(57)【要約】【課題】アライメントマークの配置の自由度を高め、配置面積の抑制が可能であること。【解決手段】実施形態のアライメントマークは、第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、第１の部分および第３の部分は一部が重なり合い、第２の部分および第４の部分は一部が重なり合い、第１の部分および第３の部分の構造周期は１．２倍以内で等しく、第２の部分および第４の部分の構造周期は等しく、かつ、第１の部分および第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、第１の部分および第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の被転写膜に微細パターンを転写する原版の前記微細パターンが形成された面に一方が設けられ、前記基板の前記微細パターンが転写される面にもう一方が設けられる第１のパターンと第２のパターンとの組を有するアライメントマークであって、
前記原版の前記面および前記基板の前記面に共通するＸＹ座標を設定したとき、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの向きが前記ＸＹ座標に対して一致するよう、前記原版と前記基板とを平行に対向させた場合において、
前記第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、
前記第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、
前記第１の部分および前記第３の部分は一部が重なり合い、
前記第２の部分および前記第４の部分は一部が重なり合い、
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は同一または１．２倍以内で等しく、
前記第２の部分および前記第４の部分の構造周期は等しく、かつ、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、
前記第１の部分および前記第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、
前記第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である、
アライメントマーク。
【請求項２】
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は同一ではなく、周期方向は互いに第１の方向に向かい、
前記第１の部分の周期方向の両側に前記第２の部分が配置され、
前記第３の部分の周期方向の両側に前記第４の部分が配置される、
請求項１に記載のアライメントマーク。
【請求項３】
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は同一であり、少なくとも一方の周期方向は第１の方向に対して斜交しており、
前記第１の部分の前記第１の方向に直交する方向の両側に前記第２の部分が配置され、
前記第３の部分の前記第１の方向に直交する方向の両側に前記第４の部分が配置される、
請求項１に記載のアライメントマーク。
【請求項４】
前記第２の部分のデューティ比が２：２であり、
前記第４の部分のデューティ比が３：１である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアライメントマーク。
【請求項５】
前記第２の部分のデューティ比が４：２である、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアライメントマーク。
【請求項６】
レジストが滴下または塗布された基板を準備する基板準備ステップと、
前記レジストに微細パターンを転写する原版を前記基板上に近接させ、または、前記原版を前記レジストに接触させた状態で、アライメントマークを用いて前記原版と前記基板との位置合わせを行う位置合わせステップと、
前記原版のパターンを前記基板上の前記レジストに押印する押印ステップと、
前記レジストを硬化させる硬化ステップと、
前記原版を前記基板上の前記レジストから離型させる離型ステップと、を含み、
前記アライメントマークは、
前記原版の前記微細パターンが形成された面に一方が設けられ、前記基板の前記微細パターンが転写される面にもう一方が設けられる第１のパターンと第２のパターンとの組を有するアライメントマークであって、
前記原版の前記面および前記基板の前記面に共通するＸＹ座標を設定したとき、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの向きが前記ＸＹ座標に対して一致するよう、前記原版と前記基板とを平行に対向させた場合において、
前記第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、
前記第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、
前記第１の部分および前記第３の部分は一部が重なり合い、
前記第２の部分および前記第４の部分は一部が重なり合い、
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は１．２倍以内で等しく、
前記第２の部分および前記第４の部分の構造周期は等しく、かつ、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、
前記第１の部分および前記第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、
前記第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である、
インプリント方法。
【請求項７】
半導体基板上に被加工膜を形成するステップと、
前記被加工膜上にレジストを滴下または塗布するステップと、
前記レジストに微細パターンを転写する原版を前記半導体基板上に近接させ、または、前記原版を前記レジストに接触させた状態で、アライメントマークを用いて前記原版と前記半導体基板との位置合わせを行う位置合わせステップと、
前記レジストと前記原版の前記微細パターン側の面とが対向するように前記原版を前記レジストに押印して前記微細パターンを転写するステップと、
前記微細パターンが転写された前記レジストをマスクにして前記被加工膜を加工するステップと、を含み、
前記アライメントマークは、
前記原版の前記微細パターンが形成された面に一方が設けられ、前記半導体基板の前記微細パターンが転写される面にもう一方が設けられる第１のパターンと第２のパターンとの組を有するアライメントマークであって、
前記原版の前記面および前記半導体基板の前記面に共通するＸＹ座標を設定したとき、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの向きが前記ＸＹ座標に対して一致するよう、前記原版と前記半導体基板とを平行に対向させた場合において、
前記第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、
前記第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、
前記第１の部分および前記第３の部分は一部が重なり合い、
前記第２の部分および前記第４の部分は一部が重なり合い、
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は１．２倍以内で等しく、
前記第２の部分および前記第４の部分の構造周期は等しく、かつ、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、
前記第１の部分および前記第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、
前記第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である、
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
基板上の被転写膜に微細パターンを転写する原版の前記微細パターンが形成された面に一方が設けられ、前記基板の前記微細パターンが転写される面にもう一方が設けられる第１のパターンと第２のパターンとの組を有するアライメントマークであって、
前記原版の前記面および前記基板の前記面に共通するＸＹ座標を設定したとき、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの向きが前記ＸＹ座標に対して一致するよう、前記原版と前記基板とを平行に対向させた場合において、
前記第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、
前記第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、
前記第１の部分および前記第３の部分は一部が重なり合い、
前記第２の部分および前記第４の部分は一部が重なり合い、
前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は１．２倍以内で等しく、
前記第２の部分および前記第４の部分の構造周期は等しく、かつ、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、
前記第１の部分および前記第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、
前記第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である、
アライメントマークのうち、前記第１のパターン及び前記第２のパターンのいずれか一方を有する基板を保持する第１のステージと、
前記アライメントマークのうち、前記第１のパターン及び前記第２のパターンのいずれか他方を有する原版を保持する第２のステージと、
前記基板と前記原版との位置合わせを行うアライメント部と、
前記第１のステージ、前記第２のステージ、及びアライメント部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記アライメント部により前記第１の部分と前記第３の部分との信号を検出させ、
前記第１の部分と前記第３の部分との変位量を計算し、
前記アライメント部により前記第２の部分と前記第４の部分との信号を検出させ、
前記第２の部分と前記第４の部分とから前記基板と前記原版との変位量および変位の方向を検出し、
前記第１のステージ及び前記第２のステージの少なくともいずれかの位置を検出した前記基板と前記原版との変位量および変位の方向に基づいて補正する、
位置合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アライメントマーク、インプリント方法、半導体装置の製造方法、及び位置合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において微細なパターンを形成する方法として、インプリント処理、近接露光処理、または近接場リソグラフィ処理等が行われる。
【０００３】
このような処理においては、テンプレートまたはレチクル等の原版と、被加工材との間で位置合わせ処理が行われる。位置合わせ処理は、例えば原版と被加工材とのそれぞれに設けられたアライメントマークを用いて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−９２２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
原版と被加工材とにアライメントマークを設けるにあたっては、アライメントマークの配置の自由度が低く、アライメントマークを配置した区画に無駄な領域が生じてしまうことがある。
【０００６】
本発明の実施形態は、配置の自由度を高め、配置面積の抑制が可能なアライメントマーク、インプリント方法、半導体装置の製造方法、及び位置合わせ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のアライメントマークは、基板上のレジストに微細パターンを転写する原版の前記微細パターンが形成された面に一方が設けられ、前記基板の前記微細パターンが転写される面にもう一方が設けられる第１のパターンと第２のパターンとの組を有するアライメントマークであって、前記原版の前記面および前記基板の前記面に共通するＸＹ座標を設定したとき、前記第１のパターン及び前記第２のパターンの向きが前記ＸＹ座標に対して一致するよう、前記原版と前記基板とを平行に対向させた場合において、前記第１のパターンは第１の部分および第２の部分を含み、前記第２のパターンは第３の部分および第４の部分を含み、前記第１の部分および前記第３の部分は一部が重なり合い、前記第２の部分および前記第４の部分は一部が重なり合い、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期は１．２倍以内で等しく、前記第２の部分および前記第４の部分の構造周期は等しく、かつ、前記第１の部分および前記第３の部分の構造周期のうち、いずれか小さい方の構造周期の２倍以上であり、前記第１の部分および前記第３の部分の遮光部と透光部との比であるデューティ比は１：１であり、前記第２の部分のデューティ比はＤ：２であり、Ｄは２以上の整数である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態１にかかるインプリント装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１にかかる半導体装置の製造工程の手順の一例を示すフロー図である。
【図３】図３の（ａ）は、実施形態１にかかるテンプレートの構造の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図４は、実施形態１にかかるウェハのショット領域の構成の一例を示す一部平面図である。
【図５】図５は、実施形態１にかかるテンプレートおよびウェハのアライメントマークの構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、実施形態１にかかるモアレマークの配置の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、実施形態１にかかるアライメントマークの説明に用いる仮想的な面について説明する図である。
【図８】図８は、実施形態１にかかるモアレマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、実施形態１にかかるモアレマークにより生じるモアレ像の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、実施形態１にかかるモアレマークを構成するテンプレートとウェハとのＹマークの構成の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は、実施形態１にかかるＸマークを用いた位置検出処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図１２】図１２は、比較例１にかかるモアレマークの配置の一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の変形例にかかる近接露光装置の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施形態２にかかるアライメントマークの構成例を示す模式図である。
【図１５】図１５は、実施形態２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、実施形態２にかかる重ね合わせマークによる周期ずれの検出手法について説明する模式図である。
【図１７】図１７は、実施形態２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＹマークの構成の一例を示す模式図である。
【図１８】図１８は、実施形態２にかかるＸマークを用いた位置検出処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図１９】図１９は、実施形態２の変形例１にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２０】図２０は、実施形態２の変形例１にかかる重ね合わせマークによる周期ずれの検出手法について説明する模式図である。
【図２１】図２１は、実施形態２の変形例２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２２】図２２は、実施形態２の変形例３にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２３】図２３は、実施形態２の変形例４にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２４】図２４は、実施例にかかるアライメントマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２５】図２５は、実施例１にかかるテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２６】図２６は、実施例１にかかるテンプレートとウェハとのＸマークにより構成される重ね合わせマークの構成の一例を示す模式図である。
【図２７】図２７は、実施例１にかかる重ね合わせマークを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。
【図２８】図２８は、実施例１にかかる重ね合わせマークのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【図２９】図２９は、実施例２にかかるテンプレートとウェハとのＸマークの構成の一例を示す模式図である。
【図３０】図３０は、実施例２にかかるテンプレートとウェハとのＸマークにより構成される重ね合わせマークの構成の一例を示す模式図である。
【図３１】図３１は、実施例２にかかる重ね合わせマークを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。
【図３２】図３２は、実施例２にかかる重ね合わせマークのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【図３３】図３３は、実施例２にかかるＸマークを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との関係を示す図である。
【図３４】図３４は、実施例２にかかるＸマークを用いた位置検出処理の手順の一例を示すフロー図である。
【図３５】図３５は、実施例２にかかるＸマークを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との他の関係を示す図である。
【図３６】図３６は、実施例２にかかるＸマークを用いた位置検出処理の手順の他の例を示すフロー図である。
【図３７】図３７は、実施例２にかかるＸマークを用いたテーブル参照方式による位置検出処理の手順の例を示すフロー図である。
【図３８】図３８は、実施例２にかかるＸマークを用いたテーブル参照方式による位置検出処理に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３９】図３９は、実施例３にかかるテンプレートとウェハとのＹマークの構成の一例を示す模式図である。
【図４０】図４０は、実施例３にかかるテンプレートとウェハとのＹマークにより構成される重ね合わせマークの構成の一例を示す模式図である。
【図４１】図４１は、実施例３にかかる重ね合わせマークを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。
【図４２】図４２は、実施例３にかかる重ね合わせマークのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【図４３】図４３は、実施例４にかかるＸマークを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との関係を示す図である。
【図４４】図４４は、実施例４にかかるＸマークを用いたテーブル参照方式による位置検出処理に用いるテーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１０】
［実施形態１］
図１〜図１３を用い、実施形態１について説明する。実施形態１のアライメントマークは、例えば、インプリント処理時に使用される。まずは、インプリント処理が行われるインプリント装置およびかかるインプリント装置の動作等について以下に説明する。
【００１１】
（インプリント装置の構成例）
図１は、実施形態１にかかるインプリント装置１の構成例を示す図である。図１に示すように、インプリント装置１は、テンプレートステージ８１、載置台８２、基準マーク８５、アライメント部としてのアライメントセンサ８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、光源８９、および制御部９０を備えている。インプリント装置１には、ウェハ２０上の被転写膜としてのレジストに微細パターンを転写する原版（Ｏｒｉｇｉｎａｌ）としてのテンプレート１０がインストールされている。
【００１２】
載置台８２は、ウェハチャック８４、及び本体８３を備える。ウェハチャック８４は、半導体基板としてのウェハ２０を本体８３上の所定位置に固定する。載置台８２上には、基準マーク８５が設けられている。基準マーク８５は、ウェハ２０を載置台８２上にロードする際の位置合わせに用いられる。
【００１３】
載置台８２は、ウェハ２０を載置するとともに、載置したウェハ２０と平行な平面内（水平面内）を移動する。載置台８２は、ウェハ２０にレジストを滴下する際にはウェハ２０を液滴下装置８７の下方側に移動させ、ウェハ２０への転写処理を行う際には、ウェハ２０をテンプレート１０の下方側に移動させる。
【００１４】
ステージベース８８は、テンプレートステージ８１によってテンプレート１０を支持するとともに、上下方向（鉛直方向）に移動することにより、テンプレート１０の微細パターンをウェハ２０上のレジストに押し当てる。
【００１５】
ステージベース８８上には、アライメントセンサ８６が設けられている。アライメントセンサ８６は、ウェハ２０及びテンプレート１０に設けられたアライメントマークに基づき、ウェハ２０の位置検出やテンプレート１０の位置検出を行うセンサである。
【００１６】
液滴下装置８７は、インクジェット方式によってウェハ２０上にレジストを滴下する装置である。液滴下装置８７が備えるインクジェットヘッドは、レジストの液滴を噴出する複数の微細孔を有しており、レジストの液滴をウェハ２０上に滴下する。なお、実施形態１のインプリント装置１では、レジストを滴下するように構成されているが、スピンコート塗布法によって、ウェハ２０上の全面にレジストを塗布してもよい。
【００１７】
光源８９は、例えば紫外線を照射する装置であり、ステージベース８８の上方に設けられている。光源８９は、テンプレート１０がレジストに押し当てられた状態で、テンプレート１０上から光を照射する。
【００１８】
制御部９０は、テンプレートステージ８１、載置台８２、基準マーク８５、アライメントセンサ８６、液滴下装置８７、ステージベース８８、および光源８９を制御する。
【００１９】
なお、少なくとも、テンプレートステージ８１、載置台８２、アライメントセンサ８６、及び制御部９０により、実施形態１の位置合わせ装置が構成される。
【００２０】
（半導体装置の製造工程）
次に、図２を用いて、実施形態１のインプリント装置１を用いたインプリント処理を含む半導体装置の製造工程の例について説明する。図２は、実施形態１にかかる半導体装置の製造工程の手順の一例を示すフロー図である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ウェハ２０上に被加工膜２１を形成し、被加工膜２１上にレジスト２２を滴下する。
【００２２】
具体的には、被加工膜２１が形成されたウェハ２０を載置台８２に載置する。そして、載置台８２を液滴下装置８７の下方に移動させ、液滴下装置８７からレジスト２２の液滴を被加工膜２１上に滴下する。なお、上述のように、スピンコート塗布法によって、ウェハ２０上の全面にレジスト２２を塗布してもよい。その後、載置台８２をテンプレート１０の下方に移動させる。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、テンプレートステージ８１を下方に移動させ、アライメントセンサ８６で位置合わせを行いながら、テンプレート１０の微細パターンをレジスト２２に押し当てる。続いて、テンプレート１０を押し付けた状態で、インプリント装置１の光源８９からレジスト２２に光を照射し、レジスト２２を硬化させる。
【００２４】
ここで、アライメントセンサ８６による位置合わせは、例えば、粗い位置合わせである粗検と、精密な位置合わせとの２段階で行われる。テンプレート１０とウェハ２０とには、予め、粗検で用いる粗検マークと、精密な位置合わせで用いるアライメントマークとが形成されている。粗検は、テンプレート１０とウェハ２０とが接触する前に、テンプレート１０とウェハ２０との粗検マークの位置を調整することで、高速で非破壊的に行われる。ただし、粗検マーク間の距離が離れているために位置精度が粗い。精密な位置合わせは、テンプレート１０とウェハ２０とを近接または接触させた状態で、テンプレート１０とウェハ２０とのアライメントマークを用いて行われる。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、テンプレート１０を離型する。これにより、ウェハ２０の被加工膜２１上には、微細パターンが転写されたレジストパターン２２ｐが形成される。
【００２６】
次に、図２（ｄ）に示すように、微細パターンが転写されたレジストパターン２２ｐをマスクにして被加工膜２１を加工する。これにより、被加工膜パターン２１ｐが形成される。
【００２７】
次に、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン２２ｐをアッシング等により剥離して、ウェハ２０上に形成された被加工膜パターン２１ｐが得られる。
【００２８】
これ以降、上記のような工程を繰り返し、複数の被加工膜パターンをウェハ２０上に形成していくことで、半導体装置が製造される。
【００２９】
（テンプレートおよびウェハの構成例）
次に、図３および図４を用い、実施形態１のテンプレート１０およびウェハ２０の構成例について説明する。
【００３０】
図３の（ａ）は、実施形態１にかかるテンプレート１０の構造の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。実施形態１のテンプレート１０は、クリスタルまたはガラス等の透明な部材で構成されている。
【００３１】
図３に示すように、テンプレート１０は、例えば矩形状のテンプレート基板１１を備える。テンプレート基板１１の表面にはメサ部１２が設けられ、裏面にはザグリ１３が設けられている。
【００３２】
メサ部１２は、テンプレート基板１１の中央部に配置され、例えば矩形状を有している。メサ部１２は、例えばナノオーダサイズの微細パターンが形成されたパターン領域１２ｐを有する。微細パターンは、図２に示す複数の溝が配置されたパターンのほか、複数のドットが配置されたパターン、または、その他の微細パターンであってよい。パターン領域１２ｐの外周部は、粗検マーク及びアライメントマーク等が形成されたマーク領域１２ｍとなっている。
【００３３】
図４は、実施形態１にかかるウェハ２０のショット２０ｓ領域の構成の一例を示す一部平面図である。ショット領域２０ｓは、１回のインプリント（テンプレート１０の押印）でパターニングされる領域である。ウェハ２０に対するインプリント処理が終了すると、ウェハ２０上には複数のショット領域２０ｓが形成されることとなる。
【００３４】
ショット領域２０ｓは、パターン領域２０ｐとカーフ領域２０ｋとを含む。パターン領域２０ｐは、テンプレート１０がウェハ２０上のレジストに押印されることで、テンプレート１０上のパターン領域１２ｐの微細パターンがレジストに転写される領域である。カーフ領域２０ｋは、パターン領域２０ｐの外周部に位置し、テンプレート１０のマーク領域１２ｍと重なる領域に相当する。カーフ領域２０ｋには、テンプレート１０上の粗検マーク及びアライメントマークと重なる位置に、粗検マーク及びアライメントマーク等が予め形成されている。
【００３５】
（アライメントマークの概要）
次に、図５および図６を用い、実施形態１のテンプレート１０およびウェハ２０のアライメントマークの構成例について説明する。
【００３６】
インプリント処理において要求される位置精度はナノオーダであるのに対し、波長が数百ｎｍの光学系による単純な位置合わせには限界がある。そこで、実施形態１のアライメントマークにおいては、モアレ像による拡大効果を用いた高精度な位置合わせ技術が用いられる。すなわち、モアレ像を用いることで位置ずれを拡大投影することができ、高精度な位置合わせが可能となる。このようなモアレ像は、例えば、テンプレート１０およびウェハ２０のアライメントマークのそれぞれに周期構造を持たせ、それぞれの周期間隔をわずかに異ならせることにより発生させることができる。
【００３７】
図５は、実施形態１にかかるテンプレート１０およびウェハ２０のアライメントマーク１５，２５の構成例を示す模式図である。図５においては、被加工膜２１が省略されている。
【００３８】
図５に示すように、テンプレート１０に設けられたアライメントマーク１５と、ウェハ２０に設けられたアライメントマーク２５とは、例えば、共通する周期方向に対して異なる周期を有する。これらのアライメントマーク１５，２５が重なり合うことで、モアレ像を生じるモアレマーク３５が形成される。
【００３９】
具体的には、モアレ像は、暗視野系にて斜入射光を入射して、テンプレート１０とウェハ２０との重なり合ったアライメントマークをモアレマーク３５として観察することで、顕微鏡画像として観測される。モアレマーク３５は、高拡大率、高コントラスト、高Ｓ／Ｎ比であることが好ましい。暗視野系での観測により、高コントラスト化が可能となり、また、背景光の影響が低減されることで高Ｓ／Ｎ比を得ることができる。
【００４０】
モアレマーク３５が発生させるモアレ像の周期方向は、例えばアライメントマーク１５，２５の周期方向と等しい。モアレ像の周期方向に沿ってモアレ像を観測することで、テンプレート１０とウェハ２０との所定方向における位置ずれ量（変位量）を検出することができる。モアレマーク３５は、複数方向の変位量が検出可能なように、複数方向（例えばＸ方向、およびＹ方向）について、それぞれ設けられることが好ましい。
【００４１】
図６は、実施形態１にかかるモアレマーク３５Ｘ，３５Ｙの配置の一例を示す模式図である。モアレマーク３５Ｘ，３５Ｙは、例えば、それぞれが略矩形の形状を有しており、互いに並行に配置されている。
【００４２】
モアレマーク３５Ｘは、モアレ像の周期方向がＸ方向であって、変位の検出が可能な方向がＸ方向である。つまり、モアレマーク３５Ｘは、テンプレート１０とウェハ２０とのＸ方向における変位量を検出可能に構成される。
【００４３】
モアレマーク３５Ｙは、モアレ像の周期方向がＸ方向であって、変位の検出が可能な方向がＹ方向である。つまり、モアレマーク３５Ｙは、テンプレート１０とウェハ２０とのＹ方向における変位量を検出可能に構成される。
【００４４】
なお、実施形態１においては、アライメントマークの個々の構成要素であるＸマーク１５Ｘ，２５Ｘ、Ｙマーク１５Ｙ，２５Ｙ、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘが組み合わされたモアレマーク３５Ｘ、Ｙマーク１５Ｙ，２５Ｙが組み合わされたモアレマーク３５Ｙ、Ｘマーク１５ＸとＹマーク１５Ｙとの組み合わせ、Ｘマーク２５ＸとＹマーク２５Ｙとの組み合わせ等を、いずれもアライメントマークと称することがある。また、これらに粗検マークを含めたものをアライメントマークと称することがある。
【００４５】
ここで、図７を用いて以降の説明に用いる仮想的な面Ｓについて説明する。
【００４６】
図７に示すように、テンプレート１０とウェハ２０とを互いに平行となるよう対向させて配置したとする。また、アライメントマーク１５が設けられたテンプレート１０のメサ部１２の面１５ｓ上には、例えばパターン領域１２ｐを基準とするＸＹ座標が設定されている。また、アライメントマーク２５が設けられたウェハ２０の面２５ｓ上には、例えばパターン領域２０ｐを基準とするＸＹ座標が設定されている。このとき、互いに対向するテンプレート１０のＸ方向およびＹ方向と、ウェハ２０のＸ方向およびＹ方向とを一致させるものとする。つまり、テンプレート１０とウェハ２０とのアライメントマーク１５、２５の向きは、ＸＹ座標に対して一致している。
【００４７】
テンプレート１０とウェハ２０とを以上のように配置したとき、テンプレート１０のメサ部１２の面１５ｓ、およびウェハ２０の面２５ｓは、共通の法線を有する。その共通の法線方向に、面１５ｓ，２５ｓと平行な仮想的な面Ｓを設定する。以降、テンプレート１０とウェハ２０とのＸマーク１５Ｘ，２５Ｘ、及びＹマーク１５Ｙ，２５Ｙ、並びにこれらが組み合わされたモアレマーク３５Ｘ，３５Ｙの説明は、この仮想的な面Ｓにそれらが投影された図形（パターン）に基づき行う。
【００４８】
（Ｘマークの構成例）
次に、図８および図９を用いて、実施形態１のＸマーク１５Ｘ，２５Ｘの構成例について説明する。
【００４９】
図８は、実施形態１にかかるモアレマーク３５Ｘを構成するテンプレート１０とウェハ２０とのＸマーク１５Ｘ，２５Ｘの構成の一例を示す模式図である。図８の（ａ）は、テンプレート１０に設けられるＸマーク１５Ｘであり、（ｂ）は、ウェハ２０に設けられるＸマーク２５Ｘである。
【００５０】
図８において、Ｐ（Ｘ）ｘ，ｔはＸマーク１５ＸのＸ方向における周期間隔であり、Ｐ（Ｘ）ｘ，ｗはＸマーク２５ＸのＸ方向における周期間隔であり、Ｐ（Ｘ）ｙ，ｗはＸマーク２５ＸのＹ方向における周期間隔である。また、ベクトルＶ（Ｘ）ｔ，ｇは、Ｘマーク１５ＸのＸ方向における周期間隔および周期方向を示す。また、ベクトルＶ（Ｘ）ｗ，ｇは、Ｘマーク２５ＸのＸ方向における周期間隔および周期方向を示し、ベクトルＶ（Ｘ）ｗ，ｅは、Ｘマーク２５ＸのＹ方向における周期間隔および延伸方向を示す。
【００５１】
図８に示すように、Ｘマーク１５Ｘは、例えば、ストライプ状の１次元周期構造を有する。かかる１次元周期構造は、多数の平行スリットがＸ方向に等間隔で配列された回折格子パターンである。すなわち、Ｘマーク１５ＸはＸ方向に周期構造を持つ。また、Ｘマーク１５ＸはＹ方向に延伸している。ただし、Ｘマーク１５Ｘの長手方向は、延伸方向と直交するＸ方向である。
【００５２】
Ｘマーク２５Ｘは、例えば、市松格子（チェック模様）状の２次元周期構造を有する。かかる２次元周期構造は、多数の平行スリットがＸ方向およびＹ方向に等間隔で配列された格子パターンである。すなわち、Ｘマーク２５ＸはＸ方向およびＹ方向に周期構造を持つ。また、Ｘマーク２５ＸはＹ方向に延伸している。ただし、Ｘマーク２５Ｘの長手方向は、延伸方向と直交するＸ方向である。
【００５３】
Ｘマーク１５Ｘ，２５ＸのＸ方向における周期はわずかに異なっている。このため、２つのＸマーク１５Ｘ，２５Ｘを重ね合わせることで、上述のモアレマーク３５Ｘが形成される。
【００５４】
図９は、実施形態１にかかるモアレマーク３５Ｘにより生じるモアレ像の一例を示す模式図である。２つのＸマーク１５Ｘ，２５ＸはＸ方向に異なる周期を有することから、Ｘ座標が平均周期間隔Ｐ（Ｘ）ｘ，ａｖｅの２倍分だけ変化するごとに、Ｘ方向にベクトルＶ（Ｘ）ｔ，ｇとＶ（Ｘ）ｗ，ｇとの差分｜ΔＶｇ｜だけパターンがずれる。
【００５５】
平均周期間隔Ｐ（Ｘ）ｘ，ａｖｅ＝（Ｐ（Ｘ）ｘ，ｔ＋Ｐ（Ｘ）ｘ，ｗ）／２
ベクトル差ΔＶｇ＝Ｖ（Ｘ）ｔ，ｇ−Ｖ（Ｘ）ｗ，ｇ
【００５６】
つまり、２つのＸマーク１５Ｘ，２５Ｘには、Ｘ方向において、パターンが重なり合う部分と重なり合わない部分とが生じる。
【００５７】
パターンが重なり合う部分では、Ｘ方向よびＹ方向に略全ての次数の高次回折光が発生し、これらが観測視野に入って明部となる。換言すれば、顕微鏡における照明光の１次回折光または高次回折光が観測開口に入るように周期間隔Ｐ（Ｘ）ｘ，ｔと周期間隔Ｐ（Ｘ）ｘ，ｗとが設定されている。
【００５８】
一方、パターンが重なり合わない部分では、Ｘ方向の回折次数とＹ方向の回折次数との和が偶数となる回折光は大幅に抑制され、回折光が観測視野に入りにくくなって暗部となる。
【００５９】
このように、Ｘ方向においてパターンのずれが生じることで、図９（ａ）に示すように、Ｘ方向に明部と暗部とが周期的に表れるモアレ像が得られる。ここで、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘの一方をＸ方向にわずかにずらすと、図９（ｂ）に示すように、明部と暗部との位置がＸ方向にずれる。このとき、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘの実際の相対位置の変位量よりも大きな周期で位相が変位する。つまり、Ｘ方向の変位量が、Ｘ方向に周期性を有するモアレ像により拡大されて検出される（図６参照）。このようなモアレ像による変位量の拡大効果により、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘの実際の変位量を拡大して捉えることができ、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘによる位置合わせを精度よく行うことができる。
【００６０】
（Ｙマークの構成例）
次に、図１０を用いて、実施形態１のＹマーク１５Ｙ，２５Ｙの構成例について説明する。図１０は、実施形態１にかかるモアレマーク３５Ｙを構成するテンプレート１０とウェハ２０とのＹマーク１５Ｙ，２５Ｙの構成の一例を示す模式図である。図１０の（ａ）は、テンプレート１０に設けられるＹマーク１５Ｙであり、（ｂ）は、ウェハ２０に設けられるＹマーク２５Ｙである。
【００６１】
図１０において、Ｐ（Ｙ）ｘ，ｗはＹマーク２５ＹのＸ方向における周期間隔であり、Ｐ（Ｙ）ｙ，ｗはＹマーク２５ＹのＹ方向における周期間隔である。また、ベクトルＶ（Ｙ）ｗ，ｇは、Ｙマーク２５ＹのＹ方向における周期間隔および周期方向を示し、ベクトルＶ（Ｙ）ｗ，ｅは、Ｙマーク２５ＹのＸ方向における周期間隔および延伸方向を示す。
【００６２】
また、Ｙマーク１５ＹはＸ方向に周期性を有さないので、Ｙマーク１５ＹのＸ方向の周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ，ｔは、Ｙマーク２５Ｙの周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ，ｗと同じ周期間隔となるよう定義されている。Ｐ（Ｙ）ｙ，ｔはＹマーク１５ＹのＹ方向における周期間隔である。また、ベクトルＶ（Ｙ）ｔ，ｇは、Ｙマーク１５ＹのＹ方向における周期間隔（Ｐ（Ｙ）ｘ，ｔ）および周期方向を示し、ベクトルＶ（Ｙ）ｔ，ｅは、Ｙマーク１５ＹのＸ方向における周期間隔および延伸方向を示す。
【００６３】
図１０に示すように、Ｙマーク１５Ｙは、例えば、ストライプ状等の１次元周期構造を有する。かかる１次元周期構造は、多数の平行スリットがＹ方向に等間隔で配列された回折格子パターンである。すなわち、Ｙマーク１５ＹはＹ方向に周期構造を持つ。また、Ｙマーク１５ＹはＸ方向に延伸している。また、Ｙマーク１５Ｙの長手方向は、延伸方向と同様、Ｘ方向である。
【００６４】
Ｙマーク２５Ｙは、例えば、市松格子状の２次元周期構造を有する。かかる２次元周期構造は、多数の平行スリットがＸ方向およびＹ方向に等間隔で配列された格子パターンである。すなわち、Ｙマーク２５ＹはＸ方向およびＹ方向に周期構造を持つ。また、Ｙマーク２５Ｙは、概ねＸ方向に延伸しているが、その延伸方向はＸ方向と完全には一致せず、わずかに斜交する。つまり、Ｙマーク２５Ｙは、Ｙ方向にもわずかに延伸成分を有している。なお、Ｙマーク２５Ｙの長手方向はＸ方向である。
【００６５】
以上のことを端的に表すと、Ｖ（Ｙ）ｔ，ｇ⊥Ｖ（Ｙ）ｔ，ｅであって、Ｖ（Ｙ）ｗ，ｇ⊥Ｖ（Ｙ）ｗ，ｅではないということができる。
【００６６】
さらに、Ｙマーク１５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｔ，ｇと、Ｙマーク２５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｗ，ｇとは、方向および大きさが等しい。つまり、Ｙマーク１５ＹのＹ方向の周期間隔Ｐ（Ｙ）ｙ，ｔと、Ｙマーク２５ＹのＹ方向の周期間隔Ｐ（Ｙ）ｙ，ｗとは等しい。また、Ｙマーク１５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｔ，ｅと、Ｙマーク２５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｗ，ｅとは、一方のＹマーク１５ＹがＸ方向に周期性を有さないため、その周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ，ｔが、Ｙマーク２５ＹのＸ方向の周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ，ｗと等しくなるよう定義されている。
【００６７】
周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ，ｔ＝Ｐ（Ｙ）ｘ，ｗ＝Ｐ（Ｙ）ｘ
周期間隔Ｐ（Ｙ）ｙ，ｔ＝Ｐ（Ｙ）ｙ，ｗ＝Ｐ（Ｙ）ｙ
【００６８】
また、Ｙマーク１５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｔ，ｅと、Ｙマーク２５ＹのベクトルＶ（Ｙ）ｗ，ｅとは、互いに交わり、つまり、外積がゼロでなく、そのベクトル差は定義上、必ずＹ方向に平行となる。
【００６９】
ベクトル差ΔＶｅ＝Ｖ（Ｙ）ｔ，ｅ−Ｖ（Ｙ）ｗ，ｅ
＝ΔＶｔ＋ΔＶｗ
【００７０】
Ｙマーク１５Ｙ，２５Ｙをそれぞれ以上のように構成することで、Ｙマーク１５Ｙ，２５Ｙが組み合わされたモアレマーク３５Ｙにおいては、Ｘ座標が周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘ分だけ変化するごとに、Ｙ方向に｜ΔＶｅ｜だけパターンがずれる。つまり、Ｙ方向において、パターンが重なり合う部分と重なり合わない部分とが生じる。
【００７１】
パターンが重なり合う部分では、Ｘ方向よびＹ方向に略全ての次数の高次回折光が発生し、これらが観測視野に入って明部となる。換言すれば、顕微鏡における照明光の１次回折光または高次回折光が観測開口に入るように周期間隔Ｐ（Ｙ）ｘが設定されている。
【００７２】
一方、パターンが重なり合わない部分では、Ｘ方向の回折次数とＹ方向の回折次数との和が偶数となる回折光は大幅に抑制され、回折光が観測視野に入りにくくなって暗部となる。
【００７３】
このように、Ｙ方向においてパターンのずれが生じることで、Ｘ方向に明部と暗部とが周期的に表れるモアレ像が得られる。つまり、Ｙ方向の変位量が、Ｘ方向に周期性を有するモアレ像により検出される（図６参照）。
【００７４】
（位置合わせ処理の例）
次に、図１１を用いて、実施形態１のＸマーク１５Ｘ，２５Ｘ及びＹマーク１５Ｙ，２５Ｙを用いた位置合わせ処理の例について説明する。図１１は、実施形態１にかかるＸマーク１５Ｘ，２５Ｘを用いた位置合わせ処理の手順の一例を示すフロー図である。以下、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘを用いた位置合わせ処理について説明するが、Ｙマーク１５Ｙ，２５Ｙを用いた場合にも同様の手順で位置合わせ処理を行うことができる。
【００７５】
図１１に示すように、Ｘマーク１５Ｘ，２５Ｘの画像を取得して（ステップＳ１０１）、モアレ信号を抽出する（ステップＳ１０２）。抽出したモアレ信号から、モアレ縞の変位量Ｘを計算し、その変位量Ｘからウェハとテンプレートとの間の変位量を計算して、変位量が目標値を満たすか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００７６】
目標値を満たさない場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ウェハステージ（図１の載置台８２）にフィードバックをかけてウェハステージ位置を修正し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。
【００７７】
目標値を満たす場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）処理を終了する。
【００７８】
以上により、実施形態１のＸマーク１５Ｘ，２５Ｘを用いた位置合わせ処理が終了する。
【００７９】
（比較例）
次に、図１２を用いて、比較例１のアライメントマークについて説明する。比較例１のアライメントマークは、例えば、テンプレートに設けられるＸマーク及びＹマーク、並びにウェハに設けられるＸマーク及びＹマークから構成される。
【００８０】
テンプレートのＸマークは、Ｘ方向に周期性を有するストライプ状の１次元周期構造を有する。ウェハのＸマークは、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する市松格子状の２次元周期構造を有する。テンプレートとウェハとのＸマークは、Ｘ方向における周期間隔がわずかに異なるよう構成される。
【００８１】
図１２に示すように、このようなテンプレートとウェハとのＸマークの組み合わせにより、Ｘ方向における変位量を検出可能なモアレマーク３５Ｘ’が得られる。モアレマーク３５Ｘ’は、モアレ像の周期方向がＸ方向であって、変位の検出が可能な方向がＸ方向である。
【００８２】
テンプレートとウェハとのＹマークは、テンプレートとウェハとのＸマークを９０°回転させたものである。すなわち、テンプレートのＹマークは、Ｙ方向に周期性を有するストライプ状の１次元周期構造を有する。ウェハのＹマークは、Ｘ方向およびＹ方向に周期性を有する市松格子状の２次元周期構造を有する。テンプレートとウェハとのＹマークは、Ｙ方向における周期間隔がわずかに異なるよう構成される。
【００８３】
図１２に示すように、このようなテンプレートとウェハとのＹマークの組み合わせにより、Ｙ方向における変位量を検出可能なモアレマーク３５Ｙ’が得られる。モアレマーク３５Ｙ’は、モアレ像の周期方向がＹ方向であって、変位の検出が可能な方向がＹ方向である。
【００８４】
このようなモアレマーク３５Ｘ’，３５Ｙ’は、互いに直交する向きに配置するしかなく、無駄な領域（デッドスペース）が生じてしまう。とはいえ、空いている無駄な領域に他の構成を混在させることは、モアレマーク３５Ｘ’，３５Ｙ’の識別が困難となり、好ましくない。
【００８５】
実施形態１のモアレマーク３５Ｘ，３５Ｙにおいては、Ｘ方向の変位量およびＹ方向の変位量のいずれであっても、Ｘ方向に周期性を有するモアレ像により検出することができる。したがって、モアレマーク３５Ｘ，３５Ｙを互いに対して並行に配置することができ、無駄な領域を極力減らすことができる。
【００８６】
これにより、アライメントマークの区画面積を比較例１に比べて小さくすることができる。よって、比較例１のアライメントマークを配置するには面積の不足していた余剰スペースに配置することができるなど、ダイを有効に使うことができる。
【００８７】
また、モアレマーク３５Ｘ，３５Ｙを例えば並行に配置することができるため、アライメントマークの配置の自由度を高めることができる。
【００８８】
（変形例）
上述の実施形態１では、モアレマーク３５Ｘ，３５Ｙ等をインプリント処理時のテンプレート及びウェハに適用することとしたが、これに限られない。実施形態１のモアレマークを、例えば、近接露光処理、または、近接場光リソグラフィ処理等に適用してもよい。一例として、図１３を用い、実施形態１のモアレマークを適用する場合の近接露光装置２について説明する。
【００８９】
図１３に示すように、近接露光装置２は、レチクルステージ１０２、レチクルステージ駆動制御装置１０３、露光光発生装置１０４、位置検出照明光学系１０５、位置検出受光光学系１０６、信号演算処理系１０７、ウェハステージ駆動制御装置１０８、検出光測長器１０９、及びウェハステージ１１１を備える。これらの各部は、制御部１９０により制御される。近接露光装置２には、ウェハ１２０上のレジストに微細パターンを転写する原版（Ｏｒｉｇｉｎａｌ）としてのレチクル（またはマスク。以下、レチクルとして説明）１１０がインストールされている。
【００９０】
レチクル１１０は、レチクルステージ１０２により所定の位置に設置される。ウェハ１２０は、ウェハステージ１１１により保持される。これらの間隙と平行度は所望の値になるように、レチクル１１０及びウェハ１２０が保持されている。
【００９１】
レチクル１１０には、微細パターンとアライメントマーク１１５とが設けられている。ウェハ１２０には、アライメントマーク１２５が設けられている。アライメントマーク１１５，１２５には、上述の実施形態１の構成が適用されている。
【００９２】
レチクル１１０のアライメントマーク１１５とウェハ１２０のアライメントマーク１２５とは、位置検出照明光学系１０５で生成された検出光で照明される。レチクル１１０とウェハ１２０とのアライメントマーク１１５，１２５が上下に重なり合う位置に調整されるとモアレマーク１３５が形成される。そして、モアレマーク１３５のモアレ像からの検出光が位置検出受光光学系１０６へ導かれる。
【００９３】
位置検出受光光学系１０６へ導かれた検出光は、信号演算処理系１０７へと送られ、アライメントマーク１１５，１２５の位置が算出される。信号演算処理系１０７は、適正なアライメントマーク１１５，１２５の位置を判定するための演算処理を行い、検出したアライメントマーク１１５，１２５位置の相対位置ずれ、モアレ像の位相，信号強度，Ｓ／Ｎ比を比較処理する機能を有している。
【００９４】
また、信号演算処理系１０７は、レチクルステージ駆動制御装置１０３、ウェハステージ駆動制御装置１０８との信号伝達を行い、各ステージ１０２，１１１の駆動制御の指令を出す。また、信号演算処理系１０７は、検出光測長器１０９により検出されるステージ位置座標情報を共有する。これにより、レチクル１１０とウェハ１２０との位置がアライメントされて、レチクル１１０上の微細パターンが所定の位置精度でウェハ１２０に露光される。露光光発生装置１０４からの露光光は、レチクル１１０を通じてウェハ１２０に照射される。
【００９５】
なお、少なくとも、位置検出照明光学系１０５、位置検出受光光学系１０６、信号演算処理系１０７によりアライメント部が構成され、少なくとも、レチクルステージ１０２、レチクルステージ駆動制御装置１０３、位置検出照明光学系１０５、位置検出受光光学系１０６、信号演算処理系１０７、ウェハステージ駆動制御装置１０８、検出光測長器１０９、ウェハステージ１１１、及び制御部１９０により、変形例の位置合わせ装置が構成される。
【００９６】
（その他の変形例）
上述の実施形態および変形例では、例えばテンプレートとウェハとのＹマークの少なくとも一方を斜交させ、Ｘマーク及びＸマーク共に、Ｘ方向に変位の表れるアライメントマークについて説明したが、これに限られない。Ｘマークとして、実施形態１のＹマーク１５Ｙ，２５Ｙを９０°回転させたものを用いてもよい。この場合、Ｙマークとしては、実施形態のＸマーク１５Ｘ，２５Ｘを９０°回転させたものを用いることができる。これにより、Ｘマーク及びＸマーク共に、Ｙ方向に変位の表れるアライメントマークを構成することができる。
【００９７】
上述の実施形態および変形例では、例えば、テンプレートのＸマーク及びＹマークをストライプ状とし、ウェハのＸマーク及びＹマークをチェック状としたが、これに限られない。例えば、テンプレートのＸマーク及びＹマークをチェック状とし、ウェハのＸマーク及びＹマークをストライプ状としてもよい。または、テンプレートとウェハとのＸマーク及びＹマークをいずれもチェック状としてもよい。ただし、顕微鏡の光源側がストライプ状、光源とは反対側がチェック状であることが好ましい。テンプレートとウェハとのうち、光源側に位置する方がより散乱光等のノイズが発生しやすいからである。アライメントマークをより単純なパターンとすることで、このノイズを低減することができる。
【００９８】
［実施形態２］
図１４〜図２３を用い、実施形態２について説明する。実施形態２のアライメントマークについても、インプリント処理時に使用される場合を例に取る。
【００９９】
上述の実施形態１では、例えばＸ方向に大きく延伸し、Ｙ方向においては圧縮されたアライメントマークについて説明した。これにより、アライメントマークの配置の自由度の向上、配置面積の抑制が可能となる。
【０１００】
一方で、周期構造により発生するモアレ像を用いた上述のようなアライメントマークは、その周期構造に起因する課題として、或る一定以上の変位量を正しく検出することができない。
【０１０１】
例えば、モアレマークの周期構造の特徴周期、つまり、構造周期をＰとし、モアレ像における変位量の拡大率をＭとし、位置検出に必要なモアレ縞の数をＮとし、変位量、つまり位置ずれ量をδｘとする。モアレマークは、１／４Ｐずれるごとに明部と暗部とが入れ替わる。ウェハとテンプレートとで変位が生じていない状態がモアレマークにおいて明部として表れるとした場合、モアレマークにおける暗部は±１／４Ｐのいずれかの変位量が生じていることを意味する。また、変位量が±１／２Ｐの場合は明部として表れ、変位が生じていない状態との区別がつかない。本明細書では、このような状態を周期ずれと呼ぶこととする。
【０１０２】
周期ずれが発生していると、正しい変位量が検出できない。したがって、確実に検出が可能な範囲を検出可能範囲とすると、変位量がδｘ＜±１／４Ｐの範囲が検出可能範囲となる。モアレマークを用いて位置合わせを行うにあたっては、変位量が上記範囲となるよう、予め所定の精度で位置合わせ（粗検）をしておく必要がある。モアレマークによるアライメントの前段階として行う粗検マークによる位置合わせ公差がσである場合、１／４Ｐ＞３σ、すなわち、Ｐ＞１２σ程度となるよう、モアレマークを設計しなければ、アライメントに支障が出る可能性が高くなる。
【０１０３】
また、このときのモアレマークのモアレ縞方向の寸法をＬとすると、Ｌ＞１／２Ｎ・Ｍ・Ｐである。したがって、Ｌ＞６Ｎ・Ｍ・σがモアレマークの小型化の下限となる。仮に３σが５００ｎｍであるとすると、Ｐ＞２μｍでなくてはならず、また、充分な精度を得るのにモアレ縞の本数Ｎ＝３、拡大倍率Ｍ＝２０が必要であるとすると、Ｌ＞６０μｍである。これは、半導体装置の量産においては無視できない大きさであり、アライメントマークの精度を維持したままでサイズを如何に小さくするかが課題となる。
【０１０４】
実施形態２においては、周期ずれの方向を検出する構成をモアレマークに付加することにより、構造周期の下限をＰ＞６σ、あるいはそれ以下に緩和し、よりいっそう小型化が可能なアライメントマークについて説明する。
【０１０５】
（アライメントマークの概要）
図１４を用いて、実施形態２のアライメントマーク１６について説明する。図１４は、実施形態２にかかるアライメントマーク１６の構成例を示す模式図である。
【０１０６】
図１４に示すように、アライメントマーク１６はモアレ部１６ｍと検出部１６ｐとを備える。モアレ部１６ｍは、上述の実施形態１の手法を踏襲したアライメントマーク１５ａの構成を有し、モアレ像を生じさせる部位である。検出部１６ｐは、モアレ部１６ｍに生じる周期ずれを検出可能な部位である。モアレ部１６ｍと検出部１６ｐとの間には境界部１６ｍｐが配置される。
【０１０７】
１つのモアレ部１６ｍに対し、このモアレ部１６ｍを例えばＸ方向両側から挟むように２つの検出部１６ｐを配置することで、アライメントマーク１６全体のサイズの増大を抑えつつ、周期ずれ方向の信号処理がしやすくなる。また、検出部１６ｐの向きは、検出部１６ｐが検出する変位方向ではなく、モアレ部１６ｍが生じさせるモアレ縞が変位に応じて動く方向が望ましい。これにより、アライメントマーク１６全体のサイズ増大を更に抑えることができる。
【０１０８】
モアレ部１６ｍに付随する検出部１６ｐを備えることで、アライメントマーク１６は、アライメントマーク１５ａよりも更に小さく構成することができる。アライメントマーク１５ａの幅Ｌ’が例えばＬ’＝Ｗ’Ｍと表せるのに対し、アライメントマーク１６のモアレ部１６ｍの幅（モアレ縞が動く方向の寸法）をＷＭとし、検出部１６ｐの幅をＷＰとすると、アライメントマーク１６の幅ＬはＬ＝ＷＭ＋２ＷＰと表すことができる。
【０１０９】
（Ｘマークの構成例）
次に、図１５及び図１６を用いて、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘの構成について説明する。図１５は、実施形態２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマーク１６Ｘ，２６Ｘの構成の一例を示す模式図である。
【０１１０】
図１５に示すように、テンプレートのＸマーク１６Ｘ及びウェハのＸマーク２６Ｘは、上述の実施形態１の手法を踏襲するモアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍをそれぞれ備える。つまり、テンプレートのＸマーク１６Ｘにおいて、モアレ部１６Ｘｍは、構造周期がＰＭ，Ｔであって、デューティ比がほぼ１：１のストライプ状パターンから構成される。ウェハのＸマーク２６Ｘにおいて、モアレ部２６Ｘｍは、構造周期がＰＭ，Ｗであって、デューティ比がほぼ１：１のチェック（市松格子）状パターンから構成される。ここで、デューティ比とは、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘ等が有するパターンのうち、観測光を通す透光部と、観測光を通さない遮光部との比である。したがって、デューティ比は、パターンが観測光を通す部分である開口部（窓部）の比（開口比）であるともいえる。また、デューティ比がほぼ１：１とは、デューティ比が１：１で同一である場合、いずれ一方がいずれか他方の１．２倍以内で等しい場合を含む。
【０１１１】
ここで、検出される変位の方向をＸ→（ベクトルＸ）とし、これと直交する方向をＹ→（ベクトルＹ）とする座標系を設定すると、Ｘマーク１６Ｘの構造周期ＰＭ，ＴとＸマーク２６Ｘの構造周期ＰＭ，Ｗとは、互いに向きが同じで、絶対値は等しくなく、ただし互いに近い値である。数式でこれを表すと以下のようになる。
【０１１２】
【数１】
2020154063.tif 000003
【０１１３】
モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍの構造周期の平均値ＰＭ＝（ＰＭ，Ｔ＋ＰＭ，Ｗ）／２を代表周期と呼ぶこととする。モアレ縞は変位量に応じて±Ｘ→方向に移動する。
【０１１４】
Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘのそれぞれの検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐは、上述のモアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍの±Ｘ→方向に併設される。すなわち、検出部１６Ｘｐ，２６ＸｐはＰＭ，Ｔ→の延伸上に存在する。Ｘマーク１６Ｘの検出部１６Ｘｐは、構造周期がＰＰ，Ｔであって、デューティ比がほぼＤ：２（Ｄ≧２）のストライプ状パターンから構成される。Ｘマーク２６Ｘの検出部２６Ｘｐは、構造周期がＰＰ，Ｗであって、デューティ比がほぼ（Ｄ＋１）：１のチェック状パターンから構成される。
【０１１５】
以下に、Ｄ＝２の場合について説明する。つまり、以下の説明において、検出部１６Ｘｐのデューティ比は２：２であり、検出部２６Ｘｐのデューティ比は３：１である。
【０１１６】
検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐの構造周期は、モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍとは異なり、互いに等しく、かつ、モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍの構造周期の約２倍である。
【０１１７】
【数２】
2020154063.tif 000004
【０１１８】
設計を簡便にするため、ＰＰ＝２ＰＭ，Ｔ、またはＰＰ＝２ＰＭ，Ｗとしてもよい。
【０１１９】
検出部２６Ｘｐは、テンプレートとウェハとに変位が生じていない場合に、検出部１６Ｘｐの開口部と重なる部位ＯＰを有する。モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍ同士の重ね合わせ、及び検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐ同士の重ね合わせで形成される重ね合わせマークにおいて、検出部２６Ｘｐの部位ＯＰは重要な意味を持つ。
【０１２０】
また、検出部１６Ｘｐとモアレ部１６Ｘｍとの間には境界部１６Ｘｍｐが存在し、検出部２６Ｘｐとモアレ部２６Ｘｍとの間には境界部２６Ｘｍｐが存在する。後述するように、境界部１６Ｘｍｐ，２６Ｘｍｐの構成についても種々のバリエーションが考えられ、境界部１６Ｘｍｐ，２６Ｘｍｐの重ね合わせで形成されるパターンも上述の重ね合わせマークに含めてもよい。
【０１２１】
図１６は、実施形態２にかかる重ね合わせマーク３６Ｘによる周期ずれの検出手法について説明する模式図である。
【０１２２】
図１６に示すように、モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍが重なり合うことで重ね合わせモアレ部３６Ｘｍが形成される。検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐが重なり合うことで重ね合わせ検出部３５Ｘｐが形成される。重ね合わせマーク３６Ｘは、重ね合わせモアレ部３６Ｘｍ及び重ね合わせ検出部３５Ｘｐから構成され、上述の実施形態１におけるモアレマーク３５Ｘ等に相当する。重ね合わせマーク３６Ｘに、境界部１６Ｘｍｐ，２６Ｘｍｐの重ね合わせパターンを含めてもよい。
【０１２３】
ここで、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘ同士の重ね合わせマーク３６Ｘを観測する際、ウェハ上のＸマーク２６Ｘは、テンプレート上のＸマーク１６Ｘを通して観測される。テンプレートに対してウェハがＸ方向にシフトしていった場合に、Ｘマーク１６Ｘの検出部１６Ｘｐの開口部を通して観測されるウェハ上のＸマーク２６Ｘの検出部２６Ｘｐの見え方について考える。
【０１２４】
検出部１６Ｘｐの開口部から観測される検出部２６Ｘｐがチェック状に見えるとき、かかる観測は暗視野光学系を用いてなされるので、検出部１６Ｘｐの開口部は暗く見える。このことは、重ね合わせ検出部３６Ｘｐが暗部として観測されることを意味する。また、検出部１６Ｘｐの開口部から観測される検出部２６Ｘｐがストライプ状に見えるとき、検出部１６Ｘｐの開口部は明るく見える。このことは、重ね合わせ検出部３６Ｘｐが明部として観測されることを意味する。
【０１２５】
検出部２６Ｘｐの狭い側、つまり、デューティ比３：１の“１”の側は、検出部１６Ｘｐの開口部の幅の約半分である。このため、検出部２６Ｘｐの狭い側が検出部１６Ｘｐの開口部と重なっているときは、検出部１６Ｘｐの開口部から観測される検出部２６Ｘはチェック状となり、検出部１６Ｘｐの開口部が暗く見えることで、重ね合わせ検出部３６
Ｘｐは暗部として観測される。検出部２６Ｘｐの狭い側が検出部１６Ｘｐの開口部から外れると、検出部１６Ｘｐの開口部から観測される検出部２６Ｘはストライプ状となり、検出部１６Ｘｐの開口部が明るく見えることで、重ね合わせ検出部３６Ｘｐは明部として観測される。
【０１２６】
図１６（ａ）は、テンプレートとウェハとの間に変位が無い状態でのＸマーク１６Ｘ，２６Ｘ同士の位置関係を示している。モアレ部２６Ｘｍ右側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐが有する遮光部の左側に隣接して表れ、モアレ部２６Ｘｍ左側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐが有する遮光部の右側に隣接して表れるよう、検出部２６Ｘｐが構成されている。つまり、このとき、右側および左側共に、重ね合わせ検出部３６Ｘｐが暗部として観測されるよう構成されている。
【０１２７】
図１６（ｂ）は、テンプレートに対してウェハが右に１／２ＰＭだけ変位した場合を示している。この場合、モアレ部２６Ｘｍ右側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐが有する遮光部に隠れ、右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐが明部として観測される。このとき、左側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐの開口部の右側に移動するだけなので、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐは暗部のままである。
【０１２８】
図１６（ｃ）は、テンプレートに対してウェハが左に１／２ＰＭだけ変位した場合を示している。この場合、モアレ部２６Ｘｍ左側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐが有する遮光部に隠れ、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐが明部として観測される。このとき、右側の検出部２６Ｘｐでは、上述の検出部２６Ｘｐの狭い側が、テンプレートの検出部１６Ｘｐの開口部の左側に移動するだけなので、右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐは暗部のままである。
【０１２９】
（Ｙマークの構成例）
次に、図１７を用いて、Ｙマーク１６Ｙ，２６Ｙの構成について説明する。図１７は、実施形態２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＹマーク１６Ｙ，２６Ｙの構成の一例を示す模式図である。
【０１３０】
図１７に示すように、テンプレートのＹマーク１６Ｙ及びウェハのＹマーク２６Ｙは、上述の実施形態１の手法を踏襲するモアレ部１６Ｙｍ，２６Ｙｍをそれぞれ備える。つまり、テンプレートのＹマーク１６Ｙにおいて、モアレ部１６Ｙｍは、構造周期がＰＭ，Ｔであって、デューティ比がほぼ１：１のストライプ状パターンから構成される。ウェハのＸマーク２６Ｘにおいて、モアレ部２６Ｘｍは、構造周期がＰＭ，Ｗであって、デューティ比がほぼ１：１のチェック（市松格子）状パターンから構成される。デューティ比がほぼ１：１とは、デューティ比が１：１で同一である場合、いずれ一方がいずれか他方の１．２倍以内で等しい場合を含む。
【０１３１】
ここで、検出される変位の方向をＹ→（ベクトルＹ）とし、これと直交する方向をＸ→（ベクトルＸ）とする座標系を設定すると、Ｙマーク１６Ｙの構造周期ＰＭ，ＴとＹマーク２６Ｙの構造周期ＰＭ，Ｗとは、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘとは異なる以下の数式で表される。
【０１３２】
【数３】
2020154063.tif 000005
【０１３３】
Ｙマーク１６Ｙ，２６Ｙのそれぞれの検出部１６Ｙｐ，２６Ｙｐは、上述のモアレ部１６Ｙｍ，２６Ｙｍの±Ｘ→方向に併設される。すなわち、検出部１６Ｙｐ，２６Ｙｐが存在するのはＰＭ，Ｔ→の延伸上ではない。Ｙマーク１６Ｙの検出部１６Ｙｐは、構造周期がＰＰ，Ｔであって、デューティ比がほぼ２：２のストライプ状パターンから構成される。Ｙマーク２６Ｙの検出部２６Ｙｐは、構造周期がＰＰ，Ｗであって、デューティ比がほぼ３：１のチェック状パターンから構成される。
【０１３４】
検出部１６Ｙｐ，２６Ｙｐの構造周期は、モアレ部１６Ｙｍ，２６Ｙｍとは異なり、互いに等しく、かつ、モアレ部１６Ｙｍ，２６Ｙｍの構造周期の約２倍である。
【０１３５】
【数４】
2020154063.tif 000006
【０１３６】
モアレ部１６Ｙｍ，２６Ｙｍが重なり合うことで重ね合わせモアレ部が形成される。検出部１６Ｙｐ，２６Ｙｐが重なり合うことで重ね合わせ検出部が形成される。重ね合わせマークは、重ね合わせモアレ部および重ね合わせ検出部から構成され、上述の実施形態１におけるモアレマーク３５Ｙ等に相当する。Ｙマーク１６Ｙ，２６Ｙの検出原理は、上述のＸマーク１６Ｘ，２６Ｘの検出原理と同様である。
【０１３７】
（位置合わせ処理の例）
実施形態２の構成においては、モアレ像の周期性に起因する課題を検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐ，１６Ｙｐ，２６Ｙｐで補償している。そこで、実施形態２の構成を用いた位置合わせ処理においては、上述の実施形態１の位置合わせ処理に加えた処理が必要である。
【０１３８】
図１８は、実施形態２にかかるＸマーク１６Ｘ，２６Ｘを用いた位置検出処理の手順の一例を示すフロー図である。以下、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘを用いた位置合わせ処理について説明するが、Ｙマーク１６Ｙ，２６Ｙを用いた場合にも同様の手順で位置合わせ処理を行うことができる。
【０１３９】
図１８に示すように、ステップＳ２０１，Ｓ２０２の処理は、上述の実施形態１のステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様の処理である。
【０１４０】
モアレ縞の変位量Ｘを計算した後、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘの検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐにより周期ずれを検出し（ステップＳ２０３）、周期ずれの有無に応じてモアレ縞の変位量Ｘを補正する（ステップＳ２０４）。
【０１４１】
その後のステップＳ２０５，Ｓ２０６の処理は、上述の実施形態１のステップＳ１０３，Ｓ１０４と同様の処理である。
【０１４２】
周期ずれを検出してモアレ縞の変位を補正する手法は、検出する変位量の範囲および検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐの設計、目的、およびインプリント装置等の精度によって異なる。簡便には、例えばアライメントスコープ内での、検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐのおおよその位置を決めておき、検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐの明暗を検出する手法がある。
【０１４３】
実施形態２のＸマーク１６Ｘ，２６Ｘ及びＹマーク１６Ｙ，２７Ｙにおいては、モアレ部１６Ｘｍ，２６Ｘｍ，１６Ｙｍ，２６Ｙｍと併設される検出部１６Ｘｐ，２６Ｘｐ，１６Ｙｐ，２６Ｙｐを備える。これにより、テンプレートとウェハとの変位量が少なくとも±１／２ＰＭずれの場合まで検出することができる。よって、Ｘマーク１６Ｘ，２６Ｘ及びＹマーク１６Ｙ，２７Ｙの構造周期の下限を少なくともＰ＞６σとすることができる。
【０１４４】
（変形例１）
上述の実施形態２では、Ｘマーク１６Ｘ及びＹマーク１６Ｙにおける検出部１６Ｘｐ，１６Ｙｐのデューティ比を例えば２：２などとしたが、デューティ比がＤ：２（Ｄ＞２）の場合には、ウェハ上のＸマーク及びＹマークのパターン構成をより複雑にすることができ、より高度な機能を付与することが可能である。図１９に、Ｄ＝４の場合のＸマーク１７Ｘ，２７Ｘａの構成例を示す。
【０１４５】
図１９は、実施形態２の変形例１にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマーク１７Ｘ，２７Ｘａの構成の一例を示す模式図である。図１９に示すように、Ｘマーク１７Ｘ，２７Ｘａにおけるそれぞれのモアレ部１７Ｘｍ，２７Ｘｍａは、上述の実施形態２の例と同様、デューティ比が１：１に構成されている。
【０１４６】
テンプレートのＸマーク１７Ｘにおける検出部１７Ｘｐは、デューティ比が４：２であって、“４”にあたる部分が遮光部であり、“２”にあたる部分が透光部（開口部）である。
【０１４７】
ウェハのＸマーク２７Ｘａにおける検出部２７Ｘｐａについては、複数通りの構成が考えられ、また、単純なデューティ比で表すことのできない構成である。そこで、ここでは、検出部２７Ｘｐａをストライプとチェックとの混合パターンであると考えることとする。
【０１４８】
図１９（ａ）に示すように、検出部２７Ｘｐａは、上部にストライプ：チェック＝４：２の構成を有する。
【０１４９】
図１９（ｂ）に示すように、検出部２７Ｘｐａは、下部にストライプ：チェック＝２：４の構成を有する。
【０１５０】
検出部２７Ｘｐａの上部および下部ともに、テンプレートとウェハとに変位が生じていない場合に、検出部１７Ｘｐの開口部と重なる部位ＯＰを有する。
【０１５１】
図２０は、実施形態２の変形例１にかかる重ね合わせマーク３７Ｘによる周期ずれの検出手法について説明する模式図である。
【０１５２】
図２０（ａ）は、テンプレートとウェハとの間に変位が無い状態での、重ね合わせマーク３７Ｘを構成するＸマーク１７Ｘ，２７Ｘａ同士の位置関係を示している。このときの重ね合わせ検出部３７Ｘｐは左右共に、暗部として観測される。
【０１５３】
図２０（ｂ）は、テンプレートに対してウェハが右に１／２ＰＭだけ変位した場合を示している。この場合、右側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐが暗部の状態を維持したまま、左側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐが明部として観測される。ここまでは、上述のＤ＝２の場合と同様である。
【０１５４】
図２０（ｃ）は、テンプレートに対してウェハが右にＰＭだけ変位した場合を示している。この場合、左側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐが明部として観測される。一方、右側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐは、上部だけ明部として観測され、下部は暗部の状態を維持する。
【０１５５】
図２０（ｄ）は、テンプレートに対してウェハが右に３／２ＰＭだけ変位した場合を示している。この場合、右側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐが、上部が明部で下部が暗部の状態を維持したまま、左側の重ね合わせ検出部３７Ｘｐにおいては、上部が明部の状態を維持したまま、下部が暗部に転ずる。
【０１５６】
以上のように、テンプレートとウェハとの変位が無い場合、テンプレートに対してウェハが右に１／２ＰＭだけ変位した場合、ＰＭだけ変位した場合、及び３／２ＰＭだけ変位した場合のいずれにおいても、左右の重ね合わせ検出部３７Ｘｐは、異なった組み合わせの明暗の状態が検出される。つまり、テンプレートとウェハとの変位が無い状態、テンプレートに対してウェハが右に１／２ＰＭだけ変位した状態、ＰＭだけ変位した場合、及び３／２ＰＭだけ変位した状態を区別可能である。
【０１５７】
したがって、上記のような検出部１７Ｘｐ，２７Ｘｐａの構成を用いることにより、少なくともモアレ部１７Ｘｐ，２７Ｘｐａの代表周期１周期分の変位量を、その変位の方向も含めて検出可能となる。また、後述するように、充分にＳ／Ｎ比の小さい状態で、左右の重ね合わせ検出部３７Ｘｐの微妙な明度の差異を勘案することにより、±１．５周期分の変位を感知できる。これにより、モアレ部１７Ｘｐ，２７Ｘｐａの構造周期の下限を少なくともＰＭ＞３σまで微細化することができる。
【０１５８】
ただし、アライメント用の照明光源の波長をλとするとき、ＰＭ＞λとなると、照明光そのものがテンプレート上のパターンを透過できなくなり、モアレ信号のＳ／Ｎ比が大幅に低下する恐れがある。したがって、現実的にはＰＭ＞ｍａｘ（３σ，λ）となるようＸマーク１７Ｘ，２７Ｘａを構成するのが望ましい。
【０１５９】
（変形例２）
次に、図２１を用いて、実施形態２の変形例２のＸマーク１７Ｘ，２７Ｘｂについて説明する。図２１は、実施形態２の変形例２にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマーク１７Ｘ，２７Ｘｂの構成の一例を示す模式図である。変形例２のＸマーク２７Ｘｂにおいては、境界部２７Ｘｍｐの構成が上述の変形例１とは異なる。
【０１６０】
図２１に示すように、変形例２においても、テンプレート上のＸマーク１７Ｘは変形例１と同様に構成されている。
【０１６１】
Ｘマーク２７Ｘｂのモアレ部２７Ｘｍと検出部２７Ｘｐとの境界部２７Ｘｍｐは、テンプレートとウェハとの変位量がゼロのときに、モアレ部２７Ｘｍに近接する検出部２７ＸｐにおいてＸマーク１７Ｘの検出部１７Ｘｐの遮光部と重なる部分が、上述の変形例１とは異なっている。
【０１６２】
より具体的には、Ｘマーク２７Ｘｂのモアレ部２７Ｘｍと検出部２７Ｘｐとの境界部２７Ｘｍｐは、Ｘマーク１７Ｘとの重ね合わせで構成される重ね合わせマークにおいて、テンプレートとウェハとの変位量によらず、常に暗部として観測されるように構成されている。テンプレートとウェハとの変位量によらず、重ね合わせモアレ部と重ね合わせ検出部との信号が分断されるため、画像処理の際にエラーが発生しにくい。
【０１６３】
（変形例３）
次に、図２２を用いて、実施形態２の変形例３のＸマーク１７Ｘ，２７Ｘｃについて説明する。図２２は、実施形態２の変形例３にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマーク１７Ｘ，２７Ｘｃの構成の一例を示す模式図である。変形例３のＸマーク２７Ｘｃにおいては、境界部２７Ｘｍｐの構成に加えて検出部２７Ｘｐｃの構成が、上述の変形例１とは異なる。
【０１６４】
図２２に示すように、変形例３においても、テンプレート上のＸマーク１７Ｘは変形例１と同様に構成されている。
【０１６５】
変形例３においては、ウェハ上のＸマーク２７Ｘｃの境界部２７Ｘｍｐが、変形例２と同様に構成されている。
【０１６６】
Ｘマーク２７Ｘｃの検出部２７Ｘｐｃは、Ｘマーク１７Ｘの開口部を基準として、上述の変形例１のＸマーク２７Ｘａの検出部２７ＸｐａをＸ方向に鏡像反転させた構成を有する。つまり、Ｘマーク２７Ｘｃは、変形例２のＸマーク２７Ｘｂとは、検出部２７Ｘｐｃのみが異なる。
【０１６７】
これにより、Ｘマーク２７Ｘｃの検出部２７Ｘｐｃは、Ｘマーク１７Ｘの検出部１７Ｘｐとの重ね合わせで構成される重ね合わせ検出部において、テンプレートとウェハとの変位の方向に対して、変形例１，２とは明暗が左右逆に観測されることとなる。つまり、テンプレートに対してウェハが右に１／２ＰＭだけ変位した場合、右側の重ね合わせ検出部が明部として観測される。
【０１６８】
（変形例４）
次に、図２３を用いて、実施形態２の変形例４のＸマーク１７Ｘｄ，２７Ｘｄについて説明する。図２３は、実施形態２の変形例４にかかる重ね合わせマークを構成するテンプレートとウェハとのＸマーク１７Ｘｄ，２７Ｘｄの構成の一例を示す模式図である。変形例４のＸマーク２７Ｘｄにおいては、境界部１７Ｘｍｐｄ，２７Ｘｍｐｄの構成が上述の変形例１とは異なる。
【０１６９】
図２３に示すように、Ｘマーク１７Ｘｄにおいては、検出部１７Ｘｐｄがストライプ状のパターンの遮光部から始まるよう、モアレ部１７Ｘｍｄと検出部１７Ｘｐｄとの境界部１７Ｘｍｐｄが構成されている。これにより、例えばＤ≧４の場合、ストライプ状の遮光部の幅がモアレ部１７Ｘｍｄの構造周期の２倍以上となり、ウェハ上のＸマーク２７Ｘｄにおける境界部２７Ｘｍｐｄのパターンが遮蔽されることとなる。よって、ウェハ上のＸマーク２７Ｘｄにおいて、モアレ部２７Ｘｍｄと検出部２７Ｘｐｄとの構造周期が異なっていても、重ね合わせマークの識別等が容易となる。したがって、Ｘマーク２７Ｘｄにおいて、モアレ部２７Ｘｍｄと検出部２７Ｘｐｄとの構造周期の比が整数比に近くなくてもよく、例えば１：１．５などとすることができる。
【０１７０】
［実施例］
次に、図２４〜図４４を用い、実施形態２にかかるアライメントマークを実施例に適用する場合について説明する。アライメントマークの実施例への適用にあたっては、主にパターン形成上の制約、および散乱光を抑制する観点からの制約を受ける。
【０１７１】
パターン形成上の制約について詳述する。テンプレートにアライメントマーク等のパターンを形成するには、例えば、マスタテンプレートを用い、テンプレートに対してインプリント処理を行う。ウェハにアライメントマーク等のパターンを形成するには、例えば、レチクルを用い、ウェハに対して露光処理を行う。マスタテンプレート及びレチクルにパターンを形成するには、例えば、電子ビームによる高精細で低スループットの描画を行う。このとき、極力、描画のスループットを上げるため、描画パターンを矩形で構成することがある。このため、テンプレート及びウェハのアライメントマーク等も微細な矩形の組み合わせで構成されることとなる。
【０１７２】
散乱光の抑制について詳述する。アライメントマークの観測には、暗視野光学系を用いるため、周期構造の途絶部（アライメントマークの端部）で、モアレ像等の重ね合わせ像からの散乱光（検出光）よりも大きな散乱光（ノイズ）が生じてしまうことがある。アライメントマーク等が他のパターンと隣接している場合にも、このようなノイズが生じることがある。そこで、アライメントマークを囲むよう、光学分解能程度の幅を有する空白帯をノイズキャンセルパターン（ＮＣＰ）として配置することが好ましい。
【０１７３】
図２４に示すように、実際のアライメントマークを構成するにあたっては、例えば上述の実施形態２のアライメントマークを基本とし、照明光に応じて周囲にノイズキャンセリングパターンＮＣＰを配置したり、必要に応じてストライプパターンやチェックパターンをより微細なライン状、ブロック状、またはドット状のパターンで構成したりする。
【０１７４】
（実施例１）
図２５に、実施形態２にかかるＸマーク１６Ｘ，２６Ｘの実施例への適用例を示す。図２５は、実施例１にかかるテンプレートとウェハとのＸマーク１６Ｘａ，２６Ｘａの構成の一例を示す模式図である。
【０１７５】
図２５に示すように、テンプレート上のＸマーク１６Ｘａは、Ｘ方向の幅が例えば４７．００μｍ、Ｙ方向の幅が例えば２０．２４μｍとなるよう構成されている。
【０１７６】
Ｘマーク１６Ｘａは、モアレ部１６Ｘｍａにおいて、構造周期ＰＭ，Ｔが１０５０ｎｍ、周期数が３５．２４、より詳細には遮光部３５、透光部３６．２４のストライプ状パターンを有する。モアレ部１６Ｘｍａ両側の検出部１６Ｘｐａにおいては、構造周期ＰＰ，Ｔが２０００ｎｍのストライプ状パターンを有する。モアレ部１６Ｘｍａの周期数が整数となっていないのは、検出部１６Ｘｐａとの境界部において、モアレ部１６Ｘｍａと検出部１６Ｘｐａとの整合性を取っているためである。
【０１７７】
また、Ｙ方向の両端部には、後述するＸマーク２６ＸａのＹ方向の構造周期の１周期分、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰが付加されている。より具体的には、Ｙ方向の外縁部ではパターン幅を漸減させ楔形とすることで、等価的な散乱面積を減じている。
【０１７８】
ウェハ上のＸマーク２６Ｘａは、Ｘ方向の幅が例えば４７．００μｍ、Ｙ方向の幅が例えば２０．２４μｍとなるよう構成されている。
【０１７９】
Ｘマーク２６Ｘａは、モアレ部２６Ｘｍａにおいて、Ｘ方向の構造周期ＰＭ，Ｗが１０００ｎｍ、周期数が３７のチェック状パターンを有する。モアレ部２６Ｘｍａ両側の検出部２６Ｘｐａにおいては、Ｘ方向の構造周期ＰＰ，Ｗが２０００ｎｍのチェック状パターンを有する。
【０１８０】
また、モアレ部２６Ｘｍａ及び検出部２６Ｘｐａともに、Ｙ方向の構造周期ＰＸが４．５μｍであり、この構造周期の１周期分、Ｙ方向の両側にノイズキャンセリングパターンＮＣＰを付加している。より具体的には、Ｙ方向の外縁部にて各矩形のＹ方向の幅を狭めることで、等価的な散乱面積を減じている。
【０１８１】
図２６は、実施例１にかかるテンプレートとウェハとのＸマーク１６Ｘａ，２６Ｘａにより構成される重ね合わせマーク３６Ｘａの構成の一例を示す模式図である。
【０１８２】
図２６は、テンプレートとウェハとの変位が無い状態で、テンプレート上方から、テンプレートのＸマーク１６Ｘａ越しにウェハのＸマーク２６Ｘａを観測したときの様子を示している。
【０１８３】
Ｘマーク１６Ｘａ，２６Ｘａが重なり合って構成される重ね合わせマーク３６Ｘａにおいて、重ね合わせモアレ部３６Ｘｍａの構造周期ＰＭは１０２５ｎｍであり、モアレ像による変位量の投影倍率は２０．５倍となる。
【０１８４】
検出部１６Ｘｐａ，２６Ｘｐａから構成される重ね合わせ検出部３６Ｘｐａにおいては、ウェハの変位の方向と反対側が明部として観測されるように設計されている。
【０１８５】
重ね合わせモアレ部３６Ｘｍａと重ね合わせ検出部３６Ｘｐａとの境界には重ね合わせ境界部３６Ｘｍｐａが形成されている。
【０１８６】
図２７は、実施例１にかかる重ね合わせマーク３６Ｘａを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。図２７（ａ）〜（ｄ）は、テンプレートに対してウェハがＸ方向に０ｎｍ、＋２５０ｎｍ、＋５００ｎｍ、＋１０００ｎｍ変位したときに得られる画像のシミュレーションである。
【０１８７】
図２８は、実施例１にかかる重ね合わせマーク３６ＸａのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【０１８８】
図２７及び図２８の例において、光源としては±Ｙ方向の二重極照明を用いるものとした。Ｘマーク１６Ｘａ，２６Ｘａは、Ｙ方向両端部にノイズキャンセリングパターンＮＣＰが配置され、±Ｙ方向の二重極照明に対応することができる。
【０１８９】
Ｘマーク１６Ｘａ，２６Ｘａが有するモアレ部１６Ｘｍａ，２６Ｘｍａにおいて、重ね合わせモアレ部３６Ｘａからは、＋２５０ｎｍ変位と−２５０ｎｍ変位との区別がつかない。したがって、変位を検出できるのは、−２５０ｎｍ〜＋２５０ｎｍ、つまり、−１／４Ｐ〜＋１／４Ｐの範囲に留まる。
【０１９０】
図２７及び図２８に示すように、モアレ部１６Ｘｍａ，２６Ｘｍａに付随する検出部１６Ｘｐａ，２６Ｘｐａにより、ウェハの変位の方向と反対側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐａからの信号が変化することにより、少なくとも−５００ｎｍ〜＋５００ｎｍ、つまり、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲で明確に区別可能に変位量が検出できることが判る。
【０１９１】
また、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲外の変位量では、ウェハの変位の方向と同じ側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐａからの信号も変化し始める。このとき、−７５０ｎｍ〜＋７５０ｎｍ、つまり、−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐの範囲内までは、左右の検出部の明度には差異がある。このため、Ｓ／Ｎ比が充分に高い状態で画像を取得することができれば、変位の方向を区別可能である。
【０１９２】
よって、これらのＸマーク１６Ｘａ，２６Ｘａは、Ｘ方向の変位をＸ方向に移動するモアレ縞として投影することができ、かつ、少なくとも−５００ｎｍ〜＋５００ｎｍ、つまり、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲、所定の条件下においては更に−７５０ｎｍ〜＋７５０ｎｍ、つまり、−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐの範囲で、テンプレートとウェハとの変位を検出することができる。
【０１９３】
（実施例２）
図２９に、実施形態２にかかるＸマーク１６Ｘ，２６Ｘの実施例への他の適用例を示す。図２９は、実施例２にかかるテンプレートとウェハとのＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂの構成の一例を示す模式図である。
【０１９４】
図２９に示すように、テンプレート上のＸマーク１６Ｘｂは、Ｘ方向の幅が例えば５０．１６μｍ、Ｙ方向の幅が例えば１１．２４μｍとなるよう構成されている。
【０１９５】
Ｘマーク１６Ｘｂは、モアレ部１６Ｘｍｂにおいて、構造周期ＰＭ，Ｔが１０５０ｎｍのストライプ状パターンを有する。モアレ部１６Ｘｍｂ両側の検出部１６Ｘｐｂにおいては、構造周期ＰＰ，Ｔが２０００ｎｍのストライプ状パターンを有する。
【０１９６】
また、Ｘ方向の両端部およびＹ方向の両端部には、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰが付加されている。より具体的には、Ｘ方向の外縁部ではパターン幅を狭めることで、また、Ｙ方向の外縁部ではパターン幅を漸減させ楔形とすることで、等価的な散乱面積を減じている。
【０１９７】
ウェハ上のＸマーク２６Ｘｂは、Ｙ方向の幅が例えば１０．７μｍとなるよう構成されている。このように、ウェハ側のＸマーク２６Ｘｂよりもテンプレート側のＸマーク１６Ｘｂを若干大きく構成しているのは、ウェハ側よりもテンプレート側の方が光散乱の影響が大きいためである。
【０１９８】
Ｘマーク２６Ｘｂは、モアレ部２６Ｘｍｂにおいて、Ｘ方向の構造周期ＰＭ，Ｗが１０００ｎｍのチェック状パターンを有する。モアレ部２６Ｘｍｂ両側の検出部２６Ｘｐｂにおいては、Ｘ方向の構造周期ＰＰ，Ｗが２０００ｎｍのチェック状パターンを有する。
【０１９９】
また、Ｘ方向の両端部およびＹ方向の両端部には、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰが付加されている。より具体的には、チェック状パターンを構成する矩形をＹ方向に分割し、Ｘ方向およびＹ方向の外縁部にて各矩形のＹ方向の幅を狭めることで、等価的な散乱面積を減じている。
【０２００】
図３０は、実施例２にかかるテンプレートとウェハとのＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂにより構成される重ね合わせマーク３６Ｘｂの構成の一例を示す模式図である。
【０２０１】
図３０は、テンプレートとウェハとの変位が無い状態で、テンプレート上方から、テンプレートのＸマーク１６Ｘｂ越しにウェハのＸマーク２６Ｘｂを観測したときの様子を示している。
【０２０２】
Ｘマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂが重なり合って構成される重ね合わせマーク３６Ｘｂにおいて、重ね合わせモアレ部３６Ｘｍｂの構造周期ＰＭは１０２５ｎｍであり、モアレ像による変位量の投影倍率は２０．５倍となる。
【０２０３】
検出部１６Ｘｐｂ，２６Ｘｐｂから構成される重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂにおいては、ウェハの変位の方向と同じ側が明部として観測されるように設計されている。
【０２０４】
重ね合わせモアレ部３６Ｘｍｂと重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂとの境界には重ね合わせ境界部３６Ｘｍｐｂが形成されている。
【０２０５】
図３１は、実施例２にかかる重ね合わせマーク３６Ｘｂを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。図３１（ａ）〜（ｄ）は、テンプレートに対してウェハがＸ方向に０ｎｍ、＋２５０ｎｍ、＋５００ｎｍ、＋１０００ｎｍ変位したときに得られる画像のシミュレーションである。
【０２０６】
図３２は、実施例２にかかる重ね合わせマーク３６ＸｂのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【０２０７】
図３１及び図３２の例において、光源としては±Ｙ方向の二重極照明を用いるものとした。ただし、上述のように、Ｘマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂは、それぞれＸ方向及びＹ方向の両方にノイズキャンセリングパターンＮＣＰを備えているので、四重極照明でも機能させることができる。
【０２０８】
図３１及び図３２に示すように、モアレ部１６Ｘｍｂ，２６Ｘｍｂに付随する検出部１６Ｘｐｂ，２６Ｘｐｂでは、実施例１とは異なり、ウェハの変位の方向と同じ側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが明部として観測される。この点を除き、実施例２のＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂは、実施例１のＸマーク１６Ｘａ，２６Ｘａと同様の機能を有する。
【０２０９】
図３３は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との関係を示す図である。
【０２１０】
図３３において、変位量は重ね合わせモアレ部３６Ｘｍｂの代表周期ＰＭで規格化している。図３３左右の信号ＳＬ，ＳＲは、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが明部として観測されていることを示す。
【０２１１】
図３３の破線Ｃはモアレ縞の動く範囲の中心位置を表す。図３３の破線Ｄはモアレ像により変位量が検出される範囲を表し、その範囲は、ＸＬ＝１／４ＰＭとしたとき±ＸＬ程度である。モアレ像による変位量がこの範囲外となるとき、より中心に近い側のモアレ縞を検出してしまう。
【０２１２】
図３３の破線Ａは、実際に検出されるモアレ像の変位量を表す。破線Ａの範囲の中心位置は、２つのモアレマークを配置し差動を検出する場合には互いの重心の位置関係から抽出することができ、単独のモアレマークで検出する場合には破線Ｃの位置を参照することで知ることができる。アライメントスコープの視野の位置精度が充分高ければ、アライメントスコープ視野内の座標で決めてもよい。
【０２１３】
図３３の破線Ｔは、モアレ像から得られる真の変位量を表し、補正したモアレ像による変位量が破線Ｔと一致すれば正しい変位が検出できたことを意味する。なお、重ね合わせモアレ部３６Ｘｍｂ両外側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの範囲は、モアレ縞の動く範囲の中心位置からの相対位置、またはアライメントスコープ内の座標で知ることができる。
【０２１４】
図３４は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いた位置検出処理の手順の一例を示すフロー図である。
【０２１５】
図３４において、モアレ像による変位量Ｘは既に抽出済みであるものとし、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが共に暗部として観測されれば（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、テンプレートとウェハとの変位が±１／２Ｐの範囲内であると考えられ、補正することなく処理が終了する。右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが明部として観測されれば（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）＋Λ分を変位量Ｘに加えることで（ステップＳ２１３）、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが明部として観測されれば（ステップＳ２１４：Ｙｅｓ）−Λ分を変位量Ｘに加えることで（ステップＳ２１５）、それぞれ補正がなされ、処理が終了する。左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが共に明部として観測された場合には（ステップＳ２１１，Ｓ２１２，Ｓ２１４：Ｎｏ）、テンプレートとウェハとの変位量が検出可能な範囲を逸脱しているものとしてエラー終了する。
【０２１６】
ただし、重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの明暗の閾値の設定には注意が必要である。例えば、重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの信号強度が重ね合わせモアレ部３６Ｘｍｂの信号強度を超えたら明部として観測されたものとする。
【０２１７】
ここで、重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの信号を単なる明部または暗部としてではなく、明度に応じて明部の信号をさらに強弱に分けることにより、より広い範囲で変位量を検出することができる。
【０２１８】
図３５は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との他の関係を示す図である。
【０２１９】
図３５左右の信号ＳＬｓ，ＳＲｓは、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが、信号強度の高い明部として観測されていることを示す。図３５左右の信号ＳＬｗ，ＳＲｗは、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが、信号強度の低い明部として観測されていることを示す。
【０２２０】
図３５に示すように、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲では、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂのどちらか一方が暗部として観測されていたものが、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲外においては、明度が徐々に上がり始める。つまり、明部と暗部との遷移状態の領域において、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂはそれぞれ、信号強度の低い明部として観測される。これを、必要に応じて通常の明部、つまり、信号強度の高い明部と区別する。
【０２２１】
図３６は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いた位置検出処理の手順の他の例を示すフロー図である。
【０２２２】
図３６に示すように、ステップＳ２１１〜Ｓ２１５までは、上述の図３４のフローと同様である。左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが共に明部として観測された場合には（ステップＳ２１１，Ｓ２１２，Ｓ２１４：Ｎｏ）、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの明度、つまり、信号強度を比較する。右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの信号強度が例えば５０％以上、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂより高ければ（ステップＳ２１６：Ｙｅｓ）、＋Λを変位量Ｘに加え（ステップＳ２１７）、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの信号強度が例えば５０％以上、右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂより高ければ（ステップＳ２１８：Ｙｅｓ）、−Λを変位量Ｘに加えることで（ステップＳ２１９）、それぞれ補正がなされ、処理が終了する。左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの信号強度が例えば５０％未満である場合は（ステップＳ２１６，Ｓ２１８：Ｎｏ）、変位量が検出可能な範囲を逸脱しているものとしてエラー終了する。
【０２２３】
なお、変位量が−１Ｐ〜＋１Ｐの範囲内において、−Ｐ近傍と＋Ｐ近傍とでは、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態が略同一となるため、変位の方向の判別がつき難い。充分に精度を保つため、図３６の手法において、変位量の検出可能範囲は−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐの範囲に限定される。
【０２２４】
ここで更に、上述の図３６等のフローのように、条件分岐が多数あり、複雑な処理フローは、煩雑になりすぎるきらいがある。そこで、テーブルを参照して処理フローを単純化する手法も考えられる。
【０２２５】
図３７は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いたテーブル参照方式による位置検出処理の手順の例を示すフロー図である。
【０２２６】
図３７に示すように、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態を抽出する（ステップＳ２２１）。変位量Ｘの値に基づいてテーブルを参照し、補正係数ＮΛを取得する（ステップＳ２２２）。右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態、及びモアレ縞の変位量Ｘの状態を観測値としてエラー判定し（ステップＳ２２３）、観測値がエラー値でなければ（ステップＳ２２３：Ｎｏ）、Ｘに（Λ×ＮΛ）を加えることで補正がなされ（ステップＳ２２４）、処理が終了する。観測値がエラー値であれば（ステップＳ２２３：Ｙｅｓ）、エラー終了する。
【０２２７】
図３８は、実施例２にかかるＸマーク１６Ｘｂ，２６Ｘｂを用いたテーブル参照方式による位置検出処理に用いるテーブルの一例を示す図である。図３８のテーブルにおいては、観測値のうち、右側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態を「Ｒ」とし、左側の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態を「Ｌ」とし、モアレ縞の変位量Ｘの状態を「ＸＤ」としている。
【０２２８】
図３８に示すように、テーブルにおいて、左右の重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂの状態「Ｒ」「Ｌ」が、暗部であればゼロ、明部であれば２、信号強度の低い明部であれば１などとする。モアレ縞の変位量Ｘの状態「ＸＤ」が、変位量Ｘ≒０の例えば｜Ｘ｜＜０．２ＸＬであれば１、Ｘ≒±ＸＬの例えば｜Ｘ｜＞０．８ＸＬであれば±２などとする。変位量Ｘがそれ以外の値であるときは、Ｘ＜０のときモアレ縞の変位量Ｘの状態「ＸＤ」が−１、Ｘ＞０のときモアレ縞の変位量Ｘの状態「ＸＤ」が＋１などとする。テーブルの右欄の補正係数ＮΛは補正すべき値を示しており、Λで規格化されている。
【０２２９】
テーブルを１つの関数と見做せば、補正係数ＮΛ＝ｆ（Ｒ，Ｌ，ＸＤ）であり、関数ｆが各々の観測値の組み合わせにおいて唯一の解を持つ、つまり、観測値の組み合わせが１つ以下である条件と範囲とが補正可能な範囲、すなわち、変位量の検出が可能な範囲となる。
【０２３０】
ここで、同じ変位量Ｘに対し、観測値の組み合わせが複数存在するのは以下の理由による。例えば変位量が１／４Ｐにおいては、変位量の僅かな違いにより、モアレ縞の検出される位置が＋ＸＬまたは−ＸＬのどちらかになるので、両者を明確に区別し、正しく補正する必要があるためである。同様に、重ね合わせ検出部３６Ｘｐｂが暗部から明部に転ずる遷移状態の領域、つまり、信号強度の低い明部においても、ノイズ等の影響で、信号強度の低い明部および高い明部、または、信号強度の低い明部および暗部が、互いに誤判定される可能性があり、両方の状態を網羅する必要があるためである。
【０２３１】
図３８のテーブルから、上記手法では、＋Ｐ近傍と−Ｐ近傍とで同じ観測値の組が現れるため両者を区別することはできないが、それ以外の範囲においては、それぞれの変位量Ｘで、観測値が唯一の組み合わせとなることが判る。このことからも、変位量の範囲−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐが検出可能範囲となることが判る。
【０２３２】
（実施例３）
図３９に、実施形態２にかかるＹマーク１６Ｙ，２６Ｙの実施例への適用例を示す。図３９は、実施例３にかかるテンプレートとウェハとのＹマーク１６Ｙａ，２６Ｙａの構成の一例を示す模式図である。
【０２３３】
図３９に示すように、テンプレート上のＹマーク１６Ｙａは、Ｘ方向の幅が例えば６０．７６μｍ、Ｙ方向の幅が例えば１２．１２μｍとなるよう構成されている。
【０２３４】
Ｙマーク１６Ｙａは、モアレ部１６Ｙｍａにおいて、構造周期ＰＭ，Ｔが１０００ｎｍのＸ方向に延伸するストライプ状パターンを有する。モアレ部１６Ｙｍａ両側の検出部１６Ｙｐａにおいては、構造周期ＰＰ，Ｔが２０００ｎｍのストライプ状パターンを有する。
【０２３５】
また、Ｘ方向およびＹ方向の両端部には、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰが付加されている。より具体的には、Ｘ方向の外縁部ではパターン幅を漸減させ楔形とすることで、また、Ｙ方向の外縁部では線幅を狭めることで、等価的な散乱面積を減じている。
【０２３６】
ウェハ上のＹマーク２６Ｙａは、モアレ部２６Ｙｍａにおいて、Ｘ方向の構造周期ＰＭ，Ｗが１０００ｎｍ、傾斜度が１５０／４５００のチェック状パターンを有する。モアレ部２６Ｙｍａ両側の検出部２６Ｙｐａにおいては、構造周期ＰＰ，Ｗが２０００ｎｍのチェック状パターンを有する。
【０２３７】
また、モアレ部２６Ｙｍａ及び検出部２６Ｙｐａともに、Ｘ方向の構造周期ＰＸが４．５μｍである。
【０２３８】
また、Ｘ方向およびＹ方向の両端部には、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰが付加されている。より具体的には、チェック状パターンを構成する矩形をＹ方向に分割し、Ｘ方向およびＹ方向の外縁部にて各矩形のＹ方向の幅を狭めることで、等価的な散乱面積を減じている。検出部２６Ｙｐａにおいては、ノイズキャンセリングパターンＮＣＰを含めたＸ方向の幅が構造周期ＰＸの２周期分である。
【０２３９】
図４０は、実施例３にかかるテンプレートとウェハとのＹマーク１６Ｙａ，２６Ｙａにより構成される重ね合わせマーク３６Ｙａの構成の一例を示す模式図である。
【０２４０】
図４０は、テンプレートとウェハとの変位が無い状態で、テンプレート上方から、テンプレートのＹマーク１６Ｙａ越しにウェハのＹマーク２６Ｙａを観測したときの様子を示している。
【０２４１】
Ｙマーク１６Ｙａ，２６Ｙａが重なり合って構成される重ね合わせマーク３６Ｙａにおいて、重ね合わせモアレ部３６Ｙｍａのモアレ像による変位量の投影倍率は３０倍となる。
【０２４２】
検出部１６Ｙｐａ，２６Ｙｐａから構成される重ね合わせ検出部３６Ｙｐａにおいては、テンプレートに対してウェハが＋Ｙ方向に変位したとき−Ｘ側が明部として観測され、−Ｙ方向に変位したとき＋Ｘ側が明部として観測されるように設計されている。
【０２４３】
図４１は、実施例３にかかる重ね合わせマーク３６Ｙａを観測したときに得られる画像のシミュレーションの一例を示す図である。図４１（ａ）〜（ｄ）は、テンプレートに対してウェハがＹ方向に０ｎｍ、＋２５０ｎｍ、＋５００ｎｍ、＋１０００ｎｍ変位したときに得られる画像のシミュレーションである。
【０２４４】
図４２は、実施例３にかかる重ね合わせマーク３６ＹａのＸ方向における観測画像を変位量ごとにシミュレーションし可視化した図である。
【０２４５】
図４１及び図４２の例において、光源としては±Ｙ方向の二重極照明を用いるものとした。ただし、上述のように、Ｘマーク１６Ｙａ，２６Ｙａは、それぞれＸ方向及びＹ方向の両方にノイズキャンセリングパターンＮＣＰを備えているので、四重極照明でも機能させることができる。
【０２４６】
図４１及び図４２に示すように、モアレ部１６Ｙｍａ，２６Ｙｍａに付随する検出部１６Ｙｐａ，２６Ｙｐａにおいて、ウェハの変位の方向と反対側の重ね合わせ検出部３６Ｙｐａからの信号が変化することにより、少なくとも−５００ｎｍ〜＋５００ｎｍ、つまり、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲で明確に区別可能に変位量が検出できることが判る。
【０２４７】
また、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲外の変位量では、ウェハの変位の方向と同じ側の重ね合わせ検出部３６Ｙｐａからの信号も変化し始める。このとき、−７５０ｎｍ〜＋７５０ｎｍ、つまり、−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐの範囲までは、左右の検出部の明度には差異がある。このため、Ｓ／Ｎ比が充分に高い状態で画像を取得することができれば、変位の方向を区別可能である。
【０２４８】
よって、これらのＹマーク１６Ｙａ，２６Ｙａは、Ｙ方向の変位をＸ方向に移動するモアレ縞として投影することができ、かつ、少なくとも−５００ｎｍ〜＋５００ｎｍ、つまり、−１／２Ｐ〜＋１／２Ｐの範囲、所定の条件下においては更に−７５０ｎｍ〜＋７５０ｎｍ、つまり、−３／４Ｐ〜＋３／４Ｐの範囲で、テンプレートとウェハとの変位を検出することができる。
【０２４９】
（実施例４）
実施例４においては、実施形態２の変形例２にかかるＸマーク１７Ｘ，２７Ｘｂの実施例への適用例について考察する。
【０２５０】
図４３は、実施例４にかかるＸマークを用いた位置検出処理において、取得されるアライメント信号と変位量との関係を示す図である。図４３（ａ）は、ウェハ側の検出部がストライプ：チェック＝４：２で構成されている部位から取得されるアライメント信号であり、（ｂ）は、ウェハ側の検出部がストライプ：チェック＝２：４で構成されている部位から取得されるアライメント信号である。
【０２５１】
このような構成における観測値は、ストライプ：チェック＝４：２を含む右側の重ね合わせ検出部の状態、ストライプ：チェック＝２：４を含む右側の重ね合わせ検出部の状態、ストライプ：チェック＝４：２を含む左側の重ね合わせ検出部の状態、ストライプ：チェック＝２：４を含む左側の重ね合わせ検出部の状態、及びモアレ縞の変位量の状態である。
【０２５２】
このような構成においても、上述の図３７に示すフローを用いてテーブル参照方式による位置検出処理を行うことができる。このときのテーブルを図４４に示す。
【０２５３】
図４４は、実施例４にかかるＸマークを用いたテーブル参照方式による位置検出処理に用いるテーブルの一例を示す図である。図４４のテーブルにおいては、観測値のうち、ストライプ：チェック＝４：２を含む右側の重ね合わせ検出部の状態を「ＲＡ」とし、ストライプ：チェック＝２：４を含む右側の重ね合わせ検出部の状態を「ＲＢ」とし、ストライプ：チェック＝４：２を含む左側の重ね合わせ検出部の状態を「ＬＡ」とし、ストライプ：チェック＝２：４を含む左側の重ね合わせ検出部の状態を「ＬＢ」とし、モアレ縞の変位量の状態を「ＸＤ」としている。
【０２５４】
図４４のテーブルは、変位量Ｘの範囲が−２Ｐ〜＋２Ｐまであること、重ね合わせ検出部が左右およびストライプ／チェックの比の組み合わせで４種類存在することを除き、上述の図３８のテーブルと同様の規則に基づき作成されている。
【０２５５】
上記と同様、テーブルを１つの関数と見做せば、補正係数ＮΛ＝ｆ（ＲＡ，ＲＢ，ＬＡ，ＬＢ，ＸＤ）であり、関数ｆが各々の観測値の組み合わせにおいて唯一の解を持つ、つまり、観測値の組み合わせが１つ以下である条件と範囲とが補正可能な範囲、すなわち、変位量の検出が可能な範囲となる。
【０２５６】
図４４に示すように、欄（ａ）および欄（ｃ）、欄（ｂ）および欄（ｄ）の範囲では、観測値の組み合わせが互いに等しいため、変位量Ｘがこの値のとき、モアレ縞の変位量を正しく補正することができない。
【０２５７】
一方、−Ｐ〜＋Ｐの間では、同じ観測値の組は存在せず、少なくとも−Ｐ〜＋Ｐの範囲の変位量Ｘは検出可能であることが判る。更に、欄（ａ）および欄（ｄ）の範囲を非検出領域として設定すれば、欄（ｂ）および欄（ｃ）の範囲においても、それぞれの観測値の組が１つのみとなるため、モアレ縞の変位量を正しく補正できるようになる。
【０２５８】
したがって、この構成によれば、−３／２Ｐ＜Ｘ＜＋３／２Ｐの範囲で変位量を検出することができる。ただし、±３／２Ｐ近傍（欄（ｅ）および欄（ｆ））においては、ノイズの影響等の僅かな揺らぎにより、−３／２Ｐを＋３／２Ｐと、あるいは、−３／２Ｐを＋３／２Ｐと誤判定する恐れがある。よって、実用的には、−５／４Ｐ〜＋５／４Ｐの範囲を検出可能範囲と定めることができる。
【０２５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２６０】
１０…テンプレート、１５Ｘ，１６Ｘ，１７Ｘ，２５Ｘ，２６Ｘ，２７Ｘ…Ｘマーク、１５Ｙ，１６Ｙ，１７Ｙ，２５Ｙ，２６Ｙ，２７Ｙ…Ｙマーク、１６Ｘｍ，１７Ｘｍ，１６Ｙｍ，１７Ｙｍ，２６Ｘｍ，２７Ｘｍ，２６Ｙｍ，２７Ｙｍ…モアレ部、１６Ｘｐ，１７Ｘｐ，１６Ｙｐ，１７Ｙｐ，２６Ｘｐ，２７Ｘｐ，２６Ｙｐ，２７Ｙｐ…検出部、２０…ウェハ、３５Ｘ，３６Ｘ，３５Ｙ，３６Ｙ…モアレマーク。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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