(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で解像度の高い荷電粒子ビームレンズ装置、ならびに荷電粒子ビームカラムおよび荷電粒子ビーム露光装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、荷電粒子ビームを収束または拡散させるレンズ部４０と、レンズ部４０の外周を囲む支持部５０と、を備え、レンズ部４０における支持部５０と接する外周部分および支持部５０におけるレンズ部４０と接する内周部分の少なくとも一方は、レンズ部の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部６１を有する荷電粒子ビームレンズ装置を提供する。これによって、小型で解像度の高い荷電粒子ビームレンズ装置を提供することが可能となる。【選択図】図２Ｂ
2017135218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、前記荷電粒子ビームを収束または拡散させるレンズ部と、
前記レンズ部の外周を囲む支持部と、
を備え、
前記レンズ部における前記支持部と接する外周部分および前記支持部における前記レンズ部と接する内周部分の少なくとも一方は、前記レンズ部の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部を有する
荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項２】
荷電粒子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、前記荷電粒子ビームを収束または拡散させるレンズ部と、
前記レンズ部の外周を囲む支持部と、
を備え、
前記レンズ部は、
前記貫通孔の周囲に形成される第１部材と、
前記第１部材の外周を囲む第２部材と、
を有し、
前記第１部材における前記第２部材と接する外周部分および前記第２部材における前記第１部材と接する内周部分の少なくとも一方は、前記第１部材の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部を有する
荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項３】
前記外周部分および前記内周部分は、前記貫通孔の延伸方向と平行な面の少なくとも一部である請求項１または２に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項４】
前記溝部は、前記貫通孔の中心軸を通る面に対して対称に形成される請求項１から３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項５】
前記溝部の一端と接続する流入部と、
前記溝部の他端と接続する排出部と、
を備え、
前記溝部は、前記流入部から流入する冷却用流体を前記排出部から排出する請求項１から４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項６】
前記流入部は、前記レンズ部の、前記荷電粒子ビームが出射する側に形成され、
前記排出部は、前記レンズ部の、前記荷電粒子ビームが入射する側に形成される請求項５に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項７】
前記流入部に接続され、前記流入部から冷却用流体を供給する流入側流体槽と、
前記排出部に接続され、前記排出部から前記溝部を通過した冷却用流体を排出する排出側流体槽と、を備える請求項５または６に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項８】
複数の前記溝部と、複数の前記溝部のそれぞれに対応する複数の前記流入部および複数の前記排出部を備える請求項５から７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項９】
前記レンズ部は、前記貫通孔の延伸方向と平行な中心軸を有する円柱形状に形成され、外径が２２ｍｍ以上３０ｍｍ以内である請求項１から８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項１０】
前記溝部は、水を主成分とする冷却水を前記冷却用流体として流す請求項１から９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項１１】
前記溝部は、断面積が０．５ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であり、長さが０．７ｍ以上１．５ｍ以下である、請求項１０に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項１２】
前記レンズ部は、
前記貫通孔を形成する障壁部と、
前記貫通孔の延伸方向の磁場を発生させる励磁部と、
前記励磁部が発生させた磁場の方向を調節する磁性体部と、
を有し、
前記第１部材および前記第２部材は、前記障壁部、前記励磁部、および前記磁性体部のうち、少なくとも１つを形成する請求項２に記載の荷電粒子ビームレンズ装置。
【請求項１３】
荷電粒子ビームを放出する粒子源と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビームレンズ装置と、
を有する荷電粒子ビームカラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子ビームカラムを１または複数備える荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームレンズ装置、荷電粒子ビームカラム、および荷電粒子ビーム露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光露光技術で形成したラインパターンを、電子ビーム等の荷電粒子ビームを用いて加工するコンプリメンタリ・リソグラフィが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、荷電粒子ビームレンズを有する荷電粒子ビームカラムを複数個並べた荷電粒子ビーム露光装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、荷電粒子ビームレンズの排熱手段も知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
特許文献１  特開２０１３−１６７４４号公報
特許文献２  特開昭６１−２２７３５６号公報
特許文献３  特開２０１４−１２０５４５号公報
非特許文献１  Proc. SPIE 7637, Alternative Lithographic Technologies II, 76370C (March 10, 2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような露光装置は、荷電粒子ビームカラムを複数並べるので、レンズの大きさに制限があり、ビーム電流値を維持しながら高い解像性を得ることが困難であった。荷電粒子ビームレンズの励磁電流を増加して強く励磁すると、高い解像度が得られるが、荷電粒子ビームレンズの発熱が大きくなってしまい、当該発熱の対策として荷電粒子ビームレンズに排熱等の機構を設けると、荷電粒子ビームレンズが大型化してしまうからである。このため、小型で解像度の高い荷電粒子ビームレンズが望まれていた。
【０００４】
例えば、荷電粒子ビームレンズの排熱手段として、二重構造を有する部材を導入し、その間隙に冷却用液体を流す手段（例えば、特許文献２参照）、および励磁部を封じ込めた容器を設け、その内部に冷却用液体を流す手段（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。しかし、これらの手段は、荷電粒子ビームレンズに新たな部材を追加して冷却水流路を形成するため、荷電粒子ビームレンズの大きさは、その部材の幅の分だけ大きく変化していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様においては、荷電粒子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、荷電粒子ビームを収束または拡散させるレンズ部と、レンズ部の外周を囲む支持部と、を備え、レンズ部における支持部と接する外周部分および支持部におけるレンズ部と接する内周部分の少なくとも一方は、レンズ部の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部を有する荷電粒子ビームレンズ装置を提供する。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、荷電粒子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、荷電粒子ビームを収束または拡散させるレンズ部と、レンズ部の外周を囲む支持部と、を備え、レンズ部は、貫通孔の周囲に形成される第１部材と、第１部材の外周を囲む第２部材と、を有し、第１部材における第２部材と接する外周部分および第２部材における第１部材と接する内周部分の少なくとも一方は、第１部材の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部を有する荷電粒子ビームレンズ装置を提供する。
【０００７】
本発明の第３の態様においては、荷電粒子ビームを放出する粒子源と、第１の態様および第２の態様のいずれかの荷電粒子ビームレンズ装置と、を有する荷電粒子ビームカラムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成例を示す。
【図２Ａ】本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の構成例を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の構成例を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係るレンズ部４０の第１の変形例を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係るレンズ部４０の第２の変形例を示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係るレンズ部４０の第３の変形例を示す斜視図である。
【図６】本実施形態に係るレンズ部４０の第４の変形例を示す斜視図である。
【図７】冷却水の流量と、溝部６１の両端の圧力差および排水温度との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の変形例を示す。
【図９】電子ビーム露光装置１００の変形例におけるレンズ部４０の構成を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に係るレンズ部４０の第５の変形例を示す斜視図である。
【図１１Ａ】電子ビームレンズおよび排熱手段の第１の例を示す断面図である。
【図１１Ｂ】電子ビームレンズおよび排熱手段の第２の例を示す断面図である。
【図１１Ｃ】電子ビームレンズおよび排熱手段の第３の例を示す断面図である。
【図１２】電子ビームレンズの球面収差係数Ｃｓと、電子ビームレンズの発熱量Ｑｃとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
まず、電子ビームレンズのレンズ特性とレンズの発熱との関係、および電子ビームレンズの排熱手段、について説明する。
【００１１】
図１１Ａは、電子ビームレンズおよび排熱手段の第１の例を示す断面図である。図１１Ｂは、電子ビームレンズおよび排熱手段の第２の例を示す断面図である。図１１Ｃは、電子ビームレンズおよび排熱手段の第３の例を示す断面図である。それぞれの図において、電子ビームレンズを構成する部材は、Ｚ軸に平行な一点鎖線で示された軸ＬＡのまわりに軸対称に配置される。電子ビームレンズは、励磁部４２と、磁性体部４３と、ギャップ部４４と、を備える。電子ビームは、一例として、対称軸ＬＡに沿って、電子ビームレンズを通過する。励磁部４２は、軸ＬＡを巻線の中心軸とするコイルである。励磁部４２は、軸ＬＡのまわりに電流を流すことにより、軸ＬＡ上に軸ＬＡの延伸方向の磁場を発生する。
【００１２】
磁性体部４３は、励磁部４２が励磁した磁場を、ギャップ部４４付近に集中させる。これにより図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃはそれぞれ、軸ＬＡをレンズ軸とする電子ビームレンズを構成する。幅ｄ１は、レンズ軸ＬＡに沿って電子ビームを通過させる電子ビームレンズの貫通孔の内径を示す。また、幅ｄ２は、レンズ軸ＬＡを中心軸として円柱形状を有す電子ビームレンズの外径を示す。
【００１３】
このような電子ビームレンズを対物レンズとする電子ビームカラムにおいて、レンズの解像性を決める基本的なパラメータである球面収差係数Ｃｓと、励磁部４２のコイルに流す電流によって発生する発熱量Ｑｃとの関係を検討した。なお、球面収差係数Ｃｓは、電子ビームレンズの収束半角をαとすると、Ｃｓ×α３が当該電子ビームレンズの収差となる係数である。図１２は、電子ビームレンズの球面収差係数Ｃｓと、電子ビームレンズの発熱量Ｑｃとの関係を示すグラフである。図１２は、横軸を球面収差係数Ｃｓ、縦軸を電子ビームレンズの発熱量Ｑｃとする。図１２は、励磁部４２、磁性体部４３、およびギャップ部４４の形状および大きさを、より少ない発熱量Ｑｃで、より小さい収差係数Ｃｓを得るように最適化して得られた、球面収差係数Ｃｓと発熱量Ｑｃとの関係を示すグラフである。
【００１４】
図１２のグラフは、電子ビームの加速電圧が５０ＫＶ、磁性体部４３の内径ｄ１がφ８ｍｍ、および磁性体部４３の外径ｄ２がφ２８ｍｍの条件で求めた例を示す。また、励磁部４２のコイル巻線断面の動径方向の幅（一例として、図１１Ａにおけるｄ３）は４ｍｍ以内、磁性体部４３の断面の動径方向の幅は、内側（レンズ軸ＬＡに近い側、一例として、図１１Ａにおけるｄ４）および外側（レンズ軸ＬＡから遠い側一例として、図１１Ａにおけるｄ５）ともに３ｍｍ以内という条件で求めた例を示す。
【００１５】
図１２は、電子ビームレンズのパラメータ毎に、発熱量Ｑｃと球面収差係数Ｃｓとをシミュレーションにより算出して、プロットした例である。電子ビームレンズのパラメータは、励磁部４２の巻線部分の断面形状およびＺ軸方向の長さ、励磁部４２を囲む磁性体部４３の断面形状およびＺ軸方向の長さ、ギャップ部４４の位置および間隔、ならびにビームが出射する側のレンズの下面と試料上の結像面との間の間隔などである。なお、図１２のグラフは、パラメータ毎のプロットの結果から、より少ない発熱量Ｑｃで、より小さい収差係数Ｃｓが得られている点、即ち、縦軸および横軸により近い点、を繋いで作成した例を示す。
【００１６】
図１２のグラフから、球面収差係数Ｃｓが５ｍｍ以下の電子ビームレンズの発熱量Ｑｃは、１００Ｗ以上であることが分かる。ここで、球面収差係数Ｃｓが５ｍｍ以下の条件は、電子ビームレンズによって、収束半角αが例えば１０ｍｒａｄの範囲の電子ビームを収束した場合に、Ｃｓ×α３で計算される収差が、例えば５ｎｍ以下となる条件を示す。
【００１７】
即ち、収束半角αとして１０ｍｒａｄの電子ビームを収束することにより、十分なビーム電流値を得ながら、所定の解像性を実現できる電子ビームレンズの条件を検討した一例を示す。即ち、以上のシミュレーション結果は、球面収差係数Ｃｓが５ｍｍ以下で、かつ、電子ビームレンズの温度を、例えば５０℃以下に保つためには、電子ビームレンズから少なくとも１００Ｗの熱を排熱する必要があることを示している。
【００１８】
図１１Ａ，図１１Ｂ、および図１１Ｃは、電子ビームレンズの排熱手段の例を示している。図１１Ａの排熱手段は、磁性体部４３の外周に管８１をコイル状に巻きつけて設置した例である。図１１Ａの手段は、磁性体部４３の外壁と管８１とを接触させ、管８１の内部を通って循環する冷却用流体により、電子ビームレンズが発生する熱を排熱する。図１１Ａの手段は、図１１Ｂおよび図１１Ｃで説明する排熱手段と比較して排熱能力が低く、１００Ｗ以上発熱する電子ビームレンズの温度を、所定の範囲内に保つことが困難であることが分かった。また、図１１Ａは、電子ビームレンズの大きさが、管８１の分だけ大きくなってしまう。
【００１９】
図１１Ｂの排熱手段は、磁性体部４３に貫通孔８２を設けた例である。図１１Ｂの手段は、貫通孔８２を通って循環する冷却用流体と磁性体部４３とを、貫通孔８２の壁面を通して直接接触させることにより、電子ビームレンズが発生する熱を排熱する。図１１Ｂの手段は、１００Ｗ以上発熱する電子ビームレンズの温度を所定の範囲内に保つ目的で、貫通孔８２の径および貫通孔８２の数を調節すると、磁性体部４３の大きさ、特に磁性体部４３の断面の動径方向の幅ｄ５を大きくしなければ当該電子ビームレンズを形成することが困難であることが分かった。
【００２０】
図１１Ｃの排熱手段は、磁性体部４３の内部空間に励磁部４２を収める容器８３を設けた例である。図１１Ｃの手段は、容器８３の内部を通って循環する冷却用流体に励磁部４２を浸すことにより、電子ビームレンズが発生する熱を排熱する。図１１Ｃの手段は、電流が流れている励磁部４２と冷却用流体とが直接接触するので、励磁部４２から冷却用流体への漏電、および励磁部４２と冷却用流体との接触による励磁部４２の腐食などにより、レンズ動作に不安定性を引き起こす場合が生じてしまう。また、冷却用流体を循環させながら、励磁部４２に安定に電流を流すことは困難である。
【００２１】
以上のように、小型の電子ビームレンズで、１００Ｗ以上発熱する電子ビームレンズの温度を所定の範囲内に保つことは困難であった。そこで、小型かつ１００Ｗ以上発熱する電子ビームレンズの温度を所定の範囲内に保つ本実施形態に係る荷電粒子ビームレンズ装置について、次に説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成例を示す。電子ビーム露光装置１００は、一例として、所定のピッチで形成された試料上のラインパターンに応じた位置に荷電粒子ビームを照射して、当該ラインパターン上にカットパターンやビアパターンを露光する。電子ビーム露光装置１００は、ステージ部１１０と、カラム部１２０と、露光制御部１４０とを備える。ステージ部１１０は、真空容器１１２内に設置される。
【００２３】
ステージ部１１０は、試料１０を載置する。ここで、試料１０は、半導体、ガラス、および／またはセラミック等で形成された基板でよく、一例として、シリコン等で形成された半導体ウエハである。試料１０は、金属等の導電体でラインパターンが表面に形成された基板である。本実施形態の電子ビーム露光装置１００は、例えば、当該ラインパターンを切断して微細な加工（電極、配線、および／またはビア等の形成）をすべく、当該ラインパターン上に形成されたレジストを露光する。
【００２４】
ステージ部１１０は、試料１０を図１に示したＸＹ平面上で移動させる。ステージ部１１０は、ＸＹステージであってよく、また、ＸＹステージに加えて、Ｚステージ、回転ステージ、およびチルトステージのうちの１つ以上と組み合わされてもよい。
【００２５】
カラム部１２０は、ステージ部１１０に載置された試料１０に、電子およびイオンを有する荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビームカラムである。カラム部１２０は、電子およびイオンを有する荷電粒子ビームを、ステージ部１１０によって可動な範囲にある試料１０の表面上に照射する。本実施形態において、カラム部１２０が、電子ビームを照射する例を説明する。本実施形態のカラム部１２０は、例えば、試料１０に形成されたラインパターンを切断して微細な加工を行う電子ビームを発生する。
【００２６】
カラム部１２０は、電子源２０および電子ビームレンズ装置３０を有する。電子ビームレンズ装置３０は、レンズ部４０および支持部５０を有する。さらに、レンズ部４０は、障壁部４１、励磁部４２、および磁性体部４３を含む。
【００２７】
電子源２０は、荷電粒子ビームを放出する粒子源の一例である。電子源２０は、電子を電界または熱によって放出させ、当該放出した電子に予め定められた電界を印加して、図１の−Ｚ方向となる試料１０の方向に加速して電子ビームＥＢとして出力する。電子源２０は、予め定められた加速電圧（一例として、５０ＫＶ）を印加して、電子ビームＥＢを出力してよい。電子源２０は、ＸＹ平面と平行な試料１０の表面からＺ軸と平行な垂線上に設けられてよい。電子源２０は、真空容器２２内に設置される。
【００２８】
電子ビームレンズ装置３０は、電子源２０と試料１０との間に設けられ、電子源２０から放出された電子ビームＥＢを収束し、試料１０の表面上に照射する。レンズ部４０および支持部５０は、一例として、電子ビームＥＢが通過する軸に関して軸対称に配置される。
【００２９】
レンズ部４０は、電子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、電子ビームを収束または拡散させる。レンズ部４０は、電子ビームＥＢが通過する軸に近い側に障壁部４１を有する。障壁部４１は、例えば、Ｚ軸方向に長い円筒状の形状を有し、電子ビームＥＢがその内側を通過する貫通孔を形成する。障壁部４１は、その端部において、電子源２０が内部に設置されている真空容器２２、およびステージ部１１０が内部に設置されている真空容器１１２と接してよい。
【００３０】
障壁部４１が真空容器２２および真空容器１１２と接触する接触面は、真空シール面を形成し、真空容器２２の内側の空間、円筒状の障壁部４１の内側の空間、および真空容器１１２の内側の空間を真空状態に保持してよい。図１に示すように、電子源２０から放出された電子ビームＥＢは、障壁部４１の内側の真空状態に保たれた空間を通過し、試料１０上に到達する。
【００３１】
励磁部４２は、障壁部４１によって真空状態に保たれた上記貫通孔の内部に、貫通孔の延伸方向の磁場を発生させる。磁性体部４３は、励磁部４２が発生させた磁場の強度と方向とを調整する。これにより、励磁部４２および磁性体部４３は、レンズ部４０の対称の中心軸であるレンズ軸上に、レンズ軸方向の磁場を発生し、電子ビームＥＢを収束する電子ビームレンズを形成する。
【００３２】
図１は、電子源２０と試料１０との間に一段のレンズ部４０が設けられている場合を示したが、これに限らず、複数段のレンズ部４０が設けられていてよい。また、図１は、一段で電子ビームＥＢを収束するレンズを示したが、これに限らず、電子ビームＥＢを収束または拡散させるレンズ部４０が組み合わされて設けられていてよい。この場合、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、および図１２で説明した電子ビームレンズのレンズ特性と発熱との関係は、例えば、試料１０にもっとも近い電子ビームレンズ（対物レンズ）に対して適用される。
【００３３】
支持部５０は、カラム部１２０の外周を囲み、レンズ部４０を構造的に支持する。支持部５０は、電子源２０を設置した真空容器２２と嵌め合うことにより、電子源２０から放出された電子ビームＥＢのビーム軌道と、レンズ部４０の中心軸であるレンズ軸との、軸ずれ量の大きさを規定する。支持部５０は、電子ビームレンズのレンズ軸とビーム軌道との軸ずれ量の大きさが、アライメント手段（図示せず）により電磁的に電子ビームＥＢの軸合わせができる程度の範囲内に収まるように、電子源２０とレンズ部４０とを軸合わせして保持する。
【００３４】
露光制御部１４０は、ステージ部１１０およびカラム部１２０に接続され、ステージ部１１０およびカラム部１２０を制御して試料１０の露光動作を実行する。露光制御部１４０は、例えば、試料１０の露光すべき位置と、カラム部１２０の電子ビーム照射位置とを一致させるようにステージ部１１０を移動させ、カラム部１２０から電子ビームを当該照射位置に照射させる。
【００３５】
電子ビームレンズ装置３０の構成例について更に説明する。図２Ａは、本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の構成例を示す斜視図である。図２Ｂは、本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の構成例を示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す電子ビームレンズ装置３０を、レンズ軸ＬＡを含み、ＸＺ面に平行な平面で切断した断面図を示す。以下、図２Ａの斜視図と図２Ｂの断面図とを区別しないで、電子ビームレンズ装置３０の構成例を示す場合は、図２と呼ぶことにする。図２は、電子ビームレンズ装置３０が、レンズ部４０に溝部６１、流入部６２、および排出部６３を有する例を説明する。また、電子ビームレンズ装置３０は、流入側流体槽６４、排出側流体槽６５、および温度調整器１６０を有する例を説明する。
【００３６】
図２において、一点鎖線で示す貫通孔の中心軸は、レンズ軸ＬＡに相当する。電子ビームＥＢは、レンズ軸ＬＡに沿って貫通孔を通過する。障壁部４１は、レンズ軸ＬＡを中心軸とする円筒形状を有する。障壁部４１は、真空状態に保持され、電子ビームＥＢを通過させる円筒の内側部分、即ち貫通孔部分と、大気中にある円筒の外側部分とを隔てる障壁である。
【００３７】
励磁部４２は、例えば、レンズ軸ＬＡのまわりに電流を流すことにより磁場を発生させるコイルである。励磁部４２は、長期にわたって磁場を発生し続ける永久磁石であってもよい。また、励磁部４２は、コイルと永久磁石とを組み合わせて、永久磁石の磁場をコイルが発生する磁場で調整するようなものであってもよい。
【００３８】
磁性体部４３は、レンズ軸ＬＡを中心軸として、障壁部４１より外側であって励磁部４２より内側にある円筒形状部分、および励磁部４２より外側であって支持部５０より内側にある円筒形状部分、ならびに、これら円筒形状部分を励磁部４２の＋Ｚ側、および励磁部４２の−Ｚ側において接続する部分を含む。
【００３９】
即ち、磁性体部４３は、励磁部４２を囲むように形成される。磁性体部４３は、鉄、鉄とニッケルとの合金、または鉄とコバルトとの合金、など透磁率が大きく、飽和磁束密度が高い磁性材料から製作されてよい。磁性体部４３は、レンズ軸ＬＡに近い側で幅ｄ１の内径、レンズ軸ＬＡから遠い側で幅ｄ２の外径を有する（図２Ｂ参照）。
【００４０】
磁性体部４３は、レンズ軸ＬＡに近い側にギャップ部４４を有する。ギャップ部４４は、磁性体部４３の一部に設けられた、レンズ軸ＬＡに関して軸対称の間隙である。励磁部４２を励磁すると、ギャップ部４４をはさんで対向した磁性体部４３の両端は、Ｎ極およびＳ極に分極し、ギャップ部４４近傍に局所的な磁場を発生する。この局所的な磁場は、レンズ軸ＬＡに関して対称に分布する。
【００４１】
即ち、レンズ軸ＬＡ上では、レンズ部４０が発生させる磁場の方向はレンズ軸ＬＡの延伸方向を向く。レンズ軸ＬＡ上の磁場の強度は、ギャップ部４４の近傍で極大値をとり、Ｚ軸方向にギャップ部４４から離れるに従って急激にその強度が低下する。このような分布を持つ局所的な磁場は、レンズ軸ＬＡに沿って通過する電子ビームＥＢに対して、凸レンズに相当するレンズ作用を及ぼす。
【００４２】
支持部５０は、レンズ部４０の外周を囲み、レンズ部４０を位置合わせして支持する。レンズ部４０の外周部分の一部は、支持部５０と接し、支持部５０の内周部分の一部は、レンズ部４０と接する。
【００４３】
ここで、レンズ部４０における支持部５０と接する外周部分および支持部５０におけるレンズ部４０と接する内周部分の少なくとも一方に、レンズ部４０の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部６１を形成する。図２は、レンズ部４０における支持部５０と接する外周部分に、レンズ部４０の外周に沿って、冷却用流体を流すためのらせん状の溝部６１が形成された例を示す。
【００４４】
溝部６１を形成するレンズ部４０の外周部分は、貫通孔の延伸方向であるレンズ軸ＬＡの方向と平行であってよく、貫通孔の中心軸から略等しい距離にあってよい。溝部６１は、レンズ部４０の外周にそって、外周に巻きつくようにらせん状に形成されており、貫通孔の中心軸に関して軸対称に形成されてよい。レンズ部４０の外周方向において、溝部６１は、支持部５０の内周部分が蓋状に覆われるので、溝部６１および支持部５０の組み合わせは、冷却用流体を流す流路が形成される。
【００４５】
これにより、電子ビームレンズ装置３０は、レンズ部４０および支持部５０に対して新たな部材を追加することなく、排熱手段として、冷却用流体を流す流路を形成できる。新たな部材を追加しないため、レンズ部４０の内径ｄ１および外径ｄ２の大きさは、電子ビームレンズの排熱手段がない場合と略同一の値にすることができる。即ち、レンズ部４０の外径ｄ２が例えば３０ｍｍ以内という制限条件のもとでも、電子ビームレンズ装置３０に冷却用流体を流す流路を設置することができる。
【００４６】
流入部６２は、溝部６１の一端と接続される。また、排出部６３は、溝部６１の他端と接続される。溝部６１は、流入部６２から流入する冷却用流体を、排出部６３から排出する。流入部６２は、電子ビームレンズ装置３０の電子ビームＥＢが出射する側に設置されてよい。排出部６３は、電子ビームレンズ装置３０の電子ビームＥＢが入射する側に設置されてよい。
【００４７】
流入側流体槽６４は、流入部６２に接続され、流入部６２に冷却用流体を供給する。排出側流体槽６５は、排出部６３に接続され、排出部６３から溝部６１を通過した冷却用流体を排出する。温度調整器１６０は、冷却用流体の温度を調節する。温度調整器１６０は、電子ビームレンズ装置３０の外部に設けられ、流入側流体槽６４および排出側流体槽６５と接続されてよい。温度調整器１６０は、冷却用流体を、流入側流体槽６４から排出側流体槽６５に循環させてよい。
【００４８】
温度調整器１６０は、一例として、冷却用流体を、流入側流体槽６４および流入部６２を経由して溝部６１に送りだす。溝部６１を通過中にレンズ部４０と熱的に接触することにより温度が上昇した冷却用流体は、排出部６３および排出側流体槽６５を経由して温度調整器１６０に戻る。温度調整器１６０は、温度が上昇した冷却用流体を冷却して、温度調整する。
【００４９】
温度調整器１６０は、温度調整された冷却用流体を供給する。温度調整された冷却用流体は、ビーム出射側に設置された流入部６２から、ビーム出射側の溝部６１に流入し、レンズ部４０のビーム出射側を冷却する。電子ビームレンズが対物レンズの場合、温度調整された冷却用流体は、試料１０に面した出射側のレンズ部材の温度を入射側と比較して速やかに制御できる。これにより、電子ビームレンズ装置３０は、レンズ部４０から試料１０への熱の輻射を抑え、試料１０の熱膨張を抑制することができる。
【００５０】
次に、電子ビームレンズ装置３０の変形例を説明する。電子ビームレンズ装置３０は、電子ビームを通過させる貫通孔の周囲に形成され、電子ビームを収束または拡散させるレンズ部４０と、レンズ部４０の外周を囲む支持部５０とを備える。本実施形態に係る変形例は、障壁部４１、励磁部４２および磁性体部４３を有するレンズ部４０が、電子ビームレンズが発生する熱を排熱する手段を備える例を説明する。
【００５１】
図３は、本実施形態に係るレンズ部４０の第１の変形例を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係るレンズ部４０の第２の変形例を示す斜視図である。図５は、本実施形態に係るレンズ部４０の第３の変形例を示す斜視図である。および、図６は、本実施形態に係るレンズ部４０の第４の変形例を示す斜視図である。図３から図６において、図２に記載の部材と略同一の機能を有す部材には、同一の符号を付して、説明を省略する。図３から図６において、レンズ部４０は、レンズ軸ＬＡを中心軸とする貫通孔の周囲に形成される第１部材７１と、第１部材７１の外周を囲む第２部材とを有する。
【００５２】
図３から図６に示すレンズ部４０の変形例は、第１部材７１における第２部材７２と接する外周部分および第２部材７２における第１部材７１と接する内周部分の少なくとも一方は、第１部材７１の外周に沿って冷却用流体を流すための溝部６１を有する。第１部材７１の外周部分および第２部材７２の内周部分は、貫通孔の延伸方向と平行な面の少なくとも一部であってよい。溝部６１は、貫通孔の中心軸を通る面に対して対称に形成されてよい。
【００５３】
図３に示すレンズ部４０の第１の変形例は、第１部材７１における第２部材７２と接する外周部分に、第１部材７１の外周に沿って、冷却用流体を流すらせん状の溝部６１を有する例を示す。図３に示す点線の矢印は、冷却用流体の流れる方向を表す。冷却用流体は、レンズ部４０の電子ビームＥＢの出射側に設けられた流入部６２から流入し、らせん状の溝部６１に沿って、電子ビームＥＢの出射側から入射側に流れる。冷却用流体は、らせん状の溝部６１を通過中にレンズ部４０の熱を受け取り、温度が上昇する。冷却用流体は、電子ビームＥＢの入射側に設けられた排出部６３から排出される。
【００５４】
なお、冷却用流体は、レンズ部４０の電子ビームＥＢの出射側に設けられた流入側流体槽６４から流入部６２へと流入し、排出部６３からレンズ部４０の電子ビームＥＢの入射側に設けられた排出側流体槽６５へと排出されてよい。この場合、冷却用流体は、レンズ部４０の外部に設けられた温度調整器１６０に達し、レンズ部４０から受け取った熱を排熱する。ここで、流入側流体槽６４、排出側流体槽６５、および温度調整器１６０は、図２Ａで示したので、図３においては記載を省略している。
【００５５】
図３において、第１部材７１は、冷却用流体を流す一続きのらせん状の溝部６１を一本有する例を示したが、これに代えて、第１部材７１は、複数のらせん状の溝部６１を有してもよい。この場合、レンズ部４０は、複数のらせん状の溝部６１に対応して、複数の流入部６２および複数の排出部６３を有してよい。
【００５６】
図４に示すレンズ部４０の第２の変形例は、第２部材７２における第１部材７１と接する内周部分に、第２部材７２の内周に沿って、冷却用流体を流すらせん状の溝部６１を有する例を示す。図４に示す点線の矢印は、冷却用流体の流れる方向を表す。冷却用流体は、レンズ部４０の電子ビームＥＢの出射側に設けられた流入部６２から流入し、らせん状の溝部６１に沿って、電子ビームＥＢの出射側から入射側に流れる。冷却用流体は、らせん状の溝部６１を通過中にレンズ部４０の熱を受け取り、温度が上昇する。冷却用流体は、電子ビームＥＢの入射側に設けられた排出部６３から排出される。冷却用流体は、図３で説明した例と同様に、レンズ部４０の外部に設置された温度調整器１６０に達し、レンズ部４０から受け取った熱を排熱する。また、図４の例においても、第２部材７２は、複数のらせん状の溝部６１を有してよい。
【００５７】
図３および図４に示すレンズ部４０の例では、一本または複数本の一続きのらせん状の溝部６１が、第１部材７１の外周部分または第２部材７２の内周部分を覆う。流入部６２および排出部６３は、一続きのらせん状の溝部６１の両端に、それぞれ対応して設けられてよく、この場合、レンズ部４０は、一または複数の流入部６２および排出部６３を有する。なお、例えば５個未満の少ない数の流入部６２および排出部６３がレンズ部４０に設けられる場合、当該流入部６２および排出部６３は、流入側流体槽６４および排出側流体槽６５を経由せず、直接、温度調整器１６０と接続してもよい。
【００５８】
図５に示すレンズ部４０の第３の変形例は、第１部材７１における第２部材７２と接する外周部分に、第１部材７１の外周に沿って、冷却用流体を流すための複数の直線状の溝部６１を有する例を示す。図５に示す点線の矢印は、冷却用流体の流れる方向を表す。冷却用流体は、レンズ部４０の電子ビームＥＢの出射側に設置した複数の流入部６２から並列に、流入部６２のそれぞれと対応する溝部６１に流入し、複数の溝部６１に沿って、電子ビームＥＢの出射側から入射側に流れる。冷却用流体は、直線状の溝部６１を通過中にレンズ部４０の熱を受け取り、温度が上昇する。冷却用流体は、電子ビームＥＢの入射側に設けられた複数の排出部６３からそれぞれ排出される。冷却用流体は、図３で説明した例と同様に、レンズ部４０の外部に設置された温度調整器１６０に達し、レンズ部４０から受け取った熱を排熱する。
【００５９】
図６に示すレンズ部４０の第４の変形例は、第１部材７１における第２部材７２と接する外周部分に、第１部材７１の外周に沿って、冷却用流体を流すための、複数の折り返された経路を持つ直線状の溝部６１を有する例を示す。図６に示す点線の矢印は、冷却用流体の流れる方向を表す。冷却用流体は、レンズ部４０の電子ビームＥＢ出射側に設置した複数の流入部６２から並列に、流入部６２のそれぞれと対応する溝部６１に流入し、複数の溝部６１に沿って、電子ビームＥＢ出射側から入射側に流れる。冷却用流体は、折り返された経路を持つ直線状の溝部６１を通過中にレンズ部４０の熱を受け取り、温度が上昇する。冷却用流体は、電子ビームＥＢの入射側に設けられた複数の排出部６３からそれぞれ排出される。冷却用流体は、図３で説明した例と同様に、レンズ部４０の外部に設置された温度調整器１６０に達し、レンズ部４０から受け取った熱を排熱する。
【００６０】
図５および図６に示す例では、レンズ部４０は、複数の溝部６１と、複数の溝部６１のそれぞれに対応する複数の流入部６２および複数の排出部６３とを備える。複数の流入部６２のそれぞれは、一つの流入側流体槽６４と接続されてよい。複数の排出部６３のそれぞれは、一つの排出側流体槽６５と接続されてよい。流入側流体槽６４は、温度調整器１６０から送りだされた冷却用流体を保持し、複数の流入部６２に、冷却用流体を並列に供給する。また、排出側流体槽６５は、複数の排出部６３が並列に排出した冷却用流体を保持し、温度調整器１６０に戻す。
【００６１】
図３、図４、図５、および図６で示したレンズ部４０の変形例において、第１部材７１は、レンズ部４０を貫通する貫通孔の周囲に形成された部材であり、第２部材７２は、第１部材７１の外周を囲む部材である。第１部材７１および第２部材７２は、レンズ部４０を構成する障壁部４１、励磁部４２、および磁性体部４３のうち、少なくとも１つを形成する。
【００６２】
例えば、第１部材７１は、障壁部４１の一部でよく、第２部材７２は、磁性体部４３の一部または全部である。また、第１部材７１は、磁性体部４３の一部または全部でよく、この場合、第２部材７２は、励磁部４２の一部または全部であってよい。また、第１部材７１は、励磁部４２の一部または全部でよく、この場合、第２部材７２は、磁性体部４３の一部または全部であってもよい。
【００６３】
これらに代えて、障壁部４１、励磁部４２、または磁性体部４３のうち少なくとも１つが分割され、分割された一方および他方を、第１部材７１および第２部材７２としてもよい。この場合、分割された一方および他方のうち、レンズ軸ＬＡに近い内側の円筒部分およびレンズ軸ＬＡから遠い外側の円筒部分を、それぞれ、第１部材７１および第２部材７２に対応させてもよい。
【００６４】
図３、図４、図５、および図６で示したレンズ部４０の変形例において、溝部６１は、第１部材７１における第２部材７２と接する外周部分および第２部材７２における第１部材７１と接する内周部分の少なくとも一方に形成され、他方の部分によって蓋状に覆われる。溝部６１および、溝部６１を覆う第１部材７１の外周部分または第２部材７２の内周部分の組み合わせは、冷却用流体を流す流路を形成する。
【００６５】
これにより、電子ビームレンズ装置３０は、レンズ部４０に対して新たな部材を追加することなく、冷却用流体を流す流路を形成することができ、当該レンズ部４０の熱を排熱できる。このように、電子ビームレンズ装置３０は、新たな部材を追加しないため、レンズ部４０の内径ｄ１および外径ｄ２の大きさは、冷却用流体を流す流路がない場合の大きさと略同一の値にすることができる。即ち、例えば、レンズ部４０の外径ｄ２が略３０ｍｍ以内で設計された電子ビームレンズに対して、外径ｄ２の大きさを変えずに、冷却用流体を流す流路を更に設けたレンズ部４０を提供することができる。
【００６６】
本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の排熱手段と、図１１Ａ，図１１Ｂ、および図１１Ｃに記載した電子ビームレンズの排熱手段とを比較する。本実施形態に係る排熱手段は、同じ流量の冷却用流体を流した場合に、図１１Ａに示す手段と比較して排熱能力が高い。図１１Ａに示す手段は、冷却用流体が、管８１を介してレンズ構成部材と間接的に接触するのに対して、本実施形態に係る排熱手段は、冷却用流体が、電子ビームレンズ装置３０の構成部材に形成された溝部６１を流れることにより、電子ビームレンズ装置３０の構成部材と直接接触するからである。
【００６７】
図１１Ａの管８１を磁性体部４３の外周に設けた場合と、略同一形状のレンズ部４０に本実施形態の溝部６１を磁性体部４３の外周部分に設けた場合と、のそれぞれについて、排熱能力を調査した。レンズ部４０の発熱を１００Ｗにそれぞれ設定し、同じ流量の冷却用流体で排熱する場合の電子ビームレンズ装置３０の所定位置の温度を比較した。図１１Ａの手段では、電子ビームレンズ装置３０の所定位置の温度が７０℃以上に上昇したのに対して、本実施形態の排熱手段では、同じ位置の温度は５０℃以下に抑えることが可能であった。
【００６８】
本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の排熱手段と、図１１Ｂに示す排熱手段とを比較する。図１１Ｂの冷却用流体は、磁性体部４３を貫通する直線状の貫通孔８２を流れる。本実施形態の冷却用流体は、例えば、磁性体部４３の外周部分に設けた溝部６１に沿って流れる。溝部６１の形状は、溝部６１の長手方向（冷却用流体が流れる方向）、および断面方向（冷却用流体が流れる方向と直交する方向）ともに、さまざまな形状に形成できる。
【００６９】
図１１Ｂの直線状の貫通孔８２の場合と比較して、本実施形態の排熱手段は、冷却用流体が溝部６１を循環する間に、冷却用流体とレンズ構成部材との間の接触面積を大きくすることができる。即ち、本実施形態に係る排熱手段は、図１１Ｂの手段と比較して、高い排熱能力を実現できる。
【００７０】
本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の排熱手段と、図１１Ｃに示す排熱手段とを比較する。図１１Ｃの励磁部４２は、容器８３内部の冷却用流体に浸っている。一方、本実施形態の励磁部４２は、冷却用流体とは完全に分離できる。本実施形態の冷却用流体は、励磁部４２とは直接に接触しないで、レンズ内を循環する。本実施形態に係る排熱手段は、冷却用流体を循環させながら、励磁部４２に安定に電流を流すことが可能である。即ち、本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０は、外径等の大きさの変更なしに、冷却用流体を流す流路を形成し、排熱能力を向上させることができる。
【００７１】
本実施形態に係る溝部６１の製造方法について説明する。溝部６１は、電子ビームレンズ装置３０を組立てる前に、レンズ構成部材の内周部分または外周部分の表面を、あらかじめ加工することによって設けられてよい。溝部６１は、一例として、当該部材の表面を切削することによって設けられる。この場合、溝部６１は、当該溝部６１の長手方向（冷却用流体が流れる方向）、および断面方向（冷却用流体が流れる方向と直交する方向）の形状が、所定の形状になるように、切削工具を当該部材に対して相対的に移動して切削することで設けられてよい。
【００７２】
これに代えて、溝部６１は、電子ビームレンズ装置３０の構成部材と共に設けられてもよい。例えば、３Ｄプリンター等により、材料を積層して当該構成部材を製作する場合、溝部６１となるべき部分には材料を積層せずに製作することで、所定の溝部６１を有する構成部材を形成することができる。
【００７３】
本実施形態に係る冷却用流体の循環について次に説明する。冷却用流体は、微量の防錆成分を混入した冷却水であってよい。ここでは、水を主成分とする冷却水を冷却用流体として、図２に示すらせん状の溝部６１に流す場合について説明する。
【００７４】
冷却水の流量をＵとし、溝部６１が形成される冷却水流路の管径をＤとした場合に、冷却水の流れが層流となる条件を検討する。ここで、冷却水の流れが層流となる条件は、冷却水の流れによって、電子ビームレンズが振動することを防止する条件と考えられる。なお、冷却水流路の管径Ｄは、流路と同じ断面積を有する円管を考慮した場合の、当該円管の直径とした。
【００７５】
冷却水の流速Ｖは、冷却水の流量Ｕと管径Ｄとから、以下の（数１）により計算される。ここで、冷却水の密度ρは１ｇ／ｃｍ３、粘度μは１ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル・秒）である。この場合、溝部６１の冷却水流路を流れる冷却水のレイノルズ数Ｒｅは、以下の（数２）により計算される。
（数１）
Ｖ＝４×Ｕ／（πＤ２）
（数２）
Ｒｅ＝Ｖ×Ｄ／（μ／ρ）
【００７６】
レイノルズ数Ｒｅが、例えば２０００以下の値の場合に、冷却水の流れは層流となる。レンズ構成部材の大きさの条件、およびレイノルズ数Ｒｅが２０００以下の条件から、冷却水の流量Ｕと溝部６１の断面積または管径Ｄとの関係を見積もる。
【００７７】
レンズ部４０の外周部分に溝部６１を形成する場合において、流量Ｕが１ｍＬ／ｓ〜２ｍＬ／ｓ（ミリリットル毎秒）の冷却水を層流で流すためには、溝部６１の断面積は０．５ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であり、流入部６２側と排出部６３側との間に少なくとも２本の並列な溝部６１が設けられることが望ましい。レンズ部４０の外径を２２ｍｍ以上３０ｍｍ以下とした場合、溝部６１を形成するレンズ部４０の外周部分の大きさから、形成できる溝部６１の長さＬは０．７ｍ以上１．５ｍ以下である。
【００７８】
図７は、このような溝部６１からなる冷却水流路において、冷却水の流量Ｕと、溝部６１の両端の圧力差Ｐおよび排水温度Ｔｏとの関係をシミュレーションした結果の一例を示す。図７の横軸は、２本の並列な溝部６１に流れる冷却水の総流量Ｕを示す。冷却水の総流量Ｕは１ｍＬ／ｓ〜２ｍＬ／ｓの範囲の値である。
【００７９】
グラフ（ａ）は、流入部６２側と排出部６３側との間に現れる冷却水の圧力差Ｐを表す。図７の左側の縦軸は、グラフ（ａ）と対応する圧力差の大きさを示す。グラフ（ｂ）は、排出部６３から排水される冷却水の温度Ｔｏを表す。温度調整器１６０を経由して２０℃に温度調整された冷却水が溝部６１に流入するものとした。図７の右側の縦軸が、グラフ（ｂ）と対応する排水温度を示す。
【００８０】
圧力差Ｐは、冷却水の流れに対する摩擦係数λから、次に示す（数３）の関係式で計算される。ここで、冷却水の流れに対する摩擦係数λは、レイノルズ数Ｒｅから（数４）の関係式で計算される。また、冷却水の排水温度Ｔｏは、温度２０℃で流入部６２から流入し、電子ビームレンズの１００Ｗの発熱をすべて排熱するものとして計算される。
（数３）
Ｐ＝λ×（Ｌ／ｄ）×（１／２）×（ρ×Ｖ２）
（数４）
λ＝６４／Ｒｅ
【００８１】
図７は、一例として、溝部６１からなる冷却水流路の両端の１５×１０３Ｐａ程度の圧力差Ｐに抗して、流量１．５ｍＬ／ｓの冷却水を溝部６１に流せば、電子ビームレンズの１００Ｗの発熱を、排水温度Ｔｏが４０℃以下となる条件で排熱できることを示す。図７は、図に示す範囲の冷却水流量Ｕと圧力差Ｐとを設定することにより、電子ビームレンズの発熱が１００Ｗ以上の場合であっても排熱可能であることを示している。
【００８２】
さらに、図７の条件が得られる溝部６１の断面積は、０．５ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であり、溝部６１の深さは１ｍｍ以下である。即ち、溝部６１を形成するレンズ部４０の外周部分、即ち図２では磁性体部４３の外周部分、の動径方向幅が、例えば３ｍｍ以下であっても、排熱可能であることを示している。本実施形態に係るレンズ部４０の外周部分は、このような溝部６１を形成できるので、電子ビームレンズ装置３０は、１００Ｗ以上の発熱に対応できることがわかる。
【００８３】
図８は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の変形例を示す。本変形例の電子ビーム露光装置１００において、図１に示された電子ビーム露光装置１００と略同一の動作をする部分には、同一の符号を付け、説明を省略する。図８に示す電子ビーム露光装置１００の変形例は、試料１０を載置してＸＹ平面方向に移動させる１つのステージ部１１０と、ＸＹ平面内に並ぶ複数の円柱形のカラム部１２０と、ステージ部１１０および複数のカラム部１２０を制御する露光制御部１４０とを備える。
【００８４】
複数のカラム部１２０のそれぞれは、露光制御部１４０に接続され、それぞれのカラム部１２０が、ステージ部１１０によって可動とされる試料１０の範囲を露光する。複数本のカラム部１２０は、並列して露光を進めることができるため、露光のスループットを大幅に向上できる。また、試料１０が３００ｍｍ以上の大口径の半導体ウエハ等であっても、当該半導体ウエハに対応してカラム部１２０の数を増加させることで、スループットが著しく低下することを防止できる。
【００８５】
図８に示す電子ビーム露光装置１００の変形例は、Ｘ方向およびＹ方向において、予め定められた間隔でカラム部１２０が設けられる例を示す。例えば、複数のカラム部１２０は、Ｘ方向およびＹ方向ともに、ピッチ３０ｍｍで配置される。この場合、直径３００ｍｍの試料１０上に、８８本のカラム部１２０を配列することができる。また、この場合、カラム部１２０を構成するそれぞれのレンズ部４０の外径ｄ２は、３０ｍｍ以下となる。また、例えば、複数のカラム部１２０は、Ｘ方向およびＹ方向ともに、ピッチ２２ｍｍで配置される。この場合、カラム部１２０を構成するそれぞれのレンズ部４０の外径ｄ２は２２ｍｍ以下となる。これにより、直径３００ｍｍの試料１０のウエハ上に１５７本のカラム部１２０を並べることができる。
【００８６】
図９は、図８の電子ビーム露光装置１００の変形例と対応する電子ビームレンズの構成を示す断面図である。図９は、図８に示す複数本のカラム部１２０をＸＹ平面に平行な平面ＰＱＲＳで切断した断面図の一部を示す。図９は、以上の本実施形態に係る電子ビームレンズ装置３０の構成部材と略同一の機能を有する部材には、同一の符号を付して、説明を省略する。図９は、複数のカラム部１２０が、Ｘ方向およびＹ方向ともにピッチ３０ｍｍで配置された例を示す。また、図９は、レンズ部４０の外径ｄ２がそれぞれ３０ｍｍである例を示す。
【００８７】
それぞれのカラム部１２０の中心を通り、ＸＹ断面と垂直な複数の直線は、複数のカラム部１２０を構成するレンズ部４０にそれぞれ対応するレンズ軸ＬＡに相当する。複数のレンズ部４０は、レンズ軸ＬＡを中心に断面が同心円状の、障壁部４１、励磁部４２、および磁性体部４３をそれぞれ有する。
【００８８】
また、一のカラム部１２０が有するレンズ部４０と、一のカラム部１２０に隣接するカラム部１２０が有するレンズ部４０との間には、支持部５０が設けられる。即ち、複数のカラム部１２０がそれぞれ有するレンズ部４０は、外周部分の一部において、支持部５０の対応する部分と接する。カラム部１２０が配列されるピッチが略同一のまま、レンズ部４０の外径が小さくなると、隣接するカラム部１２０の間の隙間は増加し、支持部５０は、増加した隙間の領域に対応して設けられてよい。これにより、支持部５０のそれぞれは、隣接するカラム部１２０間のＸＹ面内方向の間隔を規定する。
【００８９】
このように、支持部５０およびレンズ部４０は、接して設けられるので、レンズ部４０における支持部５０と接する外周部分、および支持部５０におけるレンズ部４０と接する部分の少なくとも一方に、レンズ部４０の外周に沿って冷却用流体を流す溝部６１を設けてよい。このようなレンズ部４０について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係るレンズ部４０の第５の変形例を示す斜視図である。図１０は、レンズ部４０が、支持部５０と接する外周部分に、冷却用流体を流す溝部６１を有する例を示す。
【００９０】
図１０は、図示されていない支持部５０の側から、レンズ部４０の外周を構成する磁性体部４３と溝部６１を示した斜視図である。なお、図１０は、支持部５０を省略し、レンズ部４０の直径を３０ｍｍ未満として、溝部６１の配置を確認できるようにした図である。図１０は、支持部５０と接する磁性体部４３の外周部分に、４本の溝部６１が、それぞれの磁性体部４３を取り囲んで対称に配置された例を示す。レンズ部４０のそれぞれに設けられた４本の溝部６１を流れる冷却用流体は、レンズ部４０がそれぞれ発生する熱を排熱する。
【００９１】
一例として、８８本のカラム部１２０を有する電子ビーム露光装置１００のカラム部全体が発生する８．８ＫＷ（＝１００Ｗ×８８）以上の熱は、複数の（８８の）レンズ部４０にそれぞれ設けられた、複数の溝部６１を循環する冷却用流体によって排熱される。例えば、溝部６１のすべてを循環する冷却用流体の総流量は、略５３０ｍＬ／ｓ（＝１．５ｍＬ／ｓ×４×８８）である。これは、略３２Ｌ／ｍ（リットル毎分）の流量に相当する。温度調整器１６０は、流入側と排出側との略１５×１０３Ｐａの圧力差に抗して、略４０℃に上昇した排水温度Ｔｏを２０℃に温度調整しながら、全体として略３２Ｌ／ｍの冷却水を循環させる。
【００９２】
これにより、複数のカラム部１２０を備える電子ビーム露光装置１００においても、複数のカラム部１２０の外径等の大きさの変更なしに、冷却用流体を流す流路を形成し、排熱能力を向上させることができる。なお、図１０において、複数のレンズ部４０が、支持部５０と接する磁性体部４３の外周部分に、溝部６１を形成する例を説明した。これに代えて、複数のレンズ部４０は、図３、図４、図５、および図６で示したように、レンズ部４０を構成する第１部材７１および第２部材７２の少なくとも一方に形成されてよい。
【００９３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９５】
１０  試料、２０  電子源、２２  真空容器、３０  電子ビームレンズ装置、４０  レンズ部、４１  障壁部、４２  励磁部、４３  磁性体部、４４  ギャップ部、５０  支持部、６１  溝部、６２  流入部、６３  排出部、６４  流入側流体槽、６５  排出側流体槽、７１  第１部材、７２  第２部材、８１  管、８２  貫通孔、８３  容器、１００  電子ビーム露光装置、１１０  ステージ部、１１２  真空容器、１２０  カラム部、１４０  露光制御部、１６０  温度調整器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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