(57)【要約】【課題】多層膜の膜パラメータの数が増したとしても計算時間を抑制できると共に測定精度を向上できるようにした膜の計測装置及び計測方法を提供する。【解決手段】実施形態の膜の計測装置は、多層膜が形成された基板に光を照射し当該基板から反射する反射光の測定スペクトラムを入力し、前記多層膜の積層構造に基いて理論的に計算された理論スペクトラムと前記測定スペクトラムとを複数回照合することにより前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する計算部、を備える。計算部は、前記多層膜の積層構造のうち互いに同種の膜となる複数層の膜パラメータをリンクし、当該リンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する。【選択図】図３
2014167416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同種の膜を２種類互い違いに繰り返しＮ層（但しＮは偶数の自然数）積層した構造を含むと共に前記同種の膜をＮ／２層備えた多層膜が形成された基板に光を照射し当該基板から反射する反射光の測定スペクトラムを入力し、当該測定スペクトラムと前記多層膜の積層構造に基いて理論的に計算された理論スペクトラムとを複数回照合することにより前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する計算部、を備え、
前記計算部は、前記多層膜の積層構造のうち互いに同種の膜となる複数層の膜パラメータをリンクし、当該リンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算するものであって、さらに前記反射光の測定スペクトラムを１回のみ取得した測定スペクトラムを用い、前記多層膜の積層構造の膜パラメータを変更することで前記理論スペクトラムを変更して前記測定スペクトラムと照合し、前記多層膜の各層の膜パラメータを計算するものであって、
前記同種の膜の膜パラメータがリンクされるときに、ターゲット膜厚が同一膜厚となる複数層の膜パラメータがリンクされると共に、全ての前記同種の膜に互いに重ならないｍ個（但しｍは２以上Ｎ／２未満のＮ／２の約数）のリンクが設定された状態で当該ｍ個のリンクがグループ間で互いに異なるリンクとなるようにＮ／（２×ｍ）個にグループ分けされるものであり、
前記計算部は、複数の前記グループのｍ×Ｎ／（２×ｍ）個のリンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該計算された代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算することを特徴とする膜の計測装置。
【請求項２】
多層膜が形成された基板への光の照射により当該基板から反射する反射光の測定スペクトラムを入力し、前記多層膜の積層構造の情報に基づいて理論的に計算された理論スペクトラムと前記測定スペクトラムとを照合することにより前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する計算部と、
を備え、
前記計算部は、前記多層膜のうち互いに同種の膜となる複数層の膜パラメータをリンクし、当該リンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算することを特徴とする膜の計測装置。
【請求項３】
前記多層膜は、前記同種の膜を複数種類繰り返し積層した構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の膜の計測装置。
【請求項４】
前記多層膜は、前記同種の膜を２種類互い違いに繰り返し積層した構造を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の膜の計測装置。
【請求項５】
前記多層膜は前記同種の膜をＮ／２層（但しＮは偶数の自然数）備え、
前記同種の膜の膜パラメータがリンクされるときに、全ての前記同種の膜に互いに重ならないｍ個（但しｍは２以上Ｎ／２未満のＮ／２の約数）のリンクが設定された状態で当該ｍ個のリンクがグループ間で互いに異なるリンクとなるようにＮ／（２×ｍ）個にグループ分けされるものであり、
前記計算部は、前記グループのｍ×Ｎ／（２×ｍ）個のリンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該計算された代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算することを特徴とする請求項４に記載の膜の計測装置。
【請求項６】
前記計算部は、前記反射光の測定スペクトラムを１回のみ取得した測定スペクトラムを用い、前記多層膜の積層構造の膜パラメータを変更することで前記理論スペクトラムを変更して前記測定スペクトラムと照合し、前記多層膜の各層の膜パラメータを計算することを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の膜の計測装置。
【請求項７】
前記計算部は、
前記リンクされた複数層を除く第１層の膜パラメータを計算し、
前記第１層の膜パラメータを固定し、前記複数層のうちの一部の層にリンクが設定された上で当該一部の層を除く第２層の膜パラメータを計算し、前記第２層の膜パラメータを固定し、
これらのリンクの設定、膜パラメータの計算、及び膜パラメータの固定処理を繰り返すことによって前記多層膜の各層の膜パラメータを順次計算することを特徴とする請求項２に記載の膜の計測装置。
【請求項８】
前記計算部は、前記多層膜のうち最上層から下層にかけて順次１層又は２層ずつ計算することを特徴とする請求項７に記載の膜の計測装置。
【請求項９】
前記計算部は、ターゲット膜厚が同一となる複数層の膜パラメータがリンクされた状態で前記膜パラメータを計算することを特徴とする請求項２から８の何れか一項に記載の膜の計測装置。
【請求項１０】
多層膜の積層構造に基いて理論的に計算された理論スペクトラムと前記測定スペクトラムとを照合することにより前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する膜の計測方法であって、
前記多層膜が形成された基板に光を照射し当該基板から反射する反射光の測定スペクトラムを入力する工程と、
前記多層膜の積層構造のうち互いに同種の膜となる複数層の膜パラメータをリンクする工程と、
当該リンク毎の代表的な膜パラメータを計算する工程と、
前記計算された代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する工程と、
を備えることを特徴とする膜の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、多層膜の各層の膜パラメータを測定するための膜の計測装置および計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体記憶装置の技術分野において、より高いビット密度を達成するため、メモリセルを３次元的に積層した積層不揮発性メモリが注目されている。この積層不揮発性メモリは、例えばシリコン膜及びシリコン酸化膜を基板上に繰り返し積層し、この多層膜を加工して多数のメモリセルを構成する。このような多層膜構造は原則的に一括して成膜することが望ましいものとされているが、膜厚は各層個別の管理が求められている。しかし、例えばより集積度を高めるため膜の積層数を増してしまうと、膜厚を計算するときには下記の２つの問題を生じる。
【０００３】
第１に解析時間が増大する。すなわち、積層数が増加すると、未知数となる膜パラメータ（例えば各層の膜厚、各層の屈折率及び減衰係数で定まる膜質）の数が増加する。すると、解析時間が指数関数的に増加する。
第２に膜厚の計算精度が悪化する。膜パラメータの計算は、基板に光を照射し当該基板からの反射光の測定スペクトラムを入力して行われる。実際の測定値とプロセス装置のターゲット膜厚を比較すると、膜パラメータの数の増加に伴い誤差が飛躍的に大きくなることが判明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６２１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、多層膜の膜パラメータの数が増したとしても解析時間を抑制できると共に計測精度を向上できるようにした膜の計測装置及び計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の膜の計測装置は、多層膜が形成された基板に光を照射し当該基板から反射する反射光の測定スペクトラムを入力し、多層膜の積層構造に基いて理論的に計算された理論スペクトラムと前記測定スペクトラムとを複数回照合することにより多層膜の各層の膜パラメータを計算する計算部、を備える。
計算部は、前記多層膜の積層構造のうち互いに同種の膜となる複数層の膜パラメータをリンクし、当該リンク毎の代表的な膜パラメータを計算し、当該代表的な膜パラメータに応じて前記多層膜の各層の膜パラメータを計算する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態において、測定装置の電気的、光学的構成を示すブロック図の一例。
【図２】第１実施形態において、測定装置が測定対象とする多層膜の積層構造の一例。
【図３】第１実施形態において、奇数番目の層のグルーピング例の説明図。
【図４】第１実施形態において、偶数番目の層のグルーピング例の説明図。
【図５】第１実施形態において、計算の流れを概略的に示すフローチャートの一例。
【図６】第１実施形態において、シリコン酸化膜の代表膜厚の一例。
【図７】第１実施形態において、アモルファスシリコン膜の代表膜厚の一例。
【図８】第１実施形態において、シリコン酸化膜の各層の膜厚算出結果の一例。
【図９】第１実施形態において、アモルファスシリコン膜の各層の膜厚算出結果の一例。
【図１０】第１実施形態において、多層膜の積層数をパラメータとした解析時間の一例。
【図１１】第１実施形態において、多層膜の積層数をパラメータとした膜厚の精度の一例。
【図１２】第２実施形態において、計算の流れを概略的に示すフローチャートの一例。
【図１３】第２実施形態において膜厚算出処理の内容を示す説明図。
【図１４】図１３に続く膜厚算出処理の内容を示す説明図。
【図１５】図１４に続く膜厚算出処理の内容を示す説明図。
【図１６】第２実施形態において、シリコン酸化膜の膜厚算出結果の一例。
【図１７】第２実施形態において、アモルファスシリコン膜の膜厚算出結果の一例。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、幾つかの実施形態を説明する。各実施形態間における構成要素が同一又は類似部分については同一又は類似符号を付して説明を必要に応じて省略し、各実施形態の特徴部分を中心に説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１に示す測定装置（膜の計測装置）１は、例えば積層不揮発性メモリなどの半導体デバイスを製造する際の製造ラインに設置される装置である。積層不揮発性メモリは、メモリセルを３次元的に積層した構造であり、例えば導電膜及び絶縁膜を基板上に繰り返し積層し、この多層膜が加工されることによって多数のメモリセルが形成される。
【００１０】
製造ラインには、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、エッチング装置などのプロセス装置（図示せず）などと共に測定装置１が設置されている。なお、測定装置１はプロセス装置内に設けられてもよい。プロセス装置による製造工程は、半導体ウェハによる基板上に絶縁膜、導電膜を繰り返し積層し、この積層された多層膜を所望の形態にパターン形成することで行われる。
【００１１】
測定装置１は、これらの工程のうち繰り返し積層する工程が実施された後、多層膜がその製造途中で各層のターゲットとなる膜厚及び膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる）で積層されたか否かを検証するために設けられる。測定装置１が検査する測定対象物２は、例えばＣＶＤ装置により形成された多層膜の堆積構造である。なお、その後加工処理された多層膜の加工構造などを測定対象物２としても良い。
【００１２】
本実施形態では、測定装置１が検査する測定対象物２を、図２に縦断面を模式的に示すように、基板３上の多層膜４の堆積構造（Ｎ層（Ｎは、偶数の自然数）、例えば１８層Ｌ１〜Ｌ１８の構造）と想定して説明を行う。多層膜４は、１層毎に互い違いに異なる膜種の膜を１８層積み重ねた構造に形成されており、シリコン酸化膜が奇数番目のＮ／２層、例えばＬ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７に積層され、アモルファスシリコン膜が偶数番目のＮ／２層、例えばＬ２、Ｌ４、Ｌ６〜Ｌ１８に積層された構造を適用した例を示す。
【００１３】
図１に示すように、測定装置１は非破壊方式の分光学的楕円偏光解析処理を行うものでエリプソメータと称される。この測定装置１は、機能的には光学系処理部５及び電気的処理部６を備える。光学系処理部５は、光源７と、偏光子８と、検光子９と、検出器１０とを備える。電気的処理部６は、例えばパーソナルコンピュータにより構成され、光源７による光出力を制御し、検出器１０の検出結果をソフトウェアにより演算し電気的に処理するブロックであり、機能的には、制御部１１と、記憶部１２と、計算部１３とを備える。
【００１４】
光源７は、制御部１１の制御に応じて例えば白色光を発するもので、この光は偏光子８により偏光される。偏光子８は、偏光の方向を入射面に水平な成分と入射面に垂直の成分とに分解し、測定対象物２となる基板（半導体ウェハ）３の表面上に傾斜角θで斜めに入射させる。すると、測定対象物２は光を反射するが、この反射光も偏光光となる。この反射光は検光子９を通じて検出器１０に入射し、検出器１０がこの反射光を検出する。これにより、反射光の水平偏光成分と垂直偏光成分の間の強度比と位相差を求めることができる。
【００１５】
記憶部１２は、検出器１０の検出結果を波長毎に記憶する。すなわち、このような非破壊検査法を用いると、記憶部１２は測定波長の変化に応じた検出器１０の測定結果（測定スペクトラム）を記録できる。計算部１３は、制御部１１の制御に応じて、記憶部１３に記憶された測定スペクトラムを用いて計算処理を行う。
【００１６】
前述構成の作用を説明する。検査、測定に必要な情報は、レシピにより事前に制御部１１に入力されており、計算部１３は、制御部１１から与えられる情報に応じて計算処理する。
【００１７】
ここで、制御部１１及び計算部１３に与えられる情報は、例えば、基板３上の測定対象領域、測定座標、測定方向、光源７の波長領域（例えば可視光領域（〜８００ｎｍ）又は／及びその長波長の赤外光領域）、測定対象物２の構造（ここでは多層膜４の個々の膜質）、測定対象物２を構成する多層膜４の各層Ｌ１〜Ｌ１８の物質の情報、さらに、同種の膜の膜パラメータ（膜厚、膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる））をリンクするためのグルーピング情報、を含む。
【００１８】
ここで、測定対象物２の構造、物質の情報は、多層膜４の各層を形成するためのプロセス条件毎に異なり、多層膜４の個々の層毎で用いられるプロセス条件に応じた物質情報（主に膜質）が層別に入力されている。
【００１９】
このように、多層膜４の基板３上における積層順序、積層数、各層の膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる）などの情報が入力されると、計算部１３は、これらの各層での光の透過率、減衰率、層界面の反射率などを解析することで、理論的な理論スペクトラムを精度よく算出できる。
【００２０】
以下、グルーピング情報について説明する。グルーピング情報は、多層膜４の積層構造のうち、同種の膜をグルーピングし、多層膜４のうち膜パラメータ（膜厚又は／及び膜質）をｍ（但しｍは２以上Ｎ／２未満のＮ／２の約数）個リンクしたことを示す情報である。図３及び図４は、１８層の多層膜の積層構造のグルーピングの例を示している。
【００２１】
図２に示したように、多層膜４は１８層の各層Ｌ１〜Ｌ１８が基板３上に順に積層された構造となっているが、説明の便宜上、図３に奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７のグルーピングの例を示し、図４に偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８のグルーピングの例を示している。
【００２２】
例えば、図３に示す多層膜４の奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７は、シリコン酸化膜で同種の膜により形成されている。また、図４に示す多層膜４の偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８はアモルファスシリコンで同種の膜により形成されている。
【００２３】
このうち図３の奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７は、３つ（Ｎ／（２×ｍ）個相当）のグループＡａ、Ｂａ、Ｃａに予めグルーピングされている。グループＡａは、３個の同種の膜の膜パラメータに１つのリンクＴ１ａを設定し、この設定されたリンクＴ１ａの層Ｌ１３、Ｌ１５、Ｌ１７に互いに重ならないように他のリンクＴ２ａ、Ｔ３ａを順次設定したものである。図３に示す例では、グループＡａは、リンクＴ１ａ＝層（Ｌ１３、Ｌ１５、Ｌ１７）、リンクＴ２ａ＝層（Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１）、リンクＴ３ａ＝層（Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成されている。
【００２４】
また、グループＢａは、前述のグループＡａとは異なる組合せとなるように、３つの同種の膜の膜パラメータに１つのリンクＴ４ａ＝層（Ｌ９、Ｌ１３、Ｌ１７）を設定し、この設定されたリンクＴ４ａの層Ｌ９、Ｌ１３、Ｌ１７に互いに重ならないように他のリンクＴ５ａ、Ｔ６ａを順次設定したものである。図３に示す例では、グループＢａは、リンクＴ４ａ＝層（Ｌ９、Ｌ１３、Ｌ１７）、リンクＴ５ａ＝層（Ｌ１、Ｌ５、Ｌ１５）、リンクＴ６ａ＝層（Ｌ３、Ｌ７、Ｌ１１）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成されている。
【００２５】
また、グループＣａは、前述のグループＡａ、Ｂａとは異なる組合せとなるように、３つの同種の膜の膜パラメータに１つのリンクＴ７ａ＝層（Ｌ５、Ｌ１１、Ｌ１７）を設定し、この設定されたリンクＴ７ａの層Ｌ５、Ｌ１１、Ｌ１７に互いに重ならないように他のリンクＴ８ａ、Ｔ９ａを順次設定したものである。図３に示す例では、グループＣａは、リンクＴ７ａ＝層（Ｌ５、Ｌ１１、Ｌ１７）、リンクＴ８ａ＝層（Ｌ３、Ｌ９、Ｌ１５）、リンクＴ９ａ＝層（Ｌ１、Ｌ７、Ｌ１３）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成される。
【００２６】
なお、奇数番目の各層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７は、これらのグループＡａ、Ｂａ、Ｃａ内でそれぞれ一回ずつ割当てられるため、グループＡａ，Ｂａ，Ｃａの３グループに分けられるときには各層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７は合計３回リンクされることになる。
【００２７】
同様に、図４の偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８は３つ（Ｎ／（２×ｍ）個相当）のグループＡｂ、Ｂｂ、Ｃｂに分けられる。これらの膜パラメータのリンクのグルーピングの方法は、前述の奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７のグループ分けの方法と同様となるため、グループ分け方法の詳細な説明を省略する。
【００２８】
図４に示す内容では、グループＡｂは、リンクＴ１ｂ＝層（Ｌ１４、Ｌ１６、Ｌ１８）、リンクＴ２ｂ＝層（Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２）、リンクＴ３ｂ＝層（Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成されている。グループＢｂは、リンクＴ４ｂ＝層（Ｌ１０、Ｌ１４、Ｌ１８）、リンクＴ５ｂ＝層（Ｌ２、Ｌ６、Ｌ１６）、リンクＴ６ｂ＝層（Ｌ４、Ｌ８、Ｌ１２）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成される。グループＣｂは、リンクＴ７ｂ＝層（Ｌ６、Ｌ１２、Ｌ１８）、リンクＴ８ｂ＝層（Ｌ４、Ｌ１０、Ｌ１６）、リンクＴ９ｂ＝層（Ｌ２、Ｌ８、Ｌ１４）の３つ（ｍ個相当）のリンクにより構成される。制御部１１にはこのようなグルーピング情報が入力されている。
【００２９】
以下の説明では、奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７のグループＡａ、Ｂａ、Ｃａについて説明を行い、偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８のグループＡｂ、Ｂｂ、Ｃｂの説明を省略する。
【００３０】
図５は計算の流れをフローチャートで示している。計算処理に必要な情報がレシピとして制御部１１に入力された後、測定開始されると（ステップＳ１）、制御部１１は、レシピの指示情報に応じて光学系処理部５の光源７に光の照射を指示する。すると光源７が偏光子８を通じて基板３へ光を照射する。基板３は、光源７から光が照射されると多層膜４の積層構造に応じて多重反射する。検出器１０は検光子９を通じて光を検出し測定座標位置の反射光の測定スペクトラムを記憶部１２に記憶させる（ステップＳ２）。そして、計算部１３はこの反射光の測定スペクトラムを入力し、制御部１１のレシピの指示情報に応じて、グルーピング情報の中で最初に解析対象となるグループ（例えばグループＡａ）を選択する（ステップＳ３）。
【００３１】
そして、計算部１３は、多層膜４の積層構造に基いて理論的に計算された理論上のスペクトラムと記憶部１２に記憶された反射光の測定スペクトラムとを照合する（ステップＳ４）。本実施形態では、奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７の各層の膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる）として事前に各層のプロセス条件毎に求められた値を用い、各リンクＴ１ａ〜Ｔ３ａのそれぞれの代表膜厚ｄａ１〜ｄａ３を変数として理論スペクトラムと測定スペクトラムとを照合し、選択されたグループＡａの代表膜厚ｄａ１〜ｄａ３を算出する（ステップＳ５）。各層Ｌ１〜Ｌ１８の実膜厚をｄ１〜ｄ１８と定義すると、各リンクＴ１ａ〜Ｔ３ａのそれぞれの代表膜厚ｄａ１〜ｄａ３は、
ｄａ１＝（ｄ１３＋ｄ１５＋ｄ１７）／３  …（１）
ｄａ２＝（ｄ１１＋ｄ９＋ｄ７）／３      …（２）
ｄａ３＝（ｄ５＋ｄ３＋ｄ１）／３        …（３）
に示す関係性を有する。すなわち、代表膜厚ｄａ１〜ｄａ３は互いにリンクされた層の膜パラメータの影響を受けて平均的に求められる膜厚になる。
【００３２】
さらに、計算部１３は、制御部１１に記憶されたレシピに応じて、グルーピング情報の中で次に解析対象となるグループ（例えばグループＢａ）を選択する（ステップＳ６）。そして、計算部１３は、多層膜４の積層構造に基いて理論的に計算された理論スペクトラムと記憶部１２に記憶された反射光の測定スペクトラムとを照合する（ステップＳ７）。
【００３３】
このとき、計算部１３は、各リンクＴ４ａ〜Ｔ６ａのそれぞれの代表膜厚ｄａ４〜ｄａ６を変数として理論スペクトラムと測定スペクトラムとを照合し、選択されたグループＢａの代表膜厚ｄａ４〜ｄａ６を算出する（ステップＳ８）。すると、各リンクＴ４ａ〜Ｔ６ａのそれぞれの代表膜厚ｄａ４〜ｄａ６は、
ｄａ４＝（ｄ１７＋ｄ１３＋ｄ９）／３  …（４）
ｄａ５＝（ｄ１５＋ｄ５＋ｄ１）／３    …（５）
ｄａ６＝（ｄ１１＋ｄ７＋ｄ３）／３    …（６）
に示す関係性を有する。計算部１３は、これらの処理をグループＣａにおいても同様に繰り返し代表膜厚ｄａ７〜ｄａ９を算出する（ステップＳ９〜Ｓ１１）。すると、各リンクＴ７ａ〜Ｔ９ａのそれぞれの代表膜厚ｄａ７〜ｄａ９は、
ｄａ７＝（ｄ１７＋ｄ１１＋ｄ５）／３  …（７）
ｄａ８＝（ｄ１５＋ｄ９＋ｄ３）／３    …（８）
ｄａ９＝（ｄ１３＋ｄ７＋ｄ１）／３    …（９）
に示す関係性を有する。計算部１３が各代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９を計算した結果の一例を図６に示す。この図６はシリコン酸化膜のＣＶＤプロセス上のターゲット膜厚を１２５［Å］に設定したときの代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９の値を示しており、代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９は、グループＡａ、Ｂａ、Ｃａ毎に求められる。その後、計算部１３は、各代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９の関係性に応じて奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７の各膜厚ｄ１、ｄ３〜ｄ１７を算出する（ステップＳ１２）。
【００３４】
計算部１３は、これらのステップＳ３〜Ｓ１２の処理と同様に、グループＡｂ、Ｂｂ、Ｃｂについても代表膜厚ｄｂ１〜ｄｂ９を算出し、最終的に偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８の膜厚ｄ２、ｄ４〜ｄ１８を算出する（ステップＳ１３）。
【００３５】
図７は、アモルファスシリコン膜のＣＶＤプロセス上のターゲット膜厚を１７５［Å］に設定したときのステップＳ１３の途中段階で算出される代表膜厚ｄｂ１〜ｄｂ９の一例を示す。代表膜厚ｄｂ１〜ｄｂ９は、グループＡｂ、Ｂｂ、Ｃｂ毎に計算される。その後、各膜厚ｄ２、ｄ４〜ｄ１８を算出する。
【００３６】
発明者は、ステップＳ１２、Ｓ１３の各膜厚ｄ１〜ｄ１８の算出方法として準ニュートン法を適用して膜厚を算出した。
図８は奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ１７のシリコン酸化膜のＣＶＤプロセスのターゲット膜厚を１２５［Å］に設定したときの各層の膜厚の計算結果の一例を示し、図９は偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４〜Ｌ１８のアモルファスシリコン膜のＣＶＤプロセスのターゲット膜厚を１７５［Å］に設定したときの各層の膜厚の計算結果の一例を示す。
【００３７】
図８に示すように、シリコン酸化膜の各層Ｌ１〜Ｌ１７の膜厚は飛び値もなく概ね正しく計算できていることがわかる。また、図９に示すように、アモルファスシリコン膜の膜厚も概ね正しく計算できていることがわかる。なお、ステップＳ１２における算出方法は準ニュートン法に限られず他の算出方法を用いても良い。
【００３８】
発明者は、図１０に示すように多層膜４の積層数をパラメータとして従来方式により膜厚を求めるための解析時間の一例を求めている。この図１０に示すように、多層膜４が十数層（１４〜１６層：ｘ１層（パラメータ数ｘ１個））以上になると、解析時間が顕著に増加する傾向を確認している。
【００３９】
本実施形態で説明した方法を採用すると、計算部１３は、１８層の多層膜４の膜厚を３グループ×２回の６パラメータで解析できることになる。６パラメータで解析すると、図１０に示すように、おおよそ１回１秒以下となり、３回解析を繰り返したとしても３秒以下の解析時間で算出完了できることを確認した。
【００４０】
また、発明者は、図１１に示すように多層膜４の積層数をパラメータとして膜厚の計算精度を求めている。この図１１は、各層のＣＶＤプロセスのターゲット膜厚を一定として多層膜４を積層した後、従来の膜厚測定装置がこの多層膜４の膜厚を計算するときの計算精度の一例を示している。この図１１に示すように、多層膜４が数層〜十数層（８層〜１２層：ｘ２層（パラメータ数ｘ２個））以上になると、ターゲット膜厚との差も著しく拡大し、計算精度が顕著に悪化する傾向を確認している。
【００４１】
本実施形態で説明した方法を採用すると、計算部１３は、１８層の多層膜４の各層Ｌ１〜Ｌ１８の膜厚ｄ１〜ｄ１８について、代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９、ｄｂ１〜ｄｂ９を用いて計算しているため、たとえ多数層（例えば１８層）の多層膜４を計算対象としても、図８及び図９に示したように、ターゲット膜厚からの飛び値もなく計算精度も良好になる。
【００４２】
本実施形態によれば、多層膜４の積層構造のうち互いに同種の膜となる奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７の膜パラメータに互いに異なる３つのリンクを設定したグループＡａ、Ｂａ、Ｃａを３つ用意し、当該リンク毎の代表的な膜厚ｄａ１〜ｄａ９を計算し、この代表的な膜厚ｄａ１〜ｄａ９に応じて各層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７の膜厚ｄ１、ｄ３、ｄ５〜ｄ１７を計算している。
【００４３】
また、多層膜４の積層構造のうち互いに同種の膜となる偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６〜Ｌ１８の膜パラメータに互いに異なる３つのリンクを設定したグループＡｂ、Ｂｂ、Ｃｂを３つ用意し、当該リンク毎の代表的な膜厚ｄｂ１〜ｄｂ９を計算し、この代表的な膜厚ｄｂ１〜ｄｂ９に応じて各層Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６〜Ｌ１８の膜厚ｄ２、ｄ４、ｄ６〜ｄ１８を計算している。これにより、可変パラメータ数を大幅に少なくして解析処理を行うことができ、短時間かつ高精度で計算できる。
【００４４】
特に、１８層の多層膜４のうち、奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７が同種のシリコン酸化膜であったときには、グルーピング情報内では、全ての同種の膜に互いに重ならない３個のリンクＴ１ａ〜Ｔ３ａ（グループＡａ）が設定された状態で、当該３個のリンクがグループ間で互いに異なるリンクＴ１ａ〜Ｔ３ａ、Ｔ４ａ〜Ｔ６ａ、Ｔ７ａ〜Ｔ９ａとなるように３つのグループＡａ、Ｂａ、Ｃａにグループ分けされている。そして、計算部１３は、当該グループＡａ、Ｂａ、Ｃａ内の９個のリンク毎の代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９を計算し、当該グループのリンク毎に得られた代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９に応じて奇数番目の層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５〜Ｌ１７の膜厚ｄ１、ｄ３、ｄ５〜ｄ１７を算出している。また、偶数番目の層Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６〜Ｌ１８が同種のアモルファスシリコン膜であったときも同様である。これにより、可変パラメータ数を大幅に少なくして解析処理を行うことができ、短時間かつ高精度で計算できる。
【００４５】
また、計算部１３は、１回のみ測定した測定スペクトラムを用い、代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９をパラメータとして変更して理論スペクトラムを求めて当該測定スペクトラムと理論スペクトラムとを照合して各代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９を算出している。すると、測定スペクトラムを固定して代表膜厚ｄａ１〜ｄａ９を算出でき、膜厚算出誤差を極力抑制できる。
【００４６】
（第２実施形態）
図１２〜図１７は第２実施形態を示す。測定系は前述実施形態と同様であるため、その説明を省略する。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、例えば絶縁膜および導電膜等の２種類の膜が交互に積層された多層膜４の各層の膜厚を測定する例を示す。図１２は計算の流れの一例をフローチャートにより示している。計算処理に必要な情報がレシピとして制御部１１に入力された後、測定装置１は計算処理を開始する（ステップＴ１）。
【００４７】
記憶部１２は、制御部１１のレシピ指示情報に応じて光学系処理部５から出力される測定座標位置の反射光データを記憶する（ステップＴ２）。そして、計算部１３は、制御部１１のレシピの指示情報に応じて、最上層Ｌ１８及び最上層から２層目の層Ｌ１７を１グループとしてこれらの膜厚ｄ１８、ｄ１７を可変とし（ステップＴ３）、それらの下層Ｌ１６〜Ｌ１の膜厚ｄ１６〜ｄ１をリンクする（ステップＴ４）。この場合、各層Ｌ１６〜Ｌ１のターゲット膜厚が奇数番目、偶数番目で互いに異なるため、奇数番目の層毎、偶数番目の層毎にリンクする。図１３はこの説明をイメージで示している。計算部１３は、この条件を用いて膜厚ｄ１８、ｄ１７を算出する（ステップＴ５）。すると、可変パラメータが少数になるため処理時間を低減できる。
【００４８】
次に、計算部１３は、算出した最上層Ｌ１８及び２層目の層Ｌ１７の膜厚ｄ１８、ｄ１７の値を固定する（ステップＴ６）。そして、計算部１３は、その下層の３層目及び４層目の層Ｌ１６、Ｌ１５の膜厚ｄ１６、ｄ１５の値を可変とし（ステップＴ７）、それらの下層Ｌ１４〜Ｌ１の膜厚ｄ１４〜ｄ１をリンクする（ステップＴ８）。前述と同様に、各層Ｌ１４〜Ｌ１のターゲット膜厚が奇数番目、偶数番目で互いに異なるため、奇数番目の層毎、偶数番目の層毎にリンクする。図１４はこの説明をイメージで示している。計算部１３は、この条件を用いて膜厚ｄ１６、ｄ１５の値を算出する（ステップＴ９）。このときも同様に、可変パラメータが少数になるため処理時間を低減できる。
【００４９】
次に、計算部１３は、算出した膜厚ｄ１６、ｄ１５の値を固定し（ステップＴ１０）、その下層の５層目及び６層目の層Ｌ１４、Ｌ１３の膜厚ｄ１４、ｄ１３の値を可変とし（ステップＴ１０）、それらの下層Ｌ１２〜Ｌ１の膜厚ｄ１２〜ｄ１をリンクする（ステップＴ１１）。図１５はこの説明をイメージで示している。計算部１３は、この条件を用いて膜厚ｄ１４、ｄ１３を算出する（ステップＴ１２）。次に、計算部１３は、算出された膜厚ｄ１８〜ｄ１３を固定値とし、その下層Ｌ１２以下を順次２層ずつ可変とし、順次２層ずつ算出処理を繰り返す（ステップＴ１３）。
【００５０】
以下、ターゲット膜厚と算出値とを比較説明する。図１６、図１７に計算結果を示す。図１６に示したシリコン酸化膜の計算結果は、ターゲット膜厚１２５Åに対して得られた算出結果を示すが、飛び値もなく計算可能であることがわかる。また、図１７に示したアモルファスシリコン膜の計算結果でも同様に、ターゲット膜厚１７５Åに対して得られた算出結果を示すが、飛び値もなく計算可能であることがわかる。
【００５１】
具体的には、ステップＴ５の膜厚ｄ１８、ｄ１７の算出処理では、シリコン酸化膜の膜厚ｄ１７は１２６［Å］、アモルファスシリコン膜の膜厚ｄ１８は１８２［Å］、と算出されており、各ターゲット膜厚と概ね一致することが示された。
【００５２】
また、２つの膜厚ｄ１８、ｄ１７の値を固定値として挿入し、直下の膜厚ｄ１６、ｄ１５の膜厚を可変として算出した結果、シリコン酸化膜の膜厚ｄ１５＝１２５［Å］、アモルファスシリコン膜の膜厚ｄ１６＝１８３［Å］と算出されており、これもまた各ターゲット膜厚と概ね一致することが示された。
【００５３】
これらの層Ｌ１８〜Ｌ１５の下層Ｌ１４〜Ｌ１の膜厚の算出結果の詳細は省略するが、図１６及び図１７に示すように、各層Ｌ１４〜Ｌ１の算出膜厚は、ターゲット膜厚と概ね一致することがわかる。
【００５４】
なお、本実施形態では、固定値として設定された層の下層の２層を除いてその下層のパラメータを全てリンクした形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、最上層の１層のみ、３層、４層等と所定層数を除いて、その下層の膜パラメータ（例えば膜厚）を全てリンクして計算しても良い。すなわち、図１０にパラメータ数の増加に応じた解析時間の測定結果を示したように、当該解析時間の大幅な増加を招かない層数の所定層を適宜設定し、この設定範囲内で膜パラメータのリンク数を減少して１回で膜パラメータを算出する層数を増しても良い。
【００５５】
本実施形態によれば、最上層Ｌ１８から下層に向けて解析を繰り返し順番に膜厚を算出しているため、短時間で且つ高精度に計測できる。前述実施形態に比較すると、１回の解析の可変パラメータ数を少なくでき、繰り返し解析を実行しても結果的に計算時間を少なくでき、計算精度も向上できる。
【００５６】
（他の実施形態）
光は、多層膜４の積層数が増せば増すほど上層で反射するため下層まで達し難くなる。この場合、波長をより長波長領域まで設定し計算することで、より計算精度を向上できる。また、リンクの設定方法も複数通り存在し、他の組合せで行っても同様な効果を得られることは明らかであり、前述実施形態に示した組合せに限定されるものではない。
【００５７】
また、前述実施形態では、検査は光を基板３の表面に傾斜して入射しこの反射光を受光し解析する所謂エリプソメータにより行う形態を示したが、検査手法はこの手法に限られない。例えば、ビームスペクトラム分析方式で行っても良い。ここで言うビームスペクトラム方式は、垂直に近い角度で基板上に光を入射させ、この反射光を入射し光の強度を測定することで基板上に形成された膜の膜厚、膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる）を測定する方式である。
【００５８】
第１実施形態では、１層毎に互いに異なる膜種の膜が基板上に積層された多層膜４を適用して解析する例を示したが、これに限られることなく、例えば、３種以上の膜が互い違いに積層された多層膜を解析する場合に適用しても良い。
【００５９】
また、前述のグルーピング情報内では、極端（例えば２倍又は３倍以上）にターゲット膜厚が変更されていなければリンクを設定しても良い。膜種（例えば、シリコン酸化膜の場合にはプロセス成膜方法及び条件（堆積、塗布、熱酸化、ガス種、温度条件等））に極端な変更がなされておらず、光学的にほぼ同一の膜質（屈折率ｎ、減衰係数ｋの偏差が所定未満）が得られるようであればリンクを設定しても良い。この点で、膜質（屈折率ｎ及び減衰係数ｋの光学定数で定まる）又はターゲット膜厚が同一となることが想定される膜の膜パラメータにリンクを設定することが望ましい。
【００６０】
膜厚のみを未知のパラメータとして計算した実施形態を示したが、膜質のみを未知のパラメータとして計算する態様に適用しても良いし、膜厚及び膜質の双方を未知のパラメータとして計算する態様に適用しても良い。
【００６１】
第１実施形態では、１８層を６つのグループＡａ、Ｂａ、Ｃａ、Ａｂ、Ｂｂ、Ｃｂに分けた形態を示したが、このグループ分けの数も任意であり、多層膜の積層数も任意である。すなわち、前述実施形態ではＮ、ｍの数について、Ｎ＝１８、ｍ＝３の場合の例を挙げたが、これは前述実施形態に示した例に限られない。
【００６２】
第２実施形態では、計算部１３が、最上層の２層Ｌ１８、Ｌ１７以外の層Ｌ１６〜Ｌ１の膜厚（膜パラメータ）をリンクさせ最上層側から未知の２層の膜厚を算出する形態を示したが、最上層側の例えば２層以外の膜パラメータをリンクさせることなく、最上層側の膜パラメータを順次算出するようにしても良い。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
図面中、１は測定装置（膜の計測装置）、３は基板、４は多層膜、１３は計算部、Ｌ１〜Ｌ１８は層、を示す。
【図１】
2014167416.tif 000003
【図２】
2014167416.tif 000004
【図３】
2014167416.tif 000005
【図４】
2014167416.tif 000006
【図５】
2014167416.tif 000007
【図６】
2014167416.tif 000008
【図７】
2014167416.tif 000009
【図８】
2014167416.tif 000010
【図９】
2014167416.tif 000011
【図１０】
2014167416.tif 000012
【図１１】
2014167416.tif 000013
【図１２】
2014167416.tif 000014
【図１３】
2014167416.tif 000015
【図１４】
2014167416.tif 000016
【図１５】
2014167416.tif 000017
【図１６】
2014167416.tif 000018
【図１７】
2014167416.tif 000019