(57)【要約】  我々は、荷電粒子ビームに使用される型の電磁レンズコイルを冷却するための方法および装置を開発した。その方法および装置によれば、荷電粒子ビームの光軸の周りに対称的な冷却効果がもたらされるだけでなく、熱伝達の改善された均一性ももたらされる。この改善された均一性によって、荷電粒子ビームの光軸にわたって、高電流荷電粒子ビームコラムについて約１ナノメートルの範囲内で制御することが可能になるが、ここで、その電流は約１００ナノアンペアから約１０００ナノアンペアの範囲にわたる。ずんぐりしていて幅がある電磁レンズコイルを均一に冷却する本質的に平坦なモジュール型冷却用パネルと組み合わせて使用すると、荷電粒子ビームの光軸にわたる制御が可能になるだけでなく、荷電粒子ビームコラムの改善された機構的安定性がもたらされる。【選択図】  図１Ａ
2009510695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームコラムの内部における熱伝達の増大した均一性を達成するために使用される装置であって、
少なくとも１つの電磁レンズコイルと、
埋め込み型流体フロー用導管が収容されている本質的に平坦な少なくとも１つのモジュール型熱伝達用パネルと、
を備え、
前記電磁レンズコイルの高さに対する半径の比が約３：１から約１５：１までの範囲にあり、かつ、
前記熱伝達用パネルが、前記電磁レンズコイルの主要放射状面で前記電磁レンズコイルに接している、装置。
【請求項２】
前記熱伝達用パネルが、前記電磁レンズコイルに関連した冷却用パネルである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームが、高電流荷電粒子ビームであり、その電流が、約１００ナノアンペアから約１０００ナノアンペアまでの範囲にある、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記荷電粒子ビームが、電子ビームである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記磁気レンズコイルにおいて浪費された電力が、約１０Ｗ〜約１００Ｗの範囲にある、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁レンズコイルにおいて浪費された電力が、約１０Ｗ〜約１００Ｗの範囲にある、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記電磁レンズコイルの前記高さに対する前記電磁レンズコイル半径の比が、約５：１から約１０：１までの範囲にある、請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記電磁レンズコイルが、前記電磁レンズコイルの主要面の半径によって形成された円の周りの円周方向にワイヤが巻き付けられている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項９】
前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルの表面に接している前記電磁レンズコイルの熱伝達用面が、約０．２μｍＲＭＳから約５μｍＲＭＳまでの範囲にある表面粗さを有している、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１０】
前記電磁レンズコイルに接している前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルの熱伝達用面が、約０．２μｍＲＭＳから約５μｍＲＭＳまでの範囲にある表面粗さを有している、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１１】
前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルが、磁気レンズコイルの中へ一体化されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１２】
前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルが、２つの磁気レンズコイル部分の間に存在しており、これらのコイル部分が、互いに電気的に接続されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記埋め込み型流体フロー用導管は、入って来る流体の流体フローが出て行く流体の流体フローに対して平行に流れるように構成されており、それによって、前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルからの前記流体のための入力部と前記流体の出口部との間における前記流体の温度上昇による温度差が減少する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１４】
埋め込み型流体フロー用導管を収容している本質的に平坦な少なくとも１つのモジュール型熱伝達用パネルが、電磁コイル以外の前記粒子ビームコラムの要素を冷却するためにも使用される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項１５】
電磁コイル以外の前記要素が、前記粒子ビームコラムの磁極片である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
荷電粒子ビームコラムの内部における熱伝達の増大した均一性を達成する方法であって、
電磁レンズコイルの高さに対する半径の比が約３：１から約１５：１までの範囲にある少なくとも1つの電磁レンズコイルを設けるステップと、
前記電磁レンズコイルの主要放射状面を、埋め込み型流体フロー用導管が収容されているモジュール型熱伝達用パネルの本質的に平坦な面に接触させるステップと、
を備え、それによって、前記電磁レンズコイルの前記主要面にわたる熱伝達の均一性が±１％以内で均一になる方法。
【請求項１７】
前記熱伝達用パネルが、前記電磁レンズコイルとの接触面で冷却をもたらす、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電磁レンズコイルが、電子ビームコラムの内部に存在している、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱伝達用パネルが、約１０Ｗ〜約１００Ｗの範囲にある前記磁気レンズコイルにおいて浪費された熱を除去する、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルが、磁気レンズコイルの中へ一体化されており、それによって、熱伝達がいっそう効率的になる、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記埋め込み型流体フロー用導管は、入って来る流体の流体フローが出て行く流体の流体フローに対して平行に流れるように構成されており、それによって、前記の本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルからの前記流体のための入力部と前記流体の出口との間における前記流体の温度上昇による温度差が減少する、請求項１６または１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の内容】
【０００１】
[0002]１．発明の分野
[0003]本発明は、荷電粒子ビームコラム要素を冷却するのに有用である冷却用装置／モジュールと、この冷却用装置の使用方法とに関するものである。
【０００２】
[0004]２．背景技術の簡単な説明
[0005]このセクションに開示された背景技術は、従来技術を構成するものではない。
【０００３】
[0006]様々な荷電粒子ビーム装置、とりわけ電子ビーム収容装置に採用された種類の磁気レンズにあっては、コイルを通して電流を流すことによって磁束が発生する。これによって、副産物としての熱を生成する。例えば、また限定されるものではないが、半導体産業では、装置構造体にパターンを直接書き込むために、リトグラフのマスクをパターン化するために、装置製造中にパターンの配列を監視するために、また、装置構造体を評価する検査工具において、例えば規格が合っているかどうかを決定するために、電子ビームが使用される。半導体装置の寸法のために、今日では、電子ビーム到達位置を１ナノメートル以内に制御する要求がしばしば存在している。電子ビームを利用する装置の多くについてこれを行うことはきわめて困難である。
【０００４】
[0007]それぞれの磁気レンズにおいて浪費された電力は、典型的には１０Ｗ〜１００Ｗの範囲にある。これによって、磁気レンズの区域にある物質に、とりわけ電子ビーム装置の磁極片に温度変化がもたらされ、次に、熱膨張のために機構的寸法の変化が引き起こされる。機構的寸法におけるこれらの変化によって、とりわけ上記コイルを流れる電流が荷電粒子ビームの作用中に変化すると、電子ビームのような荷電粒子ビームが不安定性になる場合がある。この不安定性を防止するために、最新技術では電子ビームコラム磁気レンズが冷却される。この冷却は一般に、磁気レンズコイルからの導電性熱伝達を利用して行われる。導電性熱伝達は、通常、磁気レンズコイルと接触している冷却用チューブを使用して達成され、ここでは、冷却用チューブを通して、流体、典型的には水が流される。しかしながら、磁気レンズからの熱の均一な除去がもたらされるようにする冷却用チューブの組み込みは、磁気レンズの機構的複雑性のために困難である。さらに、磁気レンズの体積は冷却用チューブの付加によって増大している。この体積の最小化は磁気レンズ設計における重要な側面である。冷却用チューブの使用において、他に不都合なことには、上記チューブと磁気コイルとの間における良好な熱的接触を達成することに関連した問題と冷却用チューブにおける漏れの発生のおそれとが含まれる。
【０００５】
[0008]１９９１年４月３０日に  Ｌｙｄｉａ  Ｊ．  Ｙｏｕｎｇ  へ付与された米国特許第５，０１２，１０４号には、間隔を置いて配置されて中央管における特定の鉛直位置に構成された、幾つかの個別植え込み型磁気コイルが備わった電子ビーム機あるいは粒子ビーム機における使用のための熱的に安定した磁気偏向アセンブリがどのようなものであるかについて記載している。非金属性であって、低い熱膨張率の、高い熱伝導性材料が、一貫して求められており、また、アセンブリ全体を所望温度に維持するための手段が、ある試みで設けられている。（要約）この特許の図３には、巻き付けられた磁気コイルの放射状壁が植え込み材料によってどのように入れられるかが示されている。植え込まれたコイルは次いで、ビームコラムの中に配置されたときに上記中央管を取り囲む、セラミックのような非金属性熱的安定性材料から形成された管の上に積み重ねられる。非金属材料からなる３ピース型シュラウドがコイルを取り囲んで、植え込み材料の外側に接触する冷却液のための流路をもたらす。
【０００６】
[0009]１９９３年１１月２３日に  Ｏａｅらへ付与された米国特許第５，２６４，７０６号には、ある光軸に沿った電子ビームとビーム源を収容するとともに上記光軸に沿って延びている排除ずみコラムとが含まれる電子ビーム照射システムが開示されている。さらに含まれているのは、電子ビームを集束させるための電子レンズと、制御信号が供給され、その制御信号に応じて上記電子ビームを偏向させる電磁偏向器とである。この電磁偏向器には、排除ずみコラムを取り囲む内側スリーブと、この内側スリーブの外面に互いに離して、上記電子ビーム源の光軸を越えて互いに対向関係に設けられた第１および第２の巻き線とが備わっている。外側スリーブが、冷却液の流れのための通路を画成するスリーブ同士の間に間隔を置いて上記内側スリーブを取り囲んでいる。（要約）冷却液は、上記電子ビームコラムの下部で流入し、同コラムの上部で流出する。
【０００７】
[0010]１９９５年１月１７日に  Ｎｉｓｈｉｎｏらへ付与された米国特許第５，３８２，８００号には、電磁偏向コイルが含まれている偏向システムにおいて荷電粒子ビームを偏向させるための荷電粒子ビーム照射方法が記載されている。この方法には、偏向データに基づいて上記偏向システムを制御するステップと、少なくとも上記電磁偏向コイルの近傍においてこの電磁偏向コイルから生成した熱の変化を補償するように熱を生成させるステップとが含まれている。（要約）
[0011]２０００年４月２５日に  Ｋｅｎｄａｌｌらへ付与された米国特許第６，０５３，２４１号には、粒子ビームのための偏向システムであってこのシステムの中に振動反応装置が収容されている偏向システムを冷却する方法が記載されている。この方法には、上記振動反応偏向装置から間隔を置いて配置された冷却ずみ熱交換構造体を振動させるステップが備わっている。利用される技術は、上記振動反応装置から離れて、冷却板のような高熱伝導性構造体を介して上記熱交換構造体へ至る熱の伝達である。この熱は、冷却板を経る静的で不活性な流体の備わった静的熱交換構造体から、振動性熱交換器であって上記熱交換器におけるコイルを通過する乱流状液体によって冷却された振動性熱交換器まで、伝達される。
【０００８】
[0012]上で考察した引用文献には、粒子ビームシステムの一部として使用される電磁コイルによる熱生成の効果についての関心事が示されている。この関心事は、粒子ビームによって作成されるかあるいは測定される形態寸法が減少して、粒子ビームの光軸の位置決めに耐えられる誤差が減少するにつれて、近年増大してきた。例えば、電子ビームに対する今日の要求は、ビームの光軸を約１ナノメートルの範囲におけるある基準値へ制御することである。位置制御についての過去の要求は、約５ナノメートル〜約１０ナノメートルの範囲にあった。ビームの光軸位置制御の要求におけるこの変化によって、粒子ビームコラムにおける装置要素の拡張によって引き起こされたビームの光軸位置のずれを減少させる努力により、冷却要求の再評価が行われた。我々の経験的な試験では、粒子ビーム装置の要素からの熱伝達の方法を改善することによって、また、上記ビームの光軸の位置に関する制御に影響を及ぼす上記装置要素から熱を除去するために冷却装置の性能を改善することによって、１ナノメートル要求に合致させることは可能である、ということが示された。
【発明の詳細な説明】
【０００９】
[0021]詳細な説明への前置きとして、この明細書および添付の特許請求の範囲で使用されたように、単数形による「あるひとつの」および「その」という用語には、文脈がそうではないことを明確に示していない限り、複数形の言及が含まれる、ことに留意すべきである。
【００１０】
[0022]この明細書における「約」という用語の使用は、指定された変数が±１０％まで変化してもよいことを示している。
【００１１】
[0023]我々は、荷電粒子ビームに使用される型の電磁レンズコイルを、荷電粒子ビームコラムの組み立てのために使用される型の他の要素とともに冷却するための方法および装置を開発した。その方法および装置によれば、荷電粒子ビームの光軸の周りに対称的な冷却効果がもたらされるだけでなく、熱伝達の改善された均一性ももたらされる。この改善された均一性によって、荷電粒子ビームの到達位置にわたって、高電流荷電粒子ビームコラムについて約１ナノメートルの範囲内で制御することが可能になるが、ここで、その電流は約１００ナノアンペアから約１０００ナノアンペアまでにわたる。
【００１２】
[0024]高電流荷電粒子ビームに関しては典型的には、丈が高くて細いのではなくずんぐりしていて（squat）幅がある電磁レンズコイルが使用される。このずんぐりしていて幅があるレンズコイルによって、荷電粒子ビームのための光路長さをより短くすることができる。例えば電子ビームの場合には、電子−電子の相互作用は、荷電粒子ビームの光路がより短くなると減少し、その結果、同ビームが接触した基板の表面で作られた電子ビームにおけるぶれはほとんど存在しない。加えて、より短くていっそう幅がある荷電粒子ビームコラムによって、改善された機構的安定性がもたらされる。ずんぐりしていて幅があるレンズは典型的には、中心を通る開口のあるディスクの形状にあるが、ここで、ビームの光軸はそのディスクにおける上記開口を通っている。ディスクの高さに対するディスクの半径の比は、典型的には約３：１から約１５：１までの、いっそう典型的には約５：１から約１０：１までの範囲にある。このコイルにはワイヤ巻き線があり、ここで、そのワイヤは、縫い糸がミシンのボビンに巻き付けられるのと同様の方法で、上記ディスクの軸の周りにおいて水平方向に巻き付けられている。このワイヤは上記ディスクの底面および上面で比較的平坦に配置されているので、これらの面は比較的平坦である。
【００１３】
[0025]ワイヤ巻き付け型レンズコイル／ディスクの上記面からのより均一な熱伝達を達成するために、我々は、電磁レンズコイル／ディスクの上記平坦な放射状面（上記底面および上記上面）に接する平坦なモジュール型冷却用パネルを設計した。例えば、上記巻き付け型レンズコイル／ディスクの上記放射状面は典型的には、一例として、そして限定されることなく、約０．２μｍＲＭＳから約５．０μｍＲＭＳまでの範囲にある表面粗さを示す。この平坦なモジュール型冷却用パネルは典型的には、荷電粒子ビームの光軸に関して対称的であるように設計されている。多くの場合、上記の平坦なモジュール型冷却用パネルもまた、中心を通る開口のある平坦なディスクであり、ここで、上記荷電粒子ビームの光軸はそのモジュール型冷却用パネルの中心における上記開口を通っている。しかしながら、このモジュール型冷却用パネルは、連続的で平坦なディスクである必要はなく、上記荷電粒子ビームの光軸の周りに放射状に配置された一連の平坦な長方形であってもよく、あるいは、上記荷電粒子ビームの光軸に関して概ね対称的である何らかの他の形態であってもよい。当業者は、使用することのできるさまざまな平坦なモジュール型冷却用パネルを構想することができる。モジュール型冷却用パネルの数が多ければ多いほど、その冷却用パネルに冷却用流体を施すために必要な入口および出口の数は多くなる。このため、上記冷却用パネルの設計は、この要求によって制限される。このモジュール型冷却用パネルは、一例として、そして限定されることなく、磁極片のような、荷電粒子ビームコラムの他の要素を冷却するために使用することができる。
【００１４】
[0026]上記のずんぐりした電磁レンズを冷却用流体の循環のための内部導管が備わっている上記の平坦なモジュール型冷却用パネルと組み合わせて使用することによって、ワイヤ巻き付け型レンズコイルにおける任意のワイヤから冷却用面までの最大距離は、上記レンズコイル／ディスクの高さになる。上記レンズコイル／ディスクの高さに対する上記半径の比が、例えば、そして限定されることなく、約５：１から約１０：１までの範囲にある場合には、上記巻き付け型ワイヤから上記冷却用面までの距離は典型的には、公知の熱伝達システムについての距離の少なくとも約０．５〜約０．１だけ減少しているが、ここで、上記電磁レンズコイルは、上記レンズコイルだけの外周縁面での熱交換によって冷却された。
【００１５】
[0027]本発明者は、荷電粒子ビームコラムの内部における熱伝達の増大した均一性を達成するために使用される装置を開発した。この装置には少なくとも１つの電磁レンズコイルが含まれており、ここで、上記電磁レンズコイルの高さに対する半径の比は、埋め込み型流体フロー用導管が収容されている少なくとも１つの本質的に平坦なモジュール型熱伝達用パネルと組み合わせて使用されると、約３：１から約１５：１までの範囲にある。少なくとも１つの熱伝達用パネルの主要面は、上記電磁レンズコイルの少なくとも１つの主要面に接している。主要面とは、上記電磁レンズコイルかあるいは上記モジュール型熱伝達用パネルの上に存在しているいっそう大きい面の一方をいう。
【００１６】
[0028]この装置は、荷電粒子ビームコラムの内部における熱伝達の増大した均一性を達成する方法を実行するために使用することができる。この方法は、電磁レンズコイルの高さに対する半径の比が約３：１から約１５：１までの範囲にある少なくとも１つの電磁レンズコイルを設けるステップと、上記電磁レンズコイルの主要面を埋め込み型流体フロー用導管が収容されているモジュール型熱伝達用パネルの本質的に平坦な面に接触させ、それによって、上記電磁レンズコイルの主要面にわたる熱伝達の均一性が、典型的には少なくとも±１％の範囲内で、いっそう典型的には±０．１％の範囲内で均一になるステップとを備えている。
【００１７】
[0029]先に検討したように、荷電粒子ビームの中で使用される型の電磁レンズコイルの作用によって生成した熱を除去するための改良された装置および改善された方法が必要である。この方法および装置は、荷電粒子ビームの光軸の周りに対称的な冷却効果をもたらす必要があるだけでなく、熱伝達の改善された均一性をもまたもたらす必要がある。高電流（約１００ナノアンペアから約１０００ナノアンペアの範囲にわたる）の荷電粒子ビームでは、丈が高くて細いのではなくずんぐりしていて幅がある電磁レンズコイルが典型的に使用される。このずんぐりしていて幅があるレンズコイルによって、荷電粒子ビームのための光路長さをより短くすることができる。本発明は、高電流荷電粒子ビームが使用される用途に限定されることを意図するものではなく、また、この発明は、低い（例えば１００ピコアンペアの範囲における）ビーム電流の用途についても同様に有用である。しかしながら、以下に例示されたこの発明の幾つかの実施形態は、典型的にはフォトマスクの製造に使用される型の電子ビームのような高電流荷電粒子ビームに関するものである。このような用途のために使用される電磁レンズコイルは典型的には、ずんぐりしていて幅があり、このコイルの中心を通る開口が備わり、ここで、ビームの光軸はこのコイルの中心における上記開口を通っている。このコイルの高さに対するこのコイルの半径の比は、典型的には約３：１から約１５：１までの範囲にあり、いっそう典型的には約５：１から約１０：１までの範囲にある。
【００１８】
[0030]図１Ａおよび図１Ｂは、電磁レンズコイルの外周縁の周りに配置された冷却用ジャケット１００のための比較による従来技術設計を示している。この冷却用ジャケット１００には熱伝達用面１０４が含まれており、その内面１０５は電磁レンズコイル（図示せず）の外面に接するように配置されている。熱伝達用面１０４の外面１０７に固定されているのは、熱伝達用面１０４を冷却するために使用される流体フローのための導管として作用する管類１０２である。この熱伝達流体（図示せず）は管類の入口１０６で冷却用ジャケットへ入り、管類の出口１０８で冷却用ジャケットを出る。熱伝達流体が中を移動する管類１０２は、外部において丸みを帯びており、また、冷却用ジャケット１００の湾曲面１０７へ固定されているので、冷却用ジャケット１００の内面１０５から管類１０２の管壁を経て熱伝達流体の中へ到る熱の伝導性熱伝達には、非能率な点がある。冷却用ジャケット１００の内部における熱伝達に非能率な点があるだけでなく、熱伝達における非均一性もあるが、その理由は、電磁レンズコイル（図示せず）のいっそう多くの中心区域が、その電磁レンズコイルの周縁区域よりも、冷却用ジャケット１００からいっそう離れているためである。電磁レンズコイルの周縁区域は、その電磁レンズコイルの内側におけるいっそう多くの中心区域に比べて温度が低い。例えば中心から周縁への磁気コイルにわたるこのような温度の差によって、荷電粒子ビームコラム（図示せず）の諸要素が動き、その結果、荷電粒子ビーム位置に影響が及ぶ。先に検討したように、この荷電粒子ビーム位置は、上記電磁レンズコイル自体における温度の不均一性と上記電磁レンズコイルに隣接する荷電粒子ビーム諸要素における温度の不均一性とのために、５ナノメートル〜１０ナノメートルほどもずれることがある。このことは、電子ビームコラムの一部分２００が示された図２を参照するといっそう明らかになるが、この部分２００は、電磁レンズコイル２０２と、荷電粒子ビームの光軸２０４、電子ビームコラムの磁極片２０８および２１０に対するこれらの電磁レンズコイルの位置と、この電子ビームコラムの中に存在する他の諸要素とを含んでいる。
【００１９】
[0031]図２は電子ビームコラムの一部分２００を示しており、この部分２００は、一例として、そして限定されることなく、電子ビームコラムの磁極片２０８および２１０とともに両方の電磁レンズコイル２０２を冷却するために内部埋め込み型導管２１４の備わった平坦なモジュール型冷却用モジュール２１２を使用する。これらの平坦なモジュール型冷却用モジュール２１２は一般に、上記電子ビームコラムの光軸２０４に関して対称的に配置されており、アパーチャー２０６でビームが出ていく。一連の電磁レンズコイル２０２は電子ビームの光軸２０４に関してさまざまな位置に配置されている。上部構造体および機能的諸要素の大部分は、上記電磁レンズコイルの作用によって生成した熱により影響を受ける。隣接するこれらの材料の大部分は、熱が加えられると膨張し、また、熱が除去されると寸法が減少する。所定のレンズコイルへ印加された電流の量に応じた変化が起きると、それによって、そのレンズコイルの区域における材料の大部分の膨張度あるいは収縮度が変化する。その結果、電磁レンズコイル２０２が電子ビームの光軸２０４に関して対称的に配置されているという事実にもかかわらず、上記電子ビームの光軸にずれがあるのである。この問題は、電磁レンズコイル／ディスク２０２へ施された冷却がそのレンズコイル／ディスク２０２の半径にわたって均一でないときには、大きくなる。
【００２０】
[0032]図１Ａおよび図１Ｂを再び見ると、冷却用ジャケット１００がレンズコイル／ディスク２０２の外周縁２０３の周りに適用されると、電磁レンズコイル／ディスク２０２の中心から外縁への熱伝達はそのレンズコイル／ディスク２０２の半径にわたって均一でない、ということが明らかになる。さらに、そのレンズコイル／ディスク２０２からの熱伝達の効率は、そのレンズコイル／ディスクの外縁１０１が熱伝達冷却用面によって接触されたときに、大きく減少する。
【００２１】
[0033]電磁レンズコイル／ディスク２０２から離れた熱伝達の効率を改善するために、また、熱伝達の均一性を改善するために、我々は、必要な場合には、電磁レンズコイル／ディスク２０２とともに使用するための、また、冷却が必要である電子ビームコラムの他の諸要素とともに使用するための、平坦なモジュール型冷却板２１２を開発した。例えば、モジュール型冷却板２１２が上記電子ビームコラムの基部２１５で使用されると、熱は上記電子ビームが作用する基板（図示せず）へ伝達されない。この基板はビーム出口アパーチャー２０６の真下に配置されている。
【００２２】
[0034]モジュール型冷却板２１２には、冷却用流体（図示せず）が貫いて流れる埋め込み型熱伝達流体用溝２１４が含まれている。図３Ａは、冷却用流体（図示せず）が貫いて流れる埋め込み型流体フロー用溝３１４が含まれているモジュール型冷却用パネル３１２を覆う電磁レンズコイル３０２の概略側面図を示している。図３Ｂは、平坦なモジュール型冷却用パネル３１２Ａにおける１つの実施形態の平面図を示しており、ここで、冷却用パネル３１２Ａの上面３２０の真下にあるのは、埋め込み型流体フロー用溝３２２であって、これには流体フロー用入口３２４と流体フロー用出口３２６とがある。
【００２３】
[0035]図３Ｃは、モジュール型冷却用パネル３１２Ｂにおける別の実施形態の平面図を示しており、ここで、冷却用パネル３１２Ｂの上面３３０の真下にあるのは、一対の埋め込み型流体フロー用溝３３２および３３３であって、これらによって、流入流体および流出流体（図示せず）の半径方向に対称的な流れが可能になる。これら２つの流れの半径方向に対称的な位置決めは、これらの導管に沿った水の温度変化のために温度勾配がそれ自体、半径方向に対称的である、という効果を有している。これによって、隣接する粒子ビームコラム要素の半径方向に対称的な膨張が引き起こされる。この膨張は、側部から側部への勾配によって引き起こされたものに比べて、損傷がほとんどない。流体フロー用溝３３２には入口３３４と出口３３６とが含まれており、一方、流体フロー用溝３３３には入口３４０と出口３３８との回路が含まれている。半径方向に対称的な温度勾配は、粒子ビーム運動に到る磁極片運動における結果にはほとんど類似していない。
【００２４】
[0036]平坦なモジュール型冷却用（加熱用）パネルには、熱伝達用面に接する管類を使用する冷却用ジャケットにまさる、次のような利点がある。加えて、それぞれの側部に平坦面を有しているモジュール型冷却用パネルは、改善された冷却特性（あるいは加熱特性）をもたらすために、磁気レンズコイルの内部に埋め込むことができる。これによって、コイルワイヤから冷却用パネル面までの上記最大距離は半分になる。この冷却用モジュールは、１つの組立用ブロックだけから構成してもよく、その場合には、それをシステムの中へ機構的に一体化することが容易である。上記冷却用パネルにおける上記平坦面によれば、これまた比較的平坦である荷電粒子ビームコラムの要素との良好な熱的接触が可能になる。荷電粒子ビームの中における多くの要素は、上記ビーム光路（上記ビームの移動の距離）を短くするために、ずんぐりしていて比較的平坦であるように設計されているとともに、これらの要素によって、平坦なモジュール型冷却用パネルとの良好な熱的接触が行われる。上記モジュール型冷却用パネルにおける上記の内部埋め込み型流体フロー用溝によれば、上記冷却用パネルに必要である体積が最小まで減少するとともに、上記ビーム光路もまた短くなる。モジュールの内部における上記埋め込み型冷却用溝の直径、形態および配置は、上記荷電粒子ビームコラムの設計に影響を及ぼすことなく最大の効率あるいは特定の冷却液回路を達成するように構成することができる。
【００２５】
[0037]平坦なモジュール型冷却用パネルは、磁気レンズコイルの上方あるいは下方においてあるいは電気的に接続されている２つの磁気レンズコイル同士の間において、上記磁気レンズコイルの中へ一体化することができる。電気的に接続されている幾つかの磁気レンズコイルに接触している幾つかのモジュール型冷却用パネルを使用することも可能である。幾つかの実施形態では、残留温度変化による、荷電粒子ビームの光軸における機構的なずれは、上記熱伝達モジュールを対称的形態に、典型的には４重対称に設計することによって、減少させることができる。
【００２６】
[0038]モジュール型冷却用パネルにおける上記埋め込み型溝は、入って来る水のフローが出て行く水のフローに対して平行に流れるように配置されており、従って、入力部と出力部との間における冷却液の温度上昇による温度差が最小になる。さらに別の改良は、1つの冷却用回路の内部における幾つかの冷却液回路を使用することによって、可能である。既知の構成では、モジュール型冷却用パネルへ直接手を伸ばすことができない電磁レンズの部品は、中実の銅製部品のような熱ブリッジによって、冷却用モジュールへ接続することができる。この中実の銅製部品は、上記モジュール型冷却用パネルそれ自体の延長部分であってもよい。先に説明したように、荷電粒子ビームコラムの内部における材料密集体あるいは機能的要素の区域に隣接して、モジュール型冷却用パネル（あるいは加熱用パネル）を使用することができるが、これは、上記の密集体あるいは要素が上記電磁レンズから遠いときであっても、そのような密集体あるいは要素の温度を調節するためである。優れた１つの例は、上記荷電粒子ビームを利用して処理を行う間に上記コラムに隣接している基板の加熱を防止するために、上記荷電粒子ビームコラムの基部でモジュール型冷却用パネルを使用することである。別の例は、荷電粒子ビームコラムの磁極片に隣接したモジュール型冷却用パネルを使用することである。
【００２７】
[0039]先に説明したように、それは、上記表面粗さが減少したときに、上記巻き付け型レンズコイル／ディスクの上記放射状面にとって利点である。約０．２μｍＲＭＳから約５．０μｍＲＭＳまでの範囲にある表面粗さによって、その表面での良好な熱伝達のための適切な接触がもたらされる。上記の平坦なモジュール型冷却用パネルもまた典型的には、一例として、そして限定されることなく、約０．２μｍＲＭＳから約５．０μｍＲＭＳまでの範囲にある表面粗さを示す。このモジュール型冷却用パネルは、対称的な冷却をもたらすためにディスク状である必要はない。上記荷電粒子ビームコラムの中に複数のモジュール型冷却用パネルを分配して、上記コラムの内部における対称的な冷却特性を可能にしてもよい。当業者は、使用することのできる平坦なモジュール型パネルのさまざまな組み合わせを構想することができる。モジュール型冷却用パネルの数が多ければ多いほど、上記冷却用パネルに冷却用流体を供給するために必要である入口および出口の数は多い。従って、上記冷却用パネルの設計はこの要求によって制約される。
【００２８】
[0040]ずんぐりした電磁レンズコイルを冷却用流体の循環のための内部導管が備わった平坦なモジュール型冷却用パネルと組み合わせて使用すると、荷電粒子ビームコラムの内部に均一な熱伝達に関する相乗効果がもたらされる。この相乗効果によって、荷電粒子ビームのずれが、上記ビームの上記縁部でのぶれとともに減少する。高電流荷電粒子ビームの適用については、レンズコイル／ディスクの高さに対する半径の比が、約３：１から約１５：１までの範囲にあり、いっそう典型的には約５：１から約１０：１までの範囲にある、ことが推奨される。
【００２９】
[0041]この発明は、特定の模式図および図面を参照して上で詳細に説明されてきたが、この技術的分野における当業者には、この発明の範囲および精神の内部におけるさまざまな変形例が明らかである。当業者は、この出願人の開示を読むことで、開示されたこの発明の利点を利用するために、磁気レンズコイルのさまざまな設計と組み合わせて、モジュール型冷却用パネルのさまざまな設計を利用することができる。従って、この発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって、判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】電磁レンズコイルから熱を伝達するためにその電磁レンズコイルの周縁の周りに配置された型の、従来技術による冷却用ジャケットの図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示された従来技術による冷却用ジャケットの別の図である。
【図２】電子ビームコラムの底板とともに両方の電磁レンズコイルを冷却するために平坦なモジュール型冷却用モジュールを使用する電子ビームコラムの位置を示している。
【図３Ａ】モジュール型冷却用パネルを覆う電磁レンズコイルの概略側面図を示している。
【図３Ｂ】図３Ａに示された型のモジュール型冷却用パネルにおける１つの実施形態の平面図を示している。
【図３Ｃ】図３Ａに示された型のモジュール型冷却用パネルにおける別の実施形態の平面図を示している。この実施形態では、２つの冷却用回路がある。
【符号の説明】
【００３１】
１００…冷却用ジャケット、１０２…管類、１０４…熱伝達面、１０６…入口、１０８…出口、２００…部分、２０２…電磁レンズコイル／ディスク、２０４…光軸、２０８…磁極片、２１０…磁極片、２１２…冷却用モジュール、２１４…熱伝達流体用溝。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
2009510695.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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