JP2010050276A - 基板処理装置及び光学定数算出方法並びにその方法を実行するプログラムを記憶した記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上の積層膜構造における各膜の光学定数を算出する際に，各光学定数の算出精度を向上させる。
【解決手段】基板上に形成された積層膜構造における各膜の光学定数を算出する光学定数算出方法であって，各膜をそれぞれ下から順に対象膜とし，その対象膜の光学定数を既に算出された下層膜の光学定数を用いて算出することによって，各膜の光学定数を順次算出する基本ステップと，基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，再フィッティング処理によって下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップとを有する。これにより，下層膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができ，光学定数の算出精度を向上させることができる。
【選択図】 図１２

Description

本発明は，基板処理装置及び光学定数算出方法並びにその方法を実行するプログラムを記憶した記録媒体に関する。

近年における半導体デバイスの更なる小型化の要請に伴って半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する）の表面に形成される回路パターンをより微細に形成する必要が生じてきている。このような微細な回路パターンを形成するためには，半導体デバイスの製造過程において，複数の膜が積層されたウエハの表面構造，例えばエッチング処理を施した後の各膜によって構成されるウエハの表面構造を正確に特定する必要がある。

従来，エッチング処理を施した後のウエハの表面構造を特定するため，劈開したウエハの断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察して撮影するという方法が行われていたが，この方法では，観察対象であるウエハの断面を形成するため，ウエハ自体を切断（破壊）しなければならないという欠点があった。

このため，近年では非破壊でエッチング処理を施した後のウエハの表面構造を特定するのに，レジストパターンの評価等に用いられていた反射率測定法（Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ）やエリプソメトリ法（Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ）等のスキャトロメトリ法（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）をウエハの表面構造の特定に適用する方法が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特に，スキャトロメトリ法としての反射率測定法では，ウエハの表面構造における光学定数（ｎ：屈折率，ｋ：減衰定数）を用いて，ウエハの表面構造を非破壊で特定することができる。具体的には例えば，予めウエハの表面に積層された各膜例えばゲート酸化膜，ポリシリコン膜，酸化膜，反射防止膜（ＢＲＡＣ膜）及びフォトレジスト膜の光学定数（ｎ，ｋ）を算出する。次いで，算出された各膜の光学定数を用いてウエハの表面構造，例えば溝形状を光学的に表したモデルを異なる溝形状毎に作成して記憶する。そして，表面構造特定対象としてのウエハの表面の反射率を測定し，反射率に対応する溝形状のモデルを選び出すことにより，ウエハの表面構造（溝形状）を特定する（例えば特許文献２参照）。

このため，スキャトロメトリ法では，算出された各膜の光学定数が正確でない場合にはウエハの表面構造を正確に特定することができない。従って，各膜の光学定数を正確に算出することは非常に重要となる。

このような光学定数の算出方法として，従来は光学定数を算出しようとする対象膜に白色光を照射してその反射光を測定し，その反射光から得られる分光反射率の実測スペクトルと，理論スペクトルとをフィッティングパラメータを変動させて，理論スペクトルが最も実測スペクトルに適合するパラメータの組合せを求めることにより光学定数を求める，いわゆるフィッティングを行う。このとき，対象膜よりも下層の膜については既に算出された光学定数で固定することにより，パラメータの数を減らして計算時間を短縮することができる。

特開２００２−２６０９９４号公報 特開２００５−３３１８７号公報

しかしながら，各膜の光学定数を算出する際に，既に算出された下層膜の光学定数を用いると，その下層膜の光学定数を求める際には十分なフィッティングが得られていたのにも拘わらず，その上層膜の光学定数を求める際に十分なフィッティングが得られず，その上層膜の光学定数の算出精度が低下する場合がある。

フィッティングでは本来，実測スペクトルと理論スペクトルの差が最も小さくなるパラメータの組合せを求めることにより光学定数を算出する。このため，求められた光学定数は理論スペクトルと実測スペクトルとが最も近くなる値であるはずなので，適切な値を示しているものと考えられる。

しかしながら，実際にはフィッティングする際に変動させる未知のパラメータは複数あるため，その未知のパラメータの数が多いほどそれらの組合せも多くなる。このため，実測スペクトルと理論スペクトルとの差が小さくなるような極小解（パラメータの組合せ）が複数存在し得る。従って，このような場合には，ある極小解から得られるパラメータの組合せが数学的には正しくても，物理的に正しいとは限らない。下層膜の光学定数が物理的に正しくない場合には，その光学定数を用いて上層膜の光学定数を求めても，十分なフィッティングが得られない可能性が高い。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，基板上の積層膜構造における各膜の光学定数を算出する際に，各光学定数の算出精度を向上させることができる光学定数算出方法等を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，基板上に形成された積層膜構造における各膜の光学定数を算出する光学定数算出方法であって，前記各膜をそれぞれ下から順に対象膜とし，その対象膜の光学定数を既に算出された下層膜の光学定数を用いて算出することによって，各膜の光学定数を順次算出する基本ステップと，前記基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，前記下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップと，を有することを特徴とする光学定数算出方法が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，基板上に形成された積層膜構造の各膜の光学定数を算出する基板処理装置であって，少なくとも前記基板上に照射する白色光の光源と，前記反射光を分光する分光器と，この分光器からの光を検出する検出器とを備えた測定室と，前記測定室を制御する制御部とを備え，前記制御部は，前記測定室にて前記各膜の光学定数の算出に必要な膜構造サンプルが形成された基板に白色光を照射してその反射光を検出することにより分光反射率の実測スペクトルを取得し，理論スペクトルとのフィッティングによって前記各膜の光学定数をそれぞれ下から順に算出する基本ステップと，この基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，その下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップとを実行することを特徴とする基板処理装置が提供される。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，基板上に形成された積層膜構造における各膜の光学定数を算出する光学定数算出方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶する記憶媒体であって，前記光学定数算出方法は，前記各膜をそれぞれ下から順に対象膜とし，その対象膜の光学定数を既に算出された下層膜の光学定数を用いて算出することによって，各膜の光学定数を順次算出する基本ステップと，前記基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，前記下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップと，を有することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。

このような本発明においては，光学定数を求める各膜のうちのある膜を対象膜とした場合に，基本ステップによってその対象膜の光学定数を算出し，再計算ステップによりその対象膜の光学定数を下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す。これによれば，下層膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができる。このため，下層膜のみならず上層膜の光学定数の算出精度も向上させることができ，ひいては各膜の光学定数の算出精度を向上させることができる。

また，上記再計算ステップは，例えば前記対象膜が最上層でそれよりも下層の膜構造が前記積層膜構造と同一の膜構造サンプルと前記下層膜が最上層でそれよりも下層の膜構造が前記積層膜構造と同一の膜構造サンプルについてそれぞれ，白色光を照射したときの反射光から分光反射率の実測スペクトルを得るステップと，前記各膜構造サンプルについての分光反射率の理論スペクトルを算出するステップと，前記各膜構造サンプルについて前記実測スペクトルと前記理論スペクトルとのフィッティングを同時に行い，各フィッティングにおける前記実測スペクトルと前記理論スペクトルのそれぞれの差異を加えた値が最小となるときのパラメータ値の組合せを求めるステップと，前記パラメータ値の組合せから前記対象膜の光学定数と前記下層膜の光学定数をそれぞれ算出するステップとを有する。この場合，前記実測スペクトルと前記理論スペクトルの差異は，例えば最小二乗法による誤差自乗和である。

これによれば，各フィッティングを同時に行って，これらの実測スペクトルと理論スペクトルのそれぞれの差異を加えた値が最小となるときのパラメータ値の組合せから各光学定数を算出するので，それぞれのフィッティングを別々に行う場合に比して最小解がより明確になる。これにより，最適なパラメータ値の組合せを求めることができる。

また，上記再計算ステップにおいて，前記対象膜が最上層の膜構造サンプルについての理論スペクトルでは，前記対象膜の光学定数パラメータ及び膜厚，前記下層膜の光学定数パラメータ及び膜厚をフィッティングパラメータとし，前記下層膜が最上層の膜構造サンプルについての理論スペクトルでは，前記下層膜の光学定数パラメータ及び膜厚をフィッティングパラメータとし，前記各膜構造サンプルの共通する下層膜の光学定数パラメータは共通の値で変動させながら各フィッティングを同時に行うことが好ましい。これによれば，各フィッティングの精度が十分得られるような適切なパラメータ値の組合せを求めることができる。

また，上記再計算ステップにおいて，前記フィッティングパラメータは既に算出された値を初期値とすることが好ましい。これによれば，初期値をランダムにする場合よりも最小解への収束が早くなり，再計算にかかる時間を短縮することができる。

また，上記対象膜の下層に既に算出された下層膜が複数ある場合には，直下の下層膜から順に光学定数の再計算に加えていくようにしてもよい。これによれば，再計算を繰り返すごとに下層膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができる。このため，下層膜のみならず上層膜の光学定数の算出精度もより向上させることができ，ひいては各膜の光学定数の算出精度を向上させることができる。

また，上記再計算ステップで行われたフィッティングにおいて，前記各実測スペクトルと前記各理論スペクトルの誤差自乗和をそれぞれ加えた値が所定の閾値以下であるか否かを判断し，更なる下層膜を加えての光学定数の再計算は，前記誤差自乗和を加えた値が所定の閾値以下のときのみに実行することが好ましい。

本発明によれば，基板上の積層膜構造における各膜の光学定数を算出する際に，既に算出された下層膜の光学定数を修正しながら上層膜の光学定数を算出し直すことにより，下層膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができる。これにより，下層膜のみならず上層膜の光学定数の算出精度も向上させることができ，ひいては各膜の光学定数の算出精度を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（基板処理装置の構成例）
先ず，本発明の実施形態にかかる基板処理装置の構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，搬送室に少なくとも１以上の真空処理ユニットが接続された基板処理装置を例に挙げて説明する。図１は本実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す断面図である。

基板処理装置１００は，被処理基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」ともいう。）Ｗに対して所定の処理（例えばエッチング処理）を行う１つ又は２つ以上の真空処理ユニット（プロセスシップ）１１０と，この真空処理ユニット１１０に対してウエハＷを搬出入させる搬送ユニット１２０とを備える。搬送ユニット（ローダーユニット）１２０は，ウエハＷを搬送する際に共用される搬送室１３０を有している。

図１では，例えば２つの真空処理ユニット（プロセスシップ）１１０Ａ，１１０Ｂを搬送ユニット１２０の側面に配設したものを示す。各真空処理ユニット１１０Ａ，１１０Ｂはそれぞれ，プラズマ処理装置２００Ａ，２００Ｂと，これらのそれぞれに連設され，真空引き可能に構成された中継室としてのロードロック室１５０Ａ，１５０Ｂを有している。各真空処理ユニット１１０Ａ，１１０Ｂは，各プラズマ処理装置２００Ａ，２００Ｂ内でウエハＷに対して同種の処理例えばエッチング処理を行うようになっている。

例えば各プラズマ処理装置２００Ａ，２００Ｂは，処理室２１０Ａ，２１０Ｂを備え，その内部に配置したウエハの載置台を兼ねるサセプタ（下部電極）２１１Ａ，２１１Ｂに高周波電力を印加するとともに，処理室２１０Ａ，２１０Ｂ内に処理ガスを供給してプラズマ化してウエハ表面にプラズマエッチング処理を施す。

なお，図１に示すようにプラズマ処理装置を備える真空処理ユニットを２つ設けた場合について説明したが，これに限定されるものではなく，プラズマ処理装置を備える真空処理ユニットを１つだけ設けてもよく，また３つ以上設けてもよい。また，必ずしもすべての真空処理ユニットにプラズマ処理装置を設けなくてもよく，例えばプラズマ処理装置を備える真空処理ユニットと，プラズマ処理装置以外の処理装置（例えば熱処理装置など）を備える真空処理ユニットとを設けてもよい。

上記搬送ユニット１２０の搬送室１３０は，例えばＮ_２ガス等の不活性ガスや清浄空気が循環される断面略矩形状の箱体により構成されている。搬送室１３０における断面略矩形状の長辺を構成する一側面には，複数のカセット台１３２Ａ〜１３２Ｃが並設されている。これらカセット台１３２Ａ〜１３２Ｃには，カセット容器１３４Ａ〜１３４Ｃを載置される。搬送室１３０の側壁には，ウエハＷの投入口としての３つのロードポート１３６Ａ〜１３６Ｃが各カセット台１３２Ａ〜１３２Ｃに対応するように設けられている。

図１では，例えば各カセット台１３２Ａ〜１３２Ｃに３台のカセット容器１３４Ａ〜１３４Ｃをそれぞれ１つずつ載置することができる例を挙げているが，カセット台とカセット容器の数はこれに限られず，例えば１台又は２台であってもよく，また４台以上設けてもよい。

各カセット容器１３４Ａ〜１３４Ｃには，少なくとも１ロット分（例えば２５枚）以上のウエハＷを等ピッチで多段に載置して収容できるようになっており，内部は例えばＮ_２ガス雰囲気で満たされた密閉構造となっている。そして，搬送室１３０はその内部へロードポート１３６Ａ〜１３６Ｃを介してウエハＷを搬出入可能に構成されている。

搬送室１３０内には，ウエハＷをその長手方向（図１に示す矢印方向）に沿って搬送する共通搬送機構（大気圧側搬送機構）１６０が設けられている。この共通搬送機構１６０は，例えば基台１６２上に固定され，この基台１６２は搬送室１３０内の中心部を長さ方向に沿って設けられた図示しない案内レール上を例えばリニアモータ駆動機構によりスライド移動可能に構成されている。共通搬送機構１６０は例えば図１に示すような２つのピックを備えるダブルアーム機構であってもよく，また１つのピックを備えるシングルアーム機構であってもよい。

搬送室における断面略矩形状の長辺を構成する他側面には，上記２つのロードロック室１５０Ａ，１５０Ｂの基端が，開閉可能に構成されたゲートバルブ（大気圧側ゲートバルブ）１５２Ａ，１５２Ｂをそれぞれ介して連結されている。各ロードロック室１５０Ａ，１５０Ｂの先端は，開閉可能に構成されたゲートバルブ（真空圧側ゲートバルブ）２３２Ａ，２３２Ｂを介してそれぞれ上記処理室２１０Ａ，２１０Ｂに連結されている。

各ロードロック室１５０Ａ，１５０Ｂ内にはそれぞれ，ウエハＷを一時的に載置して待機させる一対のバッファ用載置台１５４Ａ及び１５６Ａと１５４Ｂ及び１５６Ｂが設けられる。ここで搬送室側のバッファ用載置台１５４Ａ，１５４Ｂを第１バッファ用載置台とし，処理室側のバッファ用載置台１５６Ａ，１５６Ｂを第２バッファ用載置台とする。そして，両バッファ用載置台１５４Ａ，１５６Ａ間及び１５４Ｂ，１５６Ｂ間には，屈伸，旋回及び昇降可能になされた多関節アームよりなる個別搬送機構（真空圧側搬送機構）１７０Ａ，１７０Ｂが設けられている。

これら個別搬送機構１７０Ａ，１７０Ｂの先端にはピック１７２Ａ，１７２Ｂが設けられ，このピック１７２Ａ，１７２Ｂを用いて第１，第２の両バッファ用載置台１５４Ａ，１５６Ａ及び１５４Ｂ，１５６Ｂ間でウエハＷの受け渡し移載を行い得るようになっている。なお，ロードロック室１５０Ａ，１５０Ｂから処理室２１０Ａ，２１０Ｂ内へのウエハＷの搬出入は，それぞれ上記個別搬送機構１７０Ａ，１７０Ｂを用いて行われる。

搬送室１３０の一端部，すなわち断面略矩形状の短辺を構成する一方の側面には，ウエハＷの位置決め装置としてのオリエンタ（プリアライメントステージ）１３７が設けられている。オリエンタ１３７は，例えば内部に回転載置台１３８とウエハＷの周縁部を光学的に検出する光学センサ１３９とを備え，ウエハＷのオリエンテーションフラットやノッチ等を検出して位置合せを行う。

搬送室１３０の他端部，すなわち断面略矩形状の短辺を構成する他方の側面には，測定室３００が設けられている。測定室３００は，例えば光学系のモニタ（メトロロジ）であり，搬入されたウエハＷを載置する載置台３０２を備える。測定室３００は，載置台３０２に載置されたウエハＷに形成された膜の光学定数を算出したり，表面構造例えば表面層の膜厚，配線溝やゲート電極等のＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値などを特定したりする。なお，測定室３００の具体的構成例については後述する。

基板処理装置１００は，上述した各真空処理ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ及び搬送ユニット１２０の各部の動作を制御する制御部４００と，この制御部４００に接続された図示しない操作部を備える。操作部には，例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示部を備えたタッチパネルからなるオペレーションパネル等が設けられている。表示部には例えば基板処理装置１００の各構成要素の動作状況が表示される。また，ユーザはオペレーションパネルにより基板処理装置１００に対する種々の操作を行うことができる。

制御部４００は操作部からの操作により，予め設定されたレシピなどのデータに基づいて所定のプログラムを実行して，真空処理ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ及び搬送ユニット１２０の各部，例えば各プラズマ処理装置２００Ａ，２００Ｂ，測定室３００，オリエンタ１３７，各搬送機構１６０，１７０などを制御するようになっている。これにより，例えばウエハの搬送，ウエハに対するプロセス処理（ここではエッチング処理）の他，後述するウエハ上に形成される膜についての光学定数の算出処理，再計算処理，ウエハ上に形成される膜構造の特定処理などの各種の測定処理が行われる。

（制御部の構成例）
このような本実施形態におけるウエハ搬送制御を行う制御部４００の構成例について図面を参照しながら説明する。制御部４００は，例えば図２に示すように制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）４１０，ＣＰＵ４１０が使用するＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ），ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）などのメモリ４２０，例えばブザーのような警報器等で構成される報知部４３０，基板処理装置１００の各部を制御するための各種コントローラ４４０，基板処理装置１００の処理を行うプログラムを格納するプログラム記憶部４５０，およびプログラムに基づく処理を実行するときに使用するレシピデータなどの各種データを記憶するデータ記憶部４６０を備える。プログラム記憶部４５０とデータ記憶部４６０は，例えばフラッシュメモリ，ハードディスク，ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で構成され，必要に応じてＣＰＵ４１０によってデータが読み出される。

これらのＣＰＵ４１０，メモリ４２０，報知部４３０，各種コントローラ４４０，プログラム記憶部４５０，データ記憶部４６０は，制御バス，システムバス，データバス等のバスラインによって電気的に接続されている。

各種コントローラ４４０には，各真空処理ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ及び搬送ユニット１２０の各部，例えば各プラズマ処理装置２００Ａ，２００Ｂ，測定室３００，オリエンタ１３７，各搬送機構１６０，１７０などを制御するコントローラを備える。

プログラム記憶部４５０には，後述する光学定数の算出処理，再計算処理の他，上記ウエハ搬送するためのプログラム，エッチングや成膜などのウエハに対するプロセス処理を行うためのプログラム，ウエハの膜構造を特定するためのプログラムなどが記憶されている。

データ記憶部４６０には，後述する光学定数の算出処理，再計算処理を行うのに必要な反射率のスペクトル，パラメータ，算出された光学定数などを記憶する。その他，ウエハ搬送において各部を制御する際に必要なデータ，プロセス処理において各部を制御する際に必要な設定データ（例えば処理室内圧力，ガス種，ガス流量，高周波電力など）からなるプロセス処理レシピ，ウエハの膜構造を特定処理に必要な光学モデルなどを記憶する。

（測定室の構成例）
ここで，測定室３００の内部構成例について図面を参照しながら説明する。図３は，測定室３００の内部構成を概略的に示す図である。図３に示す測定室３００は，載置台３０２に載置されたウエハＷの表面からの反射光を観測することにより，スキャトロメトリ法の１つである分光反射率測定法によってウエハＷの表面構造を特定する構造判別装置として構成したものである。分光反射率測定法とは，ウエハＷに白色光を照射し，ウエハＷに入射する波長ごとの入射光の強度とウエハＷから反射される反射光の強度との比である反射率（分光反射強度比）を測定することで，ウエハＷの表面構造，例えば膜厚や溝（トレンチ）のＣＤ値などを特定する形状特定方法である。

測定室３００は，図３に示すように光源３１０から照射された白色光がハーフミラー３１２を透過して集光レンズ３１４によって集光されてウエハＷに入射する。すると，入射した白色光はウエハＷの表面で反射する。ウエハＷの表面からの反射光はハーフミラー３１２によって進路が変更されて分光器３１６に導かれる。そして，分光器３１６により分光された光が検出器３１８で検出される。

これにより，制御部４００では，検出された波長ごとの光強度の値を検出器３１８から入力して反射率を測定し，その分光反射率（分光反射強度比）のスペクトルを算出して記憶できるようになっている。具体的には例えば制御部４００は分光反射率の実測スペクトル，理論スペクトル，これらのスペクトルのフィッティングなどについての所定の計算を行う。また，制御部４００は所定のプログラムデータを記憶するとともに，スペクトルのデータ，各膜の光学定数，光学定数を算出するためのパラメータなど必要なデータを記憶する。

制御部４００では，その分光反射率のスペクトルに基づいてウエハＷの表面構造（膜厚やＣＤ値など）を特定する。具体的には例えば特定対象となる膜構造についての膜厚を特定する場合には，膜厚の光学モデル（分光反射率のスペクトル）を異なる膜厚ごとに予め作成して記憶部に記憶しておく。そして，ウエハＷの膜構造の膜厚を特定する際には，特定対象であるウエハＷの膜構造に光を照射してその反射光から分光反射率を測定し，その分光反射率のスペクトルに対応する膜厚の光学モデル（分光反射率のスペクトル）を選び出すことによって膜厚を特定する。なお，制御部４００で特定するウエハＷの表面構造は，膜厚に限られることはない。例えばウエハＷの表面に形成されるトレンチのＣＤ値，深さ，傾きなどであってもよい。

ところで，このようなウエハＷの表面構造を特定する場合に用いられる上述の光学モデルは，通常，ウエハＷの膜構造を構成する各膜の光学定数ｎ（屈折率）及びｋ（減衰定数）を用いて作成される。このため，光学モデルを構築する前に，各膜の光学定数（ｎ，ｋ）を精度よく算出しておく必要がある。

本実施形態では，光学定数（ｎ，ｋ）の計算を行う対象膜が形成された膜構造サンプルを用いて得られる分光反射率のスペクトルのフィッティングによって各膜の光学定数（ｎ，ｋ）を求める。ここでのスペクトルフィッティングでは，先ず膜構造サンプルに光を照射して測定される反射光から各波長の反射率を求め，分光反射率の実測スペクトルＩを取得する。他方，同じ膜構造サンプルについて光学的な理論式により各波長の反射率を算出して，分光反射率の理論スペクトルＳを取得する。そして，実測スペクトルＩに理論スペクトルＳをフィッティングして，これらの差異が最小となる光学定数（ｎ，ｋ）を最適値として求める。

ここで，上記理論スペクトルＳを取得するための理論式の具体例について説明する。図４に示すような積層膜構造において，ｔ層を光学定数を算出する対象膜とすれば，ｔ層からの各波長λの反射光Ｒ_ｔは，下記（１）式で表される。

・・・（１）

上記（１）式において，ｒ_ｔは図４に示すｔ層からの反射率であり，ｒ_ｔ＋１はｔ＋１層からの反射率である。ｄ_ｔはｔ層の膜厚である。ｎ^＊ _ｔ−１，ｎ^＊ _ｔ，ｎ^＊ _ｔ＋１はそれぞれ，ｔ−１層，ｔ層，ｔ＋１層の複素屈折率である。また，下記（２）式に示すように複素屈折率ｎ^＊は光学定数ｎ，ｋで表すことができる。

ｎ^＊＝ｎ−ｉｋ
・・・（２）

従って，（１）式及び（２）式によれば，各層の光学定数と膜厚を用いて反射率Ｒ_ｔを算出できる。これにより，対象膜の反射率の理論スペクトルＳ＝｜Ｒ_ｔ｜^２を求めることができる。

さらに（２）式に示す光学定数ｎ，ｋは分散式を用いることにより複数のパラメータで表すことができる。このような分散式としては，例えば透明な媒質の分散に用いられるコーシーの式のように光学定数ｎ，ｋを波長のｎ次多項式で表すものや，吸収のある媒質に用いられる振動子モデルで表すものなどがある。どのような分散式を用いてもよいが，本実施形態では物質の誘電率の波長依存性から得られる調和振動子モデルで表す分散式である下記（３）式を用いる場合を例に挙げる。

・・・（３）

上記（３）式において，ε_０は真空の誘電率，ｑ_ｅは電子の電荷量，ｍは電子の質量，ωは電場の固有振動数である。ω_ｊはｊ次における電子の角固有振動数であり，γ_ｊはｊ次における電子の振動減衰係数であり，Ｎ_ｊは単位体積に存在するω_ｊの角振動数を持つ電荷の数である。これらのうち，ε_０，ｑ_ｅ，ｍは既知の定数である。従って，定数以外のω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊをフィッティングの際に最適化する未知のパラメータ（フィッティングパラメータ）として扱う。本実施形態では，膜厚ｄ_ｔもフィッティングパラメータとして同時に求めるので，これと区別するために光学定数に関するパラメータω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊについては光学定数パラメータとも称する。

このように，上記（２）式及び上記（３）式により各層（ｔ−１層，ｔ層，ｔ＋１層）の複素屈折率の光学定数をそれぞれ光学定数パラメータを用いて表すことができるので，これらを上記（１）式に代入することで，各波長ごとの反射率Ｒ_ｔを各層の光学定数パラメータで表すことができる。

スペクトルフィッティングでは，例えば上記（３）式による対象膜の光学定数パラメータω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊを膜厚ｄ_ｔとともにフィッティングパラメータとし，その他のパラメータは例えば既に算出された値や文献値などで固定して，フィッティングパラメータの最適値を求める。すなわち，これらのフィッティングパラメータの値を変動させて理論スペクトルＳと実測スペクトルＩとのずれが最小になるパラメータ値の組合せを求める。

ここでは，例えばパラメータ値を変動させながら理論スペクトルＳと実測スペクトルＩとの差異として誤差自乗和（ＳＳＥ：Ｓｑｕａｒｅ Ｓｕｍ ｏｆ Ｅｒｒｏｒｓ）を算出し，これが最小となるようなパラメータ値の組合せから光学定数ｎ，ｋを（２）式を用いて算出する。なお，ここでは理論スペクトルＳと実測スペクトルＩとの差異として誤差自乗和を算出しているが，これに限られるものではなく，例えば平均自乗誤差（ＭＳＥ：Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）を算出してもよい。

また，光学定数パラメータω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊにおけるｊは自然数であり，ｊの値によりパラメータの数が決まる。ｊの値は膜種などに応じて決定される。例えばウエハＷ上のポリシリコン膜の光学定数を算出する場合にはｊ＝０〜６とする。従って，この場合の光学定数パラメータはω_０〜ω_６，γ_０〜γ_６，Ｎ_０〜Ｎ_６である。また，上記ポリシリコン膜上に形成される酸化膜についての光学定数を算出する場合はｊ＝０〜１とする。このため，この場合の光学定数パラメータはω_０〜ω_１，γ_０〜γ_１，Ｎ_０〜Ｎ_１である。その他，上記酸化膜上に形成される反射防止膜，その上に形成されるフォトレジスト膜についての光学定数を算出する場合はそれぞれｊ＝０〜６とする。

（光学定数を測定する膜構造の具体例）
次に，光学定数を測定する複数の膜が積層されたウエハＷ表面の積層膜構造の具体例について図面を参照しながら説明する。図５は，ウエハＷ表面の積層膜構造を概略的に示す断面図である。図５に示すウエハＷの積層膜構造５００は，シリコン基材５１０上に，下から順にゲート酸化膜５２０，ポリシリコン膜５３０，酸化膜５４０，反射防止膜５５０，フォトレジスト膜５６０が積層されている。フォトレジスト膜５６０は例えば開口部がパターンニングされている。このウエハＷにはプラズマ処理装置２００Ａ又は２００Ｂにおいてエッチング処理が施され，反射防止膜５５０やフォトレジスト膜５６０が除去されると共に，ポリシリコン膜５３０に例えば溝（トレンチ）が形成される。

このような積層膜構造５００における各膜の光学定数の算出にはそれぞれ，対象膜が最上層でそれよりも下層の膜構造が積層膜構造５００と同一の膜構造サンプルが用いられる。例えば図６に示すようにポリシリコン膜５３０を対象膜としてその光学定数ｎ_１，ｋ_１を求める際には，シリコン基材５１０上にゲート酸化膜５２０とポリシリコン膜５３０が下から順に積層された膜構造サンプルＡを用いる。

次の酸化膜５４０を対象膜としてその光学定数ｎ_２，ｋ_２を求める際には，シリコン基材５１０上にゲート酸化膜５２０，ポリシリコン膜５３０，酸化膜５４０が下から順に積層された膜構造サンプルＢを用いる。次の反射防止膜５５０を対象膜として光学定数ｎ_３，ｋ_３を求める際には，シリコン基材５１０上にゲート酸化膜５２０，ポリシリコン膜５３０，酸化膜５４０，反射防止膜５５０が下から順に積層された膜構造サンプルＣを用いる。

次のフォトレジスト膜５６０を対象膜としてその光学定数ｎ_４，ｋ_４を求める際には，シリコン基材５１０上にゲート酸化膜５２０，ポリシリコン膜５３０，酸化膜５４０，反射防止膜５５０，フォトレジスト膜５６０が下から順に積層された膜構造サンプルＤを用いる。

これら膜構造サンプルＡ〜Ｄは複数のウエハＷに別々に生成したものを使用する。この場合，膜構造サンプルＡ〜Ｄは，積層膜構造５００が形成されたウエハＷに対して，エッチバックで膜を除去したものを用いることが好ましい。但し，これに限られるものではなく，膜構造サンプルＡ〜Ｄは，ウエハＷに膜を成膜したものを用いてもよい。

このような膜構造サンプルＡ〜Ｄの実測スペクトルＩ_Ａ〜Ｉ_Ｄは上述した基板処理装置１００を用いて求めることができる。例えば膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａを求める場合には，制御部４００の制御により膜構造サンプルＡが形成されたウエハＷを測定室３００に搬送し，膜構造サンプルＡの表面に光を照射してその反射光を測定して各波長ごとの反射率を算出して，分光反射率の実測スペクトルＩ_Ａを取得する。なお，実測スペクトルＩ_Ａ〜Ｉ_Ｄは各膜の光学定数を求める際にその都度測定してデータ記憶部４６０に記憶してもよく，また各膜の光学定数を求める前にまとめて測定してデータ記憶部４６０に記憶しておいてもよい。

なお，膜構造サンプルＡ〜Ｄの実測スペクトルＩ_Ａ〜Ｉ_Ｄは，一枚のウエハＷに下層から順に膜を形成していく過程で，１つの膜を成膜するごとに測定室３００に搬送して実測スペクトルを測定するようにしてもよい。

（光学定数を算出する基本ステップ）
次に，積層膜構造５００を構成する各膜の光学定数を算出する基本ステップについて説明する。積層膜構造５００の各膜を下から順に対象膜とし，対象膜の光学定数を上述した分光反射率スペクトルのフィッティング処理による基本ステップを実行して順次求めていく。

この場合，必ずしもウエハＷ上の最も下層の膜から算出する必要はない。例えば図５に示す膜構造５００では，最も下層のゲート酸化膜５２０については，他の膜に比して極めて薄く，しかも屈折率の大きなポリシリコンの下層にあるため，他の膜の反射率に影響を与える影響も小さい。このため，ゲート酸化膜５２０の光学定数については文献値を用いてもよく，また過去に測定した値を利用してもよい。

従って，ここではゲート酸化膜５２０の光学定数を既知として固定し，その上のポリシリコン膜５３０を最初の対象膜としてその光学定数を求め，その後は酸化膜５４０，反射防止膜５５０，フォトレジスト膜５６０の順に対象膜としてその光学定数を順次算出していく。

ここで，膜構造サンプルＡ〜Ｄを用いて各膜の光学定数を分光反射率スペクトルのフィッティング処理で求める基本ステップの具体例について図面を参照しながら説明する。ある膜を対象膜としたフィッティング処理は例えば図７に示すフローチャートに基づいて制御部４００により実行される。ここでは，上述したようにゲート酸化膜５２０の光学定数は既知として固定し，ポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１から順次求めていく。

先ずステップＳ１１０にて対象膜が最上層の膜構造サンプルを用いて分光反射率の実測スペクトルＩを測定してデータ記憶部４６０に記憶し，ステップＳ１２０にて上述した所定の理論式を用いてフィッティングパラメータを設定し膜構造サンプルの分光反射率の理論スペクトルＳを算出する。具体的には，ここでの対象膜はポリシリコン膜５３０であるので，図６に示す膜構造サンプルＡにより分光反射率の実測スペクトルＩ_Ａを測定して記憶し，上記理論式に基づいて分光反射率の理論スペクトルＳ_Ａを算出する。

理論スペクトルＳ_Ａにおいては，ポリシリコン膜５３０の光学定数はその光学定数パラメータＰ_１（ω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊ（ｊ＝０〜６））の２１個をフィッティングパラメータとする。ここでは，さらにポリシリコン膜５３０の膜厚ｄ_Ａ１もフィッティングパラメータとして同時に算出するので，この場合のフィッティングパラメータの合計２２個となる。

そしてステップＳ１３０にて実測スペクトルに理論スペクトルをフィッティングし，これらの差異が最小となるパラメータ値の組合せを求めてデータ記憶部４６０に記憶し，ステップＳ１４０にて求められたパラメータ値の組合せから対象膜の光学定数を算出してデータ記憶部４６０に記憶する。具体的には，フィッティングパラメータ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）を変動させながら実測スペクトルＩ_Ａに理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）をフィッティングする。これにより，実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａの差異，ここでは誤差自乗和が最小となるパラメータ値の組合せからポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１を求め，算出したパラメータ値の組合せ及び光学定数ｎ_１，ｋ_１を記憶する。

次に，酸化膜５４０の光学定数ｎ_２，ｋ_２を図７に示すフィッティング処理によって求める。すなわち，ステップＳ１１０にて膜構造サンプルＢにより分光反射率の実測スペクトルＩ_Ｂを測定して記憶し，ステップＳ１２０にて上記理論式に基づいて分光反射率の理論スペクトルＳ_Ｂを算出する。このときには下層のポリシリコン膜５３０の光学定数は既に算出されている。このため，理論スペクトルＳ_Ｂにおいてはポリシリコン膜５３０の光学定数を既に算出されたパラメータ値で固定し，酸化膜５４０の光学定数パラメータＰ_２（ω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊ（ｊ＝０，１））の６個に，ポリシリコン膜５３０の膜厚ｄ_Ｂ１と酸化膜５４０の膜厚ｄ_Ｂ２を加えた合計８個をフィッティングパラメータとする。そしてステップＳ１３０にてこれらのフィッティングパラメータ（Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）を変動させながら実測スペクトルＩ_Ｂに理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）をフィッティングする。これにより，実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂの差異，ここでは誤差自乗和が最小となるパラメータ値の組合せを求めて記憶し，ステップＳ１４０にてこれらのパラメータ値の組合せから酸化膜５４０の光学定数ｎ_２，ｋ_２を求めて記憶する。

以降は，同様に図７に示すフィッティング処理により次の反射防止膜５５０の光学定数ｎ_３，ｋ_３を膜構造サンプルＣにより求め，最後にフォトレジスト膜５６０の光学定数ｎ_４，ｋ_４を膜構造サンプルＤにより求める。

すなわち，反射防止膜５５０の光学定数ｎ_３，ｋ_３を求めるには，ステップＳ１１０にて膜構造サンプルＣにより分光反射率の実測スペクトルＩ_Ｃを測定して記憶し，ステップＳ１２０にて上記理論式に基づいて分光反射率の理論スペクトルＳ_Ｃを算出する。このときには，下層のポリシリコン膜５３０と酸化膜５４０の光学定数パラメータについては既に算出されている。このため，理論スペクトルＳ_Ｃにおいては，ポリシリコン膜５３０と酸化膜５４０の光学定数パラメータについては既に算出済みのパラメータ値に固定し，反射防止膜５５０の光学定数パラメータＰ_３にポリシリコン膜５３０の膜厚ｄ_Ｃ１と酸化膜５４０の膜厚ｄ_Ｃ２と反射防止膜５５０の膜厚ｄ_Ｃ３を加えてこれらをフィッティングパラメータとする。そしてステップＳ１３０にてこれらのフィッティングパラメータ（Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）を変動させながら実測スペクトルＩ_Ｃに理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）をフィッティングする。これにより，実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃの差異，ここでは誤差自乗和が最小となるパラメータ値の組合せを求めて記憶し，ステップＳ１４０にてこれらパラメータ値の組合せから反射防止膜５５０の光学定数ｎ_３，ｋ_３を求めて記憶する。

また，フォトレジスト膜５６０の光学定数ｎ_４，ｋ_４を求めるには，ステップＳ１１０にて膜構造サンプルＤにより分光反射率の実測スペクトルＩ_Ｄを測定して記憶し，ステップＳ１２０にて上記理論式に基づいて分光反射率の理論スペクトルＳ_Ｄを算出する。このときには，ポリシリコン膜５３０と酸化膜５４０と反射防止膜５５０の光学定数パラメータについては既に算出されている。このため，理論スペクトルＳ_Ｄにおいてはポリシリコン膜５３０と酸化膜５４０と反射防止膜５５０の光学定数パラメータについては既に算出済みのパラメータ値に固定し，フォトレジスト膜５６０の光学定数パラメータＰ_４にポリシリコン膜５３０の膜厚ｄ_Ｄ１と酸化膜５４０の膜厚ｄ_Ｄ２と反射防止膜５５０の膜厚ｄ_Ｄ３とフォトレジスト膜５６０の膜厚ｄ_Ｄ４を加えてこれらをフィッティングパラメータとする。そしてステップＳ１３０にてこれらのフィッティングパラメータ（Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）を変動させながら実測スペクトルＩ_Ｄに理論スペクトルＳ_Ｄ（Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）をフィッティングする。これにより，実測スペクトルＩ_Ｄと理論スペクトルＳ_Ｄの差異，ここでは誤差自乗和が最小となるパラメータ値の組合せを求めて記憶し，ステップＳ１４０にてこれらパラメータ値の組合せからフォトレジスト膜５６０の光学定数ｎ_４，ｋ_４を求めて記憶する。

本実施形態における基本ステップでは，上述したように各膜の光学定数を下から順に求める際に，それより下層の膜の光学定数パラメータについては既に算出済みのパラメータ値で固定してフィッティング処理を行う。このように，対象膜の下層に既に算出済みの膜がある場合にはその膜の光学定数を用いて対象膜の光学定数を求めることによって，フィッティングパラメータの数を減らすことができる。これにより，フィッティング処理にかかる時間を短縮することができる。

ところが，この場合，下層の膜の光学定数を算出する際のフィッティングの精度は極めて良好であったのにも拘わらず，対象膜の光学定数を算出する際には十分なフィッティングが得られない場合があることが判明した。

以下，このような場合について，図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。図８はポリシリコン膜５３０を対象膜としてその光学定数ｎ_１，ｋ_１を算出する際のフィッティングにおける理論スペクトルＳ_Ａと実測スペクトルＩ_Ａとの誤差自乗和をグラフに示したものである。図９は図８で誤差自乗和が最小値で最適化したものとして得られたスペクトルＳ_Ａ，Ｉ_Ａをグラフにしたものである。

図１０は図８に示す最適化したポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１を利用して酸化膜５４０を対象膜としてその光学定数ｎ_２，ｋ_２を算出する際のフィッティングにおける理論スペクトルＳ_Ｂと実測スペクトルＩ_Ｂとの誤差自乗和を観念的にグラフに示したものである。図１１は図１０で誤差自乗和が最小のときの理論スペクトルＳ_Ｂと実測スペクトルＩ_Ｂをグラフにしたものである。なお，ポリシリコン膜５３０を対象膜とした場合のフィッティングパラメータは２２個であり，酸化膜５４０を対象膜とした場合のフィッティングパラメータは８個であるため，本来はそれぞれ２２次元，８次元のグラフになるが，図８，図１０では誤差自乗和のイメージを分かり易くするため，誤差自乗和を２次元で観念的に示している。

図８に示すポリシリコン膜５３０を対象膜とした場合のスペクトルフィッティングでは理論スペクトルＳ_Ａと実測スペクトルＩ_Ａの誤差自乗和（ＳＳＥ）の最小値は０．００１１である。そのときの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａは図９に示すようにほぼ一致しており，フィッティングの精度も極めて良好であることがわかる。

これに対して，図１０に示す酸化膜５４０を対象膜とした場合のスペクトルフィッティングでは理論スペクトルＳ_Ｂと実測スペクトルＩ_Ｂの誤差自乗和（ＳＳＥ）の最小値は０．６６４である。この値は，図８に示す場合に比べて約６０倍も大きく，図１１に示すようにそのときの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂも十分なフィッティングが得られないことがわかる。特に低波長領域で一致度合いが悪い。

このような場合には，酸化膜５４０についてのフィッティング処理を何度やり直しても十分なフィッティングが得られない。これは，利用したポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１が物理的に正しい解ではなかったからであると推察できる。

一般にスペクトルフィッティングにおいては，変動させるフィッティングパラメータは複数あり，その数が多いほどそれらの組合せも多くなる。このため，図８にも示すように実測スペクトルＩと理論スペクトルＳのフィッティングを良好にさせる極小解が複数存在し得る。このような場合には数学的に得られた解が物理的に正しい解であるとは限らない。従って，下層膜の光学定数パラメータが物理的に正しい解でない場合にはそれを利用した対象膜のスペクトルフィッティングの精度を高めることはできない。

そこで，本実施形態では，対象膜の光学定数をそれよりも下層の膜の光学定数を用いてフィッティング処理による基本ステップによって算出し，そのときに十分なフィッティングが得られなかった場合には，対象膜の光学定数のみならず，その下層の膜の光学定数も同時に再フィッティングして算出し直す再計算ステップを実行する。これによれば，下層の膜の光学定数を修正しながら対象膜の光学定数を再計算することができるので，下層の膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができる。これにより，対象膜の光学定数の算出精度を大幅に向上させることができる。

（光学定数を修正する再計算ステップ）
次に，このような再フィッティングによる再計算ステップの具体例について図面を参照しながら説明する。ある膜を対象膜とした再フィッティング処理は例えば図１２に示すフローチャートに基づいて制御部４００により実行される。ここでは，上述したように酸化膜５４０を対象膜としてその光学定数ｎ_２，ｋ_２をその下層のポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１とともに再フィッティング処理により算出し直す場合を例に挙げながら説明する。

先ずステップＳ２１０にて対象膜と下層膜を算出したときの各膜構造サンプルについての実測スペクトルを読み出す。ここでは酸化膜５４０を対象膜とし，その下層膜はポリシリコン膜５３０であるので，酸化膜５４０を算出したときの膜構造サンプルＢについての実測スペクトルＩ_Ｂと，ポリシリコン膜５３０を算出したときの膜構造サンプルＡについての実測スペクトルＩ_Ａとをデータ記憶部４６０から読出す。

続いてステップＳ２２０にて上述した理論式を用いて必要なフィッティングパラメータを設定し，各膜構造サンプルの反射率の理論スペクトルを算出する。実測スペクトルＩ_Ａにフィッティングさせる膜構造サンプルＡについての理論スペクトルＳ_Ａと，実測スペクトルＩ_Ｂにフィッティングさせる膜構造サンプルＢについての理論スペクトルＳ_Ｂを算出する。

そして，理論スペクトルＳ_Ａについては，ポリシリコン膜５３０の光学定数パラメータＰ_１（ω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊ（ｊ＝０〜６））にその膜厚ｄ_Ａ１を加えた合計２２個をフィッティングパラメータとする。これに対して理論スペクトルＳ_Ｂについては，酸化膜５４０の光学定数パラメータＰ_２（ω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊ（ｊ＝０，１））のみならず，ポリシリコン膜５３０の光学定数パラメータＰ_１（ω_ｊ，γ_ｊ，Ｎ_ｊ（ｊ＝０〜６））もフィッティングパラメータとする。さらに酸化膜５４０の膜厚ｄ_Ｂ２とポリシリコン膜５３０の膜厚ｄ_Ｂ１も加え，合計２９個をフィッティングパラメータとする。

なお，このときのフィッティングパラメータの初期値は，図７に示すフィッティング処理による基本ステップで既に算出済みのパラメータ値の組合せを入力する。これによれば，初期値をランダムにする場合よりも最小解への収束が早くなり，再計算にかかる時間を短縮することができる。

続いてステップＳ２３０にて各膜構造サンプルにおいて共通する膜の光学定数パラメータには共通の値を入れて変動させながら，各理論スペクトルを各実測スペクトルに同時にフィッティングし，これらのスペクトルの差異を加えたものが最小となるパラメータ値の組合せを求めて修正する。すなわち，膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）のフィッティングと，膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_１，Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングとを同時に行う。

このとき，各膜構造サンプルＡ，Ｂにおいて共通する膜であるポリシリコン膜５３０の光学定数パラメータＰ_１については共通の値を入れて各フィッティングパラメータを変動させながら，各フィッティングを同時に行う。これにより，各フィッティングでのスペクトルの一致度をより高めることができるので，フィッティングの精度を向上させることができる。

このように，各フィッティングを同時に行い，それぞれの差異を加えたものが最小となるパラメータ値の組合せを求める。すなわち，スペクトルＳ_ＡとＩ_Ａの誤差自乗和と，スペクトルＳ_ＢとＩ_Ｂの誤差自乗和とを加えた値が最小となるパラメータ値の組合せを求める。ステップＳ２４０にてこれらパラメータ値の組合せからポリシリコン膜５３０と酸化膜５４０の光学定数を求めて修正する。ここでの算出されたパラメータ値の組合せと光学定数の修正としては，具体的には例えば既にデータ記憶部４６０に記憶されている値を上書きするなどにより書き直す。

ここで，スペクトルＳ_Ａ，Ｉ_Ａ及びスペクトルＳ_Ｂ，Ｉ_Ｂを同時にフィッティングした場合（再計算ステップ）の誤差自乗和を観念的に２次元のグラフで示したものを図１３に示す。図１３では，スペクトルＳ_ＡとＩ_Ａの誤差自乗和と，スペクトルＳ_ＢとＩ_Ｂの誤差自乗和とを加えた値のグラフを実線で表している。図１３では比較のため，図８に示すスペクトルＳ_ＡとＩ_Ａのみをフィッティングした場合（基本ステップ）の誤差自乗和のグラフを点線で重ねて表示している。

図１３に示す実線グラフは，点線グラフに比して最小値が明確に現れている。各フィッティングの誤差自乗和を加えることにより，その最小値がより明確に現れるようになるので最適なパラメータ値の組合せを求めることができる。具体的には図１３の実線グラフで示す各誤差自乗和を加えた値が最小値（０．００４２）のとき，図１４に示すように理論スペクトルＳ_Ａと実測スペクトルＩ_Ａの誤差自乗和は０．００２８であり，これらのグラフを見てもスペクトルＳ_ＡとＩ_Ａのフィッティングの精度が極めて良好であることがわかる。

しかも，図１３によれば，実線グラフの最小値は点線グラフでの最小値ではなく，点線グラフでは他の極小値に近い。これは，本実施形態にかかる再計算ステップによって各フィッティングを同時に行うことで，ポリシリコン膜５３０の光学定数が物理的に正しい解に修正されたものと考えられる。具体的には図１３の実線グラフで示す各誤差自乗和を加えた値が最小値（０．００４２）のとき，図１５に示すように理論スペクトルＳ_Ｂと実測スペクトルＩ_Ｂの誤差自乗和は０．００１４であり，図１１に示す酸化膜５４０のみの光学定数を求める場合の誤差自乗和（０．０６６４）に比してスペクトルの一致度が大幅に改善していることがわかる。また，これらのグラフを見てもスペクトルＳ_ＢとＩ_Ｂのフィッティングの精度についても極めて良好になっていることがわかる。

このように，本実施形態にかかる再計算ステップによれば，下層の膜の光学定数を修正しながら対象膜の光学定数を再計算することができるので，下層の膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができる。これにより，対象膜の光学定数の算出精度を大幅に向上させることができる。

なお，本実施形態にかかる再計算ステップは，上述した酸化膜５４０を対象膜とした場合のみならず，他の膜を対象膜として基本ステップで光学定数を算出した場合に十分なフィッティングが得られなかった場合にも適用できることは言うまでもない。この場合，その対象膜の下層に既に光学定数を算出した膜が複数ある場合には，先ずは対象膜の直下の下層膜の光学定数を求めるときに用いた実測スペクトルを同時に再フィッティングし，それでも良好なフィッティングが得られない場合に，さらに下層の膜についての実測スペクトルも加えて同時に再フィッティングする。こうして，良好なフィッティングが得られるまで，下層の膜の実測スペクトルを加えて同時に再フィッティングするようにしてもよい。

ここで，図５に示す積層膜構造５００の各膜の光学定数を求める場合に本実施形態にかかる基本ステップの後に再計算ステップを実行するときの流れをまとめたものを図１６に示す。先ず第１段階の第１ステップにてポリシリコン膜５３０を最初の対象膜としてその光学定数ｎ_１，ｋ_１を算出する。ここでは上述したように図７に示すフィッティング処理による基本ステップにおいて図６に示す膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）とをフィッティングする。なお，最初の膜の光学定数の算出処理では再計算することなく，このまま次の膜の光学定数の算出に移る。この段階では未だ再計算で同時にフィッティングすべき光学定数算出済みの下層膜がないからである。

次に第２段階の第１ステップにて酸化膜５４０を対象膜としてその光学定数ｎ_２，ｋ_２を算出する。ここでは上述したように図７に示すフィッティング処理による基本ステップにおいて図６に示す膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）とをフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，次の第３段階に移る。

これに対して，第１ステップにて十分なフィッティングが得られない場合には，第２ステップにて対象膜である酸化膜５４０の光学定数ｎ_２，ｋ_２とその下層膜であるポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１を同時に求めて修正する。ここでは，上述したように図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_１，Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングと，膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）のフィッティングを同時に行うことにより算出する。共通の光学定数パラメータＰ_１には共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。

次に第３段階の第１ステップにて反射防止膜５５０を対象膜としてその光学定数ｎ_３，ｋ_３を算出する。ここでは上述したように図７に示すフィッティング処理による基本ステップにおいて図６に示す膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）とをフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，次の第４段階に移る。

これに対して，第１ステップにて十分なフィッティングが得られない場合には，第２ステップにて対象膜である反射防止膜５５０の光学定数ｎ_３，ｋ_３とその下層膜である酸化膜５４０の光学定数ｎ_２，ｋ_２を同時に求めて修正する。ここでは，上述したように図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_２，Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）のフィッティングと，膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングを同時に行う。共通の光学定数パラメータＰ_２には共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，次の第４段階に移る。

また，第２ステップにおいても未だ十分なフィッティングが得られない場合には，第３ステップにて更なる下層膜であるポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１も同時に算出し直してさらに修正する。ここでは，図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）のフィッティングと，膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_１，Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングと，膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）のフィッティングとを同時に行うことにより各光学定数ｎ_１，ｋ_１，ｎ_２，ｋ_２，ｎ_３，ｋ_３を求める。共通の光学定数パラメータＰ_１，Ｐ_２にはそれぞれ共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。

次に第４段階の第１ステップにてフォトレジスト膜５６０を対象膜としてその光学定数ｎ_４，ｋ_４を算出する。ここでは上述したように図７に示すフィッティング処理による基本ステップにおいて図６に示す膜構造サンプルＤの実測スペクトルＩ_Ｄと理論スペクトルＳ_Ｄ（Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）とをフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，一連の処理を終了する。

これに対して，第１ステップにて十分なフィッティングが得られない場合には，第２ステップにて対象膜であるフォトレジスト膜５６０の光学定数ｎ_４，ｋ_４とその下層膜である反射防止膜５５０の光学定数ｎ_３，ｋ_３を同時に求めて修正する。ここでは，上述したように図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＤの実測スペクトルＩ_Ｄと理論スペクトルＳ_Ｄ（Ｐ_３，Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）のフィッティングと，膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）のフィッティングを同時に行う。共通の光学定数パラメータＰ_３には共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，一連の処理を終了する。

また，第２ステップにおいても未だ十分なフィッティングが得られない場合には，第３ステップにて更なる下層膜である酸化膜５４０の光学定数ｎ_２，ｋ_２も同時に算出し直してさらに修正する。ここでは，図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＤの実測スペクトルＩ_Ｄと理論スペクトルＳ_Ｄ（Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）のフィッティングと，膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_２，Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）のフィッティングと，膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングとを同時に行うことにより各光学定数ｎ_２，ｋ_２，ｎ_３，ｋ_３，ｎ_４，ｋ_４を求める。共通の光学定数パラメータＰ_２，Ｐ_３にはそれぞれ共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。このとき，十分なフィッティングが得られた場合には，一連の処理を終了する。

また，第３ステップにおいても未だ十分なフィッティングが得られない場合には，第４ステップにて更なる下層膜であるポリシリコン膜５３０の光学定数ｎ_１，ｋ_１も同時に算出し直してさらに修正する。ここでは，図１２に示す再フィッティング処理による再計算ステップにおいて膜構造サンプルＤの実測スペクトルＩ_Ｄと理論スペクトルＳ_Ｄ（Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４，ｄ_Ｄ１，ｄ_Ｄ２，ｄ_Ｄ３，ｄ_Ｄ４）のフィッティングと，膜構造サンプルＣの実測スペクトルＩ_Ｃと理論スペクトルＳ_Ｃ（Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，ｄ_Ｃ１，ｄ_Ｃ２，ｄ_Ｃ３）のフィッティングと，膜構造サンプルＢの実測スペクトルＩ_Ｂと理論スペクトルＳ_Ｂ（Ｐ_１，Ｐ_２，ｄ_Ｂ１，ｄ_Ｂ２）のフィッティングと，膜構造サンプルＡの実測スペクトルＩ_Ａと理論スペクトルＳ_Ａ（Ｐ_１，ｄ_Ａ１）のフィッティングと同時に行うことにより各光学定数ｎ_１，ｋ_１，ｎ_２，ｋ_２，ｎ_３，ｋ_３，ｎ_４，ｋ_４を求める。共通の光学定数パラメータＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３にはそれぞれ共通の値を入れて変動させながらフィッティングする。この第４ステップの処理が終了すると一連の処理をすべて終了する。

このように，対象膜よりも下層に既に光学定数が算出された膜が複数あった場合には，その直下から下層に向けてその下層膜の膜構造サンプルの実測スペクトルを順次読み出して同時にフィッティングすることで，下層膜の光学定数を修正しながら対象膜の光学定数を求めることができる。これにより，下層の膜の光学定数を物理的に正しい解に導くことができ，下層膜の光学定数の算出精度を向上させることができるとともに，対象膜の光学定数の算出精度を大幅に向上させることができる。

なお，各ステップにおいて十分なフィッティングが得られたか否かについては，例えば理論スペクトルＳと実測スペクトルＩのグラフをディスプレイなどに表示させて，その一致度合いをオペレータが確認して判断するようにしてもよく，また制御部４００によって自動的に一致度合いを判断するフィッティング判定処理を行うようにしてもよい。

フィッティング判定処理としては，例えば基本ステップにおけるフィッティングの誤差自乗和又は再計算ステップにおける各フィッティングの誤差自乗和を加えた値が所定の閾値以下であるか否かにより判定する。誤差自乗和が所定の閾値以下である場合には十分なフィッティングが得られた（判定ＯＫ）と判断し，誤差自乗和が所定の閾値以下でない場合には十分なフィッティングが得られなかった（判定ＮＧ）と判断する。ここでの所定の閾値としては，例えば小数二桁以下（１０^−２オーダー）に設定する。

次に，こうして算出された各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成し，ウエハＷの表面構造を特定する具体例について説明する。例えば算出された各膜の光学定数を用いてトレンチを光学的に表した光学モデルを異なるＣＤ値のトレンチ毎に作成してデータ記憶部４６０に予め記憶しておく。そして，表面構造特定対象としてのウエハＷの表面反射率を測定し，その反射率に対応するトレンチのモデルを選び出すことにより，トレンチのＣＤ値を特定することができる。これによれば，各膜の正確な光学定数を用いてトレンチを光学的に表したモデルを作成し，作成された光学モデルを選び出すことによってトレンチのＣＤ値を特定するため，正確なＣＤ値を特定することができる。

ここで，基本ステップだけで算出した各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成した場合と，さらに再計算ステップによって修正した各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成した場合とを比較した場合の実験結果について説明する。ここでは，各膜の光学定数を用いてウエハＷ上に図１７に示す膜構造５０１について酸化膜５４０のトレンチのＣＤ値を特定する光学モデルを作成し，複数のＣＤ値を特定した。また，このような分光反射率測定法によってＣＤ値を特定したトレンチについて，さらにＳＥＭによってＣＤ値（ＣＤ−ＳＥＭ値）を正確に測定した。そして，これら分光反射率測定法によるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭ値との相関関係を図１８に示す。図１８では相関関係を示す直線の傾きが１に近いほど相関が大きいことを示す。

また，１１カ所の測定位置のＣＤ値をそれぞれ３０回連続測定したときの回帰直線の標準誤差（３ｓｉｇｍａ値）を棒グラフで表したものを図１９に示す。すなわち，図１９については同じ測定位置で複数回ＣＤ値を特定した場合の測定再現性を示すものであり，３ｓｉｇｍａ値が小さいほど測定再現性が高いことを示す。

図１８において，基本ステップだけで算出された各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成してＣＤ値を求めた場合については「◆」でプロットし，図１９においては斜線の棒グラフで示した。これに対して，再計算ステップによって修正した各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成してＣＤ値を求めた場合については「●」でプロットし，図１９においては塗りつぶしの棒グラフで示した。

図１８によれば，基本ステップだけを行った場合には直線の傾きは０．８１であり，さらに再計算ステップを行った場合には直線の傾きは１．０５である。これは再計算ステップを行った方が基本ステップだけを行った場合に比してＣＤ−ＳＥＭ値との相関に優れ，物理寸法を精度よく示していることがわかる。また，図１９によれば，再計算ステップを行った場合の棒グラフは，基本ステップだけを行った場合に比してほぼすべての測定位置で３ｓｉｇｍａ値が１／２になっている。これは，再計算ステップを行った方が基本ステップだけを行った場合に比して測定再現性にも優れていることがわかる。

なお，本実施形態で用いた膜構造サンプルＡ〜Ｄは，例えば図２０に示すようにウエハＷ上に形成された測定位置Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち，いずれか一カ所に白色光を照射したときの反射光から反射率の実測スペクトルを測定したものである。各膜の光学定数の算出においては，これに限られるものではなく，複数の測定位置Ａ１，Ａ２，Ａ３のすべてについて反射率の実測スペクトルを測定し，これらを同時にフィッティングするようにしてもよい。

また，本実施形態における再計算ステップでは，各実測スペクトルと各理論スペクトルの差異として誤差自乗和を算出し，各誤差自乗和を加算した値が最小になるようにフィッティング解析を実行する場合について説明したが，これに限定されるものではなく，各実測スペクトルと各理論スペクトルの差異として誤差自乗和を算出し，各誤差自乗和をかけ算した値が最小になるようにフィッティング解析を実行するようにしてもよい。これによっても本実施形態の場合と同様の結果が得られる。

また，本実施形態では測定室３００は図３に示す構成，すなわちウエハＷ表面に対して白色光を垂直に照射して反射光を検出する所謂リフレクトメータとして構成し，そのような反射光に基づいて光学定数を算出する場合を例に挙げて説明した。測定室３００はこれに限られるものではなく，例えばウエハＷ表面に対して白色光を斜めから照射して得られる反射光を検出する所謂エリプソメータとして構成し，そのような反射光に基づいて光学定数を算出する場合に本発明を適用してもよい。

このような測定室３００を所謂エリプソメータとして構成した場合の変形例について図２１に示す。図２１に示す測定室３００は，光源３２０と，偏光子３２２と，補償板３２４と，検出子３２６と，分光器３２８と，検出器３３０とを備える。光源３２０，偏光子３２２及び補償板３２４はウエハＷの表面に対する所定の迎角の直線上に配される。また，検出子３２６，分光器３２８及び検出器３３０は，直線上且つウエハＷに対する垂直軸に関して光源３２０，偏光子３２２及び補償板３２４と対称に配される。

図２１に示す測定室３００についても，ウエハＷの表面からの反射光を測定することができる。具体的には，光源３２０から照射された白色光が偏光子３２２，補償板３２４を透過してウエハＷに入射する。入射した白色光はウエハＷの表面において反射し，その反射光は検出子３２６，分光器３２８を介して検出器３３０に入射する。検出器３３０は，入射された反射光を受光し，その反射光を電気信号に変換して制御部４００に送信する。

図２１に示すようなエリプソメータの構成では，白色光を斜めから照射してその反射光を検出するので，白色光を垂直に照射してその反射光を検出するリフレクトメータの場合と比べてウエハＷ表面の膜を光が通過する光路が長く，しかもその光源からの光も偏光により縦波と横波に分けてそれぞれの反射率のスペクトルを得られる点で膜の情報量が多い。このため，光学定数の算出精度もリフレクトメータの場合に比べて高いものの，本実施形態にかかる基本ステップと再計算ステップを適用することにより，より一層光学定数の算出精度を向上させることができる。

ところが，エリプソメータでは白色光を斜めから照射するのでそのスポット光は楕円であり，長径方向に長くなる。これに対して，リフレクトメータでは白色光を垂直に照射するのでそのスポット光は円であり，エリプソメータよりも狭い領域で反射光を測定することができる。近年ではウエハＷ上に形成される半導体装置のデザインルールの微細化に伴って測定に必要なスポット光の面積もより小さいものが要求されているのでこれに応えることができる。ところが，エリプソメータの場合に比べて反射率のスペクトルから得られる膜の情報量が少ないので，一般的には光学定数を正確に求めることは難しい場合が多い。この点，このようなリフレクトメータに本実施形態における基本ステップ及び再計算ステップによる光学定数の算出を適用することにより，対象膜の光学定数を下層膜の光学定数を修正しながら正確に求めることができるので，大きな効果を発揮できる。

また，上述した表面構造特定処理では，スキャトロメトリ法として分光反射率測定法を用いる場合について説明したが，スキャトロメトリ法としてはウエハＷに白色光を照射することにより得られた反射光の位相，強度等から表面構造を特定できるものであればよく，例えばエリプソメトリ法を用いてもよい。

また，図１に示す基板処理装置１００では，測定室３００を搬送室１３０に設けた場合を例に挙げて説明したが，これに限定されるものではなく，測定室３００を基板処理装置１００とは別体で設け，基板処理装置１００とは別の場所に配置してもよい。

また，上記実施形態により詳述した本発明については，複数の機器から構成されるシステムに適用しても，１つの機器からなる装置に適用してもよい。上述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体をシステムあるいは装置に供給し，そのシステムあるいは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体等の媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行することによっても，本発明が達成され得る。

この場合，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施形態の機能を実現することになり，そのプログラムを記憶した記憶媒体等の媒体は本発明を構成することになる。プログラムを供給するための記憶媒体等の媒体としては，例えば，フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ＋ＲＷ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどが挙げられる。また，媒体に対してプログラムを，ネットワークを介してダウンロードして提供することも可能である。

なお，コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより，上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく，そのプログラムの指示に基づき，コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

さらに，記憶媒体等の媒体から読み出されたプログラムが，コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後，そのプログラムの指示に基づき，その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い，その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も，本発明に含まれる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，基板処理装置及び光学定数算出方法並びにその方法を実行するプログラムを記憶した記録媒体に適用可能である。

本発明の実施形態にかかる基板処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す制御部の構成例を示すブロック図である。 図１に示す測定室の構成を概略的に示す図である。 理論スペクトルを算出するための理論式を説明するための積層膜構造を示す図である。 光学定数を測定する複数の膜が積層されたウエハＷ表面の積層膜構造の具体例を示す図である。 図５に示す各膜の光学定数を算出するのに必要な膜構造サンプルを説明するための図である。 本実施形態にかかる基本ステップのフィッティング処理の具体例を示す流れ図である。 基本ステップにおいてポリシリコン膜を対象膜としてその光学定数を算出する際のフィッティングにおける理論スペクトルと実測スペクトルとの誤差自乗和を２次元のグラフで観念的に示した図である。 図８で誤差自乗和が最小のときの膜構造サンプルＡについての理論スペクトルと実測スペクトルをグラフにした図である。 基本ステップにおいて酸化膜を対象膜としてその光学定数を算出する際のフィッティングにおける理論スペクトルと実測スペクトルとの誤差自乗和を２次元のグラフで観念的に示した図である。 図１０で誤差自乗和が最小のときの膜構造サンプルＢについての実測スペクトルと理論スペクトルをグラフにした図である。 本実施形態にかかる再計算ステップの再フィッティング処理の具体例を示す流れ図である。 再計算ステップにおいて各スペクトルを同時にフィッティングした場合の各誤差自乗和を加えた値を観念的に２次元の実線グラフで示した図である。 図１３で誤差自乗和を加えた値が最小のときの膜構造サンプルＡについての理論スペクトルと実測スペクトルをグラフにした図である。 図１３で誤差自乗和を加えた値が最小のときの膜構造サンプルＢについての理論スペクトルと実測スペクトルをグラフにした図である。 図５に示す積層膜構造の各膜の光学定数を求める場合に基本ステップの後に再計算ステップを実行するときの流れをまとめた図である。 各膜の光学定数を用いて光学モデルを作成した膜構造を示す図である。 分光反射率測定法によるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭ値との相関関係を示す図である。 同じ測定位置で複数回ＣＤ値を特定した場合の測定再現性を示す図である。 ウエハ表面上の測定位置を示す図である。 図１に示す測定室の変形例の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１００ 基板処理装置
１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ） 真空処理ユニット
１２０ 搬送ユニット
１３０ 搬送室
１３２（１３２Ａ〜１３２Ｃ） カセット台
１３４（１３４Ａ〜１３４Ｃ） カセット容器
１３６（１３６Ａ〜１３６Ｃ） ロードポート
１３７ オリエンタ
１３８ 回転載置台
１３９ 光学センサ
１５０（１５０Ａ，１５０Ｂ） ロードロック室
１５２（１５２Ａ，１５２Ｂ） ゲートバルブ
１５４Ａ，１５６Ａ バッファ用載置台
１５６Ａ，１５６Ｂ バッファ用載置台
１６０ 共通搬送機構
１６２ 基台
１７０Ａ，１７０Ｂ 個別搬送機構
１７２Ａ，１７２Ｂ ピック
２００（２００Ａ，２００Ｂ） プラズマ処理装置
２１０（２１０Ａ，２１０Ｂ） 処理室
２１１（２１１Ａ，２１１Ｂ） サセプタ
２３２（２３２Ａ，２３２Ｂ） ゲートバルブ
３００ 測定室
３０２ 載置台
３１０ 光源
３１２ ハーフミラー
３１４ 集光レンズ
３１６ 分光器
３１８ 検出器
３２０ 光源
３２２ 偏光子
３２４ 補償板
３２６ 検出子
３２８ 分光器
３３０ 検出器
４００ 制御部
４１０ ＣＰＵ
４２０ メモリ
４３０ 報知部
４４０ 各種コントローラ
４５０ プログラム記憶部
４６０ データ記憶部
５００ 積層膜構造
５０１ 膜構造
５１０ シリコン基材
５２０ ゲート酸化膜
５３０ ポリシリコン膜
５４０ 酸化膜
５５０ 反射防止膜
５６０ フォトレジスト膜
Ａ〜Ｄ 膜構造サンプル
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. 基板上に形成された積層膜構造における各膜の光学定数を算出する光学定数算出方法であって，
   前記各膜をそれぞれ下から順に対象膜とし，その対象膜の光学定数を既に算出された下層膜の光学定数を用いて算出することによって，各膜の光学定数を順次算出する基本ステップと，
   前記基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，前記下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップと，
   を有することを特徴とする光学定数算出方法。
2. 前記再計算ステップは，
   前記対象膜が最上層でそれよりも下層の膜構造が前記積層膜構造と同一の膜構造サンプルと前記下層膜が最上層でそれよりも下層の膜構造が前記積層膜構造と同一の膜構造サンプルについてそれぞれ，白色光を照射したときの反射光から分光反射率の実測スペクトルを得るステップと，
   前記各膜構造サンプルについての分光反射率の理論スペクトルを算出するステップと，
   前記各膜構造サンプルについて前記実測スペクトルと前記理論スペクトルとのフィッティングを同時に行い，各フィッティングにおける前記実測スペクトルと前記理論スペクトルのそれぞれの差異を加えた値が最小となるときのパラメータ値の組合せを求めるステップと，
   前記パラメータ値の組合せから前記対象膜の光学定数と前記下層膜の光学定数をそれぞれ算出するステップと，
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光学定数算出方法。
3. 前記再計算ステップにおいて，
   前記対象膜が最上層の膜構造サンプルについての理論スペクトルでは，前記対象膜の光学定数パラメータ及び膜厚，前記下層膜の光学定数パラメータ及び膜厚をフィッティングパラメータとし，
   前記下層膜が最上層の膜構造サンプルについての理論スペクトルでは，前記下層膜の光学定数パラメータ及び膜厚をフィッティングパラメータとし，
   前記各膜構造サンプルの共通する下層膜の光学定数パラメータは共通の値で変動させながら各フィッティングを同時に行うことを特徴とする請求項２に記載の光学定数算出方法。
4. 前記再計算ステップにおいて，前記フィッティングパラメータは既に算出された値を初期値とすることを特徴とする請求項３に記載の光学定数算出方法。
5. 前記実測スペクトルと前記理論スペクトルの差異は，最小二乗法による誤差自乗和であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学定数算出方法。
6. 前記対象膜の下層に既に算出された下層膜が複数ある場合には，直下の下層膜から順に光学定数の再計算に加えていくことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学定数算出方法。
7. 前記再計算ステップで行われたフィッティングにおいて，前記各実測スペクトルと前記各理論スペクトルの誤差自乗和をそれぞれ加えた値が所定の閾値以下であるか否かを判断し，
   更なる下層膜を加えての光学定数の再計算は，前記誤差自乗和を加えた値が所定の閾値以下のときのみに実行することを特徴とする請求項６に記載の光学定数算出方法。
8. 基板上に形成された積層膜構造の各膜の光学定数を算出する基板処理装置であって，
   少なくとも前記基板上に照射する白色光の光源と，前記反射光を分光する分光器と，この分光器からの光を検出する検出器とを備えた測定室と，
   前記測定室を制御する制御部と，を備え，
   前記制御部は，前記測定室にて前記各膜の光学定数の算出に必要な膜構造サンプルが形成された基板に白色光を照射してその反射光を検出することにより分光反射率の実測スペクトルを取得し，理論スペクトルとのフィッティングによって前記各膜の光学定数をそれぞれ下から順に算出する基本ステップと，この基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，その下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップとを実行することを特徴とする基板処理装置。
9. 基板上に形成された積層膜構造における各膜の光学定数を算出する光学定数算出方法をコンピュータに実行させるプログラムを記憶する記憶媒体であって，
   前記光学定数算出方法は，
   前記各膜をそれぞれ下から順に対象膜とし，その対象膜の光学定数を既に算出された下層膜の光学定数を用いて算出することによって，各膜の光学定数を順次算出する基本ステップと，
   前記基本ステップで算出した対象膜の光学定数を，前記下層膜の光学定数を修正しながら算出し直す再計算ステップと，
   を有することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
   

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