(57)【要約】【課題】電子線管に印加される加速電圧が低い場合でも、１次電子の電流のみを高精度に検出することを可能にした電子線量検出器を提供すること。【解決手段】電子線管１の電子線を出射する窓１ｄの近傍にあって電子線の行路上に配置された電流検出部５０と、電流検出部５０において検出された検出電流を測定する電流測定部５１とを備え、電子線管１から出射される電子線量を測定する電子線量検出器５において、電流検出部５０は導体または半導体からなる基材の表面が絶縁膜で被覆され、電子線が入射する面の前記絶縁膜の厚さが電子線が入射しない面の前記絶縁膜の厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線管の電子線を出射する窓の近傍にあって電子線の行路上に配置された電流検出部と、該電流検出部において検出された検出電流を測定する電流測定部とを備え、電子線管から出射される電子線量を測定する電子線量検出器において、
前記電流検出部は導体または半導体からなる基材の表面が絶縁膜で被覆され、電子線が入射する面の前記絶縁膜の厚さが電子線が入射しない面の前記絶縁膜の厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする電子線量検出器。
【請求項２】
前記電子線管に印加される加速電圧が−１０乃至−２５ｋＶであり、前記電子線が入射する面の前記絶縁膜の平均厚さが０．０５乃至１．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電子線量検出器。
【請求項３】
電子線管と、該電子線管から出射される電子線量を検出する電子線量検出器と、前記電子線管に電源を供給するとともに、前記電子線量検出器において検出された電流値に応じて前記電子線管から出射される電子線の出力を制御する電源部とを備え、電子線を被処理物に照射して処理する電子線照射処理装置において、
前記電子線量検出器を請求項１または請求項２に記載の電子線量検出器を用いたことを特徴とする電子線照射処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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使用される真空管型の電子線管（以下、ＥＢ管という）から放射される電子線量を測定するための電子線量検出器および該電子線量検出器を用いた電子線照射処理装置に関する。
【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、電子線照射を利用することが提案されている。
電子線の放射源としては、例えば、特表平１０−５１２０９２号公報に記載されているような放射窓を有する真空管型のＥＢ管が知られている。
【０００３】
ＥＢ管から出射される電子線を用いて被処理物（ワーク）を処理する場合、被処理物毎に設定した所定量の電子線を照射する必要があり、所定量の電子線を照射することができなければ、照射量の不足や過剰により処理不良の原因となる。そのため、このようなＥＢ管を用いた電子線照射処理装置においては、ＥＢ管から出射する電子線を測定して、ＥＢ管から所定量の電子線が出射するように制御することが行われている。このような要請に応えて、本件出願人は、特開２００１−２２１８９８号公報において新規の電子線量の測定方法および電子線照射処理装置を提案した。
【０００４】
図５は、上記公報に開示されている電子線照射処理装置の構成を示す図である。
同図において、ＥＢ管１は内部にフィラメント１ａとグリッド１ｂを備えており、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ている。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。一方、グリッド１ｂには、端子１ｆを介してグリッド電源４からグリッド電圧が印加されており、そのため、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が整えられるとともに、ＥＢ管１からの電子放射が制御される。整形された電子線は、フランジ１ｃに設けられた窓１ｄからＥＢ管１の外に出射される。
【０００５】
ＥＢ管１は、石英の管壁１ｅ、フランジ１ｃおよび窓１ｄによって密閉構造に構成されており、また、ＥＢ管１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）に減圧されている。
【０００６】
窓１ｄは、電子線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が用いられている。
【０００７】
ＥＢ管１から出射された電子線は、窓１ｄのすぐそばに置かれた電流検出部５０により電子線の一部が遮られる。電流検出部５０に衝突した電子は、電流検出部５０において電流を発生させ、その電流が電流測定部５１において測定される。電流測定部５１において測定された電流値は信号に変換されて制御部６に送られる。制御部６では、測定電流値を予め入力されている設定電流値と比較して、設定電流値に近づくようにフィラメント電源３に所定の制御信号を送る。フィラメント電源は、フィラメント１ａの電力を調節し、フィラメント１ａから出射される熱電子の出射を制御する。このようにしてＥＢ管１のフィードバック制御が行われる。
【０００８】
電流検出部５０に衝突しなかった電子線は、図示していない半導体ウエハや各種印刷物等の被処理物（ワーク）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。
【０００９】
図６（ａ）は、図５に示した電流検出部５０を拡大して示した平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した電流検出部５０の一部を紙面に垂直な方向で切断し拡大して示した拡大断面図である。
【００１０】
電流検出部５０は、そのフレーム５０１が、図６（ｂ）に示すように、材質が導体または半導体よりなる基材（アルミニウム）５０２およびその表面全体を被覆する絶縁膜（アルマイト膜）５０３から構成されている。この絶縁膜５０３により、処理室内に浮遊する電荷の基材５０２への進入は阻止され、絶縁物５０３を透過して基材５０２に到達した電子線のみが検出され、ＥＢ管１から出射した電子線量を精度良く検出できるようになっている。なお、ＥＢ管１の加速電圧が、例えば、−５０ｋＶの場合は、絶縁膜５０３の厚みは、例えば、５〜１５μｍとされている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２２１８９８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、電子線照射処理装置を、比較的低い加速電圧、例えば、−２５ｋＶ以下の電圧で駆動することが行われるようになってきている。しかし、このような低い加速電圧では、出射する電子のエネルギーも小さくなるため、従来と同様に形成した絶縁膜５０３を有する電流検出部５０を用いたのでは、電子線が絶縁膜５０３を通過することが困難となるため、検出電流が小さくなり、電子線量検出器５において正常に電子線量を検出することができなくなる。
【００１３】
電流検出部において、電子線の検出量が小さくなると、電子線量検出器からの出力が小さくなり、上述したフィードバック制御による電子線の出力制御が難しくなり、出力が不安定になるという問題が発生する。
そのため、このような問題を改善するために、例えば、電流検出部の絶縁膜の厚さを薄くすることによって、ＥＢ管を低加速電圧で駆動させた場合でも、十分な出力が得られるようにすることが考えられる。
【００１４】
しかし、絶縁膜を薄くすると、２次電子やイオンの一部が絶縁膜を介して、電流検出部の基材に進入し易くなり、１次電子の電子量のみを正しく測定することができないという問題を生じる。
その理由は、２次電子のエネルギーの大きさは、生成に寄与した１次電子のエネルギーの大きさによらずにほぼ同じであるため、１次電子のエネルギーの大きさが小さい場合は、１次電子と２次電子のエネルギーの大きさの差異が小さくなり、１次電子と２次電子をエネルギーの障壁で切り分けることが困難になるからである。
【００１５】
さらには、加速電圧を低くすると、ＥＢ管から出射される１次電子の速度が小さくてガス等に衝突する確率が高くなるので、２次電子の発生する確率が増す。
【００１６】
このようになると、２次電子が電流検出部に衝突する確率が増大する上に、２次電子が容易に絶縁膜を通過してしまい、２次電子の電流の検出値が極めて大きくなり、正しい１次電子の電子線量を検出できないことになる。
【００１７】
このように、従来の電子線照射処理装置においては、ＥＢ管に印加する加速電圧を低くするに従い、１次電子のエネルギーの大きさは小さくなるが、２次電子のエネルギーの大きさが変わらないため、（１）２次電子の進入を阻止できる程度に電流検出部の絶縁膜を厚くすると、１次電子の電流検出部への進入が困難になり、電子線量測定器からの出力値が小さくなって、フィードバック制御が困難になる。一方、（２）電子線量測定器からの出力値が十分な程度（換言すると、１次電子の電流検出部への進入が容易な程度）に絶縁膜を薄くすると、２次電子等の浮遊電荷が電流検出部に進入し易くなり、その影響により、フィードバック制御が困難になる。
【００１８】
本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑みて、電子線管に印加する加速電圧が低い場合でも、１次電子からの電流検出の精度を高くすることを可能にした電子線量検出器を提供することにある。
本発明の他の目的は、１次電子を高精度に検出して、適正なフィードバック制御を可能にした電子線照射処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、電子線管の電子線を出射する窓の近傍にあって電子線の行路上に配置された電流検出部と、該電流検出部において検出された検出電流を測定する電流測定部とを備え、電子線管から出射される電子線量を測定する電子線量検出器において、前記電流検出部は導体または半導体からなる基材の表面が絶縁膜で被覆され、電子線が入射する面の前記絶縁膜の厚さが電子線が入射しない面の前記絶縁膜の厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする。
【００２０】
第２の手段は、第１の手段において、前記電子線管に印加される加速電圧が−１０乃至−２５ｋＶであり、前記電子線が入射する面の前記絶縁膜の平均厚さが０．０５乃至１．０μｍであることを特徴とする。
【００２１】
第３の手段は、電子線管と、該電子線管から出射される電子線量を検出する電子線量検出器と、前記電子線管に電源を供給するとともに、前記電子線量検出器において検出された電流値に応じて前記電子線管から出射される電子線の出力を制御する電源部とを備え、電子線を被処理物に照射して処理する電子線照射処理装置において、前記電子線量検出器を第１の手段または第２の手段に記載の電子線量検出器を用いたことを特徴とする電子線照射処理装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
【００２３】
この電子線照射処理装置は、電子線管（以下、ＥＢ管という）１内部にフィラメント１ａとグリッド１ｂを備えており、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、−１０〜−２５ｋＶの高電圧が印加されている。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。一方、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、グリッド１ｂに電圧が印加されており、そのため、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が整えられるとともに、ＥＢ管１からの電子放射が制御される。整形された電子線は、フランジ１ｃに設けられた窓１ｄからＥＢ管１の外に出射される。
【００２４】
ＥＢ管１は、石英の管壁１ｅ、フランジ１ｃおよび窓１ｄによって密閉構造に構成されている。ＥＢ管１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）に減圧されている。  窓１ｄは、電子線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が用いられている。
【００２５】
ＥＢ管１から出射された電子線は、窓１ｄのすぐそばに置かれた電流検出部５０により電子線の一部が遮られる。電流検出部５０に衝突した電子は、電流検出部５０において電流を発生させ、その電流が電流測定部５１で測定される。電流測定部５１の測定電流値は信号に変換されて制御部６に送られる。制御部６は、測定電流値を、予め入力されている設定電流値と比較して、設定電流値に近づくように所定の制御信号を送ってフィラメント１ａの電力を調節する。このようにしてＥＢ管１のフィードバック制御が行われる。
【００２６】
また、所定雰囲気の処理室７の壁に一部開口部が形成されており、窓１ｄが処理室７内部に臨むようにＥＢ管１が配置されている。処理室７内には、例えば、ＥＢ管１の窓１ｄに対向して、被処理面が配置されるようにワークＷがステージＤ上に載置されている。電子線量測定器５０は、ＥＢ管１の窓１ｄとワークＷの間にあって窓１ｄの近傍に配置されている。
【００２７】
電流検出部５０に衝突しなかった電子線は、図示していない半導体ウエハや各種印刷物等のワークＷを照射し、レジストの硬化やインクの乾燥等が行われる。
【００２８】
図２（ａ）は、図１に示した電流検出部５０を拡大して示した平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した電流検出部５０の一部を紙面に垂直な方向で切断し拡大して示した拡大断面図である。
電流検出部５０のフレーム５０１は、その一部が図２（ｂ）に示すように、材質が導体または半導体よりなる基材５０２およびその表面全体を被覆した絶縁膜５０３から構成されている。
【００２９】
また、電流検出部５０は、窓１ｄと対向し、基材５０２における電子線が入射する面５０２Ａには比較的薄い絶縁膜５０３Ａが、面５０２Ａを除く他の面５０２Ｂ（側面およびワークＷと対向する面）には、絶縁膜５０３Ａの厚さよりも厚い絶縁膜５０３Ｂが設けられる。即ち、基材５０２を被覆する絶縁膜５０３の厚さは、電子線が入射する面に対応する部分が他の部分よりも薄く構成されている。
【００３０】
よって、電流検出部５０は、エネルギーの大きさが小さな１次電子からなる電子線が衝突したときは、絶縁膜５０３Ａの障壁が低いので、容易に通過することができ、基材５０２において電流を確実に検出することができる。
【００３１】
ＥＢ管１から電子線が照射されると、電子線がガス、ワークＷに衝突し、処理室７内の空間Ｓに多量の２次電子が放出される。しかし、窓１ｄから電流検出部５０までの距離Ｌ１は１０ｍｍ程度であるのに対して、ワークＷから電流検出部５０までの距離Ｌ２は２００ｍｍ程度である。そのため、２次電子をはじめ浮遊電荷の量は、電流検出部５０における電子線が入射する側の空間（Ｌ１）よりもワークＷに対向する側の空間（Ｌ２）の方が、圧倒的に多いものとなる。従って、浮遊電荷が電流検出部５０に衝突する確率は電流検出部５０のワークＷに対向する面において高くなり、電子線が入射する面において低くなる。
【００３２】
上述のごとく、本発明に係る電流検出部５０は、絶縁膜５０３は、基材５０２の面５０２Ａを除く面において厚く形成したので、電流検出部５０に２次電子が進入し難くなり、２次電子による影響を十分小さなものとすることができる。なお、絶縁膜５０３Ｂの厚さは、電流を検出しなくなる程度の厚さに形成するとよい。
【００３３】
次に、本発明に係る電流検出部（実施例１）の作製方法を図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、陽極酸化法により、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのアルミニウムからなる基材を電解槽に浸して通電し、図３（ｂ）に示すような、基材の表面全体に、１３μｍのＡｌ２Ｏ３酸化膜からなる絶縁膜を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、電流検出部における電子線の入射面側を研磨してＡｌ２Ｏ３の絶縁膜を除去する。
次に、図３（ｄ）に示すように、Ａｌ２Ｏ３の絶縁膜を取り除いた面に、ＳｉＯ２をスパッタ蒸着して０．１μｍのＳｉＯ２からなる絶縁膜を形成する。最後に、電極部に形成された絶縁膜を除去する。
このようにして、ＥＢ管の窓に対向する部分のみ絶縁膜の厚さを薄くして電流検出部を作製した。
【００３４】
次に、本発明に係る電流検出部と対比するために、従来例に係る電流検出部（比較例１、比較例２）の作製方法について説明する。
まず、比較例１として、図３（ａ）に示したと同様の方法により、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのアルミニウムからなる基材を電解槽に浸して通電し、図３（ｂ）に示すように、基材の表面全体に、１３μｍのＡｌ２Ｏ３酸化膜からなる絶縁膜を形成し、最後に電極部を設けて電流検出部を作製する。
【００３５】
また、比較例２として、図３（ａ）に示したと同様の方法により、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのアルミニウムからなる基材を電解槽に浸して通電し、図３（ｂ）に示すように、基材の表面全体に、０．１μｍのＡｌ２Ｏ３酸化膜からなる絶縁膜を形成し、最後に電極部を設けて電流検出部を作製する。
【００３６】
次に、上記実施例１および各比較例１，２に係る電流検出部を、それぞれ図１に示す電子線照射処理装置に取り付け、電子線の電流を測定した。その測定結果を図４に示す。
なお、上記いずれの場合も、電流検出部とＥＢ管の窓との間を１０ｍｍ離して配置し、処理室内のガス圧力を１．０ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）、加速電圧−１４ｋＶ、管電流２００μＡで駆動した。
【００３７】
測定結果に示すように、加速電圧−１４ｋＶのとき、実施例１に係る電流検出部で測定したところ、測定電流値は５．８μＡであった。比較例１に係る電流検出部では、出力値を測定したところ、測定電流値は０μＡであり、上記駆動条件においては、電流検出部への電子の進入が阻止できることが分かる。比較例２に係る電流検出部では、出力値を測定したところ、測定電流値は７．４μＡであった。
【００３８】
以上の結果から、裏面および側面に厚い絶縁膜を設けることにより、７．４μＡ−５．８μＡ＝１．６μＡに相当する電子を制御できる。即ち、ワーク側から進入する電子の多くは２次電子であるため、これらの面から電子の進入が少なくなるように絶縁膜を厚くすると、２次電子による影響を小さくできることが明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電子線管の電子線を出射する窓の近傍にあって電子線の行路上に配置された電流検出部と、該電流検出部において検出された検出電流を測定する電流測定部とを備え、電子線管から出射される電子線量を測定する電子線量検出器において、前記電流検出部は導体または半導体からなる基材の表面が絶縁膜で被覆され、電子線が入射する面の前記絶縁膜の厚さが電子線が入射しない面の前記絶縁膜の厚さよりも薄く形成されているので、電子線が入射する面からは、エネルギーの大きさが小さな１次電子からなる電子線を確実に検出することができ、電子線が入射しない面からは、２次電子をはじめとする浮遊電荷は進入し難くなるので、エネルギーの大きさが小さな１次電子からなる電子線のみを効果的に検出することができる。
【００４０】
請求項２に記載の発明によれば、前記電子線管に印加される加速電圧が−１０乃至−２５ｋＶであり、前記電子線が入射する面の前記絶縁膜の平均厚さが０．０５乃至１．０μｍとしたので、電子線管に印加される加速電圧が低い場合においても、電子線が入射する面からエネルギーの大きさが小さな１次電子からなる電子線のみを効果的に検出することができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によれば、電子線管と、該電子線管から出射される電子線量を検出する電子線量検出器と、前記電子線管に電源を供給するとともに、前記電子線量検出器において検出された電流値に応じて前記電子線管から出射される電子線の出力を制御する電源部とを備え、電子線を被処理物に照射して処理する電子線照射処理装置において、前記電子線量検出器として請求項１または請求項２に記載の電子線量検出器を用いたので、電子線量検出器において１次電子のみを高精度に検出することができ、適正なフィードバック制御が可能な電子線照射処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した電流検出部５０を拡大して示した平面図および電流検出部５０の一部を紙面に垂直な方向で切断し拡大して示した拡大断面図である。
【図３】本発明に係る電流検出部（実施例１）の作製方法を説明するための図である。
【図４】実施例１および各比較例１，２に係る電流検出部を、それぞれ図１に示す電子線照射処理装置に取り付け、電子線の電流を測定した結果を示した表である。
【図５】従来例に係る電子線照射処理装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した電流検出部５０を拡大して示した平面図および電流検出部５０の一部を紙面に垂直な方向で切断し拡大して示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１  電子線管（ＥＢ管）
１ａ  フィラメント
１ｂ  グリッド
１ｃ  フランジ
１ｄ  窓
１ｅ  管壁
１ｆ  端子
２  直流高圧電源
３  フィラメント電源
４  グリッド電源
５  電子線量検出器
５０  電流検出部
５０１  フレーム
５０２  基材
５０２Ａ  電子線が入射する面
５０２Ｂ  電子線が入射しない面
５０３  絶縁膜
５０３Ａ  薄い絶縁膜
５０３Ｂ  厚い絶縁膜
５０４  電極部
５１  電流測定部
６  制御部
７  処理室
Ｗ  ワーク
Ｄ  ステージ
【図１】
2004257869.tif 000003
【図２】
2004257869.tif 000004
【図３】
2004257869.tif 000005
【図４】
2004257869.tif 000006
【図５】
2004257869.tif 000007
【図６】
2004257869.tif 000008