一种多光束控制的多电子束光刻设备和光刻方法技术

本发明专利技术公开了一种多光束控制的多电子束光刻设备和光刻方法，该光刻设备包括多激光束阵列器件和多电子束阵列器件，其中，所述多激光束阵列器件包括激光光源、激光平行扩束镜和数字微反射镜阵列，所述多电子束阵列器件包括阴极、光‑电子转换发射阵列、阳极、加速阳极、磁聚焦阵列、光澜阵列、磁聚焦物镜和样品台。采用本发明专利技术提供的多光束控制的多电子束光刻设备和方法，能够大幅增加可控电子束的数量，增加有效曝光点数量，减少总曝光次数，减少电子束光刻写入时间，大幅提升电子束光刻的效率和吞吐量，有望使多电子束光刻设备超越以光为媒介的传统光刻设备的光刻效率和分辨率，推动多电子束光刻设备成为具有强竞争力的实用光刻设备。

【技术实现步骤摘要】
一种多光束控制的多电子束光刻设备和光刻方法
本专利技术涉及光刻
，特别是涉及一种多光束控制的多电子束光刻设备和光刻方法。
技术介绍
半导体集成电路制造最重要过程是光复印或光刻工艺，即将预先设计的电路图形转移到涂覆在半导体晶片上的光刻胶层上，再通过刻蚀工艺将光刻胶图形转移到半导体晶片上。随着集成电路线宽不断减小且越来越复杂，传统以光子作为媒介的光刻设备越来越复杂且分辨率要求越来越高，由于存在光的衍射极限问题和空气对紫外光高吸收率的问题，传统以光为媒介的光刻系统不能满足更精细的纳米级线宽的光刻要求。研究人员开始探索利用更短波长的高能粒子或射线作为高精度光刻系统的新媒介。其中，高速运动电子的德布罗意波长可以达到亚纳米甚至更短，电子束为媒介来实现光刻工艺可以产生纳米级甚至亚纳米级的高分辨率。虽然现有的电子束光刻设备发展迅速，但是仍然没有达到传统深紫外光刻设备的光刻精度和光刻效率，在减少电子束写入时间和提高生产吞吐量方面有很大发展空间。因此，亟待研发一类吞吐量大效率高的多电子束光刻设备，以解决现有电子束光刻技术存在的问题和不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多光束控制的多电子束光刻设备和光刻方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。为实现上述目的，本专利技术提供一种多光束控制的多电子束光刻设备，包括多激光束阵列器件和多电子束阵列器件，其中，所述多激光束阵列器件包括激光光源、激光平行扩束镜和数字微反射镜阵列，所述多电子束阵列器件包括阴极、光-电子转换发射阵列、阳极、加速阳极、磁聚焦阵列、光澜阵列、磁聚焦物镜和样品台，其中：所述激光光源发出激光束，所述激光束通过所述激光平行扩束镜形成平行的多激光束，所述平行的多激光束照射到所述数字微反射镜阵列，所述数字微反射镜阵列根据预设光刻图形选择性反射光束以形成图形化平行激光束阵列；所述图形化平行激光束阵列照射到所述阴极上的所述光-电子转换发射阵列，每一激光束照射所述光-电子转换发射阵列产生一电子束，所述图形化平行激光束阵列通过所述光-电子转换发射阵列形成图形化平行电子束阵列；所述阳极和所述加速阳极为孔洞构造，所述阳极引导所述图形化平行电子束阵列从所述阴极发射出来，所述加速阳极加速电子，所述图形化平行电子束阵列通过所述孔洞穿过所述阳极和所述加速阳极到达所述磁聚焦阵列；所述磁聚焦阵列聚焦每个电子束使每个电子束直径减小，所述光澜阵列去除发散光，使穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列中每个电子束的直径减小；所述磁聚焦物镜将接收到的所述图形化平行电子束阵列聚集投影到所述样品台上晶片的光刻胶上。优选的，所述数字微反射镜阵列的像素分辨率为720p、2K、4K或8K以上，每个像素对应一个数字微反射镜，开关速度达到微秒级。优选的，所述数字微反射镜阵列为四方阵列分布或者六方阵列分布，所述光-电子转换发射阵列是与所述数字微反射镜阵列相对应的四方阵列分布或者六方阵列分布。优选的，所述光-电子转换发射阵列为具有爱因斯坦光电效应的金属、合金或半导体材料。优选的，所述激光光源为短波长激光器。优选的，所述光澜阵列中的光阑的孔的尺寸为纳米级，通过所述孔的位置和大小对每个激光束进行准直、筛选，去除发散光，使穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列中每个电子束的直径缩小至纳米级。本专利技术还提供一种多光束控制的多电子束光刻方法，应用如上所述的多光束控制的多电子束光刻设备，该方法包括：所述平行扩束镜对所述激光器发出的激光进行扩束，得到平行的多激光束；根据预设光刻图形控制所述数字微反射镜阵列内各像素上微反射镜的偏转，选择性反射照射到所述数字微反射镜阵列的所述多激光束，形成图形化平行激光束阵列；所述图形化平行激光束阵列照射到所述阴极上的所述光-电子转换发射阵列，产生图形化平行电子束阵列；其中，每一激光束照射所述光-电子转换发射阵列产生一电子束；利用所述阳极和所述加速阳极引导所述图形化平行电子束阵列从所述阴极发射出来；穿过所述阳极和所述加速阳极的所述图形化平行电子束阵列到达所述磁聚焦阵列，穿过所述磁聚焦阵列到达所述光澜阵列；其中，利用所述磁聚焦阵列聚焦每个电子束使每个电子束直径减小，所述光澜阵列去除发散光，使穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列中每个电子束的直径减小；穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列到达所述磁聚焦物镜，利用磁聚焦物镜将所述图形化平行电子束阵列聚集投影到所述样品台上晶片的光刻胶上。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：采用本专利技术实施例提供的多光束控制的多电子束光刻设备和方法，能够大幅增加可控电子束的数量，增加有效曝光点数量，减少总曝光次数，减少电子束光刻写入时间，大幅提升电子束光刻的效率和吞吐量，有望使多电子束光刻设备超越以光为媒介的传统光刻设备的光刻效率和分辨率，推动多电子束光刻设备成为具有强竞争力的实用光刻设备。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多电子束光刻设备的示意图。图2为本专利技术实施例提供的多光束控制的多电子束光刻方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。传统的单电子束设备已经非常成熟，例如透射电镜和扫描电镜等，其原理都是通过控制单电子束的连续扫描来实现曝光功能，但是类似的单电子束体系扫描曝光速度慢，不适合用作光刻设备。多电子束光刻是以多电子束并行且以像素投影的方式成像曝光，能明显提升电子的曝光速度，更适合用作大规模工业化生产，其核心是多电子束的产生及控制。目前，多电子束光刻主要有三种方式，一种是单电子源分成多束，再利用电子磁偏转开关阵列控制单电子束的开或关，实现图形化曝光，该方式开辟了多电子束光刻的先河，但是也存电子束越多，单电子束强度越不均匀，电子磁偏转开关阵列越复杂的问题；第二种方式是通过复杂电路控制多电子源阵列的开关来实现电子束的选择性发射，从而实现图形化曝光，该方式存在多电子源阵列和电路控制结构复杂的问题，难以满足大规模电子束阵列的控制要求；第三种方式是通过多个声光调制器调制开关多束激光，再照射光阴背面，激发光阴极正面发射电子形成多电子束，再轰击光刻胶形成光刻图案，该方法使用机械分束器和声光调制器结构复杂形成的可控激光束数量少，激发的电子束数量少，背照射阴极正面发射电子的方式难以形成高强度的电子束，限制了其在大规模多电子束光刻技术中应用。本专利技术实施例提供一种多电子束光刻设备，如图1所示，该多电子束光刻设备包括多激光束阵列器件和多电子束阵列器件，其中，多激光束阵列器件包括激光光源1、激光平行扩束镜2和数字微反射镜阵列3，多电子束阵列器件包括阴极4、光-电子转换发射阵列5、阳极6、加速阳极7、磁聚焦阵列8、光澜阵列9、磁聚焦物镜10、样品台11。其中，激光光源1发出激光束。优选的，激光光源1为短波长激光器。短波长激光器的单光子能量大于对应的电子发射材料的电子逸出功。激光光源可以为单个或多个并行平行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光束控制的多电子束光刻设备，其特征在于，包括多激光束阵列器件和多电子束阵列器件，其中，所述多激光束阵列器件包括激光光源、激光平行扩束镜和数字微反射镜阵列，所述多电子束阵列器件包括阴极、光-电子转换发射阵列、阳极、加速阳极、磁聚焦阵列、光澜阵列、磁聚焦物镜和样品台，其中：/n所述激光光源发出激光束，所述激光束通过所述激光平行扩束镜形成平行的多激光束，所述平行的多激光束照射到所述数字微反射镜阵列，所述数字微反射镜阵列根据预设光刻图形选择性反射光束以形成图形化平行激光束阵列；/n所述图形化平行激光束阵列照射到所述阴极上的所述光-电子转换发射阵列，每一激光束照射所述光-电子转换发射阵列产生一电子束，所述图形化平行激光束阵列通过所述光-电子转换发射阵列形成图形化平行电子束阵列；/n所述阳极和所述加速阳极为孔洞构造，所述阳极引导所述图形化平行电子束阵列从所述阴极发射出来，所述加速阳极加速电子，所述图形化平行电子束阵列通过所述孔洞穿过所述阳极和所述加速阳极到达所述磁聚焦阵列；/n所述磁聚焦阵列聚焦每个电子束使每个电子束直径减小，所述光澜阵列去除发散光，使穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列中每个电子束的直径减小；/n所述磁聚焦物镜将接收到的所述图形化平行电子束阵列聚集投影到所述样品台上晶片的光刻胶上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多光束控制的多电子束光刻设备，其特征在于，包括多激光束阵列器件和多电子束阵列器件，其中，所述多激光束阵列器件包括激光光源、激光平行扩束镜和数字微反射镜阵列，所述多电子束阵列器件包括阴极、光-电子转换发射阵列、阳极、加速阳极、磁聚焦阵列、光澜阵列、磁聚焦物镜和样品台，其中：
所述激光光源发出激光束，所述激光束通过所述激光平行扩束镜形成平行的多激光束，所述平行的多激光束照射到所述数字微反射镜阵列，所述数字微反射镜阵列根据预设光刻图形选择性反射光束以形成图形化平行激光束阵列；
所述图形化平行激光束阵列照射到所述阴极上的所述光-电子转换发射阵列，每一激光束照射所述光-电子转换发射阵列产生一电子束，所述图形化平行激光束阵列通过所述光-电子转换发射阵列形成图形化平行电子束阵列；
所述阳极和所述加速阳极为孔洞构造，所述阳极引导所述图形化平行电子束阵列从所述阴极发射出来，所述加速阳极加速电子，所述图形化平行电子束阵列通过所述孔洞穿过所述阳极和所述加速阳极到达所述磁聚焦阵列；
所述磁聚焦阵列聚焦每个电子束使每个电子束直径减小，所述光澜阵列去除发散光，使穿过所述光澜阵列的所述图形化平行电子束阵列中每个电子束的直径减小；
所述磁聚焦物镜将接收到的所述图形化平行电子束阵列聚集投影到所述样品台上晶片的光刻胶上。


2.根据权利要求1所述的多电子束光刻设备，其特征在于，所述数字微反射镜阵列的像素分辨率为720p、2K、4K或8K以上，每个像素对应一个数字微反射镜，开关速度达到微秒级。


3.根据权利要求1或2所述的多电子束光刻设备，其特征在于，所述数字微反射镜阵列为四方阵列分布或者六方阵列分布，所述光-电子转换发射阵列是与所述数字微反射镜阵列相对应的四方阵列分布或者六方...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹正茂，梅文辉，杜芳林，
申请(专利权)人：中山新诺科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44