(57)【要約】【課題】広領域にわたって均一で、高電流密度の電子ビームをビーム径固定若しくは可変に形成する電子銃、その電子銃を適用し、広領域のビームスキャンに対応し，照射時間スループットに対応した電子線照射装置、或いは被処理物上ビームが均一で、高電流密度の電子線効率を高めた電子線照射装置を提供する。【解決手段】電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント５と、長手方向に直線部を有する第１長穴６ａを有し，コイルフィラメント５を収納する金属集中キャップ６と、金属集中キャップ６より電子光学系の下流側に配置され，第１長穴６ａと直角方向に配置した第１長穴より大きい第２長穴７ａを有するアノード７とを備える電子銃、及びその電子銃と、アノード７より電子光学系の下流に配置した偏向器８とを備える電子線照射装置。【選択図】図２
2008181684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、
長手方向に直線部を有する第１長穴を備え，前記コイルフィラメントを収納する金属集中キャップと、
前記金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置され、長手方向に直線部を有し，前記第１長穴と直角方向に配置された第２長穴を備えるアノード
とを備え、前記第２長穴は前記第１長穴よりも大きく、かつ前記第１長穴と前記第２長穴の長辺の比と短辺の比は等しいことを特徴とする電子銃。
【請求項２】
前記請求項１記載の電子銃と、
前記アノードより電子光学系の下流に配置した偏向器
とを備えることを特徴とする電子線照射装置。
【請求項３】
前記金属集中キャップと前記アノード間の距離は、前記コイルフィラメントから発生した電子ビームが前記第１長穴及び前記第２長穴を通過して、直線近似ビーム軌道が前記偏向器まで衝突しない位置に配置したことを特徴とする請求項２記載の電子線照射装置。
【請求項４】
電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、
前記コイルフィラメントをカバーする角穴部，中央部及び終端部を備え，前記中央部内径を前記終端部内径よりも大きい内径で構成した金属集中キャップと、
前記金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置され，円筒形状で前記金属集中キャップの終端部内径と同程度の内径を備えるレンズと、
前記レンズより電子光学系の下流に配置されるアノード
とを備え、前記コイルフィラメントは前記金属集中キャップの前記角穴部エッジから突き出したコイル中心と約７０度の開き半角位置で配置したことを特徴とする電子銃。
【請求項５】
前記請求項４記載の電子銃と、
前記アノードより電子光学系の下流側に配置された偏向器
とを備えることを特徴とする電子線照射装置。
【請求項６】
電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、前記コイルフィラメントから発生する電子ビームを抑制する金属集中キャップと、前記金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置されるレンズと、前記レンズより電子光学系の下流に配置されるアノードと、前記アノードより電子光学系の下流側に配置される偏向器とを備える電子線照射装置であって、
前記レンズに加速電圧と同じ値の電圧を印加して，クロスオーバ位置を前記レンズの電子光学系上流側に形成するステップと、
前記レンズに０Ｖを印加して，クロスオーバ位置を前記レンズの電子光学系下流側に形成するステップと、
前記レンズに加速電圧と０Ｖの中間電圧を印加して，ビームクロスオーバ位置とビーム寸法を変化させるステップ
とを有することを特徴とする電子線照射装置。
【請求項７】
請求項２〜３，５〜６のいずれか一つに記載の電子線照射装置を用いてプロセス途中の又はプロセス終了後の薄膜に、電子線を照射して、前記薄膜表面の改質或いは脱水処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項２〜３，５〜６のいずれか一つに記載の電子線照射装置を用いてプロセス途中の又はプロセス終了後の薄膜に、電子線を照射して、前記薄膜表面の改質或いは脱水処理を行うことを特徴とする平面表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子銃、電子線照射装置、半導体装置の製造方法及び平面表示装置の製造方法に関し、特に、被処理物の表面処理や表面改質を目的とし、電子線照射効率にすぐれた電子光学系で構成したコイルフィラメント式電子源を有する電子銃、その電子銃を用いる電子線照射装置、及び、その電子線照射装置を適用する半導体装置の製造方法及び表面表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線照射は、試料の表面改質や脱ガスに有効であり、産業用装置として利用されている。電子線照射の特性は、電子ビームの加速電圧と電流密度に左右され、特に試料上で均一な電流密度のビームが要求される。一般に、電子光源から出射された電子ビームはガウシャン分布となるため、試料上のビーム照射に分布が発生する。電子線照射の条件として、高電流密度で、広領域で均一な電流密度の電子ビームを発生する電子銃が要求される。
【０００３】
電子線照射の技術は、被処理物の表面処理や表面改質の効果が得られることから、真空中や、大気中に置かれた被処理物に電子線を照射し、電子線のエネルギーを利用して高分子化合物に架橋・重合などの反応を起こさせ、フィルムの改質、インキの乾燥、オーバコート樹脂の硬化への応用など、種々の産業分野の製造工程に応用されている。
【０００４】
電子線照射装置は、電子線を発生する電子線発生部と、被処理物を移動するコンベアやＸＹステージなどで構成されている。図１１は、従来例に係る電子線照射装置の模式的断面構造であり、線状フィラメントを使用し、フィラメントから放出された熱電子を加速し、被処理物に電子線を照射している（例えば、特許文献１参照。）。この電子線照射装置は、電子線発生部６０と、照射窓（電子透過窓に設けられた）部７０と、照射室８０とで構成されている。
【０００５】
電子線発生部６０は、電子線を発生するターミナル６２と、ターミナル６２で発生した電子線を真空空間（加速空間）で加速する加速管６４とを有する。電子線発生部６０の内部は、電子が気体分子と衝突してエネルギーを失うことを防ぐため、図示しない真空ポンプ等により真空に保たれている。又、ターミナル６２は、熱電子を放出する線状陰極としてのフィラメント６２ａと、フィラメント６２ａを支持するガン構造体６２ｂと、フィラメント６２ａで発生した熱電子をコントロールするグリッド６２ｃとを有している。
【０００６】
照射窓７０は、金属箔（例えば、Ｔｉ箔）からなる窓箔７２と、窓枠構造体７４とを有する。窓箔７２は、電子線発生部６０内の真空雰囲気と照射室８０内に電子線を取り出すものである。照射室８０は、被処理物に電子線を照射する照射空間８２を含むものである。被処理物は、照射室８０内を、図示しない搬送機構により、左側から右側にローラ等により搬送される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
電子線を大気中で使用する装置では、金属隔壁膜（例えば、Ｂｅ膜）を通過させて使用するため、金属隔壁膜でほとんどの電子線がジュール熱に置き換えられ、金属隔壁膜を外部から冷却するなどの対策が必要である。金属隔壁膜は電子線通過効率向上から、なるべく薄くすることが要望され、ターゲット面積をなるべく小さく、かつして大気圧に耐えられる厚みを所有した構造が要求される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００８】
電子線照射で使用する電子ビームは、加速電圧、電流量、電流密度、均一性、ビーム寸法が重要なパラメータとなる。照射効率を上げるには、大きなブロードビームが有利であるが、照射エリアが大きい場合は、被処理物を移動するか、ビームをスキャンする必要がある。ビームを偏向器でスキャンする使用法の場合は、偏向器に衝突しない大きさのビーム寸法が要求されるため、ブロードビームの大きさが制限される。
【０００９】
フィラメント式の電子銃はビーム電流を多く取れるメリットがある反面，物理設計が複雑なため，必要な電子ビーム形状や電流密度を制御することが難しい。
【００１０】
電子源としては、大きなビーム電流が取れ、比較的簡単な制御で使用できるタングステンフィラメントがあげられる。コイルフィラメントを使用すると、丸ビームや四角ビームを形成することができるが、ビーム発生軌道が複雑で制御が難しい問題がある。
【特許文献１】特開平９−６８６００号公報（段落番号０００４〜０００５、図３）
【非特許文献１】水島  康守著、“特集塗装乾燥システムの適用事例と管理要件−低加速電圧・超小型ＥＢ照射装置の適用”、塗装技術、２００１年１０月号、ｐ.９０−９６（ｐ．９３、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、広領域にわたって均一で、高電流密度の電子ビームをビーム径固定若しくは可変に形成する電子銃、その電子銃を適用し、広領域のビームスキャンに対応し，照射時間スループットに対応した電子線照射装置、或いは被処理物上ビームが均一で、高電流密度の電子線効率を高めた電子線照射装置を提供すると共に、その電子線照射装置を適用する半導体装置の製造方法及び表面表示装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、長手方向に直線部を有する第１長穴を備え，コイルフィラメントを収納する金属集中キャップと、金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置され，長手方向に直線部を有し，第１長穴と直角方向に配置された第２長穴を備えるアノードとを備え、第２長穴は第１長穴よりも大きく、かつ第１長穴と第２長穴の長辺の比と短辺の比は等しい電子銃が提供される。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、前記請求項１記載の電子銃と、アノードより電子光学系の下流に配置した偏向器とを備える電子線照射装置が提供される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、金属集中キャップとアノード間の距離は、コイルフィラメントから発生した電子ビームが第１長穴及び第２長穴を通過して、直線近似ビーム軌道が偏向器まで衝突しない位置に配置した電子線照射装置した電子線照射装置が提供される。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、コイルフィラメントをカバーする大きい角穴部，中央部及び終端部を備え、中央部内径を終端部内径よりも大きい内径で構成した金属集中キャップと、金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置され、円筒形状で金属集中キャップの終端部内径と同程度の内径を備えるレンズと、レンズより電子光学系の下流に配置されるアノードとを備え、コイルフィラメントは金属集中キャップの角穴部エッジから突き出したコイル中心と約７０度の開き半角位置で配置した電子銃が提供される。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、前記請求項４記載の電子銃と、アノードより電子光学系の下流側に配置された偏向器とを備える電子線照射装置が提供される。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメントと、コイルフィラメントから発生する電子ビームを抑制する金属集中キャップと、金属集中キャップより電子光学系の下流側に配置されるレンズと、レンズより電子光学系の下流に配置されるアノードと、アノードより電子光学系の下流側に配置される偏向器とを備える電子線照射装置であって、レンズに加速電圧と同じ値の電圧を印加して、クロスオーバ位置をレンズの電子光学系上流側に形成するステップと、レンズに０Ｖを印加して、クロスオーバ位置をレンズの電子光学系下流側に形成するステップと、レンズに加速電圧と０Ｖの中間電圧を印加して、ビームクロスオーバ位置とビーム寸法を変化させるステップとを有する電子線照射装置が提供される。
【００１８】
請求項７の発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項２〜３，５〜６のいずれか一つに記載の電子線照射装置を用いてプロセス途中の又はプロセス終了後の薄膜に、電子線を照射して、薄膜表面の改質或いは脱水処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項８の平面表示装置の製造方法は、請求項２〜３，５〜６のいずれか一つに記載の電子線照射装置を用いてプロセス途中の又はプロセス終了後の薄膜に、電子線を照射して、薄膜表面の改質或いは脱水処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、出射する電子ビームを適正に整形でき、広領域にわたって均一な処理を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２２】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２３】
[第１の実施の形態]
図１は本発明の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置の構成であって、図１（ａ）は、模式的全体構成図、図１（ｂ）は、被処理物３上における電子ビームスポット４ａ、４ｂの様子を示す。
【００２４】
電子線照射装置は、図１（ａ）に示すように、真空チャンバ１と、真空チャンバ１に隣接して配置された電子銃部２と、真空チャンバ１内に配置された電子線照射対象の被処理物３とを備え、電子銃部２から出射された電子ビーム４は、被処理物３上に照射される。電子銃部２から発生した電子線は、光軸上の電子ビーム４から偏向動作によって電子ビーム４’に示すように偏向され、被処理物３の全面に電子ビームをスキャンして電子線照射を行う。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る電子銃の構造を示しており、被処理物への照射ビーム寸法が固定で、比較的、低加速電圧の用途を対象としている。
【００２６】
図２（ａ）はコイルフィラメント５の並び方向から見たＺＸ面における模式的断面構造図、図２（ｂ）はＺＹ面における模式的断面構造図をそれぞれ示している。又、図２（ｃ）は、コイルフィラメント５の近傍における第１長穴６ａのＸＹ面における模式図、図２（ｄ）は、アノード７に形成される第２長穴７ａのＸＹ面における模式図をそれぞれ示している。第１長穴６ａの寸法は図２（ｃ）に示すように、Ａ×Ｃで定義され、第２長穴７ａの寸法は図２（ｄ）に示すように、Ｄ×Ｂで定義される。
【００２７】
又、図３は、コイルフィラメント５、第１長穴６ａ及び第２長穴７ａの３次元的な配置構成を模式的に示した図であり、コイルフィラメント５から発生した電子ビームが第１長穴６ａ及び第２長穴７ａの非対象レンズ効果によって、円形の電子ビームスポット４ａに整形される様子を示す。
【００２８】
図４は、Ｚ軸方向から見たコイルフィラメント５、第１長穴６ａ及び第２長穴７ａの拡大されたＸＹ面における模式図をそれぞれ示している。
【００２９】
（電子銃）
図２は本発明の第１の実施の形態に係る電子銃及びその電子銃を適用する電子線照射装置の模式的構成を示す。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態に係る電子銃は、図２に示すように、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント５と、長手方向に直線部を有する第１長穴６ａを備え，コイルフィラメント５を収納する金属集中キャップ６と、金属集中キャップ６より電子光学系の下流側に配置され，長手方向に直線部を有し，第１長穴６ａと直角方向に配置された第２長穴７ａを備えるアノード７とを備え、第２長穴７ａは第１長穴６ａよりも長辺及び短辺が大きく、かつ第１長穴６ａと第２長穴７ａの長辺の比と短辺の比は等しい。
【００３１】
コイルフィラメント５は、例えばタングステンによって構成される。コイルフィラメント５には、金属集中キャップ６に印加される加速電圧に更に、重畳して熱電子放出用のフィラメント電圧が印加される。
【００３２】
金属集中キャップ６は、第１長穴６ａを有する長穴部６ｂを備える。金属集中キャップ６は、例えば、ステンレス等の金属材料で形成される。金属集中キャップ６には、アノード７に対して、負電圧の加速電圧、例えば、１０ｋＶ〜１００ｋＶ程度が印加される。
【００３３】
アノード７は、金属集中キャップ６より電子光学系の下流側に配置される。アノード７には、接地電位（ＧＮＤ）を与える。
【００３４】
コイルフィラメント５の長さに応じた第１長穴６ａと第２長穴７ａは、例えば、約１：５の寸法比を有する。即ち、例えば、Ａ：Ｄ＝Ｃ：Ｂ＝１：５を満足するように設定する。
【００３５】
このような寸法比は、コイルフィラメント５から発生した電子ビームが第１長穴６ａ及び第２長穴７ａを通過して、略円形の均一な、高電流密度の電子ビームスポット４ａを得るための一例である。
【００３６】
例えば、図３に示すように、コイルフィラメント５の端部から発生した電子ビームの軌道は、直線近似ビーム軌道で表すと、Ｆ１−Ｇ１−Ｈ１，若しくはＦ２−Ｇ２−Ｈ２のように表され、コイルフィラメント５の中央部から発生した電子ビームの軌道は、Ｋ１−Ｌ１−Ｍ１，若しくはＫ２−Ｌ２−Ｍ２のように表される。
【００３７】
又、図４に示すように、金属集中キャップ６に設けられた第１長穴６ａとアノード７に設けられた第２長穴７ａの長穴方向は、直角に配置し、アノード７に設けられた第２長穴７ａの穴寸法の方が金属集中キャップ６に設けられた第１長穴６ａの穴寸法より大きい形状で構成している。
【００３８】
結果として、第１長穴６ａと第２長穴７ａを、図３に示すように、互いに直交するように配置することによって、Ｃ，Ｂ直線エッジでＸレンズ，Ｙレンズの非対称レンズ、即ち、２次元非対称シリンドリカルレンズが、実質的に構成される。その結果、略円形で、均一、高電流密度の電子ビームスポット４ａが得られる。
【００３９】
コイルフィラメント５はアノード７から少し離して配置し、コイルフィラメント５全体は金属集中キャップ６の中に収納されている。金属集中キャップ６とアノード７は、ギャップ寸法Ｅを持った位置に配置されている。
【００４０】
図４に示すように、金属集中キャップ６の第１長穴６ａの穴形状は、コイルフィラメント５のＲ方向を外径より小さい幅で穴をカバーし、長手方向はコイルフィラメント５の外形より大きな幅の長穴で形成する。第１長穴６ａの寸法Ｃはコイルフィラメント５のコイル外形より小さい。例えば、コイルフィラメント５は、コイル中心から約７０度程度の開き半角で第１長穴６ａを覗くように、金属集中キャップ６内に配置する。コイルフィラメント５のコイル上部からの電子放出は、図３乃至図４に示すように、第１長穴６ａの寸法Ｃの直線エッジで抑制され、コイルフィラメント５の巻き方向（Ｘ方向）のビーム発散は、第２長穴７ａの寸法Ｂの直線エッジで抑制される。
【００４１】
金属集中キャップ６の第１長穴６ａとアノード７の第２長穴７ａによって、Ｃ，Ｂ直線エッジでＸレンズ，Ｙレンズの非対称レンズを構成し、２段階で電子ビームを成形して電子ビーム形状を整えている。Ａ，Ｂ，Ｃ，及びＤの各寸法は、コイルフィラメント５の巻き数や外形寸法によって変化するが、ＡとＤ，ＣとＢの比は一定の値、例えば、約５を有し、金属集中キャップ６とアノード７間のギャップ寸法Ｅはこれに応じた比例寸法で設定する。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態に係る電子銃によれば、金属集中キャップ６の第１長穴６ａの穴形状をコイルフィラメント５に沿って長穴とし、これと対抗した位置に設けたアノード７は金属集中キャップ６の第１長穴６ａと直角方向に配置し、穴寸法Ａ×Ｃ及びＤ×Ｂと金属集中キャップ６とアノード７とのギャップ寸法Ｅを最適化することで、試料面上の照射ビームが均一で高電流密度の電子ビームを得ることができる。
【００４３】
（電子線照射装置）
本発明の第１の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置は、図２に示すように、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント５，第１長穴６ａを有する金属集中キャップ６及び第２長穴７ａを有するアノード７からなる電子銃と、アノード７より電子光学系の下流側に配置された偏向器８とを備える。偏向器８は、例えばスキャンコイルによって構成される。偏向器８は、電磁方式、静電方式のいずれの方式でも実現可能である。
【００４４】
上述の如く、本発明の第１の実施の形態に係る電子銃においては、ＡとＤ，ＣとＢの比は一定の値、例えば、約５を有し、金属集中キャップ６とアノード７間のギャップ寸法Ｅはこれに応じた比例寸法で設定するが、本発明の第１の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置においては、更にこの要件に加えて、金属集中キャップ６とアノード７間の距離を表すギャップ寸法Ｅは、コイルフィラメント５から発生した電子ビームが第１長穴６ａ及び第２長穴７ａを通過して、直線近似ビーム軌道が偏向器８まで衝突しない位置に配置する。
【００４５】
図２の構成において、図示しない電源によって金属集中キャップ６に電子線照射用途に合わせた加速電源（例えば１０ｋＶ）を印加し、アノード７に接地電位（ＧＮＤ）を設定する。図示していない加速電圧に重畳したフィラメント電圧でコイルフィラメント５にフィラメント電流を流すと、コイルフィラメント５からは加熱されて熱電子が発生する。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）は、上記電子線照射装置の構造において、電圧印加で発生する等電位ポテンシャルと、発生する電子ビーム軌道状態を示したものであり、図５（ａ）は、ＺＸ面における模式図、図５（ｂ）は、ＺＹ面における模式図を示す。更に偏向器８に偏向電圧を印加して、電子ビームを偏向することができる。
【００４７】
図５において、金属集中キャップ６とアノード７間ではフラット電位、長穴部では静電場レンズ９ａ，９ｂが発生する。コイルフィラメント５から発生した熱電子は、加速電圧によって加速され、ビーム軌道を描いて、第１長穴６ａの寸法Ｃと第２長穴７ａの寸法Ｂの非対称ＸＹレンズの効果で整形され、略円形の電子ビーム４ｂ１，４ｂ２となり、被処理物にランディングして電子線照射が行なわれる。
【００４８】
本発明の第１の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置によれば、金属集中キャップ６とアノード７の電場は、長穴の効果でＸＹ非対称のシリンドリカルレンズを形成し、このレンズ効果で、コイルフィラメント５の非対称光源ビームを試料面で引き伸ばし、均一な電流密度の電子ビームを形成することができる。
【００４９】
更に、アノード７より電子光学系の下流側に設けた偏向器８を走査することで、試料全面に均一な電子線照射を実現することができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係るコイルフィラメントを使用した電子銃によれば、電子銃から発生するビームを、第１長穴と第２長穴による実質的な非対称型レンズ効果によって、穴寸法Ａ×Ｃ，Ｂ×Ｄと、ギャップ寸法Ｅを最適化したビーム寸法固定の収束ビームに整形することができる。このため、本発明の第１の実施の形態に係る電子銃を電子線照射装置に適用した場合、電子線照射装置に有効な、広領域にわたって均一な高電流密度を有し、照射時間スループットに対応した電子線照射装置を提供することができる。
【００５１】
[第２の実施の形態]
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電子銃の構造を示しており、被処理物へのビーム寸法可変の電子線照射を対象としている。
【００５２】
図６（ａ）はコイルフィラメント１０の並び方向から見たＺＸ面における模式的断面構造図、図６（ｂ）はＺＹ面における模式的断面構造図をそれぞれ示している。又、図６（ｃ）は、コイルフィラメント１０の近傍におけるＺＸ面における模式的断面構造図、図６（ｄ）は、コイルフィラメント１０の近傍におけるＺＹ面における模式的断面構造図、図６（ｅ）は、Ｚ軸方向から見た開口部１１ａとコイルフィラメント１０の近傍のＸＹ面における模式図をそれぞれ示している。
【００５３】
（電子銃）
図６は本発明の第２の実施の形態に係る電子銃及びその電子銃を適用する電子線照射装置の模式的構成を示す。
【００５４】
本発明の第２の実施の形態に係る電子銃は、図６に示すように、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント１０と、金属集中キャップ１１と、静電レンズ１２と、アノード１３とを備える。
【００５５】
コイルフィラメント１０は、例えばタングステンによって構成される。コイルフィラメント１０には、金属集中キャップ１１に印加される加速電圧に更に、重畳して熱電子放出用のフィラメント電圧が印加される。
【００５６】
金属集中キャップ１１は、開口部１１ａを有する角穴部１１ｂと、中央部１１ｃと、終端部１１ｄ及びキャップエンド１１ｅを備え、コイルフィラメント１０をカバーしている。金属集中キャップ１１において、中央部１１ｃの内径は、終端部１１ｄの内径よりも大きい内径で構成している。開口部１１ａを有する角穴部１１ｂと、中央部１１ｃと、終端部１１ｄ及びキャップエンド１１ｅは、例えば、ステンレス等の金属材料で形成され、互いにネジ止めによって接続され、図６に示すような金属集中キャップ１１が形成されている。
【００５７】
金属集中キャップ１１には、アノードに対して、負電圧の加速電圧、例えば、１０ｋＶ〜１００ｋＶ程度が印加される。金属集中キャップ１１がこのような構造を有することで、コイルフィラメント１０から発生した電子ビームの形状は、金属集中キャップ１１の形状効果によって抑制される。
【００５８】
静電レンズ１２は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、金属集中キャップ１１より電子光学系の下流側に配置され、円筒形状の電極で構成され、金属集中キャップ１１の終端部１１ｄの内径と実質的に同程度の内径を備える。
【００５９】
静電レンズ１２には、負電圧−Ｖを印加することによって、電子ビームを収束させることができる。又、静電レンズ１２に印加する電圧によって、ビームクロスオーバ位置の制御とビーム寸法を変化させる機能を行うことができる。
【００６０】
アノード１３は、静電レンズ１２より電子光学系の下流側に配置される。アノード１３には、接地電位（ＧＮＤ）を与える。
【００６１】
図６に示すように、角穴部１１ｂの開口部１１ａは、コイルフィラメント１０を内蔵するための矩形状の角穴で構成している。又、図６に示すように、コイルフィラメント１０は、金属集中キャップ１１の開口部１１ａを有する角穴部１１ｂ面のエッジから一部突き出して配置している。
【００６２】
例えば、コイルフィラメント１０は、開口部１１ａ内において、フィラメントコイル中心から約７０度程度の開き半角で配置し、開口部１１ａの角穴はコイルフィラメント１０の外形より少し大きい寸法で囲いこみ、コイルフィラメント１０を配置する電子光学系の上流側（キャップエンド１１ｅ側）に向けて発生する電子ビームが下流側（Ｚ方向）に落ちないように制御している。
【００６３】
金属集中キャップ１１の構造と電子ビーム軌道の関係については、形状パラメータの影響が大きく、電子ビーム形状の用途に応じた最適化が必要である。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態に係る電子銃の構成においては、中央部１１ｃの円筒と、これより小さな寸法の終端部１１ｄを有する金属集中キャップ１１の形状によって、電子ビームの広がりを押さえ込んでいる。
【００６５】
（電子線照射装置）
本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置は、図６に示すように、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント１０，金属集中キャップ１１，静電レンズ１２及びアノード１３からなる電子銃と、アノード１３より電子光学系の下流側に配置された偏向器１４とを備える。偏向器１４は、例えばスキャンコイルによって構成される。偏向器１４は、電磁方式、静電方式のいずれの方式でも実現可能である。
【００６６】
図７（ａ）、（ｂ）は、上記電子線照射装置の構造において、図５と同様の電圧を印加し、静電レンズ１２には加速電圧と同レベルの電圧値を印加した状態を示したものである。図７（ａ）、図７（ｃ）は、ＺＸ面における模式図に対応し、図７（ｂ）、図７（ｄ）は、ＺＹ面における模式図に対応している。
【００６７】
コイルフィラメント１０から発生した電子ビーム１５ａは、金属集中キャップ１１の形状効果によって収束され、静電レンズ１２付近でクロスオーバするビーム軌道が得られる。図７（ｃ）、（ｄ）は、更に偏向器１４に偏向電圧を印加して、電子ビーム１５ａを偏向し、偏向した電子ビーム１５ｂ，１５ｃが得られた状態を示している。
【００６８】
（電子線照射装置の制御方法）
本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置の制御方法は、ビーム寸法可変方式の制御方法である。即ち、電子光学系の上流側に配置されたコイルフィラメント１０と、コイルフィラメント１０から発生する電子ビームを抑制する金属集中キャップ１１と、金属集中キャップ１１より電子光学系の下流側に配置される静電レンズ１２と、静電レンズ１２より電子光学系の下流に配置されるアノード１３と、アノード１３より電子光学系の下流側に配置される偏向器１４とを備える電子線照射装置に適用される。
【００６９】
静電レンズ１２に加速電圧と同じ値の電圧を印加して、クロスオーバ位置を静電レンズ１２の電子光学系上流側に形成するステップと、静電レンズ１２に０Ｖを印加して、クロスオーバ位置を静電レンズ１２の電子光学系下流側に形成するステップと、静電レンズ１２に加速電圧と０Ｖの中間電圧を印加して、ビームクロスオーバ位置とビーム寸法を変化させるステップとを有する。
【００７０】
静電レンズ１２に印加する電圧を変化させることによって、ビーム寸法を変化させることができる。静電レンズ１２に印加する電圧とレンズ電場ポテンシャル，ビーム形状の関係は、以下に説明する通りである。
【００７１】
（ａ）静電レンズ１２に加速電圧と略同等の電圧を印加した場合には、静電レンズ１２とアノード１３の間にレンズ電場が発生し、クロスオーバ位置は電子光学系上流に形成され、更に電子ビームが圧縮されることから、例えば、図８（ａ）に模式的に示すように、小さな寸法の電子ビームスポット４ａ１が得られる。
【００７２】
（ｂ）同様に、静電レンズ１２に０Ｖを印加した場合には、金属集中キャップ１１と静電レンズ１２の間にレンズ電場が発生し、クロスオーバ位置は電子光学系下流に形成され、電子ビームが開放されることから、例えば、図８（ｃ）に模式的に示すように、大きな寸法の電子ビームスポット４ａ３が得られる。
【００７３】
（ｃ）同様に、静電レンズ１２に加速電圧と０Ｖの中間電圧を印加した場合には、静電レンズ１２へ印加する電圧を制御することで，被処理物へ、図８（ｂ）に模式的に示すように、図８（ａ）から（ｃ）間の任意寸法の電子ビームスポット４ａ２の電子線照射を実現することができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る電子銃によれば、電子銃から発生するビームを、非対称型レンズ効果によって、収束ビームに整形することができるため、被処理物上において、均一で、ビーム形状も変えることができ、高電流密度な電子ビームを得ることができる。
【００７５】
以上の本発明の第２の実施の形態における説明では、静電レンズを使用した例で説明したが、静電レンズを電磁レンズに置き換えることでも同様の効果が得られる。
【００７６】
又、本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置によれば、広領域にわたって均一な高電流密度を有し、ビーム形状も変えることができ、照射時間スループットに対応した電子線照射装置を提供することができる。
【００７７】
又、本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置の制御方法においては、広領域にわたって均一な高電流密度を有し、ビーム形状も変えることができ、電子線効率を高めた制御方法を提供することができる。
【００７８】
[適用例]
（適用例１）
本発明の第１又は第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置は、半導体装置の製造方法に適用することができる。即ち、ＣＶＤ膜を形成する工程と、第１又は第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置を使用して電子線をＣＶＤ膜上に照射する工程と、ＣＶＤ膜表面を改質し或いは脱水処理する工程とを有する。
【００７９】
（適用例２）
本発明の第１又は第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置は、平面表示装置の製造方法に適用することができる。即ち、薄膜を形成する工程と、第１又は第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置を使用して電子線を薄膜上に照射する工程と、薄膜表面を改質し或いは脱水処理する工程とを有する。
【００８０】
図９は、本発明の実施の形態に係る電子線照射装置を適用して半導体装置を製造する方法のフローチャートを示す。又、図９に示したウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィー工程を示すフローチャートは、図１０に示す通りである。
【００８１】
図９及び図１０を用いて、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、上記した電子線照射装置を用いて、プロセス途中或いは完成後のウェーハについて電子線照射を行い、膜の改質、或いは脱水処理を行うものである。以下に一般的な半導体装置の製造方法について、図９及び図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
図９に示すように、半導体装置の製造方法は、概略的に分けると、（ａ）ウェーハを製造するウェーハ製造工程Ｓ１、（ｂ）ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハ・プロセッシング工程Ｓ２、（ｃ）露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ３、（ｄ）ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にするチップ組み立て工程Ｓ４、及び、（ｅ）完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これらの工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【００８３】
上記した工程の中で、半導体装置の製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウェーハ・プロセッシング工程である。これは、半導体装置においては、この工程において、設計された回路パターンをウェーハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成するからである。
【００８４】
このように半導体装置の製造に影響を及ぼすウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程において加工されたウェーハ上に電子線を照射する工程が、薄膜表面を改質し或いは脱水処理する上で重要であり、該サブ工程について、以下に説明する。
【００８５】
（ｆ）まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成すると共に、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜形成は、ＣＶＤやスパッタリング等により実行される。
【００８６】
（ｇ）次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウェーハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程Ｓ３によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィー工程において、レジスト・パターンを形成する。
【００８７】
（ｈ）次に、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。
【００８８】
（ｉ）次に、レジストを剥離し、ウェーハ表面上に電子線を照射し、誘電体薄膜表面の膜の改質或いは脱水処理を実行する。
【００８９】
このようなウェーハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組み立て工程Ｓ４においてチップ毎に分離される前のウェーハが形成される。
【００９０】
図１０に示すように、リソグラフィー工程は、レジスト塗布工程Ｓ２１、露光工程Ｓ２２、現像工程Ｓ２３及びアニ―ル工程Ｓ２４を含む。
【００９１】
レジスト塗布工程Ｓ２１において、ＣＶＤやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストを塗布し、露光工程Ｓ２２において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程Ｓ２３において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニ―ル工程Ｓ２４において、現像されたレジスト・パターンをアニ―ルして安定化させる。これらの工程Ｓ２１〜Ｓ２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【００９２】
本発明の第１又は第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置は、電子線特有の効果を利用して、ラミネート処理、殺菌処理、表面改質、脱水処理などの分野で使用することができる。
【００９３】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子銃を適用する電子線照射装置の構成であって、（ａ）模式的全体構成図、（ｂ）被処理物上における電子ビームスポットの様子を説明する図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電子銃の構成であって、（ａ）コイルフィラメントの並び方向から見たＺＸ面における模式的断面構造図、（ｂ）ＺＹ面における模式的断面構造図、（ｃ）コイルフィラメントの近傍における第１長穴６ａのＸＹ面における模式的断面構造図、（ｄ）アノードに形成される第２長穴７ａのＸＹ面における模式的断面構造図。
【図３】コイルフィラメント、第１長穴及び第２長穴の３次元的な配置構成を示す模式図。
【図４】Ｚ軸方向から見たコイルフィラメント、第１長穴及び第２長穴の拡大されたＸＹ面における模式図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置において、電圧印加で発生する等電位ポテンシャルと、ビーム軌道を示す図であって、（ａ）ＺＸ面における模式図、（ｂ）ＺＹ面における模式図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電子銃の構成であって、（ａ）コイルフィラメントの並び方向から見たＺＸ面における模式的断面構造図、（ｂ）ＺＹ面における模式的断面構造図、（ｃ）コイルフィラメントの近傍におけるＺＸ面における模式的断面構造図、（ｄ）コイルフィラメントの近傍におけるＺＹ面における模式的断面構造図、（ｅ）Ｚ軸方向から見た開口部１１ａとコイルフィラメント近傍におけるＸＹ面における模式図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置において、電圧印加で発生する等電位ポテンシャルと、ビーム軌道を示す図であって、（ａ）ＺＸ面における模式図、（ｂ）ＺＹ面における模式図、（ｃ）偏向器に電圧を印加した場合のＺＸ面における模式図、（ｄ）偏向器に電圧を印加した場合のＺＹ面における模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電子銃を適用した電子線照射装置において、静電レンズに印加する電圧を変化させることによって、ビーム寸法を変化させた場合の電子ビームスポットの模式図であって、（ａ）静電レンズに加速電圧と同じ電圧を印加した場合の電子ビームスポットの模式図、（ｂ）静電レンズに加速電圧と０Ｖの中間電圧を印加した場合の電子ビームスポットの模式図。（ｃ）静電レンズに０Ｖを印加した場合の電子ビームスポットの模式図。
【図９】本発明の実施の形態に係る電子線照射装置を適用して半導体装置を製造する方法のフローチャート図。
【図１０】本発明の実施の形態に係る電子線照射装置を適用して半導体装置を製造する方法のフローチャート図であって、図９に示したウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィー工程を示すフローチャート図。
【図１１】従来例に係る電子線照射装置の模式的断面構造図。
【符号の説明】
【００９６】
１…真空チャンバ、２…電子銃部、３…被処理物、４，４’，４ｂ１，４ｂ２，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…電子ビーム、４ａ，４ａ１，４ａ２，４ａ３…電子ビームスポット、５，１０…コイルフィラメント、６，１１…金属集中キャップ、６ａ…第１長穴、７，１３…アノード、７ａ…第２長穴、８，１４…偏向器、９ａ、９ｂ…静電場レンズ、１１ａ…開口部、１１ｂ…角穴部、１１ｃ…中央部、１１ｄ…終端部、１１ｅ…キャップエンド、１２…静電レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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