(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膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方を効率的に、かつ高精度に評価する。【解決手段】評価装置１は、繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面に偏光光を照明する照明系２０と、照明系２０の照明によりその表面から反射した光を受光し、該光のストークスパラメータを検出する撮像装置３５及び画像処理部４０と、条件振りウェハ１０ａに繰り返しパターン１２を形成する際の膜厚条件及び露光条件と、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２との関係を示すデータと、その表面から反射した光のストークスパラメータＳ１，Ｓ２に基づいて、繰り返しパターン１２を形成した際の膜厚条件と露光条件とを評価する演算部５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に被検パターンが形成された被検基板の該表面に偏光光を照明する照明部と、
前記照明部の照明により前記表面から反射した光を受光し、該光の偏光状態を規定する条件を検出する検出部と、
所定パターンを形成する際の膜厚条件及び露光条件と、偏光状態を規定する条件との関係を示すデータと、前記表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、前記被検パターンを形成した際の膜厚条件と前記被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価する演算部と、
を備える評価装置。
【請求項２】
前記偏光の状態を規定する条件は複数の規定条件を含み、
前記データは、前記膜厚条件及び前記露光条件と、前記膜厚条件及び前記露光条件の変化において一方の変化に対して他方の変化がより大きくなる規定条件との関係を示す請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記演算部は、
前記表面に前記被検パターンを形成した際の膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方の条件を評価するための前記データを、既知の前記膜厚条件及び既知の前記露光条件でパターンが形成された基板の表面から射出した光の偏光の状態を規定する条件に基づいて求める請求項１又は２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記偏光の状態を規定する条件は第１規定条件及び第２規定条件を含み、
前記演算部は、
前記所定パターンを形成する際の前記膜厚条件及び前記露光条件の変化に対する前記第１規定条件及び前記第２規定条件の変化に基づいて前記データを求める請求項３に記載の評価装置。
【請求項５】
前記データを記憶する記憶部を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項６】
前記表面に形成された前記被検パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成及び露光装置による露光を含むリソグラフィ工程を経て形成され、
前記膜厚条件は、前記薄膜形成装置によって形成された前記薄膜の厚さを含み、前記露光条件は、前記露光装置における露光の露光量及びフォーカス状態を含み、
前記データは、前記膜厚条件、前記露光量、及び前記フォーカス状態と、前記偏光状態を規定する条件との関係を示し、
前記演算部は、前記表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、前記被検パターンを形成した際の前記膜厚条件、前記露光量、及び前記フォーカス状態の少なくとも一つの条件を評価する請求項１〜５のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項７】
前記薄膜形成装置は、前記基板に感光膜を形成する感光膜形成装置を含み、
前記膜厚条件は、前記感光膜の厚さを含む請求項６に記載の評価装置。
【請求項８】
前記照明部は、前記被検基板の表面の全面を前記偏光光で一括して照明し、
前記検出部は、前記被検基板の表面の全面の像を撮像する撮像素子を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項９】
前記照明部は、前記被検基板の表面の一部を前記偏光光で照明し、
前記検出部は、前記被検基板の表面の一部の像を撮像する撮像素子を有し、
前記照明部からの前記偏光光が前記被検基板の表面の全面に順次照射されるように、前記被検基板を移動可能なステージを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１０】
基板の表面に感光膜を塗布する塗布装置と、
基板の表面にパターンを露光する露光装置と、
請求項１〜９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塗布装置及び前記露光装置の少なくとも一方を調整する露光システム。
【請求項１１】
表面に被検パターンが形成された被検基板の該表面に偏光光を照明することと、
前記偏光光の照明により前記表面から反射した光を受光し、該光の偏光状態を規定する条件を検出することと、
所定パターンを形成する際の膜厚条件及び露光条件と、偏光状態を規定する条件との関係を示すデータと、前記表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、前記被検パターンを形成した際の膜厚条件と前記被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価することと、
を含む評価方法。
【請求項１２】
前記偏光の状態を規定する条件は複数の規定条件を含み、
前記データは、前記膜厚条件及び前記露光条件と、前記膜厚条件及び前記露光条件の変化において一方の変化に対して他方の変化がより大きくなる規定条件との関係を示す請求項１１に記載の評価方法。
【請求項１３】
前記被検パターンを形成した際の膜厚条件と前記被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価することは、
前記表面に前記被検パターンを形成した際の膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方の条件を評価するための前記データを、既知の前記膜厚条件及び既知の前記露光条件でパターンが形成された基板の表面から射出した光の偏光の状態を規定する条件に基づいて求めることを含む請求項１１又は１２に記載の評価方法。
【請求項１４】
前記偏光の状態を規定する条件は第１規定条件及び第２規定条件を含み、
前記被検パターンを形成した際の膜厚条件と前記被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価することは、
前記所定パターンを形成する際の前記膜厚条件及び前記露光条件の変化に対する前記第１規定条件及び前記第２規定条件の変化に基づいて前記データを求めることを含む請求項１３に記載の評価方法。
【請求項１５】
前記データを記憶することを含む請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１６】
前記表面に形成された前記被検パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成及び露光装置による露光を含むリソグラフィ工程を経て形成され、
前記膜厚条件は、前記薄膜形成装置によって形成された前記薄膜の厚さを含み、前記露光条件は、前記露光装置における露光の露光量及びフォーカス状態を含み、
前記データは、前記膜厚条件、前記露光量、及び前記フォーカス状態と、前記偏光状態を規定する条件との関係を示し、
前記被検パターンを形成した際の膜厚条件と前記被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価することは、
前記表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、前記被検パターンを形成した際の前記膜厚条件、前記露光量、及び前記フォーカス状態の少なくとも一つの条件を評価することを含む請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１７】
前記薄膜形成装置は、前記基板に感光膜を形成する感光膜形成装置を含み、
前記膜厚条件は、前記感光膜の厚さを含む請求項１６に記載の評価方法。
【請求項１８】
前記被検基板の表面を前記偏光光で照明するときに、該表面の全面を照明し、
前記被検基板の表面から反射した光を受光するときに、該表面の全面の像を撮像する請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１９】
基板の表面に感光膜を塗布することと、
基板の表面にパターンを露光することと、
請求項１１〜１８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膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方の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基板に対する前記感光膜の膜厚条件及び前記パターンの露光条件の少なくとも一方を補正する半導体デバイス製造方法。
【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は、所定のパターンが形成されたマスクを照明し、マスクのパターンの像を、投影光学系を介して感光性樹脂（いわゆる、レジスト）が塗布された基板（例えば、半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する））に投影することで、基板を露光する。
【０００３】
また、露光装置によって露光される基板の表面（感光性樹脂の裏面）には、予め熱酸化法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などで酸化膜が形成されていることもある。さらに、その基板の表面には、真空蒸着法、スパッタリング法、又はＣＶＤ法などで導電膜が形成されていることもある。この場合、感光性樹脂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によるパターンが形成される。
【０００４】
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評価する必要がある。
【０００５】
例えば露光装置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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
露光装置で露光された基板を用い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、基板に形成された感光性樹脂、酸化膜、又は導電膜等の膜厚が所望の範囲内であることが好ましく、このためには、膜厚条件を高精度に評価する必要がある。
【０００８】
また、そのデバイスの歩留まりをより高めるためには、露光装置における露光条件が所望の範囲内であることが好ましく、このためには、露光条件を高精度に評価する必要がある。
さらに、デバイスを高いスループット（生産性）で製造するためには、その膜厚条件又は露光条件の評価は効率的に行うことが好ましい。
【０００９】
本発明の態様は、このような課題に鑑みてなされたものであり、パターンが形成された基板を用いて、そのパターンを形成したときの膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方を効率的に、かつ高精度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】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、表面に被検パターンが形成された被検基板の該表面に偏光光を照明する照明部と、その照明部の照明によりその表面から反射した光を受光し、該光の偏光状態を規定する条件を検出する検出部と、所定パターンを形成する際の膜厚条件及び露光条件と、偏光状態を規定する条件との関係を示すデータと、その表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、その被検パターンを形成した際の膜厚条件とその被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価する演算部と、を備える評価装置が提供される。
【００１１】
第２の態様によれば、基板の表面に感光膜を塗布する塗布装置と、基板の表面にパターンを露光する露光装置と、本発明の態様の評価装置と、を備え、その評価装置の評価結果に応じてその塗布装置及びその露光装置の少なくとも一方を調整する露光システムが提供される。
第３の態様によれば、表面に被検パターンが形成された被検基板の該表面に偏光光を照明することと、その偏光光の照明によりその表面から反射した光を受光し、該光の偏光状態を規定する条件を検出することと、所定パターンを形成する際の膜厚条件及び露光条件と、偏光状態を規定する条件との関係を示すデータと、その表面から反射した光の偏光状態を規定する条件に基づいて、その被検パターンを形成した際の膜厚条件とその被検パターンを形成した際の露光条件との少なくとも一方の条件を評価することと、を含む評価方法が提供される。
【００１２】
第４の態様によれば、基板の表面に感光膜を塗布することと、基板の表面にパターンを露光することと、本発明の態様の評価方法を用いてそのパターンを形成した際の膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方の条件を評価することと、その評価方法の評価結果に応じてその基板に対するその感光膜の膜厚条件及びそのパターンの露光条件の少なくとも一方を補正する半導体デバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、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膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方を効率的に、かつ高精度に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態の一例に係る評価装置の全体構成を示す図、（ｂ）はウェハを示す平面図である。
【図２】（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３】（ａ）は露光量と偏光状態の変化との関係の一例を示す図、（ｂ）はフォーカス位置と偏光状態の変化との関係の一例を示す図である。
【図４】装置条件（評価条件）を求める方法（条件出し）の一例を示すフローチャートである。
【図５】膜厚条件及び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６】（ａ）は条件振りウェハのショット配列の一例を示す平面図、（ｂ）は一つのショットを示す拡大図、（ｃ）はショット中の複数の設定領域の配列の一例を示す拡大図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第１の装置条件のもとでの膜厚及び露光条件とストークスパラメータＳ１及びＳ２との関係の一例を示す図、（ｃ）は露光量とストークスパラメータとの関係の一例を示す図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第２の装置条件のもとでの膜厚及び露光条件とストークスパラメータＳ１及びＳ２との関係の一例を示す図、（ｃ）は膜厚とストークスパラメータとの関係の一例を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第３の装置条件のもとでの膜厚及び露光条件とストークスパラメータＳ１及びＳ２との関係の一例を示す図、（ｃ）はフォーカス位置とストークスパラメータとの関係の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）は膜厚の合否判定用テンプレートの一例を示す図である。
【図１１】（ａ）は膜厚及び／又は露光条件を変えた場合のポアンカレ球上でのストークスパラメータの変化の一例を示す図、（ｂ）は互いに異なる装置条件のもとでのポアンカレ球上でのストークスパラメータの変化の一例を示す図、（ｃ）はポアンカレ球上での合否判定用テンプレートの一例を示す図である。
【図１２】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】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１（ａ）〜図９（ｃ）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を示す。図１（ａ）において、評価装置１は、略円板形のウェハ（半導体ウェハ）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。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（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の表面のチルト角）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。
【００１６】
評価装置１はさらに、ステージ５に支持された、表面に所定の繰り返しパターンが形成されたウェハ１０の表面（以下、ウェハ面と称する）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を受けてウェハ面の像を撮像する撮像装置３５と、撮像装置３５から出力される画像信号を処理して、その像を形成する光の偏光の状態を規定する条件を求める画像処理部４０と、その条件の情報を用いて後述のようにコータ・デベロッパでウェハ面に感光性樹脂の層としてのレジストを塗布したときの膜厚条件、及びそのレジストを露光装置によってマスクを介して露光したときの露光条件の少なくとも一方の条件の評価等を行う演算部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光学系３５ａと、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元の撮像素子３５ｂとを有し、撮像素子３５ｂは一例としてウェハ１０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、膜厚条件は、レジストを塗布したときの厚さだけでなく、酸化膜や導電膜等の厚さ、露光及び現像工程を経て形成されたパターンの高さ、及びエッチング工程により形成されたパターンの高さ等を含むものとする。なお、露光及び現像工程を経て形成されたパターンの高さ、及びエッチング工程により形成されたパターンの高さは、パターンの高さ条件と言い換えることができる。なお、被検パターンがウェハ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。
【００１７】
また、ウェハ面には、露光装置の露光によって、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と称する。ショットには、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。
【００１８】
画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいてウェハ１０のデジタル画像（画素毎の信号強度、ショット毎に平均化された信号強度、又はショットより小さい領域毎に平均化された信号強度等）の情報を生成し、この情報に基づいて得られる偏光の状態を規定する条件としての後述のストークスパラメータを演算部５０に出力する。なお、画像処理部４０は、単にデジタル画像の情報（画素毎の信号強度分布の情報等）を演算部５０に出力することもできるように構成されている。また、演算部５０は、そのストークスパラメータ等の情報を処理する演算部６０ａ，６０ｂ，６０ｃを含む検査部６０と、画像処理部４０及び検査部６０の動作等を制御する制御部８０と、画像に関する情報等を記憶する記憶部８５と、得られる膜厚や露光条件の評価結果（後述）をそれぞれコータ・デベロッパ９５の制御部（不図示）及び露光装置１００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、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。
【００１９】
また、本実施形態において、評価装置１、ウェハ１０の表面にパターン形成用の薄膜（熱酸化法若しくはＣＶＤ法などで形成される酸化膜、又は真空蒸着法、スパッタリング法若しくはＣＶＤ法などで形成される導電膜など）を形成する熱酸化装置、プラズマＣＶＤ装置、真空蒸着装置、又はスパッタリング装置などの薄膜形成装置（不図示）、ウェハ１０の表面にレジストを塗布し、露光後のレジストを現像するコータ・デベロッパ９５、そのレジストが塗布されたウェハ１０の表面を、パターンが形成されたマスク及び投影光学系を介して露光する露光装置１００、その現像後のレジストをマスクとしてウェハ１０のエッチングを行うエッチング装置（不図示）、及びこれらの装置の動作を統括的に制御するホストコンピュータ（不図示）を含んで、半導体デバイス製造用の露光システム又はデバイス製造システムが構成されている。
【００２０】
評価装置１において、照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハ面に向けて平行光として反射する照明側凹面鏡２５とを有する。照明ユニット２１は、メタルハライドランプ又は水銀ランプ等の光源部２２と、制御部８０の指令により光源部２２からの光のうち所定の波長（例えば、相異なる波長λ１、λ２、λ３等）の光を選択し、その強度を調節する調光部２３と、調光部２３で選択され強度が調節された光を所定の射出面から照明側凹面鏡２５へ射出する導光ファイバ２４と、導光ファイバ２４の射出面から射出される照明光を直線偏光にする偏光子２６（照明側偏光フィルタ）と、を有する。偏光子２６は、例えば、透過軸を有する偏光板である。偏光子２６は、導光ファイバ２４の射出面から射出された照明光が入射する面２６ａの中心を通り、面２６ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、偏光子２６の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、偏光子２６で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。偏光子２６の回転角（偏光子２６の透過軸の方位）は、制御部８０の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。また一例として、波長λ１は２４８ｎｍ、λ２は２６５ｎｍ、λ３は３１３ｎｍである。この場合、導光ファイバ２４の射出面が照明側凹面鏡２５の焦点に配置されているため、照明側凹面鏡２５で反射される照明光ＩＬＩは平行光束となってウェハ面に照射される。ウェハ１０に対する照明光の入射角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。
【００２１】
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）へ入射する照明光の入射角θ１が調整される。本実施形態では、通常の検査時に入射角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からの正反射光ＩＬＲ、すなわちウェハ面からの射出角θ２（ウェハ面から反射した光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度）が、入射角θ１と同様の光が受光系３０に入射するようにステージ５のチルト角φ２が制御される。
【００２２】
このように偏光子２６を光路上に挿入した状態では、偏光（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、便宜的に偏光検査ともいう）が行われる。
受光系３０は、ステージ５（ウェハ１０）に対向して配置された受光側凹面鏡３１と、受光側凹面鏡３１で反射された光の光路上に配置される１／４波長板３３と、１／４波長板３３を通過した光の光路に配置される検光子３２（受光側偏光フィルタ）とを有し、撮像装置３５の結像光学系３５ａの前側焦点は受光側凹面鏡３１の焦点に配置されている。このため、ウェハ面から射出する平行光は、受光側凹面鏡３１、及び撮像装置３５の結像光学系３５ａにより集光され、撮像素子３５ｂの撮像面にウェハ面の像が結像される。検光子３２も、例えば、偏光子２６と同様に透過軸を有する偏光板である。検光子３２は、受光側凹面鏡３１で反射された光が入射する面３２ａの中心を通り、この面３２ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、検光子３２の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、検光子３２で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。検光子３２の回転角（偏光板の透過軸の方位）は、制御部８０の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。一例として、検光子３２の透過軸は偏光子２６の透過軸に対して直交する方向（クロスニコル）に設定することができる。また、１／４波長板３３は、受光側凹面鏡３１で反射された光が入射する面３３ａの中心を通り、この面３３ａと直交する軸を回転軸として回転可能である。１／４波長板３３の回転角は、制御部８０の指令に基づき不図示の駆動部により制御可能である。例えば、１／４波長板３３を回転しながら得られるウェハ面の複数の画像を処理することにより、後述のようにウェハ１０からの反射光の偏光の状態を規定する条件であるストークスパラメータを画素毎に求めることができる。
【００２３】
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９５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９５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９５による露光・現像工程を経て繰り返しパターン１２（図１（ｂ）参照）が形成されている。
【００２４】
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１（ｂ）に示すように、複数のショット１１が直交する２つの方向（Ｘ方向及びＹ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、長手方向をＹ方向としたラインパターンが形成されている。このラインパターンは、ラインのＸ方向に凹凸が繰り返された繰り返しパターン１２である。なお、図１（ｂ）、（ｃ）では、ウェハ１０，１０ａ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、Ｘ軸及びＹ軸を含む面に垂直な軸をＺ軸としている。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質とするパターンでもよく、金属を材質とするパターンでもよい。なお、繰り返しパターンは、ラインパターンに限られることなく、例えば、ホールパターンなどであってもよい。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１（ｂ）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。
【００２５】
本実施形態では、一例として、検査部６０は、後述のようにウェハ面の画像を処理して、コータ・デベロッパ９５によってウェハ１０に塗布されたレジストの膜厚条件と、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、膜厚の条件は、ウェハ１０に塗布されたレジストの膜厚の平均値やウェハ面内の分布、ばらつき等である。また、露光条件は、ウェハ１０を露光した露光装置１００の露光量（露光エネルギー等のいわゆるドーズ）、フォーカス位置（露光装置における投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面の位置や、露光対象のウェハに対する投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面のデフォーカス量等）、露光波長（中心波長及び／又は半値幅）、及び液浸法で露光する場合の投影光学系とウェハとの間の液体の温度等である。その膜厚条件及び露光条件の評価結果は、一例としてそれぞれコータ・デベロッパ９５内の制御部（不図示）及び露光装置１００内の制御部（不図示）に出力され、その評価結果に応じて、コータ・デベロッパ９５は、その膜厚条件を補正（例えばオフセットやばらつき等の補正）するために、例えば、レジストの塗布量、熱処理の温度や時間等、ウェハ面にレジスト膜を形成するための諸条件の調整を行うことができる。同様に、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。
【００２６】
以上のように構成される評価装置１を用いて、ウェハ面からの反射光の偏光状態の変化に基づく評価又は検査を行う方法の一例につき説明する。この場合、図１（ｂ）のウェハ面の繰り返しパターン１２は、図２（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。
【００２７】
ここで、一例として、ライン部２Ａの線幅ｄａとライン部２Ａの高さＴとの比の設計値（つまり、理想値）を１：１とする。設計値通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２ＡのＸ−Ｚ断面の形状は正方形となる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際のレジストの膜厚や、露光装置１００におけるフォーカス位置、露光量が適正値から外れると、ライン部２Ａの線幅ｄａとライン部２Ａの高さＴとの比が１：１から外れ、ライン部２ＡのＸ−Ｚ断面形状が正方形ではなくなる（言い換えるとライン部２Ａの体積が設計値から外れる）。
【００２８】
本実施形態の評価は、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２ＡのＸ−Ｚ断面形状（体積）の変化に伴うウェハ面からの反射光の偏光状態の変化（いわゆる、ウェハ面上の繰り返しパターン１２における構造性複屈折による反射光の偏光状態の変化）を利用して、レジストの膜厚条件及び露光条件の評価を行うものである。なお、繰り返しパターン１２のライン部２ＡのＸ−Ｚ断面形状（体積）の変化は、ウェハ１０のショット１１ごとに、さらにはショット１１内の複数の領域ごとに現れる。
【００２９】
本実施形態の評価装置１を用いて、ウェハ面からの反射光の状態の変化からレジストの膜厚条件及び露光条件の評価を行うには、制御部８０が記憶部８５に記憶されたレシピ情報（装置条件又は評価条件や手順等）を読み込み、以下の処理を行う。本実施形態では、偏光の状態を規定する条件としてウェハ面で正反射される光の次式で定義されるストークス(Stokes)パラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計測する。なお、その光の光軸に垂直な面内の互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸として、ｘ方向の直線偏光成分（横偏光）の強度をＩｘ、ｙ方向の直線偏光成分（縦偏光）の強度をＩｙ、ｘ軸に対して４５°傾斜した方向の直線偏光成分（４５°偏光）の強度をＩｐｘ、ｘ軸に対して１３５°（−４５°）傾斜した方向の直線偏光成分（１３５°偏光）の強度をＩｍｘ、右回りの円偏光成分の強度をＩｒ、左回りの円偏光成分の強度をＩｌとしている。
【００３０】
Ｓ０＝光束の全強度     …（１Ａ）
Ｓ１（横偏光と縦偏光との強度差）＝Ｉｘ−Ｉｙ                …（１Ｂ）
Ｓ２（４５°偏光と１３５°偏光との強度差）＝Ｉｐｘ−Ｉｍｘ  …（１Ｃ）
Ｓ３（右回り及び左回りの円偏光成分の強度差）＝Ｉｒ−Ｉｌ    …（１Ｄ）
また、ストークスパラメータＳ０は、他の３つのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の自乗和の平方根であり、以下ではストークスパラメータＳ０が１になるように規格化している。この場合、他のストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値は−１〜＋１の範囲内になる。ストークスパラメータ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）は、例えば完全な１３５°偏光では（０，−１，０）となり、完全な右回りの円偏光では（０，０，１）となる。
【００３１】
まず、コータ・デベロッパ９５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９５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上の所定の位置に所定の方向で載置される。ステージ５のチルト角φ２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θ１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（受光角又は射出角）が等しくなるように設定される。さらに、一例として、偏光子２６の角度は、ウェハ面に入射する照明光ＩＬＩが入射面に対して平行な方向に直線偏光したＰ偏光となるように設定される。また、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の周期方向が、図２（ｂ）に示すように、ウェハ面における照明光（図２（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°で傾斜するように設定される。これは繰り返しパターン１２からの反射光の信号強度を最も高くするためである。また、周期方向とその振動方向との角度を２２．５°や６７．５°とすることによって検出感度（膜厚又は露光条件の変化に対する検出信号又はパラメータの変化）が高くなる場合には、その角度を変更してもよい。なお、その角度はこれらに限らず、任意角度に設定可能である。
【００３２】
このとき、ウェハ面に入射する照明光がＰ偏光であるため、図２（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°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°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°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。
【００３３】
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１／４波長板３３及び検光子３２を介して撮像装置３５の撮像面に達する。このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により正反射光ＩＬＲの偏光状態が入射光の直線偏光に対して例えば楕円偏光に変化する。検光子３２の透過軸の方位は、一例として偏光子２６の透過軸に対して直交するように（クロスニコルの状態に）設定されている。従って、検光子３２により、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの偏光状態が変化した正反射光のうち、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、検光子３２で抽出された偏光成分によるウェハ面の像が形成される。なお、検光子３２の角度をそのクロスニコルの状態から所定角度ずらしてウェハ面の像を撮像することも可能である。
【００３４】
また、本実施形態では、一例として回転移相子法によりウェハ面からの反射光の偏光状態を示すストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求めるものとする。この場合、１／４波長板３３の回転角θを段階的に複数の角度（例えば少なくとも４個の異なる角度）θｉ（ｉ＝１，２，…）に設定し、各回転角でそれぞれウェハ面の像を撮像素子３５ｂで撮像し、得られた画像信号を画像処理部４０に供給する。画像処理部４０には１／４波長板３３の回転角に関する情報も供給されている。このとき、ストークスパラメータＳ０（各画素の全強度）を１／４波長板３３の回転角θに関してフーリエ変換したときの０次の係数をａ０／２、ｓｉｎ２θの係数をｂ２、ｃｏｓ４θの係数をａ４、ｓｉｎ４θの係数をｂ４とすると、ストークスパラメータＳ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ係数ａ４、ｂ４、ｂ２に対応していることから、画像処理部４０ではストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求めることができる。
【００３５】
なお、回転移相子法は、例えば文献「鶴田匡夫著：応用光学II（応用物理学選書），ｐ．２３３(培風館，１９９０)」に「回転λ／４板による方法」として記載されている。また、ストークスパラメータの詳細な計算方法は、本出願人による特開２０１０−２４９６２７号公報にも記載されているため、その計算方法は省略する。
画像処理部４０では、求めた撮像装置３５の画素毎のストークスパラメータの情報を検査部６０に出力する。検査部６０はその情報を用いてウェハ１０の繰り返しパターン１２を形成する際に使用されたコータ・デベロッパ９５における膜厚条件及び露光装置１００における露光条件等を評価する。そのようにウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータを求めたときの、評価装置１におけるウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１（もしくは、ウェハ面からの射出光の射出角）、照明光ＩＬＩの波長λ（λ１〜λ３等）、検光子３２の回転角度（透過軸の方位）、偏光子２６の回転角度（透過軸の方位）、及びステージ５の回転角度（ウェハ１０の方位）等の組み合わせを一つの装置条件と呼ぶ。装置条件は評価条件と呼ぶこともできる。そのように偏光状態の変化に基づいた評価を行う場合、その装置条件は偏光条件と呼ぶこともできる。そして、複数の装置条件が上記の記憶部８５に記憶された評価装置１のレシピ情報に含まれている。本実施形態では、その複数の装置条件からウェハに形成されたパターンの膜厚条件及び露光条件を評価するのに適した装置条件を選択する。なお、装置条件としては、波長λ、入射角θ１、及び検光子３２の角度の少なくとも一つを使用してもよく、評価装置１において調整され得る他の任意の条件を使用してもよい。なお、照明光ＩＬＩの波長λ、ウェハ面に対する照明光ＩＬＩの入射角θ１、及び偏光子２６の回転角度（透過軸の方位）が照明条件の一例であり、ウェハ面からの射出光の射出角（受光系３０による受光角）及び検光子３２の回転角度（透過軸の方位）が検出部の検出条件の一例であり、ステージ５の回転角度（ウェハ１０の方位）及びステージ５のチルト角φ２（ウェハ面のチルト角）がステージの姿勢条件の一例である。
【００３６】
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第１露光条件及び第２露光条件として、その第１露光条件を露光量、その第２露光条件をフォーカス位置とする。このとき、露光量が変化するとパターンの線幅が変化（断面形状が変化）するため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図３（ａ）に示すように、そのパターンの露光時の露光量がＤ１（最適値に対して低い状態）からＤ５（最適値、いわゆるベストドーズ量Ｄｂｅ）を経てＤ８（最適値に対して高い状態）に変化すると、定性的には、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向（傾き）及び楕円率の両方が変化する。また、楕円偏光の長軸の方向はストークスパラメータＳ２に対応し、楕円率はストークスパラメータＳ１及びＳ３に対応するため、露光量が変化すると反射光のストークスパラメータＳ１、Ｓ２、及びＳ３が変化する。
【００３７】
一方、フォーカス位置が変化するとパターンの断面形状が変化するため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図３（ｂ）に示すように、そのパターンの露光時のフォーカス位置がＦ１（最適値に対して低い状態）からＦ４（最適値、いわゆるベストフォーカス位置Ｚｂｅ）を経てＦ８（最適値に対して高い状態）に変化すると、定性的には、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向（傾き）はほぼ同じで、ほぼ楕円率のみが変化するという傾向がある。このため、フォーカス位置が変化したときには、反射光のストークスパラメータＳ１及びＳ３が比較的大きく変化し、ストークスパラメータＳ２の変化率が比較的小さいという傾向がある。このように露光条件によって変化するストークスパラメータが異なることを利用して、ストークスパラメータの計測値から個別の露光条件の検査が可能となる。
【００３８】
また、ウェハ１０に形成されたレジストの膜厚が変化すると繰り返しパターン１２の高さＴが変化してウェハ面からの反射光の偏光状態が変化するため、ストークスパラメータの計測値からレジストの膜厚を計測することができる。なお、一例として、ウェハ面に対する照明光の入射角が大きいときには、パターンの高さＴの変化（レジストの膜厚変化）に対する反射光の偏光状態の変化が極めて小さく、レジストの膜厚に対するストークスパラメータの感度が小さい傾向がある。これは、ウェハ面に対する照明光の入射角が大きいときには、隣接する凸パターンの間（凹部）からの反射光の割合が少なくなり、凸パターンの表面からの反射光の割合が大きくなることからも予測できる傾向である。
また、ストークスパラメータの計測値は、膜厚及び露光条件の関数であるため、ストークスパラメータの計測値から膜厚及び露光条件を個別に求めるために、以下で説明するように所定の演算等を行う。
【００３９】
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コータ・デベロッパ９５の膜厚条件及び露光装置１００の露光条件（ここでは露光量及びフォーカス位置）を評価（検査）する方法の一例につき図５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４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。
【００４０】
なお、以下で評価するのは未露光のレジストの膜厚条件であるが、その膜厚条件は、露光装置１００による露光及びコータ・デベロッパ９５における現像を経て形成された繰り返しパターン１２からの反射光のストークスパラメータに基づいて評価されている。そのため、以下の説明では、露光装置１００による露光及びコータ・デベロッパ９５による現像によるレジストの膜厚の変化は無視できる程度に小さく、コータ・デベロッパ９５で形成された未露光のレジストの厚さ（膜厚Ｔ）と、露光装置１００でそのレジストを露光し、さらにコータ・デベロッパ９５で現像して形成された繰り返しパターンの高さとが同様であると仮定している。
【００４１】
まず、条件出しのために、図４のステップ１０２において、それぞれコータ・デベロッパ９５において異なる厚さでレジストが塗布された７枚のウェハ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇを用意する。なお、これらのウェハ１０ａ〜１０ｇのうちのウェハ１０ａを図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、ウェハ１０ａ（他のウェハ１０ｂ〜１０ｇも同様）の表面には、一例としてスクライブライン領域ＳＬを挟んでＮ個（Ｎは例えば数１０〜１００程度の整数）のショット１１が配列される。以下、ウェハ１０ａの表面のｎ番目のショット１１をショットＳＡｎ（ｎ＝１〜Ｎ）と称する。そして、レジストを塗布したウェハ１０ａを図１（ａ）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６（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６（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。
【００４２】
同様に他のウェハ１０ｂ〜１０ｇにも順次、露光装置１００において、ウェハ１０ａに露光したパターンと同じパターンを同じショット配列で、同じように露光量及びフォーカス位置を変化させて露光する。その後、露光済みのウェハ１０ａ〜１０ｇ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７枚のウェハ（以下、条件振りウェハと称する。）１０ａ〜１０ｇが作成される。
【００４３】
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７（ａ）等の横軸のフォーカス値Ｆの番号１〜７は、その７段階のフォーカス値（−６０〜＋６０ｎｍ）に対応している。なお、フォーカス値を任意の刻み量かつ、任意の段階で設定することが可能であり、例えば１０ｎｍや３０ｎｍ刻みで複数段階に設定することもできる、また、フォーカス値を例えば２５ｎｍ刻みで−２００ｎｍ〜＋２００ｎｍの１７段階等に設定することもできる。
【００４４】
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７（ａ）等の横軸の露光量Ｄの番号１〜７は、その７段階の露光量に対応している。なお、露光量も任意の刻み量で、かつ、任意の段階（例えば９段階等）で設定することが可能である。
【００４５】
また、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇのレジストの膜厚Ｔは、一例として、最適な膜厚Ｔｂｅを中心として５ｎｍ刻みで７段階（３５ｎｍ，４０ｎｍ，４５ｎｍ，５０ｎｍ，５５ｎｍ，６０ｎｍ，６５ｎｍ）に設定される。例えば条件振りウェハ１０ｄの膜厚が最適な膜厚Ｔｂｅに設定されている。後述の図７（ａ）等の横軸の膜厚Ｔの番号１〜７は、その７段階の膜厚に対応している。また、一例として良品のフォーカス値、露光量、及び膜厚の範囲をそれぞれ許容範囲ＥＧ１（例えば、製造後のデバイスが動作不良を起こさないフォーカス位置、露光量、及び膜厚）として表している。許容範囲ＥＧ１は、実際にはフォーカス値、露光量、及び膜厚で互いに異なっている。
【００４６】
本実施形態の条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇは、互いに膜厚が異なるとともに、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複数のいわゆる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、同じ膜厚の条件振りウェハをそれぞれ複数枚作成してもよい。
【００４７】
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２（ｂ）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。
【００４８】
条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇを作成すると、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇを順次、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（反射光の射出角θ２）が１０°、１５°、３０°、４５°、６０°、８５°のいずれかとなり、偏光子２６の回転角（透過軸の方位）である偏光子角度又は偏光角が０°〜１６５°まで１５°刻みでいずれかの角度に設定される条件を想定する。ここでは、波長λがλｎ（ｎ＝１〜３）、入射角θ１がαｍ（ｍ＝１〜６）、偏光子２６の回転角がβｊ（ｊ＝１〜Ｊ，Ｊは２以上の整数）になる装置条件を条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）で表すこともできる。
【００４９】
また、入射角θ１は、設定可能な任意の角度でよく、例えば１０°〜８５°のいずれかとなるように５°程度の間隔で設定してもよい。また、偏光子角度は、ウェハ面に対する照明光の入射面に平行な方向を基準として、この基準となる角度を中心として複数の角度に設定してもよい。
そして、評価装置１において、１枚目の条件振りウェハ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（併せて、ステージ５のチルト角を設定し、受光系３０の受光角を設定）し（ステップ１０６）、偏光子２６の回転角（偏光子角度）をβ１に設定し（ステップ１０８）、１／４波長板３３（位相板）の回転角を初期値に設定する（ステップ１１０）。そして、この装置条件のもとで、照明光ＩＬＩを１枚目の条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、条件振りウェハ１０ａからの正反射光に基づいて、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ａの像を撮像して画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップ１１２）。次に１／４波長板３３を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１１４）、全部の角度には設定していない場合には、１／４波長板３３を例えば約１．４１°（１／４波長板３３の回転可能な角度範囲３６０°を２５６分割した角度）だけ回転し（ステップ１１６）、ステップ１１２に戻って条件振りウェハ１０ａの像を撮像する。ステップ１１４で１／４波長板３３の角度が３６０°回転されるまでステップ１１２を繰り返すことによって、１／４波長板３３の異なる回転角に対応して２５６枚のウェハの像が撮像される。なお、ストークスパラメータに関する未知数は４個（Ｓ０〜Ｓ３）であるため、１／４波長板３３の角度を例えば４個の異なる角度に設定し、ウェハの４枚の像を撮像するのみでもよいし、その他の任意の枚数であってもよい。
【００５０】
その後、動作はステップ１１４からステップ１１８に移行し、画像処理部４０は得られた２５６枚のウェハのデジタル画像から上述の回転移相子法によって、撮像素子３５ｂの画素毎にストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。なお、本実施形態では、ストークスパラメータＳ０が１になるように規格化されているため、以下では実際に求められるストークスパラメータをＳ１〜Ｓ３とする。これらのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３は検査部６０の第１演算部６０ａに出力され、第１演算部６０ａでは一例として各ストークスパラメータのショット毎の平均値（以下、ショット平均値と称する）を求めて、装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）、膜厚、及び露光条件に対応させて第２演算部６０ｂ及び記憶部８５に出力する。
【００５１】
その後、偏光子２６の回転角を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１２０）、全部の角度に設定していない場合には、偏光子２６を例えば１５°回転して角度β２に設定し（ステップ１２２）、ステップ１１０に戻る。そして、回転移相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１１０〜１１８）を実行する。その後、偏光子２６の回転角を全部の角度βｊ（ｊ＝１〜Ｊ）に設定した場合には、ステップ１２０からステップ１２４に移行して、照明光ＩＬＩの入射角θ１を全部の角度に設定したかどうかを判定し、全部の角度に設定していない場合には、照明系２０及びステージ５を駆動して、入射角θ１をα２に設定し（ステップ１２６）、ステップ１０８に戻る。そして、回転移相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０８〜１２２）を実行する。
【００５２】
その後、入射角θ１を全部の角度αｍ（ｍ＝１〜６）に設定した場合には、ステップ１２４からステップ１２８に移行して、照明光ＩＬＩの波長λを全部の波長に設定したかどうかを判定し、全部の波長に設定していない場合には、照明ユニット２１で波長λをλ２に変更し（ステップ１３０）、ステップ１０６に戻る。そして、回転移相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等（ステップ１０６〜１２６）を実行する。その後、波長λを全部の波長λｎ（ｎ＝１〜３）に設定した場合には、次の２枚目の膜厚が異なる条件振りウェハ１０ｂ（不図示）に対してステップ１０４〜１３０のストークスパラメータの計測の動作を繰り返す。同様に、３枚目〜７枚目の互いに膜厚が異なる条件振りウェハ１０ｃ〜１０ｇ（不図示）に対して、ステップ１０４〜１３０のストークスパラメータの計測の動作を繰り返す。その後、動作はステップ１２８からステップ１３２に移行する。
【００５３】
ステップ１３２において、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件で全部の条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇの各ショットに関して計測したストークスパラメータの情報を用いて、その全部の装置条件で計測したストークスパラメータＳ１〜Ｓ３に関して、膜厚Ｔの変化に対する計測値の変化の割合（傾き）である感度（以下、膜厚感度とも称する）、露光量の変化に対する計測値の変化の割合である感度（以下、ドーズ感度とも称する）、及びフォーカス値の変化に対する計測値の変化の割合である感度（以下、フォーカス感度とも称する）を求める。
【００５４】
そして、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）の中で、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のいずれかに関して、膜厚感度が特に低く、ドーズ感度が高く、フォーカス感度がドーズ感度よりも低い条件を、第１の装置条件（又は第１の評価条件）Ａとして決定する。その第１の装置条件Ａは、一例として、照明光の波長がλ１、照明光のウェハ面に対する入射角θ１が８５°、偏光子２６の回転角（偏光子角度）が４５°である。
【００５５】
一例として、この第１の装置条件Ａでは、ストークスパラメータＳ１及びＳ２が、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇの露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔに関して、それぞれ図７（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。図７（ａ）及び（ｂ）の横軸の数値１〜７は、露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔを上述の７段階に変化させたときの各段階を表しており、第４段階が最適値である。これは、以下の図８（ａ）及び（ｂ）、並びに図９（ａ）及び（ｂ）でも同様である。
【００５６】
図７（ａ）及び（ｂ）において、点線の曲線（又は折れ線。以下同様。）ＢＤ１，ＢＤ２、破線の曲線ＢＦ１，ＢＦ２、及び実線の曲線ＢＴ１，ＢＴ２が、それぞれ露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔの変化に対するストークスパラメータＳ１及びＳ２の変化を表す。図７（ａ）、（ｂ）より、曲線ＢＴ１，ＢＴ２がほぼ平坦であるため、膜厚Ｔの変化に対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２の変化の割合（膜厚感度）が特に低いことが分かる。また、曲線ＢＤ１，ＢＤ２の傾きが大きいことから、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２のドーズ感度が高いことが分かる。なお、実用上は、予め傾きの絶対値の第１の閾値を定めておき、曲線ＢＴ１，ＢＴ２の平均的な傾きの絶対値がその第１の閾値より小さくなるときに、膜厚感度が特に低いとみなし、このように膜厚感度が特に低い装置条件の中から、その第１の装置条件Ａを選択してもよい。この例では、曲線ＢＦ１，ＢＦ２の傾きの絶対値がそれぞれ曲線ＢＤ１，ＢＤ２の傾きの絶対値より小さいことから、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２のフォーカス感度がドーズ感度より低いことが分かる。さらに、曲線ＢＦ１，ＢＦ２の傾きの符号が逆であることから、フォーカス値Ｆの変化に対するストークスパラメータＳ１，Ｓ２の変化の符号が逆であることが分かる。
【００５７】
曲線ＢＤ１，ＢＦ１の平均的な傾きをａ１，ｃ１（＜ａ１）、曲線ＢＤ２，ＢＦ２の平均的な傾きをａ２，ｃ２（−ｃ２＜ａ２）として、オフセットをｄ１，ｄ２とすると、図７（ａ）及び（ｂ）のストークスパラメータＳ１，Ｓ２は、露光量Ｄ及びフォーカス値Ｆの関数として近似的に次のように表すことができる。なお、この第１の装置条件Ａのもとでは、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２は膜厚Ｔには依存していないものとみなしている。
【００５８】
Ｓ１＝ａ１・Ｄ＋ｃ１・Ｆ＋ｄ１  …（２Ａ）
Ｓ２＝ａ２・Ｄ＋ｃ２・Ｆ＋ｄ２  …（２Ｂ）
そして、第２演算部６０ｂでは、式（２Ａ）から式（２Ｂ）にｃ１／ｃ２を乗じた式を減算して、次のように露光量Ｄのみの関数を求める。
Ｓ１−（ｃ１／ｃ２）Ｓ２
＝｛ａ１−（ｃ１／ｃ２）ａ２｝Ｄ＋ｄ１−（ｃ１／ｃ２）ｄ２  …（２Ｃ）
この式の露光量Ｄの係数及びオフセットをそれぞれａ７及びｄ７とすると、図７（ｃ）の直線ＢＳ１に対応する次の演算式を得る。図７（ｃ）の横軸は露光量Ｄであり、横軸上のＥＧ２Ａが露光量Ｄの良品範囲である。係数ａ７及びオフセットｄ７は、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２に関する計測値から求められる値である。
【００５９】
Ｓ１−（ｃ１／ｃ２）Ｓ２＝ａ７・Ｄ＋ｄ７  …（２Ｄ）
この演算式（２Ｄ）が第１テンプレート（第１テンプレート情報）となる。第２演算部６０ｂは、その決定された第１の装置条件Ａ及び第１テンプレートを記憶部８５に記憶させる。
次のステップ１３４において、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）の中で、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のいずれかに関して、膜厚感度及びドーズ感度が高く、フォーカス感度が膜厚感度及びドーズ感度よりも低い条件を、第２の装置条件（又は第２の評価条件）Ｂとして決定する。その第２の装置条件Ｂは、一例として、照明光の波長がλ１、照明光のウェハ面に対する入射角θ１がほぼ中間の６０°、偏光子角度が４５°である。
【００６０】
一例として、この第２の装置条件Ｂでは、ストークスパラメータＳ１及びＳ２が、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇの露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔに関して、それぞれ図８（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。図８（ａ）及び（ｂ）において、点線の曲線ＢＤ３，ＢＤ４、破線の曲線ＢＦ３，ＢＦ４、及び実線の曲線ＢＴ３，ＢＴ４がそれぞれ露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔの変化に対するストークスパラメータＳ１及びＳ２の変化を表す。図８（ａ）、（ｂ）より、曲線ＢＴ３，ＢＴ４の傾きの絶対値が大きく（ただし、符号は逆である）、曲線ＢＤ３，ＢＤ４の傾きの絶対値も大きいため（ただし、符号は逆である）、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の膜厚感度及びドーズ感度が高いことが分かる。なお、実用上は、予め傾きの絶対値の第２の閾値を定めておき、曲線ＢＴ３，ＢＴ４の平均的な傾きの絶対値、及び曲線ＢＤ３，ＢＤ４の平均的な傾きの絶対値がそれぞれその第２の閾値より大きくなるときに、膜厚感度及びドーズ感度が高いとみなし、このように膜厚感度及びドーズ感度が高い装置条件の中から、その第２の装置条件Ｂを選択してもよい。また、曲線ＢＦ３，ＢＦ４の傾きが他の曲線ＢＴ３，ＢＤ３等の傾きの絶対値よりも小さいことから、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２のフォーカス感度が膜厚感度及びドーズ感度より低いことが分かる。
【００６１】
曲線ＢＤ３，ＢＴ３，ＢＦ３の平均的な傾きをａ３，ｂ３，ｃ３、曲線ＢＤ４，ＢＴ４，ＢＦ４の平均的な傾きをａ４，ｂ４，ｃ４として、オフセットをｄ３，ｄ４とすると、図８（ａ）及び（ｂ）のストークスパラメータＳ１，Ｓ２は、露光量Ｄ、膜厚Ｔ、及びフォーカス値Ｆの関数として近似的に次のように表すことができる。
Ｓ１＝ａ３・Ｄ＋ｂ３・Ｔ＋ｃ３・Ｆ＋ｄ３  …（３Ａ）
Ｓ２＝ａ４・Ｄ＋ｂ４・Ｔ＋ｃ４・Ｆ＋ｄ４  …（３Ｂ）
そして、第２演算部６０ｂでは、式（３Ａ）から式（３Ｂ）にｃ３／ｃ４を乗じた式を減算して、次のように露光量Ｄ及び膜厚Ｔのみの関数を求める。
【００６２】
Ｓ１−（ｃ３／ｃ４）Ｓ２＝｛ａ３−（ｃ３／ｃ４）ａ４｝Ｄ＋
｛ｂ３−（ｃ３／ｃ４）ｂ４｝Ｔ＋ｄ３−（ｃ３／ｃ４）ｄ４  …（３Ｃ）
この式の露光量Ｄ及び膜厚Ｔの係数、並びにオフセットをそれぞれａ８、ｂ８、及びｄ８とすると、次の演算式を得る。係数ａ８，ｂ８及びオフセットｄ８は、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２に関する計測値から求められる値である。
【００６３】
Ｓ１−（ｃ３／ｃ４）Ｓ２＝ａ８・Ｄ＋ｂ８・Ｔ＋ｄ８  …（３Ｄ）
この演算式において、露光量Ｄをある値に設定した式が図８（ｃ）の直線ＢＳ２に対応する。図８（ｃ）の横軸は膜厚Ｔであり、横軸上のＥＧ２Ｂが膜厚Ｔの良品範囲である。
この演算式（３Ｄ）が第２テンプレート（第２テンプレート情報）となる。第２演算部６０ｂは、その決定された第２の装置条件Ｂ及び第２テンプレートを記憶部８５に記憶させる。
【００６４】
次のステップ１３６において、第２演算部６０ｂでは、上記の全部の装置条件ε（ｎ−ｍ−ｊ）の中で、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のいずれかに関して、膜厚感度及びフォーカス感度が高く、ドーズ感度が膜厚感度及びフォーカス感度よりも低い条件を、第３の装置条件（又は第３の評価条件）Ｃとして決定する。その第３の装置条件Ｃ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が最小値に近い１０°、偏光子角度が１０°である。
【００６５】
一例として、この第３の装置条件Ｃでは、ストークスパラメータＳ１及びＳ２が、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇの露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔに関して、それぞれ図９（ａ）及び（ｂ）に示すように変化する。図９（ａ）及び（ｂ）において、点線の曲線ＢＤ５，ＢＤ６、破線の曲線ＢＦ５，ＢＦ６、及び実線の曲線ＢＴ５，ＢＴ６がそれぞれ露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔの変化に対するストークスパラメータＳ１及びＳ２の変化を表す。図９（ａ）、（ｂ）より、曲線ＢＴ５，ＢＴ６の傾きの絶対値が大きく（ただし、符号は逆である）、曲線ＢＦ５，ＢＦ６の傾きの絶対値も大きいため（ただし、符号は逆である）、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の膜厚感度及びフォーカス感度が高いことが分かる。なお、実用上は、予め傾きの絶対値の第３の閾値を定めておき、曲線ＢＴ５，ＢＴ６の平均的な傾きの絶対値、及び曲線ＢＦ５，ＢＦ６の平均的な傾きの絶対値がそれぞれその第３の閾値より大きくなるときに、膜厚感度及びフォーカス感度が高いとみなし、このように膜厚感度及びフォーカス感度が高い装置条件の中から、その第３の装置条件Ｃを選択してもよい。また、曲線ＢＤ５，ＢＤ６の傾きが他の曲線ＢＴ５，ＢＦ５等の傾きの絶対値よりも小さいことから、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２のドーズ感度が膜厚感度及びフォーカス感度より低いことが分かる。
【００６６】
曲線ＢＤ５，ＢＴ５，ＢＦ５の平均的な傾きをａ５，ｂ５，ｃ５、曲線ＢＤ６，ＢＴ６，ＢＦ６の平均的な傾きをａ６，ｂ６，ｃ６として、オフセットをｄ５，ｄ６とすると、図９（ａ）及び（ｂ）のストークスパラメータＳ１，Ｓ２は、露光量Ｄ、膜厚Ｔ、及びフォーカス値Ｆの関数として近似的に次のように表すことができる。
Ｓ１＝ａ５・Ｄ＋ｂ５・Ｔ＋ｃ５・Ｆ＋ｄ５  …（４Ａ）
Ｓ２＝ａ６・Ｄ＋ｂ６・Ｔ＋ｃ６・Ｆ＋ｄ６  …（４Ｂ）
そして、第２演算部６０ｂでは、式（４Ａ）から式（４Ｂ）にａ５／ａ６を乗じた式を減算して、次のように膜厚Ｔ及びフォーカス値Ｆのみの関数を求める。
【００６７】
Ｓ１−（ａ５／ａ６）Ｓ２＝｛ｂ５−（ａ５／ａ６）ｂ６｝Ｔ＋
｛ｃ５−（ａ５／ａ６）ｃ６｝Ｆ＋ｄ５−（ａ５／ａ６）ｄ６  …（４Ｃ）
この式の膜厚Ｔ及びフォーカス値Ｆの係数、並びにオフセットをそれぞれｂ９、ｃ９、及びｄ９とすると、次の演算式を得る。係数ｂ９，ｃ９及びオフセットｄ９は、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２に関する計測値から求められる値である。
【００６８】
Ｓ１−（ａ５／ａ６）Ｓ２＝ｂ９・Ｔ＋ｃ９・Ｆ＋ｄ９  …（４Ｄ）
この演算式において、膜厚Ｔをある値に設定した式が図９（ｃ）の直線ＢＳ３に対応する。図９（ｃ）の横軸はフォーカス値Ｆであり、横軸上のＥＧ２Ｃがフォーカス値Ｆの良品範囲である。その演算式（４Ｄ）が第３テンプレート（第３テンプレート情報）となる。第２演算部６０ｂは、その決定された第３の装置条件Ｃ及び第３テンプレートを記憶部８５に記憶させる。
【００６９】
以上の動作によって、ウェハの露光条件を検査する場合に使用する装置条件（ここでは３つの装置条件）を求める条件出しが終了したことになる。本実施形態では、これらの装置条件のもとで計測されたストークスパラメータのうちで、テンプレート情報として使用されるのはストークスパラメータＳ１，Ｓ２のみである。このため、ストークスパラメータＳ１及びＳ２をそれぞれウェハ面から反射した光の偏光状態を規定する第１規定条件及び第２規定条件と称することができる。
【００７０】
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９５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９５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３つの装置条件を用いてウェハ面からの反射光のストークスパラメータを計測することによって、コータ・デベロッパ９５の膜厚条件、並びに露光装置１００の露光条件中の露光量及びフォーカス位置を以下のように評価する。まず、図６（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９５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９５に搬送してウェハ１０を現像する。この際の膜厚条件及び露光条件は、全部のショットにおいて、膜厚は使用されるレジストに応じた最適値であり、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量であり、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。
【００７１】
しかしながら、実際にはコータ・デベロッパ９５におけるウェハ１０に対する塗布むら等により意図しない膜厚の平均値のシフト又はばらつきの増大が生じる恐れがある。さらに、露光装置１００における例えば走査露光時のスリット状の照明領域内の例えば非走査方向における僅かな照度むら及びステージの振動（外乱による振動を含む）等の影響によって、ウェハ１０のショットＳＡｎ毎（ショットＳＡｎ毎の繰り返しパターン毎）に露光量及びフォーカス位置のばらつき等が生じることがあり、意図しない露光量の変化（ベストドーズ量からの変化）や意図しないフォーカス位置の変化（ベストフォーカス値からの変化）が起こる可能性があるため、その膜厚、露光量及びフォーカス位置の評価を個別に行う。
【００７２】
そして、図５のステップ１５０において、レジストの塗布、露光、及び現像後のウェハ１０は、不図示のアライメント機構を介して図１（ａ）の評価装置１のステージ５上にロードされる。そして、制御部８０は記憶部８５のレシピ情報から上記の条件出しで決定された第１、第２、第３の装置条件を読み出す。そして、装置条件をまず、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の膜厚感度が極めて低い第１の装置条件Ａに設定し（ステップ１５２）、１／４波長板３３（位相板）の回転角を初期値に設定する（ステップ１１０Ａ）。そして、照明光ＩＬＩをウェハ面に照射し、撮像装置３５がウェハ面の画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップ１１２Ａ）。次に１／４波長板３３を全部の角度に設定したかどうかを判定し（ステップ１１４Ａ）、全部の角度には設定していない場合には１／４波長板３３を例えば約１．４１°（回転角度範囲３６０°を２５６分割した角度）だけ回転し（ステップ１１６Ａ）、ステップ１１２Ａに移行してウェハ１０の像を撮像する。ステップ１１４Ａで１／４波長板３３の角度が３６０°回転されるまでステップ１１２Ａを繰り返すことによって、１／４波長板３３の異なる回転角に対応して２５６枚のウェハ面の像が撮像される。なお、１／４波長板３３の角度を例えば４個の異なる角度に設定し、ウェハの４枚の像を撮像するのみでもよいし、その他の任意の枚数であってもよい。
【００７３】
その後、動作はステップ１１８Ａに移行し、画像処理部４０は得られた２５６枚のウェハのデジタル画像から上述の回転移相子法によって、撮像装置３５の画素毎にストークスパラメータＳ１，Ｓ２を求める。本実施形態では、上記の３つの装置条件で得られるテンプレート情報（式（２Ｄ）〜（４Ｄ））にはストークスパラメータＳ１，Ｓ２のみが使用されているため、ここではストークスパラメータＳ１，Ｓ２のみを求めている。これらのストークスパラメータは検査部６０の第１演算部６０ａに出力され、第１演算部６０ａでは一例としてストークスパラメータＳ１，Ｓ２のそれぞれのショット毎の平均値（ショット平均値）を求めて第３演算部６０ｃ及び記憶部８５に出力する。そして、全部の装置条件で検査したかどうかを判定し（ステップ１５４）、全部の検査用の装置条件に設定していない場合には、ステップ１５６で第２の装置条件Ｂに設定してからステップ１１０Ａに移行する。そして、第２の装置条件Ｂでのストークスパラメータの取得が終了した後、ステップ１５６で第３の装置条件Ｃに設定してからステップ１１０Ａに移行し、第３の装置条件Ｃでストークスパラメータを取得する。そして、ステップ１５４で第１、第２、及び第３の装置条件でのストークスパラメータの取得（検査）が終了したときに動作はステップ１５８に移行する。
【００７４】
そして、ステップ１５８において、検査部６０の第３演算部６０ｃは、第１の装置条件Ａで求めたウェハ１０のショット毎のストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値（Ｓ１ａ，Ｓ２ａとする）を、上述の図４のステップ１３２で記憶した第１のテンプレート（演算式（２Ｄ））の左辺に当てはめて、当該ショットの露光量Ｄに関して次式を得る。
ｙ１＝Ｓ１ａ−（ｃ１／ｃ２）Ｓ２ａ＝ａ７・Ｄ＋ｄ７  …（２Ｅ）
【００７５】
さらに、第３演算部６０ｃは、式（２Ｅ）から露光量Ｄの値Ｄｘ１を求める（図７（ｃ）参照）。これによって、ウェハ１０のショット毎の露光量Ｄが求められたことになる。そして、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０のショット毎の露光量Ｄのベストドーズ量Ｄｂｅからの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力する。この誤差分布には、各ショットの露光量Ｄが良品範囲内か否かの情報も含まれている。制御部８０は、そのショット毎の露光量Ｄの誤差分布を記憶部８５に記憶させるとともに表示装置（不図示）に表示する。なお、第３演算部６０ｃは、露光量Ｄの誤差分布に限らず、例えば、算出した露光量Ｄを制御部８０に出力してもよい。また、制御部８０は、露光量Ｄの誤差分布や露光量Ｄを表示装置に表示させなくてもよい。
【００７６】
次のステップ１６０において、第３演算部６０ｃは、第２の装置条件Ｂで求めたウェハ１０のショット毎のストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値（Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂとする）、及びステップ１５８で求めたショット毎の露光量Ｄの値Ｄｘ１を上述のステップ１３４で記憶した第２のテンプレート（演算式（３Ｄ））に当てはめて、当該ショットに関して次式を得る。
【００７７】
ｙ２＝Ｓ１ｂ−（ｃ３／ｃ４）Ｓ２ｂ＝ａ８・Ｄｘ１＋ｂ８・Ｔ＋ｄ８  …（３Ｅ）
この式が図８（ｃ）の直線ＢＳ２に相当する。そして、第３演算部６０ｃは、式（３Ｅ）から膜厚Ｔの値Ｔｘ１を求める。これによって、ウェハ１０のショット毎の膜厚Ｔが求められたことになる。また、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０のショット毎の膜厚の最適値Ｔｂｅからの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に出力する。この誤差分布には、各ショットの膜厚Ｔが良品範囲内か否かの情報も含まれている。制御部８０は、そのショット毎の膜厚Ｔの誤差分布を記憶部８５に記憶させるとともに表示装置（不図示）に表示する。なお、第３演算部６０ｃは、膜厚Ｔの誤差分布に限らず、例えば、算出した露光量Ｔを制御部８０に出力してもよい。また、制御部８０は、膜厚Ｔの誤差分布や膜厚Ｔを表示装置に表示させなくてもよい。
【００７８】
次のステップ１６２において、第３演算部６０ｃは、第３の装置条件Ｂで求めたウェハ１０のショット毎のストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値（Ｓ１ｃ，Ｓ２ｃとする）、ステップ１５８で求めたショット毎の露光量Ｄの値Ｄｘ１、及びステップ１６０で求めたショット毎の膜厚Ｔの値Ｔｘ１を上述のステップ１３６で記憶した第３のテンプレート（演算式（４Ｄ））に当てはめて、当該ショットに関して次式を得る。
【００７９】
ｙ３＝Ｓ１ｃ−（ａ５／ａ６）Ｓ２ｃ＝ｂ９・Ｔｘ１＋ｃ９・Ｆ＋ｄ９  …（４Ｅ）
この式が図９（ｃ）の直線ＢＳ３に相当する。そして、第３演算部６０ｃは、式（４Ｅ）からフォーカス値Ｆの値Ｆｘ１を求める。これによって、ウェハ１０のショット毎のフォーカス値Ｆが求められたことになる。さらに、第３演算部６０ｃは、ウェハ１０のショット毎のフォーカス値Ｆのベストフォーカス位置からの差分（誤差）の分布（誤差分布）を求め、これを制御部８０に供給する。この誤差分布には、各ショットのフォーカス値Ｆが良品範囲内か否かの情報も含まれている。制御部８０は、そのショット毎のフォーカス値Ｆの誤差分布を記憶部８５に記憶させるとともに表示装置（不図示）に表示する。なお、第３演算部６０ｃは、フォーカスＦの誤差分布に限らず、例えば、算出したフォーカスＦを制御部８０に出力してもよい。また、制御部８０は、フォーカスＦの誤差分布やフォーカスＦを表示装置に表示させなくてもよい。
【００８０】
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からコータ・デベロッパ９５の制御部（不図示）に、ウェハ１０の全面のショット毎のレジストの膜厚の誤差分布（いわゆる塗布むら）の情報が提供される（ステップ１６４）。その塗布むらが目標範囲から外れているか、又は目標範囲内でも偏っているような場合には、コータ・デベロッパ９５では、ウェハ面にレジストを形成するための諸条件（例えば、レジストの塗布量、熱処理の温度や時間等）の調整等を行うことで膜厚条件を補正する。
【００８１】
また、評価装置１の信号出力部９０から露光装置１００の制御部（不図示）に、ウェハ１０のショット毎の露光量の誤差分布（露光量むら）及びフォーカス位置の誤差分布（デフォーカス量の分布）の情報が提供される（ステップ１６４）。これに応じて露光装置１００の制御部（不図示）では、例えばその露光量むら及び／又はデフォーカス量の分布がそれぞれ所定の許容範囲を超えている場合に、露光量及び／又はフォーカス位置を補正するために、例えば走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の調整、及び又はウェハ面の高さのオフセットの調整等の補正を行う。これによって、その後の露光時に、レジストの膜厚の誤差、露光量の誤差、及びデフォーカス量が低減される。その後、ステップ１６８でコータ・デベロッパ９５において、補正された条件のもとで次のウェハにレジストを塗布し、ステップ１７０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を露光する。
【００８２】
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３つの装置条件のもとでストークスパラメータを検出し、３つの装置条件毎に予め図４の条件出し工程で求めてある第１〜第３のテンプレート情報に、その検出されたストークスパラメータの値を順次当てはめることによって、そのパターンの形成時に使用されたコータ・デベロッパ９５の膜厚条件、並びに露光装置１００の露光条件中の露光量及びフォーカス位置を求めることができる。言い換えれば、各装置条件において、膜厚条件、露光量、及びフォーカス位置の変化に対するストークスパラメータの変化の割合（感度）が互いに異なるともに、その３つの装置条件間でも、膜厚条件、露光量、及びフォーカス位置の変化量に対するストークスパラメータの変化量の割合（感度）が互いに異なることを利用して、その膜厚条件、露光量、及びフォーカス位置を個別に高精度に評価又は検査できる。従って、この評価結果に基づいて、コータ・デベロッパ９５における膜厚条件及び／又は露光装置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膜厚及び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。
【００８３】
上述のように、本実施形態の評価装置１及び評価方法は、レジストの塗布、パターンの露光、及びレジストの現像を含むリソグラフィ工程によりウェハ１０に設けられた凹凸の繰り返しパターン１２（被検パターン）の膜厚条件（膜厚のオフセット等）及び露光条件（例えば露光量及びフォーカス位置）を評価する装置及び方法である。そして、評価装置１は、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０（被検基板）の該表面に直線偏光の照明光ＩＬＩ（偏光光）を照明する照明系２０と、照明系２０の照明によりその表面から反射した光を受光し、該光のストークスパラメータ（偏光状態を規定する条件）を検出する撮像装置３５及び画像処理部４０（検出部）と、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇに繰り返しパターン１２（所定パターン）を形成する際の膜厚条件及び露光条件と、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２との関係を示す演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ）（データ）と、その表面から反射した光のストークスパラメータＳ１，Ｓ２に基づいて、繰り返しパターン１２を形成した際の膜厚条件と露光条件とを評価する演算部５０と、を備えている。
【００８４】
また、本実施形態の評価方法は、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の該表面に偏光光を照明するステップ１１２Ａと、その偏光光の照明によりその表面から反射した光を受光し、該光のストークスパラメータを検出するステップ１１８Ａと、条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇに繰り返しパターン１２を形成する際の膜厚条件及び露光条件（例えば露光量及びフォーカス位置）と、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２との関係を示す演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ）と、その表面から反射した光のストークスパラメータＳ１，Ｓ２とに基づいて、繰り返しパターン１２を形成した際の膜厚条件と露光条件とを評価するステップ１５８〜１６２とを有する。
【００８５】
この実施形態によれば、所定の膜厚条件のもとでのレジストの塗布、及び所定の露光条件のもとでの露光により設けられた実際に製品となるデバイス用の繰り返しパターン１２を有するウェハ１０を用いてストークスパラメータＳ１，Ｓ２を検出し、予め求めてあるその３つの演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ）（第１〜第３のテンプレート情報）に、その検出されたストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値を当てはめることによって、繰り返しパターン１２の形成時に使用されたコータ・デベロッパ９５の膜厚条件、並びに露光装置１００の露光条件中の露光量及びフォーカス位置を求めることができる。言い換えれば、膜厚、露光量、及びフォーカス位置の関数としてストークスパラメータを表しているその３つの演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ）に、検出されるストークスパラメータＳ１，Ｓ２の値を当てはめて得られる３つの式を、膜厚条件、露光量、及びフォーカス位置に関して解くことによって、その膜厚条件、露光量、及びフォーカス位置を個別に高精度に求めることができ、繰り返しパターン１２を形成したときの膜厚条件及び露光条件を、個別に高精度に評価できる。さらに、別途評価用のパターンを使用する必要がなく、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からの光を検出することによって膜厚条件及び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膜厚条件及び露光条件を効率的に評価できる。また、評価装置１で膜厚条件及び露光条件を求めることができるため、別々の装置を使うことなく、膜厚条件及び露光条件を効率的に求めることができる。
【００８６】
また、従来の露光条件としてのフォーカス位置の評価方法のうち、レジストパターンの横ずれ量を計測する方法では、計測効率を高めにくいとともに、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明する必要があり、実際のデバイス用のパターンを用いて露光を行う際のフォーカス位置を高精度に計測することが困難であった。これに対して、本実施形態によれば、実際のデバイス用のパターンを用いることができ、形成されたレジストパターンの形状を計測する必要がないため、実際のデバイス用のパターンを形成する工程において、露光条件を効率的に、かつ高精度に求めることができる。
また、本実施形態によれば、ウェハに形成されたレジストの膜厚分布等の膜厚条件を効率的に求めることができるため、求められた膜厚条件をコータ・デベロッパにフィードバックすることにより、ウェハに形成されるレジストの膜厚を目標とする範囲内に収めることができ、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを高めることができる。
【００８７】
また、本実施形態において、演算部５０は、ウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２を形成した際の膜厚条件及び露光条件を評価するための評価装置１の第１〜第３の装置条件又は評価方法の第１〜第３の評価条件を、膜厚条件及び露光条件の両方が既知の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〜１０ｇの表面から反射した光のストークスパラメータＳ１，Ｓ２に基づいて求めている（ステップ１０４〜１３６）。これによって、ウェハ１０の評価時には、その求められた装置条件又は評価条件を用いてストークスパラメータを求めるだけでよいため、ウェハ１０の評価を効率的に行うことができる。
【００８８】
また、本実施形態の露光システムは、ウェハの表面にレジストを塗布するコータ・デベロッパ９５（塗布装置）と、ウェハの表面にパターンを露光する投影光学系を有する露光装置１００と、評価装置１と、を備え、評価装置１の演算部５０の評価結果に応じてコータ・デベロッパ９５の膜厚条件及び露光装置１００における露光条件を補正する。この露光システムによれば、実際にデバイス製造のために使用されるウェハを用いて、ウェハの表面に目標とする形状のパターンが形成されるように、効率的に、かつ高精度にコータ・デベロッパ９５における膜厚条件及び露光装置１００における露光条件を調整できる。
【００８９】
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、上記の実施形態では、演算式（２Ｄ）、（３Ｄ）、及び（４Ｄ）（テンプレート情報）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（不図示）で求めてもよい。この場合、ホストコンピュータからそのテンプレート情報を評価装置１の評価装置５０の制御部８０に供給し、制御部８０ではそのテンプレート情報を記憶部８５に記憶しておく。そして、図５に示すように膜厚条件及び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。
【００９０】
また、上記の実施形態では、照明光の入射角θ１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で調整しているが、照明光の入射角θ１は、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することもできる。この場合、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必要がある。
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、そのウェハからの反射光のストークスパラメータを求めることによって、上述の実施形態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。
【００９１】
また、上記の実施形態では、第１の装置条件Ａのもとでは、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２は膜厚Ｔには依存していないものとみなしている。しかしながら、例えばドーズ及びフォーカス値の変化に対するストークスパラメータの変化が大きく、膜厚の変化に対するストークスパラメータの変化が小さいときの装置条件を第１の装置条件Ａとしてもよい。この場合には、３つの装置条件の計測結果から求められる露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔに関する連立方程式（第１〜第３のテンプレート）から露光量Ｄ、フォーカス値Ｆ、及び膜厚Ｔを個別に求めることができる。
【００９２】
また、上記の実施形態では、演算式（２Ｄ）をテンプレートとしているが、テンプレートとしては、その演算式に限られず、上記の第１の装置条件Ａで得られた各露光量に対するストークスパラメータの値をテーブル化したデータ等を使用してもよい。
また、上記の実施形態では、演算式（３Ｄ）をテンプレートとしているが、テンプレートとしては、その演算式に限られず、上記の第２の装置条件Ｂで得られた各露光量及び各膜厚に対するストークスパラメータの値をテーブル化したデータ等を使用してもよい。
また、上記の実施形態では、演算式（４Ｄ）をテンプレートとしているが、テンプレートとしては、その演算式に限られず、上記の第３の装置条件Ｃで得られた各フォーカス値及び各膜厚に対するストークスパラメータの値をテーブル化したデータ等を使用してもよい。
【００９３】
また、上記の実施形態では、露光及び現像によるレジストの膜厚の変化は無視できる程度であると仮定していた。
しかしながら、使用するレジストの種類や、コータ・デベロッパにおける装置条件（例えば、レジストの塗布量や熱処理の温度及び時間等）、露光装置の装置条件（例えば、露光量やフォーカス位置等）などによって、露光前のレジストの膜厚に対して、露光後に形成された繰り返しパターン１２の高さが低くなる場合がある（以下、膜減りと称する）。この場合、例えば、予め膜減りする割合を求めておき、図５のステップ１６０で求められた繰り返しパターン１２の高さと膜減りする割合を乗算すればよい。膜減りする割合は、周知の方法で算出できる。例えば、露光前のレジストの膜厚を周知の膜厚計（例えば、エリプソメータ等）で求めるとともに、露光後のパターンの高さを周知の方法（例えば、スキャトロメータやＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、エリプソメータ等）で求め、それらの割合を膜減りする割合とすればよい。なお、上述の実施形態では、露光前のレジストの膜厚を図５の評価におけるステップ１６０で求めることとしたが、露光後に形成されたパターンの高さを求めてもよい。この場合、膜厚条件はパターンの高さとなる（パターンの高さ条件と言い換えることもできる）。また、この場合であっても上述の図４（条件出し）及び図５（評価）のステップを経て繰り返しパターンの高さを求めることができる。パターンの高さを求めることによって、上述と同様に露光装置の露光条件やコータ・デベロッパで形成する膜厚条件を補正することができる。
【００９４】
また、上述の実施形態では、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２を用いて膜厚及び露光条件を評価している。しかしながら、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３のうちの少なくとも一つのストークスパラメータを用いて膜厚条件及び露光条件を評価してもよい。また、膜厚条件又は露光条件を評価する際に互いに異なるストークスパラメータを使用してもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態では、膜厚条件及び露光条件（例えば露光量及びフォーカス位置）の両方を評価しているが、膜厚条件及び露光条件の少なくとも一方を評価するだけでもよい。この際に、露光条件が露光量及びフォーカス位置を含む場合、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。
一例として、膜厚条件及び露光条件のうちの露光量の条件を評価する場合には、図５のステップ１５２〜１５６において、第１の装置条件及び第２の装置条件のみでそれぞれストークスパラメータを求めるのみでよい。そして、ステップ１５８及び１６０を実行することによって、露光量の誤差分布及び膜厚の誤差分布を求めることができる。
【００９６】
これに関して、図３を参照して説明したように、フォーカス位置が変化したときには、反射光のストークスパラメータＳ１及びＳ３が比較的大きく変化し、ストークスパラメータＳ２の変化率が比較的小さいという傾向がある。そこで、膜厚条件及び露光量の条件を評価する場合には、反射光のストークスパラメータＳ２を使用してもよい。
また、膜厚条件及び露光条件のうちのフォーカス位置の条件を評価してもよい。このためには、上記の第１の装置条件としてストークスパラメータ（Ｓ１〜Ｓ３のいずれか）のフォーカス感度がドーズ感度より高くなり、膜厚感度が低い条件を選択し、上記の第２の装置条件として、ストークスパラメータ（Ｓ１〜Ｓ３のいずれか）に関して、膜厚感度及びフォーカス感度が高く、ドーズ感度が膜厚感度及びフォーカス感度よりも低い条件を選択し、図５のステップ１５２〜１５６において、第１の装置条件及び第２の装置条件のみでそれぞれストークスパラメータを求め、ステップ１５８及び１６０を実行すればよい。
【００９７】
また、膜厚条件のみを評価する場合には、上記の第１の装置条件として、一例として、ウェハ面に対する照明光の入射角が小さい条件の中で、ストークスパラメータ（Ｓ１〜Ｓ３のいずれか）に関して、膜厚感度がドーズ感度及びフォーカス感度よりも大きい条件を選択すればよい。なお、照明光の入射角が小さい場合には、凸パターンの表面からの反射光、及び隣り合う凸パターンの間（凹部）からの反射光の両方が大きくなるため、膜厚感度が大きくなる傾向がある。そこで、その入射角が小さい条件の中で、第１の装置条件を選択し、その第１の装置条件のみでストークスパラメータを求めることで、膜厚感度を大きくして膜厚条件を高精度に評価できる。
また、上述の実施形態では、３つの装置条件（評価条件）のもとでウェハの評価を行っているが、少なくとも一つの装置条件（評価条件）のもとでウェハの評価を行ってもよい。
【００９８】
また、上記の第１〜第３の装置条件に含まれる波長λ、入射角θ１、偏光子２６の回転角はあくまでも一例であり、装置条件には評価装置１で変化させることができる他の任意の条件を含めることができる。例えば、検光子３２の回転角がクロスニコル状態を中心として例えば任意の角度（例えば、５°程度）の間隔で複数の角度に設定される条件や、ステージ５の回転角（ウェハ１０の方位）等を装置条件に含めることができる。
【００９９】
また、上述の本実施形態では、最終的に、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２を使用して膜厚及び露光条件を評価するため、図４に示す条件出し中のステップ１１８では、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２を求めるだけでもよい。
また、ステップ１１８において、条件振りウェハ１０ａのスクライブライン領域ＳＬ（デバイスのダイシング工程でチップ同士を切り分ける際の境界となる領域）を除いた全部のショットＳＡｎ（図６（ｂ）参照）内に対応する画素のストークスパラメータを算出し、算出結果を平均化してショット平均値を求めてもよい。このようにショット平均値を算出するのは、露光装置１００の投影光学系の収差の影響等を抑制するためである。なお、その収差の影響等をさらに抑制するために、例えば図６（ｂ）のショットＳＡｎの中央部の部分領域ＣＡｎ内に対応する画素のストークスパラメータを平均化した値を算出してもよい。
【０１００】
ただし、予め投影光学系の収差の影響（デジタル画像に与える誤差分布）を求めておき、デジタル画像の段階でその収差の影響を補正することも可能である。この場合には、ショット平均値の代わりに、ショットＳＡｎ内のＩ個（Ｉは例えば数１０の整数）の長方形等の設定領域１６（図６（ｃ）参照）毎に平均値を算出し、例えばショットＳＡｎ内で同じ位置にある設定領域１６の平均値を用いてこれ以降の処理を行うようにしてもよい。設定領域１６の配列は、例えば走査方向に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。
【０１０１】
さらに、ウェハ１０の評価を行う場合にも、ウェハの全部のショット内の全部の設定領域１６に関してストークスパラメータの平均値を検出し、設定領域１６単位で膜厚及び露光条件を評価してもよい。
また、図５のステップ１６４，１６６において、ウェハ１０の全面の膜厚の分布（塗布むら）、露光量の誤差分布（ドーズむら）、及びフォーカス位置の誤差分布（デフォーカス量の分布）の情報は、信号出力部９０からコータ・デベロッパ９５及び露光装置１００の制御部（不図示）ではなく、複数の露光装置やコータ・デベロッパ等の動作を統括的に制御するホストコンピュータ（不図示）に出力されてもよい。この場合、ホストコンピュータ（不図示）は出力された情報に基づいて、コータ・デベロッパ９５及び露光装置１００へ膜厚条件及び露光条件を補正するための指令を出してもよい。もしくは、信号出力部９０から出力された情報に基づいて、ホストコンピュータでコータ・デベロッパ９５や露光装置１００における膜厚条件や露光条件を補正するための装置の条件を求め、ホストコンピュータからそれぞれの条件をコータ・デベロッパ９５や露光装置１００に出力して膜厚条件や露光条件を補正してもよい。
【０１０２】
また、上述の実施形態では、ステップ１３２〜１３６で記憶部８５に記憶するテンプレート情報（演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ））は、ストークスパラメータを含む式を露光量Ｄ、膜厚Ｔ、及びフォーカス位置Ｆの少なくとも一つをパラメータとする一次の演算式で表したものである。しかしながら、そのテンプレート情報としては、膜厚及び任意の露光条件に対する任意のストークスパラメータの変化を示す曲線を任意の二次以上の関数、又は指数関数等で数学的にフィッティングして得られた近似式を用いてもよい。
また、そのテンプレート情報としては、演算式以外にそのストークスパラメータの値をテーブル化したデータを用いることもできる。
【０１０３】
また、上述の実施形態では、ストークスパラメータから求めた露光量Ｄ、膜厚Ｔ、及びフォーカス位置Ｆから、これらの量が良品範囲か否かを評価している。これに対して、例えばある装置条件でストークスパラメータＳ１，Ｓ２を得て、これらの値から露光量Ｄを評価する場合に、図１０に示すように、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の二次元的な分布の中で、良品範囲ＥＧ３、オーバードーズ範囲ＥＢ１、及びアンダードーズ範囲ＥＢ２を設定し、この二次元的な分布を露光量の良否判定のためのテンプレート情報としてもよい。この場合、パラメータＳ１，Ｓ２の値を（Ｓ１，Ｓ２）で表し、良品範囲ＥＧ３を近似的に次のような中心座標が（ｓａ，ｓｂ）で半径がｓｒの円の内部としてもよい。計測されるパラメータの値（Ｓ１，Ｓ２）を式（５）の左辺の演算式に代入して得られる値が式（５）を満たすときに、その計測値は露光量Ｄが良品範囲内にあることをしていることになる。
【０１０４】
（Ｓ２−ｓａ）2＋（Ｓ３−ｓｂ）2≦ｓｒ2    …（５）
同様に、膜厚Ｔ及びフォーカス位置Ｆに関しても、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２の二次元的な分布の中で、良品範囲等を設定してもよい。
また、上述の実施形態では、２つのストークスパラメータＳ１，Ｓ２を用いて膜厚条件及び／又は露光条件を評価している。別の方法として、３つのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３を使用し、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、評価装置１においてある装置条件（評価条件）のもとで得られるストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値の組をポアンカレ球上で表現してもよい。
【０１０５】
上述の実施形態で使用された、レジストの膜厚Ｔ、露光量Ｄ、及びフォーカス位置Ｆを変えて繰り返しパターン１２が形成された複数の条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇを用いて、本発明者は、評価装置１で所定の装置条件で計測されたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値の組をそれぞれ図１１（ａ）のポアンカレ球上にプロットしてみた。この結果、膜厚Ｔ、露光量Ｄ、及びフォーカス位置Ｆがそれぞれ最適値のときのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３は、ポアンカレ球上の一つの点ＭＰＣにあり、その状態からフォーカス位置Ｆが変化すると、計測されるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の組は曲線ＢＣＦ１に沿って移動することが分かった。同様に、点ＭＰＣの状態から露光量Ｄが変化すると、計測されるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の組は曲線ＢＣＦ１に対してほぼある小さい角度で交差する曲線ＢＣＤ１に沿って移動し、点ＭＰＣの状態から膜厚Ｔが変化すると、計測されるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の組は曲線ＢＣＤ１に対してさらにほぼある小さい角度で交差する曲線ＢＣＴ１に沿って移動することが分かった。
【０１０６】
このように、膜厚Ｔ、露光量Ｄ、及びフォーカス位置Ｆを変えて形成されたパターンから得られるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３は、ポアンカレ球上ではほぼ連続した曲線に沿って変化している。このため、例えば曲線ＢＣＴ１をプロットすることによって求められる係数ｋＴ１を用いて、曲線ＢＣＴ１において、最適値を示す点ＭＰＣから距離ｄｔにある位置における膜厚Ｔの最適値からの誤差δＴは、ほぼ次のように近似できる。なお、Ｔｂｅは膜厚の最適値であり、距離ｄｔは曲線ＢＣＴ１に沿って誤差δＴが大きくなる方向の符号を正とする。
【０１０７】
δＴ＝Ｔｂｅ＋ｋＴ１・ｄｔ  …（６）
また、点ＭＰＣにおけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１）、その距離ｄｔの位置におけるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値を（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２）とすると、その距離ｄｔは次のように計算できる。
ｄｔ2＝（Ｓ１２−Ｓ１１）2＋（Ｓ２２−Ｓ２１）2＋（Ｓ３２−Ｓ３１）2    …（６）
【０１０８】
そこで、上述の実施形態の図４の条件出しの代わりに、複数の条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇを用いて、多数の装置条件のもとでストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の計測を行い、この計測結果をポアンカレ球上にプロットしてもよい。この場合、一例として、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値の組が、図１１（ａ）の曲線ＢＣＦ１にほぼ平行な曲線ＢＣＦ２に沿って変化するときの装置条件を第１の装置条件、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値の組が、図１１（ａ）の曲線ＢＣＤ１にほぼ平行な曲線ＢＣＤ２に沿って変化するときの装置条件を第２の装置条件、ストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の値の組が、図１１（ａ）の曲線ＢＣＴ１にほぼ平行な曲線ＢＣＴ２に沿って変化するときの装置条件を第３の装置条件としてもよい。
【０１０９】
これらの装置条件で実際の繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の膜厚及び露光条件を評価する際には、例えば第３の装置条件で得られたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の組の点ＭＰＴと最適値の点ＭＰＣとの符号付きの距離ｄｔｍを求めることで、式（５）からその点ＭＰＴにおける膜厚Ｔの誤差を容易に算出できる。同様に、第１及び第２の装置条件でそれぞれ得られたストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の組の点と最適値の点ＭＰＣとの符号付きの距離を求めることで、式（５）に対応する式からフォーカス位置Ｆ及び露光量Ｄの誤差を容易に算出できる。
【０１１０】
また、図１１（ｃ）に示すように、ポアンカレ球上に良品範囲ＥＧＣを設定することも可能となる。一例として、ウェハ１０のあるショットで計測されるストークスパラメータＳ１〜Ｓ３のそれぞれの平均値の組が良品範囲ＥＧＣ内にあるときには、当該ショットに関しては膜厚Ｔ、露光量Ｄ、及びフォーカス位置Ｆが全部良品範囲にあるとみなすことができる。また、各装置条件に対してそれぞれ膜厚Ｔ、露光量Ｄ、又はフォーカス位置Ｆが良品範囲にあるときのストークスパラメータＳ１〜Ｓ３の範囲を個別に求めてもよい。
【０１１１】
また、上述の実施形態では、図４における条件出しにおいて、コータ・デベロッパ９５におけるレジストの塗布及び露光装置１００の露光により繰り返しパターンが形成された条件振りウェハ１０ａ〜１０ｇを用いてテンプレート情報（演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ））を求め、このテンプレート情報を使用して、図５の評価時に、条件出しで利用したコータ・デベロッパ９５の膜厚条件及び露光装置１００の露光条件（露光量及びフォーカス位置）を求めた。しかしながら、図５の評価時に、そのテンプレート情報（演算式（２Ｄ），（３Ｄ），（４Ｄ））を用いて、コータ・デベロッパ９５とは異なるコータ・デベロッパ（不図示）の膜厚条件、及び／又は露光装置１００とは異なる露光装置（不図示）の露光条件を求めてもよい。この場合、コータ・デベロッパ９５とは異なるコータ・デベロッパ、及び／又は露光装置１００とは異なる露光装置でパターンが形成されたウェハを上述の図５におけるステップ１５８〜１６２のように評価して、ステップ１６４、１６６のようにコータ・デベロッパや露光装置を補正してもよい。また、コータ・デベロッパ９５及び露光装置１００でパターンが形成されたウェハを上述の図５におけるステップ１５８〜１６２のように評価して、その評価結果からステップ１６４、１６６で、コータ・デベロッパ９５とは異なるコータ・デベロッパ、及び／又は露光装置１００とは異なる露光装置を補正してもよい。
【０１１２】
また、検査部６０は、膜厚条件や露光条件を求めるだけでなく、求めた膜厚条件や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膜厚条件や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に提供してもよい。この良否判定は、例えば、求めた膜厚条件や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。
【０１１３】
さらに、上述の実施形態では、露光条件として露光量及びフォーカス位置を評価しているが、露光条件として、露光装置１００における露光光の波長、照明条件（例えばコヒーレンスファクタ（σ値）、投影光学系の開口数、又は液浸露光時の液体の温度等を評価するために上記の実施形態の評価を使用してもよい。
また、上述の実施形態の膜厚条件及び露光条件の評価方法は、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に関して、レジストの膜厚条件及び露光条件の評価を行う場合にも適用できる。
【０１１４】
さらに、上述の実施形態では、図１（ａ）の評価装置１の照明系２０は、ウェハ１０の表面の全面を前記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１２の膜厚及び露光条件を効率的に評価できる。
これに対して、ウェハ１０（被検基板）の表面の一部を偏光光で照明する照明系と、ウェハ１０の表面の一部の像を撮像する撮像素子と、ウェハ１０の表面に平行なＸ方向及びＹ方向に移動可能なステージと、を備える評価装置（不図示）を使用してもよい。この変形例の評価装置では、そのステージによって、その照明系からの偏光光がウェハ１０の表面の全面に順次照射されるように、ウェハ１０が移動される。この変形例では、ウェハ１０の表面を複数の部分に分割し、各部分に形成された繰り返しパターン１２の膜厚及び露光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・ボディで組み込みことも可能となる。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。
【０１１５】
なお、上記の実施形態では、ウェハからの光の偏光の状態を規定する条件をストークスパラメータで表している。しかしながら、その偏光の状態を規定する条件を、いわゆるジョーンズ標記で光学系の偏光特性を表すための２行の複素列ベクトルよりなるジョーンズベクトル（Jones Vector）で表してもよい。ジョーンズ標記は、例えば、参考文献「M.Totzeck, P.Graeupner, T.Heil, A.Goehnermeier, O.Dittmann, D.S.Kraehmer, V.Kamenov and D.G.Flagello: Proc. SPIE 5754, 23(2005)」に記載されているように、光学系の偏光特性を表すための、２行×２列の複素行列（偏光行列）よりなるジョーンズ行列（Jones Matrix）と、当該光学系によって変換される偏光状態を表すためのジョーンズベクトルとで記述される。
【０１１６】
また、偏光の状態を規定する条件をストークスパラメータ及びジョーンズベクトルの両方を用いて表してもよい。さらに、偏光の状態を規定する条件をいわゆるミューラ行列で表すこともできる。
また、上述の実施形態において、露光装置１００は液浸露光法を用いるスキャニングステッパーでもよく、ドライ型のスキャニングステッパー又はステッパー等でもよい。さらに、露光装置として、露光光として波長が１００ｎｍ以下のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light）を使用するＥＵＶ露光装置、又は露光ビームとして電子ビームを用いる電子ビーム露光装置を使用する場合にも上述の実施形態が適用できる。
【０１１７】
なお、本実施形態において、光源部２２からの光を偏光子２６で直線偏光に変換した直線偏光光をウェハへ照明しているがウェハを照明する光は直線偏光光でなくてもよい（図１（ａ）参照）。例えば、ウェハを円偏光で照明してもよい。この場合、例えば、偏光子２６に加えて１／２波長板を設けることにより、光源部２２からの光を偏光子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、偏光子２６を省略することができる。
【０１１８】
また、本実施形態において、１／４波長板３３は、受光系３０の受光側凹面鏡３１で反射された光の光路上に配置されているが、この配置に限定されない。例えば、１／４波長板３３は照明系２０に配置させてもよい。具体的には、照明系２０において、導光ファイバ２４からの光が偏光子２６を通過した光の光路上に配置されてもよい。この場合、偏光子２６と照明側凹面鏡２５との間の光路上に配置される。
【０１１９】
また、図１２に示すように、半導体デバイス（図示せず）は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程（ステップ２２１）、この設計工程に基づいたマスク（レチクル）を製作するマスク製作工程（ステップ２２２）、シリコン材料等からウェハ用の基板を製造する基板製造工程（ステップ２２３）、デバイス製造システムＤＭＳ又はこれを用いたパターン形成方法によりウェハにパターンを形成する基板処理工程（ステップ２２４）、デバイスの組み立てを行うダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等を含む組立工程（ステップ２２５）、並びにデバイスの検査を行う検査工程（ステップ２２６）等を経て製造される。その基板処理工程（ステップ２２４）では、コータ・デベロッパ９５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９５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及び露光条件等を評価する検査工程が実行される。
【０１２０】
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を用いて膜厚及び露光条件を評価し、この評価結果に基づいて例えばその膜厚の条件及び／又は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。
【０１２１】
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】
【０１２２】
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、９５…コータ・デベロッパ、１００…露光装置
【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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