(57)【要約】【課題】ある加工条件のもとでの加工により基板に形成されたパターンのその加工条件を効率的に評価する。【解決手段】デバイス製造方法は、露光装置における露光工程及びコータ・デベロッパにおける現像工程を含む加工工程を経て、ウェハの表面にパターンを形成し（ステップ１４０）、そのウェハの表面を照明し、そのウェハの表面から射出した光を受光し（ステップ１４４）、受光した光に基づいて、そのパターンの露光条件を算出し（ステップ１４８，１５２）、算出したそのパターンのその露光条件と、露光工程におけるパターンの露光条件の良否を規定する良品範囲マップとを比較し、そのパターンの露光条件の良否を判定する（ステップ１５４）。【選択図】図１７
2014220290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工装置による加工工程を経て、基板の表面にパターンを形成し、
前記基板の表面を照明し、
前記基板の表面から射出した光を受光し、
受光した光に基づいて、前記パターンの加工条件を算出し、
算出した前記パターンの前記加工条件と、加工工程におけるパターンの加工条件の良否を規定するデータとを比較し、
前記パターンの加工条件の良否を判定することを含むデバイス製造方法。
【請求項２】
前記加工装置は、露光装置を含み、
前記加工工程は、露光装置による露光工程を含み、
前記加工条件は、露光装置による露光の露光量及びフォーカスとの少なくとも一方である露光条件を含む請求項１に記載のデバイス製造方法。
【請求項３】
前記露光条件の良否を規定するデータは、露光装置による露光の露光量及びフォーカスの良否の範囲を規定するプロセスウィンドウを含む請求項２に記載のデバイス製造方法。
【請求項４】
前記加工装置は、エッチング装置を含み、
前記加工工程は、エッチング装置によるエッチング工程を含み、
前記加工条件は、エッチング装置によるエッチング条件を含む請求項１に記載のデバイス製造方法。
【請求項５】
前記パターンの加工条件の良否を判定した結果を加工装置と、複数の加工装置と通信可能な演算装置との少なくとも一方の装置に通知することを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項６】
通知された前記加工条件の良否を判定した結果に基づいて、加工装置の装置条件を調整する請求項５に記載のデバイス製造方法。
【請求項７】
算出した前記パターンの加工条件と、前記加工条件の良否を規定するデータのうちの最適条件とのずれ量を加工装置と、複数の加工装置と通信可能な演算装置に通知することを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項８】
前記パターンの加工条件の良否を判定して結果に基づいて、警告を発することを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項９】
算出した前記パターンの加工条件が、前記加工条件の良否を規定するデータにおける前記加工条件の不良品の範囲に含まれる場合、警告を発することを含む請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項１０】
前記基板の表面を偏光光で照明し、
前記基板の表面から射出した偏光光を受光し、
受光した偏光光の強度に基づいて、前記パターンの加工条件を算出する請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項１１】
前記基板の表面から射出した回折光を受光し、
受光した回折光の強度に基づいて、前記パターンの加工条件を算出する請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項１２】
前記基板の表面の全面を一括して照明し、
前記基板の表面から射出した光に基づいて、前記基板の表面の全面の像を撮像し、
撮像して取得した前記基板の表面の全面の画像の信号強度に基づいて、前記パターンの加工条件を算出する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項１３】
前記基板の表面の一部を照明し、
前記基板の表面から射出した光に基づいて、前記基板の表面の一部の像を撮像し、
前記基板の表面の一部を照明する光が前記基板の表面の全面に順次照射されるように、前記基板を照明する領域と前記基板とを相対移動し、
撮像して取得した前記基板の表面の画像の信号強度に基づいて、前記パターンの加工条件を算出する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス製造方法。
【請求項１４】
露光装置による露光工程を経て、表面に検査対象のパターンが形成された基板の該表面を照明し、
前記基板の表面から射出した光を受光し、
受光した光に基づいて、前記パターンの露光条件を算出し、
算出した前記パターンの前記露光条件と、該露光工程におけるパターンの露光条件の良否を規定するデータとを比較し、
前記パターンの露光条件の良否を判定することを含む評価方法。
【請求項１５】
前記露光条件は、露光装置による露光の露光量及びフォーカスである請求項１４に記載の評価方法。
【請求項１６】
前記露光条件の良否を規定するデータは、露光装置による露光の露光量及びフォーカスの良否の範囲を規定するプロセスウィンドウを含む請求項１４または１５に記載の評価方法。
【請求項１７】
加工装置による加工工程を経て、表面にパターンが形成された基板の該表面を照明する照明部と、
前記基板の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に基づいて前記パターンの加工条件を算出し、算出した加工条件と、加工工程におけるパターンの加工条件の良否を規定するデータとを比較し、前記パターンの加工条件の良否を判定する演算部と、
を備える評価装置。
【請求項１８】
前記加工装置は、露光装置を含み、
前記加工工程は、露光装置による露光工程を含み、
前記加工条件は、露光装置による露光の露光量及びフォーカスとの少なくとも一方である露光条件を含む、請求項１７に記載の評価装置。
【請求項１９】
前記加工条件の良否を規定するデータは、露光装置による露光の露光量及びフォーカスの良否の範囲を規定するプロセスウィンドウを含む請求項１７に記載の評価装置。
【請求項２０】
前記加工装置は、エッチング装置を含み、
前記加工工程は、エッチング装置によるエッチング工程を含み、
前記加工条件は、エッチング装置によるエッチング条件を含む請求項１７に記載の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面にパターンを形成する工程を含むデバイス製造方法、及び基板の表面に形成されたパターンの加工条件又は露光条件の良否を判定する評価技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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で使用されるスキャニングステッパー又はステッパー等の露光装置においては、露光量（いわゆる、ドーズ）、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）、及び露光波長等の複数の露光条件を高精度に管理する必要がある。そのためには、露光装置で基板を露光して、露光された基板に形成されるパターン等を用いて、その露光装置の実際の露光条件を高精度に検査する必要がある。
【０００３】
例えば露光装置のフォーカス位置の従来の検査方法として、主光線が傾斜した照明光でレチクル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検査する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１０００１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフォーカス位置の検査方法においては、検査のために露光及び現像の工程が必要であるため、計測時間が長くなっていた。
また、従来のフォーカス位置の検査方法では、専用の評価用のパターンを露光する必要があり、実デバイス用のパターンを露光する場合の評価が困難であった。
本発明の態様は、このような問題に鑑みてなされたものであり、所定の加工条件（例えば露光条件）のもとでの加工により基板に形成されたパターンの加工条件を効率的に評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、加工装置による加工工程を経て、基板の表面にパターンを形成し、その基板の表面を照明し、その基板の表面から射出した光を受光し、受光した光に基づいて、そのパターンの加工条件を算出し、算出したそのパターンのその加工条件と、加工工程におけるパターンの加工条件の良否を規定するデータとを比較し、そのパターンの加工条件の良否を判定することを含むデバイス製造方法が提供される。
【０００７】
また、第２の態様によれば、露光装置による露光工程を経て、表面に検査対象のパターンが形成された基板の該表面を照明し、その基板の表面から射出した光を受光し、受光した光に基づいて、そのパターンの露光条件を算出し、算出したそのパターンのその露光条件と、該露光工程におけるパターンの露光条件の良否を規定するデータとを比較し、そのパターンの露光条件の良否を判定することを含む評価方法が提供される。
【０００８】
また、第３の態様によれば、加工装置による加工工程を経て、表面にパターンが形成された基板の該表面を照明する照明部と、その基板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に基づいてそのパターンの加工条件を算出し、算出した加工条件と、加工工程におけるパターンの加工条件の良否を規定するデータとを比較し、そのパターンの加工条件の良否を判定する演算部と、を備える評価装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、ある加工条件又は露光条件のもとでの加工又は露光により基板に形成されたパターンのその加工条件又は露光条件を効率的に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は実施形態に係る評価装置の全体構成を示す図、（ｂ）はデバイス製造システムを示すブロック図である。
【図２】（ａ）は光路上に偏光フィルタが挿入された評価装置を示す図、（ｂ）は半導体ウェハの表面のパターンの一例を示す平面図、（ｃ）は条件振りウェハの一例を示す平面図である。
【図３】（ａ）は繰り返しパターンの凹凸構造を示す拡大斜視図、（ｂ）は直線偏光の入射面と繰り返しパターンの周期方向（又は繰り返し方向）との関係を示す図である。
【図４】評価条件を定める方法（評価条件出し）の一例を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）はウェハ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。
【図６】複数の回折条件で撮像されたウェハの像を示す図である。
【図７】（ａ）は複数のフォーカス変化曲線を示す図、（ｂ）は複数のドーズ変化曲線を示す図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ２つの回折条件で計測されたフォーカス変化曲線及びドーズ変化曲線を示す図である。
【図９】（ａ）はフォーカス位置の残差を示す図、（ｂ）は露光量の差分を示す図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ２つの回折条件で計測されたドーズ変化曲線及びフォーカス変化曲線を示す図である。
【図１１】（ａ）はウェハ面の露光量の分布の一例を示す図、（ｂ）はウェハ面のフォーカス値の分布の一例を示す図である。
【図１２】良品範囲マップの作成方法（条件出し）の一例を示すフローチャートである。
【図１３】第１のプロセスウィンドウを示す図である。
【図１４】第２のプロセスウィンドウを示す図である。
【図１５】第３のプロセスウィンドウを示す図、（ｂ）は第３の評価点のパターンの一例を示す拡大図である
【図１６】（ａ）は第１の実施形態の良品範囲マップの一例を示す図、（ｂ）は第２の実施形態の良品範囲マップの一例を示す図である。
【図１７】パターンの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。
【図１８】（ａ）はウェハの要部を示す拡大断面図、（ｂ）は後工程のウェハの要部を示す拡大断面図、（ｃ）はさらに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２つのスペーサ変化曲線及びその残差を示す図、（ｆ）は２つのエッチング変化曲線及びその差分を示す図である。
【図１９】第２の実施形態の評価条件出しの一例を示すフローチャートである。
【図２０】第２の実施形態におけるパターンの加工条件の評価方法の一例を示すフローチャートである。
【図２１】（ａ）は第３の実施形態の評価装置の構成を示す図、（ｂ）はその評価装置が装着される露光装置を示す図である。
【図２２】第３の実施形態の評価条件出しの一例を示すフローチャートである。
【図２３】第３の実施形態におけるパターンの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。
【図２４】半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［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１７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、半導体ウェハ（以下、ウェハと称する）の表面（以下、ウェハ面とも称する）に薄膜を形成する薄膜形成装置７００、ウェハ面に対するレジスト（すなわち、感光性材料）の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を露光する露光装置１００、並びに露光及び現像後にウェハ面に形成されるパターン（構造体）を用いてこのパターンの加工条件（例えば、露光装置１００における露光条件）を評価する評価装置１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。さらに、デバイス製造システムＤＭＳは、現像後のウェハを加工するエッチング装置３００、ウェハ面に形成されたパターンの線幅及び高さなどの形状に関する検査を行う走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）４００、これらの装置間でウェハを搬送する搬送系５００、及びこれらの装置間での制御情報の仲介及び加工条件の良否判定等を行うホストコンピュータ６００を備えている。
【００１２】
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、図１（ｂ）の搬送系５００によって搬送されてくるウェハ１０は、ステージ５の上面に載置され、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（つまり、水平面）において、図１（ａ）の紙面に平行な方向にＸ軸を取り、図１（ａ）の紙面に垂直な方向にＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸を含む面に垂直な方向にＺ軸を取って説明する。なお、後述の図２（ｂ）、（ｃ）では、ウェハ１０等の表面に平行な面において、直交する２つの軸をＸ軸及びＹ軸として、これらのＸ軸及びＹ軸を含む面に垂直な軸をＺ軸としている。図１（ａ）において、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（図１（ａ）のＹ軸と平行な）軸ＴＡ（以下、チルト軸ＴＡと称する）を回転軸とするステージ５の傾斜角であるチルト角φ２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。なお、チルト角φ２はウェハ１０のウェハ面のチルト角でもある。また、本実施形態では、そのウェハ面の法線はステージ５の法線ＣＡと平行であるため、そのウェハ面の法線も法線ＣＡと称する。
【００１３】
評価装置１はさらに、ステージ５に保持されたウェハ１０の表面（つまり、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の照射を受けたウェハ面から射出する光（正反射光や回折光等）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検出する撮像装置３５と、撮像装置３５から出力される画像信号の処理等を行う演算部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レンズ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はウェハ１０の全面の像を一括して撮像して画像信号を出力する。演算部５０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（例えば、画素毎の信号強度、画素の信号がショット毎に平均化された信号強度、又は画素の信号がショットより小さい領域毎に平均化された信号強度等）の情報を生成する画像処理部４０と、画像処理部４０から出力される画像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ホストコンピュータ６００に出力する信号出力部９０とを備えている。なお、評価装置１は、得られる加工条件（露光条件）の評価結果をホストコンピュータ６００を介して、又はホストコンピュータ６００を介することなく露光装置１００又はエッチング装置３００等の制御部（不図示）に出力してもよい。なお、演算部５０を全体としてコンピュータより構成し、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。
【００１４】
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とを有する。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の焦点面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に対する照明光の入射角θ１は、制御部８０の指令によりステージ５のチルト角φ２を制御することにより調整可能である。ここで、ウェハ１０への照明光の入射角θ１は、照明側凹面鏡２５から反射した光の主光線とウェハ面の法線ＣＡとの成す角とする。
【００１５】
また、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間には、導光ファイバ２４から射出した光の光路上へ挿脱可能に偏光フィルタ２６（以下、照明側偏光フィルタ２６と称する）が設けられている。一例として照明側偏光フィルタ２６は、制御部８０の指令に基づきモーター等の不図示の駆動部により光路上へ挿脱される。図１（ａ）に示すように、照明側偏光フィルタ２６を導光ファイバ２４から射出した光の光路上から抜去した状態では、ウェハ１０からの回折光ＩＬＤを利用した検査（以下、回折検査と称する）が行われる。一方、図２（ａ）に示すように、照明側偏光フィルタ２６を光路上に挿入した状態では、偏光（本実施形態では構造性複屈折による偏光状態の変化）を利用した検査（以下、偏光検査と称する）が行われる。なお、このような偏光検査は、偏光消光比(Polarization Extinction Ratio: PER)を利用した検査という意味でＰＥＲ検査とも呼ばれている。照明側偏光フィルタ２６は、例えば、透過軸を有する偏光板（直線偏光板）であり、図２（ａ）に示すように、導光ファイバ２４の射出面から射出された光が入射する面（以下、入射面と称する）２６ａを有する。照明側偏光フィルタ２６は、入射面２６ａの中心を通り、入射面２６ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。一例として照明側偏光フィルタ２６は、制御部８０の指令に基づきモーター等の不図示の駆動部により回転される。
【００１６】
受光系３０は、ステージ５に対向して配置された受光側凹面鏡３１を有し、ウェハ面から射出する平行光は受光側凹面鏡３１により撮像装置３５に集光され、撮像装置３５の撮像素子３５ｂの撮像面にウェハ１０の像が結像される。また、受光側凹面鏡３１と撮像装置３５との間には、受光側凹面鏡３１で反射した光の光路上へ挿脱可能に偏光フィルタ３２（以下、受光側偏光フィルタ３２と称する。）が設けられている。一例として受光側偏光フィルタ３２は、制御部８０の指令に基づきモーター等の不図示の駆動部により受光側偏光フィルタ３２が光路へ挿脱される。図１（ａ）に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路から取り出した状態で回折検査が行われる。一方、図２（ａ）に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路に挿入した状態で偏光検査が行われる。受光側偏光フィルタ３２も、照明側偏光フィルタ２６と同様に、例えば、透過軸を有する偏光板（直線偏光板）であり、図２（ａ）に示すように、受光側凹面鏡３１で反射された光が入射する面（以下、入射面と称する）３２ａを有する。受光側偏光フィルタ３２も、入射面３２ａの中心を通り、入射面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、受光側偏光フィルタ３２の透過軸の方位を任意の方位に設定可能である。一例として受光側偏光フィルタ３２は、制御部８０の指令に基づきモーター等の不図示の駆動部により回転される。偏光検査において通常、受光側偏光フィルタ３２の偏光方向（すなわち、受光側偏光フィルタ３２の透過軸の方向）は、照明側偏光フィルタ２６の偏光方向（すなわち、照明側偏光フィルタ２６の透過軸の方向）に対して直交したクロスニコル状態に設定される。
【００１７】
制御部８０の指令により検査部６０は、本実施形態では、検査部６０は、後述のように画像処理部４０から供給されるウェハ面のデジタル画像を処理して、ウェハ１０を露光した露光装置１００の露光量（いわゆる、ドーズ）、フォーカス位置、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の複数の露光条件のうちの所定の露光条件を評価する。その露光条件の評価結果は必要に応じて露光装置１００内の制御部（不図示）に供給され、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（例えばオフセット又はばらつき等の補正）を行うことができる。
【００１８】
また、ウェハ１０は、露光装置１００により最上層のレジストに対してレチクルを介して所定のパターンが投影露光され、コータ・デベロッパ２００による現像後、搬送系５００により、評価装置１のステージ５上に搬送される。このとき、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面に形成されたパターン、ウェハ面に形成されたマーク（例えば、サーチアライメントマーク等）、又はウェハ１０の外縁部（例えば、ノッチやオリエンテーションフラット等）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。ウェハ面には、図２（ｂ）に示すように、露光装置１００による露光によりレチクルのパターンを単位とする露光対象の領域１１が所定の間隔で形成される。以下、この露光対象の領域１１をショット１１と称する。例えば、複数のショット１１が直交する２つの方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）にそれぞれ所定間隔で配列される。ショットにはレチクルのパターンが１つだけ露光されたものがある一方、レチクルのパターンが複数、繋ぎ合わされて露光されたものもある。一例として各ショット１１には、半導体デバイスの回路パターンとしてＹ軸方向を長手とするライン状のパターンがＸ軸方向に沿って繰り返し形成されている。ここで、Ｘ軸方向に沿って繰り返し形成されたライン状のパターンを繰り返しパターン１２と称する。なお、繰り返しパターンは、ライン状のパターンに限らず、ホール状のパターン等であってもよい。また、図２繰り返しパターン１２は例えばレジストパターン等の誘電体を材料とするパターンでもよく、金属を材料とするパターンでもよい。また、ショットの内で、露光工程を経て最終的に単独のデバイスとなる領域（いわゆる、チップ）は、ショットの内に複数存在することもあれば、１つのショットが１つのチップとなる場合もある。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（ｂ）では分かりやすく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。
【００１９】
以上のように構成される評価装置１を用いて、ウェハ面の回折検査を行うには、制御部８０が記憶部８５に記憶されたレシピ情報（例えば、検査条件や手順等）を読み込み、以下の処理を行う。まず、図１（ａ）に示すように照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２を光路から取り出し、搬送系５００により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送途中で不図示のアライメント機構により得られたウェハ１０の位置情報に基づいて、ウェハ１０はステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置される。
【００２０】
次に、ウェハ面における照明光ＩＬＩの入射面（すなわち、図１（ａ）におけるＸ−Ｚ平面）と、各ショット１１内の繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２(ｂ)参照）とが一致するように（すなわち、ラインパターンの場合、ラインの長手方向に対して直交するように）ステージ５の回転角度φ１を調整する。また、繰り返しパターン１２のピッチをＰ、ウェハ１０に入射する照明光ＩＬＩの波長をλ、照明光ＩＬＩの入射角（照明光ＩＬＩの主光線がウェハ面の法線ＣＡと成す角度）をθ１、ウェハ面から射出する検出対象のｎ次（ｎは０以外の整数）の回折光ＩＬＤの回折角（回折光ＩＬＤがウェハ面の法線ＣＡと成す角度）をθ２としたとき、次の式（１）を満足するようにステージ５のチルト角φ２を調整する。
【００２１】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝…（１）
次に、照明ユニット２１からの所定の選択された波長の照明光ＩＬＩの射出を開始する。これにより、導光ファイバ２４から射出される照明光ＩＬＩが照明側凹面鏡２５で反射され、平行光となってウェハ面に照射される。ウェハ面で回折した回折光ＩＬＤは、受光側凹面鏡３１により撮像装置３５に集光され、撮像装置３５の撮像面にウェハ１０の全面の像（回折像）が結像される。撮像装置３５はその像の画像信号を画像処理部４０に出力し、画像処理部４０はウェハ面のデジタル画像を生成し、その画像の情報を検査部６０に出力する。この場合、式（１）の条件を満たすことによって、その撮像面に回折光ＩＬＤによるウェハ面の像が形成される。
【００２２】
そして、そのウェハ面の像から得られるデジタル画像の個々の画像信号のレベルが平均的にある強度以上となるときの、照明光ＩＬＩの波長λ及びステージ５のチルト角φ２（入射角θ１又は回折角θ２）の組み合わせを一つの回折条件と呼ぶ。そして、複数の回折条件が上記のレシピ情報に含まれている。なお、実際には、得られるデジタル画像の対応する部分の画像に基づく信号強度が平均的に所定の信号強度以上となるように、ステージ５のチルト角φ２を調整してもよい。このようなチルト角φ２の調整方法は回折条件サーチとも呼ぶことができる。また、回折条件サーチは、評価装置１において調整可能な他の任意の条件を変化させて行っても良く、波長λやチルトφ２の他、ステージ５の回転角度φ１（つまり、ウェハの方位）を調整して行ってもよい。
【００２３】
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の露光条件を評価する方法の一例につき説明する。また、その評価に際して予め評価条件を求める必要があるため、その評価条件を求める方法（以下、評価条件出しとも呼ぶ。）の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。ここでは、一例として評価装置１を用いてウェハ面の回折検査を行うものとする。また、露光装置１００の複数の露光条件のうち露光量及びフォーカス位置の評価を行うものとする。
【００２４】
まず、評価条件出しのために、図４のステップ１０２（条件振りウェハの作成）において、図５（ａ）に示すように、表面に一例としてスクライブライン領域ＳＬ（デバイス製造工程における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）を挟んでＮ個（Ｎは例えば数１０〜１００程度の整数）のショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が配列されたウェハ１０ａが用意される。そして、コータ・デベロッパ２００におい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２（ｃ）においてショットの長手方向であり、言い換えると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２（ｃ）においてショットの短辺方向であり、言い換えると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レチクル（不図示）のパターンを順次露光していく。つまり、同じレチクルのパターンが露光されたショットＳＡｎがウェハ１０ａ上に形成される。その後、露光済みのウェハ１０ａをコータ・デベロッパ２００で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（ここではレジストパターン）が形成されたウェハ（以下、条件振りウェハと称する）１０ａが作成される。
【００２５】
図２（ｃ）に示すように、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て各ショット１１に繰り返しパターン１２を形成したいわゆるＦＥＭウェハ（Focus Exposure Matrix ウェハ）である。
以下では、フォーカス位置として、最適なフォーカス位置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３０ｎｍ刻みで−６０ｎｍ，−３０ｎｍ，０ｎｍ，＋３０ｎｍ，＋６０ｎｍの５段階に設定される。後述の図７（ａ）の横軸のフォーカス値の番号１〜５は、その５段階のフォーカス値（−６０〜＋６０ｎｍ）に対応している。なお、フォーカス値を例えば５０ｎｍ刻みで複数段階に設定することも可能であり、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可能である。
【００２６】
そして、露光量は、一例として、１．５ｍＪ刻みで９段階（１０．０ｍＪ，１１．５ｍＪ，１３．０ｍＪ，１４．５ｍＪ，１６．０ｍＪ，１７．５ｍＪ，１９．０ｍＪ，２０．５ｍＪ，２２．０ｍＪ）に設定される。後述の図７（ｂ）の横軸の露光量の番号１〜９は、その９段階の露光量（１０．０〜２２．０ｍＪ）に対応している。なお、実際の半導体デバイス用のパターンの露光に要する最適な露光量は、パターンによって５ｍＪ〜４０ｍＪ程度であり、露光量はそのパターンの最適な露光量を中心として０．５ｍＪ〜２．０ｍＪ程度の間隔で変化させることが望ましい。
【００２７】
条件振りウェハ１０ａを作成すると、条件振りウェハ１０ａを図１（ａ）の評価装置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回折条件を読み出す。複数の回折条件としては、一例として照明光ＩＬＩの波長λが上記のλ１、λ２、λ３（例えば、λ１は２４８ｎｍ、λ２は２６５ｎｍ、λ３は３１３ｎｍ）のいずれかとなり、ステージ５のチルト角φ２が式（１）を満たす５つの角度Ｄ１〜Ｄ５のいずれかになる１５（＝３×５）個の条件を想定する。ここでは、波長λがλｎ（ｎ＝１〜３）で、チルト角φ２がＤｍ（ｍ＝１〜５）になる回折条件を図７（ａ）及び（ｂ）の（ｎ−Ｄｍ）で表す。
【００２８】
そして、回折条件をその１５個の条件のうちのｎ＝１でｍ＝１〜５、ｎ＝２でｍ＝１〜５、ｎ＝３でｍ＝１〜５の条件に順次設定し、各回折条件のもとで、照明光ＩＬＩを条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ａの回折光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１０４）。なお、このとき、回折条件サーチを利用して回折条件を求めてもよい。図６は、その１５個の回折条件ε（ｎ−Ｄｍ）で撮像された条件振りウェハ１０ａの画像Ａ１〜Ａ１５の信号強度分布の一例を示す。
【００２９】
次に、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力された条件振りウェハ１０ａの画像信号に基づいて、複数（ここでは１５個）の回折条件のそれぞれに関して条件振りウェハ１０ａの全面のデジタル画像を生成する。そして、その複数の回折条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、条件振りウェハ１０ａのスクライブライン領域ＳＬを除いた全部のショットＳＡｎ（図５（ｂ）参照）の領域内に対応する撮像素子３５ｂの画素の信号強度を平均化した信号強度（以下、ショット平均強度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力する（ステップ１０６）。このようにショット平均強度を算出するのは、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。
【００３０】
そして、検査部６０の第１演算部６０ａは、その複数の回折条件ε（ｎ−Ｄｍ）のそれぞれに関して得られる条件振りウェハ１０ａに形成された各ショットのショット平均強度から、露光条件中の露光量が同じでフォーカス値が５段階に変化するときの平均強度の変化特性をフォーカス変化曲線として抽出し、記憶部８５に記憶する（ステップ１０８）。図７（ａ）は、そのうちで露光量が最適な量であるときに回折条件ε（ｎ−Ｄｍ）で得られる複数（ここでは１５個）のフォーカス変化曲線を示す。図７（ａ）、（ｂ）の縦軸はショット平均強度の相対値、図７（ａ）の横軸は第１段階〜第５段階のフォーカス値（−１００〜＋１００ｎｍ）である。
【００３１】
また、その第１演算部６０ａは、その複数の回折条件ε（ｎ−Ｄｍ）のそれぞれに関して得られる全部のショット平均強度から、露光条件中のフォーカス値が同じで露光量が９段階に変化するときの平均信号強度の変化特性をドーズ変化曲線として抽出し、記憶部８５に記憶する（ステップ１１０）。図７（ｂ）は、そのうちでフォーカス値が０（つまり、最適なフォーカス位置）であるときに回折条件ε（ｎ−Ｄｍ）で得られる複数のドーズ変化曲線を示す。図７（ｂ）の横軸は第１段階〜第９段階の露光量（１０．０〜２２．０ｍＪ）である。
【００３２】
その後、その第１演算部６０ａは、上記の複数の回折条件から、フォーカス変化曲線が同じ傾向（例えば、フォーカス値が増加するときに双方の回折条件に対応するショット平均強度がほぼ同じように変化する特性）を持ち、ドーズ変化曲線が逆の傾向（例えば、露光量が増加するときに一方の回折条件に対応するショット平均強度が増加して他方の回折条件に対応するショット平均強度が減少する特性）を持つ第１組目の第１及び第２の回折条件を選択し、選択された２つの回折条件を記憶部８５に記憶する（ステップ１１２）。本実施形態では、そのような第１及び第２の回折条件として（ｎ＝１，ｍ＝２）の（１−Ｄ２）及び（ｎ＝３，ｍ＝３）の（３−Ｄ３）を選択する。図８（ａ）は、図７（ａ）の１５個のフォーカス変化曲線のうち、回折条件ε（１−Ｄ２）及び（３−Ｄ３）のもとで得られた２つのフォーカス変化曲線Ｂ２及びＢ１３を示し、図８（ｂ）は、図７（ｂ）の１５個の変化曲線のうち、回折条件ε（１−Ｄ２）及び（３−Ｄ３）のもとで得られた２つのドーズ変化曲線Ｃ２及びＣ１３を示す。フォーカス変化曲線Ｂ２及びＢ１３は同じ傾向で変化しており、ドーズ変化曲線Ｃ２及びＣ１３は逆の傾向で変化していることが分かる。
【００３３】
そして、第１演算部６０ａは、第１の回折条件ε（１−Ｄ２）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ２をゲインａ（すなわち、各フォーカス値に対応するショット平均強度に乗算する値）及びオフセットｂ（すなわち、各フォーカス値に対応するショット平均強度に和算する値）で補正した曲線Ｂ２Ａ（図９（ａ）参照）と、第２の回折条件ε（３−Ｄ３）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ１３とが一致するように、すなわち補正後の曲線Ｂ２Ａとフォーカス変化曲線Ｂ１３との差分ΔＢ（以下、フォーカス残差ΔＢと称する）が最小になるようにゲインａ及びオフセットｂを決定し、これらのゲインａ及びオフセットｂを記憶部８５に記憶する（ステップ１１４）。なお、図９（ａ）の右側の縦軸がフォーカス残差ΔＢの値である。この場合、一例として、フォーカス変化曲線Ｂ２，Ｂ１３のフォーカス値がＦｉ（ｉ＝１〜５）のときの値をＬＢ２（Ｆｉ），ＬＢ１３（Ｆｉ）として、式（２）に示すように次の差分の自乗和である誤差が最小になるようにゲインａ及びオフセットｂを決定してもよい。図８（ａ）の場合、曲線Ｂ２の値は曲線Ｂ１３よりも大きいため、ゲインａは１より小さい値になる。式（２）中の積算はフォーカス値Ｆｉ（ｉ＝１〜５）に関して実行される。
【００３４】
誤差＝Σ｛ＬＢ１３（Ｆｉ）−（ａ・ＬＢ２（Ｆｉ）＋ｂ）｝2   …（２）
なお、ゲインａ及びオフセットｂは、露光対象のレチクルのパターン毎にそれらの値を決定して記憶してもよい。
次に、第１演算部６０ａは、図９（ｂ）の第１の回折条件ε（１−Ｄ２）で得られたドーズ変化曲線Ｃ２をステップ１１４で算出されたゲインａ及びオフセットｂで補正した曲線Ｃ２Ａ（図１９（ｂ）参照）と、第２の回折条件ε（３−Ｄ３）で得られたドーズ変化曲線Ｃ１３との差分値（以下、ドーズ差分値と称する）を露光量の関数で表した曲線（以下、基準ドーズ曲線と称する）ＳＤ１を算出し、算出された図９（ｂ）の基準ドーズ曲線ＳＤ１を記憶部８５に記憶する（ステップ１１６）。なお、図９（ｂ）の右側の縦軸がドーズ差分値である。
【００３５】
次に、検査部６０の第２演算部６０ｂが、上記の複数の回折条件から、ドーズ変化曲線が同じ傾向（例えば、露光量が増加するときに双方の回折条件に対応するショット平均強度がほぼ同じように変化する特性）を持ち、フォーカス変化曲線が逆の傾向（例えば、フォーカス値が増加するときに、一方の回折条件に対応するショット平均強度と、他方の回折条件に対応するショット平均強度が相反して変化する特性）を持つ第２組目の第１及び第２の回折条件を選択し、選択された２つの回折条件を記憶部８５に記憶する（ステップ１１８）。そのような第１及び第２の回折条件として、（ｎ＝１，ｍ＝３）の（１−Ｄ３）及び（ｎ＝１，ｍ＝４）の（１−Ｄ４）を選択する。この選択された２つの回折条件のもとで得られるウェハ１０ａの画像は図６の像Ａ３及びＡ４のようになる。
【００３６】
図１０（ａ）は、図７（ｂ）の１５個のドーズ変化曲線のうち、回折条件ε（１−Ｄ３）及び（１−Ｄ４）のもとで得られた２つのドーズ変化曲線Ｃ２及びＣ４を示し、図１０（ｂ）は、図７（ａ）の１５個の変化曲線のうち、回折条件ε（１−Ｄ３）及び（１−Ｄ４）のもとで得られた２つのフォーカス変化曲線Ｂ３及びＢ４を示す。ドーズ変化曲線Ｃ２及びＣ４は同じ傾向で変化しており、フォーカス変化曲線Ｂ３及びＢ４は逆の傾向で変化していることが分かる。なお、フォーカス値が小さい範囲ではフォーカス変化曲線Ｂ３の負の傾きの絶対値がフォーカス変化曲線Ｂ４の負の傾きの絶対値よりも大きいため、フォーカス値の全部の範囲内で、曲線Ｂ３の傾きは曲線Ｂ４の傾きよりも小さくなり、曲線Ｂ３，Ｂ４は逆の傾向で変化しているとみなすことができる。
【００３７】
そして、第２演算部６０ｂは、第１の回折条件ε（１−Ｄ３）で得られたドーズ変化曲線Ｃ３をゲインａ（すなわち、各露光量に対応するショット平均強度に乗算する値）及びオフセットｂ（すなわち、各露光量に対応するショット平均強度に和算する値）で補正した曲線（不図示）と、第２の回折条件ε（１−Ｄ４）で得られたドーズ変化曲線Ｃ４とが一致するように、すなわち補正後の曲線とドーズ変化曲線Ｃ４との残差ΔＣ（以下、ドーズ残差ΔＣと称する）の自乗和が最小になるようにゲインａ及びオフセットｂを決定し、これらのゲインａ及びオフセットｂを記憶部８５に記憶する（ステップ１２０）。なお、図１０（ａ）の右側の縦軸がドーズ残差ΔＣの値である。
【００３８】
次に、第２演算部６０ｂは、図１０（ｂ）の第１の回折条件ε（１−Ｄ３）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ３をステップ１２０で算出されたゲインａ及びオフセットｂで補正した曲線（不図示）と、第２の回折条件ε（１−Ｄ４）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ４との差分値（以下、フォーカス差分値と称する）をフォーカス値の関数で表した曲線（以下、基準フォーカス曲線と称する）ＳＦ１を算出し、算出された基準フォーカス曲線ＳＦ１を記憶部８５に記憶する（ステップ１２２）。なお、図１０（ｂ）の右側の縦軸がフォーカス差分値である。以上の動作によって、露光装置１００の露光条件を評価する際に使用する評価条件である第１組の２つの回折条件及び第２組の２つの回折条件を求める評価条件出しが終了したことになる。
【００３９】
次に、実際のデバイス製造工程において露光装置１００による露光によってパターンが形成されたウェハに対して、評価装置１によってその露光条件を評価する際には、合否判定の基準として、評価された露光量及びフォーカス位置がどのような範囲のときにそのパターン（ウェハ）が良品となるのかを示すマップ（以下、良品範囲マップと称する）が必要である。そこで、その良品範囲マップを作成する方法（以下、条件出しと称する）の一例につき図１２のフローチャートを参照して説明する。通常、良品範囲マップは、デバイスを設計するメーカーや製造するメーカー（以下、総称してデバイスメーカーとする）で作成される。この条件出しの動作はホストコンピュータ６００によって制御される。ここで、露光を経てウェハ面に形成されたパターン（若しくはウェハ）が良品とは、そのパターン（若しくはウェハ）を利用して製造された製品、例えば、パターンがレジストパターンの場合、パターンをマスクとしたウェハのエッチング工程を含むデバイス製造工程を経て製造された製品（例えば、半導体デバイス）が、動作不良を起こさず正常に動作することを示す。なお、パターンが良品とは、一度、不良なパターンがウェハ面に形成されたとしても、後のリワークやリペア等のパターンの再修正を行う工程を経れば、良品のパターンを形成することが可能であることを示すものであってもよい。
【００４０】
まず、図１２のステップ１２４において、図４のステップ１０２と同様に、露光装置１００において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を行い、コータ・デベロッパ２００で現像を行うことにより、各ショット１１に繰り返しパターン１２を形成したいわゆるＦＥＭウェハである条件振りウェハ１０ａを作成する。なお、この条件振りウェハ１０ａとしては、図４の評価条件出しで使用された条件振りウェハ１０ａそのものを使用してもよい。その後、条件振りウェハ１０ａをエッチング装置３００に搬送し、エッチング装置３００において、繰り返しパターン１２をマスクとして条件振りウェハ１０ａのエッチングを行い、レジスト剥離を行う（ステップ１２６）。この結果、条件振りウェハ１０ａの各ショット１１には、図３（ｃ）に示すように、凸部２ＡＥと凹部２ＢＥとをＸ方向にピッチＰで配列した凹凸の繰り返しパターン１２Ｅが形成される。なお、本実施形態では、条件振りウェハ１０ａに形成されるパターンは、実際のデバイス用のパターンであるため、図５（ａ）に示す条件振りウェハ１０ａの各ショットＳＡｎには、繰り返しパターン１２Ｅの他に、より複雑な形状の種々の凹凸のパターン（例えば図１３（ｂ）等参照）も形成される。
【００４１】
エッチング装置３００でのエッチングによって繰り返しパターン１２Ｅ等が形成された条件振りウェハ１０ａは、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称する）４００に搬送される。そして、ＳＥＭ４００は、まず条件振りウェハ１０ａの各ショットＳＡｎ中の例えば繰り返しパターン１２Ｅの線幅（例えば、凸部２ＡＥのＸ方向における幅や凹部２ＢＥのＸ方向における幅等）を計測し、各ショットＳＡｎと、このショット内部の繰り返しパターン１２Ｅの線幅の計測値とを対応させて記録したデータ（以下、寸法マップと称する）を作成し、作成した寸法マップの情報をホストコンピュータ６００に出力する（ステップ１２８）。その線幅が計測される繰り返しパターン１２Ｅは、図５（ａ）のショットＳＡｎ内の所定の評価領域ＭＡＥ内に形成されているパターンである。なお、繰り返しパターン１２Ｅの線幅の計測値としては、ショットＳＡｎ内の複数の評価領域にある繰り返しパターン１２Ｅの線幅計測値の平均値を使用してもよいし、評価領域毎に繰り返しパターン１２Ｅにおける複数の部分について測定した線幅を使用してもよい。本実施形態では、一例として、図１６に示すように、各ショットＳＡｎにこの中で計測された繰り返しパターン１２Ｅの線幅（ｎｍ）を記録した寸法マップＷＭ１が得られる。
【００４２】
さらに、ＳＥＭ４００は、図５（ａ）の各ショットＳＡｎ内の例えばある大きさの第１の評価領域（以下、評価点と称する。）ＭＡ１内に形成されている第１の評価対象パターン（不図示）の検査を行う（ステップ１３０）。一例として、ＳＥＭ４００では、ショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）毎に、それぞれ観察で得られる第１の評価対象パターンの形状と、ホストコンピュータ６００に予め記憶されている基準パターンの形状とを比較して、第１の評価対象パターンの形状の良否判定を行う。そして、各ショットＳＡｎ内の第１の評価対象パターンの形状が良好か不良かを示すデータとして第１の評価点マップＥＭ１（図１３参照）を作成する。第１の評価点マップＥＭ１において、二重斜線を施された良品領域ＧＳＡ１内のショットＳＡｎ内の第１の評価対象パターンが良好であり、良品領域ＧＳＡ１の第１の評価対象パターンが形成された際の露光量及びフォーカス値が良好なパターンを形成するための露光量及びフォーカス値である。第１の評価点マップＥＭ１はホストコンピュータ６００に出力される。このとき、第１の評価対象パターンの形状が良好であれば、後の製造工程を経て製造された製品（例えば、半導体デバイスなど）は正常に動作する。ここで、第１の評価対象パターンの形状は露光量及びフォーカス値に依存するため、最終的に製造される製品（例えば、半導体デバイスなど）が正常に動作するような露光量及びフォーカス値の範囲が良品領域ＧＳＡ１として求められる。
【００４３】
なお、図１３（ａ）及び以下で説明する図１４、図１５、図１６（ａ）の評価点マップ（つまり、複数のショットＳＡｎのうち良品領域を示す図）は、縦方向に次第に露光量が変化し、横方向にフォーカス位置が次第に変化している。また、図１４（ａ）、図１５（ａ）の評価点マップＥＭ２，ＥＭ３においても、二重斜線を施された良品領域ＧＳＡ２，ＧＳＡ３内のショットＳＡｎ内の評価対象パターンが良好である。
【００４４】
その後、次の評価点のパターンを検査するかどうかを判定し（ステップ１３２）、次の評価点のパターンを検査する場合には、ステップ１３３で評価点の順序を示すパラメータｋ（今の値は１）に１を加算して、ステップ１３０に戻る。そして、ＳＥＭ４００は、各ショットＳＡｎ内の第２の評価点ＭＡ２内に形成されている第２の評価対象パターン（不図示）の検査を行う。そして、各ショットＳＡｎ内の第２の評価対象パターンの形状が良好か不良かを示すデータとして第２の評価点マップＥＭ２（図１４参照）が作成され、作成されたマップはホストコンピュータ６００に出力される。そして、一例として、さらにステップ１３２からステップ１３３を経てステップ１３０に戻り、ＳＥＭ４００は、各ショットＳＡｎ内の第３の評価点ＭＡ３内に形成されている第３の評価対象パターン（不図示）の検査を行う。そして、各ショットＳＡｎ内の第３の評価対象パターンＭＡ３Ｐの形状が良好か不良かを示すデータとして第３の評価点マップＥＭ３（図１５参照）が作成され、作成されたマップはホストコンピュータ６００に出力される。
【００４５】
ステップ１３２において、検査対象の全部の評価点のパターンの検査が終わっているときには動作はステップ１３４に移行する。
ステップ１３４において、ホストコンピュータ６００は、上記の３つの評価点マップＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ３において、良品領域ＧＳＡ１，ＧＳＡ２，ＧＳＡ３の論理積を演算する。つまり、図１６（ａ）に示すように、上記の３つの評価点マップＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ３のパターンの全部が良好と判定されたショットＳＡｎが配置される二重斜線を施された良品領域ＧＳＡを示すデータとして良品範囲マップＰＷ１を作成する。さらに、ホストコンピュータ６００では、その良品領域ＧＳＡ内で寸法マップＷＭ１に記録された線幅が適正値（例えば、製造工程を経て最終的に製造されたデバイスが正常に動作するための線幅）から外れたショットを除外することによって、最終的にパターンの線幅及び３つの評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンが良好であるショットの範囲、つまり、露光量及びフォーカス値が適正であるショットの範囲（便宜上、同様に良品範囲ＧＳＡと称する）を示すマップ（便宜上、同様に良品範囲マップＰＷ１と称する）を求める。
【００４６】
良品範囲マップＰＷ１は、露光装置１００において露光量及びフォーカス位置が変化した場合に、最終的にエッチング装置３００によって形成された凹凸の繰り返しパターンが良好となる露光量及びフォーカス位置の範囲を表している。従って、良品範囲マップＰＷ１は、最終的にエッチング後に形成される凹凸のパターンを良好にするための露光装置１００における露光量及びフォーカス位置の２次元的な範囲（良品範囲ＧＳＡ）を示す所謂、プロセスウィンドウである。言い換えれば、良品範囲マップＰＷ１は、エッチング装置３００によって形成された凹凸の繰り返しパターンを利用して所定の製造工程を経て最終的に製造された製品（例えば、半導体デバイスなど）が正常に動作する露光量及びフォーカス位置の許容範囲を示すデータである。良品範囲マップＰＷ１は、露光装置１００の識別データ（すなわち、ＩＤデータ）の一つとして、ホストコンピュータ６００内のデータベースに登録される（ステップ１３６）。これで条件出しが終了する。
次に、実際のデバイス製造工程において露光装置１００による露光によってパターンが形成されたウェハに対して、評価装置１によって上記の評価条件出しで求められた第１組の２つの回折条件ε（１−Ｄ２）及び（３−Ｄ３）、並びに第２組の２つの回折条件ε（１−Ｄ３）及び（１−Ｄ４）を用いる回折検査を行い、この検査結果と上記の条件出しで求められた良品範囲マップＰＷ１（すなわち、プロセスウィンドウ）とを比較して、ウェハ面に形成されたパターンの良否判定を行う動作の一例につき図１７のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
まず、図１７のステップ１４０において、図５（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（例えば、半導体デバイス）となるウェハ１０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１０の各ショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に実際の製品用のレチクル（不図示）のパターンを露光し、露光後のウェハ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、露光量はそのレチクルに応じて定められている最適な露光量（いわゆる、ベストドーズ）であり、フォーカス位置は最適なフォーカス位置（いわゆる、ベストフォーカス位置）である。
【００４８】
しかしながら、実際には例えば、露光装置１００における走査露光時のスリット状の照明領域内の非走査方向における僅かな照度むらやステージの振動等の影響によって、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にばらつきが生じ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行う。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（ステップ１４２）。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組の第１及び第２の回折条件ε（１−Ｄ２）及び（３−Ｄ３）を読み出す。そして、回折条件を順次その第１及び第２の回折条件に設定し、各回折条件のもとで、それぞれ照明光ＩＬＩをウェハ１０の表面に照射し、撮像装置３５がウェハ１０からの回折光に基づくウェハ面の像を撮像して画像信号を画像処理部４０に出力する。さらに、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２組の第１及び第２の回折条件ε（１−Ｄ３）及び（１−Ｄ４）を読み出す。そして、回折条件を順次その第１及び第２の回折条件に設定し、各回折条件のもとで、それぞれ照明光ＩＬＩをウェハ１０の表面に照射し、撮像装置３５がウェハ１０からの回折光に基づくウェハ面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１４４）。
【００４９】
次に、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、第１組の第１及び第２の回折条件のそれぞれに関してウェハ１０の全面のデジタル画像を生成する。そして、その第１及び第２の回折条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ内の平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力する。ここで、第１及び第２の回折条件のもとでｎ番目のショットＳＡｎに関して得られる平均信号強度をそれぞれＬ１ｎ及びＬ２ｎとする（ｎ＝１〜Ｎ）。これらの平均信号強度にはそれぞれフォーカス変化曲線及びドーズ変化曲線の２つの値が含まれている。
【００５０】
そして、検査部６０内の第３演算部６０ｃは、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、第１の回折条件ε（１−Ｄ２）で得られた平均信号強度Ｌ１ｎを上記のステップ１１４で算出された係数（ゲインａ及びオフセットｂ）で補正した信号強度Ｌ１ｎ’から、第２の回折条件ε（３−Ｄ３）で得られた平均信号強度Ｌ２ｎを減算して信号強度の差分Δｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１４６）。この差分Δｎからは、図９（ａ）の補正後のフォーカス変化曲線Ｂ２Ａ，Ｂ１３に対応する成分がほぼ除去されており、図９（ｂ）の補正後のドーズ変化曲線Ｃ２Ａ，Ｃ１３の差分に対応する成分のみがほぼ残されている。
【００５１】
そこで、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１１６で記憶した図９（ｂ）の基準ドーズ曲線ＳＤ１に対して上記の信号強度の差分Δｎを当てはめて、露光量Ｄｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１４８）。このように算出又は推定される露光量Ｄｎからはフォーカス位置に起因する成分が除去されている。
【００５２】
さらに、検査部６０内の第３演算部６０ｃは、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、第２組の２つの回折条件ε（１−Ｄ３）及び（１−Ｄ４）のもとで撮像されたウェハ１０の画像から得られる信号強度の差分（ステップ１２０で記憶された係数（ゲインａ’及びオフセットｂ’）を用いて補正された値の差分）Δｎ’を算出する（ステップ１５０）。そして、検査部６０の第３演算部６０ｃは、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１２２で記憶した図１０（ｂ）の基準フォーカス曲線ＳＦ１に対して信号強度の差分Δｎ’を当てはめて、フォーカス値Ｆｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１５２）。このように算出又は推定されるフォーカス値Ｆｎからは露光量に起因する成分が除去されている。
【００５３】
次のステップ１５４において、一例として、評価装置１の制御部８０は、信号出力部９０を介してホストコンピュータ６００に、ウェハ１０のショットＳＡｎ毎に得られた露光量Ｄｎ及びフォーカス値Ｆｎのデータ（すなわち、評価データ）を出力する。これに応じて、ホストコンピュータ６００では、評価装置１から送られてきた評価データと、ステップ１３６で露光装置１００のＩＤデータとして登録された図１６の良品範囲マップＰＷ１（すなわち、プロセスウィンドウ）とを比較して、ウェハ１０の各ショットＳＡｎの露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入るかどうかを判定する。
【００５４】
そして、例えばウェハ１０に露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入らないショットＳＡｎがある場合には、ホストコンピュータ６００は評価されたウェハ１０が良品範囲外であると判定する。そして、ウェハ１０が良品範囲内と判定されたときには（ステップ１５６）、動作はステップ１６４に移行して、ウェハ１０は次工程（例えば、エッチング装置３００におけるエッチング等）に進む。
【００５５】
一方、ステップ１５６でウェハ１０が良品範囲外であると判定されたときには、ホストコンピュータ６００は、一例としてステップ１５８に移行して、ウェハ１０をＳＥＭ４００で検査するかどうかを判定する。一例として、ウェハ１０内の露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入らないショットＳＡｎの割合が少ないときや良品外とされたショットＳＡｎの露光量及びフォーカス値の良品領域ＧＳＡからの偏差が小さいときには、当該ウェハ１０をＳＥＭ４００に送って線幅及び評価対象パターンが許容範囲内かどうかを検査する（ステップ１６０）。そして、検査の結果、ウェハ１０が良品であった場合には（ステップ１６２）、ステップ１６４（次工程）に移行する。
【００５６】
また、ステップ１５８でＳＥＭ４００による検査を行わないと判定した場合、及びステップ１６０のＳＥＭ４００による再検査でウェハ１０が良品範囲外と判定された場合には（ステップ１６２）、動作はステップ１６６に移行して、一例としてウェハ１０はレジスト剥離後に再使用（すなわち、リワーク）される。なお、ステップ１６６では、リワークする代わりに、又はリワークとともに、ホストコンピュータ６００から露光装置１００の制御部（不図示）に対して良品範囲外のウェハが生じたことのアラームを発してもよい。これに応じて、露光装置１００では、例えば走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の補正等を行う。これによって、その後の露光時に露光量及びフォーカス位置の誤差（すなわち、最適な露光量及び最適なフォーカス位置からの誤差）が低減される。
【００５７】
また、図１７の評価装置１によるパターンの露光条件の評価は、一例として、露光装置１００による露光が終わり、コータ・デベロッパ２００における現像が終わった全部のウェハについて実行される。この場合にも、評価装置１における評価は極めて短時間に終了するため、デバイス製造工程のスループット（生産性）は低下しない。また、全部のウェハについて露光条件の評価結果及び良品範囲マップＰＷ１との比較によってウェハが良品範囲内かどうかを判定することによって、ウェハが良品範囲外である場合に、その良品範囲外のウェハが次工程に進むことを防止できるため、次工程での不良品の発生を低減でき、結果としてスループットを向上できる。
【００５８】
これに対して、ＳＥＭ４００では計測時間が長いため、ＳＥＭ４００を用いてウェハのパターンを検査（評価）する場合には、例えば露光及び現像が終わったウェハから所定の割合でサンプリングされたウェハのパターンが検査対象となる。このため、検査されなかったウェハの中に良品範囲外となるウェハがあった場合には、次工程で不良品が発生することになる。従って、本実施形態の評価装置１を用いる評価方法によれば、製造工程のスループットを低下させることなく、実質的に全数検査を行うことができ、次工程での不良品の発生を低減できるとともに、露光条件が許容範囲から外れている場合には露光装置１００に対してフィードバックを行うことによって、露光条件を迅速に改善できる。
【００５９】
上述のように、本実施形態のデバイス製造方法は、露光装置１００における露光及びコータ・デベロッパ２００における現像を含むリソグラフィ工程よりなる加工工程を経て、ウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２を形成し（ステップ１４０）、ウェハ１０の表面を照明し、ウェハ１０の表面から射出した回折光を受光し（ステップ１４４）、受光した光に基づいて、繰り返しパターン１２の露光条件（露光量及びフォーカス位置）を算出し（ステップ１４８，１５２）、算出した繰り返しパターン１２の露光条件と、露光工程におけるパターンの露光条件の良否を規定するデータとしての良品範囲マップＰＷ１（プロセスウィンドウ）とを比較し、繰り返しパターン１２の露光条件の良否を判定している（ステップ１５４）。
【００６０】
また、本実施形態の評価装置１を用いる評価方法は、露光装置１００による露光工程及びコータ・デベロッパ２００による現像工程を経て、表面に検査対象の繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面を照明し、ウェハ１０の表面から射出した光を受光し（ステップ１４４）、受光した光に基づいて、繰り返しパターン１２の露光条件を算出し（ステップ１４８，１５２）、算出した繰り返しパターン１２の露光条件と、繰り返しパターン１２を形成するための露光工程における露光条件の良否を規定する良品範囲マップとを比較し、繰り返しパターン１２の露光条件の良否を判定している（ステップ１５４）。
【００６１】
この実施形態によれば、複数の加工条件としての複数の露光条件のもとでの露光により設けられた凹凸の繰り返しパターン１２を有するウェハ１０を用いて、その複数の露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置を互いに他の影響を抑制した状態で高精度に評価できる。また、別途計測用のパターンを使用する必要がなく、実デバイスのパターンが形成されたウェハからの光を検出することによって露光条件が評価できるため、実際に露光するパターンに関する露光条件を効率的に、かつ高精度に評価できる。
【００６２】
なお、上記の実施形態では、ステップ１５４のウェハ１０に関する評価装置１による露光量及びフォーカス位置の評価結果と、良品範囲マップＰＷ１との比較はホストコンピュータ６００（演算部）で行われている。これに対して、ウェハ１０に関する露光量及びフォーカス位置の評価結果と良品範囲マップＰＷ１との比較を評価装置１の演算部５０の検査部６０で行うようにしてもよい。この場合には、ホストコンピュータ６００から評価装置１の制御部８０を介して検査部６０に良品範囲マップＰＷ１のデータが供給される。
【００６３】
このように評価装置１側でウェハ１０が良品範囲かどうかを判定する場合、評価装置１は、露光装置１００による露光及びコータ・デベロッパ２００による現像を含む加工工程を経て、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面を照明する照明系２０と、そのウェハ１０の表面から射出した光を検出してその表面の像を撮像する受光系３０及び撮像部３５（検出部）と、撮像部３５で撮像された像（検出された光）に基づいて繰り返しパターン１２の露光条件（露光量及びフォーカス位置）を算出し、算出した露光条件と、露光工程における露光条件の良否を規定する良品範囲マップＰＷ１とを比較し、繰り返しパターン１２の露光条件の良否を判定する演算部５０と、を備えている。なお、露光条件の判定結果は、評価装置１から露光装置１００に供給され、露光装置１００において露光条件が補正される。
【００６４】
この評価装置１によれば、実際に露光するパターンに関する露光条件を効率的に、かつ高精度に評価できる。
また、本実施形態のように、ウェハに関する露光量及びフォーカス位置の評価結果を２次元の良品範囲マップＰＷ１（プロセスウィンドウ）と比較してウェハの良否を判定する場合には、露光量及びフォーカス位置について個別に良否を判定する場合に比べて、良品であるにもかかわらず不良品と判定する割合が低下するため、デバイス製造のスループットをさらに高めることができる。
なお、従来は、各評価装置で独自に作成した良品範囲マップと、評価装置で算出した露光条件とを比較することも想定されていた。しかしながら、本実施形態によれば、デバイスメーカーが作成する良品範囲マップ（プロセスウィンドウ、すなわち良品範囲の基準）と、評価装置で算出した露光条件とを比較することができる。これにより、従来、取りこぼしていた不良や、プロセスウィンドウを使っていれば不良と評価しなかった問題点を解決することができる。
【００６５】
なお、本実施形態におけるホストコンピュータ６００は、ウェハの露光条件（露光量及びフォーカス位置）の評価結果を良品範囲マップＰＷ１と比較して、その露光条件が良品範囲外であるときに、その情報を一例として露光装置１００に供給しているが、この方法に限られることなく、例えば、評価した露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入らないショットＳＡｎの割合が所定の割合を超えたときに、良品領域ＧＳＡに入らないショットＳＡｎを評価結果として露光装置１００に通知してもよい。また、ホストコンピュータ６００は、良品範囲外であると判定されたウェハに関して、例えば露光量の平均値の最適値からの偏差及びフォーカス位置の平均値の最適値からの偏差の情報を露光装置１００に供給してもよい。この場合、露光装置１００では、それらの偏差に応じて露光量及び／又はフォーカス位置を個別に補正できる。
【００６６】
なお、上記の実施形態では、２つの回折条件のもとで得られたウェハの画像から得られる平均輝度に一方の露光条件の影響を抑制するための演算を施している。この外に、例えば３個以上の回折条件のもとで得られたウェハの画像から得られる３個以上の輝度に、一方の露光条件の影響を抑制するための演算を施し、この演算結果から他方の露光条件を求めるようにしてもよい。
【００６７】
また、上記の実施形態では、複数の回折条件から、例えばフォーカス変化曲線が同じ傾向を持ち、ドーズ変化曲線が逆の傾向を持つ第１及び第２の回折条件を選択しているため、第１及び第２の回折条件の選択が容易である。これ以外に、複数の回折条件から、これらの条件のもとでの検出結果の例えばフォーカス値の変化に対する差分（又は差分の自乗和）よりも露光量の変化に対する差分（又は差分の自乗和）が大きくなるように、第１及び第２回折条件を選択するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、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ＰＬ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回折検査を使用してもよい。
なお、本実施形態では、評価装置１により加工条件としての２つの露光条件（露光量及びフォーカス位置）を互いに独立に評価するために、２つの露光条件に対してそれぞれ例えば第１及び第２の回折条件を求め、これらの回折条件で得られた計測値を演算している。しかしながら、評価装置１により２つの露光条件（又は３つ以上の露光条件でもよい）を評価する方法は任意である。例えば第１の回折条件としては、第１の露光条件の変化に対して計測値がほぼ単調に変化し、第２の露光条件の変化に対しては計測値がほぼ一定のままである回折条件を選択し、第２の回折条件としては、第２の露光条件の変化に対して計測値がほぼ単調に変化し、第１の露光条件の変化に対しては計測値がほぼ一定のままである回折条件を選択してもよい。この場合には、２つの回折条件でウェハ面の像を撮像するだけで、第１及び第２の露光条件を互いに独立に評価できるため、検査をより効率的に行うことができる。
【００６９】
なお、本実施形態の評価装置１は、第１の露光装置１００（加工装置）で露光（加工）された繰り返しパターン１２（第１パターン）の露光条件（加工条件）を判定する検査装置ともみなすことができる。この検査装置は、繰り返しパターン１２が表面に形成されたウェハ１０を保持可能なステージ５と、ステージ５に保持されたウェハ１０の表面を照明光ＩＬＩ（検出光）で照明する照明系２０と、ウェハ１０の表面から射出した光を受光し、この光の状態を規定する条件（回折光の光量）を検出する撮像装置３５及び画像処理部４０（検出部）と、既知の露光条件で繰り返しパターン１２が形成された条件振りウェハ１０ａに関してその検出部で検出される光の状態を規定する条件に基づいて、検査対象のウェハ１０に関してその検出部で検出される光の状態を規定する条件から露光装置１００の露光条件を求める演算部５０と、を備えている。
【００７０】
そして、露光装置１００（第１の加工装置）で既知の露光条件で繰り返しパターン１２が形成された条件振りウェハ１０ａをエッチング装置３００（第２の加工装置）でさらに加工して得られる繰り返しパターン１２Ｅ（第２パターン）の検査結果に基づいて、その検査対象のウェハ１０に関して演算部５０で求められる露光装置１００の露光条件を判定している。この検査装置としての評価装置１によれば、後工程で形成される繰り返しパターン１２Ｅの良否判定結果に基づいて、露光装置１００における露光条件の良否を判定できるため、露光装置１００で露光されたウェハ１０の良否判定を後工程に合わせて行うことができ、後工程での不良品の発生を抑制できる。
【００７１】
なお、本実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、評価装置１の回折検査時においても、照明光ＩＬＩがウェハ面に対してＳ偏光（入射面に対して垂直な方向の直線偏光）となるように照明側偏光フィルタ２６を光路上に配置することも可能である。Ｓ偏光を用いた回折検査ではウェハ１０の下地層（すなわち、ウェハ１０に形成された複数種類の層の中で最上層よりも下の層）の影響を受けにくく最上層の状態を検出できる。
【００７２】
また、通常、実デバイス用のレチクルには複数のピッチで周期方向が同一又は直交する複数のパターンが形成されており、ウェハ１０の各ショットＳＡｎにもピッチＰの繰り返しパターン１２の外に異なるピッチのパターンも形成される。さらに、例えばピッチＰの繰り返しパターンをそれよりも大きいピッチＰ１（＞Ｐ）で配列したパターンブロックがある場合、このパターンブロックからはピッチＰ１のパターンから発生する回折光と同じ回折光が発生するため、実質的にピッチＰ１のパターンがあるとみなして回折検査を行うことも可能である。
【００７３】
また、上記の実施形態では条件振りウェハ１０ａは１枚である。しかしながら、フォーカス値の段階数に露光量の段階数を掛けて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、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、条件振りウェハ１０ａを複数枚作成してもよい。
【００７４】
逆に、例えばショットＳＡｎの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／又は非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、走査方向及び／又は非走査方向に配列されたショットの一部のショットのみを露光してもよい。ただし、この場合、フォーカス値及び露光量を変化させて露光した複数のショットを、走査方向又は非走査方向に複数組設け、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塗布むらの影響、及び走査露光時のウェハの走査方向（図２（ｃ）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。
【００７５】
また、ステップ１０６において、露光装置１００の投影光学系の収差の影響等をさらに抑制するために、例えば図５（ｂ）のショットＳＡｎの中央部の部分領域ＣＡｎ内に対応する撮像素子３５ｂの画素の信号強度を平均化した平均信号強度を算出してもよい。
【００７６】
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、ショット平均強度の代わりに、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５（ｃ）参照）毎に平均信号強度を算出し、例えばショットＳＡｎ内で同じ位置にある設定領域１６内に対応する撮像素子３５ｂの画素の信号強度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６行で非走査方向に５列であるが、その大きさ及び配列は任意である。
【００７７】
また、上記の実施形態では、ドーズ変化曲線及びフォーカス変化曲線として記憶部９５に記憶した曲線の情報を利用して露光条件の評価を行っている。このように曲線の情報を用いる代わりに、例えばドーズ変化曲線及びフォーカス変化曲線に対応するテーブルなどの情報を用いて露光条件の評価を行ってもよい。
また、上記の実施形態のステップ１２０において、第２の回折条件ε（３−Ｄ３）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ１２をゲインａ’及びオフセットｂ’で補正した曲線と、第１の回折条件ε（１−Ｄ２）で得られたフォーカス変化曲線Ｂ２とが一致するようにゲインａ’及びオフセットｂ’を決定してもよい。さらに、曲線Ｂ２Ａ及びフォーカス変化曲線Ｂ１３をフォーカス値Ｆｉに関する高次多項式（例えば４次の多項式）で近似し、これらの差分の自乗和が最小になるようにａ，ｂの値を決定してもよい。また、ゲインａ又はオフセットｂのみを使用して、一方のフォーカス変化曲線を補正し、この補正後の曲線が他方のフォーカス変化曲線とできるだけ一致するようにａ又はｂの値を決定してもよい。さらに、例えばフォーカス値Ｆｉごとに、補正後の差分が０になるように一方のフォーカス変化曲線に掛ける係数ｃｆｉを独立に決定してもよい。
また、基準ドーズ曲線ＳＤ１も露光量に関する１次式又は高次多項式で近似してもよい。同様に、基準フォーカス曲線ＳＦ１もフォーカス値に関する１次式又は高次多項式で近似してもよい。
【００７８】
また、上記の実施形態のステップ１２８においては、エッチング後のパターンではなく、レジストパターンに関する評価結果を用いて図１６（ａ）の寸法マップＷＭ１を作成してもよい。
また、ステップ１２８、１３０におけるＳＥＭ４００による各ショットＳＡｎ内の評価領域ＭＡＥ及び評価点ＭＡ１〜ＭＡ３内のパターンの検査は、ショット毎にまとめて順次行うようにしてもよい。また、検査対象の評価点ＭＡ１〜ＭＡ３の個数は任意であり、評価点は一つでもよい。
【００７９】
また、上記の実施形態では、ステップ１３４において、ショットＳＡｎ内のパターンの線幅を示す寸法マップＷＭ１、及び評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンが良好であるショットの範囲を示す３つのマップより、良品範囲マップＰＷ１を作成している。この外に、評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンが良好であるショットの範囲を示す３つのマップを使わずに、寸法マップＷＭ１のみから良品範囲マップＰＷ１を作成してもよい。この場合、ステップ１２８でＳＥＭ４００によってウェハ１０の各ショットＳＡｎ内の評価領域内のパターンの線幅を計測し、この計測結果の線幅の平均値を各ショットＳＡｎに割り当てたマップである寸法マップＷＭ１を作成し、ステップ１３４において、線幅と適正値（線幅の適正値）とを比較した差が任意の閾値よりも小さい場合に良品として良品範囲マップＰＷ１を作成する。寸法マップＷＭ１から良品範囲マップＰＷ１を作成することで、評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンの形状評価（ステップ１３０〜１３３）を省略することができるため、簡便な条件出しを行うことができる。なお、寸法マップＷＭ１の作成において、線幅の計測を行う評価領域は各ショットＳＡｎ内の異なる複数の領域とする方が良品範囲マップＰＷ１の信頼性が向上する点で望ましい。
また、寸法マップＷＭ１を利用せずに、評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンの形状評価の結果に基づいて、良品範囲マップＰＷ１を作成してもよい。この場合、ショットＳＡｎ内の評価領域ＭＡＥにおけるパターンの線幅測定、及び寸法マップＷＭ１の作成（ステップ１２８）を省略することができるため、簡便な条件出しを行うことができる。
【００８０】
また、上記の良品範囲マップＰＷ１はＳＥＭ４００の制御部（不図示）で作成することも可能である。さらに、良品範囲マップＰＷ１の情報は、ホストコンピュータ６００から露光装置１００の制御部（不図示）に送信し、この制御部内の記憶装置に記録してもよい。
また、上記の実施形態では、ウェハ１０の全ショットのショット内平均信号強度を算出し、ショット毎に良品範囲内かどうかを判定している。しかしながら、別の方法として、ステップ１４６、１５０において、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ内のＩ個の設定領域１６（図５（ｃ）参照）毎に平均信号強度を求め、ステップ１５４において、ショットＳＡｎ内の設定領域１６毎に良品範囲内かどうかを評価してもよい。
【００８１】
この場合に、ステップ１４８で、ウェハ１０の全部の設定領域１６に関して算出される露光量Ｄｎｉ（ｉ番目の設定領域１６の露光量）を輝度に換算した結果の一例を図１１（ａ）に示す。さらに、ステップ１５２で、ウェハ１０の全部の設定領域１６に関して算出されるフォーカス値Ｆｎｉ（ｉ番目の設定領域１６のフォーカス値）を輝度に換算した結果の一例を図１１（ｂ）に示す。
【００８２】
また、上記の実施形態のステップ１２８やステップ１３０において、繰り返しパターンの線幅や評価対象パターンの形状をＳＥＭ４００により評価しているが、ＳＥＭに限られることなく、スキャトロメーターや原子間力顕微鏡等の既存の測定装置を利用してもよい。
【００８３】
また、上記の実施形態では、回折検査を行っているが、上記の実施形態において、偏光（繰り返しパターンにおける構造性複屈折による偏光状態の変化）を利用した偏光検査を行うことも可能である。
なお、上記の実施形態において、評価装置１が回折検査のみを行う場合には、照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２、並びにこれらを照明光又は回折光の光路に挿脱する機構（駆動部等）を省略することができる。
【００８４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態につき図１８（ａ）〜図２０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）で微細なピッチ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。
【００８５】
さらに、本実施形態では、後述のように、一例として偏光検査（ＰＥＲ検査）が行われる。ここで、図２（ｂ）のウェハ面の繰り返しパターン１２の偏光検査を行う場合につき簡単に説明する。この場合、図２（ｂ）のウェハ面の繰り返しパターン１２は、図３（ａ）に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向である配列方向（ここではＸ方向）に沿って、スペース部２Ｂを挟んで一定のピッチ（周期）Ｐで配列されたレジストパターン（ラインパターン）であるものとする。ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を、繰り返しパターン１２の周期方向（又は繰り返し方向）とも呼ぶ。
【００８６】
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。適正な露光条件（すなわち、露光量及びフォーカス位置）で繰り返しパターン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は等しくなると共に、ライン部２Ａの側壁部２Ａａはウェハ１０の表面に対してほぼ直角に形成され、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。またそのときのライン部２ＡのＸ−Ｚ断面の形状は正方形や長方形となる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光装置１００におけるフォーカス位置が適正なフォーカス位置から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの側壁部２Ａａはウェハ１０の表面に対して直角とならず、ライン部２ＡのＸ−Ｚ断面の形状は台形となる。したがって、ライン部２Ａの側壁部２Ａａライン部２Ａ及びスペース部２Ｂの線幅ＤA，ＤBが設計値と異なってしまい、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。一方、露光装置１００における露光量が変化すると、ピッチＰと線幅ＤAが変化するため、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。
【００８７】
偏光検査は、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との体積比の変化に伴う反射光の偏光状態の変化（すなわち、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、繰り返しパターン１２の状態（良否等）の検査を行うものである。なお、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、フォーカス位置の適正値からのずれ等に起因し、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。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。
【００８８】
本実施形態の評価装置１を用いて、ウェハ面の偏光検査を行うには、制御部８０が記憶部８５に記憶されたレシピ情報（検査条件や手順等）を読み込み、以下の処理を行う。まず、図２（ａ）に示すように、照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２が光路上に挿入される。そして、図１（ｂ）の搬送系５００により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送途中で不図示のアライメント機構により得られたウェハ１０の位置情報に基づいて、ウェハ１０はステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置される。また、偏光検査を行うとき、ステージ５のチルト角は、受光系３０でウェハ１０からの正反射光ＩＬＲ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（図２（ａ）では角度θ３）に対して受光系３０で受光する光のウェハ面に対する反射角（受光角）が等しくなるように設定される。なお、反射角は、反射光の主光線がウェハ面の法線ＣＡと成す角度である。さらに、ステージ５の回転角φ１は、ウェハ面における繰り返しパターン１２の周期方向が、図３（ｂ）に示すように、ウェハ面における照明光（図３（ｂ）ではＰ偏光の直線偏光の光Ｌとしている）の振動方向に対して、４５度で傾斜するように設定される。繰り返しパターン１２からの反射光の信号強度を最も高くするためである。
【００８９】
照明側偏光フィルタ２６は、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間に配設されるとともに、その透過軸が所定の方位（方向）に設定され、透過軸に応じて照明ユニット２１からの光から偏光成分（直線偏光）を抽出する（透過させる）。本実施形態では、一例として、導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６及び照明側凹面鏡２５を介しＰ偏光の直線偏光Ｌ（図３（ｂ）参照）となってウェハ面に照射される。
【００９０】
このとき、ウェハ面に入射する照明光ＩＬＩ（ここでは直線偏光の光Ｌ）がＰ偏光であるため、図３（ｂ）に示すように、繰り返しパターン１２の周期方向が光Ｌの入射面（ウェハ面における光Ｌの進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ面における光Ｌの振動方向と繰り返しパターン１２の周期方向とのなす角度も、４５度に設定される。言い換えると、直線偏光の光Ｌは、ウェハ面における光Ｌの振動方向が繰り返しパターン１２の周期方向に対して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入射する。
【００９１】
ウェハ面で反射した平行光の正反射光ＩＬＲは、受光系３０の受光側凹面鏡３１により集光されて受光側偏光フィルタ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正反射光ＩＬＲ（ここでは直線偏光の光Ｌ）の偏光状態が例えば楕円偏光に変化する。受光側偏光フィルタ３２の透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ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、受光側偏光フィルタ３２により、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち光Ｌと振動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、ウェハ１０からの正反射光のうち光Ｌに対して振動方向が略直角な偏光成分（光ＬがＰ偏光であればＳ偏光成分）によるウェハ面の像が形成される。なお、楕円偏光の短軸方向が光Ｌの偏光方向と直交していない場合は、受光側偏光フィルタ３２の透過軸をその楕円偏光の短軸方向に合わせるようにしてもよい。これによって、検出感度（露光条件の変化に対する検出信号の変化の比率）が向上する場合がある。
【００９２】
そして、撮像装置３５はそのウェハ面の像の画像信号を画像処理部４０に出力し、画像処理部４０はウェハ面のデジタル画像を生成し、その画像の情報を検査部６０に出力する。検査部６０はその画像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における露光条件等を評価する。なお、照明側偏光フィルタ２６を回転してウェハ面に入射する照明光ＩＬＩの偏光方向をＰ偏光からずらすことも可能である。ただし、この場合でも、受光側偏光フィルタ３２の偏光方向は照明側偏光フィルタ２６に対してクロスニコル状態に設定される。そのようにデジタル画像を生成したときに、照明光ＩＬＩの波長λ及び照明側偏光フィルタ２６の角度の組み合わせを一つの偏光条件と呼ぶ。なお、例えば照明光ＩＬＩの入射角θ３（すなわち反射角θ３）を変更する機構を設けることも可能であり、このように入射角を変更する場合には、入射角も一つの偏光条件に含まれる。そして、複数の偏光条件が上記のレシピ情報に含まれている。
【００９３】
次に、スペーサ・ダブルパターニング法について説明する。スペーサ・ダブルパターニング法では、まず、図１８（ａ）に示すように、ウェハ（ウェハ１０ｄとする）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、及びコータ・デベロッパ２００による現像によって、複数のレジストパターンのライン部２ＡをピッチＰで配列した繰り返しパターン１２が形成される。一例として、ピッチＰは露光装置１００の解像限界に近いとする。この後、図１８（ｂ）に示すように、エッチング装置３００によるエッチング（所謂、スリミング）を利用してライン部２Ａの線幅を半分（ライン部２Ａの幅の１／２となったライン部をライン部１２Ａと称する）にして、薄膜形成装置７００でライン部１２Ａ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を所定の厚さだけエッチングした後、エッチング装置３００でライン部１２Ａのみを除去することで、図１８（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をピッチ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１８（ｄ）に示すように、線幅がほぼＰ／４のハードマスク部１７Ａをピッチ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、露光装置１００の解像限界のほぼ１／２のピッチ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、ピッチがＰ／４の繰り返しパターンを形成することも可能である。
【００９４】
また、評価装置１を用いて例えば回折検査を行う場合、回折が起こるためには繰り返しパターンのピッチが評価装置１の照明光ＩＬＩの波長λの１／２以上でなければならない。そのため、照明光として波長が２４８ｎｍの光を用いた場合、ピッチＰが１２４ｎｍ以下の繰り返しパターン１２では回折光ＩＬＤが発生しなくなる。このため、図１８（ａ）の場合のように、ピッチＰが露光装置１００の解像限界に近いと、回折検査は次第に困難になる。さらに、図１８（ｄ）の場合のように、ピッチがＰ／２（さらにはＰ／４）の繰り返しパターン１７Ｂに関しては、正反射光ＩＬＲのみが発生するため、回折検査は困難である。ただし、繰り返しパターン１７Ｂがより大きいピッチで配列されたパターンブロックが存在する場合には、このパターンブロックからの回折光を検出することにより、回折検査も可能である。
【００９５】
本実施形態では、図１８（ｄ）のように、回折光が発生しない繰り返しパターン１７Ｂが各ショットに形成されたウェハ１０ｄからの光を検出して、繰り返しパターン１７Ｂの加工条件を評価するために、評価装置１によるウェハ面の偏光検査を行う。以下、図１９のフローチャートを参照して、偏光検査を行うときに使用する複数の偏光条件を選択する評価条件出しにつき説明し、図２０のフローチャートを参照して、その選択された偏光条件を用いて偏光検査を行って、デバイス製造システムＤＭＳの加工条件を評価する方法につき説明する。なお、図１９及び図２０において、図４及び図１７に対応するステップには同一又は類似の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【００９６】
ここでは、評価装置１を用いてウェハ１０ｄのピッチＰ／２の繰り返しパターン１７Ｂが形成された表面の偏光検査を行うため、図２（ａ）に示すように、評価装置１の光路に照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２が挿入され、ウェハ１０ｄが載置されるステージ５のチルト角φ２は、照明系２０からの照明光ＩＬＩが照射されたウェハ１０ｄからの正反射光ＩＬＲを受光系３０で受光できるように設定される。また、ステージ５の回転角φ１は、繰り返しパターン１７Ｂの周期方向と、照明光ＩＬＩの入射方向とが例えば４５度で交差するように設定される。そして、複数の偏光条件としては、一例として、照明光ＩＬＩの波長λａ（上記のλ１〜λ３のいずれか）と、照明側偏光フィルタ２６の角度θｂ（例えば回転角３６度×ｂ（ｂ＝０〜４））との組み合わせである１５の偏光条件η（λａ，θｂ）（ａ＝１〜３，ｂ＝０〜４）を想定する。ただし、照明側偏光フィルタ２６の角度が切り換えられたときには、受光側偏光フィルタ３２の角度も、照明側偏光フィルタ２６に対してクロスニコル状態を維持するように切り換えられる。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、図１８（ｂ）のスペーサ層１８の堆積時間ｔｓ（薄膜形成装置７００における薄膜堆積量）及びスペーサ層１８のエッチング時間ｔｅ（エッチング装置３００におけるエッチング量）を想定し、このうちのエッチング時間ｔｅ（以下、エッチング量ｔｅと称する）を堆積時間ｔｓ（以下、スペーサ堆積量ｔｓと称する）の影響を抑制しながら評価するものとする。
【００９７】
評価条件出しのために、まず、図１９のステップ１０２Ａにおいて、図１８（ａ）〜（ｄ）のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスを、５種類のスペーサ堆積量ｔｓ（ｔｓ３〜ｔｓ７）及び５種類のエッチング量ｔｅ（ｔｅ３〜ｔｅ７）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、堆積量ｔｓ５がベスト堆積時間（適正堆積量）であり、エッチング量ｔｅ５がベストエッチング時間（適正エッチング量）であるとする。この場合、エッチング量ｔｅ３，ｔｅ４はエッチング不足であり、エッチング量ｔｅ６，ｔｅ７はエッチング過剰である。
【００９８】
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２（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（ここでは１５個）の偏光条件η（λａ，θｂ）のもとで照明光ＩＬＩを条件振りウェハの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハからの正反射光ＩＬＲによる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１０４Ａ）。ここでは２５枚の条件振りウェハに関してそれぞれ１５個の像が撮像されるため、画像処理部４０において、全部で３７５（＝２５×１５）個のデジタル画像が得られる。
【００９９】
さらに、画像処理部４０は、その複数の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、条件振りウェハの全部のショット内の全部の画素の信号強度を平均化した平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力する（ステップ１０６Ａ）。
そして、検査部６０内の第１演算部６０ａは、その複数の偏光条件η（λａ，θｂ）のそれぞれに関して得られる全部の条件振りウェハの平均信号強度から、加工条件中のエッチング量ｔｅが同じでスペーサ堆積量ｔｓが５段階に変化するときの平均信号強度の変化特性をスペーサ変化曲線（不図示）として抽出し、記憶部８５に記憶する（ステップ１０８Ａ）。また、その第１演算部６０ａは、その複数の偏光条件η（λａ，θｂ）のそれぞれに関して得られる全部の平均信号強度から、加工条件中のスペーサ堆積量が同じでエッチング量が５段階に変化するときの平均信号強度の変化特性をエッチング変化曲線（不図示）として抽出し、記憶部８５に記憶する（ステップ１１０Ａ）。
【０１００】
その後、その第１演算部６０ａは、上記の複数の偏光条件η（λａ，θｂ）から、スペーサ変化曲線が同じ傾向（例えばスペーサ堆積量ｔｓが増加するときに両方の平均信号強度がほぼ同じように増減する特性）を持ち、エッチング変化曲線が逆の傾向（例えばエッチング量ｔｅが増加するときに一方の平均信号強度がほぼ増加して他方の平均信号強度がほぼ減少する特性）を持つ第１組の第１及び第２の偏光条件を選択し、選択された２つの偏光条件を記憶部８５に記憶する（ステップ１１２Ａ）。図１８（ｅ）は、１５個のスペーサ変化曲線のうち、第１及び第２の偏光条件のもとで得られた２つの変化曲線Ｂｋ１及びＢｋ２を示し、図１８（ｆ）は、１５個のエッチング変化曲線のうち、第１及び第２の偏光条件のもとで得られた２つの変化曲線Ｃｋ１及びＣｋ２を示す。変化曲線Ｂｋ１及びＢｋ２は同じ傾向で変化しており、変化曲線Ｃｋ１及びＣｋ２は逆の傾向で変化している。
【０１０１】
そして、第１演算部６０ａは、第１の偏光条件で得られたスペーサ変化曲線Ｂｋ１をゲインａ（比例係数又は倍率）及びオフセットｂで補正した変化曲線（不図示）と、第２の偏光条件で得られたスペーサ変化曲線Ｂｋ２とが一致するように、すなわち補正後の曲線と曲線Ｂｋ２との差分ΔＢｋが最小自乗法で最小になるようにゲインａ及びオフセットｂを決定し、これらのゲインａ及びオフセットｂを記憶部８５に記憶する（ステップ１１４Ａ）。なお、図１８（ｅ）の右側の縦軸が差分ΔＢｋの値である。
【０１０２】
次に、第１演算部６０ａは、図１８（ｆ）の第１の偏光条件で得られたエッチング変化曲線Ｃｋ１をステップ１１４Ｂで算出されたゲインａ及びオフセットｂで補正した曲線（不図示）と、第２の偏光条件で得られたエッチング変化曲線Ｃｋ２との差分をエッチング量ｔｅの関数で表した曲線（以下、基準エッチング曲線という。）ＳＥ１を算出し、算出された基準エッチング曲線ＳＥ１を記憶部８５に記憶する（ステップ１１６Ａ）。なお、図１８（ｆ）の右側の縦軸が基準エッチング曲線ＳＥ１の値である。
【０１０３】
さらに、その第１演算部６０ａは、上記の複数の偏光条件η（λａ，θｂ）から、エッチング変化曲線が同じ傾向（例えばスペーサ堆積量ｔｓが増加するときに両方の平均信号強度がほぼ同じように増減する特性）を持ち、スペーサ変化曲線が逆の傾向（例えばエッチング量ｔｅが増加するときに一方の平均信号強度がほぼ増加して他方の平均信号強度がほぼ減少する特性）を持つ第２組の第１及び第２の偏光条件を選択し、選択された２つの偏光条件を記憶部８５に記憶する（ステップ１１８Ａ）。
【０１０４】
そして、第１演算部６０ａは、第２組の第１の偏光条件で得られたエッチング変化曲線（不図示）をゲインａ’及びオフセットｂ’で補正した変化曲線と、第２の偏光条件で得られたエッチング変化曲線（不図示）とが一致するようにゲインａ’及びオフセットｂ’を決定し、これらのゲインａ’及びオフセットｂ’を記憶部８５に記憶する（ステップ１２０Ａ）。次に、第１演算部６０ａは、第２組の第１の偏光条件で得られたスペーサ変化曲線（不図示）をステップ１２０Ａで算出されたゲインａ’及びオフセットｂ’で補正した曲線と、第２の偏光条件で得られたスペーサ変化曲線（不図示）との差分をスペーサ堆積量ｔｓの関数で表した曲線（以下、基準スペーサ曲線という。）ＳＳ１を算出し（図１８（ｅ）参照）、算出された基準スペーサ曲線ＳＳ１を記憶部８５に記憶する（ステップ１２２Ａ）。なお、図１８（ｅ）の右側の縦軸が基準スペーサ曲線ＳＳ１の値でもある。以上の動作によって、加工条件を評価する際に使用する評価条件である第１組及び第２組の偏光条件を求める条件出しが終了したことになる。
【０１０５】
次に、本実施形態における図１２の条件出しに対応する動作では、図１２のステップ１２４に対応するステップで、ステップ１０２Ａと同様に、上記のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスを、５種類のスペーサ堆積量ｔｓ（ｔｓ３〜ｔｓ７）及び５種類のエッチング量ｔｅ（ｔｅ３〜ｔｅ７）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。
【０１０６】
そして、ステップ１２８に対応するステップで、ＳＥＭ４００によって各ウェハの各ショット内の評価領域内の繰り返しパターン１７Ｂの線幅を計測し、一例として各ショットの計測値の平均値を当該ウェハの線幅の計測値として、図１６（ａ）の寸法マップＷＭ１と同様の寸法マップ（不図示）を作成する。この場合の寸法マップでは、図１６（ｂ）に示すように、一例として横方向がウェハ毎のエッチング量ｔｅ、縦方向がウェハ毎のスペーサ堆積量ｔｓであり、ｎ枚目のウェハＷｎの位置に当該ウェハに関する線幅の計測値が記録される。さらに、ステップ１３０に対応するステップで、ＳＥＭ４００によって各ウェハの各ショット内のｋ番目（ｋ＝１，２，…）の評価点の評価対象パターン（不図示）の良否を判定し、第ｋ評価点マップを作成する。第ｋ評価点マップは、図１３（ａ）の評価点マップＥＭ１に対して、横方向をウェハ毎のエッチング量ｔｅ、縦方向をウェハ毎のスペーサ堆積量ｔｓとして、その評価対象パターンが良好（合格）となったウェハの範囲を表している。これらの寸法マップ及び第ｋ評価点マップの情報は一例としてホストコンピュータ６００に出力される。
【０１０７】
その後、ステップ１３４に対応するステップで、ホストコンピュータ６００は、その複数の第ｋ評価点マップの良品領域の論理積を取り、この良品領域をその寸法マップに基づいてさらに制限することによって、図１６（ｂ）に示す良品範囲マップＰＷ２を作成する。良品範囲マップＰＷ２は、形成されたパターンが良好（合格）となったウェハを加工したときのエッチング量ｔｅ及びスペーサ堆積量ｔｓの２次元的な範囲（良品範囲）を表している。従って、その良品範囲マップＰＷ２もエッチング量及びスペーサ堆積量に関するプロセスウィンドウとみなすことができる。
【０１０８】
その後、ステップ１３６に対応するステップで、作成された良品範囲マップＰＷ２はエッチング装置３００及び薄膜形成装置７００を識別するＩＤデータとしてホストコンピュータ６００内のデータベースに登録されて、条件出しが終了する。
次に、実際のデバイス製造工程においてデバイス製造システムＤＭＳによって繰り返しパターン１７Ｂが形成されたウェハ１０ｄに対して、評価装置１によって偏光検査を行うことによって、加工条件中のスペーサ堆積量及びエッチング量を以下のように評価する。まず、図２０のステップ１４０Ａにおいて、デバイス製造システムＤＭＳにおいて、図１８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したスペーサ・ダブルパターニング・プロセスを実行することによって、各ショットに繰り返しパターン１７Ｂが形成されたウェハ１０ｄを製造する。この際の加工条件は、全部のショットにおいて、スペーサの堆積量（堆積時間ｔｓ）に関してはベスト堆積時間（適正量）であり、エッチング量（エッチング時間ｔｅ）に関してはベストエッチング量（適正量）である。しかしながら、実際には薄膜形成装置７００における膜厚むらによりスペーサ堆積量のばらつきが生じる恐れがあり、エッチング装置３００におけるエッチングむらによってエッチング量のばらつきが生じる恐れがある。
【０１０９】
製造されたウェハ１０ｄは、不図示のアライメント機構を介して図２（ａ）の評価装置１のステージ５上にロードされる（ステップ１４２Ａ）。そして、評価装置１において、上記の評価条件出しで決定された第１組及び第２組の偏光条件のもとで、ウェハ１０ｄ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１４４Ａ）。
次に、画像処理部４０は、第１組及び第２組の偏光条件のそれぞれに関してウェハ１０ｄの全面のデジタル画像を生成する。そして、画像処理部４０は、第１組の第１及び第２の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、ウェハ１０ｄの全部のショット毎に平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力する。そして、検査部６０内の第３演算部６０ｃは、ウェハ１０ｄの全部のショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）毎に、第１の偏光条件で得られた平均信号強度を上記のステップ１１４Ａで算出された係数（ゲインａ及びオフセットｂ）で補正した信号強度から、第２の偏光条件で得られた平均信号強度を減算して平均信号強度の差分Δｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１４６Ａ）。その後、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０ｄの全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１１６Ａで記憶した図１８（ｆ）の基準エッチング曲線ＳＥ１に上記の平均信号強度の差分Δｎを当てはめて対応するエッチング量Ｅｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１４８Ａ）。
【０１１０】
さらに、画像処理部４０は、第２組の第１及び第２の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、ウェハ１０ｄの全部のショット毎に平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力する。そして、検査部６０内の第３演算部６０ｃは、ウェハ１０ｄの全部のショットＳＡｎ毎に、第１の偏光条件で得られた平均輝度を上記のステップ１２０Ａで算出された係数（ゲインａ’及びオフセットｂ’）で補正した信号強度から、第２の偏光条件で得られた平均信号強度を減算して平均信号強度の差分Δｎ’を算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１５０Ａ）。その後、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０ｄの全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１２２Ａで記憶した図１８（ｅ）の基準スペーサ曲線ＳＳ１に上記の平均信号強度の差分Δｎ’を当てはめて対応するスペーサ堆積量Ｓｎを算出し、算出結果を記憶部８５に記憶する（ステップ１５２Ａ）。
【０１１１】
次のステップ１５４Ａにおいて、一例として、評価装置１の制御部８０は、信号出力部９０を介してホストコンピュータ６００に、ウェハ１０ｄのショット毎に得られたエッチング量Ｅｎ及びスペーサ堆積量Ｓｎのデータ（評価データ）を出力する。これに応じて、ホストコンピュータ６００では、評価装置１から送られてきた評価データと、上記のように登録された良品範囲マップＰＷ２（プロセスウィンドウ）（図１６（ｂ）参照）とを比較して、ウェハ１０の各ショットのエッチング量Ｅｎ及びスペーサ堆積量Ｓｎが良品領域に入るかどうかを判定する。
【０１１２】
そして、例えばウェハ１０ｄにエッチング量Ｅｎ及びスペーサ堆積量Ｓｎが良品領域に入らないショットがある場合、又はエッチング量Ｅｎ及びスペーサ堆積量Ｓｎが良品領域に入らないショットの割合が所定の割合を超えた場合には、ホストコンピュータ６００は評価されたウェハ１０ｄが良品範囲外であると判定する。そして、ウェハ１０ｄが良品範囲内と判定されたときには（ステップ１５６Ａ）、動作はステップ１６４Ａに移行して、ウェハ１０ｄは次工程（例えば上のレイヤの回路パターン形成工程）に進む。
【０１１３】
一方、ウェハ１０ｄが良品範囲外であると判定されたときには、ホストコンピュータ６００は、一例としてステップ１５８Ａに移行して、ウェハ１０ｄをＳＥＭ４００で再検査するかどうかを判定する。再検査するときには、当該ウェハ１０ｄをＳＥＭ４００に送って線幅及び評価対象パターンが許容範囲内かどうかを再検査する（ステップ１６０Ａ）。そして、再検査の結果、ウェハ１０ｄが良品であった場合には（ステップ１６２Ａ）、ステップ１６４Ａ（次工程）に移行する。
【０１１４】
また、ステップ１５８ＡでＳＥＭ４００による再検査を行わないと判定した場合、及びステップ１６０ＡのＳＥＭ４００による再検査でウェハ１０ｄが良品範囲外と判定された場合には（ステップ１６２Ａ）、動作はステップ１６６Ａに移行して、一例としてホストコンピュータ６００から薄膜形成装置７００の制御部（不図示）及びエッチング装置３００の制御部（不図示）に対して良品範囲外のウェハが生じたことのアラームを発する。これに応じて、一例として薄膜形成装置７００ではスペーサ堆積量（堆積時間）の補正を行い、エッチング装置３００ではエッチング量（エッチング時間）の補正を行う。これによって、その後のステップ１４０Ａ（スペーサ・ダブルパターニング・プロセス）の実行時にエッチングむら等及びスペーサ堆積量のむら等が減少し、繰り返しパターン１７Ｂを高精度に製造できる。
【０１１５】
この実施形態によれば、実デバイス用の繰り返しパターン１７Ｂが形成されたウェハ１０ｄを用いて２組の偏光条件のもとで偏光検査を行うことによって、そのパターンの形成時に使用されたエッチング装置３００におけるエッチング量及び薄膜形成装置７００におけるスペーサ堆積量を互いの影響を除去して高精度に評価できる。そして、この評価結果と良品範囲マップＰＷ２とを比較してウェハ１０ｄの加工条件（エッチング量及びスペーサ堆積量）が良好かどうかを判定しているため、ウェハ１０ｄの加工条件が良好（合格）かどうかを効率的にかつ高精度に判定できる。そして、この判定結果をエッチング装置３００及び薄膜形成装置７００にフィードバックすることによって、その後の工程での不良品の発生を抑制できる。
【０１１６】
上述のように、本実施形態のデバイス製造方法は、薄膜形成装置７００における薄膜形成（スペーサ層の堆積）及びエッチング装置３００におけるエッチングを含む加工工程を経て、ウェハ１０ｄの表面に繰り返しパターン１７Ｂを形成し（ステップ１４０Ａ）、ウェハ１０ｄの表面を照明し、ウェハ１０ｄの表面から射出した回折光を受光し（ステップ１４４Ａ）、受光した光に基づいて、繰り返しパターン１７Ｂの加工条件（エッチング量及びスペーサ堆積量）を算出し（ステップ１４８Ａ，１５２Ａ）、算出した繰り返しパターン１７Ｂの加工条件と、加工工程におけるパターンの加工条件の良否を規定するデータとしての良品範囲マップＰＷ２（プロセスウィンドウ）とを比較し、繰り返しパターン１７Ｂの加工条件の良否を判定している（ステップ１５４Ａ）。
【０１１７】
この実施形態によれば、複数の加工条件のもとでの加工により設けられた凹凸の繰り返しパターン１７Ｂを有するウェハ１０ｄを用いて、その複数の加工条件のうちのエッチング量及びスペーサ堆積量を互いに他の影響を抑制した状態で高精度に評価できる。また、別途計測用のパターンを使用する必要がなく、実デバイスのパターンが形成されたウェハからの光を検出することによって加工条件が評価できるため、実際に露光するパターンに関する加工条件を効率的に、かつ高精度に評価できる。
【０１１８】
なお、上記の第２の実施形態においては、以下のような変形が可能である。
まず、ダブルパターニング・プロセスでの加工条件としては、スペーサ層の堆積量及びエッチング量等の外に、ハードマスク層１７の厚さ（堆積量）、及びライン部１２Ａを形成するときのエッチング量（スリミング量）等を検査してもよい。さらに、ダブルパターニング・プロセスでの加工条件として、例えば露光装置１００における露光時の露光量及びフォーカス位置等を考慮することもできる。
【０１１９】
また、上記の第２の実施形態においても、評価装置１により２つの加工条件（又は３つ以上の加工条件でもよい）を評価する方法は任意である。例えば第１の偏光条件は、第１の加工条件の変化に対して計測値がほぼ単調に変化し、第２の加工条件の変化に対しては計測値がほぼ一定のままである条件を選択し、第２の偏光条件としては、第２の加工条件の変化に対して計測値がほぼ単調に変化し、第１の加工条件の変化に対しては計測値がほぼ一定のままである条件を選択し、これら２つの偏光条件でウェハの像を撮像してもよい。
【０１２０】
また、上記の第２の実施形態では、偏光検査の評価条件出し（図１９参照）において、照明光ＩＬＩの波長λと、照明側偏光フィルタ２６の角度θとを偏光条件η（λａ，θｂ）として、変化させて第１の偏光条件と第２の偏光条件とを選定したが、波長λと照明側偏光フィルタ２６の角度θとを変化させなくてもよい。例えば、図２（ａ）において、受光側偏光フィルタ３２の角度を変化させてもよい。また、照明側偏光フィルタ２６の透過軸と受光側偏光フィルタ３２の透過軸とを直交させているが、双方の透過軸は直交させなくてもよい。
【０１２１】
また、上記の第２の実施形態では、偏光検査に際して、ウェハ面における繰り返しパターンの周期方向が、ウェハ面における直線偏光の照明光の振動方向に対して成す角度を、４５度としている。しかしながら、ウェハ面における繰り返しパターンの周期方向が、ウェハ面における直線偏光の照明光の振動方向に対して成す角度を、２２．５度や６７．５度などの他の角度とすることによって検出感度（露光条件の変化に対する検出信号の変化の比率）が高くなる場合には、その角度を変更してもよい。なお、その繰り返しパターンの周期方向と照明光の振動方向とが成す角度はこれらに限らず、任意角度に設定可能である。
【０１２２】
また、ステップ１０６Ａにおいて、露光時の投影光学系の収差の影響を軽減するために、ウェハの全部のショット内の中央部分の画素の信号強度を平均化した平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０に出力してもよい。
また、ステップ１２２Ａにおいて、基準エッチング曲線ＳＥ１及び基準スペーサ曲線ＳＳ１をそれぞれエッチング量ｔｅ及びスペーサ堆積量ｔｓに関する１次式又は高次多項式で近似してもよい。
【０１２３】
また、上記の第２の実施形態では、繰り返しパターン１７Ｂの形状をＳＥＭ４００で計測し、この計測結果に基づいて良品範囲マップＰＷ２を作成している。これに対して、例えば繰り返しパターン１７Ｂに対してさらに図１８（ｂ）〜（ｄ）と同様の工程を繰り返して繰り返しパターン１７ＢのピッチＰ／２の１／２のピッチＰ／４の繰り返しパターンを形成する場合、このピッチＰ／４の繰り返しパターンの形状をＳＥＭ４００で計測し、この計測結果に基づいて良品範囲マップＰＷ２を作成してもよい。
【０１２４】
また、ステップ１６６Ａにおいて、ウェハ１０ｄが良品範囲外であっても、例えばスペーサ堆積量の平均値が最適値に近く、エッチング量だけが最適値からずれているような場合には、ホストコンピュータ６００からは、エッチング装置３００に対してのみアラームを発し、エッチング装置３００でエッチング量の補正を行ってもよい。逆に、エッチング量の平均値が最適値に近く、スペーサ堆積量だけが最適値からずれているような場合には、ホストコンピュータ６００からは、薄膜形成装置７００に対してのみアラームを発し、薄膜形成装置７００でスペーサ堆積量の補正を行ってもよい。
【０１２５】
また、上記の第２の実施形態では、エッチング変化曲線及びスペーサ変化曲線として記憶部９５に記憶した曲線の情報を利用して加工条件の評価を行っている。このように曲線の情報を用いる代わりに、例えばエッチング変化曲線及びスペーサ変化曲線に対応するテーブルなどの情報を用いて加工条件の評価を行ってもよい。
また、ＳＥＭ４００による各ショットＳＡｎ内の評価領域及び評価点内のパターンの検査は、ショット毎にまとめて順次行うようにしてもよい。また、検査対象の評価点の個数は任意であり、評価点は一つでもよい。さらに、評価点のパターンを検査することなく、線幅の検査を行うだけでもよい。
【０１２６】
また、上記の第２の実施形態では、ウェハＷｎ内のパターンの線幅を示す寸法マップ（不図示）、及び評価点のパターンが良好であるショットの範囲を示す複数のマップ（不図示）より、良品範囲マップＰＷ２を作成している。この外に、ＳＥＭ４００によってウェハ１０ｄの各ショットＳＡｎ内の評価領域内のパターンの線幅を計測し、この計測結果の線幅の平均値を各ウェハＷｎに割り当てたマップである寸法マップ（不図示）を作成し、その寸法マップのみから良品範囲マップＰＷ２を作成してもよい。この場合、線幅の計測を行う評価領域は各ショットＳＡｎ内の異なる複数の領域とする方が良品範囲マップＰＷ２の信頼性が向上する点で望ましい。また、寸法マップを利用せずに、評価点のパターンの形状評価の結果に基づいて、良品範囲マップＰＷ２を作成してもよい。
【０１２７】
また、上記の良品範囲マップＰＷ２はＳＥＭ４００の制御部（不図示）で作成することも可能である。さらに、良品範囲マップＰＷ２の情報は、ホストコンピュータ６００から露光装置１００の制御部（不図示）に送信し、この制御部内の記憶装置に記録してもよい。
また、上記の実施形態では、ウェハ１０ｄの全ショットのショット内平均信号強度を算出し、ショット毎に良品範囲内かどうかを判定している。しかしながら、別の方法として、ステップ１４６Ａ、１５０Ａにおいて、ウェハ１０ｄの全部のショットＳＡｎ内のＩ個の設定領域１６（図５（ｃ）参照）毎に平均信号強度を求め、ステップ１５４Ａにおいて、ショットＳＡｎ内の設定領域１６毎に良品範囲内かどうかを評価してもよい。
また、上記の第２の実施形態では偏光検査を行っているが、この第２の実施形態においても回折検査を行うことが可能である。
なお、上記の第２の実施形態において、評価装置１が偏光検査のみを行う場合には、照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２を照明光又は反射光の光路に設置したままにしておいてもよい。この場合には、照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２を光路に挿脱する機構（駆動部等）を省略することができる。
【０１２８】
なお、上記の第２の実施形態において、光源部２２からの光を照明側偏光フィルタ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２（ａ）参照）。例えば、ウェハを円偏光で照明してもよい。この場合、例えば、照明側偏光フィルタ２６に加えて１／２波長板を設けることにより、光源部２２からの光を照明側偏光フィルタ２６と１／２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、照明側偏光フィルタ２６を省略することができる。
【０１２９】
［第３の実施形態］
第３の実施形態につき図２１（ａ）〜図２３を参照して説明する。図２１（ａ）、（ｂ）において、図１（ａ）に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図２１（ｂ）は本実施形態に係る露光装置１００Ａを示す。図２１（ｂ）において、露光装置１００Ａは、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書に開示されているように、レチクルＲを露光光で照明する照明系ＩＬＳと、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンをウェハ１０の表面に露光する投影光学系ＰＬと、ウェハ１０を保持して移動するウェハステージＷＳＴと、ステージＲＳＴ，ＷＳＴの駆動機構（不図示）と、液浸露光のために投影光学系ＰＬとウェハ１０との間に液体を供給する局所液浸機構（不図示）と、装置全体の動作を制御する主制御装置ＣＯＮＴとを備えている。さらに、本実施形態の露光装置１００Ａは、ウェハ１０のパターンからの正反射光又は回折光を検出して、回折検査又は偏光検査によってそのパターンの加工条件（露光条件）を評価するオンボディの評価装置１Ａを備えている。露光装置１００Ａは、一例として図１（ｂ）の露光装置１００及び評価装置１の代わりに、デバイス製造システムＤＭＳに組み込まれている。
【０１３０】
図２１（ａ）は本実施形態に係る評価装置１Ａを示す。図２１（ａ）において、評価装置１Ａは、ウェハ１０を保持して少なくとも２次元方向（互いに直交するＸ軸及びＹ軸に沿った方向とする）に移動するステージ５Ａと、ステージ５Ａの駆動部４８と、ステージ５Ａに支持されたウェハ１０の表面（ウェハ面）の一部の領域（被検領域）を照明光ＩＬＩで照明する照明系２０Ａと、照明光ＩＬＩの照射を受けたウェハ面からの反射光ＩＬＲ（又は回折光）を受光してその被検領域の像を形成する受光系３０Ａと、その像を検出するＣＣＤ又はＣＭＯＳ型の２次元の撮像素子４７と、撮像素子４７から出力される画像信号を処理する処理等を行う演算部５０Ａと、を備えている。演算部５０Ａは、撮像素子４７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）の情報を生成する画像処理部４０Ａと、画像処理部４０Ａから出力される画像情報を処理する複数の演算部を含む検査部６０Ａと、画像処理部４０Ａ及び検査部６０Ａの動作等を制御する制御部８０Ａと、画像に関する情報等を記憶する記憶部８５Ａと、得られる加工条件（すなわち、露光条件）の評価結果を露光装置１００Ａの主制御装置ＣＯＮＴに出力する信号出力部９０Ａとを備えている。なお、評価装置１Ａは、得られる加工条件の評価結果を図１（ｂ）のホストコンピュータ６００に出力してもよい。ステージ５Ａは、本実施形態ではウェハステージＷＳＴが兼用している。なお、図２１（ａ）において、Ｘ軸及びＹ軸を含む面に垂直にＺ軸を取っている。
【０１３１】
照明系２０Ａ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導く導光ファイバ２４と、導光ファイバ２４から射出される照明光を平行光束にする照明用レンズ４２Ａと、その照明光を直線偏光にする照明側偏光フィルタ２６Ａと、受光系３０Ａの瞳面（対物レンズ４２Ｂの射出瞳と共役な面）とほぼ共役な面ＰＡ１上に配置されて開口４３Ａａが設けられた照明側開口絞り４３Ａと、開口絞り４３Ａを照明系２０Ａの光軸ＡＸＩに垂直な面内（図２１（ａ）のＹＺ平面内）で２次元的に移動させる駆動部４４Ａと、その開口４３Ａａを通過した照明光の一部をウェハ１０側に向けるビームスプリッター４５と、ビームスプリッター４５で反射された照明光を被検領域に集光する対物レンズ４２Ｂと、を有する。なお、照明側偏光フィルタ２６Ａを省略してビームスプリッター４５を偏光ビームスプリッター４５Ａにすることも可能である。また、評価装置１Ａで回折検査を行う場合には、照明側偏光フィルタ２６Ａは照明光路外に抜去される。このため、照明側偏光フィルタ２６Ａを移動するための駆動部（不図示）が備えられている。
【０１３２】
受光系３０Ａは、ウェハ１０の被検領域からの反射光を受光する対物レンズ４２Ｂと、ビームスプリッター４５と、受光系３０Ａの瞳面（対物レンズ４２Ｂの射出瞳）とほぼ共役な面ＰＡ２上に配置されて開口４３Ｂａが設けられた受光側開口絞り４３Ｂと、受光側開口絞り４３Ｂを受光系３０Ａの光軸ＡＸＤに垂直な面内（図２１（ａ）のＸＹ平面内）で２次元的に移動させる駆動部４４Ｂと、その開口４３Ｂａを通過した光の光路に配置される受光側偏光フィルタ３２Ａと、受光側偏光フィルタ３２Ａを回転する駆動部４６と、受光側偏光フィルタ３２Ａを通過した反射光ＩＬＲ（又は回折光）を集光して撮像素子４７の受光面にウェハ１０の被検領域の像を形成する結像レンズ４２Ｃと、を有する。一例として、照明側偏光フィルタ２６Ａの透過軸は、ウェハ１０に入射する照明光ＩＬＩの入射面に対して照明光ＩＬＩがＰ偏光となるように設定される。
【０１３３】
偏光検査を行う場合には、ウェハ１０からの正反射光ＩＬＲが受光系３０Ａで受光されるように、受光側開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａは、照明側開口絞り４３Ａの開口４３Ａａと光軸に関して対称な位置（照明側開口絞り４３Ａの開口４３Ａａを通過した照明ユニット２１からの照明光により、ウェハ１０の被検領域から反射した光が透過する位置）に設置される。そして、受光側偏光フィルタ３２Ａは照明光路上に設置される。一方、回折検査を行う場合には、受光側開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａは、ウェハ１０の表面（ウェハ面）から所定の射出角度（回折角）で射出される検出対象の回折光を受光できる位置に設定される。さらに、受光側偏光フィルタ３２Ａは照明光路外に抜去される。このため、駆動部４６は、受光側偏光フィルタ３２Ａを移動する機構をも有する。
【０１３４】
なお、受光側偏光フィルタ３２Ａは光線が入射する面（以下、入射面と称する）３２Ａａを有する。駆動部４６は、偏光検査時に、入射面３２Ａａの中心を通りＺ軸に平行な軸（光軸ＡＸＤ）を回転軸として、受光側偏光フィルタ３２Ａを回転する。さらに、照明側偏光フィルタ２６Ａは光線が入射する面（以下、入射面と称する）２６Ａａを有する。評価装置１Ａは、偏光検査時に、入射面２６Ａａの中心を通りＸ軸に平行な軸（光軸ＡＸＩ）を回転軸として照明側偏光フィルタ２６Ａを回転する不図示の駆動部を有する。
【０１３５】
次に、評価装置１Ａによってウェハ１０の繰り返しパターン１２の偏光検査を行う場合につき説明する。この場合、制御部８０Ａが記憶部８５Ａに記憶されたレシピ情報（検査条件や手順等）を読み込み、以下の処理を行う。まず、図２１（ａ）に示すように、照明側偏光フィルタ２６Ａ及び受光側偏光フィルタ３２Ａが照明光路上に挿入される。そして、ウェハローダ系（不図示）により、アライメント機構を介してウェハ１０をステージ５Ａ上に搬送する。また、偏光検査を行うとき、上記のように、結像レンズ４２Ｃでウェハ１０からの正反射光ＩＬＲを受光できるように、受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａの位置が照明系開口絞り４３Ａの開口４３Ａａの位置と光軸ＡＸＤに関して対称になるように設定される。さらに、ステージ５Ａの回転角（又はウェハローダ系で調整されるウェハ１０の回転角）は、ウェハ面における繰り返しパターン１２の周期方向が、図３（ｂ）に示すように、ウェハ面における照明光（図３（ｂ）ではＰ偏光の直線偏光の光Ｌとしている）の振動方向に対して、４５度で傾斜するように設定される。繰り返しパターン１２からの反射光の信号強度を最も高くするためである。
【０１３６】
照明側偏光フィルタ２６Ａは、導光ファイバ２４と照明系開口絞り４３Ａとの間に配設されるとともに、その透過軸が所定の方位（方向）に設定され、透過軸に応じて照明ユニット２１からの光から偏光成分（直線偏光）を抽出する（透過させる）。本実施形態では、一例として、導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６Ａ、照明系開口絞り４３Ａ、ビームスプリッター４５及び対物レンズ４２Ｂを介しＰ偏光の直線偏光Ｌ（図３（ｂ）参照）となってウェハ面に照射される。
【０１３７】
ウェハ面で反射した平行光の正反射光ＩＬＲは、受光系３０Ａの対物レンズ４２Ｂ、ビームスプリッター４５、受光系開口絞り４３Ｂ、及び結像レンズ４２Ｃを介して撮像素子４７に入射する。このとき、受光側偏光フィルタ３２Ａの透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ２６Ａ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、受光側偏光フィルタ３２Ａにより、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち入射光と振動方向が略直角な偏光成分が抽出されて、撮像素子４７に導かれる。その結果、撮像素子４７の撮像面には、ウェハ１０からの正反射光のうち入射光に対して振動方向が略直角な偏光成分（光ＬがＰ偏光であればＳ偏光成分）によるウェハ面の像が形成される。
【０１３８】
そして、撮像素子４７はそのウェハ面の像の画像信号を画像処理部４０Ａに出力し、画像処理部４０Ａはウェハ面のデジタル画像を生成し、その画像の情報を検査部６０Ａに出力する。検査部６０Ａはその画像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における露光条件等を評価する。そのようにデジタル画像を生成したときに、照明光ＩＬＩの波長λ及び照明側偏光フィルタ２６Ａの角度の組み合わせを一つの偏光条件と呼ぶ。
【０１３９】
本実施形態では、一例として繰り返しパターン１２のピッチが小さく回折光が発生しないような場合に、繰り返しパターン１２が各ショットに形成されたウェハ１０からの光を検出して、繰り返しパターン１２の加工条件を評価するために、評価装置１Ａによるウェハ面の偏光検査（ＰＥＲ検査）を行う。以下、図２２のフローチャートを参照して、偏光検査を行うときに使用する複数の偏光条件を選択する評価条件出しにつき説明し、図２３のフローチャートを参照して、その選択された偏光条件を用いて偏光検査を行って、露光装置１００Ａの露光条件を評価する方法につき説明する。なお、図２２及び図２３において、図１９及び図２０に対応するステップには同一又は類似の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【０１４０】
ここでは、評価装置１Ａを用いてウェハ１０の繰り返しパターン１２が形成された表面の偏光検査を行うため、図２１（ａ）に示すように、評価装置１Ａの光路に照明側偏光フィルタ２６Ａ及び受光側偏光フィルタ３２Ａが挿入され、受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａの位置は、照明系２０Ａからの照明光ＩＬＩが照射されたウェハ１０からの正反射光ＩＬＲを受光系３０Ａで受光できるように設定される。また、ステージ５Ａの回転角は、繰り返しパターン１２の周期方向と、照明光ＩＬＩの入射方向とが例えば４５度で交差するように設定される。そして、複数の偏光条件としては、一例として、照明光ＩＬＩの波長λａ（上記のλ１〜λ３のいずれか）と、照明側偏光フィルタ２６Ａの角度θｂ（例えば回転角３６度×ｂ（ｂ＝０〜４））との組み合わせである１５の偏光条件η（λａ，θｂ）（ａ＝１〜３，ｂ＝０〜４）を想定する。ただし、照明側偏光フィルタ２６Ａの角度が切り換えられたときには、受光側偏光フィルタ３２Ａの角度も、照明側偏光フィルタ２６Ａに対してクロスニコル状態を維持するように切り換えられる。さらに、本実施形態では、露光装置１００Ａの複数の露光条件のうち露光量及びフォーカス位置の評価を行うものとする。
【０１４１】
まず、評価条件出しのために、図２２のステップ１０２Ｂにおいて、図２（ｃ）に示すように、露光装置１００Ａにおいて露光量（露光量又は露光エネルギー）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て、各ショット１１（ＳＡｎ）に繰り返しパターン１２を形成した条件振りウェハ１０ａを作成する。そして、上記の複数（ここでは１５個）の偏光条件η（λａ，θｂ）のもとで照明光ＩＬＩを条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、撮像素子４７が条件振りウェハからの正反射光ＩＬＲによるウェハ面の一部の像を撮像して、画像信号を画像処理部４０Ａに出力する（ステップ１０４Ｂ）。そして、ウェハ１０ａの全面の像が得られていない場合には（ステップ１７０）、ステップ１７２でステージ５ＡをＸ方向及び／又はＹ方向に移動して、ウェハ面のまだ撮像されていない領域を照明光ＩＬＩの照明領域に移動してステップ１０４Ｂに戻り、ウェハ面の全面の像が得られるまで、ステップ１７２及び１０４Ｂを繰り返す。
【０１４２】
ウェハ面の全面の像が得られた後、画像処理部４０Ａは、その複数の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、条件振りウェハの全部のショット内の全部の画素の信号強度を平均化した平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０Ａに出力する（ステップ１０６Ｂ）。そして、検査部６０Ａ内の第１演算部は、その複数の偏光条件η（λａ，θｂ）のそれぞれに関して得られる条件振りウェハ１０の各ショットの平均信号強度から、露光量が同じでフォーカス値（フォーカス位置の最適値からのずれ量）が５段階に変化するときの平均信号強度の変化特性をフォーカス変化曲線（不図示）として抽出し、記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１０８Ｂ）。また、その第１演算部は、その複数の偏光条件η（λａ，θｂ）のそれぞれに関して得られる全部の平均信号強度から、フォーカス値が同じで露光量が例えば９段階に変化するときの平均信号強度の変化特性をドーズ変化曲線（不図示）として抽出し、記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１１０Ｂ）。
【０１４３】
その後、その第１演算部は、上記の複数の偏光条件η（λａ，θｂ）から、フォーカス変化曲線が同じ傾向を持ち、ドーズ変化曲線が逆の傾向を持つ第１組の第１及び第２の偏光条件を選択し、選択された２つの偏光条件を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１１２Ｂ）。そして、第１演算部は、第１の偏光条件で得られたフォーカス変化曲線をゲインａ（比例係数又は倍率）及びオフセットｂで補正した変化曲線（不図示）と、第２の偏光条件で得られたフォーカス変化曲線とが一致するように、ゲインａ及びオフセットｂを決定し、これらのゲインａ及びオフセットｂを記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１１４Ｂ）。
【０１４４】
次に、第１演算部６０ａは、第１の偏光条件で得られたドーズ変化曲線をステップ１１４Ｂで算出されたゲインａ及びオフセットｂで補正した曲線と、第２の偏光条件で得られたドーズ変化曲線との差分を露光量の関数で表した曲線（以下、基準ドーズ曲線という。）（不図示）を算出し、算出された基準ドーズ曲線を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１１６Ｂ）。
【０１４５】
さらに、その検査部６０Ａの第１演算部は、上記の複数の偏光条件η（λａ，θｂ）から、ドーズ変化曲線が同じ傾向を持ち、フォーカス変化曲線が逆の傾向を持つ第２組の第１及び第２の偏光条件を選択し、選択された２つの偏光条件を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１１８Ａ）。
そして、第１演算部は、第２組の第１の偏光条件で得られたドーズ変化曲線（不図示）をゲインａ’及びオフセットｂ’で補正した変化曲線と、第２の偏光条件で得られたドーズ変化曲線（不図示）とが一致するようにゲインａ’及びオフセットｂ’を決定し、これらのゲインａ’及びオフセットｂ’を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１２０Ｂ）。次に、第１演算部は、第２組の第１の偏光条件で得られたフォーカス変化曲線（不図示）をステップ１２０Ｂで算出されたゲインａ’及びオフセットｂ’で補正した曲線と、第２の偏光条件で得られたフォーカス変化曲線（不図示）との差分をフォーカス値の関数で表した曲線（以下、基準フォーカス曲線という。）（不図示）を算出し、算出された基準フォーカス曲線を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１２２Ｂ）。以上の動作によって、露光条件を評価する際に使用する評価条件である第１組及び第２組の偏光条件を求める条件出しが終了したことになる。
【０１４６】
次に、本実施形態における条件振りウェハ１０ａに形成された繰り返しパターン１２は、第１の実施形態で評価対象とされたパターン（ただし、ピッチは小さい）である。このため、評価装置１Ａによる評価結果との比較基準となる良品範囲マップとしては、第１の実施形態の図１２の条件出しと同じ方法で作成した図１６（ａ）の良品範囲マップＰＷ１を使用できる。作成された良品範囲マップＰＷ１は露光装置１００Ａを識別するＩＤデータとしてホストコンピュータ６００内のデータベースに登録されて、条件出しが終了する。
【０１４７】
次に、実際のデバイス製造工程において、デバイス製造システムＤＭＳ（露光装置１００Ａ及びコータ・デベロッパ２００）によって繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０に対して、評価装置１Ａによって偏光検査を行うことによって、露光装置１００Ａの露光条件中の露光量及びフォーカス位置を以下のように評価する。まず、図２３のステップ１４０Ｂにおいて、図５（ａ）と同じショット配列を持ち、レジストを塗布した実露光用のウェハ１０を図２１（ｂ）の露光装置１００Ａに搬送し、露光装置１００Ａによって、ウェハ１０の各ショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に実デバイス用のレチクルＲのパターンを露光し、露光後のウェハ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、露光量に関してはそのレチクルに応じて定められている最適な露光量（ベストドーズ）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１００Ａにおける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等の影響によって、ウェハ１０のショットＳＡｎ毎に露光量及びフォーカス位置にばらつき等が生じ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行う。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２１（ａ）の評価装置１Ａのステージ５（ウェハステージＷＳＴ）上にロードされる（ステップ１４２Ｂ）。
【０１４８】
そして、評価装置１Ａにおいて、上記の評価条件出しで決定された第１組及び第２組の偏光条件のもとで、ウェハ１０ｄの一部の像を撮像して画像信号を画像処理部４０Ａに出力する（ステップ１４４Ｂ）。そして、ウェハ１０の全面の像が得られていない場合には（ステップ１７０Ａ）、ステップ１７２Ａでステージ５ＡをＸ方向及び／又はＹ方向に移動して、ウェハ面のまだ撮像されていない領域を照明光ＩＬＩの照明領域に移動してステップ１４４Ｂに戻り、ウェハ面の全面の像が得られるまで、ステップ１７２Ａ及び１４４Ｂを繰り返す。なお、ステップ１４４Ｂ及び１７２Ａの動作は、例えば各偏光条件で、ウェハ面の全面の像が得られるまで、ウェハ面の像の撮像とステージ５Ａの移動（ステップ移動）とを繰り返すように行ってもよい。
【０１４９】
ウェハ面の全面の像が得られた後、画像処理部４０Ａは、第１組及び第２組の偏光条件のそれぞれに関してウェハ１０の全面のデジタル画像を生成する。そして、画像処理部４０Ａは、第１組の第１及び第２の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ（図５（ａ）参照）毎に平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０Ａに出力する。そして、検査部６０Ａ内の第３演算部は、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、第１の偏光条件で得られた平均信号強度を上記のステップ１１４Ｂで算出された係数（ゲインａ及びオフセットｂ）で補正した輝度から、第２の偏光条件で得られた平均信号強度を減算して平均信号強度の差分Δｎを算出し、算出結果を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１４６Ｂ）。その後、第３演算部は、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１１６Ｂで記憶した基準ドーズ曲線に上記の平均信号強度の差分Δｎを当てはめて対応する露光量Ｄｎを算出し、算出結果を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１４８Ｂ）。
【０１５０】
さらに、画像処理部４０Ａは、第２組の第１及び第２の偏光条件に関して、それぞれ対応するデジタル画像を用いて、ウェハ１０の全部のショット毎に平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０Ａに出力する。そして、検査部６０Ａ内の第３演算部は、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、第１の偏光条件で得られた平均信号強度を上記のステップ１２０Ｂで算出された係数（ゲインａ’及びオフセットｂ’）で補正した輝度から、第２の偏光条件で得られた平均信号強度を減算して平均輝度の差分Δｎ’を算出し、算出結果を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１５０Ｂ）。その後、第３演算部は、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ毎に、上記のステップ１２２Ｂで記憶した基準フォーカス曲線に上記の平均信号強度の差分Δｎ’を当てはめて対応するフォーカス値Ｆｎを算出し、算出結果を記憶部８５Ａに記憶する（ステップ１５２Ｂ）。
【０１５１】
次のステップ１５４Ｂにおいて、一例として、評価装置１Ａの制御部８０Ａは、ホストコンピュータ６００に、ウェハ１０のショット毎に得られた露光量Ｄｎ及びフォーカス値Ｆｎのデータ（評価データ）を出力する。これに応じて、ホストコンピュータ６００では、評価装置１Ａから送られてきた評価データと、露光装置１００ＡのＩＤデータとして登録された図１６の良品範囲マップＰＷ１（プロセスウィンドウ）とを比較して、ウェハ１０の各ショットの露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入るかどうかを判定する。
【０１５２】
そして、例えばウェハ１０に露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入らないショットがある場合、又は露光量及びフォーカス値が良品領域ＧＳＡに入らないショットの割合が所定の割合を超えた場合には（ステップ１５６Ｂ）、ホストコンピュータ６００は評価されたウェハ１０が良品範囲外であると判定する。そして、ウェハ１０が良品範囲内と判定されたときには、動作はステップ１６４Ｂに移行して、ウェハ１０は次工程（エッチング装置３００におけるエッチング等）に進む。
【０１５３】
一方、ウェハ１０が良品範囲外であると判定されたときには、ホストコンピュータ６００は、一例としてステップ１５８Ｂに移行して、ウェハ１０をＳＥＭ４００で再検査するかどうかを判定する。再検査を行う場合には、当該ウェハ１０をＳＥＭ４００に送って線幅及び評価対象パターンが許容範囲内かどうかを再検査する（ステップ１６０Ｂ）。そして、再検査の結果、ウェハ１０が良品であった場合には（ステップ１６２Ｂ）、ステップ１６４Ｂ（次工程）に移行する。
【０１５４】
また、ステップ１５８ＢでＳＥＭ４００による再検査を行わないと判定した場合、及びステップ１６０ＢのＳＥＭ４００による再検査でウェハ１０が良品範囲外と判定された場合には、動作はステップ１６６Ｂに移行して、一例としてウェハ１０はレジスト剥離後に再使用（リワーク）される。なお、ステップ１６６Ｂでは、リワークする代わりに、又はリワークとともに、ホストコンピュータ６００から露光装置１００Ａの制御部（不図示）に対して良品範囲外のウェハが生じたことのアラームを発してもよい。これに応じて、露光装置１００Ａでは、例えば走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の補正等を行う。これによって、その後の露光時に露光量及びフォーカス位置の誤差が低減される。なお、ステップ１５４Ｂの判定を評価装置１Ａ内の演算部５０Ａで行うようにしてもよい。
【０１５５】
上述のように、本実施形態のデバイス製造方法は、露光装置１００Ａにおける露光及びコータ・デベロッパ２００における現像を含むリソグラフィ工程よりなる加工工程を経て、ウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２を形成し（ステップ１４０Ｂ）、ウェハ１０の表面を照明し、ウェハ１０の表面から射出した回折光を受光し（ステップ１４４Ｂ）、受光した光に基づいて、繰り返しパターン１２の露光条件（露光量及びフォーカス位置）を算出し（ステップ１４８Ｂ，１５２Ｂ）、算出した繰り返しパターン１２の露光条件と、露光工程におけるパターンの露光条件の良否を規定するデータとしての良品範囲マップＰＷ１（プロセスウィンドウ）とを比較し、繰り返しパターン１２の露光条件の良否を判定している（ステップ１５４Ｂ）。
【０１５６】
また、本実施形態の評価装置１Ａを用いる評価方法は、露光装置１００Ａによる露光工程及びコータ・デベロッパ２００による現像工程を経て、表面に検査対象の繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面を照明し、ウェハ１０の表面から射出した光を受光し（ステップ１４４Ｂ）、受光した光に基づいて、繰り返しパターン１２の露光条件を算出し（ステップ１４８Ｂ，１５２Ｂ）、算出した繰り返しパターン１２の露光条件と、繰り返しパターン１２を形成するための露光工程における露光条件の良否を規定する良品範囲マップとを比較し、繰り返しパターン１２の露光条件の良否を判定している（ステップ１５４Ｂ）。
【０１５７】
この実施形態によれば、複数の加工条件としての複数の露光条件のもとでの露光により設けられた凹凸の繰り返しパターン１２を有するウェハ１０を用いて、その複数の露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置を互いに他の影響を抑制した状態で高精度に評価できる。また、別途計測用のパターンを使用する必要がなく、実デバイスのパターンが形成されたウェハからの光を検出することによって露光条件が評価できるため、実際に露光するパターンに関する露光条件を効率的に、かつ高精度に評価できる。
【０１５８】
なお、従来は、各評価装置で独自に作成した良品範囲マップと、評価装置で算出した露光条件とを比較することも想定されていた。しかしながら、本実施形態によれば、デバイスメーカーが作成する良品範囲マップ（プロセスウィンドウ、すなわち良品範囲の基準）と、評価装置で算出した露光条件とを比較することができる。これにより、従来、取りこぼしていた不良や、プロセスウィンドウを使っていれば不良と評価しなかった問題点を解決することができる。
【０１５９】
なお、上記の第３の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上記の第３の実施形態においても、評価装置１Ａにより２つの露光条件（又は３つ以上の露光条件でもよい）を評価する方法は任意である。
さらに、上記の第３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検査しているが、露光条件として、露光装置１００Ａ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ＰＬの開口数、又は液浸露光時の液体の温度等を検査するために上記の実施形態の検査を使用してもよい。
【０１６０】
また、評価装置１Ａにおいて、開口板４３Ａ，４３Ｂの代わりに液晶表示素子よりなる可変のシャッター機構を使用することもできる。
また、ウェハ面における繰り返しパターン１２の周期方向が、ウェハ面における直線偏光の照明光の振動方向と成す角は、２２．５度や６７．５度とすることによって検出感度（露光条件の変化に対する検出信号の変化の比率）が高くなる場合には、その角度を４５度から変更してもよい。なお、その角度はこれらに限らず、任意角度に設定可能である。
【０１６１】
また、ウェハ１０からの正反射光が楕円偏光であり、その楕円偏光の短軸方向が入射光の偏光方向と直交していない場合は、受光側偏光フィルタ３２Ａの透過軸をその楕円偏光の短軸方向に合わせるようにしてもよい。これによって、検出感度（露光条件の変化に対する検出信号の変化の比率）が向上する場合がある。
また、照明側偏光フィルタ２６Ａを回転してウェハ面に入射する照明光ＩＬＩの偏光方向をＰ偏光からずらすことも可能である。ただし、この場合でも、受光側偏光フィルタ３２Ａの偏光方向は照明側偏光フィルタ２６Ａに対してクロスニコル状態に設定される。
【０１６２】
また、照明系開口絞り４３Ａの開口４３Ａａの位置（及び受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａの位置）を制御することで、ウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角を変更することも可能であり、このように入射角を変更する場合には、入射角も一つの偏光条件に含まれる。
また、ステップ１０４Ｂ及び１７２の動作は、例えば第１の偏光条件で、ウェハ面の全面の像が得られるまで、ウェハ面の像の撮像とステージ５Ａの移動（ステップ移動）とを繰り返すように行い、以下、第２の偏光条件等でもウェハ面の像の撮像とステージ５Ａの移動とを繰り返すように行ってもよい。
【０１６３】
また、ステップ１０６Ｂにおいて、露光時の投影光学系の収差の影響を軽減するために、条件振りウェハの全部のショットの中央部の領域内の画素の信号強度を平均化した平均信号強度（平均輝度）を算出し、算出結果を検査部６０Ａに出力してもよい。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。
【０１６４】
また、良品範囲マップＰＷ１は、ホストコンピュータではなく、評価装置１Ａの記憶部８５Ａに記憶させてもよい。
また、基準ドーズ曲線ＳＤ１は露光量に関する１次式又は高次多項式で近似してもよい。同様に、基準フォーカス曲線ＳＦ１もフォーカス値に関する１次式又は高次多項式で近似してもよい。
【０１６５】
また、上記の第３の実施形態の条件出しにおいては、エッチング後のパターンではなく、レジストパターンに関する評価結果を用いて図１６（ａ）の寸法マップＷＭ１を作成してもよい。
また、ＳＥＭ４００による各ショットＳＡｎ内の評価領域ＭＡＥ及び評価点ＭＡ１〜ＭＡ３内のパターンの検査は、ショット毎にまとめて順次行うようにしてもよい。また、検査対象の評価点ＭＡ１〜ＭＡ３の個数は任意であり、評価点は一つでもよい。さらに、評価点のパターンを検査することなく、線幅の検査を行うだけでもよい。
【０１６６】
また、上記の第３の実施形態では、条件出し工程において、ショットＳＡｎ内のパターンの線幅を示す寸法マップＷＭ１、及び評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンが良好であるショットの範囲を示す３つのマップより、良品範囲マップＰＷ１を作成している。この外に、ＳＥＭ４００によってウェハ１０の各ショットＳＡｎ内の評価領域内のパターンの線幅を計測し、この計測結果の線幅の平均値を各ショットＳＡｎに割り当てたマップである寸法マップＷＭ１を作成し、その寸法マップＷＭ１から良品範囲マップＰＷ１を作成してもよい。この場合、線幅の計測を行う評価領域は各ショットＳＡｎ内の異なる複数の領域とする方が良品範囲マップＰＷ１の信頼性が向上する点で望ましい。また、寸法マップＷＭ１を利用せずに、評価点ＭＡ１〜ＭＡ３のパターンの形状評価の結果に基づいて、良品範囲マップＰＷ１を作成してもよい。
【０１６７】
また、上記の良品範囲マップＰＷ１はＳＥＭ４００の制御部（不図示）で作成することも可能である。さらに、良品範囲マップＰＷ１の情報は、ホストコンピュータ６００から露光装置１００の制御部（不図示）に送信し、この制御部内の記憶装置に記録してもよい。
また、上記の第３の実施形態では、ウェハ１０の全ショットのショット内平均信号強度を算出し、ショット毎に良品範囲内かどうかを判定している。しかしながら、別の方法として、ステップ１４６Ｂ、１５０Ｂにおいて、ウェハ１０の全部のショットＳＡｎ内のＩ個の設定領域１６（図５（ｃ）参照）毎に平均信号強度を求め、ステップ１５４Ｂにおいて、ショットＳＡｎ内の設定領域１６毎に良品範囲内かどうかを評価してもよい。
【０１６８】
また、上記の第３の実施形態では、評価装置１Ａを用いて偏光検査を行っているが、評価装置１Ａを用いてウェハ面の回折検査（ウェハ１０からの回折光ＩＬＤを検出して行う検査）を行うようにしてもよい。
評価装置１Ａを用いて、ウェハ面の回折検査を行うには、制御部８０Ａが記憶部８５Ａに記憶されたレシピ情報（検査条件や手順等）を読み込み、以下の処理を行う。まず、図２１（ａ）の照明側偏光フィルタ２６及び受光側偏光フィルタ３２を光路から取り出し、ウェハローダ系（不図示）により、アライメント機構を介してウェハ１０をステージ５Ａ上に搬送する。
【０１６９】
次に、ウェハ面における照明光ＩＬＩの入射面の方向（照明方向）と、各ショットＳＡｎ（図５（ａ）参照）内の繰り返しパターン１２の周期方向（又は繰り返し方向）とが一致するようにステージ５Ａ（ウェハ１０）の回転角度（Ｚ軸に平行な軸の回りの回転角）を調整する。また、繰り返しパターン１２のピッチをＰ、ウェハ１０に入射する照明光ＩＬＩの波長をλ、照明光ＩＬＩの入射角をθ１、ウェハ面から射出する検出対象のｎ次（ｎは０以外の整数）の回折光ＩＬＤの回折角をθ２としたとき、上記の式（１）を満足するように受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａの位置を調整する。
【０１７０】
次に、照明ユニット２１からの所定の選択された波長の照明光ＩＬＩの射出を開始する。これにより、導光ファイバ２４から射出される照明光ＩＬＩが、照明用レンズ４２Ａ、照明系開口絞り４３Ａの開口４３Ａａ、ビームスプリッター４５、及び対物レンズ４２Ｂを介してウェハ面に照射される。ウェハ面で回折した回折光は、受光系３０Ａの対物レンズ４２Ｂ、ビームスプリッター４５、受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａ、及び結像レンズ４２Ｃを介して撮像素子４７に入射し、撮像素子４７の撮像面にウェハ１０の一部の像（回折像）が結像される。撮像素子４７はその像の画像信号を画像処理部４０Ａに出力し、画像処理部４０Ａはウェハ面の一部のデジタル画像を生成し、その画像の情報を検査部６０Ａに出力する。
【０１７１】
そして、そのウェハ面の像から得られるデジタル画像の個々の画像信号のレベル（対応する部分の画像の輝度）が平均的にある強度（輝度）以上となるときの、照明光ＩＬＩの波長λ及び受光系開口絞り４３Ｂの開口４３Ｂａの位置（回折角）の組み合わせを一つの回折条件と呼ぶ。そして、複数の回折条件が上記のレシピ情報に含まれている。これらの複数の回折条件から最適な回折条件を選択することで、上記の偏光検査と同様にウェハ１０の露光条件の評価を行うことができる。
なお、上記の第３の実施形態において、評価装置１Ａが回折検査のみを行う場合には、照明側偏光フィルタ２６Ａ及び受光側偏光フィルタ３２Ａ、並びにこれらを照明光及び回折光の光路に挿脱する機構（駆動部４６等）を省略することができる。
さらに、評価装置１Ａが偏光検査のみを行う場合には、照明側偏光フィルタ２６Ａ及び受光側偏光フィルタ３２Ａをそれぞれ照明光及び反射光の光路に設置したままにしてもよい。この場合には、照明側偏光フィルタ２６Ａ及び受光側偏光フィルタ３２Ａを照明光及び回折光の光路に挿脱する機構を省略することができる。
【０１７２】
なお、前述の第１実施形態と同様に、本実施形態において、ウェハを円偏光で照明してもよし、円偏光以外の楕円偏光で照明してもよい。また、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。
【０１７３】
なお、上述の各実施形態において、露光装置１００，１００Ａは液浸露光法を用いるスキャニングステッパーとしたが、露光装置としてドライ型のスキャニングステッパー又はステッパー等の露光装置を使用する場合にも上述の実施形態を適用して同様の効果が得られる。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。
【０１７４】
また、図２４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、デバイス製造システムＤＭＳによりウェハにレジストを塗布する工程、デバイス製造システムＤＭＳ内の露光装置１００，１００Ａによりレチクルのパターンをウェハに露光する露光工程、及び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１，１Ａによりウェハからの光を用いて露光条件等を評価する評価工程が実行される。
【０１７５】
このような半導体デバイス製造方法において、前述の評価装置１，１Ａを用いて露光条件等を評価し、例えばこの評価結果に基づいてその露光条件等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。
【０１７６】
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。
【符号の説明】
【０１７７】
１…評価装置、５…ステージ、１０…ウェハ、１０ａ…条件振りウェハ、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、ＤＭＳ…デバイス製造システム
【図１】
2014220290.tif 000003
【図２】
2014220290.tif 000004
【図３】
2014220290.tif 000005
【図４】
2014220290.tif 000006
【図５】
2014220290.tif 000007
【図６】
2014220290.tif 000008
【図７】
2014220290.tif 000009
【図８】
2014220290.tif 000010
【図９】
2014220290.tif 000011
【図１０】
2014220290.tif 000012
【図１１】
2014220290.tif 000013
【図１２】
2014220290.tif 000014
【図１３】
2014220290.tif 000015
【図１４】
2014220290.tif 000016
【図１５】
2014220290.tif 000017
【図１６】
2014220290.tif 000018
【図１７】
2014220290.tif 000019
【図１８】
2014220290.tif 000020
【図１９】
2014220290.tif 000021
【図２０】
2014220290.tif 000022
【図２１】
2014220290.tif 000023
【図２２】
2014220290.tif 000024
【図２３】
2014220290.tif 000025
【図２４】
2014220290.tif 000026