JP2006090873A - Electron beam transmission window, its manufacturing method, and electron beam irradiation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はダイヤモンド薄膜を使用した電子線透過窓、その製造方法及びこの電子線透過窓を備えた電子線照射装置に関する。 The present invention relates to an electron beam transmission window using a diamond thin film, a manufacturing method thereof, and an electron beam irradiation apparatus provided with the electron beam transmission window.
真空中において電圧を印加することにより電子を加速し、この加速された電子を減圧又は常圧ガス雰囲気中に取り出して対象物に照射する電子線照射法は、制御性がよく、プロセス速度が速く、対象物に熱が加熱されない等の利点があるため、塗料、印刷インキ、接着剤、粘着剤及びその他の樹脂製品の架橋又は硬化、表面改質、脱硫・脱硝並びに殺菌等、幅広い分野で利用されている。また、素子回路の微細化及び高集積化が著しい半導体製造プロセスにも電子線照射法が多用されている。 The electron beam irradiation method in which electrons are accelerated by applying a voltage in a vacuum, and the accelerated electrons are taken out into a reduced-pressure or normal-pressure gas atmosphere to irradiate an object has good controllability and a high process speed. Since the object has the advantage that heat is not heated, it is used in a wide range of fields such as crosslinking or curing of paints, printing inks, adhesives, adhesives and other resin products, surface modification, desulfurization / denitration and sterilization Has been. Also, the electron beam irradiation method is frequently used in semiconductor manufacturing processes in which element circuits are miniaturized and highly integrated.
このような理由から、近時、電子線照射装置の開発が盛んに行われている(例えば、特許文献1乃至3参照)。図9(a)は従来の電子線照射装置を示す断面図であり、図9(b)はその電子線透過窓の構造を示す断面図である。図9(a)に示すように、従来の電子線照射装置101には、内部が高真空に保たれた真空室を備えた真空容器103と、この真空室に電子を放出する電子離脱電極を備えた電子離脱器104とが設けられている。また、真空容器103内には、電子離脱器104から離脱する電子を加速して電子線を生成する加速電極(図示せず)が設けられており、真空容器103の真空室は、電子線透過窓105を介して照射対象物を搬送する搬送部102に連結されている。
For these reasons, development of electron beam irradiation apparatuses has been actively performed recently (see, for example, Patent Documents 1 to 3). FIG. 9A is a cross-sectional view showing a conventional electron beam irradiation apparatus, and FIG. 9B is a cross-sectional view showing the structure of the electron beam transmission window. As shown in FIG. 9A, the conventional electron
この電子線照射装置101における電子線透過窓105は、一般に、図7(b)に示すように、チタン、アルミニウム、ケイ素又はケイ素化合物等からなり極めて薄く電子線を透過する電子線透過膜106と、電子線が透過しない程度に厚く電子線透過膜を支持する支持枠107とで構成されている。
As shown in FIG. 7B, the electron
このような従来の電子線照射装置101においては、電子離脱器104から放出された電子が真空室において加速されて電子線が生成し、この電子線が電子線透過窓105の電子線透過膜106を透過して搬送部102内に設置された対象物に照射される。
In such a conventional electron
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。特許文献1乃至3に記載されているような従来の電子線照射装置は、電子線透過窓における電子線の透過率が電子線透過膜の厚さに応じて変化する。このため、電子線の透過率を高めて、電子線透過窓の超寿命化及び電子線照射装置の性能向上を図るためには、電子線透過膜をできるだけ薄くすることが望ましいが、電子線透過窓は搬送部と真空容器との間の真空隔壁でもあるため、電子線透過膜を薄くすると真空隔壁としての機能が低下するという問題点がある。 However, the conventional techniques described above have the following problems. In the conventional electron beam irradiation apparatus as described in Patent Documents 1 to 3, the transmittance of the electron beam in the electron beam transmission window changes according to the thickness of the electron beam transmission film. For this reason, in order to increase the transmittance of the electron beam, extend the lifetime of the electron beam transmission window, and improve the performance of the electron beam irradiation device, it is desirable to make the electron beam transmission film as thin as possible. Since the window is also a vacuum partition between the transfer unit and the vacuum vessel, there is a problem that the function as the vacuum partition is lowered when the electron beam transmission film is thinned.
また、従来の電子線透過窓においては、電子線の一部が電子線透過膜で吸収され、それにより生じたジュール熱によって温度が上昇し、電子線透過膜に熱変形、破壊、強度低下及び支持枠からの剥離等が発生するという問題点がある。 In addition, in the conventional electron beam transmission window, a part of the electron beam is absorbed by the electron beam transmission film, the temperature rises due to the Joule heat generated thereby, and the electron beam transmission film is thermally deformed, broken, reduced in strength and There is a problem that peeling from the support frame occurs.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、電子線透過率が高く且つ長寿命な電子線透過窓、その製造方法及び電子線照射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an electron beam transmission window having a high electron beam transmittance and a long lifetime, a method for manufacturing the same, and an electron beam irradiation apparatus.
本願第1発明に係る電子線透過窓は、ダイヤモンドを主成分として電子線を透過する電子線透過膜と、前記電子線透過膜の周辺部を挟むようにその表面及び裏面に設けられた第1及び第2の支持枠と、を有することを特徴とする。 An electron beam transmission window according to the first invention of the present application is a first provided on the front and back surfaces of an electron beam transmission film that mainly transmits diamond and transmits an electron beam, and a peripheral portion of the electron beam transmission film. And a second support frame.
本発明においては、電子線透過膜をダイヤモンドにより形成し、更に、このダイヤモンド膜の両面に夫々第1及び第2の支持枠を設けているため、従来の電子線透過窓に比べて、電子線透過率が向上すると共に長寿命化することができる。 In the present invention, the electron beam transmission film is formed of diamond, and further, the first and second support frames are provided on both surfaces of the diamond film. The transmittance can be improved and the life can be extended.
前記電子線透過膜の少なくとも一方の面には、前記第1及び第2の支持枠が設けられていない領域上に電子線を透過する耐酸化膜が形成されていてもよい。これにより、高温処理工程における電子線透過膜の酸化を防止することができるため、耐久性が向上する。この耐酸化膜は、例えば、SiC、SiO、SiN、AlO、Al及びTiからなる群から選択された少なくとも1種の材料により形成することができる。 On at least one surface of the electron beam permeable film, an oxidation resistant film that transmits the electron beam may be formed on a region where the first and second support frames are not provided. Thereby, since the oxidation of the electron beam transmission film in the high temperature treatment process can be prevented, durability is improved. This oxidation resistant film can be formed of at least one material selected from the group consisting of SiC, SiO, SiN, AlO, Al, and Ti, for example.
また、前記第1の支持枠は、例えばシリコン又は炭化珪素により形成することができ、前記第2の支持枠は、シリコン、炭化珪素、熱伝導率が200W/m・℃以上である金属材料及び水素吸蔵材料からなる群から選択された1種の材料により形成することができる。 The first support frame can be formed of, for example, silicon or silicon carbide, and the second support frame is made of silicon, silicon carbide, a metal material having a thermal conductivity of 200 W / m · ° C. or more, and It can be formed of one material selected from the group consisting of hydrogen storage materials.
更に、前記電子線透過膜には、Bがドープされていてもよい。これにより、電子線透過膜に導電性が付与されるため、チャージアップを防止することができると共に、熱伝導率が向上するため、耐久性が向上する。 Further, the electron beam permeable film may be doped with B. Thereby, since electroconductivity is provided to the electron beam permeable film, it is possible to prevent charge-up, and the thermal conductivity is improved, so that the durability is improved.
本願第2発明に係る電子線透過窓の製造方法は、シリコン又は炭化珪素からなる基板の一方の面上にダイヤモンド核を形成する工程と、化学気相成長法により前記基板の一方の面上にダイヤモンドを主成分とする電子線透過膜を形成する工程と、前記基板の中央部に開口部を形成して前記電子線透過膜の一方の面に第1の支持枠を形成する工程と、前記電子線透過膜の他方の面に前記第1の支持枠と共に前記電子線透過膜の周辺部を挟む第2の支持枠を形成する工程と、を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electron beam transmission window comprising: a step of forming a diamond nucleus on one surface of a substrate made of silicon or silicon carbide; and a chemical vapor deposition method on one surface of the substrate. A step of forming an electron beam transmissive film comprising diamond as a main component, a step of forming an opening in the center of the substrate and forming a first support frame on one surface of the electron beam transmissive film, Forming a second support frame sandwiching a peripheral portion of the electron beam permeable film together with the first support frame on the other surface of the electron beam permeable film.
本発明においては、基板上にダイヤモンド核を形成した後で、ダイヤモンドを主成分とする電子線透過膜を成膜しているため、ピンホール等の欠陥がない電子線透過膜を形成することができる。これにより、電子線透過率が高く、長寿命な電子線透過窓が得られる。 In the present invention, after forming the diamond nucleus on the substrate, the electron beam transmitting film containing diamond as a main component is formed. Therefore, an electron beam transmitting film having no defects such as pinholes can be formed. it can. As a result, an electron beam transmission window having a high electron beam transmittance and a long lifetime can be obtained.
前記ダイヤモンド核を形成する工程は、ダイヤモンド粉末により前記基板の表面を研磨、ダイヤモンド粉末の懸濁液中で前記基板を超音波処理、前記基板の表面にダイヤモンド粉末を均一に塗布及び前記基板を炭素含有プラズマへ暴露からなる群から選択された少なくとも1種の処理を行ってもよい。これにより、基板表面に、容易にダイヤモンド核を形成することができる。 The step of forming the diamond nuclei comprises polishing the surface of the substrate with diamond powder, sonicating the substrate in a suspension of diamond powder, uniformly applying the diamond powder to the surface of the substrate, and carbonizing the substrate. At least one treatment selected from the group consisting of exposure to contained plasma may be performed. Thereby, diamond nuclei can be easily formed on the substrate surface.
この電子線透過窓の製造方法においては、更に、前記電子線透過膜の少なくとも一方の面の前記第1及び第2の支持枠が形成されていない領域上に電子線を透過する材料により耐酸化膜を形成してもよい。これにより、高温処理工程における電子線透過膜の酸化を防止することができるため、耐久性が向上する。 In this method of manufacturing an electron beam transmission window, oxidation resistance is further achieved by a material that transmits an electron beam on a region where the first and second support frames are not formed on at least one surface of the electron beam transmission film. A film may be formed. Thereby, since the oxidation of the electron beam transmission film in the high temperature treatment process can be prevented, durability is improved.
また、前記電子線透過膜を形成する工程において、雰囲気ガスにジボランを添加し、ダイヤモンド膜にBをドープすることもできる。これにより、これにより、ダイヤモンド膜に導電性が付与されるため、チャージアップを防止することができると共に、熱伝導率が向上するため、耐久性が向上する。 Further, in the step of forming the electron beam transmitting film, diborane can be added to the atmospheric gas, and the diamond film can be doped with B. Thereby, conductivity is imparted to the diamond film, so that charge-up can be prevented and thermal conductivity is improved, so that durability is improved.
更に、前記電子線透過膜を形成する工程において、雰囲気ガスに酸素含有ガス、希ガス及び窒素含有ガスからなる群から選択された少なくとも1種のガスを添加してもよい。これにより、熱伝導率が向上するため、耐久性が向上する。 Furthermore, in the step of forming the electron beam permeable film, at least one gas selected from the group consisting of an oxygen-containing gas, a rare gas, and a nitrogen-containing gas may be added to the atmospheric gas. Thereby, since heat conductivity improves, durability improves.
本願第3発明に係る電子線照射装置は、前記電子線透過窓を有することを特徴とする。本発明においては、電子線透過膜の主成分をダイヤモンドとし、その周辺部を第1及び第2の支持枠で挟んだ電子線透過窓を使用しているため、従来の電子線照射装置に比べて、電子線透過窓における電子線透過率が向上すると共に電子線透過窓を長寿命化することができる。 An electron beam irradiation apparatus according to the third invention of the present application has the electron beam transmission window. In the present invention, the main component of the electron beam transmission film is diamond, and an electron beam transmission window is used in which the periphery is sandwiched between the first and second support frames. Therefore, compared to a conventional electron beam irradiation apparatus. Thus, the electron beam transmittance in the electron beam transmission window can be improved and the life of the electron beam transmission window can be extended.
本発明によれば、電子線透過膜の主成分がダイヤモンドであるため、電子線透過率を向上させることができ、更に、この電子線透過膜を2つの支持枠で挟んでいるため電子線透過膜が破損しにくくなり、電子線透過窓を長寿命化することができる。 According to the present invention, since the main component of the electron beam transmissive film is diamond, the electron beam transmittance can be improved. Further, since the electron beam transmissive film is sandwiched between the two support frames, the electron beam transmissive film is transmitted. The film is not easily damaged, and the lifetime of the electron beam transmission window can be extended.
以下、本発明の実施の形態に係る電子線照射窓について説明する。電子線透過窓用の電子線透過膜に要求される特性としては、電子線が照射されても変質しにくく且つ熱伝導性が優れること、電子線透過率が高いこと、二次電子放出性が優れること、電気伝導性を示すこと、膜厚が均一であること、機械的強度が高く真空隔壁となり得ること、ピンホールがないこと、残留応力が小さいこと等が挙げられる。従来、これらの特性を全て満たす電子線透過膜は実現困難であったが、本発明者等は、CVD(Chemical Vapor Deposition法:化学気相成長)法により形成したダイヤモンド膜は上述の特性を全て満たすことを見出した。ダイヤモンド膜は、例えば、特開2002−217094号公報に記載されているように、熱伝導性及び機械的強度が優れている。しかしながら、その一方で、「高温下で酸化エッチングされる」、「ピンホールがない膜を形成することが容易でない」、「残留応力を制御することが難しく目的とする機械的強度が得られない」等の課題がある。そこで、本発明者等は、電子線透過窓の構成及びダイヤモンド膜の形成方法を工夫することにより、ダイヤモンド膜を電子線透過膜として使用した理想的な電子線透過窓、即ち、本発明に至った。 The electron beam irradiation window according to the embodiment of the present invention will be described below. The characteristics required for the electron beam permeable film for the electron beam transmission window are that it is not easily altered even when irradiated with an electron beam and has excellent thermal conductivity, high electron beam transmittance, and secondary electron emission properties. Examples thereof include excellent properties, electrical conductivity, uniform film thickness, high mechanical strength and a vacuum partition, no pinholes, and low residual stress. Conventionally, it has been difficult to realize an electron beam transmissive film satisfying all of these characteristics, but the present inventors have found that a diamond film formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition method) method has all the above characteristics. Found to meet. The diamond film is excellent in thermal conductivity and mechanical strength as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-217094. However, on the other hand, it is “oxidized and etched at high temperature”, “it is not easy to form a film without pinholes”, “residual stress is difficult to control, and the desired mechanical strength cannot be obtained. Etc. ”. Therefore, the present inventors have devised the structure of the electron beam transmission window and the method of forming the diamond film, thereby achieving an ideal electron beam transmission window using the diamond film as the electron beam transmission film, that is, the present invention. It was.
先ず、本発明の第1の実施形態の電子線透過窓について説明する。図1(a)は本実施形態の電子線透過窓を一方の面側から見た平面図であり、図1(b)は他方の面側から見た平面図である。また、図2は図1(a)に示すA−A線による断面図である。図1(a)及び(b)並びに図2に示すように、本実施形態の電子線透過窓1は、電子線透過膜であり、厚さが例えば0.8乃至10μm、直径が例えば0.5乃至10mmであるダイヤモンド膜4の一方の面上に、第1の支持枠として、厚さが例えば0.5乃至2.0mm、直径が例えば25乃至200mm、表面が(001)面により形成されているシリコンからなる支持枠2が設けられている。更に、このダイヤモンド膜4の他方の面上には、第2の支持枠として、厚さが例えば0.01乃至1mm、外径が例えば200mm、内径が例えば1乃至20mmであり、アルミニウムからなる支持枠3が、シリコン支持枠2及びダイヤモンド膜4と同軸状に形成されている。
First, the electron beam transmission window according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a plan view of the electron beam transmission window according to the present embodiment as viewed from one surface side, and FIG. 1B is a plan view as viewed from the other surface side. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B and FIG. 2, the electron beam transmission window 1 of the present embodiment is an electron beam transmission film having a thickness of, for example, 0.8 to 10 μm and a diameter of, for example, 0.1 mm. On one surface of the
本実施形態の電子線透過窓1は、電子透過膜をダイヤモンドにより形成しているため、従来の電子透過窓に比べて、電子透過膜の熱伝導性、機械的強度及び電子透過性が向上する。このダイヤモンド膜4には、ホウ素(B)等の不純物がドープされていてもよい。これにより、ダイヤモンド膜に導電性が付与され、電子線透過時のチャージアップを防止することができる。また、Bドープダイヤモンド膜は、アンドープダイヤモンド膜に比べて、熱伝導率も向上するため、耐久性が向上する。
In the electron beam transmission window 1 of the present embodiment, since the electron transmission film is formed of diamond, the thermal conductivity, mechanical strength, and electron permeability of the electron transmission film are improved as compared with the conventional electron transmission window. . The
また、本実施形態の電子線透過窓1においては、第1の支持枠として、表面が(001)面により形成されているシリコン支持枠2を使用し、第2の支持枠としてアルミニウム支持枠3を使用しているが、これらの支持枠は、メンブレンアレイ状等の微細なパターニングプロセスにも適合した材料により形成されていればよい。具体的には、第1の支持枠は、シリコン又は炭化珪素により形成することができる。
Further, in the electron beam transmission window 1 of the present embodiment, the
一方、第2の支持枠は、シリコン、炭化珪素、熱伝導率が200W/m・℃以上の金属材料及び水素吸蔵性材料からなる群から選択された1種の材料により形成することができる。特に、第2の支持枠をアルミニウム及び銀等のように熱伝導率が200W/m・℃以上の金属材料により形成すると、電子線透過膜であるダイヤモンド膜4から効率的に熱を逃すことができる。また、第2の支持枠を非ダイヤモンドカーボン、炭化窒素(CN)、フラーレン及びチタン等の水素吸蔵性材料により形成すると、電子線透過時の昇温により他方の支持枠から水素が放出されるため、ダイヤモンド表面の水素終端が保持され、高い二次電子放出率を保つことができる。その結果、電子透過膜としての特性が長期間維持され、更にはジュール熱発生も抑制することができる。
On the other hand, the second support frame can be formed of one material selected from the group consisting of silicon, silicon carbide, a metal material having a thermal conductivity of 200 W / m · ° C. or higher, and a hydrogen storage material. In particular, when the second support frame is formed of a metal material having a thermal conductivity of 200 W / m · ° C. or higher, such as aluminum and silver, heat can be efficiently released from the
なお、本実施形態の電子線透過窓1においては、ダイヤモンド膜4の表面及び裏面に夫々シリコン支持枠2及びアルミニウム支持枠3と、相互に異なる材質の支持枠を設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、2つの支持枠の材質を同じにしてもよい。一方、電子線透過窓1のように、2つの支持枠を相互に異なる材料により形成すると、これらに夫々異なった機能を持たせることができるため、様々な要求及び用途に対応することができる。その場合、第1及び第2の支持枠を、夫々電子線が入射する側及び電子線が出射する側のいずれに配置するかは、目的に応じて適宜選択することができる。
In the electron beam transmission window 1 of the present embodiment, the
本実施形態の電子線透過窓1は、ダイヤモンド膜4の両面に支持枠を設けているため、電子線透過膜であるダイヤモンド膜4が破損しにくい。このとき、2つの支持枠の位置は、電子線透過窓の機械的強度に大きく影響する。図3(a)乃至(c)は電子線透過窓における各支持枠の位置関係を示す断面図である。例えば、図3(a)に示すように、ダイヤモンド膜13を挟むように相互に外径が等しい支持枠11a及び12aを配置すると、開口部周縁付近のダイヤモンド膜13への応力集中が緩和され、図9(b)に示す従来の電子線透過窓のように、支持枠が電子線透過膜の一方の面にしか設けられていない場合よりも、ダイヤモンド膜13が破損しにくくなる。
Since the electron beam transmission window 1 of this embodiment is provided with support frames on both sides of the
また、例えば、支持枠11bとして表面が(100)面により形成されているシリコン基板を使用し、このシリコン基板(支持枠11b)上にダイヤモンド膜13を形成した後、薬液プロセスによりシリコン基板(支持枠11b)を異方性エッチングすると、図3(b)に示すように、支持枠11bの開口部がダイヤモンド膜13から遠ざかるに従い大きくなる。このような場合でも、支持枠11bにおけるダイヤモンド膜13と接している部分、即ち、支持枠11bの最も開口部が小さい部分と同じ開口部の支持枠12bを、ダイヤモンド膜13を挟んで支持枠11bと相互に対向するように配置しているため、電子線透過膜の破損を抑制することができる。
Further, for example, a silicon substrate having a (100) surface is used as the
更に、図3(c)のように、支持枠11cの開口部よりも支持枠12cの開口部の方が小さい場合、電子線透過窓の開口率、即ち、電子線が透過する部分の割合は低下するが、ダイヤモンド膜13の機械的破損率をより低減することができる。
Further, as shown in FIG. 3C, when the opening of the
本実施形態の電子線透過窓1における開口部の形状は、図1(a)及び(b)に示すよな平面視で円形状だけでなく、平面視で楕円形状、矩形状又は多角形状でもよい。図4は平面視で正方形状の開口部が形成された電子線透過窓を示す平面図である。開口部が矩形状である場合、その角部近傍のダイヤモンド膜に応力が集中しやすい。そこで、図4に示す電子線透過窓21のように、支持枠23側の開口部の形状を、支持枠22側の開口部の一辺よりも直径が小さい円形状にする。これにより、ダイヤモンド膜13への応力集中が緩和されるため、ダイヤモンド膜13の機械的破損率を低減し、電子線透過窓を長寿命化することができる。
The shape of the opening in the electron beam transmission window 1 of the present embodiment is not only circular in plan view as shown in FIGS. 1A and 1B, but also elliptical, rectangular or polygonal in plan view. Good. FIG. 4 is a plan view showing an electron beam transmission window in which a square opening is formed in plan view. When the opening is rectangular, stress tends to concentrate on the diamond film near the corner. Therefore, like the electron
上述したように、本実施形態の電子線透過窓1は、電子透過膜をダイヤモンドにより形成し、更にこのダイヤモンド膜4の両面を夫々支持枠2及び3により支持しているため、従来の電子透過窓に比べて、熱伝導性、機械的強度及び電子透過性を向上させることができる。その結果、電子線透過率が高く、長寿命な電子線透過窓が得られる。
As described above, in the electron beam transmission window 1 of the present embodiment, the electron transmission film is formed of diamond, and both surfaces of the
次に、本実施形態の電子線透過窓1の製造方法について説明する。図5(a)乃至(e)は本実施形態の電子線透過窓の製造方法をその工程順に示す断面図である。先ず、厚さが例えば0.5乃至2.0mmで、表面が(001)面により形成されているシリコン基板5に対して、粒径が1μm以下のダイヤモンド粉末により表面を研磨、粒径が1μm以下のダイヤモンド粉末の懸濁液中で超音波処理、表面に粒径が1μm以下のダイヤモンド粉末を均一に塗布及びCVD装置内での炭素含有プラズマへの暴露から選択された少なくとも1種の表面処理を行った後、図5(a)に示すように、このシリコン基板5上にCVD法により、厚さが例えば0.8乃至10μmであり、直径が例えば200mmであり、電子線透過膜となるダイヤモンド膜4を成膜する。その際、原料ガスであるメタン等の炭化水素及びキャリアガスである水素に加えて、例えば酸素、一酸化炭素、アセトン及びエタノール等の酸素成分含有ガス、例えばアルゴン及びヘリウム等の希ガス又は例えば窒素、アンモニア及びNOx等の窒素成分含有ガスを添加すると、ダイヤモンド膜の熱伝導率が向上して、耐久性が優れた電子線透過膜が得られる。
Next, the manufacturing method of the electron beam transmission window 1 of this embodiment is demonstrated. 5A to 5E are cross-sectional views showing the method of manufacturing the electron beam transmission window of this embodiment in the order of the steps. First, for a silicon substrate 5 having a thickness of, for example, 0.5 to 2.0 mm and having a (001) surface, the surface is polished with diamond powder having a particle size of 1 μm or less, and the particle size is 1 μm. At least one surface treatment selected from ultrasonic treatment in the following suspension of diamond powder, uniform application of diamond powder having a particle size of 1 μm or less on the surface, and exposure to carbon-containing plasma in a CVD apparatus Then, as shown in FIG. 5A, the thickness of the silicon substrate 5 is, for example, 0.8 to 10 μm, the diameter is, for example, 200 mm, and becomes an electron beam transmission film by CVD. A
次に、図5(b)に示すように、シリコン基板5におけるダイヤモンド膜4が形成されていない側の面に、SiN等からなり、開口部6aが形成されたマスク6を形成する。その後、図5(c)に示すように、KOH溶液等により、シリコン基板5のマスク6が形成されていない部分をエッチングし、ダイヤモンド膜4の一方の面にシリコンからなる支持枠2を形成する。次に、図5(d)に示すようにマスク6を除去し、図5(e)に示すようにダイヤモンド膜4の表面に、厚さが例えば0.01乃至1mm、外径が例えば200mm、内径が例えば1乃至10mmであり、アルミニウムからなる支持枠3を融着又はパターン蒸着する。
Next, as shown in FIG. 5B, a
ダイヤモンド膜は、機械強度、熱伝導性及び化学的安定性が優れ、更に低密度であるため、電子線透過膜に適しているが、従来、ピンホールがない極めて薄い膜を形成することができなかったため、実用化されていなかった。そこで、本発明者等は、ダイヤモンド膜を形成する支持枠の表面に対して上述の処理を行うことにより、シリコン基板2の表面にダイヤモンド核を形成し、ピンホールがない極めて薄いダイヤモンド膜を実現した。このように、シリコン基板5の表面にダイヤモンド核を生成すると、ダイヤモンド膜の結晶性が向上し、ピンホールがない極めて薄い膜を形成することができる。なお、これらの処理は、第1の支持枠を炭化ケイ素により形成した場合でも同様の効果が得られる。
A diamond film is excellent in mechanical strength, thermal conductivity and chemical stability, and has a low density. Therefore, a diamond film is suitable for an electron beam transmission film. Since it was not, it was not put into practical use. Therefore, the present inventors have performed the above-described treatment on the surface of the support frame on which the diamond film is formed, thereby forming diamond nuclei on the surface of the
なお、ダイヤモンド膜4は、シリコン基板5の全面に形成する必要はなく、例えば、予めレイアウトを決めておき、所定の領域にのみダイヤモンド膜4を形成してもよい。一般に、シリコン基板等の基板上に成膜されたダイヤモンド膜には膜厚に分布があるが、ダイヤモンド膜は、表面を削って膜厚を均一化することが困難である。そのような場合でも、本実施形態の電子透過窓1においては、ダイヤモンド膜の膜厚分布に応じて開口部の位置及び形状を調節することが可能であるため、例えば、中心部の膜厚が厚く、周辺部の膜厚が薄くなるダイヤモンド成膜の特性を活かしてメンブレンアレイ状にダイヤモンド膜を作製することにより、電子線透過量を均一化することができる。
The
本実施形態の電子線透過窓1は、例えば、電子線照射装置の電子線取り出し口に取り付けられる。その際、シリコン支持枠2側の面が真空側になるように配置される。これにより、真空封止しやすくなる。
The electron beam transmission window 1 of this embodiment is attached to the electron beam extraction port of an electron beam irradiation apparatus, for example. At this time, the
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子線透過窓について説明する。図6は本実施形態の電子線透過窓の構造を示す断面図である。なお、図6においては、図2に示す第1の実施形態の電子線透過窓1における構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図6に示すように、本実施形態の電子線透過窓31は、電子線透過膜であり、厚さが例えば0.8乃至10μm、直径が例えば200mmであるダイヤモンド膜4の一方の面上に、第1の支持枠として、厚さが例えば0.5乃至2.0mm、直径が例えば25乃至200mm、表面が(001)面により形成されているシリコン支持枠2が設けられており、ダイヤモンド膜4の他方の面上には、第2の支持枠として、厚さが例えば0.01乃至1mm、外径が例えば200mm、内径が例えば1乃至10mmであるアルミニウム支持枠3が設けられている。
Next, an electron beam transmission window according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the electron beam transmission window of this embodiment. In FIG. 6, the same components as those in the electron beam transmission window 1 of the first embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 6, the electron beam transmission window 31 of the present embodiment is an electron beam transmission film on one surface of the
更に、ダイヤモンド膜4の他方の面には、アルミニム支持枠3が形成されていない領域上に、厚さが例えば0.01乃至1.00μmであり、電子線を透過する耐酸化膜7が形成されている。ダイヤモンドは高温になると酸化されやすく、ダイヤモンド膜4を形成した後に、例えば真空接合等のような高温処理を行うと、ダイヤモンド膜4が酸化及びエッチングされ、破損が発生しやすくなる。そこで、本実施形態の電子線透過窓31のように、ダイヤモンド膜4が露出している部分に耐酸化膜7を形成することにより、高温工程におけるダイヤモンド膜4の破損を防止することができ、耐久性を向上させることができる。また、ダイヤモンド膜4上に耐酸化膜7を形成することにより、ダイヤモンド膜4の残留応力を打ち消したり、ダイヤモンド膜4を補強したりすることもできる。
Further, on the other surface of the
この耐酸化膜7を形成する材料としては、例えば、SiC、SiO、SiN、AlO、Al、Ti、TiO及びこれらの混合物が挙げられ、更に、前述の材料からなる膜を複数層積層することもできる。また、耐酸化膜7を形成する方法としては、例えば、表面が(001)面のシリコン基板5上に予め、厚さが例えば0.01乃至1.00μmの耐酸化膜7を成膜しておき、その後、シリコン基板5の耐酸化膜7が形成されていない面上にCVD法によりダイヤモンド膜4を形成する方法がある。又は、マスク6を除去した後、ダイヤモンド膜4上の所定の領域に耐酸化膜7を蒸着し、その後アルミニウム支持枠3を蒸着又は融着してもよい。
Examples of the material for forming the oxidation
この電子線透過窓31は、例えば、電子線照射装置の電子線取り出し口に取り付けられる。その際、耐酸化膜7が形成されている側、即ち、アルミニウム支持枠3が形成されている側が大気側になるように配置される。これにより、真空接合時におけるダイヤモンド膜4の酸化を防止できる。なお、本実施形態の電子線透過窓31における上記以外の構成及び効果は、前述の第1の実施形態の電子線透過窓1と同様である。
The electron beam transmission window 31 is attached to, for example, an electron beam extraction port of an electron beam irradiation apparatus. At that time, the side on which the oxidation
前述の第2の実施形態の電子線透過窓31においては、アルミニウム支持枠3側の面に耐酸化膜7を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン支持枠2側に耐酸化膜7を形成してもよい。図7は本発明の第2の実施形態の変形例の電子線透過窓の構造を示す断面図である。なお、図7においては、図6に示す第2の実施形態の電子線透過窓31における構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図7に示すように、本変形例の電子線透過窓32においては、ダイヤモンド膜4の一方の面のシリコン支持枠2が形成されていない領域上に、厚さが例えば0.01乃至1.00μmで、電子線を透過する耐酸化膜7が形成されている。この耐酸化膜7を形成する方法としては、例えば、CVD、熱酸化、スパッタ蒸着等の方法がある。
In the electron beam transmission window 31 of the second embodiment described above, the oxidation-
この電子線透過窓32は、例えば、電子線照射装置の電子線取り出し口に取り付けられる。その際、耐酸化膜7が形成されている側、即ち、シリコン支持枠2側が大気側になるように配置される。これにより、真空接合時におけるダイヤモンド膜4の酸化を防止できる。なお、本変形例の電子線透過窓32における上記以外の構成及び効果は、前述の第2の実施形態の電子線透過窓31と同様である。
The electron
次に、本発明の第3の実施形態の電子線照射装置について説明する。図8は本実施形態の電子線照射装置を示す斜視図である。図8に示すように、本実施形態の電子線照射装置41においては、真空封管42の中に電子源43が配置されており、真空封管42の一方の端部には前述の第1の実施形態の電子線透過窓1が真空接合されている。更に、電子線透過窓1と電子源43との間には、バイアスグリッド44が配置されている。
Next, the electron beam irradiation apparatus of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 8 is a perspective view showing the electron beam irradiation apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 8, in the electron
この電子線照射装置41においては、電子源43で発生した電子が、バイアスグリッド44で加速されて電子線となり、電子線透過窓1のダイヤモンド膜4を透過して対象物に照射される。
In this electron
本実施形態の電子線照射装置41は、電子透過膜がダイヤモンド膜4であり、その両面に夫々シリコン支持枠2及びアルミニウム支持枠が形成されている電子線透過窓1を使用しているため、従来の電子線照射装置に比べて、電子線透過窓における電子線透過率が向上すると共に長寿命化することができる。
In the electron
なお、本実施形態の電子線照射装置41においては、電子線透過窓1を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前述の第2実施形態の電子線透過窓31及びその変形例の電子線透過窓32を使用してもよい。
In addition, in the electron
1、21、31、32、105;電子線透過窓
2、3、11a〜11c、12a〜12c、22、23、107;支持枠
4、13;ダイヤモンド膜
5;シリコン基板
6;マスク
6a;開口部
7;耐酸化膜
41;電子線照射装置
42;真空封管
43;電子源
44;バイアスグリッド
101;電子線照射装置
102;搬送部
103;真空容器
104;電子離脱器
106;電子線透過膜
1, 21, 31, 32, 105; electron
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- 2004-09-24 JP JP2004277376A patent/JP2006090873A/en active Pending
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