JP3751650B2 - Static neutralizer - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、X線の電離作用によって気体中に正負の電荷を発生させ、これを用いて、半導体装置などの帯電物体が帯びた静電気を中和させる静電気中和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からX線の持つ電離作用によってイオンが生成されることが知られている。その生成メカニズムについてヘリウム原子を例に示す。図8に示すように、ヘリウム原子100にX線光子101が衝突すると、そのエネルギーが外殼電子102で吸収される。この外殼電子102は、一定の値以上のエネルギーを与えると、その軌道から外へ飛出して自由電子104となる。これが電離であり、この電離は原子が電子を多く持つとX線の吸収量が多く、電離量も多くなる。こうしたイオン生成作用を利用したのが静電気中和装置であり、例えば、特願平4−216807に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
開示された上記の中和装置は、窒素ガス又は空気雰囲気中に帯電物体を配置して軟X線を照射するものであるが、例えば、X線エネルギーが6KeVの場合では、X線源から2×103 mmの距離では100%が吸収されてしまい、これ以上離れた位置では気体の電離が生じないこととなる(図9参照)。
【0004】
また、照射されるX線は点光源であるため、照射強度の距離依存性も高く、X線源から離れるに連れて、照射強度の減衰が極めて大きい。このため、広範囲に渡って有効に静電気の中和(除電)を行なう為には、高エネルギーのX線を発生する必要があった。
【0005】
本発明は、このような課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、低いエネルギーで広範囲に渡ってX線を照射し、効率的に静電気の中和を行なうことができる静電気中和装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明に係る静電気中和装置は、所定の雰囲気ガス中に配置された帯電物体にX線を照射し、この帯電物体が帯びた静電気を中和する静電気中和装置であって、X線を発生するX線発生手段と、X線透過性を有する薄膜が袋状に形成され、その内部には上記雰囲気ガスに比べて、X線透過率の高い気体が封入されており、X線発生手段を固定するケース内に収容されたフィルムバックとを備え、このフィルムバックは、ケース内のうちX線発生手段のX線出射部と帯電物体との間に設けられている。
【0007】
フィルムバックの内部には、帯電物体を取巻く雰囲気ガスに比べて、X線透過率の高い気体が封入されており、X線出射部から出射されたX線がこのフィルムバック内部を透過し、帯電物体に対して出射される。
【0008】
さらに、フィルムバック内に封入された気体は、窒素よりも原子番号の小さな元素のガスを主として用いることが望ましく、例えば、水素ガス、ヘリウムガス、及び水素又はヘリウムの混合ガスのうち、何れかであるのが好ましい。
【0009】
【作用】
X線発生手段のX線出射部から出射されたX線は、ガス封入体内に入射しこの内部を透過するが、このガス封入体内には、X線透過率の高い気体、すなわちX線の吸収率が低いガスが封入されている。このため、X線出射部から出射されるX線の減衰を十分に抑え、X線を帯電物体の近傍まで導くことができる。
【0010】
また、このようなX線が到達する帯電物体の近傍は、ガス封入体に封入されたガスに比べてX線吸収率が大きな気体、すなわち、イオン化率が高い気体で覆われている。このため、帯電物体の近傍では、気体分子の電離量も多く、中和のために用いるイオンを多量に発生することができる。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。
【0012】
図1に、本実施例にかかる静電気中和装置を示す。この中和装置は、軟X線を発生させるX線発生器10、及びX線発生器10のX線出射部に配設したガス封入体20で構成している。
【0013】
X線発生器10は、外囲器11内に、電子ビームを出射する電子ガン12を配し、フランジ13によってタングステンよりなるターゲット15を保持している。また、ターゲット15は、フォーカス用グリッド14と電気的に接続されている。さらに、ターゲット15の下方には、発生した軟X線を出射する出射窓16を設けており、この出射窓16はベリリウムやカーボン等の転元素のよって形成去れている。
【0014】
ガス封入体20は、X線透過性を有する薄膜として、厚さ 0.04 mmのポリエチレンの薄膜によって形成した袋状のフィルムバック21を有している。そして、フィルムバック21のガス流通口25には、キャップ22を螺着しており、このキャップ22に対して、ガス供給ノズル23及び排気ノズル24を固定している。また、フィルムバック21内には、その下方に配置された帯電物体30を取巻く気体(ここでは空気)に比べ、X線の透過率が高い気体として、ヘリウムガスが充填されている。
【0015】
以上のように構成する中和装置の機能について説明する。
【0016】
まず、X線発生器10の電子ガン12から電子ビームが出射され、このビームがターゲット15に照射されて軟X線が発生する。発生した軟X線は、ベリリウムによる出射窓16を介して出射される。出射された軟X線は、ガス封入体20を透過して帯電物体30に対して照射される。
【0017】
ここで、帯電物体30に対して軟X線が照射された状態を図2に模式的に示す。なお、図中、白丸は気体分子を示し、+、−が付された白丸は、電離により生じた正、負のイオンを示している。
【0018】
図において、X線発生器10から点光源の状態で出射された軟X線は、次第に広がりながら進行し、ポリエチレンの薄膜を透過してフィルムバック21内に入射する。このフィルムバック21内には、ヘリウムガスが充填されているが、このガスは、X線の透過率が高い性質を有する。従って、このフィルムバック21内では、軟X線の吸収率が低く、気体が電離する量も少ない。この結果、軟X線はあまり減衰しない状態で、フィルムバック21内を進行する。そして、このようにヘリウムガス中を進行した軟X線は、フィルムバック21下部のポリエチレン薄膜を透過して下方に出射される。
【0019】
フィルムバック21を透過した軟X線は、帯電物体30が配置された空気雰囲気中を進行することになるが、空気はフィルムバック21内のヘリウムガスに比べてX線吸収率が高く、気体分子の電離量も多い。このため、帯電物体30の近傍では、中和(除電)のために使用される多量のイオンが生成されることとなる。しかも、フィルムバック21を介在させることによって、X線発生器10と帯電物体30とを十分に離隔することができ、軟X線が照射される領域も広範囲に及んでいる。
【0020】
以上のような特徴を有する中和装置は、図3、図4に示すように構成することもできる。なお、図中、図1の中和装置と同一の構成要素には同一の参照番号を付して示す。
【0021】
図3の中和装置は、X線発生器10に対して筒型の金属ケース18を固定しており、この金属ケース40の内部に収容されるような状態で、フィルムバック21を配している。また、金属ケース40の側面に設けた貫通孔40aを通り、フィルムバック21のキャップ22が外部に突出しており、開閉レバー26が設けられたガス供給ノズル23を、キャップ22に対して固定している。このように構成することで、X線発生器10とガス封入体20とを一体的に構成することもできる。
【0022】
一方、図4の中和装置は、X線発生器10を筒型のケース41内に収容しており、X線発生器10とケース41との間隙には、固定用のシリコンゴムを充填している。また、電圧供給用の高圧ケーブル44がケース41の内側を経由し、ブシュング45を介して外部に延びている。
【0023】
ケース41の下端部には、ケース41よりも大なる径を有する筒型の金属ケース42を固定しており、この金属ケース42の下端の開口部には、厚さ 0.04 mmのポリエチレンフィルム46を張設している。さらに、金属ケース42の下端開口部に複数の支柱47を設け、このポリエチレンフィルム46の撓みを防止している。このように金属ケース42とポリエチレンフィルム46とによって囲まれた空間20’によって、前述したガス封入体20を構成しており、この内部には、ヘリウムガスなどの所望のガスを充填している。なお、金属ケース42の側面には、開閉レバー26が設けられたガス供給ノズル23を設けており、このノズル23を介して、空間20’内にガスが充填される。
【0024】
ここで、図1に示した中和装置を用いて、ガス封入体20を設けた場合の効果について調べた。この測定では、図2に示すように、X線発生器10のX線出射部に、ガス充填時の長さが15cmのガス封入体20を配置して、X線発生器10から30cmの位置に配置した線量計(参照番号50)でX線の線量を測定した。なお、ガス封入体20には、ヘリウムガス又は窒素ガスを個々に封入して測定を行ない、ガス封入体20を取り除いた状態と比較した。
【0025】
その結果を図5のグラフに示す。このグラフより、各ガスを充填したガス封入体20をX線発生器10のX線出射部に設けた方が、通常の空気雰囲気中で軟X線を照射した場合に比べ、線量率が増加していることがわかった。
【0026】
また、3kVに帯電させた帯電物体が300Vに除電されるまでの時間を計測した。この場合、前述した線量計の位置に帯電物体を配し、X線発生器10と帯電物体との離隔距離を30cm一定とし、この間に配置するガス封入体20にヘリウムガスを充填し、その充填時の長さを15cm、10cm、5cmと変化させた。なお、比較例としてガス封入体20を取り除き、空気雰囲気中でも同様な測定を実施した。
【0027】
その結果を図6に示す。このグラフより、通常の空気雰囲気中で軟X線を照射した場合に比べ、ガス封入体20を設けた方が除電時間が短縮され、しかも、ガス封入体20の厚さを増加させると、除電時間がより短縮することがわかった。例えば、X線管電圧が6kVの場合では、空気雰囲気中で実施した場合の除電時間は約3.5秒であるのに対し、厚さ15cmのガス封入体20を配置すると、除電時間は約1.5秒に短縮されている。
【0028】
次に、X線透過性を有する薄膜として使用可能な有機フィルムの厚さと、X線透過率との関係について調べた。有機フィルムとしてのプラスチックフィルムは、比重が 0.83 〜2.0 位まで存在するが、適用可能なフィルムの条件を考察するにあたり、比重が最も軽いフィルムにおいて使用可能なフィルムの厚さを求めることとする。
【0029】
X線透過率の高い気体としてヘリウムガスを用いた場合を例として、前記した図5のグラフをもとに、X線管電圧における線量率の比を求める。
4kV 線量率(He)/線量率(Air)=4.87(倍)
5kV 線量率(He)/線量率(Air)=2.79(倍)
6kV 線量率(He)/線量率(Air)=2.14(倍)
7kV 線量率(He)/線量率(Air)=1.78(倍)
8kV 線量率(He)/線量率(Air)=1.61(倍)
9kV 線量率(He)/線量率(Air)=1.47(倍)
この結果をもと、求められた倍率の逆数以上のX線透過率が要求される。この値に基づいて、各X線管電圧において有機フィルムに要求されるX透過率を求める。
【0030】
4kV 1/4.87= 0.20
5kV 1/2.79= 0.36
6kV 1/2.14= 0.47
7kV 1/1.78= 0.56
8kV 1/1.61= 0.62
9kV 1/1.47= 0.68
有機フィルムには、以上のようなX線透過率が要求される。一例として、図7に、比重 0.9のポリエチレンの厚さとX線透過率との関係を示す。このグラフから、上記したX線透過率を満たすには、フィルムがおよそ1000μm以下の厚みであることが好ましい。また、他のプラスチックの比重は、いずれも 0.9より大きいため、X線の透過率はポリエチレンの場合よりも低下すると考えられる。よって、有機フィルムの厚さは、最も厚い場合でもおよそ1000μmであり、その他、封入する気体の種類、及び有機フィルムの材質に応じて、適宜選定すればよい。例えば、図4の例では、有機フィルムの他に、Be、ガラス状カーボン板などの金属薄板も同様に使用可能である。
【0031】
以上説明した各実施例では、X線透過率の高い気体としてヘリウムガスを用いる例を示したが、この他にも、水素などが適用可能であり、窒素ガスよりも原子番号の小さな元素のガスであれば使用に適する。また、複数のガスを混合させてガス封入体に充填してもよい。さらに、帯電物体を配置する雰囲気も例示した空気に限定するものではなく、窒素ガス、アルゴンガス、或いはこれらの混合ガスによって雰囲気を形成してもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる静電気中和装置によれば、X線発生手段のX線出射部に、帯電物体を配置した雰囲気ガスに比べX線透過率の高い気体を封入したガス封入体を配設したので、X線出射部から出射されるX線の減衰を十分に抑えた状態で、出射されたX線を帯電物体の近傍まで導くことができる。これにより、X線発生手段と帯電物体との距離を長く設定でき、広範囲に渡ってX線を照射させることが可能となり、少ないエネルギーで効率的に帯電物体の静電気を中和させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例にかかる静電気中和装置を示す図である。
【図2】X線の照射により気体分子が電離する状態を模式的に示す説明図である。
【図3】静電気中和装置の他の実施例を示す図である。
【図4】静電気中和装置の他の実施例を示す図である。
【図5】X線管電圧と線量率のとの関係を示すグラフである。
【図6】X線管電圧と除電時間のとの関係を示すグラフである。
【図7】ポリエチレンフィルムのフィルム厚とX線透過率との関係を示すグラフである。
【図8】ヘリウム原子にX線が照射され、電離が生じる状態を示す説明図である。
【図9】軟X線における空気の吸収率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
10…X線発生器、16…出射窓、20…ガス封入体、21…フィルムバック、30…帯電物体[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electrostatic neutralization device that generates positive and negative charges in a gas by the ionizing action of X-rays and neutralizes static electricity charged by a charged object such as a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is known that ions are generated by the ionizing action of X-rays. An example of the generation mechanism is helium atoms. As shown in FIG. 8, when the X-ray photon 101 collides with the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described neutralization apparatus is configured to irradiate soft X-rays by placing a charged object in a nitrogen gas or air atmosphere. For example, when the X-ray energy is 6 KeV, the
[0004]
Further, since the irradiated X-ray is a point light source, the distance dependency of the irradiation intensity is also high, and the attenuation of the irradiation intensity is extremely large as the distance from the X-ray source increases. For this reason, in order to effectively neutralize (static charge) static electricity over a wide range, it is necessary to generate high-energy X-rays.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to irradiate X-rays over a wide range with low energy to efficiently neutralize static electricity. It is to provide a sum device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the static electricity neutralizing apparatus according to the present invention is an electrostatic charge neutralizing apparatus that irradiates a charged object placed in a predetermined atmospheric gas with X-rays and neutralizes static electricity charged with the charged object, An X-ray generating means for generating a ray and a thin film having X-ray permeability are formed in a bag shape, and a gas having a higher X-ray transmittance than that of the above atmospheric gas is sealed inside the X-ray. A film back accommodated in a case for fixing the generating means, and the film back is provided between the X-ray emitting portion of the X-ray generating means and the charged object in the case.
[0007]
The film back is filled with a gas having a higher X-ray transmittance than the ambient gas surrounding the charged object, and the X-ray emitted from the X-ray emitting portion is transmitted through the film back and charged. It is emitted to the object.
[0008]
Further, it is desirable that the gas enclosed in the film back is mainly an element gas having an atomic number smaller than that of nitrogen, for example, hydrogen gas, helium gas, and a mixed gas of hydrogen or helium. Preferably there is.
[0009]
[Action]
X-rays emitted from the X-ray emission part of the X-ray generation means are incident on the gas filled body and pass through the inside of the gas filled body. The gas filled body absorbs a gas having a high X-ray transmittance, that is, X-ray absorption. Gas with a low rate is enclosed. For this reason, attenuation of the X-rays emitted from the X-ray emission part can be sufficiently suppressed, and the X-rays can be guided to the vicinity of the charged object.
[0010]
Further, the vicinity of the charged object to which such X-rays reach is covered with a gas having a higher X-ray absorption rate than that of the gas enclosed in the gas enclosure, that is, a gas having a high ionization rate. For this reason, the amount of ionization of gas molecules is large in the vicinity of the charged object, and a large amount of ions used for neutralization can be generated.
[0011]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 shows an electrostatic neutralizer according to the present embodiment. This neutralization device is configured by an
[0013]
In the
[0014]
The
[0015]
The function of the neutralizing device configured as described above will be described.
[0016]
First, an electron beam is emitted from the
[0017]
Here, FIG. 2 schematically shows a state where the
[0018]
In the figure, soft X-rays emitted from the
[0019]
Soft X-rays that have passed through the film back 21 travel in the air atmosphere where the charged
[0020]
The neutralizing apparatus having the above-described features can also be configured as shown in FIGS. In the figure, the same components as those in the neutralizing device in FIG.
[0021]
The neutralization device of FIG. 3 has a cylindrical metal case 18 fixed to the
[0022]
On the other hand, the neutralizing apparatus of FIG. 4 houses the
[0023]
A
[0024]
Here, the effect when the
[0025]
The results are shown in the graph of FIG. From this graph, the dose rate increases when the
[0026]
Further, the time until a charged object charged to 3 kV was discharged to 300 V was measured. In this case, a charged object is disposed at the position of the dosimeter described above, the separation distance between the
[0027]
The result is shown in FIG. From this graph, it can be seen that the static elimination time is shortened when the
[0028]
Next, the relationship between the thickness of an organic film that can be used as a thin film having X-ray permeability and the X-ray transmittance was examined. A plastic film as an organic film has a specific gravity of about 0.83 to 2.0. However, when considering the conditions of an applicable film, the thickness of the film that can be used in the lightest specific gravity is determined.
[0029]
Taking helium gas as the gas having a high X-ray transmittance as an example, the ratio of the dose rate at the X-ray tube voltage is obtained based on the graph of FIG.
4kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 4.87 (times)
5 kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 2.79 (times)
6 kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 2.14 (times)
7 kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 1.78 (times)
8 kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 1.61 (times)
9 kV Dose rate (He) / Dose rate (Air) = 1.47 (times)
Based on this result, an X-ray transmittance greater than the reciprocal of the obtained magnification is required. Based on this value, the X transmittance required for the organic film at each X-ray tube voltage is determined.
[0030]
8
The X-ray transmittance as described above is required for the organic film. As an example, FIG. 7 shows the relationship between the thickness of polyethylene having a specific gravity of 0.9 and the X-ray transmittance. From this graph, it is preferable that the film has a thickness of about 1000 μm or less in order to satisfy the above-described X-ray transmittance. In addition, since the specific gravity of other plastics is greater than 0.9, the X-ray transmittance is considered to be lower than that of polyethylene. Therefore, the thickness of the organic film is about 1000 μm even when it is the thickest, and may be appropriately selected according to the type of gas to be sealed and the material of the organic film. For example, in the example of FIG. 4, in addition to the organic film, a metal thin plate such as Be or a glassy carbon plate can also be used.
[0031]
In each of the embodiments described above, an example in which helium gas is used as a gas having a high X-ray transmittance is shown. However, other than this, hydrogen or the like can be applied, and an element gas having an atomic number smaller than that of nitrogen gas. If so, it is suitable for use. A plurality of gases may be mixed and filled in the gas enclosure. Further, the atmosphere in which the charged object is disposed is not limited to the air illustrated, and the atmosphere may be formed by nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas thereof.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the static electricity neutralization apparatus according to the present invention, the gas sealing in which the X-ray emitting part of the X-ray generating means is filled with a gas having a higher X-ray transmittance than the atmospheric gas in which the charged object is disposed. Since the body is disposed, the emitted X-rays can be guided to the vicinity of the charged object in a state where attenuation of the X-rays emitted from the X-ray emitting unit is sufficiently suppressed. Thereby, the distance between the X-ray generation means and the charged object can be set long, and X-rays can be irradiated over a wide range, and the static electricity of the charged object can be neutralized efficiently with a small amount of energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electrostatic neutralization apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state in which gas molecules are ionized by X-ray irradiation.
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the static electricity neutralizing apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the static electricity neutralizing apparatus.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between X-ray tube voltage and dose rate.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between X-ray tube voltage and static elimination time.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the film thickness of a polyethylene film and the X-ray transmittance.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state where ion irradiation occurs when helium atoms are irradiated with X-rays.
FIG. 9 is a graph showing air absorptivity characteristics in soft X-rays.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
X線を発生するX線発生手段と、
X線透過性を有する薄膜が袋状に形成され、その内部には前記雰囲気ガスに比べて、X線透過率の高い気体が封入されており、前記X線発生手段を固定するケース内に収容されたフィルムバックと
を備え、
前記フィルムバックは、前記ケース内のうち前記X線発生手段のX線出射部と前記帯電物体との間に設けられている、ことを特徴とする静電気中和装置。An electrostatic neutralization device that irradiates a charged object placed in a predetermined atmospheric gas with X-rays and neutralizes static electricity on the charged object,
X-ray generation means for generating X-rays;
A thin film having X-ray permeability is formed in a bag shape, and the inside thereof is filled with a gas having a higher X-ray transmittance than the atmospheric gas, and is accommodated in a case for fixing the X-ray generation means. And a film back
The film back is provided between the X-ray emitting part of the X-ray generation means and the charged object in the case, and the electrostatic neutralizer.
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