CN103309169A - 检测装置、曝光装置和制造器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及检测装置、曝光装置和制造器件的方法。一种检测形成在目标物体的下表面上的标记的检测装置，包括：第一检测器，其从目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；第二检测器，其检测目标物体的上表面位置；以及处理器，其基于第二检测器检测的上表面位置来获得指示在第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息。

Description

检测装置、曝光装置和制造器件的方法
技术领域
本发明涉及从目标物体的上表面侧检测形成在目标物体的下表面上的标记的检测装置、曝光装置和制造器件的方法。
背景技术
为了使用光刻技术制造器件（例如，半导体器件、液晶显示装置或薄膜磁头），通常采用投影曝光装置，投影曝光装置通过投影光学***将投影掩模（reticle）上绘制的图案投影并转印到例如晶片上。此时，构建到投影曝光装置中的对准检测***用于将经由投影光学***投影的投影掩模的图案的图像与晶片上已形成的图案对准，并且执行曝光。
随着集成电路的小型化和组装密度的增加，要求投影曝光装置以更高的分辨率通过曝光将投影掩模的图案投影并转印到晶片上。投影曝光装置可以转印的最小线宽（分辨率）与用于曝光的光的波长成比例，并且与投影光学***的数值孔径（NA）成反比。这意味着，波长越短，分辨率越高。因此，最近的光源从超高压汞灯的g线（波长：约436nm）和i线（波长：约365nm）转变为KrF准分子激光器（波长：约248nm）和ArF准分子激光器（波长：约193nm）。另外，F2激光器（波长：约157nm）作为光源的实际应用正在进展中，所以未来期待采用波长为几纳米至一百纳米的EUV（极紫外）光。
曝光装置已经被用于制造特殊器件，所述特殊器件不仅包括常规的IC芯片（比如，存储器和逻辑芯片），而且还包括使用通孔通路工艺（through-hole via process）的堆叠器件（比如，MEMS和CMOS图像传感器（CIS））。比如MEMS和CIS的器件在几个方面不同于IC芯片。在比如MEMS和CIS的器件中，对IC芯片的线宽分辨率和重叠精度的要求是宽松的，而大焦深是必要的。此外，作为制造比如MEMS和CIS的器件的特殊工艺，在Si晶片的下表面上设置对准目标并且当晶片的上表面与该下表面对准时使晶片的上表面曝光的工艺是可用的。作为典型的实际例子，减小Si晶片的厚度，并且从上表面侧形成通孔通路，并将该通孔通路与下表面上的电路电连接。如今，检测以此方式形成在下表面上的对准标记（下表面对准）的技术已变得重要。
日本专利公开No.2002-280299提出了这样一种方法，该方法使用设置在下表面侧（晶片夹持侧）的对准检测***在上表面上形成在下表面上形成的对准标记的图像，并在上表面上检测对准标记的位置。然而，在以此方式在下表面侧设置对准检测***的方法中，孔形成在对于晶片吸盘特定的位置处，所以仅这个位置处的对准标记可被测量。因此，在日本专利公开No.2002-280299中公开的方法中，不可能观察到定位在晶片下表面上的任意位置处的对准标记。
Si基板对于红外光（波长：1000nm或更大）是透明的。因此，使用利用红外光作为光源的位置检测***来从上表面侧观察下表面上的标记的方法也已被提出。在通常的对准工序中，首先，为了测量对准标记的最佳聚焦位置，在晶片台架在位置检测***的光轴方向上被驱动的同时，获得对准标记的图像，并计算具有最大对比度的位置。下文中，这种测量方法将被称为图像自动聚焦测量。通过在通过图像自动聚焦测量计算得到的聚焦位置处进行对准，可以执行高精度位置检测。
在图像自动聚焦测量中，通过在Z方向上从位置检测***的默认聚焦位置开始驱动晶片台架，获得对准标记的图像。位置检测***的默认聚焦位置被与定位在曝光装置中的台架上的基准板对准。也就是说，在常规的图像自动聚焦测量中，参照基准板的水平高度（level）确定测量起始点。然而，取决于将晶片安装在晶片台架上时晶片的吸力程度，晶片的上表面的水平高度常常不同于基准板的水平高度。在这种情况下，不可能精确地从Si基板的上表面起开始对Si基板的上表面上的对准标记进行图像自动聚焦测量。然而，当图像自动聚焦测量从基准板的水平高度开始时，可以快速地、容易地检测Si基板的上表面上的标记。
然而，当在Si基板的下表面上存在对准标记时，通常问题在于，位置检测***聚焦在基准板上。当晶片台架从在位置检测***的默认聚焦位置处的基准板开始被驱动时，大搜索范围对于检测Si基板的下表面上的对准标记是必要的。当设置大搜索范围来测量Si基板的下表面上的对准标记时，测量操作花费相当长的时间，从而降低了产率。此外，随着图像自动聚焦测量的测量节距（pitch）增大，对准标记的最佳聚焦位置的计算误差也增大，从而使得不可能执行高精度对准。
发明内容
本发明快速地、精确地检测形成在目标物体的下表面上的标记的位置。
本发明在其第一方面提供一种检测形成在目标物体的下表面上的标记的检测装置，该装置包括：第一检测器，其从目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；第二检测器，其检测目标物体的上表面位置；以及处理器，其基于第二检测器检测的上表面位置来获得指示在第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息。
本发明在其第二方面提供一种使基板曝光的曝光装置，该装置包括：检测装置，其检测以下标记中的至少一个：形成在作为目标物体的基板的下表面上的标记、以及布置在涂布在基板上的作为目标物体的抗蚀剂的下表面上的标记；基板台架，其保持基板；以及控制单元，其控制基板台架以将所述标记的聚焦状态设置为落在容许的范围内，所述检测装置包括：第一检测器，其从目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；第二检测器，其检测目标物体的上表面位置；以及处理器，其基于第二检测器检测的上表面位置来获得指示在第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，其中，控制单元基于处理器获得的所述信息来控制基板台架。
本发明在其第三方面提供一种制造器件的方法，该方法包括：使用曝光装置使基板曝光；使曝光的基板显影；并且对经显影的基板进行处理以制造所述器件，所述曝光装置包括：检测装置，其检测以下标记中的至少一个：形成在作为目标物体的基板的下表面上的标记、以及布置在涂布在基板上的作为目标物体的抗蚀剂的下表面上的标记；基板台架，其保持基板；以及控制单元，其控制基板台架以将所述标记的聚焦状态设置为落在容许的范围内，所述检测装置包括：第一检测器，其从目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；第二检测器，其检测目标物体的上表面位置；以及处理器，其基于第二检测器检测的上表面位置来获得指示在第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，其中，控制单元基于处理器获得的所述信息来控制基板台架。
本发明在其第四方面提供一种从目标物体的上表面侧照射形成在目标物体的下表面上的标记以检测被照射的标记的图像的检测装置，该装置包括：控制单元，其控制在第一检测模式和第二检测模式下检测所述标记，在第一检测模式下，在以第一节距改变检测装置与标记之间的间隔的同时，以第一检测精度检测所述标记，在第二检测模式下，在以小于第一节距的第二节距改变所述间隔的同时，以高于第一检测精度的第二检测精度检测所述标记；以及处理器，其基于第一检测模式下检测所述标记的结果来获得指示检测装置的在第二检测模式下聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，其中，控制单元基于处理器获得的所述信息来控制基板台架。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将会变得清楚。
附图说明
图1是示出晶片对准检测器的视图；
图2是示出光源和光瞳位置处的光束直径的视图；
图3是示出曝光装置的视图；
图4是示出晶片和对准标记的视图；
图5是示出AF检测器如何用AF光照射晶片的视图；
图6是示出AF检测器如何接收来自晶片的测量光的视图；
图7是示出AF检测器进行的测量的视图；
图8是示出AF检测器如何测量上表面上的对准标记的视图；
图9是示出晶片对准检测器如何测量上表面上的对准标记的视图；
图10是示出通过图像自动聚焦测量获得的对比度曲线的曲线图；
图11是示出AF检测器如何测量在其下表面上形成对准标记的晶片的上表面的视图；
图12是示出晶片对准检测器如何测量形成在下表面上的对准标记的视图；
图13是示出在其下表面上形成了对准标记的晶片上的常规图像自动聚焦的对比度曲线的曲线图；
图14是示出如何驱动用于校正由于晶片厚度而导致的偏移的晶片台架的视图；
图15是示出对比度曲线与偏移之间的关系的曲线图；
图16是示出如何测量形成在抗蚀剂的下表面上的对准标记的视图；
图17是示出宽节距时的对比度曲线的曲线图；
图18是示出细节距时的对比度曲线的曲线图；和
图19是示出晶片对准检测器和AF检测器的布局例子的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。
【第一实施例】
将参照图3描述曝光装置，该曝光装置能够基于目标物体的厚度和折射率来高速地、高精度地测量晶片（目标物体）3的下表面上的对准标记（标记）19。该曝光装置包括检测装置，该检测装置包括图1所示的晶片对准检测器（第一检测器）16和聚焦检测器（第二检测器）41，聚焦检测器（第二检测器）41通过检测晶片3的上表面位置来辅助检测晶片对准检测器16的最佳聚焦位置。下文中，聚焦检测器（第二检测器）41将被称为“AF检测器”。该曝光装置还包括投影掩模台架2、晶片台架（基板台架）4、照射光学***5、投影光学***6和控制单元C。投影掩模台架2支承投影掩模（掩模）1。晶片台架4支承晶片（基板）3。照射光学***5用曝光用光照射投影掩模1。投影光学***6将被曝光用光照射的投影掩模1的图案图像投影到晶片台架4支承的晶片3上。控制单元C***地控制整个曝光装置的操作。
在第一实施例中，如下这样的扫描曝光装置（扫描步进器）用作曝光装置，该扫描曝光装置（扫描步进器）在使投影掩膜1和晶片3彼此同步地在扫描方向上移动的同时，通过曝光将形成在投影掩膜1上的图案投影并转印到晶片3上。该曝光装置还可以用作在投影掩膜1被固定就位时通过曝光将投影掩膜1的图案投影并转印到晶片3上的曝光装置（步进器）。与投影光学***6的光轴一致的方向被定义为Z方向，投影掩膜1和晶片3彼此同步地在垂直于Z方向的平面内移动的方向（扫描方向）被定义为Y方向，垂直于Z方向和Y方向的方向（非扫描方向）被定义为X方向。此外，关于X轴、Y轴和Z轴的旋转方向分别被定义为θX方向、θY方向和θZ方向。
投影掩膜1上的预先确定的照射区域被照射光学***5用具有均匀照射分布的曝光用光照射。作为照射光学***5发射的曝光用光的源，代替传统主流的汞灯，KrF准分子激光器已经被使用，并且具有较短波长的ArF准分子激光器和F2激光器的实际应用也正在进展中。此外，为了例如未来制造更微小的半导体器件，使用波长为几纳米至一百纳米的EUV（极紫外）光作为曝光用光的曝光装置正在开发中。
投影掩膜台架2能够实现垂直于投影光学***6的光轴的平面内（即，X-Y平面内）的二维移动以及θZ方向上的微小旋转。投影掩膜台架2可在至少一个轴向上被驱动，但是可以能够在六个轴向上被驱动。投影掩膜台架2由驱动器（未示出）（比如，线性马达）驱动，并且该驱动器由控制单元C控制。反射镜7设置在投影掩膜台架2上，并且X-Y激光干涉仪9设置在它与反射镜7相对的位置处。投影掩膜1的旋转角度以及在所述二维方向上的位置被激光干涉仪9实时测量，并且测量结果被输出到控制单元C。控制单元C基于激光干涉仪9获得的测量结果来驱动投影掩膜台架2的驱动器，以定位由投影掩膜台架2支承的投影掩膜1。
投影光学***6以预先确定的投影倍率β通过曝光将投影掩膜1的图案投影并转印到晶片3上，并且由多个光学元件形成。投影光学***6用作投影倍率β为例如1/4或1/5的缩小投影***。晶片台架4包括通过晶片吸盘保持晶片3的Z台架、支承Z台架的X-Y台架以及支承X-Y台架的基底。晶片台架4由比如线性马达的驱动器（未示出）驱动。晶片台架4的驱动器由控制单元C控制。
反射镜8设置在晶片台架4上。X-Y激光干涉仪10和Z激光干涉仪12设置在它们与反射镜8相对的位置处。晶片台架4在X方向和Y方向上的位置以及θZ被激光干涉仪10实时测量，并且从控制单元C输出测量结果。此外，晶片台架4在Z方向上的位置以及θX和θY被激光干涉仪12实时测量，并且测量结果被输出到控制单元C。X-Y-Z台架通过晶片台架4的驱动器基于激光干涉仪10和12获得的测量结果来驱动，以调整晶片3在X方向、Y方向和Z方向上的位置，并且晶片台架4支承的晶片3被定位。
投影掩膜对准检测器13设置在投影掩膜台架2附近，投影掩膜对准检测器13检测通过投影光学***6和投影掩膜1上的基准标记（未示出）形成在晶片台架4上的基准板11上的基准标记39（图4）。投影掩膜对准检测器13包括光电转换元件（例如，CCD照相机），其使用与使晶片3曝光的光源相同的光源来通过投影光学***6辐照基准标记39和投影掩膜1上的基准标记，并检测被它们反射的光。投影掩膜对准检测器13可通过将投影掩膜1上的基准标记的位置和焦点与基准板11上的基准标记39的位置和焦点进行匹配来将投影掩膜1与晶片3之间的相对位置关系(X,Y,Z)对准。
反射基准标记39可被投影掩膜对准检测器13检测，或者透明基准掩膜39可使用透明投影掩膜对准检测器14来被检测。透明投影掩膜对准检测器14包括光量传感器，该光量传感器使用照射光学***5和与使晶片3曝光的光源相同的光源来通过投影光学***6辐照基准标记39和投影掩膜1上的基准标记，并检测透射通过它们的光。可通过在晶片台架4在X（或Y）方向和Z方向上被驱动的同时测量透射光的量来使投影掩膜1上的基准标记与基准板11上的基准标记39的位置和焦点匹配。以这种方式，可使用投影掩膜对准检测器13和透明投影掩膜对准检测器14中的任何一个来对准投影掩膜1与晶片3之间的相对位置关系(X,Y,Z)。
如图4所示，基准板11被放置在晶片台架4的拐角处，几乎与晶片3的上表面齐平。基准板11包括将被晶片对准检测器16检测的基准标记40和将被投影掩膜对准检测器13或透明投影掩膜对准检测器14检测的基准标记39。基准板11可被定位在晶片台架4的多个拐角处。此外，基准板11可包括多个基准标记39和多个基准标记40。用于投影掩膜对准的基准掩膜39与用于晶片对准的基准标记40之间的（X方向和Y方向上的）位置关系是已知的。此外，用于晶片对准检测的基准标记40和用于投影掩膜对准的基准标记39可以是共用的标记。
聚焦检测器15包括光投影***和光接收***，该光投影***将检测光投影到晶片3的上表面上，该光接收***接收被晶片3反射的光，并且聚焦检测器15将聚焦检测器15获得的检测结果输出到控制单元C。控制单元C基于聚焦检测器15获得的检测结果来驱动Z台架，并将被Z台架保持的晶片3的倾斜角和在Z方向上的位置（聚焦位置）调整为落在容许的范围内。
晶片对准检测器16包括光投影***和光接收***，该光投影***将检测光投影到晶片3上的标记19和基准板11上的用于晶片对准检测的基准标记40上，该光接收***接收被它们反射的光。晶片对准检测器16获得的检测结果被输出到控制单元C。控制单元C可通过基于晶片对准检测器16获得的检测结果在X方向和Y方向上驱动晶片台架4来调整被晶片台架4保持的晶片3在X方向和Y方向上的位置。曝光装置包括聚焦检测器（AF检测器）41，聚焦检测器41检测晶片3的上表面位置以快速地获得晶片对准检测器16的最佳聚焦位置。像聚焦检测器15那样，聚焦检测器41包括将检测光投影到晶片3的上表面上的光投影***和接收被晶片3反射的光的光接收***。聚焦检测器15用于获得投影光学***6的最佳聚焦位置，而AF检测器用于获得晶片对准检测器16的最佳聚焦位置。AF检测器41与晶片对准检测器16之间的相对位置被给出。AF检测器41和晶片对准检测器16都可被固定。否则，AF检测器41和晶片对准检测器16可以是可移动的，但是AF检测器41和晶片对准检测器16初步被设置在它们的预先确定的位置中。
作为晶片对准检测器16，大致上有两种类型的检测器可供使用。第一类型的晶片对准检测器16采用离轴对准检测***（离轴AA或OA检测方案），离轴对准检测***被独立地构造（投影光学***6不居间（mediacy）），并且光学地检测晶片3上的基准标记40和标记19。第二类型的晶片对准检测器16采用TTL-AA（经由透镜对准）方案，TTL-AA方案尤其被用于i线曝光装置，并且在TTL-AA方案中，经由投影光学***6使用非曝光用光的对准波长来检测标记19和基准标记40。尽管在本实施例中使用OA检测晶片对准检测器16，但是可使用TTL-AA晶片对准检测器16。
图1示出晶片对准检测器16如何观察晶片3的细节。晶片对准检测器16的照射光源20发射红外光（例如，1000nm至1500nm）和可见光（例如，400nm至800nm）。照射光源20发射的光通过第一中继光学***21、波长滤光器板22和第二中继光学***23，到达孔径光阑24，孔径光阑24定位在晶片对准检测器16的光瞳面（物面的光学傅立叶变换平面）上。如图2所示，孔径光阑24中的光束直径37远小于照射光源20中的光束直径36。
波长滤光器板22包括不同透射波长范围的多个滤光器，并且根据来自控制单元C的命令在这些滤光器之间切换。孔径光阑24包括具有不同照射相干因子σ的多个光阑，并且可通过根据来自控制单元C的命令在这些光阑之间切换来改变照射相干因子σ。尽管在本实施例中，波长滤光器板22和孔径光阑24均包括多个滤光器和多个光阑，但是可与波长滤光器板22和孔径光阑24无关地添加滤光器和光阑。本实施例中的波长滤光器板22包括透射可见光的滤光器和透射红外光的滤光器，并且可通过在这些滤光器之间切换来选择标记检测中将使用的光的波长。在测量形成在Si基板的下表面上的、对于红外光透明的标记时，使用透射红外光的滤光器。
到达孔径光阑24的光通过第一照射光学***25和第二照射光学***27而被引向偏振分束器28。被偏振分束器28反射的、垂直于图1的纸面的S偏振光透射通过NA光阑26、棱镜63和λ/4板29而被转为圆偏振光，并且通过物镜30而照射形成在晶片3上的标记19（照射光在图1中用实线指示）。NA光阑26的NA可通过改变孔径值来改变。NA光阑26的孔径值可根据来自控制单元C的命令来改变。尽管稍后将参照图5描述棱镜63，但是它具有透射对准光的性质。
被标记19反射、衍射和散射的光束（在图1中用长短交替的划线指示）再次通过物镜30和λ/4板29而被转换为平行于图1的纸面的P偏振光。P偏振光透射通过棱镜63和偏振分束器28，并且通过中继透镜31、第一成像光学***32、调整彗形像差（coma）的光学构件35、第二成像光学***33和调整波长偏移差的光学构件38。已通过光学构件38的P偏振光在光电转换元件34（例如，CCD照相机）上形成标记19的检测信号。
通常，当晶片对准检测器16观察标记19来检测标记19的位置时，因为涂布或形成在标记19上的透明层的存在，单色光或窄波长范围内的光产生干涉条纹。当这发生时，在干涉条纹的信号被添加到对准信号时检测标记19，从而使得不可能以高精度检测标记19。因此，为了将标记19检测为具有较少干涉条纹的信号，具有宽范围内的波长的照射光源通常用作晶片对准检测器16的照射光源20。
图5和图6示出聚焦检测器41如何执行聚焦测量。图5示出聚焦检测器41如何用聚焦测量光（AF光）辐照晶片3。图6示出辐照AF光如何被晶片3反射和被聚焦检测器41接收。光源55发射的AF光通过透镜56照射模式板（pattern plate）57。光源55发射可见波长范围（不透射通过Si的400nm至800nm的波长）内的光。入射在晶片3上的AF光不透射通过晶片3。模式板57通过在玻璃基板中绘制狭缝图案而形成。照射在模式板57的中心部分处绘制的狭缝图案的AF光通过透镜58被反射镜59反射而到达透镜60。尽管在图1中为了简单起见仅示出了模式板57之后的AF光的主光线，但是它实际上具有给定NA。AF光不到达透镜60的中心，而是到达偏离透镜60的中心的部分，并且被透镜60折射，从而通过基准反射镜61，到达透镜62。已到达透镜62的光不到达透镜62的中心，而是到达偏离透镜62的中心的部分。被透镜62折射的AF光到达棱镜63。棱镜63具有反射AF光并透射对准中所使用的光的性质。被棱镜63反射的AF光透射通过λ/4板29，到达物镜30。AF光不到达物镜30的中心，而是到达偏离物镜30的中心的部分，并且被物镜30折射，从而如图5所示，以入射角θ斜入射在晶片3上。
将参照图6描述斜入射在晶片3上的AF光如何被聚焦检测器41接收。AF光被晶片3以与照射中相同的角度θ反射，到达物镜30。此时，AF光不到达物镜30的中心，而是到达偏离物镜30的中心的部分，并被透镜30折射，从而透射通过λ/4板29，到达棱镜63。被棱镜63反射的AF光到达透镜62。此时，AF光不到达透镜62的中心，而是到达偏离透镜62的中心的部分，并被透镜62折射，从而通过基准反射镜61，达到透镜60。此时，AF光不到达透镜60的中心，而是到达偏离透镜60的中心的部分，并被透镜60折射，从而到达透镜64的中心，透射通过透镜64，并被AF检测传感器65接收。
已参照图5和图6描述了AF光如何被聚焦检测器41引导以斜入射在晶片3上以及如何被AF检测传感器65接收。从前面的描述可见，随着晶片3在聚焦方向（Z方向）上移动，AF光被AF检测传感器65接收的位置移位。以这种方式，聚焦检测器41可测量晶片3的上表面位置。
图7是示出AF检测器41内的基准如何被测量的视图。照射模式板57的***部分的AF光到达偏离透镜58的中心的部分，被透镜58折射，并被反射镜59反射。被反射镜59反射的AF光到达偏离透镜60的中心的部分，被透镜60折射，被基准反射镜61反射，到达透镜60的中心。透射通过透镜60的中心的AF光到达偏离透镜64的中心的部分，被透镜64折射，并被AF检测传感器65接收。在测量聚焦检测器41内的基准时，AF光在不到达晶片3的情况下直接被AF检测传感器65接收的位置用作聚焦检测器41进行聚焦测量的基准。晶片3的聚焦位置可从聚焦检测器41中的基准与对于晶片3获得的聚焦测量结果之间的差值获得。
执行图5至图7所示的聚焦检测器41的聚焦测量不是为了测量用于通过晶片对准检测器16检测标记19的最佳聚焦位置，而是为了检测晶片3的上表面位置。聚焦检测器41的聚焦测量是将晶片对准检测器16中的标记19的图像的聚焦状态设置为落在容许的范围内的操作。因为被晶片3的上表面反射的AF光被检测，所以不可能直接检测形成在晶片3的下表面上的标记的聚焦位置。
将参照图8和图9描述当标记19定位在晶片3的上表面上时获得晶片对准检测器16检测标记19的最佳聚焦位置的常规方法（常规的图像自动聚焦测量方法）。在图像自动聚焦测量中，首先，如图8所示，聚焦检测器41将AF光42投影到晶片3的上表面上的标记19上，并接收被它反射的光。尽管图8中示出了聚焦检测器41被定位在晶片对准检测器16的外部的构造，但是可使用聚焦检测器41被定位在晶片对准检测器16的内部的构造。晶片3的上表面上的标记19的聚焦位置可通过下述方式来获得，即，驱动晶片台架4，以使得接收的反射光的位置与聚焦检测器41的AF检测传感器65的中心一致。通过使用所获得的聚焦位置，晶片对准检测器16的聚焦位置可几乎与标记19匹配。图9示出在晶片对准检测器16几乎聚焦在晶片3的上表面上时标记19如何被来自晶片对准检测器16的测量光43辐照。尽管聚焦检测器41聚焦在晶片3的上表面上的标记19上，但是有必要获得这样的聚焦位置，在该聚焦位置，具有被晶片对准检测器16处理的图像的标记19的对比度最大。晶片台架4在Z方向上从图9所示的状态开始被驱动，并且晶片对准检测器16在每个聚焦位置处执行对准测量，从而检测标记19的对比度最大的聚焦位置（图像自动聚焦测量）。换句话讲，聚焦检测器41测量晶片3的上表面以使得晶片对准检测器16可在±Z方向上参照晶片对准检测器16几乎聚焦在晶片3的上表面上的状态来执行对准测量。
从图9所示的状态开始，晶片对准检测器16执行图像自动聚焦测量，以获得图10所示的对比度曲线47。晶片对准检测器16的具有最大对比度的最佳聚焦位置可从聚焦位置与对比度之间的关系的数据获得。在获得具有最大对比度的聚焦位置时，通过从图10所示的曲线图进行二次拟合或者质心计算来获得对比度的峰值位置的方法。此外，尽管为了简单起见，在图10中示出了用于图像自动聚焦测量的三个聚焦位置44、45和46，但是可使用更多测量点，比如，10个或20个测量点。然而，测量点的数量越多，测量时间变得越长，导致产率降低。而且，尽管已参照图8将标记19形成在晶片3的上表面上的情况描述为常规的图像自动聚焦测量方法，但是晶片3的上表面可被抗蚀剂覆盖，只要标记19形成在晶片3的上表面附近即可。
以下将参照图11和图12描述当标记19形成在晶片3的下表面上时应用图像自动聚焦测量方法的情况。当标记19也形成在晶片3的下表面上时，首先，聚焦检测器41将AF光42投影到晶片3的上表面上，并接收被它反射的光。此时，晶片3的上表面的聚焦位置可通过下述方式来获得，即，驱动晶片台架4，以使得接收的反射光的位置与聚焦检测器41的AF检测传感器65的中心一致。通过使用所获得的聚焦位置，晶片对准检测器16的聚焦位置可几乎与晶片3的上表面匹配。图12示出在晶片对准检测器16几乎聚焦在晶片3的上表面上时晶片3的上表面如何被来自晶片对准检测器16的测量光43辐照。在图12所示的状态下，入射到形成在晶片3的下表面上的标记19的红外光（测量光）43在晶片对准检测器16的光电转换元件34上不形成图像。
当从图12所示的状态开始执行晶片对准检测器16的图像自动聚焦测量时，获得如图13所示的对比度曲线48。对比度在聚焦位置44、45和46中的每个处低，所以晶片3的下表面上的标记19不能被检测到。当标记19形成在晶片3的下表面上时，晶片3常具有大约几百微米的厚度，所以在使用被聚焦检测器41检测的晶片3的上表面作为基准的图像自动聚焦测量中，晶片3的下表面上的标记19不能被快速地检测到。当使用晶片3的上表面作为基准的图像自动聚焦测量的范围显著变宽时，即使晶片3具有几百微米的厚度，晶片3的下表面上的标记19也可被晶片对准检测器16检测到。然而，在这种情况下，测量点的数量显著增加，所以测量时间延长，从而降低产率。
以下将参照图14描述即使当标记19形成在晶片3的下表面上时也快速地获得晶片对准检测器16的最佳聚焦位置的方法。在这种方法中，为了快速地获得形成在晶片3的下表面上的标记19的最佳聚焦位置，使用晶片3的厚度和折射率来确定图像自动聚焦测量的起始点。基于输入到图3所示的输入装置18的晶片3的厚度和折射率，计算器17计算用于使晶片对准检测器16聚焦在晶片3的下表面上的标记19的偏移量，并指示晶片台架4将它驱动所获得的偏移量。图14A示出在其下表面上形成标记19的晶片3的上表面如何被聚焦检测器41检测。当保持图14A所示的状态（在该状态下，晶片3的上表面被聚焦检测器41检测）时，如图14B所示，标记19不能被几乎聚焦在晶片3的上表面上的晶片对准检测器16检测到。图14B示出入射在形成在晶片3的下表面上的标记19上的测量光43如何在晶片对准检测器16的光电转换元件34上形成图像。晶片3具有大约几百微米的厚度49，所以晶片对准检测器16的散焦量（偏移量50）对应于图14B中的这个厚度。
偏移量50由计算器17基于输入到输入装置18中的晶片3的厚度49和晶片3的折射率来计算。从图14A所示的状态（在该状态下，晶片3的上表面被聚焦检测器41测量）开始，晶片台架4在Z方向上被驱动计算器17所计算的偏移量50。通过该操作，如图14C所示，晶片对准检测器16可聚焦在晶片3的下表面上的标记19上。偏移量50可根据(晶片3的厚度49)/(晶片3的折射率)来计算。在例如厚度为200μm的Si基板中，200μm/3.5（Si的折射率）≈57μm。以这种方式，当使用从晶片3的厚度49和折射率计算的偏移量50时，可对晶片3的下表面上的标记19快速地执行图像自动聚焦测量。
当从图14C所示的状态开始执行图像自动聚焦测量时，获得图15所示的右边部分的对比度曲线54。在图15中，对比度在聚焦位置51、52和53中的每个处高，所以晶片3的下表面上的标记19可被晶片对准检测器16检测到。图13示出当从图12所示（以及图14B所示）的状态（即，从晶片3的上表面）开始执行图像自动聚焦测量时的对比度曲线。因此，图13所示的对比度曲线对应于图15所示的左边部分的对比度曲线（包括聚焦位置44至46）。图15所示的对比度曲线54中的聚焦位置52与45之间的差值意指偏移量50。晶片对准检测器16可快速地、精确地从如图15所示的聚焦位置与对比度之间的关系的数据获得晶片3的下表面上的标记19的位置。
在前面的描述中，晶片3的厚度和折射率被输入到输入装置18，并且偏移量50可由计算器17根据(晶片3的厚度49)/(晶片3的折射率)来计算。然而，偏移量50可被直接输入到输入装置18。当偏移量50被直接输入到输入装置18时，必须根据(晶片3的厚度49)/(晶片3的折射率)手动地计算偏移量50，但是可省略计算器17，因此提供成本优势。输入装置18和计算器17构成获得偏移量50（即，指示在晶片对准检测器16中聚焦在标记19上的聚焦位置的信息）的处理器P。指示聚焦位置的信息可以是指示当标记19被晶片对准检测器16经由晶片3检测时在晶片对准检测器16中聚焦在标记19上的位置的信息，比如，偏移量50和对比度曲线54中的最大值的位置。
在本实施例中，使用聚焦检测器41和晶片对准检测器16对形成在晶片3的下表面上的标记19执行图像自动聚焦测量，聚焦检测器41引导可见光以使其斜入射在晶片3上，晶片对准检测器16使用红外光。然而，形成在涂布在晶片3上的抗蚀剂66的下表面上的标记19的位置可使用聚焦检测器41和晶片对准检测器16来检测。图16是示出对于形成在抗蚀剂66的下表面上的标记19的图像自动聚焦测量的视图。因为可见光透射通过抗蚀剂66，所以上述聚焦检测器41不能检测到抗蚀剂66的上表面的位置，从而空气聚焦检测器（air focusdetector）67被用于检测抗蚀剂66的上表面的位置。空气聚焦检测器67被构建到晶片对准检测器16中，因此，朝向抗蚀剂66的上表面喷射空气（气体）68，以基于被抗蚀剂66弹回的空气的力（压力）来检测抗蚀剂66的上表面的水平高度。可基于空气聚焦检测器67检测的抗蚀剂66的上表面的水平高度、抗蚀剂66的厚度49和折射率来对抗蚀剂66的下表面上的标记19执行图像自动聚焦测量。
晶片台架4从图16A所示的状态开始被驱动偏移量50，在图16A所示的状态下，抗蚀剂66的上表面位置被空气聚焦检测器67测量。然后，如图16B所示，晶片对准检测器16可几乎聚焦在抗蚀剂66的下表面上的标记19上。偏移量50可根据(抗蚀剂66的厚度49)/(抗蚀剂66的折射率)来计算。在例如厚度为200μm的抗蚀剂66中，偏移量50变为200μm/1.5（抗蚀剂66的折射率）≈133μm。当图像自动聚焦测量从图16B所示的状态开始时，可快速地获得形成在抗蚀剂66的下表面上的标记19的最佳聚焦位置。以这种方式，当使用从在其下表面上具有标记19的目标物体的厚度和折射率计算的偏移量50时，可对形成在除晶片3之外的目标物体的下表面上的标记19执行图像自动聚焦测量。
作为测量抗蚀剂66的上表面的传感器，例如电容传感器可用来代替空气聚焦检测器67。电容传感器检测当电压施加于抗蚀剂66的上表面时所产生的电荷量以检测从电容传感器到抗蚀剂66的上表面的高度。如果从电容传感器到抗蚀剂66的上表面的距离小，则当电压施加于该表面时所产生的电荷量大。然而，如果从电容传感器到抗蚀剂66的上表面的距离大，则当电压施加于该表面时所产生的电荷量小。以这种方式，检测当预先确定的电压跨电容传感器和抗蚀剂66的上表面被施加时所产生的电荷量，从而计算从电容传感器到抗蚀剂66的上表面的距离。
当曝光装置使一批（lot）25个晶片3曝光时，对第一晶片3上的掩膜（第一掩膜）19执行图像自动聚焦测量。可仅基于聚焦检测器41获得的测量结果来对第二晶片3以及后面的晶片3上的掩膜（第二掩膜）19进行聚焦。如图14C所示，在晶片台架4被驱动来自聚焦检测器41获得的测量值的偏移量50时，对形成在一批中的第一晶片3的下表面上的标记19执行图像自动聚焦测量。此时，计算晶片对准检测器16相对于晶片3的下表面上的标记19的最佳聚焦位置（其是通过图像自动聚焦测量计算得到的）与通过聚焦检测器41测量晶片3的上表面而获得的聚焦位置之间的差值69。关于第二以及后面的晶片3，晶片台架4从晶片3的上表面被聚焦检测器41测量的状态开始被驱动从第一晶片3的图像自动聚焦测量获得的差值69。在这种状态下，形成在晶片3的下表面上的标记19被晶片对准检测器16测量。以这种方式，通过仅对第一晶片3执行图像自动聚焦测量，能够以高精度对其余的24个晶片3执行对准测量。
【第二实施例】
在第一实施例中，使用检测晶片3的上表面位置的聚焦检测器41和67来快速地获得晶片对准检测器16相对于形成在晶片3的下表面上的标记19的聚焦位置。在第二实施例中，可在两种检测模式（第一检测模式和第二检测模式）之间切换的晶片对准检测器用作晶片对准检测器16。此外，在第二实施例中，不使用在第一实施例中使用的、检测晶片3的上表面位置的聚焦检测器41和67。晶片对准检测器16在第一检测模式下在以第一节距改变标记19之间的间隔的同时以第一检测精度检测标记19，并且在第二检测模式下在以第二节距改变标记19之间的间隔的同时以第二检测精度检测标记19。在这种情况下，第二节距小于第一节距，并且第二检测精度高于第一检测精度。也就是说，在第一检测模式下，设置宽节距，在宽节距下，检测精度低，但是宽的区域可被一次检测。另一方面，在第二检测模式下，设置细节距，在细节距下，检测区域窄，但是检测精度高。
图17是示出当形成在晶片3的下表面上的标记19在第一检测模式下被测量时的对比度曲线的曲线图，在第一检测模式下，对于定位在晶片3的上表面上的晶片对准检测器16设置宽节距。可通过在第一检测模式下执行图像自动聚焦测量来快速地获得用于测量标记19的粗略聚焦位置72，在第一检测模式下，设置比晶片对准检测器16的常规图像自动聚焦测量的节距宽的节距。晶片对准检测器16的检测模式被切换到检测精度高的第二检测模式，并且图像自动聚焦测量从聚焦位置72开始。以这种方式，可通过切换晶片对准检测器16的检测模式以执行两步图像自动聚焦测量来快速地获得用于测量标记19的最佳聚焦位置。图18示出当在第二检测模式下从在第一检测模式下获得的聚焦位置72开始执行图像自动聚焦测量时的对比度曲线，并且揭示了能够获得最佳聚焦位置74。
【参考例子】
在第一实施例中，用于检测晶片3的下表面上的标记19的晶片对准检测器16和聚焦检测器41都定位在晶片3的上表面上。然而，如果可将晶片对准检测器16或聚焦检测器41定位在晶片3的下表面上，则晶片对准检测器16和聚焦检测器41也可分开定位在晶片3的上表面和下表面上。图19是示出晶片对准检测器16和聚焦检测器41的布局例子的视图。图19A示出根据第一实施例的布局例子，在该布局例子中，晶片对准检测器16和聚焦检测器41都定位在晶片3的上表面上。图19B示出这样的布局例子，在该布局例子中，为了检测晶片3的下表面上的标记19，将使用红外光作为光源的晶片对准检测器16定位在晶片3的上表面上，而将使用可见光作为光源的聚焦检测器41定位在晶片3的下表面上。图19C示出这样的布局例子，在该布局例子中，为了检测晶片3的下表面上的标记19，将使用可见光作为光源的晶片对准检测器16定位在晶片3的下表面上，而将使用红外光作为光源的聚焦检测器41定位在晶片3的上表面上。
【制造器件的方法】
接下来将描述制造器件（例如，半导体器件或液晶显示器件）的方法。半导体器件通过以下处理来制造：在晶片上形成集成电路的预处理、以及将通过预处理形成在晶片上的集成电路的芯片完成为产品的后处理。所述预处理包括使用上述曝光装置使涂布有感光剂的晶片曝光的步骤和使该晶片显影的步骤。所述后处理包括组装步骤（切片和粘合）和包装步骤（封装）。液晶显示装置通过形成透明电极的步骤来制造。形成透明电极的步骤包括：用感光剂涂布在其上沉积有透明导电膜的玻璃基板的步骤；使用上述曝光装置使涂布有感光剂的玻璃基板曝光的步骤；以及使玻璃基板显影的步骤。根据本实施例的制造器件的方法可制造质量高于通过常规技术制造的器件的质量的器件。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种检测形成在目标物体的下表面上的标记的检测装置，所述装置包括：
第一检测器，其从所述目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；
第二检测器，其检测所述目标物体的上表面位置；和
处理器，其基于所述第二检测器检测的上表面位置来获得指示在所述第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器基于所述第二检测器检测的上表面位置、所述目标物体的厚度和所述目标物体的折射率来获得所述信息。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一检测器用红外光照射所述标记。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二检测器将光引导为斜入射在所述目标物体的上表面上，并检测被所述目标物体的上表面反射的光以检测所述目标物体的上表面位置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二检测器朝向所述目标物体的上表面喷射气体，并检测被所述目标物体的上表面弹回的气体的压力以检测所述目标物体的上表面位置。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二检测器检测当电压施加于所述目标物体的上表面上时所产生的电荷量以检测所述目标物体的上表面位置。
7.一种使基板曝光的曝光装置，所述装置包括：
检测装置，其检测以下标记中的至少一个：形成在作为目标物体的基板的下表面上的标记、以及布置在涂布在所述基板上的作为目标物体的抗蚀剂的下表面上的标记；
基板台架，其保持所述基板；和
控制单元，其控制所述基板台架以将所述标记的聚焦状态设置为落在容许的范围内，
所述检测装置包含：
第一检测器，其从所述目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；
第二检测器，其检测所述目标物体的上表面位置；和
处理器，其基于所述第二检测器检测的上表面位置来获得指示在所述第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，
其中，所述控制单元基于所述处理器获得的所述信息来控制所述基板台架。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述处理器
基于所述第二检测器检测的一批中的第一基板的上表面位置来获得指示在所述第一检测器中聚焦在第一标记的图像上的聚焦位置的信息，所述第一标记形成在该批中的第一基板的下表面上，并且
基于指示在所述第一检测器中聚焦在所述第一标记的图像上的聚焦位置的信息、以及所述第二检测器检测的该批中的第二基板以及后面的基板的上表面位置，获得指示在所述第一检测器中聚焦在第二标记的图像上的聚焦位置的信息，所述第二标记形成在所述第二基板以及后面的基板的下表面上。
9.一种制造器件的方法，所述方法包括：
使用曝光装置使基板曝光；
使曝光的基板显影；以及
对经显影的基板进行处理以制造所述器件，
所述曝光装置包括：
检测装置，其检测以下标记中的至少一个：形成在作为目标物体的基板的下表面上的标记、以及布置在涂布在所述基板上的作为目标物体的抗蚀剂的下表面上的标记；
基板台架，其保持所述基板；和
控制单元，其控制所述基板台架以将所述标记的聚焦状态设置为落在容许的范围内，
所述检测装置包括：
第一检测器，其从所述目标物体的上表面侧照射所述标记以检测被照射的标记的图像；
第二检测器，其检测所述目标物体的上表面位置；和
处理器，其基于所述第二检测器检测的上表面位置来获得指示在所述第一检测器中聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，
其中，所述控制单元基于所述处理器获得的所述信息来控制所述基板台架。
10.一种从目标物体的上表面侧照射形成在所述目标物体的下表面上的标记以检测被照射的标记的图像的检测装置，所述装置包括：
控制单元，其控制在第一检测模式和第二检测模式下检测所述标记，在所述第一检测模式下，在以第一节距改变所述检测装置与所述标记之间的间隔的同时，以第一检测精度检测所述标记，在所述第二检测模式下，在以小于第一节距的第二节距改变所述间隔的同时，以高于所述第一检测精度的第二检测精度检测所述标记；和
处理器，其基于在所述第一检测模式下检测所述标记的结果来获得指示所述检测装置的在所述第二检测模式下聚焦在所述标记上的聚焦位置的信息，
其中，所述控制单元基于所述处理器获得的所述信息来控制基板台架。
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