WO2026014335A1 - 半導体デバイス製造方法 - Google Patents

半導体デバイス製造方法

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WO2026014335A1
WO2026014335A1 PCT/JP2025/023868 JP2025023868W WO2026014335A1 WO 2026014335 A1 WO2026014335 A1 WO 2026014335A1 JP 2025023868 W JP2025023868 W JP 2025023868W WO 2026014335 A1 WO2026014335 A1 WO 2026014335A1
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WO
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layer
wafer
wavelength
film
light
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Application number
PCT/JP2025/023868
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English (en)
French (fr)
Inventor
賢一 大塚
元 吉田
康太 森島
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of WO2026014335A1 publication Critical patent/WO2026014335A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Definitions

  • One aspect of the present disclosure relates to a semiconductor device manufacturing method and measurement apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a technology that uses a dichroic mirror, whose transmittance and reflectance change depending on the wavelength, to separate light from an object, capture images of each separated light, determine the wavelength centroid, and estimate the film thickness of a semiconductor device based on the wavelength centroid.
  • the thickness of each layer has become extremely thin, for example, less than 100 nm, and there is a need to measure the thickness with high precision.
  • One known method of measuring thickness is to use a spectrometer to detect the reflected interference light from the semiconductor device, obtain a spectrum, and then estimate the thickness of each layer.
  • this measurement method measures thickness at specific points, and the measurement time can be extremely long if, for example, you want to derive the thickness distribution within the surface of the entire wafer with high precision.
  • This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a semiconductor device manufacturing method that can quickly and accurately derive wafer thickness distribution.
  • a semiconductor device manufacturing method includes: a first step of irradiating light onto the wafer in a planar manner, with a first layer formed on the front surface of the wafer, capturing an image of the light from the wafer, and acquiring a thickness distribution of the first layer within the wafer surface based on a signal related to the image; a second step of forming a second layer by performing a predetermined processing process on the first layer; a third step of irradiating light onto the wafer in a planar manner after the second step, capturing an image of the light from the wafer, and deriving a distribution of measurement parameters within the wafer surface based on the signal related to the image; and a fourth step of deriving a thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and the distribution of the measurement parameters derived in the third step.
  • the wafer is irradiated with light in a planar manner, and the light from the wafer is imaged to derive the distribution of measurement parameters within the wafer surface.
  • the thickness distribution of the second layer is then derived based on the thickness distribution of the first layer acquired before the second layer is formed and the distribution of measurement parameters within the wafer surface derived after the second layer is formed. Because the thickness distribution of the first layer is thus acquired before the second layer is formed, the thickness distribution of the second layer, which is the layer on the front side of the wafer, can be appropriately (highly accurately) derived based on the distribution of measurement parameters within the wafer surface derived after the second layer is formed and the thickness distribution of the first layer.
  • the thickness distribution of the second layer is derived taking into account the image results of the light irradiated in a planar manner onto the wafer, the thickness distribution of the second layer within the entire wafer surface can be derived all at once (in a short period of time). This significantly reduces the measurement time required to derive the thickness distribution within the entire wafer surface, compared to, for example, measuring the thickness of the second layer at specific points using a spectrometer or the like.
  • the semiconductor device manufacturing method makes it possible to quickly and accurately derive the thickness distribution of a wafer.
  • the semiconductor device manufacturing method described in (1) above may further include a relationship information derivation step of deriving relationship information indicating the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step, and in the fourth step, the thickness distribution of the second layer may be derived based on the relationship information derived in the relationship information derivation step and the distribution of the measurement parameters derived in the third step.
  • the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be derived quickly and accurately from the distribution of the measurement parameters derived in the third step.
  • the related information deriving step may include deriving a theoretical reflectance for each predetermined region of the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and previously acquired thin-film information of the second layer, and deriving measurement parameters for each predetermined region of the thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and previously acquired spectral characteristics, and deriving related information indicating the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region.
  • the related information deriving step may include deriving a theoretical reflectance for each predetermined region of the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and previously acquired thin-film information of the second layer, and deriving measurement parameters for each predetermined region of the thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and previously acquired spectral characteristics, and deriving related information indicating the relationship between the measurement parameters and the thickness of the second layer for each predetermined region.
  • the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be derived with high accuracy from the distribution of measurement parameters derived in the third step using the related information.
  • the related information deriving step may be performed while the second step is being performed. This allows the thickness distribution of the layers on the front side of the wafer to be quickly derived after the second step is performed.
  • the relationship information may be a relational equation obtained by fitting for each predetermined region, or a table.
  • the measurement parameter may be the wavelength centroid.
  • the processing may be any of a film formation process, a photoresist coating process, an etching process, a planarization process, an electrode formation process, a pattern formation process, an insulating film formation process, a contact hole formation process, a contact formation process, a trench formation process, and a wiring formation process.
  • the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer formed after these processes can be derived quickly and accurately using the above-described method. Note that after the pattern formation process, it is difficult to derive film thickness using conventional point measurements due to difficulties such as alignment. In this regard, the method disclosed herein does not require the above-described alignment after the pattern formation process, and therefore the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be easily derived.
  • This disclosure provides a semiconductor device manufacturing method that shortens measurement time and enables highly accurate thickness measurements.
  • FIG. 1 is a diagram showing a film thickness measuring device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the characteristics of the dichroic mirror and the wavelength of the light emitted from the light source.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the spectrum of light and the characteristics of an inclined dichroic mirror.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the wavelength shift according to the amount of transmitted light and the amount of reflected light.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between wavelength and film thickness.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration for estimating spectral characteristics.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for estimating spectral characteristics performed by the configuration shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an example of another configuration for carrying out estimation of spectral characteristics.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the derivation of the expected values of the measurement parameters.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining derivation of a relational expression by curve fitting.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the derivation of the film thickness using the relational expression.
  • 12A to 12C are diagrams for explaining the derivation of relational expressions relating to measurement parameters other than the wavelength centroid.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a film thickness measuring device according to a modified example.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a wafer having a multilayer structure according to a modified example.
  • FIG. 15(a) is a diagram showing the distribution of wavelength centroids measured for the first layer
  • FIG. 15(b) is a diagram showing the distribution of film thickness for the first layer derived based on the wavelength centroids shown in FIG. 15(a).
  • FIG. 16 is a diagram showing the distribution of wavelength centroids measured after the second layer is formed.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the wavelength centroid measured after the second layer is formed and the derivation of the second layer thickness based on the first layer thickness.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the second layer thickness and the wavelength centroid for each first layer thickness.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the manufacturing process of a semiconductor device.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the manufacturing process of a semiconductor device.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the procedure for deriving the thickness distribution of the second layer.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining the derivation of the theoretical reflectance for each film thickness candidate of the second layer.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating the derivation of the measurement parameters.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining the derivation of the relational information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining the derivation of the thickness distribution of the second layer.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a problem with a semiconductor device according to a comparative example.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating the effect of thickness distribution derivation according to this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a film thickness measurement device 1 according to this embodiment.
  • the film thickness measurement device 1 irradiates a wafer 100 with light in a planar manner and measures the thickness of a film formed on the wafer 100, specifically the film thickness distribution, based on the light reflected from the wafer 100.
  • the wafer 100 include integrated circuits (ICs) with PN junctions such as transistors, large-scale integrated circuits (LSIs) such as logic devices, memory devices, and analog devices, as well as mixed-signal devices that combine these devices.
  • ICs integrated circuits
  • LSIs large-scale integrated circuits
  • wafers examples include wafers containing high-current/high-voltage MOS transistors, bipolar transistors, IGBTs, and other power semiconductor devices, as well as light-emitting devices such as LEDs and semiconductor lasers.
  • the wafer 100 has a film 100b formed on the surface of a substrate 100a.
  • the wafer 100 is described as having only one layer of film 100b formed on the surface of the substrate 100a.
  • Film 100b is, for example, an oxide film or nitride film, but may also be other films.
  • the film thickness measurement device 1 includes a light source 10, a half mirror 11, a field lens 12, a camera system 20, and a control device 30.
  • the light source 10 irradiates the wafer 100 with light in a planar manner.
  • the light source 10 irradiates, for example, substantially the entire surface of the wafer 100 with light in a planar manner.
  • the light source 10 is, for example, a light source that can uniformly irradiate the surface of the wafer 100, and irradiates the wafer 100 with diffused light.
  • the light source 10 may be a planar lighting unit using a white LED, SC light source, halogen lamp, Xe lamp, or the like. It may also be a planar lighting unit using a monochromatic LD, multicolor LD, monochromatic LED, or multicolor LED.
  • the light emitted from the light source 10 passes through the half mirror 11 and field lens 12 and is irradiated planarly onto the wafer 100.
  • the light source 10 irradiates the wafer 100 with light of a wavelength included in a predetermined wavelength range of the tilted dichroic mirror 22 (details will be described later) possessed by the camera system 20.
  • the tilted dichroic mirror 22 is an optical element that separates the light from the wafer 100 by transmitting and reflecting it according to wavelength. The transmittance and reflectance of the tilted dichroic mirror 22 change depending on the wavelength within the predetermined wavelength range described above.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the characteristics of the tilted dichroic mirror 22 and the wavelength of light emitted from the light source 10.
  • the horizontal axis represents wavelength
  • the vertical axis represents the transmittance of the tilted dichroic mirror 22.
  • the characteristic X4 of the tilted dichroic mirror 22 in FIG. 2 in the tilted dichroic mirror 22, the light transmittance (and reflectance) changes gradually (monotonically or linearly) with changes in wavelength in a specific wavelength range X10, while in wavelength ranges outside this specific wavelength range, the light transmittance (and reflectance) remains constant regardless of changes in wavelength.
  • FIG. 1 the characteristic X4 of the tilted dichroic mirror 22 in FIG. 2
  • the light transmittance (and reflectance) changes gradually (monotonically or linearly) with changes in wavelength in a specific wavelength range X10, while in wavelength ranges outside this specific wavelength range, the light transmittance (and reflectance) remains constant regardless of changes in
  • the light X20 output from the light source 10 includes light with wavelengths falling within the above-mentioned specific wavelength range X10.
  • the light source 10 outputs light with a broad spectrum that includes the specific wavelength range X10.
  • the wavelength range (interference peak wavelength) involved in the measurement is determined by the material of the film formed on the wafer 100 and the measurement film thickness range.
  • the half mirror 11 is a mirror that reflects the light emitted from the light source 10 toward the wafer 100 (more specifically, toward the field lens 12 that guides the light to the wafer 100), and transmits the light from the irradiated wafer 100 (more specifically, the light that has passed through the field lens 12 from the wafer 100).
  • the field lens 12 is a lens that aligns the direction of travel of the light.
  • Camera system 20 is configured to include lens 21, inclined dichroic mirror 22, area sensor 23, and area sensor 24. Note that camera system 20 may also be configured to include a linear image sensor instead of the area sensor.
  • the lens 21 is a lens that focuses light from the wafer 100 that has passed through the field lens 12 and the half mirror 11.
  • the lens 21 may be located upstream of the inclined dichroic mirror 22, or in the area between the inclined dichroic mirror 22 and the area sensors 23 and 24. In this embodiment, the lens 21 is described as being located upstream of the inclined dichroic mirror 22.
  • the lens 21 may be a finite focus lens or an infinity focus lens. If the lens 21 is a finite focus lens, the distance from the lens 21 to the area sensors 23 and 24 is set to a predetermined value. If the lens 21 is an infinity focus lens, the lens 21 is a collimator lens that converts the light from the wafer 100 into parallel light, and is aberration-corrected to obtain parallel light.
  • the light output from the lens 21 is incident on the inclined dichroic mirror 22.
  • the tilted dichroic mirror 22 is a mirror made of a special optical material, and is an optical element that separates light from the wafer 100 by transmitting and reflecting it according to wavelength.
  • the tilted dichroic mirror 22 is configured so that the transmittance and reflectance of light change according to wavelength within a specified wavelength range.
  • Figure 3 is a diagram explaining the light spectrum and the characteristics of the inclined dichroic mirror 22.
  • the horizontal axis represents wavelength
  • the vertical axis represents spectral intensity (in the case of the light spectrum) and transmittance (in the case of the inclined dichroic mirror 22).
  • characteristic X4 of the inclined dichroic mirror 22 in Figure 3 in the inclined dichroic mirror 22, the light transmittance (and reflectance) changes gradually with changes in wavelength in a predetermined wavelength range (the wavelength range from wavelength ⁇ 1 to ⁇ 2).
  • the light transmittance (and reflectance) may be constant regardless of changes in wavelength.
  • the light transmittance changes monotonically (reflectance changes monotonically) with changes in wavelength. Since transmittance and reflectance have a negative correlation, i.e., when one increases, the other decreases, the other decreases. Therefore, hereinafter, the terms “transmittance (and reflectance)” may be omitted and simply referred to as “transmittance.” Note that “constant light transmittance regardless of wavelength” does not only refer to a completely constant light transmittance, but also includes, for example, a case where the change in transmittance is 0.1% or less per 1 nm change in wavelength.
  • waveform X1 indicates the waveform of light output from light source 10. As shown by waveform X1 in Figure 3, the light output from light source 10 contains light with wavelengths that fall within the predetermined wavelength range (wavelength range ⁇ 1 to ⁇ 2) of inclined dichroic mirror 22.
  • the predetermined wavelength range is, for example, the visible wavelength range, e.g., a wavelength range of 400 nm to 700 nm.
  • area sensors 23, 24 capture light from wafer 100 (imaging step). Area sensors 23, 24 capture light separated by inclined dichroic mirror 22. Area sensor 23 captures light transmitted by inclined dichroic mirror 22 and outputs a second signal. Area sensor 24 captures light reflected by inclined dichroic mirror 22 and outputs a first signal.
  • the wavelength range to which area sensors 23, 24 are sensitive corresponds to a predetermined wavelength range in which the light transmittance (and reflectance) changes with wavelength in inclined dichroic mirror 22.
  • Area sensors 23, 24 are, for example, monochrome sensors or color sensors.
  • the imaging results (images) captured by area sensors 23, 24 are output to control device 30 via the first and second signals described above.
  • a bandpass filter may be arranged in front (upstream) of the area sensors 23 and 24.
  • Such a bandpass filter may be, for example, a filter that removes light in wavelength ranges other than the above-mentioned specific wavelength range (the wavelength range in which the transmittance and reflectance of light change depending on the wavelength in the inclined dichroic mirror 22).
  • the control device 30 is a computer, and is physically configured with memory such as RAM and ROM, a processor (arithmetic circuit) such as a CPU, a communications interface, and a storage unit such as a hard disk.
  • the control device 30 functions by having the CPU of the computer system execute programs stored in the memory.
  • the control device 30 may also be configured with a microcomputer or FPGA.
  • the control device 30 derives the film thickness of the wafer 100 (thickness distribution within the surface of the wafer 100) based on first and second signals, which are signals from the area sensors 23 and 24 that capture light.
  • the control device 30 performs processes related to film thickness derivation, including a measurement parameter derivation process based on signals from the area sensors 23 and 24, and a film thickness derivation process based on measurement parameters, etc.
  • the control device 30 stores relationship information indicating the relationship between film thickness and measurement parameters for each specified area.
  • the control device 30 has a calculation unit 31, an analysis unit 32, and a memory unit 33 as functional components that realize the above-mentioned processes and storage.
  • the calculation unit 31 performs the measurement parameter derivation process.
  • the analysis unit 32 performs the film thickness derivation process.
  • the memory unit 33 stores the above-mentioned relationship information. Each function is explained in detail below.
  • the calculation unit 31 derives measurement parameters for the wafer 100 for each predetermined area based on signals from the area sensors 23, 24 that capture light.
  • the signals from the area sensors 23, 24 indicate the transmitted light distribution and reflected light distribution in the captured area.
  • the measurement parameters may be any parameter that correlates with film thickness, such as the wavelength centroid of the light from the wafer 100, the intensity of the light transmitted through the inclined dichroic mirror 22, the intensity of the light reflected from the inclined dichroic mirror 22, or the ratio of the intensity of the light transmitted through the inclined dichroic mirror 22 to the intensity of the light reflected from it (IT/IR or IR/IT).
  • the measurement parameter is assumed to be the wavelength centroid of the light from the wafer 100.
  • the calculation unit 31 may derive the wavelength centroid of each light as a measurement parameter for each predetermined region based on the spatial distribution of the transmitted light amount (the intensity of light transmitted through the inclined dichroic mirror 22) determined based on the second signal from the area sensor 23 indicating the imaging result in the area sensor 23, and the spatial distribution of the reflected light amount (the intensity of light reflected from the inclined dichroic mirror 22) determined based on the first signal from the area sensor 24 indicating the imaging result in the area sensor 24.
  • the predetermined region may be, for example, a region corresponding to a pixel of the area sensors 23, 24, or a region corresponding to a plurality of adjacent pixels. In the following description, a pixel is used as the predetermined region.
  • the calculation unit 31 derives the wavelength centroid of each pixel based on the following equation (1):
  • x' indicates the wavelength centroid
  • IT' indicates the transmitted light amount
  • IR' indicates the reflected light amount.
  • x' (IT' - IR') / 2 (IT' + IR') (1)
  • the calculation unit 31 may further derive the wavelength centroid of light for each pixel by taking into consideration the central wavelength of the inclined dichroic mirror 22 (the central wavelength of a predetermined wavelength range) and the width of the inclined dichroic mirror 22.
  • the width of the inclined dichroic mirror 22 is, for example, the wavelength range from the wavelength at which the transmittance of the inclined dichroic mirror 22 is 0% to the wavelength at which the transmittance is 100%.
  • the calculation unit 31 may derive the wavelength centroid of each pixel based on the following equation (2):
  • x' represents the wavelength centroid
  • IT' represents the amount of transmitted light
  • IR' represents the amount of reflected light
  • ⁇ 0 represents the central wavelength of the inclined dichroic mirror 22
  • A represents the width of the inclined dichroic mirror 22.
  • FIG. 4 is a diagram explaining wavelength shifts according to the amount of transmitted light and reflected light.
  • x' wavelength center of gravity
  • x' ⁇ 2 (a wavelength longer than ⁇ 0).
  • x' wavelength center of gravity
  • Figure 5 is a diagram showing the relationship between wavelength and film thickness.
  • the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance.
  • the relationship between wavelength and reflectance is shown for film thicknesses of 820 nm, 830 nm, and 840 nm.
  • the wavelength centroid differs depending on the film thickness. In this way, since there is a correlation between the wavelength centroid and film thickness, it is possible to estimate the film thickness by identifying the wavelength centroid.
  • the memory unit 33 stores relationship information between film thickness and measurement parameters (here, wavelength centroid). As mentioned above, there is a correlation between film thickness and wavelength centroid. Therefore, by preparing the relationship information between film thickness and wavelength centroid in advance, it is possible to derive the film thickness from this relationship information and the actually measured wavelength centroid.
  • the memory unit 33 stores relationship information for each type of film.
  • the related information may be derived based on the theoretical reflectance according to the type of film and the spectral characteristics (spectral sensitivity) of the film thickness measurement device 1 as a whole.
  • the theoretical reflectance value for each wavelength is determined once the type of film (refractive index and extinction coefficient of the film) and film thickness are determined.
  • the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1 as a whole may be specified (estimated) in advance using various methods. Below, an example of a method for estimating the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1 as a whole is described.
  • the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated, for example, as the accumulation of the spectral characteristics (spectral sensitivity) of each optical component that constitutes the film thickness measuring device 1.
  • the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1 may be estimated by accumulating the luminance spectrum of the light source 10, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the half mirror 11, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the field lens 12, the spectral transmittance (transmittance spectrum) of the lens 21, the spectral transmittance of the inclined dichroic mirror 22, the quantum efficiency (QE) or spectral sensitivity of the area sensor 23, the quantum efficiency (QE) or spectral sensitivity of the area sensor 24, and the reflectance of a bare wafer placed in place of the wafer 100.
  • the spectral characteristic SCT_xm,yn( ⁇ ) on the transmission side that transmits through the inclined dichroic mirror 22 is given by the following equation (3): Furthermore, the spectral characteristic SCR_xm,yn( ⁇ ) on the reflection side that reflects off the inclined dichroic mirror 22 is given by the following equation (4):
  • ⁇ is the wavelength
  • xm and yn are coordinates on the surface of the wafer 100
  • SC1 is the luminance spectrum of the light source 10
  • SC2 is the spectral transmittance of the half mirror 11
  • SC3 is the spectral transmittance of the field lens 12
  • SC4 is the spectral transmittance of the lens
  • SC5 is the spectral transmittance of the inclined dichroic mirror 22
  • SC6 is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 23
  • SC7 is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 24
  • R is the reflectance on the bare wafer.
  • SC1( ⁇ )xm,yn SC1( ⁇ ) without taking into account the positional dependency for each coordinate (the same applies to SC2 to SC7).
  • the spectral characteristics of the film thickness measurement apparatus 1 may be estimated using, for example, multiple types of bandpass filters.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing an example of a configuration for estimating the spectral characteristics of the film thickness measurement apparatus 1. In addition to the components included in the film thickness measurement apparatus 1 described above, Figure 6 also shows multiple types of bandpass filters 51-54.
  • a filter wheel (not shown) or a filter slider (not shown) can be used to sequentially switch between the multiple types of bandpass filters 51-54, thereby simultaneously estimating the transmission-side spectral characteristics SCT_xm,yn( ⁇ ) and reflection-side spectral characteristics SCR_xm,yn( ⁇ ) of the film thickness measurement apparatus 1 for each coordinate on the wafer 100.
  • the spectral characteristics of the transmitted side SCT_xm,yn( ⁇ ) are estimated from the amount of transmitted light measured by area sensor 23, without individually considering the spectral characteristics of each optical component that constitutes film thickness measurement apparatus 1, and the spectral characteristics of the reflected side SCR_xm,yn( ⁇ ) are estimated from the amount of reflected light measured by area sensor 24.
  • a bare wafer 500 is placed instead of wafer 100.
  • bandpass filters 51 to 54 are filters that remove light in wavelength ranges other than specified wavelength ranges.
  • Bandpass filter 51 is a filter that removes light in wavelength ranges other than the first wavelength range, which has the lowest wavelength, for example.
  • Bandpass filter 52 is a filter that removes light in wavelength ranges other than the second wavelength range, which is higher than the first wavelength range described above.
  • Bandpass filter 53 is a filter that removes light in wavelength ranges other than the third wavelength range, which is higher than the second wavelength range described above.
  • Bandpass filter 54 is a filter that removes light in wavelength ranges other than the fourth wavelength range, which is higher than the third wavelength range described above.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for estimating spectral characteristics implemented using the configuration shown in FIG. 6.
  • the left side shows an image of one coordinate contained in bare wafer 500
  • the top right shows the amount of transmitted light measured by area sensor 23 for the one coordinate while switching between bandpass filters 51-54
  • the bottom right shows the amount of reflected light measured by area sensor 24 for the one coordinate while switching between bandpass filters 51-54.
  • the horizontal axis represents wavelength
  • the vertical axis represents spectral intensity.
  • wavelength region 151 corresponds to the first wavelength region of bandpass filter 51
  • wavelength region 152 corresponds to the second wavelength region of bandpass filter 52
  • wavelength region 153 corresponds to the third wavelength region of bandpass filter 53
  • wavelength region 154 corresponds to the fourth wavelength region of bandpass filter 54.
  • curve 160 showing the relationship between wavelength and spectral intensity can be derived by performing curve fitting on the data on the amount of transmitted light.
  • the relational expression (polynomial) showing curve 160 is a relational expression that shows the spectral characteristics SCT_xm,yn( ⁇ ) on the transmission side.
  • curve fitting methods include, for example, polynomial approximation and other curve fitting methods.
  • a curve showing the relationship between wavelength and spectral intensity may also be derived using methods such as interpolation.
  • the wavelength region corresponding to the first wavelength region of bandpass filter 51 is wavelength region 251
  • the wavelength region corresponding to the second wavelength region of bandpass filter 52 is wavelength region 252
  • the wavelength region corresponding to the third wavelength region of bandpass filter 53 is wavelength region 253
  • the wavelength region corresponding to the fourth wavelength region of bandpass filter 54 is wavelength region 254.
  • curve 260 showing the relationship between wavelength and spectral intensity can be derived by performing curve fitting on this transmitted light amount data.
  • the relational expression (polynomial) showing such curve 260 is a relational expression that shows the spectral characteristics SCR_xm,yn( ⁇ ) on the reflection side.
  • curve fitting methods include, for example, polynomial approximation and other curve fitting methods.
  • a curve showing the relationship between wavelength and spectral intensity may also be derived using methods such as interpolation.
  • the spectral characteristics of the film thickness measurement system 1 can be estimated using bandpass filters 51-54.
  • Figure 8 is a diagram schematically illustrating an example of another configuration for estimating the spectral characteristics of the film thickness measurement apparatus 1.
  • Figure 8 shows a configuration in which spectroscopes 60 and 70 are provided instead of the area sensors 23 and 24 of the film thickness measurement apparatus 1 described above.
  • the spectrometer 60 can derive a spectral characteristic SC8( ⁇ )xm,yn, which is the cumulative sum of the spectral characteristics of each optical component, excluding SC6( ⁇ )xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 23, from the transmission-side spectral characteristic SCT_xm,yn( ⁇ ).
  • the spectrometer 60 includes a measurement unit 61 and a probe head 62.
  • the spectrometer 60 separates light input from the probe head 62 (light transmitted through the inclined dichroic mirror 22) into wavelengths, and derives the intensity of each wavelength in the measurement unit 61. In this manner, the above-described spectral characteristic SC8( ⁇ )xm,yn is derived.
  • the spectrometer 70 can derive a spectral characteristic SC9( ⁇ )xm,yn, which is the cumulative sum of the spectral characteristics of each optical component of the reflection-side spectral characteristic SCR_xm,yn( ⁇ ), excluding SC7( ⁇ )xm,yn, which is the quantum efficiency or spectral sensitivity of the area sensor 24.
  • the spectrometer 70 has a measurement unit 71 and a probe head 72. The spectrometer 70 disperses light input from the probe head 72 (light reflected by the inclined dichroic mirror 22) into wavelengths, and derives the intensity of each wavelength in the measurement unit 71. In this manner, the above-mentioned spectral characteristic SC9( ⁇ )xm,yn is derived.
  • the estimation of the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1 does not necessarily have to be performed using the film thickness measurement device 1.
  • the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1 used to derive the related information may be determined in any manner.
  • the relationship information between film thickness and wavelength centroid is derived based on the theoretical reflectance according to the type of film and the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1. Specifically, the relationship information is derived by deriving the expected value of the wavelength centroid (measurement parameter) from the theoretical reflectance and the spectral characteristics of the film thickness measurement device 1 (see Figure 9), and then plotting the expected value of the wavelength centroid and deriving a relationship equation by curve fitting (see Figure 10).
  • the relationship information between film thickness and wavelength centroid for a certain type of film is described.
  • Figure 9 is a diagram explaining the derivation of the expected value of the wavelength centroid, which is a measurement parameter. Since the type of film is now determined, the value of the theoretical reflectance for each wavelength is determined according to the film thickness. Assume that a certain film thickness is specified and the value of the theoretical reflectance R' for each wavelength is determined. In this case, the expected value of the transmitted light amount IT' measured by the area sensor 23 can be estimated based on the theoretical reflectance R' for each wavelength and the spectral characteristics SCT_xm,yn( ⁇ ) of the transmitted side of the film thickness measurement device 1 for each wavelength.
  • the expected value of the transmitted light amount IT' measured by the area sensor 23 is the integrated value of the light intensity for each wavelength.
  • the expected value of the reflected light amount IR' measured by the area sensor 24 can be estimated based on the theoretical reflectance R' for each wavelength and the spectral characteristics SCR_xm,yn( ⁇ ) of the reflected side of the film thickness measurement device 1 for each wavelength. Then, using the above-mentioned formula (1) or (2), the expected value of the wavelength centroid x' can be derived from the expected value of the transmitted light amount IT' and the expected value of the reflected light amount IR'.
  • the expected value of the wavelength centroid x' at a certain film thickness can be derived. Then, while using the same film type and changing the film thickness conditions, the expected value of the wavelength centroid x' at each film thickness is derived. In this way, the expected value of the wavelength centroid x' for each of multiple film thickness conditions for a certain film type is derived.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the derivation of a relational expression by curve fitting.
  • expected values of the wavelength centroid x' under multiple film thickness conditions are derived.
  • film thickness d 90 nm, 100 nm, and 110 nm
  • more expected values of the wavelength centroid x' under different film thickness conditions are plotted.
  • a curve 360 showing the relationship between the film thickness d and the wavelength centroid x' is derived.
  • the relational expression showing such curve 360 is the relational expression between the film thickness and the measurement parameters.
  • the relational expression between the film thickness and the measurement parameters is expressed as a polynomial, for example, as shown in the following equation (7).
  • the memory unit 33 stores the relational equation between film thickness and wavelength centroid, as shown in equation (7), as the above-mentioned relational information.
  • the relational information is the relational equation between film thickness and wavelength centroid, derived by plotting and fitting the expected values of wavelength centroid corresponding to each film thickness, which are derived based on the theoretical reflectance and the spectral characteristics of the film thickness measuring device 1.
  • the memory unit 33 stores such relational equations for each type of film.
  • the analysis unit 32 derives the film thickness of the wafer 100 based on the relational equation between film thickness and wavelength centroid stored in the memory unit 33 as relationship information, and the wavelength centroid, which is a measurement parameter for the wafer 100, determined by the calculation unit 31.
  • the analysis unit 32 derives the film thickness of the wafer 100 based on the relational equation corresponding to the type of film on the wafer 100 and the wavelength centroid determined by the calculation unit 31 (analysis step). That is, the analysis unit 32 reads out the relational equation corresponding to the type of film on the wafer 100 from the memory unit 33 (reading step), and derives the film thickness d of the wafer 100 by inputting the wavelength centroid determined by the calculation unit 31 into the wavelength centroid x' of the relational equation as shown in equation (7).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the derivation of film thickness using a relational equation. As shown in FIG. 11, when a curve 360 showing the relationship between film thickness d and wavelength centroid x' is derived and the above equation (7) is derived, the value of film thickness d can be uniquely derived from the value of wavelength centroid x' obtained by the calculation unit 31.
  • the measurement parameters may be various parameters other than the wavelength centroid x' that are correlated with the film thickness.
  • Figures 12(a) to 12(c) are diagrams that explain the derivation of relational expressions related to measurement parameters other than the wavelength centroid.
  • 12A is a diagram for explaining the derivation of a relational expression when the ratio between the amount of transmitted light IT' measured by the area sensor 23 and the amount of reflected light IR' measured by the area sensor 24 is used as a measurement parameter.
  • the expected value x'' of the ratio is derived by the following equation (8).
  • x' IT' / IR' (8)
  • a curve 460 showing the relationship between the film thickness d and the ratio x" is derived, and the relational equation shown in the following equation (9) that represents the curve 460 is derived.
  • dxm,yn(x'') axm,yn+bxm,ynx''+cxm,ynx''2+... (9)
  • the film thickness measurement device 1 was described as deriving measurement parameters and film thickness by capturing images of light transmitted through and reflected by the inclined dichroic mirror 22 using the area sensors 23 and 24, respectively.
  • the present disclosure is not limited to this aspect, and for example, the film thickness of an object may be measured using a film thickness measurement device that does not include the inclined dichroic mirror 22.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a film thickness measurement apparatus 1B according to a modified example.
  • the control device 30 (calculation unit, memory unit, and analysis unit) is not shown in FIG. 13.
  • the film thickness measurement apparatus 1B has a camera system 20B instead of the camera system 20 in the film thickness measurement apparatus 1.
  • the camera system 20B does not have an inclined dichroic mirror and has only one area sensor. That is, the camera system 20B has a lens 21 and one area sensor 23B. In this configuration, the area sensor 23B can measure the amount of light (the intensity of light from the wafer 100).
  • the film thickness can be derived based on the relational equation and the measured amount of light.
  • the relational equation (relational information) is derived based on the theoretical reflectance according to the type of film and the spectral characteristics of the film thickness measurement apparatus 1B as a whole.
  • Figure 14 is a cross-sectional view schematically showing a wafer with a multilayer film structure according to a modified example.
  • wafer 200 has substrate 200a, film 200b, and film 200c.
  • Film 200b is a first layer stacked on substrate 200a.
  • Film 200c is a second layer stacked on film 200b.
  • the second layer is the layer on the front surface side of the wafer.
  • film 200b is described as a silicon dioxide (SiO2) film and film 200c is a silicon nitride (SiN) film, but the types of films are not limited to this.
  • Such film thickness measurement includes a first layer derivation process, a second layer deposition process, a wavelength centroid derivation process after the second layer deposition, and a second layer derivation process. These processes are carried out in order.
  • a wafer on which only the first layer, film 200b, is formed is prepared, and film thickness measurement (i.e., film thickness measurement for film 200b) and evaluation are performed on the wafer.
  • the film thickness derivation of only the first layer can be performed using the method described in the above embodiment.
  • Figure 15(a) is a diagram showing the distribution of wavelength centroids measured for the first layer
  • Figure 15(b) is a diagram showing the film thickness distribution for the first layer derived based on the wavelength centroids shown in Figure 15(a). In this way, once the distribution of wavelength centroids for the first layer is derived using the method described in the embodiment, the film thickness distribution of the first layer can be derived.
  • the second layer deposition process is carried out following the first layer extraction process.
  • the second layer, film 200c is deposited so as to be stacked on film 200b. This completes the wafer 200 shown in Figure 14.
  • the wavelength centroid derivation process after the second layer is performed following the second layer deposition process.
  • the wavelength centroid after the second layer is deposited is derived based on the imaging results of light from the wafer 200, similar to the wavelength centroid derivation in the above embodiment.
  • Figure 16 shows the distribution of wavelength centroids measured after the second layer is deposited.
  • the second layer derivation process is carried out following the wavelength centroid derivation process after the second layer is formed.
  • Figure 17 is a diagram explaining the derivation of the second layer film thickness based on the wavelength centroid measured after the second layer is formed and the film thickness of the first layer. As shown in Figure 17, in the second layer derivation process, the film thickness of the second layer is derived based on the wavelength centroid measured (derived) in the wavelength centroid derivation process after the second layer is formed and the film thickness of the first layer measured (derived) in the first layer derivation process.
  • the memory unit 33 stores relationship information between the second layer film thickness and wavelength centroid (measurement parameter) for each combination of the first layer film type and film thickness, and the second layer film type.
  • Figure 18 is a diagram explaining the relationship between the second layer film thickness and wavelength centroid for each first layer film thickness.
  • SiO2 film thickness indicates the film thickness of the first layer.
  • the relationship between the second layer film thickness and wavelength centroid changes depending on the film thickness of the first layer. Therefore, by storing relationship information between the second layer film thickness and wavelength centroid (see Figure 18) in advance for each combination of the first layer film type and film thickness, and the second layer film type, it is possible to measure the film thickness of the first layer with high accuracy.
  • the analysis unit 32 derives the film thickness of the film 200c on the wafer 200 based on the relationship information corresponding to the combination of the film type and film thickness of the film 200b on the wafer 200 and the film type of the film 200c, and the wavelength centroid for the wafer 200 calculated by the calculation unit 31.
  • the following provides a detailed explanation of how the film thickness (thickness distribution) of the second layer in the wafer 200 with the above-mentioned multilayer film structure is derived.
  • Figures 19(a)-(i) and 20(a)-(j) are diagrams explaining the manufacturing process of a semiconductor device 600.
  • each state during the manufacturing of a semiconductor device 600 will be explained as a wafer 200.
  • the manufacturing process below is merely an example.
  • a mirror-finished silicon substrate 210 is manufactured, for example, by slicing a single crystal ingot and polishing it.
  • an oxide film 211 and a nitride film 212 are formed on the silicon substrate 210. These films may function as insulating films in the semiconductor device 600, or as masks during the etching process.
  • a resist 213 (photoresist) is applied onto the nitride film 212 by spin coating or the like.
  • the photoresist functions as an etching mask in the photolithography process.
  • UV light is irradiated onto the wafer 200 through a mask 400 on which a circuit pattern has been drawn. This changes the solubility of the resist 213, making it possible to remove part of the resist 213 in the development process described below.
  • a pattern is engraved into the gate electrode layer 215 by photography, forming source and drain regions.
  • dopants 216 are implanted into the source and drain regions by ion implantation. Ions are not implanted into the areas where the gate oxide film 211A remains. Afterwards, the dopants 216 are activated by a recovery heat treatment.
  • an oxide film 217 is deposited by chemical vapor deposition (CVD).
  • the oxide film 217 functions as an insulating layer.
  • contact holes 218 are formed by photolithography.
  • the contact holes 218 are holes for forming and electrically connecting source and drain electrodes.
  • electrode metal 219 is deposited in the contact hole to form contact 220.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • trench 221 is formed by photolithography. The trench becomes a resist opening for electrical wiring.
  • a metal film 222 is deposited to fill the trench 221. Unnecessary film is polished away by chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the semiconductor device 600 is cut by dicing using a diamond blade or stealth dicing. This completes the manufacturing process of the semiconductor device manufacturing method.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the procedure for deriving the film thickness (thickness distribution) of the second layer for a wafer 200 with a multilayer film structure.
  • the thickness distribution of the second layer is derived, for example, after various processing processes have been performed on the wafer 200.
  • the processing processes are performed on the wafer 200, which has at least two or more layers stacked on it after the processing processes.
  • the processing processes may be performed on the wafer 200 after a film formation process (FIG. 19(b)), a photoresist coating process (FIG. 19(c)), an etching process (FIG. 19(f)), a planarization process (FIG. 19(i)), an electrode formation process (FIG.
  • FIG. 20(a) a pattern formation process
  • FIG. 20(b) an insulating film formation process
  • FIG. 20(d) a contact hole formation process
  • FIG. 20(e) a contact formation process
  • FIG. 20(f) a trench formation process
  • FIG. 20(i) a wiring formation process
  • the wafer 200 on which the film 200c is formed is irradiated with light in a planar manner, the light from the wafer 200 is imaged, and measurement parameters (e.g., wavelength centroid) within the surface of the wafer 200 are derived based on the image signal (third step (corresponding to the wavelength centroid derivation step described above)).
  • measurement parameters e.g., wavelength centroid
  • the thickness distribution of film 200c is derived based on the thickness distribution of film 200b obtained in step 1 and the measurement parameters (e.g., wavelength centroid) derived in step 3 (step 4 (corresponding to the second layer derivation step described above)).
  • a related information derivation step may be performed, for example, during step 2.
  • the related information derivation step is a step of deriving relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of film 200c based on the thickness distribution of film 200b acquired in step 1. If the related information has been derived, then in step 4, the thickness distribution of film 200c is derived based on the related information and the measurement parameters derived in step 3. Steps 1 to 4 and the related information derivation step are described in detail below. Note that in the following description, the configuration in Figure 1 will be referenced where appropriate, but the wafer 100 in Figure 1 will be replaced with a wafer 200 having a multilayer film structure.
  • the theoretical reflectance for each specified region (for example, each pixel) for each thickness distribution of film 200c is derived based on the thickness distribution of film 200b acquired in the first process and the thin film information of film 200c acquired in advance.
  • the theoretical reflectance described here is the "theoretical reflectance for each thickness distribution of film 200c, which is the second layer.”
  • Each thickness distribution of film 200c can be rephrased as each potential film thickness of film 200c.
  • the theoretical reflectance value for each wavelength is determined once the type of film (thin film information such as the refractive index and extinction coefficient of the film) and film thickness are determined.
  • Figure 22 is a diagram explaining the derivation of theoretical reflectance for each second layer film thickness candidate.
  • the theoretical reflectance for each wavelength when the second layer film thickness candidate is "d1”
  • the theoretical reflectance for each wavelength when the second layer film thickness candidate is "d2”
  • ... the theoretical reflectance for each wavelength when the second layer film thickness candidate is "dn”. In this way, the theoretical reflectance is derived for each second layer film thickness candidate.
  • the relevant information derivation process further derives measurement parameters (e.g., wavelength centroid) for each predetermined region (e.g., each pixel) for each thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution (film thickness candidate) of the second layer and the pre-acquired spectral characteristics.
  • the memory unit 33 stores the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and the pre-acquired spectral characteristics of the film thickness measurement device 1.
  • the calculation unit 31 then derives the expected value of the measurement parameter (e.g., wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer by referencing the memory unit 33.
  • Figure 23 is a diagram explaining the derivation of the wavelength centroid, which is a measurement parameter (more specifically, the derivation of the expected value of the wavelength centroid). Since the type of film is now determined, the theoretical reflectance value for each wavelength is determined according to the film thickness of the second layer. For example, assume that the theoretical reflectance R value for each wavelength is determined for the second layer film thickness candidate "d1.” In this case, the expected value of the transmitted light amount IT' measured by the area sensor 23 can be estimated based on the theoretical reflectance R for each wavelength and the spectral characteristics SCT_xm,yn( ⁇ ) of the transmission side of the film thickness measurement device 1 for each wavelength.
  • the expected value of the transmitted light amount IT' measured by the area sensor 23 is the integrated value of the light intensity for each wavelength.
  • the expected value of the reflected light amount IR' measured by the area sensor 24 can be estimated based on the theoretical reflectance R for each wavelength and the spectral characteristics SCR_xm,yn( ⁇ ) of the reflection side of the film thickness measurement device 1 for each wavelength. Then, using equation (1) or (2) above, the expected value of the wavelength centroid can be derived from the expected value of the transmitted light amount IT' and the expected value of the reflected light amount IR'.
  • the expected value of the wavelength centroid for each thickness candidate for the second layer is derived while changing the thickness candidate for the second layer from "d2" to "d3" ... "dn".
  • the expected value of the measurement parameter here, the wavelength centroid
  • the relational information derivation step further derives relational information indicating the relationship between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer for each specified region (for example, for each pixel) based on the expected value of the measurement parameters (here, the wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer.
  • the memory unit 33 stores the derived expected value of the measurement parameters (here, the wavelength centroid) for each thickness distribution of the second layer.
  • the calculation unit 31 then refers to the memory unit 33 to identify the expected value of the measurement parameters for each thickness distribution of the second layer, and derives relational information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the derivation of relationship information between measurement parameters and the thickness distribution of the second layer.
  • Expected values of the wavelength centroid are now derived for multiple film thickness conditions for the second layer.
  • expected values of the wavelength centroid are derived and plotted on a graph with the horizontal axis representing the wavelength centroid and the vertical axis representing the second layer film thickness. While only three patterns are plotted in the example shown in FIG. 24, in reality, many more expected values of the wavelength centroid for different film thickness conditions are plotted. Then, by performing curve fitting on each plotted data, a curve 560 showing the relationship between film thickness and wavelength centroid is derived.
  • the relationship equation showing this curve 560 is the relationship equation between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer. This relationship equation is expressed as a polynomial, as in equation (7) above. By determining each parameter (a, b, c, ...) of the polynomial, and inputting the wavelength centroid x', the film thickness d can be derived.
  • the relationship information may be a relational equation obtained by fitting, etc., for each specified region (for each pixel, as an example).
  • the relationship information may also be a table rather than a relational equation.
  • the relationship information is stored in the memory unit 33.
  • the thickness distribution of the second layer is derived based on the relationship information (relationship information between the wavelength centroid and the thickness distribution of the second layer) derived in the relationship information derivation step based on the thickness distribution of film 200b acquired in the first step, and the wavelength centroid derived in the third step.
  • the memory unit 33 stores the relationship information derived in the relationship information derivation step and the wavelength centroid derived in the third step.
  • the analysis unit 32 derives the thickness distribution of the second layer (film 200c) according to the wavelength centroid derived in the third step by referring to the memory unit 33.
  • Figure 25 is a diagram illustrating the derivation of the thickness distribution of the second layer. As shown in Figure 25, when a curve 560 showing the relationship between the film thickness (thickness distribution of the second layer) d and the measurement parameter wavelength centroid x' is derived and a relationship equation such as that shown in equation (7) above is derived, the value of the film thickness (thickness distribution of the second layer) d can be uniquely derived from the value of the wavelength centroid x'.
  • Figure 26 is a diagram illustrating the issues with a semiconductor device 800 according to a comparative example. As shown in Figure 26, integration without uniform thickness of each layer can lead to wiring defects, voids, and other failures. As semiconductor devices become increasingly miniaturized, the thickness of each layer has become extremely thin, for example, 100 nm or less, creating a need for highly accurate thickness measurement.
  • One known method for measuring thickness is to use a spectrometer to detect reflected interference light from a semiconductor device, obtain a spectrum, and estimate the thickness of each layer.
  • this measurement method involves measuring the thickness at specific points, which can take an extremely long time to accurately derive the thickness distribution across the entire wafer, for example. For this reason, measuring the thickness distribution across the entire wafer is not practical, and instead, measurements have been performed at specific intervals along the wafer's scribe lines (lines divided by a dicer, etc.).
  • the semiconductor device manufacturing method comprises a first step of acquiring the thickness distribution of the first layer when the first layer has been formed on the front surface of the wafer 200; a second step of forming a second layer by performing a predetermined processing process on the first layer; a third step of irradiating light onto the wafer 200 in a planar manner after the second step, capturing an image of the light from the wafer 200, and deriving measurement parameters within the surface of the wafer 200 based on the image-related signal; and a fourth step of deriving the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and the measurement parameters derived in the third step.
  • the semiconductor device manufacturing method of this embodiment after the second layer is formed, light is irradiated onto the wafer 200 in a planar manner, and the light from the wafer 200 is imaged, thereby deriving measurement parameters within the plane of the wafer 200.
  • the thickness distribution of the second layer is then derived based on the thickness distribution of the first layer acquired before the second layer is formed and the measurement parameters within the plane of the wafer 200 derived after the second layer is formed.
  • the thickness distribution of the second layer which is the layer on the front side of the wafer, can be appropriately (highly accurately) derived based on the measurement parameters within the plane of the wafer 200 derived after the second layer is formed and the thickness distribution of the first layer.
  • the thickness distribution of the second layer is derived taking into account the image results of the light irradiated onto the wafer 200 in a planar manner, so the thickness distribution of the second layer within the plane of the entire wafer 200 can be derived all at once (in a short period of time).
  • the semiconductor device manufacturing method according to this embodiment makes it possible to derive the thickness distribution of the wafer 200 quickly and with high accuracy. Note that, in the case of point measurements such as those in the comparative example, it is necessary to store spectroscopic data at each measurement point for manufacturing records, making data management cumbersome. However, with the measurement method according to this embodiment, it is only necessary to record reflected images and transmitted images, simplifying data management.
  • Figure 27 is a diagram illustrating the effect of thickness distribution derivation according to this embodiment.
  • Figure 27(a) is a diagram showing the correct data for the thickness distribution of the second layer
  • Figure 27(b) is a diagram showing the derived results (film thickness analysis results) for the thickness distribution of the second layer
  • Figure 27(c) is a diagram showing the error between the correct data for the thickness distribution of the second layer and the derived results.
  • the error between the correct data for the thickness distribution of the second layer and the derived results can be kept within ⁇ 1 nm, enabling the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer to be derived with high precision.
  • the semiconductor device manufacturing method may further include a relationship information derivation step of deriving relationship information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step, and in a fourth step, the thickness distribution of the second layer may be derived based on the relationship information derived in the relationship information derivation step and the measurement parameters derived in the third step.
  • the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be derived quickly and accurately from the measurement parameters derived in the third step.
  • the relational information deriving step may include deriving a theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer based on the thickness distribution of the first layer acquired in the first step and previously acquired thin film information of the second layer, and deriving measurement parameters for each thickness distribution of the second layer based on the theoretical reflectance for each thickness distribution of the second layer and previously acquired spectral characteristics, and deriving relational information between the measurement parameters and the thickness distribution of the second layer.
  • the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be derived with high accuracy from the measurement parameters derived in the third step using the relational information.
  • the related information derivation process may be performed while the second process is being performed. This allows the thickness distribution of the layers on the front side of the wafer to be quickly derived after the second process is performed.
  • the relational information may be a relational equation obtained by fitting, or a table. By using such relational information, the thickness distribution of the layers on the front side of the wafer can be derived quickly and with high accuracy.
  • the measurement parameter may be the wavelength centroid.
  • the wavelength centroid which has a high correlation with film thickness, is used as a measurement parameter, making it possible to derive with high accuracy the thickness distribution of layers on the front side of the wafer.
  • the processing may be any of the following processes on the wafer 200: film formation, photoresist coating, etching, planarization, electrode formation, pattern formation, insulating film formation, contact hole formation, contact formation, trench formation, or wiring formation.
  • the thickness distribution of the second layer formed after these processes can be derived quickly and accurately using the method described above. After the pattern formation process, it is difficult to derive film thickness using conventional point measurements due to difficulties with alignment, etc. In this regard, the method according to this embodiment does not require the above-mentioned alignment, etc. after the pattern formation process, so the thickness distribution of the layer on the front side of the wafer can be easily derived.
  • the contents of this disclosure may also be applied to the manufacture of semiconductor devices having a multilayer film of three or more layers.
  • the method of this disclosure may be used to measure the film thickness (derive the thickness distribution) of the outermost layer in a multilayer film of three or more layers.
  • the "first layer” in this disclosure refers to each layer present below the outermost layer
  • the "second layer” refers to the outermost layer.

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

半導体デバイス製造方法は、ウェハの表面側に第１層が形成された状態において、第１層の厚み分布を取得する第１工程と、第１層に対して所定の加工処理を行うことにより第２層を形成する第２工程と、第２工程後において、ウェハに対して面状に光を照射し、ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハの面内における測定パラメータの分布を導出する第３工程と、第１工程において取得された第１層の厚み分布、及び、第３工程において導出された測定パラメータの分布に基づいて、第２層の厚み分布を導出する第４工程と、を備える。

Description

半導体デバイス製造方法
　本開示の一態様は、半導体デバイス製造方法及び測定装置に関する。
　特許文献１には、波長に応じて透過率及び反射率が変化するダイクロイックミラーを用いて、対象物からの光を分離し、分離した光をそれぞれ撮像することにより波長重心を求め、該波長重心に基づき、半導体デバイスの膜厚を推定する技術が開示されている。
国際公開第２０２１／１６１９８６号
　近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、製造過程における各層の厚みの均一性を確保することが重要になっている。各層の厚みが均一となっていない状態で集積していくと、配線不良やボイド発生等の故障の要因になりうる。半導体デバイスの微細化に伴い、各層の厚みも例えば１００ｎｍ以下等の極薄膜となっており、厚みを高精度に測定することが求められている。厚みを測定する方法としては、半導体デバイスからの反射干渉光を分光器で検出して分光スペクトルを取得し、各層の厚みを推測する技術が知られている。しかしながら、このような測定方法は、厚みをポイント計測するものであり、例えばウェハ全体の面内の厚み分布を高精度に導出したい場合等においては、測定時間が極めて長くなってしまう。
　本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、迅速かつ高精度にウェハの厚み分布を導出することができる半導体デバイス製造方法を提供することを目的とする。
（１）本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法は、ウェハの表面側に第１層が形成された状態において、ウェハに対して面状に光を照射し、ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハの面内における第１層の厚み分布を取得する第１工程と、第１層に対して所定の加工処理を行うことにより第２層を形成する第２工程と、第２工程後において、ウェハに対して面状に光を照射し、ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハの面内における測定パラメータの分布を導出する第３工程と、第１工程において取得された第１層の厚み分布、及び、第３工程において導出された測定パラメータの分布に基づいて、第２層の厚み分布を導出する第４工程と、を備える。
　本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法では、第２層の形成後において、ウェハに対して面状に光が照射され、ウェハからの光が撮像されることにより、ウェハの面内における測定パラメータの分布が導出されている。そして、第２層の形成前において取得された第１層の厚み分布と、第２層の形成後において導出されたウェハの面内における測定パラメータの分布とに基づき、第２層の厚み分布が導出されている。このように、第２層の形成前において予め第１層の厚み分布が取得されていることにより、第２層の形成後において導出されたウェハの面内における測定パラメータの分布と第１層の厚み分布とに基づき、、ウェハの表面側の層である第２層の厚み分布を適切に（高精度に）導出することができる。そして、第２層の厚み分布については、ウェハに対して面状に照射された光の撮像結果が考慮されて導出されているので、ウェハ全体の面内の第２層の厚み分布を一括で（短期間で）導出することができる。これにより、例えば第２層の厚みが分光器等によりポイントで計測される場合と比較して、ウェハ全体の面内の厚み分布の導出に係る測定時間を大幅に短縮することができる。以上のように、本開示の一態様に係る半導体デバイス製造方法によれば、迅速かつ高精度にウェハの厚み分布を導出することができる。
（２）上記（１）に記載された半導体デバイス製造方法は、第１工程において取得された第１層の厚み分布に基づいて、測定パラメータと第２層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、第４工程では、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第３工程において導出された測定パラメータの分布に基づいて、第２層の厚み分布を導出してもよい。このように、取得された第１層の厚み分布の条件下における測定パラメータと第２層の厚み分布の関係を所定の空間領域ごとに示す関係情報が導出され用いられることにより、第３工程において導出された測定パラメータの分布から迅速かつ高精度に、ウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
（３）上記（２）に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程では、第１工程において取得された第１層の厚み分布、及び、予め取得されている第２層の薄膜情報に基づいて、第２層の厚み分布ごとに所定の領域ごとの理論反射率を導出することと、第２層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第２層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの測定パラメータを導出し、測定パラメータと第２層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出することと、を実行してもよい。このように、第１層の厚み分布と第２層の薄膜情報とが特定されることにより、第２層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの理論反射率を高精度に導出することができる。そして、第２層の厚み分布ごとの理論反射率と分光特性とが特定されることにより、第２層の厚み分布ごとに、所定の領域ごとの測定パラメータを導出し、上述した関係情報を高精度に導出することができる。このような構成によれば、関係情報を用いて、第３工程において導出された測定パラメータの分布から高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
（４）上記（２）又は（３）に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程は、第２工程の実施中に実施されてもよい。これにより、第２工程の実施後において、迅速にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
（５）上記（２）～（４）のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、関係情報は、所定の領域ごとの、フィッティングにより得られた関係式、又は、テーブルであってもよい。このような関係情報が用いられることにより、迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、測定パラメータは、波長重心であってもよい。このような構成によれば、膜厚との相関性が高い波長重心を測定パラメータとして、ウェハの表面側の層の厚み分布を高精度に導出することができる。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載された半導体デバイス製造方法において、加工処理は、ウェハに対する成膜処理、フォトレジスト塗布処理、エッチング処理、平坦化処理、電極形成処理、パターン形成処理、絶縁膜形成処理、コンタクトホール形成処理、コンタクト形成処理、トレンチ形成処理、又は配線形成処理のいずれかの処理であってもよい。これらの処理の後に形成されるウェハの表面側の層の厚み分布について、上述した方法により迅速かつ高精度に導出することができる。なお、パターン形成処理後においては、位置合わせ等の困難性から、従来のポイント計測による膜厚導出が困難である。この点、本開示に係る手法によれば、パターン形成処理後等において上記位置合わせ等が不要であるので、容易にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　本開示によれば、計測時間を短縮すると共に高精度に厚み測定を行うことができる半導体デバイス製造方法を提供することができる。
図１は、本実施形態に係る膜厚測定装置を模式的に示した図である。 図２は、ダイクロイックミラーの特性と光源から出射される光の波長との関係を説明する図である。 図３は、光のスペクトル及び傾斜ダイクロイックミラーの特性を説明する図である。 図４は、透過光量及び反射光量に応じた波長シフトを説明する図である。 図５は、波長と膜厚との関係を示す図である。 図６は、分光特性の見積りを実施する構成の一例を模式的に示した図である。 図７は、図６に示される構成により実施される分光特性の見積り方法の一例を説明する図である。 図８は、分光特性の見積りを実施する他の構成の一例を模式的に示した図である。 図９は、測定パラメータの期待値の導出について説明する図である。 図１０は、カーブフィッティングによる関係式の導出について説明する図である。 図１１は、関係式を用いた膜厚の導出について説明する図である。 図１２（ａ）～（ｃ）は、波長重心以外の測定パラメータに係る関係式の導出について説明する図である。 図１３は、変形例に係る膜厚測定装置を模式的に示した図である。 図１４は、変形例に係る多層膜構造のウェハを模式的に示した断面図である。 図１５（ａ）は第１層について測定される波長重心の分布を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示される波長重心に基づいて導出された第１層についての膜厚の分布を示す図である。 図１６は、第２層成膜後に測定される波長重心の分布を示す図である。 図１７は、第２層成膜後に測定した波長重心、及び、第１層膜厚に基づく第２層膜厚の導出について説明する図である。 図１８は、第１層膜厚ごとの第２層膜厚と波長重心との関係について説明する図である。 図１９は、半導体デバイスの製造過程を説明する図である。 図２０は、半導体デバイスの製造過程を説明する図である。 図２１は、第２層の厚み分布の導出の手順を説明する図である。 図２２は、第２層の膜厚候補ごとの理論反射率の導出について説明する図である。 図２３は、測定パラメータの導出について説明する図である。 図２４は、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報の導出を説明する図である。 図２５は、第２層の厚み分布の導出について説明する図である。 図２６は、比較例に係る半導体デバイスの課題について説明する図である。 図２７は、本実施形態に係る厚み分布導出の作用効果を説明する図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本実施形態に係る膜厚測定装置１を模式的に示した図である。膜厚測定装置１は、ウェハ１００に対して面状に光を照射し、該ウェハ１００からの反射光に基づいて、ウェハ１００に形成された膜の厚さ、詳細には膜の厚み分布を測定する装置である。ウェハ１００は、例えば、トランジスタ等のＰＮ接合を有する集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）、あるいは大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）であるロジックデバイス、メモリデバイス、アナログデバイス、さらに、それらを組み合わせたミックスドシグナルデバイス、または、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT等の電力用半導体デバイス（パワーデバイス）、ＬＥＤや半導体レーザなどの発光デバイス等のウェハが挙げられる。ウェハ１００は、基板１００ａの表面に膜１００ｂが形成されている。ここでは、ウェハ１００においては、基板１００ａの表面に膜１００ｂが一層のみ形成されているとして説明する。膜１００ｂは、例えば、酸化膜又は窒化膜等であるが、その他の膜であってもよい。
　図１に示されるように、膜厚測定装置１は、光源１０と、ハーフミラー１１と、フィールドレンズ１２と、カメラシステム２０と、制御装置３０と、を備えている。
　光源１０は、ウェハ１００に対して面状に光を照射する。光源１０は、例えば、ウェハ１００の表面の略全面に対して面状に光を照射する。光源１０は、例えば、ウェハ１００の表面を均一的に照射可能な光源であり、ウェハ１００に対して拡散光を照射する。光源１０は、白色ＬＥＤ、ＳＣ光源、ハロゲンランプ、又はＸｅランプ等を用いた面照明ユニットであってもよい。また、単色ＬＤ、多色ＬＤ、単色ＬＥＤ又は多色ＬＥＤを用いた面照明ユニットであってもよい。光源１０から出射された光は、ハーフミラー１１及びフィールドレンズ１２を経て、ウェハ１００に対して面状に照射される。
　光源１０は、カメラシステム２０が有する傾斜ダイクロイックミラー２２（詳細は後述）の所定の波長域に含まれる波長の光を、ウェハ１００に対して照射する。詳細は後述するが、傾斜ダイクロイックミラー２２は、ウェハ１００からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー２２は、上述した所定の波長域において、波長に応じて透過率及び反射率が変化する。
　図２は、傾斜ダイクロイックミラー２２の特性と光源１０から出射される光の波長との関係を説明する図である。図２において、横軸は波長を示しており、縦軸は傾斜ダイクロイックミラー２２の透過率を示している。図２の傾斜ダイクロイックミラー２２の特性Ｘ４に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー２２においては、所定の波長域Ｘ１０では波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が緩やかに（単調に或いは線形に）変化し、該特定の波長域以外の波長域では波長の変化に関わらず光の透過率（及び反射率）が一定とされている。図２に示されるように、光源１０から出力される光Ｘ２０は、上述した所定の波長域Ｘ１０に含まれる波長の光を含んでいる。すなわち、光源１０は、所定の波長域Ｘ１０を含むブロードなスペクトルの光を出力する。なお、測定に係る波長域（干渉ピーク波長）は、ウェハ１００に形成されている膜の材質や測定膜厚範囲によって定まる。
　図１に戻り、ハーフミラー１１は、光源１０から出射された光をウェハ１００方向（詳細には、ウェハ１００に導光するフィールドレンズ１２方向）に反射すると共に、光が照射されたウェハ１００からの光（詳細には、ウェハ１００からフィールドレンズ１２を経た光）を透過するミラーである。フィールドレンズ１２は、光の進行方向を揃えるレンズである。
　カメラシステム２０は、レンズ２１と、傾斜ダイクロイックミラー２２と、エリアセンサ２３と、エリアセンサ２４と、を含んで構成されている。なお、カメラシステム２０は、エリアセンサの代わりにリニアイメージセンサを含んで構成してもよい。
　レンズ２１は、フィールドレンズ１２及びハーフミラー１１を経て入射した、ウェハ１００からの光を集光するレンズである。レンズ２１は、傾斜ダイクロイックミラー２２の前段（上流）に配置されていてもよいし、傾斜ダイクロイックミラー２２とエリアセンサ２３，２４との間の領域に配置されていてもよい。本実施形態では、レンズ２１が傾斜ダイクロイックミラー２２の前段（上流）に配置されているとして説明する。レンズ２１は、有限焦点レンズであってもよいし、無限焦点レンズであってもよい。レンズ２１が有限焦点レンズである場合には、レンズ２１からエリアセンサ２３，２４までの距離は所定値とされる。レンズ２１が無限焦点レンズである場合には、レンズ２１は、ウェハ１００からの光を平行光に変換するコリメータレンズであり、平行光が得られるように収差補正されている。レンズ２１から出力された光は、傾斜ダイクロイックミラー２２に入射する。
　傾斜ダイクロイックミラー２２は、特殊な光学素材を用いて作成されたミラーであり、ウェハ１００からの光を波長に応じて透過及び反射することにより分離する光学素子である。傾斜ダイクロイックミラー２２は、所定の波長域において波長に応じて光の透過率及び反射率が変化するように構成されている。
　図３は、光のスペクトル及び傾斜ダイクロイックミラー２２の特性を説明する図である。図３において横軸は波長を示しており、縦軸はスペクトル強度（光のスペクトルの場合）及び透過率（傾斜ダイクロイックミラー２２の場合）を示している。図３の傾斜ダイクロイックミラー２２の特性Ｘ４に示されるように、傾斜ダイクロイックミラー２２においては、所定の波長域（波長λ1～λ2の波長域）では波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が緩やかに変化する。一方、該所定の波長域以外の波長域（すなわち、波長λ1よりも低波長側及び波長λ2よりも高波長側）では波長の変化に関わらず光の透過率（及び反射率）が一定とされてもよい。換言すれば、特定の波長帯（波長λ1～λ2の波長帯）では波長の変化に応じて光の透過率が単調増加（反射率が単調減少）で変化している。透過率と反射率とは、一方が大きくなる方向に変化すると他方が小さくなる方向に変化する、負の相関関係にあるため、以下では「透過率（及び反射率）」と記載せずに単に「透過率」と記載する場合がある。なお、「波長の変化に関わらず光の透過率が一定」とは、完全に一定である場合だけでなく、例えば波長１ｎｍの変化に対する透過率の変化が０．１％以下であるような場合も含むものである。波長λ1よりも低波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね０％であってもよいし、波長λ2よりも高波長側では波長の変化に関わらず光の透過率が概ね１００％であってもよい。なお、「光の透過率が概ね０％である」とは、０％＋１０％程度の透過率を含むものであり、「光の透過率が概ね１００％である」とは、１００％－１０％程度の透過率を含むものである。図３において、波形Ｘ１は、光源１０から出力される光の波形を示している。図３の波形Ｘ１に示されるように、光源１０から出力される光は、傾斜ダイクロイックミラー２２の所定の波長域（波長λ１～λ２の波長域）に含まれる波長の光を含んでいる。所定の波長域は、例えば、可視波長域であり、一例として、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域である。
　図１に戻り、エリアセンサ２３，２４は、ウェハ１００からの光を撮像する（撮像ステップ）。エリアセンサ２３，２４は、傾斜ダイクロイックミラー２２によって分離された光を撮像する。エリアセンサ２３は、傾斜ダイクロイックミラー２２において透過された光を撮像し、第２の信号を出力する。エリアセンサ２４は、傾斜ダイクロイックミラー２２において反射された光を撮像し、第１の信号を出力する。エリアセンサ２３，２４が感度を有する波長の範囲は、傾斜ダイクロイックミラー２２において波長の変化に応じて光の透過率（及び反射率）が変化する所定の波長域に対応している。エリアセンサ２３，２４は、例えば、モノクロセンサ又はカラーセンサである。エリアセンサ２３，２４による撮像結果（画像）は、上述した第１の信号及び第２の信号によって制御装置３０に出力される。
　エリアセンサ２３，２４の前段（上流）には、バンドパスフィルタ（不図示）が配置されていてもよい。このようなバンドパスフィルタ（不図示）は、例えば、上述した所定の波長域（傾斜ダイクロイックミラー２２において、波長に応じて光の透過率及び反射率が変化する波長域）以外の波長域の光を取り除くフィルタであってもよい。
　制御装置３０は、コンピュータであって、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。制御装置３０は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより機能する。制御装置３０は、マイコンやＦＰＧＡで構成されていてもよい。
　制御装置３０は、光を撮像したエリアセンサ２３，２４からの信号である第１の信号及び第２の信号に基づいてウェハ１００の膜厚（ウェハ１００の面内における厚み分布）を導出する。制御装置３０は、膜厚の導出に係る処理として、エリアセンサ２３，２４からの信号に基づく測定パラメータ導出処理と、測定パラメータ等に基づく膜厚導出処理とを実施する。また、制御装置３０は、膜厚導出処理を実施する前提として、膜厚と測定パラメータの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を記憶している。制御装置３０は、上述した各処理及び記憶を実現する機能的構成として、演算部３１と、解析部３２と、記憶部３３と、を有している。演算部３１は、測定パラメータ導出処理を実施する機能である。解析部３２は、膜厚導出処理を実施する機能である。記憶部３３は、上述した関係情報を記憶する。以下、各機能について詳細に説明する。
　演算部３１は、光を撮像したエリアセンサ２３，２４からの信号に基づいて、ウェハ１００に関する測定パラメータを所定の領域ごとに導出する。エリアセンサ２３，２４からの信号は、撮像領域における透過光分布、反射光分布を示す。測定パラメータは、膜厚と相関性がある各種パラメータであればよく、例えば、ウェハ１００からの光の波長重心、傾斜ダイクロイックミラー２２を透過した光の強度、傾斜ダイクロイックミラー２２を反射した光の強度、又は、傾斜ダイクロイックミラー２２を透過した光の強度と反射した光の強度との比（ＩＴ／ＩＲ或いはＩＲ／ＩＴ）等であってもよい。以下では、測定パラメータが、ウェハ１００からの光の波長重心であるとして説明する。
　演算部３１は、エリアセンサ２３における撮像結果を示すエリアセンサ２３からの第２の信号に基づき特定される透過光量（傾斜ダイクロイックミラー２２を透過した光の強度）の空間分布と、エリアセンサ２４における撮像結果を示すエリアセンサ２４からの第１の信号に基づき特定される反射光量（傾斜ダイクロイックミラー２２を反射した光の強度）の空間分布とに基づき、測定パラメータとしてごと光の波長重心を所定の領域ごとに導出してもよい。所定の領域は、例えば、エリアセンサ２３，２４の画素に相当する領域であってもよいし、隣接する複数の画素に相当する領域であってもよい。以下では、画素を所定の領域として説明する。光の重心波長の導出に当たっては、具体的には、演算部３１は、以下の（１）式に基づいて、各画素の波長重心を導出する。以下の（１）式において、ｘ´は波長重心、ＩＴ´は透過光量、ＩＲ´は反射光量を示している。
　ｘ´＝（ＩＴ´－ＩＲ´）／２（ＩＴ´＋ＩＲ´）　　　　　（１）
　なお、演算部３１は、更に、傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長（所定の波長域の中心波長）と、傾斜ダイクロイックミラー２２の幅と、を考慮して、画素ごとの光の波長重心を導出してもよい。傾斜ダイクロイックミラー２２の幅とは、例えば傾斜ダイクロイックミラー２２において透過率が０％となる波長から透過率が１００％となる波長までの波長幅である。この場合、演算部３１は、以下の（２）式に基づいて、各画素の波長重心を導出してもよい。以下の（２）式において、ｘ´は波長重心、ＩＴ´は透過光量、ＩＲ´は反射光量、λ０は傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長、Ａは傾斜ダイクロイックミラー２２の幅を示している。
　ｘ´＝λ０＋Ａ（ＩＴ´－ＩＲ´）／２（ＩＴ´＋ＩＲ´）　　　　　（２）
　図４は、透過光量及び反射光量に応じた波長シフトを説明する図である。上述した（１）式又は（２）式によってｘ´（波長重心）を導出する場合、図４に示されるように、ＩＴ´（透過光量）＝ＩＲ´（反射光量）である画素については、ｘ´＝λ０（傾斜ダイクロイックミラー２２の中心波長）とされる。また、ＩＴ´＜ＩＲ´である画素、すなわち透過光量よりも反射光量が多い画素については、ｘ´＝λ１（λ０よりも短波長側の波長）とされる。また、ＩＴ´＞ＩＲ´である画素、すなわち透過光量が反射光量よりも多い画素については、ｘ´＝λ２（λ０よりも長波長側の波長）とされる。このように、ｘ´（波長重心）は、透過光量及び反射光量に基づいて値がシフト（波長シフト）する。
　そして、波長重心は、膜厚と相関性があるため、膜厚の導出に用いることができる。図５は、波長と膜厚との関係を示す図である。図５では、横軸が波長、縦軸が反射率とされている。図５に示される例では、膜厚が８２０ｎｍの例、８３０ｎｍの例、８４０ｎｍの例のそれぞれについて波長と反射率との関係が示されている。図５に示されるように、膜厚の違いによって、波長重心が異なることとなる。このように、波長重心と膜厚とは相関性があるため、波長重心が特定されることにより、膜厚を推定することが可能となる。
　図１に戻り、記憶部３３は、膜厚と測定パラメータ（ここでは波長重心）との関係情報を記憶する。上述したように、膜厚と波長重心とは相関性がある。そのため、膜厚と波長重心との関係情報が予め準備されていることにより、該関係情報と実際に測定された波長重心とから、膜厚を導出することができる。記憶部３３は、関係情報を、膜の種類ごとに記憶している。
　関係情報は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置１全体の分光特性（分光感度）と、に基づき導出されたものであってもよい。理論反射率は、膜の種類（膜の屈折率及び膜の消衰係数）及び膜厚が定まれば、波長ごとの値が定まる。膜厚測定装置１全体の分光特性は、種々の方法により、予め特定（見積り）されていればよい。以下では、膜厚測定装置１全体の分光特性の見積り方法について、例示する。
　膜厚測定装置１の分光特性は、例えば、膜厚測定装置１を構成する各光学部品の分光特性（分光感度）の累積として見積りが実施されてもよい。具体的には、膜厚測定装置１の分光特性は、光源１０の輝度スペクトルと、ハーフミラー１１の分光透過率（透過率スペクトル）と、フィールドレンズ１２の分光透過率（透過率スペクトル）と、レンズ２１の分光透過率（透過率スペクトル）と、傾斜ダイクロイックミラー２２の分光透過率と、エリアセンサ２３の量子効率（ＱＥ：Quantum Efficiency）又は分光感度と、エリアセンサ２４の量子効率（ＱＥ）又は分光感度と、ウェハ１００に代えて配置されたベアウェハにおける反射率と、が累積されることにより見積りが実施されていてもよい。
　この場合、傾斜ダイクロイックミラー２２を透過する透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）は、以下の（３）式で示される。また、傾斜ダイクロイックミラー２２を反射する反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）は、以下の（４）式で示される。（３）式及び（４）式において、λは波長、ｘｍ及びｙｎはウェハ１００の表面における座標、ＳＣ１は光源１０の輝度スペクトル、ＳＣ２はハーフミラー１１の分光透過率、ＳＣ３はフィールドレンズ１２の分光透過率、ＳＣ４はレンズ２１の分光透過率、ＳＣ５は傾斜ダイクロイックミラー２２の分光透過率、ＳＣ６はエリアセンサ２３の量子効率又は分光感度、ＳＣ７はエリアセンサ２４の量子効率又は分光感度、Ｒはベアウェハにおける反射率を示している。
　ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）＝ＳＣ１（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ２（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ３（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ４（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ５（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ６（λ）ｘｍ,ｙｎ×Ｒ（λ）　　（３）
　ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）＝ＳＣ１（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ２（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ３（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ４（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ５（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ７（λ）ｘｍ,ｙｎ×Ｒ（λ）　　（４）
　なお、例えばウェハ１００の表面において空間的に分光特性の均一性が高い（座標ごとの分光特性のばらつきが少ない）場合には、座標ごとの位置依存を考慮せずに、例えば、ＳＣ１（λ）ｘｍ,ｙｎ＝ＳＣ１（λ）等としてもよい（ＳＣ２～ＳＣ７においても同様）。
　膜厚測定装置１の分光特性は、例えば、複数種類のバンドパスフィルタを用いて見積りが実施されてもよい。図６は、膜厚測定装置１の分光特性の見積りを実施する構成の一例を模式的に示した図である。図６には、上述した膜厚測定装置１に含まれる各構成に加えて、複数種類のバンドパスフィルタ５１～５４が示されている。例えば、スペクトルの変化率が連続的な単調な特性である場合には、フィルタホイール（不図示）やフィルタスライダー（不図示）を用いて、複数種類のバンドパスフィルタ５１～５４を順番に切り替えながら、ウェハ１００の各座標について、膜厚測定装置１の透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）及び反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）を一括で見積ることができる。この場合には、膜厚測定装置１を構成する各光学部品の分光特性を個別に考慮せずに、エリアセンサ２３において測定される透過光量から透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）の見積りが実施され、また、エリアセンサ２４において測定される反射光量から反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）の見積もりが実施される。なお、本構成による分光特性の見積りを実施する場合には、ウェハ１００に代えてベアウェハ５００が配置されている。
　図６に示される構成において、バンドパスフィルタ５１～５４は、所定の波長域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ５１は、例えば最も低波長の第１波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ５２は、上述した第１波長領域よりも高波長側の第２波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ５３は、上述した第２波長領域よりも高波長側の第３波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。バンドパスフィルタ５４は、上述した第３波長領域よりも高波長側の第４波長領域以外の波長域の光を取り除くフィルタである。
　図７は、図６に示される構成により実施される分光特性の見積り方法の一例を説明する図である。図７において、左側にはベアウェハ５００に含まれる１つの座標のイメージが図示されており、右上にはバンドパスフィルタ５１～５４を切り替えながら上記１つの座標に関してエリアセンサ２３において測定された透過光量が示されており、右下には上記１つの座標に関してバンドパスフィルタ５１～５４を切り替えながらエリアセンサ２４において測定された反射光量が示されている。図７の右上図及び右下図において、横軸は波長であり、縦軸はスペクトル強度である。
　図７の右上図において、バンドパスフィルタ５１の第１波長領域に対応する波長領域が波長領域１５１であり、バンドパスフィルタ５２の第２波長領域に対応する波長領域が波長領域１５２であり、バンドパスフィルタ５３の第３波長領域に対応する波長領域が波長領域１５３であり、バンドパスフィルタ５４の第４波長領域に対応する波長領域が波長領域１５４である。図７の右上図に示されるように、各バンドパスフィルタ５１～５４を用いた際の透過光量が特定されることにより、これらの透過光量のデータに対して例えばカーブフィッティングを行うことにより、波長とスペクトル強度との関係を示す曲線１６０が導かれる。このような曲線１６０を示す関係式（多項式）は、透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）を示す関係式である。なお、カーブフィッティングの方式としては、例えば、多項式近似法やその他曲線あてはめ法などがある。また、カーブフィッティング以外にも補間法などを用いて波長とスペクトル強度との関係を示す曲線を導出してもよい。
　同様に、図７の右下図において、バンドパスフィルタ５１の第１波長領域に対応する波長領域が波長領域２５１であり、バンドパスフィルタ５２の第２波長領域に対応する波長領域が波長領域２５２であり、バンドパスフィルタ５３の第３波長領域に対応する波長領域が波長領域２５３であり、バンドパスフィルタ５４の第４波長領域に対応する波長領域が波長領域２５４である。図７の右下図に示されるように、各バンドパスフィルタ５１～５４を用いた際の透過光量が特定されることにより、これらの透過光量のデータに対してカーブフィッティングを行うことにより、波長とスペクトル強度との関係を示す曲線２６０が導かれる。このような曲線２６０を示す関係式（多項式）は、反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）を示す関係式である。なお、カーブフィッティングの方式としては、例えば、多項式近似法やその他曲線あてはめ法などがある。また、カーブフィッティング以外にも補間法などを用いて波長とスペクトル強度との関係を示す曲線を導出してもよい。以上のように、バンドパスフィルタ５１～５４を用いて、膜厚測定装置１の分光特性の見積りを実施することができる。
　また、膜厚測定装置１の分光特性は、例えば、分光器を用いて見積りが実施されてもよい。図８は、膜厚測定装置１の分光特性の見積りを実施する他の構成の一例を模式的に示した図である。図８には、上述した膜厚測定装置１のエリアセンサ２３，２４に代えて、分光器６０，７０が設けられた構成が示されている。
　分光器６０は、透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）の内、エリアセンサ２３の量子効率又は分光感度であるＳＣ６（λ）ｘｍ,ｙｎ以外の各光学部品の分光特性の累積である分光特性ＳＣ８（λ）ｘｍ,ｙｎを導出することができる。分光器６０は、測定部６１及びプローブヘッド６２を有する。分光器６０は、プローブヘッド６２から入力された光（傾斜ダイクロイックミラー２２を透過した光）について、波長ごとに分光し、測定部６１において波長ごとの強度を導出する。このようにして、上述した分光特性ＳＣ８（λ）ｘｍ,ｙｎが導出される。透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）は、以下の（５）式で示されるように、エリアセンサ２３の量子効率又は分光感度であるＳＣ６（λ）ｘｍ,ｙｎと、各光学部品の分光特性の累積である分光特性ＳＣ８（λ）ｘｍ,ｙｎとの積で示される。
　　ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）＝ＳＣ６（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ８（λ）ｘｍ,ｙｎ　　　（５）
　同様に、分光器７０は、反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）の内、エリアセンサ２４の量子効率又は分光感度であるＳＣ７（λ）ｘｍ,ｙｎ以外の各光学部品の分光特性の累積である分光特性ＳＣ９（λ）ｘｍ,ｙｎを導出することができる。分光器７０は、測定部７１及びプローブヘッド７２を有する。分光器７０は、プローブヘッド７２から入力された光（傾斜ダイクロイックミラー２２を反射した光）について、波長ごとに分光し、測定部７１において波長ごとの強度を導出する。このようにして、上述した分光特性ＳＣ９（λ）ｘｍ,ｙｎが導出される。反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）は、以下の（６）式で示されるように、エリアセンサ２４の量子効率又は分光感度であるＳＣ７（λ）ｘｍ,ｙｎと、各光学部品の分光特性の累積である分光特性ＳＣ９（λ）ｘｍ,ｙｎとの積で示される。
　　ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）＝ＳＣ７（λ）ｘｍ,ｙｎ×ＳＣ９（λ）ｘｍ,ｙｎ　　　（６）
　なお、上記では、膜厚測定装置１を用いて膜厚測定装置１の分光特性の見積りを実施する複数の例を説明したが、膜厚測定装置１の分光特性の見積りは、必ずしも膜厚測定装置１で実施されなくてもよい。すなわち、記憶部３３に、上述した関係情報が記憶されていればよく、該関係情報の導出に用いる膜厚測定装置１の分光特性は、どのように求められたものであってもよい。
　上述したように、膜厚と波長重心との関係情報は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置１の分光特性とに基づき導出される。関係情報の導出は、詳細には、理論反射率と膜厚測定装置１の分光特性とから波長重心（測定パラメータ）の期待値が導出されること（図９参照）と、波長重心の期待値がプロットされてカーブフィッティングにより関係式が導出されること（図１０参照）と、が実施されることにより行われる。以下では、ある１つの膜の種類についての、膜厚と波長重心との関係情報を導出する例について、説明する。
　図９は、測定パラメータである波長重心の期待値の導出について説明する図である。いま、膜の種類が定まっているので、波長ごとの理論反射率の値は、膜厚に応じて決まる。ある膜厚が指定されて、波長ごとの理論反射率Ｒ´の値が決まっているとする。この場合、波長ごとの理論反射率Ｒ´と、波長ごとの膜厚測定装置１の透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）とに基づいて、エリアセンサ２３において測定される透過光量ＩＴ´の期待値を推定することができる。エリアセンサ２３には分光機能がないため、エリアセンサ２３において測定される透過光量ＩＴ´の期待値は、各波長についての光の強度が積分された値となる。同様に、波長ごとの理論反射率Ｒ´と、波長ごとの膜厚測定装置１の反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）とに基づいて、エリアセンサ２４において測定される反射光量ＩＲ´の期待値を推定することができる。そして、上述した（１）式又は（２）式より、透過光量ＩＴ´の期待値及び反射光量ＩＲ´の期待値から、波長重心ｘ´の期待値を導出することができる。このように、膜の種類が定められた状態において、ある膜厚における波長重心ｘ´の期待値を導出することができる。そして、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、各膜厚における波長重心ｘ´の期待値を導出する。これにより、ある膜の種類について、複数の膜厚条件それぞれの波長重心ｘ´の期待値が導出された状態となる。
　図１０は、カーブフィッティングによる関係式の導出について説明する図である。いま、ある膜の種類について、複数の膜厚条件における波長重心ｘ´の期待値がそれぞれ導出されている。例えば図１０に示される例では、３パターンの膜厚（膜厚ｄ＝９０ｎｍ、１００ｎｍ、１１０ｎｍ）それぞれにおける波長重心ｘ´の期待値が、横軸：波長重心ｘ´、縦軸：膜厚ｄのグラフ上にプロットされている。実際には、膜厚条件を変えた波長重心ｘ´の期待値が、より多くプロットされる。そして、プロットされた各データに対してカープフィッティングを行うことにより、膜厚ｄと波長重心ｘ´との関係を示す曲線３６０が導出される。このような曲線３６０を示す関係式は、膜厚と測定パラメータとの関係式である。膜厚と測定パラメータとの関係式は、例えば以下の（７）式のように、多項式で示される。多項式の各パラメータ（ａ、ｂ、ｃ、…）が求められることにより、波長重心ｘ´が入力されれば、膜厚ｄを導出することができる状態になる。
　　ｄｘｍ,ｙｎ（ｘ´）＝ａｘｍ,ｙｎ＋ｂｘｍ,ｙｎｘ´＋ｃｘｍ,ｙｎｘ´２＋・・・　　（７）
　図１に戻り、記憶部３３は、上記（７）式で示されるような膜厚と波長重心との関係式を、上述した関係情報として記憶している。この場合、関係情報は、理論反射率と膜厚測定装置１の分光特性とに基づき導出される各膜厚に対応する波長重心の期待値がそれぞれプロットされてフィッティングされることにより導出された、膜厚と波長重心との関係式である。記憶部３３は、このような関係式を、膜の種類ごとに記憶している。
　解析部３２は、関係情報として記憶部３３に記憶されている膜厚と波長重心との関係式と、演算部３１によって求められたウェハ１００に関する測定パラメータである波長重心とに基づいて、ウェハ１００の膜厚を導出する。解析部３２は、ウェハ１００の膜の種類に応じた関係式と、演算部３１によって求められた波長重心とに基づいて、ウェハ１００の膜厚を導出する（解析ステップ）。すなわち、解析部３２は、記憶部３３から、ウェハ１００の膜の種類に応じた関係式を読み出すと共に（読出しステップ）、（７）式で示されるような関係式の波長重心ｘ´に演算部３１によって求められた波長重心を入力することにより、ウェハ１００の膜厚ｄを導出する。
　図１１は、関係式を用いた膜厚の導出について説明する図である。図１１に示されるように、膜厚ｄと波長重心ｘ´との関係を示す曲線３６０が導出され上記（７）式が導出されている場合においては、演算部３１によって求められた波長重心ｘ´の値から、膜厚ｄの値を一意に導出することができる。
　なお、上述したように、測定パラメータは、波長重心ｘ´以外の膜厚と相関性がある各種パラメータであってもよい。図１２（ａ）～（ｃ）は、波長重心以外の測定パラメータに係る関係式の導出について説明する図である。
　図１２（ａ）は、エリアセンサ２３において測定される透過光量ＩＴ´とエリアセンサ２４において測定される反射光量ＩR´との比（レシオ）が測定パラメータとされる場合の関係式の導出について説明する図である。レシオの期待値ｘ´´については、以下の（８）式により導出される。
　　ｘ´´＝ＩＴ´／ＩＲ´　　　　　　　（８）
　同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、レシオの期待値ｘ´´を複数導出し、各レシオの期待値ｘ´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚ｄとレシオｘ´´との関係を示す曲線４６０が導出され、該曲線４６０を示す以下の（９）式で示される関係式が導出される。
　　ｄｘｍ,ｙｎ（ｘ´´）＝ａｘｍ,ｙｎ＋ｂｘｍ,ｙｎｘ´´＋ｃｘｍ,ｙｎｘ´´２＋・・　　（９）
　同様にして、透過光量ＩＴ´が測定パラメータとされる場合には、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、透過光量ＩＴ´の期待値ｘ´´´を複数導出し、各透過光量ＩＴ´の期待値ｘ´´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚ｄと透過光量ｘ´´´との関係を示す曲線５６０が導出され（図１２（ｂ）参照）、該曲線５６０を示す以下の（１０）式で示される関係式が導出される。
　　ｄｘｍ,ｙｎ（ｘ´´´）＝ａｘｍ,ｙｎ＋ｂｘｍ,ｙｎｘ´´´＋ｃｘｍ,ｙｎｘ´´´２＋・・　　（１０）
　同様にして、反射光量ＩＲ´が測定パラメータとされる場合には、同じ膜の種類で且つ膜厚の条件を変えながら、反射光量ＩＲ´の期待値ｘ´´´´を複数導出し、各反射光量ＩＲ´の期待値ｘ´´´´をプロットしてカーブフィッティングを行うことにより、膜厚ｄと反射光量ｘ´´´´との関係を示す曲線６６０が導出され（図１２（ｃ）参照）、該曲線６６０を示す以下の（１１）式で示される関係式が導出される。
　　ｄｘｍ,ｙｎ（ｘ´´´´）＝ａｘｍ,ｙｎ＋ｂｘｍ,ｙｎｘ´´´´＋ｃｘｍ,ｙｎｘ´´´´２＋・・　　（１１）
　なお、上記実施形態の膜厚測定装置１では、傾斜ダイクロイックミラー２２によって透過及び反射された光がそれぞれエリアセンサ２３，２４によって撮像されることにより、測定パラメータが導出され、膜厚が導出されるとして説明した。本開示はこのような態様に限定されず、例えば、傾斜ダイクロイックミラー２２を備えない膜厚測定装置によって対象物の膜厚が測定されてもよい。
　図１３は、変形例に係る膜厚測定装置１Ｂを模式的に示した図である。なお、図１３においては、制御装置３０（演算部，記憶部，解析部）の図示を省略している。図１３に示されるように、膜厚測定装置１Ｂは、膜厚測定装置１におけるカメラシステム２０に代えて、カメラシステム２０Ｂを有している。カメラシステム２０Ｂは、傾斜ダイクロイックミラーを有しておらず、また、エリアセンサを１つのみ有している。すなわち、カメラシステム２０Ｂは、レンズ２１と、１つのエリアセンサ２３Ｂと、を有している。このような構成においては、エリアセンサ２３Ｂにおいて、光量（ウェハ１００からの光の強度）を測定することができる。そのため、例えば、このような光量と膜厚との関係を示す関係式が、上述した関係情報として予め記憶されていることにより、当該関係式と測定された光量とに基づき、膜厚を導出することができる。この場合においても、関係式（関係情報）は、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置１Ｂ全体の分光特性とに基づき導出されたものである。
　また、上記実施形態では、基板１００ａの表面に膜１００ｂが一層のみ形成されたウェハ１００の膜厚を測定する例を説明したが、これに限定されず、基板の表面に膜が２層以上形成された多層膜構造のウェハの膜厚が測定されてもよい。
　図１４は、変形例に係る多層膜構造のウェハを模式的に示した断面図である。図１４に示されるように、ウェハ２００は、基板２００ａと、膜２００ｂと、膜２００ｃと、を有している。膜２００ｂは、基板２００ａに積層された第１層である。また、膜２００ｃは、膜２００ｂに積層された第２層である。つまり、第２層は、ウェハの表面側の層にあたる。ここでは、一例として、膜２００ｂが二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜であり、膜２００ｃがシリコン窒化（ＳｉＮ）膜であるとして説明するが、膜の種類はこれに限定されない。
　以下では、図１４に示されるような多層膜構造のウェハ２００についての膜厚測定の手順の一例について説明する。このような膜厚測定は、第１層導出工程と、第２層成膜工程と、第２層成膜後の波長重心導出工程と、第２層導出工程と、を含んでいる。これらの工程は、順番に実施される。
　第１層導出工程では、第１層である膜２００ｂのみが成膜されたウェハが準備され、該ウェハについての膜厚測定（すなわち、膜２００ｂに係る膜厚測定）及び評価が実施される。第１層のみの膜厚導出については、上記実施形態において説明した方法により実施することができる。図１５（ａ）は、第１層について測定される波長重心の分布を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に示される波長重心に基づいて導出された第１層についての膜厚の分布を示す図である。このように、実施形態において説明した方法によって、第１層の波長重心の分布が導出されると、第１層の膜厚の分布を導出することができる。
　第２層成膜工程は、第１層導出工程に続いて実施される。第２層成膜工程では、膜２００ｂに積層されるように、第２層である膜２００ｃが成膜される。これにより、図１４に示されるようなウェハ２００が完成する。
　第２層成膜後の波長重心導出工程は、第２層成膜工程に続いて実施される。第２層成膜後の波長重心導出工程では、上記実施形態における波長重心導出と同様に、ウェハ２００からの光の撮像結果に基づいて、第２層成膜後の波長重心が導出される。図１６は、第２層成膜後に測定される波長重心の分布を示す図である。
　第２層導出工程は、第２層成膜後の波長重心導出工程に続いて実施される。図１７は、第２層成膜後に測定した波長重心、及び、第１層の膜厚に基づく、第２層膜厚の導出について説明する図である。図１７に示されるように、第２層導出工程では、第２層成膜後の波長重心導出工程において測定（導出）された第２層成膜後の波長重心と、第１層導出工程において測定（導出）された第１層の膜厚とに基づいて、第２層の膜厚が導出される。
　第２層導出工程を実施する前提として、記憶部３３は、第１層の膜の種類及び膜厚、並びに、第２層の膜の種類の組み合わせごとに、第２層の膜厚と波長重心（測定パラメータ）との関係情報を記憶している。図１８は、第１層膜厚ごとの第２層膜厚と波長重心との関係について説明する図である。図１８において「ＳｉＯ２膜厚」とは、第１層の膜厚を示している。図１８に示されるように、第２層の膜厚と波長重心との関係は、第１層の膜厚に応じて変化する。このため、予め、第１層の膜の種類及び膜厚と、第２層の膜の種類との組み合わせごとに、第２層の膜厚と波長重心との関係情報（図１８参照）が記憶されていることにより、高精度に第１層の膜厚測定を実施することができる。
　解析部３２は、ウェハ２００の膜２００ｂの膜の種類及び膜厚、並びに、膜２００ｃの膜の種類の組み合わせに応じた関係情報と、演算部３１によって求められたウェハ２００に関する波長重心とに基づいて、ウェハ２００の膜２００ｃの膜厚を導出する。
　このように、第１層の膜の種類及び膜厚、並びに、第２層の膜の種類の組み合わせごとに、第２層の膜厚と測定パラメータとの関係情報が規定されていることにより、第１層である膜２００ｂの種類及び膜厚と、第２層である膜２００ｃの種類と、波長重心とが既知である場合において、高精度且つ簡便に膜２００ｃの膜厚測定を実施することができる。
　以下では、上述した多層膜構造のウェハ２００における第２層の膜厚（厚み分布）導出について、詳細に説明する。
　最初に、ウェハ２００に対して各種処理が行われて半導体デバイス（半導体チップ）６００が製造されるまでの半導体デバイス製造方法の製造過程について説明する。図１９（a）～（ｉ）及び図２０（ａ）～（ｊ）は、半導体デバイス６００の製造過程を説明する図である。ここでは、半導体デバイス６００の製造途中における各状態を全てウェハ２００として説明する。なお、以下の製造過程はあくまでも一例である。
　図１９（ａ）に示されるように、最初に、例えば単結晶インゴットをスライスして研磨を行うことにより、鏡面のシリコン基板２１０が製造される。つづいて、図１９（ｂ）に示されるように、シリコン基板２１０に酸化膜２１１及び窒化膜２１２が成膜される。これらの膜は、半導体デバイス６００における絶縁膜として機能するものであってもよいし、エッチング工程時のマスクとして機能するものであってもよい。
　つづいて、図１９（ｃ）に示されるように、スピンコーティング等により窒化膜２１２上にレジスト２１３（フォトレジスト）が塗布される。フォトレジストは、フォトリソグラフィー工程においてエッチングマスクとして機能する。つづいて、図１９（ｄ）に示されるように、回路パターンが描かれたマスク４００を通して、ウェハ２００にＵＶ光が照射される。これにより、レジスト２１３の溶解性が変化して、後述する現像工程におけるレジスト２１３の一部除去が可能になる。
　つづいて、図１９（ｅ）に示されるように、現像工程において不要なレジスト２１３を溶解し、回路パターンを刻むためのマスクが形成される。すなわち、現像工程において残ったレジスト２１３は、エッチング工程時のマスクとなる。つづいて、図１９（ｆ）に示されるように、レジスト２１３をマスクとしてエッチングにより不要な部分が除去されて、回路が形成される。
　つづいて、図１９（ｇ）に示されるように、ウェット方式又はアッシング方式等により、不要なレジストが剥離されて除去される。つづいて、図１９（ｈ）に示されるように、エッチングで形成した溝に酸化膜２１４を堆積させる。このような酸化膜２１４は、半導体素子間を電気的に絶縁するための絶縁膜となる。
　つづいて、図１９（ｉ）に示されるように、機械化学研磨（ＣＭＰ）等によりウェハ２００の不要な部分が研磨されることにより平坦化が行われる。つづいて、図２０（ａ）に示されるように、熱酸化によってシリコンが酸化されることにより、酸化膜２１１からゲート酸化膜２１１Ａが形成される。そして、ゲート酸化膜２１１Ａの表面を窒化処理した後、化学気相成長（ＣＶＤ）によりゲート電極層２１５が形成される。
　つづいて、図２０（ｂ）に示されるように、フォトグラフィーによりゲート電極層２１５にパターンが刻まれ、ソース・ドレイン領域が形成される。そして、図２０（ｃ）に示されるように、ソース・ドレイン領域にイオン注入によりドーパント２１６が打ち込まれる。ゲート酸化膜２１１Ａが残っている部分にはイオンが打ち込まれない。その後、回復熱処理によりドーパント２１６が活性化される。
　つづいて、図２０（ｄ）に示されるように、化学気相成長（ＣＶＤ）により酸化膜２１７が堆積される。酸化膜２１７は絶縁層として機能する。つづいて、図２０（ｅ）に示されるように、フォトリソグラフィーによってコンタクトホール２１８が形成される。コンタクトホール２１８は、ソース・ドレイン電極を形成し、電気的に接続するための穴になる。
　つづいて、図２０（ｆ）に示されるように、コンタクトホールに電極金属２１９を堆積しコンタクト２２０が形成される。この時点で、不要な膜は機械化学研磨（ＣＭＰ）により研磨除去される。つづいて、図２０（ｇ）に示されるように、フォトリソグラフィーによってトレンチ２２１が形成される。トレンチは、電気配線のためのレジスト開口となる。
　つづいて、図２０（ｈ）に示されるように、トレンチ２２１を埋め込むように金属膜２２２が堆積される。不要な膜は機械化学研磨（ＣＭＰ）により研磨除去される。つづいて、図２０（ｉ）に示されるように、トレンチの形成及び金属膜の堆積、並びに平坦化が繰り返されることにより、立体的な配線層２２３が形成される。
　最後に、図２０（ｊ）に示されるように、ダイヤモンドブレード等によるダイシング又はステルスダイシング等により、半導体デバイス（半導体チップ）６００が切断される。以上が、半導体デバイス製造方法の製造過程である。
　図２１は、多層膜構造のウェハ２００についての第２層の膜厚（厚み分布）の導出の手順を説明する図である。第２層の厚み分布の導出は、例えばウェハ２００に対する各種加工処理が実行された後に実施される。加工処理は、実施後において少なくとも２層以上が積層されたウェハ２００において実施され、例えば、ウェハ２００に対する成膜処理（図１９（ｂ））、フォトレジスト塗布処理（図１９（ｃ））、エッチング処理（図１９（ｆ））、平坦化処理（図１９（ｉ））、電極形成処理（図２０（ａ））、パターン形成処理（図２０（ｂ））、絶縁膜形成処理（図２０（ｄ））、コンタクトホール形成処理（図２０（ｅ））、コンタクト形成処理（図２０（ｆ））、トレンチ形成処理（図２０（ｇ））、又は配線形成処理（図２０（ｉ）参照）の後に実施されてもよい。以下では、成膜処理後のウェハ２００に対して第２層の膜厚を導出する例で説明する。
　いま、図２１（ａ）に示されるように、第２層の成膜処理前であって、第１層である膜２００ｂのみが成膜されたウェハ２００が準備されているとする。ウェハ２００の表面側に第１層である膜２００ｂが形成された状態において、膜２００ｂの厚み分布が取得される（第１工程（上述した第１層導出工程に相当））。
　つづいて、図２１（ｂ）に示されるように、膜２００ｂに対して所定の加工処理（ここでは成膜処理）を行うことにより、第２層である膜２００ｃが形成される（第２工程（上述した第２層成膜工程に相当））。
　そして、図２１（ｃ）に示されるように、第２工程後において、膜２００ｃが形成されたウェハ２００に対して面状に光を照射し、ウェハ２００からの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハ２００の面内における測定パラメータ（例えば波長重心）が導出される（第３工程（上述した波長重心導出工程に相当））。
　最後に、第１工程において取得された膜２００ｂの厚み分布、及び、第３工程において導出された測定パラメータ（例えば波長重心）に基づいて、膜２００ｃの厚み分布が導出される（第４工程（上述した第２層導出工程に相当））。
　上記の第１～第４工程に加えて、例えば第２工程の実施中に関係情報導出工程が実施されてもよい。関係情報導出工程は、第１工程において取得された膜２００ｂに厚み分布に基づいて、測定パラメータと膜２００ｃの厚み分布との関係情報を導出する工程である。なお、関係情報が導出された場合においては、第４工程では、関係情報、及び、第３工程において導出された測定パラメータに基づいて、膜２００ｃの厚み分布を導出する。以下では、第１～第４工程及び関係情報導出工程について、詳細に説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図１の構成を参照するが、図１におけるウェハ１００は多層膜構造のウェハ２００に置き換えて説明する。
　第１工程では、上述した方法により、第１層である膜２００ｂの厚み分布が導出されてもよい。具体的には、膜厚測定装置１において、光源１０がウェハ２００に対して面状に光を照射し、エリアセンサ２３，２４がウェハ２００からの光を撮像し、制御装置３０の演算部３１がエリアセンサ２３，２４からの信号に基づいて測定パラメータ（ここでは波長重心）を導出し、解析部３２が、記憶部３３に記憶された関係情報と演算部３１によって求められた測定パラメータとに基づいて、膜２００ｂの膜厚（厚み分布）を導出してもよい。この場合の関係情報とは、膜の種類に応じた理論反射率と、膜厚測定装置１全体の分光特性（システム分光感度）とに基づき導出されているものである。ここでの理論反射率及び分光特性は、上述したとおりである。
　第２工程では、第１工程完了後において、膜２００ｂに積層されるように第２層である膜２００ｃが成膜される。当該第２工程の実施中に同時に関係情報導出工程が実施される。なお、ここでは関係情報導出工程が第２工程の実施中に実施されるとして説明するが、関係情報導出工程は、第２工程よりも前に実施されていてもよいし、第２工程完了後に実施されてもよい。
　関係情報導出工程では、詳細には、第１工程において取得された膜２００ｂの厚み分布、及び、予め取得されている膜２００ｃの薄膜情報に基づいて、膜２００ｃの厚み分布ごとに、所定の領域ごと（一例として画素ごと）の理論反射率を導出する。このように、ここで説明する理論反射率は「第２層である膜２００ｃの厚み分布ごとの理論反射率」である。膜２００ｃの厚み分布ごととは、膜２００ｃの膜厚候補ごとと言い換えることができる。上述したように理論反射率は、膜の種類（膜の屈折率及び膜の消衰係数等の薄膜情報）及び膜厚が定まれば、波長ごとの値が定まる。例えば記憶部３３は、第１工程において取得された膜２００ｂの厚み分布、及び、予め取得されている膜２００ｃの薄膜情報を記憶している。そして、演算部３１は、記憶部３３を参照することにより、膜２００ｃの薄膜情報を特定し、該薄膜情報に応じて、膜２００ｃの膜厚候補（厚み分布）ごとの理論反射率を導出する。
　図２２は、第２層の膜厚候補ごとの理論反射率の導出について説明する図である。図２２に示される例では、膜の種類が一定とされている条件下において、第２層の膜厚候補「ｄ１」とした場合の波長ごとの理論反射率、第２層の膜厚候補「ｄ２」とした場合の波長ごとの理論反射率、…第２層の膜厚候補「ｄｎ」とした場合の波長ごとの理論反射率が導出されている。このように、理論反射率が第２層の膜厚候補ごとに導出される。
　関係情報導出工程では、さらに、第２層の厚み分布（膜厚候補）ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第２層の厚み分布ごとに、所定の領域ごと（一例として画素ごと）の測定パラメータ（例えば波長重心）を導出する。例えば、記憶部３３は、第２層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得されている膜厚測定装置１の分光特性を記憶している。そして、演算部３１は、記憶部３３を参照することにより、第２層の厚み分布ごとに測定パラメータ（例えば波長重心）の期待値を導出する。
　図２３は、測定パラメータである波長重心の導出（詳細には、波長重心の期待値の導出）について説明する図である。いま、膜の種類が定まっているので、波長ごとの理論反射率の値は、第２層の膜厚に応じて決まる。例えば、第２層の膜厚候補「ｄ１」において波長ごとの理論反射率Ｒの値が決まっているとする。この場合、波長ごとの理論反射率Ｒと、波長ごとの膜厚測定装置１の透過側の分光特性ＳＣＴ_ｘｍ,ｙｎ（λ）とに基づいて、エリアセンサ２３において測定される透過光量ＩＴ´の期待値を推定することができる。エリアセンサ２３には分光機能がないため、エリアセンサ２３において測定される透過光量ＩＴ´の期待値は、各波長についての光の強度が積分された値となる。同様に、波長ごとの理論反射率Ｒと、波長ごとの膜厚測定装置１の反射側の分光特性ＳＣＲ_ｘｍ,ｙｎ（λ）とに基づいて、エリアセンサ２４において測定される反射光量ＩＲ´の期待値を推定することができる。そして、上述した（１）式又は（２）式より、透過光量ＩＴ´の期待値及び反射光量ＩＲ´の期待値から、波長重心の期待値を導出することができる。そして、図２３に示されるように、第２層の膜厚候補を「ｄ２」、「ｄ３」…「ｄｎ」と変えながら、各膜厚候補における波長重心の期待値を導出する。以上のような処理により、第２層の厚み分布ごとに測定パラメータ（ここでは波長重心）の期待値を導出することができる。
　関係情報導出工程では、さらに、第２層の厚み分布ごとの測定パラメータ（ここでは波長重心）の期待値に基づき、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係を所定の領域ごと（一例として画素ごと）に示す関係情報を導出する。例えば、記憶部３３は、導出された第２層の厚み分布ごとの測定パラメータ（ここでは波長重心）の期待値を記憶している。そして、演算部３１は、記憶部３３を参照することにより、第２層の厚み分布ごとの測定パラメータの期待値を特定し、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報を導出する。
　図２４は、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報の導出を説明する図である。いま、第２層の複数の膜厚条件において波長重心の期待値が導出されている。例えば図２４に示される例では、第２層の膜厚候補「ｄ１」「ｄ２」…「ｄｎ」のそれぞれについて、波長重心の期待値が導出されており、横軸：波長重心、縦軸：第２層の膜厚、のグラフ上にプロットされている。図２４に示される例では３パターンのみプロットされているが、実際には膜厚条件を変えた波長重心の期待値がより多くプロットされる。そして、プロットされた各データに対してカープフィッティングを行うことにより、膜厚と波長重心との関係を示す曲線５６０が導出される。このような曲線５６０を示す関係式は、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係式である。当該関係式は、上述した（７）式のように多項式で示される。多項式の各パラメータ（ａ、ｂ、ｃ、…）が求められることにより、波長重心ｘ´が入力されれば、膜厚ｄを導出することができる状態になる。
　上記のとおり、関係情報は、所定の領域ごと（一例として画素ごと）の、フィッティング等により得られた関係式であってもよい。また、関係情報は、関係式ではなくテーブルであってもよい。関係情報は、記憶部３３に格納される。
　第３工程では、膜厚測定装置１において、光源１０が、膜２００ｃが形成されたウェハ２００に対して面状に光を照射し、エリアセンサ２３，２４がウェハ２００からの光を撮像し、制御装置３０の演算部３１がエリアセンサ２３，２４からの信号に基づいて測定パラメータ（ここでは波長重心）を導出する。
　第４工程では、第１工程において取得された膜２００ｂの厚み分布に基づいて関係情報導出工程において導出された関係情報（波長重心と第２層の厚み分布との関係情報）と、第３工程において導出された波長重心とに基づいて、第２層の厚み分布が導出される。例えば記憶部３３は、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第３工程において導出された波長重心を記憶している。そして、解析部３２は、記憶部３３を参照することにより、第３工程において導出された波長重心に応じた、第２層（膜２００ｃ）の厚み分布を導出する。
　図２５は、第２層の厚み分布の導出について説明する図である。図２５に示されるように、膜厚（第２層の厚み分布）ｄと測定パラメータである波長重心ｘ´との関係を示す曲線５６０が導出されて上記（７）式で示されるような関係式が導出されている場合においては、波長重心ｘ´の値から、膜厚（第２層の厚み分布）ｄの値を一意に導出することができる。
　次に、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法の作用効果について説明する。
　近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、製造過程における各層の厚みの均一性を確保することが重要になっている。図２６は、比較例に係る半導体デバイス８００の課題について説明する図である。図２６に示されるように、各層の厚みが均一となっていない状態で集積していくと、配線不良やボイド発生等の故障の要因になりうる。半導体デバイスの微細化に伴い、各層の厚みも例えば１００ｎｍ以下等の極薄膜となっており、厚みを高精度に測定することが求められている。厚みを測定する方法としては、半導体デバイスからの反射干渉光を分光器で検出して分光スペクトルを取得し、各層の厚みを推測する技術が知られている。しかしながら、このような測定方法は、厚みをポイント計測するものであり、例えばウェハ全体の面内の厚み分布を高精度に導出したい場合等においては、測定時間が極めて長くなってしまう。このため、ウェハ全体の厚み分布を測定することは現実的ではなく、ウェハのスクライブライン（ダイサー等で分割するライン）における厚みを所定の間隔でポイント計測する等が行われていた。
　この点、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法は、ウェハ２００の表面側に第１層が形成された状態において、第１層の厚み分布を取得する第１工程と、第１層に対して所定の加工処理を行うことにより第２層を形成する第２工程と、第２工程後において、ウェハ２００に対して面状に光を照射し、ウェハ２００からの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいてウェハ２００の面内における測定パラメータを導出する第３工程と、第１工程において取得された第１層の厚み分布、及び、第３工程において導出された測定パラメータに基づいて、第２層の厚み分布を導出する第４工程と、を備える。
　本実施形態に係る半導体デバイス製造方法では、第２層の形成後において、ウェハ２００に対して面状に光が照射され、ウェハ２００からの光が撮像されることにより、ウェハ２００の面内における測定パラメータが導出されている。そして、第２層の形成前において取得された第１層の厚み分布と、第２層の形成後において導出されたウェハ２００の面内における測定パラメータとに基づき、第２層の厚み分布が導出されている。このように、第２層の形成前において予め第１層の厚み分布が取得されていることにより、第２層の形成後において導出されたウェハ２００の面内における測定パラメータと第１層の厚み分布とに基づき、ウェハの表面側の層である第２層の厚み分布を適切に（高精度に）導出することができる。そして、第２層の厚み分布については、ウェハ２００に対して面状に照射された光の撮像結果が考慮されて導出されているので、ウェハ２００全体の面内の第２層の厚み分布を一括で（短期間で）導出することができる。これにより、例えば第２層の厚みが分光器等によりポイントで計測される場合と比較して、ウェハ２００全体の面内の厚み分布の導出に係る測定時間を大幅に短縮することができる。以上のように、本実施形態に係る半導体デバイス製造方法によれば、迅速かつ高精度にウェハ２００の厚み分布を導出することができる。なお、比較例のようなポイント計測の場合、製造記録のために各計測点における分光スペクトルデータを保存しておく必要がありデータ管理が煩雑になるが、本実施形態に係る計測方法によれば、反射画像及び透過画像を記録しておくのみでよいため、データ管理が簡易になる。
　図２７は、本実施形態に係る厚み分布導出の作用効果を説明する図である。図２７（ａ）は第２層の厚み分布の正解データを示す図であり、図２７（ｂ）は第２層の厚み分布の導出結果（膜厚解析結果）を示す図であり、図２７（ｃ）は第２層の厚み分布の正解データと導出結果との誤差を示す図である。図２７（ｃ）に示されるように、第２層の厚み分布の正解データと導出結果との誤差については、±１ｎｍ以内とすることができ、高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができている。
　半導体デバイス製造方法は、第１工程において取得された第１層の厚み分布に基づいて、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、第４工程では、関係情報導出工程において導出された関係情報、及び、第３工程において導出された測定パラメータに基づいて、第２層の厚み分布を導出してもよい。このように、取得された第１層の厚み分布の条件下における測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報が導出され用いられることにより、第３工程において導出された測定パラメータから迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程では、第１工程において取得された第１層の厚み分布、及び、予め取得されている第２層の薄膜情報に基づいて、第２層の厚み分布ごとに理論反射率を導出することと、第２層の厚み分布ごとの理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、第２層の厚み分布ごとに測定パラメータを導出し、測定パラメータと第２層の厚み分布との関係情報を導出することと、を実行してもよい。このように、第１層の厚み分布と第２層の薄膜情報とが特定されることにより、第２層の厚み分布ごとの理論反射率を高精度に導出することができる。そして、第２層の厚み分布ごとの理論反射率と分光特性とが特定されることにより、第２層の厚み分布ごとの測定パラメータを導出し、上述した関係情報を高精度に導出することができる。このような構成によれば、関係情報を用いて、第３工程において導出された測定パラメータから高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　半導体デバイス製造方法において、関係情報導出工程は、第２工程の実施中に実施されてもよい。これにより、第２工程の実施後において、迅速にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　半導体デバイス製造方法において、関係情報は、フィッティングにより得られた関係式、又は、テーブルであってもよい。このような関係情報が用いられることにより、迅速かつ高精度にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　半導体デバイス製造方法において、測定パラメータは、波長重心であってもよい。このような構成によれば、膜厚との相関性が高い波長重心を測定パラメータとして、ウェハの表面側の層の厚み分布を高精度に導出することができる。
　半導体デバイス製造方法において、加工処理は、ウェハ２００に対する成膜処理、フォトレジスト塗布処理、エッチング処理、平坦化処理、電極形成処理、パターン形成処理、絶縁膜形成処理、コンタクトホール形成処理、コンタクト形成処理、トレンチ形成処理、又は配線形成処理のいずれかの処理であってもよい。これらの処理の後に形成される第２層の厚み分布について、上述した方法により迅速かつ高精度に導出することができる。なお、パターン形成処理後においては、位置合わせ等の困難性から、従来のポイント計測による膜厚導出が困難である。この点、本実施形態に係る手法によれば、パターン形成処理後等において上記位置合わせ等が不要であるので、容易にウェハの表面側の層の厚み分布を導出することができる。
　なお、本実施形態では、便宜上、２層の膜構造の例で説明をしたが、本開示の内容が３層以上の多層膜を有する半導体デバイスの製造に適用されてもよい。すなわち、本開示の手法が３層以上の多層膜における最表層の膜厚測定（厚み分布導出）に用いられてもよい。この場合、本開示における「第１層」は最表層の下層に存在する各層であり、「第２層」は最表層である。
　２００…ウェハ、２００ｂ…膜（第１層）、２００ｃ…膜（第２層）、６００…半導体デバイス。

Claims (7)

  1. 　ウェハの表面側に第１層が形成された状態において、前記ウェハに対して面状に光を照射し、前記ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいて前記ウェハの面内における前記第１層の厚み分布を取得する第１工程と、
    　前記第１層に対して所定の加工処理を行うことにより第２層を形成する第２工程と、
    　前記第２工程後において、前記ウェハに対して面状に光を照射し、前記ウェハからの光を撮像して、撮像に係る信号に基づいて前記ウェハの面内における測定パラメータの分布を導出する第３工程と、
    　前記第１工程において取得された前記第１層の厚み分布、及び、前記第３工程において導出された前記測定パラメータの分布に基づいて、前記第２層の厚み分布を導出する第４工程と、を備える半導体デバイス製造方法。
  2. 　前記第１工程において取得された前記第１層の厚み分布に基づいて、前記測定パラメータと前記第２層の厚みの関係を所定の領域ごとに示す関係情報を導出する関係情報導出工程を更に備え、
    　前記第４工程では、前記関係情報導出工程において導出された前記関係情報、及び、前記第３工程において導出された前記測定パラメータの分布に基づいて、前記第２層の厚み分布を導出する、請求項１記載の半導体デバイス製造方法。
  3. 　前記関係情報導出工程では、
    　　前記第１工程において取得された前記第１層の厚み分布、及び、予め取得されている前記第２層の薄膜情報に基づいて、前記第２層の厚み分布ごとに、前記所定の領域ごとの理論反射率を導出することと、
    　　前記第２層の厚み分布ごとの前記理論反射率、及び、予め取得された分光特性に基づいて、前記第２層の厚み分布ごとに、前記所定の領域ごとの前記測定パラメータを導出し、前記測定パラメータと前記第２層の厚みの関係を前記所定の領域ごとに示す前記関係情報を導出することと、を実行する、請求項２記載の半導体デバイス製造方法。
  4. 　前記関係情報導出工程は、前記第２工程の実施中に実施される、請求項３記載の半導体デバイス製造方法。
  5. 　前記関係情報は、前記所定の領域ごとの、フィッティングにより得られた関係式、又は、テーブルである、請求項２～４のいずれか一項記載の半導体デバイス製造方法。
  6. 　前記測定パラメータは、波長重心である、請求項１～５のいずれか一項記載の半導体デバイス製造方法。
  7. 　前記加工処理は、前記ウェハに対する成膜処理、フォトレジスト塗布処理、エッチング処理、平坦化処理、電極形成処理、パターン形成処理、絶縁膜形成処理、コンタクトホール形成処理、コンタクト形成処理、トレンチ形成処理、又は配線形成処理のいずれかの処理である、請求項１～６のいずれか一項記載の半導体デバイス製造方法。
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