專利名稱：電子透鏡和電子束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束裝置，諸如在繪制半導(dǎo)體(LSI)制造工藝中線路圖案的平版印刷領(lǐng)域中所使用的電子束繪圖技術(shù)中的電子透鏡、多光柱式電子束繪圖裝置或者電子束檢查裝置。
背景技術(shù)：
迄今為止，半導(dǎo)體平版印刷技術(shù)通過基于光的照相制版已對(duì)微型化、高集成度和成本降低作出貢獻(xiàn)?；陔S著光的波長(zhǎng)變短分辨率得到提高的原理，光波長(zhǎng)隨著微型化的進(jìn)程而變得越來(lái)越短，并且從g線(436nm的波長(zhǎng))變?yōu)閕線(365nm的波長(zhǎng))，并且目前，使用具有193nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光。已經(jīng)繼續(xù)更積極地研發(fā)使用具有13. 5nm波長(zhǎng)的更短波長(zhǎng)的超短紫外線(EUV)的平版印刷技術(shù)。
然而，在基于光的照相制版中，毫無(wú)例外地需要相當(dāng)于底片的蒙片。隨著半導(dǎo)體微型化的發(fā)展，蒙片開發(fā)的成本不斷增長(zhǎng)，達(dá)到每個(gè)類型的LSI多到數(shù)百萬(wàn)日元。同時(shí)，電子束繪圖裝置由于其具有圖案生成功能的特點(diǎn)而已經(jīng)被用于蒙片的開發(fā)中。然而，隨著光平版印刷技術(shù)的發(fā)展，由于在一定程度光波長(zhǎng)以下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)印的超分辨技術(shù)的引進(jìn)以及伴隨高集成度產(chǎn)生的蒙片數(shù)據(jù)量的增加，使得處理時(shí)間也增加。其結(jié)果是，繪制蒙片的處理時(shí)間需要每層蒙片數(shù)十個(gè)小時(shí)。
如此，為了通過減少繪制蒙片的處理時(shí)間而降低蒙片的成本上漲并且實(shí)現(xiàn)無(wú)需昂貴的蒙片由電子束繪圖裝置直接繪圖的目的，已經(jīng)提出了采用多個(gè)電子束的多束型裝置， 以便提高電子束繪圖裝置每單位時(shí)間的處理能力。已經(jīng)有要達(dá)到比當(dāng)前處理能力多數(shù)十倍的處理能力的需要。
基本上有兩種產(chǎn)生多個(gè)電子束的方法。第一種方法是分割成形類型，其中僅使用單個(gè)電子槍并且使從電子槍輸出的電子穿過具有數(shù)個(gè)孔 的結(jié)構(gòu)(分光器)，由此將它們成形為多個(gè)電子束，而第二種方法是多電子槍類型，其中為實(shí)施曝光處理的每個(gè)電子束設(shè)置一電子槍。
在電子束分割和成形繪圖方法中，因?yàn)榉止馄髦械拈g隔是微米級(jí)的，所以無(wú)法控制進(jìn)入各個(gè)孔的電子束的強(qiáng)度以使它們均勻并且為各個(gè)被分割的電子束實(shí)施軸的調(diào)整和偏轉(zhuǎn)位置的確定，所以，采用如下的方案其中為多個(gè)電子束采用單個(gè)的電子光學(xué)透鏡鏡筒 (光柱)并且僅單獨(dú)控制電子束的開關(guān)以獲得繪制的圖案。然而，此方案具有的缺點(diǎn)在于不能夠用繪圖所要求的精度來(lái)調(diào)整所分割的單獨(dú)光束的強(qiáng)度，所以，無(wú)法以高的精度來(lái)實(shí)施繪圖。
此外，因?yàn)閱蝹€(gè)光柱中的光束的電子具有相同的負(fù)電荷，所以如果總電子量較大， 則由于庫(kù)侖斥力會(huì)發(fā)生電子排斥現(xiàn)象，并且光束散焦變得明顯。所以，必須將可用電子的量限制到例如數(shù)微安培。作為一種用于克服每電子束的處理能力的限制的技術(shù)，多束技術(shù)已經(jīng)備受矚目。
同時(shí)，在多電子槍類型中，因?yàn)殡娮訕尩某叽鐬橐焕迕椎絻衫迕?，并且因?yàn)闉楦鱾€(gè)電子束獨(dú)立地設(shè)置多個(gè)電子光學(xué)透鏡鏡筒(稱為光柱)，所以此類型被稱為多光柱系統(tǒng)并且具有由一捆數(shù)十個(gè)單個(gè)元件光柱組成的結(jié)構(gòu)。
在多光柱系統(tǒng)中，因?yàn)榭赡軉为?dú)地控制影響繪圖精度的參數(shù)，諸如光束的強(qiáng)度、輻射角度以及電流密度，所以容易精確地實(shí)施繪圖。由于存在多個(gè)獨(dú)立的光柱，所以即使響應(yīng)于由于庫(kù)侖斥力造成的光束散焦而將電子束的總量限制在數(shù)微安培，也可以使用大于或等于共計(jì)數(shù)十微安培的電子束來(lái)實(shí)施曝光，并且也可以顯著地提高處理能力并且每小時(shí)曝光數(shù)十個(gè)硅晶片。
采用單個(gè)光柱的常規(guī)電子束繪圖裝置具有每小時(shí)O.1張到O. 2張的處理能力。為了通過并行布置多個(gè)光柱的多光柱系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)每小時(shí)10張到20張的處理能力，必須在 300mm晶片中布置大約100個(gè)光柱。在這種情況下，必須將光柱布置成長(zhǎng)方形或正方形的格子坐標(biāo)。例如，如果單個(gè)單元為25mm的方格，則必須在300mm的圓形中布置132或者120 個(gè)光柱。所需要的多個(gè)光柱的數(shù)目是基于對(duì)處理能力的要求。
為了以大約25mm的間距放置光柱，單個(gè)光柱的厚度最大必須小于或等于25mm。這意味著電子透鏡必須具有最大小于或等于大約23mm的直徑。
有靜電類型的電子透鏡和電磁類型的電子透鏡。很容易制造具有小于或等于23_ 的直徑的靜電電子透鏡。此外，靜電透鏡適用于多光柱系統(tǒng)，因?yàn)樗型哥R的電位很容易一致。然而，靜電透鏡不適用于構(gòu)造電子束繪圖裝置。這是因?yàn)橛捎陟o電偏轉(zhuǎn)器能夠以高速偏轉(zhuǎn)電子束，所以電子束繪圖裝置經(jīng)常使用靜電偏轉(zhuǎn)器。可用作另一個(gè)偏轉(zhuǎn)器選擇的電磁偏轉(zhuǎn)器在高速繪圖裝置中很少使用，因?yàn)榇似D(zhuǎn)器由于渦電流和電感的問題會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)切換電子束的位置。
在經(jīng)常使用高速靜電偏轉(zhuǎn)器的電子束繪圖裝置中，在靜電偏轉(zhuǎn)器和靜電透鏡之間容易發(fā)生電場(chǎng)干擾，并且往往容易失去透鏡電場(chǎng)的軸對(duì)稱。所以，無(wú)法通過透鏡精確地形成光束。為了避免這點(diǎn)，必須沿著光束軸向?qū)㈧o電偏轉(zhuǎn)器與靜電透鏡分開得足夠遠(yuǎn)。由于這些原因，所以無(wú)法在靜電偏轉(zhuǎn)器與靜電透鏡之間的距離短的繪圖裝置中使用靜電透鏡。如果靜電偏轉(zhuǎn)器與靜電透鏡之間的距離變長(zhǎng)，則光主也變長(zhǎng)并且由于庫(kù)侖斥力而使光束散焦變大，所以，必須將可用電子束的總量的上限限制得較小。所以，電子束繪圖裝置的處理能力變小。如此，無(wú)法在目標(biāo)為晶片繪圖處理高速化的電子束繪圖裝置中使用靜電透鏡。
因?yàn)樯隙沃忻枋龅脑?，為了增?qiáng)處理能力，最主要的是使用電磁透鏡作為電子透鏡。在電子束繪圖裝置中，已經(jīng)使用采用電磁鐵的電磁透鏡。然而，如果在多光柱系統(tǒng)中，光柱的數(shù)目從幾個(gè)增加到數(shù)十個(gè)光柱以上，則由在電磁鐵中流動(dòng)的電流產(chǎn)生大量的焦耳熱，并且產(chǎn)生幾百W到幾千W的龐大電力。這樣的多光柱系統(tǒng)是不切實(shí)際的。
此處，考慮使用永久磁鐵代替電磁鐵。然而，只使用永久磁鐵不足以使得電子透鏡適用于多光柱系統(tǒng)。盡管通?，F(xiàn)在將采用諸如釤鈷磁石和釹的稀土元素的強(qiáng)力永久磁鐵用作永久磁鐵，但是其往往磁化不均勻因此不易于使用在需要均勻的軸對(duì)稱的電子透鏡中。 常規(guī)的公知示例采用例如如專利文獻(xiàn)I和圖5所示的環(huán)形永久磁鐵，其具有較大半徑并且在具有較大圓周的磁極片內(nèi)側(cè)偏離軸而定位。在大部分情況下，在由鐵磁材料制成的磁極片之間的電子透鏡磁極間隙與光束軸非常接近。在這種情況下，可以通過鐵磁體使得永久磁鐵的不均勻平均化，由此形成在磁極片附近具有充分軸對(duì)稱性的透鏡磁場(chǎng)。
然而，對(duì)于采用具有上述形狀的永久磁鐵的電子透鏡，無(wú)法形成適用于多光柱系統(tǒng)的透鏡。適用于多光柱系統(tǒng)的透鏡需要至少具有較大的透鏡空間，其中能夠安裝具有大于或等于數(shù)毫米直徑的靜電偏轉(zhuǎn)器。此外，透鏡必須具有能夠與所聚焦的磁場(chǎng)重疊的靜電偏轉(zhuǎn)場(chǎng)。這是因?yàn)檫@些是用于實(shí)現(xiàn)減少由于庫(kù)侖效應(yīng)造成的光束散焦以及實(shí)現(xiàn)減少聚焦偏轉(zhuǎn)像差的關(guān)鍵條件。
此外，為了在300毫米晶片上布置數(shù)十個(gè)以上的光柱，透鏡必須具有小于或等于 23毫米的外徑。無(wú)法將采用具有上述形狀的永久磁鐵的電子透鏡修改為具有小于或等于 23毫米的外徑。
如此，還沒有適用于多光柱系統(tǒng)的磁場(chǎng)型電磁透鏡。所以，不可能實(shí)現(xiàn)具有數(shù)十個(gè)以上光柱的高分辨率和低能耗的多光柱電子束繪圖裝置。
此外，電子束繪圖裝置經(jīng)常使用可變矩形光束和單元投影(以下簡(jiǎn)稱為CP)。前者偏轉(zhuǎn)第一矩形光孔與第二矩形光孔之間的電子束像，由此按需要改變矩形光束的高度和寬度。后者將在用作LSI圖案的圖案的單元中包括的部分圖案作為CP圖案而在硅蒙片圖案上形成開孔蒙片形式，以選擇性的方式將光束發(fā)射到CP蒙片上的預(yù)定區(qū)域中的矩形部分，并且根據(jù)開孔蒙片實(shí)施光束成型，由此實(shí)施局部總括轉(zhuǎn)印。此外，電子束繪圖裝置還可以采用多光柱、多光束系統(tǒng)，其中通過使用位圖來(lái)確定單個(gè)光柱中的幾百到幾千個(gè)單獨(dú)光束的開/ 關(guān)(0N/0FF )狀態(tài)從而實(shí)施繪圖。
僅使用高斯點(diǎn)束但不采用這些技術(shù)的電子束繪圖裝置即使被形成為多光柱類型的電子束繪圖裝置也不能獲得足夠的繪圖處理能力。所以，為了實(shí)現(xiàn)高速繪圖裝置，最基本的是在采用可變矩形光束、單元投影和多光束的同時(shí)形成多光柱。已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)具有外徑小于或等于23毫米的電磁透鏡的這種電子光學(xué)系統(tǒng)的需求。
專利文獻(xiàn)I公開了采用永久磁鐵的電子透鏡的示例(圖5)。借助此電子透鏡，能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的減少。然而，借助此電子透鏡，即使試圖去布置多個(gè)透鏡用于多光柱布置，也無(wú)法布置許多透鏡，因此無(wú)法建立高產(chǎn)能的多光束型電子束繪圖裝置。此外，無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定性和單獨(dú)光束的焦點(diǎn)和照射的位置穩(wěn)定性。
引文列表
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)IJP 2007-311117A 發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
如上所述，在電子束多光柱中，由于靜電偏轉(zhuǎn)器造成的干涉問題而無(wú)法使用靜電透鏡。盡管能夠使用電磁透鏡，但是如果用于多于數(shù)十個(gè)光柱的所有透鏡均由電磁線圈構(gòu)成，則產(chǎn)生大量的熱量，并且將發(fā)生崩潰。
如長(zhǎng)久以來(lái)所已知的，通過制造采用永久磁鐵的電磁透鏡，可以控制在單個(gè)透鏡中的發(fā)熱量。參考文獻(xiàn)I也示出了采用永久磁鐵的電子透鏡的示例(圖5)。`然而，借助于在光束軸的附近沿一個(gè)方向形成磁場(chǎng)以便使用由鐵磁體材料制成并且具有大外徑和小內(nèi)徑的磁極片來(lái)包裹永久磁鐵的方法，無(wú)法形成具有小于或等于23mm厚度的透鏡，這個(gè)厚度對(duì)于并行布置數(shù)十個(gè)透鏡是必須的，而這個(gè)布置對(duì)于獲得大于每小時(shí)十個(gè)300mm硅晶片的處理能力是必須的。即使可以將外徑制作得更小，也無(wú)法在磁極片內(nèi)側(cè)形成大到足以在透鏡磁場(chǎng)中安裝靜電偏轉(zhuǎn)器的無(wú)磁性空間。
此外，盡管當(dāng)制造采用永久磁鐵的電磁透鏡時(shí)永久磁鐵本身不發(fā)熱，但是也必須安裝校正線圈用于永久磁鐵附近的強(qiáng)度調(diào)整，并且使得電流流過其中以便將永久磁鐵調(diào)整到具有電磁透鏡所必須的強(qiáng)度。
問題的解決方案
本發(fā)明提供了一種電子透鏡，其用在具有用于在Z軸方向上發(fā)射電子束的電子槍的電子束裝置中，所述電子透鏡具有外筒，其由以Z軸作為中心軸的圓筒形鐵磁體構(gòu)成； 圓筒形永久磁鐵，其位于所述外筒的內(nèi)部并且沿Z軸方向磁化；校正線圈，其位于所述圓筒形永久磁鐵的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)，與所述圓筒形永久磁鐵有間隙，并且用于調(diào)整由所述圓筒形永久磁鐵沿Z軸方向產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及冷卻劑通路，其位于所述圓筒形永久磁鐵與所述校正線圈之間的間隙中，用于允許冷卻劑穿經(jīng)其中并且控制在所述圓筒形永久磁鐵中的溫度變化。
還優(yōu)選地，在所述圓筒形永久磁鐵的沿Z軸方向的電子束發(fā)射側(cè)的的端面上安裝使得由所述圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻化的薄鐵磁體環(huán)。
還優(yōu)選地，所述圓筒形永久磁鐵包括位于電子束進(jìn)入側(cè)處的第一圓筒形永久磁鐵和位于電子束發(fā)射側(cè)處的第二圓筒形永久磁鐵，所述第一圓筒形永久磁鐵和所述第二圓筒形永久磁鐵均沿Z軸方向?qū)R；所述第一圓筒形永久磁鐵和所述第二圓筒形永久磁鐵被磁化為在相反方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)；所述第一圓筒形永久磁鐵比所述第二圓筒形永久磁鐵具有更大的內(nèi)徑；并且由所述第二圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的中心磁場(chǎng)與由所述第一圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的中心磁場(chǎng)相重疊。
還優(yōu)選地，所述冷卻劑通路具有位于所述間隙中的圓筒形通路。
還優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電子束裝置具有多個(gè)電子透鏡，所述多個(gè)電子透鏡布置在大致與Z軸正交的平面上并且所述電子束裝置發(fā)射多個(gè)電子束到試樣上。
此外，為了提高處理能力，電子束裝置具有以下特征與電子束的行進(jìn)方向平行設(shè)置多個(gè)徑向薄壁圓筒形磁場(chǎng)型電子透鏡，并且用于將電子束聚焦以成像的至少一段透鏡具有鐵磁體，其由被定位為外圓周的以Z軸作為中心軸的徑向薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成；徑向薄壁圓筒形永久磁鐵，其定位在被定位為外圓周的所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的內(nèi)部，沿徑向被磁化，并且具有小于或等于所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的大約一半的長(zhǎng)度；以及徑向薄壁圓筒形鐵磁體，其位于所述徑向薄壁圓筒形永久磁鐵的內(nèi)部并且具有的長(zhǎng)度大約等于或大于所述薄壁圓筒形永久磁鐵的長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，使用永久磁鐵作為用于產(chǎn)生電子透鏡的主磁場(chǎng)的部件，安裝用于調(diào)整所述永久磁鐵附近的強(qiáng)度的校正線圈以便使得所述強(qiáng)度與所希望的電磁透鏡要求的強(qiáng)度精確地一致，由此使得電流流過，并且將液體填充在包括永久磁鐵的空間中并且使液體在其中循環(huán)，以便減小由于焦耳熱導(dǎo)致的溫度變化以及由溫度變化導(dǎo)致的永久磁鐵的強(qiáng)度變化，由此保持整個(gè)液體的恒定的溫度水平和穩(wěn)定永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
發(fā)明的有益效果
借助本發(fā)明，可以構(gòu)造采用沿軸向磁化的永久磁鐵的電子透鏡并且減小由校正線圈產(chǎn)生的熱量所造成的負(fù)面效應(yīng)。
此外，因?yàn)橛梢噪娮邮S作為中心軸沿徑向被磁化的徑向薄壁圓筒形永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠形成具有低能耗的磁場(chǎng)型電子透鏡并形成具有小于或等于23mm直徑的電子透鏡，所以可以制造每小時(shí)繪制多于十個(gè)300_晶片的高速電子束繪圖裝置。此外，通過使用液體穩(wěn)定由磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整線圈產(chǎn)生的焦耳熱的溫度，可以提供具有穩(wěn)定的永久磁鐵強(qiáng)度和穩(wěn)定的透鏡強(qiáng)度的電子束繪圖裝置。


圖1圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第一實(shí)施例；圖2圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第二實(shí)施例；圖3示出垂直于本發(fā)明電子透鏡的圓筒中心軸的表面(沿著圖1中的A-A’的表面)的剖面；圖4示出采用本發(fā)明的電子透鏡的多光柱電子束繪圖裝置；圖5示出專利文獻(xiàn)IJP 2007-311117A中公開的電子透鏡；圖6圖示出多光柱和晶片；圖7示出電子束繪圖裝置的縱剖面； 圖8示出當(dāng)在多光柱中使用電子透鏡時(shí)的剖面；圖9圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第三實(shí)施例；圖10示出電子透鏡中磁場(chǎng)的狀態(tài)；圖11示出冷卻劑通路的構(gòu)成；圖12圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第四實(shí)施例；圖13圖示出本發(fā)明中所采用的散光像差補(bǔ)償線圈(stig coil)的實(shí)施例；圖14圖示出校正由本發(fā)明中所采用的散光像差補(bǔ)償線圈所產(chǎn)生的光束的剖面；圖15圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第五實(shí)施例；以及圖16圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第五實(shí)施例的變型。附圖標(biāo)記列表101由被定位為外圓周的薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成的繼電器磁鐵102薄壁圓筒形永久磁鐵103由被定位為內(nèi)圓周的薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成的繼電器磁鐵104磁力線105由上部鐵磁體構(gòu)成的圓板繼電器磁鐵106由下部鐵磁體構(gòu)成的圓板繼電器磁鐵107上部校正電磁線圈108下部校正電磁線圈109 0 型圈110磁力線密度分布112上部薄壁圓筒形永久磁鐵113由被定位為上內(nèi)圓周的薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成的繼電器磁鐵114上部校正電磁線圈115中部校正電磁線圈116下部校正電磁線圈
122下部薄壁圓筒形永久磁鐵123由被定位為下內(nèi)圓周的薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成的繼電器磁鐵131真空密封筒132用于冷卻的 Flourinert201外筒202永久磁鐵203帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件204校正線圈205散光像差補(bǔ)償線圈207繪圖試樣或者硅晶片211鐵磁體環(huán)212,213圓筒形永久磁鐵214，215 校正線圈216由圓筒形永久磁鐵212沿軸向產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布曲線217由圓筒形永久磁鐵213沿軸向產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布曲線218由圓筒形永久磁鐵212和圓筒形永久磁鐵213的總和沿軸向產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布曲線219其他圓筒形永久磁鐵301單個(gè)電子束光柱302多個(gè)電子束光柱303半導(dǎo)體晶片304電子槍305第一矩形光孔306矩形形狀的偏轉(zhuǎn)器307電磁透鏡308第二矩形光孔309位置偏轉(zhuǎn)器601抑制電極602引出電極603透鏡電極604陽(yáng)極(接地電位)605第一矩形光孔606第二矩形光孔607圓光孔608位置偏轉(zhuǎn)器 609試樣(Si 晶片)610遮蔽電極611a矩形形狀偏轉(zhuǎn)器I611b矩形形狀偏轉(zhuǎn)器2
621投影透鏡622電子透鏡623,624縮短型透鏡625投影透鏡631a，631b 到 635a，635b 校正線圈
具體實(shí)施例方式將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。第一實(shí)施例在使用多個(gè)電子束的多光柱電子束裝置(該裝置顯著地提高在繪制半導(dǎo)體(LSI)制造工藝中線路圖案的平版印刷領(lǐng)域中使用的電子束繪圖技術(shù)的處理能力)中，本發(fā)明涉及一種采用永久磁鐵的電子透鏡以及一種采用此電子透鏡的多光柱電子束繪圖裝置，所述電子透鏡能夠具有微細(xì)直徑的透鏡構(gòu)造并且能夠低能耗和高精度繪圖。盡管因?yàn)橥哥R技術(shù)的效果也能夠通過并行布置變得更快，所以作為核心技術(shù)的透鏡技術(shù)也能夠以類似的方式用于電子束檢查裝置中并且也能夠應(yīng)用于多光柱電子束檢查裝置，但是將主要詳細(xì)描述電子束繪圖裝置。圖1圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第一實(shí)施例 。電子透鏡的至少一段被用于具有在Z方向上發(fā)射電子束的多個(gè)電子槍的電子束裝置中。使用磁場(chǎng)來(lái)聚焦電子束以成像的電子透鏡的至少一段為徑向薄壁圓筒形、磁場(chǎng)型電子透鏡，該電子透鏡具有鐵磁體，其由被定位為Z軸作為中心軸的外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體101構(gòu)成；徑向薄壁圓筒形永久磁鐵102，其被定位在被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體的內(nèi)部，沿徑向被磁化，并且具有小于或等于徑向薄壁圓筒形鐵磁體的長(zhǎng)度大約一半的長(zhǎng)度；以及徑向薄壁圓筒形鐵磁體103，其作為內(nèi)圓周被定位在徑向薄壁圓筒形永久磁鐵的內(nèi)部并且在Z方向上具有大于或等于徑向薄壁圓筒形永久磁鐵102的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。此徑向薄壁圓筒形電子透鏡在其中具有圓筒形無(wú)磁性空間，并且圓筒形無(wú)磁性空間具有的半徑大于被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體101的外圓周的半徑的大約三分之一。X軸和Y軸方向是正交于Z軸方向的方向，并且在多光柱系統(tǒng)的情況下，電子透鏡定位在由X軸和Y軸限定的平面上。電子透鏡不需被定位在嚴(yán)格的X-Y平面上，而是可以被定位在大致的X-Y平面上。此外，盡管只要X軸與Y軸彼此正交就能夠按所需要的來(lái)設(shè)定X軸和Y軸，但是X軸和Y軸應(yīng)被確定為使得電子透鏡沿X方向和Y方向布置。由被定位為以Z軸作為中心軸的外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體101構(gòu)成的鐵磁體，被用于減少電子透鏡外部的泄漏磁場(chǎng)。如果永久磁鐵102的磁化不均勻，則從沿徑向磁化的徑向薄壁圓筒形永久磁鐵102在朝向圓筒軸中心的方向上發(fā)射出的磁力線可能不能形成軸對(duì)稱磁場(chǎng)。所以，通過在徑向薄壁圓筒形永久磁鐵101的內(nèi)部設(shè)置作為內(nèi)圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體103 (其在Z方向上具有的長(zhǎng)度大于或等于薄壁圓筒形永久磁鐵102的長(zhǎng)度)，可以在電子透鏡內(nèi)部形成具有軸對(duì)稱強(qiáng)度分布的磁力線104。上部校正電磁線圈107和下部校正電磁線圈108分別被定位在圓筒形永久磁鐵102的上側(cè)和下側(cè)。在這些上部校正電磁線圈107和下部校正電磁線圈108中，電流在相反方向上流動(dòng)，由此校正由永久磁鐵102產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
第二實(shí)施例圖2圖示出本發(fā)明的電子透鏡的第二實(shí)施例。此電子透鏡為徑向薄壁圓筒形、磁場(chǎng)型電子透鏡。電子透鏡在被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體101的內(nèi)部具有一對(duì)徑向薄壁圓筒形永久磁鐵112和122以及一組電磁線圈(校正電磁線圈)114、115和116，該一對(duì)徑向薄壁圓筒形永久磁鐵112和122被安裝成夾住由沿徑向磁化的第一實(shí)施例的徑向薄壁圓筒形永久磁鐵102所占據(jù)的位置,該組電磁線圈(校正電磁線圈)114、115和116各具有大致等于徑向薄壁圓筒形永久磁鐵112和122的內(nèi)徑的內(nèi)徑，并且該組徑向薄壁圓筒形永久磁鐵112、122以及電磁線圈114、115、116產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)。使用電子束的電子束繪圖裝置或者用于檢查基板的電子束檢查裝置具有電子槍和電子束光學(xué)透鏡鏡筒，其中多個(gè)徑向薄壁圓筒形、磁場(chǎng)型電子透鏡與Z軸平行布置。此處,如圖所不,永久磁鐵112和122在相反方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)。相對(duì)于永久磁鐵112和122在上部、中部和下部布置三個(gè)校正電磁線圈，S卩，在上部的校正電磁線圈114、在中部的校正電磁線圈115以及在下部的校正電磁線圈116校正由永久磁鐵112和122產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在上部的校正電磁線圈114和在下部的校正電磁線圈116具有幾乎相同的強(qiáng)度并且在相同方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)，而在中部的校正電磁線圈115具有的強(qiáng)度兩倍于在上部的校正電磁線圈114的強(qiáng)度和在下部的校正電磁線圈116的強(qiáng)度，并且產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與由這些線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反。圖3示出本發(fā)明的電子透鏡的第一實(shí)施例沿圖1的A-A’線的剖面。電子透鏡具有由被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體101構(gòu)成的鐵磁體；以及在被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體內(nèi)部的徑向薄壁筒形永久磁鐵102，其具有小于或等于徑向薄壁圓筒形鐵磁體101的長(zhǎng)度大約一半的長(zhǎng)度并且沿徑向磁化。此外，此電子透鏡為在徑向薄壁圓筒形永久磁鐵的內(nèi)部具有被定位為內(nèi)圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體103的徑向薄壁圓筒形、磁場(chǎng)型電子透鏡，徑向薄壁圓筒形鐵磁體103在Z方向上具有的長(zhǎng)度大于或等于徑向薄壁圓筒形永久磁鐵102的長(zhǎng)度。

圖4示出采用本發(fā)明的電子槍的多光柱電子束繪圖裝置。多光柱電子束繪圖裝置具有陣列302，其中，以二維形式布置10到250個(gè)以上被稱為單個(gè)光柱元件301的光柱，各具有例如大約15mm到40mm的厚度。所以，可以以高速對(duì)(例如，300mm (p的)Si (硅)晶片303曝光。此多光柱構(gòu)造適用于檢查半導(dǎo)體基板的電子束檢查裝置。單個(gè)光柱元件301由下述部件構(gòu)成。從電子槍陰極部304發(fā)射出的電子束在第一矩形光孔305處成形為矩形形狀，并且使用在前段中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)306在第二矩形光孔或者CP (字符投影)蒙片308上成像。通過使用光束偏轉(zhuǎn)器將光束重新成形為具有期望尺寸或者形狀的光束來(lái)設(shè)置光束在矩形光孔或者CP蒙片上的位置。在可變矩形光束的情況下，通過兩個(gè)矩形光孔形成具有期望尺寸的矩形光束。在CP (字符投影)的情況下，通過將光束發(fā)射到安裝在第二段的預(yù)定位置的字符上，穿過該字符的電子束根據(jù)字符中所形成的光孔而成形為期望的和所想要的光束形狀。此外，設(shè)置在后段處的透鏡光學(xué)系統(tǒng)309將光束偏轉(zhuǎn)到晶片303上的合適位置以由此成像。當(dāng)進(jìn)一步分解時(shí)，電子透鏡系統(tǒng)306和309由電子透鏡307構(gòu)成。圖6圖示出多個(gè)光柱和晶片。每個(gè)光柱以25X25mm的區(qū)域進(jìn)行電子束繪圖或者電子束檢查。在300mm的Si晶片上，光柱元件501在二維的水平方向(X方向)上以25mm間距而等間隔對(duì)齊，并且還在豎直方向(Y方向)上以25mm間距而等間隔對(duì)齊。線303表示Si晶片的外圓周圓形。如果希望由光柱元件繪制的25mm矩形區(qū)域的大約一半以上定位于晶片的外圓周內(nèi)，則安裝光柱元件501。在除這些小矩形區(qū)域之外的區(qū)域中，不安裝光柱元件。在圖6中，通過設(shè)置120個(gè)光柱元件，能夠繪制整個(gè)晶片。圖7示出電子束繪圖裝置的縱剖面。抑制電極601和引出電極602控制從電子槍陰極部600發(fā)射出的電子束的電流發(fā)射量和發(fā)射形狀。在電子槍透鏡電極603處接受適當(dāng)?shù)撵o電透鏡作用的電子束在陽(yáng)極(接地電位)604處被加速至50kV。此外，光束穿過遮蔽偏轉(zhuǎn)電極610并且在第一矩形光孔605處成形為矩形形狀，由此通過在前段中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)621而在第二矩形光孔或者CP (字符投影)蒙片606上成像。通過將光束重新成形為具有期望尺寸或者形狀的光束并且通過光束偏轉(zhuǎn)器61 Ia和61 Ib對(duì)光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)使得光束交叉的交叉像不移動(dòng)，來(lái)設(shè)置在矩形光孔或者CP蒙片上的位置，從而防止最終成像的電子束密度改變。在可變矩形光束的情況下，通過兩個(gè)矩形光孔來(lái)形成具有所希望尺寸的矩形光束。在CP (字符投影)的情況下，通過將光束發(fā)射到設(shè)置于第二段中的預(yù)定位置處的字符上，已經(jīng)穿過該字符的電子束根據(jù)字符中所形成的光孔而成形為所希望和所想要的光束形狀。此外，設(shè)置在后段中的透鏡光學(xué)系統(tǒng)624和625以及位置偏轉(zhuǎn)器608將光束偏轉(zhuǎn)到晶片609上的適當(dāng)位置以由此成像。盡管在圖7中，部件621、622、623、624和625各自是由主要用釤鈷磁石或者釤鈷磁體制成的永久磁鐵構(gòu)成的磁場(chǎng)型透鏡，但是為了構(gòu)造所希望的透鏡光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)樵诮裹c(diǎn)位置和倍率上存在大約±5%的誤差幅度，所以通過使用分別采用電磁鐵的校正線圈631a、631b、632a、632b、633a、633b、634a、634b、635a 以及 635b 將焦點(diǎn)置于精確的位置上來(lái)
調(diào)整倍率。當(dāng)在電子透鏡中使用永久磁鐵時(shí)，優(yōu)選使用具有較小尺寸和足夠強(qiáng)度的釤鈷磁石永久磁鐵或者釹磁鐵。尤其是，因?yàn)殁S磁鐵是目前最強(qiáng)的磁鐵并且是唯一的當(dāng)被制成圓筒圈時(shí)能夠沿徑向磁化的磁鐵，所以通常希望利用釹磁鐵。然而，這樣的小而強(qiáng)的永久磁鐵具有磁場(chǎng)強(qiáng)度隨溫度變化的不理想的特性。尤其是，在釹磁鐵中，存在這樣的現(xiàn)象在0攝氏度的常溫附近，每改變(增加)一攝氏度的溫度會(huì)帶來(lái)大約IlOOppm的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化(降低)，因此如果不實(shí)施溫度穩(wěn)定化，則無(wú)法以穩(wěn)定的強(qiáng)度來(lái)使用釹磁鐵。類似地，在釤鈷磁石中，通過在0攝氏度的常溫附近每改變(增加)一攝氏度的溫度，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)改變(降低)大約300ppm。因室溫的改變以及當(dāng)永久磁鐵不具有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的適當(dāng)值時(shí)由校正線圈所產(chǎn)生的熱而導(dǎo)致這樣的溫度不穩(wěn)定性。在釹磁鐵中I IOOppm的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化會(huì)在具有30mm焦點(diǎn)深度的電磁透鏡中導(dǎo)致33 y m的焦點(diǎn)變化和在5mrad的收斂半角上產(chǎn)生165nm的散焦。當(dāng)在一側(cè)進(jìn)行50 y m的偏轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)存在偏轉(zhuǎn)場(chǎng)尺寸50nm的位置變化。所以，不進(jìn)行溫度控制則不能夠使用這些磁鐵。為了穩(wěn)定上述不穩(wěn)定性以由此能夠使用該磁鐵，必須以大約23攝氏度到24攝氏度的系統(tǒng)工作溫度且以小于或等于0.001攝氏度的精度來(lái)控制釹磁鐵的溫度。如果以此級(jí)別的精度來(lái)控制溫度，則焦點(diǎn)深度的不穩(wěn)定性小于或等于33nm，而散焦在0. 165nm以內(nèi)并且橫向位移在0.05nm內(nèi)，因此，足以能夠使用該磁鐵。此外，因?yàn)樵卺熲挻攀?，在這個(gè)溫度穩(wěn)定性條件下，由于溫度變化而導(dǎo)致的強(qiáng)度變化系數(shù)變得小于或等于三分之一并且變成每單位時(shí)間0. 03ppm,所以進(jìn)一步緩解了此問題。
通過將包含多個(gè)釹磁鐵的多光柱透鏡中的一段透鏡浸泡在水或者諸如Fluorinert的絕緣液體中來(lái)實(shí)施釹磁鐵的實(shí)際冷卻。通過使液體冷卻劑循環(huán)、測(cè)量溫度以及以交替的方式反復(fù)加熱和冷卻，可以將溫度控制在一定的溫度范圍內(nèi)。在由多個(gè)光柱構(gòu)成的光學(xué)透鏡鏡筒中，溫度控制不僅需要用于釹磁鐵，而且也用于第一矩形光孔的整個(gè)保持板和第二矩形光孔的整個(gè)保持板等。重要的是，沿多個(gè)光柱的縱向控制在每一段處的全部配置的溫度以便確保光束的整體位置穩(wěn)定性。圖8示出在多個(gè)光柱中的電子透鏡的橫剖面。各個(gè)透鏡通過0型圈109a、109b、109c和109d以及真空密封筒131來(lái)與電子束所穿過的真空部133隔離。此外，為了減小由焦耳熱產(chǎn)生的溫度變化并且減小由溫度變化導(dǎo)致的永久磁鐵的強(qiáng)度變化的目的，在電子透鏡周圍，液體132 (例如Fluorinert)填充包括永久磁鐵的空間并且使液體在其中循環(huán)。此外，通過采用高精度的溫度控制方案，將液體的溫度穩(wěn)定地維持在小于或等于0. 001攝氏度的范圍內(nèi)。第三實(shí)施例圖9示出第三實(shí)施例的配置。此電子透鏡具有由薄壁圓筒形鐵磁體構(gòu)成的外筒
201。此外筒由例如純鐵制成，并且減小電子透鏡外部的泄漏磁場(chǎng)。通過此鐵磁體外筒201，當(dāng)在多光柱排列中設(shè)置電子槍時(shí)可以避免鄰近光柱之間產(chǎn)生的磁場(chǎng)干涉。具有的直徑小于外筒201的直徑的永久磁鐵(圓筒形永久磁鐵)202位于外筒201的內(nèi)部。與上述實(shí)施例不同的是，此永久磁鐵202沿軸向(與Z軸平行的方向)磁化。所以，由永久磁鐵202產(chǎn)生的磁力線從永久磁鐵202的上端部和下端部(沿Z軸方向的兩個(gè)端部)發(fā)射出，接著向中心方向彎曲，并且沿中心軸(Z軸)穿過。永久磁鐵202例如由釤鈷磁石形成。通過此永久磁鐵202，能夠使電子束聚焦。此外，設(shè)置了帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203，其在外筒201的內(nèi)部隔出一空間，在該空間中包含永久磁鐵202，并且具有從其上端和下端突出到外部的凸緣部。也就是說，在帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203的外圓周表面以及上凸緣部和下凸緣部的底面與頂面之間隔出甜圈形狀的空間，并且圓筒形永久磁鐵202定位與此空間內(nèi)。在此示例中，永久磁鐵202的內(nèi)圓周面與帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203的外圓周表面以及下側(cè)凸緣部的頂面接觸。此帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203具有空心，并且此空心用作冷卻劑通路。尤其是，在Z方向上延伸的部分整體具有雙層結(jié)構(gòu)并且從內(nèi)部與永久磁鐵202接觸以冷卻永久磁鐵
202。此處，冷卻劑是由非磁性材料制成的液體，并且能夠采用各種類型的商用冷卻劑(諸如Fluorinert)。還能夠使用水。此外，帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203優(yōu)選由諸如招的非磁性材料制成。 在帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203中，從下凸緣部的外圍供應(yīng)冷卻劑，并且冷卻劑橫向朝中心部流動(dòng)通過下凸緣部并且接著向上通過筒狀部分。冷卻劑接著朝向外圍流動(dòng)通過上凸緣部并且流到外部。借助于泵的方式從冷卻劑槽向帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203供應(yīng)冷卻劑。在從帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203排出的冷卻劑被熱交換器等冷卻之后，冷卻劑返回到冷卻劑槽。如下文所描述的，冷卻劑可以在相反的方向上流動(dòng)。此外，圓筒形校正線圈204位于帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203的內(nèi)側(cè)。此線圈校正由永久磁鐵202產(chǎn)生的磁場(chǎng)。借助于在此線圈中流動(dòng)的電流，可以將磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整到預(yù)定強(qiáng)度。換句話說，圓筒形校正線圈204用于補(bǔ)償由永久磁鐵202產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的過量和不足。在此示例中，帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203的一部分向內(nèi)部突出以從下側(cè)支撐校正線圈204。此處，如圖所示，因?yàn)閹咕壍膬?nèi)筒構(gòu)件203的凸緣部穿過外筒201，所以外筒201在凸緣部的上側(cè)和下側(cè)之間被分割成不同的部分。然而，還可以設(shè)置多個(gè)單獨(dú)的凸緣部并且將外筒20設(shè)置在這些凸緣部之間的間隙中。具體而言，盡管凸緣部在其中具有冷卻劑通路，但是因?yàn)槠渚哂凶銐虻牧髀访娣e并且連接到外圍的導(dǎo)管，所以凸緣部不需要具有作為導(dǎo)管面積的大的剖面，并且即使凸緣部被割成多個(gè)部分也沒問題。此外，因?yàn)椴捎脦咕壍膬?nèi)筒構(gòu)件203的目的是通過從校正線圈204吸收熱來(lái)控制永久磁鐵202的溫度變化，所以在徑向上的通路不需要具有大的剖面，并且還可以采用導(dǎo)管。通路可以采用包括例如螺旋狀和S狀的多種形狀，并且還可以被分成多個(gè)通路。用于使電子束成形的散光像差補(bǔ)償線圈205設(shè)置在校正線圈204上方。帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203還吸收由散光像差補(bǔ)償線圈205產(chǎn)生的熱。此處，由圖13所示，散光像差補(bǔ)償線圈205由兩組線圈構(gòu)成，各組線圈包括以十字形布置的四個(gè)線圈，并且兩組線圈被布置為使得四個(gè)線圈的布置方向是由另一組的四個(gè)線圈的布置方向沿兩個(gè)光束的行進(jìn)方向偏移45度。在位于圖13的上側(cè)的圖中，在豎直方向上面對(duì)的兩個(gè)線圈均在中心側(cè)具有S極，而在橫向上面對(duì)的兩個(gè)線圈在中央側(cè)具有N極。接著，位于圖13的下側(cè)的圖示出自上側(cè)的圖旋轉(zhuǎn)45度的配置。所以，借助兩個(gè)線圈，可以使沿垂直于紙面的方向穿過中心的光束成形，并且如圖14所示，將任意角度的橢圓光束成形為圓形形狀。此外，在此示例中，具有甜圈形狀并且由與外筒201相同的磁性材料形成的圓盤206設(shè)置在帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203的上凸緣部上，并且圓盤206將被永久磁鐵202的磁場(chǎng)所占據(jù)的空間與上方的空間隔開。被電子束發(fā)射的試樣207位于上述配置的下方，于是將由電子透鏡控制的電子束發(fā)射到試樣上。圖10示出具有這 樣的配置的電子透鏡的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在此圖中，Z軸表示橫軸，并且上方的配置位于左側(cè)，而試樣位于右側(cè)。在永久磁鐵202內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度具有在Z軸方向上的較大負(fù)值，并且在永久磁鐵202的上側(cè)和下側(cè)附近磁場(chǎng)強(qiáng)度具有一定的正峰值。在此示例中，永久磁鐵202定位于在-20mm到Omm之間的位置，并且試樣207位于IOmm的位置。在圖中，在菱形點(diǎn)之間連接的線(線I)表示12mm的磁鐵厚度，而方形點(diǎn)之間連接的線(線2)表示IOmm的磁鐵厚度。借助于具有如此配置的電子透鏡，可以將電子束聚焦得較細(xì)，并且減少因溫度所造成的電子透鏡的像差的發(fā)生。換句話說，必須盡可能將電子透鏡制作得又小又薄以用于多光柱電子束照射裝置。然而，為了減少由庫(kù)侖效應(yīng)造成的散焦，要求大約IOmrad的收斂半角。即使獲得IOmrad的收斂半角，也還需要大約5_的球面像差系數(shù)，以便使得光束細(xì)到大約5nm。所以，必須很大程度地減小球面像差系數(shù)。為此，必須采用這樣的永久磁鐵透鏡其能夠在電子束所施加到的試樣(晶片)正上方20mm到30mm的空間中使用大而厚的透鏡形成磁場(chǎng)。因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的沿徑向磁化的永久磁鐵環(huán)中使用在正方向和負(fù)方向上的兩個(gè)磁場(chǎng)，并且因?yàn)檫@些磁性透鏡用作在其中具有間隔的兩個(gè)薄壁透鏡，所以不可能使得球面像差系數(shù)小于或等于IOmm至20mm。所以，本實(shí)施例采用沿圓筒形軸向磁化的永久磁鐵202。通過采用此磁鐵，如圖10所示，第一峰值指向正方向。此處，在電子透鏡中，光束聚焦強(qiáng)度以與通過將磁場(chǎng)B的平方沿Z軸方向進(jìn)行積分所獲得的值成比例的方式起作用，并且透鏡的磁場(chǎng)沿Z方向較長(zhǎng)并且在試樣附近較強(qiáng)。所以，產(chǎn)生磁場(chǎng)的透鏡具有較小的球
面像差。如此，試樣表面優(yōu)選地位于圖10中磁場(chǎng)的第二正峰值的中間。用這種方式，能夠使用相對(duì)較長(zhǎng)的負(fù)磁場(chǎng)作為有效透鏡磁場(chǎng)，并且因?yàn)樵嚇颖砻婵拷舜艌?chǎng)，所以工作距離變短。此處，通過使冷卻劑在上述帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203中循環(huán)來(lái)實(shí)施冷卻，以便確保永久磁鐵202的熱穩(wěn)定性。如果永久磁鐵202由衫鈷磁石制成,則磁場(chǎng)強(qiáng)度以300ppm/攝氏度的溫度系數(shù)變化(每一度磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化為300/百萬(wàn))。所以，如果控制永久磁鐵202的溫度使得獲得3m度K的溫度變化，則可以維持Ippm/攝氏度的穩(wěn)定性。優(yōu)選地采用例如為氟惰性流體(fluorine inactive liquid)并且具有高導(dǎo)熱性的Fluorinert作為冷卻劑。此外，例如，當(dāng)由于冷卻劑的循環(huán)而使永久磁鐵202等振動(dòng)時(shí)，電子束的聚焦受到不良影響。所以，必須作出布置以使冷卻劑通暢地循環(huán)從而不傳遞微小的振動(dòng)。冷卻劑將產(chǎn)生焦耳熱的部件(諸如校正線圈204和散光像差補(bǔ)償線圈205)與永久磁鐵202進(jìn)行熱隔離。在這種情況下，也確保了永久磁鐵202的溫度穩(wěn)定性。圖11示出用于冷卻劑的導(dǎo)管的示意圖?？紤]到按列布置透鏡組的情況，并且在各列中，從電子透鏡的上凸緣部進(jìn)入的流體穿過圓筒形構(gòu)件并且從下凸緣部流出，并且從下凸緣部進(jìn)入的流體穿過圓筒形構(gòu)件并且從上凸緣部流出，實(shí)線表示流體到達(dá)在上側(cè)相鄰光柱的帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203，而虛線表示流體到達(dá)在下側(cè)相鄰光柱的帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件
203。在穿過上凸緣部之后，冷卻劑進(jìn)入下一個(gè)透鏡的上凸緣部，然后朝向下凸緣部穿過在中心部的線圈與永久磁鐵之間的圓筒形構(gòu)件。流體在以交替的方式重復(fù)穿過這樣的流動(dòng)通路的同時(shí)在一個(gè)方向上流動(dòng)。在此示例中，流體在從左端的流動(dòng)通路進(jìn)入之后，被分成四條線。接著流體穿過各個(gè)流動(dòng)通路并且從右端的流動(dòng)通路流出。此處，必須估計(jì)由校正線圈204產(chǎn)生的焦耳熱量。通常，電磁線圈產(chǎn)生每個(gè)透鏡300至500W的熱量作為焦耳熱量。校正線圈204相對(duì)于永久磁鐵202的磁化磁場(chǎng)具有±5%的誤差幅度。所以，發(fā)熱量為0.25%，其低于1. 25W。即使有一百個(gè)透鏡，發(fā)熱量也維持在125W，也就是30卡。所以，盡管以每秒IOOcc的流速在進(jìn)口與出口之間發(fā)生0.3度的溫度差，通過將溫度計(jì)附加到透鏡的各部分并且將流體返回到作為冷卻劑的存儲(chǔ)槽的冷卻器來(lái)實(shí)施溫度控制，也可足以將溫度控制和穩(wěn)定在恒定地小于或等于0. 003。也就是說，無(wú)需使用特殊的熱交換器等。第四實(shí)施例 圖12示出第四實(shí)施例，其中永久磁鐵202與校正線圈204之間的內(nèi)部關(guān)系和外部
關(guān)系改變自第三實(shí)施例。此外，在此實(shí)施例中，省略由鐵磁材料制成的甜圈形狀的圓盤206。這是因?yàn)閳A盤206被用于使在相同平面內(nèi)的磁位一致，所以，在電磁透鏡中不是必須的。只要通過流動(dòng)的冷卻劑使永久磁鐵202和校正線圈204熱隔離，永久磁鐵202可以位于內(nèi)部或者可以位于外部。在本實(shí)施例中，永久磁鐵202位于內(nèi)部，而校正線圈204位于外部，并且用于使冷卻劑循環(huán)的帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件203設(shè)置在永久磁鐵202與校正線圈204之間。盡管永久磁鐵202可以如第三實(shí)施例那樣是一體成型的圓筒形永久磁鐵，但是在本實(shí)施例中，考慮到沿軸向不均勻的磁場(chǎng)強(qiáng)度和軸對(duì)稱性的惡化，永久磁鐵202具有沿軸向被分成多塊的配置。也就是說，通過沿軸向?qū)盈B由釤鈷磁石一體制成的并且在軸向上具有較短長(zhǎng)度的分割環(huán)形磁鐵202a、202c、202e、202g和202i來(lái)形成永久磁鐵202。所以，各個(gè)分割環(huán)形磁體202a、202c、202e、202g和202i具有的厚度大約為整個(gè)厚度的五分之一。接著，具有薄壁圓形環(huán)板形狀的環(huán)形板202b、202d、202f和202h沿軸向被定位在分割環(huán)形磁鐵202a、202c、202e、202g和202i之間的間隙中。這些環(huán)形板202b、202d、202f和202h由諸如鋁的無(wú)磁性材料制成，或者由諸如用作鐵磁體的純鐵和永久磁鐵釹的不同類型的永久磁鐵制成。當(dāng)永久磁鐵202 為一體成型的圓筒形并且制造等效的電磁透鏡時(shí)，存在沿中心Z軸磁場(chǎng)強(qiáng)度分布不均勻和磁場(chǎng)向量自Z軸扭曲的情況。例如,磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化可以大約為正負(fù)5%。所以，事先將目標(biāo)強(qiáng)度確定為平均值附近的較弱強(qiáng)度，并且如果分割環(huán)形磁鐵202a、202c、202e、202g和202i的強(qiáng)度大于部件的平均值，則將無(wú)磁性環(huán)形板202b、202d、202f和202h夾在接合部分之間，而當(dāng)強(qiáng)度小于平均值時(shí)，則在增強(qiáng)磁場(chǎng)的方向上將鐵磁體環(huán)形板202b、202d、202f和202h夾在接合部分之間。此外，如果朝向Z軸的磁場(chǎng)向量?jī)A斜，則通過在旋轉(zhuǎn)單獨(dú)的分割環(huán)形磁鐵202a、202c、202e、202g和202i的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行組裝，使通過累加五個(gè)分割環(huán)形磁鐵202a、202c、202e、202g和202i獲得的磁場(chǎng)強(qiáng)度變得接近目標(biāo)值，并且能夠?qū)⒃撆渲媒M裝成使得沿中心Z軸方向的磁場(chǎng)向量變得最接近直線。為了將磁場(chǎng)沿Z軸方向的軸對(duì)稱的不均勻性變得平滑，可以將環(huán)形磁鐵202，即磁鐵202a、202c、202e、202g和202i豎直地夾在由例如透磁合金、純鐵或者波明德合金(也稱為波明德)制成的薄鐵磁體圓板之間。該配置的其他部分與第三實(shí)施例的其他部分類似，并且能夠獲得相同的效果。第五實(shí)施例現(xiàn)在將參照?qǐng)D15描述第五實(shí)施例。在此實(shí)施例中，薄壁鐵磁體環(huán)211被定位在形成電子透鏡的圓筒形永久磁鐵212的試樣207側(cè)，即電子束發(fā)射側(cè)上的端面。尤其是，盡管在此示例中，鐵磁體環(huán)211的內(nèi)徑與圓筒形永久磁鐵212的內(nèi)徑幾乎相同，但是鐵磁體環(huán)211的外徑小于圓筒形永久磁鐵212的外徑，并且鐵磁體環(huán)211在徑向上的寬度大約為圓筒形永久磁鐵212在徑向上的寬度的三分之一。在此示例中,鐵磁體環(huán)211的外徑與圓筒形永久磁鐵213的內(nèi)徑幾乎相同，下文將對(duì)其進(jìn)行描述。鐵磁體環(huán)211是被用于形成均勻的磁場(chǎng)并且保護(hù)透鏡特性不受由圓筒形永久磁鐵212在Z軸周圍產(chǎn)生的軸向非對(duì)稱磁場(chǎng)導(dǎo)致的負(fù)面影響的薄壁鐵磁體環(huán)。
在利用永久磁鐵的電子透鏡中，必須通過在緊挨著實(shí)施繪圖所在的試樣207表面的附近產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)來(lái)減小透鏡的球面像差系數(shù)。這是因?yàn)?，為了減少由庫(kù)侖互斥造成的像差，必須設(shè)置較大的光束收斂半角a，并且通常，如果a是大到大約IOmrad的值，則即使采用300nA的較大試樣電流值，光束散焦也保持在小到大約IOnm的值。為此，必須在試樣207的表面上方大約IOmm的高度處產(chǎn)生大于400高斯(Gauss)的較強(qiáng)磁場(chǎng)以使球面像差系數(shù)小于或等于10_。為了沿軸向形成這種較強(qiáng)的磁場(chǎng)，圓筒形永久磁鐵212必須由沿軸向磁化的釤鈷磁石制成并且具有小于或等于6mm的孔徑(內(nèi)徑)。此外，用作具有較大孔徑(較大內(nèi)徑)的電子透鏡的圓筒形永久磁鐵213沿電子束進(jìn)入方向(進(jìn)入側(cè))安裝，以使極性與圓筒形永久磁鐵212的極性相反。圖15的上側(cè)示出通過此配置所獲得的磁場(chǎng)曲線。通過作為主永久磁鐵的圓筒形永久磁鐵212獲得磁場(chǎng)分布曲線216。同時(shí)，由作為副電子透鏡的圓筒形永久磁鐵213所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁場(chǎng)分布曲線217類似。所以，通過疊加兩條曲線，即通過合并兩個(gè)圓筒形永久磁鐵212和213,所產(chǎn)生的由電子透鏡獲得的磁場(chǎng),在試樣207的表面正上方的磁場(chǎng)部分具有局部最大值，類似于磁場(chǎng)分布曲線218。因?yàn)樵赯軸方向上,沿Z軸的磁場(chǎng)的平方的積分值等于透鏡強(qiáng)度，所以由于在試樣207的表面正上方的較強(qiáng)的磁場(chǎng)而可以獲得較小的球面像差。所以，在本實(shí)施例中，因?yàn)橹饔谰么盆F透鏡的內(nèi)徑大于或等于8mm，所以可以實(shí)現(xiàn)具有IOmrad的光束收斂半角a、由于庫(kù)侖效應(yīng)所造成的光束焦點(diǎn)深度變化較小、IOnm的球面像差系數(shù)以及大約IOnm的球面像差的透鏡。如果永久磁鐵透鏡(圓筒形永久磁鐵212和213)具有較小的內(nèi)徑，則不能夠安裝偏轉(zhuǎn)器。所以，優(yōu)選內(nèi)徑盡可能得大。如上所述，因?yàn)樵诒緦?shí)施例中，鐵磁體環(huán)211設(shè)置在面對(duì)試樣207的圓筒形永久磁鐵212的端面上 ，所以可以在試樣207的正上方在圓周方向上形成均勻的磁場(chǎng)，由此獲得具有高準(zhǔn)確度的電子透鏡。如上所述，借助本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了具有由庫(kù)侖效應(yīng)造成的光束散焦較小并且球面像差系數(shù)較小的低像差透鏡，并且此透鏡在電子束曝光裝置中具有高分辨率。此外，在本實(shí)施例中，用于校正永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度的校正線圈214和215直接安裝在圓筒形鐵磁體201的內(nèi)側(cè)。盡管在此示例中，將校正線圈214和215設(shè)置為分別對(duì)應(yīng)于圓筒形永久磁鐵212和213，并且各個(gè)校正線圈產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男Ｕ艌?chǎng)，但是也可以設(shè)置一個(gè)或者多于兩個(gè)的校正線圈。還形成帶凸緣的內(nèi)筒構(gòu)件(冷卻劑通路)203以便防止由校正線圈214和215產(chǎn)生的熱傳遞到圓筒形永久磁鐵212和213。如上所述，圓筒形永久磁鐵212和213可以具有由多個(gè)分件形成的構(gòu)造或者內(nèi)部具有磁性材料的構(gòu)造。圖16示出第五實(shí)施例的變型。在此示例中，設(shè)置沿徑向磁化的圓筒形永久磁鐵219以替代上述圓筒形永久磁鐵213。此圓筒形永久磁鐵219沿徑向被磁化以使在圓筒形永久磁鐵212側(cè)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)能夠是增強(qiáng)圓筒形永久磁鐵212的主透鏡磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。通過此配置，還可以增強(qiáng)在電子束發(fā)射部附近的磁場(chǎng)。工業(yè)實(shí)用性對(duì)于2015年到2020年將所需要的對(duì)線寬為15nm到IOnm的LSI圖案以每小時(shí)大約10張到多于大約20張的300mm晶片的處理能力進(jìn)行曝光的技術(shù)而言，多光柱電子束繪圖裝置是最有可能的。其他建議的技術(shù)，例如超短紫外線曝光裝置有可能具有每小時(shí)大約僅一張的處理能力。此外，因?yàn)樵陔娮邮L圖裝置中，能夠只使用具有低于IOOil C/cm2感光度的光阻(感光物質(zhì))來(lái)曝光具有大約15nm到大約IOnm線寬的LSI圖案，所以在除了多光柱以外的多光束系統(tǒng)中，由電子間的相互作用所造成的大電流使得光束散焦，所以，僅能夠使用大約每光柱數(shù)微安培的電流值。因?yàn)?00mm晶片具有大約600平方厘米的面積，所以需要大于60000秒的曝光時(shí)間。借助多于數(shù)十個(gè)的光柱，可以將此時(shí)間減少到大約600秒或者更少。此外，借助圖5中所描述的CP (字符投影)，可以實(shí)施以具有大約20%或者更少的平均填充率的圖案來(lái)描述。換句話說，可以在大約120秒或者更少的時(shí)間內(nèi)實(shí)施曝光。這對(duì)應(yīng)于多于每小時(shí)20張的處理能力。為了以多于數(shù)十的光柱在300mm直徑的硅晶片上以并行方式實(shí)施曝光處理，需要估計(jì)光柱元件的厚度。在這個(gè)情況下，光柱元件的厚度的直徑必須小于或等于25mm。此外，盡管借助在專利文獻(xiàn)I中所公開的方法，無(wú)法在一個(gè)晶片上方布置數(shù)個(gè)到多于十個(gè)的光柱，但是根據(jù)本發(fā)明的光柱能夠被制成25mm或者更小，其為常規(guī)光柱大小的一小部分，所以，可以布置幾十到一百個(gè)用于設(shè)置透鏡的多光柱。由于以上原因 ，本技術(shù)被視為是多光柱電子束繪圖裝置的配置中必不可少的，并且作為提供多光柱電子束繪圖裝置的實(shí)際使用和在下一代微細(xì)平版印刷技術(shù)中起到核心作用的技術(shù)，對(duì)于電子工業(yè)有很大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電子透鏡，其用在具有用于在Z軸方向上發(fā)射電子束的電子槍的電子束裝置中，所述電子透鏡包括 外筒，其由以Z軸作為中心軸的圓筒形鐵磁體構(gòu)成； 圓筒形永久磁鐵，其位于所述外筒的內(nèi)部并且沿Z軸方向磁化； 校正線圈，其位于所述圓筒形永久磁鐵的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)，與所述圓筒形永久磁鐵有間隙，并且用于調(diào)整由所述圓筒形永久磁鐵沿Z軸方向產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及 冷卻劑通路，其位于所述圓筒形永久磁鐵與所述校正線圈之間的間隙中，用于允許冷卻劑流經(jīng)其中并且控制在所述圓筒形永久磁鐵中的溫度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子透鏡，其中 使由所述圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻化的薄鐵磁體環(huán)位于所述圓筒形永久磁鐵的沿Z軸方向的電子束發(fā)射側(cè)的端面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子透鏡，其中 所述圓筒形永久磁鐵包括位于電子束進(jìn)入側(cè)處的第一圓筒形永久磁鐵和位于電子束發(fā)射側(cè)處的第二圓筒形永久磁鐵，所述第一圓筒形永久磁鐵和所述第二圓筒形永久磁鐵均沿Z軸方向?qū)R； 所述第一圓筒形永久磁鐵和所述第二圓筒形永久磁鐵被磁化為在相反方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)； 所述第一圓筒形永久磁鐵比所述第二圓筒形永久磁鐵具有更大的內(nèi)徑；并且 由所述第二圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的中心磁場(chǎng)與由所述第一圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的中心磁場(chǎng)相重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子透鏡，進(jìn)一步包括位于所述圓筒形永久磁鐵的電子束進(jìn)入側(cè)處的另一個(gè)圓筒形永久磁鐵，其中 所述另一個(gè)圓筒形永久磁鐵沿徑向被磁化以使得在所述圓筒形永久磁鐵側(cè)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)是增強(qiáng)由所述圓筒形永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電子透鏡，其中所述冷卻劑通路具有位于所述間隙中的圓筒形通路。
6.一種電子束裝置，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的多個(gè)電子透鏡，所述多個(gè)電子透鏡布置在大致與Z軸正交的平面上，并且所述電子束裝置發(fā)射多個(gè)電子束到試樣上。
7.一種電子透鏡，其為用于將電子束聚焦以成像的至少一段徑向薄壁圓筒形磁場(chǎng)型電子透鏡，所述電子透鏡包括 鐵磁體，其為被定位為外圓周的以Z軸作為中心軸的徑向薄壁圓筒形鐵磁體； 徑向薄壁圓筒形永久磁鐵，其定位在被定位為外圓周的徑向薄壁圓筒形鐵磁體的內(nèi)部，沿徑向被磁化，并且具有小于或等于所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的大約一半的長(zhǎng)度；以及 徑向薄壁圓筒形鐵磁體，其位于所述徑向薄壁圓筒形永久磁鐵的內(nèi)部并且具有的長(zhǎng)度大于或等于所述徑向薄壁圓筒形永久磁鐵沿Z軸方向的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子透鏡，其中 所述透鏡在內(nèi)部具有圓筒形無(wú)磁性空間，并且所述圓筒形無(wú)磁性空間的半徑大于被定位為外圓周的所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的外圓周的半徑的大約三分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子透鏡，進(jìn)一步包括在被定位為外圓周的所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的內(nèi)部的一對(duì)電磁線圈，所述一對(duì)電磁線圈被定位為夾住沿徑向磁化的所述圓筒形永久磁鐵，所述一對(duì)電磁線圈各具有大致等于所述徑向薄壁圓筒形永久磁鐵的內(nèi)徑的內(nèi)徑，其中 所述一對(duì)電磁線圈產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)用于校正薄壁永久磁鐵的強(qiáng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子透鏡，進(jìn)一步包括圓板狀鐵磁體，其在被定位為外圓周的所述徑向薄壁圓筒形鐵磁體的上表面和下表面中的一個(gè)表面或者兩個(gè)表面上，具有大于所述外圓周的半徑的大約三分之一的圓光孔。
11.一種電子束裝置，其具有根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的多個(gè)電子透鏡，所述多個(gè)電子透鏡被布置在大致正交于Z軸的平面上，并且所述電子束裝置發(fā)射多個(gè)電子束到試樣上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子束裝置，其中 多組電子透鏡沿大致正交于Z軸方向的X軸方向和Y軸方向?qū)R，使得沿所述X軸方向以大約PX間距等間隔布置多個(gè)透鏡，同時(shí)沿所述Y軸方向以大約PY間距等間隔布置多個(gè)透鏡；并且 通過使液體或者氣體冷卻劑在多組電子透鏡中流動(dòng)來(lái)控制溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于使用永久磁鐵有效地繪制微細(xì)圖案的裝置。所述裝置具有外筒(201)，其由以Z軸作為中心軸的圓筒形鐵磁體構(gòu)成；圓筒形永久磁鐵(202)，其位于所述外筒的內(nèi)部并且沿Z軸方向磁化；校正線圈(204)，其位于所述圓筒形永久磁鐵的內(nèi)部，并且與所述筒形永久磁鐵有間隙，并且用于調(diào)整由所述筒形永久磁鐵沿Z軸方向產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度；以及冷卻劑通路(203)，其位于所述筒形永久磁鐵與所述校正線圈之間的間隙中，用于允許冷卻劑流過其中并且控制在所述筒形永久磁鐵中的溫度變化。
文檔編號(hào)H01L21/027GK103038855SQ20118003766
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者安田洋 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ｐａｒａｍ