(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームをほとんど減衰させることなく処理対象物に照射することができる荷電粒子ビーム装置を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、荷電粒子ビーム発生装置を収容するための真空チャンバーと、荷電粒子ビーム発生装置から発生する荷電粒子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、ビーム取出し通路を通ってきた荷電粒子ビームを処理対象物に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部とを有するハウジングと、ハウジングのビーム放出用開口部側に、ビーム放出用開口部から離間して配置された、処理対象物を保持するための保持手段と、保持手段を前記ハウジングに対して相対的に移動させる駆動手段とを備え、ハウジングと保持手段と駆動手段とは、所定のガスが存在する空間に配置されており、ビーム放出用開口部が設けられたハウジングの端面と保持手段との間の隙間に進入するガスを、ハウジングを介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置を備える。【選択図】  図１
2004253156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物に荷電粒子ビームを照射して所定の処理を行う荷電粒子ビーム装置であって、
荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置を収容するための真空チャンバーと、前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、当該ビーム取出し通路を通ってきた前記荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部とを有するハウジングと、
前記ハウジングの前記ビーム放出用開口部側に、前記ビーム放出用開口部から離間して配置された、前記処理対象物を保持するための保持手段と、
前記保持手段を前記ハウジングに対して相対的に移動させる駆動手段とを備え、
前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とは、所定のガスが存在する空間に配置されており、
前記ビーム放出用開口部が設けられた前記ハウジングの端面と前記保持手段との間の隙間に進入する前記ガスを、前記ハウジングを介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空チャンバーは、前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第１の開口部を有しており、
前記ビーム取出し通路は、前記真空チャンバーの第１の開口部に連通して前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２の開口部を有しており、前記第２の開口部は前記ビーム取出し通路を介して前記ビーム放出用開口部に連通していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記差動排気装置は、前記ビーム放出用開口部の周囲で前記ハウジングの端面に設けられた少なくとも１重の環状溝と、
前記ビーム取出し通路と前記環状溝とに連通して、前記ビーム取出し通路内及び前記環状溝内を真空引きする真空ポンプ装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ハウジングは、さらに、一端が前記真空チャンバーの前記第１の開口部に連通し、他端が前記ビーム取出し通路の前記第２の開口部に連通する絞り部を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記駆動手段は、前記保持手段を往復運動させることができると共に、前記ハウジングの端面と前記保持手段との間の隙間をほぼ一定に保持して、前記保持手段を前記ハウジングの端面に対して相対的に移動させることができることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、荷電粒子ビームの加速電圧およびビーム電流を変更する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記真空チャンバー内の圧力を測定する測定手段と、前記隙間を検出する検出手段とを備え、
前記駆動手段は、前記保持手段を移動させて前記ハウジングの端面と前記保持手段との間の隙間を調整することができ、
前記制御装置は、前記測定手段からの前記真空チャンバー内の圧力と前記検出手段からの結果とに基づき前記駆動手段を制御し、これにより、前記隙間を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記処理対象物を真空力又は静電力で吸着できるチャック機構を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記処理対象物を昇温する昇温手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記保持手段が前記処理対象物を保持したときに前記処理対象物と前記保持手段の表面がほぼ同一面上になるように、前記処理対象物を受け入れるための凹部を備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とを覆う筐体を備え、当該筐体により前記ガスが存在する空間を形成し、前記ガスを不活性ガスから構成し、前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とを前記不活性ガスで覆うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記真空チャンバが高真空状態になるように真空引きする高真空ポンプを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１３】
請求項３ないし１２のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空ポンプ装置は、前記ビーム取出し通路を真空引きする第１の真空ポンプと、前記環状溝を真空引きする第２の真空ポンプとを備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１４】
請求項３ないし１２のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空ポンプ装置は、複数の排気段を有する多段真空ポンプを備えており、
複数の排気段のうち一方の排気段は、前記ビーム取出し通路に連通しており、
他方の排気段は、前記環状溝に連通していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、停電時または前記真空ポンプ故障時に前記ビーム取り出し通路を閉鎖する常時開のバルブを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子ビーム発生装置は、矩形状の荷電粒子ビームを発生することができ、前記ビーム取出し通路と前記絞り部は、前記矩形の荷電粒子ビームに対応した矩形状となっていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム発生装置は、点状の荷電粒子ビームを処理対象物の進行方向に対し垂直方向に振ることができ、前記ビーム取出し通路と前記絞り部は、前記荷電粒子ビームの振幅に対応した矩形状となっていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記処理対象物は、樹脂、化合物、レジスト、層間絶縁膜、及び医療器具からなる群から選択されたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
請求項３ないし１８のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記ハウジングの端面に設けられた前記環状溝の外周側に別の環状溝を備え、前記荷電粒子ビーム発生装置は、この外周側の環状溝に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、第２の荷電粒子ビームを発生する第２の荷電粒子ビーム発生装置を備え、
前記ハウジングは、さらに、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置を収容するための第２の真空チャンバーと、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２のビーム取出し通路と、当該第２のビーム取出し通路を通ってきた前記第２の荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容する第２のビーム放出用開口部とを有していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２１】
請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、第２の荷電粒子ビームを発生する第２の荷電粒子ビーム発生装置を備え、
前記ハウジングは、さらに、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置を収容するための第２の真空チャンバーと、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２のビーム取出し通路と、当該第２のビーム取出し通路を通ってきた前記第２の荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容する第２のビーム放出用開口部とを有しており、
前記環状溝は、前記ビーム放出用開口部及び前記第２のビーム放出用開口部の周囲で前記ハウジングの端面に設けられており、
前記真空ポンプ装置は、前記ビーム取出し通路、前記第２のビーム取出し通路、及び前記環状溝とに連通して、前記ビーム取出し通路内、前記第２のビーム取出し通路内、及び前記環状溝内を真空引きすることを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２２】
請求項１２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、第２の荷電粒子ビームを発生する第２の荷電粒子ビーム発生装置を備え、
前記ハウジングは、さらに、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置を収容するための第２の真空チャンバーと、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２のビーム取出し通路と、当該第２のビーム取出し通路を通ってきた前記第２の荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容する第２のビーム放出用開口部とを有しており、
前記高真空ポンプは、前記第２の真空チャンバーも高真空状態になるように真空引きしていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２３】
請求項１３に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、第２の荷電粒子ビームを発生する第２の荷電粒子ビーム発生装置を備え、
前記ハウジングは、さらに、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置を収容するための第２の真空チャンバーと、前記第２の荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２のビーム取出し通路と、当該第２のビーム取出し通路を通ってきた前記第２の荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容する第２のビーム放出用開口部とを有しており、
前記第１の真空ポンプが、前記第２のビーム取出し通路を真空引きしていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２４】
請求項２０ないし２３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記第１の荷電粒子ビームの加速電圧またはビーム電流と、前記第２の荷電粒子ビームの加速電圧またはビーム電流とが異なることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２５】
処理対象物に荷電粒子ビームを照射して所定の処理を行う荷電粒子ビーム装置であって、
荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム装置を収容するための真空チャンバーを有するハウジングとを備え、
前記ハウジングは、さらに、
前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、
当該ビーム取出し通路を通ってきた前記荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部と、
前記ビーム取出し通路に対して直交方向に伸長する貫通孔を画定する内壁面とを備えており、前記ビーム放出用開口部は、前記内壁面に設けられて、前記貫通孔と連通しており、
前記貫通孔は、その一端側に設けられた、当該ハウジングの外部に連通する一方の開口部と、その他端側に設けられた、当該ハウジングの外部に連通する他方の開口部とを有しており、
前記荷電粒子ビーム装置は、また、
前記ハウジングの貫通孔、一方の開口部及び他方の開口部を介して移動可能に配置された、前記処理対象物を保持する保持手段と、
前記ハウジングの内壁面と前記保持手段との間の隙間をほぼ一定に保持して、前記保持手段を移動させる駆動手段とを備え、
前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とは、所定のガスが存在する空間に配置されており、
前記ビーム放出用開口部が設けられた前記ハウジングの内壁面と前記保持手段との間の隙間に進入する前記ガスを、前記ハウジングを介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空チャンバーは、前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容する第１の開口部を有しており、
前記ビーム取出し通路は、前記真空チャンバーの第１の開口部に連通して前記荷電粒子ビームの通過を許容する第２の開口部を有しており、前記第２の開口部は前記ビーム取出し通路を介して前記ビーム放出用開口部に連通していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２７】
請求項２５または２６に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記差動排気装置は、
前記保持手段を囲むように該内壁面のうち前記一方の開口部側に形成された第１の環状溝と、
前記保持手段を囲むように該内壁面のうち前記他方の開口部側に形成された第２の環状溝と、
前記ビーム取出し通路と前記第１及び第２の環状溝とに連通する真空ポンプ装置とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２８】
請求項２５ないし２７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ハウジングは、さらに、一端が前記真空チャンバーの前記第１の開口部に連通し、他端が前記ビーム取出し通路の前記第２の開口部に連通する絞り部を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２９】
請求項２５ないし２８のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記駆動手段は、前記保持手段を往復運動させることができると共に、前記ハウジングの内壁面と前記保持手段との間の隙間をほぼ一定に保持して、前記保持手段を前記ハウジングの内壁面に対して相対的に移動させることができることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３０】
請求項２５ないし２９のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、荷電粒子ビームの加速電圧およびビーム電流を変更する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３１】
請求項２５ないし３０のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記ハウジングを前記ビーム取出し通路の方向に沿って移動させて、前記貫通孔を画定するハウジングの内壁面と前記保持手段との間の隙間を調整する隙間調整手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記真空チャンバー内の圧力を測定する測定手段と、前記隙間を検出する検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記測定手段からの前記真空チャンバー内の圧力と前記検出手段からの結果とに基づき前記隙間調整手段を制御し、これにより、前記隙間を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３３】
請求項２５ないし３２のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記処理対象物を真空力又は静電力で吸着できるチャック機構を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３４】
請求項２５ないし３３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記処理対象物を昇温する昇温手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３５】
請求項２５ないし３４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記保持手段は、前記保持手段が前記処理対象物を保持したときに前記処理対象物と前記保持手段の表面がほぼ同一面上になるように、前記処理対象物を受け入れるための凹部を備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３６】
請求項２５ないし３５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とを覆う筐体を備え、当該筐体により前記ガスが存在する空間を形成し、前記ガスを不活性ガスから構成し、前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とを前記不活性ガスで覆うようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３７】
請求項２５ないし３６のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、前記真空チャンバが高真空状態になるように真空引きする高真空ポンプを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３８】
請求項２７ないし３７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空ポンプ装置は、前記ビーム取出し通路を真空引きする第１の真空ポンプと、前記第１及び第２の環状溝を真空引きする第２の真空ポンプとを備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３９】
請求項２７ないし３７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記真空ポンプ装置は、前記ビーム取出し通路を真空引きする第１の真空ポンプと、前記第１の環状溝を真空引きする第２の真空ポンプと、前記第２の環状溝を真空引きする第３の真空ポンプとを備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４０】
請求項２７ないし３７のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記真空ポンプ装置は、複数の排気段を有する多段真空ポンプを備えており、
複数の排気段のうち一方の排気段は、前記ビーム取出し通路に連通しており、
他方の排気段は、前記第１及び第２の環状溝に連通していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４１】
請求項２５ないし４０のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
さらに、停電時または前記真空ポンプ故障時に前記ビーム取り出し通路を閉鎖する常時開のバルブを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４２】
請求項２５ないし４１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子ビーム発生装置は、矩形状の荷電粒子ビームを発生することができ、前記ビーム取出し通路と前記絞り部は、前記矩形の荷電粒子ビームに対応した矩形状となっていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４３】
請求項２５ないし４１のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子ビーム発生装置は、点状の荷電粒子ビームを処理対象物の進行方向に対し、垂直方向に振ることができ、前記ビーム取出し通路と、前記絞り部は、前記荷電粒子ビームの振幅に対応した矩形状となっていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４４】
請求項２５ないし４３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記処理対象物は、樹脂、化合物、レジスト、層間絶縁膜、及び医療器具からなる群から選択されたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４５】
請求項２５ないし４４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記貫通孔を画定するハウジングの内壁面は、また、前記第１の環状溝より前記一方の開口部側で前記保持手段を囲むように該内壁面に形成された第３の環状溝と、前記第２の環状溝より前記他方の開口部側で前記保持手段を囲むように該内壁面に形成された第４の環状溝とを備え、
前記荷電粒子ビーム装置は、さらに、前記第３の環状溝と前記第４の環状溝とに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４６】
複数の処理対象物に荷電粒子ビームを順次照射して所定の処理を行う荷電粒子ビームシステムであって、
前記荷電粒子ビームシステムは、環状に配置された複数の荷電粒子ビーム装置を備え、
前記複数の荷電粒子ビーム装置の各々は、
荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、
前記荷電粒子ビーム発生装置を収容するための真空チャンバーと、前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、当該ビーム取出し通路を通ってきた前記荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部とを有するハウジングとを備えており、
前記荷電粒子ビームシステムは、さらに、
前記ハウジングの前記ビーム放出用開口部側に、前記ビーム放出用開口部から離間して配置された、前記複数の処理対象物を保持するための複数の保持手段と、
前記複数の保持手段を同期させて前記各荷電粒子ビーム装置に対して相対的に移動させる駆動手段とを備え、
前記各荷電粒子ビーム装置と前記各保持手段と前記駆動手段とは、所定のガスが存在する空間に配置されており、
前記複数の荷電粒子ビーム装置の各々は、前記ビーム放出用開口部が設けられた前記ハウジングの端面と前記保持手段との間の隙間に進入する前記ガスを、前記ハウジングを介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
【請求項４７】
請求項４６に記載の荷電粒子ビームシステムの、前記複数の荷電粒子ビーム装置の各々の荷電粒子ビーム発生装置において、荷電粒子ビームの加速電圧およびビーム電流がそれぞれ異なることを特徴とする荷電粒子ビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、荷電粒子ビーム装置に関し、特に、非接触シール構造を有した荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを照射することにより、樹脂のキュアないし改質、処理対象物表面の物性の改質、処理対象物表面の洗浄、化合物の合成ないし分解、レジストや層間絶縁膜のキュア、医療器具の滅菌処理などを行っている。
【０００３】
近年、集積回路（ＩＣ）がますます高集積化ないし高速化しており、この中で、多層配線層への低誘電率絶縁膜の使用が注目されてきている。絶縁膜は、通常、有機材料から構成されており、その表面には凹凸が多数形成された状態となっている。凹凸を放置した状態で絶縁膜を通して回路パターンをウェーハ面に投影露光すると、凹凸により光りが歪められ均一な露光ができない。このため、ＣＭＰ技術などを使って絶縁膜の表面を研磨して平らにしてから、露光処理を行っている。しかしながら、単に絶縁膜の表面を研磨しようとすると、有機材料から構成されている絶縁膜の弾性により研磨が困難となる。そこで、表面研磨の前に、絶縁膜に荷電粒子ビーム（例えば、電子ビーム）を照射することにより絶縁膜をキュアすなわち硬化させる処理を施している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ウェーハ全面に塗布された絶縁膜を硬化させる場合、キュア後の表面研摩による平坦化のためには、両方向および深さ方向において電子を均一に導入する必要がある。
【０００５】
しかしながら、従来この種の電子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置においては、電子発生部（熱カソード及びグリッド）を小型管内に収容し、電子ビームを放出するための小型管の開口部を薄膜により封止することにより、小型管内を高真空状態保持していたため、真空小型管から放出される電子ビームが薄膜を通過する際に減衰し、個々の電子のもつエネルギーがばらつき、また、かかる真空小型管を多数配置して電子ビームを絶縁膜に照射していたため、電子ビームが重なる部分で電子密度が高くなってしまうという問題点があった。このため、従来は、真空小型管と絶縁膜間の距離と圧力を調整し、ウェーハ全面における個々の電子がもつエネルギーのばらつき具合を均一化することで、面方向および深さ方向に電子を均一に導入していたが絶縁膜の種類や膜厚が変わると、その条件設定が大変な作業となっていた。
【０００６】
さらに、小型管の開口部を封止する薄膜を通して電子ビームを照射すると、電子ビームのエネルギー量及び照射時間に応じて薄膜が劣化し、定期的に小型管を交換する必要が生じ、ランニングコストが増大してしまうという問題点もあった。
【０００７】
本願発明は、かかる従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、差動排気を利用して非接触形態のシール構造を用いることにより、上記従来技術の有する問題点を解決しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本願発明は、処理対象物に荷電粒子ビームを照射して所定の処理を行う荷電粒子ビーム装置であって、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置を収容するための真空チャンバーと、前記荷電粒子ビーム発生装置から発生する前記荷電粒子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、当該荷電粒子ビーム取出し通路を通ってきた前記荷電粒子ビームを前記処理対象物に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部とを有するハウジングと、前記ハウジングの前記ビーム放出用開口部側に、前記ビーム放出用開口部から離間して配置された、前記処理対象物を保持するための保持手段と、前記保持手段を前記ハウジングに対して相対的に移動させる駆動手段とを備え、前記ハウジングと前記保持手段と前記駆動手段とを、所定のガスが存在する空間に配置し、前記ビーム放出用開口部が設けられた前記ハウジングの端面と前記保持手段との間の隙間に進入する前記ガスを、前記ハウジングを介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置を備えた荷電粒子ビーム装置を提供するものである。
【０００９】
かかる構成を採用することにより、例えば、荷電粒子ビーム装置を大気中に配置した場合、ハウジングの端面と保持手段との間の隙間に進入した空気は、ほとんどがハウジングを通して差動排気装置により大気中に排気される。これにより、ビーム放出用開口部及びその周辺は所定の真空度に保たれ、ビーム放出用開口部から処理対象物に向けて放出される荷電粒子ビームをほとんど減衰させることなく、処理対象物に照射することができる。したがって、本願発明によれば、従来必要であった薄膜を使用する必要がなくなり、ランニングコストの低減も図ることができる。
【００１０】
また、前記保持手段を前記ハウジングの端面に対して相対的に移動させるようにしたことから、荷電粒子ビームを矩形状にして、処理対象物を一端から他端にわたって荷電粒子ビームで順次照射することにより、処理対象物の表面を均一に照射することが可能になり、例えば、処理対象物として絶縁膜を採用した場合でも、絶縁膜をその面内において且その厚み方向において均一に硬化させることができる。
【００１１】
また、差動排気装置を備えることにより、保持手段を真空チャンバーの外に置くことができ、これによって、真空チャンバーの小型化を図ることができる。さらに、真空チャンバーを固定し、保持手段を動かすことにより、真空チャンバーの簡素化を図ることもできる。
【００１２】
また、保持装置を荷電粒子ビームに対して往復運動を行なわせる際に、ビーム電流と保持装置の移動速度とを制御するだけで、ドーズ量すなわち処理対象物への照射量を制御することが可能となる。これにより、電子ビームのドーズ量の制御性を向上させることができる。また、保持手段を移動させる際に荷電粒子ビームの加速電圧を変化（制御）させることにより、絶縁膜の深さ方向の改質制御を行なうことが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
本願発明の一実施形態に係る荷電粒子ビーム装置としての電子ビーム装置は、処理対象物としての絶縁膜に、荷電粒子ビームとしての電子ビームを照射して、かかる絶縁膜を硬化させるためのものである。もちろん、本願発明はかかる一例に限定されるものではなく、処理対象物として、樹脂、化合物、あるいは医療器具など任意のものを挙げることができる。樹脂に電子ビームを照射することにより樹脂の硬化ないし改質を図ることができ、化合物に電子ビームを照射することにより化合物の合成ないし分解を図ることができ、医療器具に電子ビームを照射することにより医療器具の滅菌を図ることができる。処理対象物表面の物性の改質や処理対象物表面の洗浄を図ることもできる。
【００１４】
電子ビーム装置は、電子ビーム２を発生することができる電子ビーム発生装置４と、電子ビーム発生装置４を収容するためのハウジング６とを備えている。
ハウジング６は、ウェーハ８に塗布された処理対象物としての絶縁膜１０に対向して配置可能な平らな端面１２を有している。ハウジング６は、また、電子ビーム発生装置４を収容するための真空チャンバー１４と、電子ビーム発生装置４から発生する電子ビーム２の通過を許容するビーム取出し通路１６と、ビーム取出し通路１６を通ってきた電子ビームを絶縁膜１０に向けてハウジング６の外側に放出することを許容するビーム放出用開口部１８とを有している。真空チャンバー１４は、電子ビーム発生装置４から発生する電子ビーム２の通過を許容する第１の開口部１７を有している。ビーム放出用開口部１８は、ハウジング６の端面１２に形成されており、ビーム取出し通路１６と連通している。ビーム取出し通路１６は、図中上側に第２の開口部１９を有しており、第２の開口部１９は、真空チャンバー１４の第１の開口部１７に連通して電子ビーム２の通過を許容する。第２の開口部１９は、ビーム取出し通路１６を介してビーム放出用開口部１８に連通している。
【００１５】
ハウジングの上部には、真空チャンバーが高真空状態になるように真空チャンバーを真空引きする高真空ポンプ２０が設けられている。高真空ポンプの一例としてはターボ分子ポンプを用いることができる。
【００１６】
電子ビーム発生装置４は、電子ビーム２を放出するカソード２２と、電子ビーム放出方向下流側に設けられ、電子ビーム加速電極として機能するアノード２４と、アノード２４を通った電子ビームを集光するレンズ２６とを備えている。レンズ２６からは、横断面矩形状の電子ビームを発生することができるようになっている。
【００１７】
ハウジング６は、さらに、一端が真空チャンバーの第１の開口部１７に連通し、他端がビーム取出し通路の第２の開口部１９に連通する絞り部２８を備えている。矩形状の電子ビームを通すことができるように、第１の開口部１７、絞り部２８、ビーム取出し通路１６、及びビーム放出用開口部１８の横断面は、電子ビームの横断面よりも大きく、しかもその横断面の形と対応した矩形形状を有している（ビーム取出し通路１６の形状に関しては、図２参照）。矩形ビームの長手方向長さは、ウェーハ８に塗布された絶縁膜１０を一様に照射できるようにするために、ウェーハの直径以上とすることが好ましい。そのため、矩形状のビーム放出用開口部１８の長手方向長さは、ウェーハの直径以上となっている。
【００１８】
なお、本実施形態においては、電子ビーム形状を矩形形状とし、その矩形状のの電子ビームを絶縁膜表面でウェーハ直径以上にして絶縁膜に照射しているが、電子ビーム形状を点状とし、この点状電子ビームを既知の偏向コイルでウェーハの進行方向に対して垂直方向に振ることにより絶縁膜表面でウェーハ直径以上にして絶縁膜に照射してもよい。
【００１９】
この場合、点状電子ビームの振幅速度（すなわち振幅周波数）は、駆動装置により、ウェーハを移動させる速度よりも十分に速くさせる必要がある。
例えば、点状ビーム径を１００μｍ程度とし、ウェーハ移動速度を１０ｍｍ／ｓとした場合、点状電子ビームの振幅周波数を５ｋＨｚとすれば、絶縁膜の任意の場所において電子ビームが１００回程度重ね合わさり、これをウェーハの一端から他端にわたって順次照射することにより絶縁膜の表面全体をほぼ均一に照射することが可能になる。
【００２０】
また、振幅をもった点状電子ビームを通すために第１の開口部、絞り部、ビーム取出し通路、及びビーム放出用開口部の横断面は、電子ビームの各部を通過する際の横断面より大きく、しかもその横断面の形と対応した矩形形状を有している。
【００２１】
本実施形態においては、絞り部２８を真空チャンバー１４とビーム取出し通路１６との間に設けたので、仮にビーム取出し通路を経由して真空チャンバー内に向かう空気の進入を当該絞り部で阻止することができる。しかしながら、絞り部２８はかならずしも設ける必要はなく、真空チャンバーの第１の開口１７部をビーム取出し通路の第２の開口部１９に直接接続するようにしてもよい。
【００２２】
電子ビーム装置は、また、保持手段としての保持装置３０と、当該保持装置３０をハウジング６に対して相対的に移動させる駆動手段としての駆動装置３２とを備えている。本実施形態においては、ハウジング６側を固定し、保持装置３０をハウジング６に対して移動させるようになっている。もちろん、保持装置３０を固定し、ハウジング６側を移動させることも可能である。保持装置３０は、ハウジング６のビーム放出用開口部側に配置されていると共に、ビーム放出用開口部１８から離間して配置されている。保持装置３０には、ウェーハ８を保持したときに、ウェーハ８の表面に塗布された絶縁膜１０と保持装置３０の表面とがほぼ同一面上になるように、ウェーハ８を受け入れるための凹部３３が形成されている。また、保持装置３０は、ウェーハを真空力又は静電力で吸着できる、周知のチャック機構（図示せず）を備えている。
【００２３】
保持装置３０には、絶縁膜を昇温させるための昇温手段としてのヒーターを設けることができる。保持装置３０にヒーターのような昇温手段を付属させると、絶縁膜の硬化処理機能を向上させることができる。というのは、絶縁膜を加温することにより水分除去等の熱処理ができるからである。
【００２４】
ハウジング６と保持装置３０と駆動装置３２とは、大気中に配置されている。もっとも、ハウジング６と保持装置３０と駆動装置３２とを覆う筐体（図示せず）を設けて閉空間を構成し、この閉空間内に不活性ガスを充填して、ハウジング６と保持装置３０と駆動装置３２とを不活性ガスで覆うようにすることもできる。かかる構成にすれば、ビーム放出用開口部１８付近を不活性ガス雰囲気にすることができ、大気中の酸素が絶縁膜に与える酸化等の悪影響を低減することができる。
【００２５】
また、電子ビーム装置は、前記環状溝の外周側に不活性ガスを供給するための第２の環状溝を設け、さらに、この第２の環状溝に不活性ガスを供給するための手段としての不活性ガス供給ポンプと不活性ガスを貯蔵した不活性ガス貯蔵タンクを設けることもできる。
【００２６】
不活性ガス供給ポンプは、第２の環状溝に連通しており、制御装置からの命令を受けて不活性ガス貯蔵タンクから不活性ガスを第２の環状溝に圧送する。
かかる構成にすれば、ハウジングと保持装置と駆動装置とを不活性ガスで覆うための筐体を設けることなく、ビーム放出用開口部付近を不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００２７】
駆動装置３２は、保持装置３０を図１で左右方向に往復運動させることができ、これによって、ハウジング６の端面１２と保持装置３０との間の隙間Ｔをほぼ一定に保持して、保持装置３０をハウジングの端面１２に対して移動させることができるようになっている。本実施形態においては、駆動装置３２は、ハウジングの端面１２と保持装置３０との間の隙間Ｔを調整できるように、保持装置３０を図１の上下方向に往復運動させることもできる。このような駆動装置３２は、周知の任意のアクチュエーターから構成することが可能である。なお、本願発明においては、少なくとも、保持装置を図１で左右方向に往復運動させることができればよい。
【００２８】
本実施形態においては、ウェーハ８及びウェーハを搭載する保持装置３０を真空チャンバー外に置いたので、真空チャンバーの小型化を図ることができる。
本実施形態においては、電子ビーム発生装置４と駆動装置３２などを制御するための制御装置３４が設けられている。制御装置３４からの指令に基づいて、電子ビーム発生装置４から矩形状の電子ビーム２が発生する。電子ビーム２が発生すると、制御装置３４はこれに同期させて駆動装置３２に指令を与え、駆動装置３２は、ウェーハ８及び保持装置３０を図中左方向に一定の速度で移動させる。これによって、矩形状の電子ビーム２でウェーハ８の絶縁膜１０が走査され、絶縁膜１０を均一に照射することができる。かかる往動時の処理が終了すると、制御装置３４は駆動装置３２に指令を与え、駆動装置３２は、ウェーハ８及び保持装置３０を図中右方向に一定の速度で移動させる。往動時の処理で絶縁膜１０が十分に硬化しない場合には、かかる復動時の際、絶縁膜１０にさらに電子ビーム２を照射することができる。復動時の処理が終了したとき、ウェーハ８の左端は電子ビームが照射される位置よりも少し右側の位置に戻る。そして、絶縁膜１０が十分に硬化したと判断された場合、制御装置３４は駆動装置３２に指令を与え、駆動装置３２はさらにウェーハ及び保持装置３０を図中右方向に移動させ、ウェーハ８をハウジング６の端面１２と対向しない位置までずらす。これにより、処理済みのウェーハを未処理のウェーハと交換することができる。
【００２９】
制御装置３４は、ウェーハに塗布された絶縁膜の種類や膜厚に応じて、電子ビームの加速電圧及びビーム電流、さらに駆動装置による保持装置の往復回数及び移動速度を制御することもできる。これにより、絶縁膜１０をより均一に硬化させることが可能となる。
【００３０】
ハウジング６の端面１２には、ハウジングの端面１２と保持装置３０との間の隙間Ｔを検出するギャップセンサ３６が設けられている。ギャップセンサ３６からの信号は制御装置３４に送信される。ギャップセンサ３６から隙間Ｔに関する信号を受信した制御装置３４は、隙間Ｔが予め決められた寸法と異なっていた場合、駆動装置３２に指令を与えて保持装置３０を上下に移動させて、隙間Ｔが所望の寸法になるように調整する。
【００３１】
ハウジング６には、測定手段としての真空計３８が取り付けられている。真空計３８は、真空チャンバー１４と連通して当該真空チャンバー内の圧力を測定することができる。真空計３８からの信号も制御装置３４に送信されるようになっている。真空計３８からの信号を受信した制御装置３４は、真空チャンバー内の圧力に基づき駆動装置３２を制御し、これにより、隙間Ｔを制御することができる。例えば、制御装置３４が真空計３８からの信号に基づき、真空チャンバー内の圧力が高い、すなわち、真空チャンバー内の真空度が低いと判断した場合、ハウジングの端面１２と保持装置３０との間の隙間Ｔがより狭くなるように駆動装置３２を制御して、保持装置３０をハウジング端面１２に近づけるようになっている。これにより、隙間Ｔから進入してくる空気量が抑制されて、真空チャンバー内の真空度の低下を阻止することができる。
【００３２】
電子ビーム装置は、また、ビーム放出用開口部１８が設けられたハウジングの端面１２と保持装置３０との間の隙間又は隙間Ｔに進入する空気を、ハウジング６を介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置４０を備えている。
【００３３】
差動排気装置４０は、ビーム放出用開口部１８の周囲でハウジング６の端面１２に設けられた１重の環状溝４２と、ビーム取出し通路１６と環状溝４２とに連通してビーム取出し通路１６内及び環状溝４２内を真空引きする真空ポンプ装置４４とを備えている。差動排気溝としての環状溝４２は、ビーム取出し通路１６と平行にハウジング内に伸長している。環状溝４２は、また、図２に示されているように、ビーム放出用開口部１８を囲んでおり、ビーム放出用開口部１８の形状に合わせて矩形の形状を有している。このように形状を合わせた結果、ビーム放出用開口部１８から環状溝４２までの距離が実質的に均等になり、ビーム放出用開口部１８の周囲で一様に差動排気を行えることができるようになっている。本実施形態において、真空ポンプ装置４４は、ビーム取出し通路１６を真空引きする第１の真空ポンプ４６と、環状溝４２を真空引きする第２の真空ポンプ４８とから構成されている。第１の真空ポンプ４６は、ハウジング６に形成された第１の排気通路５０を介してビーム取出し通路１６と連通している。第１の排気通路５０は、ビーム取出し通路１６から外側に向けて、ビーム取出し通路１６に対して直交する方向に伸長している。第２の真空ポンプ４８は、ハウジング６に形成された第２の排気通路５２を介して環状溝４２と連通している。第２の排気通路５２は、環状溝４２から外側に向けて、環状溝４２に対して直交する方向に伸長している。また、第１の排気通路５０と第２の排気通路５２は互いに対して平行に伸長している。
【００３４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
真空チャンバー１４は、電子ビームを発生させるのに必要な環境を保持するためのものである。この真空チャンバー１４内の高真空を維持する為、制御装置３４は、ターボ分子ポンプ等からなる高真空ポンプ２０を作動させて真空チャンバー１４内を常時排気した状態に維持する。さらに、制御装置３４は、真空ポンプ装置４４も作動させて、ビーム取出し通路１６及び環状溝４２内も常時排気した状態に維持する。
【００３５】
また、制御装置３４は、駆動装置３２に指示を与えて保持装置３０を移動させる。これに同期して、制御装置３４は、電子ビーム発生装置４を作動させて、電子ビーム発生装置４は矩形状の電子ビーム２を発生する。電子ビーム発生装置で発生した電子ビーム２は、第１の開口部１７、絞り部２８、ビーム取出し通路１６、及びビーム放出用開口部１８を通り、移動してきた絶縁膜１０を一端から他端にわたって順次照射する。電子ビーム２が到達する絶縁膜１０付近には、隙間Ｔを介して外部からの空気の漏れ込む可能性が有り、絶縁膜１０付近での圧力は真空チャンバー内の圧力に比べて高くなる。しかしながら、ハウジング６の端面１２と絶縁膜１０との間の隙間を最大１００μｍ以下に抑え且つ差動排気溝４２を介して第２の真空ポンプ４８で外部から漏れ込む空気を排気することにより、ビーム放出用開口部１８付近を電子ビーム２があまり減衰しない程度の真空度（１０Ｔｏｒｒ）以下に保持することが可能になる。このように、本実施形態においては、絶縁膜１０、ウェーハ８及びそれらを搭載する保持装置３０と保持装置３０を駆動する駆動装置３２とを真空チャンバー内に収める必要がないので、真空チャンバーを小型にすることが可能になる。
【００３６】
電子ビーム２は、上述したように、矩形とされており、その長手方向長さはウェーハ８の直径以上となっている。したがって、例えば、図１中左方向に片道だけ保持装置を移動させることにより、絶縁膜１０の全面を電子ビーム２で照射することができる。矩形ビームは均一なビームであり、保持装置の移動速度を一定に保つことにより均一な電子ビームを絶縁膜１０に照射することができる。これによって、絶縁膜の面に対してドーズ量の均一性を向上させることができる。
【００３７】
また、制御装置３４によって、保持装置３０の移動速度と電子ビームのビーム電流を変更することにより、絶縁膜１０に照射される電子エネルギー量すなわち電気量を制御することができる。すなわち、電子ビームのドーズ量の制御性を向上させることができる。
【００３８】
さらに、制御装置３４によって、電子ビームの加速電圧を変化させることにより、電子ビームが透過する絶縁膜１０の厚み方向深さを変化させることができる。したがって、保持装置３０を複数回往復させ、一方向に移動させるたびに電子ビームの加速電圧を変化させることにより、絶縁膜の深さ方向のドーズ量をより均一にして、絶縁膜の深さ方向の硬化の度合いをより均一にすることが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態においては、真空チャンバーを可動式にする必要が無いため、電子ビーム装置全体の構成を簡単にすることができる。
ウェーハ表面とウェーハチャック機構表面に生ずる段差は、差動排気シール性能に悪影響を及ぼすことが予想されるので、かかる段差を最小にするようにウェーハチャック機構の深さを決定することが好ましい。
【００４０】
図１に示されるようにハウジング６の横方向の寸法（換言すれば、保持装置移動方向に沿ったハウジング６の寸法）であって、ハウジングの中心にあるカソード２２からハウジングの外側面までの距離をＡとし、凹部３３の図中右端から保持装置３０の図中右端までの距離をＢとすると、Ａ＜Ｂの関係を満たすように構成することにより、差動排気装置によるシール性を確保することができる。すなわち、Ａ＜Ｂの関係を満たすことにより、保持装置が移動して絶縁膜１０の図中右端が照射されたときに、ハウジング６が保持装置３０の図中右端を越えることが防止される。
【００４１】
また、凹部３３の図中左端から保持装置３０の図中左端までの距離をＣとすると、２Ａ＜Ｃの関係を満たすように構成することが好ましい。この関係を満たすことにより、ウェーハ交換時、差動排気装置によるシール性を確保することができる。すなわち、ウェーハ交換時、ウェーハ８がハウジングの端面１２と対向しないように、保持装置３０が図中右側方向に向けて移動させられる。これにより、ウェーハ８の上側に空間ができ、ウェーハの交換が可能となる。このとき、２Ａ＜Ｃの関係を満たすことにより、ハウジング６が保持装置３０の図中左端を越えることが防止される。
【００４２】
隙間Ｔに進入した空気は大部分が差動排気溝４２を経由して真空ポンプ４８で排気されるが、残りの空気はビーム取出し通路１６に漏れ込んでくる。通常は隙間Ｔを管理し１段の差動排気溝を設ければ、保持装置３０の表面と差動排気溝４２との間に画定される空間内の真空度は、電子ビームがあまり減衰しない程度のレベル（１０Ｔｏｒｒ以下）にすることができる。しかしながら、電子ビーム発生装置４は更なる高真空環境に設置しなければならない為、ビーム取出し通路１６は真空ポンプ４６によって排気され、電子ビーム発生装置４が設置される真空チャンバー１４内に漏れ込む空気を制限している。
【００４３】
また、絞り部２８を設けたことにより、空気の進入が絞り部２８で抑制されて、真空チャンバー内の真空度の低下を防止することができる。
処理対象物、例えば、絶縁膜に電子線を照射する際には水分やハイドロカーボン等のコンタミの発生も考慮しなければならない。本実施形態においては、ビーム取出し通路１６が真空ポンプ４６で排気されているので、発生したコンタミが電子ビーム発生装置１４に進入することを低減させ、信頼性の高い装置にすることが可能になる。さらに、絞り部２８を設けたことにより、かかるコンタミの真空チャンバー内への進入をよりいっそう低減することができる。
【００４４】
なお、図１の点線で示すように、停電時やポンプ故障時などに真空チャンバー１４内の真空度の低下を真空計３８で検知しビーム取り出し通路１６を閉鎖する常時開のバルブ８６を備えるようにしてもよい。かかるバルブ８６は、ビーム取り出し通路１６の第２の開口部１９に設けることが好ましい。これにより、停電時やポンプ故障時に差動排気機能が失われて外部より空気が進入しようとしても、バルブ８６により真空チャンバー内への進入は阻止され、水分やゴミなどによる真空チャンバー内の汚染を防止することができる。さらに、停電時やポンプ停止時の真空チャンバー内の圧力上昇により、電子ビーム発生装置１４内のカソード２２が焼損することを防止できる。
【００４５】
上記実施形態においては、真空ポンプ装置を、ビーム取出し通路を真空引きする第１の真空ポンプと、環状溝を真空引きする第２の真空ポンプとから構成したが、真空ポンプ装置４４を、図３及び図４に示すように、ブースタポンプ５５とメインポンプ５６とからなる複数の排気段を有する多段真空ポンプから構成してもよい。かかる変形例によれば、ビーム取出し通路１６内がブースタポンプ５５とメインポンプ５６の両方で排気され、環状溝４２が一方のメインポンプ５６で排気される。なお、図３において示される矢印は、排出される空気の流れを示している。
【００４６】
ブースタポンプ５５は、ブースタポンプ入口５８と、ブースタポンプ入口から入ってきた空気を圧送する一対のロータ６０と、一対のロータ６０のうち駆動側のロータを支持するシャフト５７を介してかかる駆動側のロータを駆動する電動モーター６２と、圧送される空気を排気するためのブースタポンプ出口６４と、シャフト５７を支持する軸受け５９とを備えている。ブースタポンプ入口５８は、第１の排気通路５０を介してビーム取出し通路１６に連通している。ブースタポンプ出口６４は、連結通路６６を介してメインポンプ入口６８に連通している。連結通路６６は、第２の排気通路５２を介して環状溝４２に連通している。
【００４７】
メインポンプ５６は、メインポンプ入口６８から入ってきた空気を順次圧送する５対のローター７０、７２、７４、７６及び７８（５つの排気段）と、これら５対のローターのうち各駆動側のロータを支持するシャフト８３を介してかかる駆動側のロータを駆動する電動モーター８０と、最終段の一対のロータ７８で圧送された空気を大気に排出するメインポンプ出口８２と、シャフト８３を支持する軸受け８５とを備えている。
【００４８】
図４は、メインポンプ５６の第３段目の一対のロータ７４の概略断面図を示している。図中左側の駆動ロータ７４ａが電動モーター８０によって駆動され、他方の従動ロータ７４ｂは、電動モーター８０のシャフト８３の末端に設けられた一対のギヤ８４を介して動力が伝えられて、駆動ロータ７４ａに同期して駆動されるようになっている。メインポンプ５６の他の段のロータも同様の構成になっていると共に、ブースタポンプ５５のロータも同様な構成になっている。
【００４９】
以上の変形例によれば、１プラス５の合計６つの排気段を有する多段真空ポンプを備えており、ブースタポンプ５５の排気段としてのロータ６０は、ビーム取出し通路１６に連通しており、メインポンプ５６の第１段目（ブースタポンプとメインポンプとからなる多段真空ポンプとしては第２段目）としての一対のロータ７０は、環状溝４２に連通している。これによって、ビーム取出し通路１６内がブースタポンプ５５とメインポンプ５６の両方で排気され、環状溝４２が一方のメインポンプ５６で排気される。したがって、２ヶ所（ビーム取出し通路と環状溝）の排気を１台の真空ポンプで行なうことができ、コスト低減を図ることができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム装置を図５に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態に係る電子ビーム装置と同様な構成には同じ参照符号が付されており、これにより、同様な構成に関してはその説明を省略する。また、第２の実施形態に係る電子ビーム装置の内容を明瞭にするために、保持装置と駆動装置とは図５において省略されている。
【００５１】
第２の実施形態に係る電子ビーム装置は、図５に示されているように、さらに、第２の電子ビーム２’を発生する第２の電子ビーム発生装置４’を備えている。ハウジング６は、ウェーハの移動方向に沿った方向においてその寸法が拡大されており、第２の電子ビーム発生装置４’を収容するための第２の真空チャンバー１４’と、第２の電子ビーム発生装置４’から発生する第２の電子ビーム２’の通過を許容する第２のビーム取出し通路１６’と、第２のビーム取出し通路１６’を通ってきた第２の電子ビーム２’を絶縁膜１０に向けて外部に放出することを許容する第２のビーム放出用開口部１８’とを有している。
【００５２】
第２のビーム放出用開口部１８’も、ビーム放出用開口部１８と同じように環状溝４２の内側に形成されている。すなわち、環状溝４２は、ビーム放出用開口部１８及び第２のビーム放出用開口部１８’の周囲を囲むようにハウジングの端面１２に設けられている。
【００５３】
第２のビーム取出し通路１６’は、ハウジング６に形成された第３の排気通路５３を介して第１の真空ポンプ４６に連通している。第３の排気通路５３は、第２のビーム取出し通路１６’から外側に向けて、第２のビーム取出し通路１６’に対して直交する方向に伸長している。このようにして、第１の真空ポンプ４６により、ビーム取出し通路１６だけでなく、第２のビーム取出し通路１６’も真空引きされている。
【００５４】
第２の真空チャンバー１４’は、真空チャンバー１４と共に、ハウジングの上部に設けられた高真空ポンプ２０により高真空状態になるように真空引きされている。
【００５５】
ビーム取出し通路１６だけではなく、第２のビーム取出し通路１６’にも、停電時やポンプ故障時などに当該第２のビーム取り出し通路を閉鎖するための常時開のバルブ（図示せず）を設けることができる。
【００５６】
第２の実施形態においては、電子ビーム発生装置４と第２の電子ビーム発生装置４’を設けて異なる加速電圧およびビーム電流の電子ビーム２及び２’を絶縁膜１０に同時に照射することができるので、絶縁膜１０を硬化させるためのスループットを向上させることができる。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る電子ビーム装置を図６に基づいて説明する。なお、上記第１の実施形態に係る電子ビーム装置と同様な構成には同じ参照符号が付されており、これにより、同様な構成に関してはその説明を簡略化するか又は省略する。
【００５８】
第３の実施形態に係る電子ビーム装置も、第１の実施形態のものと同様に、矩形状の電子ビーム２を発生する電子ビーム発生装置４と、電子ビーム装置４を収容するための真空チャンバー１４を有するハウジング１０６を備える。
【００５９】
ハウジング１０６の形状は、第１の実施形態のものと異なっており、その下端側に一対の突出部１４ａ、１４ｂが設けられている。一対の突出部１４ａ、１４ｂは、互いに対して離れる方向に突出しており、一対の突出部１４ａ、１４ｂを貫通する貫通孔１０８が、ハウジング１０６に形成されている。
【００６０】
ハウジング１０６は、さらに、電子ビーム発生装置４から発生する電子ビーム２の通過を許容するビーム取出し通路１６と、ビーム取出し通路１６を通ってきた電子ビーム２を絶縁膜１０に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部１８とを備えている。貫通孔１０８は、ビーム取出し通路１６に対して直交方向に伸長しており、ハウジング１０６には、かかる貫通孔１０８を画定するための環状の内壁面１１０が形成されている。
【００６１】
ビーム放出用開口部１８は、内壁面１１０に形成されて、貫通孔１０８と連通している。したがって、ビーム取出し通路１６は、ビーム放出用開口部１８を介して貫通孔１０８と連通している。なお、内壁面１１０のうちビーム放出用開口部１８が形成された図中上側部分がハウジングの端面を構成している。貫通孔１０８は、その一端側に設けられた、ハウジングの外部に連通する一方の開口部（図中右側）１１２と、その他端側に設けられた、ハウジングの外部に連通する他方の開口部（図中左側）１１４とを有している。
【００６２】
真空チャンバー１４は、電子ビーム発生装置４から発生する電子ビーム２の通過を許容する第１の開口部１７を有している。ビーム取出し通路１６は、真空チャンバー１４の第１の開口部１７に連通して電子ビームの通過を許容する第２の開口部１９を有している。第２の開口部１９はビーム取出し通路１６を介してビーム放出用開口部１８に連通している。
【００６３】
ハウジング１０６は、さらに、一端が真空チャンバー１４の第１の開口部１７に連通し、他端がビーム取出し通路１６の第２の開口部１９に連通する絞り部２８を備えている。矩形状の電子ビーム２を通すことができるように、第１の開口部１７、絞り部２８、ビーム取出し通路１６、及びビーム放出用開口部１８も、それらの横断面は、電子ビームの形と対応した矩形形状を有している
電子ビーム装置は、また、ハウジングの貫通孔１０８、一方の開口部１１２及び他方の開口部１１４を介して移動可能に配置された、ウェーハ８を保持する保持装置３０を備えている。保持装置３０は、貫通孔１０８の長手方向の長さよりも長くなっており、一方の開口部１１２及び他方の開口部１１４をそれぞれ越えて伸長している。保持装置３０は、ウェーハ８を保持したときに、ウェーハ表面に塗布された絶縁膜１０と保持装置３０の表面とがほぼ同一面上になるように、ウェーハを受け入れるための凹部３３を備えている。保持装置３０は、ウェーハを真空力又は静電力で吸着できる、周知のチャック機構（図示せず）を備えている。保持装置３０には、絶縁膜を昇温させるためのヒーターを設けることができる。
【００６４】
電子ビーム装置は、さらに、ハウジングの内壁面１１０と保持装置３０との間の隙間Ｔ’をほぼ一定に保持して、保持装置３０を移動させることが可能な駆動手段としての駆動装置１３２を備えている。駆動装置１３２は、保持装置３０を図中水平方向に往復運動させることができると共に、ハウジングの内壁面１１０と保持装置３０との間の隙間Ｔ’をほぼ一定に保持して、保持装置３０をハウジングの内壁面１１０に対して移動させることができる。第３の実施形態においては、隙間Ｔ’は、環状の内壁面１１０と保持装置３０との間、すなわち、保持装置３０の周囲に環状に形成されている。ハウジング１０６と保持装置３０と駆動装置１３２とは、所定のガスとして例えば空気が存在する空間に配置されている。
【００６５】
電子ビーム装置は、さらに、ハウジングの下端１１６と電子ビーム装置取付け面１１８との間に配置された隙間調整手段としての隙間調整装置１２０を備えている。隙間調整装置１２０は、ハウジング１０６をビーム取出し通路の方向、すなわち、図中上下方向に沿って移動させて、貫通孔１０８を画定するハウジングの内壁面１１０と保持装置３０との間の隙間Ｔ’を調整することができる。
【００６６】
電子ビーム装置は、さらに、電子ビーム発生装置４と駆動装置１３２と隙間調整装置１２０などを制御するための制御装置３４を備えている。この制御装置３４により、ウェーハに塗布された絶縁膜の種類や膜厚に応じ、電子ビームの加速電圧及びビーム電流、さらに駆動装置による保持装置の往復回数及び移動速度を変更制御することができる。また、制御装置３４により隙間調整装置１２０をコントロールすることによって、隙間Ｔ’を所望の値に調整することができる。
【００６７】
ハウジング１０６の内壁面１１０には、ハウジングの内壁面１１０と保持装置３０との間の隙間Ｔ’を検出するギャップセンサ３６が設けられている。ギャップセンサ３６からの信号は制御装置３４に送信される。ギャップセンサ３６から隙間Ｔ’に関する信号を受信した制御装置３４は、隙間Ｔ’が予め決められた寸法と異なっていた場合、隙間調整装置１２０に指令を与えてハウジング１０６を上下に移動させて、隙間Ｔ’が所望の寸法になるように調整する。
【００６８】
ハウジング１０６には、真空チャンバー内の圧力を測定する真空計３８が取り付けられている。真空計３８からの信号も制御装置３４に送信されるようになっている。真空計３８からの信号を受信した制御装置３４は、真空チャンバー内の圧力に基づき隙間調整装置１２０を制御し、これにより、隙間Ｔ’を制御することができるようになっている。
【００６９】
電子ビーム装置は、さらに、ビーム放出用開口部１８が設けられたハウジングの内壁面１１０と保持装置３０との間の隙間Ｔ’に進入する空気を、ハウジング１０６を介して当該ハウジングの外側に排気する差動排気装置１４０を備えている。
【００７０】
差動排気装置１４０は、保持装置３０の周辺を囲むように内壁面１１０のうち一方の開口部１１２側に形成された第１の環状溝１２２と、保持装置３０の周辺を囲むように内壁面１１０のうち他方の開口部１１４側に形成された第２の環状溝１２４と、ビーム取出し通路１６と第１及び第２の環状溝１２２、１２４とに連通する真空ポンプ装置４４とを備えている。第１の環状溝１２２と第２の環状溝１２４は、互いに対して平行になるように配置されている。真空ポンプ装置４４は、ビーム取出し通路１６を真空引きする第１の真空ポンプ４６と、第１及び第２の環状溝１２２、１２４を真空引きする第２の真空ポンプ４８とから構成されている。第１の環状溝１２２は、ハウジング１０６に形成された図示しない通路を通って第２の環状溝１２４に連通されており、第２の真空ポンプ４８により真空引きされる。
【００７１】
貫通孔１０８を画定するハウジングの内壁面１１０には、また、第３の環状溝１３４が形成されている。第３の環状溝１３４は、第１の環状溝１２２より一方の開口部１１２側近くに第１の環状溝１２２と平行になるように配置されている。第３の環状溝１３４は、保持装置３０の周辺を囲むように形成されている。
【００７２】
貫通孔１０８を画定するハウジングの内壁面１１０には、また、第４の環状溝１３６が形成されている。第４の環状溝１３６は、第２の環状溝１２４より他方の開口部１１４側近くに第２の環状溝１２４と平行になるように配置されている。第４の環状溝１３６も、保持装置３０の周辺を囲むように形成されている。第４の環状溝１３６は、ハウジング１０６に形成された図示しない通路を介して、第３の環状溝１３４に連通している。第１の環状溝１２２と第３の環状溝１３４は、一方の突出部１４ａ側に設けられており、第２の環状溝１２４と第４の環状溝１３６は、他方の突出部１４ｂ側に設けられている。
【００７３】
電子ビーム装置は、また、第３の環状溝１３４と第４の環状溝１３６とに不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段としての、不活性ガス供給ポンプ１３８と不活性ガスを貯蔵した不活性ガス貯蔵タンク１４１とを備えている。不活性ガス供給ポンプ１３８は、第３の環状溝１３４に連通しており、さらに、第３の環状溝１３４と上述した図示しない通路とを介して第４の環状溝１３６に連通している。このようにして、不活性ガス供給ポンプ１３８は、制御装置３４からの命令を受けて、不活性ガス貯蔵タンク１４１から不活性ガスを第３の環状溝１３４と第４の環状溝１３６とに圧送する。
かかる構成にすればハウジング１０６の両開口部１１２、１１４近くで内壁面側（すなわち、第３の環状溝１３４と第４の環状溝１３６）から保持装置３０に向けて環状の隙間Ｔ’全体に不活性ガスが供給され、不活性ガスによるガスカーテンが隙間Ｔ’全体に形成されて、空気のハウジング内への進入が低減される。これにより、ビーム放出用開口部１８付近を不活性ガス雰囲気にすることができ、大気中の酸素が絶縁膜に与える酸化等の悪影響を低減することができる。
【００７４】
なお、第３の実施形態においても、真空ポンプ装置４４を、図３及び図４に示した複数の排気段を有する多段真空ポンプから構成することができるし、また、ビーム取出し通路を真空引きする第１の真空ポンプと第１の環状溝を真空引きする第２の真空ポンプと、第２の環状溝を真空引きする第３の真空ポンプから構成することもできる。但し、この場合は、第１の環状溝と第２の環状溝は連通されていない。さらに第３の実施例においても、停電時やポンプ故障時などにビーム取り出し通路１６を閉鎖する常時開のバルブを設けることができる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施形態に係る荷電粒子ビームシステムを図８に基づいて説明する。なお、上記各実施形態と同様な構成には同じ参照符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
第４の実施形態に係る荷電粒子ビームシステムとしての電子ビームシステムは、複数の絶縁膜に電子ビームを順次照射してそれぞれを硬化処理するためのもので、環状に配置された３つの電子ビーム装置、すなわち、第１、第２及び第３の電子ビーム装置２００、２０２、２０４を備えている。第１、第２及び第３の電子ビーム装置２００、２０２、２０４は、固定状態に設けられている。もちろん、３つ以上の電子ビーム装置を環状に配置してもよい。
【００７７】
各電子ビーム装置２００、２０２、２０４は、上記第１ないし第２の実施形態に記載された電子ビーム装置の任意の組み合わせで構成することができる。例えば、３つの電子ビーム装置２００、２０２、２０４を全て第１実施形態に記載された電子ビーム装置としてもよい。
【００７８】
例えば、３つ全てを第１実施形態に記載された電子ビーム装置とした場合、電子ビーム装置の各々は、電子ビームを発生する電子ビーム発生装置と、電子ビーム発生装置を収容するための真空チャンバーと、電子ビーム発生装置から発生する電子ビームの通過を許容するビーム取出し通路と、ビーム取出し通路を通ってきた電子ビームを絶縁膜１０に向けて外部に放出することを許容するビーム放出用開口部とを有するハウジング６とを備えている。
【００７９】
電子ビームシステムは、電子ビーム装置の数に合わせた３つのウェーハ、すなわち第１、第２及び第３のウェーハ２０６、２０８、２１０を処理できるようになっており、各ウェーハ２０６、２０８、２１０を保持する３つの保持装置（図示せず）を備えている。各保持装置は、例えば、上記第１の実施形態に示されたものと同じ構成となっており、同様に、ハウジングのビーム放出用開口部側で、ビーム放出用開口部から離間して配置されている。
【００８０】
電子ビームシステムは、また、各保持装置を同期させて各電子ビーム装置に対して相対的に移動させる駆動装置３００を備えている。各保持装置は、駆動装置３００上に固定状態に搭載されている。駆動装置３００は、平坦状で且つ円形リング状のベルトコンベヤーから構成されており、制御装置２１１からの指令を受けて回転し、３つのウェーハを同時に周方向に移動させる。したがって、第１のウェーハ２０６が第１の電子ビーム装置２００で処理を受けているとき、第２のウェーハ２０８が第２の電子ビーム装置２０２で処理を受け、第３のウェーハ２１０が第３の電子ビーム装置２０４で処理を受けることができるようになっている。
【００８１】
電子ビームシステムは、空気が存在する空間に配置されており、電子ビーム装置２００、２０２、２０４の各々は、差動排気装置を備えている。差動排気装置は、ビーム放出用開口部が設けられたハウジングの端面と保持装置あるいは駆動装置との間の隙間を通って進入する空気を、ハウジング６を介してハウジングの外側に排気する。
【００８２】
第１、第２及び第３の各電子ビーム装置に設けられた電子ビーム発生装置は、それぞれ異なった加速電圧およびビーム電流の電子ビームを発生させることができるようになっており、例えば、第１のウェーハ２０６は、第１の電子ビーム装置２００で弱レベルのエネルギーを持った電子ビームによる処理を受け、次いで、第２の電子ビーム装置２０２で中レベルのエネルギーを持った電子ビームによる処理を受け、最後に、第３の電子ビーム装置２０４で強レベルのエネルギーを持った電子ビームによる処理を受けることができる。このように、３つの電子ビーム装置で異なった加速電圧およびビーム電流の電子ビームを絶縁膜に照射すると、所望の硬度を持った絶縁膜を効率的に生産することができる。
【００８３】
第１の電子ビーム装置２００と第３の電子ビーム装置２０４の間のほぼ中間位置にウェーハを着脱する着脱部４００が設けられている。すなわち、３つの電子ビーム装置で処理を受けたウェーハは順次着脱部４００で保持装置から外される。そして、外された処理済みのウェーハに代わって、未処理の新たなウェーハが着脱部で保持装置に取り付けられる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本願発明によれば、荷電粒子ビーム装置を大気中に配置した場合、ハウジングの端面と保持手段との間の隙間に進入した空気は、ほとんどが差動排気装置により大気中に排気される。これにより、ビーム放出用開口部及びその周辺は所定の真空度に保たれ、ビーム放出用開口部から処理対象物に向けて放出される荷電粒子ビームをほとんど減衰させることなく、処理対象物に照射することができる。さらに、本願発明によれば、荷電粒子ビーム発生装置に従来必要であった薄膜を使用する必要がなくなったことにより、薄膜の劣化にともなう小型管の交換がなくなり、ランニングコストの低減も図ることができる。
【００８５】
また、保持手段をハウジングの端面に対して相対的に移動させるようにしたことから、処理対象物を一端から他端にわたって荷電粒子ビームで順次照射することにより、処理対象物の表面を均一に照射することが可能になる。例えば、処理対象物として絶縁膜を採用した場合でも、絶縁膜をその面内において且その厚み方向において均一に硬化させることができる。
【００８６】
また、差動排気装置を備えることにより、保持手段を真空チャンバーの外に置くことができ、これによって、真空チャンバーの小型化を図ることができる。さらに、真空チャンバーを固定し、保持手段を動かすことにより、真空チャンバーの簡素化を図ることもできる。
【００８７】
また、保持装置を荷電粒子ビームに対して往復運動を行なわせる際に、荷電粒子ビーム発生装置から発生するビーム電流と保持装置の移動速度とを制御するだけで、ドーズ量すなわち処理対象物への照射量が制御できる。また、これにより、荷電粒子ビームのドーズ量の制御性を向上させることができる。また、保持手段を移動させる際に荷電粒子ビームの加速電圧を変化（制御）させることにより、処理対象物の深さ方向の改質制御を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の第１の実施形態に係る電子ビーム処理装置の概略部分断面図である。
【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩで破断した概略断面図である。
【図３】図３は、真空ポンプ装置の別の実施形態を示す概略側面図である。
【図４】図４は、図３の線ＩＩＩ−ＩＩＩで破断した概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る電子ビーム装置の概略部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る電子ビーム装置の概略部分断面図である。
【図７】図７は、図６に示されたハウジングの斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る電子ビーム装置の概略図である。
【符号の説明】
２  電子ビーム                          ４  電子ビーム発生装置
６  ハウジング                          ８  ウェーハ
１０  絶縁膜                            １２  端面
１４  真空チャンバー                    １６  ビーム取出し通路
１７  第１の開口部                      １８  ビーム放出用開口部
１９  第２の開口部                      ２０  高真空ポンプ
２２  カソード                          ２４  アノード
２６  レンズ                            ２８  絞り部
３０  保持装置                          ３２  駆動装置
３３  凹部                              ３４  制御装置
３６  ギャップセンサ                    ３８  真空計
４０  差動排気装置                      ４２  環状溝
４４  真空ポンプ装置                    ４６  第１の真空ポンプ
４８  第２の真空ポンプ                  ５０  第１の排気通路
５２  第２の排気通路                    ５３  第３の排気通路
５５  ブースタポンプ                    ５６  メインポンプ
５７  シャフト                          ５８  ブースタポンプ入口
５９  軸受け                            ６０  ロータ
６２  電動モーター                      ６４  ブースタポンプ出口
６６  連結通路                          ６８  メインポンプ入口
７０  ローター                          ７２  ローター
７４  ローター                          ７６  ローター
７８  ローター                          ８０  電動モーター
８２  メインポンプ出口
７４ａ  駆動ロータ                      ７４ｂ  従動ロータ
８３  シャフト
８４  ギヤ                              ８５  軸受け
８６  常時開のバルブ
２’  第２の電子ビーム                  ４’  第２の電子ビーム発生装置
１４’  第２の真空チャンバー          １６’  第２のビーム取出し通路
１８’  第２のビーム放出用開口部
１０６  ハウジング
１４ａ  突出部                          １４ｂ  突出部
１０８  貫通孔                          １１０  環状の内壁面
１１２  一方の開口部                    １１４  他方の開口部
１１６  ハウジングの下端                １１８  電子ビーム装置取付け面
１２０  隙間調整装置                    １２２  第１の環状溝
１２４  第２の環状溝                    １３２  駆動装置
１３４  第３の環状溝                    １３６  第４の環状溝
１３８  不活性ガス供給ポンプ            １４０  差動排気装置
１４１  不活性ガス貯蔵タンク            ２００  第１の電子ビーム装置
２０２  第２の電子ビーム装置            ２０４  第３の電子ビーム装置
２０６  第１のウェーハ                  ２０８  第２のウェーハ
２１０  第３のウェーハ                  ２１１  制御装置
３００  駆動装置                        ４００  着脱部
【図１】
2004253156.tif 000003
【図２】
2004253156.tif 000004
【図３】
2004253156.tif 000005
【図４】
2004253156.tif 000006
【図５】
2004253156.tif 000007
【図６】
2004253156.tif 000008
【図７】
2004253156.tif 000009
【図８】
2004253156.tif 000010