TW201416805A - 偵測裝置、曝光設備及使用其之裝置製造方法 - Google Patents

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Abstract

偵測裝置，其偵測設置在物體的背側上之記號，該偵測裝置包括：第一偵測單元，其被組構成從該物體的表面側偵測該記號；第二偵測單元，其被組構成偵測該物體的表面位置；以及處理單元。該處理單元依據第一焦點位置與第二焦點位置之間的差來決定該物體的厚度，該第一焦點位置係參考由該第一偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得，而該第二焦點位置係參考由該第二偵測單元所偵測之該表面位置所取得。

Description

偵測裝置、曝光設備及使用其之裝置製造方法
本發明係相關於偵測裝置、曝光設備及使用其之裝置製造方法。
已使用有將寫在光罩上的圖案投影到晶圓等等上且透過投影光學系統將圖案轉移至此之投影曝光設備(曝光設備)作為使用微影技術來製造裝置(如、半導體元件、液晶顯示元件、或薄膜磁頭)的設備。此時，在使用安裝在投影曝光設備的內部之校準偵測系統(偵測裝置)將位於晶圓上的圖案轉移區校準於形成光罩圖案影像的位置中之後，投影曝光設備執行曝光。
近年來，藉由使用曝光設備，已開始使用和製造除了諸如習知記憶體和邏輯等IC晶片以外之像是使用通孔的堆疊裝置等之特定元件，諸如MEMSs、CMOS影像感測器(CIS)等。諸如MEMSs、CIS等元件在某些方面不同於IC晶片。在諸如MEMSs、CIS等元件中，IC晶片所需 的線寬解析度和疊置準確性要求不嚴苛，但是需要深的焦深。再者，作為製造諸如MEMSs、CIS等元件的特定步驟，具有將校準記號形成在Si(矽)晶圓的背側上而後在與設置在Si晶圓的背側上之記號校準的同時曝光Si晶圓的前側之步驟。例示代表應用即為，在薄化Si晶圓之後，從Si晶圓的前側形成通孔，藉以與設置在Si晶圓的背側上之電路可導電式相通。日本專利早期公開第2002-280299號揭示微影設備，其將形成在Si晶圓的背側上之校準記號的影像形成於該晶圓前側上，而後使用被組構在背側上(晶圓夾盤側)之校準偵測系統來偵測Si晶圓的前側上之校準記號的位置。然而，在包括被組構在Si晶圓背側上之校準偵測系統的微影設備中，洞係設置在晶圓夾盤的指定位置中，如此，只能偵測指定位置中的校準記號。如此，在日本專利早期公開第2002-280299號所揭示的方法中，無法觀察到配置在晶圓的背側各處的任何位置之校準記號。
此處，紅外光(波長1,000nm或更大)可透射Si晶圓。近年來，對比於日本專利早期公開第2002-280299號所揭示的組態，已建議有使用將紅外光使用為光源之位置偵測系統從Si晶圓前側觀察形成在Si晶圓的背側上之校準記號的方法。在此事例中，在正常校準順序中，為了測量校準記號的最佳焦點位置，在晶圓台被驅動在校準偵測系統的光軸方向上同時取得校準記號的影像，藉以計算具有最高對比的位置。下文中，此種測量方法被稱作“影像 自動對焦測量”。在影像自動對焦測量中，測量開始於參考板的高度，使得形成在Si晶圓的前側上之校準記號可被快速和容易地偵測。然而，當具有形成在Si晶圓的背側上之校準記號時，在正常操作期間，校準偵測系統焦點校準在參考板中，導致下面的失敗。例如，若從校準偵測系統的預設焦點位置之參考板驅動晶圓台，則為了偵測設置在Si晶圓的背側上之校準記號，必須採用大的搜尋區。此時，增加搜尋區意指測量需要更多的時間，導致生產量降低。而且，當影像自動對焦測量的測量距離增加時，校準記號的最佳焦點位置之計算誤差增加，使得無法達成高準確校準。
另一方面，為了從Si晶圓的前側形成通孔，以藉此與設置在Si晶圓的背側上之電路可導電相通，必須藉由晶圓薄化裝置事先薄化Si晶圓。在此時，薄化裝置首先決定達成想要的晶圓厚度之處理條件，而後執行Si晶圓的薄化。然而，薄化的Si晶圓之厚度容易因為隨著薄化裝置的時間變化等等而改變。例如，當光感測器係透過背側照明(BSI)處理所製造時，晶圓的厚度變化影響光感測器的特性，晶圓厚度管理尤其重要。晶圓厚度的變化不僅會影響形成在Si晶圓的背側上之校準記號的偵測，並且也會影響晶圓處理。例如，薄化的Si晶圓顯現出弱的機械強度，在處理期間會導致高度龜裂傾向。而且，在通孔步驟中，通孔係藉由蝕刻經過薄化的Si晶圓所形成。然而，若Si晶圓的厚度具有變化，則藉由蝕刻所形成的 穿孔會不適當地穿過Si晶圓。相反地，若為了確實穿過穿孔而導致蝕刻裝置的蝕刻時間過長，則穿孔可能會亦穿過蝕刻停止層，導致位在蝕刻停止層下方之裝置本身的破壞。結果，Si晶圓的厚度變化會影響欲待製造之裝置的產量。因此，若Si晶圓的厚度可由曝光設備中之校準偵測系統偵測，則藉由自動和週期性監視Si晶圓的厚度，可將Si晶圓的厚度變化反饋到薄化裝置。而且，若所偵測的晶圓厚度反饋到蝕刻裝置，則可在最佳蝕刻時間中形成通孔，結果提高裝置的產量。
鑑於上述情形而成就了本發明，及本發明的目的在於提供一種偵測裝置，其有利於以高準確性來快速偵測設置在欲待測量的物體背側上的記號位置和欲待測量的物體厚度。
根據本發明的一態樣，偵測設置在欲待測量的物體之背側上的記號的偵測裝置被設置，及包括第一偵測單元，其被組構成從欲待測量的物體之表面側偵測記號；第二偵測單元，其被組構成偵測欲待測量的物體之表面位置；以及處理單元。處理單元依據第一焦點位置與第二焦點位置之間的差來決定欲待測量的物體之厚度，第一焦點位置係參考由第一偵測單元所偵測之記號的位置所取得，而第二焦點位置係參考由第二偵測單元所偵測之表面位置所取得。
根據本發明，可設置偵測裝置，其有利於以高準確性來快速偵測設置在欲待測量的物體之背側上的記號之位置和欲待測量的物體之厚度。
從下面參考附圖的例示實施例之說明，將使本發明的其他特徵變得顯而易見。
E‧‧‧曝光設備
D‧‧‧偵測裝置
C‧‧‧控制單元
P‧‧‧處理單元
1‧‧‧光罩
2‧‧‧光罩台
3‧‧‧晶圓
4‧‧‧晶圓台
5‧‧‧照明光學系統
6‧‧‧投影光學系統
7‧‧‧鏡
8‧‧‧鏡
9‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧雷射干涉儀
11‧‧‧參考板
12‧‧‧雷射干涉儀
13‧‧‧光罩校準偵測系統
14‧‧‧透射型光罩校準偵測系統
15‧‧‧焦點偵測系統
16‧‧‧晶圓校準偵測系統
17‧‧‧計算器
18‧‧‧輸入單元
19‧‧‧記號
19a‧‧‧記號
19b‧‧‧記號
19c‧‧‧記號
20‧‧‧照明光源
21‧‧‧第一中繼光學系統
22‧‧‧波長過濾板
23‧‧‧第二中繼光學系統
24‧‧‧孔徑光闌
25‧‧‧第一照明光學系統
26‧‧‧數值孔徑
27‧‧‧第二照明光學系統
28‧‧‧極化光束分裂器
29‧‧‧λ/4板
30‧‧‧物鏡
31‧‧‧中繼透鏡
32‧‧‧第一成像光學系統
33‧‧‧第二成像光學系統
34‧‧‧光電轉換元件
35‧‧‧光學構件
36‧‧‧光束直徑
37‧‧‧光束直徑
38‧‧‧光學構件
39‧‧‧參考記號
40‧‧‧參考記號
41‧‧‧焦點偵測系統
42‧‧‧焦點光
43‧‧‧測量光
44‧‧‧焦點位置
45‧‧‧焦點位置
46‧‧‧焦點位置
47‧‧‧對比曲線
48‧‧‧對比曲線
49‧‧‧厚度
50‧‧‧偏移量
51‧‧‧焦點位置
52‧‧‧焦點位置
53‧‧‧焦點位置
54‧‧‧對比曲線
55‧‧‧光源
56‧‧‧透鏡
57‧‧‧圖案板
58‧‧‧透鏡
59‧‧‧鏡
60‧‧‧透鏡
61‧‧‧參考鏡
62‧‧‧透鏡
63‧‧‧稜鏡
64‧‧‧透鏡
65‧‧‧焦點偵測感測器
66‧‧‧抗蝕劑
67‧‧‧焦點偵測系統
68‧‧‧空氣
69‧‧‧差
72‧‧‧焦點位置
74‧‧‧最佳焦點位置
75‧‧‧基材
76‧‧‧黏著劑
圖1為舉例說明晶圓校準偵測系統和AF偵測系統的組態圖。
圖2為舉例說明設置在圖1所示之偵測系統中的孔徑光闌和照明光源之光束直徑圖。
圖3為舉例說明曝光設備的組態圖。
圖4為舉例說明晶圓台上的參考記號之形狀和配置圖。
圖5為舉例說明藉由AF偵測系統照射AF光到晶圓上之圖。
圖6為舉例說明藉由AF偵測系統接收從晶圓所發出的反射光之圖。
圖7為舉例說明AF偵測系統內的參考測量之圖。
圖8為舉例說明藉由AF偵測系統測量前側記號的狀態圖。
圖9為舉例說明舉例說明藉由晶圓校準偵測系統測量前側記號的狀態圖。
圖10為舉例說明藉由影像自動對焦測量所獲得之曲 線圖。
圖11為舉例說明藉由AF偵測系統測量設置有背側記號之晶圓的表面之狀態圖。
圖12為舉例說明藉由晶圓校準偵測系統測量背側記號的狀態圖。
圖13為舉例說明藉由習知影像自動對焦測量所獲得之曲線圖。
圖14A至14C為舉例說明偏移校正時之晶圓台的驅動圖。
圖15為舉例說明對比曲線和偏移之間的關係圖。
圖16A及16B為舉例說明設置在抗蝕劑的背側上之記號的測量之狀態圖。
圖17為舉例說明晶圓的厚度之測量圖。
圖18為舉例說明構成接合晶圓之Si板的厚度之測量圖。
圖19為舉例說明設置記號之部位上的Si板之厚度的測量結果圖。
圖20A至20D為舉例說明晶圓校準偵測系統和AF偵測系統的另一例示配置圖。
圖21為舉例說明具有寬距離之對比曲線圖。
圖22為舉例說明具有精細距離之對比曲線圖。
在下文中，現在將參考附圖詳細說明本發明的較佳實 施例。
(第一實施例)
首先，將說明根據本發明的第一實施例之偵測裝置的組態以及包括偵測裝置之曝光設備。圖3為舉例說明根據本實施例之曝光設備E的組態之概要圖。曝光設備E包括偵測裝置D，其包括圖1所示之晶圓校準偵測系統(第一偵測單元)16；及焦點偵測系統(第二偵測單元)41，其藉由偵測晶圓3的表面位置來提供支援，以偵測晶圓校準偵測系統16的最佳焦點位置。在下文中，焦點偵測系統41被稱作“AF偵測系統”。曝光設備E另包括光罩台2、晶圓台(基板台)4、照明光學系統5、投影光學系統6、及控制單元C。光罩台2支撐光罩(原圖)1。晶圓台4支撐晶圓(基板，欲待測量的物體)3。照明光學系統5以曝光光線照明光罩1。投影光學系統6將以曝光光線所照明之光罩1的圖案影像投影到由晶圓台4所支撐之晶圓3上。控制單元C執行整個曝光設備E的操作之整合控制。
在本實施例中，使用掃描型曝光設備(掃描步進器)作為曝光設備E，掃描型曝光設備(掃描步進器)在掃描方向上同時移動光罩1和晶圓3二者的同時，將形成在光罩1上之圖案投影到晶圓3上作為曝光用。曝光設備E亦可以是固定光罩1及將光罩1的圖案投影到晶圓3上作為曝光用之曝光設備(步進器)。平行於投影光學系統6的 光軸之方向被定義作Z方向，在垂直於光軸的平面內之光罩1和晶圓3的同步移動方向(掃描方向)被定義作Y方向，及與平面內的Y方向正交之方向(非掃描方向)被定義作X方向。繞著分別延伸在X方向、Y方向、及Z方向上之X軸、Y軸、及Z軸的旋轉方向被分別定義作θX-、θY-、及θZ方向。
使用照明光學系統5，以具有均勻照明分佈的曝光光線照明光罩1上之預定照明區。作為從照明光學系統5所發出的曝光光線，可使用從水銀燈KrF準分子雷射或具有波長短於KrF準分子雷射的波長之ArF準分子雷射所發出的光。
光罩台2能夠在垂直於投影光學系統6的光軸之平面內(即、XY平面內)二維移動及θZ方向精密旋轉。光罩台2不但可繞著至少一軸驅動，而且亦可以繞著六軸驅動。光罩台2係藉由諸如線性電動機等驅動單元(未圖示)所驅動，及驅動單元係由控制單元C控制。鏡7係設置在光罩台2上，及用於XY方向之雷射干涉儀9係設置在面向鏡7的位置中。藉由雷射干涉儀9即時測量光罩1的二維位置和旋轉角度，及測量結果係輸出到控制單元C。控制單元C依據由雷射干涉儀9所獲得之測量結果來驅動光罩台2的驅動單元，藉以使驅動單元能夠執行定位由光罩台2所支撐的光罩1。
投影光學系統6執行以預定投影倍率β將光罩1的圖案投影曝光到晶圓3上，及由複數個光學元件所構成。投 影光學系統6為具有從1/2到1/5的投影倍率β之縮小投影系統。晶圓台(基板固定單元，固定單元)4包括：Z台，用以透過晶圓夾盤來固定晶圓3；XY台，用以支撐Z台；及基座，用以支撐XY台。晶圓台4係藉由諸如線性電動機等驅動單元(未圖示)所驅動。晶圓台4的驅動單元係由控制單元C控制。
鏡8係設置在晶圓台4上。用於XY方向的雷射干涉儀10與用於Z方向的雷射干涉儀12係設置在面向鏡8之位置中。由雷射干涉儀10即時測量晶圓台4的XY方向位置和θZ，及測量結果係輸出到控制單元C。由雷射干涉儀12即時測量晶圓台4的Z方向位置和θX及θY，及測量結果係輸出到控制單元C。依據由雷射干涉儀10及12所獲得之測量結果，控制單元C經由晶圓台4的驅動單元來驅動XYZ台，藉以調整XYZ方向上的晶圓3之位置，及使驅動單元能夠執行由晶圓台4所支撐的晶圓3之定位。
光罩校準偵測系統13係設置在光罩台2附近，光罩校準偵測系統13經由光罩1上的參考記號(未圖示)和投影光學系統6偵測設置在晶圓台4上的參考板11上之參考記號39(圖4)。光罩校準偵測系統13結合光電轉換元件(如、CCD相機等)，其藉由使用與曝光晶圓3之光源相同的光源，經由投影光學系統6照明光罩1上的參考記號和參考記號39，藉以偵測自此反射的光。光罩校準偵測系統13校準光罩1上之參考記號的位置與參考板 11上之參考記號39的位置，以便處於聚焦狀態中，使得能夠達成光罩1與晶圓3之間的相對位置關係(X、Y、Z)。
欲由光罩校準偵測系統13所偵測之參考記號39亦可以是反射型記號。透射型參考記號39亦可藉由使用透射型光罩校準偵測系統14來偵測。透射型光罩校準偵測系統14結合光量感測器，其藉由使用與曝光晶圓3和照明光學系統5之光源相同的光源，經由投影光學系統6照明光罩1上的參考記號和參考記號39，藉以偵測經由此透射的光。在將晶圓台4驅動於X方向(或者Y方向)和Z方向上的同時，測量透射光量，使得光罩1上之參考記號的位置可與參考板11上之參考記號39的位置校準，以便係在聚焦狀態中。如上述，藉由使用光罩校準偵測系統13或透射型光罩校準偵測系統14，可達成光罩1與晶圓3之間的相對位置關係(X、Y、Z)。
圖4為舉例說明設置在晶圓台4上之參考記號的形狀和配置之平面圖。參考板11係以與晶圓3的表面約相同高度設置在晶圓台4的角落。參考板11包括欲待由晶圓校準偵測系統16偵測之參考記號40，及欲待由光罩校準偵測系統13或透射型光罩校準偵測系統14偵測之參考記號39。參考板11亦可配置在晶圓台4的複數個角落中。參考板11亦可包括複數個參考記號39和複數個參考記號40。光罩校準用參考記號39與晶圓校準用參考記號40之間的位置關係(在XY方向上)為預定的已知關係。晶圓 校準用參考記號40與光罩校準用參考記號39亦可以是共同記號。
焦點偵測系統15包括投影系統，其將偵測光投影在晶圓3的表面上；光接收系統，其從晶圓3接收反射光。由焦點偵測系統15所獲得之偵測結果係輸出到控制單元C。控制單元C依據由焦點偵測系統15所獲得之偵測結果來驅動Z台，藉以調整Z方向位置(焦點位置)和由Z台所固定之晶圓3的傾角，以便落在可允許範圍內。
晶圓校準偵測系統16包括投影系統，其投影偵測光到晶圓3上的記號19和參考板11上之晶圓校準偵測用參考記號40；及光接收系統，其從記號接收反射光。由晶圓校準偵測系統16所獲得之偵測結果係輸出到控制單元C。控制單元C依據由晶圓校準偵測系統16所獲得之偵測結果在XY方向上驅動晶圓台4，使得可調整XY方向上由晶圓台4所固定之晶圓3的位置。曝光設備E包括AF偵測系統(焦點偵測系統)41，其偵測晶圓3的表面位置，以便快速取得晶圓校準偵測系統16的最佳焦點位置。如同在焦點偵測系統15中一般，AF偵測系統41包括投影系統，其投影偵測光到晶圓3的表面上；及光接收系統，其從晶圓3接收反射光。焦點偵測系統15被用於取得投影光學系統6的最佳焦點位置，而AF偵測系統41被用於取得晶圓校準偵測系統16的最佳焦點位置。
晶圓校準偵測系統16主要被分類成兩類型。第一類型為軸外校準偵測系統(軸外AA、OA偵測系統)，其在 沒有投影光學系統6的中介之下被分開組構，並且光學式偵測晶圓3上的記號19和參考記號40。第二類型為TTL-AA(經由透鏡校準)系統，其透過尤其是用在i射線曝光設備中之投影光學系統6使用非曝光光線的校準波長來偵測記號19和參考記號40。在本實施例中，將藉由採用OA偵測型晶圓校準偵測系統16的例子來給予說明，但是亦可使用TTL-AA型晶圓校準偵測系統16。
圖1為舉例說明設置在偵測裝置D中之晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41的組態之概要圖。晶圓校準偵測系統16的照明光源20發出紅外光(如、1000至1500nm)和可見光(如、400至800nm)。從照明光源20所發出的光通過第一中繼光學系統21、波長過濾板22、及第二中繼光學系統23，藉以到達配置在晶圓校準偵測系統16的光瞳面(光學傅立葉轉換面到物體面)上之孔徑光闌24。圖2為舉例說明照明光源20與孔徑光闌24中的光束直徑之間的差之比較圖。如圖2所示，孔徑光闌24中的光束直徑37充分小於照明光源20中的光束直徑36。
波長過濾板22包括各個具有不同的透射波長帶之複數個過濾器，及根據由控制單元C所給予的命令來執行過濾器的變換。孔徑光闌24包括各個具有不同的照度σ之複數個孔徑，及根據由控制單元C所給予的命令來執行孔徑的變換，以便改變照度σ。在本實施例中，波長過濾器板22和孔徑光闌24分別包括複數個過濾器和複數個孔 徑。然而，除了波長過濾板22和孔徑光闌24之外，亦可分開添加複數個過濾器和複數個孔徑。本實施例的波長過濾板22包括能夠通過可見光之過濾器和能夠通過紅外光之過濾器，及用於記號偵測之光的波長係可藉由變換這些過濾器來選擇。當測量形成在紅外光可透射之Si晶圓的背側上之記號時，使用能夠通過紅外光之過濾器。
藉由通過第一照明光學系統25和第二照明光學系統27，到達孔徑光闌24之光被引導到極化光束分裂器28。藉由通過NA孔徑(數值孔徑)26、稜鏡63、及λ/4板29，從極化光束分裂器28反射且垂直於薄片的平面之S極化光被轉換成圓形極化光，及經由物鏡30將形成在晶圓3上之記號19照明(在圖1中以實線圖示照明光)。NA孔徑26可藉由改變孔徑量來改變NA。NA孔徑26之孔徑量係可藉由控制單元C所給定的命令來改變。雖然下面將參考圖5說明稜鏡63，但是稜鏡63具有校準光透射特性。
藉由再次通過物鏡30和λ/4板29，現在將來自記號19的反射光(在圖1中由單點虛線所示)轉換成平行於薄片的平面之p極化光。p極化光通過稜鏡63和極化光束分裂器28，而後通過中繼透鏡31、第一成像光學系統32、用於調整彗形像差之光學構件35、第二成像光學系統33、及用於調整波長位移差之光學構件38。通過光學構件38之p極化光在光電轉換元件34(如、CCD相機)上形成記號19的偵測訊號。
通常，當藉由使用晶圓校準偵測系統16觀察記號19以藉此偵測記號19的位置時，由於塗佈或形成在記號19上的透明層之存在，單色光或窄波長帶中的光會導致干涉邊紋的出現。如此，校準訊號被偵測到有干涉邊紋訊號添加至此，使得無法以高準確性偵測記號19。如此，通常使用具有寬帶波長特性的光源作為設置在晶圓校準偵測系統16中之照明光源20，以便偵測記號19作為具有小干涉邊紋的訊號。
圖5及6為舉例說明AF偵測系統41執行焦點測量之狀態圖。圖5圖示AF偵測系統41以焦點測量光(AF光)照射晶圓3之方法。從光源55所發出的AF光經由透鏡56照明圖案板57。光源55發出可見光帶中的光(在400至800nm的範圍中未透射Si的波長)。照射到晶圓3上的AF光未透射晶圓3。圖案板57為在其上寫入縫隙圖案之玻璃基板，及照射到寫在圖案板57的中心部位之縫隙圖案上的AF光通過透鏡58，而後由鏡59反射，藉以到達透鏡60。為了容易說明，只藉由主光束表示圖案板57之後的AF光，但實際上是具有NA的光束。AF光到達偏離透鏡60的中心之部位來取代透鏡60的中心，及藉由被折射到透鏡60上而通過參考鏡61，藉以到達透鏡62。到達透鏡62之光亦到達偏離透鏡62的中心之部位以取代透鏡62的中心。在透鏡62所折射的AF光到達稜鏡63。稜鏡63具有用以反射AF光及透射用於校準的光之特性。由稜鏡63所反射的AF光通過λ/4板 29，藉以到達透鏡30。AF光到達偏離透鏡30的中心之部位以取代透鏡30的中心，而後在透鏡30上折射，藉此以圖5所示之入射角θ傾斜地入射在晶圓3上。
圖6圖示照明的AF光被晶圓3反射及反射光被AF偵測系統41接收之方式。以與照明時相同的角度θ，從晶圓3反射由晶圓3所反射的AF光，藉以到達透鏡30。此時，AF光到達偏離透鏡30的中心之部位以取代透鏡30的中心，而後藉由在透鏡30上折射而通過λ/4板29，藉以到達稜鏡63。由稜鏡63所反射的AF光到達透鏡62。此時，AF光到達偏離透鏡62的中心之部位，而非透鏡62的中心，而後藉由在透鏡62上折射而通過參考鏡61，藉以到達透鏡60。此時，AF光到達偏離透鏡60的中心之部位而非透鏡60的中心，藉由在透鏡60上折射而到達透鏡64的中心，而後通過透鏡64而因此被AF偵測感測器65接收。
從參考圖5及6的說明，可看出當晶圓3移動在焦點方向上(Z方向)時，接收AF光的位置因此在AF偵測感測器65中被位移。如上述，AF偵測系統41可測量晶圓3的表面位置。
圖7為舉例說明AF偵測系統41內的參考測量圖。照射到圖案板57的周邊之AF光到達偏離透鏡58的中心之部位，在透鏡58上折射，而後由鏡59反射。由鏡59反射的AF光到達偏離透鏡60的中心之部位，而後藉由在透鏡60上折射而由參考鏡61反射，藉以現在到達透鏡 60的中心。通過透鏡60的中心之AF光到達偏離透鏡64的中心之部位，而後藉由在透鏡64上折射而由AF偵測感測器65接收。在AF偵測系統41內的參考測量中，AF光未到達晶圓3，但是直接接收AF光之AF偵測感測器65的位置為利用AF偵測系統41之焦點測量的參考。可從AF偵測系統41內的參考與晶圓3的焦點測量結果之間的差來決定晶圓3的焦點位置。
如圖5至7所示之由AF偵測系統41所執行的焦點測量並不用於測量用以藉由晶圓校準偵測系統16來偵測記號19之最佳焦點位置，而是用於偵測晶圓3的表面位置。換言之，由AF偵測系統41所執行之焦點測量用於使晶圓校準偵測系統16中之記號19的影像之對焦狀態落在可允許範圍內。如此，AF偵測系統41偵測從晶圓3的表面所反射之AF光，如此，無法直接偵測設置在晶圓3的背側上之記號的焦點位置。
接著，參考圖8及9，將說明當記號19配置在晶圓3的表面上時，晶圓校準偵測系統16如何決定用以偵測記號19的最佳焦點位置。在影像自動對焦測量中，AF偵測系統41首先將AF光42投影到形成在晶圓3的表面上之記號19上，而後接收反射光，如圖8所示。儘管圖8圖示AF偵測系統41配置在晶圓校準偵測系統16外部之組態，但是AF偵測系統41亦可配置在晶圓校準偵測系統16的內部。控制單元C驅動晶圓台4，使得所接收的反射光之位置來到AF偵測系統41中之AF偵測感測器65的 中心，使得能夠取得形成在晶圓3的表面上之記號19的焦點位置。然後，控制單元C可使用所取得的焦點位置來實質上校準晶圓校準偵測系統16的焦點位置與記號19。圖9圖示說明利用晶圓校準偵測系統16實質上聚焦在晶圓3的表面上，晶圓校準偵測系統16以測量光43照射記號19之方法。雖然AF偵測系統41聚焦在形成於晶圓3的表面上之記號19，但是AF偵測系統41需要決定經過藉由晶圓校準偵測系統16的影像處理之記號19具有最高對比的焦點位置。晶圓台4從圖9所示之狀態被驅動在Z方向上，而後晶圓校準偵測系統16在各個焦點位置中執行校準測量，使得可找出記號19具有最高對比之焦點位置(影像自動對焦測量)。換言之，AF偵測系統41測量晶圓3的表面，而後依據晶圓校準偵測系統16實質上聚焦在晶圓3的表面上之狀態，晶圓校準偵測系統16執行+Z方向和-Z方向上的校準測量。
圖10為舉例說明藉由使用晶圓校準偵測系統16從圖9的狀態執行影像自動對焦測量所獲得之對比曲線47圖。用於具有最高對比之晶圓校準偵測系統16的最佳焦點位置係可從焦點位置與對比評估值之間的關係來決定。例如，具有最高對比之焦點位置係可藉由圖10所示之圖的二次匹配或形心來決定。儘管為了容易說明圖10只圖示由影像自動對焦測量所獲得之三個焦點位置44、45、及46，但是測量點的數目可增加到十、二十、或更大。應注意的是，測量點數目的過度增加會導致測量時間浪 費，使得生產量減少。作為執行影像自動對焦測量之方法，已參考記號19設置在晶圓3的表面上之圖8給予說明。然而，只要記號19係設置在晶圓3的表面附近，抗蝕劑係可塗佈於晶圓3的表面上。
接著，將參考圖11及12說明當記號19配置在晶圓3的背側上時應用影像自動對焦測量方法之事例。再者，當記號19配置在晶圓3的背側上時，AF偵測系統41首先將AF光42投影到晶圓3的表面上，而後接收反射光。此時，控制單元C驅動晶圓台4，使得所接收的反射光之位置來到AF偵測系統41中的AF偵測感測器65之中心，使得能夠取得晶圓3的表面上之焦點位置。然後，控制單元C實質上可使用所取得的焦點位置來校準晶圓校準偵測系統16的焦點位置與晶圓3的表面。圖12為圖示隨著晶圓校準偵測系統16實質上聚焦在晶圓3的表面上而晶圓校準偵測系統16以測量光43照射記號19之方式圖。在圖12所示之狀態中，照明到設置在晶圓3的背側上之記號19上的紅外光(測量光)43未成像在晶圓校準偵測系統16中之光電轉換元件34上。
圖13為舉例說明藉由使用晶圓校準偵測系統16從圖12的狀態執行影像自動對焦測量所獲得之對比曲線48圖。在焦點位置44、45、及46中對比為低，如此，無法偵測設置在晶圓3的背側上之記號19。當記號19設置在晶圓3的背側上時，晶圓3具有幾百μm的厚度時，如此，依據由AF偵測系統41所偵測之晶圓3的表面，在 影像自動對焦測量期間無法快速偵測設置在晶圓3的背側上之記號19。若依據晶圓3的表面3之影像自動對焦測量的測量範圍大幅增加，則甚至當晶圓3具有幾百μm的厚度時，仍可藉由晶圓校準偵測系統16偵測設置在晶圓3的背側上之記號19。然而，在此事例中，測量點的數目明顯增加，導致測量時間增加及生產量減少。
接著，參考圖14A至14C，說明甚至當記號19設置在晶圓3之背側上時仍可快速決定晶圓校準偵測系統16的最佳焦點位置之方法。在此方法中，影像自動對焦測量的起點係藉由使用晶圓3之厚度和折射率來決定。依據輸入至圖3所示之輸入單元18的晶圓3之厚度和折射率，計算器17計算用以調整設置在晶圓3之背側上的記號19上之晶圓校準偵測系統16的焦點之偏移量，而後指示晶圓台4藉由偏移量來驅動。圖14A為舉例說明由AF偵測系統41偵測具有記號19設置在其背側上之晶圓3的表面之方法圖。當AF偵測系統41維持在偵測如圖14A所示之晶圓3的表面之狀態時，記號19無法被實質上聚焦在晶圓3的表面上之晶圓校準偵測系統16偵測。圖14B為舉例說明此時照明到設置在晶圓3的背側上之記號19的測量光43未成像在晶圓校準偵測系統16中之光電轉換元件34上的方法圖。因為晶圓3具有幾百μm的厚度49，所以晶圓校準偵測系統16被對應於圖14B之厚度的量(偏移量50)散焦。
偏移量50係依據輸入到輸入單元18之晶圓3的厚度 49和折射率由計算器17所計算。從藉由圖14A所示之AF偵測系統41測量晶圓3的表面之狀態，藉由計算器17所計算的偏移量50，控制單元C在Z方向上驅動晶圓台4。如此，如圖14C所示，晶圓校準偵測系統16可聚焦在設置於晶圓3的背側上之記號19上。偏移量50係可藉由(晶圓3的厚度49)/(晶圓3的折射率)之比率來計算。當晶圓3為具有厚度200μm的Si基板時，按照200μm/3.5(Si的折射率)的比率，偏移量50約為57μm。如上述，若使用由晶圓3的厚度49和折射率所計算之偏移量50，則甚至有關設置在晶圓3的背側上之記號19仍可快速執行影像自動對焦測量。
圖15(尤其是，圖15的右側部)為舉例說明藉由使用晶圓校準偵測系統16從圖14C所示之狀態執行影像自動對焦測量所獲得的對比曲線54。在圖15的焦點位置51、52、及53中對比高，如此，圖15指出可由晶圓校準偵測系統16偵測到設置在晶圓3的背側上之記號19的事實。圖13為舉例說明圖12(及圖14B)所示之狀態(即、從晶圓3的表面執行影像自動對焦測量之狀態)的對比曲線圖。如此，圖13所示之對比曲線對應於包括圖15所示的焦點位置44至46之對比曲線的左側部。圖15所示之對比曲線54中的焦點位置52及45之間的差意指偏移量50。從如圖15所示的反映焦點位置與對比之間的關係之資料，晶圓校準偵測系統16可以高準確性快速決定設置在晶圓3的背側上之記號19的位置。
在上述說明中，將晶圓3的厚度和折射率輸入到輸入單元18，而後計算器17計算(晶圓3的厚度49)/(晶圓3的折射率)之比率，藉以計算偏移量50。然而，亦可將偏移量50直接輸入到輸入單元18。當將偏移量50直接輸入到輸入單元18時，雖然需要時間和勞力來手動計算(晶圓3的厚度)/(晶圓3的折射率)之比率，但是可去除計算器17，如此對成本而言是有利的。輸入單元18和計算器17構成處理單元P，其決定指示偏移量50的資訊，即、晶圓校準偵測系統16中之記號19的影像之對焦狀態。
在本實施例中，對設置在晶圓3的背側上之記號19的影像自動對焦測量係藉由使用使可見光能夠傾斜入射在晶圓3上之AF偵測系統41與利用紅外光之晶圓校準偵測系統16來執行。相反地，藉由使用AF偵測系統41和晶圓校準偵測系統16可進一步偵測設置在塗佈於晶圓3上之抗蝕劑66的背側上之記號19的位置。圖16A及16B為舉例說明如何執行有關設置在抗蝕劑66的背側上之記號19的影像自動對焦測量圖。在此事例中，從上述AF偵測系統41所發出的可見光通過抗蝕劑66，使得無法偵測抗蝕劑66的表面上之位置。如此，焦點偵測系統67被用於偵測抗蝕劑66的表面上之位置。焦點偵測系統67被組構在晶圓校準偵測系統16內。焦點偵測系統67可包括流體測微計(空氣測微計)系統。流體測微計系統朝抗蝕劑66的表面噴出空氣(氣體)68，藉以使用從抗蝕劑66 所反射之空氣的強度(壓力)來偵測抗蝕劑66的表面高度。依據已由焦點偵測系統67所偵測之抗蝕劑66的表面高度、抗蝕劑66的厚度49、及抗蝕劑66的折射率，可執行有關設置在抗蝕劑66的背側上之記號19的影像自動對焦測量。
從由如圖16A所示之焦點偵測系統67測量抗蝕劑66的表面位置之狀態，控制單元C藉由偏移量50驅動晶圓台4。如此，控制單元C可實質上校準晶圓校準偵測系統16的焦點與設置在如圖16B所示之抗蝕劑66的背側上之記號19。偏移量50係可藉由(抗蝕劑66的厚度49)/(抗蝕劑66的折射率)之比率來計算。例如，當抗蝕劑66具有厚度200μm時，按照200μm/1.5(抗蝕劑66的折射率)的比率，偏移量50約為133μm。影像自動對焦測量係起自圖16B所示之狀態，使得能夠決定設置在抗蝕劑66的背側上之記號19的最佳焦點位置。如上述，當使用從具有記號19在其背側上之欲待測量的物體之厚度和折射率所計算的偏移量50時，亦可執行設置在除了晶圓3以外的欲待測量之物體的背側上之記號19的影像自動對焦測量。
作為測量抗蝕劑66的表面之感測器，亦可使用電容式感測器等來取代焦點偵測系統67。電容式感測器偵測當施加電壓到抗蝕劑66的表面時所產生之電荷量，藉以偵測從電容式感測器到抗蝕劑66的表面之高度。若從電容式感測器到抗蝕劑66的表面之距離短，則當施加電壓 時所產生之電荷量增加，反之，若從電容式感測器到抗蝕劑66的表面之距離長，則當施加電壓時所產生之電荷量降低。如上述，電容式感測器偵測當施加恆壓到電容式感測器和抗蝕劑66的表面時所產生之電荷量，藉以計算從電容式感測器到抗蝕劑66的表面之距離。
當曝光設備E曝光一批中的二十五個晶圓3時，只對第一晶圓3的記號(第一記號)19執行影像自動對焦測量。有關第二或隨後晶圓3的記號(第二記號)19，僅藉由使用由AF偵測系統41所獲得的測量結果，可在設置在晶圓3的背側上之記號19上調整焦點。有關一批中的第一晶圓3，從藉由AF偵測系統41所獲得的測量值，控制單元C藉由偏移量50驅動晶圓台4，藉以執行如圖14C所示之設置在晶圓3的背側上之記號19的影像自動對焦測量。此時，控制單元C決定有關由影像自動對焦測量所計算之設置在晶圓3的背側上之記號19的晶圓校準偵測系統16之最佳焦點位置與由AF偵測系統41所測量的晶圓3之表面上的焦點位置之間的差69。有關第二或隨後晶圓3，從由AF偵測系統41測量晶圓3的表面位置之狀態，控制單元C藉由由有關第一晶圓3的影像自動對焦測量所決定之差69的量來驅動晶圓台4。然後，設置在晶圓3的背側上之記號19係在此狀態藉由晶圓校準偵測系統16所測量。以此方式，藉由只為第一晶圓3執行影像自動對焦測量，可以高準確性為其他二十四個晶圓3執行校準測量。
接著，說明使用晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41來測量Si晶圓3的厚度。圖17為舉例說明藉由使用晶圓校準校準偵測系統16和AF偵測系統41如何測量晶圓3的厚度圖。AF偵測系統41測量(偵測)晶圓3的表面上之第二焦點位置，反之晶圓校準偵測系統16測量(偵測)設置在晶圓3的背側上之記號19的第一焦點位置。依據由AF偵測系統41所測量之晶圓3的表面上之焦點位置與由晶圓校準偵測系統16所偵測的晶圓3之背側上的焦點位置之間的差，計算器17可計算晶圓3的厚度。此處，此差可被視作晶圓3的幾何厚度。反之，計算器17將差乘上晶圓3的材料之Si的折射率，使得晶圓3的厚度可被計算作為其光學厚度。儘管使用事先輸入到輸入單元18之值作為Si的折射率較佳，但是如同本實施例，當偵測裝置D係安裝在曝光設備E內時，亦可使用事先輸入到曝光設備E內之控制單元C的值。
藉由如上述應用厚度測量只能夠測量接合晶圓的一部分之Si板的厚度。在下文中，為了容易說明，與Si晶圓中所使用之參考號碼相同的參考號碼被用於代表Si板。圖18為舉例說明如何只測量接合晶圓的Si板3之厚度圖。此處，接合晶圓的例子包括透過黏著劑76將基材75黏附於Si板3者。在此事例中，Si板3在固定其屈曲(其中Si板3的前側未平行於其背側)的同時經過薄化。控制單元C亦可以與上述相同的方式計算此種Si板3之厚度。尤其是，甚至當具有不同影像高度之複數個校 準記號19a至19c係配置如圖18所示時，藉由執行上述厚度測量，控制單元C仍可指明晶圓的整個表面之厚度變化。
圖19為舉例說明在校準記號19a至19c被設置如圖18所示之三個位置中測量Si板3的厚度之結果圖。在圖19中，水平軸代表依據中心影像高度(校準記號19b的配置位置)之X方向上的距離。另一方面，垂直軸代表Si板3的厚度，其係藉由依據將AF偵測系統41所偵測之Si板3的表面設定成0μm及顯示在負方向上，將由晶圓校準偵測系統16所偵測之校準記號19a至19c的焦點位置乘上Si的折射率所獲得。根據圖19，Si板3的厚度係藉由將設定值設定成200μm來予以薄化，及中心影像高度中之Si板3的厚度為210μm，但是周邊影像高度中之Si板3的厚度為240μm及250μm。換言之，可看出，Si板3的厚度不僅具有Si板3的中心部和周邊部之間的差，並且亦具有只有周邊部的左及右側之間的差。需注意的是，藉由將測量點的數目擴展到的晶圓整個表面作為測量用，控制單元C能夠為晶圓計算三維資訊。如上述，根據本實施例之晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41，在曝光設備E內能夠容易測量Si晶圓或接合晶圓之Si板的厚度。
而且，使用晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41來說明焦點校正。在此事例中，藉由以AF偵測系統41和晶圓校準偵測系統16測量圖3所示之例如台參考板11 來執行焦點校正。尤其是，AF偵測系統41首先為台參考板11執行焦點測量。接著，晶圓校準偵測系統16為設置在台參考板11上的記號執行影像自動對焦測量。然後，控制單元C匹配藉由焦點測量和影像自動對焦測量所獲得之焦點測量值，藉以執行校正。以此方式，有關設置在台參考板11上之記號，藉由AF偵測系統41所獲得之焦點測量值和藉由利用晶圓校準偵測系統16的影像自動對焦測量所獲得之焦點測量值變得彼此相等。儘管使用設置在台參考板11上之記號做為參考，但是只要可從AF偵測系統41和晶圓校準偵測系統16取得焦點測量值，亦可使用設置在晶圓3上的記號做為參考。
如上述，甚至為設置在晶圓3上的記號19或者設置在除了晶圓3以外之欲待測量的物體之背側上的記號19，由晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41所構成之偵測裝置都能夠順利地執行影像自動對焦測量。此外，偵測裝置能夠偵測曝光設備E內之晶圓3的厚度或者除了晶圓3以外的欲待測量之物體的厚度(Si晶圓或Si板的厚度)。以此方式，當控制單元C決定藉由自動和週期性監視從計算器17所取得之晶圓3的厚度已發現晶圓3的厚度變化時，可將晶圓3的厚度變化反饋到薄化裝置，其為曝光處理後之晶圓3執行薄化處理。藉由將所偵測的厚度之反饋不僅呈遞到薄化裝置並且呈遞到為曝光處理後之晶圓3執行蝕刻處理的蝕刻裝置，可在最佳蝕刻時間形成理想的通孔，結果提高裝置的產量。而且，偵測裝置亦可指 明同平面晶圓的局部厚度變化，使得在蝕刻裝置中可區分出同平面晶圓的蝕刻時間之間的差，結果能夠提高裝置的產量。
如上述，根據本實施例，可設置有利於以高準確性快速偵測設置在諸如Si晶圓等欲待測量的物體之背側上的記號之位置與欲待測量的物體之厚度的偵測裝置。
在上述說明中，儘管使用配置在晶圓校準偵測系統16外面(外周圍區)之AF偵測系統41作為AF偵測系統41，但是本發明並不侷限於此種AF偵測系統。圖20A至20D為舉例說明晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41的另一例示配置圖。圖20A為舉例說明比較用之晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41係配置在晶圓3的前側上之第一實施例的配置圖。對比之下，當晶圓校準偵測系統16或AF偵測系統41可配置在晶圓3的背側上時，如下述，亦可將分別晶圓校準偵測系統16和AF偵測系統41分開地配置在晶圓3的前側和背側上。首先，圖20B為舉例說明使用紅外光作為光源之晶圓校準偵測系統16係配置在晶圓3的前側上與使用可見光作為光源之AF偵測系統41係配置在晶圓3的背側上以便偵測設置在晶圓3之背側上的記號19之例示配置圖。接著，圖20C為舉例說明使用可見光作為光源之晶圓校準偵測系統16係配置在晶圓3的背側上與使用紅外光作為光源之AF偵測系統41係配置在晶圓3的前側上以便偵測設置在晶圓3之背側上的記號19之例示配置圖。圖20D為舉例說明使用可見光 作為光源之晶圓校準偵測系統16係配置在晶圓3的前側上與使用紅外光作為光源之AF偵測系統41係配置在晶圓3的背側上以便偵測設置在晶圓3之前側上的校準記號19之例示配置圖。而且，在此事例中，可藉由圖16A及16B所示之焦點偵測系統67取代AF偵測系統41來測量晶圓3的厚度。
(第二實施例)
在第一實施例中，藉由使用用以偵測晶圓3的表面位置之焦點偵測系統41及67而快速取得有關設置在晶圓3的背側上之記號19的晶圓校準偵測系統16之焦點位置。對比之下，在本實施例中，在兩偵測模式(即、第一偵測模式和第二偵測模式)之間可切換者被使用作為晶圓校準偵測系統16。而且，在本實施例中，未使用第一實施例所利用之用以偵測晶圓3的表面位置之焦點偵測系統41及67。在第一偵測模式中，晶圓校準偵測系統16在以第一距離改變記號19與晶圓校準偵測系統16之間的間隔同時以第一偵測準確性來偵測記號19。在第二偵測模式中，晶圓校準偵測系統16在以第二距離改變記號19與晶圓校準偵測系統16之間的間隔同時以第二偵測準確性來偵測記號19。此時，假設第二距離小於第一距離且第二偵測準確性高於第一偵測準確性。換言之，第一偵測模式為寬距離偵測模式，其具有低偵測準確性但可一次偵測寬的區域。另一方面，第二偵測模式為精密距離偵測模式， 其具有窄偵測區但具有高偵測準確性。
圖21為舉例說明在第一寬距離偵測模式中藉由使用配置在晶圓3的前側上之晶圓校準偵測系統16來測量設置在晶圓3的背側上之記號19所獲得的對比曲線圖。藉由在影像自動對焦測量距離寬於晶圓校準偵測系統16的習知影像自動對焦測量距離之第一偵測模式中執行影像自動對焦測量，能夠快速取得用以測量記號19之概要焦點位置72。接著，藉由將晶圓校準偵測系統16的偵測模式切換到具有高偵測準確性的第二偵測模式，從焦點位置72開始影像自動對焦測量。如上述，藉由藉由切換晶圓校準偵測系統16的偵測模式而以兩步驟執行影像自動對焦測量，可快速取得用以測量記號19之最佳焦點位置。圖22為舉例說明藉由從第一偵測模式所獲得之焦點位置72在第二偵測模式中執行影像自動對焦測量所獲得之對比曲線圖。可看出，在圖22所示的圖中取得最佳焦點位置74。
(裝置製造方法)
接著，將說明根據本發明的一實施例之製造裝置(半導體裝置、液晶顯示裝置等等)的方法。半導體裝置係藉由積體電路係形成在晶圓上之前端處理與從前端處理所形成之晶圓上的積體電路將積體電路晶片完成作為產品之後端處理來製造。前端處理包括使用上述曝光設備來曝光塗佈有光敏劑的晶圓之步驟；以及顯影所曝光的晶圓之步 驟。後端處理包括組裝步驟(晶圓切割和接合)與封裝步驟(密封)。液晶顯示裝置係藉由形成透明電極之處理來製造。形成透明電極的處理包括施加光敏劑到沉積透明導電膜的玻璃基板上之步驟；使用上述曝光設備來曝光塗佈有光敏劑的玻璃基板之步驟；以及顯影所曝光的玻璃基板之步驟。根據本實施例的裝置製造方法，可製造具有品質高於習知裝置的品質之裝置。
儘管已參考例示實施例說明本發明的實施例，但是應明白本發明並不侷限於所揭示的例示實施例。下面申請專利範圍的範疇將符合最廣泛的闡釋，以便包含所有此種修改和同等結構及功能。
本申請案主張2012年10月19日所申請之日本專利申請案第2012-231653號的權益，因此藉由提及而完整併入此案。
E‧‧‧曝光設備
D‧‧‧偵測裝置
C‧‧‧控制單元
P‧‧‧處理單元
1‧‧‧光罩
2‧‧‧光罩台
3‧‧‧晶圓
4‧‧‧晶圓台
5‧‧‧照明光學系統
6‧‧‧投影光學系統
7‧‧‧鏡
8‧‧‧鏡
9‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧雷射干涉儀
11‧‧‧參考板
12‧‧‧雷射干涉儀
13‧‧‧光罩校準偵測系統
14‧‧‧透射型光罩校準偵測系統
15‧‧‧焦點偵測系統
16‧‧‧晶圓校準偵測系統
17‧‧‧計算器
18‧‧‧輸入單元
41‧‧‧焦點偵測系統

Claims (13)

  1. 一種偵測裝置，其偵測設置在物體的背側上之記號，該偵測裝置包含：第一偵測單元，其被組構成從該物體的表面側偵測該記號；第二偵測單元，其被組構成偵測該物體的表面位置；以及處理單元，其中，該處理單元依據第一焦點位置與第二焦點位置之間的差來決定該物體的厚度，該第一焦點位置係參考由該第一偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得，而該第二焦點位置係參考由該第二偵測單元所偵測之該表面位置所取得。
  2. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，該厚度為幾何厚度。
  3. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，該厚度為藉由該差乘上該物體的該折射率所決定之光學厚度。
  4. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，該處理單元依據偏移量來決定資訊，該偏移量係藉由將該物體的預設厚度除以該物體的該折射率所取得。
  5. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，該第一偵測單元以紅外光照射該記號。
  6. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，該處理單元依據在該物體的複數個位置中所取得之該第一焦點位置和該第二焦點位置來決定該複數個位置中的該等厚度，及依據該複數個厚度來決定該物體的三維資訊。
  7. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，另包含：固定單元，其被組構成固定該物體，其中，藉由使用設置在該固定單元和該物體的至少其中之一的該表面上之記號做為參考，來校準參考由該第一偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得之焦點位置與參考由該第二偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得之焦點位置，該處理單元校正焦點測量值。
  8. 根據申請專利範圍第1項之偵測裝置，其中，有關該折射率的資訊係事先輸入到該處理單元。
  9. 一種曝光設備，其曝光基板，該曝光設備包含：偵測裝置，其偵測設置在充作物體之該基板的該背側上之記號，或者設置在施加於該基板上且充作物體之光敏劑的該背側上之記號；基板固定單元，其固定該基板；以及控制單元，其控制至少該偵測裝置和該基板固定單元的操作，其中，該偵測裝置為偵測設置在物體的該背側上之記 號的偵測裝置，該偵測裝置包含：第一偵測單元，其被組構成從該物體的表面側偵測該記號；第二偵測單元，其被組構成偵測該物體的表面位置；以及處理單元，其中，該處理單元依據第一焦點位置與第二焦點位置之間的差來決定該物體的厚度，該第一焦點位置係參考由該第一偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得，而該第二焦點位置係參考由該第二偵測單元所偵測之該表面位置所取得，並且其中，該控制單元依據構成該偵測裝置之該處理單元所決定的該資訊來控制該基板固定單元的該操作，使得該記號的該對焦狀態落在可允許範圍內。
  10. 根據申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該控制單元週期性取得由該處理單元所決定之該厚度，及當決定該厚度改變時，該控制單元提供該厚度的反饋給施加薄化處理至曝光處理後的該基板之裝置與施加蝕刻處理至曝光處理後的該基板之裝置的至少其中之一。
  11. 根據申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，該控制單元週期性取得由該處理單元所決定之該三維資訊，及當決定該三維資訊改變時，該控制單元提供該三維資訊的反饋給施加薄化處理至曝光處理後的該基 板之裝置與施加蝕刻處理至曝光處理後的該基板之裝置的至少其中之一。
  12. 根據申請專利範圍第9項之曝光裝置，其中，有關該折射率的資訊係事先輸入到該控制單元以取代該處理單元。
  13. 一種裝置製造方法，包含：使用曝光設備來曝光基板；以及顯影該曝光基板，其中，該曝光設備為曝光基板的曝光設備，該曝光設備包含：偵測裝置，其偵測設置在充作物體之該基板的該背側上之記號，或者設置在施加於該基板上且充作物體之光敏劑的該背側上之記號；基板固定單元，其固定該基板；以及控制單元，其控制至少該偵測裝置和該基板固定單元的操作，其中，該偵測裝置為偵測設置在物體的該背側上之記號的偵測裝置，該偵測裝置包含：第一偵測單元，其被組構成從該物體的表面側偵測該記號；第二偵測單元，其被組構成偵測該物體的表面位置；以及處理單元，其中，該處理單元依據第一焦點位置與第二焦點 位置之間的差來決定該物體的厚度，該第一焦點位置係參考由該第一偵測單元所偵測之該記號的該位置所取得，而該第二焦點位置係參考由該第二偵測單元所偵測之該表面位置所取得，並且其中，該控制單元依據構成該偵測裝置之該處理單元所決定的該資訊來控制該基板固定單元的該操作，使得該記號的該對焦狀態落在可允許範圍內。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI571710B (zh) * 2014-12-30 2017-02-21 力晶科技股份有限公司 曝光機台對準光源裝置內的模組作動監控方法及監控系統
JP6207671B1 (ja) * 2016-06-01 2017-10-04 キヤノン株式会社 パターン形成装置、基板配置方法及び物品の製造方法
CN106247958A (zh) * 2016-07-11 2016-12-21 京东方科技集团股份有限公司 测量设备及测量方法
NL2019155A (en) 2016-08-30 2018-03-06 Asml Netherlands Bv Position sensor, lithographic apparatus and method for manufacturing devices
JP2019096757A (ja) * 2017-11-24 2019-06-20 東京エレクトロン株式会社 測定器のずれ量を求める方法、及び、処理システムにおける搬送位置データを較正する方法
EP3667423B1 (en) * 2018-11-30 2024-04-03 Canon Kabushiki Kaisha Lithography apparatus, determination method, and method of manufacturing an article
JP7129325B2 (ja) * 2018-12-14 2022-09-01 東京エレクトロン株式会社 搬送方法及び搬送システム
JP7173891B2 (ja) * 2019-02-14 2022-11-16 キヤノン株式会社 計測装置、露光装置、および物品製造方法
JP7446131B2 (ja) * 2020-03-12 2024-03-08 キヤノン株式会社 検出装置、露光装置および物品製造方法
WO2022040207A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-24 Tokyo Electron Limited Tunable wavelength see-through layer stack

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0585041B1 (en) * 1992-08-19 2000-11-02 Canon Kabushiki Kaisha Registration method usable with a projection optical system, exposure apparatus therefor and method of manufacturing a semiconductor device by using such exposure apparatus
US5474647A (en) * 1993-11-15 1995-12-12 Hughes Aircraft Company Wafer flow architecture for production wafer processing
US5671054A (en) * 1995-07-18 1997-09-23 Nikon Corporation Method and apparatus for measuring position of pattern formed on a substrate having a thickness
DE19733890C2 (de) * 1996-08-04 2000-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Verfahren zum Vermessen eines Mediums und Vorrichtung dazu
US5744814A (en) * 1997-03-24 1998-04-28 Nec Corporation Method and apparatus for scanning exposure having thickness measurements of a film surface
US6376329B1 (en) * 1997-08-04 2002-04-23 Nikon Corporation Semiconductor wafer alignment using backside illumination
US5781303A (en) * 1997-08-29 1998-07-14 Becton Dickinson And Company Method for determining the thickness of an optical sample
EP1258916B1 (en) * 2000-01-21 2008-05-21 Hamamatsu Photonics K.K. Thickness measuring apparatus, thickness measuring method, and wet etching apparatus and wet etching method utilizing them
US6768539B2 (en) 2001-01-15 2004-07-27 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus
KR100438787B1 (ko) * 2002-05-13 2004-07-05 삼성전자주식회사 박막 두께 측정 방법
JP2005005444A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Nikon Corp アライメント装置、露光装置、アライメント方法、露光方法及び位置情報検出方法
JP5018004B2 (ja) * 2006-10-11 2012-09-05 株式会社ニコン 顕微鏡、マーク検出方法、ウェハ接合装置、および、積層３次元半導体装置の製造方法
US20080292177A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 Sheets Ronald E System and Method for Providing Backside Alignment in a Lithographic Projection System
TW200938803A (en) 2008-03-07 2009-09-16 Univ Nat Formosa Device and method for testing thickness and gaps of transparent objects by means of dual optical probes
JP5406624B2 (ja) 2009-08-10 2014-02-05 キヤノン株式会社 検出装置、露光装置及びデバイスの製造方法
JP2012195380A (ja) * 2011-03-15 2012-10-11 Nikon Corp マーク検出方法及び装置、並びに露光方法及び装置
JP6025346B2 (ja) * 2012-03-05 2016-11-16 キヤノン株式会社 検出装置、露光装置及びデバイスを製造する方法

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