読み出す（ステップＳ３６１）。本実施の形態においては共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータ並びに光学定数が共通であるものとして説明する。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第１積層体３１に対応して予め記憶部１５に記憶された第１モデルを読み出す（ステップＳ３６２）。ＣＰＵ１１は、読み出した第１モデルに対応して、予め記憶した第１モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ３６３）。ＣＰＵ１１は読み出した第１モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ３６４）。
【００５９】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第２積層体３２に対応して予め記憶部１５に記憶された第２モデルを読み出す（ステップＳ３６５）。ＣＰＵ１１は、読み出した第２モデルに対応して、予め記憶した第２モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第２モデルに対する第２膜３０２の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ３６６）。ＣＰＵ１１は読み出した第２モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ３６７）。
【００６０】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第３積層体３３に対応して予め記憶部１５に記憶された第３モデルを読み出す（ステップＳ３６８）。ＣＰＵ１１は、読み出した第３モデルに対応して、予め記憶した第３モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第３モデルに対する第３膜３０３及び第４膜３０４の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ３６９）。ＣＰＵ１１は読み出した第３モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第３モデルのモデルスペクトルΨM3、ΔM3を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ３７１）。
【００６１】
ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ３７２）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1、第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2及び第３積層体３３に係る測定スペクトルΨE3、ΔE3を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ３７３）。
【００６２】
ＣＰＵ１１は、フィッティングのため読み出した、第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1、第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2、第３積層体３３に係る測定スペクトルΨE3、ΔE3、及び、第３モデルのモデルスペクトルΨM3、ΔM3、を比較し、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う（ステップＳ３７４）。ＣＰＵ１１はこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。ステップＳ３７４における平均二乗誤差χ2 は式（７）により算出することができる。
【００６３】
【数３】
2010112898.tif 000005
【００６４】
なお、第１積層体３１を測定した場合におけるＴ1 個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ1 ）、Ｔ1 個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ1 ）とする。第２積層体３２を測定した場合におけるＴ2 個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ2 ）、Ｔ2 個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ2 ）としている。第３積層体３３を測定した場合におけるＴ3 個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ3 ）、Ｔ3 個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ3 ）としている。また、Ｐ1 は第１積層体３１を測定する際のパラメータの数であり、Ｐ2 は第２積層体３２を測定する際のパラメータの数であり、Ｐ3 は第３積層体３３を測定する際のパラメータである。
【００６５】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１は算出した平均二乗誤差が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３７５）。なお、この所定値は記憶部１５に記憶されている。ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ３７５でＮＯ）、ステップＳ３７６へ移行する。ＣＰＵ１１は、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に、モデルの初期値として設定した膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再びモデルスペクトルΨM1、ΔM1、モデルスペクトルΨM2、ΔM2、及び、モデルスペクトルΨM3、ΔM3を算出する（ステップＳ３７６）。
【００６６】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ３７５でＹＥＳ）、第１積層体３１の膜厚及び分散式のパラメータ、第２積層体３２各層の膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第３積層体３３各層の膜厚及び分散式のパラメータを決定する（ステップＳ３７７）。なお、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件にしていることから、共通膜３００の膜厚は第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。また、分散式のパラメータから求まる共通膜３００の屈折率及び消衰係数も、膜厚と同様に、第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。ＣＰＵ１１は、共通膜３００の分散式のパラメータ等を参照することで、第１積層体３１の共通膜３００の屈折率、及び、消衰係数を算出し、共通膜３００及び第２膜３０２の分散式のパラメータ等を参照することで、第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２の屈折率、及び、消衰係数を算出し、共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４の分散式のパラメータ等を参照することで、第３積層体３３の共通膜３００、第３膜３０３、及び第４膜３０４の屈折率、及び、消衰係数を算出する（ステップＳ３７８）。
【００６７】
ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第１積層体３１に対応づけて、共通膜３００の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３７９）。同様に、ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第２積層体３２に対応づけて、共通膜３００及び第２膜３０２の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３８１）。ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第３積層体３３に対応づけて、共通膜３００、第３膜３０３及び第４膜３０４の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３８２）。
【００６８】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ３８３）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ３８３でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ３８４）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ３７３へ戻し、次のセット３０のフィッティングを行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ３８３でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【００６９】
実施の形態２
図１４は実施の形態２に係る光学測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。光の状態変化を測定する光学測定装置１は、例えば分光エリプソメータ、ポラリメータ、干渉計、またはこれらを組み合わせた装置が用いられる。以下では光学測定装置１として分光エリプソメータ１を用いた例を説明する。分光エリプソメータ１はキセノンランプ２、光照射器３、ステージ４、光取得器５、分光器７、データ取込機８、モータ制御機９、スイッチング制御回路１７、及び、コンピュータ１０等を含んで構成される。分光エリプソメータ１は、一部が共通する層を有する複数の積層体が規則的に配置された１セットが分散配置された試料５０を計測する。
【００７０】
分光エリプソメータ１は、膜を複数積層した試料５０に偏光した光を照射すると共に、試料５０で反射した光を取得して反射光の偏光状態を測定し、この測定結果と試料５０に応じたモデルとに基づき試料５０の各膜層の特性を解析する。図１５は実施の形態２に係る試料５０の平面を示す平面図であり、図１６は実施の形態２に係る試料５０の断面を示す模式的断面図である。試料５０は、基板５１、及び、セット３０、３０、３０・・・を含む。基板５１は例えばガラス、プラスチック等よりなる透明基板、プラスチック基板もしくはフレキシブル金属基板、または、ウエハ等である。図１６に示す如く、基板５１上にはＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）、熱酸化、または、スパッタリング等により、共通膜（以下、下層膜という）３００が形成される。
【００７１】
この下層膜３００は例えば、ＣＶＤによりウエハ上に成膜されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）である。下層膜３００の上側一側には、第１膜３０１が形成される。この第１膜３０１は例えばアモルファスシリコン膜等であり、ＣＶＤ等により下層膜３００上に成膜される。下層膜３００の上側他側には、第２膜３０２が形成される。この第２膜３０２は第１膜とは異なる膜、例えばポリシリコン膜等であり、ＣＶＤ等により下層膜３００上に成膜される。以下では、下層膜３００上に第１膜３０１が積層された積層体を第１積層体３１といい、下層膜３００上に第２膜３０２が積層された積層体を第２積層体３２という。また第１積層体３１及び第２積層体３２の組み合わせをセット３０という。
【００７２】
本実施の形態においては、説明を容易にするために、第１積層体３１及び第２積層体３２間で共通する下層膜３００は１層である例を挙げて説明するがこれに限るものではない。下層膜３００は、第１積層体３１及び第２積層体３２間で共通すればよく、複数の膜が積層されたものであっても良い。また、下層膜３００は、第１膜３０１及び第２膜３０２を上側及び下側双方において挟み込む複数の膜であっても良い。さらに、第１積層体３１及び第２積層体３２に電極またはこれら覆う保護カバー等を形成しても良い。
【００７３】
第１膜３０１及び第２膜３０２は相互に膜厚または屈折率及び消衰係数を含む光学特性が異なる物質である。本実施の形態においては第１膜３０１及び第２膜３０２の膜厚及び光学定数が異なる物質であるものとして説明する。図１５に示す如く、セット３０は基板５１の平面上に分散配置されている。以下では、基板５１の平面視左上側を原点座標（０，０）とし、原点から右側へ向かう方向をｘ軸正方向、原点から下側へ向かう方向をｙ軸正方向であるものとして説明する。
【００７４】
セット３０を構成する第１積層体３１及び第２積層体３２は、回路設計に応じて所定の座標位置に分散して形成される。第１積層体３１を測定する場合、第１基準位置Ｃ１である第１基準座標を中心に測定を行う。第２積層体３２を測定する場合、補助基準位置Ｃ２である補助基準座標を中心に測定を行う。なお、本実施の形態においては測定位置を第１積層体３１及び第２積層体３２の略中心としたが、一例でありこれに限るものではない。第１積層体３１の形成位置である第１基準座標は、予め記憶されている。
【００７５】
図１４に戻り分光エリプソメータ１のハードウェア構成について説明する。上述した構造の試料５０の第１積層体３１及び第２積層体３２を解析する分光エリプソメータ１は、一対の光照射器３及び光取得器５からなる測定器を含む測定解析系の部分及び駆動系部分に大別される。分光エリプソメータ１は測定解析系の部分として、キセノンランプ２及び光照射器３を第１光ファイバケーブル１５ａで接続する。分光エリプソメータ１は、ステージ４上に載置した試料５０へ偏光した状態の光を照射して光を入射させると共に、試料５０で反射した光を光取得器５で取り込む。光取得器５は第２光ファイバケーブル１５ｂを介して分光器７に接続されており、分光器７は波長毎に測定を行って測定結果をアナログ信号としてデータ取込機８へ伝送する。データ取込機８は、アナログ信号を所要値に変換してコンピュータ１０へ伝送する。コンピュータ１０は解析を行う。
【００７６】
また、分光エリプソメータ１は駆動系部分として、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７に第１モータＭ１〜第６モータＭ６を夫々設けている。第１モータＭ１〜第６モータＭ６の駆動をコンピュータ１０に接続したモータ制御機９で制御することで、ステージ４、光照射器３、光取得器５及び分光器７を測定に応じた適切な位置、姿勢に変更する。モータ制御機９は、コンピュータ１０から出力される指示に基づき第１モータＭ１〜第６モータＭ６の駆動制御を行う。
【００７７】
次に、分光エリプソメータ１の上述した各部分を順番に詳述する。まず、キセノンランプ２は光源であり、複数の波長成分を含む白色光を発生し、発生した白色光を光照射器３へ第１光ファイバケーブル１５ａを介して送る。光照射器３は半円弧状のレール６上に配置され、内部には偏光子３ａを有しており、白色光を偏光子３ａで偏光し、偏光状態の光を試料５０へ照射する。また、光照射器３は、第４モータＭ４が駆動されることでレール６に沿って移動し、照射する光のステージ４のステージ面４ａの垂線Ｈに対する角度（入射角度φ）を調整可能にしている。
【００７８】
ステージ４は移動レール部（図示せず）に摺動可能に配置されており、第１モータＭ１〜第３モータＭ３の駆動によりステージ４を図１４中のｘ軸方向、ｙ軸方向（図１４の紙面に直交する方向）及び高さ方向となるｚ方向へ夫々移動可能にしている。ステージ４の移動により、試料５０へ光を入射させる箇所を適宜変更し、試料５０の面分析を行う。なお、本実施の形態においては、ステージ４をｘ軸方向及びｙ軸方向に動かす例を挙げて説明するがこれに限るものではない。例えばステージ４を固定し、光照射器３及び光取得器５を動かし、照射位置をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させるようにしても良い。また、ステージ４の試料５０を載置するステージ面４ａは、光の反射を防止するため黒色にされている。
【００７９】
光取得器５は試料５０で反射した光を取得し、取得した光の偏光状態を測定する。光取得器５は、光照射器３と同様にレール６上に配置されており、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator：光弾性変調器）５ａ及び検光子（Analyzer）５ｂを内蔵し、試料５０で反射された光を、ＰＥＭ５ａを介して検光子５ｂへ導いている。光取得器５は、第５モータＭ５の駆動によりレール６に沿って移動可能である。光取得器５は、光照射器３の移動に連動して反射角度φと入射角度φとが同角度になるように、モータ制御機９で制御されている。なお、光取得器５に内蔵されたＰＥＭ５ａは、取り込んだ光を所要周波数（例えば５０ｋＨｚ）で位相変調することにより直線偏光から楕円偏光を得ている。また、検光子５ｂは、ＰＥＭ５ａで位相変調された各種偏光の中から選択的に偏光を取得して測定する。
【００８０】
分光器７は、反射ミラー、回折格子、フォトマルチプライヤー（ＰＭＴ：光電子倍増管）及び制御ユニット等を内蔵し、光取得器５から第２光ファイバケーブル１５ｂを通じて送られた光を反射ミラーで反射して回折格子へ導いている。回折格子は第６モータＭ６により角度を変更し出射する光の波長を可変する。分光器７の内部へ進んだ光はＰＭＴで増幅され、光の量が少ない場合でも、測定された信号（光）を安定化させる。また、制御ユニットは測定された波長に応じたアナログ信号を生成してデータ取込機８へ送出する処理を行う。
【００８１】
データ取込機８は、分光器７からの信号に基づき反射光の偏光状態（ｐ偏光、ｓ偏光）の振幅比Ψ及び位相差Δを波長毎に算出し、算出した結果をコンピュータ１０へ送出する。なお、振幅比Ψ及び位相差Δは、ｐ偏光の振幅反射係数Ｒｐ及びｓ偏光の振幅反射係数Ｒｓに対し上述の数式（１）の関係が成立する。
【００８２】
また、コンピュータ１０は、データ取込機８で得られた偏光状態の振幅比Ψ及び位相差Δと、試料に応じたモデルとに基づき試料５０の解析を行うと共に、ステージ４の移動等に対する制御を行う。コンピュータ１０は、ＣＰＵ１１（Central Processing Unit）、表示部１４、入力部１３、記憶部１５、時計部１１ｅ、及びＲＡＭ１２（Random Access Memory）等を含む。ＣＰＵ１１は、バスを介してコンピュータ１０のハードウェア各部と接続されていて、それらを制御すると共に、記憶部１５に格納された各種プログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００８３】
ＲＡＭ１２は半導体素子等であり、ＣＰＵ１１の指示に従い必要な情報の書き込み及び読み出しを行う。表示部１４は例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイ等である。入力部１３はキーボード及びマウス等である。入力部１３は表示部１４上に積層されたタッチパネルであっても良い。時計部１１ｅは日時情報をＣＰＵ１１へ出力する。記憶部１５は例えばハードディスクまたは大容量メモリで構成され、解析用のコンピュータプログラム、及びステージ４の移動制御用のコンピュータプログラム等の各種プログラムを予め記憶すると共に、表示部１４へ表示するための各種メニュー画像のデータ、試料５０に係る既知のデータ、複数のモデル、モデルの作成に利用される複数の分散式、作成されたモデル、各種試料に応じたリファレンスデータ、及び干渉縞に関連した比較処理に用いる基準値等を記憶する。
【００８４】
記憶部１５は、その他、座標値ファイル１５１、結果データベース（以下、ＤＢという）１５２及びモデルファイル１５３等を格納している。なお、これらのファイル及びＤＢは、図示しないＤＢサーバ等に記憶しても良い。試料５０の解析に関し、コンピュータ１０は第１積層体３１を構成する下層膜３００及び第１膜３０１、並びに、第２積層体３２を構成する下層膜３００及び第２膜３０２の光学特性として屈折率及び消衰係数（以下、場合により光学定数で代表する）を解析すると共に、これら各層の膜厚等も解析する。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１を参照し、ステージを逐次移動し、第１積層体３１及び第２積層体３２の計測を行う。
【００８５】
図１７は実施の形態２に係る座標値ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。座標値ファイル１５１はセット３０毎に第１積層体３１の第１基準座標及び第２積層体３２の補助基準座標（以下、第２基準座標という）を記憶している。座標値ファイル１５１はセットＩＤフィールド、第１基準座標フィールド及び第２基準座標フィールドを含む。セットＩＤフィールドには、セット３０、３０、３０、・・・を特定するための固有のＩＤが記憶されている。第１基準座標フィールドには、第１積層体３１に対して測定すべき座標値が記憶されている。なお、本実施の形態においては座標値を記憶する例を説明するが、座標値から一意に変換される距離を記憶しても良い。
【００８６】
第２基準座標フィールドには、第２積層体３２に対して測定すべき座標値が記憶されている。第２膜３０２は第１膜３０１に対して所定位置ずれた方向に形成されることから、予め第１基準位置である第１基準座標からの移動量を入力部１３から入力しておく。図１８は実施の形態２に係る移動量入力画面のイメージを示す説明図である。ＣＰＵ１１は記憶部１５から図１８に示す移動量入力画面を読み出し、表示部１４へ出力する。ユーザは入力部１３から移動量を入力する。ＣＰＵ１１は入力部１３からｘ軸方向及びｙ軸方向に対する移動量が入力され、決定ボタン４１が操作された場合、入力された移動量を受け付ける。なお、本実施の形態においては移動量はｎｍ単位で入力する例を示しているが、μｍ単位等他の単位で入力しても良い。
【００８７】
ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した単位長あたりの座標数を読み出し、移動座標数を算出する。ＣＰＵ１１は算出した移動座標数を第１基準座標に加算し、第２基準座標を算出する。図１７の例では、移動座標数は（Ｓｘ，Ｔｙ）であり、セットＩＤ０１の第２基準座標は（ｘ１＋Ｓｘ，ｙ１＋Ｔｙ）となる。なお、移動量はｘ軸方向またはｙ軸方向の双方、または、単独のどちらでも良い。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１を参照し、ステージの移動制御を行い、第１基準座標にて第１積層体３１の計測を行い、第２基準座標にて第２積層体３２の計測を行う。
【００８８】
コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、測定された振幅比Ψ及び位相差Δから、基板５１及び試料５０の周囲雰囲気等の複素屈折率を既知とした場合に、記憶部１５に予め記憶されているモデリングプログラムを用いる。そして、ユーザに設定される試料５０の項目及び試料５０の材料構造に応じたモデルを作成してモデルファイル１５３に記憶しておく。本実施の形態においては、第１基準位置に対応する第１積層体３１の第１モデル、及び、補助基準位置に対応する第２積層体３２の補助モデル（以下、第２モデルという）がモデルファイル１５３に記憶されている。ＣＰＵ１１は、解析段階で記憶している第１モデルを用いて第１積層体３１の下層膜３００及び第１膜３０１の膜厚及び複素屈折率を求める。同様にＣＰＵ１１は第２モデルを用いて第２積層体３２の下層膜３００及び第２膜３０２の膜厚及び複素屈折率を求める。
【００８９】
複素屈折率Ｎは、解析する膜層の屈折率ｎ及び消衰係数ｋとした場合、上述の数式（２）の関係が成立する。
【００９０】
また、入射角度をφ、光照射器３が照射する光の波長をλとした場合、データ取込機８から出力されるエリプソメータで測定された振幅比Ψ及び位相差Δは、解析する第１膜３０１、第２膜３０２及び下層膜３００の膜厚ｄ、屈折率ｎ及び消衰係数ｋに対して上述の数式（３）の関係が成立する。
【００９１】
コンピュータ１０のＣＰＵ１１は、解析する各層の膜厚、及び複数のパラメータを有する複素誘電率の波長依存性を示す分散式を用いて、記憶したモデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi））（偏光状態）と、データ取込機８から出力される測定結果に係る測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE（λi ））（偏光状態）との差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。なお、適用される分散式の一例は上述の数式（４）のとおりである。
【００９２】
数式（４）において左辺のεは複素誘電率を示し、ε∞、εs は誘電率を示し、Γ0 、ΓD 、γj は粘性力に対する比例係数（damping factor）を示し、ωoj、ωt 、ωp は固有角振動数（oscillator frequency, transverse frequency, plasma frequency）を示す。なお、ε∞は高周波における誘電率（high frequency dielectric constant）であり、εs は低周波における誘電率（static dielectric constant）であり、ｆj ＝（εSj−ε∞）である。また、複素誘電率ε（ε（λ）に相当）、及び複素屈折率Ｎ（Ｎ（λ）に相当）は、上述の数式（５）の関係が成立する。
【００９３】
フィッティングについて説明する。試料５０を測定した場合でＴ個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）、Ｔ個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ）としたときに測定誤差は正規分布すると考えて標準偏差をσi とした際の最小二乗法に係る平均二乗誤差χ2 は上述の数式（６）で求められる。なお、Ｐはパラメータの数である。平均二乗誤差χ2の値が小さいときは、測定結果と作成したモデルの一致度が大きいことを意味するため、複数のモデルを比較する場合、平均二乗誤差χ2 の値が最も小さいものがベストモデルに相当する。
【００９４】
上述したコンピュータ１０のＣＰＵ１１が行う試料解析に係る一連の処理は、記憶部１５に記憶された解析用のコンピュータプログラムに規定されている。本実施の形態に係る分光エリプソメータ１は、試料５０における複数の予め作成されているモデルタイプ（モデルの構造）を記憶部１５のモデルファイル１５３に記憶している。これらのモデルタイプの構造が、記憶部１５に記憶されるコンピュータプログラム（モデリングプログラム）が規定する処理に基づき読み出されて解析に用いられる。
【００９５】
以上述べたモデルに基づくフィッティングを、第１積層体３１及び第２積層体３２それぞれに対して実行する。これにより、ＣＰＵ１１は、第１積層体３１の下層膜３００及び第１膜３０１のそれぞれの膜厚及び分散式のパラメータを算出する。同様に、ＣＰＵ１１は、第２積層体３２の下層膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの膜厚及び分散式のパラメータを算出する。ＣＰＵ１１は、第１積層体３１の下層膜３００及び第１膜３０１のそれぞれの分散式のパラメータ等を参照することで、下層膜３００及び第１膜３０１のそれぞれの光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。同様に、ＣＰＵ１１は、第２積層体３２の下層膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの分散式のパラメータ等を参照することで、下層膜３００及び第２膜３０２のそれぞれの光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を算出する。
【００９６】
ＣＰＵ１１はフィッティングにより求めた膜厚及び光学定数等を結果ＤＢ１５２に記憶する。図１９は実施の形態２に係る結果ＤＢ１５２のレコードレイアウトを示す説明図である。結果ＤＢ１５２はセットＩＤフィールド、膜フィールド、測定スペクトルフィールド、膜厚フィールド、膜厚、屈折率及び消衰係数の異常フラグフィールド、屈折率フィールド、並びに、消衰係数フィールドを含む。ＣＰＵ１１は、結果ＤＢ１５２のフィールドのキーを関連づけたスキーマにおいてＳＱＬ(Structured Query Language)等のデータベースの形式に応じたアクセスインターフェースを用いて対話することにより、必要な情報の記憶、検索等の処理を実行する。
【００９７】
結果ＤＢ１５２は第１積層体３１及び第２積層体３２それぞれの、測定スペクトル、膜厚及び光学定数等を記憶している。なお、図１９の例では、第１積層体３１の記憶内容を示している。セットＩＤフィールドには上述したセットＩＤが記憶されている、膜フィールドには積層体を構成する膜の名前が記憶されている。図１９の例では第１積層体３１の上層である第１膜３０１及び下層膜３００が記憶されている。測定スペクトルフィールドには、測定により得られた測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE （λi））がセットＩＤの膜毎に記憶されている。
【００９８】
膜厚フィールドには第１積層体３１の第１モデルまたは第２積層体３２の第２モデルから理論的な演算で得られるモデルスペクトル（ΨM （λi ）、ΔM （λi））（以下、ΨM、ΔMと省略する）と測定スペクトル（ΨE （λi ）、ΔE（λi ））（以下、ΨE、ΔEと省略する）とのフィッティングにより得られた膜厚がセットＩＤの膜毎に記憶されている。屈折率フィールド及び消衰係数フィールドには、フィッティングにより得られた分散式のパラメータから算出される屈折率及び消衰係数が、セットＩＤの膜毎に記憶されている。
【００９９】
異常フラグフィールドには、膜厚または光学定数が、予め記憶した基準膜厚、または、基準光学定数（基準屈折率、基準消衰係数）の所定範囲外となる場合に異常を示すフラグがセットＩＤの膜毎に記憶される。図１９の例では異常フラグを白抜き丸印で示している。セットＩＤ０１の第１膜３０１は膜厚及び消衰係数に異常が存在することが理解できる。基準膜厚及び所定範囲は記憶部１５に予め記憶されている。基準膜厚及び所定範囲については、ユーザの設定により入力部１３から適宜の値を入力し、記憶部１５に記憶することが可能である。所定範囲は許容誤差を示し、例えば、基準膜厚の±数ｎｍとするほか、基準膜厚の９９％〜１０１％（±１％）等とすれば良い。
【０１００】
屈折率及び消衰係数についても同様に、基準屈折率、基準消衰係数及び所定範囲が記憶部１５に予め記憶されている。なお、結果ＤＢ１５２のレイアウト例はあくまで一例であり、データ間の関係が維持されていれば、設計に応じて自由なデータの持たせ方をすれば良い。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対し計測処理を終えた場合、表示部１４に結果表示を出力する。
【０１０１】
図２０は実施の形態２に係る結果表示画面のイメージを示す説明図である。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１の第１基準座標及び第２基準座標を参照し、各セット３０を構成する第１積層体３１及び第２積層体３２を示す矩形状の枠を表示部１４へ出力する。図２０に示すように第１積層体３１を示す枠体及び第２積層体３２を示す枠体、並びに、これらセット３０を特定するセットＩＤが表示部１４に表示される。ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２を参照し、下層膜３００以外の膜、すなわち第１膜３０１及び第２膜３０２に係る膜厚、屈折率及び消衰係数の異常フラグを検索する。ＣＰＵ１１は第１膜３０１の膜厚に異常フラグが設定されている場合、膜厚を示す「ｄ」を対応するセットＩＤの第１膜に係る枠体に表示する。
【０１０２】
同様に、ＣＰＵ１１は第１膜３０１の屈折率に異常フラグが設定されている場合、屈折率を示す「ｎ」を対応するセットＩＤの第１膜に係る枠体に表示する。さらに、ＣＰＵ１１は第１膜３０１の消衰係数に異常フラグが設定されている場合、消衰係数を示す「ｋ」を対応するセットＩＤの第１膜に係る枠体に表示する。第２膜３０２についても同様に、対応するセットＩＤの第２膜に係る枠体に「ｄ」、「ｎ」または「ｋ」を、異常を示す信号として出力する。
【０１０３】
また、ＣＰＵ１１は異常フラグが少なくとも一つ設定されている第１積層体３１または第２積層体３２の座標値を、座標値ファイル１５１を参照し、表示部１４へ出力する。図２０の例では、第１基準座標（ｘ１、ｙ１）で示すセットＩＤ０１については、第１積層体３１に係る第１膜３０１の膜厚に異常が存在することが理解できる。また、第２基準座標（ｘ７＋Ｓｘ，ｙ７＋Ｔｙ）で示すセットＩＤ０７については第２積層体３２に係る第２膜３０２の膜厚、屈折率及び消衰係数の全てに異常が存在することが理解できる。なお、本実施の形態においては、図２０に示す如く、上層である第１積層体３１及び第２積層体３２の異常を示す例を説明したが、同様に下層である下層膜３００の異常状態を図示しても良いことはもちろんである。図２０に表示の「下層」に設定されたハイパーリンクがクリックされた場合、ＣＰＵ１１は以下の処理を行う。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１の第１基準座標を参照し、下層膜３００を示す矩形状の枠を表示部１４へ出力する。第１積層体３１及び第２積層体３２の表示と同様に、下層膜３００を示す枠体、及び、セット３０を特定するセットＩＤが表示部１４に表示される。ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２を参照し、下層膜３００に係る膜厚、屈折率及び消衰係数の異常フラグを検索する。ＣＰＵ１１は下層膜３００の膜厚に異常フラグが設定されている場合、膜厚を示す「ｄ」を対応するセットＩＤの枠体に表示する。同様に、ＣＰＵ１１は下層膜３００の屈折率に異常フラグが設定されている場合、屈折率を示す「ｎ」を対応するセットＩＤの枠体に表示する。さらに、ＣＰＵ１１は下層膜３００の消衰係数に異常フラグが設定されている場合、消衰係数を示す「ｋ」を対応するセットＩＤの枠体に表示する。また、ＣＰＵ１１は異常フラグが少なくとも一つ設定されている下層膜３００の座標値を、座標値ファイル１５１を参照し、表示部１４へ出力する。また紙面の都合上、下層膜３００と第１積層体３１及び第２積層体３２との異常を示す画面を分けて記載したが、同一画面上に表示しても良いことはもちろんである。
【０１０４】
以上のハードウェア構成において各ソフトウェア処理の手順を、フローチャートを用いて説明する。図２１は実施の形態２に係る座標値の記憶処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は各セット３０の第１積層体３１の第１基準位置を受け付ける（ステップＳ８１）。この第１基準位置については、ユーザが入力部１３から適宜数値を入力等すればよい。この他、ＣＰＵ１１は、記録媒体（図示せず）から読み取ることにより取得した第１基準位置、または、通信網を介してダウンロードすることにより取得した第１基準位置を、受け付けるようにしても良い。ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した単位長あたりの座標値を参照し、受け付けた第１基準位置に対応する各セット３０の第１基準座標を算出する（ステップＳ８２）。
【０１０５】
ＣＰＵ１１はセットＩＤに対応づけて算出した第１基準座標を座標値ファイル１５１に記憶する（ステップＳ８３）。ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した移動量入力画面を読み出し、表示部１４へ出力する。ＣＰＵ１１は入力部１３から入力された移動量を受け付ける（ステップＳ８４）。ＣＰＵ１１は単位長あたりの座標値、受け付けた移動量及び第１基準座標に基づき、各セットの第２基準座標を算出する（ステップＳ８５）。ＣＰＵ１１はセットＩＤに対応づけて第２基準座標を座標値ファイル１５１に記憶する（ステップＳ８６）。
【０１０６】
図２２及び図２３は実施の形態２に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ９１）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ９２）。変数ｑが１の場合、セットＩＤ「０１」の第１基準座標が読み出される。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第１基準座標まで移動させる（ステップＳ９３）。これにより、第１積層体３１の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第１積層体３１へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE1、ΔE1を測定する（ステップＳ９４）。ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE1、ΔE1を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ９５）。
【０１０７】
ＣＰＵ１１はフィッティングを行うべく、モデリングプログラムへ測定スペクトルΨE1、ΔE1を出力する（ステップＳ９６）。なお、フィッティング処理については後述する。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第２基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ９７）。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第２基準座標まで移動させる（ステップＳ９８）。これにより、第２積層体３２の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第２積層体３２へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE2、ΔE2を測定する（ステップＳ９９）。
【０１０８】
ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE2、ΔE2を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１０１）。なお、測定後すぐに解析を行うのではなく、後日解析を行っても良い。ＣＰＵ１１はフィッティングを行うべく、モデリングプログラムへ測定スペクトルΨE2、ΔE2を出力する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ１０４）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ９２へ戻し、次のセット３０の測定スペクトルを測定する。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【０１０９】
図２４乃至図２６は実施の形態２に係る膜厚及び光学定数の算出手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第１モデルを読み出す（ステップＳ１１１）。ＣＰＵ１１は、読み出した第１モデルに対応して、予め記憶されていた初期値となる複数の膜厚及び複数の分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ１１２）。ＣＰＵ１１は読み出した第１モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ１１３）。
【０１１０】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第２モデルを読み出す（ステップＳ１１４）。ＣＰＵ１１は、読み出した第２モデルに対応して、予め記憶されていた初期値となる複数の膜厚及び複数の分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ１１５）。ＣＰＵ１１は読み出した第２モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ１１６）。
【０１１１】
ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ１１７）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの測定スペクトルΨE1、ΔE1を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ１１８）。ＣＰＵ１１は、この読み出した測定スペクトルΨE1、ΔE1と、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1とに基づいて、フィッティングを行う（ステップＳ１１９）。具体的には、ＣＰＵ１１は、フィッティングのため読み出した、測定スペクトルΨE1、ΔE1と第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1とを比較し測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。ＣＰＵ１１はこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。平均二乗誤差χ2 は上述した数式（２）により算出することができる。
【０１１２】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１は算出した平均二乗誤差が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２１）。なお、この所定値は記憶部１５に記憶されている。ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ１２１でＮＯ）、第１モデルへ初期値として設定した膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再び第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1を算出する（ステップＳ１２２）。なお、この変更はＣＰＵ１１による変更であっても良いし、オペレータによる変更であっても良い。その後、再びステップＳ１１９へ移行し、同様の処理を繰り返す。
【０１１３】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差χ2 が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ１２１でＹＥＳ）、そのときのフィッティングで得られた膜厚及び分散式のパラメータを採用すべき値として決定する（ステップＳ１２３）。これにより、第１積層体３１の下層膜３００及び第１膜３０１の膜厚が算出される。なお、ステップＳ１２１の処理においては、所定の値以下となるまで、処理を行うようにしているがこれに限るものではない。所定時間内に各モデルへ設定すべき初期膜厚及び分散式のパラメータを逐次変更し、所定時間内で最小の平均二乗誤差をとる場合の膜厚及び分散式のパラメータを結果として採用するようにしても良い。
【０１１４】
ＣＰＵ１１は、下層膜３００及び第１膜３０１の分散式のパラメータ等を参照することで、第１積層体３１の下層膜３００及び第１膜３０１の屈折率、及び、消衰係数を算出する（ステップＳ１２４）。ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第１積層体３１に対応づけて、下層膜３００及び第１膜３０１の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１２５）。
【０１１５】
ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの測定スペクトルΨE2、ΔE2を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ１２６）。ＣＰＵ１１は、この読み出した測定スペクトルΨE2、ΔE2と、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2とに基づいて、フィッティングを行う（ステップＳ１２７）。具体的には、ＣＰＵ１１は、フィッティングのため読み出した、測定スペクトルΨE2、ΔE2と第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2とを比較し測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う。ＣＰＵ１１はこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。平均二乗誤差χ2 は上述した数式（２）により算出することができる。
【０１１６】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１は算出した平均二乗誤差が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２８）。ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ１２８でＮＯ）、第２モデルへ初期値として設定した膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再び第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出する（ステップＳ１２９）。その後、再びステップＳ１２７へ移行し、同様の処理を繰り返す。
【０１１７】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差χ2 が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ１２８でＹＥＳ）、そのときのフィッティングで得られた膜厚及び分散式のパラメータを採用すべき値として決定する（ステップＳ１３１）。これにより、第２積層体３２の下層膜３００及び第２膜３０２の膜厚が算出される。ＣＰＵ１１は、下層膜３００及び第２膜３０２の分散式のパラメータ等を参照することで、第２積層体３２に係る下層膜３００及び第２膜３０２の屈折率、及び、消衰係数を算出する（ステップＳ１３２）。ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第２積層体に対応づけて、下層膜３００及び第２膜３０２の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１３３）。
【０１１８】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ１３４）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ１３４でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ１３５）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ１１８へ戻し、次のセット３０の膜厚及び光学定数の算出処理を行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ１３４でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、最初に座標値ファイル１５１の生成及びこれらに対応するモデルを用意しておくだけで、計測対象となるセット３０の第１積層体３１及び第２積層体３２の膜厚及び光学定数を取得することが可能となる。
【０１１９】
図２７乃至図２９は実施の形態２に係る異常検出処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は変数であるｑに初期値１を代入する（ステップＳ１４１）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１基準座標及び第２基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ１４２）。ＣＰＵ１１は図２０に示した矩形状の枠体を２つ、第１基準座標及び第２基準座標を参照して表示部１４に出力する。具体的には、ＣＰＵ１１は第１基準座標を参照して第１積層体３１に対応する第１枠体を出力し、第２基準座標を参照して第２積層体３２に対応する第２枠体を出力し、さらにその近傍にセットＩＤを出力する（ステップＳ１４３）。
【０１２０】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第１膜３０１の膜厚を読み出す。ＣＰＵ１１は第１膜３０１の膜厚は、記憶部１５に予め記憶した基準膜厚の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１４４）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１４４でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第１膜３０１に対応づけて膜厚異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１４５）。ＣＰＵ１１は第１枠体に膜厚異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ１４６）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１４４でＮＯ）、ステップＳ１４７の処理へ移行する。
【０１２１】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第１膜３０１の屈折率を読み出す。ＣＰＵ１１は第１膜３０１の屈折率は、記憶部１５に予め記憶した基準屈折率の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１４７）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１４７でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第１膜３０１に対応づけて屈折率異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１４８）。ＣＰＵ１１は第１枠体に屈折率異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ１４９）。なお、第１基準座標が既にステップＳ１４６にて出力されている場合は、再度出力しなくても良い。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１４７でＮＯ）、ステップＳ１５１の処理へ移行する。
【０１２２】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第１膜３０１の消衰係数を読み出す。ＣＰＵ１１は第１膜３０１の消衰係数は、記憶部１５に予め記憶した基準消衰係数の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１５１）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１５１でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第１膜３０１に対応づけて消衰係数異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１５２）。ＣＰＵ１１は第１枠体に消衰係数異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ１５３）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１５１でＮＯ）、ステップＳ１５４の処理へ移行する。
【０１２３】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第２膜３０２の膜厚を読み出す。ＣＰＵ１１は第２膜３０２の膜厚は、記憶部１５に予め記憶した基準膜厚の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１５４）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１５４でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第２膜３０２に対応づけて膜厚異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１５５）。ＣＰＵ１１は第２枠体に膜厚異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第２基準座標を出力する（ステップＳ１５６）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１５４でＮＯ）、ステップＳ１５７の処理へ移行する。
【０１２４】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第２膜３０２の屈折率を読み出す。ＣＰＵ１１は第２膜３０２の屈折率は、記憶部１５に予め記憶した基準屈折率の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１５７）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１５７でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第２膜３０２に対応づけて屈折率異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１５８）。ＣＰＵ１１は第２枠体に屈折率異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第２基準座標を出力する（ステップＳ１５９）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１５７でＮＯ）、ステップＳ１６１の処理へ移行する。
【０１２５】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する第２膜３０２の消衰係数を読み出す。ＣＰＵ１１は第２膜３０２の消衰係数は、記憶部１５に予め記憶した基準消衰係数の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ１６１）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ１６１でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの第２膜３０２に対応づけて消衰係数異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１６２）。ＣＰＵ１１は第２枠体に消衰係数異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第２基準座標を出力する（ステップＳ１６３）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ１６１でＮＯ）、ステップＳ１６４の処理へ移行する。
【０１２６】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ１６４）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ１６４でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ１６５）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ１４２へ戻し、次のセット３０の異常検出処理を行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ１６４でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、測定対象の膜厚及び光学定数の測定にあわせて、異常箇所が容易に視認でき、検査効率及び生産効率を向上させることが可能となる。
【０１２７】
本実施の形態２は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１２８】
実施の形態３
実施の形態３は共通のパラメータを利用する形態に関する。図３０は実施の形態３に係る分光エリプソメータ１のハードウェア構成を示すブロック図である。実施の形態２の構成に加えて、記憶部１５には関連ファイル１５４が記憶されている。関連ファイル１５４は第１積層体３１及び第２積層体３２を構成する各層の膜厚または光学定数が共通するか否かに関する関連情報を記憶している。ユーザは入力部１３から関連情報入力画面を参照し、関連情報を入力する。
【０１２９】
図３１は実施の形態３に係る関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３に記憶した第１モデル及び第２モデルを参照し、関連情報入力画面を生成して表示部１４へ出力する。第１モデルは第１積層体３１に対応し、下層膜（以下本実施の形態においては共通膜という）３００及びこれに積層される第１膜３０１により構成される。第２モデルは第２積層体３２に対応し、共通膜３００及びこれに積層される第２膜３０２により構成される。本実施の形態においては、共通膜３００の第１モデル及び第２モデルのパラメータである膜厚及び光学定数が共通である例を挙げて説明する。
【０１３０】
ＣＰＵ１１は、各層に対応づけて関連情報を入力するための下層用のチェックボックス３００ｃ及び上層用のチェックボックス３０１ｃを表示する。ユーザは入力部１３から、層及び共通するパラメータをクリックする。なお、本実施の形態においては膜厚及び光学定数の双方を共通のパラメータとしたが、いずれか一方としても良い。入力部１３から共通膜３００の初期値となる共通の膜厚、及び、光学定数に対応する分散式のパラメータが入力された場合、ＣＰＵ１１は、これらの情報を記憶部１５に記憶する。図３１の例では、共通膜３００に対応するチェックボックス３００ｃの膜厚及び光学定数が共通するパラメータであることが理解できる。ＣＰＵ１１は決定ボタン４１の入力を受け付けた場合、入力部１３から受け付けた関連情報、すなわち層及び共通するパラメータを関連ファイル１５４に記憶する。ＣＰＵ１１は、フィッティングに際しては、これらの関連情報を考慮した上で、すなわち、共通膜３００の膜厚及び光学定数が第１積層体３１及び第２積層体３２において共通することを条件としてフィッティングを行う。
【０１３１】
図３２乃至図３４は実施の形態３に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は関連ファイル１５４に記憶した関連情報を読み出す（ステップＳ１８０）。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第１モデルを読み出す（ステップＳ１８１）。ＣＰＵ１１は、読み出した第１モデルに対応して、予め記憶した第１モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第１モデルに対する第１膜３０１の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ１８２）。ＣＰＵ１１は読み出した第１モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ１８３）。
【０１３２】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第２モデルを読み出す（ステップＳ１８４）。ＣＰＵ１１は、読み出した第２モデルに対応して、予め記憶した第２モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第２モデルに対する第２膜３０２の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ１８５）。ＣＰＵ１１は読み出した第２モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ１８６）。
【０１３３】
ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ１８７）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ１８８）。同様に、ＣＰＵ１１は、セットＩＤがｑの第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ１８９）。
【０１３４】
ＣＰＵ１１は、フィッティングのため読み出した、第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1、第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2、及び、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を比較し、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う（ステップＳ１９１）。ＣＰＵ１１はこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。ステップＳ１９１における平均二乗誤差χ2 は式（８）により算出することができる。
【０１３５】
【数４】
2010112898.tif 000006
【０１３６】
なお、第１積層体３１を測定した場合におけるＴ1 個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ1 ）、Ｔ1 個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ1 ）とする。第２積層体３２を測定した場合におけるＴ2 個の測定データ対をＥｘｐ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ2 ）、Ｔ2 個のモデルの計算データ対をＭｏｄ（ｉ＝１，２，・・・，Ｔ2 ）としている。また、Ｐ1 は第１積層体３１を測定する際のパラメータの数であり、Ｐ2 は第２積層体３２を測定する際のパラメータの数である。
【０１３７】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１は算出した平均二乗誤差が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１９２）。なお、この所定値は記憶部１５に記憶されている。
【０１３８】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ１９２でＮＯ）、ステップＳ１９３へ移行する。ＣＰＵ１１は、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に、モデルの初期値として設定した膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再びモデルスペクトルΨM1、ΔM1及びモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出する（ステップＳ１９３）。なお、この変更はＣＰＵ１１による変更であっても良いし、オペレータによる変更であっても良い。その後、再びステップＳ１９１へ移行し、同様の処理を繰り返す。
【０１３９】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ１９２でＹＥＳ）、第１積層体３１各層の膜厚及び分散式のパラメータを決定し、また第２積層体３２各層の膜厚及び分散式のパラメータを決定する（ステップＳ１９４）。なお、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件にしていることから、共通膜３００の膜厚は第１積層体３１及び第２積層体３２間で同一となる。また、膜厚及び分散式のパラメータから求まる共通膜３００の屈折率及び消衰係数も、膜厚と同様に、第１積層体３１及び第２積層体３２間で同一となる。ＣＰＵ１１は、共通膜３００及び第１膜３０１の分散式のパラメータ等を参照することで、第１積層体３１の共通膜３００及び第１膜３０１の屈折率、及び、消衰係数を算出し、また、共通膜３００及び第２膜３０２の分散式のパラメータ等を参照することで、第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２の屈折率、及び、消衰係数を算出する（ステップＳ１９５）。
【０１４０】
ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第１積層体３１に対応づけて、共通膜３００及び第１膜３０１の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１９６）。同様に、ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第２積層体３２に対応づけて、共通膜３００及び第２膜３０２の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ１９７）。
【０１４１】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ１９８）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ１９８でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ１９９）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ１８８へ戻し、次のセット３０のフィッティングを行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ１９８でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、パラメータの相関が弱まり適切な解を算出することが可能となる。なお、実施の形態２の図３２乃至図３４で述べた膜厚及び光学定数の異常検出処理がこの後同様に行われるが、重複するため説明を省略する。
【０１４２】
本実施の形態３は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１４３】
実施の形態４
実施の形態４はさらに多くの積層体が形成される形態に関する。実施の形態２及び３では第１積層体３１及び第２積層体３２の例を挙げたが３つ以上の積層体を設けても良いことはもちろんである。以下では第３積層体３３をさらに設ける例を説明する。図３５は実施の形態４に係る試料５０の断面を示す模式的断面図である。実施の形態２及び３の構成に加えて、第３積層体３３が第２積層体３２に隣接して形成されている。共通膜３００上には、第２膜３２に隣接させて第３膜３０３が形成されている。第３膜３０３は第１膜３１及び第２膜３２とは膜厚または光学定数が相違する異なる物質であり、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）等が用いられる。第３積層体３３は共通膜３００及び第３膜３０３により構成される。以上述べた第１積層体３１、第２積層体３２及び第３積層体３３の組み合わせからなるセット３０が、基板５１上に分散配置されている。
【０１４４】
図３６は実施の形態４に係る移動量入力画面のイメージを示す説明図である。ＣＰＵ１１は記憶部１５から図３６に示す移動量入力画面を読み出し、表示部１４へ出力する。ユーザは入力部１３から第２積層体３２の移動量として第１積層体３１に対する移動量を入力する。また、ユーザは入力部１３から第３積層体３３の移動量として第２積層体３２に対する移動量を入力する。なお、第３積層体３３の移動量として第１積層体３１に対する移動量を入力させるようにしても良い。ＣＰＵ１１は入力部１３からｘ軸方向及びｙ軸方向に対する移動量が入力され、決定ボタン４１が操作された場合、入力された第２積層体３２及び第３積層体３３の移動量を受け付ける。なお、本実施の形態においては移動量はｎｍ単位で入力する例を示しているが、μｍ単位等他の単位で入力しても良い。
【０１４５】
ＣＰＵ１１は記憶部１５に記憶した単位長あたりの座標数を読み出し、座標数に移動量（長さ）を乗じて、第２積層体３２及び第３積層体３３のそれぞれの移動座標数を算出する。ＣＰＵ１１は算出した第２積層体３２の移動座標数を第１基準座標に加算し、第２基準座標を算出する。また、ＣＰＵ１１は第２基準座標に、第３積層体３３の移動座標数を加算し、第３基準座標を算出する。ＣＰＵ１１は算出した第２基準座標及び第３基準座標を座標値ＤＢ１５１に記憶する。図３７は実施の形態４に係る座標値ファイル１５１のレコードレイアウトを示す説明図である。さらに第３積層体の第３基準座標フィールドが設けられている。
【０１４６】
図３７の例では、第３積層体３３の第２積層体３２に対する移動座標数は（Ｕｘ，Ｖｙ）であり、セットＩＤ０１の第３基準座標は（ｘ１＋Ｓｘ＋Ｕｘ，ｙ１＋Ｔｙ＋Ｖｙ）となる。ＣＰＵ１１は座標値ファイル１５１を参照し、ステージの移動制御を行い、第１基準座標にて第１積層体３１の計測を行い、第２基準座標にて第２積層体３２に計測を行い、さらに第３基準座標にて第３積層体３３の計測を行う。
【０１４７】
図３８は実施の形態４に係る関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。実施の形態４においては、第３積層体３３に対するモデルがモデルファイル１５３に予め記憶されている。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３に記憶した第１モデル乃至第３モデルを参照し、関連情報入力画面を生成して表示部１４へ出力する。第１モデルは第１積層体３１に対応し、共通膜３００及びこれに積層される第１膜３０１により構成される。第２モデルは第２積層体３２に対応し、共通膜３００及びこれに積層される第２膜３０２により構成される。第３モデルは第３積層体３３に対応し、共通膜３００及びこれに積層される第３膜３０３により構成される。本実施の形態においては、共通膜３００の第１モデル乃至第３モデルのパラメータである膜厚及び光学定数が共通である例を挙げて説明する。
【０１４８】
ＣＰＵ１１は、各層に対応づけて関連情報を入力するための下層用のチェックボックス３００ｃ及び上層用のチェックボックス３０１ｃを表示する。ユーザは入力部１３から、層及び共通するパラメータをクリックする。なお、本実施の形態においては膜厚及び光学定数の双方を共通のパラメータとしたが、いずれか一方としても良い。入力部１３から共通膜３００の初期値となる共通の膜厚、及び、光学定数に対応する分散式のパラメータが入力された場合、ＣＰＵ１１は、これらの情報を記憶部１５に記憶する。図３８の例では、共通膜３００に対応するチェックボックス３００ｃの膜厚及び光学定数が共通するパラメータであることが理解できる。ＣＰＵ１１は決定ボタン４１の入力を受け付けた場合、入力部１３から受け付けた関連情報、すなわち層及び共通するパラメータを関連ファイル１５４に記憶する。ＣＰＵ１１は、フィッティングに際しては、これらの関連情報を考慮した上で、すなわち、共通膜３００の膜厚及び光学定数が第１積層体３１乃至第３積層体３３において共通することを条件としてフィッティングを行う。
【０１４９】
図３９及び図４０は実施の形態４に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ２６１）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２６２）。変数ｑが１の場合セットＩＤ「０１」の第１基準座標が読み出される。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第１基準座標まで移動させる（ステップＳ２６３）。これにより、第１積層体３１の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第１積層体３１へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE1、ΔE1を測定する（ステップＳ２６４）。ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE1、ΔE1を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２６５）。
【０１５０】
ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第２基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２６６）。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第２基準座標まで移動させる（ステップＳ２６７）。これにより、第２積層体３２の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第２積層体３２へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE2、ΔE2を測定する（ステップＳ２６８）。
【０１５１】
ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE2、ΔE2を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２６９）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第３基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ２７１）。ＣＰＵ１１はモータ制御機９を介して第１モータＭ１及び第２モータＭ２を制御し、ステージを第３基準座標まで移動させる（ステップＳ２７２）。これにより、第３積層体３３の計測準備が整う。分光エリプソメータ１のＣＰＵ１１は、光照射器３及び光取得器５を制御し、第３積層体３３へ向けて光を照射し、測定スペクトルΨE3、ΔE3を測定する（ステップＳ２７３）。
【０１５２】
ＣＰＵ１１はデータ取込機８を介して出力される測定スペクトルΨE3、ΔE3を受け付け、セットＩＤに対応づけて結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２７４）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ２７５）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ２７５でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ２７６）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ２６２へ戻し、次のセット３０の測定スペクトルを測定する。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ２７５でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【０１５３】
図４１乃至図４３は実施の形態４に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は関連ファイル１５４に記憶した関連情報を読み出す（ステップＳ２８１）。ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第１モデルを読み出す（ステップＳ２８２）。ＣＰＵ１１は、読み出した第１モデルに対応して、予め記憶した第１モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第１モデルに対する第１膜３０１の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ２８３）。ＣＰＵ１１は読み出した第１モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ２８４）。
【０１５４】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第２モデルを読み出す（ステップＳ２８５）。ＣＰＵ１１は、読み出した第２モデルに対応して、予め記憶した第２モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第２モデルに対する第２膜３０２の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ２８６）。ＣＰＵ１１は読み出した第２モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ２８７）。
【０１５５】
ＣＰＵ１１はモデルファイル１５３から第３モデルを読み出す（ステップＳ２８８）。ＣＰＵ１１は、読み出した第３モデルに対応して、予め記憶した第３モデルに対する共通膜３００の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第３モデルに対する第３膜３０３の初期値となる膜厚及び分散式のパラメータを記憶部１５から読み出す（ステップＳ２８９）。ＣＰＵ１１は読み出した第３モデル、初期膜厚及びパラメータに基づき、第３モデルのモデルスペクトルΨM3、ΔM3を算出し、結果を記憶部１５に記憶する（ステップＳ２９１）。
【０１５６】
ＣＰＵ１１は変数であるｑに１を代入する（ステップＳ２９２）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1、第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2及び第３積層体３３に係る測定スペクトルΨE3、ΔE3を結果ＤＢ１５２から読み出す（ステップＳ２９３）。
【０１５７】
ＣＰＵ１１は、フィッティングのため読み出した、第１積層体３１に係る測定スペクトルΨE1、ΔE1、第１モデルのモデルスペクトルΨM1、ΔM1、第２積層体３２に係る測定スペクトルΨE2、ΔE2、第２モデルのモデルスペクトルΨM2、ΔM2、第３積層体３３に係る測定スペクトルΨE3、ΔE3、及び、第３モデルのモデルスペクトルΨM3、ΔM3、を比較し、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に測定スペクトルとモデルスペクトルとの差が最小になるように膜厚、分散式のパラメータ等を変化させる処理（フィッティング）を行う（ステップＳ２９４）。ＣＰＵ１１はこのフィッティング結果として最小二乗法を用い、平均二乗誤差χ2 を得る。ステップＳ２９４における平均二乗誤差χ2 は式（７）により算出することができる。
【０１５８】
フィッティングの結果としてＣＰＵ１１は算出した平均二乗誤差が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２９５）。なお、この所定値は記憶部１５に記憶されている。ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下でないと判断した場合（ステップＳ２９５でＮＯ）、ステップＳ２９６へ移行する。ＣＰＵ１１は、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件に、モデルの初期値として設定した膜厚及び分散式のパラメータを適宜変更して、再びモデルスペクトルΨM1、ΔM1、モデルスペクトルΨM2、ΔM2、及び、モデルスペクトルΨM3、ΔM3を算出する（ステップＳ２９６）。なお、この変更はＣＰＵ１１による変更であっても良いし、オペレータによる変更であっても良い。その後、再びステップＳ２９４へ移行し、同様の処理を繰り返す。
【０１５９】
ＣＰＵ１１は、算出した平均二乗誤差が所定値以下であると判断した場合（ステップＳ２９５でＹＥＳ）、第１積層体３１各層の膜厚及び分散式のパラメータ、第２積層体３２各層の膜厚及び分散式のパラメータ、並びに、第３積層体３３各層の膜厚及び分散式のパラメータを決定する（ステップＳ２９７）。なお、共通膜３００の膜厚及び分散式のパラメータが同一であることを条件にしていることから、共通膜３００の膜厚は第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。また、分散式のパラメータから求まる共通膜３００の屈折率及び消衰係数も、膜厚と同様に、第１積層体３１乃至第３積層体３３間で同一となる。ＣＰＵ１１は、共通膜３００及び第１膜３０１の分散式のパラメータ等を参照することで、第１積層体３１の共通膜３００及び第１膜３０１の屈折率、及び、消衰係数を算出し、共通膜３００及び第２膜３０２の分散式のパラメータ等を参照することで、第２積層体３２の共通膜３００及び第２膜３０２の屈折率、及び、消衰係数を算出し、共通膜３００及び第３膜３０３の分散式のパラメータ等を参照することで、第３積層体３３の共通膜３００及び第３膜３０３の屈折率、及び、消衰係数を算出する（ステップＳ２９８）。
【０１６０】
ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第１積層体３１に対応づけて、共通膜３００及び第１膜３０１の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ２９９）。同様に、ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第２積層体３２に対応づけて、共通膜３００及び第２膜３０２の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３０１）。ＣＰＵ１１は、セットＩＤ及び第３積層体３３に対応づけて、共通膜３００及び第３膜３０３の膜厚、屈折率、及び消衰係数を結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３０２）。
【０１６１】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ３０３）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ３０４）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ２９３へ戻し、次のセット３０のフィッティングを行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。これにより、セット３０内の積層体の数が増加した場合でも、予め位置及びモデルを対応づけておくことで試料５０の測定対象となる複数のセット３０を、手間をかけることなく測定することが可能となる。またセット３０内で横断的に少なくとも一層のパラメータを共通化することで、より精度良く膜厚または光学定数を算出することが可能となる。
【０１６２】
本実施の形態４は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至３と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１６３】
実施の形態５
図４４は実施の形態５に係る分光エリプソメータ１の構成を示すブロック図である。実施の形態５に係る分光エリプソメータ１のコンピュータ１０を動作させるためのコンピュータプログラムは、本実施の形態５のように、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリーカード等の可搬型記録媒体１Ａで提供することも可能である。さらに、コンピュータプログラムを、ＬＡＮ、またはインターネット等の図示しない通信網を介して図示しないサーバコンピュータからダウンロードすることも可能である。以下に、その内容を説明する。
【０１６４】
図４４に示すコンピュータ１０の図示しない記録媒体読み取り装置に、上述した処理を実行するコンピュータプログラムが記録された可搬型記録媒体１Ａを、挿入して記憶部１５のプログラム内にこのプログラムをインストールする。または、かかるプログラムを、図示しない通信部を介して外部の図示しないサーバコンピュータからダウンロードし、記憶部１５にインストールするようにしても良い。かかるプログラムはＲＡＭ１２にロードして実行される。これにより、上述のようなコンピュータ１０として機能する。
【０１６５】
本実施の形態５は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至４と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１６６】
実施の形態６
実施の形態６はセット３０の他の形態に関する。図４５は試料５０の他の形態に係る平面を示す平面図である。実施の形態２においては、第２積層体３２が第１積層体３１のｘ軸方向に平行に設けられる例を説明したがこれに限るものではない。図４５（ａ）は第２積層体３２が第１積層体３１のｙ軸方向に平行に設けられる例を示す。ｙ軸方向にて連結される第１積層体３１及び第２積層体３２はセット３０を形成する。このセット３０が基板５１のｘ軸及びｙ軸方向に分散配置される。図４５（ｂ）は第２積層体３２のｘ座標最小値及びｙ座標最小値の点が、第１積層体３１のｘ座標最大値及びｙ座標最大値の点に隣接する例を示す。第１積層体３１のｘ座標最大値及びｙ座標最大値の点と、第２積層体３２のｘ座標最小値及びｙ座標最小値の点とが隣接することで連結されるセット３０は、基板５１のｘ軸及びｙ軸方向に分散配置される。
【０１６７】
本実施の形態６は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至５と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１６８】
実施の形態７
実施の形態７は、実施の形態２で述べた下層膜３００、並びに、実施の形態１、３及び４で述べた共通膜３００の異常検出処理に関する。実施の形態１乃至４で述べた第１積層体３１乃至第３積層体３３の異常検出処理に加え、共通膜３００（下層膜３００を含む）の異常検出処理を行っても良い。
【０１６９】
図４６及び図４７は共通膜３００の異常検出処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は変数であるｑに初期値１を代入する（ステップＳ３３１）。ＣＰＵ１１はセットＩＤがｑの第１基準座標を座標値ファイル１５１から読み出す（ステップＳ３３２）。ＣＰＵ１１は矩形状の枠体を１つ、第１基準座標を参照して表示部１４に出力する。具体的には、ＣＰＵ１１は第１基準座標を参照して共通膜３００に対応する第１枠体及び第２枠体と略同一面積を有する枠体を出力し、さらにその近傍にセットＩＤを出力する（ステップＳ３３３）。
【０１７０】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する共通膜３００の膜厚を読み出す。ＣＰＵ１１は共通膜３００の膜厚は、記憶部１５に予め記憶した基準膜厚の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ３３４）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ３３４でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの共通膜３００に対応づけて膜厚異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３３５）。ＣＰＵ１１は枠体に膜厚異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ３３６）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ３３４でＮＯ）、ステップＳ３３７の処理へ移行する。
【０１７１】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する共通膜３００の屈折率を読み出す。ＣＰＵ１１は共通膜３００の屈折率は、記憶部１５に予め記憶した基準屈折率の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ３３７）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ３３７でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの共通膜３００に対応づけて屈折率異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３３８）。ＣＰＵ１１は枠体に屈折率異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ３３９）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ３３７でＮＯ）、ステップＳ３４１の処理へ移行する。
【０１７２】
ＣＰＵ１１は結果ＤＢ１５２に記憶したセットＩＤｑに対応する共通膜３００の消衰係数を読み出す。ＣＰＵ１１は共通膜３００の消衰係数は、記憶部１５に予め記憶した基準消衰係数の所定範囲外となるか否かを判断する（ステップＳ３４１）。ＣＰＵ１１は所定範囲外と判断した場合（ステップＳ３４１でＹＥＳ）、当該セットＩＤｑの共通膜３００に対応づけて消衰係数異常フラグを結果ＤＢ１５２に記憶する（ステップＳ３４２）。ＣＰＵ１１は枠体に消衰係数異常を示す情報及び座標値ファイル１５１に記憶されたセットＩＤに対応する第１基準座標を出力する（ステップＳ３４３）。当該処理の後、及び、ＣＰＵ１１が所定範囲外と判断できない場合（ステップＳ３４１でＮＯ）、ステップＳ３４４の処理へ移行する。
【０１７３】
ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ３４４）。ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ３４４でＮＯ）、変数であるｑをインクリメントする（ステップＳ３４５）。ＣＰＵ１１は処理をステップＳ３３２へ戻し、次のセット３０の異常検出処理を行う。一方、ＣＰＵ１１は全てのセット３０に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ３４４でＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【０１７４】
本実施の形態７は以上の如き構成としてあり、その他の構成及び作用は実施の形態１乃至６と同様であるので、対応する部分には同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１７５】
以上の実施の形態１乃至７を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１７６】
（付記１）
試料の膜厚または光学定数を計測する分光エリプソメータにおいて、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する少なくとも一つの移動量を記憶部に記憶する記憶手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の偏光状態を測定する第１測定手段と、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する移動量に基づく補助基準位置に計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の偏光状態を測定する補助測定手段と、
前記記憶部に記憶した第１基準位置に対応する第１モデル及び前記補助基準位置に対応する補助モデル双方に共通のパラメータを前記記憶部に記憶する手段と、
前記記憶部に記憶した共通のパラメータを含む第１モデル及び補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の偏光状態及び前記補助測定手段により測定した光の偏光状態に基づき解析を行い、膜厚または光学定数を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする分光エリプソメータ。
【０１７７】
（付記２）
前記記憶手段は、
計測すべき複数の第１基準位置及び該第１基準位置に対する複数の移動量を記憶部に記憶するよう構成してあり、
前記補助測定手段は、
前記記憶部に記憶した一の第１基準位置に対する複数の移動量に基づく複数の補助基準位置それぞれに計測位置を移動させて、光を照射し反射した光の偏光状態を測定するよう構成してあり、
前記記憶部には第１モデル及び複数の補助モデルが記憶されており、前記第１モデル及び複数の補助モデル間で共通する少なくとも一の層の膜厚を共通のパラメータとしてあり、
前記算出手段は、
前記一の層の膜厚を含む共通のパラメータを有する第１モデル及び複数の補助モデル、並びに、前記第１測定手段により測定した光の偏光状態及び前記補助測定手段により測定した複数の補助基準位置に係る光の偏光状態に基づき解析を行い、前記第１基準位置及び前記複数の補助基準位置における膜厚または光学定数を算出するよう構成してある
ことを特徴とする付記１に記載の分光エリプソメータ。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】光学測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】試料の平面を示す平面図である。
【図３】試料の断面を示す模式的断面図である。
【図４】他の形態に係る試料の平面を示す平面図である。
【図５】移動量入力画面のイメージを示す説明図である。
【図６】座標値ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図７】関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。
【図８】結果ＤＢのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図９】測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】フィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】フィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】フィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】実施の形態２に係る光学測定装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１５】実施の形態２に係る試料の平面を示す平面図である。
【図１６】実施の形態２に係る試料の断面を示す模式的断面図である。
【図１７】実施の形態２に係る座標値ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図１８】実施の形態２に係る移動量入力画面のイメージを示す説明図である。
【図１９】実施の形態２に係る結果ＤＢのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図２０】実施の形態２に係る結果表示画面のイメージを示す説明図である。
【図２１】実施の形態２に係る座標値の記憶処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】実施の形態２に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２３】実施の形態２に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図２４】実施の形態２に係る膜厚及び光学定数の算出手順を示すフローチャートである。
【図２５】実施の形態２に係る膜厚及び光学定数の算出手順を示すフローチャートである。
【図２６】実施の形態２に係る膜厚及び光学定数の算出手順を示すフローチャートである。
【図２７】実施の形態２に係る異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図２８】実施の形態２に係る異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図２９】実施の形態２に係る異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図３０】実施の形態３に係る分光エリプソメータのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３１】実施の形態３に係る関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。
【図３２】実施の形態３に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図３３】実施の形態３に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図３４】実施の形態３に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図３５】実施の形態４に係る試料の断面を示す模式的断面図である。
【図３６】実施の形態４に係る移動量入力画面のイメージを示す説明図である。
【図３７】実施の形態４に係る座標値ファイルのレコードレイアウトを示す説明図である。
【図３８】実施の形態４に係る関連情報入力画面のイメージを示す説明図である。
【図３９】実施の形態４に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４０】実施の形態４に係る測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４１】実施の形態４に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図４２】実施の形態４に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図４３】実施の形態４に係るフィッティング処理の手順を示すフローチャートである。
【図４４】実施の形態５に係る分光エリプソメータの構成を示すブロック図である。
【図４５】試料の他の形態に係る平面を示す平面図である。
【図４６】共通膜の異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図４７】共通膜の異常検出処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７９】
１        分光エリプソメータ
１Ａ      可搬型記録媒体
２        キセノンランプ
３        光照射器
４        ステージ
５        光取得器
６        レール
７        分光器
８        データ取込機
９        モータ制御機
１０      コンピュータ
１１      ＣＰＵ
１３      入力部
１４      表示部
１５      記憶部
３０      セット
３１      第１積層体
３２      第２積層体
３３      第３積層体
５０      試料
５１      基板
１５１    座標値ファイル
１５２    結果ＤＢ
１５３    モデルファイル
１５４    関連ファイル
３００    共通膜
３０１    第１膜
３０２    第２膜
３０３    第３膜
Ｍ１〜Ｍ６  第１モータ〜第６モータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2010112898.tif 000025
【図２０】
2010112898.tif 000026
【図２１】
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【図２２】
2010112898.tif 000028
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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