[发明专利]光刻方法和用于实现此方法的光刻系统

说明书

本发明总的说来涉及光刻成象技术。更为具体地说，本发明涉及一种光刻方法和系统，用于使涂在一块晶片上的光刻胶层在掩模或中间掩模(以下称原版)下曝光出精细的器件图形，其实现方式是，通过包括多个原版的光学系统使此图形在比较均匀的曝光能量下复制到光刻胶层上面。

一般地说，在半导体器件技术领域中，通常的集成电路生产利用光刻技术把集成电路的预定图形投影和复制在一块晶片上面。这种光刻技术是从光刻胶掩模技术发展而成的，其中通过把掩模(mask)上的图形投影到光刻胶层上面并予以显影的办法把掩模上的图形复制到衬底的光刻胶层上。这一光刻过程包括曝光步骤，其中通过把掩模上的图形经由一投影透镜予以投影的办法把所需的图形复制到涂在衬底上的光刻胶层上面。

使光刻胶层曝光有三种主要方法：接触复制、接近复制和投影复制。由于集成电路在尺寸上越来越小，因而出现了关于使用这些方法的各种各样的限制。所使用的方法日益要求在对准技术和分辨率方面更加完善。因而，当前的各种光刻工艺采用一种分步重复设备，其步进和重复方式是，晶片恰当对准，然后其一部分由适当的光掩模曝光，形成所需的图形，再后晶片又步进并对准，之后又由适当的光掩模曝光。这一步进和重复对准过程采用一种称作掩模原版或母板(reticle)的原图形。原版包含集成电路图形，此图形是依靠在透明基底上制成不透层而形成的。换言之，原版包括诸如玻璃、石英等透明衬底，以及透明衬底上的诸如铬金属的不透明层。原版的图形经由一透镜聚光在晶片的一部分上面。

图1示出了以投影方式实施光刻方法的通常的系统。

如图1所示，具有一集成电路图形的掩模原版3，设置在聚光透镜2与投影透镜4之间。光源1设置在聚光透镜2的上方，其向下投射光线穿过快门(未画出)中的孔口。水银灯是一种常用的曝光辐射源。涂有光刻胶层的晶片5，置放在投影透镜4的下方。

在生产集成电路中使一块晶片上成象的过程将参照附图予以说明。在此过程中，出自由水银蒸汽灯组成的发光源1的光线经由聚光透镜2予以聚光。经过聚光的光线照射在原版3的全部表面上。原版3具有一预定的图形。照射在原版3上的一部分光线由原版3上面的不透光区遮蔽，而其它部分光线射向原版3上面的透明区。穿过原版3的光线通过投影透镜4成象。图形经由投影透镜4投影在诸如半导体圆片的晶片5上面。这样，原版3的图形影象就成在晶片5上。

取决于在晶片5上成象的光线强度，选择性地从晶片5上去除光刻胶层。从而在晶片上形成集成电路器件图形。

不过，在这种光刻系统和方法中，在光线穿过安置在投影步进装置中的原版上的透明区时，光线在原版上的不透区边沿处会被散射。因而，分辨率降低。

此外，在通常的光刻系统和方法中，由于穿过各个原版和投影透镜的光线偏离所希望的光路径，投影出来的图形尺寸或者大于或者小于预定的图形尺形，分辨率降低，而且在光刻胶层上得不到所希望的图形。

因而，本发明的一个目的是提供一种新的光刻方法和系统，在一投影步进装置中使用多个原版，通过把在光线穿过多个原版时在各个原版上不透层边沿处的光线受散射现象减至最低限度的办法来提高分辨率。

本发明的另一个目的也是提供一种光刻方法和系统，用于提高光线的强度和曝光能量，以及分辨率，采取的办法是，使用多个掩模原版，其上不透区在尺寸上彼此不同，以防止在光线穿过多个原版和一投影透镜期间光路径发生变动。

本发明的又一目的仍然是提供一种光刻方法和系统，用于提高分辨率，采用的办法是，使用多个原版，以及设置在各个原版之间的至少一个透镜，不仅把光线在各个掩模图形透明区的各个边沿处的散射减至最小，而且使投影在晶片上的光线密度更加均匀。

根据本发明的一个方面，提供一种光刻方法，用于在生产集成电路中在一块晶片上成象，所述方法包括以下各步骤：

(a)配置多个原版，各自包括集成电路掩模图形，每一原版具有一透明衬底和在该透明衬底上的一不透区，每个原版具有相同的掩模图形形状和相同的掩模图形尺寸，或者每个原版具有相同的掩模图形形状而在所述原版上的掩模图形不透区沿着一条光径在尺寸上顺序减小；

(b)配置一投影步进装置，适于容放所述各个原版，还适于投影光线通过所述各个原版；

(c)嵌置所述各个原版于所述步进装置之中，使之沿着所述光径以重叠的方式彼此分隔放置；