一种拼接曝光方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及曝光机技术领域，特别涉及一种投影曝光方法、装置及系统。

背景技术

光刻是可以在涂有光敏感介质的基板或硅片上做出图形的一种技术，可用于集成电路(IC)及其封装、平板显示(FPD)、LED照明、微机电系统器件(MEMS)和其他精密器件的制造。光刻技术中的光刻设备是实现预期图形转移到基板或硅片目标区域上的一种工具。光刻设备有接触式、接近式和投影式等多种类型，需要掩模版实现投影光刻。

接触式光刻机及接近式光刻机不需要使用物镜实现光刻投影，成本相对比较低，但是光刻时存在投影图案分辨率低、掩模版容易污染等问题。投影光刻机使用物镜实现光刻投影，掩模台和工件台相互独立工作，通过物镜的倍率设置，实现投影。传统投影光刻机使用的高倍率物镜的倍率(物面与像面缩小比例)至少为4:1，通过光刻机工件台的步进或扫描运动方式实现硅片每个曝光场的曝光。

随着目前集成电路制造的技术发展，集成电路产业从摩尔定律阶段进入到超越摩尔定律阶段，传统投影光刻机因其物镜视场面积大、可适用大尺寸掩模版等优点，成为了产业中主流光刻机。由于使用了大视场物镜，现有技术的投影光刻机在光刻时投影图案分辨率高，可实现大尺寸掩模版的投影光刻。但是，使用大视场物镜实现高分辨率、大尺寸掩模版的投影光刻，会导致投影光刻机的成本不断增加。

发明内容

本发明技术方案解决的技术问题为：如何通过小视场物镜实现高分辨率、大尺寸掩模版的投影光刻，从而降低现有技术中投影光刻机的成本。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了一种投影曝光方法，包括：

将硅片或基板设置为包含第1个至第N个曝光场的待曝光对象；

光源通过照明系统形成照明光；曝光时，照明光通过掩模版的视场图案，经物镜系统将掩模视场图案投影至硅片或基板当前曝光场对应的曝光区域，在光刻胶材料上进行光刻，以形成曝光场图案；

通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域，以曝光完成硅片或基板上所有第1至第N个曝光图案，N为大于等于1的自然数。

可选的，所述投影光刻方法还包括：将掩模版的视场图案设置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数；

所述通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域包括：

通过所述照明光将所述掩模版的第1至第M个拼接视场图案按第一预设投影顺序轮换投影至曝光场对应的曝光区域，针对掩模版的第1至第M个拼接视场图案中的当前拼接视场图案，逐一曝光至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域，然后以所述第一预设投影顺序切换到下一个拼接视场图案，并在第1个至第N个曝光场对应区域逐一拼接曝光。

可选的，所述投影光刻方法还包括：将掩模版的视场图案设置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数；

所述通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域包括：

通过所述照明光将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案轮换投影至当前曝光场对应的曝光区域，以曝光完成硅片或基板上当前曝光场；

将所述当前曝光场按第二预设切换顺序切换至下一个曝光场；并继续将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案轮换投影至所述下一个曝光场对应的曝光区域。

可选的，每个拼接视场图案包括若干拼接视场定位角，所述曝光图案包括若干与对应拼接视场定位角具有成像关系的拼接曝光场定位角；所述通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域包括：

将掩模版当前拼接视场图案的图形中心线运动至曝光镜头的扫描方向中心线位置；

基于所述拼接视场定位角与拼接曝光场定位角的成像关系，将当前拼接视场图案曝光到对应硅片或基板曝光区域。

可选的，所述拼接视场图案为矩形图案，具有四个拼接视场定位角；所述曝光图案具有四个拼接曝光场定位角，所述拼接曝光场定位角与拼接视场定位角在X轴和Y轴上位置相反。

可选的，适于投影光刻所述拼接视场图案的拼接曝光场为矩形且具有可两两拼接的对称边；所述投影光刻方法还包括：

采用所述拼接曝光场的对称边实现拼接曝光。

可选的，所述采用所述曝光场的对称边实现拼接曝光包括：

预设曝光镜头的扫描曝光方向；

根据所述扫描曝光方向及所述曝光场的形状确定下一个拼接曝光场位置以拼接曝光。

可选的，所述预设曝光镜头的扫描曝光方向包括：

基于所述曝光镜头的曝光静态视场形状预设曝光镜头的扫描曝光方向；所述曝光静态视场形状具有可拼接的对称斜边，所述曝光静态视场形状为六边形、梯形、三角形或菱形。

可选的，所述投影光刻方法还包括：对当前曝光镜头的曝光静态视场对应的非曝光区域通过掩模版的铬边遮挡。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种投影光刻系统，包括：配置模块、曝光模块及轮换模块；

所述配置模块，适于将硅片或基板设置为包含第1个至第N个曝光场的待曝光对象；

所述曝光模块，适于在光源通过照明系统形成照明光时，经物镜系统将掩模视场图案投影至硅片或基板当前曝光场对应的曝光区域，在光刻胶材料上进行光刻，以形成曝光场图案；

所述轮换模块，适于通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域，以配合所述曝光模块曝光完成硅片或基板上所有第1至第N个曝光图案，N为大于等于1的自然数。

可选的，所述投影光刻系统还包括：掩模版拼接模块，适于将掩模版的视场图案设置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数；

所述轮换模块适于通过所述照明光将所述掩模版的第1至第M个拼接视场图案按第一预设投影顺序轮换投影至曝光场对应的曝光区域；所述轮换模块包括：第一投影单元及第一切换单元；

所述第一投影单元适于将掩模版的第1至第M个拼接视场图案逐一曝光至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域；

所述第一切换单元适于在当前拼接视场图案曝光至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域后以所述第一预设投影顺序切换到下一个拼接视场图案。

可选的，所述投影光刻系统还包括：掩模版拼接模块，适于将掩模版的视场图案设置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数；

所述轮换模块适于通过所述照明光将所述掩模版的第1至第M个拼接视场图案按第二预设投影顺序轮换投影至曝光场对应的曝光区域；所述轮换模块包括：第二投影单元及第二切换单元；

所述第二投影单元适于通过所述照明光将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案轮换投影至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域，以曝光完成硅片或基板上的曝光场；

所述第二切换单元适于在所述照明光将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案曝光至当前曝光场后，按第二预设切换顺序切换至下一个曝光场。

可选的，每个拼接视场图案包括若干拼接视场定位角，所述曝光图案包括若干与对应拼接视场定位角具有成像关系的拼接曝光场定位角；所述轮换模块还包括：运动单元及曝光单元；

所述运动单元适于将掩模版当前拼接视场图案的图形中心线运动至曝光镜头的扫描方向中心线位置；

所述曝光单元适于基于所述拼接视场定位角与拼接曝光场定位角的成像关系，将当前拼接视场图案曝光到对应硅片曝光区域。

可选的，适于投影光刻所述拼接视场图案的拼接曝光场为矩形且具有可两两拼接的对称边；所述投影光刻系统还包括：

拼接曝光模块，适于通过采用所述拼接曝光场的对称边实现拼接曝光。

可选的，所述拼接曝光模块包括：

预设单元，适于预设曝光镜头的扫描曝光方向；

确定单元，适于根据所述扫描曝光方向及所述曝光场的形状确定下一个拼接曝光场位置以拼接曝光。

为了解决上述技术问题，本发明技术方案还提供了一种投影光刻装置，包括：掩模台及其第一微动台、工件台及其第二微动台、照明系统、第一测量系统、第二测量系统、对准调焦系统及如上所述的投影光刻系统；

所述第一测量系统、第二测量系统适于分别采集所述掩模台及其第一微动台、工件台及其第二微动台的位置信息；

所述投影光刻系统适于配置掩模版当前的视场图案及当前曝光场的曝光区域，并根据所述位置信息驱动所述掩模台及其第一微动台、工件台及其第二微动台，以将掩模版当前的视场图案投影光刻至所述当前曝光场的曝光区域。

本发明技术方案的有益效果至少包括：

本发明技术方案通过拼接曝光场及拼接曝光区域，实现掩模版视场图案的曝光图案的拼接曝光；能够通过小视场物镜实现投影光刻机高分辨率、大尺寸掩模版的投影光刻需求，大大降低了现有技术中投影光刻机的成本。

在本发明技术方案的可选方案中，通过将掩模版设置为若干拼接视场图案，也可以将硅片上当前曝光场图案全部实现曝光后再切换至下一曝光场图案。该方案通过拼接视场图案与当前曝光场对应的曝光区域的对应坐标关系，预定工件台针对当前曝光场曝光区域的扫描曝光方向，针对当前拼接视场图案使工件台按预定扫描曝光方向进行运动，将硅片上所有曝光场的对应曝光区域实现曝光，然后再使掩模台步进运动，按第一预定顺序转换到下一种拼接视场图案，使工件台按掩模版下一种曝光图案的预定扫描方案进行运动，使硅片上所有曝光场的曝光区域实现曝光，这种拼接曝光方式也能够实现大尺寸掩模版的拼接曝光，并能够适应大尺寸芯片的拼接光刻，实现大尺寸掩模版视场图案的全部曝光。

在本发明技术方案的可选方案中，通过将掩模版设置为若干拼接视场图案，可将拼接曝光场中的拼接曝光区域全部实现拼接曝光图案的曝光后，再切换下一曝光场进行拼接曝光。这种拼接曝光方式在工件台运动到当前曝光场后通过工件台和掩模台非扫描方向的步进运动先实现拼接曝光，然后根据曝光场切换的第二预定顺序，使工件台按预定扫描曝光方向进行运动。该方案可以通过工件台及掩模版非扫描方向的步进运动实现当前大视场的曝光场的拼接曝光，具有大拼接视场的实现能力，进一步满足高分辨率、大尺寸掩模版的投影光刻需求，拼接实现大尺寸掩模版图案的全部曝光。

在本发明技术方案的可选方案中，硅片曝光区域及掩模版曝光图案的拼接通过定位角实现，在进一步的可选方案中，硅片曝光区域及掩模版视场图案为矩形。由于曝光区域与掩模版视场图案的定位角在坐标系的位置相反，因此在曝光时需要根据二者定位角的位置关系形成工件台及掩模台的相对运动，进一步实现曝光时拼接曝光区域与掩模版视场图案的相对运动，从而实现大尺寸掩模版的全部曝光。

在本发明技术方案的可选方案中，镜头静态视场采用具有对称斜边的形状以实现投影曝光，对镜头静态视场采用对称斜边在实现拼接曝光场之间拼接运动的同时，能够使两次扫描的镜头静态视场斜边具有扫描的梯度变化，不容易产生局部能量突变，更好地完成投影曝光，从而提高大尺寸掩模版的拼接曝光质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明技术方案提供的一种投影光刻机结构示意图；

图2为本发明技术方案提供的一种用于投影光刻机的掩模台系统的结构示意图；

图3为图2所示掩模台系统的垂向结构示意图；

图4为本发明技术方案提供的一种用于投影光刻机的工件台系统的结构示意图；

图5为图4所示工件台系统的垂向结构示意图；

图6为图4所示工件台系统的微动结构垂向示意图；

图7为图4所示工件台系统的微动结构水平示意图；

图8为图4所示工件台系统的微动台CHUCK布局示意图；

图9为本发明技术方案提供的一种用于投影光刻机的测量系统的结构示意图；

图10为传统非拼接投影光刻机中光源通过照明系统形成照明光、物镜视场及曝光区域的示意图；

图11为传统非拼接投影光刻机的一种投影光刻方法的方法流程示意图；

图12为本发明技术方案提供的将掩模版拼接视场图案投影光刻至硅片曝光区域的过程示意图；

图13为本发明技术方案提供的将掩模版两个拼接视场图案投影光刻至硅片曝光区域的过程示意图；

图14为本发明技术方案提供的将掩模版三个拼接视场图案投影光刻至硅片曝光区域的过程示意图；

图15为现有技术投影光刻方法中使用的静态曝光场的结构示意图；

图16为本发明技术方案所提供投影光刻方法中使用的六边形曝光场的结构示意图；

图17为本发明技术方案所提供投影光刻方法中使用的梯形曝光场的结构示意图；

图18为本发明技术方案所提供投影光刻方法中使用的三角形曝光场的结构示意图；

图19为本发明技术方案所提供投影光刻方法中使用的菱形曝光场的结构示意图；

图20为本发明技术方案所提供投影光刻方法中使用六边形曝光场的拼接曝光过程示意图；

图21为本发明技术方案提供基于第一种轮换过程的投影光刻方法整体流程示意图；

图22为本发明技术方案提供的基于第一种轮换过程的扫描曝光过程示意图；

图23为本发明技术方案提供基于第二种轮换过程的投影光刻方法整体流程示意图；

图24为本发明技术方案提供的基于第二种轮换过程的扫描曝光过程示意图；

图25为本发明技术方案提供的一种投影光刻系统的结构示意图；

图26为本发明技术方案提供的另一种投影光刻系统的结构示意图；

图27为本发明技术方案所提供可适用于投影光刻系统的第一预设投影顺序轮换模块的结构示意图；

图28为本发明技术方案所提供可适用于投影光刻系统的第二预设投影顺序轮换模块的结构示意图；

图29为本发明技术方案所提供投影光刻系统的另一种轮换模块的结构示意图；

图30为本发明技术方案所提供投影光刻系统的又一种轮换模块的结构示意图；

图31为本发明技术方案所提供投影光刻系统的一种拼接曝光模块的结构示意图；

图32为本发明技术方案提供的一种投影光刻装置的结构示意图；

图33为本发明技术方案基于所提供投影光刻装置的扫描曝光过程示意图；

图34为基于传统扫描投影光刻机的扫描曝光过程示意图；

图35为本发明技术方案所提供投影光刻方法中各种使用拼接三角结构特征的曝光场结构示意图。

具体实施方式

为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。

光刻技术中的光刻设备是实现预期图形转移到基板或硅片目标区域上的一种工具。本发明技术方案所提供的方法、装置及系统适用于如图1所示的投影光刻机，需要使用掩模版，并通过光源产生照明光，照明光通过掩模台上的掩模版投影至工件台上的硅片(或基板)，在光刻胶材料上光刻，形成曝光图案。

图1所示的投影光刻机包括：照明系统、掩模台系统、工件台系统、物镜系统、硅片传输/掩模传输系统及支架系统。继续参考图1，光源通过照明系统形成照明光，掩模台系统包括：掩模台(粗动台)、第一微动台及第一测量系统，工件台系统包括：工件台(粗动台)、第二微动台及第二测量系统，物镜系统包括：物镜及对准调焦系统，硅片传输/掩模传输系统可以将待曝光的硅片传输至工件台系统，或者将掩模版传输至掩模台系统，支架系统包括：内部框架、基础框架及减震器，支架系统可以将上述照明系统、掩模台系统、工件台系统、物镜系统及硅片传输/掩模传输系统固定于设备水平面以进行使用。照明系统、掩模台系统、工件台系统、物镜系统、硅片传输/掩模传输系统及支架系统可以参考现有技术的投影光刻机配置具体的硬件结构。本发明技术方案并不对上述系统的具体硬件结构做限定。

在本发明技术方案的其他实施例中，如图2及图3(图3是图2的侧视图)所示，通过大理石1将掩模台设置于光刻机内部支架，掩模台台面上设有气浮垫、X向长条镜及Y向长条镜以对装载掩模版的承版台进行定位、测量及固定。掩模台进一步包括：Y向导轨1、Y向光栅尺、Y向粗动电机、X向粗动电机、X向导轨、X向光栅尺以形成粗动台系统，第一微动台进一步包括：X向微动电机、Y向微动电机1、Y向微动电机2以形成微动台系统。结合图3，Y向粗动电机包括：Y向电机动子及Y向电机定子，X向粗动电机包括：X向电机动子及X向电机定子。可以进一步通过滚子、伺服电机及凸轮组合实现上述电机的控制及驱动。大理石1与光刻机主体之间可以通过柔性弹片实现固定。

更为具体的，继续参考图2及图3，掩模台水平向结构采用了粗动台与微动台联合控制结构。其中，粗动组件为Y向单驱动轴，Y向粗动电机磁铁定子和导轨具体安装于掩模台大理石1上，Y粗动电机动子与X向粗动电机定子连接，X向粗动电机动子与承版台L型支架连接，可以实现掩模版承版台Y向和X向的粗运动。掩模版承版台X向和Y向由高分辨率光栅尺测量进行位置反馈。

承版台底部进一步通过气浮垫轴承与大理石1连接，可以实现平面运动。微动电机驱控采用X-Y-Y架构布局，即包括X向微动电机、Y向微动电机1及Y向微动电机2实现微动电机驱动控制。X向微动电机定子和2个Y向微动电机定子与L型支架连接，微动电机的动子都与承版台连接。承版台上安装有X向长条镜和Y长条镜，可以实现干涉仪位置测量。掩模版通过真空被吸附在承版台的吸版台上，吸版台采用凸台设计。继续参考图3，掩模台在垂向(Z轴)方向通过垂向低刚度、水平向(X轴)高刚度的柔性簧片来实现垂向导向，并通过三个直流电机(伺服电机1～3)及凸轮(凸轮1～3)机构来实现垂向的Ry向、垂向的Rx向及Z向(垂向)三个自由度的运动。

图4示意了本发明技术方案中工件台系统的一种具体结构，其中图5为图4的侧视图，图6为图4的垂向结构示意图。工件台系统整体采用粗微动结构，包括：工件台(粗动台)、第二微动台及第二测量系统。工件台系统的粗动台包括：H型导向架构(包括：Y向导轨2、Y向导轨3及横梁X向导轨)、水平Y1电机、水平Y2电机及水平X向电机。所述水平Y1电机、水平Y2电机分别包括：水平Y向电机定子及水平Y向电机动子。水平X向电机包括：水平X向电机定子及水平X向电机动子。结合图7，工件台系统的第二微动台包括：微动框架、使微动框架微动的X微动电机及Y微动电机、垂向运动模块。X微动电机包括：X微动电机动子、X微动电机定子。Y微动电机包括：Y微动电机定子、Y微动电机动子。垂向运动模块包括：X长条镜、Y长条镜、吸盘、CHUCK(用于平坦吸附硅片的低膨胀率材料结构)及垂向电机。

上述H型导向架构通过其H型架构直驱结构控制第二微动台在X、Y轴长行程运动，通过高分辨率干涉仪对第二微动台运动进行测量，并控制第二微动台运动。

更为具体的，工件台的水平向架构采用H型驱动结构方案。在一种本发明技术方案的变化例中，水平Y1电机及水平Y2电机实现Y向驱动：两个电机磁铁定子和导轨装配体安装于工件台的支撑框架上，水平Y向电机动子1和水平Y向电机动子2分别与横梁X向导轨固连，为硅片台面提供Y向运动。水平X向电机实现X向驱动：水平X向电机定子安装于横梁X向导轨之上，水平X向电机动子安装于微动框架上。横梁X向导轨中间采用躺式直线电机。H型滑块1至3具有垂向气浮垫、X向气浮垫及Y向气浮垫，并具有磁预载，采用双导轨气浮导向。

更为具体的，结合图4，图4中左侧H型滑块1导轨为平导轨，并配置两个垂向气浮垫1至2(真空预紧)，只提供垂向支撑和导向。水平方向的H型滑块2为自由配置；右侧H型滑块3导轨为二维硅钢导轨，约束X向和Z向(垂向)，采用磁预紧，该滑块采用两个垂向气浮垫3至4和两个X向气浮垫1至2。横梁X导轨两侧各两个Y向气浮垫1至4，能够抵抗Y向运动的冲击力和Rz(垂向的Y向部分)的转矩，压缩气体互为预紧。

结合图6，微动台可以侧挂在微动框架一边。微动框架内可包括工件台的水平X向电机动子以及X微动电机的定子、Y微动电机的定子。微动台则包括X微动电机动子、Y微动电机动子和垂向运动模块。上述微动电机可采用音圈电机直驱，实现X、Y以及Rz(垂向)向运动。垂向运动模块可参考图8示意的结构，其中的垂向电机可采用音圈电机直驱方案实现电机驱动，除此之外还可以采用传统的凸轮机构驱动方案。继续参考图6，微动框架底部采用高刚度气足设计，由大理石2的台面作导向平面。

在本发明技术方案的其他实施例中，微动台可通过气足浮在工件台系统的大理石2台面上，并连接到可由减震器支撑的工件台内部结构。微动台为侧挂式，通过音圈电机驱动，可通过高分辨率的干涉仪进行测量反馈控制。整个微动台的垂向台由微动驱动，可以进一步采用三个音圈电机作为垂向电机(图6中的垂向电机1至3)驱动Z(垂向)、Rx(X轴垂向)、Ry轴(Y轴垂向)的运动控制，并通过高分辨率光栅尺(图中未示出)反馈，实现垂向运动控制。硅片台面上设有X长条镜及Y长条镜以对装载硅片的硅片吸盘进行定位、测量及固定。

继续参考图9，第一测量系统包括对掩模台(主要是承版台)X向进行检测的第一位置X向测量系统及对掩模台Y向进行检测的第一位置Y向测量系统。第二测量系统则包括对工件台(主要指硅片吸盘台)X向进行检测的第二位置X向测量系统及对工件台Y向进行检测的第二位置Y向测量系统。

根据上述投影光刻机，参考图10，光源通过照明系统形成照明光(也即曝光光源)。照明光通过掩模台承版台上的掩模版，将掩模版图案通过物镜投影到工件台的硅片上。其中，现有技术采用投影光刻机的曝光视场如图10右侧所示，由于投影光刻机对投影分辨率的要求，物镜倍率通常采用4：1以上的物面与像面的缩小比例，在图10所示的曝光场中，曝光场的曝光区域一般为矩形，即采用高分辨率物镜实现大掩模版图案的投影光刻，以实现目前对光刻图案高分辨率的要求。

基于上述系统，采用高倍率物镜的投影光刻机，其掩模台和工件台独立运动，通过工件台电机的步进或扫描运动方式实现硅片每个曝光区域的曝光。在这种光刻及运动方式下，由于通过高倍率物镜将大尺寸掩模版直接投影至每个曝光区域，所以每个曝光区域之间仅需通过工件台电机的步进或扫描运动即可实现硅片的投影光刻，不需要掩模台的非扫描方向的步进运动，只需要运动掩模台使当前掩模版定位至当前投影位置或沿扫描方向与工件台同步扫描运动即可。曝光区域的曝光图案就是照明光将掩模版图案投影光刻产生，是经过一次光刻完成的，没有图案的拼接。但这种光刻机及光刻方式，需要高倍率大视场物镜实现大尺寸高分辨率的掩模版的光刻图案投影，导致光刻机成本很高。

本发明技术方案与现有技术不同，可以通过采用拼接型投影物镜的概念降低光刻机中投影物镜成本的占比，通过高速高精的扫描工件台和扫描掩模台同步运动的曝光方式实现基板或硅片的完整曝光，仅需使用小视场的投影物镜就可以实现大尺寸高分辨率的掩模版图案光刻，使投影光刻机在保证大尺寸高分辨率掩模版图案投影光刻的同时具备低成本、高产率、高精度等优点。

基于图1所示的微缩投影光刻机，如图11所示，本发明技术方案提供了一种微缩投影光刻方法，包括：

步骤S10，将硅片或基板设置为包含第1个至第N个曝光场的待曝光对象。

其中N为大于或等于1的自然数。硅片或基板曝光场的曝光区域被设置为1至N个，与掩模版的拼接视场图案具有对应关系。结合图10，为适应大掩模版图案的投影光刻，硅片或基板的曝光场被配置为1至N个。

与此对应的，大掩模版图案被配置为1至M个拼接视场图案，实现本发明技术方案的拼接曝光。

继续参考图11，该微缩投影光刻方法还包括：

步骤S11，光源通过照明系统形成照明光；曝光时，照明光通过掩模版的视场图案，经物镜系统将掩模视场图案投影至硅片或基板当前曝光场对应的曝光区域，在光刻胶材料上进行光刻，以形成曝光场图案。

不同于现有技术，本发明技术方案的微缩投影光刻方法基于硅片的拼接曝光场及掩模版的拼接视场图案，在每次曝光时，照明光将掩模版的当前拼接视场图案投影至硅片或基板对应曝光场，并在曝光场的曝光区域形成曝光图案。在投影时，通过软件设置对大尺寸掩模版的图案进行分割投影，可以适用于小视场的物镜投影，却仍能满足微缩投影对于高分辨率投影图案的要求。

结合图12，图中示意了虚线及箭头代表的照明光通过掩模版的拼接视场图案ABCD，经过物镜及物镜孔径光阑，投影至硅片曝光场的曝光区域(详见硅片曝光视场中的曝光区域abcd)，曝光区域abcd在水平面x-y坐标系上与拼接视场图案ABCD的位置相反，即A点在水平面x-y坐标系上的位置(x1，y1)经投影到位置a(-x1/R，-y1/R)，B点在水平面x-y坐标系上的位置(x2，y2)经投影到位置b(-x2/R，-y2/R)，C点在水平面x-y坐标系上的位置(x3，y3)经投影到位置c(-x3/R，-y3/R)，D点在水平面x-y坐标系上的位置(x4，y4)经投影到位置d(-x4/R，-y4/R)。假设镜头缩小倍率为R。

由于物镜的投影使得掩模版拼接视场图案与投影后曝光区域形成的投影图案的位置呈相反位置关系，每次曝光掩模台与工件台的扫描或步进方向相反，使得掩模版拼接图案与曝光场拼接曝光区域之间在水平面上呈交叉运动，以准确拼接曝光。

如图13所示，掩模版本次曝光如果将拼接视场图案ABCD投影至拼接曝光场的曝光区域abcd，则下一次曝光时，掩模台与工件台需要在x方向的非扫描方向步进运动直至拼接视场图案EFGH及曝光区域efgh形成成像关系。掩模版拼接视场图案与硅片(或基板)的曝光区域在曝光时呈相向运动。

又如图14所示，掩模版被配置为拼接视场图案ABCD、拼接视场图案EFGH及拼接视场图案IJKL：若上一次投影曝光时，将拼接视场图案ABCD投影至拼接曝光场的曝光区域abcd；则本次投影曝光时，掩模台与工件台则需要在x方向的非扫描方向步进运动直至拼接视场图案EFGH及曝光场曝光区域efgh形成成像关系；下一次投影曝光时，掩模台与工件台继续在x方向的非扫描方向步进运动直至拼接视场图案IJKL及曝光场曝光区域ijkl形成成像关系。掩模版拼接视场图案与硅片(或基板)的曝光场在每次曝光时呈相向运动。

继续参考图11，该微缩投影光刻方法还包括：

步骤S12，通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域，以曝光完成硅片或基板上所有第1至第N个曝光场。

根据本发明技术方案的流程步骤，根据步骤S11将当前掩模版视场图案曝光完成后，需要按照预置的投影顺序，将掩模版1至M个拼接视场图案轮换投影至硅片(或基板)所有曝光场的曝光区域。本发明技术方案中，硅片或基板被配置为由1至N个曝光场，掩模版拼接视场图案需要被按预设顺序轮换投影至曝光场曝光区域，以完成拼接曝光，使所有曝光场的曝光区域具有曝光图案。

在图13中，该大掩模版包括拼接视场图案ABCD及拼接视场图案EFGH，那么硅片每个曝光场包括曝光场拼接曝光区域abcd及曝光场拼接曝光区域efgh。在图14中，该大掩模版包括拼接视场图案ABCD、拼接视场图案EFGH及拼接视场图案IJKL，那么硅片每个曝光场包括曝光场拼接曝光区域abcd、曝光场拼接曝光区域efgh及曝光场拼接曝光区域ijkl。

在上述情形的拼接投影曝光过程中，实现了将上述大掩模版的拼接视场图案轮换投影至曝光场曝光区域。

图15中示意了现有技术中传统光刻机的物镜视场及静态曝光场，曝光场为矩形。曝光场指的是当前的物镜视场中照明光对硅片(或基板)光刻胶材料进行投影光刻的视场区域，如图10中所示的曝光区域。通过曝光场可以控制照明光的光刻能量的投影范围。现有技术中的曝光场因光刻机采用大视场的物镜，物镜视场的尺寸较大，镜头静态视场长宽分别为26mm及10.5mm，通过工件台掩模台扫描曝光方向的运动对硅片(或基板)在曝光场范围进行扫描投影光刻，实现26mm×33mm曝光场的大尺寸曝光。

采用曝光视场更小的拼接物镜之后，设备的产率相对传统光刻机的产率在同等条件下会造成一定的损失。传统光刻机采用的镜头倍率一般为4：1，在相同的掩模版尺寸(一般为六寸掩模版)，本发明所述的拼接光刻机可以通过改变镜头倍率来增加单次扫描的长度，减少步进次数的方式来提高产率，如本实施例采用2：1的镜头倍率，则相同的六寸掩模版上传统光刻机只能布局一个26mm×33mm的动态曝光视场，而拼接光刻机可以布局4个26mm×33mm的传统曝光视场，从而可以使拼接光刻机在镜头成本大幅降低的情况下，产率基本保持与传统光刻机相同甚至更高，并且拼接光刻机可以拼接曝光52mm×66mm的曝光视场，从而为集成电路大芯片的生产提供了一款价廉而又质优的设备选择。本实施例以一物镜倍率2：1的缩小倍率且两次拼接曝光实现传统微缩投影光刻机曝光视场大小的光刻机概念进行说明。需要指出的是，物镜倍率2：1可以改变，拼接次数也可以改变，本示例仅是为述说方便进行限定，并不表示限缩本专利于固定的物镜倍率和拼接次数。

在利用本发明技术方案的光刻方法对曝光场及曝光区域实现拼接曝光时也可以采用如图15所示的矩形物镜静态视场。但是，由于图15中的矩形的物镜静态视场中间及边缘的视场尺寸相同，在适用于本发明技术方案对曝光场进行拼接曝光时，这种矩形物镜视场在拼接时容易产生对准偏差，导致曝光场拼接区域的边缘很容易出现局部能量的突变(包括：能量突增，如产生2倍光能量；或着光能量未投影，产生0能量)。

在本发明技术方案的改进方案中，物镜静态视场可以采用适于镜头拼接的斜边形状，斜边可以设置为对称边，且两两物镜静态视场之间可通过对称边实现拼接。如图16至图20示意了可适用于本发明技术方案的物镜静态视场的形状及尺寸。

图16示意了物镜静态视场为六边形及扫描曝光方向，其中短边对称，长边为13.5mm，宽度为10mm。本示例仅是为述说方便进行尺寸定义，并不表示限缩本专利于固定的尺寸。

图17示意了物镜静态视场为梯形及扫描曝光方向，曝光视场为梯形且具有对称斜边。图18示意了物镜静态视场为三角形及扫描曝光方向，三角形的斜边对称。图19示意了物镜静态视场为菱形及扫描曝光方向，菱形的斜边对称。

由于图16至图19的物镜静态视场都具有对称边，可实现扫描曝光时的静态视场在非扫描方向的曝光图案拼接。不仅如此，在扫描曝光的图案拼接时，因两次扫描曝光的视场斜边边缘有梯度变化，不容易产生现有技术矩形物镜视场在曝光图案拼接时产生的局部能量突变，能够更有效更精确地实现拼接掩模版图案的投影曝光。结合图20所示的拼接曝光过程的示意图：

图20中示意了六边形物镜静态视场基于曝光场拼接曝光时与硅片相对运动轨迹。虚线箭头示意了扫描曝光方向，通过硅片曝光场及掩模版非扫描方向的相对运动，及该六边形物镜静态视场相对于硅片沿扫描曝光方向运动，将当前掩模版拼接视场图案曝光到对应硅片曝光场曝光区域(图中未示出)。图20中还示意了六边形物镜静态视场的斜边区域，在该相对扫描曝光路径中，六边形物镜静态视场通过斜边，使扫描曝光区域之间具有曝光能量的梯度变化，克服了曝光过程中可能产生的局部能量突变。

根据需要，物镜静态视场的尺寸可预先设置，或者根据现有技术中的物镜镜头尺寸配置，对当前不需要曝光的视场区域可以通过掩模版铬边进行遮挡，对需要曝光的区域拼接曝光。

针对上述拼接曝光方法，将掩模版视场图案轮换投影至硅片(或基板)所有曝光场中的曝光区域，可对掩模版视场图案进行配置。具体为将掩模版视场图案配置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数。上述将掩模版视场图案轮换投影至硅片或基板所有曝光场的曝光区域，就是将掩模版第1个至第M个拼接视场图案轮换投影至硅片或基板所有曝光场的曝光区域。

掩模版图案的配置一般是根据掩模版本身的尺寸大小，按所采用物镜的倍率及物镜静态视场尺寸大小来确定。根据本发明的技术方案，假设采用六寸标准掩模版(152mm×152mm)，物镜采用2:1的倍率关系，物镜硅片面静态视场采用13.5mm(非扫描方向)×10mm，则掩模版根据尺寸可以设置为二等分(掩模面对应静态视场尺寸52mm×20mm)或者三等分(掩模面对应静态视场尺寸78mm×20mm)或者四等分(掩模面对应静态视场尺寸104mm×20mm)等。图12展示了将掩模版分为三等分的示例。

针对大尺寸及高分辨率光刻投影的要求，拼接视场图案是对掩模版图案的分割，这种分割一般指软件上的定位分割，即根据软件对于掩模版图案的位置点关系，在软件控制上对掩模版图案的分割与定位，因此所得到的掩模版图案的形状及大小可以一致，也可以根据软件设计的要求在不影响掩模版拼接投影的前提下，采用不同形状及大小的掩模版图案分割方式。

上述软件上的定位分割也可以包括对实际掩模版之间拼接投影的实现方式。即在实现技术手段得到提升时，对于不同掩模版之间同时拼接投影时，采用本发明技术方案的这种定位分割方式，将不同掩模版放置于掩模台上实现大尺寸拼接掩模版的投影，同时采用本发明技术方案对掩模台上掩模版的定位分割，实现拼接视场图案的软件设置。

基于上述具有拼接视场图案的掩模版投影，在本发明技术方案的一种变化例中，可以通过如下步骤实现第一种轮换过程：

当轮换到第i个拼接视场图案，该第i个拼接视场图案被投影至硅片或基板对应所述第i个拼接视场图案的曝光场曝光区域，得到硅片曝光场的第i个曝光图案；

按第一预设切换顺序切换至硅片对应所述第i个拼接视场图案的第一个曝光场曝光区域，并继续投影该第i个拼接视场图案，以得到硅片上所有曝光场的第i个曝光图案；i根据所述第一预设投影顺序在轮换投影时取1至M，i为自然数。

第一种轮换过程将掩模版的拼接视场图案按第一预设投影顺序轮换投影，每次投影时把硅片(或基板)上所有曝光场按第一预设切换顺序依据切换，将需要根据当前拼接视场图案投影曝光的曝光场全部曝光完毕，实现硅片(或基板)的投影光刻。曝光场的切换也可以认为是对应当前拼接视场图案对应曝光区域的切换。

基于第一种轮换过程，本发明技术方案提供了如下投影光刻方法的应用例，参考图21并结合图13所示的掩模版及曝光场关系：

曝光开始前，通过掩模版传输系统及硅片传输系统对掩模台及工件台分别上掩模版及硅片，利用工件台及微动台对硅片调焦调平及对准，通过软件设置工件台和掩模台按第一预设投影顺序选中掩模版ABCD拼接图案，并按第一预设切换顺序将硅片运动至扫描曝光开始位置，使掩模版ABCD拼接图案可投影至硅片当前曝光场曝光区域abcd。软件驱动光刻机将照明光通过掩模版ABCD拼接图案，将ABCD拼接图案投影至当前曝光场曝光区域abcd进行光刻。完成当前曝光后，根据第一预设切换顺序依次切换曝光场以实现每个曝光场曝光区域abcd的光刻。

如果硅片全部曝光场的abcd区域都实现了掩模版ABCD拼接图案的投影曝光，那么继续按第一预设投影顺序控制掩模台将掩模版ABCD拼接图案轮换至掩模版EFGH拼接图案，按第一预设切换顺序控制工件台运动到掩模版EFGH拼接图案的硅片扫描曝光开始位置，使掩模版EFGH拼接图案可投影至当前曝光场曝光区域edgh。软件驱动光刻机将照明光通过掩模版EFGH拼接图案，将EFGH拼接图案投影至当前曝光场曝光区域edgh进行光刻。完成当前曝光后，根据第一预设切换顺序依次切换曝光场以实现每个曝光场曝光区域edgh的光刻。如果硅片全部曝光场的edgh区域都实现了掩模版EFGH拼接图案的投影曝光，那么就是完成了当前硅片的投影曝光，可控制光刻机下硅片或者换硅片。可重复上述过程对下一块硅片继续工作。

上述如图21所示的示例是基于M＝2的拼接曝光流程，即i取值1及2。如果M取大于2的自然数，即掩模版拼接图案为3个及以上，那么在图21的基础上，只要继续控制掩模版下一个拼接图案的投影曝光，即按第一种轮换过程中的第一预设投影顺序，通过掩模台的运动将上一个已完成全部曝光场曝光的拼接图案轮换至下一个掩模版拼接图案，再按第一种轮换过程中的第一预设切换顺序控制工件台运动到该掩模版拼接图案的硅片扫描曝光开始位置，将该掩模版拼接图案投影至当前曝光场对应曝光区域。进一步，按第一预设切换顺序控制工件台切换所有曝光场及曝光区域，实现该掩模版拼接图案的全部曝光。重复该过程，使所有掩模版拼接图案都轮换投影至所有曝光场曝光区域，以完成当前硅片的所有曝光图案的投影曝光。

上述应用例中，第一预设投影顺序为先投影掩模版拼接图案ABCD，再轮换投影掩模版拼接图案EFGH。在其他变化例中，第一预设投影顺序也可为先投影掩模版拼接图案EFGH，再轮换投影掩模版拼接图案ABCD。

基于图21的应用例，继续参考图22，图中示意了一种按第一预设切换顺序扫描曝光的曝光场曝光区域切换方式。图22中，包括曝光场曝光区域1A、1B、曝光场曝光区域2A、2B、曝光场曝光区域3A、3B、……、曝光场曝光区域12A、12B。对应于图21及图13的应用例，曝光区域1A、曝光区域2A、……、曝光区域12A对应掩模版拼接图案ABCD，曝光区域1B、曝光区域2B、……、曝光区域12B对应掩模版拼接图案EFGH。因此根据上述应用例过程，第一预设切换顺序可以为：切换至曝光区域1A、切换至曝光区域2A、切换至曝光区域3A……以曝光完毕所有曝光场的掩模版拼接图案ABCD，再切换至曝光区域1B、切换至曝光区域2B、切换至曝光区域3B……以曝光完毕所有曝光场的掩模版拼接图案EFGH。照明光通过物镜系统及掩模版实现所有曝光场曝光区域的扫描拼接方法可以参考图16至图20的过程及上述内容，此处不再赘述。

在本发明技术方案的另一种变化例中，可以通过如下步骤实现步骤S12中的第二种轮换过程：

通过所述照明光将所述掩模版的第1至M个拼接视场图案按第二预设投影顺序投影并光刻至对应所述第1至M个拼接视场图案的曝光场曝光区域，以得到硅片上相对当前第1至M个拼接视场图案的曝光场曝光图案；

将所述当前曝光场按第二预设切换顺序切换至下一个曝光场，继续通过所述照明光将所述掩模版的第1至M个拼接视场图案按第二预设投影顺序投影并光刻至该曝光场曝光区域，以得到硅片上相对当前第1至M个拼接视场图案的该曝光场曝光图案；

重复执行上述步骤，以得到硅片上所有曝光场的曝光图案。

基于第二种轮换过程，本发明技术方案提供了如下投影光刻方法的应用例，参考图23并结合图13所示的掩模版及曝光场对应关系图：

曝光开始前，通过掩模版传输系统及硅片传输系统对掩模台及工件台分别上掩模版及硅片，利用工件台及微动台对硅片调焦调平及对准。

通过软件设置工件台和掩模台按第二预设投影顺序选中掩模版ABCD拼接图案，并按第二预设切换顺序将硅片运动至扫描曝光开始位置，使掩模版ABCD拼接图案可投影至硅片当前曝光场及其曝光区域abcd。软件驱动光刻机将照明光通过掩模版ABCD拼接图案，将ABCD拼接图案投影至当前曝光场曝光区域abcd进行光刻。完成当前曝光后，按第二预设投影顺序设置掩模台轮换到掩模版EFGH拼接图案，按第二预设切换顺序将硅片运动至当前曝光场曝光区域efgh扫描曝光开始位置，使掩模版EFGH拼接图案可投影至硅片当前曝光场及其曝光区域efgh。

将当前曝光场的所有曝光区域都曝光完毕后，工作台根据第二预设切换顺序步进到下一个曝光场的开始位置，依次按上述步骤的第二预设投影顺序及第二预设切换顺序继续曝光下一个曝光场的曝光区域abcd及曝光区域efgh。

重复上述步骤，直到全部曝光场完成曝光，可控制光刻机下硅片或者换硅片。可重复上述过程对下一块硅片继续工作。

上述如图23所示的示例是基于N＝2的拼接曝光流程。如果N取大于2的自然数，即掩模版拼接图案为3个及以上，那么在图23的基础上，在对当前曝光场进行曝光时，需要根据第二预设投影顺序控制工件台及掩模台步进运动使掩模版拼接图案依次在当前曝光场对应当前拼接图案的曝光区域进行全部曝光，完成当前曝光场的全部图案曝光后再根据第二预设切换顺序到下一个曝光场，重复对下一个曝光场进行所有掩模版拼接图案的对应曝光，直至完成当前硅片的所有拼接图案的投影曝光。

上述应用例中，第二预设投影顺序为先投影掩模版拼接图案ABCD，再轮换投影掩模版拼接图案EFGH。在其他变化例中，第二预设投影顺序也可为先投影掩模版拼接图案EFGH，再轮换投影掩模版拼接图案ABCD。

基于图23的应用例，继续参考图24，图中示意了一种按第二预设切换顺序扫描曝光的曝光场切换方式。图24中，包括曝光区域1A、1B、曝光区域2A、2B、曝光区域3A、3B、……、曝光区域12A、12B。对应于图23及图13的应用例，曝光区域1A、曝光区域2A、……、曝光区域12A对应掩模版拼接图案ABCD，曝光区域1B、曝光区域2B、……、曝光区域12B对应掩模版拼接图案EFGH。因此根据上述应用例过程，第二预设切换顺序可以为：切换至曝光区域1A、切换至曝光区域1B，以曝光完成掩模版拼接图案ABCD及EFGH，切换至曝光区域2A、切换至曝光区域2B，以曝光完成掩模版拼接图案ABCD及EFGH，切换至曝光区域3A、切换至曝光区域3B，以曝光完成掩模版拼接图案ABCD及EFGH……通过这种曝光场曝光区域的切换顺序，实现曝光场曝光区域与对应掩模版拼接图案的对应拼接曝光。同样的，曝光场的扫描拼接方法可以参考图16至图20的过程及上述内容，此处不再赘述。

需要说明的是，上述针对应用例的预设投影顺序与预设切换顺序可以根据实际软件控制的需要进行设置，只要能够将掩模版拼接图案通过掩模台预设投影顺序依次轮换投影，并将硅片(或基板)通过工件台实现按预设切换顺序步进运动曝光场及其曝光区域至当前曝光位置，就可以实现本发明技术方案所需的拼接曝光。

曝光场按预设切换顺序的切换可以是直接通过对应每个掩模版拼接图案的曝光区域的预设投影光刻的顺序切换，通过系统已知曝光区域的定位角坐标位置，在切换至每个掩模版拼接图案时，按照系统预设的对应曝光区域的切换顺序，实现每个曝光区域的投影光刻，也就是说，只要设定了掩模版拼接视场图案的切换顺序及硅片曝光场曝光区域的投影顺序，就可以实现拼接投影曝光，获得硅片曝光场所有曝光图案。

上述轮换投影光刻过程可以用曝光区域的具体坐标位置去预置与拼接掩模版图案对应的当前曝光场切换顺序，在具体控制中曝光区域的位置信息属于曝光场位置信息的一部分或者一种，这种采用曝光区域位置信息预设曝光区域与掩模版拼接图案轮换投影光刻的方式也落入本发明技术方案的保护范畴。

在本发明技术方案的变化例中，每个拼接视场图案包括若干拼接视场定位角，所述曝光图案包括若干与对应拼接视场图案定位角具有成像关系的拼接曝光场定位角。在图13的示例中，掩模版拼接视场定位角分别为：A、B、C、D、E、F、G，H，曝光区域拼接曝光场定位角分别为：a、b、c、d、e、f、g、h。成像关系指的是，掩模版拼接视场定位角A、B、C、D、E、F、G、H对应地与曝光区域拼接曝光场定位角a、b、c、d、e、f、g、h在水平面x-y坐标系上呈相反位置关系，继续可参考如图12所示的掩模版拼接图案与硅片曝光区域在水平面x-y坐标系的位置关系示意图。

在图14的示例中，掩模版拼接视场图案定位角分别为：A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L，曝光区域拼接曝光场定位角分别为：a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l。成像关系指的是，掩模版拼接视场定位角A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L对应地与曝光区域拼接曝光场定位角a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l在水平面x-y坐标系上呈相反位置关系，继续可参考如图12所示的掩模版拼接图案与硅片曝光区域在水平面x-y坐标系的位置关系示意图。

因此，在第一种轮换过程及第二种轮换过程中，通过所述照明光将所述掩模版当前拼接视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域可以具体包括如下步骤：

将掩模版当前拼接视场图案的图形中心线运动至曝光镜头的扫描方向中心线位置；

基于所述拼接视场定位角与拼接曝光场定位角的成像关系，将当前拼接视场图案曝光到对应硅片曝光区域。

结合图13及图14，在图13及图14中，用点虚线示意了曝光镜头的扫描方向中心线，在通过控制掩模版及工件台步进运动时，需要根据掩模版拼接视场图案的定位角坐标控制其图形中心线与曝光镜头的扫描方向中心线重合，并需要根据拼接视场定位角与拼接曝光场定位角的成像关系，恰好将拼接视场定位角投影至对应的拼接曝光场定位角，完成掩模版拼接视场图案与对应硅片曝光区域的对应曝光。

具体的，图13中，控制掩模台与工件台非扫描方向的步进运动：

在轮换投影掩模版拼接图案ABCD至硅片曝光区域abcd时，使掩模版拼接图案ABCD的中心线运动至曝光镜头扫描方向中心线位置，基于掩模版拼接图案的定位角A、B、C、D与硅片曝光区域定位角a、b、c、d在水平面x-y坐标系上呈相反的位置关系，将掩模版拼接图案ABCD曝光至对应硅片曝光区域abcd。

在轮换投影掩模版拼接图案EFGH至硅片曝光区域efgh时，使掩模版拼接图案EFGH的中心线运动至曝光镜头扫描方向中心线位置，基于掩模版拼接图案的定位角E、F、G、H与硅片曝光区域定位角e、f、g、h在水平面x-y坐标系上呈相反的位置关系，将掩模版拼接图案EFGH曝光至对应硅片曝光区域efgh。

具体的，图14中，控制掩模台与工件台非扫描方向的步进运动：

除了包括如图13所示的对掩模版拼接图案ABCD、EFGH轮换投影外，在轮换投影掩模版拼接图案IJKL至硅片曝光区域ijkl时，使掩模版拼接图案IJKL的中心线运动至曝光镜头扫描方向中心线位置，基于掩模版拼接图案的定位角I、J、K、L与硅片曝光区域定位角i、j、k、l在水平面x-y坐标系上呈相反的位置关系，将掩模版拼接图案IJKL曝光至对应硅片曝光区域ijkl。

在本发明技术方案的上述实施例中，拼接视场图案为矩形图案，因此具有四个拼接视场定位角，相应的曝光图案具有四个拼接曝光场定位角，通过上述定位角的位置关系实现定位拼接曝光。在其他实施例中，也可以将拼接视场图案设置为其他规则形状，这根据掩模版的尺寸形状及分割设置为拼接视场图案的方式确定。本发明技术方案并不对掩模版的尺寸形状及分割设置方式做限定。

在本发明技术方案的上述实施例中，物镜静态视场基于如图20所示的曝光过程实现扫描曝光，具体是通过物镜镜头视场的对称斜边实现扫描方向的曝光，可进一步包括如下扫描曝光步骤：

预设物镜静态视场的扫描曝光方向；

根据所述扫描曝光方向及所述物镜静态视场的形状确定下一个曝光场位置以在硅片或基板扫描曝光。

结合图22及图24，其中沿扫描曝光方向可采用如图20所示的物镜镜头视场的曝光方式，将掩模版拼接图案在该物镜静态视场内投影至曝光场曝光区域曝光。在上述技术方案的一种变化例中，以图20中的六边形曝光场为例说明拼接过程(其他形状的曝光场也可以采用同样的拼接曝光方式)，在扫描曝光过程中，可以对镜头中不需要曝光的硅片区域通过掩模版铬边进行遮挡，对需要曝光的区域通过如上所述的轮换拼接曝光场方式进行拼接曝光。进一步的，掩模版的第1个至第M个拼接视场图案的宽度应与曝光镜头的曝光静态视场宽度相匹配，若边缘拼接视场图案的有效图形宽度与所述曝光镜头的曝光静态视场宽度不相匹配时，可对当前曝光镜头的曝光静态视场对应的非曝光区域通过掩模版的铬边遮挡，进行拼接曝光。

一种投影光刻系统，可以适用于对上述投影光刻方法的控制，参考图25，包括：配置模块10、轮换模块11及曝光模块12。

配置模块10，适于将硅片或基板设置为包含第1个至第N个曝光场的待曝光对象。曝光模块12，适于在光源通过照明系统形成照明光时，经物镜系统将掩模视场图案投影至硅片或基板当前曝光场对应的曝光区域，在光刻胶材料上进行光刻，以形成曝光场图案。轮换模块11，适于通过所述照明光将所述掩模版的视场图案轮换投影至曝光场对应的曝光区域，以配合所述曝光模块曝光完成硅片或基板上所有第1至第N个曝光图案，N为大于等于1的自然数。

如图26所示的投影光刻系统，在图25的基础上还包括：掩模版拼接模块13，适于将掩模版的视场图案设置为第1个至第M个拼接视场图案，M为大于1的自然数。

基于图26的系统，轮换模块11适于通过所述照明光将所述掩模版的第1至第M个拼接视场图案按第一预设投影顺序或第二预设投影顺序轮换投影至曝光场对应的曝光区域。

结合图27，轮换模块11包括：第一投影单元100及第一切换单元101。第一投影单元100适于将掩模版的第1至第M个拼接视场图案逐一曝光至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域。第一切换单元101适于在当前拼接视场图案曝光至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域后以所述第一预设投影顺序切换到下一个拼接视场图案。

基于图26的系统，在另一实例中，轮换模块11’还可适于通过所述照明光将所述掩模版的第1至第M个拼接视场图案按第二预设投影顺序轮换投影至曝光场对应的曝光区域。结合图28，轮换模块11’包括：第二投影单元102及第二切换单元103。

第二投影单元102适于通过所述照明光将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案轮换投影至第1个至第N个曝光场的对应曝光区域，以曝光完成硅片或基板上的曝光场；第二切换单元103适于在所述照明光将所述掩模版的第1个至第M个拼接视场图案曝光至当前曝光场后，按第二预设切换顺序切换至下一个曝光场。

基于上述实施例，由于掩模版的每个拼接视场图案包括若干拼接视场定位角，曝光场曝光区域形成的曝光图案也包括若干与对应拼接视场定位角具有成像关系的拼接曝光场定位角。

在进一步的变化例中，参考图29，轮换模块11或轮换模块11’还可以连接至运动单元20及曝光单元21。

运动单元20适于将掩模版当前拼接视场图案的图形中心线运动至曝光镜头的扫描方向中心线位置；

曝光单元21适于基于所述拼接视场定位角与拼接曝光场定位角的成像关系，将当前拼接视场图案曝光到对应硅片曝光区域。其中曝光单元可以集成于曝光模块12，或者由曝光模块12实现。

在本发明技术方案的实例中，基于曝光场曝光区域的对称边，需要实现曝光区域的拼接曝光，因此所述投影光刻系统还可如图30所示包括：

拼接曝光模块30，适于通过采用所述曝光场的对称边实现拼接曝光。拼接曝光模块30可以集成于曝光模块12，或者由曝光模块12实现。

更进一步的，结合图31，拼接曝光模块30包括：

预设单元300，适于预设曝光镜头的扫描曝光方向；

确定单元301，适于根据所述扫描曝光方向及所述曝光场的形状确定下一个拼接曝光场位置以拼接曝光。

在本发明技术方案的上述系统中，采用第一切换单元及第一投影单元、或者第二切换单元及第二投影单元实现轮换投影光刻时，也可以通过曝光区域的具体坐标位置预置与拼接掩模版图案对应的当前拼接曝光场切换顺序，在具体控制中曝光区域的位置信息属于曝光场位置信息的一部分或者一种，这种采用曝光区域位置信息预设曝光区域与掩模版拼接图案轮换投影光刻的方式也落入本发明技术方案的保护范畴。

在本发明技术方案投影光刻系统的变化例中，也可以通过上述拼接视场定位角及与对应拼接视场定位角具有成像关系的拼接曝光场定位角实现掩模版拼接图案及曝光场轮换时的运动曝光。

基于上述任意的投影光刻系统，本发明技术方案还提供一种如图32所示的投影光刻装置，基于如图1所示的投影光刻机，可包括：掩模台及其第一微动台、工件台及其第二微动台、照明系统、第一测量系统、第二测量系统、对准调焦系统及投影光刻系统。

所述第一测量系统及第二测量系统适于分别采集所述掩模台及工件台的位置信息，所述轮换模块适于根据所述位置信息及配置信息，控制驱动掩模台及其第一微动台、工件台及其第二微动台，以配置掩模版当前拼接视场图案及当前曝光场曝光区域。

所述位置信息主要指掩模台(主要是承版台)X向的位置信息及Y向位置信息、工件台(主要指硅片吸盘台)X向位置信息及Y向位置信息。通过上述位置信息可以计算获取对应掩模版拼接图案的X-Y坐标系上的位置信息及曝光场曝光区域的X-Y坐标系上的位置信息。更进一步的，可以通过上述位置信息计算得到掩模版拼接图案拼接视场定位角及拼接曝光场定位角在X-Y坐标系上的位置信息。

所述配置信息主要指的是第一预设投影顺序及第一预设切换顺序，或者第二预设投影顺序及第二预设切换顺序。轮换模块可以依据上述位置信息和配置信息实现拼接掩模版图案的投影、及曝光场曝光区域的拼接曝光。通过掩模版拼接图案及曝光场曝光区域在水平面X-Y坐标系的坐标位置信息，可以实现如上所述掩模版拼接图案及对应曝光场拼接曝光区域的轮换投影光刻。

如图33所示，在沿着预定扫描曝光方向拼接曝光时可以采用如图20所示的六边形曝光镜头进行拼接曝光，并采用掩模版铬边遮挡镜头静态视场的非曝光区域。该硅片(或基板)包括：曝光场曝光区域1A、1B、1C、1D、曝光场曝光区域2A、2B、2C、2D、曝光场曝光区域3A、3B、3C、3D……通过第一测量系统、第二测量系统采集了掩模台(主要是承版台)X向的位置信息及Y向位置信息、工件台(主要指硅片吸片台)X向位置信息及Y向位置信息，就此得到了硅片及其各曝光场曝光区域的位置信息、掩模版及其拼接视场图案的位置信息(可指掩模版拼接图案拼接视场定位角及拼接曝光场定位角)。通过轮换模块，可轮换当前曝光的掩模版拼接图案及对应曝光场曝光区域，具体轮换过程可参考上述第一种轮换过程或者第二种轮换过程，此处不再赘述。

依据上述投影光刻方法、装置及系统，本发明技术方案还提供了一种更为具体的应用例。一种投影光刻机的基本结构如图1所示，主要由照明系统、掩模台、物镜、工件台、对准系统、调焦调平、硅片传输和掩模传输等几部分组成。基础框架是光刻机外部世界的支撑基础，安置于隔振地基上。基础框架上安装有减震器，光刻机的镜头、调焦调平、对准等主要分系统均安装在减震器上面的主基板之上，主基板是整个光刻机内部世界的支撑框架。调焦调平系统是通过调焦调平传感器测量硅片上表面，并据此调平硅片，驱动硅片进入焦深范围。对准系统是指通过对准传感器分别或同时测量掩模面标记和硅片面标记，建立硅片与掩模图形之间精确的坐标关系。对准系统可以采用图像识别方式，也可以采用光栅识别方式进行信号测量和提取。工件台和掩模台系统均采用H型或L型粗动结构+微动结构的双层结构形式。该光刻机的照明系统可采用LED、汞灯或激光器照明，提供i线或gh线或ghi线或KrF或ArF曝光照明。需要说明的是，本发明并不局限于上述特定谱线光源，任何紫外、深紫外、极紫外等曝光光源均在本专利保护范围内容。采用的物镜倍率可以是1：1、2：1、4：1、5：1等，也可以是非整数被的倍率关系，可以根据成本需要采用相对倍率较低的物镜。

光刻机要通过多次(两次或两次以上)拼接曝光的方式才能曝光出传统投影光刻机一次曝光出来的曝光区域图形，但是相对于成本高的大视场物镜，能够实现相同的高分辨率投影效果。该光刻机的曝光图像之间需要拼接，投影物镜静态视场为非矩形形状的六边形、梯形、三角形或菱形等，也即存在三角类的视场拼接区域。

在采用物镜倍率2：1的缩小倍率时，本应用例的光刻机需要通过两次拼接曝光实现现有技术高倍率投影光刻机的曝光场。根据不同的需要，在具体应用时，也可以根据实现需求，采用不同的物镜倍率及相应拼接次数。

传统扫描投影光刻机曝光一般采用4：1的物镜，物镜的静态视场一般为26mm(X向)×10.5mm(Y向)，通过光刻机工件台和掩模台同步扫描运动之后，可以曝光出的扫描曝光场尺寸一般为26mm×33mm，亦称为动态曝光场。本应用例的光刻机可采用如图15所示的静态视场，其半腰视场尺寸为13.5mm(X向)×10mm(Y向)(本示例仅是为述说方便进行限定，并不表示限缩本专利于固定的静态视场尺寸)。为实现26mm×33mm的曝光场，传统扫描投影光刻机通过如图34所示的曝光扫描轨迹(虚线箭头所示)可以完成整个硅片(图34中示意了包括非拼接的曝光场1至12)的曝光。本应用例的光刻机的工件台及掩模台需要轮换投影，并同步扫描两次、基于拼接曝光实现26mm×33mm的曝光场，也就是需要扫描两倍以上的次数才能完成整个硅片的曝光。很显然，采用曝光视场更小的拼接物镜之后，设备的产率相对传统光刻机的产率在同等条件下会造成一定的损失。传统光刻机采用的镜头倍率一般为4：1，在相同的掩模版尺寸(一般为六寸掩模版)，本应用例采用拼接曝光的光刻机可以通过改变镜头倍率来增加单次扫描的长度，减少步进次数的方式来提高产率，如可采用2：1的镜头倍率实现大尺寸硅片或基板投影光刻。在相同的六寸掩模版上传统光刻机只能布局一个26mm×33mm的动态曝光场，而本应用例的光刻机使用拼接曝光则可以布局4个26mm×33mm的传统曝光场，使拼接光刻机在镜头成本大幅降低的情况下，产率基本保持与传统光刻机相同甚至更高，并且拼接光刻机可以一次曝光52mm×66mm的曝光场，从而为集成电路大芯片的生产提供了一款价廉而又质优的设备选择，其曝光整个硅片的过程示意图可参考图33。

扫描投影光刻机的物方和像方的成像关系是(X:-1,Y:-1)，如图12所示：物方的ABCD四个角分别对应像方的abcd四个角，从图12中可以看出，像方与物方的关系为上下左右呈180度翻转。很显然，基于传统扫描投影光刻机的镜头成像关系进行拼接曝光时，若把每一个镜头视场扫描一次后形成的曝光区域视为一个传统扫描投影光刻机的曝光场形式进行逐场曝光的话，两个相邻拼接视场之间的像均翻转了180度，从而造成拼接错误。为此，本应用例针对拼接镜头所设计的拼接方案可以有效解决传统扫描投影光刻机工作方法所导致的拼接错误。

本应用例以两个拼接曝光区域组成的曝光场为例说明：如图13所示，本例中以镜头倍率2：1进行描述，且镜头成像关系为(X:-1,Y:-1)。掩模版图案配置为两个拼接视场图案，分别是拼接视场图案ABCD和拼接视场图案EFGH。拼接视场图案ABCD在硅片面曝光成像的图形为曝光区域abcd，拼接视场图案EFGH曝光成像的图形为曝光区域efgh。掩模台将掩模版拼接图案ABCD的图形中心线运动到曝光镜头的扫描方向的中心线位置，同时工件台也运动到曝光区域对应的上下左右呈180度翻转的abcd的中心线位置，通过掩模台和工件台的相对扫描运动，将掩模版ABCD的图形曝光到硅片上abcd的位置，并形成abcd图形。同理，将EFGH掩模版图形曝光成efgh硅片图形。须知，上述过程与传统扫描投影光刻机掩模版图形位置与曝光区域图形位置关系不同，两个拼接图形需要在硅片面上通过工件台和掩模台的非扫描方向的步进运动形成交叉图像，从而实现正确的图形拼接。

继续参考图13，本应用例光刻机在曝光过程中可以把掩模版切换到ABCD区域曝光硅片上当前曝光区域的abcd区域，接着步进到EFGH区域曝光硅片上当前曝光区域的efgh区域，直至硅片上所有曝光区域需要曝光的区域依次abcd和efgh轮换曝光完成，曝光流程可参考图23。也可以先把掩模版切换到ABCD区域，把硅片对应的所有曝光区域的abcd区域连续一次性曝光完，然后接着切换到掩模版的EFGH区域，把整个硅片上所有曝光区域的efgh区域连续一次性曝光完，直至硅片上所有曝光区域需要曝光的区域曝光完成，曝光流程可参考图21。

在本应用例光刻机拼接曝光的另一种变化例中，一个曝光场由三个曝光区域。如图14所示，本例中以镜头倍率2：1进行描述，且镜头成像关系为(X:-1,Y:-1)。为描述方便，将对应的掩模版图形配置为三个拼接视场图案，分别是拼接视场图案ABCD、拼接视场图案EFGH和拼接视场图案IJKL。拼接视场图案ABCD曝光成像到曝光区域的图形为abcd，拼接视场图案EFGH曝光成像到曝光区域的图形为efgh，拼接视场图案IJKL曝光成像到曝光区域的图形为ijkl。掩模台将掩模版图案ABCD的图形中心线运动到曝光镜头的扫描方向的中心线位置，同时工件台也运动到曝光区域对应的上下左右呈180度翻转的abcd的中心线位置，通过掩模台和工件台的相向扫描运动，将掩模版ABCD的图形曝光到硅片上abcd的位置，并形成abcd图形。同理，将EFGH掩模版图形曝光成efgh硅片图形，将IJKL掩模版图形曝光成ijkl硅片图形。须知，上述过程与传统扫描投影光刻机掩模版图形位置与曝光区域图形位置关系不同，三个拼接图形需要在硅片面上通过工件台和掩模台的非扫描方向的步进运动形成交叉图像，从而实现正确的拼接。

本应用例中，拼接镜头的静态视场一般不采用正方形或长方形视场，而是采用梯形(如图17)、三角形(如图18)、六边形(如图16)或菱形视场(如图19)等，通过两个拼接视场拼接区域的拼接三角结构特征提高拼接精度，防止拼接曝光时拼接边缘的能量突变，如图35所示。

本应用例可采以六边形物镜静态视场拼接曝光为例说明拼接过程，如图20所示，在对曝光区域进行拼接曝光时，可以将非曝光区域，即视场中不需要曝光的区域通过掩模版铬边进行遮挡，对曝光区域通过拼接曝光场方式进行拼接曝光。

本应用例的光刻机及其光刻方法不仅可以使用大尺寸的硅片光刻，即适用于其曝光区域大于或远大于单一拼接曝光视场的曝光。对于硅片实际曝光区域小于其单一拼接曝光视场尺寸的应用时，也可以采用本应用例光刻机，可以不需要拼接曝光，此时其与传统式投影光刻机工作机制相同。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。