JP2005083834A - 膜厚測定方法、膜厚測定システム、半導体装置の製造方法及び膜厚測定システム制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】多層積層構造であっても、短時間で測定可能で、製造コスト低減が可能な膜厚測定方法、膜厚測定システムを提供する。
【解決手段】 多層構造の積層の順に、各層の膜厚データを蓄積する膜厚値記憶部２６を有するＣＩＭサーバ５と、ＣＩＭサーバ５と通信ネットワーク４を介して情報を交換可能な膜厚測定装置６とを含む。膜厚測定装置６は、多層構造の表面から光学的測定データを取得する光学系（１１，１２，１３）、光学系により取得された光学的測定データを格納する波形記憶部２４、多層構造の各層の測定レシピを格納した測定レシピ記憶部２５、新たな薄膜を測定する測定レシピに膜厚測定装置６から各層の膜厚データを読み出し、新たな薄膜の理論曲線を算出する理論波形算出モジュール２２、新たな薄膜の光学的測定データと新たな薄膜の理論曲線とを比較し、新たな薄膜の膜厚を決定する膜厚決定モジュール２３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は膜厚測定方法、膜厚測定システム、膜厚測定システム制御プログラムに係り、特に積層構造の膜厚測定方法、膜厚測定システム、膜厚測定システム制御プログラムに関する。更には、この膜厚測定方法によるインライン検査を用いた半導体装置の製造方法に関する。

ＬＳＩ等の半導体集積回路の高集積密度化に伴い、配線層も多層化の傾向が進んでいる。更に、例えば、８層程度の金属配線層の場合であっても、工程上の要請から現実には、１３〜１４層程度の層間絶縁膜が積層されることになるのが一般的である。このような事情からは、多層の積層構造の膜厚のインライン検査が極めて重要になってきている。

簡単な例として、光干渉式の膜厚測定装置を用いた場合の、従来の３層の積層構造の膜厚測定の手順を図２０〜図２２に示すフローチャート及び図２３に示すデータフローダイアグラムを用いて説明する。

（イ）先ず、ステップＳ９０１において、基板上に第１の薄膜を成膜する。次に、膜厚測定装置６を用い、ステップＳ９０２において、白色の入射光を第１の薄膜が成膜された基板に照射する。膜厚測定装置６は、ステップＳ９０３において、基板からの反射光を分光器で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器で検出する。更に、ステップＳ９０４において、光検出器で検出した光強度を膜厚測定装置６の制御用コンピュータで実測波形として記録する。実測波形は横軸を波長、縦軸を光強度で示すと、例えば、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲では、谷が２つの蛇行した波形となる。

（ロ）そして、ステップＳ９０５において、理論波形を膜厚測定装置６の制御用コンピュータの第１測定レシピに登録された第１の薄膜の膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）で複数個計算する。更に、ステップＳ９０６において、ステップＳ９０５で得られた理論波形の中でステップＳ９０４で得られた実測波形に近い曲線の膜厚Ｔ_Aを決定する。そして、ステップＳ９０７において、この膜厚値を所定のロット、ウェーハの膜厚値Ｔ_A,L1,W1として表示する（更に、図２３に示すように、管理サーバ９に膜厚値Ｔ_A,L1,W1として格納する。）。

（ハ）図２１のステップＳ９１１において、第１の薄膜上に第２の薄膜を成膜する。

次に、膜厚測定装置６を用い、ステップＳ９１２において、白色の入射光を第２の薄膜が成膜された基板に照射する。膜厚測定装置６は、ステップＳ９１３において、基板からの反射光を分光器で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器で検出する。更に、ステップＳ９１４において、光検出器で検出した光強度を膜厚測定装置６の制御用コンピュータで実測波形として記録する。実測波形は、第１の薄膜と第２の薄膜との界面での反射を反映し、複雑なスペクトルを示す。材料や膜厚の関係にもよるが、例えば、横軸を波長、縦軸を光強度で示すと、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲では、谷が３つ山が４つ程度の蛇行した波形となる。

（ニ）ステップＳ９１５において、理論波形を複数個計算する。この際、膜厚測定装置の制御用コンピュータの第２測定レシピに登録された測定対象（第２の薄膜）の膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）に加え、その下地である第１の薄膜の膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）も含めて計算する。そして、ステップＳ９１６において、ステップＳ９１５で計算した理論波形の中でステップＳ９１４で得られた実測波形に近い曲線の膜厚Ｔ_Bを決定し、ステップＳ９１７において、この膜厚値を所定のロット、ウェーハの膜厚値Ｔ_B,L1,W1として表示する（更に、図２３に示すように、管理サーバ９に、所定のロット、ウェーハの膜厚値Ｔ_B,L1,W1として格納する。）。

（ホ）図２２のステップＳ９２１において、第３の薄膜を第２の薄膜上に成膜する。次に、膜厚測定装置６を用い、ステップＳ９２２において、白色の入射光を第３の薄膜が成膜された基板に照射する。膜厚測定装置６は、ステップＳ９２３において、基板からの反射光を分光器で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器で検出する。更に、ステップＳ９２４において、光検出器で検出した光強度を膜厚測定装置６の制御用コンピュータで実測波形として記録する。実測波形は、第１の薄膜と第２の薄膜との界面での反射、第２の薄膜と第３の薄膜の薄膜で界面での反射を反映し、複雑な干渉スペクトルを示す。材料や膜厚の関係にもよるが、例えば、横軸を波長、縦軸を光強度で示すと、２００ｎｍ〜８００ｎｍの波長範囲では、谷が５つ山が５つ程度の蛇行した波形となる。

（ヘ）ステップＳ９２５において、理論波形を膜厚測定装置６の制御用コンピュータの第３測定レシピに登録された測定対象（第３の薄膜）の膜厚範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）に加え、
その下地である第２の薄膜の膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）及び第１の薄膜の膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）も含めて複数個計算する。そして、ステップＳ９２６において、ステップＳ９２５で算出した理論波形の中でステップＳ９２４で得られた実測波形に近い曲線の膜厚Ｔ_Cを決定する。更に、ステップＳ９２７において、所定のロット、ウェーハの膜厚値Ｔ_{Ｃ，Ｌ１，Ｗ１}として表示する（更に、図２３に示すように、管理サーバ９に、所定のロット、ウェーハの膜厚値Ｔ_B,L1,W1として格納する。）。
特開２００１−１３３２２７号公報

以上のように、従来技術で積層構造の膜厚を測定する場合は、積層構造の最上層を測定する場合でも、その下層の膜厚まで同時に測定しなければならないという不都合があった。即ち、第３の薄膜成膜後の第３の薄膜/第２の薄膜/第１の薄膜からなるの３層構造の場合、
本当に測定したい第３の薄膜の膜厚の範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）の他に、その下地の第２の薄膜の膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）及び第１の薄膜の膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）においても
理論波形を計算し、３層の膜厚を同時に測定しなければならないという不都合があった。したがって，第３の薄膜/基板のような単層構造の第３の薄膜の膜厚の範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）で理論波形を計算し、１層の膜厚を測定する場合より、測定時間が長くなり、測定精度が低下（「とび値」が出る等）する問題があった。最近のＬＳＩでは、１０層〜１３層以上の多層構造もかなり一般的であり、これらの層数の多い多層構造において、下層の膜厚の範囲の理論波形を計算するのは、コンピュータのメモリ資源を費やし、非常に長い計算時間が必要になる。

更には、各膜を成膜する工程段階で膜厚測定専用の余分な基板を追加投入して、第３の薄膜び膜厚膜厚Ｔ_Cを測定することも可能であるが、基板が高価な場合、製造コストの上昇につながる問題点がある。１０層〜１３層以上の多層構造の状況で、下地の膜厚分の余分な基板を投入することは、２００ｍｍφから３００ｍｍφの口径の半導体ウェーハに移行する状況では、深刻な製造コストの上昇につながる。

更に、光干渉式の膜厚測定装置等の場合のように、屈折率の等しい若しくは極めて近い多層構造の場合、膜厚測定ができなくなるか、精度が低下する場合があった。

上記問題点を鑑み、本発明の目的は、多層の積層構造であっても、短時間で測定可能で、製造コスト低減が可能な膜厚測定方法、膜厚測定システム、膜厚測定システム制御プログラム、更には、この膜厚測定方法によるインライン検査を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、光学的測定データと対応する理論曲線とを比較して、膜厚を決定する膜厚測定方法であって、以下の各段階を含むことを要旨とする：
（イ）多層構造の積層の順に、各層からの光学的測定データを順次取得し、各層の膜厚を比較により順次決定し、各層の膜厚データを順次蓄積する一連の段階；
（ロ）この一連の段階により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜の光学的測定データを取得する段階；
（ハ）測定レシピに順次蓄積された各層の膜厚データを読み出す段階；
（ニ）測定レシピを用いて、新たな薄膜の理論曲線を算出する段階；
（ホ）新たな薄膜の光学的測定データと新たな薄膜の理論曲線とを比較し、新たな薄膜の膜厚を決定する段階。
本発明の第２の特徴は、多層構造の積層の順に、各層の膜厚データを順次蓄積する膜厚値記憶部を有するＣＩＭサーバと、このＣＩＭサーバと通信ネットワークを介して互い情報を交換可能な膜厚測定装置とを含む膜厚測定システムに関する。即ち、膜厚測定システムを構成する膜厚測定装置は、（イ）多層構造の表面から光学的測定データを取得する光学系；（ロ）この光学系により、取得された光学的測定データを格納する波形記憶部；（ハ）多層構造の各層の測定レシピを格納した測定レシピ記憶部；（ニ）膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜を測定する測定レシピに、膜厚測定装置から各層の膜厚データを読み出し、この測定レシピを用いて、新たな薄膜の理論曲線を算出する理論波形算出モジュール；及び（ホ）新たな薄膜の光学的測定データと新たな薄膜の理論曲線とを比較し、新たな薄膜の膜厚を決定する膜厚決定モジュール とを備える膜厚測定システムであることを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、光学的測定データと対応する理論曲線とを比較して、膜厚を決定する膜厚測定方法をインライン検査として用い、多層配線構造を構成する半導体装置の製造方法であって、以下の各段階を含むことを要旨とする：
（イ）多層配線構造を構成する複数の薄膜を積層する段階；
（ロ）この複数の薄膜を積層する順に、各層からの光学的測定データを順次取得し、各層の膜厚を比較により順次決定し、各層の膜厚データを順次蓄積する一連の段階；
（ハ）この一連の段階により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に新たな薄膜を堆積する段階；
（ニ）この新たな薄膜の光学的測定データを取得する段階；
（ホ）測定レシピに順次蓄積された各層の膜厚データを読み出す段階；
（へ）測定レシピを用いて、新たな薄膜の理論曲線を算出する段階；
（ト）新たな薄膜の光学的測定データと新たな薄膜の理論曲線とを比較し、新たな薄膜の膜厚を決定する段階。
本発明の第４の特徴は、多層構造の積層の順に、各層の膜厚データを順次蓄積する膜厚値記憶部を有するＣＩＭサーバと、このＣＩＭサーバと通信ネットワークを介して互い情報を交換可能な膜厚測定装置とを含む膜厚測定システムを制御するプログラムであって、以下の命令を含むことを要旨とする：
（イ）多層構造の積層の順に、各層からの光学的測定データを順次取得させ、各層の膜厚を比較により順次決定させ、各層の膜厚データを順次蓄積させる一連の命令；
（ロ）この一連の命令により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜の光学的測定データを取得させる命令；
（ハ）測定レシピに順次蓄積された各層の膜厚データを読み出させる命令；
（ニ）測定レシピを用いて、新たな薄膜の理論曲線を算出させる命令；
（ホ）新たな薄膜の光学的測定データと新たな薄膜の理論曲線とを比較させ、新たな薄膜の膜厚を決定させる命令。

本発明によれば、多層の積層構造の最上層の膜厚を測定する場合でも、その下層の膜厚まで同時に測定する必要はないので、測定時間の短縮とコンピュータのメモリ資源が削減された膜厚測定方法、膜厚測定システム、膜厚測定システム制御プログラムが提供出来る。

更に、本発明によれば、各膜を成膜する段階で、インライン検査専用の余分な基板を追加投入する必要もないので、製造コスト低減が可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能である。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る膜厚測定システムは、図１に示すように、膜厚測定装置６が、通信ネットワーク（ＬＡＮ）４を介して、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５に接続されている。即ち、熱酸化、酸化膜ＣＶＤ、ＰＳＧ膜ＣＶＤ、ＢＰＳＧ膜ＣＶＤ、窒化膜ＣＶＤ、ポリシリコンＣＶＤ、各種メタルのスパッタリング若しくは真空蒸着等、各薄膜形成工程に応じたそれぞれの薄膜の膜厚のインライン検査を単一の膜厚測定装置６及びＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５で制御するシステム構成である。

ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５には、多層膜の各層の膜厚値をそれぞれ格納する膜厚値記憶部２６が接続されている。膜厚値記憶部２６は、図３及び図４に示すように、多層膜の各層に対応して、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に整理して、膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr，Ｔ_B,Lp,Wq,Sr，Ｔ_C,Lp,Wq,Sr，・・・・・（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を記録している。

図１に示すように、膜厚測定装置６は、白色の入射光ｈν_iを基板１の表面に照射する光源１１、基板１の表面から反射光ｈν_rを、分光する分光器１２、この分光された各波長毎の反射光強度を検出する光検出器１３からなる光学系を備えた光干渉式の膜厚測定装置である。ここで、分光器１２は、周知の回折格子（グレーティング）型分光器若しくはプリズム型分光器等が使用可能である。又、光検出器１３としては、ＣＣＤイメージセンサ等の各種イメージセンサが使用可能である。なお、図示を省略しているが、基板１上に、順に、第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ，第３の薄膜２ｃを堆積した試料を搭載するための台座や台座の移動機構等が存在することは勿論である。又、図１では、３層が積層された構造を示しているが、インライン検査の性質から、基板１上に、第１の薄膜２ａのみが堆積した試料、基板１上に、第１の薄膜２ａと第２の薄膜２ｂが堆積された試料を測定後、３層構造が測定されるのは勿論である。

光検出器１３の出力は、測定装置側コンピュータ３に接続されている。即ち、光検出器１３の出力は、入出力インターフェイス２７を介して、ＣＰＵ（演算処理部）２１に接続されている。ＣＰＵ２１は、理論波形を計算する理論波形算出モジュール２２と、理論波形と光検出器１３が検出した実測波形とを比較して膜厚を決定する膜厚決定モジュール２３とを備えている。更に、ＣＰＵ２１には、光検出器１３で検出した光強度のスペクトルを格納する波形記憶部２４と、測定レシピを格納する測定レシピ記憶部２５とが接続されている。

更に、図１に示すように、第１の実施の形態に係る測定装置側コンピュータ３は、操作者からのデータや命令などの入力を受け付ける入力装置２８と、測定結果を出力する出力装置２９を備えている。図示を省略しているが、理論波形算出モジュール２２の行う演算に必要な所定のデータなどを格納したデータ記憶部と、膜厚測定の制御や演算のプログラムなどを格納したプログラム記憶部を備えることは勿論である。データ記憶部は入出力データや膜厚測定パラメータ及びその履歴や演算途中のデータ等を記憶するＲＡＭ等で構成可能である。図１において、入力装置２８はキーボード、マウス、ライトペン又はフレキシブルディスク装置などで構成される。入力装置２８より膜厚測定実行者は、入出力データを指定したり、必要なパラメータの設定をすることができる。更に、入力装置２８より出力データの形態等の膜厚測定パラメータを設定することも可能で、又、演算の実行や中止等の指示の入力も可能である。又出力装置２９には、プリンタ装置及びディスプレイ装置等が含まれる。出力装置２９は入出力データや測定結果や膜厚測定パラメータ等を表示可能である。

図１に示す膜厚測定装置６は、基板１の表面の反射光と多層膜の界面若しくは基板との界面の反射光が干渉し、図５に示すような、積層構造（多層構造）に固有なスペクトルを示す。このため、理論波形算出モジュール２２が算出した理論波形と、波形記憶部２４に格納された光強度のスペクトルの波形を比較することにより、膜厚決定モジュール２３が膜厚を決定する。使用波長範囲は、例えば図５に示すように、２００ｎｍ〜８００ｎｍである。例えば、２０ｎｍ程度から数十ミクロン程度まで、測定可能である。

図２は、第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ，第３の薄膜２ｃからなる３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第１の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムで、図３及び図４は、膜厚値記憶部２６に格納される第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ，第３の薄膜２ｃの膜厚データのデータ構造の詳細を説明する図である。

ＬＳＩ等の半導体集積回路の製造工程は、通常ロット単位でなされる。例えば、１ロットは２５枚のウェーハからなる。そして、例えば、２００ｍｍφのウェーハの場合、各ウェーハはそれぞれ９〜１３点の測定箇所（サイト）を有するので、それぞれの予め取り決めた測定箇所（サイト）について膜厚測定がなされる。第１の実施の形態に係る膜厚測定システムでは、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、図３に示すように、第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ，第３の薄膜２ｃ毎にデータが整理されて格納される。但し、各ロットのすべてのウェーハについて、インライン検査をする必要は必ずしもなく、例えば、２５枚のウェーハ中の代表的な数枚を選んで、サンプリング検査をしても良いことは勿論である。

図３（ａ）は、第１の薄膜２ａの膜厚のデータが、測定したそれぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として記録された状態（データ構造）を示す。例えば、ロット１のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_A,L1,W1，Ｔ_A,L1,W2，Ｔ_A,L1,W3，・・・・・，Ｔ_A,L1,Wnとして記録され、ロット２のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_A,L2,W1，Ｔ_A,L2,W2，Ｔ_A,L2,W3，・・・・・，Ｔ_A,L2,Wnとして記録され、ロット３のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_A,L3,W1，Ｔ_A,L3,W2，Ｔ_A,L3,W3，・・・・・，Ｔ_A,L3,Wnとして記録される。同様にして、ロットｍのウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_A,Lm,W1，Ｔ_A,Lm,W2，Ｔ_A,Lm,W3，・・・・・，Ｔ_A,Lm,Wnとして記録される。より詳細には、図４に示すように、各ウェーハの測定値は、各サイト毎に整理して記録される。

図３（ｂ）は、第２の薄膜２ｂの膜厚データを示す。例えば、ロット１のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_B,L1,W1，Ｔ_B,L1,W2，Ｔ_B,L1,W3，・・・・・，Ｔ_B,L1,Wnとして記録され、ロット２のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_B,L2,W1，Ｔ_B,L2,W2，Ｔ_B,L2,W3，・・・・・，Ｔ_B,L2,Wnとして記録され、ロット３のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_B,L3,W1，Ｔ_B,L3,W2，Ｔ_B,L3,W3，・・・・・，Ｔ_B,L3,Wnとして記録される。同様にして、ロットｍのウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_B,Lm,W1，Ｔ_B,Lm,W2，Ｔ_B,Lm,W3，・・・・・，Ｔ_B,Lm,Wnとして記録される。より詳細には、図４に示すように、各ウェーハの測定値は、各サイト毎に整理して記録される。

図３（ｃ）は、第３の薄膜２ｃの膜厚データを示す。例えば、ロット１のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_C,L1,W1，Ｔ_C,L1,W2，Ｔ_C,L1,W3，・・・・・，Ｔ_C,L1,Wnとして記録され、ロット２のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_C,L2,W1，Ｔ_C,L2,W2，Ｔ_C,L2,W3，・・・・・，Ｔ_C,L2,Wnとして記録され、ロット３のウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_C,L3,W1，Ｔ_C,L3,W2，Ｔ_C,L3,W3，・・・・・，Ｔ_C,L3,Wnとして記録される。同様にして、ロットｍのウェーハ１，ウェーハ２，ウェーハ３，・・・・・，ウェーハｎの膜厚値は、それぞれＴ_C,Lm,W1，Ｔ_C,Lm,W2，Ｔ_C,Lm,W3，・・・・・，Ｔ_C,Lm,Wnとして記録される。より詳細には、図４に示すように、各ウェーハの測定値は、各サイト毎に整理して記録される。

なお、図３及び図４は、各ロットのすべてのウェーハについて、インライン検査をすることを要求するデータ構造を示しているのではないことに留意されたい。即ち、例えば、１ロットを構成するウェーハ中の代表的な数枚を選んで、サンプリング検査をしても良いので、図３及び図４のデータは連番のデータではなく、飛び飛びのウェーハ番号についてのデータに読み直すことが可能である。又、すべてのロットについて検査せず、特定のロットについてのサンプリング検査でもかまわないことは勿論である。
図３及び図４に示すデータ構造と、図６〜図８のフローチャートを参照しながら、第１の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）を説明する：
（イ）先ず、図６のステップＳ１０１において、基板１をＣＶＤ炉の反応管（若しくはチャンバー）内に投入し、基板１上に第１の薄膜２ａとして、厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を成膜する。

（ロ）次に、ステップＳ１０２において、図１の光源１１から白色の入射光ｈν_iを第１の薄膜２ａが成膜された基板１に照射する。続いて、ステップＳ１０３において、基板１から反射光ｈν_rを、グレーティング若しくはプリズム等の分光器１２で分光する。更に、この分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。更に、ステップＳ１０４において、光検出器１３で検出した光強度を測定装置側コンピュータ３の波形記憶部２４に、図５（ａ）に示すような実測波形（光学的測定データ）として記録する。実測波形（光学的測定データ）は、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に記録する。各ロット、各ウェーハの予め取り決めた測定箇所（サイト）について測定し、記録する。図５（ａ）において、横軸は光の波長、縦軸は、光強度である。

（ハ）そして、ステップＳ１０５において、測定装置側コンピュータ３のＣＰＵ２１に内蔵された理論波形算出モジュール２２により、理論波形を複数個計算する。即ち、第１の薄膜２ａの膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出する。この理論波形の計算は、測定装置側コンピュータ３の測定レシピ記憶部２５の第１測定レシピに登録された第１の薄膜２ａの膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）で複数個計算する。

（ニ）次に、ステップＳ１０６において、上記のステップＳ１０５で得られた理論波形の中で波形記憶部２４に格納された第１の薄膜２ａの実測波形（光学的測定データ）に近い曲線を検索し、この最も近い理論曲線の基礎となった数値を、第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_Aと決定する。膜厚Ｔ_Aは、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に決定する。

（ホ）ステップＳ１０７において、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、この膜厚値Ｔ_Aを、測定したそれぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として記録する。即ち、膜厚値記憶部２６には、図３（ａ）に示すように、それぞれのロット毎、ウェーハ毎に整理して、膜厚値が記録される。

（ヘ）次に、図７のステップＳ１１１において、ＣＶＤ炉を用い、第１の薄膜２ａの上部に、第２の薄膜２ｂとして、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）を成膜する。

を成膜する。

（ト）その後、ステップＳ１１２において、図１の光源１１から白色の入射光ｈν_iを第２の薄膜２ｂが成膜された基板１に照射する。基板１への入射光ｈν_iの照射箇所（サイト）は、第１の薄膜２ａの照射箇所（サイト）と対応させ、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に整理して同一箇所に照射する。ステップＳ１１３で、基板１からの反射光ｈν_rを分光器１２で分光する。この分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。その後、ステップＳ１１４において、光検出器１３で検出した光強度を波形記憶部２４に、図５（ｂ）に示すような実測波形（光学的測定データ）として、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に測定し、記録する。図５（ｂ）は、
厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）と厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）の２層構造について、横軸を光の波長、縦軸を光強度として示している。

（チ）そして、ステップＳ１１５において、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に記録された下地（第１の薄膜２ａ）のロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、ステップＳ１１６において、理論波形算出モジュール２２は、測定レシピ記憶部２５の第２測定レシピに登録された測定対象の第２の薄膜２ｂの膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）を用い、理論波形を複数個計算する。即ち、第２の薄膜２ｂの膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出する。

（リ）その後、ステップＳ１１７において、ステップＳ１１６で算出した理論波形の中で波形記憶部２４に格納された第２の薄膜２ｂの実測波形（光学的測定データ）に近い曲線を検索し、この最も近い理論曲線の基礎となった数値を、第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_Bと決定する。膜厚Ｔ_Bは、対応するロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に決定する。そして、ステップＳ１１８において、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、膜厚Ｔ_Bを、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として登録する。即ち、膜厚値記憶部２６には、図３（ｂ）に示すように、それぞれのロット毎、ウェーハ毎に整理して、膜厚値が記録される。

（ヌ）そして、図８のステップＳ１２１において、ＣＶＤ炉を用い、第２の薄膜２ｂの上に、第３の薄膜２ｃとして、厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を成膜する。

（ル）その後、ステップＳ１２２において、図１の光源１１から白色の入射光ｈν_iを第３の薄膜２ｃが成膜された基板１に照射する。基板１への入射光ｈν_iの照射箇所（サイト）は、第１の薄膜２ａの照射箇所（サイト）及び第２の薄膜２ｂの照射箇所（サイト）と対応させ、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に整理して、同一箇所に照射する。ステップＳ１２３において、基板１から反射光ｈν_rを分光器１２で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。ステップＳ１２４において、光検出器１３で検出した光強度を波形記憶部２４に、図５（ｃ）に示すような実測波形（光学的測定データ）として記録する。図５（ｃ）は、厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）及び厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）からなる３層構造について、横軸を光の波長、縦軸を光強度として示している。

（ヲ）更に、ステップＳ１２５において、膜厚値記憶部２６に記録された下地のロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚データ即ち、第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）及び第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、理論波形算出モジュール２２は、ステップＳ１２６において、第３測定レシピに登録された測定対象の第３の薄膜２ｃの膜厚範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）を用い、理論波形を複数個計算する。即ち、第３の薄膜２ｃの膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出する。

（ワ）続いて、ステップＳ１２７において、ステップＳ１２６で算出した理論波形の中で波形記憶部２４に格納された第３の薄膜２ｃの実測波形（光学的測定データ）に近い曲線を検索し、この最も近い理論曲線の基礎となった数値を、第３の薄膜２ｃの膜厚Ｔ_Cと決定する。この膜厚Ｔ_Cは、ロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に決定する。そして、ステップＳ１２８において、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値を測定したそれぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_C,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として登録する。即ち、膜厚値記憶部２６には、図３（ｃ）に示すように、それぞれのロット毎、ウェーハ毎に整理して、膜厚値が記録される。

第１の実施の形態に係る膜厚測定方法によれば、積層構造の最上層を測定する場合でも、従来技術のように、その下層の膜厚まで同時に測定する必要はない。即ち、図１に示したように、第３の薄膜２ｃ成膜後の第３の薄膜２ｃ/第２の薄膜２ｂ/第１の薄膜２ａ/基板１からなる３層構造の膜厚測定場合、本当に測定したい第３の薄膜２ｃの膜厚範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）の他の膜厚データ、即ち、その下地の第２の薄膜２ｂの膜厚膜厚は、既に測定されている第２の薄膜２ｂ成膜時の測定値Ｔ_B及び第１の薄膜２ａ成膜時の測定値Ｔ_AをＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５から測定レシピに読み出しするため、３層の膜厚構成でも測定するのは１層である。したがって，第３の薄膜２ｃ/基板１のような単層構造の第３の薄膜２ｃの膜厚）ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_Cで理論波形を計算し、１層の膜厚を測定する場合と、測定時間、測定精度とも同等になる。上記において、３層構造で説明したが、これらは、４層以上の多層構造でより、顕著になる。最近のＬＳＩでは、１０層〜１３層以上の多層構造もかなり一般的であり、これらの層数の多い多層構造において、第１の実施の形態に係る膜厚測定方法は、顕著な測定時間の短縮効果が得られる。

又、第１の実施の形態に係る膜厚測定方法によれば、各膜を成膜する段階で、インライン検査専用の余分な基板を追加投入する必要もないので、製造コストの上昇も抑制出来る。特に、層数の多い多層構造において、第１の実施の形態に係る膜厚測定方法は、顕著な製造コストの抑制効果が得られる。

図１に示すシステムは、膜厚測定装置６が、通信ネットワーク（ＬＡＮ）４を介して、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５に接続された構成である。しかし、場合によっては、通信ネットワーク（ＬＡＮ）４を介さない構成も可能である。図９は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムの構成を示し、測定装置側コンピュータ（膜厚算出装置）３が、直接、膜厚値記憶部２６を有する構成である。膜厚算出装置（測定装置側コンピュータ）３に実測波形（光学的測定データ）を送る光学系やＣＰＵ（演算処理部）２１の内容等は、図１に示した構成と実質的に同様であり、重複した説明を省略する。

３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第１の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムは、図２に示すデータフローダイアグラムと同様な内容にしたがって動作する。このため、基本的に図１に示した膜厚測定システムと等価な動作が可能で、図１に示した膜厚測定システムと等価な効果を奏することが可能である。即ち：
（イ）先ず、測定装置側コンピュータのＣＰＵ２１が、第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_Aを決定し、この膜厚値Ｔ_Aを、測定装置側コンピュータの膜厚値記憶部２６に、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に分類して、膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を記録する
（ロ）次に、第１の薄膜２ａの上部に、第２の薄膜２ｂを成膜した後、測定装置側コンピュータのＣＰＵ２１が、膜厚値記憶部２６から膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_Bを決定し、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として膜厚値記憶部２６へ登録する。

（ハ）更に、第２の薄膜２ｂの上部に、第３の薄膜２ｃを成膜した後、ＣＰＵ２１が、膜厚値記憶部２６から膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）及びＴ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、第３の薄膜２ｃの膜厚Ｔ_Cを決定し、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_C,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として膜厚値記憶部２６に登録する。

このように、第１の実施の形態の変形例に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）によれば、ＣＰＵ２１の各レシピと膜厚値記憶部２６との間で、図２に示すデータフローダイアグラムとほぼ同様に、膜厚データＴ_A,Lp,Wq,Sr，Ｔ_B,Lp,Wq,Sr，Ｔ_C,Lp,Wq,Srの格納/読み出しを行うことにより、多層の積層構造を測定する場合でも単層構造の膜厚を測定するのと同様の測定時間で済み、測定精度も単層構造の膜厚測定と同程度であり、測定コストも単層構造の膜厚測定と同程度に安価にすることができる。

（第２の実施の形態）
図１０に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る膜厚測定システムは、複数の膜厚測定装置６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・・・が、通信ネットワーク（ＬＡＮ）４を介して、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５に接続された構成である。即ち、スチームによる熱酸化、ドライ雰囲気における熱酸化、酸化膜ＣＶＤ、ＰＳＧ膜ＣＶＤ、ＢＰＳＧ膜ＣＶＤ、窒化膜ＣＶＤ、ポリシリコンＣＶＤ、各種メタルのスパッタリング若しくは真空蒸着等、各薄膜形成工程に応じたそれぞれの薄膜の膜厚のインライン検査を、それぞれ第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ，第３の膜厚測定装置６ｃ，・・・・・等の複数の膜厚測定装置とそれを統括し、制御する単一のＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５からなるシステム構成図である。

なお、図１０では、第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ，第３の膜厚測定装置６ｃ，・・・・・に、それぞれ測定装置側コンピュータが内蔵された場合で図示しているが、第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ，第３の膜厚測定装置６ｃ，・・・・・の光学系で測定した実測波形（光学的測定データ）を単一の測定装置側コンピュータの測定レシピを用いて膜厚を測定するシステムとしても良い。

第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ，第３の膜厚測定装置６ｃ，・・・・・は、すべて同一の測定方式の膜厚測定装置でも良く、一部に異なる測定方式の膜厚測定装置が含まれていてもかまわない。又、すべて異なる測定方式の膜厚測定装置で構成することも可能である。

図１２に示すように、第２の実施の形態に係る膜厚測定システムにおいては、第１の膜厚測定装置６ａ及び第２の膜厚測定装置６ｂは、第１の実施の形態と同様な光干渉式の膜厚測定装置で、第３の膜厚測定装置６ｃは、分光エリプソメータであるとして説明する。即ち、３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合、第１の薄膜２ａと第２の薄膜２ｂの測定は、光干渉式の膜厚測定装置で測定し、第３の薄膜２ｃの測定は、図１２に示す分光エリプソメータで測定する。

図１２に示すように、第３の膜厚測定装置６ｃとしての分光エリプソメータは、光源１１から入射光ｈν_iを光軸周りの所望の回転角（方位角）θの直線偏光に設定する回転機構付き偏光子（ポラライザー）１４と、基板１からの楕円偏光の反射光ｈν_rを、光軸周りの回転角を固定して透過させる検光子（アナライザー）１５を備える点が、図１に示す
光干渉式の膜厚測定装置とは異なる。Ｘｅランプ等の光源１１、検光子（アナライザー）１５を通過した光を分光する分光器１２や、分光された各波長毎の反射光強度を検出する光検出器１３は、図１に示す光干渉式の膜厚測定装置と基本的に同様であり、重複した説明を省略する。又、第２の実施の形態に係る測定装置側コンピュータ３の構成は、基本的に 第１の実施の形態に係る測定装置側コンピュータ３の構成と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１２に示すように、第３の膜厚測定装置（分光エリプソメータ）６ｃでは、光源１１から出た振動方向の全くでたらめな入射光ｈν_iが、偏光子（ポラライザー）１４を通過することで回転角（方位角）θの直線偏光に変わり、入射角φで試料表面に入射する。第２の実施の形態では、試料は、図１２に示すように、基板１上に、順に、第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ，第３の薄膜２ｃを堆積した試料であるが、このような構造に限定されるものではない。回転角（方位角）θは偏光子（ポラライザー）１４の設定角度で決まる。第３の膜厚測定装置（分光エリプソメータ）６ｃでは偏光子（ポラライザー）１４と検光子（アナライザー）１５は連動しているので、検光子（アナライザー）１５の角度入力で自動的に設定される。一方、直線偏光の入射光ｈν_iは試料で反射され、強度変化と位相変化が起こり楕円偏光になる。この楕円偏光の反射光ｈν_rは、検光子（アナライザー）１５を通過して分光器１２で分光される。検光子（アナライザー）１５は、偏光子（ポラライザー）１４が１回転する間の透過強度とエリプソパラメーターのΨ、Δを検出し、この値を使って図１３（ａ）に示すようなtanΨ、図１３（ｂ）に示すようなcosΔのデータを作る。

図１３（ａ）の横軸は波長λで、縦軸は、反射光ｈν_rのＰ偏光の強度ｒ_pとＳ偏光の強度ｒ_s の比をtanΨで示している。即ち、tanΨは次のような式で表される。

tanΨ ＝ｒ_p／ｒ_s ・・・・・（１）
図１３（ｂ）の横軸は、波長λで縦軸は、反射光ｈν_rのＰ偏光とＳ偏光の位相差をcosΔで示している。cosΔは次のような式で表される。

cosΔ＝（１／tanΨ）・Ｍ₁・Ｍ₂ ・・・・・（２）
ここで、Ｍ₁は、１行目を（cosθ，sinθ）、２行目を（sinθ，cosθ）とする２×２のマトリクスで、偏光子（ポラライザー）１４の回転のパラメータを示す。Ｍ₂は、１行目を（ｒ_p，０）、２行目を（０，ｒ_s ）とする２×２のマトリクスで、試料の反射係数を示す。

入射光ｈν_iと反射光ｈν_rの偏光変化量（Ψ，Δ）が膜厚と光学定数の積に比例するのでｒ、膜厚を算出することが可能になる。

なお、第３の膜厚測定装置（分光エリプソメータ）６ｃの光学系は、入射光ｈν_iを光軸周りの所望の回転角の直線偏光に設定する偏光子（ポラライザー）１４と、反射光ｈν_rを、光軸周りの回転角を固定して透過させる検光子（アナライザー）１５との組み合わせでも、入射光ｈν_iを光軸周りの回転角を固定して直線偏光に設定する偏光子（ポラライザー）１４と、反射光ｈν_rを、光軸周りの所望の回転角の直線偏光に設定して透過させる検光子（アナライザー）１５との組み合わせでも構わない。

図１１は、３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第２の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。第１の薄膜２ａと第２の薄膜２ｂの測定は、図６及び図７のフローチャートの説明と同様であるが、第３の薄膜２ｃの測定は、図１４に示すフローチャートのような手順になる。以下に、第２の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）を説明する：
（イ）先ず、基板１上に第１の薄膜２ａを成膜し、第１の膜厚測定装置６ａで、第１の実施の形態と同様に、反射光ｈν_rを分光器で分光し、光検出器で検出した光強度を波形記憶部に実測波形（光学的測定データ）として記録する。第１の膜厚測定装置６ａに内蔵された測定装置側コンピュータ（図示省略：図１参照。）の理論波形算出モジュールにより、理論波形を複数個計算する。この理論波形の計算は、測定装置側コンピュータの測定レシピ記憶部の第１測定レシピに登録された第１の薄膜２ａの膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）で複数個計算する。そして、理論波形の中で波形記憶部に格納された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Aを、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に決定し、図１１に示すように、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、この膜厚値Ｔ_Aを格納する（図１２参照。）。

（ロ）次に、第１の薄膜２ａの上部に、第２の薄膜２ｂを成膜し、第２の膜厚測定装置６ｂを用い、第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_Bを決定する。この際、図１１に示すように、第２の膜厚測定装置６ｂに内蔵された測定装置側コンピュータ（図示省略：図１参照。）は、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に記録された下地の膜厚Ｔ_Aを読み出して、理論波形算出モジュールで、第２の薄膜２ｂの膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）を用い、理論波形を複数個計算し、膜厚Ｔ_Bを決定する。そして、図１１に示すように、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、この膜厚Ｔ_Bを格納する。

（ハ）更に、第２の薄膜２ｂの上に、第３の薄膜２ｃを成膜する。ステップＳ２０１において、図１２の光源１１から入射光ｈν_iを光軸周りの回転角θ１に設定した回転機構付き偏光子１４を介して、第３の薄膜２ｃが成膜された基板１に照射する。回転角θ１に設定した入射光ｈν_iの基板１への入射光ｈν_iの照射箇所（サイト）は、第１の薄膜２ａの照射箇所（サイト）及び第２の薄膜２ｂの照射箇所（サイト）と対応させ、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に整理して、同一箇所に照射する。ステップＳ２０２において、基板１から反射光ｈν_rを、光軸周りの回転角を固定した検光子１５を介して、分光器１２で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。光検出器１３で検出した回転角θ１に対応する光強度Ｉ１を波形記憶部２４に、図１３に示すような実測波形（光学的測定データ）として記録する。同様に、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２の処理を、偏光子１４の回転角θ２，θ３，・・・・・，θξに対して行い、第３の薄膜２ｃが成膜された試料からの各波長毎の対応する反射光強度Ｉ２，Ｉ３，・・・・・，Ｉξを、波形記憶部２４に実測波形（光学的測定データ）として記録する。この一連の処理を、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に行う。偏光子１４の各回転角θ１，θ２，θ３，・・・・・，θξにおいて、光検出器１３で検出した反射光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，・・・・・，Ｉξから各波長毎のtanΨ及びcosΔを算出し、波形記憶部２４に、図１３と同様な実測波形（光学的測定データ）として記録する。

（ニ）ステップＳ２０５において、膜厚値記憶部２６に記録された下地の膜厚データ即ち、ロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）及び第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、理論波形算出モジュール２２ｃは、このステップＳ２０５において、第３測定レシピに登録された測定対象の第３の薄膜２ｃの膜厚範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）を用い、理論波形を複数個計算する。

（ホ）ステップＳ２０６において、ステップＳ２０５で算出した理論波形の中で波形記憶部２４に記憶された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Cを、ロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に決定する。そして、図１１に示すように、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値を測定したそれぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_C,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として登録する。

このように、第２の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）によれば、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５と、第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ，第３の膜厚測定装置６ｃ，・・・・・のそれぞれ測定装置側コンピュータ間での膜厚データの格納/読み出しを図１１に示すように行い、積層構造を測定する場合でも単層構造の膜厚を測定するのと同様の測定時間で、単層構造の膜厚を測定するのと同様の精度で実現出来、検査コストも単層構造の膜厚を測定するのと同様である。

通信ネットワーク（ＬＡＮ）４は、半導体装置の製造工程に対応して、複数の膜厚測定装置が接続される。図１５は、そのような変形例に係る一例を示す。即ち、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムは、複数の膜厚測定装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，・・・・・が、通信ネットワーク（ＬＡＮ）４を介して、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５に接続された構成である。

図１５に示すように、第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムにおいては、第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ及び第３の膜厚測定装置６ｃの他に、第４の薄膜２ｄの膜厚を測定する第４の膜厚測定装置６ｄを備えている。第２の実施の形態の変形例において、第４の膜厚測定装置６ｄは、光音響式膜厚測定装置である。即ち、上記で説明した３層の積層構造の上に更に４層目として金属膜２ｄが堆積された場合の金属膜２ｄの膜厚を測定可能である。第１の膜厚測定装置６ａ，第２の膜厚測定装置６ｂ及び第３の膜厚測定装置６ｃは、光干渉式の膜厚測定装置でも分光エリプソメータでも、更に他の方式の膜厚測定装置でもかまわない。

図１５に示すように、第４の膜厚測定装置６ｄとしての光音響式膜厚測定装置は、第４の薄膜（金属膜）２ｄが成膜された試料の表面に入射光（プローブ光）ｈν_iを照射するプローブレーザ５１と、プローブレーザ５１からの入射光（プローブ光）ｈν_iが照射された位置に重ねてパルス状の入射光（励起光）ｈν_pを照射する励起レーザ５２を備えている点が、図１に示す光干渉式の膜厚測定装置とは異なる。更に、第４の薄膜（金属膜）２ｄが成膜された試料の表面からの反射光ｈν_rを検出出来るように、光検出器１３が配置されているが、第２の実施の形態の変形例に係る測定装置側コンピュータ３の構成は、基本的に、第１の実施の形態に係る測定装置側コンピュータ３の構成と同様であるので、重複した説明は省略する。

図１８は、３層の積層構造の上に更に４層目として金属膜２ｄが堆積された場合の膜厚測定をインライン検査する場合の第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。第１の薄膜２ａ、第２の薄膜２ｂ及び第３の薄膜２ｃの測定は図１１に示したデータフローダイアグラムと同様である。ここでは、第４の薄膜２ｄの測定についてのみ、図１７に示すフローチャートを用いて説明し、重複した説明を省略する。即ち、第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）の第４の薄膜２ｄの測定は、以下のように実施する：
（ａ）更に、第３の薄膜２ｃの上に、第４の薄膜２ｄとして金属膜をスパッタリング法若しくは真空蒸着法等で成膜する。ステップＳ３０１において、図１５のプローブレーザ５１からの入射光（プローブ光）ｈν_iを、第４の薄膜（金属膜）２ｄが成膜された試料に照射する。照射箇所（サイト）は、第１の薄膜２ａ〜第３の薄膜２ｃの照射箇所（サイト）と対応させ、それぞれのロット、そのロット内ウェーハ、そのウェーハ内サイト毎に整理して、同一箇所に照射する。そして、それぞれの照射箇所（サイト）からの反射光ｈν_rを、光検出器１３で検出出来るように設定し、且つ波形記憶部２４に、実測波形（光学的測定データ）として記録可能なように設定する。

（ｂ）この状態で、ステップＳ３０２において、励起レーザ５２からの入射光（励起光）ｈν_pを、第４の薄膜（金属膜）２ｄのプローブレーザ５１からの入射光（プローブ光）ｈν_iが照射された位置に重ねて照射する。励起レーザ５２からのパルス状の入射光（励起光）ｈν_pは、第４の薄膜（金属膜）２ｄを加熱し、音響を発生させる。パルス状の入射光（励起光）ｈν_pが、照射されてから所定の時間内におけるプローブレーザ５１からの入射光（プローブ光）ｈν_iに対する反射光ｈν_rは、図１６に示す減衰波形を示す。したがって、図１６に示すような反射光ｈν_rの強度の時間変化を、波形記憶部２４に、実測波形（光学的測定データ）として記録する。

（ｃ）ステップＳ３０３において、膜厚値記憶部２６に記録された下地の膜厚データ即ち、ロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ），第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）及び第３の薄膜２ｃの膜厚Ｔ_C,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、理論波形算出モジュール２２ｃは、このステップＳ３０３において、第４測定レシピに登録された測定対象の第４の薄膜（金属膜）２ｄの膜厚範囲（ｔ_M〜ｔ_M＋Δｔ_M）を用い、理論波形を複数個計算する。

（ｄ）ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３で算出した理論波形の中で波形記憶部２４に記憶された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Dを、ロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に決定する。そして、図１８に示すように、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値を測定したそれぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_D,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）として登録する。

（第３の実施の形態）
図１９は、３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の本発明の第３の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。図１９に示すように、第３の実施の形態に係る膜厚測定システムは、第１及び第２の実施の形態の組み合わせのシステムに相当する。即ち、第３の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）においては、第１の薄膜２ａ及び第２の薄膜２ｂの成膜までは第１の膜厚測定装置６ｐが実測波形（光学的測定データ）を取得し、これを第１の膜厚測定装置６ｐの測定装置側コンピュータで処理して測定値を算出する。一方、第３の薄膜２ｃは第２の膜厚測定装置６ｑが実測波形（光学的測定データ）を取得し、これを第２の膜厚測定装置６ｑの測定装置側コンピュータ処理して測定値を算出する。即ち：
（イ）先ず、第１の膜厚測定装置６ｐが第１の薄膜２ａの膜厚Ｔ_Aを決定し、この膜厚値Ｔ_Aを、図１９に示すように、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に分類して、膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を記録する
（ロ）次に、第１の薄膜２ａの上部に、第２の薄膜２ｂを成膜した後、図１９に示すように、第１の膜厚測定装置６ｐが、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６から膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、第２の薄膜２ｂの膜厚Ｔ_Bを決定し、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）としてＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に登録する。

（ハ）更に、第２の薄膜２ｂの上部に、第３の薄膜２ｃを成膜した後、図１９に示すように、第２の膜厚測定装置６ｑが、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６から膜厚値Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）及びＴ_B,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋを読み出す。そして、第３の薄膜２ｃの膜厚Ｔ_Cを決定し、それぞれのロット毎、ウェーハ毎、サイト毎の膜厚値Ｔ_C,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）としてＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に登録する。

このように、本発明の第３の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）によれば、第１の膜厚測定装置６ｐ及び第２の膜厚測定装置６ｑの測定装置側コンピュータの各レシピとＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５間で、図１９に示すように、膜厚データＴ_A,Lp,Wq,Sr，Ｔ_B,Lp,Wq,Sr，Ｔ_C,Lp,Wq,Srの格納/読み出しを行うことにより、多層の積層構造を測定する場合でも単層構造の膜厚を測定するのと同様の測定時間で済み、測定精度も単層構造の膜厚測定と同程度であり、測定コストも単層構造の膜厚測定と同程度に安価にするこおとができる。

（膜厚測定プログラム）
図６〜図８、或いは図１４又は図１７に示した一連の膜厚測定の操作は、図６〜図８、或いは図１４又は図１７と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図１、図９，図１０，図１２，図１５等に示した膜厚測定システムを制御して実行出来る。このプログラムは、本発明の膜厚測定システムを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させれば良い。又、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を膜厚測定システムのプログラム記憶装置に読み込ませることにより、本発明の一連の膜厚測定の操作を実行することができる。ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのプログラムを記録することができるような媒体などを意味する。具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどが「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。

例えば、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の本体は、フレキシブルディスク装置（フレキシブルディスクドライブ）及び光ディスク装置（光ディスクドライブ）を内蔵若しくは外部接続するように構成出来る。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、又光ディスクドライブに対してはＣＤ−ＲＯＭをその挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納されたプログラムを膜厚測定システムを構成するプログラム記憶装置にインストールすることができる。又、所定のドライブ装置を接続することにより、例えばゲームパック等に利用されているメモリ装置としてのＲＯＭや、磁気テープ装置としてのカセットテープを用いることもできる。更に、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、このプログラムをプログラム記憶装置に格納することが可能である。

（半導体装置の製造方法）
ここでは、ＣＭＯＳ構造の半導体集積回路を例に、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。

（イ）先ず、半導体基板１として、２〜３Ωｃｍ程度の（１００）面を主表面とするｎ型シリコンウェハを用意する。この半導体基板１の主表面に１５０ｎｍ程度の熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成後,フォトレジスト膜を塗布し、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングしてｐウェル形成領域を開口する。次に、ｐウェル形成領域に熱酸化膜を通して１０^１２〜１０^１３ｃｍ^−２程度のドーズ量でボロン（Ｂ）をイオン注入する。次に、熱酸化膜のウェル形成領域の部分をエッチング除去する。又、フォトレジスト膜も除去し、所定の清浄化工程を終えてから、約１２００℃でイオン注入されたボロンを熱拡散してｐウェルを形成する。

（ロ）次に、半導体基板１の主表面の熱酸化膜をすべて除去（剥離）してから、再び膜厚１００ｎｍ程度の熱酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を半導体基板１の主表面に形成する。その後、ＣＶＤ法を用いて膜厚２００ｎｍ程度の窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）を成長させる。この窒化膜の上にフォトリソグラフィー技術によりパターニングされたフォトレジスト膜を形成し、これをマスクに反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、素子分離形成領域の窒化膜を除去する。更に、引き続き半導体基板１の主表面の一部を、例えば０．３μｍ〜１．０μｍ程度ッチングし、素子分離溝を形成する。この工程により素子形成領域と素子分離領域が区画される。この時点で素子形成領域は窒化膜によって被覆されている。その後、窒化膜のパターニングに用いた、フォトレジスト膜を除去する。この素子分離溝の底部に、反転層防止不純物をチャネルストップイオン注入する。更に、素子分離溝にＣＶＤ法で酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を埋め込む。この後、窒化膜をストッパとして化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、半導体基板１の主表面を平坦化する。

（ハ）次に、窒化膜を除去してから素子形成領域に膜厚が数１０ｎｍのダミー酸化膜を形成する。次に、ゲートしきい値電圧制御（Ｖ_ｔｈ制御）イオン注入を行う。この際、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト膜で被覆してからｐＭＯＳのゲートしきい値電圧制御用の不純物、ｎＭＯＳのゲートしきい値電圧制御用用の不純物を、それぞれ選択的にイオン注入する。その後、Ｖ_ｔｈ制御イオン注入イオン注入時の保護膜として使用されたダミー酸化膜を剥離し、熱酸化を行ってゲート酸化膜を形成する。この熱酸化が、例えば、図６のステップＳ１０１に対応する。

（ニ）したがって、図６のステップＳ１０２において、図１の光源１１から白色の入射光ｈν_iを第１の薄膜２ａが成膜された半導体基板１に照射し、ステップＳ１０３において、半導体基板１から反射光ｈν_rを、分光器１２で分光し、更に、この分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。そして、ステップＳ１０４において、光検出器１３で検出した光強度を測定装置側コンピュータ３の波形記憶部２４に実測波形（光学的測定データ）として記録する。そして、ステップＳ１０５において、測定装置側コンピュータ３のＣＰＵ２１に内蔵された理論波形算出モジュール２２により、理論波形を複数個計算する。この理論波形の計算は、測定装置側コンピュータ３の測定レシピ記憶部２５の第１測定レシピに登録された第１の薄膜２ａの膜厚範囲（ｔ_A〜ｔ_A＋Δｔ_A）で複数個計算する。そして、ステップＳ１０６において、得られた理論波形の中で波形記憶部２４に格納された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Aを決定する。ステップＳ１０７において、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５の膜厚値記憶部２６に、この膜厚値Ｔ_Aを記録する。

（ホ）次に、図７のステップＳ１１１において、ＣＶＤ炉を用い、ゲート酸化膜（第１の薄膜）２ａの上部に、第２の薄膜２ｂとして、ポリシリコン膜を成膜する。その後、ステップＳ１１２において、白色の入射光ｈν_iをポリシリコン膜（第２の薄膜）２ｂが成膜された半導体基板１に照射する。ステップＳ１１３で、半導体基板１からの反射光ｈν_rを分光器１２で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。その後、ステップＳ１１４において、光検出器１３で検出した光強度を波形記憶部２４に実測波形（光学的測定データ）として記録する。そして、ステップＳ１１５において、ＣＩＭサーバ５の膜厚値記憶部２６に記録された下地（ゲート酸化膜）の膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr（ｐ＝１〜ｍ；ｑ＝１〜ｎ；ｒ＝１〜ｋ）を読み出す。そして、ステップＳ１１６において、理論波形算出モジュール２２は、測定レシピ記憶部２５の第２測定レシピに登録されたポリシリコン膜（第２の薄膜）２ｂの膜厚範囲（ｔ_B〜ｔ_B＋Δｔ_B）を用い、理論波形を複数個計算する。その後、ステップＳ１１７において、理論波形の中でポリシリコン膜（第２の薄膜）２ｂの実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Bを対応するロット毎、ウェーハ毎、サイト毎に決定する。そして、ステップＳ１１８において、ＣＩＭサーバ５の膜厚値記憶部２６に、膜厚Ｔ_Bを登録する。即ち、膜厚値記憶部２６には、図３（ｂ）に示すように、それぞれのロット毎、ウェーハ毎に整理して、膜厚値が記録される。

（ヘ）フォトリソグラフィー技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をポリシリコン膜上に形成する。そして、このフォトレジスト膜をマスクとして、ＲＩＥなどによりポリシリコン膜をエッチングして、ゲート電極及びポリシリコン配線を形成する。その後、フォトレジスト膜を除去する。次に、半導体基板１にソース／ドレイン領域を形成する。先ず、フォトリソグラフィー技術を用いて、ｐウェルとその上のゲート電極などの上を、新たなフォトレジスト膜で被覆する。そして、ポリシリコンゲート電極をマスクとして、自己整合的に、ボロン（Ｂ）をドーズ量１０^１５ｃｍ^−２のオーダーでイオン注入する。この時、ポリシリコンゲート電極にもボロン（Ｂ）がイオン注入される。ついでフォトレジスト膜を除去してから、フォトリソグラフィー技術を用いて、ｐウェル以外の領域上に他のフォトレジスト膜を被覆する。そして、ポリシリコンゲート電極をマスクとして、自己整合的に、砒素（Ａｓ）を１０^１５ｃｍ^−２のオーダーでイオン注入する。この時、ポリシリコンゲート電極にも砒素（Ａｓ）がイオン注入される。その後、フォトレジスト膜を除去する。次に、半導体基板１を加熱処理し、不純物が拡散し、ｐ型ソース／ドレイン領域及びｐウェルにｎ型ソース／ドレイン領域が形成される。この時、ポリシリコンゲート電極に注入されたボロン（Ｂ）及び砒素（Ａｓ）も活性化されるので、ｐＭＯＳＦＥＴ側及びｎＭＯＳＦＥＴ側の両方のポリシリコンゲート電極が低抵抗化する。

（ト）次に、トランジスタ間を接続する第１層金属配線とゲート電極を形成するポリシリコン膜間の絶縁のため、第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃをＣＶＤ法で堆積させる。この第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃを堆積は、図８のステップＳ１２１に対応する。したがって、その後、ステップＳ１２２において、白色の入射光ｈν_iを第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃが成膜された基板１に照射し、ステップＳ１２３において、反射光ｈν_rを分光器１２で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。ステップＳ１２４において、光検出器１３で検出した光強度を波形記憶部２４に実測波形（光学的測定データ）として記録する。更に、ステップＳ１２５において、膜厚値記憶部２６に記録された第１の薄膜（ゲート酸化膜）２ａの膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr及び第２の薄膜（ポリシリコン膜）２ｂの膜厚Ｔ_B,Lp,Wq,Srを読み出す。そして、理論波形算出モジュール２２は、ステップＳ１２６において、第３測定レシピに登録された第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃの膜厚範囲（ｔ_C〜ｔ_C＋Δｔ_C）を用い、理論波形を複数個計算する。続いて、ステップＳ１２７において、ステップＳ１２６で算出した理論波形の中で波形記憶部２４に記憶された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚Ｔ_Cを決定する。そして、ステップＳ１２８において、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値Ｔ_Cを膜厚値Ｔ_C,Lp,Wq,Srとして登録する。

（チ）次に、第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃの上に、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされたフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにＲＩＥを行って、第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃ中に、ｐ型ソース／ドレイン領域及びｐウェルにｎ型ソース／ドレイン領域に到達するコンタクトホールを開口する。更に、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされた新たなフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにＲＩＥを行って、第１層金属配線用の溝（ダマシン溝）を形成する。コンタクトホールの内部と溝（ダマシン溝）の内部に銅（Ｃｕ）を鍍金で充填する。そして、ＣＭＰ法により、第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃの表面を平坦化し、コンタクトホールの内部と溝（ダマシン溝）の内部に銅（Ｃｕ）を埋め込む。

（リ）次に、トランジスタ間を接続する第２層金属配線と第１層金属配線間の絶縁のため、第４の薄膜（第２層間絶縁膜）をＣＶＤ法で堆積させる。その後、白色の入射光ｈν_iを第４の薄膜（第２層間絶縁膜）が成膜された基板１に照射し、反射光ｈν_rを分光器１２で分光し、分光された各波長毎の反射光強度を光検出器１３で検出する。光検出器１３で検出した光強度を波形記憶部２４に実測波形（光学的測定データ）として記録する。更に、膜厚値記憶部２６に記録された第１の薄膜（ゲート酸化膜）２ａの膜厚Ｔ_A,Lp,Wq,Sr、第２の薄膜（ポリシリコン膜）２ｂの膜厚Ｔ_B,Lp,Wq,Sr及び第３の薄膜（第１層間絶縁膜）２ｃの膜厚Ｔ_C,Lp,Wq,Srを読み出す。そして、理論波形算出モジュール２２は、第４測定レシピに登録された第４の薄膜（第２層間絶縁膜）の膜厚範囲を用い、理論波形を複数個計算する。続いて、理論波形の中で波形記憶部２４に記憶された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚を決定する。そして、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値を登録する。

（ヌ）次に、第４の薄膜（第２層間絶縁膜）の上に、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされたフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにＲＩＥを行って、第４の薄膜（第２層間絶縁膜）中に、第１層金属配線に到達するコンタクトホールを開口する。更に、フォトリソグラフィー技術によりパターニングされた新たなフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにＲＩＥを行って、第２層金属配線用の溝（ダマシン溝）を形成する。コンタクトホールの内部と溝（ダマシン溝）の内部に銅（Ｃｕ）を鍍金で充填する。そして、ＣＭＰ法により、第４の薄膜（第２層間絶縁膜）の表面を平坦化し、コンタクトホールの内部と溝（ダマシン溝）の内部に銅（Ｃｕ）を埋め込む。

（リ）次に、トランジスタ間を接続する第３層金属配線と第２層金属配線間の絶縁のため、第５の薄膜（第３層間絶縁膜）をＣＶＤ法で堆積させる。その後、第１の薄膜〜第４の薄膜の膜厚決定と同様に、第１の薄膜〜第４の薄膜の膜厚値を膜厚値記憶部２６から読み出し、第５測定レシピに登録された第５の薄膜（第３層間絶縁膜）の膜厚範囲を用い、理論波形を複数個計算する。続いて、理論波形の中で波形記憶部２４に記憶された実測波形（光学的測定データ）に近い曲線の膜厚を決定する。そして、膜厚値記憶部２６に、この膜厚値を登録する。以後同様に、第６の薄膜（第４層間絶縁膜）〜例えば第９の薄膜（第８層間絶縁膜）まで、インライン検査を介しながら、必要な多層配線をすることにより、本発明の実施の形態に係る半導体装置が完成する。最上層には、機械的損傷防止と、水分や不純物の浸入の防止を目的とした膜厚１μｍ程度のパッシベーション膜が最上層の金属配線の上にＣＶＤ法により積層される。パッシベーション膜にはＰＳＧ膜や窒化膜などが利用される。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、多層配線を構成している積層構造の最上層を測定する場合でも、従来技術のように、その下層の膜厚まで同時に測定する必要はない。即ち、第ｊの薄膜成膜後の第ｊの薄膜／第（ｊ−１）の薄膜／第（ｊ−２）の薄膜／・・・・・・／第２の薄膜／第１の薄膜／基板１からなるｊ層構造の膜厚測定場合、本当に測定したい第ｊの薄膜の膜厚範囲の他の膜厚データ、即ち、その下地の第（ｊ−１）の薄膜〜第１の薄膜の膜厚膜厚は、既に測定されている第（ｊ−１）の薄膜〜第１の薄膜の膜厚の薄膜成膜時のインライン検査値をＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）５から測定レシピに読み出しするため、ｊ層の膜厚構成でも測定するのは最上層の１層である。したがって，第１の薄膜/基板１のような単層構造の薄膜の膜厚で理論波形を計算し、１層の膜厚を測定する場合と、測定時間、測定精度とも同等になる。最近のＬＳＩでは、１０層〜１３層以上の多層構造もかなり一般的であり、これらの層数の多い多層構造において、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、顕著なインライン検査時間の短縮効果と、それに伴う半導体装置の製造時間の短縮化が得られる。

又、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、各工程の各膜を成膜する段階で、インライン検査専用の余分な基板を追加投入する必要もないので、製造コストの上昇も抑制出来る。特に、層数の多い多層構造において、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、顕著な製造コストの抑制効果を実現出来る。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求）に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る膜厚測定システムの概略を膜厚測定装置を主眼に説明する模式図である。 ３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第１の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。 第１の実施の形態に係る膜厚測定システムにおいて、ＣＩＭサーバ（膜厚測定中央制御サーバ）の膜厚値記憶部に格納される各層の膜厚データのデータ構造の詳細を説明する図である。 測定箇所（サイト）毎に分類されたＣＩＭサーバの膜厚値記憶部に格納される膜厚データのデータ構造の詳細を説明する図である。 第１の実施の形態に係る膜厚測定システムにおいて、測定装置側コンピュータの波形記憶部に格納される各層の実測波形（光学的測定データ）の例を示す図である。 第１の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）を説明するフローチャートである（その１）。 第１の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）を説明するフローチャートである（その２）。 第１の実施の形態に係る膜厚測定方法（インライン検査方法）を説明するフローチャートである（その３）。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムの概略を膜厚測定装置を主眼に説明する模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る膜厚測定システムの概略を通信ネットワークとの接続関係を主眼に説明する模式図である。 ３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第２の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。 本発明の第２の実施の形態に係る膜厚測定システムの概略を第３の膜厚測定装置を主眼に説明する模式図である。 図１３（ａ）は、第２の実施の形態に係る第３の膜厚測定装置（分光エリプソメータ）で測定される反射光のＰ偏光の強度とＳ偏光の強度の比、図１３（ｂ）は、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を示す図である。 第２の実施の形態に係る第３の膜厚測定装置（分光エリプソメータ）の測定の手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムの概略を第４の膜厚測定装置を主眼に説明する模式図である。 第２の実施の形態の変形例に係る第４の膜厚測定装置（光音響式膜厚測定装置）における反射光強度の時間変化を示す図である。 第２の実施の形態の変形例に係る第４の膜厚測定装置（光音響式膜厚測定装置）の測定の手順を説明するフローチャートである。 ４層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第２の実施の形態の変形例に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。 ３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の第３の実施の形態に係る膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。 従来の膜厚測定方法を説明するフローチャートである（その１）。 従来の膜厚測定方法を説明するフローチャートである（その２）。 従来の膜厚測定方法を説明するフローチャートである（その３）。 ３層の積層構造の膜厚測定をインライン検査する場合の、従来の膜厚測定システムの動作を説明するデータフローダイアグラムである。

符号の説明

１…基板
２ａ…第１の薄膜
２ｂ…第２の薄膜
２ｃ…第３の薄膜
２ｄ…第４の薄膜（金属膜）
３…測定装置側コンピュータ
６…膜厚測定装置
６ａ，６ｐ…第１の膜厚測定装置
６ｂ，６ｑ…第２の膜厚測定装置
６ｃ…第３の膜厚測定装置
６ｄ…第４の膜厚測定装置
９…管理サーバ
１１…光源
１２…分光器
１３…光検出器
１４…偏光子
１５…検光子
２１…ＣＰＵ
２２，２２ｃ…理論波形算出モジュール
２３…膜厚決定モジュール
２４…波形記憶部
２５…測定レシピ記憶部
２６…膜厚値記憶部
２７…入出力インターフェイス
２８…入力装置
２９…出力装置
２９…又出力装置
５１…プローブレーザ
５２…励起レーザ
ｈνi…入射光
ｈνp…入射光（励起光）
ｈνr…反射光

Claims (16)

1. 光学的測定データと対応する理論曲線とを比較して、膜厚を決定する膜厚測定方法であって、
   多層構造の積層の順に、各層からの光学的測定データを順次取得し、各層の膜厚を前記比較により順次決定し、各層の膜厚データを順次蓄積する一連の段階と、
   該一連の段階により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜の光学的測定データを取得する段階と、
   測定レシピに前記順次蓄積された各層の膜厚データを読み出す段階と、
   前記測定レシピを用いて、前記新たな薄膜の理論曲線を算出する段階と、
   前記新たな薄膜の光学的測定データと前記新たな薄膜の理論曲線とを比較し、前記新たな薄膜の膜厚を決定する段階
   とを含むことを特徴とする膜厚測定方法。
2. 前記新たな薄膜の理論曲線を算出する段階は、前記新たな薄膜の膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出し、
   前記新たな薄膜の膜厚を決定する段階は、前記複数の理論曲線中から、前記新たな薄膜の光学的測定データに最も近い理論曲線を検索し、該最も近い理論曲線の基礎となった数値を、前記新たな薄膜の膜厚と決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
3. 前記光学的測定データは、前記積層構造の表面に入射光を照射し、該入射光に依拠した反射光の強度と、前記入射光の波長との関係であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜厚測定方法。
4. 前記光学的測定データは、前記積層構造の表面に入射する入射光及び該入射光に依拠した反射光の偏光の変化量と前記入射光の波長との関係であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜厚測定方法。
5. 多層構造の積層の順に、各層の膜厚データを順次蓄積する膜厚値記憶部を有するＣＩＭサーバと、該ＣＩＭサーバと通信ネットワークを介して互い情報を交換可能な膜厚測定装置とを含む膜厚測定システムであって、前記膜厚測定装置は、
   前記多層構造の表面から光学的測定データを取得する光学系と、
   該光学系により、取得された光学的測定データを格納する波形記憶部と、
   前記多層構造の各層の測定レシピを格納した測定レシピ記憶部と、
   膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜を測定する測定レシピに、前記膜厚測定装置から各層の膜厚データを読み出し、該測定レシピを用いて、前記新たな薄膜の理論曲線を算出する理論波形算出モジュールと、
   前記新たな薄膜の光学的測定データと前記新たな薄膜の理論曲線とを比較し、前記新たな薄膜の膜厚を決定する膜厚決定モジュール
   とを備えることを特徴とする膜厚測定システム。
6. 前記通信ネットワークに複数の前記膜厚測定装置が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定システム。
7. 前記通信ネットワークに複数の前記光学系が接続され、
   前記波形記憶部、前記測定レシピ記憶部、前記理論波形算出モジュール及び前記膜厚決定モジュールは、複数の前記光学系に共通であることを特徴とする請求項５に記載の膜厚測定システム。
8. 前記理論波形算出モジュールは、前記新たな薄膜の膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出し、
   前記膜厚決定モジュールは、前記複数の理論曲線中から、前記新たな薄膜の光学的測定データに最も近い理論曲線を検索し、該最も近い理論曲線の基礎となった数値を、前記新たな薄膜の膜厚と決定する
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の膜厚測定システム。
9. 前記光学系は、前記積層構造の表面に入射光を照射する光源と、該入射光に依拠した反射光の強度を測定する光検出器とを備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項記載の膜厚測定システム。
10. 前記光学系は、前記反射光を分光する分光器を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の膜厚測定システム。
11. 前記光学系は、前記入射光を光軸周りの所望の回転角の直線偏光に設定する偏光子と、前記反射光を、光軸周りの回転角を固定して透過させる検光子を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の膜厚測定システム。
12. 前記光学系は、前記入射光を光軸周りの回転角を固定して直線偏光に設定する偏光子と、前記反射光を、光軸周りの所望の回転角の直線偏光に設定して透過させる検光子を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の膜厚測定システム。
13. 光学的測定データと対応する理論曲線とを比較して、膜厚を決定する膜厚測定方法をインライン検査として用い、多層配線構造を構成する半導体装置の製造方法であって、
    前記多層配線構造を構成する複数の薄膜を積層する段階と、
    該複数の薄膜を積層する順に、各層からの光学的測定データを順次取得し、各層の膜厚を前記比較により順次決定し、各層の膜厚データを順次蓄積する一連の段階と、
    該一連の段階により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に新たな薄膜を堆積する段階と、
    該新たな薄膜の光学的測定データを取得する段階と、
    測定レシピに前記順次蓄積された各層の膜厚データを読み出す段階と、
    前記測定レシピを用いて、前記新たな薄膜の理論曲線を算出する段階と、
    前記新たな薄膜の光学的測定データと前記新たな薄膜の理論曲線とを比較し、前記新たな薄膜の膜厚を決定する段階
    とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 前記新たな薄膜の理論曲線を算出する段階は、前記新たな薄膜の膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力し、複数の理論曲線を算出し、
    前記新たな薄膜の膜厚を決定する段階は、前記複数の理論曲線中から、前記新たな薄膜の光学的測定データに最も近い理論曲線を検索し、該最も近い理論曲線の基礎となった数値を、前記新たな薄膜の膜厚と決定する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
15. 多層構造の積層の順に、各層の膜厚データを順次蓄積する膜厚値記憶部を有するＣＩＭサーバと、該ＣＩＭサーバと通信ネットワークを介して互い情報を交換可能な膜厚測定装置とを含む膜厚測定システムを制御するプログラムであって、
    多層構造の積層の順に、各層からの光学的測定データを順次取得させ、各層の膜厚を前記比較により順次決定させ、各層の膜厚データを順次蓄積させる一連の命令と、
    該一連の命令により、それぞれの膜厚データが既に順次蓄積された積層構造の上に、更に堆積された新たな薄膜の光学的測定データを取得させる命令と、
    測定レシピに前記順次蓄積された各層の膜厚データを読み出させる命令と、
    前記測定レシピを用いて、前記新たな薄膜の理論曲線を算出させる命令と、
    前記新たな薄膜の光学的測定データと前記新たな薄膜の理論曲線とを比較させ、前記新たな薄膜の膜厚を決定させる命令
    とを含むことを特徴とする膜厚測定システム制御プログラム。
16. 前記新たな薄膜の理論曲線を算出させる命令は、前記新たな薄膜の膜厚の候補となる範囲の複数の数値を変数として入力させ、複数の理論曲線を算出させ、
    前記新たな薄膜の膜厚を決定させる命令は、前記複数の理論曲線中から、前記新たな薄膜の光学的測定データに最も近い理論曲線を検索させ、該最も近い理論曲線の基礎となった数値を、前記新たな薄膜の膜厚と決定させる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の膜厚測定システム制御プログラム。

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