CN115938894A - 成形光阑阵列板、成形光阑阵列组件和电子束分束模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种成形光阑阵列板、成形光阑阵列组件和电子束分束模块，其中，成形光阑阵列板包括基底，基底上阵列排布有N×M个第一光阑孔，其中，N和M均为整数且N≥1，M≥1；和自基底的表面向外隆起的至少一条隆起棱，隆起棱位于第一光阑孔的外侧。由此，使得该成形光阑阵列板因表面积增大而增强了其热辐射散热效果的同时，也加强了其自身的机械强度，从而使得当该成形光阑阵列板使用至电子束分束模块中时，即使电子枪发射的大部分电子束照射在该成形光阑阵列板上时，该成形光阑阵列板和其上的第一光阑孔也能保持较小的变形量，从而避免照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

Description

成形光阑阵列板、成形光阑阵列组件和电子束分束模块

技术领域

本发明涉及电子束技术领域，具体涉及一种成形光阑阵列板、成形光阑阵列组件和电子束分束模块。

背景技术

电子束光刻机是制造集成电路芯片掩模版的主要装备。随着集成电路特征尺寸的减小，掩模版的特征线宽随之减小，掩模版的加工时间呈平方关系增加。尤其是当进入7纳米及以下制程的EUV（极紫外光）光刻之后，由于目前变形束电子束光刻机制备掩模版时间大大增加，稳定性、缺陷、良率等一系列问题随之增加。

为了解决这些问题，自上世纪90年代，研究者开始探索基于多电子束光刻机技术。例如，目前奥地利IMS,荷兰的MAPPER，日本的NUFALRE等公司开发出多达26万束电子束的光刻机，采用此类装备能够大大减少掩模版制备时间。

但是，这种多电子束光刻机在使用过程中也存在一些问题，造成这些问题的原因主要是多电子束光刻机的核心部件电子束分束模块中的成形光阑阵列板的作用是将来自电子枪的平行电子束分成阵列电子束，这就导致穿过成形光阑阵列板的电子束仅仅是电子枪发射的电子束的一小部分，而未能穿过成形光阑阵列板的、电子枪发射的大部分电子束照射在成形光阑阵列板上，使得成形光阑阵列板发热、变形和光阑孔畸变，相应的使得照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，影响多电子束光刻机性能。

发明内容

为了解决多电子光刻机因成形光阑阵列板受电子束照射发热变形，导致多电子束光刻机性能变劣的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种成形光阑阵列板。

该成形光阑阵列板包括基底，基底上阵列排布有N×M个第一光阑孔，其中，N和M均为整数且N≥1，M≥1；和自基底的表面向外隆起的至少一条隆起棱，隆起棱位于第一光阑孔的外侧。本发明通过在基底的表面设置向外隆起的隆起棱，使得该成形光阑阵列板因表面积增大而增强了其热辐射散热效果的同时，也加强了其自身的机械强度，从而使得当该成形光阑阵列板使用至电子束分束模块中时，即使电子枪发射的大部分电子束照射在该成形光阑阵列板上时，该成形光阑阵列板和其上的第一光阑孔也能保持较小的变形量，从而避免照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些实施方式中，相邻的第一光阑孔之间均设有隆起棱。由于相邻的第一光阑孔之间均设有隆起棱，可以通过隆起棱对该成形光阑阵列板的强化作用进一步减小第一光阑孔的变形。

在一些实施方式中，所有的隆起棱相互连接以形成网格结构。由于隆起棱相互连接，在基底上形成网格结构，可以进一步提高该成形光阑阵列板的整体强度，从而进一步减小该成形光阑阵列板使用过程中的变形量。

为了解决多电子光刻机因成形光阑阵列板受电子束照射发热变形，导致多电子束光刻机性能变劣的问题，根据本发明的另一个方面，提供了一种成形光阑阵列组件。

该成形光阑阵列组件包括前述的成形光阑阵列板；和位于成形光阑阵列板的电子束出射一侧的二级光阑阵列板；其中，二级光阑阵列板上设置有与第一光阑孔对应的第二光阑孔，且第二光阑孔的直径小于第一光阑孔的直径。

由于二级光阑阵列板上的第二光阑孔与成形光阑阵列板上的第一光阑孔一一对应，且第二光阑孔的直径小于第一光阑孔的直径，使得穿过成形光阑阵列板的电子束中的绝大多数能够穿过二级光阑阵列板上的第二光阑孔，仅少量的电子被二级光阑阵列板吸收，从而不会引起二级光阑阵列板和第二光阑孔的热变形，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些实施方式中，隆起棱位于基底的背离二级光阑阵列板的一侧。也即使用时，隆起棱位于基底的靠近电子枪所在的一侧，由此，当电子枪发出的电子束照射至成型光阑阵列板上时，使得成型光阑阵列板吸收电子产生的热量可以通过隆起棱增进散热效果，大大降低了成型光阑阵列板的热变形量。

在一些实施方式中，成形光阑阵列板和二级光阑阵列板均采用MEMS工艺制备。MEMS工艺，即Micro-Electro-Mechanical System工艺，其能够实现毫米尺度至纳米尺度的精确加工，由此，采用MEMS工艺制备成形光阑阵列板和二级光阑阵列板，可以保证第一光阑孔和第二光阑孔的制造精度，进而保证多电子束源所产生的束斑的精度。

为了解决多电子光刻机因成形光阑阵列板受电子束照射发热变形，导致多电子束光刻机性能变劣的问题，根据本发明的又一个方面，提供了一种电子束分束模块。

该电子束分束模块包括用于发射电子束的电子枪；和前述的成形光阑阵列板，或前述的成形光阑阵列组件。

由此，虽然电子枪发射的电子束中的大部分照射在了成形光阑阵列板上，但是，由于成形光阑阵列板具有自基底的表面向外隆起的至少一条隆起棱，既可以通过增强成形光阑阵列板的热辐射散热能力来减少成形光阑阵列板的热变形，也可以通过增强成形光阑阵列板的机械强度来减小成形光阑阵列板的热变形，从而可以避免照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

当该电子束分束模块还包括二级光阑阵列板时，由于二级光阑阵列板上的、与成形光阑阵列板上的第一光阑孔一一对应的第二光阑孔的直径小于第一光阑孔的直径，使得穿过第一光阑孔的电子束中的绝大多数能够穿过二级光阑阵列板上的第二光阑孔，由于二级光阑阵列板上只沉积少量的电子束，因此，二级光阑阵列板几乎没有热变形问题，使得从二级光阑阵列板上的第二光阑孔出射的电子束斑具有很好的保真性能，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些实施方式中，该电子束分束模块还包括设置在电子枪与成形光阑阵列板之间的扩束准直透镜。由于电子枪发射的电子束具有一定的发散角和非均匀性，在电子枪与成形光阑阵列板之间设置扩束准直透镜，可以使照射在成形光阑阵列板上的电子束既均匀分布又能保持相互平行。

在一些实施方式中，该电子束分束模块还包括依次设置在成形光阑阵列组件的背离电子枪的一侧的束闸阵列板和阻挡光阑；其中，束闸阵列板上设置有与成形光阑阵列组件中二级光阑阵列板的第二光阑孔对应的第一通孔和束闸，每个束闸包括至少一对电极组，每对电极组包括两个电极。

由此，可以将所有的电极与外部驱动电源连接，从而可以通过控制电极的通电状态控制每个束闸的两个电极之间的电子束的通过情况，具体的，当接通的电源使束闸的两个电极存在电位差时，两个电极之间形成电场，使得通过两个电极之间的电子束因受到电场作用改变方向而发生偏转，导致电子束照射到阻挡光阑的通孔之外的区域而无法穿过阻挡光阑，从而通过束闸和阻挡光阑实现了对电子束的关断；当电源不使束闸的两个电极存在电位差时，两个电极之间不会形成电场，由此，通过两个电极之间的电子束不会发生偏转，而是能够穿过阻挡光阑的通孔之后照射到待光刻的样品上，实现电子束的开通。

在一些实施方式中，第一通孔的直径、束闸中两个电极的间距和阻挡光阑的通孔的直径均比第二光阑孔的直径大。由此，可以避免在束闸和阻挡光阑实现电子束的开通时，束闸阵列板、电极和阻挡光阑阻挡电子束的通过。

附图说明

图1为本发明一实施方式的成形光阑阵列板的结构示意图；

图2为本发明一实施方式的成形光阑阵列组件的结构示意图；

图3为图2所示成形光阑阵列组件的剖面结构示意图；

图4为本发明一实施方式的电子束分束模块的结构示意图；

图5为图4所示束闸阵列板的结构示意图；

附图标记：10、电子枪；11、扩束准直透镜；20、基底；201、第一光阑孔；21、隆起棱；30、二级光阑阵列板；301、第二光阑孔；40、束闸阵列板；41、第一通孔；42、电极组；421、电极；50、缩小透镜；60、阻挡光阑；71、投影透镜；72、偏转器；80、样品；81、工作台；90、光柱体腔体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中所用的术语一般为本领域技术人员常用的术语，如果与常用术语不一致，以本文中的术语为准。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的成形光阑阵列板。如图1所示，该成形光阑阵列板包括基底20和至少一条隆起棱21；其中，基底20上一体成型或加工有将基底20上下贯穿的第一光阑孔201（也即第一光阑孔201沿纵向方向将基底20贯穿），第一光阑孔201设置有N×M个且呈N×M的阵列方式在基底20上排布，其中，N和M均为不小于1的整数，具体的N和M的取值根据实际需要进行选取即可，例如N和M的取值均为4，又如，N的取值为7，M的取值为8等；隆起棱21一体成型、加工或连接在基底20上，由此，基底20和隆起棱21可以采用同种材料制成，例如采用现有技术中的成形光阑阵列板常用的材料制成，如采用硅基材料制成；设置在基底20上的隆起棱21相对基底20沿竖直方向向外侧隆起，以使隆起棱21在基底20上起到加强肋的作用，同时，为了避免设置的隆起棱21影响第一光阑孔201的电子束透过性，隆起棱21设置在第一光阑孔201的外侧（也即设置在第一光阑孔201的外周）。作为第一光阑孔201的一些具体实施例，第一光阑孔201的尺寸可以与现有技术中的成形光阑阵列板的光阑孔的尺寸一致，第一光阑孔201的具体形状可以根据实际使用的需要进行选择，例如设置成横截面为圆形的通孔或设置成横截面为矩形的通孔等等。优选的，所有的第一光阑孔201均布在基底20上。

本发明通过在基底20的表面设置沿竖直方向向外隆起的隆起棱21，使得该成形光阑阵列板因表面积增大而增强了其热辐射散热效果的同时，也加强了其自身的机械强度，从而使得当该成形光阑阵列板使用至电子束分束模块中时，即使电子枪10发射的大部分电子束照射在该成形光阑阵列板上时，该成形光阑阵列板和其上的第一光阑孔201也能保持较小的变形量，从而避免照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些优选实施例中，成形光阑阵列板采用MEMS工艺制备，以确保加工精度。

在一些优选实施例中，为了进一步减小第一光阑孔201的变形，继续参考图1所示，在相邻的第一光阑孔201之间均设有隆起棱21。优选的，为了进一步提高该成形光阑阵列板的整体强度，继续参考图1所示，所有的隆起棱21相互连接以形成网格结构。具体的，形成网格结构的隆起棱21在基底20上纵横交错地分布，所有的隆起棱21在基底20上可以不均布，优选的均布在基底20上，且隆起棱21与相邻的第一光阑孔201的距离相等，由此，可以使所有隆起棱21对邻近的第一光阑孔201的变形的限制作用相等，从而使隆起棱21能够最大限度地减小第一光阑孔201的变形。

图2和图3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的成形光阑阵列组件。如图3所示，该成形光阑阵列组件包括前述的成形光阑阵列板；和位于成形光阑阵列板的电子束出射一侧的二级光阑阵列板30；其中，二级光阑阵列板30上一体成形或加工有与第一光阑孔201对应的第二光阑孔301，即第二光阑孔301也设置有N×M个且呈N×M的阵列方式在二级光阑阵列板30上排布，第二光阑孔301将二级光阑阵列板30上下贯穿，且第二光阑孔301的直径小于第一光阑孔201的直径，示例性的，第二光阑孔301的直径比第一光阑孔201的直径小5%-15%，优选的，第二光阑孔301的直径比第一光阑孔201的直径小10%，由此，既可以避免二级光阑阵列板30因吸收过多的电子而发生较大的热变形，也可以通过缩小的光阑孔进一步保证多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。具体的，二级光阑阵列板30也可以采用现有技术中的成形光阑阵列板常用的材料制成，例如采用硅基材料制成。优选的，第二光阑孔301的横截面的形状与第一光阑孔201的横截面的形状相似，即第二光阑孔301以第一光阑孔201为基准等比例缩小。

本发明通过在成形光阑阵列板的电子束出射的一侧设置二级光阑阵列板30，并将二级光阑阵列板30上的第二光阑孔301设置成与成形光阑阵列板上的第一光阑孔201一一对应且直径较小的通孔，使得穿过成形光阑阵列板的电子束中的绝大多数能够穿过二级光阑阵列板30上的第二光阑孔301，仅少量的电子被二级光阑阵列板30吸收，从而不会引起二级光阑阵列板30和第二光阑孔301的热变形，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些实施例中，如图2和图3所示，隆起棱21位于基底20的背离二级光阑阵列板30的一侧，也即隆起棱21位于基底20的靠近电子枪10的一侧。

在一些优选实施例中，成形光阑阵列板和二级光阑阵列板30均采用MEMS工艺制备。由此，可以保证第一光阑孔201和第二光阑孔301的制造精度，进而保证多电子束源所产生的束斑的精度。

图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的电子束分束模块。如图4所示，该电子束分束模块包括用于发射电子束的电子枪10；和前述的成形光阑阵列板，或前述的成形光阑阵列组件。示例性的，电子枪10可以采用现有技术中常用的电子枪10，其主要由阴极、栅极和阳极组成，其中，阴极可以采用LaB₆或单晶钨材料制成，电流通过阴极时使其升温，进而使得阴极尖端电子逸出；栅极常被给以负的偏压用以控制发射的电子的量；阳极连接高压电源，高压产生的电场对阴极发射的电子束加速使之达到一定的能量。

由此，虽然电子枪10发射的电子束中的大部分照射在了成形光阑阵列板上，但是，由于成形光阑阵列板具有自基底20的表面向外隆起的至少一条隆起棱21，既可以通过增强成形光阑阵列板的热辐射散热能力来减少成形光阑阵列板的热变形，也可以通过增强成形光阑阵列板的机械强度来减小成形光阑阵列板的热变形，当电子枪10发出的电子束穿过成形光阑阵列板上阵列分布的第一光阑孔201之后，形成阵列电子束，而由于本发明的成形光阑阵列板和第一光阑孔201的热变形较小，可以避免照射到掩模版或硅片上的电子束图形畸变，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。当该电子束分束模块还包括二级光阑阵列板30时，由于二级光阑阵列板30上的、与成形光阑阵列板上的第一光阑孔201一一对应的第二光阑孔301的直径小于第一光阑孔201的直径，使得穿过第一光阑孔201的电子束中的绝大多数能够穿过二级光阑阵列板30上的第二光阑孔301，由于二级光阑阵列板30上只沉积少量的电子束，因此，二级光阑阵列板30几乎没有热变形问题，使得从二级光阑阵列板30上的第二光阑孔301出射的电子束斑具有很好的保真性能，保证了多电子束源所产生的束斑的精度、稳定性和一致性。

在一些优选实施例中，继续参考图4所示，该电子束分束模块还包括设置在电子枪10与成形光阑阵列板之间的扩束准直透镜11。具体的，扩束准直透镜11可采用现有技术中常用的扩束准直透镜11，通过在电子枪10与成形光阑阵列板之间设置扩束准直透镜11，扩束准直透镜11可以对来自电子枪10的发散的电子束进行整形和放大处理，使之形成平行的电子束，进而使电子束平行地照射在成形光阑阵列板上。

在一些优选实施例中，继续参考图4所示，该电子束分束模块还包括依次设置在成形光阑阵列组件的背离电子枪10的一侧的束闸阵列板40和阻挡光阑60，即束闸阵列板40设在阻挡光阑60的朝向电子枪10的一侧；其中，束闸阵列板40上一体成形或加工有与第二光阑孔301对应的第一通孔41，束闸阵列板40上还设置有与成形光阑阵列组件中二级光阑阵列板30的第二光阑孔301对应的束闸，每个束闸包括至少一对电极组42，每对电极组42包括两个相对设置的电极421。具体的，束闸可以设置在第一通孔的外侧，也可以设置在第一通孔的内侧（如图5所示），也就是把每个束闸的电极421都设置在第一通孔41中，并在每对电极组42的两个电极421之间形成供电子束通过的通道。示例性的，束闸阵列板40也可以采用硅基材料制成。优选的，束闸阵列板40也采用MEMS工艺制备，由此，来保证制备的精度。示例性的，阻挡光阑60可以采用现有技术中常用的光阑。

使用时，将所有的电极与外部驱动电源连接，从而可以通过控制电极的通电状态控制每个束闸的两个电极之间的电子束的通过情况，例如，当接通的电源使束闸的两个电极存在电位差时，两个电极之间形成电场，使得通过两个电极之间的电子束因受到电场作用改变方向而发生偏转，导致电子束照射到阻挡光阑60的通孔之外的区域而无法穿过阻挡光阑60，从而通过束闸和阻挡光阑60实现了对电子束的关断；当电源不使束闸的两个电极存在电位差时，两个电极之间不会形成电场，由此，通过两个电极之间的电子束不会发生偏转，而是能够穿过阻挡光阑60的通孔之后照射到待光刻的样品80上，实现电子束的开通。

在一些优选实施例中，每一对电极组的电位都可以单独控制，由此，可以单独控制电子束阵列中所有电子束的通断。

在一些实施例中，继续参考图4所示，在束闸阵列板40与阻挡光阑60之间还设置有缩小透镜50。具体的，缩小透镜50可采用现有技术中能够对电子束进行缩小和汇聚的透镜。具体的，缩小透镜50可以是静电透镜，也可以是磁透镜。

在一些优选实施例中，第一通孔41的直径、束闸中两个电极421的间距和阻挡光阑60的通孔的直径均比第二光阑孔301的直径大，示例性的，第一通孔41的直径、束闸中两个电极421的间距和阻挡光阑60的通孔的直径比第二光阑孔301的直径大15%-25%，优选的，第一通孔41的直径、束闸中两个电极421的间距和阻挡光阑60的通孔的直径比第二光阑孔301的直径大20%。由此，可以避免在束闸和阻挡光阑60实现电子束的开通时，束闸阵列板40、电极和阻挡光阑60阻挡电子束的通过。

在一些实施例中，继续参考图4所示，电子束分束模块还包括用于承载样品80的工作台81，工作台81设置在阻挡光阑60的背离电子枪10的一侧，电子束分束模块还包括设置在阻挡光阑60和工作台81之间的投影透镜71和偏转器72，具体的，偏转器72位于投影透镜71的内侧，穿过阻挡光阑60的通孔的电子束在投影透镜71的作用下形成平行的电子束，并通过偏转器72的作用实现其在样品80上的光刻或检测。具体的，投影透镜71可以是静电透镜，也可以是磁透镜。偏转器72可以是静电偏转器72，也可以是磁偏转器72。

在一些优选实施例中，继续参考图4所示，为了实现电子束分束模块能够在真空工作条件和抗干扰屏蔽条件下工作，还包括光柱体腔体90，电子枪10、扩束准直透镜11、成形光阑阵列板、二级光阑阵列板30、束闸阵列板40、缩小透镜50、阻挡光阑60、投影透镜71、偏转器72和工作台81均设置在光柱体腔体90内。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.成形光阑阵列板，其特征在于，包括：

基底，所述基底上阵列排布有N×M个第一光阑孔，其中，N和M均为整数且N≥1，M≥1；

和自所述基底的表面向外隆起的至少一条隆起棱，所述隆起棱位于所述第一光阑孔的外侧。

2.根据权利要求1所述的成形光阑阵列板，其特征在于，相邻的第一光阑孔之间均设有所述隆起棱。

3.根据权利要求1或2所述的成形光阑阵列板，其特征在于，所有的隆起棱相互连接以形成网格结构。

4.成形光阑阵列组件，其特征在于，包括：

权利要求1至3任一项所述的成形光阑阵列板；

和位于所述成形光阑阵列板的电子束出射一侧的二级光阑阵列板；其中，

所述二级光阑阵列板上设置有与第一光阑孔对应的第二光阑孔，且所述第二光阑孔的直径小于所述第一光阑孔的直径。

5.根据权利要求4所述的成形光阑阵列组件，其特征在于，所述隆起棱位于所述基底的背离所述二级光阑阵列板的一侧。

6.根据权利要求4或5所述的成形光阑阵列组件，其特征在于，所述成形光阑阵列板和二级光阑阵列板均采用MEMS工艺制备。

7.电子束分束模块，其特征在于，包括：

用于发射电子束的电子枪；

和权利要求1至3任一项所述的成形光阑阵列板，或权利要求4至6任一项所述的成形光阑阵列组件。

8.根据权利要求7所述的电子束分束模块，其特征在于，还包括设置在所述电子枪与成形光阑阵列板之间的扩束准直透镜。

9.根据权利要求7或8所述的电子束分束模块，其特征在于，还包括依次设置在所述成形光阑阵列组件的背离所述电子枪的一侧的束闸阵列板和阻挡光阑；其中，

所述束闸阵列板上设置有与所述成形光阑阵列组件中二级光阑阵列板的第二光阑孔对应的第一通孔和束闸，每个束闸包括至少一对电极组，每对电极组包括两个电极。

10.根据权利要求9所述的电子束分束模块，其特征在于，所述第一通孔的直径、束闸中两个电极的间距和阻挡光阑的通孔的直径均比所述第二光阑孔的直径大。

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