JP2015141022A - 評価方法、評価装置、及び露光システム - Google Patents

Abstract

【課題】パターンが形成された基板を用いて、そのパターンを形成したときの加工条件を効率的に、かつ高精度に評価する。
【解決手段】所定の加工条件でウェハ１０に形成されたパターンの加工条件を評価する評価方法であって、繰り返しパターンが形成されたウェハ１０の表面に直線偏光の照明光ＩＬＩを照射するステップと、照明光ＩＬＩの照射によりウェハ１０の表面から射出した回折光ＩＬＤを受光し、受光された回折光ＩＬＤのストークスパラメータを検出するステップと、その検出されたストークスパラメータに基づいて、その繰り返しパターンを形成した際の加工条件を評価するステップとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に形成されたパターンの加工条件を評価する評価技術、この評価技術を用いる露光技術、及びその評価技術を用いるデバイス製造技術に関する。

デバイス（半導体デバイス等）を製造するためのリソグラフィ工程においては、コータ・デベロッパによって半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）等の基板に感光性樹脂（いわゆる、レジスト）が塗布され、その基板に露光装置によってマスクパターンの像が露光され、露光後の基板に対して現像、及びエッチング等が行われる。
また、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを高めるためには、コータ・デベロッパにおける膜厚条件（塗布する膜厚の設定値等）、露光装置における露光条件、及び／又はエッチング装置におけるエッチング時間等の加工条件を高精度に所望の状態に管理する必要がある。露光装置における露光条件としては、露光量（いわゆるドーズ）及びフォーカス位置（投影光学系の像面に対する露光対象の基板のデフォーカス量）等がある。それらの加工条件を高精度に管理するためには、それらの加工条件を高精度に評価する必要がある。

例えば露光装置の露光条件のうちのフォーカス位置の従来の評価方法として、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明し、ステージで基板の高さを変化させながらそのパターンの像をその基板の複数のショットに順次露光し、露光後の現像によって得られたレジストパターンの横ずれ量を計測し、この計測結果から各ショットの露光時のフォーカス位置を評価する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２００２／０１０００１２号明細書

リソグラフィ工程を経て製造されるデバイスの歩留まりをより高めるためには、露光条件等の加工条件をより高精度に評価し、この評価結果に基づいてその加工条件を補正することが望ましい。さらに、デバイスを高いスループット（生産性）で製造するためには、その加工条件の評価は効率的に行う必要がある。
本発明の態様は、このような課題に鑑みてなされたものであり、パターンが形成された基板を用いて、そのパターンを形成したときの加工条件を効率的に、かつ高精度に評価することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価方法において、表面にその評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に偏光光を照射することと、その偏光光の照射によりその表面から射出した回折光を受光し、受光されたその回折光の偏光状態を規定する量を検出することと、検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価することと、を含む評価方法が提供される。

第２の態様によれば、基板の表面にパターンを形成することと、本発明の態様の評価方法を用いて、そのパターンを形成した際の加工条件を評価することと、その評価方法の評価結果に応じてパターンを形成する際のその加工条件を補正することとを含む半導体デバイス製造方法が提供される。
第３の態様によれば、所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価装置において、表面にその評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に光を照射する照明部と、その照明部からのその光の照射によりその表面から射出した光を検出する検出部と、その検出部で検出された光の状態に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価する評価部と、を備え、その照明部は、その表面に偏光光を照射し、その検出部は、その偏光光が照射されたその表面から射出した回折光を受光し、該回折光の偏光状態を規定する量を検出し、その評価部は、その検出部で検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価する評価装置が提供される。

第４の態様によれば、基板の表面にパターンを形成する加工装置と、本発明の態様の評価装置と、を備え、その評価装置の評価結果に応じてその加工装置を調整する露光システムが提供される。

本発明の態様によれば、評価対象パターンが形成された評価対象基板を用いて、その評価対象パターンを形成したときの加工条件を高精度に、かつ効率的に評価できる。

（ａ）は第１の実施形態に係る評価装置の概略構成を示す図、（ｂ）は第１の実施形態に係るデバイス製造システムを示す図である。 （ａ）は図１（ａ）中のウェハを示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）中の繰り返しパターンの一部を示す拡大図、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ繰り返しパターン形成用の第１及び第２のマスクパターンの像を示す拡大図である。 （ａ）は繰り返しパターンの一部を示す拡大斜視図、（ｂ）は入射光の偏光方向と繰り返しパターンの周期方向（繰り返し方向）との関係を示す図、（ｃ）はホールパターンを示す拡大断面図である。 （ａ）は露光量と偏光状態の変化との関係の一例を示す図、（ｂ）はフォーカス位置と偏光状態の変化との関係の一例を示す図である。 装置条件（評価条件）を求める方法（条件出し）の一例を示すフローチャートである。 露光条件の評価方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は条件振りウェハのショット配列の一例を示す平面図、（ｂ）は一つのショットを示す拡大図、（ｃ）はショット中の複数の設定領域の配列の一例を示す拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第１の装置条件のもとでの露光量及びフォーカス位置とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、（ｃ）はストークスパラメータから露光量を求めるために使用される曲線の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第２の装置条件のもとでの露光条件及びフォーカス位置とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、（ｃ）はストークスパラメータからフォーカス位置を求めるために使用される曲線の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ互いに異なる装置条件のもとで検出されたストークスパラメータＳ１を輝度に変換して表した分布を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれある装置条件のもとで検出されたストークスパラメータＳ２及びＳ３を輝度に変換して表した分布を示す図である。 （ａ）は第２の実施形態におけるウェハの要部を示す拡大断面図、（ｂ）は次工程のウェハの要部を示す拡大断面図、（ｃ）は図１２（ｂ）の後工程のウェハを示す拡大断面図、（ｄ）はウェハに形成されたパターンの一部を示す拡大断面図、（ｅ）はスペーサ堆積量とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、（ｆ）はエッチング量とストークスパラメータとの関係の一例を示す図である。 半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１（ａ）〜図１０（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る評価装置１を示し、図１（ｂ）は本実施形態に係るデバイス製造システムＤＭＳを示す。図１（ｂ）において、デバイス製造システムＤＭＳは、基板としてのウェハ（半導体ウェハ）の表面（以下、ウェハ面と称する）に薄膜を形成する薄膜形成装置（不図示）、感光性樹脂としてのレジストのウェハ面に対する塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ２００、レジストが塗布されたウェハ面に半導体デバイス等の回路パターンの像を露光する露光装置１００、現像後のレジストパターンをマスクとしてウェハのエッチングを行うエッチング装置３００、並びに露光及び現像後（又はさらにエッチング等の後）にウェハ面に形成されるパターンを用いて、このパターンの加工条件を評価する評価装置１を備えている。さらに、デバイス製造システムＤＭＳは、評価装置１、露光装置１００、コータ・デベロッパ２００、及びエッチング装置３００等の統括的な制御、工程管理、及びそれらの装置間の各種情報の仲介等を行うホストコンピュータ６００、及び評価装置１〜エッチング装置３００等の間でウェハを搬送する搬送系５００を備えている。

露光装置１００としては、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている液浸型のスキャニングステッパー（走査型の投影露光装置）が使用される。評価装置１が評価可能な加工条件としては、薄膜形成装置及びコータ・デベロッパ２００における膜厚条件（膜厚の設定値等）、露光装置１００における後述の露光条件、並びにエッチング装置３００におけるエッチング条件（エッチング時間等）等がある。

図１（ａ）において、評価装置１は、略円板形のウェハ１０を支持するステージ５を備え、不図示の搬送系によって搬送されてくるウェハ１０は、ステージ５の上面（載置面）に載置され、例えば真空吸着によって固定保持される。以下、傾斜していない状態のステージ５の上面に平行な面において、図１（ａ）の紙面に平行な方向に沿った軸をＸＥ軸、図１（ａ）の紙面に垂直な方向に沿った軸をＹＥ軸として、ＸＥ軸及びＹＥ軸を含む面に垂直な方向に沿った軸をＺＥ軸として説明する。ステージ５は、ステージ５の上面の中心における法線ＣＡを回転軸とする回転角度φ１を制御する第１駆動部（不図示）と、例えばステージ５の上面の中心を通り、図１（ａ）の紙面に垂直な（ＹＥ軸と平行な）軸ＴＡ（チルト軸）を回転軸とする傾斜角であるチルト角φ２（ウェハ１０のチルト角）を制御する第２駆動部（不図示）とを介してベース部材（不図示）に支持されている。

評価装置１はさらに、ステージ５に支持された、表面に所定の繰り返しパターンが形成されたウェハ１０の表面（ウェハ面）に照明光ＩＬＩを平行光として照射する照明系２０と、照明光ＩＬＩの照射を受けてウェハ面から射出する光（回折光等）を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハ面の像を撮像する撮像装置３５と、撮像装置３５から出力される画像信号を処理して、その像を形成する光の偏光の状態を規定する量（詳細後述）を求める画像処理部４０と、そのように求められた偏光の状態を規定する量の情報を用いて上述の加工条件の評価を行う演算部５０と、を備えている。撮像装置３５は、ウェハ面の像を形成する結像光学系３５ａと、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元の撮像素子３５ｂとを有し、撮像素子３５ｂは一例としてウェハ１０におけるウェハ面の全面の像を一括して撮像して画像信号を出力する。なお、撮像素子３５ｂは、ウェハ面の全面の像を一括して撮像しなくてもよく、ウェハ面において、パターンが形成された全ての領域を含む面を一括して撮像して画像信号を出力してもよい。また、被検パターンがウェハ１０におけるウェハ面の全面の一部の領域にのみ形成されている場合には、撮像素子３５ｂはその一部の領域の像のみを撮像してもよい。

また、ウェハ面には、図２（ａ）に示すように、露光装置１００の露光によって、マスクのパターンを単位とする露光領域が所定の間隔で形成される。以下、この露光領域をショット１１と称する。ショット１１には、マスクのパターンが１つだけ露光されたものがある一方、マスクのパターンが、複数、繋ぎ合わされて露光されたものもある。また、ショット１１の内で、露光工程を経て最終的に単独のデバイスとなる領域を、以下では、チップと称する。チップは、ショット１１内に複数存在することもあれば、１つのショット１１が１つのチップとなる場合もある。

図１（ａ）において、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいてウェハ１０のデジタル画像（画素毎の信号強度、ショット毎に平均化された信号強度、又はショットより小さい領域毎に平均化された信号強度等）の情報を生成し、この情報に基づいて得られる偏光の状態を規定する量としての後述のストークスパラメータを演算部５０に出力する。なお、画像処理部４０は、単にデジタル画像の情報（画素毎の信号強度分布の情報等）を演算部５０に出力することもできるように構成されている。また、演算部５０は、そのストークスパラメータ等の情報を処理する演算部６０ａ，６０ｂ，６０ｃを含む検査部６０と、画像処理部４０及び検査部６０の動作等を制御する制御部８０と、画像に関する情報等を記憶する記憶部８５と、得られる加工条件の評価結果をそれぞれ図１（ｂ）のホストコンピュータ６００を介してコータ・デベロッパ２００の制御部（不図示）、露光装置１００の制御部（不図示）、及びエッチング装置３００の制御部（不図示）に出力する信号出力部９０とを備えている。なお、信号出力部９０は、ホストコンピュータ６００を介さず、コータ・デベロッパ２００、露光装置１００、及びエッチング装置３００へ直接的に評価結果を出力してもよい。また、信号出力部９０は、コータ・デベロッパ２００、露光装置１００、及びエッチング装置３００の一部の装置のみに評価結果を出力可能としてもよい。なお、図１（ａ）には、説明の便宜上、露光装置１００のみを図示している。また、画像処理部４０及び演算部５０を全体としてコンピュータより構成し、画像処理部４０、検査部６０、及び制御部８０等をコンピュータのソフトウェア上の機能としてもよい。

評価装置１において、照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハ面に向けて平行光として反射する照明側凹面鏡２５とを有する。照明ユニット２１は、メタルハライドランプ又は水銀ランプ等の光源部２２と、制御部８０の指令により光源部２２からの光のうち所定の波長（例えば、相異なる波長λ１、λ２、λ３等）の光を選択し、その強度を調節する調光部２３と、調光部２３で選択され強度が調節された光を所定の射出面から照明側凹面鏡２５へ射出する導光ファイバ２４と、導光ファイバ２４の射出面から射出される照明光を直線偏光にする偏光子２６（照明側偏光フィルタ）と、を有する。偏光子２６は、例えば、透過軸を有する偏光板である。偏光子２６は、導光ファイバ２４の射出面から射出された照明光が入射する面２６ａの中心を通り、面２６ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、偏光子２６の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、偏光子２６で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。偏光子２６の回転角（偏光子２６の透過軸の方位）は、制御部８０の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。また一例として、波長λ１は２４８ｎｍ、λ２は２６５ｎｍ、λ３は３１３ｎｍである。この場合、導光ファイバ２４の射出面が照明側凹面鏡２５の焦点に配置されているため、照明側凹面鏡２５で反射される照明光ＩＬＩは平行光束となってウェハ面に照射される。ウェハ１０に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１（この照明光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度）は、制御部８０の指令により、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ２４の射出部の位置並びに照明側凹面鏡２５の位置及び角度を制御することで調整可能である。なお、本実施形態では、ウェハ面の法線は、ステージ５の法線ＣＡに平行である。

本実施形態において照明側凹面鏡２５の位置及び角度は、照明側凹面鏡２５がステージ５のチルト軸ＴＡを中心に傾動されることにより制御され、これによりウェハ１０（ウェハ面）へ入射する照明光ＩＬＩの入射角θ１が調整される。本実施形態では、一例として、ウェハ面に形成されている繰り返しパターン１２（図２（ａ）参照）から発生する所定次数ｍ（ｍは０以外の正又は負の整数）の回折光ＩＬＤよりなる平行光を受光系３０で受光する。

この場合、ウェハ面における照明光ＩＬＩの入射方向（照明光ＩＬＩの入射面とウェハ面との交線の方向）が繰り返しパターン１２のある周期方向（繰り返し方向）に平行であるとして、繰り返しパターン１２のその周期方向の周期（ピッチ）をＰ１、照明光ＩＬＩの波長をλとすると、照明光ＩＬＩの入射角θ１と、次数ｍの回折光ＩＬＤの回折角θ２（回折光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度）との間には次の関係がある。

ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）＝ｍ・λ／Ｐ１ …（１）
このため、入射角θ１を変化させる際には、導光ファイバ２４の射出部の位置並びに照明側凹面鏡２５の位置及び角度を制御するとともに、ウェハ１０から射出されて受光系３０に入射する回折光ＩＬＤの回折角θ２が式（１）の関係を満たすように、ステージ５のチルト角φ２が制御される。

このように偏光子２６が光路上に設置されているため、後述の構造性複屈折による回折光の偏光状態の変化を利用した検査（以下、便宜的に偏光検査ともいう）が行われる。
受光系３０は、ステージ５（ウェハ１０）に対向して配置された受光側凹面鏡３１と、受光側凹面鏡３１で反射された光の光路上に配置される１／４波長板３３と、１／４波長板３３を通過した光の光路に配置される検光子３２（受光側偏光フィルタ）とを有し、撮像装置３５の結像光学系３５ａの前側焦点は受光側凹面鏡３１の焦点に配置されている。このため、ウェハ面から射出する平行光（回折光ＩＬＤ）は、受光側凹面鏡３１、及び撮像装置３５の結像光学系３５ａにより集光され、撮像素子３５ｂの撮像面にウェハ面の像が結像される。検光子３２も、例えば、偏光子２６と同様に透過軸を有する偏光板である。検光子３２は、受光側凹面鏡３１で反射された光が入射する面３２ａの中心を通り、この面３２ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、検光子３２の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、検光子３２で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。検光子３２の回転角（偏光板の透過軸の方位）は、制御部８０の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。一例として、検光子３２の透過軸は偏光子２６の透過軸に対して直交する方向（クロスニコル）に設定することができる。また、１／４波長板３３は、受光側凹面鏡３１で反射された光が入射する面３３ａの中心を通り、この面３３ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。１／４波長板３３の回転角は、制御部８０の指令に基づき不図示の駆動部により制御可能である。例えば、１／４波長板３３を回転しながら得られるウェハ面の複数の画像を処理することにより、後述のようにウェハ１０からの回折光ＩＬＤの偏光の状態を規定する量であるストークスパラメータを画素毎に求めることができる。

また、ウェハ１０の表面には、プロセスに応じて熱酸化装置若しくはプラズマＣＶＤ装置等で酸化膜が形成されるか、又は真空蒸着装置、スパッタリング装置若しくはＣＶＤ装置などで導電膜が形成され、この上にコータ・デベロッパ２００によりレジストが塗布される。そして、露光装置１００により最上層のレジストに対してマスクを介し、所定のパターンが投影露光され、コータ・デベロッパ２００によるレジストの現像後、ウェハ１０は評価装置１のステージ５上に搬送される。ここで、ステージ５上に搬送されたウェハ１０の上面には露光装置１００、及びコータ・デベロッパ２００による露光・現像工程を経て繰り返しパターン１２（図２（ａ）参照）が形成されている。

そして、ウェハ１０は、搬送途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０のショット内のパターン、ウェハ面のマーク（例えばサーチアライメントマーク）、又は外縁部（ノッチ、オリエンテーションフラット、又は裏面の凹凸マーク等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ５上に搬送される。本実施形態において、ウェハ面には、図２（ａ）に示すように、複数のショット１１が直交する２つの方向にそれぞれ所定間隔で配列され、各ショット１１中には、半導体デバイスの回路パターンの一例として、多数のホールパターンが所定の状態で配列された繰り返しパターン１２が形成されている。なお、以下では、ウェハ面に平行な面において、複数のショット１１の直交する２つの配列方向に沿ってＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸を含む面に垂直な軸をＺ軸として説明する。本実施形態において、ウェハ面における繰り返しパターン１２の周期方向（繰り返し方向）は、Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）である。

一例として、図２（ｂ）に拡大して示すように、繰り返しパターン１２は、複数のホールパターン群１２ｂをＸ方向に周期Ｐ１で配列したパターンであり、各ホールパターン群１２ｂは、それぞれレジスト８（又は他の薄膜８ａでもよい。図３（ａ）参照）中に形成された複数のほぼ円形の凹部よりなるホールパターン１２ａをＹ方向に周期Ｐ２で配列したものである。一例として、ホールパターン１２ａの直径ｄは２０〜４０ｎｍ程度であり、ホールパターン群１２ｂ内のホールパターン１２ａの周期Ｐ２は、直径ｄの２倍程度であり、複数のホールパターン群１２ｂの周期Ｐ１は１７０〜３００ｎｍ程度（例えば２００ｎｍ程度）である。

式（１）の右辺の周期Ｐ１の代わりに一般的な周期Ｐｘを代入すると、式（１）の左辺の値は２以下であるため、少なくとも１次回折光（ｍ＝１）が発生する条件は、次のように入射する光の波長λがその周期Ｐｘの２倍より小さいこと（周期Ｐｘがλ／２より大きいこと）である。
λ／Ｐｘ＜２ 即ち、 λ＜２・Ｐｘ …（２）
このため、照明光ＩＬＩの波長が上述のλ１〜λ３（２４８〜３１３ｎｍ）である場合、周期Ｐ２（４０〜８０ｎｍ程度）のパターンからは回折光は発生しないが、周期Ｐ１（１７０ｎｍ程度以上）のパターンからは回折光が発生する。この結果、照明光ＩＬＩに対しては、繰り返しパターン１２の複数のホールパターン群１２ｂは、実質的にそれぞれＹ方向を長手方向とするラインパターンと等価であり、繰り返しパターン１２は、それぞれＹ方向を長手方向とする線幅ｄの複数のラインパターンをＸ方向に周期Ｐ１で配列した周期的パターンとみなすこともできる。このため、繰り返しパターン１２の周期方向はＸ方向であり、その周期はＰ１である。

また、ウェハ１０に繰り返しパターン１２を形成する場合には、一例として、図２（ｃ）に示すＹ方向の幅ｄでＸ方向を長手方向とする複数の明部ＭＰ２及びＹ方向の幅が（Ｐ２−ｄ）でＸ方向を長手方向とする複数の暗部ＭＰ１をＹ方向に周期Ｐ２で配列した形状のパターンの像をポジ型のレジスト（誘電体）に露光する。その後、図２（ｄ）に示すＸ方向の幅ｄでＹ方向を長手方向とする複数の明部ＭＰ４及びＸ方向の幅が（Ｐ１−ｄ）でＹ方向を長手方向とする暗部ＭＰ３をＸ方向に周期Ｐ１で配列した形状のパターンの像をそのレジストに重ねて露光する。その二重露光後のレジストを現像することによって凹凸のレジストパターンとしての繰り返しパターン１２を形成できる。また、その現像後に形成されるレジストパターンを用いてエッチングを行うことによって、そのレジストの下地（絶縁膜等の薄膜）に繰り返しパターン１２と同じ形状の繰り返しパターンを形成できる。

なお、繰り返しパターン１２は例えば金属を材質とするパターンでもよい。さらに、繰り返しパターンは、ホールパターン又は複数のホールパターン群に限られることなく、例えば、ライン・アンド・スペースパターンなどであってもよい。また、１つのショット中には、ライン・アンド・スペースパターンのみが形成されている場合、ホールパターンのみが形成されている場合、ライン・アンド・スペースパターンとホールパターンの両方のパターンが形成されている場合がある。なお、一つのショット１１中には複数のチップ領域が含まれていることが多いが、図２（ａ）では簡単のために一つのショット中に一つのチップ領域があるものとしている。

本実施形態では、一例として、検査部６０が、後述のようにウェハ面の画像を処理して、加工条件としての露光装置１００の露光条件を評価（検査）する場合について述べる。
ここで、露光条件は、ウェハ１０を露光した露光装置１００の露光量（露光エネルギー等のいわゆるドーズ）、フォーカス位置（露光装置における投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面の位置や、露光対象のウェハに対する投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面のデフォーカス量等）、露光波長（中心波長及び／又は半値幅）、及び液浸法で露光する場合の投影光学系とウェハとの間の液体の温度等である。一例として、上述のようにレジストに二重露光を行う場合の露光量は、例えばその２回の露光における各露光量の和である。その露光条件の評価結果は、一例としてホストコンピュータ６００を介して露光装置１００内の制御部（不図示）に出力され、その評価結果に応じて、露光装置１００はその露光条件の補正（例えばオフセットやばらつき等の補正）を行うことができる。

以上のように構成される評価装置１を用いて、ウェハ面からの反射光の偏光状態の変化に基づく評価又は検査を行う方法の一例につき説明する。この場合、図２（ａ）のウェハ面の繰り返しパターン１２は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、レジスト８（又は他の薄膜８ａ）中にそれぞれ複数の直径ｄのホールパターン１２ａを含む複数のホールパターン群１２ｂをＸ方向に周期Ｐ１で配列したパターンである。

ここで、一例として、ホールパターン１２ａの形状がＺ軸に平行な軸を中心とする直径ｄの円筒状であり、その直径ｄが設計値ｄｓであるときの形状をホールパターン１２ａの理想的な形状とする。その設計値ｄｓは、各ホールパターン群１２ｂ内の周期Ｐ２の設計値の１／２である。また、露光装置１００におけるフォーカス位置又は露光量が適正値から外れると、繰り返しパターン１２の周期Ｐ１，Ｐ２はほとんど変化しないが、各ホールパターン１２ａの形状が変化する。このため、各ホールパターン１２ａの形状が理想的であるときに、複数のホールパターン１２ａからなる繰り返しパターン１２の形状が理想的であるとみなすことができる。また、各ホールパターン群１２ｂは実質的にそれぞれＹ方向を長手方向とする幅ｄのラインパターンとみなすことができるため、理想的な形状の繰り返しパターン１２は、Ｙ方向を長手方向とするＸ方向の幅ｄで断面形状がほぼ矩形の複数のラインパターンをＸ方向に周期Ｐ１で配列したパターンとみなすことができる。

これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光装置１００における露光量が適正値より多くなると、各ホールパターン１２ａの直径ｄは図３（ｂ）に点線で示すホールパターン１２Ａａのように大きくなり、逆に露光量が少なくなると、各ホールパターン１２ａの直径ｄは小さくなる。このように露光量が適正値から外れると、各ホールパターン群１２ｂと等価なラインパターンの線幅ｄが変化して、線幅ｄと周期Ｐ１との比が設計値から外れることになる。

また、繰り返しパターン１２を形成する際の露光装置１００におけるフォーカス位置が適正値から外れると、ホールパターン１２ａの断面形状は、図３（ｃ）に拡大して示すホールパターン１２Ｂａのように台形状となる。これは、各ホールパターン群１２ｂと等価なラインパターンの断面形状が理想的な形状から外れることを意味する。
本実施形態の評価装置１は、上記のような繰り返しパターン１２におけるホールパターン１２ａの形状（断面形状を含む）の変化に伴うウェハ面からの回折光の偏光状態の変化（いわゆる、ウェハ面上の繰り返しパターン１２における構造性複屈折による反射光の偏光状態の変化）を利用して、露光条件の評価を行うものである。あるパターンの構造性複屈折とは、そのパターンの形状等の構造によって、複数の方向（例えば周期方向及びこれに直交する方向）における入射光に対する屈折率（見かけの屈折率）が異なることを意味する。そのパターンに例えば直線偏光した光が入射すると、そのパターンの構造性複屈折によって、そのパターンからの反射光又は回折光の偏光状態が楕円偏光や異なる方向の直線偏光になったりするため、その反射光又は回折光の偏光状態の変化から、逆にそのパターンの構造の理想的な構造からの変化、ひいてはそのパターンを形成したときの加工条件（露光条件等）の目標値に対する変化を評価することができる。なお、繰り返しパターン１２のホールパターン１２ａの形状の変化は、ウェハ１０のショット１１ごとに、さらにはショット１１内の複数の領域ごとに現れる。

本実施形態の評価装置１を用いて、ウェハ面からの回折光の偏光状態の変化から露光条件の評価を行うには、制御部８０が記憶部８５に記憶されたレシピ情報（装置条件又は評価条件や評価手順等）を読み込み、以下の処理を行う。本実施形態では、偏光の状態を規定する量としてウェハ面で回折される光の次式で定義されるストークス(Stokes)パラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計測する。なお、その光の光軸に垂直な面内の互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸として、ｘ方向の直線偏光成分（横偏光）の強度をＩｘ、ｙ方向の直線偏光成分（縦偏光）の強度をＩｙ、ｘ軸に対して４５°傾斜した方向の直線偏光成分（４５°偏光）の強度をＩｐｘ、ｘ軸に対して１３５°（−４５°）傾斜した方向の直線偏光成分（１３５°偏光）の強度をＩｍｘ、右回りの円偏光成分の強度をＩｒ、左回りの円偏光成分の強度をＩｌとしている。

Ｓ０＝光束の全強度 …（３Ａ）
Ｓ１（横偏光と縦偏光との強度差）＝Ｉｘ−Ｉｙ …（３Ｂ）
Ｓ２（４５°偏光と１３５°偏光との強度差）＝Ｉｐｘ−Ｉｍｘ …（３Ｃ）
Ｓ３（右回り及び左回りの円偏光成分の強度差）＝Ｉｒ−Ｉｌ …（３Ｄ）
また、ストークスパラメータＳ０は、他の３つのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の自乗和の平方根であり、以下ではストークスパラメータＳ０が１になるように規格化している。この場合、他のストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値は−１〜＋１の範囲内になる。ストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、例えば完全な１３５°偏光では（０，−１，０）となり、完全な右回りの円偏光では（０，０，１）となる。

まず、コータ・デベロッパ２００におけるレジストの塗布、露光装置１００におけるレジストの露光、及びコータ・デベロッパ２００におけるレジストの現像の工程を経て、検査対象の繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０が、ステージ５上の所定の位置に載置される。そして、ステージ５の回転角は、一例としてウェハ面における繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１（ウェハ面のＸ方向）が、図３（ｂ）に示すように、ウェハ面における照明光ＩＬＩの入射方向Ａ２に平行になるように設定される。

また、ステージ５のチルト角φ２は、受光系３０でウェハ１０からのｍ次の回折光ＩＬＤを受光できるように、すなわち入射する照明光ＩＬＩの入射角θ１に対して受光系３０で受光する光のウェハ面に対する回折角θ２が上述の式（１）で定められる角度になるように設定される。このため、回折角θ２は、受光系３０による受光角でもある。
さらに、偏光子２６の角度は、一例として、入射する照明光ＩＬＩのウェハ面における偏光方向Ａ３（図３（ｂ）参照）が繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１に対してなす角度ψが４５°になるように設定される。これは、照明光ＩＬＩの電気ベクトルのうちの周期方向Ａ１（Ｘ方向）に振動する成分の強度と、周期方向Ａ１に直交するＹ方向に振動する成分の強度とを等しくして、ウェハ面からの回折光における繰り返しパターン１２の構造性複屈折による偏光状態の変化を大きくして、露光条件の変化に対する偏光状態を規定する量（ここではストークスパラメータ）の変化である検出感度を大きくするためである。ただし、周期方向Ａ１とその偏光方向Ａ３との角度ψを０°、３０°、又は６０°等とすることによってその検出感度が高くなる場合には、その角度ψを変更してもよい。なお、その角度ψはこれらに限らず、任意角度に設定可能である。例えば角度ψは２２．５°又は６７．５°に設定することも可能である。

その角度ψが４５°であるとき、直線偏光の照明光ＩＬＩは、電気ベクトルの振動方向（偏光方向Ａ３）が繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１に対して４５°傾いた状態で、繰り返しパターン１２を周期方向Ａ１に横切るように入射する。ウェハ面で回折された検出対象のｍ次の平行光の回折光ＩＬＤは、受光系３０の受光側凹面鏡３１により集光されて１／４波長板３３及び検光子３２を介して撮像装置３５の撮像面に達する。このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により回折光ＩＬＤの偏光状態が入射光の直線偏光に対して例えば楕円偏光に変化する。検光子３２の透過軸の方位は、一例として偏光子２６の透過軸に対して直交するように（クロスニコルの状態に）設定されている。従って、検光子３２により、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの偏光状態が変化した回折光のうち、入射する照明光ＩＬＩと偏光方向が略直角な偏光成分が抽出されて、撮像装置３５に導かれる。その結果、撮像装置３５の撮像面には、検光子３２で抽出された偏光成分によるウェハ面の像が形成される。なお、検光子３２の角度をそのクロスニコルの状態から所定角度ずらしてウェハ面の像を撮像することも可能である。

また、本実施形態では、一例として回転位相子法によりウェハ面からの反射光の偏光状態を示すストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求めるものとする。この場合、１／４波長板３３の回転角θを段階的に複数の角度（例えば少なくとも４個の異なる角度）θｉ（ｉ＝１，２，…）に設定し、各回転角でそれぞれウェハ面の像を撮像素子３５ｂで撮像し、得られた画像信号を画像処理部４０に供給する。画像処理部４０には１／４波長板３３の回転角に関する情報も供給されている。このとき、ストークスパラメータＳ０（各画素の全強度）を１／４波長板３３の回転角θに関してフーリエ変換したときの０次の係数をａ０／２、ｓｉｎ２θの係数をｂ２、ｃｏｓ４θの係数をａ４、ｓｉｎ４θの係数をｂ４とすると、ストークスパラメータＳ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ係数ａ４、ｂ４、ｂ２に対応していることから、画像処理部４０ではストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求めることができる。

なお、回転位相子法は、例えば文献「鶴田匡夫著：応用光学II（応用物理学選書），ｐ．２３３(培風館，１９９０)」に「回転λ／４板による方法」として記載されている。また、ストークスパラメータの詳細な計算方法は、本出願人による特開２０１０−２４９６２７号公報にも記載されているため、その計算方法は省略する。
画像処理部４０では、求めた撮像装置３５の画素毎のストークスパラメータの情報を検査部６０に出力する。検査部６０はその情報を用いてウェハ１０の繰り返しパターン１２を形成する際に使用された露光装置１００における露光条件を評価する。そのようにウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータを求めたときの、評価装置１におけるウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１（又は入射角θ１に応じて式（１）から求められる回折角θ２）、照明光ＩＬＩの波長λ（λ１〜λ３等）、偏光子２６の回転角度（透過軸の方位）、検光子３２の回転角度（透過軸の方位）、検出する回折光ＩＬＤの次数ｍ、及びステージ５の回転角度（ウェハ１０の方位）等の組み合わせを一つの装置条件と呼ぶ。装置条件は評価条件と呼ぶこともできる。そのように偏光状態の変化に基づいた評価を行う場合、その装置条件は偏光条件と呼ぶこともできる。そして、複数の装置条件が上記の記憶部８５に記憶された評価装置１のレシピ情報に含まれている。

本実施形態では、その複数の装置条件からウェハに形成されたパターンの露光条件を評価するのに適した装置条件を選択する。なお、装置条件としては、波長λ、入射角θ１、及び検光子３２の角度の少なくとも一つを使用してもよく、評価装置１において調整され得る他の任意の条件を使用してもよい。なお、照明光ＩＬＩの波長λ、ウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１、及び偏光子２６の回転角度（透過軸の方位）が照明条件の一例であり、ウェハ面からの回折光ＩＬＤの回折角θ２（受光系３０による受光角）及び検光子３２の回転角度（透過軸の方位）が検出部の検出条件の一例であり、ステージ５の回転角度（ウェハ１０の方位）及びステージ５のチルト角φ２（ウェハ面のチルト角）がステージの姿勢条件の一例である。

以下の説明では、一例として、露光装置１００の評価対象の露光条件を露光量（第１の露光条件又は第１の加工条件）及びフォーカス位置（第２の露光条件又は第２の加工条件）とする。このとき、露光量が変化すると、上述のように繰り返しパターン１２のホールパターン群１２ｂと実質的に等価なラインパターンの線幅ｄが変化する（断面の幅が変化する）ため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図４（ａ）に示すように、そのパターンの露光時の露光量がＤ１（最適値に対して低い状態）からＤ５（最適値、いわゆるベストドーズ量Ｄｂｅ）を経てＤ８（最適値に対して高い状態）に変化すると、一例として、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向（傾き）及び楕円率の両方が変化する。また、楕円偏光の長軸の方向はストークスパラメータＳ２に対応し、楕円率はストークスパラメータＳ１及びＳ３に対応するため、露光量が変化すると反射光のストークスパラメータＳ１、Ｓ２、及びＳ３が変化する。

一方、フォーカス位置が変化すると、上述のようにパターンの断面形状が変化するため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図４（ｂ）に示すように、そのパターンの露光時のフォーカス位置がＦ１（最適値に対して低い状態）からＦ４（最適値、いわゆるベストフォーカス位置Ｚｂｅ）を経てＦ８（最適値に対して高い状態）に変化すると、一例として、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向（傾き）はほぼ同じで、ほぼ楕円率のみが変化するという傾向がある。このため、フォーカス位置が変化したときには、反射光のストークスパラメータＳ１及びＳ３が比較的大きく変化し、ストークスパラメータＳ２の変化率が比較的小さいという傾向がある。このように露光条件によって変化するストークスパラメータが異なることを利用して、ストークスパラメータの計測値から個別の露光条件の検査が可能となる。

なお、図４（ａ）及び（ｂ）は、ライン部の幅とスペース部の幅との比が１：１の実際のライン・アンド・スペースパターンからの反射光の楕円偏光の変化を表している。本実施形態の繰り返しパターン１２は、ラインパターンに対応する部分は実際にはホールパターン群１２ｂであり、そのラインパターンに対応する部分の幅ｄに対して、そのスペース部に対応する部分（隣接する２つのホールパターン群１２ｂの間の領域）の幅（Ｐ１−ｄ）は例えば数倍程度になる。しかしながら、露光条件の変化による繰り返しパターン１２からの回折光の偏光状態の変化も定性的には図４（ａ）及び（ｂ）のようになるものと想定している。

また、本実施形態の繰り返しパターン１２は、上述のように、露光条件の変化に応じて形状が変化するラインパターンに対応する部分の幅に対して、露光条件が変化してもほとんど形状が変化しないスペース部に対応する部分の幅が例えば数倍程度に広い。この場合、仮にウェハ面からの正反射光（０次回折光）を検出するものとすると、露光条件が変化した場合の偏光状態を規定する量の変化が少ないため、検出感度が低くなる恐れがある。これに対して、本実施形態では、ウェハ面の繰り返しパターン１２からの１次以上の回折光ＩＬＤを検出しており、回折光ＩＬＤの大部分は繰り返しパターン１２中のラインパターンに対応する部分（複数のホールパターン１２ａ）からの光である。このため、露光条件が変化した場合の、複数のホールパターン１２ａの形状の変化に起因する回折光ＩＬＤの偏光状態を規定する量の変化（検出感度）が大きくなり、繰り返しパターン１２を形成したときの露光条件を高精度に評価できる。

次に、本実施形態において、評価装置１を用いてウェハ面の繰り返しパターンからの光を検出して、そのパターンを形成する際に使用した露光装置１００の露光条件（ここでは露光量及びフォーカス位置）を評価（検査）する方法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。その評価に際して予め装置条件（評価条件）を求める必要があるため、まず、その装置条件を求める方法（以下、条件出しとも呼ぶ。）の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。これらの動作は制御部８０によって制御される。

まず、条件出しのために、図５のステップ１０２において、コータ・デベロッパ２００においてレジストが塗布されたウェハ１０ａ（図７（ａ）参照）を用意する。図７（ａ）に示すように、ウェハ１０ａの表面には、一例としてスクライブライン領域ＳＬを挟んでＮ個（Ｎは例えば数１０〜１００程度の整数）のショット１１が配列される。以下、ウェハ１０ａの表面のｎ番目のショット１１をショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）と称する。そして、レジストを塗布したウェハ１０ａを図１（ｂ）の露光装置１００に搬送し、露光装置１００によって、ウェハ１０ａの例えば走査露光時の走査方向（図７（ａ）においてＹ軸に沿った方向）に配列されたショット間では露光量が次第に変化し、走査方向に直交する非走査方向（図７（ａ）においてＸ軸に沿った方向）に配列されたショット間ではフォーカス位置が次第に変化するように、露光条件を変化させながら各ショットＳＡｎに実際に製品となるデバイス用のマスク（不図示）のパターンを露光する。本実施形態では、図２（ｃ）及び（ｄ）のマスクパターンの像が二重露光される。

その後、露光済みのウェハ１０ａを現像することによって、各ショットＳＡｎに異なる露光条件のもとで繰り返しパターン１２が形成された１枚のウェハ（以下、条件振りウェハと称する。）１０ａが作成される。
以下では、フォーカス位置として、ベストフォーカス位置Ｚｂｅに対するデフォーカス量（ここではフォーカス値と称する。）を用いるものとする。フォーカス位置に関しては、一例としてフォーカス値が２０ｎｍ刻みで−６０ｎｍ〜０ｎｍ〜＋６０ｎｍの７段階に設定される。後述の図８（ｂ）等の横軸のフォーカス値Ｆの番号１〜７は、その７段階のフォーカス値（−６０〜＋６０ｎｍ）に対応している。なお、フォーカス値を任意の刻み量かつ、任意の段階で設定することが可能であり、例えば１０ｎｍや３０ｎｍ刻みで複数段階に設定することもできる。また、フォーカス値を例えば２５ｎｍ刻みで−２００ｎｍ〜＋２００ｎｍの１７段階等に設定することもできる。

そして、露光量は、一例として、ベストドーズ量Ｄｂｅを中心として１．５ｍＪ刻みで７段階（１１．５ｍＪ，１３．０ｍＪ，１４．５ｍＪ，１６．０ｍＪ，１７．５ｍＪ，１９．０ｍＪ，２０．５ｍＪ）に設定される。後述の図８（ａ）等の横軸の露光量Ｄの番号１〜７は、その７段階の露光量に対応している。なお、露光量も任意の刻み量で、かつ、任意の段階（例えば９段階等）で設定することが可能である。

また、一例として良品の露光量及びフォーカス値の範囲をそれぞれ許容範囲ＥＧ１及びＥＧ２（例えば、製造後のデバイスが動作不良を起こさない露光量及びフォーカス値の範囲）として表している。
本実施形態の条件振りウェハ１０ａは、露光量とフォーカス位置とをマトリックス状に振って露光し現像したいわゆるＦＥＭウェハ(Focus Exposure Matrixウェハ）である。なお、フォーカス値の段階数と露光量の段階数の積で得られる露光条件の組み合わせの異なるショットの個数が、１枚の条件振りウェハ１０ａの全面のショット数よりも多い場合には、複数枚の条件振りウェハを作成してもよい。

逆に、例えばショットＳＡｎの非走査方向の配列数がフォーカス値の変化の段階数よりも大きい場合、及び／又は走査方向の配列数が露光量の変化の段階数よりも大きい場合には、フォーカス値及び露光量が同じショットを複数個形成し、フォーカス値及び露光量が同じショットに関して得られる計測値を平均化してもよい。また、例えばウェハの中心部と周辺部とのレジストの微妙な塗布むらの影響、及び走査露光時のウェハの走査方向（図７（ａ）の＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）の相違の影響等を軽減するために、フォーカス値及び露光量が異なる複数のショットをランダムに配列してもよい。

次に、作成された条件振りウェハ１０ａを評価装置１のステージ５上に搬送する。そして、制御部８０は記憶部８５のレシピ情報から複数の装置条件を読み出す。複数の装置条件としては、一例として照明光ＩＬＩの波長λが上記のλ１、λ２、λ３のいずれかとなり、照明光ＩＬＩの入射角θ１が１０°、１５°、３０°、４５°、６０°、８５°のいずれかとなり、偏光子２６の回転角（透過軸の方位）である偏光子角度又は偏光角が０°〜１６５°まで１５°刻みでいずれかの角度に設定される条件を想定する。この場合、偏光子角度が４５°であるときには、ウェハ面に入射する照明光ＩＬＩの偏光方向Ａ３は、繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１に対して時計回りに４５°で交差する方向となる。また、以下では、一例として受光系３０で受光する回折光ＩＬＤは＋１次回折光（ｍ＝＋１）であるとする。ただし、−１次回折光又は他の２次以上の回折光を受光してもよい。ここでは、波長λがλｎ（ｎ＝１〜３）、入射角θ１がαｍ（ｍ＝１〜６）、偏光子２６の回転角がβｊ（ｊ＝１〜Ｊ，Ｊは２以上の整数）になる装置条件を条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）で表すこともできる。なお、入射角θ１をある角度に設定したときには、上述の式（１）で求められる回折角θ２の回折光ＩＬＤが受光系３０で受光されるように、照明側凹面鏡２５のチルト軸ＴＡを中心とした角度及び／又はステージ５のチルト角φ２が調整される。

また、入射角θ１は、設定可能な任意の角度でよく、例えば１０°〜８５°のいずれかとなるように５°程度の間隔で設定してもよい。また、偏光子角度は、ウェハ面の繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１に４５°で交差する方向を基準として、この基準となる角度を中心として複数の角度に設定してもよい。
そして、評価装置１において、条件振りウェハ１０ａをステージ５に載置した状態で、照明光ＩＬＩの波長をλ１に設定し（ステップ１０４）、入射角θ１をα１に設定し（併せて、ステージ５のチルト角を設定し、受光系３０の受光角を設定し）（ステップ１０６）、偏光子２６の回転角（偏光子角度）をβ１に設定し（ステップ１０８）、１／４波長板３３（位相板）の回転角を初期値に設定する（ステップ１１０）。そして、この装置条件のもとで、照明光ＩＬＩを条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、条件振りウェハ１０ａからの回折光ＩＬＤに基づいて、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ａの像を撮像して画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップ１１２）。次に１／４波長板３３を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１１４）、全部の角度には設定していない場合には、１／４波長板３３を例えば約１．４１°（１／４波長板３３の回転可能な角度範囲３６０°を２５６分割した角度）だけ回転し（ステップ１１６）、ステップ１１２に戻って条件振りウェハ１０ａの像を撮像する。ステップ１１４で１／４波長板３３の角度が３６０°回転されるまでステップ１１２を繰り返すことによって、１／４波長板３３の異なる回転角に対応して２５６枚のウェハの像が撮像される。なお、ストークスパラメータに関する未知数は４個（Ｓ０〜Ｓ３）であるため、１／４波長板３３の角度を例えば４個の異なる角度に設定し、ウェハの４枚の像を撮像するのみでもよいし、撮像する像はその他の任意の枚数であってもよい。

その後、動作はステップ１１４からステップ１１８に移行し、画像処理部４０は得られた２５６枚のウェハのデジタル画像から上述の回転位相子法によって、撮像素子３５ｂの画素毎にストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。なお、本実施形態では、ストークスパラメータＳ０が１になるように規格化されているため、以下では実際に求められるストークスパラメータをＳ１〜Ｓ３とする。これらのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３は検査部６０の第１演算部６０ａに出力され、第１演算部６０ａでは一例として各ストークスパラメータのショット毎の平均値（以下、ショット平均値と称する）を求めて、装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）及び露光条件に対応させて第２演算部６０ｂ及び記憶部８５に出力する。

その後、偏光子２６の回転角を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１２０）、全部の角度に設定していない場合には、偏光子２６を例えば１５°回転して角度β２に設定し（ステップ１２２）、ステップ１１０に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１１０〜１１８）を実行する。その後、偏光子２６の回転角を全部の角度βｊ（ｊ＝１〜Ｊ）に設定した場合には、ステップ１２０からステップ１２４に移行して、照明光ＩＬＩの入射角θ１を全部の角度に設定したかどうかを判定し、全部の角度に設定していない場合には、照明系２０及びステージ５を駆動して、入射角θ１をα２に設定し、回折角θ２を対応する角度に設定し（ステップ１２６）、ステップ１０８に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０８〜１２２）を実行する。

その後、入射角θ１を全部の角度αｍ（ｍ＝１〜６）に設定した場合には、ステップ１２４からステップ１２８に移行して、照明光ＩＬＩの波長λを全部の波長に設定したかどうかを判定し、全部の波長に設定していない場合には、照明ユニット２１で波長λをλ２に変更し（ステップ１３０）、ステップ１０６に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０６〜１２６）を実行する。その後、波長λを全部の波長λｎ（ｎ＝１〜３）に設定した場合には、動作はステップ１２８からステップ１３２に移行する。

ステップ１３２において、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件で条件振りウェハ１０ａの各ショットに関して計測したストークスパラメータの情報を用いて、その全部の装置条件で計測したストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に関して、露光量の変化に対する計測値の変化の割合である感度（以下、ドーズ感度とも称する）、及びフォーカス値の変化に対する計測値の変化の割合である感度（以下、フォーカス感度とも称する）を求める。

そして、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）の中で、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に関して、ドーズ感度が高く、フォーカス感度がドーズ感度よりも低い条件を、第１の装置条件（又は第１の評価条件）Ａとして決定する。その第１の装置条件Ａは、一例として、照明光の波長がλ２、照明光のウェハ面に対する入射角θ１が６０°、偏光子２６の回転角（偏光子角度）が３０°である。

この第１の装置条件Ａでは、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２及びＳ３が、条件振りウェハ１０ａの露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆに関して、それぞれ図８（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。図８（ａ）及び（ｂ）の横軸の数値１〜７は、それぞれ露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆを上述の７段階に変化させたときの各段階を表しており、第４段階が最適値である。これは、以下の図９（ａ）及び（ｂ）でも同様である。また、露光量Ｄの良品範囲をＥＧ１、フォーカス値Ｆの良品範囲をＥＧ２で表している。

図８（ａ）及び（ｂ）において、実線の曲線（又は折れ線。以下同様。）Ｂ１１，Ｂ２１、点線の曲線Ｂ１２，Ｂ２２、及び破線の曲線Ｂ１３，Ｂ２３が、それぞれ露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆの変化に対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２及びＳ３の変化を表す。図８（ｂ）の曲線Ｂ２１，Ｂ２２，ｂ２３より、フォーカス値Ｆの変化に対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の変化が小さいため、フォーカス値Ｆの変化に対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の変化の割合（フォーカス感度）が低いことが分かる。また、図８（ａ）の曲線Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３の最大値と最小値との差がそれぞれ大きいことから、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のドーズ感度が高いことが分かる。

なお、実用上は、予め第１の閾値及びこの第１の閾値より大きい第２の閾値を定めておいてもよい。このとき、フォーカス値Ｆの全部の範囲（ここでは７段階の全部の値）におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの最大値と最小値との差がその第１の閾値より小さくなるとともに、露光量Ｄの全部の範囲（ここでは７段階の全部の値）におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの最大値と最小値との差がその第２の閾値より大きくなるときに、ドーズ感度が高くフォーカス感度が低いとみなしてもよい。そして、このようにドーズ感度が高くフォーカス感度が低くなる複数の装置条件を求め、これらの複数の装置条件中から例えばストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のドーズ感度の平均値が最も高くなるときの装置条件を装置条件Ａとして選択してもよい。ドーズ感度の平均値とは、例えば露光量Ｄの全部の範囲におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの最大値と最小値との差の平均値である。

さらに、第２演算部６０ｂでは、７段階の露光量Ｄの値の間の任意の値におけるストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値を補間するために、一例として、図８（ａ）の３つの曲線Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３を露光量Ｄに関する高次関数又は指数関数等で近似することによって、図８（ｃ）に示すように、それぞれ露光量Ｄの値に対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の変化を表す曲線Ｂ３１，Ｂ３２，Ｂ３３を求める。なお、図８（ｃ）の横軸は、ベストドーズ量Ｄｂｅを中心とする露光量Ｄの値を表している。一例として、曲線Ｂ３２，Ｂ３３は露光量Ｄが増加するときに単調に増加する関数であり、曲線Ｂ３１は露光量Ｄが増加するときに単調に減少する関数である。これらの曲線Ｂ３１〜Ｂ３３が第１参照データとなる。第２演算部６０ｂは、その決定された第１の装置条件Ａ及び第１参照データを記憶部８５に記憶させる。その第１参照データは、例えば曲線Ｂ３１〜Ｂ３３をそれぞれストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の複数段階の値の範囲（例えば−１〜＋１までの範囲を１００等分して得られる１００個の連続する範囲）に対して対応する露光量Ｄの値を割り当てたテーブルとして記憶してもよい。さらに、例えば曲線Ｂ３１〜Ｂ３３を用いて、それぞれストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値から露光量Ｄを計算するためのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の関数（高次関数又は指数関数等）を求め、このストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の関数をその第１参照データとして記憶してもよい。このように第１参照データは様々な形式として記憶することができる。

次のステップ１３４において、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）の中で、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に関して、フォーカス感度が高く、ドーズ感度がフォーカス感度よりも低い条件を、第２の装置条件（又は第２の評価条件）Ｂとして決定する。その第２の装置条件Ｂは、一例として、照明光の波長がλ１、照明光のウェハ面に対する入射角θ１が４５°、偏光子２６の回転角（偏光子角度）が４５°である。

この第２の装置条件Ｂでは、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２及びＳ３が、条件振りウェハ１０ａの露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆに関して、それぞれ図９（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。
図９（ａ）及び（ｂ）において、実線の曲線Ｃ１１，Ｃ２１、点線の曲線Ｃ１２，Ｃ２２、及び破線の曲線Ｃ１３，Ｃ２３が、それぞれ露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆの変化に対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２及びＳ３の変化を表す。図９（ａ）の曲線Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３より、露光量Ｄの変化に対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の変化が小さいため、露光量Ｄの変化に対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の変化の割合（ドーズ感度）が低いことが分かる。また、図９（ｂ）の曲線Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の最大値と最小値との差がそれぞれ大きいことから、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のフォーカス感度が高いことが分かる。

なお、実用上は、上述の第１の装置条件Ａの場合と同様に、予め第３の閾値及びこの第３の閾値より大きい第４の閾値を定めておき、露光量Ｄの全部の範囲におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの最大値と最小値との差がその第３の閾値より小さくなるとともに、フォーカス値Ｆの全部の範囲におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの最大値と最小値との差がその第４の閾値より大きくなるときに、フォーカス感度が高くドーズ感度が低いとみなしてもよい。そして、このようにフォーカス感度が高くドーズ感度が低くなる複数の装置条件を求め、これらの複数の装置条件中から例えばストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のフォーカス感度の平均値が最も高くなるときの装置条件を装置条件Ｂとして選択してもよい。

さらに、第２演算部６０ｂでは、７段階のフォーカス値Ｆの間の任意の値におけるストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値を補間するために、一例として、図９（ｂ）の３つの曲線Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３をフォーカス値Ｆに関する高次関数又は指数関数等で近似することによって、図９（ｃ）に示すように、それぞれフォーカス値Ｆに対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の変化を表す曲線Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３を求める。なお、図９（ｃ）の横軸は、ベストフォーカス位置Ｆｂｅを中心とするフォーカス値Ｆを表している。一例として、曲線Ｃ３１はフォーカス値Ｆが増加するときに山型に変化する関数であり、曲線Ｃ３２はフォーカス値Ｆが増加するときに単調に減少する関数であり、曲線Ｃ３３はフォーカス値Ｆが増加するときに単調に増加する関数である。これらの曲線Ｃ３１〜Ｃ３３が第２参照データとなる。第２演算部６０ｂは、その決定された第２の装置条件Ｂ及び第２参照データを記憶部８５に記憶させる。その第２参照データも、例えばストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の複数段階の値の範囲に対して対応するフォーカス値Ｆを割り当てたテーブル、又はストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値からフォーカス値Ｆを計算するためのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の関数（高次関数又は指数関数等）として記憶してもよく、様々な形式として記憶することができる。

ここで、実際に条件振りウェハ１０ａから発生する回折光のストークスパラメータを求めた結果の一例を図１０（ａ）〜図１１（ｂ）に示す。なお、図１０（ａ）〜図１１（ｂ）は、一例としてそれぞれ対応する装置条件のもとで、条件振りウェハ１０ａの複数のショット１１内の複数の領域で得られるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を輝度に変換して表したものである。図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ対応する装置条件のもとで得られるストークスパラメータＳ１の分布を表している。条件振りウェハ１０ａでは、横方向でフォーカス値Ｆが変化し、縦方向で露光量Ｄが変化しているため、図１０（ａ）の分布は、フォーカス感度が高いことを示し、図１０（ｂ）の分布はドーズ感度が高いことを示している。また、図１１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ対応する装置条件のもとで得られるストークスパラメータＳ２及びＳ３の分布を表している。図１１（ａ）の分布は、ストークスパラメータＳ２のドーズ感度及びフォーカス感度がともに高いことを示し、図１１（ｂ）の分布はストークスパラメータＳ３のドーズ感度及びフォーカス感度が有ることを示している。

以上の動作によって、ウェハの露光条件を検査する場合に使用する装置条件を求める条件出しが終了したことになる。
次に、実際のデバイス製造工程において繰り返しパターンが形成されたウェハに対して、評価装置１によって上記の条件出しで求められた２つの装置条件を用いてウェハ面からの回折光のストークスパラメータを計測し、計測されたストークスパラメータと第１及び第２参照データとから、露光装置１００の露光条件中の露光量（第１の露光条件）及びフォーカス位置（第２の露光条件）を以下のように評価する。まず、図７（ａ）と同じショット配列を持ち、レジストを塗布した実際の製品（デバイス）となるウェハ１０を図１（ａ）のコータ・デベロッパ２００に搬送してレジストを塗布し、そのウェハ１０を露光装置１００に搬送し、露光装置１００によって、ウェハ１０の各ショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に実際の製品（デバイス）用のマスク（不図示）のパターンを露光し、露光後のウェハ１０をコータ・デベロッパ２００に搬送してウェハ１０を現像する。この際の露光条件は、全部のショットにおいて最適値であり、露光量に関してはそのマスク（ここでは２つのマスク）に応じて定められているベストドーズ量の和であり、フォーカス位置に関してはベストフォーカス位置である。

しかしながら、実際には露光装置１００における例えば走査露光時のスリット状の照明領域内の例えば非走査方向における僅かな照度むら及びステージの振動（外乱による振動を含む）等の影響によって、ウェハ１０のショットＳＡｎ毎（ショットＳＡｎ毎の繰り返しパターン毎）に露光量及びフォーカス位置のばらつき等が生じることがあり、意図しない露光量の変化（ベストドーズ量からの変化）や意図しないフォーカス位置の変化（ベストフォーカス値からの変化）が起こる可能性があるため、その露光量及びフォーカス位置の評価を個別に行う。

そして、図６のステップ１５０において、レジストの塗布、露光、及び現像後のウェハ１０は、不図示のアライメント機構を介して図１（ａ）の評価装置１のステージ５上にロードされる。そして、制御部８０は記憶部８５のレシピ情報から上記の条件出しで決定された第１、第２の装置条件を読み出す。そして、装置条件をまず、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のドーズ感度が高くフォーカス感度の低い第１の装置条件Ａに設定し（ステップ１５２）、１／４波長板３３（位相板）の回転角を初期値に設定する（ステップ１１０Ａ）。そして、照明光ＩＬＩをウェハ面に照射し、撮像装置３５がウェハ面の回折光によって得られる画像の画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップ１１２Ａ）。次に１／４波長板３３を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１１４Ａ）、全部の角度には設定していない場合には１／４波長板３３を例えば約１．４１°（回転角度範囲３６０°を２５６分割した角度）だけ回転し（ステップ１１６Ａ）、ステップ１１２Ａに移行してウェハ１０の像を撮像する。ステップ１１４Ａで１／４波長板３３の角度が３６０°回転されるまでステップ１１２Ａを繰り返すことによって、１／４波長板３３の異なる回転角に対応して２５６枚のウェハ面の像が撮像される。なお、１／４波長板３３の角度を例えば４個の異なる角度に設定し、ウェハの４枚の像を撮像するのみでもよいし、その他の任意の枚数であってもよい。

その後、動作はステップ１１８Ａに移行し、画像処理部４０は得られた２５６枚のウェハのデジタル画像から上述の回転位相子法によって、撮像装置３５の画素毎にストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３を求める。これらのストークスパラメータの値は検査部６０の第１演算部６０ａに出力され、第１演算部６０ａでは一例としてストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれのショット毎の平均値（ショット平均値）を求めて第３演算部６０ｃ及び記憶部８５に出力する。そして、全部の装置条件で検査したかどうかを判定し（ステップ１５４）、全部の検査用の装置条件に設定していない場合には、ステップ１５６で第２の装置条件Ｂに設定してからステップ１１０Ａに移行する。そして、第２の装置条件Ｂでのストークスパラメータの取得が終了した後、動作はステップ１５８に移行する。

そして、ステップ１５８において、検査部６０の第３演算部６０ｃは、第１の装置条件Ａで求めたウェハ１０のショット毎のストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値（Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａとする）を、上述の図５のステップ１３２で記憶した第１の参照データ（図８（ｃ）の曲線Ｂ３１〜Ｂ３３）に当てはめて、当該ショットの露光量Ｄの値Ｄ１ｘを求める。一例として、図８（ｃ）において、値Ｓ１ａ，Ｓ３ａをそれぞれ曲線Ｂ３１，Ｂ３３に当てはめて露光量Ｄの値Ｄ１ａ，Ｄ３ａが得られる。これに対して、値Ｓ２ａに対応する部分では曲線Ｂ３２の傾きが小さく、値Ｓ２ａの変化（誤差）に対して対応する露光量Ｄの値の変化（誤差）が拡大される恐れがある。そこで、一例として、ここではストークスパラメータＳ２の値Ｓ２ａは使用することなく、ストークスパラメータＳ１，Ｓ３の値から求めた露光量Ｄの値Ｄ１ａ，Ｄ３ａの平均値を当該ショットの露光量Ｄの値Ｄ１ｘとする。同様に、例えばストークスパラメータＳ３の値が曲線Ｂ３３の傾きが小さい範囲にあるときには、ストークスパラメータＳ３の値を使用することなく、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値のみから露光量Ｄの値を求めてもよい。なお、３つのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値をそれぞれ曲線Ｂ３１〜Ｂ３３に当てはめて露光量Ｄの３つの値を求め、これらの３つの値の平均値を露光量Ｄの値Ｄ１ｘとしてもよい。このようにしてウェハ１０の全部のショットに関してストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値から露光量Ｄの値を求める。

そして、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０のショット毎の露光量Ｄのベストドーズ量Ｄｂｅからの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力する。この誤差分布には、各ショットの露光量Ｄが良品範囲ＥＧ１内か否かの情報も含まれている。制御部８０は、そのショット毎の露光量Ｄの誤差分布を記憶部８５に記憶させるとともに表示装置（不図示）に表示する。なお、第３演算部６０ｃは、露光量Ｄの誤差分布を求めることなく、例えば、算出した露光量Ｄを制御部８０に出力してもよい。また、制御部８０は、露光量Ｄの誤差分布や露光量Ｄを表示装置に表示させなくてもよい。

次のステップ１６０において、第３演算部６０ｃは、第２の装置条件Ｂで求めたウェハ１０のショット毎のストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値（Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂとする）を上述のステップ１３４で記憶した第２の参照データ（図９（ｃ）の曲線Ｃ３１〜Ｃ３３）に当てはめて、当該ショットのフォーカス値Ｆ１ｘを求める。一例として、図９（ｃ）において、値Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂをそれぞれ曲線Ｃ３２，Ｃ３３に当てはめてフォーカス値Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂが得られる。これに対して、曲線Ｃ３１はフォーカス値Ｆに関して山型に変化しているため、ストークスパラメータＳ１の値Ｓ１ｂに対応して２つのフォーカス値Ｆ１ｂ及びＦ４ｂが得られる。このとき、その２つの値Ｆ１ｂ及びＦ４ｂのうちで、他の曲線Ｃ３２，Ｃ３３から求められた値Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂにより近い方の値Ｆ１ｂを実際のフォーカス値Ｆであるとして選択する。一例として、そのようにして求められた３つのフォーカス値Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂの平均値を当該ショットのフォーカス値Ｆ１ｘとする。このようにしてウェハ１０の全部のショットに関してストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値からフォーカス値Ｆを求める。

そして、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０のショット毎のフォーカス値Ｆのベストフォーカス位置Ｆｂｅからの差分（誤差）の分布（フォーカス位置の誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力する。この誤差分布には、各ショットのフォーカス位置が良品範囲ＥＧ２内か否かの情報も含まれている。制御部８０は、そのショット毎のフォーカス位置の誤差分布を記憶部８５に記憶させるとともに表示装置（不図示）に表示する。なお、第３演算部６０ｃは、フォーカス位置の誤差分布を求めることなく、例えば、算出したフォーカス位置を制御部８０に出力してもよい。また、制御部８０は、フォーカス位置の誤差分布やフォーカス位置を表示装置に表示させなくてもよい。

その後、評価装置１の制御部８０の制御のもとで、信号出力部９０からホストコンピュータ６００を介して露光装置１００の制御部（不図示）に、ウェハ１０のショット毎の露光量の誤差分布（露光量むら）及びフォーカス位置の誤差分布（デフォーカス量の分布）の情報が提供される（ステップ１６２）。これに応じて露光装置１００の制御部（不図示）では、例えばその露光量むら及び／又はデフォーカス量の分布がそれぞれ所定の許容範囲を超えている場合に、露光量及び／又はフォーカス位置を補正するために、例えば走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の調整、及び／又はウェハ面の高さのオフセットの調整等の補正を行う。これによって、その後の露光時に、露光量の誤差及びデフォーカス量が低減される。その後、ステップ１６４で露光装置１００において、補正された露光条件のもとでウェハが露光される。

この実施形態によれば、実際に製品となるデバイス用のパターンが形成されたウェハ１０を用いて２つの装置条件のもとでストークスパラメータを検出し、２つの装置条件毎に予め図５の条件出し工程で求めてある第１及び第２の参照データに、その検出されたストークスパラメータの値を当てはめることによって、そのパターンの形成時に使用された露光装置１００の露光条件中の露光量及びフォーカス位置を求めることができる。この際に、第１の装置条件Ａでは、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のフォーカス位置に対する感度が低いため、第１の装置条件Ａのもとで検出されたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を用いることによって、ウェハ１０を露光したときのフォーカス位置が適正値に対してずれていたとしても、そのフォーカス位置に実質的に影響されることなく、露光量を高精度に求めることができる。

また、第２の装置条件Ｂでは、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の露光量に対する感度が低いため、第２の装置条件Ｂのもとで検出されたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を用いることによって、ウェハ１０を露光したときの露光量が適正値に対してずれていたとしても、その露光量に実質的に影響されることなく、フォーカス位置を高精度に求めることができる。

言い換えれば、各装置条件において、露光量及びフォーカス位置の変化に対するストークスパラメータの変化の割合（感度）が互いに異なるとともに、その２つの装置条件間でも、露光量及びフォーカス位置の変化に対するストークスパラメータの変化の割合（感度）が互いに異なることを利用して、その露光量及びフォーカス位置を個別に高精度に評価又は検査できる。従って、この評価結果に基づいて、露光装置１００における露光条件を補正することによって、その後のウェハに対する露光条件をより適正範囲に近づけることができ、デバイスを高精度に、高い歩留まりで製造できる。

上述のように、本実施形態の評価方向及び評価装置１は、加工条件の一例としての所定の露光条件（露光量、フォーカス位置等）でウェハ１０に形成されたパターンの露光条件を評価する方法及び装置である。そして、その評価方法は、評価対象パターンの一例としての繰り返しパターン１２が形成された評価対象基板の一例としてのウェハ１０の表面（ウェハ面）に直線偏光の照明光ＩＬＩ（偏光光）を照射するステップ１１２Ａと、照明光ＩＬＩの照射によりウェハ面から射出した回折光ＩＬＤを受光し、受光された回折光ＩＬＤのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３（偏光状態を規定する量）を検出するステップ１１２Ａ，１１８Ａと、その検出されたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に基づいて、繰り返しパターン１２を形成した際の露光条件を評価するステップ１５８，１６０と、を有する。

また、評価装置１は、繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面に直線偏光の照明光ＩＬＩを照射する照明系２０（照明部）と、照明光ＩＬＩの照射によりウェハ面から射出した回折光ＩＬＤを受光し、回折光ＩＬＤのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を検出する撮像装置３５及び画像処理部４０（検出部）と、その検出された回折光ＩＬＤのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に基づいて、繰り返しパターン１２を形成した際の露光条件を評価する演算部５０（評価部）と、を備えている。

本実施形態によれば、所定の露光条件のもとでの露光により設けられた実際に製品となるデバイス用の繰り返しパターン１２を有するウェハ１０を用いてストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を検出し、予め求めてある上述の第１及び第２の参照データ（図８（ｃ）の曲線Ｂ３１〜Ｂ３３及び図９（ｃ）の曲線Ｃ３１〜Ｃ３３）にその検出されたストークスパラメータＳ１〜Ｓ４の値を当てはめることによって、繰り返しパターン１２を形成したときの露光装置１００における露光条件を求めている。この際に、露光条件の変化に対してストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値の変化が大きい装置条件（評価条件）、すなわちストークスパラメータの感度が高い装置条件でストークスパラメータを検出することができるため、繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０を用いて、繰り返しパターン１２を形成したときの露光条件を高精度に、かつ効率的に評価できる。

また、本実施形態では、ウェハ１０からの回折光ＩＬＤを検出し、回折光ＩＬＤのストークスパラメータを求めているため、繰り返しパターン１２が、露光条件の変化に応じて形状が大きく変化する部分（ホールパターン群１２ｂ）のＸ方向（周期方向）の幅に対して、露光条件が変化してもほとんど形状が変化しない部分（複数のホールパターン群１２ｂの間の平坦部）のＸ方向の幅が広いようなパターンであっても、露光条件の変化に対してストークスパラメータの変化が大きくなる。このため、繰り返しパターン１２を形成したときの露光条件を高精度に評価できる。

また、従来の露光条件としてのフォーカス位置の評価方法のうち、レジストパターンの横ずれ量を計測する方法では、計測効率を高めにくいとともに、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明する必要があり、実際のデバイス用のパターンを用いて露光を行う際のフォーカス位置を高精度に計測することが困難であった。これに対して、本実施形態によれば、実際のデバイス用のパターンを用いることができ、形成されたレジストパターンの形状を計測する必要がないため、実際のデバイス用のパターンを形成する工程において、露光条件を効率的に、かつ高精度に求めることができる。

また、本実施形態において、演算部５０は、ウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２を形成した際の露光条件を評価するための第１及び第２の装置条件（第１及び第２の評価条件）を、露光条件（例えば露光量及びフォーカ位置）の既知の組み合わせで繰り返しパターン１２が形成された条件振りウェハ１０ａの表面からの回折光のストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に基づいて求めている（ステップ１０４〜１３６）。これによって、ウェハ１０の評価時には、その求められた装置条件又は評価条件を用いてストークスパラメータを求めるだけでよいため、ウェハ１０の評価を効率的に行うことができる。

また、本実施形態において、回折光の偏光を規定する量を利用してパターンの加工条件（露光条件）を評価するため、例えば正反射光の偏光を規定する量を利用する場合よりも、回折次数などの条件を装置条件として、より多くの装置条件を選択できる。したがって、条件出しにおいて、各加工条件（露光条件）に対して感度の高い装置条件、及び参照データを求めることができ、より高精度に加工条件（露光条件）を評価することができる。

また、本実施形態のデバイス製造システムＤＭＳは、露光システムを含み、この露光システムは、ウェハ１０（基板）の表面にパターンを形成する加工装置としての露光装置１００と、本実施形態の評価装置１と、を備え、評価装置１の評価結果に応じて露光装置１００の露光条件を調整している。この露光システムによれば、実際にデバイス製造のために使用されるウェハを用いて、ウェハの表面に目標とする形状のパターンが形成されるように、効率的に、かつ高精度に露光装置１００における露光条件を調整できる。

なお、上記の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上記の実施形態では、第１及び第２の参照データ（図８（ｃ）の曲線Ｂ３１〜Ｂ３３及び図９（ｃ）の曲線Ｃ３１〜Ｃ３３）を評価装置１の演算部５０で求めているが、その参照データを評価装置１とは別の演算装置としての例えばホストコンピュータ６００で求めてもよい。この場合、ホストコンピュータ６００からその参照データを評価装置１の演算部５０の制御部８０に供給し、制御部８０ではその参照データを記憶部８５に記憶しておく。そして、図６に示すように露光条件を求める際には、その記憶部８５に記憶した参照データを使用すればよい。

また、上記の実施形態では、評価対象のパターンは複数のホールパターン１２ａよりなるパターンであるが、評価対象のパターンは、例えば所定方向を長手方向とする複数のラインパターンをその所定方向と直交する方向に周期的に配列したライン・アンド・スペースパターンでもよい。そのラインパターンの線幅とスペース部の幅との比は任意であり、例えばほぼ１：１であってもよい。

また、上記の実施形態では、照明光の入射角θ１（回折角θ２）は、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ２４の射出部の位置並びに照明側凹面鏡２５の位置及び角度を制御すること、及び第２の駆動部を介してウェハ１０のチルト角φ２を制御することで調整している。この調整方法の他に、受光系３０で検出する回折光ＩＬＤの回折角θ２は、受光側凹面鏡３１をチルト軸ＴＡを中心に傾動させつつ、撮像装置３５の位置及び角度を制御することによって調整してもよい。

また、上記の実施形態では、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を用いて露光条件を評価している。しかしながら、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３のうちの少なくとも一つのストークスパラメータを用いて露光条件を評価してもよい。また、露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置を評価する際に互いに異なるストークスパラメータを使用してもよい。

また、上記の実施形態では、露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置の両方を評価しているが、露光量及びフォーカス位置の少なくとも一方を評価するだけでもよい。露光量のみを求める場合には、図６のステップ１５８において第１の装置条件Ａで求めたストークスパラメータの値から露光量を求めればよい。また、フォーカス位置のみを求める場合には、図６のステップ１５８を実行することなく、ステップ１６０において、第２の装置条件Ｂで求めたストークスパラメータの値からフォーカス位置を求めればよい。

また、上記の実施形態では、露光条件として露光量及びフォーカス位置を評価しているが、露光条件として、露光装置１００における露光光の波長、照明条件（例えばコヒーレンスファクタ（σ値）、投影光学系の開口数、又は液浸露光時の液体の温度等を評価するために上記の実施形態の評価を使用してもよい。
また、上記の実施形態では、加工条件として露光条件を評価しているが、加工条件として、露光条件とともに、又は露光条件とは別に、加工条件としてのコータ・デベロッパ２００における膜厚条件を評価してもよい。その膜厚条件とは、ウェハに塗布されるレジストの膜厚の設定値及びその膜厚のばらつき等を含む。

評価装置１を用いてその膜厚条件を評価する場合には、一例として、図５の条件出しに対応する工程で、コータ・デベロッパ２００によって異なる膜厚でレジストが塗布された複数枚のウェハを用意し、これらのウェハの各ショットを露光装置１００で露光した後、それらのウェハを現像して繰り返しパターン１２を形成する。その後、複数の装置条件のもとで、それらのウェハからの回折光のストークスパラメータを検出し、レジストの膜厚の変化に対してストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のうちの少なくとも一つのストークスパラメータの値が大きくなる装置条件を求め、このストークスパラメータと膜厚との関係を示す参照データを求める。この後は、図６の評価方法に対応する工程で、その装置条件のもとで検出したストークスパラメータをその参照データに当てはめることで、繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０のレジストの膜厚の平均値及びショット毎のばらつきを求めることができる。

さらに、その異なる膜厚の複数枚のウェハをそれぞれ上述のＦＥＭウェハとすることで、膜厚条件及び露光条件を評価することもできる。
また、露光装置で露光される基板において、レジストの下地として、酸化膜又は導電膜等が形成されている場合、レジストの現像後のエッチング等の工程によって酸化膜又は導電膜等のパターンが形成される。このパターンを高精度に形成するためには、その酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することが好ましい。この場合、その酸化膜又は導電膜等のパターンが形成されたウェハを図１（ａ）のステージ５に載置し、そのウェハからの回折光のストークスパラメータを求めることによって、上述のレジストの膜厚を評価した場合と同様にその酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することができる。

また、上記の実施形態では、２つの装置条件（評価条件）のもとでウェハの評価を行っているが、少なくとも一つの装置条件（評価条件）のもとでウェハの評価を行ってもよい。さらに、３つ以上の装置条件（評価条件）のもとでウェハの評価を行ってもよい。
また、上記の実施形態では、求められたストークスパラメータの値を参照データに当てはめて露光条件等を求めているが、図５の条件出し工程に対応する工程おいて、ある装置条件のもとで、例えばストークスパラメータＳ１〜Ｓ３（又はこれらのうちの２つ）から評価対象の複数の加工条件を算出するための連立方程式を求めてもよい。この場合、図６の評価工程に対応する工程では、その装置条件のもとで検出されるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３等の値をその連立方程式に代入するのみで評価対象の加工条件の値を求めることができる。

また、上記の第１、第２の装置条件に含まれる波長λ、入射角θ１、偏光子２６の回転角はあくまでも一例であり、装置条件には評価装置１で変化させることができる他の任意の条件を含めることができる。例えば、検光子３２の回転角がクロスニコル状態を中心として例えば任意の角度（例えば、５°程度）の間隔で複数の角度に設定される条件、検出する回折光の次数ｍ、及びステージ５の回転角（照明光ＩＬＩの入射方向Ａ２に対するウェハ１０の繰り返しパターン１２の周期方向Ａ１の角度（ウェハ１０の方位））等を装置条件に含めることができる。

また、ステップ１１８において、条件振りウェハ１０ａのスクライブライン領域ＳＬ（デバイスのダイシング工程でチップ同士を切り分ける際の境界となる領域）を除いた全部のショットＳＡｎ（図７（ｂ）参照）内に対応する画素のストークスパラメータを算出し、算出結果を平均化してショット平均値を求めてもよい。このようにショット平均値を算出するのは、露光装置１００の投影光学系の収差の影響等を抑制するためである。なお、その収差の影響等をさらに抑制するために、例えば図７（ｂ）のショットＳＡｎの中央部の部分領域ＣＡｎ内に対応する画素のストークスパラメータを平均化した値を算出してもよい。

ただし、予め投影光学系の収差の影響（デジタル画像に与える誤差分布）を求めておき、デジタル画像の段階でその収差の影響を補正することも可能である。この場合には、ショット平均値の代わりに、ショットＳＡｎ内のＩ個（Ｉは例えば数１０の整数）の長方形等の設定領域１６（図７（ｃ）参照）毎に平均値を算出し、例えばショットＳＡｎ内で同じ位置にある設定領域１６の平均値を用いてこれ以降の処理を行うようにしてもよい。設定領域１６の配列は、例えば走査方向に８行で非走査方向に６列であるが、その大きさ及び配列は任意である。

さらに、ウェハ１０の評価を行う場合にも、ウェハの全部のショット内の全部の設定領域１６に関してストークスパラメータの平均値を検出し、設定領域１６単位で露光条件等を評価してもよい。
また、図６のステップ１６２において、ウェハ１０の全面の露光量の誤差分布（ドーズむら）、及びフォーカス位置の誤差分布（デフォーカス量の分布）の情報は、信号出力部９０からホストコンピュータ６００を介することなく直接に露光装置１００の制御部（不図示）に出力されてもよい。

また、上述の実施形態では、ストークスパラメータから求めた露光量Ｄ及びフォーカス位置Ｆから、これらの量が良品範囲か否かを評価している。これに対して、例えばある装置条件でストークスパラメータＳ１，Ｓ２を得て、これらの値から露光量Ｄを評価する場合に、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の二次元的な分布の中で、良品範囲を設定し、この二次元的な分布を露光量の良否判定のための参照データとしてもよい。この場合、パラメータＳ１，Ｓ２の値を（Ｓ１，Ｓ２）で表し、良品範囲を近似的に次のような中心座標が（ｓａ，ｓｂ）で半径がｓｒの円の内部としてもよい。計測されるパラメータの値（Ｓ１，Ｓ２）を式（５）の左辺の演算式に代入して得られる値が式（５）を満たすときに、その計測値は露光量Ｄが良品範囲内にあることをしていることになる。

（Ｓ２−ｓａ）²＋（Ｓ３−ｓｂ）²≦ｓｒ² …（５）
同様に、フォーカス位置に関しても、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２（又はＳ２，Ｓ３等）の二次元的な分布の中で、良品範囲等を設定してもよい。
また、上述の実施形態では、３つのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を参照データに当てはめて露光量及びフォーカス位置を求めている。この他に、評価装置１においてある装置条件（評価条件）のもとで得られるストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値の組をポアンカレ球上で表現してもよい。この場合、一例として、ポアンカレ球上のある点（例えば図５の条件出し工程に対応する工程で設定される点）からその３つのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値の組で定まる点までの距離から露光量又はフォーカス位置等を求めることが可能となる。

また、上述の実施形態では、図５における条件出しにおいて、露光装置１００の露光により繰り返しパターンが形成された条件振りウェハ１０ａを用いて参照データ（図８（ｃ）の曲線Ｂ３１〜Ｂ３３及び図９（ｃ）の曲線Ｃ３１〜Ｃ３３）を求め、この参照データを使用して、図６の評価時に、条件出しで利用した露光装置１００の露光条件（露光量及びフォーカス位置）を求めた。しかしながら、図６の評価時に、その参照データ（図８（ｃ）の曲線Ｂ３１〜Ｂ３３及び図９（ｃ）の曲線Ｃ３１〜Ｃ３３）を用いて、露光装置１００とは異なる露光装置（不図示）の露光条件を求めてもよい。この場合、露光装置１００とは異なる露光装置でパターンが形成されたウェハを上述の図６におけるステップ１５８〜１６０のように評価して、ステップ１６２のように露光装置を補正してもよい。また、露光装置１００でパターンが形成されたウェハを上述の図６におけるステップ１５８〜１６０のように評価して、その評価結果からステップ１６２で、露光装置１００とは異なる露光装置を補正してもよい。

また、検査部６０は、露光条件（加工条件）を求めるだけでなく、求めた露光条件の良否判定を行ってもよい。この場合、信号出力部９０は、良否判定結果に基づいて露光条件が適切ではない旨の警告を露光装置１００やホストコンピュータ６００に提供してもよい。この良否判定は、例えば、求めた露光条件と所定の閾値とを比較することによって行ってもよい。
また、評価装置１の条件出しで求めた装置条件及び参照データの少なくとも一方を、評価装置１の他の号機で使用して、当該号機で実際のデバイス製造工程でウェハ面に形成された繰り返しパターンの加工条件を評価してもよい。なお、上述の第１の実施形態の変形例は以下の第２の実施形態にも適用できる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態につき図１２（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。本実施形態においても、図１（ｂ）のデバイス製造システムＤＭＳを使用し、加工条件を評価するために図１（ａ）の評価装置１を使用する。また、本実施形態では、いわゆるスペーサ・ダブルパターニング法（又はサイドウォール・ダブルパターニング法）で微細周期の繰り返しパターンが形成されたウェハの加工条件を評価する。

スペーサ・ダブルパターニング法では、まず、図１２（ａ）に示すように、ウェハ１０ｄの例えばハードマスク層１７の表面に、コータ・デベロッパ２００によるレジストの塗布、露光装置１００によるパターンの露光、及び現像によって、複数のレジストパターンのライン部３Ａを周期Ｐで配列したライン・アンド・スペースパターンよりなる繰り返しパターン１３が形成される。繰り返しパターン１３に照明光ＩＬＩを照射すると、正反射光ＩＬＲ及び１次回折光ＩＬＤが発生する。この後、図１２（ｂ）に示すように、ライン部３Ａをスリミングによって線幅が１／２のライン部３Ｂにし、不図示の薄膜形成装置でライン部３Ｂを覆うようにスペーサ層１８を堆積する。その後、エッチング装置３００でウェハ１０ｄのスペーサ層１８だけをエッチングした後、エッチング装置３００でライン部３Ｂのみを除去することで、図１２（ｃ）に示すように、ハードマスク層１７上に線幅がほぼＰ／４の複数のスペーサ部１８Ａを周期Ｐ／２で配列した繰り返しパターンが形成される。その後、複数のスペーサ部１８Ａをマスクとしてハードマスク層１７をエッチングすることによって、図１２（ｄ）に示すように、線幅がほぼＰ／４のハードマスク部１７Ａを周期Ｐ／２で配列した繰り返しパターン１７Ｂが形成される。この後、一例として、繰り返しパターン１７Ｂをマスクとして、ウェハ１０ｄのデバイス層１０ｄａのエッチングを行うことで、極めて微細な周期の繰り返しパターンが形成できる。さらに、上記の工程を繰り返すことによって、周期がＰ／４の繰り返しパターンを形成することも可能である。

また、評価装置１を用いてウェハ１０ｄを照明光ＩＬＩで照明し、ウェハ１０ｄの繰り返しパターン１７Ｂからの回折光ＩＬＤを検出する場合、上述のように照明光ＩＬＩの波長λは繰り返しパターン１７Ｂの周期（Ｐ／２）の２倍より小さい必要がある。ただし、繰り返しパターン１７Ｂがより大きい周期で配列されたパターンブロックが存在する場合に、このパターンブロックからの回折光を検出することも可能である。この場合には、照明光ＩＬＩの波長λはより長くすることができる。

さらに、本実施形態では、デバイス製造システムＤＭＳによる繰り返しパターン１７Ｂの加工条件として、薄膜形成装置（不図示）による図１２（ｂ）のスペーサ層１８の堆積時間ｔｓ（薄膜堆積量）、及びエッチング装置３００によるスペーサ層１８のエッチング時間ｔｅ（エッチング量）を評価するものとする。
この場合、図５の条件出し工程に対応する工程において、図１２（ａ）〜（ｄ）のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスを、例えば５種類の堆積時間ｔｓ及び５種類のエッチング時間ｔｅを組み合わせた２５（＝５×５）回のプロセスで実行して、２５枚の条件振りウェハ（不図示）の各ショットにそれぞれ繰り返しパターン１７Ｂを形成する。なお、ベスト堆積時間（適正堆積時間）をｔｓｂｅ、ベストエッチング時間（適正エッチング量）をｔｅｂｅとする。

作成された複数（ここでは２５枚）の条件振りウェハは順次、図１（ａ）の評価装置１のステージ５上に搬送される。そして、複数の条件振りウェハのそれぞれにおいて、上記の複数の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）のもとで直線偏光の照明光ＩＬＩを照射し、撮像部３５及び画像処理部４０が、第１の実施形態と同様に回転位相子法によって、条件振りウェハからの例えば１次の回折光ＩＬＤのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を求める。そして、演算部５０において、堆積時間ｔｓに対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の感度が高く、エッチング時間ｔｅに対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の感度が低い第１の装置条件Ｃを求める。さらに、この第１の装置条件Ｃのもとで求めたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３と堆積時間ｔｓとの関係を示す曲線（不図示）を補間して、図１２（ｅ）に示すように、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３と堆積時間ｔｓとの関係を示す曲線Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３（第１の参照データ）を求める。図１２（ｅ）の横軸は、ベスト堆積時間（適正堆積時間）ｔｓｂｅを中心とするスペーサ層１８の堆積時間ｔｓであり、堆積時間ｔｓの良品範囲ＥＧ３も示されている。

さらに、エッチング時間ｔｅに対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の感度が高く、堆積時間ｔｓに対するストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の感度が低い第２の装置条件Ｄを求める。さらに、この第２の装置条件Ｄのもとで求めたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３と堆積時間ｔｓとの関係を示す曲線（不図示）を補間して、図１２（ｆ）に示すように、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３とエッチング時間ｔｅとの関係を示す曲線Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３（第２の参照データ）を求める。図１２（ｆ）の横軸は、ベストエッチング時間（適正エッチング量）ｔｅｂｅを中心とするスペーサ層１８のエッチング時間ｔｅであり、エッチング時間ｔｅの良品範囲ＥＧ４も示されている。

その後、図６の評価工程に対応する工程では、実際のデバイス製造用の図１２（ｄ）の繰り返しパターン１７Ｂが形成されたウェハ１０ｄを評価装置１のステージ５に載置し、評価装置１の撮像部３５及び画像処理部４０が、回転位相子法によって第１の装置条件Ｃ及び第２の装置条件Ｄのもとでそれぞれウェハ１０ｄからの１次の回折光ＩＬＤのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を求める。そして、演算部５０において、第１の装置条件Ｃのもとで求めたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を図１２（ｅ）の曲線Ｄ１１〜Ｄ１３（第１の参照データ）に当てはめることで、対応する堆積時間ｔｓ及びこの誤差分布を求める。同様に、第２の装置条件Ｄのもとで求めたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３を図１２（ｆ）の曲線Ｄ２１〜Ｄ２３（第２の参照データ）に当てはめることで、対応するエッチング時間ｔｅ及びこの誤差分布を求める。

さらに、制御部８０の制御のもとで信号出力部９０からホストコンピュータ６００を介して薄膜形成装置（不図示）に、ウェハ１０の全面のスペーサ層１８の堆積時間ｔｓの誤差分布（膜厚むら）の情報が提供される。これに応じてその薄膜形成装置では、例えばその堆積時間等の調整を行う。同様に、信号出力部９０からホストコンピュータ６００を介してエッチング装置３００に、ウェハ１０の全面のエッチング時間ｔｅの誤差分布（エッチングむら）の情報が提供される。これに応じてエッチング装置３００では、例えばエッチング時間等の調整を行う。これによって、その後のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスの実行時に周期Ｐ／２の繰り返しパターン１７Ｂを高精度に製造できる。

また、ダブルパターニング・プロセスでの加工条件としては、エッチング量及びスペーサの堆積量の外に、例えば露光装置１００における露光条件（露光量及びフォーカス位置等）及び／又はコータ・デベロッパ２００における膜厚条件（レジストの膜厚の設定値等）を評価するようにしてもよい。
なお、図１２（ｅ）及び（ｆ）の参照データもホストコンピュータ６００で作成し、作成された参照データを評価装置１の記憶部８５に記憶させてもよい。

なお、上記の各実施形態では、図１（ａ）の評価装置１の照明系２０は、ウェハ１０，１０ｄの表面の全面を直線偏光の照明光ＩＬＩ（偏光光）で一括して照明し、撮像装置３５（検出部）は、ウェハ１０，１０ｄの表面の全面の像を撮像する撮像素子３５ｂを有する。このため、ウェハ１０，１０ｄの全面の各ショットに形成された繰り返しパターン１２，１７Ｂの加工条件を効率的に評価できる。

これに対して、ウェハ１０（被検基板）の表面の一部を偏光光で照明する照明系と、ウェハ１０の表面の一部の像を撮像する撮像素子と、ウェハ１０の表面に平行なＸ方向及びＹ方向に移動可能なステージと、を備える評価装置（不図示）を使用してもよい。この変形例の評価装置では、そのステージによって、その照明系からの偏光光がウェハ１０の表面の全面に順次照射されるように、ウェハ１０が移動される。この変形例では、ウェハ１０の表面を複数の部分に分割し、各部分に形成された繰り返しパターン１２の加工条件が順次評価されることになる。この変形例の評価装置は小型にできるため、例えば露光装置１００内にオン・ボディで組み込むことも可能となる。この場合には、評価装置のステージを露光装置１００のウェハステージ（不図示）で兼用することも可能であるため、評価装置の構成をさらに簡素化できる。

また、上記の各実施形態では、回転位相子法でストークスパラメータを求めているが、ストークスパラメータは回転検光子法で求めてもよい。回転検光子法では、１／４波長板３３を回転する代わりに検光子３２を回転しながら複数の画像を撮像し、得られた複数の画像からストークスパラメータＳ０〜Ｓ３が求められる。
また、上記の各実施形態では、ウェハからの光の偏光の状態を規定する量をストークスパラメータで表している。しかしながら、その偏光の状態を規定する量を、いわゆるジョーンズ標記で光学系の偏光特性を表すための２行の複素列ベクトルよりなるジョーンズベクトル（Jones Vector）で表してもよい。ジョーンズ標記は、例えば、参考文献「M.Totzeck, P.Graeupner, T.Heil, A.Goehnermeier, O.Dittmann, D.S.Kraehmer, V.Kamenov and D.G.Flagello: Proc. SPIE 5754, 23(2005)」に記載されているように、光学系の偏光特性を表すための、２行×２列の複素行列（偏光行列）よりなるジョーンズ行列（Jones Matrix）と、当該光学系によって変換される偏光状態を表すためのジョーンズベクトルとで記述される。

また、偏光の状態を規定する条件をストークスパラメータ及びジョーンズベクトルの両方を用いて表してもよい。さらに、偏光の状態を規定する条件をいわゆるミューラ行列で表すこともできる。
また、上記の各実施形態において、露光装置１００は液浸露光法を用いるスキャニングステッパーでもよく、ドライ型のスキャニングステッパー又はステッパー等でもよい。さらに、露光装置として、露光光として波長が１００ｎｍ以下のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light）を使用するＥＵＶ露光装置、又は露光ビームとして電子ビームを用いる電子ビーム露光装置を使用する場合にも上述の実施形態が適用できる。

また、上記の各実施形態においては、光源部２２からの光を偏光子２６で直線偏光に変換した直線偏光光をウェハへ照明しているが、ウェハを照明する光は直線偏光光でなくてもよい（図１（ａ）参照）。例えば、ウェハを円偏光の光で照明してもよい。この場合、例えば、偏光子２６に加えて１／４波長板を設けることにより、光源部２２からの光を偏光子２６と１／４波長板で円偏光光に変換してウェハへ照明する。また、ウェハを円偏光以外の楕円偏光で照明してもよい。光源部２２からの光を直線偏光や楕円偏光（円偏光を含む楕円偏光）に変換する構成は、上記以外にも公知の構成を適用することができる。また、光源部２２として、メタルハライドランプや水銀ランプ等の非偏光光を射出する光源以外にも、直線偏光光や楕円偏光光を射出する光源を利用することもできる。この場合、偏光子２６を省略することができる。

また、上記の各実施形態において、１／４波長板３３は、受光系３０の受光側凹面鏡３１で反射された光の光路上に配置されているが、この配置に限定されない。例えば、１／４波長板３３は照明系２０に配置させてもよい。具体的には、照明系２０において、導光ファイバ２４からの光が偏光子２６を通過した光の光路上に１／４波長板３３を配置してもよい。この場合、１／４波長板３３は、偏光子２６と照明側凹面鏡２５との間の光路上に配置される。

また、上記の各実施形態では、評価装置１はデバイス製造システムＤＭＳの一部であるが、評価装置１は単体で例えばウェハに形成されたパターンからその加工条件を評価するために使用してもよい。
また、図１３に示すように、半導体デバイス（図示せず）は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程（ステップ２２１）、この設計工程に基づいたマスク（レチクル）を製作するマスク製作工程（ステップ２２２）、シリコン材料等からウェハ用の基板を製造する基板製造工程（ステップ２２３）、デバイス製造システムＤＭＳ又はこれを用いたパターン形成方法によりウェハにパターンを形成する基板処理工程（ステップ２２４）、デバイスの組み立てを行うダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等を含む組立工程（ステップ２２５）、並びにデバイスの検査を行う検査工程（ステップ２２６）等を経て製造される。その基板処理工程（ステップ２２４）では、コータ・デベロッパ２００によってウェハにレジストを塗布する工程、露光装置１００によりマスクのパターンをウェハに露光する露光工程、及びコータ・デベロッパ２００によってウェハを現像する現像工程を含むリソグラフィ工程、並びに評価装置１によりウェハからの光を用いて膜厚条件及び／又は露光条件等の加工条件を評価する評価工程（検査工程）が実行される。

このようなデバイス製造方法において、前述の評価装置１を用いてその加工条件を評価し、この評価結果に基づいて例えばその加工条件を補正することによって、最終的に製造される半導体の歩留まりを向上できる。
なお、本実施形態のデバイス製造方法では、特に半導体デバイスの製造方法について説明したが、本実施形態のデバイス製造方法は、半導体材料を使用したデバイスの他、例えば液晶パネルや磁気ディスクなどの半導体材料以外の材料を使用したデバイスの製造にも適用することができる。

なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した検査装置や検査方法などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

ＤＭＳ…デバイス製造システム、１…評価装置、５…ステージ、１０…ウェハ、１０ａ…条件振りウェハ、１２…繰り返しパターン、１２ａ…ホールパターン、２０…照明系、３０…受光系、３５…撮像部、４０…画像処理部、５０…演算部、６０…検査部、８５…記憶部、１００…露光装置、２００…コータ・デベロッパ

Claims (20)

1. 所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価方法において、
   表面に前記評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に偏光光を照射することと、
   前記偏光光の照射により前記表面から射出した回折光を受光し、受光された前記回折光の偏光状態を規定する量を検出することと、
   検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価することと、
   を含む評価方法。
2. 前記加工条件は第１加工条件及び第２加工条件を含む請求項１に記載の評価方法。
3. 前記表面に形成された前記評価対象パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成、露光装置による露光、及びエッチング装置によるエッチングを含むリソグラフィ工程を経て形成され、
   前記第１加工条件及び前記第２加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置における露光量及びフォーカス状態、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうちの２つの条件である請求項２に記載の評価方法。
4. 前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価することは、
   既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板から射出した回折光の偏光の状態を規定する量と既知の前記加工条件との関係の情報を含む参照データと、前記評価対象基板から射出した前記回折光の前記偏光状態を規定する量とに基づいて、前記評価対象パターンの前記加工条件を評価することを含む請求項２又は３に記載の評価方法。
5. 前記参照データを記憶することを含む請求項４に記載の評価方法。
6. 既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板を偏光光で照明して、該基板の表面から射出した回折光から検出した該回折光の偏光の状態を規定する量に基づいて前記参照データを求めることを含む請求項４又は５に記載の評価方法。
7. 前記評価対象基板の表面に前記偏光光を照射する際の照明条件及び前記表面から射出した前記回折光を受光する際の受光条件の少なくとも一方を含む複数の評価条件のうち、
   前記第１加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第２加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる第１評価条件と、
   前記第２加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第１加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる第２評価条件と、を求めておくことを含み、
   前記第１評価条件及び前記第２評価条件のもとで、それぞれ前記回折光の偏光状態を規定する量を検出する請求項２〜６のいずれか一項に記載の評価方法。
8. 前記複数の評価条件は、それぞれ
   前記評価対象基板の前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記評価対象パターンの周期方向との第１相対角度、前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した前記回折光のうち検出対象の偏光成分の偏光方向との第２相対角度、前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記偏光光の波長、及び前記表面から射出した前記回折光の次数のうち少なくとも一つの値を含む請求項７に記載の評価方法。
9. 前記回折光の前記偏光状態を規定する量は、ストークスパラメータ又はジョーンズベクトルの少なくとも一方を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の評価方法。
10. 基板の表面にパターンを形成することと、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の評価方法を用いて前記パターンを形成した際の加工条件を評価することと、
    前記評価方法の評価結果に応じて前記パターンを形成する際の前記加工条件を補正することと
    を含む半導体デバイス製造方法。
11. 所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価装置において、
    表面に前記評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に光を照射する照明部と、
    前記照明部からの前記光の照射により前記表面から射出した光を検出する検出部と、
    前記検出部で検出された光の状態に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価する評価部と、
    を備え、
    前記照明部は、前記表面に偏光光を照射し、
    前記検出部は、前記偏光光が照射された前記表面から射出した回折光を受光して、該回折光の偏光状態を規定する量を検出し、
    前記評価部は、前記検出部で検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価する評価装置。
12. 前記加工条件は第１加工条件及び第２加工条件を含む請求項１１に記載の評価装置。
13. 前記表面に形成された前記評価対象パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成、露光装置による露光、及びエッチング装置によるエッチングを含むリソグラフィ工程を経て形成され、
    前記第１加工条件及び前記第２加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置における露光量及びフォーカス状態、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうちの２つの条件である請求項１２に記載の評価装置。
14. 前記評価部は、
    既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板から射出した回折光の偏光の状態を規定する量と既知の前記加工条件との関係の情報を含む参照データと、前記評価対象基板から射出した前記回折光の前記偏光状態を規定する量とに基づいて、前記評価対象パターンの前記加工条件を評価する請求項１２又は１３に記載の評価装置。
15. 前記参照データを記憶する記憶部を備える請求項１４に記載の評価装置。
16. 前記評価部は、
    既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板を偏光光で照明して、該基板の表面から射出した回折光から検出した該回折光の偏光の状態を規定する量に基づいて前記参照データを求める請求項１４又は１５に記載の評価装置。
17. 前記評価部は、
    前記評価対象基板の表面に前記偏光光を照射する際の照明条件及び前記表面から射出した前記回折光を受光する際の受光条件の少なくとも一方を含む複数の装置条件のうち、
    前記第１加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第２加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる第１装置条件と、
    前記第２加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第１加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる第２装置条件と、を求めておき、
    前記検出部は、
    前記第１装置条件及び前記第２装置条件のもとで、それぞれ前記回折光の偏光状態を規定する量を検出する請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の評価装置。
18. 前記複数の装置条件は、それぞれ
    前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記パターンの周期方向との第１相対角度、前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した前記回折光のうち前記検出部で検出される偏光成分の偏光方向との第２相対角度、前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記照明部から照射される前記偏光光の波長、及び前記検出部で検出される前記回折光の次数のうち少なくとも一つの値を含む請求項１７に記載の評価装置。
19. 前記回折光の前記偏光状態を規定する量は、ストークスパラメータ又はジョーンズベクトルの少なくとも一方を含む請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の評価装置。
20. 基板の表面にパターンを形成する加工装置と、
    請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の評価装置と、を備え、
    前記評価装置の評価結果に応じて前記加工装置を調整する露光システム。
    

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