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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024111669
(43)【公開日】2024-08-19
(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240809BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240809BHJP
C23C 14/54 20060101ALI20240809BHJP
C23C 16/52 20060101ALI20240809BHJP
G01K 11/12 20210101ALI20240809BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 103
H01L21/31 C
H01L21/31 E
C23C14/54 E
C23C16/52
G01K11/12 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023016305
(22)【出願日】2023-02-06
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】古林 愛
(72)【発明者】
【氏名】橋本 隆希
(72)【発明者】
【氏名】郭 彦廷
【テーマコード（参考）】
4K029
4K030
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
4K029AA24
4K029BD01
4K029DA03
4K029JA01
4K030CA04
4K030CA12
4K030FA01
4K030GA02
4K030JA01
4K030JA10
4K030KA37
4K030KA39
4K030LA15
5F004BB22
5F004BD04
5F004CB09
5F004CB12
5F045AA08
5F045DP02
5F045EM05
5F045GB05
5F045GB16
(57)【要約】
【課題】半導体ウェハの温度または被加工材料の加工量を正確に計測することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、第１面に材料膜を有する基板を、前記第１面とは反対側の第２面側から支持するステージ１０を備える。光源１１は、光を生成する。光学系２は、基板に第２面側から光を照射する。検出器１６は、基板または材料膜から反射してきた反射光を検出する。記憶部１８は、反射光について基板または材料膜の複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する。演算部１７は、光を照射して検出器で測定された反射光の干渉スペクトルから得られた測定スペクトル波形を複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、複数の参照スペクトル波形のうち測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求める。
【選択図】図６
【解決手段】本実施形態による半導体製造装置は、第１面に材料膜を有する基板を、前記第１面とは反対側の第２面側から支持するステージ１０を備える。光源１１は、光を生成する。光学系２は、基板に第２面側から光を照射する。検出器１６は、基板または材料膜から反射してきた反射光を検出する。記憶部１８は、反射光について基板または材料膜の複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する。演算部１７は、光を照射して検出器で測定された反射光の干渉スペクトルから得られた測定スペクトル波形を複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、複数の参照スペクトル波形のうち測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求める。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１面に材料膜を有する基板を、前記第１面とは反対側の第２面側から支持するステージと、
光を生成する光源と、
前記基板に前記第２面側から前記光を照射する光学系と、
前記基板または前記材料膜から反射してきた反射光を検出する検出器と、
前記反射光について前記基板または前記材料膜の複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する記憶部と、
前記光を照射して前記検出器で測定された前記反射光の干渉スペクトルから得られた測定スペクトル波形を前記複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、前記複数の参照スペクトル波形のうち前記測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求める演算部とを備える、半導体製造装置。
光を生成する光源と、
前記基板に前記第２面側から前記光を照射する光学系と、
前記基板または前記材料膜から反射してきた反射光を検出する検出器と、
前記反射光について前記基板または前記材料膜の複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する記憶部と、
前記光を照射して前記検出器で測定された前記反射光の干渉スペクトルから得られた測定スペクトル波形を前記複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、前記複数の参照スペクトル波形のうち前記測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求める演算部とを備える、半導体製造装置。
【請求項2】
前記演算部は、前記測定スペクトル波形の光強度I（ｘ）および前記参照スペクトル波形の光強度Ｔｊ（ｘ）について式１または式２を演算し、前記複数の参照スペクトル波形のうち相関値ｒｊ（τ）が最大となる参照スペクトル波形を前記類似参照スペクトル波形とする、
ここで、ｘは前記光の光路長であり、τは前記測定スペクトル波形と前記参照スペクトル波形との波長の相対的なシフト量であり、ｊは前記複数の参照スペクトル波形の識別子である、
請求項１に記載の半導体製造装置。
【数1】
請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項3】
前記演算部は、前記測定スペクトル波形と前記類似参照スペクトル波形との間の前記シフト量τに基づいて前記基板または前記材料膜の温度を演算する、請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項4】
前記演算部は、前記類似参照スペクトル波形に対応する形状パラメータに基づいて前記基板または前記材料膜における加工量を演算する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
【請求項5】
前記光源は、第１波長の第１光を生成する第１光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２光を生成する第２光源とを含み、
前記複数の参照スペクトル波形はそれぞれ、前記第１光の前記反射光について前記基板または前記材料膜の前記複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の第１参照波形と、前記第２光の前記反射光について前記基板または前記材料膜の前記複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の第２参照波形とを、それぞれ同一の形状パラメータを有する前記基板または前記材料膜ごとに連結して生成され、
前記測定スペクトル波形は、前記第１光を前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光に基づく第１測定波形と前記第２光を前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光に基づく第２測定波形とを連結して生成される、請求項１に記載の半導体製造装置。
前記複数の参照スペクトル波形はそれぞれ、前記第１光の前記反射光について前記基板または前記材料膜の前記複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の第１参照波形と、前記第２光の前記反射光について前記基板または前記材料膜の前記複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の第２参照波形とを、それぞれ同一の形状パラメータを有する前記基板または前記材料膜ごとに連結して生成され、
前記測定スペクトル波形は、前記第１光を前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光に基づく第１測定波形と前記第２光を前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光に基づく第２測定波形とを連結して生成される、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項6】
光を生成する光源と、第1面に材料膜を有する基板の該第1面とは反対側の第２面側から前記光を照射する光学系と、前記基板または前記材料膜からの反射光を検出する検出器とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記反射光について、前記基板または前記材料膜の複数の形状パラメータに対する複数の参照スペクトル波形を予め生成し、
前記光を前記第２面側から前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光の測定スペクトル波形を前記複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、前記複数の参照スペクトル波形のうち前記測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求め、
前記類似参照スペクトル波形に基づいて前記基板または前記材料膜の温度または前記基板または前記材料膜における加工量を演算することを具備する、半導体装置の製造方法。
前記反射光について、前記基板または前記材料膜の複数の形状パラメータに対する複数の参照スペクトル波形を予め生成し、
前記光を前記第２面側から前記基板に照射して前記検出器で測定された前記反射光の測定スペクトル波形を前記複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、前記複数の参照スペクトル波形のうち前記測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求め、
前記類似参照スペクトル波形に基づいて前記基板または前記材料膜の温度または前記基板または前記材料膜における加工量を演算することを具備する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エッチング工程等のような半導体ウェハの加工工程においては、低コヒーレンス干渉計等を用いて半導体ウェハの温度または被加工材料のエッチング量を非接触で計測する場合がある。
【0003】
しかし、エッチングによって被加工材料の形状が変化すると、基板だけでなく被加工材料からの反射光の影響により、半導体ウェハの温度を正確に計測することは困難であった。また、エッチング終点直前における光強度信号の変化またはプラズマの外乱光により、エッチング量またはエッチングの終点を正確に判断することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６４７９４６５号明細書
【特許文献2】特許第５８０５４９８号明細書
【特許文献3】特開２０１３－００７６６５号公報
【特許文献4】米国特許公開第２０２１／０１５１２８５号公報
【特許文献5】特開平０７－３２１０９４号公報
【特許文献6】特開２００９－２３１７１８号公報
【特許文献7】特開平０７－００４０２１号公報
【特許文献8】特開２００３－２２９４１４号公報
【特許文献9】特開２０１６－１２７０８７号公報
【特許文献10】特開２００９－０６８９３７号公報
【特許文献11】米国特許第９４９４４０９号明細書
【特許文献12】特開２００９－０７４８１２号公報
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】T.Tsutsumi, Appl.Phys.Lett., vol.103, no.18, pp.182102-1-3, Oct.2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
半導体ウェハの温度または被加工材料の加工量を正確に計測することができる半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本実施形態による半導体製造装置は、第１面に材料膜を有する基板を、前記第１面とは反対側の第２面側から支持するステージを備える。光源は、光を生成する。光学系は、基板に第２面側から光を照射する。検出器は、基板または材料膜から反射してきた反射光を検出する。記憶部は、反射光について基板または材料膜の複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する。演算部は、光を照射して検出器で測定された反射光の干渉スペクトルから得られた測定スペクトル波形を複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較し、複数の参照スペクトル波形のうち測定スペクトル波形に類似する類似参照スペクトル波形を求める。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る半導体製造装置の構成例を示すブロック図。
【図2】被加工材料が基板のみの場合のＯＰＬを示す概念図。
【図3】被加工材料が基板のみの場合に得られるスペクトル波形を示すグラフ。
【図4】被加工材料が基板および材料膜Ｍである場合のＯＰＬを示す概念図。
【図5】被加工材料が基板および材料膜である場合に得られるスペクトル波形を示すグラフ。
【図6】第１実施形態による基板または材料膜の温度の測定方法および形状パラメータの特定方法の一例を示すフロー図。
【図7A】測定スペクトル波形と参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図7B】測定スペクトル波形と参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図7C】測定スペクトル波形と参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図8】シフト量と温度変化量との関係を示すグラフ。
【図9】被加工材料の一例を示す断面図。
【図10A】メモリホールの深さが０％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図10B】メモリホールの深さが２０％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図10C】メモリホールの深さが４０％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図10D】メモリホールの深さが６０％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図10E】メモリホールの深さが８０％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図10F】メモリホールの深さが１００％のときにおけるスペクトル波形を示すグラフ。
【図11】第２実施形態による基板または材料膜の温度の測定方法および形状パラメータの特定方法の一例を示すフロー図。
【図12A】連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図12B】連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図12C】連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図。
【図13】第２実施形態の変形例１を示す図。
【図14】第２実施形態の変形例１を示す図。
【図15】第２実施形態の変形例１を示す図。
【図16】変形例２による基板または材料膜の膜厚（ホールの深さ）を求める方法を示す平面図。
【図17】変形例２による基板または材料膜の膜厚（ホールの深さ）を求める方法を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものである。明細書と図面において、同一の要素には同一の符号を付す。
【0010】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置１の構成例を示すブロック図である。半導体製造装置１は、例えば、エッチング装置、成膜装置、熱処理装置等の半導体製造装置でよい。半導体製造装置１は、ステージ１０と、光源１１，１２と、フォトカプラ１３，１４と、コリメータレンズ１５と、分光器１６と、演算部１７と、データベース（記憶部）１８とを備えている。
図１は、第１実施形態に係る半導体製造装置１の構成例を示すブロック図である。半導体製造装置１は、例えば、エッチング装置、成膜装置、熱処理装置等の半導体製造装置でよい。半導体製造装置１は、ステージ１０と、光源１１，１２と、フォトカプラ１３，１４と、コリメータレンズ１５と、分光器１６と、演算部１７と、データベース（記憶部）１８とを備えている。
【0011】
ステージ１０は、基板Ｗを支持し、静電吸着するＥＳＣ（Electrostatic Chuck）を用いたステージでよい。基板Ｗは、第1面Ｆ１に材料膜Ｍを有し、第１面Ｆ１とは反対側の第２面Ｆ２においてステージ１０と面している。ステージ１０は、基板Ｗを第２面Ｆ２側から支持する。ステージ１０は、光Ｌ１、Ｌ２を透過する材料で構成されている。例えば、ステージ１０のうち光Ｌ１、Ｌ２の透過位置に、光Ｌ１、Ｌ２を透過させる材料で窓が設けられている。
【0012】
光源１１は、第１波長の光Ｌ１を生成する。光源１２は、第１波長とは異なる第２波長の光Ｌ２を生成する。光Ｌ１、Ｌ２は、光学系２およびステージ１０を介して基板Ｗの第２面Ｆ２側から照射される。
【0013】
光学系２は、光源１１、１２からの光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗまたは材料膜Ｍへ照射する。また、光学系２は、基板Ｗまたは材料膜Ｍから反射してきた反射光Ｒ１、Ｒ２を分光器１６へ送る。例えば、光学系２は、フォトカプラ１３、１４と、コリメータレンズ１５とを含む。フォトカプラ１３は、光Ｌ１、Ｌ２をフォトカプラ１４へ送る。フォトカプラ１４は、コリメータレンズ１５を介して光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗまたは材料膜Ｍへ照射する。光Ｌ１、Ｌ２が基板Ｗまたは材料膜Ｍで反射されると、その反射光Ｒ１、Ｒ２は、コリメータレンズ１５を介してフォトカプラ１４へ入射する。そして、反射光Ｒ１、Ｒ２は、フォトカプラ１４から分光器１６へ送られる。
【0014】
分光器１６は、基板Ｗまたは材料膜Ｍから反射してきた反射光Ｒ１、Ｒ２の強度を検出する。例えば、分光器１６は、各周波数に対する反射光Ｒ１、Ｒ２の強度を測定し、その測定結果（干渉スペクトル）を演算部１７へ送る。
【0015】
演算部１７は、反射光Ｒ１、Ｒ２の干渉スペクトルをフーリエ変換し、正規化する。これにより、演算部１７は、光Ｌ１、Ｌ２の光路長（ＯＰＬ（Optical Path Length））に対する信号強度の波形（スペクトル波形）を生成する。
【0016】
このスペクトル波形のピークに対応するＯＰＬは、基板Ｗまたは材料膜Ｍの厚みおよびそれらの屈折率に依存している。従って、基板Ｗまたは材料膜Ｍが温度によって熱膨張または熱収縮し、並びに、基板Ｗまたは材料膜Ｍの屈折率が変化した場合に、演算部１７は、ＯＰＬを用いて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度変化を算出することができる。
【0017】
また、演算部１７は、生成した被加工材料の基板Ｗおよび材料膜Ｍのスペクトル波形を、データベース１８に記憶された複数の参照スペクトル波形と比較する。被加工材料を測定して得られたスペクトル波形を、以下、測定スペクトル波形と呼ぶ。また、データベース１８に予め格納され、測定スペクトル波形に対して比較の基準となるスペクトル波形を、以下、参照スペクトル波形と呼ぶ。演算部１７は、参照スペクトル波形のうち測定スペクトル波形に最も類似する参照スペクトル波形を求める。測定スペクトル波形に最も類似する参照スペクトル波形を、以下、類似参照スペクトル波形と呼ぶ。参照スペクトル波形と測定スペクトル波形との類似度の計算は後述する。
【0018】
データベース１８は、反射光Ｒ１、Ｒ２について基板Ｗまたは材料膜Ｍの複数の形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形を記憶する。形状パラメータは、スペクトル波形に影響を与える基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状に関するパラメータである。例えば、形状パラメータは、上述の通り、基板Ｗまたは材料膜Ｍの複数の膜厚、基板Ｗまたは材料膜Ｍに形成されたホールの深さ（エッチング量）、または、ホールの径等のいずれかでよい。
【0019】
参照スペクトル波形は、様々な形状パラメータに対して実測またはシミュレーションなどによって、被加工材料の干渉スペクトルを測定する前に予め生成し、データベース１８に格納しておく。従って、参照スペクトル波形は、基板Ｗだけでなく材料膜Ｍからの反射光の影響が含まれている。参照スペクトル波形に対応する形状パラメータが干渉スペクトルの測定時における基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータに一致する場合、測定スペクトル波形は、参照スペクトル波形にほぼ一致あるいは類似する。即ち、本実施形態によれば、材料膜Ｍからの反射光の影響も含めて、基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータを判断することができる。
【0020】
参照スペクトル波形は、様々な形状パラメータに対して生成されるが、離散的である。従って、隣接する形状パラメータ間の参照スペクトル波形は、回帰モデルを用いて補間してもよい。これにより、参照スペクトル波形は、連続した形状パラメータに対して生成され得る。
【0021】
図２は、被加工材料が基板Ｗのみの場合のＯＰＬを示す概念図である。図３は、被加工材料が基板Ｗのみの場合に得られるスペクトル波形を示すグラフである。基板Ｗのみが被加工材料である場合、光Ｌは、図２に示すように、基板Ｗの第１面Ｆ１および第２面Ｆ２から反射する。このため、基板Ｗからの反射光の干渉により得られるスペクトル波形は、図３に示すように、明確なピークを有する。この場合、演算部１７は、ＯＰＬの変化を用いて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度を比較的正確に算出することができる。
【0022】
一方、図４は、被加工材料が基板Ｗおよび材料膜Ｍである場合のＯＰＬを示す概念図である。図５は、被加工材料が基板Ｗおよび材料膜Ｍである場合に得られるスペクトル波形を示すグラフである。図４に示すように、基板Ｗ上に材料膜Ｍが設けられている場合、光Ｌは、基板Ｗの第１面Ｆ１および第２面Ｆ２だけでなく、材料膜Ｍの表面および裏面からも反射する。さらに、材料膜Ｍが積層膜である場合には、光は、積層膜の界面からも反射する。このため、図５に示すように、基板Ｗおよび材料膜Ｍからの反射光の干渉により得られるスペクトル波形のピークの特定は比較的困難になり、ＯＰＬに誤差が生じ得る。この場合、ＯＰＬの変化を用いて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度を比較的正確に算出することが困難になる。
【0023】
そこで、本実施形態による半導体製造装置１では、反射光Ｒ１、Ｒ２について、基板Ｗまたは材料膜Ｍの様々な形状パラメータに対して参照スペクトル波形を予め算出または計測しておき、これらの参照スペクトル波形をデータベース１８に格納しておく。演算部１７は、測定スペクトル波形をデータベース１８に格納された複数の参照スペクトル波形と比較し、測定スペクトル波形に最も類似する類似参照スペクトル波形を求める。これにより、材料膜Ｍからの反射光の影響も考慮して、基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータを特定し、あるいは、温度を演算することができる。尚、形状パラメータの特定および温度の演算については後述する。
【0024】
次に、半導体製造装置１を用いた被加工材料の形状パラメータの特定方法および被加工材料の温度の測定方法を説明する。
【0025】
図６は、第１実施形態による基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度の測定方法および形状パラメータの特定方法の一例を示すフロー図である。尚、ここでは、クライオエッチング装置を用いたエッチング工程を一例として説明するが、本実施形態は、成膜工程または熱処理工程等の他の工程にも適用することができる。また、本実施形態は、基板Ｗのみが被加工材料の場合にも適用可能である。第１実施形態において、光源１１が用いられているが、光Ｌ１に代えて光Ｌ２が用いられてもよい。光Ｌ１を用いる場合には、光源１２は省略してもよい。光Ｌ２を用いる場合には、光源１１は省略してもよい。
【0026】
材料膜Ｍを第１面Ｆ１に有する基板Ｗをステージ１０に載置する。基板Ｗは、第２面Ｆ２をステージ１０に向けて載置される。ステージ１０は、基板Ｗを静電吸着する。
【0027】
次に、光源１１が光Ｌ１を生成する。光学系２が、基板Ｗの第２面Ｆ２側から光Ｌ１を照射する（Ｓ１０）。分光器１６が基板Ｗまたは材料膜Ｍからの反射光Ｒ１を検出する（Ｓ２０）。このように、基板Ｗの第２面Ｆ２側から照射した光Ｌ１の反射光Ｒ１を検出することによって、プラズマＰの外乱光の影響を受けることなく、反射光Ｒ１の各周波数における光強度の干渉スペクトルが計測される。
【0028】
次に、演算部１７が反射光Ｒ１の干渉スペクトルをフーリエ変換し、さらに正規化することによって測定スペクトル波形を生成する（Ｓ３０）。
【0029】
次に、演算部１７は、測定スペクトル波形を、反射光Ｒ１について基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータに対して予め生成された複数の参照スペクトル波形のそれぞれと比較する。そして、演算部１７は、複数の参照スペクトル波形のうち測定スペクトル波形に最も類似する類似参照スペクトル波形を求める。以下、類似参照スペクトル波形の演算について説明する。
【0030】
図７Ａ～図７Ｃは、測定スペクトル波形と参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図である。測定スペクトル波形Ｓは、図７Ａ～図７Ｃにおいて同じである。図７Ａ～図７Ｃの参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２はそれぞれ異なる形状パラメータで取得されたスペクトル波形である。尚、本実施形態では、形状パラメータの異なる３つの参照スペクトル波形が用いられているが、形状パラメータの異なる４つ以上のＮ個（Ｎは正整数）の参照スペクトル波形が用いられてもよい。
【0031】
演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓを、参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２のそれぞれと比較し、フィッティングを行う。
【0032】
例えば、測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０とフィッティングする場合、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０とをｘ軸方向に相対的にずらしながら（シフト量τを変更しながら）、式１の相関値ｒｊ（τ）を演算する（Ｓ４０）。このとき、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０の光強度Ｔ０（ｘ）について式１を演算する。
ここで、ｘは光Ｌ１の光路長ＯＰＬである。τは測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０との光路長ＯＰＬ（ｘ軸方向）の相対的なシフト量である。シフト量τは、＋ｘ方向および－ｘ方向のいずれにずらしてもよい。ｊは参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０の識別子である。例えば、ｊは、０～Ｎである。参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０の識別子ｊは、０とする。
【数1】
【0033】
演算部１７は、当初、シフト量τを０として、相関値ｒ０（０）を演算する。相関値ｒ０（０）は、図７Ａの右に示すグラフのτ＝０の値となる。同様に、演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ０（τ）を演算し、図７Ａの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ０（τ）の最大ピークはＰ０となる。
【0034】
次に、識別子ｊがＮに達していない場合（Ｓ５０のＮＯ）、演算部１７は、ｊを１だけインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）（Ｓ６０）。そして、演算部１７は、ステップＳ４０を繰り返す。即ち、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１と比較し、フィッティングする。
【0035】
測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１とフィッティングする場合、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１とをｘ軸方向に相対的にずらしながら、式１の相関値ｒ１（τ）を演算する。参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１の識別子ｊは、１とする。このとき、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１の光強度Ｔ１（ｘ）について式１を演算する。演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ１（τ）を演算し、図７Ｂの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ１（τ）の最大ピークはＰ１となる。
【0036】
次に、識別子ｊがＮに達していない場合（Ｓ５０のＮＯ）、演算部１７は、ｊをさらに１だけインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）（Ｓ６０）。そして、演算部１７は、ステップＳ４０を繰り返す。即ち、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２と比較し、フィッティングする。
【0037】
測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２とフィッティングする場合、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２とをｘ軸方向に相対的にずらしながら、式１の相関値ｒ２（τ）を演算する。参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２の識別子ｊは、２とする。このとき、演算部１７は、測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２の光強度Ｔ２（ｘ）について式１を演算する。演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ２（τ）を演算し、図７Ｃの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ２（τ）の最大ピークはＰ２となる。
【0038】
参照スペクトル波形がＮ個ある場合、識別子ｊがＮに達するまで、ステップＳ４０～Ｓ６０が繰り返される。
【0039】
識別子ｊがＮ（例えば、Ｎ＝２）に達すると（Ｓ５０のＹＥＳ）、演算部１７は、複数の参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２のうち相関値ｒｊ（τ）が最大となる参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を類似参照スペクトル波形とする（Ｓ７０）。即ち、演算部１７は、ピークＰ０～Ｐ２のうち最大のピークＰ２に対応する参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を、測定スペクトル波形Ｓに対して類似度が最も高い類似参照スペクトル波形であると判断する。
【0040】
次に、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２において相関値ｒ２（τ）がピークＰ２となるシフト量τｐに基づいて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度を演算する（Ｓ８０）。
【0041】
図８は、シフト量τと温度変化量ΔＴとの関係を示すグラフである。データベース１８は、図８に示すようなシフト量τと温度変化量ΔＴとの関係を示す関係式を予め記憶する。演算部１７は、シフト量τと温度変化量ΔＴとの関係を用いて類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２のシフト量τｐに対応する温度変化量ΔＴｐを算出する。参照スペクトル波形の生成時の温度、例えば、シミュレーションによって参照スペクトル波形を予め算出した際の設定温度をＴＩとすると、基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度は、ＴＩ＋ΔＴｐと表される。演算部１７は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度ＴＩ＋ΔＴｐを演算する。これにより、基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度が得られる。尚、参照スペクトル波形を実測によって生成する場合は、設定温度ＴＩとしては、参照スペクトル波形の生成時に測定し、得られた温度情報をデータベース１８に格納しておけばよい。また、図８のシフト量τと温度変化量ΔＴとの関係は、温度を変更しながら基板Ｗまたは材料膜Ｍのスペクトル波形を取得し、その温度変化量ΔＴとシフト量τとの関係式を予め、データベース１８に格納しておけばよい。温度変化量ΔＴとシフト量τとの関係式は、形状パラメータによってほぼ変化しないので、様々な形状パラメータを有する基板Ｗまたは材料膜Ｍに図８のグラフが適用可能である。
【0042】
類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２は、測定スペクトル波形Ｓと波形形状において類似度が高い。従って、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２に対応する形状パラメータは、測定スペクトル波形Ｓが測定されたときの基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータとほぼ一致する、あるいは、類似する。例えば、エッチング加工中の基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２に対応する形状パラメータの膜厚にほぼ一致する、あるいは、近い。これにより、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２の形状パラメータからエッチング加工中の基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚を特定することができる。基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚が判明すると、演算部１７は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの最初の膜厚からエッチング加工中の膜厚を減じることによってホール等のエッチング加工深さを演算することができる（Ｓ９０）。代替的に、エッチング加工深さを形状パラメータとして参照スペクトル波形と関連付けてデータベース１８に予め格納しておいてもよい。この場合、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２に対応する形状パラメータからエッチング加工深さを直接特定することができる。
【0043】
このように、本実施形態によれば、演算部１７は、反射光Ｒ１の測定スペクトル波形Ｓを複数の参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２のそれぞれと比較し、測定スペクトル波形Ｓに最も類似する類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を求める。演算部１７は、相関値ｒｊ（τ）がピークＰ２となるときの測定スペクトル波形Ｓと類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２との間の相対的なシフト量τｐに基づいて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度Ｔ（Ｔ０＋ΔＴｐ）を演算することができる。また、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２に対応する形状パラメータに基づいて基板Ｗまたは材料膜Ｍに形成された形状パラメータを特定することができる。この形状パラメータを用いて、演算部１７は、例えば、ホールの深さ等を演算することができる。
【0044】
このような基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度Ｔ０＋ΔＴｐおよび基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータは、基板Ｗまたは材料膜Ｍをエッチング加工している最中にリアルタイムで演算することができる。
【0045】
本実施形態によれば、参照スペクトル波形は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの様々な形状パラメータを考慮して生成されている。従って、基板Ｗのみだけでなく、基板Ｗ上に材料膜Ｍが設けられている場合であっても、半導体製造装置１は、形状パラメータを考慮して基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度または基板Ｗまたは材料膜Ｍにおけるエッチング加工量を正確に測定することができる。
【0046】
尚、上記式１において、測定スペクトル波形Ｓを参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２に対して相対的にシフト量τだけずらしている。しかし、式２に示すように、参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２を測定スペクトル波形Ｓに対して相対的にシフト量τだけずらしてもよい。式２を用いても、本実施形態の効果を得ることができる。
【数2】
【0047】
（第２実施形態）
図９は、被加工材料の一例を示す断面図である。被加工材料は、例えば、基板Ｗおよび材料膜Ｍを含む。基板Ｗの第２面Ｆ２には、反射防止膜としての窒化膜３０が設けられている。材料膜Ｍは、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有する。材料膜Ｍ上には、ハードマスクＨＭが設けられている。第２実施形態では、ハードマスクＨＭをマスクとして用いて、材料膜ＭにメモリホールＭＨを形成する。メモリホールＭＨは、材料膜Ｍの積層構造を上層から下層まで貫通し、基板Ｗに達するように形成される。
図９は、被加工材料の一例を示す断面図である。被加工材料は、例えば、基板Ｗおよび材料膜Ｍを含む。基板Ｗの第２面Ｆ２には、反射防止膜としての窒化膜３０が設けられている。材料膜Ｍは、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造を有する。材料膜Ｍ上には、ハードマスクＨＭが設けられている。第２実施形態では、ハードマスクＨＭをマスクとして用いて、材料膜ＭにメモリホールＭＨを形成する。メモリホールＭＨは、材料膜Ｍの積層構造を上層から下層まで貫通し、基板Ｗに達するように形成される。
【0048】
図９では、エッチングされていない材料膜Ｍの上面を０％とし、メモリホールＭＨが基板Ｗに達した状態を１００％として、メモリホールＭＨの深さを数値％で表している。
【0049】
【0050】
エッチングが０％～１００％へ進むに従って、光Ｌ１の光路長ＯＰＬが次第に変化する。よって、スペクトル波形は、光Ｌ１の波長に依存して周期的にピークを有する。例えば、図１０Ａ～図１０Ｃに示すように、メモリホールＭＨの深さが０％～４０％において、スペクトル波形のピークが次第に高くなり、メモリホールＭＨの深さが４０％のときに、光Ｌ１の干渉により最も高いピークを有する。図１０Ｄ～図１０Ｆに示すように、メモリホールＭＨの深さが６０％～１００％において、スペクトル波形のピークが次第に高くなり、メモリホールＭＨの深さが１００％のときに、光Ｌ１の干渉により最も高いピークを有する。このように、エッチングが０％～１００％へ進むに従って、スペクトル波形のピークは、周期的に増減を繰り返す場合がある。
【0051】
図１０Ｃおよび図１０Ｆに示すように、メモリホールＭＨの深さが互いに異なるにも拘わらず、スペクトル波形が類似する場合がある。このような場合、類似参照スペクトル波形の特定が困難になるおそれがある。例えば、測定スペクトル波形ＳがメモリホールＭＨの深さ４０％のスペクトル波形である場合に、演算部１７は、メモリホールＭＨの深さ１００％の参照スペクトル波形を類似参照スペクトル波形として誤って判断するおそれがある。
【0052】
そこで、第２実施形態では、光Ｌ１だけでなく、光Ｌ１の第１波長とは異なる第２波長の光Ｌ２を用いて測定スペクトル波形および参照スペクトル波形を生成する。互いに波長の異なる光Ｌ１、Ｌ２の測定スペクトル波形と参照スペクトル波形とを用いることによって、演算部１７は、正しい類似参照スペクトル波形を特定することができる。以下、第２実施形態を詳細に説明する。
【0053】
第２実施形態において、参照スペクトル波形は、図１２Ａ～図１２ＣのＳｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２に示すように、第１スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊと第２スペクトル波形Ｓｒｅｆ２＿ｊとを連結して生成される。第１スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊは、反射光Ｒ１について基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータに対して予め生成された参照スペクトル波形である。第２スペクトル波形Ｓｒｅｆ２＿ｊは、反射光Ｒ２について基板Ｗまたは材料膜Ｍの形状パラメータに対して予め生成された参照スペクトル波形である。互いに連結されるスペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊ、Ｓｒｅｆ２＿ｊは、それぞれ同一の形状パラメータを有する基板Ｗまたは材料膜Ｍごとに対応して生成される。スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊ、Ｓｒｅｆ２＿ｊの連結方法は、特に限定しないが、例えば、スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊのＯＰＬの最大値とスペクトル波形Ｓｒｅｆ２＿ｊのＯＰＬの最小値とを連続して結合すればよい。尚、スペクトル波形の連結方法は、全ての連結参照スペクトル波形において同一であり統一されている。以下、第１および第２スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿ｊ、Ｓｒｅｆ２＿ｊの連結により生成された参照スペクトル波形を連結参照スペクトル波形と呼ぶ。
【0054】
図１１は、第２実施形態による基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度の測定方法および形状パラメータの特定方法の一例を示すフロー図である。
【0055】
第１実施形態と同様に、材料膜Ｍを第１面Ｆ１に有する基板Ｗをステージ１０に載置する。
【0056】
次に、光源１１が光Ｌ１を生成し、光源１２が光Ｌ２を生成する。光学系２が、基板Ｗの第２面Ｆ２側から光Ｌ１およびＬ２を照射する（Ｓ１２）。光Ｌ１およびＬ２は、後述するように、同時に、同一箇所に照射されてもよく、異なるタイミング、あるいは、異なる箇所に照射されてもよい。分光器１６が基板Ｗまたは材料膜Ｍからの反射光Ｒ１およびＲ２を検出する（Ｓ２２）。これにより、反射光Ｒ１およびＲ２の各周波数における光強度の干渉スペクトルがそれぞれ計測される。
【0057】
次に、演算部１７が反射光Ｒ１、Ｒ２の干渉スペクトルをフーリエ変換し、さらに正規化することによって反射光Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの測定スペクトル波形を生成する（Ｓ３２）。
【0058】
次に、演算部１７は、反射光Ｒ１の測定スペクトル波形と反射光Ｒ２の測定スペクトル波形とを連結して連結測定スペクトル波形Ｓを生成する（Ｓ３５）。測定スペクトル波形の連結方法も、参照スペクトル波形の連結方法と同じ方法で行われる。即ち、測定スペクトル波形Ｓ１のＯＰＬの最大値と測定スペクトル波形Ｓ２のＯＰＬの最小値とを連続的に結合する。これにより、連結測定スペクトル波形は連結参照スペクトル波形に対して比較可能になる。
【0059】
次に、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓを、連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２のそれぞれと比較し、フィッティングを行う。連結測定スペクトル波形Ｓと連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２とのフィッティング方法は、第１実施形態の測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２とのフィッティング方法と同じでよい。
【0060】
図１２Ａ～図１２Ｃは、連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを比較し、類似参照スペクトル波形を求める工程を示す概念図である。連結測定スペクトル波形Ｓは、図１２Ａ～図１２Ｃにおいて同じである。図１２Ａ～図１２Ｃの連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０、Ｓｒｅｆ＿１、Ｓｒｅｆ＿２はそれぞれ異なる形状パラメータで取得されたスペクトル波形である。尚、本実施形態では、形状パラメータの異なる３つの連結参照スペクトル波形が用いられているが、形状パラメータの異なる４つ以上のＮ個の連結参照スペクトル波形が用いられてもよい。
【0061】
例えば、連結測定スペクトル波形Ｓを連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０とフィッティングする場合、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓと連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０とをｘ軸方向に相対的にずらしながら（シフト量τを変更しながら）、式１の相関値ｒｊ（τ）を演算する（Ｓ４２）。このとき、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０の光強度Ｔ０（ｘ）について式１を演算する。
【0062】
演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ０（τ）を演算し、図１２Ａの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ０（τ）のピークはＰ０となる。
【0063】
次に、識別子ｊがＮに達していない場合（Ｓ５２のＮＯ）、演算部１７は、ｊを１だけインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）（Ｓ６２）。そして、演算部１７は、ステップＳ４２を繰り返す。即ち、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓを連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１と比較し、フィッティングする。
【0064】
連結測定スペクトル波形Ｓを連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１とフィッティングする場合、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓと連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１とをｘ軸方向に相対的にずらしながら、式１の相関値ｒ１（τ）を演算する。このとき、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１の光強度Ｔ１（ｘ）について式１を演算する。
【0065】
演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ１（τ）を演算し、図１２Ｂの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ１（τ）のピークはＰ１となる。
【0066】
次に、識別子ｊがＮに達していない場合（Ｓ５２のＮＯ）、演算部１７は、ｊをさらに１だけインクリメントする（ｊ＝ｊ＋１）（Ｓ６２）。そして、演算部１７は、ステップＳ４２を繰り返す。即ち、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓを連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２と比較し、フィッティングする。
【0067】
連結測定スペクトル波形Ｓを連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２とフィッティングする場合、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓと連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２とをｘ軸方向に相対的にずらしながら、式１の相関値ｒ２（τ）を演算する。このとき、演算部１７は、連結測定スペクトル波形Ｓの光強度I（ｘ）および連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２の光強度Ｔ２（ｘ）について式１を演算する。演算部１７は、シフト量τを＋ｘ方向および－ｘ方向にずらしながら相関値ｒ２（τ）を演算し、図１２Ｃの右に示すグラフを得る。このとき、相関値ｒ２（τ）のピークはＰ２となる。
【0068】
連結参照スペクトル波形がＮ個ある場合、識別子ｊがＮに達するまで、ステップＳ４２～Ｓ６２が繰り返される。
【0069】
識別子ｊがＮ（例えば、Ｎ＝２）に達すると（Ｓ５２のＹＥＳ）、演算部１７は、複数の連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿０～Ｓｒｅｆ＿２のうち相関値ｒｊ（τ）が最大となる連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を類似参照スペクトル波形とする（Ｓ７２）。即ち、演算部１７は、ピークＰ０～Ｐ２のうち最大のピークＰ２に対応する連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を、連結測定スペクトル波形Ｓに対して類似度が最も高い類似参照スペクトル波形であると判断する。
【0070】
次に、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２において相関値ｒ２（τ）がピークＰ２となるシフト量τｐに基づいて基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度を演算する（Ｓ８２）。基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度の演算方法は、図８を参照して説明した通りである。
【0071】
また、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２は、測定スペクトル波形Ｓと波形形状において類似度が高い。従って、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２に対応する形状パラメータは、連結測定スペクトル波形Ｓの形状パラメータとほぼ一致する、あるいは、類似する。これにより、演算部１７は、類似参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２の形状パラメータからエッチング加工中の基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚を特定することができる。基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚が判明すると、演算部１７は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの最初の膜厚からエッチング加工中の膜厚を減じることによってホール等のエッチング加工深さを演算することができる（Ｓ９２）。
【0072】
第２実施形態によれば、互いに異なる波長の光Ｌ１、Ｌ２を用いて連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを生成し、連結測定スペクトル波形と連結参照スペクトル波形とを比較することによって、両者の類似度の判断を行う。よって、光Ｌ１のみを用いて類似参照スペクトル波形を特定する場合よりも、類似参照スペクトル波形の特定が正確かつ容易になる。
【0073】
例えば、図１２Ｂにおいて、測定スペクトル波形Ｓ１と参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿１とを比較すると、両者は類似している。従って、演算部１７は、参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿１を類似参照スペクトル波形と誤って判断するおそれがある。
【0074】
しかし、測定スペクトル波形Ｓ１、Ｓ２を連結した連結測定スペクトル波形Ｓと参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿１、Ｓｒｅｆ２＿１を連結した連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１とを比較すると、両者は類似していないことがわかる。従って、相関値ｒ１のピークＰ１が比較的低くなり、演算部１７は、参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿１を類似参照スペクトル波形とは判断しない。
【0075】
一方、図１２Ｃにおいて、測定スペクトル波形Ｓ１と参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ１＿２は類似し、測定スペクトル波形Ｓ２と参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ２＿２も類似している。従って、相関値ｒ２のピークＰ２が高くなり、演算部１７は、連結参照スペクトル波形Ｓｒｅｆ＿２を類似参照スペクトル波形と正確に判断することができる。
【0076】
第２実施形態のその他の構成および動作は、第１実施形態の対応する構成および動作と同じでよい。従って、第２実施形態は、第１実施形態と同様の効果も得ることができる。
（変形例１）
図１３～図１５は、第２実施形態の変形例１を示す図である。
（変形例１）
図１３～図１５は、第２実施形態の変形例１を示す図である。
【0077】
図１３に示すように、光学系２は、光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗの第２面Ｆ２のほぼ同一位置に照射してもよい。また、光学系２は、光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗの第２面Ｆ２のほぼ同一位置にほぼ同時に照射してもよい。このように光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗの第２面Ｆ２のほぼ同一位置にほぼ同時に照射しても、演算部１７は、フーリエ変換により、光Ｌ１、Ｌ２のそれぞれに対応する測定スペクトル波形を取得することができる。勿論、光学系２は、光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗの第２面Ｆ２のほぼ同一位置に、異なるタイミングで照射してもよい。
【0078】
図１４に示すように、光学系２は、光Ｌ１、Ｌ２を基板Ｗの第２面Ｆ２の異なる位置にそれぞれ照射してもよい。この場合も、光学系２は、光Ｌ１、Ｌ２をほぼ同時に照射してもよい。この場合、演算部１７は、光Ｌ１、Ｌ２のそれぞれに対応する測定スペクトル波形を明確に区別して取得することができる。
【0079】
図１５では、光源１１、１２がそれぞれ異なるタイミングで光Ｌ１、Ｌ２を生成する。例えば、光源１１が光Ｌ１を生成しているときに、光源１２は光Ｌ２の生成を停止している。光源１２が光Ｌ２を生成しているときに、光源１１は光Ｌ１の生成を停止している。
【0080】
本変形例では、複数の分光器１６＿１、１６＿２が設けられている。光源１１が光Ｌ１を生成しているときには、分光器１６＿１が反射光Ｒ１を検出する。光源１２が光Ｌ２を生成しているときには、分光器１６＿２が反射光Ｒ２を検出する。これにより、光Ｌ１、Ｌ２の反射光Ｒ１、Ｒ２を確実に分離して検出することができる。
【0081】
上記実施形態では、演算部１７は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度、並びに、基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚（ホールの深さ）の両方を演算している。しかし、演算部１７は、基板Ｗまたは材料膜Ｍの温度、並びに、基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚（ホールの深さ）のいずれか一方を演算してもよい。この場合、図６のステップＳ８０またはＳ９０のいずれか一方が省略される。あるいは、図１１のステップＳ８２またはＳ９２のいずれか一方が省略される。
【0082】
【0083】
基板Ｗまたは材料膜Ｍの膜厚（ホールの深さ）を求める場合、基板Ｗまたは材料膜Ｍの測定箇所が決まっている。従って、基板Ｗの配置情報を用いて、基板Ｗまたは材料膜Ｍの測定箇所が光Ｌ１、Ｌ２の照射位置の上方に位置するように基板Ｗの位置を調節する。
【0084】
例えば、データベース１８は、基板ＷのノッチＮＴに対する測定領域Ａ２の相対位置を予め記憶している。また、データベース１８は、ステージ１０における光Ｌ１、Ｌ２の照射領域Ａ１の位置座標も予め記憶している。
【0085】
ステージ１０上には、ステージ１０に載置された基板Ｗを撮像するカメラＣＡＭが設けられている。カメラＣＡＭは、基板Ｗを撮像できればよく、その位置は特に限定しないが、ステージ１０の上方に配置されていることが好ましい。カメラＣＡＭは、演算部１７と接続されており、演算部１７に基板Ｗの画像が送られる。
【0086】
演算部１７は、基板Ｗの画像を画像処理することによってノッチＮＴの位置を検知し、ノッチＮＴに対する測定領域Ａ２の相対位置からステージ１０における測定領域Ａ２の座標を演算する。演算部１７は、図１６に示すように、ステージ１０の上方から見た平面視において、ステージ１０における測定領域Ａ２の座標と照射領域Ａ１の座標とが重複しない場合には、その旨を知らせる警告信号を出力する。演算部１７は、図１７に示すように、ステージ１０の上方から見た平面視において、ステージ１０における測定領域Ａ２の座標と照射領域Ａ１の座標とが重複する場合には、処理開始を許可する許可信号を出力する。
【0087】
警告信号が出力された場合、図１６に示すように測定領域Ａ２の座標と照射領域Ａ１の座標とがずれている。従って、ユーザは、警告信号に対応して基板Ｗを回転させ、図１７に示すように測定領域Ａ２の座標と照射領域Ａ１の座標とが重複するように基板Ｗの回転位置を修正する。
【0088】
許可信号が出力された場合、半導体製造装置１は、基板Ｗおよび材料膜Ｍの処理を開始する。半導体製造装置１は、測定領域Ａ２に光Ｌ１、Ｌ２を照射して、測定領域Ａ２の測定スペクトル波形を得ることができる。
【0089】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0090】
１ 半導体製造装置
１０ ステージ
１１，１２ 光源
１３，１４ フォトカプラ
１５ コリメータレンズ
１６ 分光器
１７ 演算部
１８ データベース
１０ ステージ
１１，１２ 光源
１３，１４ フォトカプラ
１５ コリメータレンズ
１６ 分光器
１７ 演算部
１８ データベース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】