(57)【要約】      （修正有）【課題】電子ビームを誘導するための装置の冷却を提供する。【解決手段】電子ビームを誘導するための装置、具体的にはビーム偏向器１０は、ビームが中を伝播することができる軸方向の通路１２を有する円筒支持本体１１と、本体１１によって支持され、ビームの偏向のための電磁場を生成するための電気エネルギーによって動作可能な軸方向に離隔された一連のコイル１４と、を具備している。装置は、コイル１４の動作が故に生じる本体１１における温度上昇の影響を弱めるための冷却システムを含む。システムはコンプライアント材料の導管１５を具備しており、導管１５は支持本体１１の周囲に螺旋状に延在し、支持本体１１に熱伝導結合、好ましくは接着剤によって接合され、その外部周縁面の実質的にすべてにわたって本体１１との熱交換のために液体冷却剤を誘導するように機能する。【選択図】図１
2004228077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの付近に位置決めするための支持本体と、ビームを誘導するために、前記本体によって支持され、前記本体が位置決めされるときに、電気エネルギーによって動作可能なビーム誘導手段と、前記誘導手段の動作による前記本体における温度上昇の影響を弱めるが、ビーム位置の安定性に悪影響を及ぼす振動を誘発しない冷却手段と、を具備する、電子ビームを誘導するための装置であって、前記冷却手段が、前記本体の周囲で外側に延在し、かつ前記本体に熱伝導結合され、前記本体に振動を実質的に伝達することなく、周縁領域の少なくとも主要な部分に関して、前記本体との熱交換のために冷却剤を誘導するように機能する導管と、実質的に層流において、前記導管を通る前記冷却剤を移動するための移動手段と、を具備する装置。
【請求項２】
前記導管が、軟質プラスチック材料などの振動の伝達に耐性があるコンプライアント材料から製造される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導管が、前記支持本体に接合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記本体および前記導管が異なる材料から製造され、前記導管が、前記本体の外部にあらかじめ塗布される第１の接着剤と、前記第１の接着剤によって形成される下塗り面に前記導管を接合する第２の接着剤と、を含む接着剤手段によって前記支持本体に接合される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記導管が、前記本体の周囲に螺旋状に巻き付けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記導管の互いに隣接する巻線が接触している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記移動手段が、１時間当たり実質的に０．３０〜０．５０リットルの速度で冷却剤を移動するように動作可能であり、前記移動手段がポンプを含み、前記冷却手段が、前記支持本体との熱交換の後、冷却剤が冷却される冷却剤貯槽を含む閉回路を形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記支持本体が、それを通るビームを伝播するための通路を規定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ビーム誘導手段がビーム偏向手段を含み、前記ビーム偏向手段がビームを偏向するための電磁場を生成するために電気エネルギーによって動作可能な少なくとも１つのコイルと、外部の電磁妨害に対する遮蔽を形成するために、前記本体および前記導管を包囲するフェライト材料からなる管状遮蔽と、を具備し、前記遮蔽が断熱空隙によって導管から離隔される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
電子ビームリソグラフィ機によって生成されるビームのための経路の軸上に位置決めされる請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置を組み込んだ電子ビームリソグラフィ機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを誘導するための装置に関し、特にその装置の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームを誘導するための装置としては、特にビーム集光レンズ、ビーム偏向器アセンブリ、および電子ビームを生成する機器に組み込まれ、機器内部でその経路に沿ってビームを集光するか、ビームを偏向するか、または他の方法でビームを誘導するために作用する他のそのようなユニットが挙げられる。この種の装置は、電気エネルギーによって作動することが多く、熱を相当出す可能性があり、放熱は電子ビーム機器の領域では問題をはらむ可能性がある。過剰な熱が除去されない場合には、微妙な許容差の範囲でビームの位置に影響を及ぼす敏感な装置では、特に膨張および収縮から生じる構成要素の移動が原因で、比較的大きな影響を及ぼす可能性がある。たとえば、巻型によって収容されるコイルを有するビーム偏向アセンブリの場合には、コイル線の温度の上昇およびその結果として生じる巻型本体の温度の上昇は、コイルおよび本体の膨張の原因となり、次にコイルによって生成される電磁場を乱し、ビーム位置に悪影響を及ぼすことになる。より強い電磁場がビーム偏向に必要とされるため、動作電流がより大きくなり、熱出力が増大することから、この問題は、一部の機器で用いられるより高い電子加速電圧によって悪化する。
【０００３】
気体または液体の冷却剤の使用によるビーム偏向アセンブリおよび他のビーム誘導アセンブリを冷却するための試みは、主に、冷却システム自体が振動源または他の外乱源であることが多かったために、著しい成功を収めていなかった。不活性液体冷却剤にコイルを直接浸漬することにより、アセンブリのコイルユニットの変形または移動を生じやすい圧力変動が生じる可能性が高いことがわかった。この種の組み込み型冷却システムは、電磁レンズへの適用ではあるが、（特許文献１）に開示されており、励起巻線は、巻線が浸漬される冷媒で部分的に満たされる環状ハウジングに収容される。巻線の熱によって気化される冷媒は、ハウジングに同様に収容されかつ巻線が浸漬される冷媒槽の液面より上に位置する熱交換管に流れている冷媒との熱交換によって液化される。冷媒供給管およびバルブを含む冷却システムは、嵩張って場所をとり、ヒートシンクとしてそれ自体が機能することができ、その結果、正確なビーム位置の保持を損なう収縮および膨張の源となる相当数の追加構成要素から構成される。
【０００４】
よりコンパクトな組み込み型冷却システムが（特許文献２）に開示されており、冷却水は電磁レンズのコイルであって、ポリイミドのコーティングを有するコイルに直接接している冷却室への内部管路および外部管路によって誘導される。管路が通じている周囲のコアにある程度影響を及ぼす以外には、冷却水は具体的に言えばコイルに向けられ、冷却効果はきわめて局部にとどまる。したがって、システムは、コイルから離隔された任意の領域を冷却する効果はほとんどない。潜在的に重要な問題は、（特許文献１）のシステムにも悪影響を及ぼす可能性があり、他の敏感な構成要素からコイルが浸漬される液体を隔離することである。（特許文献２）では、これはＯリングシールによって実現されるが、電子ビーム機器の過酷な温度環境は、シールの早期劣化を起こしやすく、漏れの危険性を発生しやすい。
【０００５】
冷却に関する問題への類似のアプローチは、（特許文献３）に記載されたシステムに具体化されている。電子ビーム銃の陰極は、高い伝導率の中空導体の複数の巻線からなるコイルインダクタによって間接的に加熱される。中空導体は、液体窒素、水素またはヘリウムなどの冷却剤で満たされる。冷却剤は、中を流れるコイル巻線を冷却するためだけに機能するため、冷却システムは、設計された特定の構成以外の用途に用いることはない。
【０００６】
異なるアプローチは、（特許文献４）によって提案されており、マルチビーム電子管に関する。対応する数の陰極および陽極によって生成されるマルチビームは、本体中の一連のドリフト管および空洞によってビームコレクタに誘導される。コレクタ、および可能であれば本体も、たとえば、脱イオン水を誘導するプラスチック管路の形の外部絶縁冷却装置によって冷却される。管路の具体的な配置および冷却装置の動作や効果については説明しない。示された装置は、導波路によるマイクロ波エネルギーの抽出前の点で構成要素を冷却するために作用することから、冷却装置を考慮する必要はない。すなわち、冷却装置の配置および動作によって電子ビームの位置に悪影響を及ぼすことを考慮する必要はない。
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ  ３６  １００  ７３  Ｃ２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６２９，５２６号明細書
【特許文献３】ＤＥ  １９７  ３８  ００９  Ａ号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４８６，６０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の主な目的は、ビームの位置に悪影響を及ぼすことなく、ビーム偏向器などの電子ビームを誘導するための電動装置を効率的に冷却するための手段を製作することにある。
【０００９】
本発明の別の目的および利点については、以下の説明から明白となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、電子ビームを誘導するための装置が提供されるこの装置は、電子ビームの付近に位置決めするための支持本体と、ビームを誘導するために、本体によって支持され、本体が位置決めされるときに、電気エネルギーによって動作可能なビーム誘導手段と、誘導手段の動作による本体における温度上昇の影響を弱めるが、ビーム位置の安定性に悪影響を及ぼす振動を誘発しない冷却手段と、を具備し、冷却手段は、本体の周囲の外側に延在し、かつ本体に熱伝導結合され、本体に振動を実質的に伝達することなく、その周縁領域の少なくとも主要な部分に関して、本体との熱交換のために冷却剤を誘導するように作用する導管と、実質的に層流において、導管を通じた冷却剤を移動するための移動手段と、を具備している。
【００１１】
このような装置の場合には、冷却手段が電動ビーム誘導手段の支持本体に蓄積している熱を除去するように配置されるため、熱がビーム位置に及ぼす影響を緩和または無視することができる。したがって、たとえば、集束ビームスポットの走査位置における誤差を引き起こす可能性がある熱によって誘発される移動をほとんど生じることなく、高い精度でビームの誘導を行うことができる。振動を伝達することなく広い領域を冷却することができるように、冷却剤導管を構成して位置決めすることができ、冷却剤移動手段は、実質的に層流を形成し、導管を通じて本体に衝撃を伝達しやすい圧力変動の発生を防止するように動作可能である。
【００１２】
そのために、導管は、振動の伝達に対する耐性があるコンプライアント材料から構成されることが好ましく、ポリパーフルオロアルコキシエチレンなどの軟質プラスチックであることが好ましい。このような材料は、耐熱性および非導電性以外に、生じる恐れがある任意の周期的な振動または単独の衝撃を大部分または完全に吸収することができ、支持本体に対応する力を伝達することはない。さらに、このような材料の導管は、導管断面の変形または少なくとも著しい変化を生じることなく、支持本体の周囲の巻線になじみやすい。すなわち、比較的小径であるため、導管に比較的緊密な回転を強いる可能性が高い。
【００１３】
支持本体に振動を伝達する可能性を最小限に抑えるのを助けるために、導管および本体が１つの構造物を共に形成するように、導管は支持本体に接合されることが好ましい。接着手段によって行うことができる接合はまた、冷却剤と潜在的な支持本体の熱との熱交換を助けることから、本体に対する導管の熱伝達係数を高めることができる。導管および本体がたとえばポリマーおよびセラミックなどの異なる材料から構成される場合には、接着手段が本体の外部に予め塗布された第１の接着剤と、第１の接着剤によって形成された下塗り面に導管を接合する第２の接着剤と、を含むという利点となりうる。接着剤は、熱を受けた状態の劣化に対する耐性および熱伝導体として機能する可能性などの特定の要件を満たすように選択されることができる。
【００１４】
本体の周囲の導管の配置パターンは、特定の支持本体形状および外部特徴に適合させることができるが、最も簡素な形では導管は本体の周囲に螺旋状に巻き付けられ、巻きつけられた導管の互いに隣接する巻線が接触するような態様であることが好ましい。
【００１５】
移動手段は、１時間当たり実質的に０．３０〜０．５０リットルの速度で冷却剤を移動するように動作可能であることが好ましく、この速度はポンプ効果および導管の配置によって課せられる流路のために、圧力の脈動を生じることなく、効率的な熱交換を実現するのに十分であることが分かっている。移動手段は、適切な種類のポンプであってもよい。好ましくは閉回路を形成するような冷却手段は、冷却剤貯槽を具備することができる。冷却剤は、支持本体との熱交換後に、冷却剤貯槽において冷却される。気体冷却剤を使用することも可能であるが、脱イオン水などの液体冷却剤が好ましい。脱イオン水は、比熱容量が高いという利点と、渦電流およびそれに付随する浮遊磁場を維持することができないという利点を有する。
【００１６】
ビーム誘導手段がビームを環状に包囲することができる場合には、支持本体自体は、その中を電子ビームが伝播するための通路を規定することが好ましい。誘導手段は、たとえば、ビームを偏向するための電磁場を生成するために、電気エネルギーによって動作可能な少なくとも１つのコイルを含むことが好ましいビーム偏向手段であってもよい。装置は、全体として、本体および導管の両方を包囲し、外部の電磁障害に対する遮蔽を形成するフェライト材料の管状遮蔽体をさらに具備することができ、場が断熱空隙によって導管から離隔されることが好ましい。次に、遮蔽体は、チタンの支持および位置決めのためのケーシングによっておよび包囲されることができる。
【００１７】
次に、本発明の実施形態が、添付図面を参照して一例としてさらに具体的に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで図面を参照すると、きわめて概略的な図には、電子ビームカラムにおいて、カラムの電子銃によって生成される電子ビームの経路に位置決めすることを意図したビーム偏向器アセンブリ１０が示されている。カラムは、たとえば、適切な基板に集積回路などのパターンを描画するためのリソグラフィ機の一部であってもよい。そのような場合には、偏向器アセンブリは、描画されるパターンの特徴に一致する経路に沿って基板表面を走査するようにビームを偏向する機能を有し、ビームは、たとえば表面の電子感応レジストに作用する。特に従来の実現方法ではパターンをメインフィールドに分割し、メインフィールドを個別に描画されるサブフィールドに分割し、サブフィールドの境界でずれまたは他の誤差を生じることなく、その構成特徴部を適切に嵌合しなければならないことから、この態様で走査中の電子ビームによって生成されるパターンは、高い精度で描画されなければならない。ビーム位置の任意の意図的でない移動は、パターンの精度に相当の影響を及ぼす恐れがある。
【００１９】
偏向器アセンブリによるビームの偏向は、一般にカラム軸から一定の角度で偏向され、軸に向かって戻るように偏向され、最終的な偏向がビームの特定の走査経路を決定するような態様でビームを誘導する電磁場の生成によって行われる。サブフィールドに関連するパターンの詳細を描画するために、走査は一般に、メインフィールド内のサブフィールド間のビームスポットの大雑把な位置決めの場合には遅めの速度で行われ、各サブフィールド内のビームスポットの精密な位置決めの場合には速めの速度で行われる。したがって、２つの速度の走査が、４つの個別の電磁場ゾーンに対して行われる。ビームの生成のためにより高い加速電圧を使用する場合には、電磁場は、ビーム経路の進路変更を実現するために、比較的強くなければならない。
【００２０】
基本的な構成において、偏向器アセンブリは一般に、プラスチック材料、セラミックまたは他の非導電材料からなる略円筒の支持本体１１を含み、選択される材料は、高速の放熱を行うことができる熱伝導率によって特徴付けられることが好ましい。支持本体１１は、軸方向に複数の別個の構成要素から組み立てられることができ、アセンブリの設置状態において通路の軸１３に沿ってビームが中を伝播する通路１２を規定する。支持本体１１は、コイルワイヤが４組の軸方向に離隔されたコイル１４を形成するように巻き付けることができるスロットおよび凹部を含むような態様で巻型として機能する。尚、図面では、組のうちの２組のコイルを見ることができる。各コイル組は２対の２つの正反対のコイル１４からなり、一方の対のコイルは他方の対のコイルに対して９０°で軸上に配置される。各組の４つのコイル１４の配置は、電流が選択したレベルでコイル対に印加されるとき、任意の所望の放射方向にビームを偏向することができる電磁場を生成することができるように設定される。２組の交互のコイルの組は、上述の遅めの速度でシリンダ軸から離れさせ、シリンダ軸に戻るようにビームを偏向するように作用する。他方の２組の交互のコイルは、同様に、遅めの速度でビームを偏向するように作用する。
【００２１】
偏向器アセンブリ１０の動作において、ほぼ連続的に電圧を印加する可能性が高い４組のコイル１４は、支持本体１１における著しい温度上昇を生成する相当量の熱を生成する。より高いビーム加速電圧に関連してより強い電磁場が必要である場合には、熱出力も著しく高い。支持本体１１におけるわずかな熱によって誘発される膨張、収縮または他の物理的変化でさえも、コイルの相対的な移動を引き起こし、その結果としてビーム位置、特に、基板表面上のビームスポットの臨界位置において有害な変化を引き起こす可能性がある。したがって、アセンブリ１０は、機知の冷却システムにおいてこれまで生じていたように、それ自体でビーム位置の誤差の原因として作用することなく、温度上昇の影響を弱めるように設計された冷却システムを組み込んでいる。
【００２２】
したがって、冷却システムは、たとえば、ポリパーフルオロアルコキシエチレンなどのコンプライアントポリマー材料からなる、断面が円形の導管１５の形であり、個別の巻線が互いに直接接触し、本体の外部周縁面と熱接触しているように支持本体１１の周囲にその全長にわたって螺旋状に巻き付けられる冷却剤管路を具備している。本体１１に対する導管１５の移動は、シアノアクリレートであることが好ましい適切な接着剤によって、本体面に巻線を接合することによって防止される。支持本体がセラミックなどの非プラスチック材料から構成される場合には、表面上に下塗り面を形成するために、支持本体１１の周縁面にセラミックに対して良好な接合特性を有するシアノアクリレートを予め塗布した後で、ポリマー材料に対して良好な接合特性を有するシアノアクリレートによって、導管を下塗り面に接合することによって、導管１５の確実な接着を確保することができる。
【００２３】
導管１５のコンプライアンス特性、すなわち、振動または衝撃荷重の伝達ではなく、吸収を促進する柔軟性と、接着剤接合によって実現される支持本体１１との固定接続により、冷却剤が中を流れることができる管路に、支持本体および支持されるコイルに外乱を生じさせる可能性が最小になる。導管１５の安定した螺旋進路は、圧力の急騰または他の流れが原因である振動を生じやすい方向において劇的な変化を生じることなく、一様な流路を形成する。
【００２４】
冷却剤の流れから外乱の生じる可能性をさらに低減するために、冷却システムは、冷却剤の移動のために、１時間当たり約０．３０〜０．５０リットルの低い流速で、冷却剤を搬送するように作動するポンプ１６を具備している。このような速度により、コイル１４の動作中、冷却剤が熱くなる支持本体１１との効率的な熱交換を行うが、それ自体が過度に加熱することがない機会を確保する。さらに、導管１５によって規定される滑らかな流路によって支援される低い流速は、圧力の流動性を生じることなく、実質的に層流を実現する。ポンプ１６を含む冷却システムは、冷却剤が絶えず再循環する閉回路を形成し、回路はまた、冷却剤槽と、支持本体１１において導管巻線に戻る前に、冷却剤を冷却する手段と、を備えた貯槽１７を具備する。図面に示されているように、導管１５は、接合ブロック１８によってポンプ１６および貯槽１７に接続される内部管路および外部管路を含む。
【００２５】
冷却剤は、高い比熱容量を有し、寄生電磁場を効率的に維持することができない脱イオン水であってもよい。冷却剤の温度は一般に、約１８℃〜２１℃であってもよい。
【００２６】
支持本体および導管巻線は、干渉磁場に対する遮蔽として作用するフェライト材料の管１９によって、空隙を形成する間隙で包囲される。次に、遮蔽管１９は、これらの構成要素を囲むチタンの支持および位置決めのためのケーシング２０によって包囲される。空隙は、管１９およびケーシング２０への熱伝達を低減または防止するための断熱材として作用する。そうでなければ、伝達された熱は管のフェライト材料に悪影響を及ぼし、ケーシングの移動および偏向器アセンブリの移動を生じやすい。
【００２７】
高い加速電圧を用いる電子ビームリソグラフィ機におけるビーム偏向アセンブリに組み込まれた冷却システムの効率を証明するために行われた試験から、偏向コイルの動力源を断ち、支持本体への熱出力をなくした状態で、実質的にビームスポットの同様の熱によって誘発されるドリフトは、冷却システムが機能しているかまたは機能していないかに関係なく存在することが示された。したがって、システムの動作は任意の外乱の生成するドリフトに寄与しないとの結論を下すことができた。しかし、コイルに電圧を印加した状態で、冷却システムが動作したときには、熱によるドリフトは改善された。試験によれば、冷却システムはドリフトを排除しないが、より低いビーム加速電圧で機能する機械の場合には、ほぼ許容されるレベルまで低減されることが示された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を具体化するビーム偏向装置の概略部分断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    ビーム偏向器アセンブリ
１１    支持本体
１２    通路
１３    通路の軸
１４    コイル
１５    導管
１６    ポンプ
１７    貯槽
１８    接合ブロック
１９    遮蔽管
２０    ケーシング
【図１】
2004228077.tif 000003