(57)【要約】【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】繰り返しパターンが表面に形成されたウェハの表面（ウェハ面）に照明光を照射し、照明光の照射によりウェハ面から射出した回折光を検出して得られる信号を入力値とするテンプレート情報に基づいて繰り返しパターンの加工条件を評価する評価方法であって、その入力値に変化量として固定値を付与した変化入力値をそのテンプレート情報に入力することと、その変化入力値を入力したそのテンプレート情報に基づいて、その加工条件の変化量を算出又は推定することと、その算出又は推定した加工条件の変化量に基づいて、そのテンプレート情報の評価結果の安定性等を評価することと、を含む【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが表面に形成された基板の該表面に光を照射し、検出した該表面からの光に基づく信号を入力値とする評価特性に基づいて、前記パターンの加工条件を評価する評価方法において、
前記入力値と前記入力値の変化量と前記評価特性に基づいて、前記加工条件の変化量を推定することと、
前記推定した加工条件の変化量に基づいて、前記評価特性を評価することと、
を含む評価方法。
【請求項２】
前記変化量は、固定値を含む請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記加工条件は、露光装置における露光量とフォーカス状態を含み、
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の少なくとも一方が同一に設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項１に記載の評価方法。
【請求項４】
前記変化量は、前記基板における回転対称のばらつきの度合いを含む請求項３に記載の評価方法。
【請求項５】
前記加工条件は、露光装置における露光量とフォーカス状態を含み、
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の一方が次第に変化するように設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項１に記載の評価方法。
【請求項６】
前記変化量は、第１時刻に光を照射した前記パターンからの光に基づく信号と前記第１時刻とは異なる第２時刻に光を照射した前記パターンからの光に基づく信号との差による量を含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記基板の表面に形成されたパターンは、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フォーカス状態及び露光量、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少なくとも一つの条件を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項８】
前記評価特性は、
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される光の入射角、該光の波長、及び前記表面から射出した検出対象の回折光の次数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項９】
前記評価特性は、
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記基板に照射される光は偏光光であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の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、及び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光のうちの検出対象の偏光成分の偏光方向との第２相対角度のうち少なくとも一つの条件を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１０】
前記評価特性は、互いに異なる複数の前記評価条件のもとで得られる複数の評価特性を含む、請求項８又は９に記載の評価方法。
【請求項１１】
前記評価特性は、互いに異なる複数の評価特性を含み、
前記評価特性を評価した結果に基づいて、評価対象のパターンの加工条件の評価に使用する評価特性を選択することと、
前記評価対象のパターンが表面に形成された基板の該表面に光を照射することと、
前記表面からの光を検出することと、
前記検出した光に基づく信号と前記選択された評価特性に基づいて、前記評価対象のパターンの加工条件を評価することと、
をさらに含む請求項１〜１０のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１２】
基板の表面にパターンを形成することと、
請求項１〜１１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。
【請求項１３】
パターンが表面に形成された基板の前記パターンの加工条件を評価する評価装置において、
前記基板の表面に光を照射する照明部と、
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る信号を入力値とする評価特性に基づいて前記パターンの加工条件を評価する評価部と、を備え、
前記評価部は、
前記入力値と前記入力値の変化量と前記評価特性に基づいて、前記加工条件の変化量を推定し、
前記推定した加工条件の変化量に基づいて、前記評価特性を評価する評価装置。
【請求項１４】
前記変化量は、固定値を含む請求項１３に記載の評価装置。
【請求項１５】
前記加工条件は、露光装置における露光量とフォーカス状態を含み、
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の少なくとも一方が同一に設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項１３に記載の評価装置。
【請求項１６】
前記変化量は、前記基板における回転対称のばらつきの度合いを含む請求項１３に記載の評価装置。
【請求項１７】
前記加工条件は、露光装置における露光量とフォーカス状態を含み、
前記変化量は、基板の表面における複数の領域への露光量とフォーカス状態の一方が次第に変化するように設定された露光装置による露光を経て、前記複数の領域に形成されたパターンからの光に基づく信号のばらつきの度合いを含む請求項１３に記載の評価装置。
【請求項１８】
前記変化量は、第１時刻に光を照射した前記パターンからの光に基づく信号と前記第１時刻とは異なる第２時刻に光を照射した前記パターンからの光に基づく信号との差による量を含む請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１９】
前記基板の表面に形成されたパターンは、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フォーカス状態及び露光量、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少なくとも一つの条件を含む請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項２０】
前記評価特性は、
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記所定の評価条件は、
前記基板の表面に照射される光の入射角、該光の波長、及び前記表面から射出した検出対象の回折光の次数のうち少なくとも一つの条件を含む請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項２１】
前記評価特性は、
所定の評価条件のもとで、前記基板の表面に光を照射し、該表面からの光を検出して得られる信号に基づいて得られる特性であり、
前記照明部は、前記基板に偏光光を照射し、
前記所定の評価条件は、
前記基板の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、及び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光のうちの検出対象の偏光成分の偏光方向との第２相対角度のうち少なくとも一つの条件を含む請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項２２】
前記評価特性は、互いに異なる複数の前記評価条件のもとで得られる複数の評価特性を含む、請求項２０又は２１に記載の評価装置。
【請求項２３】
前記評価特性は、互いに異なる複数の評価特性を含み、
前記評価部は、
前記評価特性を評価した結果に基づいて、評価対象のパターンの加工条件の評価に使用する評価特性を選択し、
前記照明部から前記評価対象のパターンが表面に形成された基板の該表面に光が照射され、前記検出部によって前記表面からの光を検出して得られる信号を、前記選択された評価特性の前記入力値として前記評価対象のパターンの加工条件を評価する、
請求項１３〜２２のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項２４】
基板の表面にパターンを形成する加工装置と、
請求項１３〜２３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）で高精度に製造するために、その加工条件の評価を高精度に、かつ効率的に行うことを考慮することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、パターンが表面に形成された基板の該表面に光を照射し、検出した該表面からの光に基づく信号を入力値とする評価特性に基づいて、そのパターンの加工条件を評価する評価方法において、その入力値とその入力値の変化量とその評価特性に基づいて、その加工条件の変化量を推定することと、その推定した加工条件の変化量に基づいて、その評価特性を評価することと、を含む評価方法が提供される。
【０００７】
第２の態様によれば、パターンが表面に形成された基板のそのパターンの加工条件を評価する評価装置において、その基板の表面に光を照射する照明部と、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る信号を入力値とする評価特性に基づいてそのパターンの加工条件を評価する評価部と、を備え、その評価部は、その入力値とその入力値の変化量とその評価特性に基づいて、その加工条件の変化量を推定し、その推定した加工条件の変化量に基づいて、その評価特性を評価する評価装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は一実施形態に係る評価装置の概略構成を示す図、（ｂ）は一実施形態に係る露光システムを含むデバイス製造システムを示す図である。
【図２】（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）はマスクパターンの一例を示す拡大図、（ｄ）は繰り返しパターンの一部を示す拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は評価方法の一例を示すフローチャート、（ｂ）は装置条件を求める方法（条件出し）の一例を示すフローチャートである。
【図４】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５】（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計測領域の配列の一例を示す拡大図である。
【図６】（ａ）はそれぞれある２つの装置条件のもとでのフォーカス位置と信号強度との関係を示す曲線（テンプレート）を示す図、（ｂ）は信号強度からフォーカス位置を求めるための計算用テンプレートの一例を示す図、（ｃ）は露光量と信号強度との関係を示すテンプレートの一例を示す図である。
【図７】（ａ）はフォーカス位置のみを次第に変化させて露光したウェハを示す図、（ｂ）はベストドーズ及びベストフォーカスで露光したウェハを示す図、（ｃ）は異なるフォーカス位置で露光された複数のショットを示す図、（ｄ）はウェハの画像の一例の一つのショットを示す拡大図、（ｅ）はウェハの画像の一部のエッジ部を示す拡大図、（ｆ）は図７（ｅ）中で評価に使用される計測領域の一例を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）は、２つの装置条件のもとで得られるフォーカス位置と信号強度との関係を示す２つのテンプレートであって、それぞれピークのフォーカス位置の差が１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、及び５０ｎｍとなる２つのテンプレートを示す図である。
【図９】（ａ）は、信号強度空間での図８（ａ）〜（ｅ）の各２つのテンプレートの組み合わせの相関曲線を示す図、（ｂ）は図９（ａ）の相関曲線上のフォーカス位置が０の位置から各フォーカス位置までの累積距離にフォーカス位置の符号を掛けて得られる曲線を示す図、（ｃ）は図９（ｂ）の曲線の各位置の値をフォーカス位置で割って得られる曲線を示す図、（ｄ）はテンプレートの評価方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）はテンプレート及び装置条件の選択方法の一例を示すフローチャート、（ｂ）は変形例の選択方法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）はそれぞれ信号強度空間での図８（ａ）〜（ｅ）の各２つのテンプレートの組み合わせの相関曲線を示す図、（ｆ）はその各２つのテンプレートを用いて計算されるフォーカス値の安定性を示す図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第１及び第２の装置条件のもとで得られる信号強度の分布の一例を示す図、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ図１２（ａ）及び（ｂ）の信号強度の回転対称成分を示す図、（ｅ）はその２つの回転対称成分の信号強度を示す図である。
【図１３】（ａ）はウェハ面内の信号強度分布に起因するフォーカス値の変動の一例を示す図、（ｂ）はウェハ面内の信号強度分布に起因する各フォーカス位置でのフォーカス値の標準偏差の３倍（３σ）の一例を示す図、（ｃ）はプロセス誤差に起因する信号強度の変化量ΔＦ１，ΔＦ２の相関曲線の一例を示す図、（ｄ）はプロセス誤差に起因するその相関曲線を例えば１０個の点で分割した場合を示す図、（ｅ）はプロセス誤差をフォーカス位置及び露光量の誤差に換算した値の一例を示す図である。
【図１４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれプロセス誤差の補正量の一例を示す図である。
【図１５】（ａ）は条件振りウェハのショット配列の一例を示す図、（ｂ）はフォーカス位置のみを振って露光したウェハのショット配列の一例を示す図、（ｃ）はベストドーズ及びベストフォーカス位置で露光したウェハ（ノーマルウェハ）のショット配列の一例を示す図、（ｄ）はノーマルウェハの信号強度の計測点の分布の一例を示す図、（ｅ）はフォーカス位置のみを振って露光したウェハの信号強度の計測点の分布の一例を示す図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ経時変化によって検出される信号強度が変化する様子を示す図、（ｄ）は経時変化によるフォーカス位置の計算値の変化の一例を示す図、（ｅ）は経時変化によるＣＤ（critical dimension）の変化の一例を示す図、（ｆ）は経時変化によるレジストの膜減りの一例を示す図、（ｇ）は薄膜干渉による信号強度の変化を説明するための図、（ｆ）は薄膜干渉時の光路長差を計算するための図である。
【図１７】（ａ）はウェハのショット内に複数のチップパターンがある場合の信号強度の計測領域の分布の一例を示す図、（ｂ）は図１７（ａ）の場合に求められるフォーカス値の誤差分布の一例を示す図である。
【図１８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）はそれぞれ露光量が３段階の場合の、ピーク位置がベストフォーカス位置に対して−１５ｎｍ、＋１５ｎｍ、−２５ｎｍ、及び＋５ｎｍだけシフトしている３つのテンプレートを示す図である。
【図１９】（ａ）は図１８（ａ）及び（ｂ）のテンプレートを用いた場合の信号強度空間での相関曲線を示す図、（ｂ）は図１８（ａ）の相関曲線の単位フォーカス位置及び単位露光量の変化に対する信号強度Ｆ１及びＦ２の変化の相関を示す図、（ｃ）は図１９（ｂ）の信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化の角度を示す図、（ｄ）は図１８（ｃ）及び（ｄ）のテンプレートを用いた場合の信号強度空間での相関曲線を示す図、（ｅ）は図１８（ｄ）の相関曲線の単位フォーカス位置及び単位露光量の変化に対する信号強度Ｆ１及びＦ２の変化の相関を示す図、（ｆ）は図１９（ｅ）の信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化の角度を示す図である。
【図２０】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】
【０００９】
一実施形態につき、図１（ａ）〜図１０（ａ）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露光システムを含む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。
【００１０】
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、薄膜形成装置における成膜条件（膜厚の設定値等）、コータ・デベロッパ２００におけるレジストの塗布条件（レジスト膜厚の設定値等）及び現像条件、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。
【００１１】
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。
【００１２】
評価装置１はさらに、ステージ５に支持された、表面（ウェハ面）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（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からウェハ面の像を形成し、その像を撮像して画像信号を出力する撮像装置３５と、撮像装置３５から出力される画像信号を処理して、ウェハ面の像の画素毎の信号強度（ウェハ面からの光に基づく信号の強度）を求める画像処理部４０と、そのように求められた信号強度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（ウェハ面の像の画像信号を生成して出力する装置）とを有し、撮像素子３５ｂは一例としてウェハ１０の全面の像を一括して撮像して画像信号を出力する。なお、加工条件の評価対象となるパターンがウェハ１０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。
【００１３】
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。
【００１４】
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複数の計測領域１６（図５（ｃ）参照）毎に平均化された信号強度等）の情報を生成し、この情報を演算部５０に出力する。また、演算部５０は、その情報を処理する検査部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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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（図２（ｂ）参照）、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。ウェハ面から射出する回折光ＩＬＤ（平行光）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、ライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンと称する）よりなる繰り返しパターン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。
【００２２】
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、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとを交互にＸ方向に周期Ｐ１で配列したパターンである。周期Ｐ１は例えば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Ｐ１が４０〜８０ｎｍ程度のＬ＆Ｓパターンからは回折光は発生しないが、周期Ｐ１が１７０ｎｍ程度以上のＬ＆Ｓパターンである繰り返しパターン１２からは回折光が発生する。
【００２３】
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）に示すように、それぞれＹ方向に伸びた暗部ＭＰ１及び明部ＭＰ２をＸ方向に所定の周期Ｐ２（周期Ｐ１に投影倍率の逆数を掛けた値）で配列した形状のマスクパターンをウェハのレジストに露光する。その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。
【００２４】
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であってもよい。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）、露光量（露光エネルギー等のいわゆるドーズ）、露光対象のウェハに対する露光装置の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露光装置の投影光学系とウェハとの間の液体の温度等である。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。
【００２５】
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２（ｄ）に示すように、レジスト中にライン部２Ａ及びスペース部２ＢをＸ方向に周期Ｐ１で配列したパターンである。
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Ｐ１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Ｐ1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Ｐ１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。
【００２６】
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（回折光）の信号強度の変化を利用して、繰り返しパターン１２の状態（良否等）の検査を行うことができる。
体積比の変化、及び／又はライン部２Ａの断面形状の変化は、フォーカス位置及び露光量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、その体積比の変化等に起因する回折光の信号強度の変化から、露光条件の評価（例えば、実際の露光条件の設定値からのずれ量を求めて、そのずれ量と許容値とを比較すること）を行うことができる。
【００２７】
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信号強度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（後述の装置条件や後述の図５及び図６のフローチャートで示す手順のような評価手順等）を読み込み、以下の処理を行う。
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２（ｂ）に示すように、ウェハ面における照明光ＩＬＩの入射方向に平行になるように設定される。
【００２８】
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。
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により集光されて撮像装置３５の撮像面に達する。その結果、撮像装置３５の撮像面には、その回折光ＩＬＤによるウェハ面の像が形成さる。撮像装置３５の画像信号は画像処理部４０に供給される。
【００２９】
画像処理部４０では、求めた撮像装置３５の画素毎の信号強度の情報を検査部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信号強度を求めたときの、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）、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。そして、複数の装置条件（例えば第１の装置条件は入射角θ１がある角度θａ、波長がλ１，検出する回折光の次数ｍが１、第２の装置条件は入射角θ１が角度θａ、波長がλ２，検出する回折光の次数ｍが１など）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。
【００３０】
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。例えば装置条件として、入射角θ１のみが次第に変化する複数の装置条件（例えば波長λはある設定値）から露光条件を評価するのに適した装置条件を選択してもよい。なお、装置条件の中で、照明光ＩＬＩの波長λ、及びウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１は照明条件の一例と呼ぶことができ、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）は、受光系３０及び撮像装置３５の検出条件の一例と呼ぶことができ、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）はステージの姿勢条件の一例と呼ぶことができる。
【００３１】
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フォーカス位置及び露光量とする。このとき、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、ウェハ面に照明光が入射したときに、そのパターンの露光時のフォーカス位置が最適値に対して低い状態から最適値（いわゆるベストフォーカス位置）を経て、最適値に対して高い状態に変化すると、パターンの形状が変化して、パターンからの回折光の信号強度が変化する。
【００３２】
一方、露光量が変化すると、上述のように繰り返しパターン１２のライン部の線幅が変化する（断面の幅が変化する）ため、ウェハ面に照明光が入射したときに、そのパターンの露光時の露光量が最適値に対して低い状態から最適値（いわゆるベストドーズ）を経て最適値に対して高い状態に変化すると、パターンの形状が変化して、パターンからの回折光の信号強度が変化する。このように露光条件によって信号強度が異なることを利用して、信号強度の検出値から個別の露光条件の評価が可能となる。
【００３３】
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（ここではフォーカス位置及び露光量）を評価する方法の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。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３（ａ）、（ｂ）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、基本的な動作として、図３（ａ）のステップ１３０で、評価装置１のステージ５に、ショット間でフォーカス位置及び露光量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）のパターンを露光して現像した図５（ａ）のウェハ１０ａ（詳細後述）を載置し、照明系２０、ステージ５、受光系３０を用いて、ステージ５にある装置条件を設定し、次のステップ１３２において、照明系２０からウェハ１０ａに照明光を照射し、撮像装置３５でウェハ面の画像を撮像し、画像処理部４０で画像信号から各画素の信号強度を求め、求めた信号強度を演算部５０の検査部６０に出力する。そして、ステップ１３４において、検査部６０では、その信号強度を用いてフォーカス位置に対する信号強度の変化を示す特性曲線（詳細後述）を求める。この特性曲線に信号強度を入力すると、フォーカス位置が算出される。こ画像処理部４０から供給される信号に外乱等に起因する変動量が混入した場合の、その特性曲線から求められるフォーカス位置の変動量からその特性曲線、及びステップ１３０で設定した装置条件を評価する。
【００３４】
次に、詳細な動作につき図３（ｂ）を参照して説明する。まず、条件出しのために、図３（ｂ）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５（ａ）参照）を用意する。図５（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）とも称する。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５（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５（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。
【００３５】
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６（ｂ）等の横軸のフォーカス値ＦＶ（ｎｍ）は−４０〜４０ｎｍの範囲を示している。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。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。
【００３６】
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６（ｃ）の横軸の露光量Ｄの値ＤＶ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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５（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。
【００３９】
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°のいずれかとなる条件を想定する。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）になる装置条件を条件ε（ｎ−ｍ）で表す。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。
【００４０】
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。
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の受光角を設定する（ステップ１０６）。
【００４１】
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１０８）。
その後、ステップ１１０において、画像処理部４０は撮像素子３５ｂの画素毎に信号強度を求め、信号強度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、これらの信号強度及びショット平均値は、その信号強度を求めたときに設定されていた装置条件ε（ｎ−ｍ）及びその信号強度を求めた条件振りウェハ１０ａのショットで設定されていた露光条件（フォーカス位置及び露光量）に対応させて検査部６０及び記憶部８５に出力される。
【００４２】
その後、ステップ１１２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、すなわち、入射角θ１を全部の角度αｍ（ｍ＝１〜６）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１１４）、ステップ１０８に戻る。そして、ウェハ面の画像の画素毎の信号強度の算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０８，１１０）を実行する。
【００４３】
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１１２からステップ１１６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１１８）、ステップ１０６に戻る。そして、ウェハ面の画像の画素毎の信号強度の算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０６〜１１０）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１１６からステップ１２０に移行する。
【００４４】
ステップ１２０において、検査部６０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信号強度の情報を用いて、その全部の装置条件で計測した信号強度に関して、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）及び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）を求める。
【００４５】
そして、検査部６０では、次のステップ１２０において、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ）の中で、信号強度に関して、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複数組の条件を、第１群の装置条件（又は第１群の評価条件）Ａとして決定する。その第１群の装置条件Ａ中の一つの装置条件は、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°である。
なお、その第１群の装置条件中の複数組の条件は、それぞれ例えば撮像した画像から得られる信号強度のフォーカス位置の変化に対する変化の特性が、ある対称性を持つような複数の装置条件を含む。以下では、その複数組の条件が、それぞれ撮像した画像から得られる信号強度のフォーカス位置の変化に対する変化の特性が、あるフォーカス位置（例えばベストフォーカス位置）に関してほぼ対称になるような２つの装置条件を含むものとする。なお、その複数組の条件は、それぞれ３つ以上の装置条件を含んでもよく、複数組の装置条件はそれぞれ１つの装置条件でもよい。
【００４６】
この第１群の１組（ここでは２つ）の装置条件では、画素毎の信号強度ＳＩが、条件振りウェハ１０ａのフォーカス値ＦＶ（ｎｍ）に関して、図６（ａ）の凸の実線の曲線Ｆ４１及び凸の点線の曲線Ｆ４２に沿うドット列のように変化する。例えば、その２つの装置条件中の第１の装置条件では、実線の曲線Ｆ４１に沿ったドット列が得られ、第２の装置条件では、点線の曲線Ｆ４２に沿ったドット列が得られる。以下では、それらのドット列を例えば横軸のフォーカス値ＦＶ（又は露光量）に関する２次曲線又はより高次の曲線で近似した実線の曲線Ｆ４１又は点線の曲線Ｆ４２を特性曲線（以下、テンプレートと称する）Ｆ４１，Ｆ４２という。なお、以下ではテンプレートＦ４１，Ｆ４２等は、ピーク値が１００となるように規格化している。さらに、説明の便宜上、図６（ａ）の２つのテンプレートＦ４１，Ｆ４２は、ベストフォーカス位置（ＦＶ＝０）に関してほぼ対称であるとしている。テンプレートＦ４１，Ｆ４２は、それぞれフォーカス値ＦＶに関してピークが＋２０ｎｍ及び−２０ｎｍの位置にあり、ピーク間隔が４０ｎｍである。実際には、２つのテンプレートＦ４１，Ｆ４２は、ベストフォーカス位置以外のあるフォーカス位置に関してほぼ対称でもよく、どのフォーカス位置に関してもほぼ対称でなくともよい。
【００４７】
この例では、テンプレートＦ４１，Ｆ４２の差分を取ると図６（ｂ）の曲線（以下、計算用テンプレートと称する）Ｆ４３が得られる。計算用テンプレートＦ４３は、横軸のフォーカス値ＦＶに関して単調に縦軸の信号強度の差分ΔＦ４が変化する。このため、ウェハ面のある計測点で得られる信号強度ＳＩ４１，ＳＩ４２の差分（ΔＦ４１とする）を計算用テンプレートＦ４３に当てはめる、言い替えると計算用テンプレートＦ４３を含むテンプレート情報の入力値とすることで、その計測点のフォーカス値ＦＶはＦＶ１として一意的に計算することができる。以下、テンプレート情報の入力値にある値を入力して、そのテンプレート情報から計算される値を計算値又は推定値ともいう。なお、計算用テンプレートの作成方法は任意であり、例えば２つのフォーカス値に関して凸状及び凹状の２つのピーク位置がずれたテンプレートがある場合、その２つのテンプレートの和から計算用テンプレートを求めることもできる。以下では、テンプレートＦ４１，Ｆ４２及び計算用テンプレートＦ４３をまとめて１つのテンプレート情報とも称する。
【００４８】
図６（ａ）の１組のテンプレートＦ４１，Ｆ４２は図８（ｄ）の２つのテンプレートと同じである。実際には、図６（ａ）の１組のテンプレートＦ４１，Ｆ４２のように、あるフォーカス位置に関してほぼ対称な１組のテンプレート（又はこれに対応する１組の装置条件）は、図８（ａ）のテンプレートＦ１１，Ｆ１２、図８（ｂ）のテンプレートＦ２１，Ｆ２２、図８（ｃ）のテンプレートＦ３１，Ｆ３２、及び図８（ｅ）のテンプレートＦ５１，Ｆ５２のように複数組得られることがある。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）の２つのテンプレートはピーク位置の間隔Ｄが、それぞれ１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、及び５０ｎｍである。
【００４９】
同様に、次のステップ１２２において、検査部６０では、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ）の中で、信号強度に関して、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複数組の条件を、第２群の装置条件（又は第２群の評価条件）Ｂとして決定する。その第２群の装置条件Ｂ中のひとつの装置条件は、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°である。
なお、その第２群の装置条件中の複数組の条件は、それぞれ例えば撮像した画像から得られる信号強度の露光量の変化に対する変化の特性が、ある対称性を持つような複数の装置条件を含む。以下では、その複数組の条件が、それぞれ撮像した画像から得られる信号強度の露光量の変化に対する変化の特性が、ある露光量（例えばベストドーズ）に関してほぼ対称になるような２つの装置条件を含むものとする。なお、その複数組の条件は、それぞれ３つ以上の装置条件を含んでもよく、複数組の装置条件はそれぞれ１つの装置条件でもよい。
【００５０】
この第２群の１組の装置条件では、画素毎の信号強度ＳＩが、条件振りウェハ１０ａの露光量ＤＶに関して、図６（ｃ）の凸の実線の曲線Ｄ１１及び凸の点線の曲線Ｄ１２に沿うドット列のように変化する。以下では、それらのドット列を例えば横軸の露光量ＤＶ（相対値）に関する２次曲線又はより高次の曲線で近似した実線の曲線Ｄ１１又は点線の曲線Ｄ１２を特性曲線（以下、テンプレートという）Ｄ１１，Ｄ１２と称する。２つのテンプレートＤ１１，Ｄ１２は、ベースドーズに関してほぼ対称である。さらに、テンプレートＤ１１，Ｄ１２は、それぞれ露光量ＤＶに関してピークが＋４及び−４の位置にある。
【００５１】
この例では、テンプレートＤ１１，Ｄ１２の差分を取ると曲線（以下、計算用テンプレートと称する）Ｄ１３が得られる。計算用テンプレートＤ１３は、横軸のフォーカス値ＦＶに関して単調に縦軸の信号強度の差分ΔＤ１が変化する。このため、ウェハ面のある計測点で得られるテンプレートＤ１１，Ｄ１２に関する信号強度ＳＩ１１，ＳＩ１２の差分（ΔＤ１１とする）を計算用テンプレートＤ１３に当てはめることで、その計測点の露光量ＤＶはＤＶ１として一意的に求めることができる。図６（ｃ）の１組のテンプレートＤ１１，Ｄ１２と同様に変化し、かつ例えばピーク位置の間隔が異なる他の複数組の装置条件及びテンプレート（不図示）も得られる。
【００５２】
次にステップ１２４では、検査部６０は、ステップ１２０で求めた複数組の装置条件及びテンプレートから、例えばテンプレートの入力値に対してノイズ等が混入した場合のテンプレートによる計算値の安定性の評価（実測値に対する偏差の大きさと所定の許容値との比較を含む）を行い、その評価結果から、その計算値の安定性が最も高く、かつフォーカス感度の高い１組（ここでは２つ）の装置条件及びテンプレートを選択する（詳細後述）。このときに選択した１組の装置条件をフォーカス位置評価用の第１組の装置条件とする。第１組の装置条件には、例えば図６（ａ）のテンプレートＦ４１を求める際に設定した第１の装置条件と、テンプレートＦ４２を求める際に設定した第２の装置条件とがある。そして、選択した装置条件及びテンプレートを、実際の露光条件の評価に使用するフォーカス感度の高い第１組の装置条件及びテンプレートとして記憶部８５に記憶させる。
また、次のステップ１２６では、検査部６０は、ステップ１２２で求めた複数組の装置条件及びテンプレートから、ステップ１２４と同様に、例えばテンプレートの入力値に対してノイズ等が混入した場合のテンプレートによる計算値の安定性の評価を行い、その評価結果から、その計算値の安定性が最も高く、かつ露光感度の高い１組（ここでは２つ）の装置条件及びテンプレートを選択する（詳細後述）。このときに選択した１組の装置条件を露光量評価用の第２組の装置条件とする。第２組の装置条件には、例えば図６（ｃ）のテンプレートＤ１１を求める際に設定した第１の装置条件と、テンプレートＤ１２を求める際に設定した第２の装置条件とがある。そして、選択した装置条件及びテンプレートを、実際の露光条件の評価に使用する露光量感度の高い第２組の装置条件及びテンプレートとして記憶部８５に記憶させる。
【００５３】
以上の動作によって、ウェハの露光条件を評価する場合に使用する装置条件及び対応するテンプレート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による露光、及びコータ・デベロッパ２００による現像によっ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組の装置条件及びテンプレートを用いてウェハ面からの回折光の信号強度を計測することによって、露光装置１００の露光条件中のフォーカス位置及び露光量を以下のように評価する。まず、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（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。この際の露光装置１００に設定される露光条件は、全部のショットにおいて最適値（ベストフォーカス位置及びベストドーズ）であり、露光量に関してはそのマスクに応じて定められているベストドーズの和である。
【００５４】
しかしながら、実際には露光装置１００では、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）にフォーカス位置及び露光量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、そのフォーカス位置及び露光量の評価を個別に行う。
【００５５】
そして、図４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組、第２組の装置条件を読み出す。そして、装置条件をまず、フォーカス感度が高くドーズ感度の低い第１組の第１の装置条件に設定する（ステップ１５２）。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を撮像し、その画像の画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップ１０８Ａ）。
【００５６】
その後、ステップ１１０Ａにおいて、画像処理部４０は、撮像装置３５の画素毎に信号強度を求め、求めた情報を検査部６０及び記憶部８５に出力する。検査部６０では、一例として、信号強度のショット平均値を求めて記憶部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の装置条件に設定してからステップ１０８Ａに移行する。そして、第２の装置条件、及び第２組の２つの装置条件での信号強度の取得が終了した後、動作はステップ１５８に移行する。
【００５７】
ステップ１５８において、検査部６０は、第１組の第１の装置条件で求めたウェハ１０のショット毎の信号強度ＳＩｉ１（ｉは順序を示す整数）、及び第１組の第２の装置条件で求めたウェハ１０のショット毎の信号強度ＳＩｉ２の差分ΔＦ４を、図６（ｂ）の計算用テンプレートＦ４３の入力値としてフォーカス値（例えばＦＶ１）を求める。
そして、検査部６０は、ウェハ１０のショット毎のフォーカス値ＦＶの情報を制御部８０に出力する。制御部８０は、そのショット毎のフォーカス値ＦＶ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、検査部６０は、ウェハ１０のショット毎のフォーカス値ＦＶのベストフォーカス位置からの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力してもよい。この誤差分布には、各ショットのフォーカス値ＦＶが予め定められた良品範囲内か否かの情報も含まれていてもよい。また、制御部８０は、フォーカス値ＦＶを表示装置に表示させなくてもよい。
【００５８】
ステップ１６０において、検査部６０は、第２組の第１の装置条件で求めたウェハ１０のショット毎の信号強度ＳＩｊ１（ｊは順序を示す整数）、及び第２組の第２の装置条件で求めたウェハ１０のショット毎の信号強度ＳＩｊ２の差分ΔＤ１を、図６（ｃ）の計算用テンプレートＤ１３の入力値として露光量ＤＶ（例えばＤＶ１）を求める。
そして、検査部６０は、求めたショット毎の露光量ＤＶの情報を制御部８０に出力する。制御部８０は、そのショット毎の露光量ＤＶ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、検査部６０は、ショット毎の露光量ＤＶのベストドーズからの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力してもよい。この誤差分布には、各ショットの露光量ＤＶが予め定められた良品範囲内か否かの情報も含まれていてもよい。また、制御部８０は、露光量ＤＶを表示装置に表示させなくてもよい。
【００５９】
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のショット毎のフォーカス位置の分布及び露光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、例えばショット毎のフォーカス位置の分布のベストフォーカス位置からの差分（誤差）の分布（デフォーカス量の分布）を求め、ショット毎の露光量の分布のベストドーズからの差分（誤差）の分布（露光量むら）を求め、そのデフォーカス量の分布及び／又は露光量むらがそれぞれ所定の許容範囲を超えている場合に、フォーカス位置及び／又は露光量を補正するために、例えばウェハ面の高さのオフセット、及びウェハ面内各位置でのフォーカス目標値の調整、並びに／又は走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の調整等の補正を行う。これによって、その後の露光時に、デフォーカス量及び露光量の誤差が低減される。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。
【００６０】
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組の装置条件のもとで信号強度を検出し、２組の装置条件毎に予め図４の条件出し工程で求めてある計算用テンプレートＦ４３，Ｄ１３の入力値として、その検出された信号強度を用いることによって、そのパターンの形成時に使用された露光装置１００の露光条件中のフォーカス位置及び露光量を効率的に、かつ高精度に求める（評価する）ことができる。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。
【００６１】
本実施形態において、ウェハ１０の各ショットＳＡｎのフォーカス位置の評価を行う場合に、各ショットＳＡｎの全面を計測領域とするか、又は図５（ｃ）に示すように、ショットＳＡｎ内の回路パターンがある部分等を一律に計測領域１６とするよりも、ショット領域ＳＡｎ内の例えばフォーカス位置の変化に対して回折光の信号強度の変化の大きい（フォーカス感度の高い）狭い領域を計測領域とした方が計測時間を短縮できる。そこで、そのようにフォーカス感度の高い計測領域を効率的に決定できる方法の一例につき説明する。この方法では、図７（ａ）に示す露光量をベストドーズとして、フォーカス位置がＸ方向に次第に変化するように各ショットＳＡｎへの露光を行い、現像を行ったウェハ１０ｂと、図７（ｂ）に示す、ベストドーズ及びベストフォーカス位置で全部のショットＳＡｎへの露光を行い、現像を行った通常のウェハ１０とを用意する。ウェハ１０ｂはいわゆるＦＭウェハ(Focus Matrixウェハ）である。
【００６２】
そして、本実施形態の評価装置１において、回折光の信号強度が大きくなる装置条件で順次、ウェハ１０ｂ及びウェハ１０の全面の像を撮像し、ウェハ１０ｂ，１０の中央のＸ方向に配列された領域１０ｍ内のショットＳＡｍ１〜ＳＡｍ２において、画素毎に信号強度の差分ΔＳＩを求める。これによって、フォーカス変動による信号強度成分のみを抽出できる。そして、仮想的に図７（ｃ）に示すように、領域１０ｍ内の全ショットＳＡｍ１〜ＳＡｍ２をフォーカス方向（Ｚ方向）に並べ、全ショットＳＡｍ１〜ＳＡｍ２内で同じ位置にある画素１６ａに関して、上述の差分ΔＳＩの標準偏差ΔＦＶσを求める。画素１６ａの中で標準偏差ΔＦＶσが大きい画素はフォーカス位置の変化に対して輝度変化が大きい画素（計測対象として好ましい画素）であり、単に信号強度が大きいがフォーカス位置の変化に対して輝度変化が小さい画素は計測対象としては好ましくない。図７（ｄ）にそのように計算したショットＳＡｎ内の画素毎の標準偏差ΔＦＶσの分布を輝度（濃度）の分布で表した例を示す。
【００６３】
その標準偏差ΔＦＶσを示す輝度の分布から計測領域を自動的に選択するためには、一例として、図７（ｅ）のショット内の部分領域ＳＡｎａで示すように、その輝度の分布から例えばラプラシアンフィルタを用いてエッジ部を検出する。さらに、検出したエッジ部のうちで、輝度が例えば最大値に対して７０％以上（又は他の任意の割合以上）の領域を計測領域のエッジ部として切り出して表示装置（不図示）に表示する。さらに、例えば図７（ｆ）に示すように、その計測領域のエッジ部で囲まれた領域を含む計測領域Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３とすることで、フォーカス感度の高い計測領域を自動的に効率的に選択又は設定できる。
なお、ベストフォーカス位置及びベストドーズで露光したウェハ１０が準備できなかった場合でも、ウェハ１０ｂ（ＦＭウェハ）のみの画像の検出結果から、ショットＳＡｍ１〜ＳＡｍ２の画素毎の信号強度の標準偏差ΔＦＭσを求め、図７（ｄ）と同様の標準偏差ΔＦＭσの分布を求めてもよい。この分布を用いてもフォーカス位置の変化に対して信号の輝度の変化の大きい計測領域を自動的に設定できる。
また、ドーズ感度の高い計測領域を設定するためには、ＦＭウェハの代わりに、露光量のみを次第に変化させて露光したウェハ(Dose Matrixウェハ:ＤＭウェハ）、又は条件振りウェハ１０ａを使用して、上述の設定方向を使用すればよい。
【００６４】
次に、本実施形態において、演算部５０の検査部６０が、複数組のテンプレートから実際のウェハの露光条件を評価するために使用するテンプレートを評価して選択する方法につき図９（ｄ）のフローチャートを参照して説明する。なお、一例として、テンプレートを選択する際には、そのテンプレートを作成したときの装置条件も選択され、選択されたテンプレートから計算用テンプレートが求められる、すなわちテンプレート情報が選択されるが、以下では単にテンプレートを選択するという。以下では、評価対象の露光条件はフォーカス位置として、図８（ａ）〜（ｅ）に示すピーク位置の間隔Ｄが１０ｎｍ〜５０ｎｍの５組のテンプレートＦ１１，Ｆ１２〜Ｆ５１，Ｆ５２から使用するテンプレートを選択する場合につき説明する。また、信号強度ＳＩのうちで、ピークが＋方向にある（図８（ａ）〜（ｅ）中の右側のピークを有する）テンプレートＦ１１〜Ｆ５１を求めたときの信号強度を信号強度Ｆ１、ピークが−方向にある（図８（ａ）〜（ｅ）中の左側のピークを有する）テンプレートＦ１２〜Ｆ５２を求めたときの信号強度を信号強度Ｆ２とも称する。
【００６５】
まず、一例として、検査部６０は、図９（ｄ）のステップ１９０において、図９（ａ）の横軸を信号強度Ｆ１、縦軸を信号強度Ｆ２とする信号強度空間又はＦ１−Ｆ２平面において、図８（ａ）の１組のテンプレートＦ１１，Ｆ１２の各点をプロットして、軌跡（以下、信号強度Ｆ１と信号強度Ｆ２との相関を示す相関曲線と称する）Ｆ１４を仮想的に作成する。相関曲線Ｆ１４は、図８（ａ）において、フォーカス値ＦＶが−４０ｎｍ〜＋４０ｎｍの範囲を例えば１５個に分割し、分割して得られた各フォーカス値に対応する２つのテンプレートＦ１１，Ｆ１２の信号強度Ｆ１，Ｆ２を順次プロットし、プロットして得られるドット列を曲線で近似したものである。相関曲線Ｆ１４の＋方向及び−方向の端点Ｆ１４ａ，Ｆ１４ｂがそれぞれ＋４０ｎｍ及び−４０ｎｍのフォーカス値に対応し、相関曲線Ｆ１４の中央でのフォーカス値は０ｎｍである。同様に、図８（ｂ）〜（ｅ）のテンプレートＦ２１，Ｆ２２〜Ｆ５１，Ｆ５２の相関曲線Ｆ２４，Ｆ３４，Ｆ４４，Ｆ５４は図９（ａ）に示すようになる。
【００６６】
本実施形態において、使用するテンプレートを選択する基準は、一例としてウェハから検出される信号強度に外乱光による画像信号の変動等の変化量が加わった場合の、テンプレートを用いて計算されるフォーカス値の計算値の目標値（例えば条件振りウェハ１０ａを露光したときのフォーカス位置）からの変化量が小さいこと、すなわち信号強度の変化に対する計算値（評価結果）の変化量が小さいこと、言い替えると画像信号の変動等の変化量に対しいわゆるロバスト性が良いことである。このことから、検査部６０はステップ１９２において、図９（ａ）の相関曲線Ｆ１４〜Ｆ５４に関して、それぞれ図９（ｂ）に示すように、各相関曲線のフォーカス値が０の位置から各フォーカス値ＦＶまでの軌跡の累積距離にフォーカス値ＦＶの符号を掛けて得られる値を示す曲線である、累積距離曲線Ｆ１５，Ｆ２５，Ｆ３５，Ｆ４５，Ｆ５５を求める。相関曲線Ｆ１４、Ｆ２４，Ｆ３４，Ｆ４４，Ｆ５４の累積距離曲線がそれぞれ累積距離曲線Ｆ１５，Ｆ２５，Ｆ３５，Ｆ４５，Ｆ５５である。さらに、検査部６０はステップ１９４において、各フォーカス値ＦＶにおいて、累積距離曲線Ｆ１５〜Ｆ５５の値（累積距離）をフォーカス値ＦＶで割ることで、図９（ｃ）に示すように、軌跡の累積距離のフォーカス位置に対する変化感度（フォーカス位置の単位量の変化に対する累積距離曲線Ｆ１５〜Ｆ５５上の累積距離の変化量）を示す感度曲線Ｆ１６，Ｆ２６，Ｆ３６，Ｆ４６，Ｆ５６をフォーカス値ＦＶ（ｎｍ）の関数として得る。変化感度が大きい場合には、フォーカス位置の単位量の変化に対する相関曲線Ｆ１４〜Ｆ５４上での信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化量が大きいため、信号強度の変動に対する安定性が高いことを意味する。なお、図９（ｃ）では＋方向のフォーカス値に関する感度曲線のみを図示しているが、−方向のフォーカス値に関しても同様の感度曲線が得られる。
【００６７】
さらに、検査部６０は、ステップ１９６において、図９（ｃ）において、一例として変化感度の許容値を点線で示す０．５として、感度曲線Ｆ１６，Ｆ２６，Ｆ３６，Ｆ４６，Ｆ５６に対応するテンプレートの評価を行う。この例では、感度曲線Ｆ２６，Ｆ１６（図８（ｄ）、（ｅ）のテンプレートを使用して求めた信号強度を用いて作成した感度曲線）は変化感度が許容範囲よりも小さい領域があるため、感度曲線Ｆ２６，Ｆ１６は変化感度が大きいと評価する。さらに、一例として、検査部６０は、感度曲線Ｆ２６，Ｆ１６に対応する図８（ｄ）、（ｅ）のテンプレートを使用するのは好ましくないと評価してもよい。この場合、図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートの中で使用可能なテンプレートは、図８（ｃ）〜（ｅ）のピーク位置の間隔Ｄが広い３組のテンプレートＦ３１，Ｆ３２〜Ｆ５１，Ｆ５２となる。
【００６８】
次に、本実施形態のテンプレートの選択方法の一例につき図１０（ａ）、（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。まず、基本的な方法につき図１０（ａ）のフローチャートを参照して説明する。図１０（ａ）のステップ１４０において、評価対象のテンプレートの入力値に所定の固定値（詳細後述）を付加した値を入力し、ステップ１４２において、そのテンプレートを用いてフォーカス値を計算する。次のステップ１４４において、計算されたフォーカス値からテンプレートを評価する。
次に、詳細な方法につき図１０（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。まず、図１０（ｂ）のステップ１７０において、図３（ｂ）のステップ１０２〜１２０の動作の実行によって、複数組、ここでは図８（ａ）〜（ｅ）の５組のテンプレートが得られる。次のステップ１７２において、評価装置１の検査部６０では、例えば−３５ｎｍ〜＋３５ｎｍのフォーカス値の範囲を例えば１０ｎｍの幅の７個の領域に区分する。そして、５組のテンプレートＦｉ１，Ｆｉ２（ｉ＝１〜５）に関して、７個の領域でそれぞれ例えば１ｎｍのステップ幅で各フォーカス値に対応する信号強度Ｆ１，Ｆ２の値（以下、テンプレート値という）Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを求める。例えば図６（ａ）のテンプレートＦ４１に関して、フォーカス値がＦＶ１ａ，ＦＶ１ｂのときのテンプレート値はＳＩ１ａ，ＳＩ１ｂとなる。
【００６９】
そして、ステップ１７２において、求められたテンプレート値（Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉ）をそれぞれ対応する計算用テンプレートＦ４３等の入力値として、フォーカス値ＦＶ１ｉを計算する。さらに、ステップ１７４において、テンプレート値のＦ１ｉのみに所定の固定値としての２を加算したテンプレート値（Ｆ１ｉ＋２，Ｆ２ｉ）をそれぞれ対応する計算用テンプレートＦ４３等の入力値として、フォーカス値ＦＶ２ｉを計算する。その固定値とは、ウェハ１０ａを製造する際のプロセス又はウェハ１０ａ上の計測位置等に関係なく、例えば画像信号に関して外乱光等によって想定される変動量等に基づいて定められる値である。例えば図６（ｂ）の計算用テンプレートＦ４３に関して、テンプレート値（Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉ）の差分がΔＦ４１、テンプレート値（Ｆ１ｉ＋２，Ｆ２ｉ）の差分がΔＦ４２とすると、差分ΔＦ４１，ΔＦ４２に対応するフォーカス値はＦＶ１，ＦＶ２となり、ＦＶ１はほぼ目標値に近いとすると、ＦＶ２の目標値からの偏差はほぼδ１となる。同様に、テンプレート値のＦ１ｉのみから所定の固定値としての２を減算したテンプレート値（Ｆ１ｉ−２，Ｆ２ｉ）をそれぞれ対応する計算用テンプレートＦ４３等の入力値として、フォーカス値ＦＶ３ｉを計算する。同様に、テンプレート値（Ｆ１ｉ２，Ｆ２ｉ＋２）、及び（Ｆ１ｉ２，Ｆ２ｉ−２）を順次それぞれ対応する計算用テンプレートＦ４３等の入力値として、フォーカス値ＦＶ４ｉ，ＦＶ５ｉを計算する。
【００７０】
次のステップ１７８において、検査部６０は、フォーカス値の７個の領域毎に、上述の５つのフォーカス値の計算結果ＦＶ１ｉ〜ＦＶ５ｉの目標値（例えば図６（ａ）の横軸の値）からの差分の標準偏差の３倍であるＦＶσを計算する。さらに、ステップ１８０において、検査部６０は、全部の組のテンプレートの評価を行う。本実施形態では、テンプレートの評価とは、テンプレートの入力値にある値（例えば入力値に固定値を加えた値）を入力して得られる計算値と、目標値である条件振りウェハで設定した露光条件の値（フォーカス位置等）との偏差の程度（ここではＦＶσ）を所定の許容値と比較することを意味する。そして、その評価の結果、フォーカス位置の全部の領域で計算値ＦＶσが許容値以下となる組のテンプレート、すなわち、画像信号の変動等の混入に対する計算値の安定性の良好な組のテンプレートを使用するテンプレートとして選択する。
【００７１】
ここで、図１１（ａ）〜（ｅ）の信号強度空間中の相関曲線Ｆ１８，Ｆ２８，Ｆ３８，Ｆ４８，Ｆ５８は図８（ａ）〜図８（ｅ）のテンプレートＦ１１，Ｆ１２〜Ｆ５１、Ｆ５２に対応する相関曲線である。図１１（ａ）〜（ｅ）において、横軸及び縦軸はそれぞれ＋側及び−側にピークがあるテンプレートに関する信号強度Ｆ１，Ｆ２（値が４０〜１２０の範囲）であり、図１１（ａ）の等高線Ｄ１，Ｅ１等は、−４０ｎｍ〜＋４０ｎｍまでのフォーカス位置の変化をほぼ４．５ｎｍの間隔で表している。他の図１１（ｂ）〜（ｅ）にも同様の等高線が図示されている。このため、相関曲線Ｆ１８，Ｆ２８，Ｆ３８，Ｆ４８，Ｆ５８の端点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５のフォーカス値は−４０ｎｍ、端点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５のフォーカス値は＋４０ｎｍであり、中央の点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５のフォーカス値は０ｎｍである。なお、計算用テンプレートＦ４３等を使用する代わりに、図１１（ａ）〜（ｅ）の信号強度空間中の信号強度（Ｆ１，Ｆ２）の位置から、等高線を用いてフォーカス値を計算又は推定することもできる。また、端点Ａ１，Ａ５等と端点Ｃ１，Ｃ５等との中間を通り、中央のテンプレートＢ５，Ｂ１等を通過する境界線Ｆ１，Ｆ５等は、計測されるフォーカス値が８０ｎｍ〜１０ｎｍ程度変化する線、すなわちテンプレートを用いて計算される計算値にいわゆるトビ（大きい変化）が生じる線である。
【００７２】
図１１（ａ）の相関曲線Ｆ１８は、図８（ａ）のピーク位置の間隔Ｄが最も狭い１０ｎｍのテンプレートＦ１１，Ｆ１２の相関を表しており、端点Ａ１，Ｃ１の位置が最も近くなっている。このため、例えば信号強度Ｆ１，Ｆ２に矢印Ｇ１で示す変動が混入すると、計算値が大きく変化する。これに対して、図１１（ｅ）の相関曲線Ｆ５８は、図８（ｅ）のピーク位置の間隔Ｄが最も広い５０ｎｍのテンプレートＦ５１，Ｆ５２の相関を表しており、端点Ａ５，Ｃ５の位置が最も遠くなっている。このため、例えば信号強度Ｆ１，Ｆ２に矢印Ｇ１で示す変動が混入しても、計算値の変化は小さいため、入力値の変動の影響が小さく、計算値の安定性が良い。また、テンプレートのロバスト性が良い。このように、図１１（ａ）〜（ｅ）の相関曲線Ｆ１８〜Ｆ５８より、ピーク位置の間隔Ｄが最も広いテンプレートほど変動の混入に対する計算値の安定性が高いことが定性的に分かる。
【００７３】
図１０（ａ）のステップ１７８で得られる標準偏差の３倍（ＦＶσ）は、そのような計算値の安定性の定量的な指標とみなすことができる。図１１（ｆ）の棒グラフＦ１７，Ｆ２７，Ｆ３７，Ｆ４７，Ｆ５７は、ステップ１７８で得られたＦＶσ（ｎｍ）を、フォーカス値ＦＶの７つの領域毎に表したものである。棒グラフＦ１７〜Ｆ５７はそれぞれ図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートＦ１１，Ｆ１２〜Ｆ５１，Ｆ５２を使用する場合のＦＶσである。図１１（ｆ）より、ピーク位置の間隔Ｄが狭いテンプレートを用いる場合ほど、かつフォーカス値が０ｎｍに近いほど、ＦＶσが大きくなり、計算値の安定性が悪いことが分かる。一例として、ＦＶσの許容値を２．５ｎｍとすると、全部の領域でＦＶσが許容値以下となっているのは、ピーク値の間隔Ｄが３０ｎｍ、４０ｎｍ及び５０ｎｍのテンプレートに対応する棒グラフＦ３７，Ｆ４７，Ｆ５７のみである。このため、計算値の安定性が高く、使用可能なテンプレートとしては、図８（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の３組のテンプレートが選択できる。また、図１１（ｆ）において、全部の領域で棒グラフＦ５７の高さが最も低いため、使用するテンプレートとしては、図８（ｅ）のテンプレートを選択してもよい。同様に、露光量に関する感度の高い複数組のテンプレート（及び装置条件）から、変動に対する露光量の計算値の安定性が良好なテンプレートを選択することもできる。なお、フォーカス位置の範囲の分割数は７個以外の任意の個数でよく、ＦＶσの許容値も任意の値でよい。
【００７４】
上述のように、本実施形態の評価方法は、繰り返しパターン１２が表面に形成されたウェハ１０の表面（ウェハ面）に照明光ＩＬ１を照射し、照明光ＩＬ１の照射によりウェハ面から射出した回折光ＩＬＤを検出して得られる信号の強度を入力値とするテンプレート情報（以下、評価特性ともいう）に基づいて繰り返しパターン１２の加工条件を評価する評価方法であって、その入力値に変化量として固定値を付与した変化入力値をそのテンプレート情報に入力するステップ１７４，１７６と、その変化入力値を入力したそのテンプレート情報に基づいて、その加工条件の変化量（ＦＶσ等）を算出するステップ１７８と、その算出した加工条件の変化量に基づいて、そのテンプレート情報の入力値の変動等に対する計算値の安定性等を評価し、この評価結果から使用するテンプレート情報を選択するステップ１８０とを有するものである。
【００７５】
また、評価装置１は、繰り返しパターン１２が表面に形成されたウェハ１０の繰り返しパターン１２の加工条件を評価する評価装置において、ウェハ１０の表面（ウェハ面）に照明光ＩＬ１を照射する照明系２０（以下、照明部ともいう）と、照明光ＩＬ１の照射によりウェハ面から射出した回折光ＩＬＤを検出する受光系３０、撮像装置３５及び画像処理部４０（以下、まとめて検出部ともいう）と、ウェハ面からの光に基づく信号としての、画像処理部４０で検出される信号の強度を入力値とするテンプレート情報（評価特性）に基づいて繰り返しパターン１２の加工条件を評価する演算部５０（以下、評価部ともいう）と、を備え、演算部５０は、その入力値に変化量を付与した変化入力値をそのテンプレート情報に入力し、その変化入力値を入力したそのテンプレート情報に基づいて、その加工条件の変化量を算出し、その算出した加工条件の変化量（ＦＶσ等）に基づいて、そのテンプレート情報の入力値の変動に対する計算値の安定性等を評価し、この評価結果から使用するテンプレート情報を選択するものである。
【００７６】
本実施形態によれば、例えば複数の装置条件のもとで、その回折光の検出結果を入力値として、そのパターンを形成した際の露光条件を評価する複数のテンプレート情報（評価特性）を求めたときに、その複数のテンプレート情報の入力値に所定の変化量を付与して露光条件の評価結果の変化量を計算することによって、複数のテンプレート情報による計算値の入力値の変動等に対する安定性等を定量的に評価できる。このため、その評価結果を用いて変動の混入に対する計算値の安定性の高い（ロバスト性の良好な）実際に使用可能なテンプレート情報を効率的に選択することが可能となる。そして、選択されたテンプレート等を用いて、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。
【００７７】
また、本実施形態の評価装置１及び露光装置１００を備える露光システム又はリソグラフィシステムＤＭＳによれば、評価装置１から露光装置１００に供給される露光条件の評価結果に応じて、露光装置１００において露光条件を補正することによって、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを向上できる。
【００７８】
なお、上述の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上述の実施形態では、入力値に変化量として固定値を付与した変化入力値をテンプレート情報（評価特性）に入力し、その変化入力値を入力したテンプレート情報に基づいて、加工条件の変化量を計算し、この変化量に基づいてそのテンプレート情報を評価している。しかしながら、入力値に変化量を付与した値をテンプレート情報に入力しなくともよく、例えば、入力値、変化量、及びテンプレート情報から、予め定められたテーブル（いわゆるルックアップテーブル等）等を用いて加工条件の変化量を求め、その変化量からテンプレート情報を評価してもよい。この場合、一例として、テンプレート情報に基づいたテーブル（すなわち、フォーカス位置と露光量の少なくとも一方と入力値に関するテーブル）と、入力値及び入力値の変化量とを用いて加工条件の変化量を求め、テンプレート情報を評価してもよい。これは以下で説明する変形例においても同様である。
また、上述の実施形態では、複数のテンプレート情報の計算値の変動の混入に対する安定性等を評価し、その評価結果からその計算値の安定性の高い、実際の露光条件で使用可能な１つ又は複数のテンプレート情報を選択しているが、テンプレート情報の選択を行うことなく、複数のテンプレート情報による計算値の安定性等を評価する（例えば計算値と実測値との偏差の程度と許容値との比較等を行う）のみでもよい。言い替えると、テンプレート情報のロバスト性等の評価を行うのみでもよい。
また、上述の実施形態において、計算用テンプレートＦ４３等を使用することなく、テンプレートＦ４１，Ｆ４２等の入力値に変化量を付加した値を入力し、テンプレートＦ４１，Ｆ４２等を用いて加工条件の変化量を計算又は推定し、その変化量からテンプレートＦ４１，Ｆ４２等を評価してもよい。
【００７９】
また、上述の実施形態では、１組の２つの装置条件のもとで２つのテンプレートＦ４１，Ｆ４２等を求め、これらのテンプレートから計算用テンプレートＦ４３等を求めているが、例えば１つの装置条件のもとで、露光条件（例えばフォーカス値）に関して単調に信号強度が変化する１つのテンプレート（特性）を求め、このテンプレートをそのまま計算用テンプレートとして用いて、信号強度から露光条件を計算することも可能である。さらに、３つ以上の複数の装置条件のもとで複数のテンプレートを求め、これらのテンプレートを組み合わせて信号強度から露光条件を計算することも可能である。
また、上述の実施形態では、複数のテンプレート情報から計算値の安定性の高い１つ又は複数のテンプレート情報を選択しているが、評価対象のテンプレート情報は１つでもよい。この場合、１つのテンプレート情報の計算値の安定性を評価してもよい。さらに、この評価結果からこのテンプレート情報の使用の可否を決定してもよい。
【００８０】
また、上述の実施形態では、ウェハ１０に照射する照明光として非偏光光（ランダム偏光光）を使用しているが、その照明光として部分偏光光、又は直線偏光した光（偏光光）を使用してもよい。偏光光を使用する場合には、図１（ａ）の評価装置１の光学系において、偏光子及び検光子が付加され、条件出しにおいては、偏光子及び検光子の方向を最適値に設定する動作が付加され、評価工程では、偏光子及び検光子の方向が各装置条件で定められた方向に設定される。
照明光として偏光光を使用する場合、上述の実施形態の装置条件（評価条件）としては、照明光の波長、入射角、及び検出する回折光の次数の他に、ウェハ１０ａの表面に照射される偏光光の偏光方向とウェハ面の繰り返しパターン１２の周期方向との角度（第１相対角度）、及びウェハ面に照射される偏光光の偏光方向と、ウェハ面から射出した回折光のうち検出対象の偏光成分の偏光方向との角度（第２相対角度）のうち少なくとも一つの値を含むようにしてもよい。
【００８１】
また、上述の実施形態では、ウェハ面のフォーカス感度の高い計測領域を設定するために、図７（ａ）のウェハ１０ｂ（ＦＭウェハ）を使用している。その代わりに、図５（ａ）の条件振りウェハ１０ａ（ＦＥＭウェハ）のみの画像から計測領域を設定することも可能である。この場合、一例として、条件振りウェハ１０ａのベストフォーカス位置及びベストドーズで露光したショットの画像を、他のフォーカス評価範囲内でベストドーズで露光された行のショット（例えば図７（ａ）の中央の領域１０ｍと同じ領域の複数のショット）の画像から差し引く。これによって、ショット内の共通の変動成分（露光用マスクの描画誤差、露光装置の走査時の同期誤差等）の影響を差し引くことができる。さらに、そのフォーカス評価範囲内の複数のショットの各画素の信号強度の標準偏差σを求める。このとき、標準偏差σが大きい画素（計測領域）はフォーカス位置の変化に対する輝度変化が大きいため、フォーカス位置の変化に対して輝度変化の小さい他の画素を含む領域と容易に区別できる。その輝度変化の大きい計測領域は、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明した方法等で自動的に効率的に求めることができる。
また、その画素毎の標準偏差σを濃度で表した画像（標準偏差画像）を、評価対象のパターンの周期（ピッチ）順に並べて表示し、代表画像として、その標準偏差画像を加算した画像も表示してもよい。その代表画像を計測領域を設定するための表示装置の画面に表示してもよい。
【００８２】
また、上述の実施形態では、加工条件を評価するためのテンプレート（以下、計算用テンプレートを含む）の入力に変化量として固定値を付与しているが、付与する変化量は任意である。例えば、第１変形例の図１０（ｃ）のフローチャートで示すように、実際のウェハ面の像から検出された信号強度のばらつきの度合いを変化量として使用してもよい。この変形例では、図１０（ｃ）のステップ１８２において、図７（ｂ）に示すように、露光装置１００において、露光量及びフォーカス位置をそれぞれベストドーズ及びベストフォーカス位置に設定して、ウェハ１０（通常のウェハ）の全ショットに露光して現像を行う。そして、ステップ１８４において、評価対象の複数組のテンプレート（図８（ａ）〜（ｅ）の５組のテンプレートとする）を作成したときの各組の装置条件のもとで、評価装置１によってウェハ１０の像を撮像する。この際に、一例として、ウェハ面の各ショットＳＡｎ内には図５（ｃ）のように複数の計測領域１６が設定されているものとする。計測領域１６とは、例えば各ショットＳＡｎに形成されるパターンのうちで加工工程が評価されるパターンが形成されている領域である。そして、ステップ１８６において、ウェハ１０の全ショットのｉ番目（ｉは１以上の整数）の計測領域１６の信号強度の標準偏差σｉを計算して記憶する。この場合、一例として条件振りウェハ１０ａとしてはウェハ１０よりも平面度が良好な基板が使用されていてもよい。
【００８３】
さらに、ステップ１８８において、評価対象のｋ番目（ここでは、ｋ＝１〜５）の計算用テンプレートＦ４３等の入力として、条件振りウェハ１０ａの各ショットのｉ番目の計測領域１６でテンプレートＦ４１，Ｆ４２等を作成する際に得られた信号強度ＳＩ（Ｆ１，Ｆ２）の値であるテンプレート値Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉに、変化量としてその標準偏差σｉを付加した値を使用してフォーカス値ＦＶｋｉを計算する。また、ステップ１７８Ａにおいて、ステップ１７８と同様に、図１１（ｆ）のグラフのような形で、計算されたフォーカス値ＦＶｋｉの条件振りウェハ１０ａでの設定値（目標値）からの差分の標準偏差σを求める。そして、ステップ１８０Ａにおいて、ステップ１８０と同様に、標準偏差σが許容値以下となる組のテンプレートを評価のために使用するテンプレートとして選択する。この変形例によれば、通常のウェハ１０から得られる信号強度のばらつきの分布を変化量としているため、実際にウェハ１０の露光条件を計算又は推定する際に計算値の安定性の良いテンプレートを選択できる。
【００８４】
なお、この変形例において、ステップ１８２において、図７（ａ）に示すように、フォーカス位置のみをＸ方向に次第に変化させて露光したウェハ１０ｂ（ＦＭウェハ）の現像も行い、ステップ１８６において、通常のウェハ１０から得られる信号強度とウェハ１０ｂから得られる信号強度との差分の標準偏差σｆを求め、ステップ１８８において、その標準偏差をテンプレートの入力に加算してフォーカス値を計算し、計算されたフォーカス値の標準偏差を求めてもよい。このようにＦＭウェハ１０ｂの信号強度を使用することによって、フォーカス値に関する計算値の安定性をより高精度に評価することができる。
【００８５】
次に、テンプレートを評価する際の入力の変化量として、下地膜の膜厚分布等のプロセス（成膜装置での膜形成やＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing: 化学機械的研磨)装置での研磨のムラ）に起因する変化量を用いてもよい。この変形例では、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、評価装置１において、＋側及び−側にピークがある２つのテンプレート（例えばテンプレートＦ１１，Ｆ１２）を求めたときの２つの装置条件のもとで通常のウェハ１０を撮像し、そのウェハの全面の画像から検査部６０はその２つの装置条件のもとで検出された信号強度Ｆ１，Ｆ２の分布（ウェハの全面の画像の光量分布）を求める。図１２（ａ）が信号強度Ｆ１の分布、図１２（ｂ）が信号強度Ｆ２の分布である。図１２（ａ）〜（ｄ）において、ウェハ１０内の領域の濃度がその領域で検出される信号強度Ｆ１，Ｆ２の強弱（大きさ）を表している。さらに、図１２（ａ），（ｂ）の分布から、ウェハ１０の中心に関して回転対称な成分を図１２（ｃ）及び（ｄ）に示すように求める。このような回転対称な成分は、例えば下地膜の回転対称な膜厚分布に起因して生じるもの、すなわちプロセス起因の変化量（膜厚分布が一定の場合に対する変化量）である。図１２（ｃ）及び（ｄ）の信号強度Ｆ１，Ｆ２の回転対称な成分を、ウェハ１０の中心から半径方向への距離（ｍｍ）の関数として表すと、図１２（ｅ）のようになる。図１２（ｅ）において、信号強度Ｆ１，Ｆ２の強度１００に対する偏差をΔＦ１，ΔＦ２とする。
【００８６】
この変形例では、図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートの各フォーカス値に対応する信号強度であるテンプレート値（Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉ）に、変化量としてその信号強度が得られた位置（半径方向の位置）における信号強度Ｆ１，Ｆ２の偏差ΔＦ１，ΔＦ２を加えてフォーカス値を計算する。なお、その変化量としては、各フォーカス位置での信号強度に対する変化量の比率が一定となるように、付加する偏差ΔＦ１，ΔＦ２の値を調整してもよい。
【００８７】
図１３（ａ）の曲線Ｆ１１０，Ｆ２１０，Ｆ３１０，Ｆ４１０，Ｆ５１０はそのようにして図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートを用いて計算されたフォーカス値ＦＶを示し、図１３（ｂ）の棒グラフＦ１９，Ｆ２９，Ｆ３９，Ｆ４９，Ｆ５９は、フォーカス値の７個の領域毎に、図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートを用いて計算されたフォーカス値ＦＶの標準偏差の３倍（ＦＶ３σ）を示す。図１３（ａ）及び（ｂ）より、ピーク位置の間隔Ｄが小さいテンプレートを用いる場合ほど、全部の領域でＦＶ３σが小さくなり、プロセスのばらつきによるフォーカス値の変化を小さくした状態で露光条件を高精度に、かつ効率的に評価できることが分かる。
【００８８】
また、図１２（ｅ）の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）の分布に再現性がある場合には、偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）のウェハ面内の分布を記憶部８５で記憶してもよい。この場合、図４のステップ１１８Ａでウェハ１０の画像から画素毎に信号強度（Ｆ１，Ｆ２）（２つの装置条件で求めた信号強度）を算出した際に、その信号強度（Ｆ１，Ｆ２）に関してその画素の位置で検出された上述の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を補正し、補正した信号強度をテンプレート情報に入力してフォーカス値を計算してもよい。これによって、プロセス起因の誤差を低減できる。
【００８９】
また、例えば複数のウェハ１０に関してウェハ面上の位置毎の図１２（ｅ）の複数組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）の分布を求めて記憶しておき、ステップ１１８Ａで得られた画素毎の信号強度（Ｆ１，Ｆ２）を、その複数組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）で補正した信号強度をテンプレート情報に入力してフォーカス値を計算し、フィッティング誤差（補正前及び補正後の信号強度を用いて計算されたフォーカス値の差分）の標準偏差が最小となる組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を使用した計算結果を評価結果として採用してもよい。
【００９０】
また、図１２（ｅ）のプロセス起因の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を横軸及び縦軸に取ってプロットすると、図１３（ｃ）に示すように、ウェハの中心での値に対応する始点Ｂ６から最外周での値に対応する終点Ａ６まで続く相関曲線Ｃ６が得られる。また、図１３（ｄ）に示すように、露光量（相対値）が最適値０に対して−１，０，＋１，＋２と変化しているときに得られる偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を表す曲線と、フォーカス値（ｎｍ）が最適値０に対して−５及び＋５に変化した場合の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を表すドット列とを重ねて表示した場合、図１３（ｃ）の相関曲線Ｃ６の終点は露光量が＋０．５でフォーカス値がほぼ−５の位置にあり、相関曲線Ｃ６の始点は露光量が０でフォーカス値がほぼ０の位置にある。このため、相関曲線Ｃ６上に始点から終点まで複数（例えば１０点）の評価点Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐ９を取ると、各評価点Ｐｉ（ｉ＝０〜９）での偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を露光量分及びフォーカス位置分に分けることができる。また、各評価点Ｐｉにおいて、それぞれ上述の複数組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）から上述の標準偏差が最小となる組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を割り当てておき、各評価点Ｐｉに対応する計測領域で検出された信号強度をその偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）で補正してもよい。このようにどの組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を使用するかを示す数値（例えば１〜６までの数値）をプロセス指標ＰＩと称する。プロセス指標ＰＩは、例えば使用する組の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）が計測されたウェハの番号である。
【００９１】
図１３（ｄ）において、プロセス分の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を見ると、ウェハ１０はベストドーズ（Ｄ＝０）、及びベストフォーカス位置（Ｆ＝０）で露光したにもかかわらず、点Ｐ３は露光量が＋２でフォーカス値が＋２の場合とほぼ等しく、点Ｐ５は露光量が０でフォーカス値が＋４の場合とほぼ等しくなっている。このため、プロセス起因とされていた誤差を、露光量分、フォーカス値分、及び純粋なプロセス起因分に分配することが好ましい。この分配は、プロセス起因の誤差は回転対称で、かつ高周波成分は小さいこと、及び露光量起因の誤差も基本的には高周波成分は小さいことを利用して行う。
【００９２】
まず、プロセス起因の誤差の補正量を求める方法として、ウェハ面の計測対象の点に隣接する領域で検出された信号強度を参照して求める方法が考えられる。この場合、プロセス起因の誤差の高周波成分は小さいため、図１４（ａ）に示すように、ウェハの中心から半径方向の位置におけるプロセス指標ＰＩの分布の実測値（多数のドットの分布）を、例えば２次以上（例えば６次）で、奇数次の係数が０であるような関数Ｃ８を最小自乗法等で決定する。そして、ウェハの各計測点では、図１４（ｂ）に示すように、その中心からの距離に応じて、関数Ｃ８に最も近い位置のプロセス指標ＰＩ（例えば１〜６のうちの番号）を選択する。そして、そのプロセス指標で定まる上述の偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を用いて信号強度を補正してフォーカス値（又は露光量）を求めればよい。
【００９３】
次に、別の方法として、予め、図１５（ｂ）に示すフォーカス値のみを次第に変化させて露光したウェハ１０ｂ（ＦＭウェハ）の複数のショットから検出される信号強度と、通常のウェハ１０の同じ領域のショットから検出される信号強度との差分ΔＳＩを求めておき、この差分ΔＳＩを用いてウェハ１０から検出される信号強度を補正してもよい。なお、図１５（ａ）は条件振りウェハ１０ａ（ＦＥＭウェハ）であり、図１５（ａ）〜（ｃ）及び図１５（ｄ）、（ｂ）において、Ｄｉ（ｉ＝１〜９）及びＦｉは露光量及びフォーカス位置の設定値、Ｄ０はベストドーズ、Ｆ０はベストフォーカス位置である。この場合、ウェハ１０ｂのｉ番目（ｉは１以上の整数）の計測点での中心ｃからの距離ｒ（ｉ）（図１５（ｅ）参照）と、フォーカス値の設定値とに対応させて、信号強度Ｆ１，Ｆ２の偏差等を求めることができる。また、その信号強度の差分ΔＳＩから、プロセス起因による信号強度の変化量は、オフセット（ウェハ全面で一定の値）として表現できるのか、ウェハ中心からの距離に応じた倍率を用いて表現できるのか、又はその２つの線形結合として表現できるかが確認できる。
【００９４】
また、図１５（ｄ）に示すように、通常のウェハ１０では、中心ｃから距離ｒ（ｉ）の計測点は多数存在し、これら全部の計測点で信号強度を検出する必要がある。これに対して、図１５（ｅ）に示すように、ウェハ１０ｂ（ＦＭウェハ）では、横方向にフォーカス位置を変えているため、あるフォーカス位置で検出される信号強度としては、縦方向の一列のショットで検出される信号強度のみを使用すればよい。このため、ウェハ１０ｂでは計測点の個数をウェハ１０に比べて少なくできる。
【００９５】
更に別の方法として、あらかじめテンプレートから求めておいた、露光量とフォーカス位置が基準値での単位露光量変化による信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化（ｄ１，ｄ２）、及び単位フォーカス位置変化による信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化（ｆ１，ｆ２）を用いて、プロセス起因の信号強度偏差（ΔＦ１，ΔＦ２）を、露光量誤差（露光量の変化に起因する誤差）ΔＤとフォーカス誤差（フォーカス位置の変化に起因する誤差）ΔＦに換算することもできる。
露光量誤差ΔＤに換算するには、次式を使用できる。
ΔＤ＝（ｄ１×ΔＦ１＋ｄ２×ΔＦ２）／（ｄ１2＋ｄ２2）    …（３）
フォーカス誤差ΔＦに換算するには、次式を使用できる。
ΔＦ＝（ｆ１×ΔＦ１＋ｆ２×ΔＦ２）／（ｆ１2＋ｆ２2）    …（４）
【００９６】
これらの式は、各信号強度変化を信号強度空間（または信号強度平面）でのベクトルとして、プロセス誤差に起因する信号強度偏差のベクトルと、露光量誤差ないしフォーカス誤差のベクトルとの内積を、露光量ないしフォーカス誤差のベクトルの長さの二乗で規格化したものである。
上式の計算結果より、図１３（ｅ）に示すように、ウェハ上の中心からの距離に応じて定まる各位置でのプロセス誤差をそれぞれフォーカス誤差に換算した曲線Ｃ７Ｆ、及び露光量誤差に換算した曲線Ｃ７Ｄとして表すことが可能である。
【００９７】
次に、露光条件の評価結果の経時変化に対する安定性を評価するための変形例につき説明する。この変形例では、図５の評価方法でウェハ１０の露光条件（例えばフォーカス値とする）を評価した後、所定時間、例えば数時間〜数日程度の時間が経過した後、再び、図５の評価方法でウェハ１０のフォーカス値を評価する。その場合、図８（ａ）〜（ｅ）の５組のテンプレート（装置条件）毎に、ウェハ１０の画像から検出される信号強度の変化が異なっている。
【００９８】
図１６（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、図８（ｃ）〜（ｅ）のテンプレートＦ３１，Ｆ３２、Ｆ４１，Ｆ４２、及びＦ５１，Ｆ５２を求めた装置条件を用いて、その所定時間経過した後で検出された信号強度ＳＩの変化の一例を示す。図１６（ａ）のテンプレートＦ３１，Ｆ３２に関する検出信号の増減は（−５，＋１０）、図１６（ｂ）のテンプレートＦ４１，Ｆ４２に関する検出信号の増減は（＋５，＋１０）、図１６（ｃ）のテンプレートＦ５１，Ｆ５２に関する検出信号の増減は（＋１０，＋１０）である。この場合、信号強度変化の符号及び大きさによって、テンプレート情報を用いて計算されるフォーカス値の変化量が異なって来る。
【００９９】
一例として、テンプレートＦ３１，Ｆ３２、Ｆ４１，Ｆ４２、及びＦ５１，Ｆ５２を用いた場合、露光及び計測から２回目の計測までの時間（引き置き時間）（単位は日（ｄａｙｓ））と、２回の計測値間の変化量（ｎｍ）との関係は、一例として図１６（ｄ）のようになる。図１６（ｄ）において、ドット列Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５はそれぞれテンプレートＦ３１，Ｆ３２、Ｆ４１，Ｆ４２、及びＦ５１，Ｆ５２を用いて計算されるフォーカス値の変化量である。この結果から、ピーク位置の間隔Ｄが最も広いテンプレートＦ５１，Ｆ５２を用いた場合に、経時変化が最も小さいことが分かる。このため、経時変化に対する計算値の安定性が良好であるという点で、使用するテンプレートとしてはテンプレートＦ５１，Ｆ５２が選択される。
【０１００】
上述の経時変化によって信号強度が変化する要因としては、レジストからの脱ガスによるレジスト体積の減少が考えられる。そのレジスト体積の減少は、図１６（ｅ）に示す基板Ｐに塗布されたレジストＲｅ中のパターンのＣＤ（critical dimension）の変化、及び図１６（ｆ）に示すレジストＲｅの膜減りに分けられる。ＣＤ変化の影響に関して、一般にはレジスト皮膜率が５０％に近づくと回折効率が高くなるため、ホール系のレイヤでは経時変化によって回折光の信号強度は強くなり、レジスト皮膜率が低いライン系のレイヤでは、経時変化によって回折光の信号強度は弱くなる。
【０１０１】
次に、上述の膜減りによる信号強度の変化は、レジストの屈折率ｎと露光後（又は経時変化後）の膜厚ｔとが分かっていれば、計測対象のパターンピッチＰ、ウェハ１０の傾斜角による照明光のウェハ１０への入射角θ１、回折光のウェハ１０からの射出角θ２、及びレジスト内での入射角θ１'及び射出角θ２'から、薄膜干渉の理論を用いて計算できる。図１６（ｇ）において、膜減り前及び膜減り後のレジストＲｅの表面反射波と底面反射波との合成波の位相及び大きさは、２つの波の光路長差Ｄによって変化する。
【０１０２】
図１６（ｆ）に示すように、レジストＲｅの膜厚をｔ、屈折率をｎとすると、入射波の光路長はｎｔ／ｃｏｓ（θ１'）、底面反射波の光路長はｎｔ／ｃｏｓ（θ２'）であり、角度θ１'，θ２'は以下のようになる。
ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉｎθ１'、  ｓｉｎθ２＝ｎ・ｓｉｎθ２'    …（５）
このため、表面反射波と底面反射波との光路長差Ｄは次のようになる。
【０１０３】
2019012137.tif 000003
レジスト表面、底面の境界面での屈折率の大小による反射光の位相反転の関係が同じであれば、表面反射波と底面反射波との位相差φは次のようになり、例えばｓｉｎφを信号変化の指標として用いることができる。
【０１０４】
φ＝Ｄ／λ  …（７）
ホールパターンのようにＣＤ変化が信号強度の増大をもたらすときには、ｓｉｎφが１に近いほど膜厚変化と強め合うため、例えばｓｉｎφが０．６以上の場合には、膜厚変化の計算値に与える影響が大きいと判断してもよい。
次に、ウェハ１０の１つのショットが複数のチップパターンから形成されている場合の変形例につき説明する。この場合、同じショットに同一パターンがチップ数分だけ露光される。また、１つのチップ内に同じ機能ブロックが複数形成されている場合にも、各ショット、チップ内に同一のパターンが機能ブロックの数分だけ形成される。ここでは簡単のため、図１７（ａ）に示すように、ショットＳＡｎ内に複数（ここでは９個）のチップパターンがある場合について説明する。このとき、異なるチップでは露光に用いられるマスクパターンも異なるため、そのマスク線幅誤差の影響も異なり、ショット間で検出される信号強度に誤差が発生する。この信号強度誤差はマスク毎に異なる。
【０１０５】
この場合、マスク線幅のばらつき、チップ間の信号強度のばらつき、そしてチップ間のフォーカス位置のばらつきの連鎖が発生する。この変形例では、各チップ間の信号強度のばらつきをテンプレート情報の入力の変化量として与えることで、マスク線幅のばらつきの像面への影響（ショット内のフォーカス位置のばらつき）を求めることができる。各チップ間の２つのテンプレート（例えばテンプレートＦ４１，Ｆ４２）を使用する場合の入力に対する信号強度（Ｆ１（横軸），Ｆ２（縦軸））のばらつきの一例は、図１７（ａ）のようになる。図１７（ａ）において、チップパターンＳＡｎ１での信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化量はそれぞれ＋１及び−１である。
【０１０６】
図１７（ａ）の信号強度のばらつきを図８（ａ）〜（ｅ）の５組のテンプレート情報の入力に与えてフォーカス値を計算した場合の、各チップパターンの位置でのフォーカス値の変化は、一例として図１７（ｂ）のようになる。図１７（ｂ）において、ピーク位置の間の間隔Ｄが１０ｎｍ〜５０ｎｍとなる表は、それぞれ図８（ａ）〜（ｅ）のテンプレートＦ１１，Ｆ１２〜Ｆ５１，Ｆ５２を用いて計算した結果であり、計算はフォーカス位置が−２０ｎｍ、０ｎｍ、及び＋２０ｎｍの場合について行った。
【０１０７】
図１７（ｂ）より、間隔Ｄが広く良い組のテンプレートを使用する場合に、同じマスク線幅のばらつきを与えても、像面で計測されるフォーカス値の変化量が小さいことが分かる。また、フォーカス位置により、そのばらつきが支配的な信号強度Ｆ１，Ｆ２が異なっている。フォーカス位置が−２０ｎｍではＦ１、＋２０ｎｍではＦ２が支配的であり、フォーカス位置によって像面が変化する恐れがある。ただし、マスク誤差によって、フォーカス位置の変化に伴う像面の相違は、間隔Ｄが広い組のテンプレートの方が小さい。このマスク誤差の影響は、信号処理を行う前に、ショット内の各チップパターンの位置の信号強度の補正を図１７（ａ）の補正テーブルを用いて行った後で、補正後の信号強度を用いてフォーカス値を計算することで、取り除くことが可能である。
【０１０８】
次に、露光量の変化の影響とフォーカス位置の変化の影響とを分離するための変形例につき説明する。
この変形例では、図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、露光量毎に、フォーカス位置による信号強度ＳＩの変化の特性が異なる複数組のテンプレートＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３、Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３、Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ４３、Ｄ５１，Ｄ５２，Ｄ５３を使用する。図１８（ａ）〜（ｄ）のテンプレートのピーク位置（フォーカス位置）はそれぞれ−１５ｎｍ、＋１５ｎｍ、−２５ｎｍ、及び＋５ｎｍであり、露光量はテンプレートＤ２１〜Ｄ５１が高く、テンプレートＤ２３〜Ｄ５３が低く、テンプレートＤ２２〜Ｄ５２は適正露光量の場合である。
【０１０９】
一例として、テンプレートＤ２１〜Ｄ２３及びＤ３１〜Ｄ３３（対称のテンプレート）を使用する場合、及びテンプレートＤ４１〜Ｄ４３及びＤ５１〜Ｄ５３（非対称のテンプレート）を使用する場合の比較を行う。テンプレートＤ２１〜Ｄ２３及びＤ３１〜Ｄ３３を使用する場合の、信号強度Ｆ１，Ｆ２の空間での相関曲線は図１９（ａ）の相関曲線Ｄ６１．Ｄ６２．Ｄ６３となり、テンプレートＤ４１〜Ｄ４３及びＤ５１〜Ｄ５３を使用する場合の、信号強度Ｆ１，Ｆ２の空間での相関曲線は図１９（ｄ）の相関曲線Ｄ７１．Ｄ７２．Ｄ７３となる。また、図１９（ｂ）及び（ｅ）は、図１９（ａ）及び（ｄ）の相関曲線において、最適露光量及びベストフォーカス位置における単位露光量及び単位フォーカス位置の変化に対する信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化を表している。図１９（ｂ）、（ｅ）の直線Ｄａ及びＦａは露光量及びフォーカス位置の変化に対する変化である。また、図１９（ｃ）及び（ｆ）は、図１９（ａ）及び（ｄ）の相関曲線において、単位露光量及び単位フォーカス位置の変化に対する信号強度Ｆ１，Ｆ２の変化の方向の角度を示す。図１９（ａ）では、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化の方向が直交し、その２つの変化が完全に分離されるのに対して、図１９（ｄ）では、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化の分離が完全でないことが分かる。
【０１１０】
次に、各フォーカス位置及び露光量の組み合わせにおけるフォーカス位置の変化と露光量の変化による信号強度の変化の直交性（角度差ΔθのｃｏｓΔθの絶対値０への近さ）の指標として、ｎ通り（ｎは２以上の整数）の条件で回折光の信号強度を検出し、フォーカス位置と露光量との変化による各信号強度の変化をそれぞれｎ次元信号強度空間内のベクトルとして表してもよい。このとき、フォーカス位置及び露光量の変化による信号強度の変化のベクトルをそれぞれＦ及びＤとして、フォーカスベクトルＦと露光量ベクトルＤとの内積を、フォーカスベクトルＦと露光量ベクトルＤとの長さの積で割った値を、次のように２つのベクトルのなす角度θに対するｃｏｓθとして、この値の０への近さを評価量とする。
【０１１１】
2019012137.tif 000004
例えば、４種類の信号強度を用いて、露光量及びフォーカス位置を計測する場合、ある露光量及びフォーカス位置の組み合わせでの露光量ベクトルＤを（ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）として、フォーカスベクトルＦを（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）とすると、ｃｏｓθは次のようになる。
【０１１２】
2019012137.tif 000005
また、上記の実施形態では、図８（ａ）のテンプレートＦ１１，Ｆ１２等を評価装置１の演算部５０で求めているが、そのテンプレートの情報を評価装置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からそのテンプレートの情報を評価装置１の演算部５０の制御部８０に供給し、制御部８０ではそのテンプレートの情報を記憶部８５に記憶しておく。そして、図５に示すように露光条件を求める際には、その記憶部８５に記憶したテンプレート情報を使用すればよい。
【０１１３】
また、上記の実施形態では、評価対象のパターンはＬ＆Ｓパターンであるが、評価対象のパターンは、例えば所定方向に配列された複数列のホール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ホールパターン群でもよい。
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。
【０１１４】
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。
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。
【０１１５】
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３（ｂ）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信号強度を検出し、レジストの膜厚の変化に対して信号強度の値が大きくなる装置条件を求め、この信号強度と膜厚との関係を示すテンプレートを求める。この後は、図５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信号強度をそのテンプレートの入力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。
【０１１６】
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信号強度を求めることによって、レジストの膜厚を評価する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。
【０１１７】
また、上記の実施形態では、求められた信号強度の値をテンプレートの入力として露光条件等を求めているが、図３（ｂ）の条件出し工程に対応する工程おいて、ある複数の装置条件のもとで得られる複数の信号強度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（特性）を求めてもよい。この場合、図４の評価工程に対応する工程では、その複数の装置条件のもとで検出される信号強度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。
【０１１８】
また、上記の装置条件に含まれる波長λ、及び入射角θ１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。
また、ステップ１１０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５（ｂ）参照）内に対応する画素の信号強度を算出し、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５（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信号強度を平均化した値を算出してもよい。
【０１１９】
また、図４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）の情報を求めてもよい。この場合、その誤差分布の情報は、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、露光装置１００でパターンが形成されたウェハを上述の図４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。
【０１２０】
さらに、上述実施形態において、デバイス製造システムＤＭＳによるパターンの加工条件として、薄膜形成装置（不図示）による薄膜の膜厚（薄膜堆積量）、及びエッチング装置３００によるエッチング（エッチング量）を評価装置１によって評価することもできる。
なお、上記の実施形態では、図１（ａ）の評価装置１の照明系２０は、ウェハ１０の表面の全面を照明光ＩＬＩ（非偏光光）で一括して照明し、撮像装置３５（検出部）は、ウェハ１０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の全面の各ショットに形成された繰り返しパターンの加工条件を効率的に評価できる。なお、照明光ＩＬ１として、部分偏光光を使用してもよい。
【０１２１】
これに対して、ウェハ１０（被検基板）の表面の一部を非偏光光（又は偏光光若しくは部分偏光光）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、その照明系からの照明光がウェハ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。
【０１２２】
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１５ｎｍ程度以下の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。
【０１２３】
また、上記の各実施形態においては、光源部２２からの非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、又は円偏光の光等でもよい。
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。
【０１２４】
また、図２０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（露光システム）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。
【０１２５】
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、スループット（生産性）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。
【符号の説明】
【０１２６】
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、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
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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