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【発明の名称】 電子線照射装置
【発明者】 【氏名】山口 正典

【氏名】今村 賢二
【要約】 【課題】被処理物に電子線を均一に照射することができる電子線照射装置を提供することにある。

【解決手段】本発明の電子ビーム照射装置は、電子線を出射する窓部１ｄを有する電子ビーム管１を備え、電子ビーム管１から出射した電子線により被処理物を処理する電子線照射装置であって、電子ビーム管１の窓部１ｄは、被処理物に電子線を線状に照射するために直線状になっているとともに、窓部１ｄの外部前方に、電子線の進路を遮断する遮蔽部材５が配置され、遮蔽部材５は、窓部１ｄの一部分の領域に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電子線を外部へ出射する窓部を有する電子ビーム管を備え、当該電子ビーム管から出射した電子線により被処理物を処理する電子線照射装置において、前記電子ビーム管の窓部は、被処理物に当該窓部から出射された電子線を線状に照射するために直線状になっているとともに、当該窓部の外部前方に、電子線の進路を遮断する遮蔽部材が配置され、前記遮蔽部材は、前記窓部の一部分の領域に対向する位置に配置されていることを特徴とする電子ビーム出射装置。
【請求項２】 前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材に浸入してきた電子を検出するための電子線量検出手段であることを特徴とする請求項１に記載の電子線照射装置。
【請求項３】 複数の電子ビーム管が、それぞれの窓部が長手方向に直線状になるように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子線照射装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、電子ビーム管の窓部から出射される電子線により、半導体ウエハ等に塗布されたレジストの硬化や各種印刷物に塗布されたインクの乾燥等に利用される電子ビーム管を備えた電子線照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ等に塗布されたレジストの硬化、基板等に塗布された塗料、インキ、接着剤、保護用樹脂の乾燥や硬化のために、電子線を利用することが提案されてきている。近年、特表平１０−５１２０９２に記載されたような、窓部を有する真空型の電子ビーム管が市販されている。この電子ビーム管の構成は、真空型の電子ビーム管の内部で発生した電子を窓部から出射するものである。このような電子ビーム管を用いると、窓部から大気中に電子線を出射すことができる。従来、電子線を利用した電子線照射装置は、電子線を発生させる電子線源が配置される雰囲気を運転中は常時真空に維持する必要がるので高真空にしていたが、上記真空型の電子ビーム管を用いれば、管が封止され管内部は常に高真空に維持されているので、運転中に高真空に引くための真空ポンプが不要となり、電子線を利用した電子線照射装置の構成が簡単で取扱いも容易になる。
【０００３】図１１に、電子ビーム管とその電源回路の概略構造を示す。電子ビーム管１は、内部にフィラメント１ａとグリッド１ｂを備えている。フィラメント１ａとグリッド１ｂには、端子１ｆを介して直流高電圧電源２から例えば３０〜７０ｋＶの高電圧が印加される。また、フィラメント１ａには端子１ｆを介してフィラメント電源３が接続され、フィラメント１ａは該電源３から供給される電流により加熱され、熱電子を放出する。グリッド１ｂには端子１ｆを介してグリッド電源４が接続されており放出された電子はグリッド１ｂによって生じる電界によってビーム形状に整えられる。
【０００４】そして、フィラメント１ａとグリッド１ｂには、前述したよう、例えば３０〜７０ｋＶの高電圧が印加されており、一方、電子ビーム管１の前面に設けられたフランジ１ｃはグランドに接続されており、フィラメント１ａとグリッド１ｂがフランジ１ｃに対して電位差があるので、この電位差を利用して、フランジ１ｃの窓部１ｄから電子線が電子ビーム管１の外に出射される。電子ビーム管１から出射された電子線は、例えば図示しない半導体ウエハや各種印刷物等の被処理物に照射され、レジストの硬化やインクの乾燥等が行われる。
【０００５】電子ビーム管１は、石英の管壁１ｅとフランジ１ｃおよび窓部１ｄによって密閉構造になっており、内部の圧力は、発生した電子線が減衰しないように、１０−４〜１０−６Ｐａ（１０−６〜１０−８Ｔｏｒｒ）に減圧され、真空型になっている。窓部１ｄは、電子線を通過する時、その電子線が減衰しないような、厚さ数μｍ（例えば３μｍ）の、シリコンを含む特殊な材質よりなる膜である。
【０００６】図１２に示すように、フィラメント１ａは、長手方向に一定の長さを有するものであり、フィラメント１ａの両端部は内部リード線等の給電部材に接続されている。つまり、フィラメント１ａは線状になっている。このようにフィラメント１ａが線状になっているので、効率よく電子線を電子ビーム管１の外部に出射するに、窓部１ｄは直線状になっている。また、窓部１ｄは、上記したように非常に薄い厚さ（数μｍ）の膜で電子ビーム管１の外部の大気圧と電子ビーム管１の内部の圧力（１０−４〜１０−６Ｐａ）を隔てなければならない。従って、膜の破損の危険性があるので、図１２に示すように短辺が１〜２ｍｍ、長辺が３〜６ｍｍの小孔を、電子ビームの形状に沿うように、フィラメントの長手方向に複数並べて直線状の窓部１ｄとしている。
【０００７】このような電子ビーム管１は、保持手段によって保持され、大気中、或いは、一定の処理雰囲気中において、電子線を出射する電子線照射装置となる。図１３は、従来の電子線照射装置の説明図である。
【０００８】図１３に示すように、電子ビーム管１は、保持手段８によって保持されて、被処理物であるワークＷの上方に位置するように配置されている。図１３では、電子ビーム管１とワークＷとの間の空間には、大気が介在しているものである。そして、電子ビーム管１の窓部１ｄから出射された電子線は、ワークＷに照射されて、例えば、レジストの硬化処理が行われる。
【０００９】しかしながら、このような電子ビーム管１は、窓部１ｄが直線状になっているため窓部１ｄの中心直下に対応する位置では線状フィラメント１ａの両側から中央に向けて飛び込んでくる電子線により照射される電子線量が大きく、また、線状フィラメント１ａの両端部では給電部材によって熱が奪われ電子線の発生量がもともと小さくなっているので、窓部１ｄの中心から窓部１ｄの長手方向両側に行くにつれて照射される電子線量が小さくなるものである。
【００１０】図１４は、ワークＷ上に照射される電子線量を示すものであり、横軸には窓部１ｄの中心直下のワークＷの位置を中心点（０ｍｍ）として窓部１ｄの長手方向に沿ったワークＷの位置を示し、縦軸にはそれぞれの位置における電子線量を示すものである。
【００１１】図１４からわかるように、ワークＷに照射される電子線は、窓部１ｄの中心直下の中心点（０ｍｍ）で最も電子線量が大きくなり、中心点から離れるにしたがって順次電子線量が小さくなるものである。具体的には、ワークＷの中心である０ｍｍから±１０ｍｍの範囲では電子線量が０．９〜１．１５Ｍｒａｄと広い範囲に広がっており、ワークＷに照射される電子線が均一になっていないことがわかる。
【００１２】つまり、ワークＷを電子線によって処理する場合、窓部１ｄの中心直下の位置で最も処理が効果的に行われ、中心から離れるにしたがって処理効果が薄れていくものである。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】本発明は、上記の問題に鑑みて、被処理物に電子線を均一に照射することができる電子線照射装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１に記載の電子線照射装置は、電子線を外部へ出射する窓部を有する電子ビーム管を備え、当該電子ビーム管から出射した電子線により被処理物を処理する電子線照射装置において、前記電子ビーム管の窓部は、被処理物に当該窓部から出射された電子線を線状に照射するために直線状になっているとともに、当該窓部の外部前方に、電子線の進路を遮断する遮蔽部材が配置され、前記遮蔽部材は、前記窓部の一部分の領域に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１５】請求項２に記載の電子線照射装置は、請求項１に記載の電子線照射装置であって、特に、前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材に浸入してきた電子を検出するための電子線量検出手段であることを特徴とする。
【００１６】請求項３に記載の電子線照射装置は、請求項１または請求項２に記載の電子線照射装置であって、特に、複数の電子ビーム管が、それぞれの窓部が長手方向に直線状になるように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の電子線照射装置に組み込まれる電子ビーム管とその電源回路および遮蔽部材の概略構造を示す説明図である。なお、電子ビーム管１は、図１１で示す電子ビーム管と同様であり、同一部分は同一符号で示す。電子ビーム管１は、図１１で示す電子ビーム管と同様、フランジ１ｃに電子線を線状に照射するための直線状の窓部１ｄが形成されており、この窓部１ｄの外部であって３ｍｍ前方の位置に遮蔽部材５が配置されている。この遮蔽部材５は、被処理物であるワークＷへの電子線の進路を遮蔽するものであり、電子線を透過しない一定の厚みを有するものであればよく、例えばガラス、セラミック、ステンレス、銅、アルミニウム、シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体からなるものである。
【００１８】図２は、電子発生器１の窓部１ｄと遮蔽部材５の位置関係を示す説明部であり、ワークＷ方向から見た図である。遮蔽部材５は、窓部１ｄの一部分の領域に対向する位置に配置されている。具体的には、窓部１ｄの中心に対向する前方位置に配置されている。遮蔽部材５は、断面形状が四角形の棒状体であり、窓部１ｄの長手方向と交差する方向に配置されている。
【００１９】この結果、電子線量が大きくなる窓部１ｄの中心部分の電子線を遮蔽することができ、ワークＷに照射される電子線量を均一化することができる。
【００２０】図３は、ワークＷ上に照射される電子線量を示すものであり、横軸には窓部１ｄの中心直下のワークＷの位置を中心点（０ｍｍ）として窓部１ｄの長手方向に沿ったワークＷの位置を示し、縦軸にはそれぞれの位置における電子線量を示すものである。図３から理解できるように、ワークＷに照射される電子線は、窓部１ｄの中心直下の位置において遮蔽部材の影響により、電子線量が小さくなっており、中心直下とその周辺部の電子線量の差は小さくなっている。具体的には、ワークＷの中心である０ｍｍから±１０ｍｍの範囲では電子線量が０．９〜１．０Ｍｒａｄの範囲に入り、ワークＷに均一に電子線が照射されていることがわかる。
【００２１】図４は、本発明の電子線照射装置に組み込まれる電子ビーム管と他の形態の遮蔽部材を示す説明図である。この例においては、遮蔽部材５は、電子ビーム管１の窓部１ｄの一部分の領域に対向する前方に配置されており、さらに、窓部１ｄの中心近傍の２箇所の位置に対向するように配置されている。なお、遮蔽部材５が配置される位置は、窓部１ｄの中心に対向する位置に限らず、電子ビーム管１内部のフィラメントの形状やグリッドの電圧等によって窓部１ｄから出射される電子線のビーム形状に対応して、任意の位置に遮蔽部材５が位置するように配置すれば良い。
【００２２】図５は、本発明の電子線照射装置に組み込まれる電子ビーム管と他の形態の遮蔽部材を示す説明図である。この例においては、遮蔽部材５は板状体であり、電子ビーム管１の窓部１ｄの中心近傍に対向する前方に遮蔽部材５の一部が位置するように配置されている。そして、遮蔽部材５を図中矢印方向に不図示の位置調節機構により位置を調節することにより、窓部１ｄから出射された電子線を遮蔽する遮蔽領域を変えることができ、従って、ワークＷ上に照射される電子線の照射分布を任意に変えることができる。
【００２３】引き続き図１を用いて説明すると、窓部１ｄ前方に配置された遮蔽部材５は、前述したように、ステンレス、銅、アルミニウムからなる導体、あるいは、シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体からなる半導体よりなる場合においては、窓部１ｄから出射された電子線は、その一部の電子がこの遮蔽部材５に浸入する。浸入した電子は導体あるいは半導体である遮蔽部材５の中を移動し電流を発生させる。つまり、遮蔽部材５は、電子線量検出手段を兼ねるものである。
【００２４】そして、発生した電流は、電流測定部６で測定され、測定電流値を示す電圧信号に変換されて、制御部７に送られる。制御部７は、上記測定電流値を、あらかじめ入力されている設定電流値と比較する。測定電流値が設定電流値よりも小さければ、フィラメント電源３を制御して、管電流を増加させ電子ビーム管１に供給する電力を増加させる。また、測定電流値が設定電流値よりも大きければ、管電流を減少させ電子ビーム管１に供給する電力を減少させる。
【００２５】このように、電子ビーム管１の窓１ｄから出射される電子線を電流値として検出し、該電流値に基づいて電子ビーム管１に供給する電力値を制御することにより、電子ビーム管１から出射される電子線の量を一定かつ安定に制御することができる。なお、グリッド１ｂに印加する電圧を制御して、電子ビーム管１から出力される電子線量を制御するようにしてもよい。
【００２６】図６は、本発明の電子線照射装置を組み込んだ処理装置の説明図である。電子ビーム管１は、処理室９に窓部１ｄが露出するように配置されており、窓部１ｄの外部前方に遮蔽部材５が配置されている。そして、遮蔽部材５の前方に処理すべきワークＷが配置されるようになっている。
【００２７】処理室９内、つまり、ワークＷに電子線が照射される照射雰囲気が減圧であると、窓部１ｄから出射された電線はより遠くまで届くようになる。このため、遮蔽部材を設置する場所や形状に自由度が増すものである。例えば、照射雰囲気が大気圧の場合、加速電圧が３０ｋＶの場合、窓部１ｄから電子線は１０ｍｍしか届かないため遮蔽部材５を設置する場所は窓部１ｄから１０ｍｍ以内に限られる。しかし、照射雰囲気が１００Ｔｏｒｒで加速電圧が３０ｋＶの場合、窓部１ｄから電子線は８０ｍｍまで届く。このように、照射雰囲気の圧力を低くすることによって、遮蔽部材５を設置する場所を窓部１ｄから離すことができ、遮蔽部材５が導体あるいは半導体である場合は電気的に窓部１ｄと遮蔽部材５が短絡することを防止できる。
【００２８】また、遮蔽部材５の形状を中心に貫通孔を有するリング状にしてアパーチャー機能を持たせることもできる。処理室９内、つまり、ワークＷに電子線が照射される照射雰囲気が大気圧状態である場合、アパーチャー通過後の電子線は雰囲気ガスとの衝突・散乱で拡散してアパーチャーで成形された電子線のビーム形状を維持できないが、照射雰囲気が減圧状態の場合、アパーチャーを通過した電子線は、雰囲気ガスとの衝突・散乱によって軌道が曲がらないためアパーチャーによるビーム形状を所定の形状とすることができる。この結果、ワークＷの任意の領域を電子線で処理することができる。
【００２９】図７は、本発明の他の形態の電子線照射装置に組み込まれる電子ビーム管と遮蔽部材の位置関係を示す説明図である。この電子線照射装置は、複数の電子ビーム管１を備えており、それぞれの窓部１ｄが、長手方向に直線状になるように配置されている。このように、複数の電子ビーム管１の窓部１ｄが長手方向に直線状になるように配置することにより、窓部１ｄの長手方向両側から出射される電子線がお互いに補完しあって窓部１ｄの両側に対向する位置の被処理物上に照射される電子線の量の落ち込みを少なくすることができる。この結果、上記のように複数の電子ビーム管を配置することにより、大面積の被処理物を電子線によって処理することができる。そして、それぞれの窓部１ｄの外部前方であって、窓部１ｄの一部分の領域に対向する任意の位置に棒状の遮蔽部材５が配置されている。
【００３０】図８は、このような電子線照射装置を用いた場合のワークＷ上に照射される電子線量を示すものであり、横軸にはワークＷの位置を中心点（０ｍｍ）として窓部１ｄの長手方向に沿ったワークＷの位置を示し、縦軸にはそれぞれの位置における電子線量を示すものである。図中、実線のグラフｂは、各電子ビーム管１の窓部１ｄの外部前方に遮蔽部材が配置されていない時のワークＷが受ける電子線量の分布を示し、破線のグラフａは、図７に示すように各電子ビーム管１の窓部１ｄの外部前方に遮蔽部材５が配置されている時のワークＷが受ける電子線量の分布を示しものである。
【００３１】図８から明らかなように、遮蔽部材５を設けた場合、ワークＷに照射される電子線の分布は、最大値と最小値の差が、遮蔽部材５がない場合と比較して小さくなっており、大面積のワークＷに均一に電子線が照射されていることがわかる。なお、遮蔽部材５によって、電子線量の最大値は若干低下するが、ワークＷを処理するうえで問題とはならない。
【００３２】なお、図７に示すように、各電子ビーム管１にそれぞれ独立して対応するように遮蔽部材５が配置されているので、それぞれの遮蔽部材５を電子線量検出手段とする場合、それぞれの遮蔽部材５で発生した電流をもとに個別に制御部７に信号を送り、制御部７によって、それぞれ個別に電子ビーム管１のフィラメント電源３を制御することにより、各電子ビーム管１から出射される電子線の量を個別に制御することができる。
【００３３】なお、図９に示すように、複数の電子ビーム管１のそれぞれの窓部１ｄが、長手方向に複数平行に直線状になるように配置されていてもよく、図１０に示すように、窓部１ｄの長手方向に隣接する電子ビーム管１の間隔を開け、各電子ビーム管のそれぞれの窓部１ｄが複数直線状になるように、各電子ビーム管１を千鳥状に配置してもよい。この場合、被処理物は窓部１ｄの長手方向と交差する矢印方向から窓部１ｄの下に移動しながら電子線処理がなされるものである。なお、５は、遮蔽部材を示す。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子ビーム出射装置によれば、電子ビーム管の窓部は、被処理物に窓部から出射された電子線を線状に照射するために直線状になっているとともに、この窓部の外部前方に、電子線の進路を遮断する遮蔽部材が配置され、この遮蔽部材は、窓部の一部分の領域に対向する位置に配置されているので、窓部から出射された電子線の一部を遮蔽することができ、被処理物にに照射される電子線量を均一化することができる。
【００３５】さらに、遮蔽部材は、遮蔽部材に浸入してきた電子を検出するための電子線量検出手段であるので、電子線量検出手段に基づく検出値によって、電子ビーム管から出力される電子線量を制御することができる。
【００３６】また、電子線照射装置は、複数の電子ビーム管が、それぞれの窓部が長手方向に直線状になるように配置されているので、広い面積の被処理物を均一に処理することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１０２２１２
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
【出願日】 平成１３年５月２１日（２００１．５．２１）
【代理人】
【公開番号】 特開２００２−３４１１００（Ｐ２００２−３４１１００Ａ）
【公開日】 平成１４年１１月２７日（２００２．１１．２７）
【出願番号】 特願２００１−１５０９６５（Ｐ２００１−１５０９６５）