專利名稱：光刻方法和用于實現(xiàn)此方法的光刻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的說來涉及光刻成象技術。更為具體地說，本發(fā)明涉及一種光刻方法和系統(tǒng)，用于使涂在一塊晶片上的光刻膠層在掩模或中間掩模(以下稱原版)下曝光出精細的器件圖形，其實現(xiàn)方式是，通過包括多個原版的光學系統(tǒng)使此圖形在比較均勻的曝光能量下復制到光刻膠層上面。
一般地說，在半導體器件技術領域中，通常的集成電路生產(chǎn)利用光刻技術把集成電路的預定圖形投影和復制在一塊晶片上面。這種光刻技術是從光刻膠掩模技術發(fā)展而成的，其中通過把掩模(mask)上的圖形投影到光刻膠層上面并予以顯影的辦法把掩模上的圖形復制到襯底的光刻膠層上。這一光刻過程包括曝光步驟，其中通過把掩模上的圖形經(jīng)由一投影透鏡予以投影的辦法把所需的圖形復制到涂在襯底上的光刻膠層上面。
使光刻膠層曝光有三種主要方法接觸復制、接近復制和投影復制。由于集成電路在尺寸上越來越小，因而出現(xiàn)了關于使用這些方法的各種各樣的限制。所使用的方法日益要求在對準技術和分辨率方面更加完善。因而，當前的各種光刻工藝采用一種分步重復設備，其步進和重復方式是，晶片恰當對準，然后其一部分由適當?shù)墓庋谀Ｆ毓?，形成所需的圖形，再后晶片又步進并對準，之后又由適當?shù)墓庋谀Ｆ毓?。這一步進和重復對準過程采用一種稱作掩模原版或母板(reticle)的原圖形。原版包含集成電路圖形，此圖形是依靠在透明基底上制成不透層而形成的。換言之，原版包括諸如玻璃、石英等透明襯底，以及透明襯底上的諸如鉻金屬的不透明層。原版的圖形經(jīng)由一透鏡聚光在晶片的一部分上面。


圖1示出了以投影方式實施光刻方法的通常的系統(tǒng)。
如圖1所示，具有一集成電路圖形的掩模原版3，設置在聚光透鏡2與投影透鏡4之間。光源1設置在聚光透鏡2的上方，其向下投射光線穿過快門(未畫出)中的孔口。水銀燈是一種常用的曝光輻射源。涂有光刻膠層的晶片5，置放在投影透鏡4的下方。
在生產(chǎn)集成電路中使一塊晶片上成象的過程將參照附圖予以說明。在此過程中，出自由水銀蒸汽燈組成的發(fā)光源1的光線經(jīng)由聚光透鏡2予以聚光。經(jīng)過聚光的光線照射在原版3的全部表面上。原版3具有一預定的圖形。照射在原版3上的一部分光線由原版3上面的不透光區(qū)遮蔽，而其它部分光線射向原版3上面的透明區(qū)。穿過原版3的光線通過投影透鏡4成象。圖形經(jīng)由投影透鏡4投影在諸如半導體圓片的晶片5上面。這樣，原版3的圖形影象就成在晶片5上。取決于在晶片5上成象的光線強度，選擇性地從晶片5上去除光刻膠層。從而在晶片上形成集成電路器件圖形。
不過，在這種光刻系統(tǒng)和方法中，在光線穿過安置在投影步進裝置中的原版上的透明區(qū)時，光線在原版上的不透區(qū)邊沿處會被散射。因而，分辨率降低。
此外，在通常的光刻系統(tǒng)和方法中，由于穿過各個原版和投影透鏡的光線偏離所希望的光路徑，投影出來的圖形尺寸或者大于或者小于預定的圖形尺形，分辨率降低，而且在光刻膠層上得不到所希望的圖形。
因而，本發(fā)明的一個目的是提供一種新的光刻方法和系統(tǒng)，在一投影步進裝置中使用多個原版，通過把在光線穿過多個原版時在各個原版上不透層邊沿處的光線受散射現(xiàn)象減至最低限度的辦法來提高分辨率。
本發(fā)明的另一個目的也是提供一種光刻方法和系統(tǒng)，用于提高光線的強度和曝光能量，以及分辨率，采取的辦法是，使用多個掩模原版，其上不透區(qū)在尺寸上彼此不同，以防止在光線穿過多個原版和一投影透鏡期間光路徑發(fā)生變動。
本發(fā)明的又一目的仍然是提供一種光刻方法和系統(tǒng)，用于提高分辨率，采用的辦法是，使用多個原版，以及設置在各個原版之間的至少一個透鏡，不僅把光線在各個掩模圖形透明區(qū)的各個邊沿處的散射減至最小，而且使投影在晶片上的光線密度更加均勻。
通過以下結合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的和其它各種優(yōu)點將更為明顯，附圖中圖1示出了以投影方式完成光刻過程的現(xiàn)有系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一種用于實施一種光刻方法的光刻系統(tǒng)的結構示意圖；圖3是當來自光源的光線穿過多個掩模原版時的光線狀態(tài)圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例當出自光源的光線穿過多個原版以實施光刻方法時光線的能量強度分布狀態(tài)圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例當光線穿過多個圖形尺寸彼此不同的原版時的光線狀態(tài)圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的一種用于實施一種光刻方法的光刻系統(tǒng)的結構示意圖；圖7是表明從光源輻射出來的光線在穿過多個原版以實現(xiàn)圖6所示的光刻方法時，光線能量強度的分布狀態(tài)簡圖。
圖2表示本發(fā)明的一個實施例。圖中示出了用于實現(xiàn)一種光刻方法的一種光刻系統(tǒng)的示意結構。多種類型的光刻系統(tǒng)具有多種不同的結構。圖2中所用的結構只是用于演示目的。本發(fā)明并不局限于這樣一種結構。參照附圖，光刻系統(tǒng)包括一光源21、多個原版23a和23b、一投影鏡頭25、一晶片26、一層蓋在晶片上面的光刻膠27、以及一晶片支承裝置28，比如，真空吸盤。如圖2所示，多個原版23a和23b安置在光源21與投影鏡頭25之間。盡管圖中所示的系統(tǒng)具有兩個原版23a和23b，但需要時此系統(tǒng)可以具有三個或更多的原版。下面將參照圖3說明，在每個原版23a和23b上面制成分別由透明區(qū)231和233以及不透區(qū)232和234組成的集成電路圖形。原版23a和23b分別由原版支架24a和24b支承。原版23a和23b依靠把它們嵌裝在系統(tǒng)之中而保持在預定位置上。每一原版的結構均為本技術領域中的人員所熟知的。對應于每一原版的每一原版支架24a和24b沿著來自光源21的光線的一條光徑彼此間隔開采設置。不過，這些原版支架不一定限于以上構造。各個原版支架可以用一個具有整體式構造的支架代替，只要它以間隔方式承納沿著一條光徑的所有原版。
其次，投影鏡頭25沿著一條光徑設置在接近多個原版23a和23b之中光線最后穿過的最后一個原版23b的位置處。投影鏡頭25后隨一塊涂以一層光刻膠27的晶片26，每一原版上面的集成電路圖形要通過投影透鏡25傳送到其表面上。通常，一快門裝設在光源21與聚光透鏡22之間。
因而，在使用按照這一實施例的光刻系統(tǒng)進行光刻的過程時，原版23a和23b上面的相同形狀和尺寸的掩模圖形由投影透鏡25縮小尺寸，并以分步重復方式投影和傳送到蓋在晶片26上面的光刻膠27上面。在以上曝光步驟之后，晶片26經(jīng)受顯影處理，并在晶片26的表面上形成所需要的集成電路圖形。
在此光刻系統(tǒng)中，原版23a和23b全都具有同樣的圖形形狀和圖形大小。而且，每一原版23a和23b包括在本技術領域中通常構造的圖形。在此實施例中，集成電路圖形包括一透明襯底231或233，比如玻璃、石英等等，以及一覆于其表面上的不透明層232或234，比如鉻層。
因而，在使用按照此實施例的光刻系統(tǒng)在晶片上形成圖形時，多個原版23a和23b，各自具有一集成電路掩模圖形，嵌裝在示于圖2中的光刻系統(tǒng)之中。不過，在此實施例中，重要的是沿著光徑彼此間隔開來地設置各個原版。在圖2所示的系統(tǒng)中，在現(xiàn)有技術中的光刻系統(tǒng)中的傳統(tǒng)的原版支架經(jīng)過改變以支承多個在每一間隔位置上的原版，而各個原版支架是彼此分離的。因而，由于多個原版如上所述沿著光徑以重疊方式設置在許多間隔位置上，所以可以在涂在晶片上面的光刻膠層上面制成具有高分辨率的精細圖形。
使用多個原版以獲得均勻的高分辨率的投影光線，從而能夠以均勻?qū)挾群痛笮“褕D形復制到光刻膠上面的上述實施例，通過對圖3和4的說明將會得到進一步的理解。
圖3是表明從發(fā)光源發(fā)出的光線在穿過多個原版時的一種光線狀態(tài)圖。
圖4是表明從光源輻射出來的光線在穿過多個原版以實施按照本發(fā)明的一個實施例的一種光刻方法時，光線能量強度的分布狀態(tài)示意圖。
參照圖3可見，掩模原版23a和23b，其形狀與尺寸完全相同，彼此隔開地設置在系統(tǒng)中其各自位置處。在光線穿過第一原版23a時，光線在原版23a上面的集成電路圖形透明區(qū)的各個邊沿處被散射，如各箭頭所示。在透過第一原版23a的光線穿過第二原版時，光線的散射部分則幾乎完全濾除。
盡管在第二原版23b上面的集成電路圖形不透明區(qū)的各個邊沿處又會出現(xiàn)光線散射現(xiàn)象，但還是會獲得較高的分辨率。這是因為，在第二原版23b上面的集成電路圖形不透區(qū)的各邊沿處，光線的散射部分的強度很弱，以致它不會影響覆于晶片上面的光刻膠層表面的圖形。從而具有較高均勻度和精細度的圖形就能夠被投影到光刻膠層上面。根據(jù)上述原理，如果在系統(tǒng)中使用三個或更多的掩模原版，分辨率會進一步提高。
因而，雖然圖示系統(tǒng)只具有兩個原版，顯然對于本技術領域中的熟練人員來說，用于實施按照本發(fā)明的光刻方法的系統(tǒng)可以包含三個或更多的原版。
圖3所表明的原理將參照圖4進一步說明，此圖表明在光線穿過許多原版時，光線的能量分布狀態(tài)。
在發(fā)自光源21的光線穿過第一原版時，大約99％的發(fā)射光線穿過第一原版23a，而大約1％或更少的發(fā)射光線在透明區(qū)231與不透區(qū)(即圖形的鉻圖區(qū)232)之間的各個界面處被散射。在光線穿過第二原版時，光線的散射部分幾乎完全濾除。雖然在穿過第二原版23b時，光線在不透區(qū)232的各邊沿處再次受散射，但光線的這一散射部分的強度足夠低，對涂在晶片上的光刻膠層的均勻度和精細度不致于產(chǎn)生影響。于是，一種具有高選擇率的所需圖形就可以精確地重現(xiàn)在涂在晶片上的光刻膠層上面，而一種帶有高均勻度和精細度的所需圖形就可以復制到光刻膠層上面。
在使用圖2至4所示系統(tǒng)的一種光刻方法中，雖然使用多個原版會產(chǎn)生較高的分辨率，但出自光源的光路徑在穿過原版23a和23b以及投影透鏡25期間可能偏離所需的理想光徑。光徑的偏離會造成分辨率降低。結果是，在光刻膠層上所形成的圖形與預定的所需圖形不同。
因而，在圖5中示出了本發(fā)明的另一個實施例。此第二實施例基本上與圖2至4所示的第一實施例相同，所不同的是，各個原版上的掩模圖形的尺寸做得彼此不同。換句話說，在掩模原版23a和23c上面的不透區(qū)232和236的尺寸彼此不同。為了防止光線在穿過各個原版23a和23b以穿過各個投影透鏡(未畫出)期間光徑改變，各個原版上的圖形做成不同大小以補償光線強度，并從而使光線曝光能量的均勻度得以提高。在這方面，處在出自光源的光徑之中的各個原版中，第一原版23a上的不透光圖形232的尺寸大于在光徑中緊接第一原版23a的第二原版23c上的不透光圖形的尺寸。而且，如上所述的各原版上不透光圖形的尺寸不同這一原理同樣適用于在光刻系統(tǒng)中使用三個或更多的原版的情況。
圖6是用于提高分辨率以便把均勻和精細的圖形復制到光刻膠上面的本發(fā)明的另一實施例。它是圖2至圖5的一項修正實施例。在圖6中，該光刻系統(tǒng)包括一發(fā)光光源21、多個掩模原版23a和23c、一裝在原版23a與23c之間的聚光透鏡29、一投影透鏡25、一晶片26、一覆在該晶片26上的光刻膠層27、以及一晶片支承裝置28。多個原版23a和23c設置在光源21與投影透鏡25之間，使各個原版沿著光徑彼此隔開。第一原版23a和第二原版23c各自具有其上的一集成電路掩模圖形，而各個原版上的掩模圖形是彼此相同的，或者是在其尺寸上彼此不同。原版23a和23c分別由原版支架24a和24b支承。聚光透鏡29設置在各自具有一集成電路掩模圖形的原版23a與23c之間。聚光透鏡29裝在透鏡支架30里面。當在光刻系統(tǒng)中采用三個或更多的掩模原版時，聚光透鏡可以設置各個原版之間的一處或多處位置上。
如圖6和7所示，在包括設在多個原版之間的聚光透鏡的光刻系統(tǒng)中，出自光源21的光線由聚光透鏡22聚光。聚光過的光線隨后穿過第一原版23a。此時，聚光過的光線的大約99％透過第一原版23a上面的透明區(qū)231，而聚光過的光線的1％或更少在不透區(qū)232的各個邊沿處被散射。透過第一原版23a的光線再由聚光透鏡29予以聚光。透鏡29改善了透過光線的直線性和均勻性(均勻密度)。
透過透鏡29的光線又穿過第二原版23c，此原版具有與第一原版23a在尺寸和寬度上相同的圖形，或者其上的不透圖形的尺寸小于第一原版23a上的不透圖形。此時，與光線透過第一原版23a時的方式一樣，第二原版23c的入射光在不透區(qū)238的各個邊沿處被散射。不過，光線的散射部分強度較弱，因為它在穿過透鏡29和第一原版23a時幾乎濾除。因而，光線的散射部分并不影響投影在晶片上的圖象。以上實施例使用了兩個原版，但它并不局限于只有兩個原版。有可能在本發(fā)明中應用一種包括兩個或更多的原版和兩個或更多的透鏡的系統(tǒng)。在這種情況下，可以同樣獲得提高分辨率的效果。事實上，與前者相比，這一系統(tǒng)會增強分辨率，但其成本也更高。于是，在選擇具有適當數(shù)量的透鏡和某種程度的分辨率的系統(tǒng)時，必須既改善所需的分辨率，也考慮所承擔的費用。
如上所述，利用多個原版，本發(fā)明就可以減少光線散射現(xiàn)象而增強分辨率。此外，借助于在多個原版中改變每一掩模圖形的尺寸，它提高了曝光能量的均勻性，并且借助于在各個原版之間嵌裝聚光透鏡，增大了光線的直線性和均勻性，因為透過第一原版的光線經(jīng)由聚光透鏡得以聚光。
其次，本發(fā)明在提高分辨率的同時卻只需要最低限度的變動。在設備和工藝方面它都不需要新的投資。
于是，本發(fā)明使得有可能制作亞微米集成電路和高密度器件，這在降低成本方面會起很大的作用。
本發(fā)明的曝光方法并不限定于只是使用掩模原版的系統(tǒng)，而是，它自然可以用于使用許多掩模向晶片上投影掩模圖形。
雖然已經(jīng)圖示說明了好幾項實施例，但顯然對于本技術領域中的熟練人員來說，在不偏離本發(fā)明的構思和范疇的情況下，可以作出各種各樣的變更。
權利要求
1.一種光刻方法，用于在生產(chǎn)集成電路中在一塊晶片上成象，所述方法包括以下各步驟(a)配置多個原版，各自包括集成電路掩模圖形，每一原版具有一透明襯底和在該透明襯底上的一不透區(qū)；(b)配置一投影步進裝置，適于容放所述各個原版，還適于投影光線通過所述各個原版；(c)嵌置所述各個原版于所述步進裝置之中，使之沿著一條光徑彼此分隔放置；(d)投射光線通過所述各個原版，把各個原版上的所述掩模圖形投影在所述晶片上以生成圖象，其中在穿過光徑中前一原版時所產(chǎn)生的光線散射部分為下一原版濾除，從而帶有高分辨率和精細度的圖形影象投影到晶片上面。
2.根據(jù)權利要求1所述的光刻方法，其中所述各個原版具有彼此不同的集成電路掩模圖形尺寸。
3.根據(jù)權利要求2所述的光刻方法，其中在所述原版上的掩模圖形不透區(qū)沿著一條光徑在尺寸上順序減小。
4.根據(jù)權利要求1所述的光刻方法，其中所述原版的數(shù)量是兩個或更多。
5.根據(jù)權利要求1所述的光刻方法，還包括一個或多個聚光透鏡，各自設置在所述各個原版之一及與其鄰近的原版之間，而且還包括一透鏡支承結構，適于把所述透鏡卡持在所述兩個原版之間。
6.一種光刻系統(tǒng)，用于在生產(chǎn)集成電路中在一塊晶片上成象，所述系統(tǒng)包括(a)一發(fā)光源；(b)多個原版，設置方式是，在一投影步進裝置中的一條光徑上彼此隔開，它們各自具有其上的一個集成電路掩模圖形，每一原版具有一透明襯底和在透明襯底上的的一不透區(qū)；(c)一原版支承結構，適于將所述各個原版卡持在各個隔開位置處；(d)一晶片，各個原版的掩模圖形有待投影在它上面；(e)一光學系統(tǒng)，用于投影透過所述各個原版的光線，以便把所述各個掩模圖形投影在所述晶片上面；以及(f)一種用于支承所述晶片的裝置。
7.根據(jù)權利要求6所述的光刻系統(tǒng)，其中所述各個原版具有彼此不同的掩模圖形尺寸。
8.根據(jù)權利要求6所述的光刻系統(tǒng)，其中所述原版上掩模圖形的不透區(qū)沿著一條光徑順次減小。
9.根據(jù)權利要求6所述的光刻系統(tǒng)，還包括一個或多個聚光透鏡，各自設置在所述各個原版之一與鄰近所述之一的原版之間，而且還包括一透鏡支承結構，適于把所述透鏡卡持在所述兩個原版之間。
全文摘要
披露一種用于在生產(chǎn)集成電路中使一塊晶片成象的系統(tǒng)和方法。在一聚光透鏡與一投影透鏡之間使用多個原版，以便把集成電路掩模圖形投影到一塊晶片上面。各個原版上的掩模圖形的透明區(qū)尺寸彼此分別不同，以防止由于在光線穿過各個原版和投影透鏡時光徑改變而降低分辨率。此外，在各個原版之間的至少一個位置上，設置至少一個聚光透鏡，以便既提高光線的直線性，也提高光線曝光能量的均勻性。
文檔編號G03F7/20GK1151034SQ95118599
公開日1997年6月4日 申請日期1995年11月8日 優(yōu)先權日1994年11月8日
發(fā)明者金政會, 吉明君, 權元澤, 金光哲 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社