JP2014120545A - 電磁レンズ及び電子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外径を小さくしても、発熱量を増加させることなく所望の磁場を発生させることができる電磁レンズ及び電子ビーム露光装置を提供する。
【解決手段】電子ビームの光軸に対して回転対称に巻かれた電磁コイル３と、電磁コイル３を覆うポールピース２とを有する電磁レンズにおいて、ポールピース２の内周側に形成された内周壁２ｂ又は電子ビームの出射側の端部に形成された下端壁２ｄの何れか一方または両者の境界の部分に一体的にギャップ２ａを形成する。そして、内周壁２ｂを、ギャップ２ａに近い部分を最も薄くし、ギャップ２ａから離れるにしたがって徐々に厚くなるように形成する。また、内周壁２ｂの厚さの変化に応じて、電磁レンズ３の半径方向の幅をギャップ２ａに近くなるほど大きくなるように形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電磁レンズ及び電子ビーム露光装置に関する。

電子ビーム露光装置では、電子銃から放出された電子ビームを矩形開口又は所定のパターンの形状の開口が形成されたステンシルマスクを透過させた後、電子光学系で例えば１／２０倍に縮小してウエハに投影して露光を行なう。

また、露光に要する時間を短縮するべく、電子ビームの投影に用いる電子銃及び電子光学系を含んだ電子ビームコラムを小型化し、その電子ビームコラム（コラムセル）を複数個集めたマルチコラム型の電子ビーム露光装置も提案されている。マルチコラム電子ビーム露光装置では複数のコラムセルで並列して露光を行うため、単一のコラムセルを用いる電子ビーム露光装置に比べて、電子ビームコラムの数に応じた倍率で処理速度が向上する。

更なるスループットの向上を図るために電子ビーム露光装置のコラムセル数を増加させることが好ましく、電子ビームコラムの更なる小型化が望まれる。

特開２００１−１１０３５１号公報

電子ビームコラムを小径化するためには、電子ビームを収束させるための電磁レンズの外径を小さくする必要がある。

ところが、電磁レンズの外径を小さくすると、電磁レンズに含まれる電磁コイルのサイズが小さくなり、電磁コイルの巻数が不足して所望の磁界を発生させるために必要な起磁力電流が大きくなる。その結果、電磁コイルの発熱量が増加してしまうという問題がある。

また、電磁コイルの巻き数を増大させるために電磁レンズを縦長にすると、電磁コイルを覆うポールピースが磁気飽和を起こしてしまい、所望の磁界を発生させることができないという問題が生じる。

そこで、外径を小さくしても発熱量を増加させることなく所望の磁場を発生させることができる電磁レンズ及び電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。

一観点によれば、電子ビームの光軸に対して回転対称に巻かれた電磁コイルと、前記電磁コイルの内周側を覆う内周壁と、前記電子ビームの入射側で前記電磁コイルを覆う上端壁と、前記電子ビームの出射側で前記電磁コイルを覆う下端壁と、前記電磁コイルの外周側を覆う外周壁と、前記内周壁、下端壁及び上端壁の少なくとも一部分を前記光軸に対して回転対称に切り欠いたギャップと、を有するポールピースとを備え、前記内周壁の厚さは、前記ギャップに近い部分が最も薄く、前記ギャップからの距離の増加に伴って徐々に厚くなると共に、前記電磁コイルの半径方向の幅は、前記ギャップに近くなるほど増加する電磁レンズが提供される。

上記観点の電磁レンズによれば、ポールピースにおいて最も磁束密度が高くなりやすい、内周壁のギャップから離れた部分において、内周壁の厚さを厚くしている。これにより、内周壁において磁束が通過可能な部分が増加し、磁束密度の増加が緩和される。また、内周壁の厚さを徐々に変化させることにより内周壁で磁束がスムーズに流れ、磁束密度の高い部分の発生を抑制できる。

これにより、ポールピースとしてより縦方向に長い形状を採用することができ、電磁コイルの巻き数を増加させることができる。

その結果、外径を小さくしても、電磁コイルの発熱を抑制しつつ所望の磁場を発生させることができ、電磁レンズが得られる。

図１（ａ）は、予備的事項に係る電磁レンズの断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の電磁レンズの一部を切断して示す斜視図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、種々の形状の電磁レンズについて、ポールピース内の磁束密度の分布を計算によって求めた結果を示す図である。 図３は、予備的事項において検討を行った電磁レンズの球面収差係数と、発熱量との関係を示すグラフである。 図４（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る電磁レンズを示す斜視図である。 図５（ａ）は、第１実施形態の実施例１に係る電磁レンズの断面図であり、図５（ｂ）は第１実施形態の実施例２に係る電磁レンズの断面図であり、図５（ｃ）は比較例に係る電磁レンズの断面図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図５（ａ）〜（ｃ）の電磁レンズのポールピース内の磁束密度の分布を計算によって求めた結果を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図８は、図７の１つのコラムセルを示すブロック図である。 図９（ａ）は、図７の電子ビーム露光装置に搭載された複数の電磁レンズの配置を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の電磁レンズの断面図である。 図１０は、第３実施形態に係る電磁レンズを示す斜視図である。

実施形態の説明に先立って、予備的事項について説明する。

図１（ａ）は、予備的事項に係る電磁レンズを示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の電磁レンズの一部を切断して示す斜視図である。図中の矢印Ａは電子ビームの出射方向を示している。

図１（ａ）、（ｂ）に示す電磁レンズ８４は、電子ビームＥＢの光軸Ｃを中心として回転対称に形成された電磁コイル８３を備えており、その電磁コイル８３は周囲をポールピース８２によって覆われている。

ポールピース８２は、内周側の部分に形成された内周壁８２ｂと、電子ビームＥＢの入射側で電磁コイル８３を覆う上端壁８２ｃと、電子ビームＥＢの出射側で電磁コイル８３を覆う下端壁８２ｄと、電磁コイル８３の外周側を覆う外周壁８２ｅとを備える。

図示の電磁レンズ８４は、電子ビームが照射されるウエハ１２の表面に電子ビームを収束させる対物レンズであり、ウエハ１２と対向する下端壁８２ｄに光軸Ｃを中心とする円環状のギャップ８２ａが形成されている。

電磁コイル８３の磁極からもれた磁束は、磁性材料によって形成されたポールピース８２内を通過して、ギャップ８２ａ部分から外部に漏れだして、ウエハ１２の上方に磁場を発生させる。像面８０に結像された電子ビームの像Ｓ１は、電磁レンズ８４の貫通孔を通過してウエハ１２の表面（像面）に至る過程で、電磁レンズ８４の磁場によって収束される。これにより、ウエハ１２の表面（像面）に像Ｓ２が形成される。

ところで、電磁レンズ８４によって形成される像Ｓ２の最小サイズを決める光軸上の球面収差の値は、電磁レンズ８４の球面収差係数Ｃｓ［ｍｍ］及び電子ビームＥＢの開き角度α［ｒａｄ］に対してＣｓα³に比例する。十分な解像度を得るためには電磁レンズ８４で発生させる磁場を、ウエハ１２の表面付近に局在させ、かつ強度を大きくして球面収差係数Ｃｓを小さくすることが好ましい。

電子ビーム露光装置のコラムセル数を増加させるためには、所定の球面収差係数Ｃｓを維持しながら電磁レンズの外径を小さくすることが求められる。

電磁レンズ８４の外径を小さくすると、電磁コイル８３も小さくする必要がある。そのため、電磁コイル８３の巻数部分の断面積が制限されて発熱量が増加し、電磁コイル８３の冷却が困難になるという問題がある。

そこで、ポールピース８２及び電磁コイル８３の形状を変えた種々のモデルを作成し、電磁レンズ８４の球面収差、起磁力及び発熱量と、ポールピース８２内の磁束密度分布を調べた。

図２（ａ）〜（ｄ）は、種々の形状の電磁レンズについて、ポールピース内の磁束密度の分布を計算によって求めた結果を示す図である。なお、図２に示す断面は、電子ビームＥＢの光軸ｃに平行な面で電磁レンズ８４を切断した断面図であり、各図の下側が光軸ｃ側であり、矢印の方向が電子ビームＥＢの出射方向に対応している。また、電磁レンズ８４の断面及び磁束密度分布は光軸ｃに回転対称に表れるため、光軸ｃを挟んだもう一方の断面の図示は省略している。

計算では、電磁レンズ８４の外径をφ６０［ｍｍ］に小型化し、電磁コイル８３と磁性体ポールピース８２から構成される図２（ａ）〜（ｄ）形状の電磁レンズ８４により、加速電圧５０ＫｅＶの電子ビームを所定の像面に収束させるレンズ磁場強度を発生するのに必要な、電磁コイル８３の起磁力電流、磁性体ポールピース内の電流密度等を求めた。また、その条件で電磁レンズ８４とその周囲に発生する磁束密度分布を求め、電子ビームの軌道計算を行うことにより球面収差係数Ｃｓを求めた。

図２（ａ）の電磁レンズは、電磁レンズ８４の外径を増加させずに電磁コイル８３の巻数を増加させるべく、ポールピース８２の光軸方向の長さを、図２（ａ）〜（ｄ）の４つの例の中で最も長い３１［ｍｍ］とした。

図中の領域９１は、磁束密度が、ポールピース８２を構成する磁性体の飽和磁束密度である２．２［Ｔ］（テスラ）付近になっている領域であり、斜線を付した領域９２は、磁束密度が磁性体の飽和磁束密度である２．２［Ｔ］（テスラ）を超えた領域である。また、それら領域以外の何も付していない領域は、磁束密度が、飽和磁束密度である２．２［Ｔ］（テスラ）よりも十分に低い領域である。なお、磁気飽和に達する可能性がある領域９１、あるいは磁気飽和を起こした領域９２がポールピース８２の内周壁８２ｂの内側（光軸ｃに近い側）から外側（電磁コイル８３に近い側）の全域に亘って現れると、ポールピース８２から磁束が漏えいして電子ビームＥＢの軌道が乱れてしまう。そのため、電磁コイル８３の起磁力は、ポールピース８２の磁気飽和によって制約される。

図２（ａ）の場合には、電磁コイルの起磁力は３０２２［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）であり、このときの電磁コイルの発熱量は２０２［Ｗ］であり、球面収差係数Ｃｓは１０．０［ｍｍ］であった。

一方、図２（ｂ）は、ポールピースの光軸方向の長さを図２（ａ）のポールピースよりも短い２６［ｍｍ］とした場合の計算結果を示している。

図２（ｂ）の電磁レンズでは、ポールピースの長さを短くしたことにより、ポールピースの磁気飽和が起こり難くなる。その結果、電磁コイルの起磁力は３４３８［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）であり、球面収差係数Ｃｓが８．２［ｍｍ］に減少する。但し、電磁コイルが小さくなり巻数が減少したことにともなって、電磁コイルの発熱量が３５９［Ｗ］に増加している。

図２（ｃ）の電磁レンズは、ポールピースの長さを図２（ｂ）のポールピースよりも短い２１［ｍｍ］とした場合の計算結果を示している。図２（ｃ）のポールピース８２は、図２（ａ）、（ｂ）のポールピース８２よりも更に磁気飽和を起こし難くなり、電磁コイル８３の起磁力は３７８３［Ａ・Ｔ］であり、球面収差係数Ｃｓが６．７ｍｍまで減少する。一方で、電磁コイル８３の巻数は図２（ａ）、（ｂ）よりも更に少なくなり、起磁力電流が増加するため、電磁コイル８３の発熱量は９４６［Ｗ］まで増加する。

図２（ｄ）の電磁レンズは、ポールピースの長さを図２（ｃ）の電磁レンズと同様としつつ、ギャップを図２（ｃ）の電磁レンズよりも広げている。

この電磁レンズでは、電磁コイル８３の起磁力は４８８２［Ａ・Ｔ］であり、球面収差係数Ｃｓが５．４［ｍｍ］まで減少する。

しかし、電磁コイル８３の発熱量は１８５０［Ｗ］まで増加している。

図３は、予備的事項において検討を行った電磁レンズの球面収差係数と、発熱量との関係を求めた結果を示すグラフである。

図３に示すように、電磁レンズの球面収差係数を減少させようとすると、電磁コイルの発熱量が急激に増加することが判明した。

このような発熱量の急増による問題を解消するべく、下記に説明する実施形態を着想するに至った。

（第１実施形態）
図４（ａ）は、第１実施形態に係る電磁レンズ４を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の電磁レンズ４のポールピース２を示す斜視図である。なお、図４（ａ）、（ｂ）は、内部の構造を示すために一部を切り欠いた状態で示している。また、図中の一点鎖線は電子ビームＥＢの光軸ｃを示しており電子ビームＥＢは、図中の矢印の方向に進む。

図４（ａ）に示すように、本実施形態の電磁レンズ４は電子ビームＥＢの光軸ｃの周り形成された電磁コイル３と電磁コイル３を覆うポールピース２とを備えている。電磁コイル３及びポールピース２は光軸ｃに対して回転対称に形成されている。

図４（ｂ）に示すように、ポールピース２は、飽和磁束密度が比較的高い磁性材料で形成されている。ポールピース２は、光軸ｃに近い内周側に形成された内周壁２ｂと、電子ビームＥＢの入射側の端部に形成された上端壁２ｃと、電子ビームＥＢの出射側の端部に形成された下端壁２ｄと、上端壁２ｃ及び下端壁２ｄの周縁部に接続された円筒状の外周壁２ｅとを有する。そして、ポールピース２の内周壁２ｂ、上端壁２ｃ、下端壁２ｄ及び外周壁２ｅに囲まれた部分にコイル収容部２ｆが形成されている。

また、ポールピース２には、下端壁２ｄの一部が光軸ｃ周りに円形に切り欠かれてなるギャップ２ａが形成されている。このギャップ２ａの部分で磁束が漏れ出して、電子ビームＥＢの照射対象としての試料（不図示）の上方に電子ビームを収束させるための磁場を発生させる。

本実施形態のポールピース２では、内周壁２ｂの光軸ｃの半径方向の厚さ（図中のＴの部分の厚さ）が、ギャップ２ａから離れるにしたがって徐々に増加している。

これにより、ポールピース２において、磁気飽和を起こしやすいギャップ２ａから離れた部分の内周壁２ｂの厚さが増し、内周壁２ｂにおける磁気飽和を抑制できる。

また、内壁部２ｂの厚さが、ギャップ２ａに向けて徐々に変化することにより、内壁部２ｂを磁束がスムーズに通ることができ、局所的な磁束密度の増加を防ぐことができ、磁気飽和が更に起こり難くなる。

その結果、ポールピース２の光軸方向の長さを増加させた場合であっても、磁気飽和を起こし難くなるため、ポールピース２の光軸方向の長さを増加させて、より巻数の大きな電磁コイル３を使用できる。

さらに、図４（ａ）に示すように、電磁レンズ４では、電磁コイル３の断面が台形状に形成されており、電磁コイル３の半径方向の幅が、ギャップ２ａに近づくにつれて徐々に大きくなるように形成されている。

これにより、電磁コイル３を、断面が矩形の円筒状に形成する場合に比べて電磁コイル３を巻く部分の面積を内側（光軸に近い側）に大きくとることができる。

その結果、電磁コイル３の発熱量を抑制しつつ、起磁力をより大きくすることができ、小型化しても発熱を抑制しつつ球面収差係数Ｃｓを小さくできる。

図５（ａ）は、第１実施形態の実施例１に係る電磁レンズ１Ａの断面図であり、図５（ｂ）は第１実施形態の実施例２に係る電磁レンズ１Ｂの断面図であり、図５（ｃ）は比較例に係る電磁レンズ８４の断面図である。図では、電磁レンズの一方の断面のみを示している。また、図中の数字は、各電磁レンズの寸法［ｍｍ］を表す。

図５（ａ）に示す実施例１の電磁レンズ１Ａは、外径がφ６０［ｍｍ］である。この電磁レンズ１Ａの光軸方向の長さは、図２（ａ）に示す電磁レンズよりも長い４０［ｍｍ］となっている。直径０．５［ｍｍ］の導線を用いた場合の電磁コイル３の巻数は８９３ターンである。

また、図５（ｂ）に示す実施例２の電磁レンズ１Ｂは、外径がφ４０［ｍｍ］と、図５（ａ）の電磁レンズ１Ａよりも外径が縮小されている。直径０．５［ｍｍ］の導線を用いた場合の電磁コイル３の巻数は４１６ターンである。

一方、図５（ｃ）に示す比較例の電磁レンズ８４は、図２（ｃ）の電磁レンズと同様の構造となっており、その外径はφ６０［ｍｍ］であり、光軸方向の長さは２７［ｍｍ］である。

次に、上記の電磁レンズ１Ａ、１Ｂ、８２について所定の球面収差係数Ｃｓが得られる条件の下で、ポールピース内の磁束密度の分布を計算によって求めた結果ついて説明する。

図６（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜（ｃ）の電磁レンズ１Ａ、１Ｂ、８２のポールピース内の磁束密度の分布を計算によって求めた結果を示す図である。

図６（ａ）は、図５（ａ）の電磁レンズ１Ａ（実施例１）のポールピース２内の磁束密度の分布を表している。実施例１の電磁レンズ１Ａでは、電磁コイルの起磁力を３５２１［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）としたときに、球面収差係数Ｃｓが７．５［ｍｍ］となり、この条件での発熱量が１６２［Ｗ］となった。

また、図示のように、ポールピース２内において飽和磁束密度を超える部分が殆ど発生しておらず、磁気飽和を効果的に抑制できることが確認できた。

図６（ｂ）は、図５（ｂ）の電磁レンズ１Ｂ（実施例２）のポールピース２内の磁束密度の分布を表している。実施例２の電磁レンズ１Ｂでは、電磁コイルの起磁力を２９８３［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）としたときに、球面収差係数Ｃｓが７．５［ｍｍ］となり、この条件での発熱量が１６７［Ｗ］となった。

図示のように、ポールピース２内において飽和磁束密度に達している部分は一部分にとどまっており、電子ビームの光軸側への磁束の漏えい発生していない。

以上の結果から、実施例２の電磁レンズ１Ｂのように、外径を４０［ｍｍ］程度に縮小した場合であっても、磁気飽和を抑制でき、且つ発熱量の増加が抑えられることが確認できた。

図６（ｃ）は、図５（ｃ）の電磁レンズ８４（比較例）のポールピース内の磁束密度の分布を表している。比較例の電磁レンズ８４では、ポールピースの光軸方向の長さが２７［ｍｍ］であり、図６（ａ）の電磁レンズ１Ａよりも短い。それにもかかわらず、電磁コイルの起磁力を３１５８［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）のときにポールピース２の内周壁の厚み方向の全域に亘って飽和磁束密度に達している領域９１が発生している。この時の球面収差係数Ｃｓは１０［ｍｍ］にとどまり、発熱量は２０２［Ｗ］と実施例の電磁レンズ１Ａ、１Ｂよりも増加している。

以上の結果から、本実施形態の電磁レンズ１Ａ、１Ｂによれば、外径を小型化した場合であっても、所望の球面収差係数Ｃｓが得られるとともに、電磁コイルの発熱を効果的に抑制できることがわかる。

（第２実施形態）
図７は、本実施形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の概略構成図である。

マルチコラム電子ビーム露光装置は、電子ビームコラム１０と電子ビームコラム１０を制御する制御部２０に大別される。このうち、電子ビームコラム１０は、同等なコラムセル１１が複数、例えば１６集まって、全体のコラムが構成されている。全てのコラムセル１１は、同じユニットで構成される。コラムセル１１の下には、例えば３００［ｍｍ］ウエハ１２を搭載したウエハステージ１３が配置されている。

一方、制御部２０は、電子銃高圧電源２１、レンズ電源２２、デジタル制御部２３、ステージ駆動コントローラ２４及びステージ位置センサ２５を有する。これらのうち、電子銃高圧電源２１は電子ビームコラム１０内の各コラムセル１１の電子銃を駆動させるための電源を供給する。レンズ電源２２は電子ビームコラム１０内の各コラムセルの電磁レンズを駆動させるための電源を供給する。コラムセル制御部２３は、コラムセル１１内の各偏向器の偏向出力をコントロールする電気回路であり、ハイスピードな偏向出力などを出力する。デジタル制御部２３はコラムセル１１の数に対応する分だけ用意される。

ステージ駆動コントローラ２４は、ステージ位置センサ２５からの位置情報を基に、ウエハ１２の所望の位置に電子ビームが照射されるようにウエハステージ１３を移動させる。上記の各部２１〜２５は、ワークステーションなどの統合制御系２６によって統合的に制御される。

図８は、マルチコラム電子ビーム露光装置に使用される各コラムセル１１の概略構成図である。

各コラムセル１１は、露光部１００と、露光部１００を制御するコラムセル制御部３１とに大別される。このうち、露光部１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成される。

電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム成形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａ通過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。

その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第２電磁レンズ１０５によって露光マスク１１０上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第１、第２静電偏向器１０４、１０６により露光マスク１１０に形成された特定のパターンＰに偏向され、その断面がパターンＰの形状に整形される。

なお、露光マスク１１０は電子ビームコラム１０内のマスクステージ１２３に固定されるが、そのマスクステージ１２３は水平面内において移動可能であって、第１、第２静電偏向器１０４、１０６の偏向範囲（ビーム偏向範囲）を超える部分にあるパターンＰを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＰをビーム偏向範囲内に移動させる。

露光マスク１１０の上下に配置された第３、第４電磁レンズ１０８，１１１は、電子ビームＥＢを基板上で結像させる役割を担う。

露光マスク１１０を通った電子ビームＥＢは、第３、第４静電偏向器１１２，１１３の偏向作用によって光軸ｃに振り戻された後、第５電磁レンズ１１４によってそのサイズが縮小される。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０７、１０９が設けられており、それらにより、第１〜第４静電偏向器１０４、１０６、１１２、１１３で発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａを通過し、第１、第２投影用電磁レンズ１１６，１２１によって基板上に投影される。これにより、露光マスク１１０のパターンの像が所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板に転写される。

基板偏向部１５０には、第５静電偏向器１１９と電磁偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板の所定の位置に露光マスクのパターンの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

一方、コラムセル制御部３１は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６及び基板偏向制御部２０７を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件などを制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６及び１２１への電流量を調整して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧をせいぎょすることにより、露光開始前のから発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。

基板偏向制御部２０７は、第５静電偏向器１１９への印加電圧と、電磁偏向器１２０への電流量を制御することにより、基板の所定位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。上記の各部２０２〜２０７は、ワークステーションなどの統合制御系２６によって統合的に制御される。

図９（ａ）は、図７のマルチコラム電子ビーム露光装置に搭載された電磁レンズ１２１を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の中の一つの電磁レンズ１２１の断面図である。

図９（ａ）に示すように、電磁レンズ１２１は、各コラムセルを収容する筐体１４内に並列して配置されている。筐体１４の直径は１５０［ｍｍ］程度であり、電磁レンズ１２１の配置間隔であるピッチＰは、コラムセルの配置数に応じて決まる。

例えば、筐体１４内に４（２×２）本のコラムセルが配置される場合には、電磁レンズ１２１のピッチＰは６６［ｍｍ］となり、９（３×３）本のコラムセルが配置される場合にはピッチＰは４４［ｍｍ］となる。また、図示のように筐体１４内に１６（４×４）本のコラムセルが配置されている場合には、電磁レンズ１２１のピッチは、約３３［ｍｍ］となる。電磁レンズ１２１の外径は、このピッチＰよりも小型化することが求められる。

図９（ｂ）に示すように、電磁レンズ１２１は、保持板１５、１６を介して筐体１４内に位置決めされて保持される。本実施形態の電磁レンズ１２１は、図４に示す電磁レンズ４のポールピース２とほぼ同じ形状のポールピース２を備えている。そして、ポールピース２のコイル収容部２ｆ内には断面が台形状の電磁コイル３が配置されている。

本実施形態の電磁レンズ１２１では、電磁コイル３とポールピース２との間に冷媒流路２ｇが設けられており、その冷媒流路２ｇには、冷媒として例えば冷却水を流すことができる。さらに、ポールピース２のギャップ２ａは、非磁性材料よりなる封止部材５で塞がれており、冷媒の流出を防いでいる。

間隙２ｇの一端には導入口６ａが設けられ、間隙２ｇの他端には排出口６ｂが設けられており、これらの導入口６ａ及び排出口６ｂは循環冷却機構（不図示）に接続されている。循環冷却機構から供給される冷媒は、冷媒流路２ｇを介して循環することで、電磁コイル３を冷却する。

以上のような本実施形態の電磁レンズ１２１でも、図４に示す電磁レンズのポールピースと同様のポールピース２を備えているため磁気飽和を起こし難くなる。そのため、電磁レンズ１２１の外径を縮小した場合であっても、ポールピース２の光軸方向の長さを増大さえることで電磁コイル３の容積を大きくすることができ、電磁コイル３の発熱を抑制できる。

（第３実施形態）
図１０は、本実施形態に係る電磁レンズ５０を示す斜視図である。なお、図示の電磁レンズは、内部の構造を理解しやすくするために電子ビームの光軸ｃに平行な面で切断して示したものであり、実際には電子ビームの光軸ｃまわりに回転対称に形成されている。また図中の矢印は電子ビームの出射方向を示している。

図示のように、電磁レンズ５０は、光軸ｃに対して回転対称に形成された電磁コイル５３と、その電磁コイル５３を覆うポールピース５２とを備えている。本実施形態のポールピース５２は、光軸ｃの周囲に形成された内周壁５２ｂの光軸方向の中央部分にギャップ５２ａが設けられている。

内周壁５２ｂは、ギャップ５２ａの付近の部分が光軸側に突出するように形成されている。これにより、電磁レンズ５０は光軸ｃ方向の中央部に極大値を有する磁場を形成でき、対物レンズ以外の部分に好適に用いることができる。

また、ポールピース５２の内周壁５２ｂの光軸ｃからの半径方向の厚さ（図においてＴの部分の厚さ）は、ギャップ５２ａから離れるほど大きくなっている。これにより、内周壁５２ｂにおいて磁気飽和を起こし難くなっている。

また、電磁コイル５３は、内周壁５２ｂの形状に応じてギャップ５２ａの近傍の部分が電子ビームの光軸側に突出した凸状に形成されている。

このように、電磁コイル５３は、ポールピース５２の形状に合わせてギャップ部分付近で凸状に形成されるため、断面積Ｓ₀が増加し、その分で巻数を増加させることができる。

さらに、電磁コイル５３が光軸ｃ寄りに突出した凸状に形成されることで、電磁コイル５３の巻線の１巻の平均長さＬ₀が、凸状に形成されない場合に比べて少なくなる。

電磁コイル５３の起磁力をＮ［Ａ・Ｔ］（アンペアターン）とし、巻線の抵抗率をρとしたときに、コイル部の発熱量は、ρ（Ｌ₀／Ｓ₀）（Ｎ）²に比例する。すなわち、電磁コイル５３の発熱量は、起磁力が一定の条件の下では、巻線の平均の長さＬ₀に比例し、電磁コイル５３の断面積Ｓ₀に反比例する。

したがって、本実施形態の電磁コイル５３では、ギャップ５２ａ付近の部分が光軸ｃ寄りに突出した凸状に形成されることで、巻き線Ｌ₀が減少するとともに断面積Ｓ₀が増加することにより、電磁コイル５３の発熱量を抑制できる。

１Ａ、１Ｂ、４、５０、８４、１２１…電磁レンズ、２、８２…ポールピース、２ａ、８２ａ…ギャップ、２ｂ、５２ｂ、８２ｂ…内周壁、２ｃ、５２ｃ、８２ｃ…上端壁、２ｄ、５２ｄ、８２ｄ…下端壁、２ｅ、５２ｅ、８２ｅ…外周壁、２ｇ…冷媒流路、３、５０、８３…電磁コイル、６ａ…導入口、６ｂ…排出口、１０…電子ビームコラム、１１…コラムセル、１２…ウエハ、１３…ウエハステージ、１４…筐体、１５、１６…保持板、２０…制御部、２１…電子銃高圧電源、２２…レンズ電源、２３…デジタル制御部、２４…ステージ駆動コントローラ、２５…ステージ位置センサ、２６…統合制御系、３１…コラムセル制御部、８０…像面、１００…露光部、１０１…電子銃、１０２、１０５、１０８、１１１、１１４、１１６、１２１…電磁レンズ、１０３…ビーム成形用マスク、１０３ａ…矩形アパーチャ、１０４、１０６、１１２、１１３、１１９、１２０…偏向器、１１０…露光用マスク（ステンシルマスク）、１０７、１０９、１１７、１１８…補正用コイル、１１５ａ…アパーチャ、１２３…マスクステージ、１３０…電子ビーム生成部、１４０…マスク偏向部、１５０…基板偏向部、２０２…電子銃制御部、２０３…電子光学系制御部、２０４…マスク偏向制御部、２０５…マスクステージ制御部、２０６…ブランキング制御部、２０７…基板偏向制御部。

Claims (10)

1. 電子ビームの光軸に対して回転対称に巻かれた電磁コイルと、
   前記電磁コイルの内周側を覆う内周壁と、前記電子ビームの入射側で前記電磁コイルを覆う上端壁と、前記電子ビームの出射側で前記電磁コイルを覆う下端壁と、前記電磁コイルの外周側を覆う外周壁と、前記内周壁、下端壁及び上端壁の少なくとも一部分を前記光軸に対して回転対称に切り欠いたギャップと、を有するポールピースとを備え、
   前記内周壁の厚さは、前記ギャップに近い部分が最も薄く、前記ギャップからの距離の増加に伴って徐々に厚くなると共に、
   前記電磁コイルの半径方向の幅は、前記ギャップに近くなるほど増加すること
   を特徴とする電磁レンズ。
2. 前記内周壁の最も厚い部分の厚さは、前記外周壁の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の電磁レンズ。
3. 前記ギャップは前記内周壁、下端壁及び上端壁の少なくとも一部に形成されており、前記内周壁の前記光軸側の面が光軸に平行であり、且つ前記内周壁の前記電磁コイル側の面が前記ギャップにかけて前記光軸側に近づくように傾斜していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁レンズ。
4. 前記電磁コイルは前記光軸に平行な面で切断した断面が台形状となっていることを特徴とする請求項３に記載の電磁レンズ。
5. 前記ギャップが形成された前記内周壁及び下端壁の少なくとも一部分が、前記電子ビームを結像させる試料の表面に対向させて配置されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電磁レンズ。
6. 前記ギャップは前記内周壁の中央に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電磁レンズ。
7. 前記ポールピースと前記電磁コイルとの隙間が冷媒の流路となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電磁レンズ。
8. 前記ポールピースのギャップは、非磁性材料よりなる封止部材によって封止されていることを特徴とする請求項７に記載の電磁レンズ。
9. 電子ビームの光軸に対して回転対称に巻かれた電磁コイルと、前記電磁コイルの内周側を覆う内周壁と、前記電子ビームの入射側で前記電磁コイルを覆う上端壁と、前記電子ビームの出射側で前記電磁コイルを覆う下端壁と、前記電磁コイルの外周側を覆う外周壁と、前記内周壁、下端壁及び上端壁の少なくとも一部分を前記光軸に対して回転対称に切り欠いたギャップと、を有するポールピースとを備え、前記内周壁の厚さは、前記ギャップに近い部分が最も薄く、前記ギャップからの距離の増加に伴って徐々に厚くなると共に、前記電磁コイルの半径方向の幅は、前記ギャップに近くなるほど増加する電磁レンズを備えた電子ビーム露光装置。
10. さらに、電子ビームを放出する複数の電子銃を有し、前記電磁レンズを前記各電子ビームの光軸上に複数備えてなる請求項９に記載の電子ビーム露光装置。

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