JP5363480B2 - マルチコラム電子ビーム露光装置及び磁場発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチコラム電子ビーム露光装置及び磁場発生装置に関し、特に、狭い空間に強磁場を発生させて各コラムセルの間隔を小さくすることを可能にするマルチコラム電子ビーム露光装置及び磁場発生装置に関する。

電子ビーム露光装置では、スループットの向上を図るために、ステンシルマスクに可変矩形開口又は複数のステンシルマスクパターン（キャラクタープロジェクション（ＣＰ））を用意し、ビーム偏向によりそれらを選択してウエハに転写露光している。

このような露光装置として、例えば特許文献１には部分一括露光をする電子ビーム露光装置が開示されている。部分一括露光では、マスク上に配置した複数個、例えば１００個のステンシルパターンからビーム偏向により選択した一つのパターン領域、例えば２０×２０μｍの領域にビームを照射し、ビーム断面をステンシルパターンの形状に成形し、さらにマスクを通過したビームを後段の偏向器で偏向振り戻し、電子光学系で決まる一定の縮小率、例えば１／１０に縮小し、試料面に転写する。露光するデバイスパターンに応じてマスク上のステンシルパターンを適切に用意すれば、可変矩形開口だけの場合より、必要な露光ショット数が大幅に減少し、スループットが向上する。

さらに、このようなコラム一つ一つの大きさを小さくしたもの（以下、コラムセルと呼ぶ）を複数個集め、ウエハ上に並べて並列して露光処理するマルチコラム電子ビーム露光装置が提案されている。各コラムセルはシングルコラムの電子ビーム露光装置のコラムと同等であるが、マルチコラム全体では並列して処理するため、コラム数倍の露光スループットの増加が可能である。

このような多数のコラムセルを用いる場合には次のような制限が存在する。マルチコラムで使用するキャラクタープロジェクションマスクのサイズは製作上１５０ｍｍ□以下のサイズに制限される。また、ＣＰマスクやウエハの取り扱いや保管を考慮すると３００ｍｍ□等の大きなサイズは受け入れられない。そのため、１５０ｍｍ□以下の範囲内に多数のコラムセルを並べる必要がある。この場合、各コラム間のピッチは１５０ｍｍの整数分の１となり、５０ｍｍ、３０ｍｍ、２５ｍｍ等になる。これに伴い、電子ビームを収束させるための電磁レンズに使用するコイルも小さくする必要がある。しかし、コイルを小さくするために線の径を細くするなどすると発熱量が大きくなりコイルが破損するおそれもある。
特開２００４−８８０７１号公報

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、狭い空間に強磁場を発生させて各コラムセルの間隔を小さくすることのできるマルチコラム電子ビーム露光装置及び磁場発生装置を提供することを目的とする。

上記した課題は、複数のコラムセルを備えるマルチコラム電子ビーム露光装置であって、光軸方向に着磁された光軸対称な２個の環状永久磁石と前記永久磁石の近傍に配置されて前記永久磁石による磁場を調整する電磁コイルとが強磁性体枠によって取り囲まれた電子ビーム収束部と、前記各コラムセルで使用される電子ビームが通過する円型開口部が設けられ、当該各円型開口部の側部に前記電子ビーム収束部が配置された基板と、を備え、前記環状永久磁石は前記電磁コイルを挟んで光軸方向に上下２個配置され、極性の方向が同一であることを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置により解決する。

また、この形態に係るマルチコラム電子ビーム露光装置において、前記環状永久磁石はネオジウム磁石又はサマリウムコバルト磁石であり、前記強磁性体枠は純鉄で形成されているようにしてもよく、前記永久磁石の磁場強度は所要の磁場強度よりも５％低い強度から５％高い強度の範囲であるようにしてもよい。

本発明のマルチコラム電子ビーム露光装置では、各コラムセルの電子ビームを収束させるための磁場の生成に永久磁石を使用している。電子ビームを集束させるために十分な磁場強度を有する永久磁石として、例えばネオジウム磁石が用いられる。このように永久磁石を使用するために磁場発生部を小型化することが可能になり、各コラムセル間の間隔を、例えば２５ｍｍ以下に小さくすることが可能になる。これにより、１５０ｍｍ□以下の範囲内に多数のコラムセルを用いることが可能となり、スループットの向上を図ることが可能となる。

また、永久磁石は純鉄などの強磁性体で形成された枠によって囲まれるように構成している。これにより、隣接する他のコラムセルのレンズ磁場に影響を与えることを防止することが可能になる。よって、各コラムセルにおける露光の精度を保つことが可能となる。

また、永久磁石の磁場強度は一定であるため焦点調整のために磁場強度の微調整をすることはできない。そのため、永久磁石の近傍に電磁コイルが設けられ、電磁コイルによる磁場を干渉させることによって永久磁石による磁場強度を調整するようにしている。

また、上記した課題は、半径方向に直角な方向に着磁され、上下に配置された２個の環状永久磁石と、前記永久磁石の近傍に配置されて前記環状永久磁石による磁場を調整する電磁コイルと、前記環状永久磁石及び前記電磁コイルを取り囲む強磁性体枠と、を備え、前記環状永久磁石の間に前記電磁コイルが配置され、前記環状永久磁石の極性の方向は同一であることを特徴とする磁場発生装置により解決する。

この形態に係る磁場発生装置において、前記環状永久磁石はネオジウム磁石又はサマリウムコバルト磁石であり、前記強磁性体枠は純鉄で形成されるようにしてもよく、前記永久磁石の磁場強度は所要の磁場強度よりも５％低い強度から５％高い強度の範囲であるようにしてもよい。

本発明の磁場発生装置では、ネオジウム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類永久磁石を使用して磁場を発生するようにしている。この永久磁石は半径方向に直角な方向に着磁された環状永久磁石であり、２個の環状永久磁石を使用して磁場を発生させている。特に、磁化の向きを対向して配置することにより磁場強度を高くすることができ、狭い空間に強磁場を発生させることが可能となる。

また、永久磁石は純鉄などの強磁性体で形成された枠によって囲まれるように構成している。これにより、発生させた磁場の外部への漏えいを防止することができる。また、永久磁石の近傍に電磁コイルが設けられており、電磁コイルによる磁場によって永久磁石による磁場強度を調整することが可能となる。

図１は、本発明に係るマルチコラム電子ビーム露光装置の構成図である。 図２は、図１に係る露光装置における１つのコラムセルの構成図である。 図３は、図１に係る露光装置のコラムセル制御部の模式図である。 図４は、マルチコラム電子ビーム露光装置の電子ビーム収束部の部分を模式的に示した図である。 図５は、マルチコラム電子ビーム露光装置の電磁レンズについての問題点を示す図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、一段の電子ビーム収束部の概要を模式的に示した図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部を模式的に示した図（その１）である。 図８（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部を模式的に示した図（その２）である。 図９（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部を模式的に示した図（その３）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（電子ビーム露光装置の構成）
図１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。すべてのコラムセル１１は後述する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３００ｍｍ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１１の電磁レンズを駆動させるための電源を供給する。デジタル制御部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、ハイスピードの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等の統合制御系２６によって統合的に制御される。

上述したマルチコラム電子ビーム露光装置では、すべてのコラムセル１１は同じコラムユニットで構成されている。

図２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を透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に成形される。

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、その断面形状がパターンＰの形状に成形される。

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（ビーム偏向領域）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をビーム偏向領域内に移動させる。

露光マスク１１０の上下に配された第３、第４電磁レンズ１０８、１１１は、それらの電流量を調節することにより、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ことになる。

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等を制御する。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への電流量等を制御して、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等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング電極１２７への印加電圧を制御することにより、露光開始前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、基板の所定の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等の統合制御系２６によって統合的に制御される。

図３は、マルチコラム型電子ビーム露光装置におけるコラムセル制御部３１の模式図である。コラムセル制御部３１はコラムセル１１のそれぞれが有している。各コラムセル制御部３１はマルチコラム型電子ビーム露光装置の全体を制御する統合制御系２６とバス３４で接続される。また、統合記憶部３３には、露光データ等すべてのコラムセルで必要となるデータが格納されている。統合記憶部３３も統合制御系２６とバス３４で接続されている。

このように構成されたマルチコラム型電子ビーム露光装置において、ウエハステージ１３に載置したウエハ１２上に露光するパターンの露光データを統合記憶部３３から各コラムセル制御部３１のコラムセル記憶部３５に転送する。転送された露光データは、各コラムセル制御部３１の補正部３６において補正され、露光データ変換部３７で実際に露光処理に必要なデータに変換されて、各コラムセル１１に割り当てられたウエハ１２上の露光領域で同一のパターンが露光される。

（電子ビーム収束部の構成）
次に、マルチコラム電子ビーム露光装置のレンズ（電子ビーム収束部）について説明する。

電子ビーム露光装置では、電子光学系を用いて基板上に投影される像の倍率や回転、像の焦点位置などを調整しており、電磁レンズではコイルに流す電流を変化させることによって磁場を変えて、像の焦点位置、回転、倍率を所望の値になるように調整している。

図４は、マルチコラム電子ビーム露光装置の電子ビーム収束部の部分を模式的に示した図である。図４は４つのコラムセルを有した装置を示しており、電子銃４３ａ〜４３ｄにより照射される電子ビームＥＢ１〜ＥＢ４によって一つの試料１２を露光する。また、この装置は４段の電子ビーム収束部４１ａ〜４１ｄを備えている。電子ビーム収束部４１ａは電子ビームが通過するための開口４４ａ〜４４ｄが設けられている基板を備え、各開口部には、電子ビームＥＢ１〜ＥＢ４を収束させるための磁場を発生する永久磁石を主とした電子ビーム収束部４５ａ〜４５ｄが設けられている。

図５は、マルチコラム電子ビーム露光装置の電磁レンズについての問題点を示す図である。図５は、装置のコラムセル全体に共通するコイル５２だけで各コラムセルの電磁レンズを構成した場合の電子ビームの焦点を示している。この図５に示すように、同じ条件で電子ビームを照射したとき、中央のコラムセルにおける電子ビーム５４ｂに対する電磁レンズの焦点距離に比較して両側のコラムセルにおける電子ビーム５４ａ、５４ｃに対する電磁レンズの焦点距離が短くなるように、コラムセルによって焦点距離が異なることがシミュレーションにより明らかとなった。

この要因は、コイルが共通して巻かれていること、及び、並行平板の磁極の間では、マルチコラムセル磁場の磁極が不均一になることが考えられる。これに対し、コイルを各コラムセルで独立にすることによりコラムセル毎の電磁レンズの焦点距離を同一にすることが可能であるが、コイルを使用するため装置全体のサイズを大きくしなければならない。

そこで、共通のコイルを使用することなく、各コラムセルで磁場を制御するとともに、装置全体のサイズをコンパクトにするために、永久磁石を使用することに着目した。

図６は、永久磁石を用いた一段の電子ビーム収束部の概要を模式的に示した図である。図６（ａ）は、電子ビーム収束部の光軸Ｃ１〜Ｃ４に平行な断面図であり、図６（ｂ）は電子ビーム収束部の平面図である。

図６に示すように、マルチコラム電子ビーム露光装置の電子ビーム収束部は、電子ビームＥＢ１〜ＥＢ４が通過するための開口（円型孔）６３ａ〜６３ｄが設けられている基板６１を備え、各開口部６３ａ〜６３ｄの側部６４ａ〜６４ｄには、電子ビームＥＢ１〜ＥＢ４を収束させるための磁場を発生する永久磁石及び補正用電磁コイルが設けられている。また、それぞれの永久磁石及び補正用電磁コイルを取り囲むように強磁性体枠６５ａ〜６５ｄが設けられている。

このような基板６１は、電子ビームを集束させるレンズを構成する箇所に配置される。各開口部の側部に配置された永久磁石は、光軸方向に着磁された光軸対称な環状永久磁石を使用し、永久磁石の近傍には、永久磁石による磁場を調整する電磁コイルが配置されている。

以下に、電子ビーム収束部の構成について、図７〜図９を用いて詳細に説明する。

（電子ビーム収束部の構成例１）
図７（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部７０の光軸Ｃを通り光軸Ｃに平行な断面図を示しており、図７（ａ）には磁力線によって磁場が示され、図７（ｂ）には磁場の強さが示されている。

図７に示すように、電子ビーム収束部７０は、純鉄等で形成された強磁性体枠７１と強磁性体枠７１で囲まれた永久磁石ＰＡ，ＰＢ及び電磁コイルＥＣ１，ＥＣ２で構成されている。永久磁石ＰＡ，ＰＢはリング状（環状）に形成され、Ｚ軸（光軸Ｃ）方向に着磁させたものを２個使用している。この２個の永久磁石ＰＡ，ＰＢの極性を対向させて上下に配置している。２個の永久磁石間ＰＡ，ＰＢの間隔は極力狭くするように配置し、各永久磁石ＰＡ，ＰＢと強磁性体枠７１との間（Ｚ軸方向と直角方向）にギャップが設けられている。このギャップ部分には、電磁コイルＥＣ１，ＥＣ２を配置している。電磁コイルＥＣ１と電磁コイルＥＣ２は、互いに逆巻きとなるようにコイルが巻かれている。

永久磁石ＰＡ，ＰＢは、例えばネオジウム磁石（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）やサマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ５，Ｓｍ２Ｃｏ１７）のような希土類磁石を使用する。希土類磁石は、最大エネルギー積が高く、フェライト磁石やアルニコ磁石に比べて小さい寸法の形状で大きな磁力を取り出すことが可能である。特に、ネオジウム磁石は鉄及びボロンを主成分とする焼結品であり、残留磁束密度及び保磁力が大きくて磁気エネルギーが高いとともに、機械的強度も強く、小型化が可能である。

このように構成された電子ビーム収束部７０では、図７（ａ）に示すように、２つの永久磁石ＰＡ，ＰＢのうち上側の永久磁石ＰＡのＮ極から上側のＳ極に向う磁場７３ａ、及び、下側の永久磁石ＰＢのＮ極から下側のＳ極に向う磁場７４ａが発生する。また、図７（ａ）の破線７３ｂ、７４ｂは電磁コイルＥＣ１，ＥＣ２に電流を供給することによって発生する磁場を示している。図７（ａ）に示すように、電磁コイルＥＣ１による磁場７３ｂは永久磁石ＰＡによる磁場７３ａと干渉する位置に発生し、電磁コイルＥＣ２による磁場７４ｂは永久磁石ＰＢによる磁場７４ａと干渉する位置に発生する。

図７（ｂ）の光軸Ｃに沿った実線７５ａは、永久磁石ＰＡ及びＰＢによって光軸Ｃに沿って形成される磁場７３ａ，７４ａの強度を示している。永久磁石ＰＡによって発生する磁場の方向をプラス方向としたときの磁場の強さを示している。図７（ｂ）に示すように、永久磁石ＰＡによる磁場は光軸Ｃ方向の中心部が最大強度となり、永久磁石ＰＢによる磁場は光軸Ｃ方向の中心部がマイナスの最大強度となる。

永久磁石ＰＡ，ＰＢは、レンズとして要求される磁場強度になるように調整して着磁される。しかし、着磁後の永久磁石では磁場の強さが一定であり焦点を調整することができないため、要求される磁場強度の過不足分を電磁コイルによって調整する。電磁コイルによって調整する磁場強度は、永久磁石による磁場強度を５％強くするか弱くする程度の強度である。従って、この用途のための電磁コイルとしては、１００ＡＴ程度で十分であり、サイズを大きくする必要はない。そのため、図７（ａ）、（ｂ）のギャップの位置に配置することができる。図７（ｂ）の光軸Ｃに沿った破線７５ｂは、電磁コイルＥＣ１，ＥＣ２による磁場の強さを示している。この電磁コイルＥＣ１，ＥＣ２に供給する電流の大きさを調整することにより、永久磁石ＰＡ，ＰＢによる磁場の強さを補正して、所要の磁場強度に調整することができる。

なお、図７のように永久磁石ＰＡ，ＰＢを配置した場合、ネオジウム磁石の着磁量を１００００Ｇとしたとき、光軸上で１０００Ｇの磁場が形成され、焦点距離が３０ｍｍのレンズを構成できることをシミュレーションにより確認している。

（電子ビーム収束部の構成例２）
図８は、電子ビーム収束部の他の構成例を示している。図８（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部８０の光軸Ｃを通り光軸Ｃに平行な断面図を示しており、図８（ａ）には磁力線によって磁場が示され、図８（ｂ）には磁場の強さが示されている。

図８に示した電子ビーム収束部８０は、図７に示した電子ビーム収束部７０と同様に永久磁石を２個使用しているが、その配置が異なる。

リング状（環状）に形成された永久磁石ＰＣ，ＰＤは、Ｚ軸（光軸Ｃ）方向に着磁させており、この２個の永久磁石ＰＣ，ＰＤの極性は同一方向に配置され、その間にギャップが設けられている。永久磁石ＰＣ，ＰＤは強磁性体枠８１で囲まれており、永久磁石ＰＣ，ＰＤと強磁性体枠８１の半径方向の間（光軸Ｃ方向と直角方向）にもギャップが設けられている。このギャップ部分に、電磁コイルＥＣ３を配置している。また、永久磁石ＰＣと永久磁石ＰＤが対向する側にはそれぞれ継鉄８５が設けられている。

永久磁石ＰＣ，ＰＤは図７に示した永久磁石ＰＡ，ＰＢと同様に、ネオジウム磁石やサマリウムコバルト磁石のような希土類磁石を使用する。

このように構成された電子ビーム収束部８０では、図８（ａ）に示すように、２つの永久磁石ＰＣ，ＰＤのうち、下側の永久磁石ＰＤのＮ極から上側の永久磁石ＰＣのＳ極に向う磁場８３ａが発生する。また、図８（ａ）の破線は電磁コイルＥＣ３に電流を供給することによって発生する磁場８３ｂを示している。図８（ａ）に示すように、電磁コイルＥＣ３による磁場８３ｂは永久磁石ＰＣ及びＰＤによる磁場８３ａと干渉する位置に発生する。

図８（ｂ）の光軸Ｃに沿った実線８４ａは、永久磁石ＰＣ及びＰＤによって光軸Ｃに沿って形成される磁場８３ａの強度を示している。図８（ｂ）に示すように、永久磁石ＰＣと永久磁石ＰＤとの間のギャップ部の中心部が最大強度となる。

永久磁石ＰＣ及びＰＤは、レンズとして要求される磁場強度になるように調整して着磁される。しかし、着磁後の永久磁石は磁場の強さが一定であり焦点を調整することができないため、要求される磁場強度の過不足分を電磁コイルによって調整する。この用途のための電磁コイルとしては、１００ＡＴ程度で十分であり、サイズを大きくする必要はない。そのため、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、強磁性体枠８１と永久磁石ＰＣ，ＰＤとの間のギャップの位置に配置することができる。図８（ｂ）の光軸Ｃに沿った破線８４ｂは、電磁コイルＥＣ３による磁場の強さを示している。この電磁コイルＥＣ３に供給する電流の大きさを調整することにより、永久磁石ＰＣ，ＰＤによる磁場の強さを補正して、所要の磁場強度に調整することができる。

なお、図８のように永久磁石ＰＣ，ＰＤを配置した場合、ネオジウム磁石の着磁量を１００００Ｇとしたとき、光軸上で５００Ｇの磁場が形成されることをシミュレーションにより確認している。この構成の場合、図７に示した構成の電子ビーム収束部７０よりも磁場強度が低いが、対物レンズ以外で電子ビームを収束させるには十分である。

また、図８では、補正用の電磁コイルＥＣ３を強磁性体枠８１と永久磁石ＰＣ，ＰＤの間に配置して、電磁コイルＥＣ３が永久磁石ＰＣ，ＰＤを取り囲むようにしているが、その配置を逆にするようにしてもよい。すなわち、永久磁石ＰＣ，ＰＤの内側に補正用の電磁コイルＥＣ３を設けるようにしてもよい。このような構成であっても、永久磁石ＰＣ及びＰＤによる磁場に対して補正用の電磁コイルＥＣ３による磁場を干渉させるようにすることができ、所要の磁場に調整することが可能となる。

（電子ビーム収束部の構成例３）
図９は、電子ビーム収束部のさらに他の構成例を示している。図９（ａ）及び（ｂ）は、電子ビーム収束部９０の光軸Ｃを通り光軸Ｃに平行な断面図を示しており、図９（ａ）には磁力線によって磁場が示され、図９（ｂ）には磁場の強さが示されている。

図９に示した電子ビーム収束部９０は、図８に示した電子ビーム収束部８０と同様に２個の永久磁石と補正用の電磁コイルを使用しているが、補正用の電磁コイルの配置が異なる。

リング状（環状）に形成された永久磁石ＰＣ，ＰＤは、Ｚ軸（光軸Ｃ）方向に着磁させており、この２個の永久磁石ＰＣ，ＰＤの極性は同一方向に配置され、その間にギャップが設けられている。このギャップ部分には、電磁コイルＥＣ４を配置している。永久磁石ＰＣ，ＰＤは図８に示した永久磁石と同様に、ネオジウム磁石やサマリウムコバルト磁石のような希土類磁石を使用する。また、永久磁石ＰＣと永久磁石ＰＤが対向する側にはそれぞれ継鉄９５が設けられている。

このように構成された電子ビーム収束部９０では、図９（ａ）に示すように、２つの永久磁石ＰＣ，ＰＤのうち、下側の永久磁石ＰＤのＮ極から上側の永久磁石ＰＣのＳ極に向う磁場９３ａが発生する。また、図９（ａ）の破線は電磁コイルＥＣ４に電流を供給することによって発生する磁場９３ｂを示している。図９（ａ）に示すように、電磁コイルＥＣ４による磁場９３ｂは永久磁石ＰＣ及びＰＤによる磁場９３ａと干渉する位置に発生する。

図９（ｂ）の光軸Ｃに沿った実線９４ａは、永久磁石ＰＣ及びＰＤによって発生する光軸Ｃに沿って形成される磁場９３ａの強度を示している。図９（ｂ）に示すように、永久磁石ＰＣと永久磁石ＰＤとの間のギャップ部の中心部が最大強度となる。図９（ｂ）の光軸Ｃに沿った破線９４ｂは、電磁コイルＥＣ４による磁場の強さを示している。この電磁コイルＥＣ４に供給する電流の大きさを調整することにより、永久磁石ＰＣ，ＰＤによる磁場の強さを補正して、所要の磁場強度に調整することができる。

なお、図９のように永久磁石ＰＣ，ＰＤを配置した場合、ネオジウム磁石の着磁量を１００００Ｇとしたとき、光軸上で５００Ｇの磁場が形成されることをシミュレーションにより確認している。この構成の場合、図７に示した構成の電子ビーム収束部７０よりも磁場強度が低いが、対物レンズ以外で電子ビームを収束させるには十分である。

上述した電子ビーム収束部は、マルチコラム電子ビーム露光装置が有する各レンズに設置される。そこで使用される補正用コイルの調整は、電子ビーム照射のシミュレーションを行い、各コラムの電子ビームが各光軸上で収束するように、補正コイルに印加する電流を決定することによって行う。

なお、電子ビームが試料に照射される直前の対物レンズに、図７で示したような電子ビーム収束部（同じ極性を対向させた永久磁石の構成）を使用し、他のレンズは図８や図９で示したような電子ビーム収束部（２つの永久磁石の極性を同じ向きに配置し、その間にギャップを持たせた構成）を使用するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態のマルチコラム電子ビーム露光装置では、各コラムセルの電子ビームを収束させるための磁場の生成に永久磁石を使用している。電子ビームを集束させるために十分な磁場強度を有する永久磁石として、例えばネオジウム磁石が用いられる。このように永久磁石を使用するために磁場発生部を小型化することが可能になり、各コラムセル間の間隔を、例えば２５ｍｍ以下に小さくすることが可能になる。これにより、１５０ｍｍ□以下の範囲内に多数のコラムセルを用いることが可能となり、スループットの向上を図ることが可能となる。

また、永久磁石は純鉄などの強磁性体で形成された枠によって囲まれるように構成している。これにより、隣接する他のコラムセルのレンズ磁場に影響を与えることを防止することが可能になる。よって、各コラムセルにおける露光の精度を保つことが可能となる。
また、永久磁石の磁場強度は一定であるため焦点調整のために磁場強度の微調整をすることはできない。そのため、永久磁石の近傍に電磁コイルが設けられ、電磁コイルによる磁場を干渉させることによって永久磁石による磁場強度を調整するようにしている。

なお、図７〜図９を用いて説明した電子ビーム収束部は、磁場発生装置として単独で使用することも可能である。すなわち、マルチコラム電子ビーム露光装置に限らず、シングルコラム電子ビーム露光装置の電子ビーム収束部に適用することも可能である。

このような磁場発生装置では、ネオジウム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類永久磁石を使用して磁場を発生するようにしている。この永久磁石は半径方向に直角な方向に着磁された環状永久磁石であり、２個の環状永久磁石を使用して磁場を発生させている。特に、磁化の向きを対向して配置することにより磁場強度を高くすることができ、狭い空間に強磁場を発生させることが可能となる。

また、永久磁石は純鉄などの強磁性体で形成された枠によって囲まれるように構成している。これにより、発生させた磁場の外部への漏えいを防止することができる。また、永久磁石の近傍に電磁コイルが設けられており、電磁コイルによる磁場によって永久磁石による磁場強度を調整することが可能となる。

Claims (6)

1. 複数のコラムセルを備えるマルチコラム電子ビーム露光装置であって、
   光軸方向に着磁された光軸対称な２個の環状永久磁石と前記永久磁石の近傍に配置されて前記永久磁石による磁場を調整する電磁コイルとが強磁性体枠によって取り囲まれた電子ビーム収束部と、
   前記各コラムセルで使用される電子ビームが通過する円型開口部が設けられ、当該各円型開口部の側部に前記電子ビーム収束部が配置された基板と、
   を備え、
   前記環状永久磁石は前記電磁コイルを挟んで光軸方向に上下２個配置され、極性の方向が同一であることを特徴とするマルチコラム電子ビーム露光装置。
2. 前記環状永久磁石はネオジウム磁石又はサマリウムコバルト磁石であり、前記強磁性体枠は純鉄で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
3. 前記永久磁石の磁場強度は所要の磁場強度よりも５％低い強度から５％高い強度の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコラム電子ビーム露光装置。
4. 半径方向に直角な方向に着磁され、上下に配置された２個の環状永久磁石と、
   前記永久磁石の近傍に配置されて前記環状永久磁石による磁場を調整する電磁コイルと、
   前記環状永久磁石及び前記電磁コイルを取り囲む強磁性体枠と、
   を備え、
   前記環状永久磁石の間に前記電磁コイルが配置され、前記環状永久磁石の極性の方向は同一であることを特徴とする磁場発生装置。
5. 前記環状永久磁石はネオジウム磁石又はサマリウムコバルト磁石であり、前記強磁性体枠は純鉄で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の磁場発生装置。
6. 前記永久磁石の磁場強度は所要の磁場強度よりも５％低い強度から５％高い強度の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の磁場発生装置。

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