TWI605311B - 量測方法以及曝光方法與設備 - Google Patents

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前田普教
江頭信一
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Description

量測方法以及曝光方法與設備
本發明有關於量測方法以及曝光方法及設備。
在像是半導體裝置、液晶顯示裝置、或薄膜磁頭等裝置之製造中，使用一種曝光設備，其係藉由使用光刻技術，使用投影光學系統以投影光罩(標線片)的圖案影像到基板(晶圓等)上，並轉移圖案。曝光設備係使用曝光設備內的標記檢測系統偵測晶圓上標記的位置，以進行晶圓的定位，然後將遮罩上的圖案影像準確地投影，以重疊先前晶圓上形成的圖案曝光該晶圓。
近幾年來，使用曝光設備製造IC晶片像是記憶體和邏輯元件，另外還有使用矽穿孔製程之成層裝置像是微機電系統(MEMS)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(接觸型影像感測器(CIS))。為了製造上述的成層裝置，有一種偵測步驟，其係偵測形成在晶圓後表面上之校準標記的位置，以執行定位，並在晶圓 的前表面上曝光以形成圖案。再者，矽穿孔係形成於前表面及與後表面之圖案導通。因為這個原因，前表面上的圖案和後表面上的圖案之重疊必須滿足預定的精度要求。
日本專利特開第2011-40549號討論晶圓前表 面上的標記和晶圓後表面上的標記之重疊檢查，而該重疊檢查係藉使用可見光偵測晶圓前表面上的標記以及使用紅外光偵測晶圓後表面上的標記來執行。更詳細而言，前標記以及後標記兩者係藉照射可見光以及紅外光於晶圓上並利用下者來予以偵測：二向分光鏡，其係將可見光及紅外光彼此分離；偵測可見光的光電轉換元件；及偵測紅外光的光電轉換元件。
在日本專利特開第2011-40549號中，當晶圓 被可見光和紅外光照射時，前表面標記也被紅外光照射，且產生來自前表面標記的該紅外光之衍射光或散射光。當光被聚焦到後表面標記，前表面標記變為失焦，使得前表面標記的紅外光之衍射光或散射光係投射到偵測紅外光的光電轉換元件，並降低與後表面標記之圖像的對比度。因此，後表面標記的偵測精度變差。
期盼以高精度偵測基板的後表面之標記。
根據本發明的一個態樣之量測方法用以使用一偵測光學系統來量測形成在基板的第一表面上之第一標記以及形成在相對於該基板的該第一表面之第二表面上之 第二標記之相對位置，其中該偵測光學系統照射形成在該基板上的標記以偵測該標記的影像，該方法包含：實施第一步驟，其係其係在該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之狀態下，藉使用該偵測光學系統從該基板之該第一表面側照射該第一標記，以偵測該第一標記之影像；實施第二步驟，其係在該第一標記位於該偵測光學系統的視野外之狀態且該第二標記位於該偵測光學系統的視野內之狀態下，藉使用具有穿透該基板之波長的光，並使用該偵測光學系統從該基板之該第一表面側照射第二標記，以偵測該第二標記之影像；以及藉該第一步驟以及該第二步驟的偵測結果以計算該第一標記以及該第二標記的相對位置。
本發明的更多特徵將由以下示範實施例之敘述及參照附圖而變得顯而易知。
1‧‧‧標線片
2‧‧‧標線片載台
3‧‧‧晶圓
4‧‧‧晶圓載台
5‧‧‧照射光學系統
6‧‧‧投影式光學系統
7‧‧‧鏡子
8‧‧‧鏡子
9‧‧‧雷射干涉儀
10‧‧‧雷射干涉儀
11‧‧‧載台參考片
12‧‧‧雷射干涉儀
13‧‧‧偵測系統
14‧‧‧光量感測器
15‧‧‧聚焦偵測系統
16‧‧‧偵測系統(偵測光學系統)
17‧‧‧控制單元
18‧‧‧晶圓載台驅動系統
19‧‧‧校準標記
20‧‧‧照射光源
21‧‧‧第一中繼光學系統
22‧‧‧波長濾波器
23‧‧‧第二中繼光學系統
24‧‧‧孔徑光闌
25‧‧‧光學系統
26‧‧‧NA(數值孔徑)光闌
27‧‧‧光學系統
28‧‧‧偏振分光器
29‧‧‧λ/4波片
30‧‧‧物鏡
31‧‧‧中繼透鏡
32‧‧‧第一影像形成光學系統
33‧‧‧第二影像形成光學系統
34‧‧‧光電轉換元件
35‧‧‧彗形像差調整光學構件
38‧‧‧波長轉移差異調整光學構件
39‧‧‧參考標記
40‧‧‧參考標記
41‧‧‧聚焦偵測系統(AF偵測系統)
42‧‧‧可見光
43‧‧‧紅外光
47‧‧‧視野
48‧‧‧外標記
49‧‧‧內標記
50‧‧‧第二標記
51‧‧‧第一標記
52‧‧‧分開值
53‧‧‧雷射光束
54‧‧‧雷射光束
55‧‧‧偏差量
59‧‧‧第二電路圖案
60‧‧‧第二電路圖案
61‧‧‧厚度
62‧‧‧厚度
63‧‧‧第一電路圖案
64‧‧‧視野
65‧‧‧視野
71‧‧‧第二表面(後表面)
72‧‧‧第一表面(前表面)
圖1為曝光設備的示意圖。
圖2為晶圓以及晶圓載台的俯視圖。
圖3為晶圓校準偵測系統的示意圖。
圖4A、4B以及4C為描述相關技術之問題的圖。
圖5A、5B、5C以及5D為描述根據示範實施例之在晶圓上的標記以及圖案的圖。
圖6A、6B、6C以及6D為描述根據示範實施例之在晶圓上的標記的偵測之圖。
圖7A以及7B為說明標記的偵測順序的圖。
圖8A以及8B為描述因為鏡子造成量測誤差的圖。
圖9A、9B、9C、9D、9E、9F以及9G為描述在晶圓處於0度以及180度的情況下之標記的偵測的圖。
以下參考附圖詳細說明根據示範實施例的量測方法及具有量測裝置之曝光設備。圖1為曝光設備的示意圖。
圖1的曝光設備包括支撐標線片(遮罩)1的標線片載台2、以及支撐晶圓3的晶圓載台4。此外，曝光設備還包括：照射光學系統5，其係使用曝光光照射標線片1；投影式光學系統6，係於晶圓3上投影利用曝光光而照射之標線片1的圖案影像；以及控制裝置(未顯示)，其係控制曝光設備的整個操作。
針對曝光設備，以下以舉例的方式說明使用一掃描式曝光設備(掃描式步進曝光機台)的情況，而該掃描式曝光設備係標線片1以及晶圓3在彼此同步於掃描方向上移動的同時，利用標線片1的圖案來曝光晶圓3。然而，亦可使用一種曝光設備(步進曝光機台)，而在該種曝光設備中，標線片1以及晶圓3被停止，以及使用標線片之圖案曝光晶圓3。
在接下來的描述中，平行於投影式光學系統6 的光軸之方向被稱為Z軸方向，標線片1以及晶圓3的同步移動方向(掃描方向)在垂直於Z軸方向的平面被稱為Y軸方向，以及垂直於Z軸方向和Y軸方向之方向(非掃描方向)被稱為X軸方向。再者，X軸、Y軸以及Z軸的旋轉方向分別被稱為θX、θY以及θZ。
標線片1上的預先決定之照射區域，係被照 射光學系統5使用均勻照射分布之照射光照射。作為從照射光學系統5射出之曝光光的光源，可使用水銀燈、KrF激元雷射、ArF激元雷射、F2激元雷射或極紫外光光源。
支撐標線片1的標線片載台2可以在垂直於 投影式光學系統6的光軸方向之平面內，亦即在XY平面內，在二維方向被移動以及在θZ方向上被稍微地旋轉。 標線片載台2可包含至少一軸驅動或多至六軸驅動。標線片載台2被像是線型馬達或類以裝置之標線載台驅動裝置(未顯示)驅動，且標線台驅動裝置受控於控制裝置。鏡子7係被設置於標線片載台2上。此外，雷射干涉儀9被設置於面向鏡子7之處，且使用雷射光束照射鏡子7以量測鏡子7在XY方向的位置。在標線片載台2上的標線片1之位置以及在二維(XY)方向的旋轉角度係被雷射干涉儀9即時量測，且量測結果被輸出至控制裝置。控制裝置基於雷射干涉儀9的量測結果驅動標線片載台驅動裝置，以執行標線片載台2的定位(也從而定位標線片1)。
投影式光學系統6是以一預先決定的投影放 大率β投影標線片1的圖案於晶圓3上之光學系統，並由複數個光學元件所架構。在示範實施例中，投影式光學系統6為縮小式投影系統，其放大率β為例如1/4或1/5。
晶圓載台4為如下載台：支撐晶圓3，並包括 利用晶圓夾頭以支撐晶圓3的Z載台(即可在Z方向上移動之載台)、支撐Z載台之XY載台(可在XY平面上移動之載台)、以及支持XY載台之基板。晶圓4係由像是線性馬達的晶圓載台驅動系統18所驅動。晶圓載台驅動系統18係受控於控制單元17。控制單元17包括電腦，而該電腦安裝有以下將描述之用於控制晶圓載台4和/或校準偵測系統的程式。
再者，在晶圓載台4上設置隨著晶圓載台4 移動的鏡子8。此外，雷射干涉儀10以及12被設置於面向鏡子8的位置。晶圓載台4在XY方向的位置以及θZ係被雷射干涉儀10量測。再者，晶圓載台4在Z方向的位置以及θX、θY係被雷射干涉儀12量測。量測結果被輸出至控制單元17。基於雷射干涉儀10以及12之量測結果，並透過晶圓載台驅動系統18來驅動XYZ載台，以調整晶圓3在XYZ方向上之位置，並執行被晶圓載台4支撐的晶圓3之定位。
偵測系統13被設置於標線片載台2的臨近 處，而該偵測系統13透過投影式光學系統6偵測標線片1上的標線片參考標記(未顯示)以及偵測晶圓載台4上的載台參考片11上的參考標記39(見圖2)。偵測光學 系統13係配備光電轉換元件，而該光電轉換元件係使用與以下光源相同之光源：通過投影式光學系統6，實際上曝光晶圓3，以照射標線片1上的標線片參考標記、以及參考標記39，並接著偵測反射光。標線片1以及晶圓3的定位系基於光電轉換元件的信號執行。在此情況下，調整標線片參考標記以及晶圓載台參考片11的參考標記39的位置及聚焦，以使標線片以及晶圓之間的相對位置X、Y以及Z可以被調整。
再者，晶圓載台參考片11的參考標記39可 能是反射式或者穿透式。在穿透式的情況下：使用與曝光晶圓3之光源相同的光源以及照射光學系統5；透過投影式光學系統6照射標線片參考標記以及穿透式參考標記39；以及使用光量感測器14偵測通過穿透式參考標記39的光。在此情況下，穿透光的光量係當晶圓載台4在至少一X、Y以及Z方向上移動時被量測，以及標線片參考標記39以及晶圓上的參考標記之位置及聚焦中的至少一者可以被調整。
圖2為晶圓以及晶圓載台4的俯視圖。在晶 圓載台4的一個(至少一個)角落處之晶圓載台參考片11包括將被偵測系統13偵測的參考標記39、以及將被晶圓校準偵測系統(之後將稱為偵測系統)16偵測的參考標記40，並被放置與晶圓3表面大致上同高度。如圖2所示，載台參考片11被安排在晶圓載台4的多個角落，而一載台參考片11可能被設置以及包括複數對的參考標 記39和40。參考標記39和參考標記40之間的位置關係(XY方向)係被假設已知。再者，參考標記40和參考標記39可能為一共同標記。校準標記19被安排在晶圓上各個照射區域(圖中陰影線)臨近處，亦即劃線處。「照射區域」意指用於曝光以產生最終產品的被照射區域。各個照射區域之間的區域為劃線(scribe line)，而晶圓在分開產品區域時，被沿著劃線處切割。
聚焦偵測系統15包括一投影系統及一光接收 系統，而該投影系統投影偵測光至晶圓3的表面，該光接收系統接收從晶圓3反射的光、以及偵測晶圓3表面的Z軸方向之位置。聚焦偵測系統15的偵測結果將輸出至控制裝置。控制裝置可以基於聚焦偵測系統15的偵測結果驅動Z載台，且調整由Z載台支撐的晶圓3之Z軸方向上的位置(聚焦位置)以及傾斜角度。
偵測系統(偵測光學系統)16包括一投影系 統及一光學接收系統，而該投影系統投影偵測光至晶圓3上的校準標記19或者載台參考片11上的參考標記40，該光學接收系統接收標記的反射光以偵測在XY方向上標記的位置。偵測系統16的偵測結果被輸出至控制單元17。控制單元17可以基於偵測系統16的偵測結果以在XY方向上驅動晶圓載台4，以執行晶圓載台4支撐的晶圓3在XY方向上的定位。
再者，偵測系統16配備聚焦偵測系統(AF 偵測系統)41，且類似聚焦偵測系統15，包括投影偵測 光至晶圓3的表面上的投影系統以及接收從晶圓3反射的光之光接收系統。聚焦偵測系統15是用於投影光學系統6的最佳聚焦，而AF偵測系統41是用於偵測系統16的最佳聚焦。
晶圓校準偵測系統的型式可以被分為兩種。 第一種型式是偏軸校準(偏軸AA)偵測系統(OA偵測系統)，其係個別地被架構而沒有包括投影光學系統以光學地偵測晶圓上的校準標記。第二種型式是使用經由投影光學系統之非曝光光的波長來偵測晶圓上的校準標記。這種型式的校準偵測被稱為通過透鏡校準(TTL-AA)偵測系統。本示範實施例係使用OA偵測系統描述，但並非限定於此。
圖3為詳細說明偵測系統16的圖。照射光源 20為可產生紅外光(舉例來說，1000至1500nm)以及可見光(舉例來說，400至800nm)的光源。從照射光源20出來的光被光纖引導，且光通過第一中繼光學系統21、波長濾波器22、第二中繼光學系統23，並到達在對應於偵測系統16的瞳孔表面(對物件表面的光學傅立葉轉換平面)的位置之孔徑光闌24。孔徑光闌24的光束直徑被設定為小於照射光源20的光束直徑。
波長濾波器22係由複數個有不同穿透波長帶 的濾波器組成，且其響應於控制裝置的指令以轉換濾波器。再者，孔徑光闌24由複數個有不同開口直徑的孔徑光闌組成，且可響應於控制裝置的指令以轉換孔徑光闌。
波長濾波器22以及孔徑光闌24由複數個濾 波器以及孔徑光闌預先組成，但係架構成可被新加濾波器以及光闌的結構。在示範實施例中，波長濾波器22可以包括使可見光通過之可見光用濾波器以及使紅外光通過之紅外光用濾波器。波長濾波器22藉此選擇將導引至像是晶圓3以及參考片11的樣本之光的波長。
到達孔徑光闌24的光通過光學系統25和27 被引導到偏振分光器28。垂直於圖3的紙表面的S偏振光被偏振分光器28反射，通過經由NA(數值孔徑)光闌26和λ/4波片29，以及被轉換成圓偏振光，以及通過物鏡30照射形成在晶圓3上的校準標記19。圖3中的實線表示照射光。照射光的數值孔徑(NA)可以藉改變NA光闌26的光闌大小(開口直徑)而被改變。NA光闌26的光闌大小可以藉控制裝置的命令而被改變。
從校準標記19產生的反射光、衍射光以及散 射光(圖3中的虛線)被轉換為平行於紙表面的偏振光經由物鏡30和λ/4波片29，並通過NA光闌26和偏振分光器28。再者，藉中繼透鏡31、第一影像形成光學系統32、彗形像差調整光學構件35、第二影像形成光學系統33以及波長轉移差異調整光學構件38，於光電轉換元件34上形成校準標記19之影像。
一般來說，在藉前述偵測系統16觀察晶圓3 上的校準標記19而偵測到位置的情況下，由於在標記的上方所施加或所形成之透明層，出現的干涉條紋為單色光 或具有窄的波長帶的光。因為這個原因，位置可能會在標記信號加有干涉條紋的信號之狀態下被偵測到，因而無法高精度地偵測。因此，作為偵測系統16的照射光源20，一般可能使用具有寬帶波長的照射光源，且被偵測到的位置之信號具有小的干涉條紋。
接著，描述後表面上的校準。首先，用於量 測的重疊偏差量之電路圖案和校準標記(第二標記)被曝光，且因此被形成於晶圓上。接著，晶圓被反轉且使用偵測系統16從以偵測系統16來看的前方偵測校準標記(第二標記)的位置。再者，藉使用偵測結果，對相對於第一表面的第二表面上的第二標記(後標記，下表面標記)或電路圖案(從偵測系統16的後表面觀察)實施第一表面的位置之偵測。接著，用於量測重疊偏差的電路圖案和第一標記(前標記，上表面標記)被曝光，且因而被形成於晶圓上的第一表面上。標記形成之後，為了檢查前表面上的圖案和後表面上的圖案之間的圖案重疊是否滿足預先決定的精度，藉使用前標記和後標記而實施前表面和後表面的重疊檢查。
以下將描述根據相關技術之晶圓的前表面和 後表面重疊檢查的問題。圖4A為晶圓3的剖面圖，其中內標記49形成於晶圓上的前表面，且外標記48形成於晶圓上的後表面。圖4B顯示晶圓被紅外光43照射以偵測外標記48的狀態。如圖4B顯示，可以被理解的是，當偵測系統16聚焦於外標記48上時，偵測系統16不聚焦於晶 圓的前表面上。圖4C顯示在圖4B的狀態下，觀察圖4A的標記所得到的影像。可以被理解的是，既然偵測系統16聚焦於晶圓的後表面上，外標記48的影像之對比相對地高，但在晶圓上前表面的內標記49為失焦而模糊。再者，外標記48的影像之對比會因為內標記49的失焦之效果而降低。原因為內標記49被光照射且產生來自內標記49的衍射光或散射光。
如上所述，在意圖量測晶圓的後表面之外標 記48的一段時間中，晶圓的後表面之外標記48的偵測精度會因為晶圓的前表面之內標記49的失焦光之效果而降低。因此，可以被理解的是，並不建議同時以帶進偵測系統16的視野47內之晶圓的後表面之外標記48以及晶圓的前表面之內標記49兩者來執行偵測。
接者，在示範實施例中，描述重疊偏差量的 量測。首先，參考圖5A到圖5E而示意地描述前表面和後表面的標記和電路圖案。圖5A為說明第二電路圖案59及60、以及用以量測形成於晶圓3上的第二(後)表面71上的偏差量之第二標記50之狀態的圖。標記或圖案是藉曝光處理形成。在此狀態下，晶圓的厚度61，舉例來說，在12吋的晶圓上大約為775μm。
圖5B為說明圖5A的晶圓的第二表面71形成 有第二電路圖案59及60以及第二標記50且晶圓被反轉且變薄之狀態的圖。在圖5B中，晶圓被研磨所以晶圓的厚度62，舉例來說，為100μm，亦即比圖5A中的晶圓 厚度薄。根據最終的產品，圖5B所示的晶圓厚度62並非限定為100μm，必且可能更薄像是50μm等，或者更厚像是150μm等。
圖5C為說明對於圖5B之變薄的晶圓3從偵 測系統16觀察的前表面之第一表面72形成有作為校準標記之第一標記(以下稱為前標記)51的狀態之圖。前標記51具有落在偵測系統16的視野64中之尺寸。圖5C的第二表面71(後表面)上之第二電路圖案59及60在緊接著前標記51之下，且可以被理解的是，雖然在Z方向上的高度不同，當前標記51被偵測到在偵測系統16的視野64中時，第二電路圖案59及60落在視野64中。當前標記51被使用紅外光從前表面觀察，由於紅外光穿過Si晶圓，同時以干擾成分的形式偵測到紅外光，而該干擾成分像是從前標記51較低的表面上之第二電路圖案59及60的反射光、衍射光以及散射光。當干擾成分的光從第二電路圖案59及60入射，前標記51的對比將會降低，所以該前標記51的量測精度將會降低。因為這個原因，在示範實施例中，以可見光偵測前標記51，而非紅外光。當以可見光量測圖5C的第一標記時，由於可見光不會穿過晶圓3，光不會直接到達在前標記51下的第二電路圖案59及60，所以不會產生干擾成分的光。因為這個原因，能以高對比以及高精度偵測前標記51。
圖5D為說明第一電路圖案63而非前標記51 形成於第一表面72(前表面)上的狀態的圖。在第一表 面上，前標記51及第一電路圖案63並不形成於面對第二表面71(從偵測系統16觀察的後表面)上第二標記(以下稱為後標記)50的位置。在後標記50被偵測系統16從前表面(第一表面)偵測的情況下，前標記51及第一電路圖案63被安排使後標記50不在視野65內。亦即，在該晶圓的前表面，第一標記及圖案被形成於晶圓的前表面，使得前標記和圖案不被形成在包括面對後標記之位置之與偵測系統16視野一樣大小之內。因此，在後標記50被偵測系統16偵測的情況下，並不會有晶圓3的電路圖案及前標記，使得像是來自圖案及標記的反射光、衍射光以及散射光之干擾成分並不會產生。因為這個原因，能以高對比以及高精度偵測後標記50。
接下來，參照示意圖6A至6D描述用來量測(重疊偏差量測)前標記及後標記之間相對位置的方法。藉執行安裝在控制單元17的電腦中之程式以及允許電腦執行載台或偵測系統的控制，以執行該方法。
為方便解釋，圖6A僅示出後標記50和前標記51的示意圖。後標記50和前標記51被形成，使得它們的位置(座標)被X方向上的設計值上的分開值52分開。圖6B及圖6C為說明偵測系統16之聚焦狀態的圖。圖6D為說明晶圓上表面之平面圖，包括後標記50和前標記51以及偵測系統16的視野65。
首先，如圖6B所示，控制單元17控制晶圓載台4以移動晶圓3，使得後標記50會在偵測系統16的 視野65內，且將偵測系統16聚焦於晶圓的後表面(經由前表面)。在此情況下，如圖6D所示，當後標記50被偵測系統16偵測，前標記51被安排在視野65外以防止前標記51在視野內。接著，偵測系統16使用從前表面側通過晶圓以偵測後標記50的影像(第一步驟)之紅外光43來照射後標記50。標記的位置係使用雷射干涉儀10偵測。控制單元17由偵測系統16及雷射干涉儀10取得偵測結果，並取得後標記的位置。此外，為了防止後標記50及前標記51兩者皆在偵測系統16的視野內，後標記50及前標記51之間在X方向上的分開值52，理想地，應該等於或多於視野大小(直徑)的一半。
接著，晶圓載台4根據分開值52會被驅動在 X方向上一距離，且前標記51被控制在偵測系統16的視野65內。此外，如圖6C所示，偵測系統16聚焦於晶圓的前表面。晶圓在偵測系統16光軸方向的位置可以被晶圓載台調整以及偵測系統16的聚焦位置可以被調整。偵測系統16使用不通過晶圓之光(可見光)42照射前標記51，以偵測前標記51的影像(第2步驟)。控制單元17由偵測系統16及雷射干涉儀10取得偵測結果，並取得前標記51的位置。如上所述，偵測系統16的光軸方向之位置(晶圓載台在Z方向上的位置)或偵測波長係在與前標記51之量測比較之後標記50之量測時改變。
電腦(計算單元)的控制單元17使用以此方 法所偵測之後標記50的位置以及前標記51的位置，以執 行位置的相減，藉此計算前標記51及後標記50之間的相對位置。再者，藉計算的相對位置及分開值52而取得前標記51及後標記50的重疊偏差量。特別的是，重疊偏差量={(後標記50的偵測位置值)-(前標記51的偵測位置值)}-分開值52。因此，後標記50的位置係以高精度偵測，以實現高精度重疊檢查。此外，計算的重疊偏差量被反映到接下的晶圓校準控制，以校準晶圓以及曝光晶圓，藉此減少被曝光的晶圓之重疊偏差。
再者，晶圓載台4被移動，使得標記藉調整 在偵測系統16的視野，而被安排在視野內，但偵測系統16的視野可以被移動以准許標記在視野內。此外，偵測系統16的視野之大小或形狀可以被場光闌改變。舉例來說，在後標記50被偵測系統16偵測的情況下，場光闌的開口直徑被設定為小的，使得可將視野的大小變小以防止後標記51在視野內。再者，在後標記50被偵測系統16偵測的情況下，遮光板可以被安排在偵測系統16的任一位置，以防止光從前標記51進入到光電轉換元件34。因此，在後標記50被偵測系統16偵測的情況下，從前標記51發出散射光或類似之干擾成分可能被減少。
由於前標記51使用晶圓的非透射光及後標記 50使用晶圓透射光，故每個前表面和後表面的觀測波長發生偏移量。因為這個原因，每個前表面和後表面的觀測波長發生的偏移量是預先取得的，且能以每個偏移量來修正標記的偵測值。關於每個波長的偏移量，舉例來說，被 安排在圖4載台參考片11上的參考標記40被晶圓透射光以及晶圓非透射光量測，且波長差偏移量被計算。因此，在晶圓透射光及晶圓非透射光中，藉使用共同標記，標記形狀的錯誤及類似不會發生。替代地，可利用都來自同一方向之照射在晶圓的前表面及後表面上照射並測量在晶圓上的標記，使得其必須通過晶圓以到達後表面。可能有相同的標記在前表面及後表面上或晶圓可以被反轉，使得能在前表面及後表面兩者上照射晶圓，並以標記作量測。使用具有不同波長的光於這兩者，所以波長差異量可以藉使用此單一或相同的標記來決定。
再者，標記50及51可能不為檢查重疊的專 用標記，但可能為用以兼作校準及曝光晶圓(照射區域)之校準標記。在如圖4A及圖4C所說明之根據相關技藝的重疊檢查中，使用僅用於重疊檢查的盒型包覆式標記。 在示範實施例中，使用像圖6D描述的標記50及51之4行線型的一般晶圓校準標記或類似者。因此，用於一般晶圓曝光的定位及標記重疊檢查的晶圓校準標記可相同以避免標記不同的影響，並實現高精度的重疊檢查。再者，標記50及51可能有不同或相同的形狀。此外，標記50及51描述成在X方向上分開，但可描述成在Y方向上分開。
再者，要量測重疊偏差，可偵測對應於複數 個晶圓上照射區域的校準標記。在此情況下，在沒有改變晶圓在Z方向的位置(校準系統的光軸方向之位置)下， 晶圓上的後表面標記被量測如複數個照射區域一樣多。接著，在沒有改變晶圓在Z方向的位置下，偵測系統16藉在Z方向上驅動晶圓載台而被聚焦於晶圓的前表面，且晶圓前表面的標記被量測如複數個照射區域一樣多。因此，晶圓載台在Z方向上的驅動次數為一次，且相較於對一照射區域的前標記和後標記之量測而在Z方向上驅動晶圓載台之情況，該標記可以在短時間內被量測，且改善輸出量。
透過舉例的方式，以下參考圖7A和圖7B以 4照射區域描述重疊量測順序。圖7A示出了用以量測校準標記的照射區域之順序，而其中被圈出來的校準標記的四個地方係依所示的箭頭(→)順序量測。首先，晶圓上的後標記經歷如圖7A所示四個照射區域依順序之量測。 當四個照射區域的量測結束時，晶圓載台被驅動於Z方向上及偵測系統16被聚焦於晶圓的前標記。接著，晶圓的前標記被依圖7A示出的照射區域依序量測。因此，晶圓的後標記之偵測順序與晶圓的前標記之偵測順序是一致的(通常)，因此由於步驟方向上的差異導致的錯誤會減少。舉例來說，如果晶圓的後表面之標記的偵測順序如圖7A所示，但晶圓的前表面之標記的偵測順序如圖7B所示，則步驟方向上的差異導致錯誤的產生，而成為晶圓上後標記及前標記的重疊量測之錯誤。此外，該標記係指示四個照射區域的重疊偵測序列，但重疊檢查可能實施所有照射量測。另外，在前面的描述中，首先對晶圓的後標記 量測，而晶圓的前標記晚一點被偵測，但晶圓的前標記可以先被偵測而後標記可以晚一點被偵測。
再者，可使用晶圓載台每一個Z位置不同的 載台校正資料，且可校正標記之偵測位置或晶圓載台之位置。圖8A和圖8B係示出當晶圓3的後標記50和前標誌51被偵測系統16偵測時，雷射光束如何從雷射干涉儀10到達鏡子8的圖。干涉儀10獨立於晶圓載台4，然而鏡子8是在晶圓載台4上，使得晶圓載台4在Z方向上的移動會讓鏡子相對於干涉儀10移動。如此干涉儀10可量測晶圓載台和晶圓3在Z方向的高度變化，但更重要地是，當晶圓載台4在Z方向有意的移動時，干涉儀10可確定晶圓載台4是否有任何在X及Y方向上無意的移動。圖8A係示出在偵測系統16聚焦於後標記50的狀態下，以紅外光43偵測到後標記50的情況之圖。在此情況下，來自雷射干涉儀10的雷射光束53到達晶圓載台4上的鏡子8之中央(圖8A的虛線)以下的部份(即更靠近晶圓載台4)。圖8B係示出在偵測系統16聚焦於前標記51的狀態下，以可見光42測量前標記51的情況之圖。在此情況下，來自雷射干涉儀10的雷射光束54照射在鏡子8之中央以上的部份。意即，雷射光束照射鏡子8的位置在量測後標記50時，不同於在量測前標記51時。
雖然鏡子8是以有最小變形程度的材料製 成，因為鏡子反射表面的不規則及其平面性的偏差等，偵測錯誤可能會取決於雷射光束照射鏡子8的位置改變而產 生。舉例來說，在圖8中，因為雷射干涉儀10而發生在Y方向上的位置的偵測錯誤。因為這個原因，建立過程的期間，晶圓載台在Z方向移動，以允許雷射干涉儀10執行量測，根據晶圓載台在Z方向的位置，預先地創造Y方向上之位置偵測值之校正資料。再者，雷射干涉儀10的偵測結果使用校正數據進行校正(校準)。此外，晶圓載台可能因校正資料之使用而受驅動，以調整晶圓3的校準。因此，可高精度地取得標記的位置，且可高精度地控制晶圓載台。再者，雷射光束到達鏡子8的位置不限於之前的例子，且舉例來說，在晶圓後表面的量測及晶圓前表面的量測的情況下，可採用雷射光束皆到達鏡子8中央的下半部處之情況。
再者，在量測後標記50及前標記51時，可藉 實施晶圓在0度及180度之兩個狀態下的量測，而減輕因為晶圓載台在Z方向上的驅動而產生之X方向上或者Y方向上的偏差。
圖9A和9B示出以分開值52隔開後標記50 和前標記51且偵測系統16聚焦在每個標記上並實施量測之狀態。在這種狀態下，晶圓的角度被定義為0度。
在此情況下，後標記50及前標記51的重疊偏 差量變成藉計算圖9A後標記50的量測值及圖9B前標記51的量測值之間的差異，並且從計算差異值減去分開值52而取得的值。若從圖9A及圖9B計算的重疊偏差量被設為OvD-0，晶圓在0度時測量的重疊偏差量(OvD-0) 等於{(後標記50的偵測位置值)-(前標記51的偵測位置值)}-分開值52。在此，在晶圓為0度時，分開值52係以後標記50的位置-前標記51的位置之方式算出。
因為晶圓載台在Z方向的驅動而發生在標記 位置上的偵測誤差會影響重疊偏差量。圖9C係用於描述晶圓載台4在Y方向因晶圓載台4的Z驅動而發生的偏差量55。舉例來說，假設晶圓載台從Z位置(0μm)驅動+100μm下作為基準。在此情況下，理想上，後標記50僅會向上移動且後標記50在Y方向上的位置偏差不會發生，這是有利的，但實際上，位置偏差的發生有如載台Z驅動所導致的偏差量55一樣多。這種情況的發生是因為晶圓載台在Z方向上被驅動並帶有輕微的傾斜角θ。在檢查晶圓的前表面和後表面的重疊情況下，如圖9C所示，晶圓載台Z驅動量係大量像是100μm及類似者，使得即使傾斜角θ為小量，因為載台Z驅動導致的偏移量55仍會增加。舉例來說，即使當傾斜角θ如1 mrad為少量，將發生1 mrad*100μm=100nm非常大的偏差量。也就是說，計算出的重疊偏差量(OvD-0)包括一個「真正的」重疊偏差量及由於載台Z驅動發生的偏差量55。由下面的方程式代表，在晶圓0度量測的重疊偏差量(OvD-0)=真正的重疊偏差量+由於載台Z驅動發生的偏差量55。
圖9D和圖9E係示出晶圓在圖9A和圖9B的 狀態下以繞著晶圓表面(也稱為基板表面)的法線方向之軸作為旋轉軸而旋轉180度的晶圓之狀態的圖。因此，在 晶圓已經被旋轉180度的狀態下，藉偵測後標記50及前標記51的每個聚焦位置來計算重疊偏差量(OvD-180)。由下列方程式代表，晶圓在180度時量測的重疊偏差量(OvD-180)等於{(後標記50的偵測位置值)-(前標記51的偵測位置值)}-分開值52。在此，在晶圓為180度時，分開值52係以後標記50的位置-前標記51的位置之方式算出。
由於在晶圓已被旋轉了180度的狀態下量測 晶圓，重疊偏差量與晶圓在0度處的情況下相比，具有相反的符號。圖9F和圖9G係示出晶圓在0度和180度的狀態下，觀察後標記50及前標記51時之標記50和51在XY坐標系統的平面圖。圖9F示出在圖9A和圖9B中所示之晶圓在XY坐標系統中在0度之狀態下的觀察標記，及圖9G示出在圖9D和圖9E中所示之晶圓在XY坐標系統中被旋轉180度的狀態下的觀察標記。在當晶圓為0度時之重疊偏差量(OvD-0)的計算中，由於前標記51的量測值是大的，故可以從圖9F理解的是(後標記量測的位置值50)-(前標記量測的位置值51)為負。在當晶圓為180度時之重疊偏差量(OvD-180)的計算中，由於後標記50的量測值是大的，故可以從圖9G理解的是(後標記量測的位置值50)-(前標記量測的位置值51)為正。這同樣適用於真正的重疊偏差量。
重疊偏差量(OvD-180)包括如圖9C所示之 由於載台Z驅動而發生的位置偏差量55。由下列方程式 代表，晶圓在180度時量測的重疊偏差量(OvD-180)等於真正的重疊偏差量+由於載台Z驅動發生的偏差量55。 因為晶圓的方向並不影響晶圓載台4在Z方向上移動期間XY平面的飄移，故當晶圓在0度及180度時，彼此真正的重疊偏差量具有相反的符號，且由於載台Z驅動而發生的位置偏差量55具有一樣的符號。因為這個原因，真正的重疊偏差量可藉執行以下運算來計算：在晶圓0度和180度狀態下，將計算出的OvD-0及OvD-180之間的差值除以一半。由下面的方程式所代表，真正的重疊偏差量=|(重疊偏差量(OvD-0)-重疊偏差量(OvD-180))/2|。因此，包括在OvD-0和OvD-180內並因載台Z驅動而發生的偏差量55可能被消除，並可能實現不含因載台Z驅動而造成的誤差之高精度重疊檢查。
再者，基板係矽晶圓的情況下已被描述，但 並不限定於此基板。舉例來說，碳化矽(SiC)或摻雜矽等類似者製成的基板，也可以被使用。此外，晶圓校準偵測系統可被安排在晶圓上方或下方。
接著，以下描述使用根據示範性實施例的曝 光設備之製造裝置(液晶裝置等)的方法。藉形成透明電極的製程來製造液晶顯示裝置。形成透明電極的製程包括：將光敏劑施加在具有透明導電層放置在其上的玻璃基板；使用上述曝光設備曝光有加光敏劑的玻璃基板；以及顯影該玻璃基板。
使用上述曝光設備製造裝置的方法適用於液 晶顯示裝置，另適用於諸如半導體裝置等裝置的製造。該方法可包括使用曝光設備曝光加有光敏劑的基板及顯影該被曝光的基板。再者，製造裝置的方法可能包括其它已知製程(氧化、成膜、沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、光阻分離、切割、黏接、封裝等)。
雖然參照示範性的實施例描述本發明，但是應當理解的是，本發明並不限於所揭露的示範性實施例。以下的申請專利範圍的範疇應被賦予最寬的解釋，以涵蓋在申請專利範圍內的所有修改、等同的結構和功能。
3‧‧‧晶圓
50‧‧‧第二標記
51‧‧‧第一標記
59‧‧‧第二電路圖案
60‧‧‧第二電路圖案
61‧‧‧厚度
62‧‧‧厚度
63‧‧‧第一電路圖案
64‧‧‧視野
65‧‧‧視野
71‧‧‧第二表面(後表面)
72‧‧‧第一表面(前表面)

Claims (16)

  1. 一種測量方法，用以使用一偵測光學系統來測量在基板的第一表面上形成之第一標記以及在相反於該基板第一表面之第二表面上形成之第二標記之相對位置，而該偵測光學系統照射形成在該基板上的標記以偵測該標記的影像，該方法包含：在該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之狀態下，藉使用該偵測光學系統，從該基板之該第一表面側照射該第一標記，以偵測該第一標記；在藉使用該偵測光學系統偵測該第一標記之後，在垂直於該偵測光學系統之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統和該基板之相對位置，使得該第一標記被配置在該偵測光學系統的該視野外且該第二標記被配置在該偵測光學系統的該視野內，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半；在該第一標記位於該偵測光學系統的視野外之狀態，且該第二標記位於該偵測光學系統的視野內之狀態下，藉使用具有穿透該基板之波長的光從該基板的該第一表面側照射第二標記的該偵測光學系統，偵測該第二標記；以及藉由該偵測光學系統偵測的該第一標記和由該偵測光學系統偵測的該第二標記以測量該第一標記和該第二標記的該相對位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測量方法，其中，在該偵測該第二標記中，產品圖案(product pattern)以 及在該第一表面上的第一標記係在該偵測光學系統的視野外。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之測量方法，其中該基板在該偵測光學系統的該光軸方向上的位置係在該偵測該第一標記和該偵測該第二標記中改變，使得該偵測光學系統於該偵測該第一標記中聚焦於該第一標記，且該偵測光學系統於該偵測該第二標記中聚焦於該第二標記。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之測量方法，其中該偵測該第一標記以及該偵測該第二標記係執行於當該基板繞著作為旋轉軸之該基板表面的法線方向之軸的旋轉角度分別為0度和180度時。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之測量方法，其更包含：在該偵測該第一標記以及該偵測該第二標記中，使用一干涉儀以偵測該等各別標記之位置，其中該干涉儀可使光投射於設置在移動該基板的載台上之鏡子上；以及取得修正資料，而該修正資料用於修正因投射於該鏡子上的光之位置改變而產生之該等標記位置之偵測錯誤。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之測量方法，其更包含取得偏移，該偏移發生在每一波長之用於偵測該第一標記之不穿透該基板之具有第一波長的光與用於偵測該第二標記之穿透該基板之具有第二波長的光；以及基於發生在包括該第一波長及該第二波長之該每一波長偏移修正該等標記之位置之偵測錯誤。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之測量方法，其中藉使用從該基板之該第一表面側不穿透該基板的該第一波長與穿透該基板的該第二波長來照射在第一表面之同一標記或兩個相同標記，以取得該每一波長偏移。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之測量方法，其中，在該偵測該第一標記中，對應該基板第一表面上形成之複數個攝像(shots)的複數個第一標記之偵測係在該基板在該偵測光學系統的該光軸方向上位置不變的情況下而偵測的，以及其中，在該偵測該第二標記中，對應該基板第二表面上形成之複數個攝像的複數個第二標記之偵測係在該基板在該偵測光學系統的光軸方向上位置不變的情況下而偵測的。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之測量方法，其中複數個第一標記的偵測順序跟複數個第二標記的偵測順序一樣。
  10. 一種曝光方法，用以藉由基於形成在該基板之該第一表面上的該第一標記與形成在該基板之與該第一表面相反之該第二表面上的該第二標記的相對位置以曝光該基板，該曝光方法包含：在其中使用該偵測光學系統偵測該影像之該第二標記的情況下，在該基板的該第一表面上形成該第一標記和圖案，使得該第一標記及該圖案沒有配置在該偵測光學系統視野中，包括相對於該第二標記之一位置， 藉由執行根據申請專利範圍第1項所述之測量方法的測量步驟測量形成在形成步驟之該第一標記及該第二標記的該相對位置；以及藉由使用在該測量步驟測量的該第一標記與該第二標記之該相對位置而執行該基板對準定位而曝光該基板。
  11. 一種曝光方法，包含：使用根據申請專利範圍第1項所述之測量方法來測量該第一標記和該第二標記的該相對位置；以及藉使用該相對位置實施該基板的定位校準。
  12. 一種測量設備，用以測量相對位置，其介於基板的第一表面上形成之第一標記和在相反於該基板的第一表面之第二表面上形成之第二標記，該測量設備包含：偵測光學系統，其照射形成於該基板上的該等標記以及偵測該等標記；以及計算單元，其使用來自該偵測光學系統的該第一標記及來自該偵測光學系統的該第二標記來計算該相對位置，其中該偵測光學系統以：在該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之狀態下，從該基板之該第一表面側照射該第一標記以及偵測該第一標記，在以垂直於該偵測光學系統及該基板之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統和該基板之相對位置，透過使用該偵測光學系統由具有穿透該基板之波長的光從該基板之該第一表面側照射該第二標記以偵測該第二標記，以及 其中該計算單元藉使用來自該偵測光學系統的該第一標記和來自該偵測光學系統的該第二標記來計算該第一標記和該第二標記之間的該相對位置，該第一標記由該偵測光學系統偵測以及該第二標記由該偵測光學系統偵測，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半。
  13. 一種曝光設備，用以曝光基板，並包含根據申請專利範圍第12項所述之測量設備，其中該曝光設備係架構以藉使用該基板的第一表面上之第一標記以及相反於該基板第一表面的第二表面上之第二標記之間的相對位置來實施該基板的定位，而該相對位置係藉該測量設備而計算，其中該測量設備包括照射該基板上之標記以及偵測該標記的偵測光學系統、以及使用該偵測光學系統的偵測結果以計算該相對位置的計算單元，其中該偵測光學系統在以垂直於該偵測光學系統及該基板之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統之相對位置之後，從該基板之第一表面照射該第一標記，用以在其中該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之裝態下偵測該第一標記，以及透過使用該偵測光學系統由照射來自該基板之第一表面之具有穿透該基板之波長的光照射該第二標記來偵測該第二標記，以及其中該計算單元藉使用該偵測光學系統偵測的該第一標記和該偵測光學系統偵測的該第二標記來計算該第一標 記和該第二標記之間的相對位置，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半。
  14. 一種製造方法，包含：使用根據申請專利範圍第13項所述之曝光設備曝光基板；以及顯影該曝光的基板，其中該曝光設備包括測量設備以及藉使用該基板的第一表面上之第一標記以及相反於該基板第一表面的第二表面上之第二標記之間的相對位置來實施該基板的定位，用以使該基板曝光，而該相對位置係藉該測量設備而計算出，其中該測量設備包括照射該基板上之標記以及偵測該標記的偵測光學系統、以及藉使用該偵測光學系統的偵測結果以計算該相對位置的計算單元，其中該偵測光學系統在以垂直於該偵測光學系統及該基板之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統之相對位置之後，從該基板之第一表面照射該第一標記，在其中該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之裝態下偵測該第一標記，以及透過使用該偵測光學系統由照射來自該基板之第一表面之具有穿透該基板之波長的光照射該第二標記來偵測該第二標記，以及其中該計算單元藉使用該偵測光學系統的該第一標記和該偵測光學系統的該第二標記來計算該第一標記和該第 二標記之間的該相對位置，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半。
  15. 一種測量方法，用以使用一偵測光學系統來測量形成在基板的第一表面上之第一標記以及形成在相反於該基板第一表面之第二表面上之第二標記之相對位置，而該偵測光學系統照射形成在該基板上的標記以偵測該標記的影像，該方法包含：在其中該第二標記位於該偵測光學系統的視野內之裝態下，透過使用該偵測光學系統從該基板之第一表面照射具有穿透該基板之波長的光以偵測該第二標記；在偵測該第二標記的偵測步驟之後，以垂直於該偵測光學系統及該基板之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統之相對位置，使得該第二標記位於該偵測光學系統的視野外且該第一標記位於該偵測光學系統的視野內；在改變步驟之後，在其中該第二標記位於該偵測光學系統的視野外且該第一標記位於該偵測光學系統的視野內之裝態下，透過使用該偵測光學系統從該基板之第一表面的光照射該第一標記以偵測該第一標記，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半；以及藉由使用用於偵測該第一標記之影像之該偵測步驟及用以偵測該第二標記之該偵測步驟所得到之該偵測結果測量該第一標記及該第二標記之該相對位置。
  16. 一種測量設備，用以使用一偵測光學系統來測量形成在基板的第一表面上之第一標記以及形成在相反於該基板第一表面之第二表面上之第二標記之相對位置，該設備包含：偵測光學系統，其藉由光照射形成在該基板上之該等標記偵測該等標記；以及計算單元，根據來自該偵測光學系統之偵測結果來計算該相對位置，其中該偵測光學系統：在其中該第二標記位於該偵測光學系統的視野內裝態下，透過使用該偵測光學系統由來自該基板之第一表面之具有波長穿過該基板的光照射該第二標記偵測該第二標記，在偵測該第二標記之該影像後，藉由來自該基板之該第一表面之在其中該偵測光學系統垂直於該偵測光學系統及該基板之光軸方向之方向上改變該偵測光學系統之相對位置之狀態下的光照射該第一標記以偵測該第一標記，使得該第二標記被配置在該偵測光學系統的該視野外且該第一標記被配置在該偵測光學系統的該視野內，以及該第二標記在該方向上距離該第一標記為等於或大於該偵測光學系統的視野之直徑的一半；其中該計算單元操量該偵測光學系統偵測的該第一標記和該偵測光學系統偵測的第二標記的該相對位置。
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