JP2006260948A

JP2006260948A - Ｘ線発生装置を備えたイオナイザ

Info

Publication number: JP2006260948A
Application number: JP2005076932A
Authority: JP
Inventors: Jun Kawai; 潤河合; Kosuke Murakami; 浩亮村上; Yoshinori Hosokawa; 好則細川; Shigeo Okamoto; 茂雄岡本
Original assignee: X RAY PREC Inc; X-RAY PRECISION Inc; Kyoto University
Current assignee: X RAY PREC Inc; X-RAY PRECISION Inc; Kyoto University
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】強度の強いＸ線を発生し且つ熱電子源の劣化のないＸ線発生装置を用いることにより、イオナイザの小型化、ランニングコストの低減、及び管理の容易化を可能とする手段を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置５からＸ線を放射して周囲の気体をイオン化し、該イオン化した気体を被除電物Ｘに吹き付けることによりその表面に帯電した静電気を除電するＸ線発生装置を備えたイオナイザ１において、Ｘ線発生装置５が、外部の気体を導入可能且つ内部の気体を排出可能であってＸ線を透過可能な射出窓９が設けられてなる真空容器１０と、該真空容器１０内に収容された絶縁体１３と、該絶縁体１３に電圧を印加してその表面を帯電させる一対の電極１１，１２とを具備するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線発生装置からのＸ線照射によって空気又は固体表面から静電気を除電するイオナイザに関し、特に、真空中で絶縁体を帯電させることでＸ線を発生させる帯電式Ｘ線発生装置を備えたイオナイザに関する。

電子デバイス、例えば液晶パネルやプラズマディスプレイパネルの製造工程はクリーンルーム下で行われるが、この製造工程において静電気が発生すると、電子デバイスを構成する絶縁体が電気的に破壊されて絶縁性を失ういわゆる絶縁破壊の問題や、電子デバイスを構成する半導体回路に空気中を浮遊する微粒子が吸引付着して短絡を引き起こす問題等につながる。このような静電気に起因する問題が、電子デバイスの歩留まりを低下させる、すなわち不良発生率を高める大きな原因となっている。

係る静電気に起因する問題を未然に防止すべく、電子デバイスから静電気を除電する除電装置が必要となるが、この除電装置としては、電子デバイスに対してイオン化したガスを吹き付けることにより静電気を除電するイオナイザが従来用いられている。より詳細に説明すると、このイオナイザはＸ線発生装置を備え、該Ｘ線発生装置から軟Ｘ線、すなわち波長が長く透過力の弱いＸ線を放射する。この軟Ｘ線が照射されることにより、イオナイザ内部に存する空気等の気体分子から電子がはじき出されてプラスイオンが生成される一方、はじき出された電子が安定した気体分子に付着することによりマイナスイオンが生成される。このように生成された両イオンを電子デバイスに吹き付けて、プラスイオン或いはマイナスイオンのいずれかを電子デバイス上に帯電した電荷に結合させることにより、静電気を中和して除電するものとなっている。

イオナイザが備える前記Ｘ線発生装置としては、金属ターゲットに熱電子を衝突させることでＸ線を発生させる熱電子加速式Ｘ線管が近年多く採用されている。図８は、熱電子加速式Ｘ線管の一例を示す概略縦断面図である（特許文献１参照）。図に示すように、熱電子加速式Ｘ線管８０は、真空封じされた外囲体８１の一端側にステム８２が設けられてなるものであり、ステム８２の内部に熱電子を放射する電子銃８３が、外囲体８１の内部にタングステンからなるターゲット８４がそれぞれ収容されている。また、外囲体８１におけるステム８２側の端部には射出窓８５が形成されている。

前記電子銃８３は、熱電子を放射するカソード部８６と、放射された熱電子を加速するグリッド電極８７と、熱電子を集束するフォーカス電極８８とを具備している。ここで、カソード部８６としては、図に詳細は示さないが、多孔質タングステンにアルカリ金属酸化被膜が形成されてなるカソードをヒータで加熱することにより熱電子が放射される傍熱タイプのものや、フィラメントに電圧を印加することにより熱電子が放射される直熱タイプのものを用いることが可能である。

このように構成される熱電子加速式Ｘ線管８０によれば、カソードの加熱又はフィラメントへの電圧印加に伴って電子銃８３から熱電子が放射され、該熱電子がターゲット８４に衝突する。この衝突により、熱電子がＸ線と熱電子に変換され、発生したＸ線が射出窓８５から外部へ射出されるものとなっている。

特開２００２−２９９０９８号公報

しかし、熱電子加速式Ｘ線管８０を備えた従来のイオナイザでは、熱電子加速式Ｘ線管８０の出力が弱く、電子デバイスを除電するのに十分なＸ線量を確保しようとすると熱電子加速式Ｘ線管８０が大型化し、これに伴ってＸ線が外部へ漏出するのを防止するための遮蔽体も大型化するため、必然的にイオナイザ全体も大型化せざるを得ないという問題があった。また、熱電子加速式Ｘ線管８０を構成するカソード又はフィラメント等の熱電子源は、高真空下で加熱蒸発したり、真空封じされた外囲体中に残留したガスイオンが衝突することにより、経時的に劣化して熱電子放射量が少なくなる。しかし、外囲体８１が真空封じされているため、カソードやフィラメントを取り出して交換することができない。従って、カソードやフィラメントが通常１年程度で寿命に達すると、熱電子加速式Ｘ線管８０自体をその都度交換しなければならず、コストアップ及び管理の煩雑化につながるという問題もあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、強度の強いＸ線を発生し且つ熱電子源の劣化のないＸ線発生装置を用いることにより、イオナイザの小型化、ランニングコストの低減、及び管理の容易化を可能とする手段を提供する。

上記目的を達成するための請求項１記載のＸ線発生装置を備えたイオナイザは、Ｘ線発生装置からＸ線を放射して周囲の気体をイオン化し、該イオン化した気体を被除電物に吹き付けることによりその表面に帯電した静電気を除電するＸ線発生装置を備えたイオナイザにおいて、前記Ｘ線発生装置が、外部の気体を導入可能且つ内部の気体を排出可能であってＸ線を透過可能な射出窓が設けられてなる真空容器と、該真空容器内に収容された絶縁体と、該絶縁体に電圧を印加してその表面を帯電させる一対の電極と、を具備するものである。

請求項２記載のＸ線発生装置を備えたイオナイザは、Ｘ線発生装置からＸ線を放射して周囲の気体をイオン化し、該イオン化した気体を被除電物に吹き付けることによりその表面に帯電した静電気を除電するＸ線発生装置を備えたイオナイザにおいて、前記Ｘ線発生装置が、外部の気体を導入可能且つ内部の気体を排出可能であってＸ線を透過可能な射出窓が設けられてなる真空容器と、該真空容器内に所定間隔をおいて配置された一対の電極と、前記真空容器内で熱電子を放射するフラッドガンと、を具備するものである。

請求項３記載のＸ線発生装置を備えたイオナイザは、前記一対の電極が、先鋭に形成された先端部を前記絶縁体に当接させる針状電極、及び前記絶縁体に密着する平板電極であることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るＸ線発生装置を備えたイオナイザによれば、帯電式Ｘ線発生装置を用いることにより、強度の強い軟Ｘ線を効率良く発生させることが可能となる。これにより、従来より効率良い除電が可能となるとともに、Ｘ線発生装置及び遮蔽体を小型化することでイオナイザ全体を小型化することが可能となる。また、帯電式Ｘ線発生装置をいわゆる開放型とすることで、熱電子源となるフィラメント等の劣化がない長寿命で安定したＸ線発生装置とすることができ、ランニングコストの低減及び管理の容易化を図ることができる。

本発明の請求項２に係るＸ線発生装置を備えたイオナイザによれば、帯電式Ｘ線発生装置は、フラッドガンから呼び水的な電子の供給を行うことにより、外部から電子を供給することなくＸ線を安定して発生させることができる。これにより、請求項１に記載のＸ線発生装置を備えたイオナイザと同様の効果が得られる。

本発明の請求項３に係るＸ線発生装置を備えたイオナイザによれば、針状電極の先端によって、絶縁体の表面を容易且つ確実に帯電させることができる。

以下、本発明の実施例に係るＸ線発生装置を備えたイオナイザについて図面に基づいて説明する。図１に示すように、Ｘ線発生装置を備えたイオナイザ１は、流入口２と排出口３が設けられてなる本体カバー４と、該本体カバー４に装備されその内部側へ軟Ｘ線を放射する帯電式Ｘ線発生装置５と、放射された軟Ｘ線が外部へ漏出するのを防止するための遮蔽体６とを備え、液晶パネルやプラズマディスプレイパネル等の被除電物Ｘに対して排出口３からイオン化されたガスを吹き付けることにより静電気を除電するものである。

前記本体カバー４は、Ｘ線を透過させない部材からなる筐体である。図１に示すように、この本体カバー４の頂部には左右一対の流入口２が設けられ、各流入口２は、本体カバー４の外部に設置された図示しない送風装置に対して配管接続されている。これにより、予め塵埃等が除去された清浄な空気や非反応性ガス等が、送風装置によって流入口２から本体カバー４の内部へ供給されるものとなっている。また、本体カバー４の底部には、帯電式Ｘ線発生装置５の直下方に排出口３が設けられ、該排出口３から本体カバー４内部の気体が外部へ排出されるものとなっている。これにより、本体カバー４の内部には、図１に点線で示すように、流入口２から排出口３へ向かって気体流Ｙが形成されている。尚、本体カバー４の形状、流入口２や排出口３の位置・個数等は、本実施例に限られず適宜設計変更が可能である。また、本体カバー４の内部に気体を供給する手段としては、流入口２を送風装置に配管接続することに替えて、本体カバー４の内部に図示しない吸気装置を設けて本体カバー４外部の気体を流入口２から吸引することも可能である。

前記遮蔽体６は、図１に示すように、Ｘ線を透過させない部材からなる遮蔽板７と、該遮蔽板７を本体カバー４の底部から所定高さに支持する一対の支持足８とを備えるものである。この遮蔽体６は、遮蔽板７で排出口３の上方を覆うようにして配置され、帯電式Ｘ線発生装置５から排出口３方向へ放射された軟Ｘ線が遮蔽板７で反射されるものとなっている。これにより、流入口２から排出口３へ向かっての気体流Ｙを阻害することなく、帯電式Ｘ線発生装置５から放射された軟Ｘ線が排出口３から本体カバー４の外部へ漏出することを防止している。尚、遮蔽体６の形状・大きさは、排出口３を覆うに足りる範囲内で適宜設計変更が可能である。

図２は、前記帯電式Ｘ線発生装置５の第１実施例を示す概略縦断面図である。本帯電式Ｘ線発生装置５Ａは、不使用時は内部が大気圧であり使用時に内部が真空状態とされる、いわゆる開放型のＸ線管であって、真空中で絶縁体を帯電させることによりＸ線を発生させるものである。この帯電式Ｘ線発生装置５Ａは、図２に示すように、カプトン膜からなる射出窓９が設けられた真空容器１０と、該真空容器１０内に所定間隔をおいて相対向するように配置された針状電極１１及び平板電極１２と、針状電極１１と平板電極１２の間に挿入された絶縁体１３と、針状電極１１と平板電極１２に接続され両電極間に電圧を印加する直流電源１４及び交流電源１５と、真空容器１０内を所望の真空度とするための真空ポンプ１６及びリークバルブ１７とを備えてなるものである。

針状電極１１は、金属棒の先端部を先鋭に形成し、該先端部以外の部分に絶縁部材をコーティングしてなるものであり、図２に示すように、真空容器１０内の所定位置に配置され、真空容器１０の外部に設置された直流電源１４及び交流電源１５に接続されている。本実施例では、半径１．５ｍｍ程度の銅製の棒材を用い、該棒材の先端部を先鋭に形成するとともに、先端より５ｍｍを残して残りの部分にふっ化エチレン重合体をコーティングすることにより針状電極１１を作製した。また、平板電極１２は、所定厚みの金属板からなるものであり、真空容器１０内に針状電極１１の先端から所定距離だけ離して配置され、直流電源１４及び交流電源１５に接続されるとともに接地されている。本実施例では、この平板電極１２として、銅板を針状電極１１の先端から８ｍｍ離して配置した。尚、針状電極１１の先端と平板電極１２との間の距離は、両電極間に挿入される絶縁体１３の厚みに応じて任意に調節可能となっている。

絶縁体１３は、Ｎａｃｌ，ガラス（ＳｉＯ２），ＮｉＦ_２等の絶縁体を、電圧印加時に絶縁破壊が生じない程度の厚みに形成してなるものである。この絶縁体１３が、図２に示すように、針状電極１１と平板電極１２の間に挿入され、平板電極１２に密着し且つ針状電極１１の先端が当接された状態となっている。これにより、針状電極１１の先端から絶縁体１３の表面に所定値の電圧を印加して帯電させることが可能となっている。本実施例では、絶縁体１３として、純度約９９．９％のＮａｃｌを半径１３ｍｍ，厚さ８ｍｍの円筒形状に形成したもの、純度９９．９％のＮｉＦ_２からなる厚さ８ｍｍのペレット、及び厚さ７ｍｍのガラスを作製した。

第１実施例の帯電式Ｘ線発生装置５Ａの動作について説明する。絶縁体１３に所定値の電圧を印加し、この状態で真空ポンプ１６により真空容器１０内を高真空状態まで一旦引いた後、真空ポンプ１６を作動させつつリークバルブ１７から空気を導入することにより真空度を徐々に上げていく。真空容器１０内の真空度が所定値まで上昇すると、針状電極１１の先端から一定の時間間隔で火花放電が生じ、この火花放電がしばらく続いて終了した後、Ｘ線が発生し始める。Ｘ線が発生している間火花放電は発生せず、絶縁体１３の表面が橙色に、針状電極１１の先端部が淡青色にそれぞれ発光する。この状態から更に真空容器１０内の真空度を上げていくとＸ線強度が徐々に強くなり、火花放電を伴わない安定したＸ線発生状態となる。しかし、真空容器１０内の真空度が更に上昇して所定値に達すると、針状電極１１の先端から再び火花放電が起こり始め、安定したＸ線の発生状態は得られなくなる。

本実施例では、Ｎａｃｌからなる絶縁体１３の表面に−３ｋＶの電圧を印加した場合、真空容器１０内の真空度が１×１０^−２〜４×１０^−２Ｔｏｒｒの範囲でＸ線が安定して発生した。真空度が４×１０^−２Ｔｏｒｒの時のＸ線スペクトルを図３に示す。また、絶縁体１３をＮｉＦ_２及びガラスとした場合、ＮｉＦ_２では真空容器１０内の真空度が５×１０^−３〜１×１０^−２Ｔｏｒｒの範囲で、ガラスでは真空度が８×１０^−３〜１×１０^−２Ｔｏｒｒの範囲でそれぞれＸ線が安定して発生した。また、針状電極１１においてふっ化エチレン重合体がコーティングされていない露出部分の長さを、５ｍｍに替えて１ｍｍ及び１０ｍｍとした場合、露出部分の面積とは関係なく真空容器１０内の真空度が８×１０^−３〜１×１０^−２Ｔｏｒｒの範囲でＸ線が定常的に発生したが、Ｘ線の強度は露出部分の面積に比例して強くなった。

図４は、帯電式Ｘ線発生装置５の第２実施例を示す概略縦断面図である。図に示すように、本実施例に係る帯電式Ｘ線発生装置５Ｂは、第１実施例と比較して、針状電極１１と平板電極１２の間に絶縁体１３が介在されない点で異なっている。それ以外の構成に関しては第１実施例と同じであるため、図４では図２と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

第２実施例の帯電式Ｘ線発生装置５Ｂの動作について説明する。絶縁体１３に所定値の電圧を印加した状態で、第１実施例と同様にして、真空容器１０内を高真空状態まで一旦引いた後、真空度を徐々に上げていく。真空容器１０内の真空度が所定値まで上昇すると、針状電極１１の先端から平板電極１２に向けて火花放電が連続的に発生する。ここから再び真空度を徐々に下げていくと、火花放電が停止し、Ｘ線が安定して発生する状態となる。この時、針状電極１１の先端部が青白く発光する。この状態から更に真空度を下げていくと、Ｘ線は減衰し、針状電極１１の発光強度も弱くなる。本実施例では、針状電極１１と平板電極１２の間に−３ｋＶの電圧を印加した場合、真空容器１０内の真空度が２×１０^−２〜５×１０^−２Ｔｏｒｒの範囲でＸ線が安定して発生した。真空度が５×１０^−２Ｔｏｒｒの時のＸ線スペクトルを図５に示す。

図６は、帯電式Ｘ線発生装置５の第３実施例を示す概略縦断面図である。図に示すように、本実施例に係る帯電式Ｘ線発生装置５Ｃは、第１実施例と比較して、針状電極１１と平板電極１２の間に絶縁体１３が介在されない点、及び真空容器１０の内部にフラッドガン１８が配置されている点で異なっている。それ以外の構成に関しては第１実施例と同じであるため、図６では図２と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。フラッドガン１８は、真空容器１０の内部に熱電子を供給するためのものであって、真空容器１０の内部に配置したフィラメント１９に対して図示しない電源から電圧を印加することにより熱電子を放射させる直熱タイプのものである。もちろん、フラッドガン１８は、多孔質タングステンにアルカリ金属酸化被膜が形成されてなるカソードをヒータで加熱することで熱電子を放射させる傍熱タイプとすることも可能である。また、フラッドガン１８の配置位置は、針状電極１１との間に放電が生じないよう針状電極１１から十分な距離を確保する必要がある。本実施例では、針状電極１１から１００ｍｍ離してフィラメント１９を配置し、ＡＣ０〜１００Ｖの間で印加電圧を変化させた。

第３実施例の帯電式Ｘ線発生装置５Ｃの動作について説明する。絶縁体１３に所定値の電圧を印加した状態で、真空ポンプ１６を用いて真空容器１０内を高真空状態とする。この状態において、フラッドガン１８をＯＮ、すなわち所定値の電圧を印加すると、針状電極１１の先端と平板電極１２の間に火花放電が生じ、続いてＸ線が発生し始める。その後、フラッドガン１８がＯＮの間、Ｘ線は連続的に発生し、当初は火花放電が不規則周期で発生するが、その頻度は時間の経過と共に減少しやがて発生しなくなる。この状態からフラッドガン１８をＯＦＦ、すなわち電圧の印加を停止すると、Ｘ線はその後も安定して発生し続ける。本実施例では、針状電極１１と平板電極１２の間に−３ｋＶの電圧を印加し、真空容器１０の内部の真空度を３×１０^−５Ｔｏｒｒとした場合、フラッドガン１８をＯＦＦした後、数十分間Ｘ線が発生し続け、１回の火花放電と共にＸ線の発生が終了した。フラッドガン１８をＯＦＦした後のＸ線スペクトルを図７に示す。

このように、第３実施例の帯電式Ｘ線発生装置５Ｃによれば、フラッドガン１８による熱電子の供給がなくなった後も、Ｘ線を安定して発生させ続けることができる。より詳細に説明すると、フラッドガン１８がＯＮされるまで針状電極１１は電子を放射していないが、ひとたびフラッドガン１８より真空容器１０内に電子が供給されると、電子は針状電極１１付近の電界によって加速され、平板電極１２に到達する。この電子を初期電子として、針状電極１１と平板電極１２の間にはコロナ放電が発生し、該コロナ放電によって両電極１１，１２間に電子の通過経路が一旦形成されると、針状電極１１の仕事関数すなわち針状電極１１内の電子を真空中に取り出すために必要なエネルギーが下がる結果、それまで電子を放射していなかった針状電極１１より電子が電界放射される。これにより、平板電極１２からＸ線が発生するものとなっている。

本発明は、Ｘ線発生装置からのＸ線照射によって空気又は固体表面から静電気を除電するイオナイザに適用することができる。

本発明の実施例に係るＸ線発生装置を備えたイオナイザ１を示す概略縦断面図。第１実施例に係る帯電式Ｘ線発生装置５Ａを示す概略縦断面図。真空容器１０内の真空度が４×１０^−２Ｔｏｒｒの時のＸ線スペクトルを示す図。第２実施例に係る帯電式Ｘ線発生装置５Ｂを示す概略縦断面図。真空容器１０内の真空度が５×１０^−２Ｔｏｒｒの時のＸ線スペクトルを示す図。第３実施例に係る帯電式Ｘ線発生装置５を示す概略縦断面図。フラッドガン１８をＯＦＦした後のＸ線スペクトルを示す図。従来の熱電子加速式Ｘ線管８０を示す概略縦断面図。

符号の説明

１Ｘ線発生装置を備えたイオナイザ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ帯電式Ｘ線発生装置
９射出窓
１０真空容器
１１針状電極
１２平板電極
１３絶縁体
１８フラッドガン
Ｘ被除電物

Claims

Ｘ線発生装置からＸ線を放射して周囲の気体をイオン化し、該イオン化した気体を被除電物に吹き付けることによりその表面に帯電した静電気を除電するＸ線発生装置を備えたイオナイザにおいて、
前記Ｘ線発生装置が、外部の気体を導入可能且つ内部の気体を排出可能であってＸ線を透過可能な射出窓が設けられてなる真空容器と、該真空容器内に収容された絶縁体と、該絶縁体に電圧を印加してその表面を帯電させる一対の電極と、を具備することを特徴とするＸ線発生装置を備えたイオナイザ。
Ｘ線発生装置からＸ線を放射して周囲の気体をイオン化し、該イオン化した気体を被除電物に吹き付けることによりその表面に帯電した静電気を除電するＸ線発生装置を備えたイオナイザにおいて、
前記Ｘ線発生装置が、外部の気体を導入可能且つ内部の気体を排出可能であってＸ線を透過可能な射出窓が設けられてなる真空容器と、該真空容器内に所定間隔をおいて配置された一対の電極と、前記真空容器内で熱電子を放射するフラッドガンと、を具備することを特徴とするＸ線発生装置を備えたイオナイザ。
前記一対の電極が、先鋭に形成された先端部を前記絶縁体に当接させる針状電極、及び前記絶縁体に密着する平板電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線発生装置を備えたイオナイザ。