(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光光を照射する照明部と、
前記偏光光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち、所定の振動方向の偏光成分を抽出する検光子と、
前記検光子により抽出された前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された相異なる偏光成分に基づく複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置における露光量とフォーカスとを判別して評価する評価部とを備える評価装置。
【請求項２】
前記偏光光は直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向と、前記検光子で抽出する偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、
前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、
前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、前記繰り返しパターンを露光した露光装置の露光量とフォーカスとを判別して評価する請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記偏光光は直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、
前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、
前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、前記繰り返しパターンを露光した露光装置の露光量とフォーカスとを判別して評価する請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記基板の表面からの反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度＋第１の角度および９０度−第２の角度である、２つの角度条件となるように設定する請求項２に記載の評価装置。
【請求項５】
前記設定部は、前記基板の表面における前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向とのなす角度を、第１の角度および該第１の角度とは９０度異なる第２の角度である、２つの角度条件となるように設定する請求項３に記載の評価装置。
【請求項６】
前記撮像部は、前記設定部により設定された前記２つの角度条件において得られる相異なる偏光成分に基づく前記基板の像をそれぞれ撮像し、
前記評価部は、前記撮像部により撮像された２つの前記基板の画像における信号強度の差分に基づいて前記露光装置における露光量を検出し、前記撮像部により撮像された２つの前記基板の画像における信号強度の平均に基づいて前記露光装置におけるフォーカスを検出する請求項４または５に記載の評価装置。
【請求項７】
露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光光を照射する照明部と、
前記偏光光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち、所定の振動方向の偏光成分を抽出する検光子と、
前記検光子により抽出された前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された相異なる偏光成分に基づく複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する評価部とを備える評価装置。
【請求項８】
前記偏光光は直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向と、前記検光子で抽出する偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、
前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、
前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する請求項７に記載の評価装置。
【請求項９】
前記偏光光は直線偏光であり、
前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、
前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、
前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する請求項７または８に記載の評価装置。
【請求項１０】
前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記基板の表面からの反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度＋第１の角度および９０度−第２の角度である、２つの角度条件となるように設定する請求項８に記載の評価装置。
【請求項１１】
前記設定部は、前記基板の表面における直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向とのなす角度を、第１の角度および該第１の角度とは９０度異なる第２の角度である、２つの角度条件となるように設定する請求項９に記載の評価装置。
【請求項１２】
露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に直線偏光を照射するとともに、前記直線偏光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を抽出し、前記抽出した偏光成分に基づく前記基板の像を撮像して露光装置の露光量とフォーカスとを評価する評価方法であって、
前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件、もしくは、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する第１のステップと、
前記第１のステップで設定した、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件、もしくは、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件において、前記基板の表面に前記直線偏光を照射する第２のステップと、
前記複数の角度条件において、前記直線偏光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を抽出する第３のステップと、
前記複数の角度条件において、前記第３のステップで抽出した前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する第４のステップと、
前記複数の角度条件において前記第４のステップでそれぞれ撮像した複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量とフォーカスとを、もしくは露光装置における露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と露光装置におけるフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する第５のステップとを含む評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハや液晶基板等の表面に形成されたパターンを評価する評価装置および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの表面に形成されたパターンの良否を判断する方法として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察により、断面形状を計測する方法が種々提案されている。ＳＥＭによる断面形状の計測は、被検基板上のパターンに照射した電子線をパターンの断面方向に走査し、パターンからの反射電子や二次電子を検出、解析して、走査した部分の断面形状を求める方法で行われる。上記の操作をパターン上の何点かで行い、パターン全体の形状の良否を判断する。【０００３】
また、パターンの断面形状からパターンを形成した露光プロセスやエッチングのプロセスに不具合がないかどうかや、適切なプロセス条件が選択されているかの判断もなされる。例えば露光プロセスについては露光条件とパターンの断面形状との相関関係をあらかじめ求めておき、検査したパターンの断面形状から露光装置の露光条件の修正の可否を判断し、修正が必要な場合には前述の相関関係に基づいて適切な露光条件を求めている。また、エッチングのプロセスにおいては、ガス種、ガス圧、加速電圧等の条件と、パターンの断面形状との相関関係を予め求めておいて、同様の条件出しが行われる。【０００４】
上記の様にＳＥＭによる計測方法は、パターン上に電子線を照射して走査する作業を何回も繰り返し行う為、パターンの形状を求めるのに膨大な時間を要してしまう。また観察倍率が高いため、ウェハ上の全てのパターン形状を求めるのは困難であり、何点かをサンプリングしてウェハ全体の良否を判断する。その結果、サンプリングされたパターン以外の部分に欠陥があっても見逃されてしまう。また、レジストパターンでは、電子線を照射すると加速電圧によって電子線がレジストに吸収、チャージされてパターンの目減りが起こる。場合によっては放電が発生してパターンが倒れてしまい、その後の工程で不都合が生じる為、加速電圧や観察倍率を色々と変えながら最適な観察条件をも求める。それ故、さらに計測に時間を要する。【０００５】
ＳＥＭによる断面形状の計測では、こうした見逃しによって露光装置やエッチャーの不具合を十分に把握出来ないという問題が生じる。また、計測に膨大な時間を要するため、計測結果によって得られた露光装置やエッチャーの不具合を迅速にそれらの装置に反映できない問題も生じる。さらに、露光装置の不良解析として、ドーズ不良（露光量不良）とフォーカス不良の判別が実パターンではできないという問題がある。ＳＥＭ計測においては、ラインの幅（ＣＤ値）を求めることはできるが、断面形状の計測はできないことから、ウェハを割って計測することが行われている。【０００６】
このような問題を解決するため、レジストパターン、エッチング後のパターンに関わらず、被検基板上のパターン形状の良否を短時間で判別することができる表面検査装置および表面検査方法が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。この表面検査装置は、被検基板に形成された周期性を有するレジストパターンの繰り返し方向に対して直線偏光の振動方向を斜めに設定して照明し、被検基板からの正反射光のうち、照明する直線偏光の振動面に垂直な振動面を有する偏光成分を抽出するために検像形成手段を用いて撮像することにより、被検基板上のパターン形状の良否を短時間に処理可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１３５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のような方法においても、ドーズ不良とフォーカス不良の判別ができず、パターンの異常の原因を特定することができなかった。【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価装置および評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的達成のため、第１の発明に係る評価装置は、露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光光を照射する照明部と、前記偏光光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち、所定の振動方向の偏光成分を抽出する検光子と、前記検光子により抽出された前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された相異なる偏光成分に基づく複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置における露光量とフォーカスとを判別して評価する評価部とを備えている。
【００１１】
なお、上述の評価装置において、前記偏光光は直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向と、前記検光子で抽出する偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、前記繰り返しパターンを露光した露光装置の露光量とフォーカスとを判別して評価するようにしてもよい。
【００１２】
また、上述の評価装置において、前記偏光光は直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、前記繰り返しパターンを露光した露光装置の露光量とフォーカスとを判別して評価するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記基板の表面からの反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度＋第１の角度および９０度−第２の角度である、２つの角度条件となるように設定してもよい。
また、前記設定部は、前記基板の表面における前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向とのなす角度を、第１の角度および該第１の角度とは９０度異なる第２の角度である、２つの角度条件となるように設定してもよい。
【００１４】
また、上述の評価装置において、前記撮像部は、前記設定部により設定された前記２つの角度条件において得られる相異なる偏光成分に基づく前記基板の像をそれぞれ撮像し、前記評価部は、前記撮像部により撮像された２つの前記基板の画像における信号強度の差分に基づいて前記露光装置における露光量を検出し、前記撮像部により撮像された２つの前記基板の画像における信号強度の平均に基づいて前記露光装置におけるフォーカスを検出するようにしてもよい。
【００１５】
また、第２の発明に係る評価装置は、露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光光を照射する照明部と、前記偏光光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち、所定の振動方向の偏光成分を抽出する検光子と、前記検光子により抽出された前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された相異なる偏光成分に基づく複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する評価部とを備えている。
【００１６】
なお、上述の評価装置において、前記偏光光は直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向と、前記検光子で抽出する偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価するようにしてもよい。
【００１７】
また、上述の評価装置において、前記偏光光は直線偏光であり、前記直線偏光の振動方向と、前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する設定部を備え、前記撮像部は、前記設定部により設定された、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件における複数の前記基板の像を撮像し、前記評価部は、前記撮像部により撮像された複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と、露光装置のフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価するようにしてもよい。
【００１８】
また、前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記基板の表面からの反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度＋第１の角度および９０度−第２の角度である、２つの角度条件となるように設定してもよい。
また、前記設定部は、前記基板の表面における直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向とのなす角度を、第１の角度および該第１の角度とは９０度異なる第２の角度である、２つの角度条件となるように設定してもよい。
【００１９】
また、本発明に係る評価方法は、露光装置による露光を経て形成された所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に直線偏光を照射するとともに、前記直線偏光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を抽出し、前記抽出した偏光成分に基づく前記基板の像を撮像して露光装置の露光量とフォーカスとを評価する評価方法であって、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件、もしくは、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の角度条件を設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の複数の角度条件、もしくは、前記直線偏光の振動方向と前記繰り返しパターンの繰り返し方向との間の複数の角度条件において、前記基板の表面に前記直線偏光を照射する第２のステップと、前記複数の角度条件において、前記直線偏光が照射された前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を抽出する第３のステップと、前記複数の角度条件において、前記第３のステップで抽出した前記偏光成分に基づく前記基板の像を撮像する第４のステップと、前記複数の角度条件において前記第４のステップでそれぞれ撮像した複数の前記基板の画像に基づいて、露光装置の露光量とフォーカスとを、もしくは露光装置における露光量に起因する前記繰り返しパターンの形状と露光装置におけるフォーカスに起因する前記繰り返しパターンの形状とを判別して評価する第５のステップとを含んでいる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、繰り返しパターンの異常の原因を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】評価装置の全体構成を示す図である。
【図２】半導体ウェハの表面の外観図である。
【図３】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図４】直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図５】直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図６】レシピ作成方法を示すフローチャートである。
【図７】パターンの評価方法を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）はドーズ輝度変化と線幅変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）はドーズ輝度変化と露光エネルギー量との関係を示すグラフである。
【図９】（ａ）および（ｂ）は条件振りウェハの各ショットから反射された楕円偏光の偏光状態を示す図であり、（ｃ）は直線偏光の偏光状態を示す図である。
【図１０】差分画像におけるショット毎の平均輝度とドーズ量変化との関係を示す図である。
【図１１】平均画像におけるショット毎の平均輝度とフォーカス変化との関係を示す図である。
【図１２】線幅変化とドーズ量変化との関係を示すグラフである。
【図１３】ＬＥＲとフォーカス変化との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の評価装置１は、図１に示すように、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）を支持するステージ２０と、アライメント系２５と、照明系３０と、受光系４０とを備えて構成されている。また、評価装置１は、受光系４０で撮像された画像の画像処理を行う画像処理部５０と、受光系４０で撮像された画像や画像処理部５０による画像処理結果を表示するモニタ５５とを備えている。ウェハ１０は、露光装置による最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ２０に吸着保持される。
【００２３】
ウェハ１０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域１１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図３に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。
【００２４】
ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光ドーズ量が適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。
【００２５】
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におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の形状評価を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光ドーズ量の適正状態からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
【００２６】
また、本実施形態においては、繰り返しパターン１２に対する照明光（後述）の波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さいものとする。例えば、ハーフピッチ７０ｎｍのパターンにＨ線（波長λ＝４０５ｎｍ）の照明光を用いると、ピッチは照明光の波長の１／２以下であり回折光が発生することはない。このように、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の形状評価を回折光により行うことはできない。
【００２７】
評価装置１のステージ２０は、ウェハ１０を上面で支持して、例えば真空吸着により固定保持する。さらに、ステージ２０は、上面の中心における法線Ａ１を中心軸として回転可能である。この回転機構によって、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることができる。なお、ステージ２０は、上面が水平面であり、ウェハ１０を常に水平な状態に保つことができる。
【００２８】
アライメント系２５は、ステージ２０が回転しているときに、ウェハ１０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ２０を停止させる。その結果、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、後述の照明光の入射面Ａ２（図４を参照）に対して、４５度の角度に傾けて設定することができる。なお、角度は４５度に限らず、２２．５度や６７．５度など任意角度方向に設定可能である。
【００２９】
照明系３０は、光源３１と、偏光子３２と、照明レンズ３３とを有して構成された偏心光学系であり、ステージ２０上のウェハ１０の繰り返しパターン１２を直線偏光Ｌ１（第１の直線偏光）により照明する。この直線偏光Ｌ１が、繰り返しパターン１２に対する照明光である。直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面全体に照射される。
【００３０】
直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、ステージ２０の中心を通り、ステージ２０の法線Ａ１に対して所定の角度θだけ傾けられている。ちなみに、直線偏光Ｌ１の進行方向を含み、ステージ２０の法線Ａ１に平行な平面が、直線偏光Ｌ１の入射面である。図４の入射面Ａ２は、ウェハ１０の中心における入射面である。
【００３１】
また、本実施形態では、直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。直線偏光Ｌ１の振動面は、偏光子３２の透過軸により規定される。
【００３２】
なお、照明系３０の光源３１は、安価な放電光源又はＬＥＤである。偏光子３２は、光源３１の射出端近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じて光源３１からの光を直線偏光Ｌ１にする。照明レンズ３３は、光源３１の射出端と略一致し、後側焦点がウェハ１０の表面と略一致するように配置され、偏光子３２からの光をウェハ１０の表面に導く。すなわち照明系３０は、ウェハ１０側に対してテレセントリックな光学系である。
【００３３】
上記の照明系３０において、光源３１からの光は、偏光子３２および照明レンズ３３を介しｐ偏光の直線偏光Ｌ１となって、ウェハ１０の表面全体に入射する。ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、平行光束のため互いに同じであり、光軸と法線Ａ１とのなす角度θに相当する。
【００３４】
本実施形態では、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図４に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５におけるＶ方向）と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。
【００３５】
言い換えると、直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５におけるＶ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。
【００３６】
このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、図５の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２による偏光状態の変化を最大とするためである。
【００３７】
そして、上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して入射方向とは反対側に角度θ（直線偏光Ｌ１の入射角度θに等しい角度）だけ傾いた方向である。なお、上述の通り、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と比較して十分短いため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはない。
【００３８】
さて、受光系４０は、図１に示すように、受光レンズ４１と、検光子４２と、回転駆動装置４３と、撮像カメラ４４とを有して構成され、その光軸が、ステージ２０の中心を通り、かつ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度θだけ傾くように配設される。受光レンズ４１は、楕円偏光Ｌ２を撮像カメラ４４の撮像面に集光する。
【００３９】
検光子４２は、回転駆動装置４３を用いて受光系４０の光軸を中心に透過軸の方位（偏光方向）を回転可能に構成されており、検光子４２の透過軸の方位は、上述した偏光子３２の透過軸に対して９０度前後の傾斜角度で傾くように設定される。すなわち、クロスニコル状態を意図的にくずすことを可能にしている。そして、楕円偏光Ｌ２が検光子４２を透過すると、ウェハ１０表面からの正反射光である楕円偏光Ｌ２のうち、直線偏光Ｌ１の振動方向に対し振動方向が略直角な偏光成分である第２の直線偏光Ｌ３が撮像カメラ４４の撮像面に集光される。その結果、撮像カメラ４４の撮像面には、第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の正反射像が形成される。
【００４０】
撮像カメラ４４は、不図示のＣＣＤ撮像素子を有するＣＣＤカメラであり、撮像面に形成されたウェハ１０の正反射像を光電変換して、画像信号を画像処理部５０に出力する。ウェハ１０の正反射像の明暗は、直線偏光Ｌ３の光強度に略比例し、繰り返しパターン１２の形状に応じて変化する。ウェハ１０の正反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン１２が理想的な形状の場合である。なお、ウェハ１０の正反射像の明暗は、ショット領域ごとに現れる。
【００４１】
画像処理部５０は、撮像カメラ４４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（正反射像）の画像を所定のビット（例えば８ビット）のデジタル画像に変換する。また、画像処理部５０は、ウェハ１０の画像に所定の画像処理を行って、繰り返しパターン１２の形状を評価する。そして、画像処理部５０による繰り返しパターン１２の評価結果および、そのときのウェハ１０の画像がモニタ５５で出力表示される。
【００４２】
本実施形態の評価装置１を用いた繰り返しパターン１２の評価方法について、図６および図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、繰り返しパターン１２の評価を行う前に、レシピ作成作業を実施する（図６を参照）。これは、繰り返しパターン１２の評価において、最適な評価を実施するための条件を決める必要があるからである。そこでまず、予め露光機のフォーカス量（適正合焦状態からの合焦位置のずれ量）およびドーズ量（露光量）をショット毎に振った（変化させた）条件で露光し、現像したウェハをステージ２０へ搬送する（ステップＳ１０１）。
【００４３】
このような条件振りウェハ（図示せず）は、基準となる最適なフォーカス量およびドーズ量によるベストショット（良品ショット）が存在するように作成する。この際、条件振りウェハに限らず、不作為による欠陥が存在するウェハでもよい。条件振りウェハの搬送後、繰り返しパターンの繰り返し方向が照明方向（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度だけ傾くようにアライメントを行う。なお、アライメントの角度は４５度に限らず、６７．５度あるいは２２．５度であってもよい。
【００４４】
前述したように、検光子４２は、回転駆動装置４３を用いて透過軸の方位（偏光方向）を回転可能に構成されており、条件振りウェハ（図示せず）の搬送およびアライメントを行った後、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度＋３度（９３度）の傾斜角度となるように検光子４２を回転させる（ステップＳ１０２）。このとき、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度＋３度（９３度）に設定される。
【００４５】
次に、条件振りウェハ（図示せず）の表面に直線偏光Ｌ１を照射し、条件振りウェハの表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）を検光子４２を介して撮像カメラ４４で検出し撮像する（ステップＳ１０３）。このとき、光源３１からの光が偏光子３２および照明レンズ３３を介し直線偏光Ｌ１となって、条件振りウェハの表面に照射される。そして、条件振りウェハの表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）が受光レンズ４１により集光され、検光子４２で第２の直線偏光Ｌ３が抽出されて撮像カメラ４４の撮像面上に結像され、撮像カメラ４４は、撮像面上に形成された第２の直線偏光Ｌ３による条件振りウェハの正反射像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部５０に出力する。
【００４６】
第２の直線偏光Ｌ３による条件振りウェハの画像信号が画像処理部５０に入力されると、画像処理部５０の内部メモリ（図示せず）に記憶される（ステップＳ１０４）。
【００４７】
次に、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子４２を回転させて、それぞれの条件で、条件振りウェハの正反射像を撮像したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。判定がＮｏである場合、ステップＳ１０６へ進み、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度−３度（８７度）の傾斜角度となるように検光子４２を回転させてから、ステップＳ１０３の撮像およびステップＳ１０４の画像記憶を繰り返し、ステップＳ１０５へ戻る。このとき、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度−３度（８７度）に設定される。
【００４８】
またこのとき、撮像される基準ショット（ベスト良品ショット）部の明るさは、検光子４２の状態に拘わらず一定にすることが必要となる。そのため、検光子４２の設定が終わった後に初期値の照明強度でウェハを撮像し画像処理部５０に送り、画像処理部５０では基準ショット（ベスト良品ショット）部の輝度を例えば２５６階調で求める。基準ショット（ベスト良品ショット）部の輝度が１２０階調（２５６階調中の）であればその照明強度を検光子４２の状態の照明強度として記憶する。また、得られた画像中の基準ショット（ベスト良品ショット）部の輝度が１２０階調となっていない場合には、照明強度を図示しないＮＤフィルター等で調整して基準ショット（ベスト良品ショット）部の輝度が１２０階調となる条件を求め、得られた照明強度条件を検光子４２の状態と対応付けて記憶している。このように、撮像した画像から基準ショット（ベスト良品ショット）位置の輝度を計算し、一定の輝度になるように毎回照明光量を調整している。これにより、基準ショットが同一輝度値で検光子４２の透過軸の方位が異なる２枚の画像が記憶される。
【００４９】
一方、ステップＳ１０５における判定がＹｅｓである場合、ステップＳ１０７へ進み、条件振りウェハ（図示せず）を回収する。なお、検光子４２の回転角度範囲は、大きい方が不良ショットでの輝度変化量が大きい一方、ノイズ成分（偏光変化量以外）が大きくなることから、±３度〜±５度の範囲が望ましい。
【００５０】
条件振りウェハを回収すると、画像処理部５０は、前のステップで撮像取得した２枚の画像を内部メモリから読み出し（ステップＳ１０８）、読み出した２枚の画像における信号強度の差分および平均に基づく画像（以下、差分画像および平均画像と称する）を画像処理により求める（ステップＳ１０９）。差分画像を求めるには、２枚の画像における信号強度の差分を画素単位で求め、画素単位で求めた差分値を信号強度として差分画像を生成する。平均画像を求めるには、２枚の画像における信号強度の平均を画素単位で求め、画素単位で求めた平均値を信号強度として平均画像を生成する。
【００５１】
差分画像および平均画像を求めると、求めた差分画像より、ドーズ量（露光量）を変化させたショット毎に輝度（信号強度）の平均値（すなわち、２枚の画像における信号強度（輝度）の差分の平均値）を算出し、ドーズ量の変化に起因するライン部２Ａの幅の変化（以下、線幅変化と称する）を求めるための係数Ｋを求める（ステップＳ１１０）。ここで、ドーズ量の変化に起因するドーズ輝度変化は、２枚の画像における信号強度（輝度）の差分と同等であり、検光子４２の回転角度範囲を±αとしたとき、次の（１）式または（２）式のように表すことができる。
【００５２】
ドーズ輝度変化＝（＋αの画像の輝度）−（−αの画像の輝度）…（１）
ドーズ輝度変化＝（−αの画像の輝度）−（＋αの画像の輝度）…（２）
【００５３】
また、線幅変化とドーズ輝度変化との間には、次の（３）式のような相関がある。
【００５４】
線幅変化＝Ｋ×ドーズ輝度変化  …（３）
【００５５】
そこで、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による計測もしくはスキャトロメトリーによる計測によって、ドーズ量を変化させたショット毎に線幅（ライン部２Ａの幅）を予め計測しておくことにより、信号強度（輝度）の差分（ドーズ輝度変化）と線幅の計測値から係数Ｋを求めることができる。そして、繰り返しパターン１２を評価する際、求めた係数Ｋを（３）式に用いるようにすれば、信号強度（輝度）の差分（ドーズ輝度変化）からドーズ量（露光量）の変化に起因する線幅変化（すなわち、繰り返しパターン１２の形状変化）を検出することができる。なお、ドーズ輝度変化と線幅変化との関係を、図８（ａ）に示す。
【００５６】
また、（４）式に示すような、ドーズ量（露光エネルギー量）と輝度変化（ドーズ輝度変化）との間の相関を用いることもできる。
【００５７】
露光エネルギー量＝Ｋ×ドーズ輝度変化  …（４）
【００５８】
この場合、露光装置（図示せず）の設定から、ショット毎のドーズ量（露光エネルギー量）を予め求めておくことにより、信号強度（輝度）の差分（ドーズ輝度変化）と露光エネルギー量から係数Ｋを求めることができる。そして、繰り返しパターン１２を評価する際、求めた係数Ｋを（４）式に用いるようにすれば、信号強度（輝度）の差分（ドーズ輝度変化）からドーズ量（露光量）の変化（すなわち、繰り返しパターン１２の形状変化）を検出することができる。なお、ドーズ輝度変化と露光エネルギー量との関係を、図８（ｂ）に示す。
【００５９】
次に、求めた平均画像より、フォーカスを変化させたショット毎に輝度（信号強度）の平均値（すなわち、２枚の画像における信号強度（輝度）の平均の平均値）を算出し、フォーカス変化量を求めるための係数ｇを求め、レシピ作成作業を終了する（ステップＳ１１１）。ここで、フォーカスのズレに起因する輝度変化（フォーカス輝度変化）は、次の（５）式のように表すことができる。
【００６０】
フォーカス輝度変化＝｛（＋αの画像の輝度）＋（−αの画像の輝度）｝
／２−ｆ（線幅変化）  …（５）
【００６１】
なお、ｆは、「線幅変化に応じた輝度変化」の関数である。また、「フォーカス変化量に応じたフォーカス輝度変化」の関数をｇとしたとき、フォーカス変化量とフォーカス輝度変化との間には、次の（６）式のような関係がある。
【００６２】
フォーカス変化量＝ｇ−１（フォーカス輝度変化）  …（６）
【００６３】
そこで、露光装置（図示せず）の設定から、ショット毎のフォーカス変化量（フォーカスオフセット値）を予め求めておくことにより、平均画像の信号強度（輝度）とフォーカス変化量から関数ｆおよび関数ｇを求めることができる。そして、繰り返しパターン１２を評価する際、求めた関数ｆを（５）式に用いるとともに、求めた関数ｇを（６）式に用いるようにすれば、平均画像の信号強度（輝度）からフォーカスの変化（すなわち、繰り返しパターン１２の形状変化）を検出することができる。
【００６４】
ここで、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出できる理由について説明する。図９は、条件振りウェハ（図示せず）の各ショットから反射された楕円偏光Ｌ２の偏光状態を示す図である。図９（ａ）の各ショットは露光量（ドーズ量）に意図的に過不足を持たせたもので、図９（ａ）の中央付近が適正露光量であり、図９（ａ）の左側は左方へ行くほど露光量が不足したショット、図９（ａ）の右側は右方へ行くほど露光量が過剰なショットの偏光状態である。図９（ｃ）に示すような直線偏光Ｌ１によって構造性複屈折を有するパターンを照明すると、反射光は一般に傾きをもった楕円偏光Ｌ２となる。この図９（ａ）から、露光量を変化させると、楕円偏光Ｌ２の太り具合が変化するとともに、楕円の長軸の角度と長さが変化していることがわかる。図９（ｂ）の各ショットはフォーカスを意図的に変化させたもので、図９（ｂ）の中央付近が正常のフォーカスであり、図９（ｂ）の左側は左方へ行くほどフォーカスがマイナスとなるショット、図９（ｂ）の右側は右方へ行くほどフォーカスがプラスとなるショットの偏光状態である。この図９（ｂ）から、フォーカスを変化させると、楕円偏光Ｌ２の太り具合は変化しているが、楕円の長軸の角度と長さはほとんど変化していないことがわかる。
【００６５】
このため、前述のように、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子４２を回転させて、それぞれの条件で撮像した２枚のウェハの画像を比較すると、フォーカス不良があっても２枚の画像（ショット）の明るさには変化がないか、もしくは非常に少なく、ドーズ不良がある場合は２枚の画像（ショット）の明るさが変化することになる。なお、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度±３度以外の傾斜角度（例えば、±１度や±２度）となるように検光子４２を回転させても、図１０および図１１に示すように、フォーカス不良があっても２枚の画像（ショット）の明るさには変化がないか、もしくは非常に少なく、ドーズ不良がある場合は２枚の画像（ショット）の明るさが変化することがわかる。
【００６６】
また、ドーズ不良やフォーカス不良のない良品ショットでも、図９に示すように楕円偏光Ｌ２の長軸が傾いているため、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子４２を回転させて、それぞれの条件で撮像した２枚のウェハの画像を比較すると、各良品ショットで明るさが変化すると思いがちである。しかしながら、本実施形態においては、良品ショット（前述の基準ショット）の場合に一定の輝度になるように検光子４２の状態に応じて照明光量を調整しているため、良品ショットでは２つの画像において明るさが同じになる。
【００６７】
このようにしてレシピを作成（係数Ｋや関数ｆおよび関数ｇを決定）した後、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターン１２の評価を行う（図７を参照）。繰り返しパターン１２の評価を行うには、まず、評価対象となるウェハ１０をステージ２０へ搬送する（ステップＳ２０１）。ウェハ１０の搬送後、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が照明方向（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度だけ傾くようにアライメントを行う。なお、レシピ作成時に、アライメントの角度を６７．５度あるいは２２．５度にした場合には、その角度に合わせる。
【００６８】
ウェハ１０の搬送およびアライメントを行った後、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度＋３度（９３度）の傾斜角度となるように検光子４２を回転させる（ステップＳ２０２）。このとき、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度＋３度（９３度）に設定される。
【００６９】
次に、良品ショット（前述の基準ショット）の場合に一定の輝度となるように検光子４２の状態に応じて照明光量を調整して、ウェハ１０の表面に直線偏光Ｌ１を照射し、ウェハ１０の表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）を検光子４２を介して撮像カメラ４４で検出し撮像する（ステップＳ２０３）。このとき、光源３１からの光が偏光子３２および照明レンズ３３を介し直線偏光Ｌ１となって、ウェハ１０の表面に照射される。そして、ウェハ１０の表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）が受光レンズ４１により集光され、検光子４２で第２の直線偏光Ｌ３が抽出されて撮像カメラ４４の撮像面上に結像され、撮像カメラ４４は、撮像面上に形成された第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の正反射像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部５０に出力する。
【００７０】
第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の画像信号が画像処理部５０に入力されると、画像処理部５０の内部メモリ（図示せず）に記憶される（ステップＳ２０４）。
【００７１】
次に、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子４２を回転させて、それぞれの条件で、ウェハ１０の正反射像を撮像したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。判定がＮｏである場合、ステップＳ２０６へ進み、検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度−３度（８７度）の傾斜角度となるように検光子４２を回転させてから、ステップＳ２０３の撮像およびステップＳ２０４の画像記憶を繰り返し、ステップＳ２０５へ戻る。このとき、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度−３度（８７度）に設定される。
【００７２】
またこのとき、前述したように、良品ショットの輝度が一定の輝度になるように毎回照明光量を調整している。これにより、基準ショットが同一輝度値で検光子４２の透過軸の方位が異なる２枚の画像が記憶される。
【００７３】
一方、ステップＳ２０５における判定がＹｅｓである場合、ステップＳ２０７へ進み、ウェハ１０を回収する。ウェハ１０を回収すると、画像処理部５０は、前のステップで撮像取得した２枚の画像を内部メモリから読み出し（ステップＳ２０８）、読み出した２枚の画像における信号強度の差分および平均に基づく画像（すなわち、差分画像および平均画像）を画像処理により求める（ステップＳ２０９）。差分画像および平均画像は、レシピ作成時に説明した場合と同様にして求める。
【００７４】
差分画像および平均画像を求めると、求めた差分画像より、ショット毎に輝度（信号強度）の平均値（すなわち、２枚の画像における信号強度（輝度）の差分の平均値）を算出し、算出した平均値から、前述の（３）式または（４）式を用いて、ドーズ量（露光量）の変化に起因する線幅変化またはドーズ量の適正値からの変化量（すなわち、繰り返しパターン１２の形状変化）をショット毎に求める（ステップＳ２１０）。このようにして求めた線幅変化またはドーズ量の変化は、２枚のウェハ１０の画像や差分画像とともにモニタ５５に表示され、線幅変化またはドーズ量の変化が所定の閾値を超えた場合には、ドーズ不良としてその旨が報知される。
【００７５】
次に、求めた平均画像より、ショット毎に輝度（信号強度）の平均値（すなわち、２枚の画像における信号強度（輝度）の平均の平均値）を算出し、算出した平均値から、前述の（５）式および（６）式を用いて、フォーカスの適正値からの変化量または後述するＬＥＲ（すなわち、繰り返しパターン１２の形状変化）をショット毎に求め、繰り返しパターン１２の評価を終了する（ステップＳ２１１）。このようにして求めたフォーカスの変化は、平均画像とともにモニタ５５に表示され、フォーカスの変化が所定の閾値を超えた場合には、フォーカス不良としてその旨が報知される。
【００７６】
ここで、図１２に、２枚の画像における信号強度の差分から（３）式を用いて求めた線幅変化と、ＳＥＭ（走査型顕微鏡）により計測した線幅変化との相関を示すデータの一例を示す。この図１２から、ドーズ量の変化に対する線幅変化について、本実施形態による算出値とＳＥＭによる計測値との間で高い相関が得られたことがわかる。また、図１３に、２枚の画像における信号強度の平均から（６）式等を利用して求めたＬＥＲ（Line
Edge Roughness）と、ＳＥＭにより計測したＬＥＲとの相関を示すデータの一例を示す。この図１３から、フォーカスの変化に対するＬＥＲの変化について、本実施形態による算出値とＳＥＭによる計測値との間で高い相関が得られたことがわかる。ここで、ＬＥＲとは、パターンの壁面に出来た凹凸の大きさを表す値である。
【００７７】
このように、本実施形態の評価装置１および方法によれば、直線偏光Ｌ１の振動方向と第２の直線偏光Ｌ３の振動方向との間の角度条件を変えて撮像した２枚のウェハ１０の画像に基づいて、繰り返しパターン１２の形状を評価することで、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することができ、繰り返しパターン１２の異常の原因を推定（特定）することが可能になる。また、回折光が発生しないような例えば、Ｈ線（波長λ＝４０５ｎｍ）の光を用いてハーフピッチ４０ｎｍ台や３０ｎｍ台のパターンの異常を、ドーズ不良とフォーカス不良とに分けて検出することができる。
【００７８】
このとき、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度を、９０度±３度になるように設定することで、高い感度で繰り返しパターン１２の状態（形状）を評価することが可能になる。
【００７９】
またこのとき、２枚のウェハ１０の画像における信号強度（輝度）の差分に基づいて、露光装置におけるドーズ量（露光量）の変化に起因する繰り返しパターン１２の形状変化（線幅変化またはドーズ量の変化）を検出し、２枚のウェハ１０の画像における信号強度（輝度）の平均に基づいて、露光装置におけるフォーカスのズレに起因する繰り返しパターン１２の形状変化（ＬＥＲまたはフォーカスの変化）を検出することで、確実にドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することができる。なお、フォーカスの変化量を求める際にドーズ量の影響を加味してもよい。
【００８０】
また、繰り返しパターン１２が正常（良品ショット）である場合に２枚のウェハ１０の画像における繰り返しパターン１２の明るさがそれぞれ同じになるように、直線偏光Ｌ１を照射することで、正常の繰り返しパターン１２（良品ショット）の明るさが一定となるため、繰り返しパターン１２の異常（ドーズ不良およびフォーカス不良）の誤検出を防止することができる。
【００８１】
なお、上述の実施形態において、直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における振動方向と、第２の直線偏光Ｌ３の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度を、９０度±３度になるように設定しているが、これに限られるものではない。例えば、検光子４２を回転させずにステージ２０を回転させて、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動方向と、繰り返しパターン１２の繰り返し方向とのなす角度を、互いに９０度だけ異なるように（例えば、本実施形態の場合、４５度と１３５度に）設定し、それぞれの条件で２枚のウェハ１０の画像を取得するようにしてもよい。このようにすれば、直線偏光Ｌ１に対して繰り返しパターン１２（ウェハ１０）を９０度回転させた場合、図１０および図１１に示すグラフ（平均輝度）の位置関係が上下で入れ替わるため、上述の実施形態の場合と同様にして差分画像および平均画像を求めて繰り返しパターン１２を評価することで、上述の場合と同様の効果を得ることができる。なおこのとき、偏光子３２および検光子４２については、クロスニコル状態（検光子４２の透過軸の方位が偏光子３２の透過軸に対して９０度の傾斜した状態）であることが好ましい。
【００８２】
また、上述の実施形態では、ウェハ１０にポジ型のレジストを用いる場合について説明したが、これに限られるものではなく、ネガタイプのレジストを用いる場合であっても傾向は逆になるが同様に適用することができる。また、照明系と受光系との少なくとも一方に、軸外しした楕円鏡を用いてもよい（例えば、特開２００６−１３５２１１号公報の楕円鏡を参照）。また、上述の実施形態において、平均画像に基づいて、フォーカスの変化（繰り返しパターン１２の形状変化）を求めているが、これに限られるものではなく、この平均画像はクロスニコル状態でのウェハ１０の画像と同等であるため、クロスニコル状態でのウェハ１０の画像から、フォーカスの変化（繰り返しパターン１２の形状変化）を求めるようにしてもよい。
【００８３】
また、上述の実施形態において、検光子４２は、回転駆動装置４３を用いて受光系４０の光軸を中心に透過軸の方位を回転可能に構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、受光レンズ４１と検光子４２との間に１／２λ板を配置し、１／２λ板の遅相軸の方位を受光系４０の光軸を中心に回転させるようにしてもよい。
【００８４】
また、上述の実施形態において、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターン１２を評価しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板上に形成されたパターンを評価することも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１  評価装置
１０  ウェハ（基板）                    １２  繰り返しパターン
３０  照明系（照明部）
４０  受光系                            ４２  検光子
４３  回転駆動装置（設定部）            ４４  撮像カメラ（撮像部）
５０  画像処理部（評価部）
Ｌ１  第１の直線偏光                    Ｌ２  楕円偏光
Ｌ３  第２の直線偏光（偏光成分）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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