JP2002341100A

JP2002341100A - 電子線照射装置

Info

Publication number: JP2002341100A
Application number: JP2001150965A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamaguchi; 正典山口; Kenji Imamura; 賢二今村
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【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１
ｄ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。

Description

【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^−８Ｔｏ
ｒｒ）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（０ｍ
ｍ）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１
ｄ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１
ｄ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１
ｄ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１
ｂ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１００
Ｔｏｒｒ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】電子発生器の窓部と遮蔽部材の位置関係を示す
説明図である。

【図３】ワークに照射される電子線量を示すデータ説明
図である。

【図４】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。

【図５】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。

【図６】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。

【図７】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。

【図８】ワークＷ上に照射される電子線量を示すデータ
説明図である。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】従来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の概略構造を示す説明図である。

【図１２】電子ビーム管の窓部の配置を示す説明図であ
る。

【図１３】従来の電子線照射装置の説明図である。

【図１４】ワークに照射される電子線量を示すデータ説
明図である。

【符号の説明】

１電子ビーム管１ａフィラメント１ｂグリッド１ｃフランジ１ｄ窓部１ｅ管壁１ｆ端子５遮蔽部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０４５２１５２１Ｇ２１Ｋ 5/00 Ｇ２１Ｋ 5/00 ＷＨ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７ (72)発明者今村賢二兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内Ｆターム(参考） 2C020 CC00 2H097 AA03 BA10 CA01 CA16 EA01 LA10 4G075 AA24 AA30 AA61 AA65 BA10 BB02 CA39 DA02 DA03 EB31 EC09 EC21 FB06 FC04 5F046 KA01

Claims

【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。