带电粒子束透镜装置、带电粒子束柱及带电粒子束曝光装置的制作方法

本发明涉及一种带电粒子束透镜装置、带电粒子束柱、及带电粒子束曝光装置。

背景技术：

以往，已知有使用电子束等带电粒子束来加工由光曝光技术而形成的线图案的互补式光刻法(例如，参照专利文献1)。另外，已知有将多个具有带电粒子束透镜的带电粒子束柱排列而成的带电粒子束曝光装置(例如，参照非专利文献1)。另外，也已知有带电粒子束透镜的排热机构(例如，参照专利文献2、3)。

专利文献1：日本专利特开2013-16744号公报

专利文献2：日本专利特开昭61-227356号公报

专利文献3：日本专利特开2014-120545号公报

非专利文献1：proc.spie7637,alternativelithographictechnologiesii,76370c(march10,2010).

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

现有的曝光装置由于排列多个带电粒子束柱，所以透镜的大小存在限制，难以一面维持电子束电流值一面获得较高的分辨率。这是因为，如果增加带电粒子束透镜的激磁电流而强烈地激磁，那么虽可获得较高的分辨率，但是会导致带电粒子束透镜的发热变大，如果作为该发热的对策而在带电粒子束透镜设置排热等的机构，那么会导致带电粒子束透镜大型化。因此，期望小型且分辨率较高的带电粒子束透镜。

例如，作为带电粒子束透镜的排热机构，提出了导入具有双重结构的部件并使它们的间隙内流动冷却用液体的机构(例如，参照专利文献2)，及设置封入有激磁部的容器并使它的内部流动冷却用液体的机构(例如，参照专利文献3)等。然而，这些机构由于对带电粒子束透镜追加新的部件而形成冷却水流路，所以带电粒子束透镜的大小根据该部件的宽度而大幅变化。

[解决问题的手段]

在本发明的第一方案中，提供一种带电粒子束透镜装置，具备：透镜部，形成在使带电粒子束通过的贯通孔的周围，且使带电粒子束收束或扩散；及支撑部，包围透镜部的外周；透镜部的与支撑部相接的外周部分及支撑部的与透镜部相接的内周部分的至少一者具有用来使冷却用流体沿着透镜部的外周流动的槽部。

在本发明的第二方案中，提供一种带电粒子束透镜装置，具备：透镜部，形成在使带电粒子束通过的贯通孔的周围，且使带电粒子束收束或扩散；及支撑部，包围透镜部的外周；透镜部具有：第一部件，形成在贯通孔的周围；及第二部件，包围第一部件的外周；第一部件的与第二部件相接的外周部分及第二部件的与第一部件相接的内周部分的至少一者具有用来使冷却用流体沿着第一部件的外周流动的槽部。

在本发明的第三方案中，提供一种带电粒子束柱，具有：粒子源，放出带电粒子束；及根据第一方案及第二方案的任一项所述的带电粒子束透镜装置。

此外，所述的发明内容并未列举本发明可用的所有特征，这些特征群的次组合也可成为发明。

附图说明

图1表示本实施方式的电子束曝光装置100的构成例。

图2a是表示本实施方式的电子束透镜装置30的构成例的立体图。

图2b是表示本实施方式的电子束透镜装置30的构成例的剖视图。

图3是表示本实施方式的透镜部40的第一变化例的立体图。

图4是表示本实施方式的透镜部40的第二变化例的立体图。

图5是表示本实施方式的透镜部40的第3变化例的立体图。

图6是表示本实施方式的透镜部40的第4变化例的立体图。

图7是表示冷却水的流量与槽部61的两端的压力差及排水温度的关系的图表。

图8表示本实施方式的电子束曝光装置100的变化例。

图9是表示电子束曝光装置100的变化例中的透镜部40的构成的剖视图。

图10是表示本实施方式的透镜部40的第5变化例的立体图。

图11a是表示电子束透镜及排热机构的第一例的剖视图。

图11b是表示电子束透镜及排热机构的第二例的剖视图。

图11c是表示电子束透镜及排热机构的第3例的剖视图。

图12是表示电子束透镜的球面像差系数cs与电子束透镜的发热量qc的关系的图表。

【符号的说明】

10：样本

20：电子源

22：真空容器

30：电子束透镜装置

40：透镜部

41：势垒部

42：激磁部

43：磁体部

44：间隙部

50：支撑部

61：槽部

62：流入部

63：排出部

64：流入侧流体槽

65：排出侧流体槽

71：第一部件

72：第二部件

81：管

82：贯通孔

83：容器

100：电子束曝光装置

110：平台部

112：真空容器

120：柱部

140：曝光控制部

160：温度调整器

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但是以下的实施方式并不限定发明。另外，实施方式中所说明的特征的组合未必全部都为发明的解决手段所必需的。

首先，对电子束透镜的透镜特性与透镜的发热的关系、及电子束透镜的排热机构进行说明。

图11a是表示电子束透镜及排热机构的第一例的剖视图。图11b是表示电子束透镜及排热机构的第二例的剖视图。图11c是表示电子束透镜及排热机构的第3例的剖视图。在各图中，构成电子束透镜的部件是围绕与z轴平行的一点链线所示的轴la而轴对称地配置。电子束透镜具备激磁部42、磁体部43、及间隙部44。作为一例，电子束沿着对称轴la通过电子束透镜。激磁部42是以轴la为卷线的中心轴的线圈。激磁部42使电流围绕轴la流动，由此，在轴la上产生轴la的延伸方向上的磁场。

磁体部43使激磁部42所激磁的磁场集中在间隙部44附近。由此，图11a、图11b、及图11c分别构成以轴la为透镜轴的电子束透镜。宽度d1表示使电子束沿着透镜轴la通过的电子束透镜的贯通孔的内径。另外，宽度d2表示以透镜轴la为中心轴且具有圆柱形状的电子束透镜的外径。

在以这样的电子束透镜为物镜的电子束柱中，对决定透镜的分辨率的基本参数即球面像差系数cs与利用流过激磁部42的线圈的电流而产生的发热量qc的关系进行了研究。此外，球面像差系数cs为如果将电子束透镜的收束半角设为α，则cs×α³成为该电子束透镜的像差的系数。图12是表示电子束透镜的球面像差系数cs与电子束透镜的发热量qc的关系的图表。图12中，将横轴设为球面像差系数cs，将纵轴设为电子束透镜的发热量qc。图12是表示使激磁部42、磁体部43、及间隙部44的形状及大小以于更少的发热量qc下获得更小的像差系数cs的方式最佳化而得的球面像差系数cs与发热量qc的关系的图表。

图12的图表表示以电子束的加速电压为50kv、磁体部43的内径d1为、及磁体部43的外径d2为的条件求出的示例。另外，表示以激磁部42的线圈卷线截面的径向方向上的宽度(作为一例，图11a中的d3)为4mm以内，磁体部43的截面的径向方向上的宽度为内侧(接近透镜轴la的一侧，作为一例，图11a中的d4)及外侧(远离透镜轴la的一侧，作为一例，图11a中的d5)均为3mm以内的条件求出的示例。

图12为针对电子束透镜的每个参数，通过模拟算出发热量qc与球面像差系数cs并绘制的示例。电子束透镜的参数为激磁部42的卷线部分的截面形状及z轴方向上的长度、包围激磁部42的磁体部43的截面形状及z轴方向上的长度、间隙部44的位置及间隔、以及电子束出射的这一侧的透镜的下表面与样本上的成像面之间的间隔等。此外，图12的图表表示根据每个参数的绘制的结果，将于更少的发热量qc下获得更小的像差系数cs的点、即更接近纵轴及横轴的点连接而制成的示例。

根据图12的图表，可知球面像差系数cs为5mm以下的电子束透镜的发热量qc为100w以上。此处，球面像差系数cs为5mm以下的条件表示在利用电子束透镜将收束半角α为例如10mrad的范围内的电子束收束的情况下，由cs×α³计算出的像差为例如5nm以下的条件。

也就是说，表示对一面通过将收束半角α为10mrad的电子束收束，而获得充分的电子束电流值，一面能够实现特定的分辨率的电子束透镜的条件进行研究的一例。也就是说，以上的模拟结果表示为了球面像差系数cs为5mm以下且将电子束透镜的温度保持为例如50℃以下，而必须从电子束透镜排出至少100w的热。

图11a、图11b、及图11c表示电子束透镜的排热机构的示例。图11a的排热机构为将管81以线圈状卷绕地设置在磁体部43的外周的示例。图11a的机构中，使磁体部43的外壁与管81接触，利用通过管81的内部而循环的冷却用流体，而将电子束透镜产生的热排出。可知，与图11b及图11c中所说明的排热机构相比较，图11a的机构的排热能力较低，难以将发热100w以上的电子束透镜的温度保持为特定的范围内。另外，图11a中，电子束透镜的大小根据管81而变大。

图11b的排热机构为在磁体部43设置贯通孔82的示例。图11b的机构中，使通过贯通孔82循环的冷却用流体与磁体部43通过贯通孔82的壁面而直接接触，由此将电子束透镜所产生的热排出。可知图11b的机构如果为了将发热100w以上的电子束透镜的温度保持为特定的范围内，而调节贯通孔82的直径及贯通孔82的数量，那么如果不增大磁体部43的大小，尤其是磁体部43的截面的径向方向上的宽度d5，那么难以形成该电子束透镜。

图11c的排热机构为在磁体部43的内部空间设置收纳激磁部42的容器83的示例。图11c的机构中，通过将激磁部42浸渍在通过容器83的内部而循环的冷却用流体，而将电子束透镜所产生的热排出。图11c的机构中，由于流通电流的激磁部42与冷却用流体直接接触，所以因从激磁部42向冷却用流体的漏电、及由激磁部42与冷却用流体的接触所致的激磁部42的腐蚀等，而导致产生令透镜动作引起不稳定性的情况。另外，难以一面使冷却用流体循环，一面使电流稳定地流过激磁部42。

像以上一样，难以利用小型的电子束透镜，将发热100w以上的电子束透镜的温度保持为特定的范围内。因此，以下，将小型且发热100w以上的电子束透镜的温度保持为特定的范围内的本实施方式的带电粒子束透镜装置进行说明。

图1表示本实施方式的电子束曝光装置100的构成例。作为一例，电子束曝光装置100对与以特定的间距形成的样本上的线图案对应的位置照射带电粒子束，而在该线图案上将切割图案或通孔图案曝光。电子束曝光装置100具备平台部110、柱部120、及曝光控制部140。平台部110设置在真空容器112内。

平台部110载置样本10。此处，样本10可为由半导体、玻璃、及/或陶瓷等形成的基板，作为一例，为由硅等形成的半导体晶片。样本10为利用金属等导电体在表面形成有线图案的基板。本实施方式的电子束曝光装置100例如为了将该线图案切断并进行微细的加工(电极、配线、及/或通孔等的形成)，而将形成在该线图案上的抗蚀剂曝光。

平台部110使样本10在图1所示的xy平面上移动。平台部110既可为xy平台，另外，除了xy平台以外，也可与z平台、旋转平台、及倾斜平台中的1个以上组合。

柱部120为对载置在平台部110的样本10照射具有电子及离子的带电粒子束的带电粒子束柱。柱部120将具有电子及离子的带电粒子束照射在处于利用平台部110可动的范围内的样本10的表面上。在本实施方式中，对柱部120照射电子束的示例进行说明。本实施方式的柱部120例如产生将形成在样本10的线图案切断并进行微细的加工的电子束。

柱部120具有电子源20及电子束透镜装置30。电子束透镜装置30具有透镜部40及支撑部50。进而，透镜部40包含势垒部41、激磁部42、及磁体部43。

电子源20为放出带电粒子束的粒子源的一例。电子源20通过电场或热而使电子放出，对该放出的电子施加预先规定的电场，向图1的成为-z方向上的样本10的方向加速而作为电子束eb输出。电子源20可施加预先规定的加速电压(作为一例，50kv)，输出电子束eb。电子源20可从与xy平面平行的样本10的表面起设置在与z轴平行的垂线上。电子源20设置在真空容器22内。

电子束透镜装置30设置在电子源20与样本10之间，将从电子源20放出的电子束eb收束并照射在样本10的表面上。作为一例，透镜部40及支撑部50关于电子束eb通过的轴而轴对称地配置。

透镜部40形成在使电子束通过的贯通孔的周围，且使电子束收束或扩散。透镜部40在接近电子束eb通过的轴的这一侧具有势垒部41。势垒部41例如具有z轴方向较长的圆筒状的形状，形成供电子束eb通过其内侧的贯通孔。在势垒部41的端部，可与内部设置着电子源20的真空容器22、及内部设置着平台部110的真空容器112相接。

势垒部41与真空容器22及真空容器112接触的接触面形成真空密封面，可将真空容器22的内侧的空间、圆筒状的势垒部41的内侧的空间、及真空容器112的内侧的空间保持为真空状态。如图1所示，从电子源20放出的电子束eb通过势垒部41的内侧的保持为真空状态的空间，到达样本10上。

激磁部42在由势垒部41保持为真空状态的所述贯通孔的内部，产生贯通孔的延伸方向上的磁场。磁体部43调整激磁部42所产生的磁场的强度与方向。由此，激磁部42及磁体部43形成在透镜部40的对称的中心轴即透镜轴上产生透镜轴方向上的磁场、且将电子束eb收束的电子束透镜。

图1表示了在电子源20与样本10之间设置着一段透镜部40的情况，但并不限定于此，可设置着多段透镜部40。另外，图1表示了以一段将电子束eb收束的透镜，但是并不限定于此，可将使电子束eb收束或扩散的透镜部40组合设置。在该情况下，图11a、图11b、图11c、及图12所说明的电子束透镜的透镜特性与发热的关系例如对最接近样本10的电子束透镜(物镜)适用。

支撑部50包围柱部120的外周，且在结构上支撑透镜部40。支撑部50通过与设置着电子源20的真空容器22嵌合，而规定从电子源20放出的电子束eb的电子束轨道与透镜部40的中心轴即透镜轴的轴偏移量的大小。支撑部50以使得电子束透镜的透镜轴与电子束轨道的轴偏移量的大小处于能够利用对准机构(未图示)而电磁地进行电子束eb的轴对准的程度的范围内的方式，将电子源20与透镜部40轴对准并保持。

曝光控制部140连接在平台部110及柱部120，且对平台部110及柱部120进行控制而执行样本10的曝光动作。曝光控制部140例如以使样本10的应曝光的位置与柱部120的电子束照射位置一致的方式使平台部110移动，且使电子束从柱部120照射至该照射位置。

对电子束透镜装置30的构成例进一步进行说明。图2a是表示本实施方式的电子束透镜装置30的构成例的立体图。图2b是表示本实施方式的电子束透镜装置30的构成例的剖视图。图2b表示将图2a所示的电子束透镜装置30以包含透镜轴la且与xz面平行的平面切断所得的剖视图。以下，在不区分图2a的立体图与图2b的剖视图而表示电子束透镜装置30的构成例的情况下，称为图2。图2中对电子束透镜装置30除了透镜部40还具有槽部61、流入部62、及排出部63的示例进行说明。另外，对电子束透镜装置30具有流入侧流体槽64、排出侧流体槽65、及温度调整器160的示例进行说明。

在图2中，由一点链线所示的贯通孔的中心轴相当于透镜轴la。电子束eb沿着透镜轴la而通过贯通孔。势垒部41具有以透镜轴la为中心轴的圆筒形状。势垒部41为将保持为真空状态且使电子束eb通过的圆筒的内侧部分即贯通孔部分与处于大气中的圆筒的外侧部分隔开的势垒。

激磁部42例如为通过使电流围绕透镜轴la流过而产生磁场的线圈。激磁部42也可为长期持续产生磁场的永久磁铁。另外，激磁部42也可为像将线圈与永久磁铁组合、以线圈所产生的磁场来调整永久磁铁的磁场一样的激磁部。

磁体部43以透镜轴la为中心轴，包含比势垒部41靠外侧且比激磁部42靠内侧的圆筒形状部分、及比激磁部42靠外侧且比支撑部50靠内侧的圆筒形状部分、以及将这些圆筒形状部分在激磁部42的+z侧、及激磁部42的-z侧连接的部分。

也就是说，磁体部43以包围激磁部42的方式形成。磁体部43可由铁、铁与镍的合金、或铁与钴的合金等磁导率较大且饱和磁通密度较高的磁性材料而制作。磁体部43在接近透镜轴la的这一侧具有宽度d1的内径，在远离透镜轴la的这一侧具有宽度d2的外径(参照图2b)。

磁体部43在接近透镜轴la的这一侧具有间隙部44。间隙部44为设置在磁体部43的一部分且关于透镜轴la而轴对称的间隙。如果对激磁部42进行激磁，则隔着间隙部44而相向的磁体部43的两端会分极为n极及s极，在间隙部44附近产生局部性的磁场。该局部性的磁场关于透镜轴la而对称地分布。

也就是说，在透镜轴la上，透镜部40所产生的磁场的方向朝向透镜轴la的延伸方向。透镜轴la上的磁场的强度在间隙部44的附近取极大值，其强度在z轴方向随着远离间隙部44而急剧下降。具有这样的分布的局部性的磁场对沿着透镜轴la而通过的电子束eb带来相当于凸透镜的透镜作用。

支撑部50包围透镜部40的外周，且将透镜部40位置对准并支撑。透镜部40的外周部分的一部分与支撑部50相接，支撑部50的内周部分的一部分与透镜部40相接。

此处，在透镜部40的与支撑部50相接的外周部分及支撑部50的与透镜部40相接的内周部分的至少一者，形成用来使冷却用流体沿着透镜部40的外周流动的槽部61。图2表示在透镜部40的与支撑部50相接的外周部分形成着用来使冷却用流体沿着透镜部40的外周流动的螺旋状的槽部61的示例。

形成槽部61的透镜部40的外周部分既可与贯通孔的延伸方向即透镜轴la的方向平行，也可处于距贯通孔的中心轴大致相等的距离。槽部61可沿着透镜部40的外周，而以卷绕在外周的方式螺旋状地形成，且关于贯通孔的中心轴而轴对称地形成。在透镜部40的外周方向，槽部61由于被支撑部50的内周部分盖状地覆盖，所以槽部61及支撑部50的组合形成供冷却用流体流动的流路。

由此，电子束透镜装置30可在不对透镜部40及支撑部50追加新的部件的情况下，形成供冷却用流体流动的流路作为排热机构。由于不追加新的部件，所以透镜部40的内径d1及外径d2的大小能够设为与无电子束透镜的排热机构的情况大致相同的值。也就是说，即便在透镜部40的外径d2为例如30mm以内的限制条件下，也能够在电子束透镜装置30设置供冷却用流体流动的流路。

流入部62与槽部61的一端连接。另外，排出部63与槽部61的另一端连接。槽部61将从流入部62流入的冷却用流体从排出部63排出。流入部62可设置在电子束透镜装置30的电子束eb出射的这一侧。排出部63可设置在电子束透镜装置30的电子束eb入射的这一侧。

流入侧流体槽64连接在流入部62，且对流入部62供给冷却用流体。排出侧流体槽65连接在排出部63，且从排出部63排出通过槽部61的冷却用流体。温度调整器160调节冷却用流体的温度。温度调整器160可设置在电子束透镜装置30的外部，与流入侧流体槽64及排出侧流体槽65连接。温度调整器160可使冷却用流体从流入侧流体槽64循环至排出侧流体槽65。

作为一例，温度调整器160使冷却用流体经由流入侧流体槽64及流入部62而送出至槽部61。在通过槽部61的过程中因与透镜部40热性地接触而令温度上升的冷却用流体经由排出部63及排出侧流体槽65而返回至温度调整器160。温度调整器160将温度上升的冷却用流体冷却，进行温度调整。

温度调整器160供给经过温度调整的冷却用流体。经过温度调整的冷却用流体从设置在电子束出射侧的流入部62流入至电子束出射侧的槽部61，将透镜部40的电子束出射侧冷却。在电子束透镜为物镜的情况下，经过温度调整的冷却用流体对于面向样本10的出射侧的透镜部件的温度的控制速度比对于入射侧的透镜部件的温度的控制速度更快。由此，电子束透镜装置30能够抑制从透镜部40向样本10的热的辐射，抑制样本10的热膨胀。

其次，对电子束透镜装置30的变化例进行说明。电子束透镜装置30具备：透镜部40，形成在使电子束通过的贯通孔的周围，且使电子束收束或扩散；及支撑部50，包围透镜部40的外周。本实施方式的变化例对具有势垒部41、激磁部42及磁体部43的透镜部40具备将电子束透镜所产生的热排出的机构的示例进行说明。

图3是表示本实施方式的透镜部40的第一变化例的立体图。图4是表示本实施方式的透镜部40的第二变化例的立体图。图5是表示本实施方式的透镜部40的第3变化例的立体图。图6是表示本实施方式的透镜部40的第4变化例的立体图。在图3至图6中，对于具有与图2中记载的部件大致相同的功能的部件，标注相同的符号，并省略说明。在图3至图6中，透镜部40具有形成在以透镜轴la为中心轴的贯通孔周围的第一部件71、及包围第一部件71的外周的第二部件。

图3至图6所示的透镜部40的变化例中，第一部件71的与第二部件72相接的外周部分及第二部件72的与第一部件71相接的内周部分的至少一者具有用来使冷却用流体沿着第一部件71的外周流动的槽部61。第一部件71的外周部分及第二部件72的内周部分可为与贯通孔的延伸方向平行的面的至少一部分。槽部61可相对于通过贯通孔的中心轴的面而对称地形成。

图3所示的透镜部40的第一变化例表示在第一部件71的与第二部件72相接的外周部分具有使冷却用流体沿着第一部件71的外周流动的螺旋状的槽部61的示例。图3所示的虚线的箭头表示冷却用流体的流动方向。冷却用流体从设置在透镜部40的电子束eb的出射侧的流入部62流入，沿着螺旋状的槽部61，从电子束eb的出射侧流动至入射侧。冷却用流体在通过螺旋状的槽部61的过程中获得透镜部40的热，而使温度上升。冷却用流体从设置在电子束eb的入射侧的排出部63排出。

此外，冷却用流体可从设置在透镜部40的电子束eb的出射侧的流入侧流体槽64向流入部62流入，从排出部63向设置在透镜部40的电子束eb的入射侧的排出侧流体槽65排出。在该情况下，冷却用流体到达设置在透镜部40的外部的温度调整器160，将从透镜部40获得的热排出。此处，流入侧流体槽64、排出侧流体槽65、及温度调整器160由于已在图2a中表示，所以在图3中省略了记载。

在图3中，表示了第一部件71具有一根供冷却用流体流动的一连串的螺旋状的槽部61的示例，但是也可代替此，而使第一部件71具有多个螺旋状的槽部61。在该情况下，透镜部40可与多个螺旋状的槽部61对应地具有多个流入部62及多个排出部63。

图4所示的透镜部40的第二变化例表示在第二部件72的与第一部件71相接的内周部分具有使冷却用流体沿着第二部件72的内周流动的螺旋状的槽部61的示例。图4所示的虚线的箭头表示冷却用流体的流动的方向。冷却用流体从设置在透镜部40的电子束eb的出射侧的流入部62流入，沿着螺旋状的槽部61，从电子束eb的出射侧向入射侧流动。冷却用流体在通过螺旋状的槽部61的过程中获得透镜部40的热，而使温度上升。冷却用流体从设置在电子束eb的入射侧的排出部63排出。冷却用流体与图3中所说明的示例相同地，到达设置在透镜部40的外部的温度调整器160，将从透镜部40获得的热排出。另外，在图4的示例中，第二部件72可具有多个螺旋状的槽部61。

在图3及图4所示的透镜部40的示例中，一根或多根一连串的螺旋状的槽部61覆盖第一部件71的外周部分或第二部件72的内周部分。流入部62及排出部63可分别对应地设置在一连串的螺旋状的槽部61的两端，在该情况下，透镜部40具有一个或多个流入部62及排出部63。此外，在例如未达5个的较少数量的流入部62及排出部63设置在透镜部40的情况下，这些流入部62及排出部63也可不经由流入侧流体槽64及排出侧流体槽65而直接与温度调整器160连接。

图5所示的透镜部40的第3变化例表示在第一部件71的与第二部件72相接的外周部分具有用来使冷却用流体沿着第一部件71的外周流动的多个直线状的槽部61的示例。图5所示的虚线的箭头表示冷却用流体的流动的方向。冷却用流体从设置在透镜部40的电子束eb的出射侧的多个流入部62并列地向与流入部62各自对应的槽部61流入，且沿着多个槽部61而从电子束eb的出射侧向入射侧流动。冷却用流体在通过直线状的槽部61的过程中获得透镜部40的热，而使温度上升。冷却用流体从设置在电子束eb的入射侧的多个排出部63分别排出。冷却用流体与图3中所说明的示例相同地，到达设置在透镜部40的外部的温度调整器160，将从透镜部40获得的热排出。

图6所示的透镜部40的第4变化例中表示在第一部件71的与第二部件72相接的外周部分具有用来使冷却用流体沿着第一部件71的外周流动的具有多个回折的路径的直线状的槽部61的示例。图6所示的虚线的箭头表示冷却用流体的流动的方向。冷却用流体从设置在透镜部40的电子束eb出射侧的多个流入部62并列地向与流入部62各自对应的槽部61流入，沿着多个槽部61，从电子束eb出射侧向入射侧流动。冷却用流体在通过具有回折的路径的直线状的槽部61的过程中获得透镜部40的热，而使温度上升。冷却用流体从设置在电子束eb的入射侧的多个排出部63分别排出。冷却用流体与图3中所说明的示例相同地，到达设置在透镜部40的外部的温度调整器160，将从透镜部40获得的热排出。

在图5及图6所示的示例中，透镜部40具备多个槽部61以及与多个槽部61各自对应的多个流入部62及多个排出部63。多个流入部62各自可与一个流入侧流体槽64连接。多个排出部63各自可与一个排出侧流体槽65连接。流入侧流体槽64保持从温度调整器160送出的冷却用流体，将冷却用流体并列地供给至多个流入部62。另外，排出侧流体槽65保持多个排出部63并列地排出的冷却用流体，并使它们返回至温度调整器160。

在图3、图4、图5、及图6中所示的透镜部40的变化例中，第一部件71为形成在贯通透镜部40的贯通孔的周围的部件，第二部件72为包围第一部件71的外周的部件。第一部件71及第二部件72形成构成透镜部40的势垒部41、激磁部42、及磁体部43中的至少1个。

例如，第一部件71可为势垒部41的一部分，第二部件72为磁体部43的一部分或全部。另外，第一部件71可为磁体部43的一部分或全部，在该情况下，第二部件72可为激磁部42的一部分或全部。另外，第一部件71可为激磁部42的一部分或全部，在该情况下，第二部件72也可为磁体部43的一部分或全部。

也可代替这些，将势垒部41、激磁部42、或磁体部43中的至少1个分割，并将被分割的一者及另一者设为第一部件71及第二部件72。在该情况下，也可使被分割的一者及另一者中的接近透镜轴la的内侧的圆筒部分及远离透镜轴la的外侧的圆筒部分分别与第一部件71及第二部件72对应。

在图3、图4、图5、及图6中所示的透镜部40的变化例中，槽部61形成在第一部件71的与第二部件72相接的外周部分及第二部件72的与第一部件71相接的内周部分的至少一者，且由另一者的部分盖状地覆盖。槽部61及覆盖槽部61的第一部件71的外周部分或第二部件72的内周部分的组合形成供冷却用流体流动的流路。

由此，电子束透镜装置30可在不对透镜部40追加新的部件的情况下，形成供冷却用流体流动的流路，且可将该透镜部40的热排出。这样，电子束透镜装置30由于不追加新的部件，所以透镜部40的内径d1及外径d2的大小可设为与无供冷却用流体流动的流路的情况的大小大致相同的值。也就是说，例如，可提供相对于透镜部40的外径d2以大致30mm以内设计的电子束透镜，不改变外径d2的大小，进一步设置供冷却用流体流动的流路的透镜部40。

将本实施方式的电子束透镜装置30的排热机构与图11a、图11b、及图11c中所记载的电子束透镜的排热机构进行比较。本实施方式的排热机构在有相同的流量的冷却用流体流动的情况下，与图11a所示的机构相比较排热能力较高。这是因为，图11a所示的机构中，冷却用流体经由管81而与透镜构成部件间接地接触，相对于此，本实施方式的排热机构中，冷却用流体在形成在电子束透镜装置30的构成部件的槽部61中流动，由此与电子束透镜装置30的构成部件直接接触。

关于将图11a的管81设置在磁体部43的外周的情况、与在大致相同形状的透镜部40将本实施方式的槽部61设置在磁体部43的外周部分的情况，分别对排热能力进行调查。将透镜部40的发热分别设定为100w，将以相同的流量的冷却用流体排热的情况下的电子束透镜装置30的特定位置的温度进行比较。在图11a的机构中，电子束透镜装置30的特定位置的温度上升至70℃以上，相对于此，在本实施方式的排热机构中，能够将相同的位置的温度抑制为50℃以下。

将本实施方式的电子束透镜装置30的排热机构与图11b所示的排热机构进行比较。图11b的冷却用流体在贯通磁体部43的直线状的贯通孔82中流动。本实施方式的冷却用流体例如沿着设置在磁体部43的外周部分的槽部61而流动。槽部61的形状可在槽部61的长度方向(冷却用流体流动的方向)、及截面方向(与冷却用流体的流动方向正交的方向)上均形成为各种各样的形状。

与图11b的直线状的贯通孔82的情况相比较，本实施方式的排热机构中，可在冷却用流体在槽部61循环的期间，增大冷却用流体与透镜构成部件之间的接触面积。也就是说，本实施方式的排热机构与图11b的机构相比较，可实现较高的排热能力。

将本实施方式的电子束透镜装置30的排热机构与图11c所示的排热机构进行比较。图11c的激磁部42浸渍在容器83内部的冷却用流体中。另一方面，本实施方式的激磁部42可与冷却用流体完全分离。本实施方式的冷却用流体不与激磁部42直接地接触地在透镜内循环。本实施方式的排热机构能够一面使冷却用流体循环，一面使电流稳定地流过激磁部42。也就是说，本实施方式的电子束透镜装置30可在不改变外径等的大小的情况下，形成供冷却用流体流动的流路，使排热能力提高。

对本实施方式的槽部61的制造方法进行说明。槽部61可通过在组装电子束透镜装置30之前，预先加工透镜构成部件的内周部分或外周部分的表面而设置。作为一例，槽部61通过切削该部件的表面而设置。在该情况下，槽部61可通过以使该槽部61的长度方向(冷却用流体流动的方向)、及截面方向(与冷却用流体流动的方向正交的方向)上的形状成为特定的形状的方式，使切削工具相对于该部件而相对性地移动并进行切削而设置。

也可代替此，使槽部61与电子束透镜装置30的构成部件一同设置。例如，在利用3d打印机等将材料积层而制作该构成部件的情况下，可通过在应成为槽部61的部分不积层材料地进行制作，而形成具有特定的槽部61的构成部件。

其次，对本实施方式的冷却用流体的循环进行说明。冷却用流体可为混入有微量的防锈成分的冷却水。此处，对将以水作为主成分的冷却水作为冷却用流体，使其在图2所示的螺旋状的槽部61流动的情况进行说明。

在将冷却水的流量设为u，将形成有槽部61的冷却水流路的管径设为d的情况下，对冷却水的流动成为层流的条件进行研究。此处，关于冷却水的流动成为层流的条件，认为是利用冷却水的流动来防止电子束透镜振动。此外，将冷却水流路的管径d设为考虑为具有与流路相同的截面面积的圆管的情况下的该圆管的直径。

冷却水的流速v可根据冷却水的流量u与管径d且利用以下的(数1)来计算。此处，冷却水的密度ρ为1g/cm³，粘度μ为1mpa·s(毫米帕斯卡·秒)。在该情况下，在槽部61的冷却水流路内流动的冷却水的雷诺数re可利用以下的(数2)来计算。

(数1)

v＝4×u/(πd²)

(数2)

re＝v×d/(μ/ρ)

在雷诺数re为例如2000以下的值的情况下，冷却水的流动成为层流。根据透镜构成部件的大小的条件、及雷诺数re为2000以下的条件，预估冷却水的流量u与槽部61的截面面积或管径d的关系。

当在透镜部40的外周部分形成槽部61的情况下，为了使流量u为1ml/s～2ml/s(毫升每秒)的冷却水以层流流动，较理想的是槽部61的截面面积为0.5mm²以上1mm²以下，在流入部62侧与排出部63侧之间设置至少2根并列的槽部61。在将透镜部40的外径设为22mm以上30mm以下的情况下，根据形成槽部61的透镜部40的外周部分的大小，可形成的槽部61的长度l为0.7m以上1.5m以下。

图7表示在包括这样的槽部61的冷却水流路中，模拟冷却水的流量u与槽部61的两端的压力差p及排水温度to的关系的结果的一例。图7的横轴表示在2根并列的槽部61中流动的冷却水的总流量u。冷却水的总流量u为1ml/s～2ml/s的范围内的值。

图表(a)表示流入部62侧与排出部63侧之间表现出的冷却水的压力差p。图7的左侧的纵轴表示与图表(a)对应的压力差的大小。图表(b)表示从排出部63排水的冷却水的温度to。经由温度调整器160而使温度调整为20℃后的冷却水流入至槽部61。图7的右侧的纵轴表示与图表(b)对应的排水温度。

压力差p可根据相对于冷却水的流动的摩擦系数λ，利用以下所示的(数3)的关系式来计算。此处，相对于冷却水的流动的摩擦系数λ可根据雷诺数re且利用(数4)的关系式来计算。另外，冷却水的排水温度to作为以温度20℃从流入部62流入而将电子束透镜的100w的发热全部排出的温度来计算。

(数3)

p＝λ×(l/d)×(1/2)×(ρ×v²)

(数4)

λ＝64/re

图7中，作为一例，表示如果抵抗包括槽部61的冷却水流路的两端的15×10³pa左右的压力差p，使流量1.5ml/s的冷却水在槽部61流动，那么可以排水温度to成为40℃以下的条件将电子束透镜的100w的发热排出。图7表示了通过设定图中所示的范围内的冷却水流量u与压力差p，而即便在电子束透镜的发热为100w以上的情况下也能够排热。

进而，可获得图7的条件的槽部61的截面面积为0.5mm²以上1mm²以下，槽部61的深度为1mm以下。也就是说，表示了即便形成槽部61的透镜部40的外周部分，即图2中磁体部43的外周部分的径向方向宽度为例如3mm以下，也能够排热。可知本实施方式的透镜部40的外周部分由于可形成这样的槽部61，所以电子束透镜装置30可应对100w以上的发热。

图8表示本实施方式的电子束曝光装置100的变化例。在本变化例的电子束曝光装置100中，对于与图1所示的电子束曝光装置100进行大致相同的动作的部分，标注相同的符号，并省略说明。图8所示的电子束曝光装置100的变化例具备：1个平台部110，载置样本10且使其在xy平面方向移动；多个圆柱形的柱部120，排列在xy平面内；及曝光控制部140，对平台部110及多个柱部120进行控制。

多个柱部120各自连接在曝光控制部140，各柱部120将利用平台部110而可动的样本10的范围曝光。多根柱部120由于可并列地进行曝光，所以可大幅度提高曝光的产量。另外，即便为样本10为300mm以上的大口径的半导体晶片等，也可通过与该半导体晶片对应地使柱部120的数量增加，而防止产量明显降低。

图8所示的电子束曝光装置100的变化例表示在x方向及y方向，以预先规定的间隔设置柱部120的示例。例如，多个柱部120在x方向及y方向均以30mm的间距配置。在该情况下，可在直径300mm的样本10上，排列88根柱部120。另外，在该情况下，构成柱部120的各透镜部40的外径d2成为30mm以下。另外，例如，多个柱部120在x方向及y方向均以22mm的间距配置。在该情况下，构成柱部120的各透镜部40的外径d2成为22mm以下。由此，可在直径300mm的样本10的晶片上排列157根柱部120。

图9是表示与图8的电子束曝光装置100的变化例对应的电子束透镜的构成的剖视图。图9表示将图8所示的多根柱部120以与xy平面平行的平面pqrs切断所得的剖视图的一部分。图9中，对与以上的本实施方式的电子束透镜装置30的构成部件具有大致相同的功能的部件，标注相同的符号，并省略说明。图9表示多个柱部120在x方向及y方向均以30mm的间距配置的示例。另外，图9表示透镜部40的外径d2分别为30mm的示例。

通过各柱部120的中心、与xy截面垂直的多条直线相当于与构成多个柱部120的透镜部40分别对应的透镜轴la。多个透镜部40分别具有以透镜轴la为中心且截面为同心圆状的势垒部41、激磁部42、及磁体部43。

另外，在一个柱部120所具有的透镜部40与和一个柱部120邻接的柱部120所具有的透镜部40之间，设置支撑部50。也就是说，多个柱部120分别具有的透镜部40在外周部分的一部分中，与支撑部50的对应的部分相接。如果柱部120的排列间距保持大致相同，而透镜部40的外径变小，那么邻接的柱部120之间的间隙增加，支撑部50可与增加的间隙的区域对应地设置。由此，支撑部50各自规定邻接的柱部120间的xy面内方向上的间隔。

这样，由于支撑部50及透镜部40相接地设置，所以可在透镜部40的与支撑部50相接的外周部分及支撑部50的与透镜部40相接的部分的至少一者设置使冷却用流体沿着透镜部40的外周流动的槽部61。关于这样的透镜部40使用图10进行说明。图10是表示本实施方式的透镜部40的第5变化例的立体图。图10表示透镜部40在与支撑部50相接的外周部分具有供冷却用流体流动的槽部61的示例。

图10是从未图示的支撑部50的这一侧，表示构成透镜部40的外周的磁体部43与槽部61的立体图。此外，图10是将支撑部50省略，使透镜部40的直径未达30mm，可确认槽部61的配置的图。图10表示在与支撑部50相接的磁体部43的外周部分，包围各磁体部43而对称地配置4根槽部61的示例。在设置在透镜部40各自的4根槽部61内流动的冷却用流体将透镜部40分别产生的热排出。

作为一例，具有88根柱部120的电子束曝光装置100的柱部整体所产生的8.8kw(＝100w×88)以上的热利用在分别设置在多个(88个)透镜部40的多个槽部61内循环的冷却用流体而排出。例如，在所有槽部61内循环的冷却用流体的总流量大致为530ml/s(＝1.5ml/s×4×88)。这相当于大致32l/m(升每分)的流量。温度调整器160一面抵抗流入侧与排出侧的大致15×10³pa的压力差，而将上升至大致40℃的排水温度to温度调整为20℃，一面整体地使大致32l/m的冷却水循环。

由此，在具备多个柱部120的电子束曝光装置100中，也可在不改变多个柱部120的外径等的大小的情况下，形成供冷却用流体流动的流路，使排热能力提高。此外，在图10中，对多个透镜部40在与支撑部50相接的磁体部43的外周部分形成槽部61的示例进行了说明。可代替此，使多个透镜部40像图3、图4、图5、及图6所示的一样，形成在构成透镜部40的第一部件71及第二部件72的至少一者。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术性范围并不限定于所述实施方式中记载的范围。业者明白，能够对所述实施方式进行各种变更或改良。根据权利要求书的记载可明白，经过这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术性范围中。

应注意的是权利要求书、说明书、及图式中所示的装置、系统、程序、及方法中的动作、顺序、步骤、及阶段等各处理的执行顺序未特别明示为“在……之前”、“预先”等，另外，只要不将之前的处理的输出用在之后的处理中，那么可以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书、及图式中的动作流程，为了方便起见，即便使用“首先，”、“其次，”等进行说明，也并不意味着必须以该顺序实施。