(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記ドライガスの湿度が、室温２８℃の場合、相対湿度で５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム出射装置。
【請求項３】
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請求項２に記載の電子ビーム出射装置。
【請求項４】
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請求項１に記載の電子ビーム出射装置。
【請求項５】
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請求項４に記載の電子ビーム出射装置。
【請求項６】
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請求項４に記載の電子ビーム出射装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
0003818122.tif 000002
【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[ｋｇＨ２Ｏ／ｋｇ  ｄｒｙ  ａｉｒ]と定義されているので、以下の式２のとおりである。
【数２】
0003818122.tif 000003
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】
0003818122.tif 000004
【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[ｋｇＨ２Ｏ／ｋｇ  ｄｒｙ  ａｉｒ]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
【図１】
0003818122.tif 000005
【図２】
0003818122.tif 000006
【図３】
0003818122.tif 000007
【図４】
0003818122.tif 000008
【図５】
0003818122.tif 000009
【図６】
0003818122.tif 000010
【図７】
0003818122.tif 000011
【図８】
0003818122.tif 000012