軟x線發生裝置及除電裝置的製作方法
2023-05-09 17:42:51
專利名稱：軟x線發生裝置及除電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及軟X線發生裝置及用於從帶電的物體除去靜電的除
電裝置。
背景技術：
例如在半導體器件或FPD用玻璃基板、其它電子部件的製造裝 置、製造線上，為了從這些電子部件除去靜電，而對這些電子部件或 該基板照射長波段(低能帶)的X線即波長為1埃(A) ~數百埃的 軟X線。
在照射上述那樣的軟X線進行除電的除電裝置中，所採用的X線 的發生方法本身基本上是與以往大致相同的方法。
即，在真空氣氛中，將作為電子釋放源的燈絲加熱至數百。C以上， 且對外圍施加負電壓來釋放電子的方式是一般的發生方法。由於是在 高溫下釋放電子， 一般將釋放的電子稱為熱電子。然後，釋放出的熱 電子通過電場來向正電位側加速，最終與真空管構件(所謂耙)衝撞。 電子能量由被施加的電壓差來確定，因此例如在電子釋放部的燈絲電 位為-9kV而電子衝撞的構件的電位為0V時，坤皮釋^:的電子的運動 能量為9keV。
然後，從電子釋放部被釋放的電子衝撞的耙，採用容易釋放出制 動X線或特性X線的材料，從而發生X線。這種X線用耙的材料， 往往使用W或Ti、 Cu、 Mo等，靶厚度在透射型時為由電子進入深度 和軟X線透射率的關係來特定最合適的厚度， 一般為0.1 ~ lOpm左右。 另一方面，在反射型的場合，只要在電子進入深度以上即可，從厚度 沒有特別限定的靶材發生的X線，透射由較易透射X線的構件來構成的窗，向外部出射。
在基於這種發生原理的X線發生裝置中，為了增加X線量，需要 增加發生的電子量。例如，為了使X線量成10倍，發生電子量也要
成10倍。這時，不改變施加電壓而使電子數成IO倍，需要進行增加
燈絲的電子發生表面積或進一步提高燈絲溫度的任意方法，但是任何 方法，都發生發熱量的大幅增加。傳統x線發生裝置的大部分發熱源 是在這種電子的發生部上產生的。電子電流帶來的發熱(-電子電流
x電壓)僅僅佔全體的10 ~ 15%左右。
若在此基礎上概括傳統技術，則在專利文獻1 (日本特許笫 2749202號公報)中使用的X線發生裝置，採用X線透射性基體上形 成了由接受電子而輻射X線的材料構成的薄的靶膜的靶材，在燈絲與 靶之間設有柵電極。
在專利文獻2 (日本特開2005 - 11635號公報)中，通過對燈絲 通電並使之成為數百。C以上後，通過對耙施加負電壓，從燈絲對靼照 射熱電子。
同樣地在專利文獻3 (日本特開2001 - 266780號7>寺良)中，對X 線靶的電子也釆用熱電子。
同樣地在專利文獻4 (日本特開平7 -211273號乂>淨艮)中，對X 線靶的電子也採用從^^奉形燈絲發生的熱電子。
專利文獻1:日本特許第2749202號7>才艮
專利文獻2:日本特開2005 - 116354號Z/^艮
專利文獻3:日本特開2001 - 266780號Z/^艮
專利文獻4:日本特開平7-211273號/>才艮
但是，在除電用的X線除電裝置中，由於需要許多與其它用途的 X線發生裝置不同且以低能量(5-15keV) 、 X線量多的線源的問題。 其中最大的課題M熱的問題。
日本特許2749202號的用途即除電過程中，由於X線源的發熱， 要求以精密的溫度控制工序，例如對於液晶顯示器製造或半導體製造
4中的曝光工序，熱量對處理產生壞影響，因此難以在附近使用。因此 以規定距離分離，並且需要導入稱為熱排氣或水冷的個別排熱處理設 備，以使發熱負載不會成為氣氛的溫度上升源。由於除電性能與距離 的大致3方成反比例而降低，因此不能在近距離使用，^ 十除電性能 方面糹及為不利。
另外，冷卻設備伴隨著現場排氣管道或冷卻水配管工程，因此總
成本會上升到除電裝置主體的2-3倍。而且由於受X線管構件的耐 熱性的制約，提高X線發生裝置的除電性能是有界限，根據用途而除 電性能不充分且不能適用的情況。特別是在輸送速度高的諸如薄膜制 造工序中，現在的X線發生裝置實際上不能滿足性能要求。如上所述， 為了高輸出化而增大X線量，則不得不增加發生的電子量，但是電子 量增加就必然會增大發熱量。
X線除電裝置的壽命的主因也是發熱導致的劣化。傳統X線除電 裝置的壽命在10000小時左右，連續使用時大概1年左右就必須更換。 因此為了進一步的長壽命化，需要抑制發射器的劣化。具體地說，採 用燈絲結構作為發射器時，需要實現防止因使用而變細，由此產生的 斷線。但是都是在高溫條件下使用，以現在技術水平，難以大幅改善。 特別是，高輸出化與壽命具有替代(trade-off)的關係，不可能同時 改善兩者。
另一方面，作為X線除電裝置，最好是發生棒形或平板形的X線 發生方式，但是以傳統電子發生原理的X線發生裝置中，作成這種結 構會極不相稱。例如要製作5cmW (寬)xl00cmL (高)x2cmD (縱 深)的長方形發生裝置，需要多根100cm的燈絲，與此同時，發熱量、 發熱面積也變得非常大，其結果，不得不釆用使用了水冷機構的水冷 化結構，不能避免大型化。要得到高的除電性能，在發生靜電的場所 附近設置除電裝置，是極為重要的，這種水冷化帶來的大型化在設置 上成為大制約條件，往往不能應用。而且，燈絲總延長的增加結果會 導致壽命的大幅短縮，成為在現在的技術中不可實用化的狀況。
5另外，依據日本特開2005- 116354,在本X線管上的發熱中本 燈絲部的發熱佔很大比例，發生管本身的溫度容易上升到100。C前後。 如上所述，由燈絲本身的變細而斷線的情況來確定其壽命，通常10000 小時左右是其界限。另外，在點亮時不耐振動、因衝撞而燈絲容易斷 開，會進一步縮短壽命。因此，出現不適合在容易發生振動的場所中 的使用。
在日本特開2001 -266780中，由於熱電子發生部不是燈絲結構 體，不會有斷線，壽命方面可期待比日本特開2005- 116354長。但 是為了得到規定量的熱電子，需要將燈絲適當升溫，且燈絲加熱容積 大，因此可預想到發熱量更多，發熱的缺點進一步變大。與此同時， 關於熱電子的高效率釋放時重要的條件即氣氛的真空度，可推測出真 空度比日本特開2005 - 116354下降時更快，認為隨著X線管的壽命 變短。
在日本特開平7 -211273中公開的技術中，由於採用燈絲的關係， 發熱總量增多，發熱帶來的缺點變大。另夕卜，關於氣氛的真空度下降， 也與日本特開2001 - 266780相同。
若集中以上描述的傳統技術中的、要求大輸出和連續點亮的除電 用X線發生裝置固有的;果題，則如下。
(1) 由發熱的制約條件，X線量的高輸出化存在界限。
(2) 由耐熱性的制約條件，可用於X線發生管的構件上有限制。
(3) 高輸出化與壽命有替代關係。
(4) 難以面光源化及發生面的大面積化。
發明內容
本發明鑑於上述問題構思而成，其目的在於提供抑制了發生電子 的電子釋放部的發熱，從而解決了上述課題的軟X線發生裝置和使用
該軟x線發生裝置的除電裝置。
為了達成上述目的，本發明的軟X線發生裝置，其特徵在於用於發生軟X線的電子釋放部的表面由薄膜來構成，該薄膜由粒徑為
2nm - 100nm的鑽石顆粒，最好是5nm ~ 50nm的鑽石顆粒構成。
鑽石具有NEA (負電子親和力Negative Electron Affinity)，電 氣親和力小，因此由粒徑為nm尺寸的鑽石顆粒構成的薄膜來構成電 子釋放部的表面，使電子釋放部表面附近的勢壘降低，能以更低的電 壓、低的電場集中來釋》丈電子。由於不是以往的採用燈絲的熱電子的 釋;^欠，顯著抑制了發熱量，且可用低電壓來容易釋^:電子，因此容易 高輸出化，即大量的電子釋放來增加X線量。而且，以前，因減少發 熱，而從高溫燈絲和旁邊構件出現不少脫氣，脫氣對靶表面的附著劣 化了X線特性。與之相比，本發明中電子釋放部不會發熱，因此抑制 了以往脫氣帶來的乾的劣化。另外，鑽石的晶體結構強固，因此硬度 高、化學特性穩定，所以難以引起元件的劣化，適合軟X線的發生裝 置中的電子釋放元件的材料。
可是，將鑽石用於電子釋放元件時，鑽石的結晶性越高基本的導 電性越低，因此要考慮與成為電極的導電性基板之間難以獲得良好的 電氣接觸的因素。因此在電子釋放部表面形成由粒徑為nm尺寸的鑽 石顆粒構成的薄膜時，使鑽石與導電性基板的密著性良好，而且使鑽 石微顆粒均勻分散是很重要的。再有，為了得到高輸出的X線，電子 釋》丈部要構成為閾值電場強度的更低的電子釋放元件。
發明人考慮這些因素，開發了如下新的薄膜，作為形成於電子釋 放部表面上的由粒徑為2nm ~ 100nm、優選5nm ~ 50nm尺寸的鑽石顆 粒構成的薄膜。另外，粒徑為2nm 100nm是發明人通過與下述圖3 同樣的X線分析(裡貝特(音譯)(y —<A卜)法的計算)來得到 的結果。
即該薄膜在XRD測定中具有鑽石的XRD圖案，且進行了拉曼分 光測定時，膜中的sp3結分量和sp2結分量之比為2.5-2.7: 1。由此 如下所述，實現了不記帶來lmA/cn^的電場強度的1V/jim以下條件 的電子釋放部。
7依據發明人的構思，將所述結構的鑽石薄膜形成於電子釋放部表 面的場合，在使用空氣氣氛溫度為25。C時，與傳統技術中電子釋放部
的溫度上升通常為600。C以上(與外圍之間的溫度差575。C以上)相 比，本發明的軟X線發生裝置可為80。C以下(與外圍之間的溫度差 55。C以下)，而且也能得到比以往顯著多的發生電子數。
再有，通過在導電性基板上連續生長碳納米壁(CNW)和所述鑽 石膜，得到閾值電場強度更低的電子釋放元件。另外，這種2級結構 來改善電場集中的強化帶來了電子釋放特性。而且通過在鑽石薄膜與 導電性基板之間夾著可塑性豐富的碳納米壁，不僅擴大了基板材料的 選擇範圍，而且還有抑制形成鑽石薄膜後的冷卻過程中發生的、熱衝 擊帶來的鑽石膜剝離的效果。還有，碳納米壁的厚度最好在5pm以下， 另外其形狀可為膜狀，也可為散布的核狀。
具體在軟X線發生裝置的場合，最好使電子釋》丈部的施加電壓與 靶之間的電位差為5 ~ 15kV，且電子釋》文部的溫度上升與外圍環境溫 度差在50。C以下。
另夕卜，出射軟X線的X線出射部的電位最好在-100- + 100V的 範圍。
所述電子釋放部和靶的結構例如兩者可為平行平板結構。
然後，本發明的除電裝置，其特徵在於設有以上的軟X線發生 裝置，而且出射的軟X線的能帶為5 15keV。
除電裝置的框體最好由體積電阻率小於10^.m的導體構成，且 為可靜電屏蔽的結構。
另外，出射軟X線的出射用窗最好使發生的軟X線的透射率在 5%以上。
所述出射用窗的窗材可用Be、玻璃或A1的至少l種來構成。 (發明效果)
依據本發明，可顯著減小伴隨電子發生的發熱量，因此例如作為 除電裝置而使用時，不會改變周圍氣氛的溫度，並且也容易作出高輸出化。另外，在作成電子釋放部外圍的構件時沒有耐熱性要求，而且 能夠容易地發生大量電子，因此X線透射性能稍低的材質的窗材也可
用於出射窗。因而除了有害且難以大面積化的Be以外，還可以使用 Al (包括Al合金)或玻璃，提高了裝置設計的自由度。並且由於溫 度上升少，可顯著改善氣氛的真空度下降，可達成顯著的長壽命化。 由於不用燈絲，顯然也不會出現因斷線結束壽命的情況。
圖1是表示第一實施方式的除電裝置的平面及側面截面的說明圖。
圖2是表示第一實施方式的除電裝置中使用的發射器結構的說明圖。
圖3是圖2的發射器薄膜的XRD曲線圖。 圖4是表示圖2的發射器薄膜的拉曼頻鐠的曲線圖。 圖5是表示來自圖2的發射器薄膜的電子釋^:特性的曲線圖。 圖6是表示圖2的發射器薄膜中SP3結分量和SP2結分量之比與 薄膜電阻率變化的曲線圖。
圖7是表示第二實施方式的除電裝置的平面及側面截面的說明圖。
圖8是表示第三實施方式的除電裝置的平面及側面截面的說明圖。
圖9是表示第四實施方式的除電裝置的平面及側面截面的說明圖。
圖IO是表示圖9的除電裝置與傳統熱電子釋;^型除電裝置中的施 加電壓-離子生成量的關係的曲線圖。
圖ll是表示具有碳納米壁的發射器結構的說明圖。 圖12是圖ll的發射器的發射器膜的XRD曲線圖。 圖13是表示來自圖ll的發射器薄膜的電子釋力文特性的曲線圖。
9(符號說明)
1、 31、 41、 51除電裝置
2、 32、 42、 52框體
13、 47、 61發射器
14直流電源
15、 44靶
22、 64薄膜
63碳納米壁
具體實施例方式
接著就本發明的優選實施方式進行說明。圖1示出第一實施方式 的除電裝置1的平面及側面的截面，由這些圖可知本實施方式的除電 裝置1整體上具有箱形形狀。
該除電裝置1的成為真空容器的框體2通過用Al (鋁)構成的6 張面板，即頂板3、底板4、左側板5、右側板6、前側板7、後側板 8氣密結合來構成。框體2本身接地。在左側板5、右側板6、前側板 7、.後側板8的內側，分別設置了絕緣體ll。另夕卜，底板4的上面設 有絕緣板12，再在該絕緣板12的上面設置成為電子釋放部的發射器 13。對於發射器13,從設置在除電裝置1外部的直流電源14, 一皮施 加規定直流電壓。
在頂板3的背面(內側面)設有靶15。在本實施方式中，使用厚 度為lpm的鵠薄膜。還有，靶15的材質只要釋放出能量為5 ~ 15keV 的制動X線或特性X線的即可，並沒有特別限定在鴒，可使用其它例 如4太等。發射器13與靶15平行配置，兩者為平行平^1結構。另外， 發射器13和靶15均為3cmxl5cm尺寸的長方形。Al的頂^反3構成X 線出射窗。出射窗最好採用對軟X線的透射性能高的物質，且真空容 器的構件最好具有機械強度。另外，蒸鍍靶材的基材(通常兼用作出 射窗)最好具有軟X線透射性能以外還具有高導熱性能。接著對發射器13的結構進行詳細說明。在本實施方式中使用的發
射器13具有圖2所示的結構。即在導電性基板21上形成nm尺寸例 如5nm ~ 50nm的集合了鑽石顆粒的多晶膜即薄膜22。薄膜22的厚度 可為1 ~ 10pm,但最好為1 ~ 3pm。
該薄膜22形成如下。首先，使用Ra(中心線平均粗糙度)在3nm 以下的低電阻單晶矽板作為導電性基板21。然後，利用DC等離子體 CVD裝置，對導電性基板21進行成膜處理。
即，首先將單晶矽晶片(100)切割成30mmx30mm的方形，用 例如l~5nm粒徑的鑽石顆粒對其表面進行刻痕(scratch)加工，然 後充分進行基板表面的脫脂、清洗。從而，使導電性基板21表面的 Ra成為3pm以下。
接著，使50SCCM的曱烷氣和500SCCM的氫氣流過，將CVD 裝置的處理容器內壓力維持在7998Pa (60Torr),以10rpm旋轉導電 性基板21，調整對基板進行加熱的加熱器，使基板上的溫度偏差在5匸 以內，並進行成膜處理。然後在成膜初始階段，使基板溫度在750°C 保持30分鐘，然後，使加熱器的電壓上升，使基板溫度上升至840°C ~ 890°C，最好860。C 870。C，進行了 120分鐘的成膜處理。
這樣成膜的薄膜22的表面，如圖2中圓圈內所示，用掃描式電子 顯微鏡觀看時，可看到鑽石的微顆粒聚集數十至數百個左右而成的"竹 葉，，結構。另外，膜表面平坦且無歪曲。薄膜本身為單一組織，由圖 3所示的XRD圖案曲線，也能確認薄膜22是從與導電性基板21的界 面開始到薄膜22表面為止的鑽石均勻膜。還有，圖3基於平行射束法 形成，a=l。。另外，該薄膜22中不能確認石墨的峰。 接著對其特徵進一步詳細說明，則
(1 )在表面上5nm-50nm的微粒聚集數十至數百個左右，它們 顯示1個像"竹葉"的結構。
(2)從薄膜22平坦的表面突出的部分的高度在3|Lim以上10pm 以下，並以1萬根~ 10萬根/mm2的密度存在粗10 ~ 100nm左右的針狀突起。
(3) 沒有針狀突起的部分的表面粗糙度，如果不反映薄膜下部的
結構，則Ra在500nm以下。
(4) 依據波長為532nm的雷射的拉曼分光測定，1333cm—、佔石 的峰的半值寬在500cm^以上，如圖4所示，具有以1360cm—1附近為 頂點的峰和1581cm」為峰的兩個峰。
若調查該薄膜22的I-V特性，則如圖5所示。其中，閾值電場 強度為0.95V4im。另外，調查從在表面形成有該薄膜22的發射器13 釋放電子時螢光板的發光狀態，則能觀察到無發光斑點的均勻的發光 狀態。
另外，發明人調查基於該薄膜22的膜中的鑽石分量的sp3結與基 於石墨分量的sp2結的比，則為2.5。於是，在上述的成膜溫度範圍內 進行適宜變更，改變了 sp3結分量與sp2結分量的比，顯示與電阻率 的關係，則如圖6所示。sp3結分量與sp2結分量之比的評價是通過 拉曼發光法進行評價。另外，sp3結分量與sp2結分量之比還受等離 子體密度的影響，在成膜過程中通過分光來計算該放射率，若放射率 為0.7,當sp3 (鑽石)接近1時，則與sp2 (石墨) 一起能間接推測 出的膜組成。然後，判斷出sp3結/sp2結分量比在2.5至2.7之間時， 能夠獲得希望的良好發射的電阻率為lkQcm ~ 20kQcm。
依據將具有以上特性的薄膜22形成在表面的發射器13的本實施 方式的除電裝置1，通過對發射器13施加直流電壓，軟X線從出射 窗(頂板3 )以接近180度廣度照射。然後對於發射器13施加了 - 9.5kV 的直流電壓時，電子照射量(電子電流換算)成為5mA,達到傳統燈 絲型的約30倍。在本實施方式中，出射窗(頂板3)的材料使用透射 性能比以往普通的Be低的Al,因此最終透射率成為Be的約1/5,最 終得到的軟X線的X線量成為傳統燈絲-Be出射窗型的6倍 (30x1/5)。
然後，發射器13中幾乎沒有溫度上升，是數。C水平。雖然有基於電子電流的發熱量(5mAx9kV = 45W)的發熱，-f旦在出射窗(頂斧反3) 及框體2的材料上使用導熱率高的Al,因此裝置本身的溫度上升4交《氐。 這點，在為獲得與本實施方式的除電裝置同樣的X線照射量，使傳統 燈絲型的軟X線除電裝置動作時，可預測出總發熱量相當於300W， 要考慮溫度上升的短壽命化和對除電對象的熱影響。但是如上所述， 依據本實施方式的除電裝置1，由於溫度上升小，壽命得到顯著延長， 另外，無需考慮對除電對象、周圍環境溫度的影響。
還有，本實施方式中，出射窗的材料使用透射率低於Be的Al， 但由於Al的機械強度高於Be,可使厚度比Be還薄。另外，由於機 械強度高，與窗材使用Be的裝置相比，容易處理，並且也容易形成 比Be時大的大型出射窗。
顯然出射窗的材料可使用Be，這時，通過例如在長度方向每2cm 增加適當的增強材，可作出透射率更高的Be制出射窗。這時，獲得 相同X線量時，電子發生量可減少至1/5，因此具有能夠將發熱總量 顯著減少至9W ( =45/5)的優點。
發明人依據這些常識，在製造作為本發明中使用的電子釋放部的 發射器時，基板最好是其表面的中心線平均粗糙度在3pm以下的基 板，另外，作為成膜氣體使用的氣體，最好使甲烷濃度相對它以外氣 體濃度的比在8%以上。另夕卜，最好在成膜的最後0.5小時以上的期間， 控制基板溫度在石墨開始澱積在 一 部分基板表面上的溫度的-20°C ~ +20°。範圍內，進行成膜處理。
所述的笫一實施方式的除電裝置1整體上是箱形形狀，但是本發 明的除電裝置顯然能以其它方式的裝置來具體化。圖7所示的第二實 施方式的除電裝置31具有適合對連續傳輸大寬度的薄膜或玻璃基板 等時發生的靜電進行除電的裝置結構，整體上是^f奉狀結構。因此出射 窗(頂板3)的大小使用0.5cmxl00cm。另外，框體32本身與第一實 施方式的除電裝置1同樣，釆用Al合金。另外，與第一實施方式的 除電裝置1具有相同功能的構件，採用同一符號。然後，該第二實施
13方式的除電裝置31中，靶15的材料採用Ti,另外，將施加電壓設為 -10kV。該第二實施方式的除電裝置31中，與第一實施方式的除電 裝置1同樣地、每隔數cm增加適當的增強材，因此顯然只有出射窗 (頂板3 )才能容易將材料變更為Be。
圖8示出第三實施方式的除電裝置41的平面及側面的截面。該第 三實施方式的除電裝置41是玻璃圓筒形X線除電裝置。即該除電裝 置41的框體42本身由全部為絕緣體的圓筒形玻璃構成。然後在成為 出射窗的直徑2cm的頂板43的背面，設有靶44。在本實施方式中， 靶44釆用厚度為lpm的鵠膜。另外底板45的上面隔著絕緣體46設 置圓盤狀的發射器47，該發射器47與直流電源14連接。該發射器 47的結構與上述的第一實施方式的發射器13相同，其表面形成與上 述的薄膜22相同結構的鑽石薄膜。
如上所述，除電裝置41的框體42全部由絕緣材的玻璃構成，因 此除頂板43以外的框體42的表面，即外周、底板45的外側由A1合 金構成的圓筒形箱體48所覆蓋，該箱體48接地。
在該第三實施方式的除電裝置41中，施加電壓為-12kV,當發 射器47施加了直流電壓時，電子照射量2mA，總發熱量約24W。然 後，儘管將X線透射性能為Be的1/5的Al用於出射窗(頂板)43, 但是得到的X線量與傳統燈絲-Be出射窗型裝置相比成為2倍。
圖9示出第四實施方式的除電裝置51的平面及側面的截面，該除 電裝置51的框體52，除了第三實施方式的除電裝置41中頂板43以 外，與框體42相同。形成為玻璃制的圓筒。然後該笫四實施方式的 除電裝置51中，頂板53的材料中使用Be。
依據該第四實施方式的除電裝置51,在成為出射窗的頂板上使用 Be,因此，X線量成為傳統的10倍。另外，發熱量是與第三實施方 式中除電裝置41相同的24W。因而，可知具有與X線量為1/10的傳 統裝置同等的發熱量，且與相同的X線量相當的發熱量，比傳統燈絲 -Be出射窗類型的裝置還可減少1/10。
14接著，在圖10的曲線圖中示出該除電裝置51和傳統式除電裝置
相同照射距離下評價除電性能的結果例，該除電裝置51中，對成為 出射窗的頂板53使用0.6mm的Be板、靶44上使用Mo、發射器47 是其表面設有由nm尺寸的鑽石顆粒構成的薄膜的約0.25cm2的發射 器，該傳統式除電裝置在發射器中使用釋放熱電子的燈絲。
在該曲線圖中，橫軸取的;^射器-靶之間的電位差(直流施加 電壓)，縱軸以單位消耗功率來表示成為除電性能的指標的空氣離子 對(正和負的離子)生成量。除電性能與離子對生成量具有比例關係， 如果離子對生成量為2倍，由除電性能也成為2倍。按照上述規格的 除電裝置51的離子生成量，與施加電壓上升一起有若干增加的傾向， 在任何施加電壓域中，使用釋放熱電子的燈絲作為發射器，得到傳統 式除電裝置的離子生成量的IO倍以上的發生量。
還有，上述規格的除電裝置51發射器電流密度為4 6mA/cn^的 水平，是合適的範圍。另外，發射器與靶間的距離為10mm以下，成 為非常小型的除電裝置。另外就以除電裝置整體來說，具有被比較的 傳統式除電裝置的IO倍的除電性能的、上述規格的除電裝置51的總 消井毛功率為5~6W，而傳統式除電裝置為6~8W,對於同一離子生成 量，以1/10以下的消耗功率來完成，其效率極高。還有，在比較過程 中，由於不包含本實施方式的除電裝置的電源系統中的損失量，預測 出實際上是數分之一左右。
另外，圖IO所示的數據是與傳統式大致相同結構的除電裝置中離 子生成量的比較數據，但圖1、圖7、圖8中所示的結構的除電裝置中， 同樣可看到離子生成量的顯著增加。
所述各實施方式中使用的發射器13、 47中，採用導電性基板上形 成了鑽石薄膜的結構，但也可使用在導電性基板和薄膜之間隔著碳納 米壁的發射器。
圖11示出隔著碳納米壁的發射器61的結構。該發射器61具有在 鎳基板62上形成由碳納米壁構成的中間層63，再在其上形成由粒徑為2nm ~ 100nm、優選5nm ~ 50nm的鑽石顆粒構成的薄膜64的結構。 具有這種結構的發射器61，例如通過如下工序來得到。首先在鎳 基板62上，用DC等離子體CVD裝置形成碳納米壁的核，接著使該 核生長，形成具有花瓣形的碳薄片的碳納米壁。在形成前，與已述的 薄膜形成時同樣地、對鎳基板62的表面充分進行脫脂、清洗。
反應氣體為含碳化合物氣體和氫的混合氣體，含碳化合物可釆用 甲烷、乙烷、乙炔等碳氳化合物；甲醇、乙醇等含氧碳氫化合物；苯、 甲苯等芳香族碳化氫；二氧化碳以及它們的混合物。然後適當選擇這 些反應氣體的混合比、氣壓、基板偏壓等條件，從而在基板溫度 700°C ~ IOO(TC的範圍中，可在鎳基板62上的刻痕附近形成碳納米壁 的核。
例如設甲烷流量為50SCCM、氫為500SCCM，並將CVD裝置的 處理容器內壓力維持在7998Pa (60Torr),使鎳基板62以10rpm旋 轉，調整加熱基板的加熱器，使基板上的溫度偏差在5。C以內，進行 了成膜。然後成膜的時的基板溫度為900°C~1100°C、優選890°C~ 95CTC,成膜時間為120分鐘，進行了成膜處理。從而，首先在鎳基 板62上發生碳納米壁的核，通過生長該核來形成具有花瓣形的> 友薄 片的碳納米壁，能夠在鎳基板62上形成碳納米壁的中間層63，而且 繼續生長而連續，可在該中間層63上形成薄膜64。
碳納米壁具有優異的電子釋放特性，但有數微米的凹凸，難以形 成均勻的發射側。因而可通過在^f友納米壁上形成孩t粒鑽石的薄膜來均 勻的表面形狀。這時的碳納米壁的厚度可為不至形成膜的僅僅核的狀 態-5nm為止。然後以它為中間層，在其上形成的納鑽石膜的厚度 0.5nm 5[im，優選全面覆蓋碳納米壁核、碳納米壁膜的最低厚度。即， 鑽石膜成膜至不損害碳納米壁的花瓣形石墨片集合體的包絡面地被 膜為止即可。
然後納鑽石膜使>暖納米壁的凸凹光滑，因此來自發射器的電子釋 放得以平坦化。另外，因結構平坦而減弱電場集中，但是由於功函數
16下降到該效果以上，可使閾值電場強度在0.9V/nm以下。
而且與鑽石相比， >碳納米壁比較容易地可在所有物質上成膜。因 此作為用於在金屬基板上形成微粒鑽石膜的中間層，生成> 友納米壁， 其上澱積微粒鑽石的結構的發射器，其選擇導電性基板材料的範圍 廣，且設計自由度高。
在圖12示出具有圖11所示結構的發射器61的發射器膜的X線曲 線圖。與已說明的發射器13作比較，可觀察到石墨(CNW)的峰。 然後調查該發射器61的1-V特性，則如圖13所示。據此，閾值電場 強度為0.84V4im。即依據具有碳納米壁的中間層的發射器61的閾值 電場強度比不具備碳納米壁的中間層的先出的發射器13更低。因而 通過電場集中的強化，電子釋放特性得到進一步改善。另外，在製造 過程中也不需要觸媒，而且具有在導電性基板的選擇面擴大的優點。
如以上說明，在傳統的熱電子方式的軟X線發生裝置中，電子釋 放量依賴於發射器溫度、發射器表面積、以及施加在發射器表面的電 場強度。可是，隨著發射器的使用而出現變細導致的表面積的減少或 表面溫度的變化，因此電子釋放量容易變動。作一個對策， 一般在發 射器與靶之間設置柵電極，控制施加到柵電極的電壓，使電子電流恆 定。
另一方面，本發明的軟X線發生裝置或除電裝置中，發生的電子 電流只依賴於發射器面積和發射器表面附近的電場強度，而它們沒有 隨時間的變化，可永恆得到穩定的按照設計的電子電流。即，具有可 作成無柵電極的簡單結構且小型、低價的軟X線發生裝置的特徵。顯 然，即便設置了柵電極，性能方面也不會缺點，因此與以往相同的3 極結構(發射器、柵、靶電極)也沒問題。
應用納鑽石電子釋放元件的元件由於具有亞毫米級的電子的發生 斑點，在用作可見光的發光元件時，採取3極結構等對策，需要進行 平滑化。但是利用軟X線發生管的除電裝置上應用時，來自軟X線發 生源的X線的擴散大，輻射的X線上難以產生斑點。另外，通過軟X
17線來離子化被除電物外圍的大氣，從而進行除電，因此即便在發生離 子的移動範圍內有X線的偏差(斑點)，在功能上也沒問題。因而作 為利用納鑽石發射器的應用裝置，除電裝置是最合適的。 產業上的利用可能性
本發明特別是以半導體器件為首的各種電子部件或FPD用玻璃 基板、其它溫度條件嚴格的環境下製造產品的製造工序中，對於除去 這些部件、產品的靜電特別有用。
權利要求
1. 一種軟X線的發生裝置，包括電子釋放部和靶，其特徵在於所述電子釋放部的表面由薄膜構成，該薄膜由粒徑為2nm～100nm的鑽石顆粒構成。
2. 如權利要求1所述的軟X線發生裝置，其特徵在於所述薄 膜在XRD測定中有鑽石的XRD圖案，且進行了拉曼分光測定時，膜 中的sp3結分量與sp2結分量之比為2.5 ~ 2.7: 1 。
3. 如權利要求1所述的軟X線發生裝置，其特徵在於在所述 電子釋放部的導電性基板和所述薄膜之間，設有厚度在5pm以下的碳 納米壁。
4. 如權利要求1所述的軟X線發生裝置，其特徵在於電子釋 放部的施加電壓和靶之間的電位差為5~15kV，電子釋放部的溫度上 升與外圍環境溫度相比在50。C以下。
5. 如權利要求1所述的軟X線發生裝置，其特徵在於出射軟 X線的X線出射部的電位在-100 ~ + 100V的範圍。
6. 如權利要求1所述的軟X線發生裝置，其特徵在於所述電 子釋放部和靶是平行平板結構。
7. —種除電裝置，將軟X線照射在對象或其附近，除去該對象 的靜電，其中，設有包括電子釋》文部和靶的軟X線發生裝置， 所述電子釋放部的表面由薄膜構成，該薄膜由粒徑為2nm~ 100nm 的鑽石顆粒構成，從該除電裝置出射的軟X線的能帶為5-15keV。
8. 如權利要求7所述的除電裝置，其特徵在於除電裝置的框 體由體積電阻率小於109Q m的導體構成，其結構能屏蔽靜電。
9. 如權利要求7所述的除電裝置，其特徵在於出射軟X線的 出射用窗，發生的軟X線的透射率在5。/。以上。
10. 如權利要求9所述的除電裝置，其特徵在於所述出射用窗 的窗材由Be、玻璃或A1的至少1種來構成。
全文摘要
本發明目的在發生軟X線的裝置中抑制發熱量，從而延長壽命。在本發明中，包括電子釋放部即發射器和靶的除電裝置中，由粒徑為2nm～100nm的鑽石顆粒構成的薄膜形成在發射器的表面上。其特徵在於該薄膜在XRD測定過程中具有鑽石的XRD圖案，且進行了拉曼分光測定時，膜中的sp3結分量和sp2結分量之比為2.5～2.7∶1。當直流電源施加到發射器時，閾值電場強度在1V/μm以下，從發射器釋放出比以往更多的電子，並且發射器的溫度也幾乎不上升，可實現長壽命化。
文檔編號H05G1/00GK101449629SQ20078001224
公開日2009年6月3日 申請日期2007年4月10日 優先權日2006年4月11日
發明者佐藤俊一, 八木祥行, 大久保義典, 稻葉仁, 西村一仁 申請人:高砂熱學工業株式會社;樫尾計算機株式會社;日本財團法人高知縣產業振興中心