JP3818122B2

JP3818122B2 - Electron beam extraction device

Info

Publication number: JP3818122B2
Application number: JP2001324654A
Authority: JP
Inventors: 岳人千賀
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2002323600A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、真空型の電子ビーム管から出射される電子ビームにより、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を用いた処理装置の電子ビーム出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、電子ビーム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、窓を有する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、真空容器内に電子ビーム発生部が設けられ、電子ビーム発生部から放出された電子を電子ビーム管の出射部の窓から放出するものである。
このような電子ビーム管を用いると、窓から大気中に電子ビームを放出すことができる。従来、電子ビームを利用した処理装置は、被照射物が配置される雰囲気を減圧していたが、上記電子ビーム管を用いれば、その必要がなく減圧のための真空ポンプや真空チャンバが不要となり、電子ビームを利用した処理装置の構成が簡単で取扱いも容易になる。
【０００３】
図２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、内部に電子ビーム発生部１１を有し、この電子ビーム発生部１１は、フィラメント１ａとグリッド１ｂからなるものである。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、電子ビーム発生部１１であるフィラメント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出射部１ｃはグランドに接続されており、電子ビーム発生部１１と出射部１ｃとの間の電位差を利用して、出射部１ｃの窓１ｄから電子ビームが電子ビーム管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ビームは、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と出射部１ｃおよび窓１ｄによって密閉構造になっている。内部の圧力は、発生した電子ビームが減衰しないように、１０^−４〜１０^−６Ｐａ（１０^−６〜１０^−８Ｔｏｒｒ）に減圧されている。
窓１ｄは、電子ビームを通過する時減衰しないような、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】
そして、このような電子ビーム管１は、ケーシング内に保持されて電子ビーム出射装置となり、電子ビームを利用した処理装置に組み込まれるものである。
図３は、従来の電子ビーム出射装置の断面説明図である。
【０００７】
図３に示すように、電子ビーム管１は、ケーシング５の内部に配置保持されている。具体的には、ケーシング５の開口５ａから電子ビーム管１が挿入され、電子ビーム管１の管壁１ｅがケーシング５内部に配置され、電子ビーム管１の出射部１ｃがケーシング５の外部に露出するようになっている。
【０００８】
そして、適宜の手段を用いて、電子ビーム管１の出射部１ｃがケーシング５の開口５ａを塞ぐように密閉接続され、電子ビーム管１の管壁１ｅとケーシング５の内壁５ｂとの間の空間に絶縁オイル６が充填されている。
絶縁オイル６がケーシング５内に充填されていない場合、電子ビームを出射するために電子ビーム管１に電圧を印加した時に、端子１ｆと出射部１ｃとの間で放電が発生し、具体的には、管壁１ｅ上に沿面放電が発生する。
【０００９】
沿面放電が瞬間的なものであっても、管壁１ｅが帯電し、電子ビームが電子ビーム管１内で曲がり窓１ｄ方向に電子が飛ばす、設計値通りの電子ビームが窓１ｄから出射されなくなったり、管壁１ｅの帯電状態が刻々と変化することに伴い、内部の電子ビームが管壁１ｅに帯電した電荷により揺らぐことになり、窓１ｄから出射される電子ビームが不安定になったり、端子１ｆと出射部１ｃとの間で放電が維持された場合、電子ビームが窓１ｄから全く出射されなくなるという問題があった。
このような問題を起こさないために、電子ビーム管１の管壁１ｅとケーシング５の内壁５ｂとの間の空間に絶縁オイル６を充填し、端子１ｆと出射部１ｃとの間を完全に絶縁し、異常放電を防止するものであった。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような絶縁オイルを用いた電子ビーム出射装置では、非常に高いクリーン度が要求される半導体製造プロセス工程では、絶縁オイルの漏れや、電子ビーム管のケーシングからの取り外し作業中に発生する絶縁オイルの飛散などが問題となり、使用できない場合があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記の種々の問題に鑑みて、絶縁オイルを使用せずに、ケーシング内の電子ビーム管の絶縁を十分に保ち、確実に電子ビームを出射することができるとともに、電子ビーム管の窓から安定した電子ビームを出射することができる電子ビーム出射装置を提供することにある。
【００１２】
【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に記載の電子ビーム出射装置は、内部に電子ビーム発生部を有し前面に電子ビームが透過する窓を有する出射部が形成され、電子ビーム発生部に電圧を印加して当該電子ビーム発生部と出射部との電位差により電子ビームを出射する電子ビーム管と、当該電子ビーム管を内部で保持するとともに電子ビーム管の出射部が外部に露出するように設けられたケーシングとよりなる電子ビーム出射装置であって、
前記ケーシング内にドライガスが流れていることを特徴とする電子ビーム出射装置。
【００１３】
請求項２に記載の電子ビーム出射装置は、請求項１に記載の電子ビーム出射装置であって、特に、前記ドライガスの相対湿度が、室温２８℃の場合、５％以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の電子ビーム出射装置は、請求項２に記載の電子ビーム出射装置であって、特に、前記ドライガスの流量が、毎分１０リットル以上であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の電子ビーム出射装置は、請求項１に記載の電子ビーム出射装置であって、特に、前記ケーシング内から排出されたドライガスを再びケーシング内に戻す循環路を有していることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の電子ビーム出射装置は、請求項４に記載の電子ビーム出射装置であって、特に、前記循環路には前記ドライガスの電荷を取り除くための帯電除去装置が組み込まれていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の電子ビーム出射装置は、請求項４に記載の電子ビーム出射装置であって、特に、前記循環路には前記ドライガスの水分を取り除くための脱水装置が組み込まれていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電子ビーム出射装置の断面説明図である。
なお、電子ビーム管１は、図２で示す従来の電子ビーム管と同様であり、同一部分は同一符号で示し、電子ビーム管１自体の説明は省略する。
【００１９】
本発明の電子ビーム出射装置は、電子ビーム管１が樹脂製（アクリル又はガラスエポキシ樹脂）のケーシング５の内部に配置保持されている。具体的には、ケーシング５の開口５ａから電子ビーム管１が挿入され、電子ビーム管１の管壁１ｅがケーシング５内部に配置され、電子ビーム管１の出射部１ｃがケーシング５の外部に露出するようになっている。
そして、適宜の手段を用いて、電子ビーム管１の出射部１ｃがケーシング５の開口５ａを塞ぐように密閉接続されている。
【００２０】
ケーシング５には、ケーシング５内にドライガスが流入するための流入口５１と、ケーシング５内のドライガスをケーシング５外に排気するための排気口５２が形成さえれており、少なくとも電子ビーム管１が稼動する間は、ケーシング５内に、ドライガスが流入口５１から排気口５２に向けて流れる構造になっている。
ドライガスとして、好適には、極めて湿度が低い状態の窒素ガス、酸素ガス、希ガス、エアーが好ましい。
【００２１】
なお、ケーシング５内にドライガスを充填しただけでガスを流さない構造では、電子ビーム管の連続稼動時、管壁１ｅが高温になり、石英ガラス製の管壁１ｅから放出された水分がケーシング５内に滞在することになり、電子ビーム管１の端子１ｆと出射部１ｃとの間で、この水分によって絶縁状態が悪化して放電が発生し、前述した諸問題が発生する。
したがって、本発明の重要な構成は、ケーシング５内にドライガスを流すことにあり、石英ガラス製の管壁１ｅから水分が放出されても、その水分がドライガスと共にケーシング５外に排出されるので、電子ビーム管１の端子１ｆと出射部１ｃとの間を確実に絶縁することができる。
なお、ガス自体は水分が極めて少ないドライガスであるため、電子ビーム管１の端子１ｆと出射部１ｃとの間の放電を誘発するものではない。
【００２２】
この結果、電子ビーム管１の端子１ｆと出射部１ｃとの間で放電が起こらず、電子ビームが出射されなくなるということがなく、また、管壁１ｅ上に沿面放電が発生せず、管壁１ｅが帯電しないので、電子ビームが電子ビーム管１内で正確に窓１ｄ方向に飛び、設計値通りの電子ビームが窓１ｄから安定的に出射されることになる。
【００２３】
次に、ガスの乾燥程度について詳細に説明する。
図４（イ）（ロ）は、ガスの乾燥度と電子ビームの出力データであり、縦軸に電子ビームから出射される電子ビームの出力を電子線量に置き換えて測定した結果を電子ビーム管の稼動直後の電子線量を１とした場合の相対的電子線量を示し、横軸は、稼動時間（分）を示すものである。
この実験に用いられた電子ビーム出射装置は、電子ビーム管の加速電圧である電子ビーム発生部に印加される電圧が５０ｋＶであり、フィラメントに流れる管電流が６０μＡであって、ガス流量が毎分１０リットルの装置を用いた。
そして、ガスとして相対湿度５％のドライエアーと、相対湿度が１０％のエアーを用いて実験を行った。なお、室温は２８℃であった。
【００２４】
図４（イ）は、相対湿度が１０％のエアーの場合のデータであり、電子ビーム管の稼動時間が９分までは、電子線量の変化がほとんどなく、安定した電子ビームが出力されていることが分かるが、９分経過後から頻繁にしかも大きく電子線量が変動し、最大で稼動直後の０．２倍（１／５）まで電子線量が落ち込んでいることがわかる。
これは、ガスの乾燥程度が低く、ガスに含まれている水分が電子ビーム管の管壁に付着し、稼動時間が長くなると一定量の水分が付着して、この結果、電子ビーム管の管壁上に沿面放電が発生し、管壁が帯電することにより、電子線量が大きく変動するものである。
【００２５】
一方、図４（ロ）は、相対湿度が５％のドライエアーの場合のデータであり、電子ビーム管の稼動時間が長くなっても、電子線量の変化がほとんどなく、安定した電子ビームが出力されていることがわかる。
これは、ガスの乾燥程度が高くドライエアーとなっており、確実に電子ビーム管の絶縁状態を保っていることがわかる。
なお、この実験においては、ガスの相対湿度５％のドライエアーを使用したが、相対湿度が５％以下の他の種のドライガスでも同様の結果であり、室温２８℃の場合、ケーシング内に流れるガスの相対湿度が５％以下のドライガスであると確実にケーシング内に配置された電子ビーム管の絶縁状態を保つことができる。
【００２６】
なお、本発明において、湿度を相対湿度で規定しているが、相対湿度を絶対湿度に変換することができる。
換算方法は以下の通りである。
＜相対湿度％ＲＨの定義＞
相対湿度％ＲＨは、以下の式１のとおりである。
％ＲＨ：相対湿度
Ｐ：水蒸気圧（単位；ｍｍＨｇ）
ＰＳ：相対湿度を測定した時の温度の飽和水蒸気圧（単位；ｍｍＨｇ）
【数１】

【００２７】
＜絶対湿度Ｈの定義＞
絶対湿度Ｈは、乾燥空気１ｋｇ中に含まれる水蒸気の質量（単位は[ｋｇＨ_２Ｏ／ｋｇｄｒｙａｉｒ]と定義されているので、以下の式２のとおりである。
【数２】

したがって、相対湿度から絶対湿度への換算式は以下の式３とおりである。
【数３】

【００２８】
上記の換算方法によれば、室温２８℃の場合の相対湿度５％とは、絶対湿度で、０．００１１６[ｋｇＨ_２Ｏ／ｋｇｄｒｙａｉｒ]となる。
【００２９】
次に、ドライガスの流量について詳細に説明する。
図５は、ドライガスの流量と電子ビームの変動回数を示す表であり、電子ビーム稼動１０分間における電子ビーム出力変動回数を示すものである。
なお、電子ビームの変動回数とは、電子ビームの出力が電子ビーム管の稼動直後の電子線量を基準電子線量として、この基準電子線量に対して１／２の電子線量になった回数のことを言う。
【００３０】
この実験に用いられた電子ビーム出射装置は、電子ビーム管の加速電圧である電子ビーム発生部に印加される電圧が５０ｋＶであり、フィラメントに流れる管電流が６０μＡであって、ドライガスとして室温２８℃で相対湿度５％のドライエアー使った装置を用いた。
【００３１】
図５からわかるように、ドライガスの流量が大きくなるほど、変動回数が少なくなっていくことがわかる。
具体的には、ドライガスの流量が毎分２リットルの場合、電子ビームの変動回数が７５回であったが、ドライガスの流量が毎分８リットルの場合は、変動回数が２回となり、ドライガスの流量が毎分１０リットル、１２リットルの場合は、変動回数が０回となった。
この結果から、ドライガスの流量は、毎分１０リットル以上であれば、確実に電子ビームの変動がなくなり、確実に電子ビーム管の絶縁状態が保たれていることがわかる。
【００３２】
図６は、ケーシング内を流れるドライガスを循環させる循環路を有する本発明の電子ビーム出射装置を示す説明図である。
内部に空間を有するパイプ状の循環路７の一端側がケーシング５に連通した状態で流入口５１となっており、循環路７の他端側がケーシング５に連通した状態で排気口５２となっている。
【００３３】
流入口５１からケーシング５内を流入してきてドライガスは、排気口５２からケーシング５外に排出される。
排出されたドライガスは、循環路７内を流れ、次に、循環路７中に組み込まれた除電除去装置８０に流れ込む。
この除電除去装置８０は、図７に示すように、内部に空間を有する例えば銅よりなる金属製のパイプ８０１であり、流路を長くする目的で螺旋状になっている。そして、パイプ８０１の表面にはアース線８０２が接続され、アース線８０２の端部が接地されている。従って、パイプ８０１にアース線８０２によって電子が供給される状態になっており、パイプ８０１内に流れるドライガスがパイプ８０１に接触しパイプから電子を供給されることにより、プラス側に帯電したドライガスが中和され、ドライガスの帯電が除去されることになる。
【００３４】
帯電除去されたドライガスは再び循環路７内を流れ、次に、循環路７中に組み込まれた脱水装置８１に流れ込む。
この脱水装置８１は、図８に示すように、循環路７に連通した流入管８１１を有し、この流入管８１１から流れ出たドライガスが処理槽８１２に流れ込む。この処理槽８１２には、例えばシリカゲル等の吸水剤８１３が充填されており、ドライガスがこのシリカゲル中を流れることにより余分な水分が奪われるものである。そして、排出管８１４を通り再び循環路７に戻されるものである。
【００３５】
このように、除電除去装置８０と脱水装置８１を通過したドライガスは、循環路７に組み込まれたガス混合装置８２に流れ込む。
このガス混合装置８２には、循環路７内を流れるドライガス以外に必要に応じて循環路７以外の別系統９から新鮮なドライガスが流れ込む。そして、循環路７内を流れるドライガス、或いは、混合されたドライガスが再び循環路７を通りケーシング５内に流れ込むものである。
つまり、循環路７中に脱水装置８１が設けられているので、循環路７中を流れるガスは、室温２８℃の場合で、相対湿度が５％以下を保つことができる。
【００３６】
なお、図６中、Ａは循環路７中に組み込まれた加圧ポンプであり、この加圧ポンプＡによって循環路７中のドライガスを加圧してケーシング５にドライガスを送り込むものである。Ｂはバッファータンクであり、このバッファータンクＢによってドライガスの圧力を調整するものである。
さらに、別系統９より新鮮なドライガスを循環路７中に流入させる場合、循環路７中に設けられたガス排出弁Ｃを開けることにより、ドライガスの置換を行うことができる。
また、図６中、Ｄは、ケーシング５とガス混合装置８１の間に設けられたガス流量調整機構であり、この機構にはガス流量計と調整弁が設けられており、自動或いは手動で調整弁を調整して循環路７内を流れるガスの流量を毎分１０リットル以上にすることができる。
【００３７】
このように、ケーシング５内に流れるドライガスを循環路７を用いて循環させることにより、ドライガスの消費量を抑えることができ、ドライガスにかかる電子ビーム出射装置の運転費用を抑制することができる。
【００３８】
そして、電子ビーム管の稼動時、ドライガスがケーシング内で帯電することがあっても、循環路７中に帯電除去装置８０が組み込まれているので、確実にドライガスの電荷を中和することができ、循環するドライガスが電子ビーム管１の管壁１ｅに接触しても管壁１ｅが帯電することがないので、常に電子ビーム管１の窓１ｄから安定した電子ビームを出射することができる。
【００３９】
さらには、電子ビーム管の稼動時、電子ビーム管１の管壁１ｅが高温になり、石英ガラス製の管壁１ｅから放出された水分がドライガスとともに循環路７に流れることがあっても、循環路７中に脱水装置８１が組み込まれているので、確実に水分を除去することができ、電子ビーム管１の端子ｆと出射部１ｃとの間で異常放電が起こることがない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、ケーシング内に電子ビーム管を保持した本発明の電子ビーム出射装置によれば、ケーシング内にドライガスを流すことにより、ケーシング内の電子ビーム管の絶縁を十分に保つことができ、確実に電子ビーム管から電子ビームを出射することができ、また、安定した電子ビームとなる。そして、絶縁を確保する手段としてドライガスを利用するために、電子ビーム出射装置自体からパーティクルが発生することなく、非常に高いクリーン度が要求される場所においても本発明の電子ビーム出射装置を使用することができる。
【００４１】
さらに、ドライガスの湿度が５％以下である場合、極めて確実に電子ビーム管の絶縁を保つことができ、さらに、ドライガスの流量が毎分１０リットル以上であれば、なお一層の絶縁を確保することができる。
【００４２】
そして、ケーシング内を流れるドライガスを循環させるようにすることにより、ドライガスの消費量を抑制することができる。
また、ドライガスの循環路中に帯電除去装置を組み込むことにより、ドライガスの電荷を中和させることができ、ドライガスの循環路中に脱水装置を組み込むことにより、ドライガスの水分を吸収することができ、電子ビームを安定化させることができ、電子ビーム管の管壁での沿面放電を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子ビーム出射装置の断面説明図である。
【図２】電子ビーム管の説明図である。
【図３】従来の電子ビーム出射装置の断面説明図である。
【図４】ガスの乾燥度と電子ビームの出力との関係を示すデータ説明図である。
【図５】ドライガスの流量と電子ビームの変動回数の関係を示すデータ説明図である。
【図６】ドライガスを循環させる循環路を有する本発明の電子ビーム出射装置を示す説明図である。
【図７】除電除去装置の説明図である。
【図８】脱水装置の説明図である。
【符号の説明】
１電子ビーム管
１ａフィラメント
１ｂグリッド
１１電子ビーム発生部
１ｃ出射部
１ｄ窓
１ｅ管壁
１ｆ端子
５ケーシング
５１流入口
５２排気口
７循環路
８０除電除去装置
８１脱水装置
９別系統
Ａ加圧ポンプ
Ｂバッファータンク
Ｃ排気弁
Ｄガス流量調整機構[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a processing apparatus using an electron beam used for curing a resist applied to a semiconductor wafer or the like or drying ink applied to various printed materials by an electron beam emitted from a vacuum type electron beam tube. The present invention relates to an electron beam extraction apparatus.
[0002]
[Prior art]
It has been proposed to use an electron beam for curing a resist applied to a semiconductor wafer or the like, and drying or curing a paint, ink, adhesive, or protective resin applied to a substrate or the like.
In recent years, an electron beam tube having a window as described in JP-A-10-512092 has been commercially available.
This configuration of the electron beam tube is such that an electron beam generator is provided in a vacuum vessel, and electrons emitted from the electron beam generator are emitted from the window of the emission part of the electron beam tube.
When such an electron beam tube is used, an electron beam can be emitted from the window into the atmosphere. Conventionally, a processing apparatus using an electron beam has reduced the atmosphere in which an object to be irradiated is disposed. However, if the electron beam tube is used, it is not necessary, and a vacuum pump and a vacuum chamber are not required for pressure reduction. The configuration of the processing apparatus using the electron beam is simple and easy to handle.
[0003]
FIG. 2 shows a schematic structure of the electron beam tube and its power supply circuit.
The electron beam tube 1 has an electron beam generation unit 11 therein, and the electron beam generation unit 11 includes a filament 1a and a grid 1b. A high voltage of, for example, 30 to 70 kV is applied to the filament 1a and the grid 1b from the DC high voltage power supply 2 via the terminal 1f. Further, a filament power source 3 is connected to the filament 1a via a terminal 1f, and the filament 1a is heated by a current supplied from the power source 3 and emits thermoelectrons. A grid power source 4 is connected to the grid 1b via a terminal 1f, and the emitted electrons are adjusted to a beam shape by an electric field generated by the grid 1b.
[0004]
As described above, a high voltage of, for example, 30 to 70 kV is applied to the filament 1a and the grid 1b, which are the electron beam generation unit 11, and the emission unit 1c provided on the front surface of the electron beam tube 1 is An electron beam is connected to the ground, and an electron beam is emitted out of the electron beam tube 1 from the window 1d of the emission part 1c by using a potential difference between the electron beam generator 11 and the emission part 1c.
The electron beam emitted from the electron beam tube 1 is irradiated onto a workpiece such as a semiconductor wafer (not shown) or various printed materials, for example, and the resist is cured and the ink is dried.
[0005]
The electron beam tube 1 has a sealed structure by a quartz tube wall 1e, an emitting portion 1c, and a window 1d. The internal pressure is reduced to 10 ⁻⁴ to 10 ⁻⁶ Pa (10 ⁻⁶ to 10 ⁻⁸ Torr) so that the generated electron beam is not attenuated.
The window 1d is a film made of a special material including silicon and having a thickness of several μm (for example, 3 μm) that does not attenuate when passing through the electron beam.
[0006]
Such an electron beam tube 1 is held in a casing to become an electron beam emitting device, and is incorporated into a processing device using an electron beam.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a conventional electron beam emitting apparatus.
[0007]
As shown in FIG. 3, the electron beam tube 1 is disposed and held inside the casing 5. Specifically, the electron beam tube 1 is inserted from the opening 5 a of the casing 5, the tube wall 1 e of the electron beam tube 1 is disposed inside the casing 5, and the emission portion 1 c of the electron beam tube 1 is exposed to the outside of the casing 5. It is supposed to be.
[0008]
Then, using an appropriate means, the emitting portion 1c of the electron beam tube 1 is hermetically connected so as to close the opening 5a of the casing 5, and a space between the tube wall 1e of the electron beam tube 1 and the inner wall 5b of the casing 5 is sealed. Is filled with insulating oil 6.
When the insulating oil 6 is not filled in the casing 5, when a voltage is applied to the electron beam tube 1 in order to emit an electron beam, a discharge occurs between the terminal 1f and the emitting portion 1c. Causes creeping discharge on the tube wall 1e.
[0009]
Even if the creeping discharge is instantaneous, the tube wall 1e is charged, the electron beam is bent in the electron beam tube 1 and the electrons fly in the direction of the window 1d, and the designed electron beam is not emitted from the window 1d. As the charged state of the tube wall 1e changes every moment, the internal electron beam fluctuates due to the charge charged on the tube wall 1e, and the electron beam emitted from the window 1d becomes unstable. When the discharge is maintained between the terminal 1f and the emitting portion 1c, there is a problem that the electron beam is not emitted from the window 1d at all.
In order not to cause such a problem, the space between the tube wall 1e of the electron beam tube 1 and the inner wall 5b of the casing 5 is filled with insulating oil 6 to completely insulate between the terminal 1f and the emitting portion 1c. Thus, abnormal discharge was prevented.
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
However, in such an electron beam emitting apparatus using insulating oil, in the semiconductor manufacturing process step that requires a very high degree of cleanliness, it occurs during the leakage of the insulating oil or during the removal of the electron beam tube from the casing. Insulation oil may scatter and may not be usable.
[0011]
In view of the above-described various problems, the object of the present invention is to sufficiently insulate the electron beam tube in the casing without using insulating oil, and to reliably emit the electron beam. An object of the present invention is to provide an electron beam emitting apparatus capable of emitting a stable electron beam from a window of a tube.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, an electron beam emitting apparatus according to claim 1 is provided with an electron beam generator inside and an emission part having a window through which an electron beam is transmitted on the front surface. An electron beam tube that emits an electron beam due to a potential difference between the electron beam generation unit and the emission unit by applying a voltage, and the electron beam tube is held inside and the emission unit of the electron beam tube is exposed to the outside An electron beam emitting device comprising a provided casing,
An electron beam emitting apparatus, wherein a dry gas flows in the casing.
[0013]
The electron beam emitting apparatus according to claim 2 is the electron beam emitting apparatus according to claim 1, and particularly, when the relative humidity of the dry gas is room temperature of 28 ° C., it is 5% or less. And
[0014]
An electron beam emitting apparatus according to a third aspect is the electron beam emitting apparatus according to the second aspect, particularly characterized in that the flow rate of the dry gas is 10 liters per minute or more.
[0015]
The electron beam emitting device according to claim 4 is the electron beam emitting device according to claim 1, and in particular has a circulation path for returning the dry gas discharged from the casing into the casing again. It is characterized by that.
[0016]
The electron beam emitting device according to claim 5 is the electron beam emitting device according to claim 4, and in particular, a charge removing device for removing the charge of the dry gas is incorporated in the circulation path. It is characterized by that.
[0017]
The electron beam emitting device according to claim 6 is the electron beam emitting device according to claim 4, and in particular, a dehydrating device for removing moisture of the dry gas is incorporated in the circulation path. It is characterized by.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of an electron beam emitting apparatus of the present invention.
The electron beam tube 1 is the same as the conventional electron beam tube shown in FIG. 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description of the electron beam tube 1 itself is omitted.
[0019]
In the electron beam emitting apparatus of the present invention, the electron beam tube 1 is disposed and held inside a casing 5 made of resin (acrylic or glass epoxy resin). Specifically, the electron beam tube 1 is inserted from the opening 5 a of the casing 5, the tube wall 1 e of the electron beam tube 1 is disposed inside the casing 5, and the emission portion 1 c of the electron beam tube 1 is exposed to the outside of the casing 5. It is supposed to be.
And the radiation | emission part 1c of the electron beam tube 1 is airtightly connected so that the opening 5a of the casing 5 may be plugged up using a suitable means.
[0020]
The casing 5 is formed with an inlet 51 for allowing dry gas to flow into the casing 5 and an exhaust port 52 for exhausting the dry gas within the casing 5 to the outside of the casing 5, and at least an electron beam tube. During operation, the dry gas flows from the inlet 51 toward the exhaust 52 in the casing 5.
The dry gas is preferably nitrogen gas, oxygen gas, rare gas, or air in a very low humidity state.
[0021]
In the structure in which the gas is not flowed only by filling the casing 5 with the dry gas, the tube wall 1e becomes a high temperature during continuous operation of the electron beam tube, and moisture released from the quartz glass tube wall 1e becomes the casing. 5, the insulation state deteriorates between the terminal 1f of the electron beam tube 1 and the emitting portion 1c, and a discharge occurs, causing the above-described problems.
Therefore, an important configuration of the present invention is to allow a dry gas to flow into the casing 5, and even if moisture is released from the quartz glass tube wall 1e, the moisture is discharged out of the casing 5 together with the dry gas. Therefore, the terminal 1f of the electron beam tube 1 and the emitting portion 1c can be reliably insulated.
Since the gas itself is a dry gas with very little moisture, it does not induce a discharge between the terminal 1f of the electron beam tube 1 and the emitting portion 1c.
[0022]
As a result, no discharge occurs between the terminal 1f of the electron beam tube 1 and the emitting portion 1c, the electron beam is not emitted, and no creeping discharge occurs on the tube wall 1e. Since 1e is not charged, the electron beam accurately jumps in the direction of the window 1d in the electron beam tube 1, and the electron beam as designed is stably emitted from the window 1d.
[0023]
Next, the degree of gas drying will be described in detail.
4 (a) and 4 (b) are gas dryness and electron beam output data. The vertical axis represents the measurement result obtained by replacing the output of the electron beam emitted from the electron beam with the electron dose. The relative electron dose when the electron dose immediately after the operation is 1 is shown, and the horizontal axis shows the operation time (minutes).
In the electron beam emitting apparatus used in this experiment, the voltage applied to the electron beam generator, which is the acceleration voltage of the electron beam tube, is 50 kV, the tube current flowing through the filament is 60 μA, and the gas flow rate is every minute. A 10 liter device was used.
Then, an experiment was conducted using dry air having a relative humidity of 5% and air having a relative humidity of 10% as the gas. The room temperature was 28 ° C.
[0024]
FIG. 4 (a) shows data in the case of air with a relative humidity of 10%. A stable electron beam is output with almost no change in electron dose until the operation time of the electron beam tube is up to 9 minutes. As can be seen, the electron dose fluctuates frequently and frequently after the elapse of 9 minutes, and the electron dose drops to 0.2 times (1/5) immediately after operation.
This is because the degree of drying of the gas is low, the moisture contained in the gas adheres to the tube wall of the electron beam tube, and a certain amount of moisture adheres as the operation time becomes longer, resulting in the tube of the electron beam tube. A creeping discharge is generated on the wall and the tube wall is charged, so that the electron dose varies greatly.
[0025]
On the other hand, Fig. 4 (b) shows data for dry air with a relative humidity of 5%. Even when the operation time of the electron beam tube is long, there is almost no change in the electron dose, and a stable electron beam is output. You can see that
This shows that the degree of drying of the gas is high and the air is dry air, and the insulation state of the electron beam tube is reliably maintained.
In this experiment, dry air having a relative humidity of 5% was used, but the same result was obtained with other types of dry gas having a relative humidity of 5% or less. If the relative humidity of the flowing gas is 5% or less, the insulating state of the electron beam tube disposed in the casing can be reliably maintained.
[0026]
In the present invention, the humidity is defined by the relative humidity, but the relative humidity can be converted into the absolute humidity.
The conversion method is as follows.
<Definition of relative humidity% RH>
The relative humidity% RH is as shown in Equation 1 below.
% RH: relative humidity P: water vapor pressure (unit: mmHg)
PS: saturated water vapor pressure at the temperature when the relative humidity is measured (unit: mmHg)
[Expression 1]

[0027]
<Definition of absolute humidity H>
The absolute humidity H is the mass of water vapor contained in 1 kg of dry air (the unit is defined as [kgH ₂ O / kg dry air], and is expressed by the following formula 2.
[Expression 2]

Therefore, the conversion formula from the relative humidity to the absolute humidity is the following formula 3.
[Equation 3]

[0028]
According to the above conversion method, the relative humidity of 5% at room temperature of 28 ° C. is 0.00116 [kgH ₂ O / kg dry air] in absolute humidity.
[0029]
Next, the flow rate of the dry gas will be described in detail.
FIG. 5 is a table showing the flow rate of the dry gas and the number of fluctuations of the electron beam, and shows the number of fluctuations in the electron beam output during 10 minutes of operation of the electron beam.
The number of fluctuations of the electron beam is the number of times that the electron beam output has become an electron dose ½ of the reference electron dose, with the electron dose immediately after the operation of the electron beam tube as the reference electron dose. To tell.
[0030]
In the electron beam emitting apparatus used in this experiment, the voltage applied to the electron beam generator, which is the acceleration voltage of the electron beam tube, is 50 kV, the tube current flowing through the filament is 60 μA, and the dry gas has a room temperature of 28 An apparatus using dry air at 5 ° C. and a relative humidity of 5% was used.
[0031]
As can be seen from FIG. 5, as the flow rate of the dry gas increases, the number of fluctuations decreases.
Specifically, when the flow rate of the dry gas was 2 liters per minute, the number of fluctuations of the electron beam was 75 times, but when the flow rate of the dry gas was 8 liters per minute, the number of fluctuations was 2 times, When the flow rate of the dry gas was 10 liters per minute and 12 liters, the number of fluctuations was zero.
From this result, it can be seen that when the flow rate of the dry gas is 10 liters per minute or more, the fluctuation of the electron beam is surely eliminated and the insulation state of the electron beam tube is reliably maintained.
[0032]
FIG. 6 is an explanatory view showing the electron beam emitting apparatus of the present invention having a circulation path for circulating the dry gas flowing in the casing.
A pipe-like circulation path 7 having a space inside is an inflow port 51 in a state where one end side communicates with the casing 5, and an other end side of the circulation path 7 is an exhaust port 52 in a state where the other end side communicates with the casing 5. .
[0033]
The dry gas that has flowed into the casing 5 from the inflow port 51 is discharged out of the casing 5 through the exhaust port 52.
The discharged dry gas flows in the circulation path 7, and then flows into the static elimination device 80 incorporated in the circulation path 7.
As shown in FIG. 7, the static eliminator 80 is a metal pipe 801 made of, for example, copper having a space inside, and has a spiral shape for the purpose of lengthening the flow path. A ground wire 802 is connected to the surface of the pipe 801, and an end of the ground wire 802 is grounded. Accordingly, electrons are supplied to the pipe 801 through the ground wire 802, and the dry gas flowing in the pipe 801 contacts the pipe 801 and is supplied with electrons from the pipe, whereby the dry gas charged to the plus side is supplied. Is neutralized, and the charge of the dry gas is removed.
[0034]
The dry gas from which the charge has been removed flows again in the circulation path 7 and then flows into the dehydrator 81 incorporated in the circulation path 7.
As shown in FIG. 8, the dehydrator 81 has an inflow pipe 811 that communicates with the circulation path 7, and the dry gas that has flowed out of the inflow pipe 811 flows into the treatment tank 812. The treatment tank 812 is filled with a water-absorbing agent 813 such as silica gel, and excess moisture is taken away when the dry gas flows through the silica gel. Then, it returns to the circulation path 7 again through the discharge pipe 814.
[0035]
In this way, the dry gas that has passed through the static elimination device 80 and the dehydrator 81 flows into the gas mixing device 82 incorporated in the circulation path 7.
In addition to the dry gas flowing in the circulation path 7, fresh dry gas flows into the gas mixing device 82 from another system 9 other than the circulation path 7 as necessary. Then, the dry gas flowing in the circulation path 7 or the mixed dry gas flows again into the casing 5 through the circulation path 7.
That is, since the dehydrator 81 is provided in the circulation path 7, the gas flowing in the circulation path 7 can maintain a relative humidity of 5% or less at room temperature of 28 ° C.
[0036]
In FIG. 6, A is a pressurizing pump incorporated in the circulation path 7, and the pressurizing pump A pressurizes the dry gas in the circulation path 7 and sends the dry gas into the casing 5. B is a buffer tank, which adjusts the pressure of the dry gas.
Furthermore, when fresh dry gas flows from the separate system 9 into the circulation path 7, the dry gas can be replaced by opening the gas discharge valve C provided in the circulation path 7.
In FIG. 6, D is a gas flow rate adjustment mechanism provided between the casing 5 and the gas mixing device 81. This mechanism is provided with a gas flow meter and an adjustment valve, and is adjusted automatically or manually. The flow rate of the gas flowing in the circulation path 7 can be adjusted to 10 liters or more per minute by adjusting the valve.
[0037]
Thus, by circulating the dry gas flowing in the casing 5 using the circulation path 7, the consumption of the dry gas can be suppressed, and the operating cost of the electron beam emitting device related to the dry gas can be suppressed. it can.
[0038]
When the electron beam tube is in operation, even if the dry gas may be charged in the casing, the charge removing device 80 is incorporated in the circulation path 7, so that the charge of the dry gas can be reliably neutralized. Even if the circulating dry gas contacts the tube wall 1e of the electron beam tube 1, the tube wall 1e is not charged. Therefore, a stable electron beam can always be emitted from the window 1d of the electron beam tube 1. it can.
[0039]
Furthermore, even when the electron beam tube is in operation, the tube wall 1e of the electron beam tube 1 becomes hot, and moisture released from the quartz glass tube wall 1e may flow into the circulation path 7 together with the dry gas. Since the dehydrating device 81 is incorporated in the circulation path 7, moisture can be reliably removed, and abnormal discharge does not occur between the terminal f of the electron beam tube 1 and the emitting portion 1c.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the electron beam emitting apparatus of the present invention in which the electron beam tube is held in the casing, the insulation of the electron beam tube in the casing can be sufficiently maintained by flowing the dry gas into the casing. The electron beam can be reliably emitted from the electron beam tube, and a stable electron beam can be obtained. In order to use dry gas as a means for ensuring insulation, the electron beam emitting device of the present invention is used even in a place where a very high degree of cleanness is required without generating particles from the electron beam emitting device itself. can do.
[0041]
Furthermore, when the humidity of the dry gas is 5% or less, the insulation of the electron beam tube can be maintained very reliably, and further insulation is secured if the flow rate of the dry gas is 10 liters per minute or more. can do.
[0042]
And the consumption of dry gas can be suppressed by making it circulate through the dry gas which flows in the inside of a casing.
In addition, by incorporating a charge removal device in the dry gas circulation path, the charge of the dry gas can be neutralized, and by incorporating a dehydration device in the dry gas circulation path, moisture in the dry gas is absorbed. The electron beam can be stabilized, and creeping discharge on the tube wall of the electron beam tube can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of an electron beam emitting apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an electron beam tube.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a conventional electron beam emitting apparatus.
FIG. 4 is a data explanatory diagram showing the relationship between gas dryness and electron beam output.
FIG. 5 is a data explanatory diagram showing the relationship between the flow rate of dry gas and the number of fluctuations of an electron beam.
FIG. 6 is an explanatory view showing an electron beam emitting apparatus of the present invention having a circulation path for circulating a dry gas.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a static elimination device.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a dehydrating apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron beam tube 1a Filament 1b Grid 11 Electron beam generation | occurrence | production part 1c Output | radiation part 1d Window 1e Tube wall 1f Terminal 5 Casing 51 Inlet 52 Exhaust port 7 Circulation path 80 Static elimination apparatus 81 Dehydration apparatus 9 Another system A Pressure pump B Buffer Tank C Exhaust valve D Gas flow adjustment mechanism

Claims

An emission part having an electron beam generation part inside and a window through which the electron beam is transmitted is formed. A voltage is applied to the electron beam generation part, and the electron beam is generated by a potential difference between the electron beam generation part and the emission part. An electron beam emitting device comprising: an electron beam tube that emits; and a casing that is provided so that the electron beam tube is held inside and an emission part of the electron beam tube is exposed to the outside,
An electron beam emitting apparatus, wherein a dry gas flows in the casing.

2. The electron beam emitting apparatus according to claim 1, wherein when the humidity of the dry gas is room temperature of 28 ° C., the relative humidity is 5% or less.

The electron beam emitting apparatus according to claim 2, wherein the flow rate of the dry gas is 10 liters or more per minute.

2. The electron beam emitting apparatus according to claim 1, further comprising a circulation path for returning the dry gas discharged from the casing back into the casing.

5. The electron beam emitting apparatus according to claim 4, wherein a charge removing device for removing the charge of the dry gas is incorporated in the circulation path.

5. The electron beam emitting apparatus according to claim 4, wherein a dehydrator for removing moisture from the dry gas is incorporated in the circulation path.