专利名称：软x线发生装置及除电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及软X线发生装置及用于从带电的物体除去静电的除
电装置。
背景技术：
例如在半导体器件或FPD用玻璃基板、其它电子部件的制造装 置、制造线上，为了从这些电子部件除去静电，而对这些电子部件或 该基板照射长波段(低能带)的X线即波长为1埃(A) ~数百埃的 软X线。
在照射上述那样的软X线进行除电的除电装置中，所采用的X线 的发生方法本身基本上是与以往大致相同的方法。
即，在真空气氛中，将作为电子释放源的灯丝加热至数百。C以上， 且对外围施加负电压来释放电子的方式是一般的发生方法。由于是在 高温下释放电子， 一般将释放的电子称为热电子。然后，释放出的热 电子通过电场来向正电位侧加速，最终与真空管构件(所谓耙)冲撞。 电子能量由被施加的电压差来确定，因此例如在电子释放部的灯丝电 位为-9kV而电子冲撞的构件的电位为0V时，坤皮释^:的电子的运动 能量为9keV。
然后，从电子释放部被释放的电子冲撞的耙，采用容易释放出制 动X线或特性X线的材料，从而发生X线。这种X线用耙的材料， 往往使用W或Ti、 Cu、 Mo等，靶厚度在透射型时为由电子进入深度 和软X线透射率的关系来特定最合适的厚度， 一般为0.1 ~ lOpm左右。 另一方面，在反射型的场合，只要在电子进入深度以上即可，从厚度 没有特别限定的靶材发生的X线，透射由较易透射X线的构件来构成的窗，向外部出射。
在基于这种发生原理的X线发生装置中，为了增加X线量，需要 增加发生的电子量。例如，为了使X线量成10倍，发生电子量也要
成10倍。这时，不改变施加电压而使电子数成IO倍，需要进行增加
灯丝的电子发生表面积或进一步提高灯丝温度的任意方法，但是任何 方法，都发生发热量的大幅增加。传统x线发生装置的大部分发热源 是在这种电子的发生部上产生的。电子电流带来的发热(-电子电流
x电压)仅仅占全体的10 ~ 15%左右。
若在此基础上概括传统技术，则在专利文献1 (日本特许笫 2749202号公报)中使用的X线发生装置，采用X线透射性基体上形 成了由接受电子而辐射X线的材料构成的薄的靶膜的靶材，在灯丝与 靶之间设有栅电极。
在专利文献2 (日本特开2005 - 11635号公报)中，通过对灯丝 通电并使之成为数百。C以上后，通过对耙施加负电压，从灯丝对靼照 射热电子。
同样地在专利文献3 (日本特开2001 - 266780号7>寺良)中，对X 线靶的电子也釆用热电子。
同样地在专利文献4 (日本特开平7 -211273号乂>净艮)中，对X 线靶的电子也采用从^^奉形灯丝发生的热电子。
专利文献1:日本特许第2749202号7>才艮
专利文献2:日本特开2005 - 116354号Z/^艮
专利文献3:日本特开2001 - 266780号Z/^艮
专利文献4:日本特开平7-211273号/>才艮
但是，在除电用的X线除电装置中，由于需要许多与其它用途的 X线发生装置不同且以低能量(5-15keV) 、 X线量多的线源的问题。 其中最大的课题M热的问题。
日本特许2749202号的用途即除电过程中，由于X线源的发热， 要求以精密的温度控制工序，例如对于液晶显示器制造或半导体制造
4中的曝光工序，热量对处理产生坏影响，因此难以在附近使用。因此 以规定距离分离，并且需要导入称为热排气或水冷的个别排热处理设 备，以使发热负载不会成为气氛的温度上升源。由于除电性能与距离 的大致3方成反比例而降低，因此不能在近距离使用，^ 十除电性能 方面纟及为不利。
另外，冷却设备伴随着现场排气管道或冷却水配管工程，因此总
成本会上升到除电装置主体的2-3倍。而且由于受X线管构件的耐 热性的制约，提高X线发生装置的除电性能是有界限，根据用途而除 电性能不充分且不能适用的情况。特别是在输送速度高的诸如薄膜制 造工序中，现在的X线发生装置实际上不能满足性能要求。如上所述， 为了高输出化而增大X线量，则不得不增加发生的电子量，但是电子 量增加就必然会增大发热量。
X线除电装置的寿命的主因也是发热导致的劣化。传统X线除电 装置的寿命在10000小时左右，连续使用时大概1年左右就必须更换。 因此为了进一步的长寿命化，需要抑制发射器的劣化。具体地说，采 用灯丝结构作为发射器时，需要实现防止因使用而变细，由此产生的 断线。但是都是在高温条件下使用，以现在技术水平，难以大幅改善。 特别是，高输出化与寿命具有替代(trade-off)的关系，不可能同时 改善两者。
另一方面，作为X线除电装置，最好是发生棒形或平板形的X线 发生方式，但是以传统电子发生原理的X线发生装置中，作成这种结 构会极不相称。例如要制作5cmW (宽)xl00cmL (高)x2cmD (纵 深)的长方形发生装置，需要多根100cm的灯丝，与此同时，发热量、 发热面积也变得非常大，其结果，不得不釆用使用了水冷机构的水冷 化结构，不能避免大型化。要得到高的除电性能，在发生静电的场所 附近设置除电装置，是极为重要的，这种水冷化带来的大型化在设置 上成为大制约条件，往往不能应用。而且，灯丝总延长的增加结果会 导致寿命的大幅短缩，成为在现在的技术中不可实用化的状况。
5另外，依据日本特开2005- 116354,在本X线管上的发热中本 灯丝部的发热占很大比例，发生管本身的温度容易上升到100。C前后。 如上所述，由灯丝本身的变细而断线的情况来确定其寿命，通常10000 小时左右是其界限。另外，在点亮时不耐振动、因冲撞而灯丝容易断 开，会进一步缩短寿命。因此，出现不适合在容易发生振动的场所中 的使用。
在日本特开2001 -266780中，由于热电子发生部不是灯丝结构 体，不会有断线，寿命方面可期待比日本特开2005- 116354长。但 是为了得到规定量的热电子，需要将灯丝适当升温，且灯丝加热容积 大，因此可预想到发热量更多，发热的缺点进一步变大。与此同时， 关于热电子的高效率释放时重要的条件即气氛的真空度，可推测出真 空度比日本特开2005 - 116354下降时更快，认为随着X线管的寿命 变短。
在日本特开平7 -211273中公开的技术中，由于采用灯丝的关系， 发热总量增多，发热带来的缺点变大。另夕卜，关于气氛的真空度下降， 也与日本特开2001 - 266780相同。
若集中以上描述的传统技术中的、要求大输出和连续点亮的除电 用X线发生装置固有的;果题，则如下。
(1) 由发热的制约条件，X线量的高输出化存在界限。
(2) 由耐热性的制约条件，可用于X线发生管的构件上有限制。
(3) 高输出化与寿命有替代关系。
(4) 难以面光源化及发生面的大面积化。
发明内容
本发明鉴于上述问题构思而成，其目的在于提供抑制了发生电子 的电子释放部的发热，从而解决了上述课题的软X线发生装置和使用
该软x线发生装置的除电装置。
为了达成上述目的，本发明的软X线发生装置，其特征在于用于发生软X线的电子释放部的表面由薄膜来构成，该薄膜由粒径为
2nm - 100nm的钻石颗粒，最好是5nm ~ 50nm的钻石颗粒构成。
钻石具有NEA (负电子亲和力Negative Electron Affinity)，电 气亲和力小，因此由粒径为nm尺寸的钻石颗粒构成的薄膜来构成电 子释放部的表面，使电子释放部表面附近的势垒降低，能以更低的电 压、低的电场集中来释》丈电子。由于不是以往的采用灯丝的热电子的 释;^欠，显著抑制了发热量，且可用低电压来容易释^:电子，因此容易 高输出化，即大量的电子释放来增加X线量。而且，以前，因减少发 热，而从高温灯丝和旁边构件出现不少脱气，脱气对靶表面的附着劣 化了X线特性。与之相比，本发明中电子释放部不会发热，因此抑制 了以往脱气带来的乾的劣化。另外，钻石的晶体结构强固，因此硬度 高、化学特性稳定，所以难以引起元件的劣化，适合软X线的发生装 置中的电子释放元件的材料。
可是，将钻石用于电子释放元件时，钻石的结晶性越高基本的导 电性越低，因此要考虑与成为电极的导电性基板之间难以获得良好的 电气接触的因素。因此在电子释放部表面形成由粒径为nm尺寸的钻 石颗粒构成的薄膜时，使钻石与导电性基板的密着性良好，而且使钻 石微颗粒均匀分散是很重要的。再有，为了得到高输出的X线，电子 释》丈部要构成为阈值电场强度的更低的电子释放元件。
发明人考虑这些因素，开发了如下新的薄膜，作为形成于电子释 放部表面上的由粒径为2nm ~ 100nm、优选5nm ~ 50nm尺寸的钻石颗 粒构成的薄膜。另外，粒径为2nm 100nm是发明人通过与下述图3 同样的X线分析(里贝特(音译)(y —<A卜)法的计算)来得到 的结果。
即该薄膜在XRD测定中具有钻石的XRD图案，且进行了拉曼分 光测定时，膜中的sp3结分量和sp2结分量之比为2.5-2.7: 1。由此 如下所述，实现了不记带来lmA/cn^的电场强度的1V/jim以下条件 的电子释放部。
7依据发明人的构思，将所述结构的钻石薄膜形成于电子释放部表 面的场合，在使用空气气氛温度为25。C时，与传统技术中电子释放部
的温度上升通常为600。C以上(与外围之间的温度差575。C以上)相 比，本发明的软X线发生装置可为80。C以下(与外围之间的温度差 55。C以下)，而且也能得到比以往显著多的发生电子数。
再有，通过在导电性基板上连续生长碳纳米壁(CNW)和所述钻 石膜，得到阈值电场强度更低的电子释放元件。另外，这种2级结构 来改善电场集中的强化带来了电子释放特性。而且通过在钻石薄膜与 导电性基板之间夹着可塑性丰富的碳纳米壁，不仅扩大了基板材料的 选择范围，而且还有抑制形成钻石薄膜后的冷却过程中发生的、热冲 击带来的钻石膜剥离的效果。还有，碳纳米壁的厚度最好在5pm以下， 另外其形状可为膜状，也可为散布的核状。
具体在软X线发生装置的场合，最好使电子释》丈部的施加电压与 靶之间的电位差为5 ~ 15kV，且电子释》文部的温度上升与外围环境温 度差在50。C以下。
另夕卜，出射软X线的X线出射部的电位最好在-100- + 100V的 范围。
所述电子释放部和靶的结构例如两者可为平行平板结构。
然后，本发明的除电装置，其特征在于设有以上的软X线发生 装置，而且出射的软X线的能带为5 15keV。
除电装置的框体最好由体积电阻率小于10^.m的导体构成，且 为可静电屏蔽的结构。
另外，出射软X线的出射用窗最好使发生的软X线的透射率在 5%以上。
所述出射用窗的窗材可用Be、玻璃或A1的至少l种来构成。 (发明效果)
依据本发明，可显著减小伴随电子发生的发热量，因此例如作为 除电装置而使用时，不会改变周围气氛的温度，并且也容易作出高输出化。另外，在作成电子释放部外围的构件时没有耐热性要求，而且 能够容易地发生大量电子，因此X线透射性能稍低的材质的窗材也可
用于出射窗。因而除了有害且难以大面积化的Be以外，还可以使用 Al (包括Al合金)或玻璃，提高了装置设计的自由度。并且由于温 度上升少，可显著改善气氛的真空度下降，可达成显著的长寿命化。 由于不用灯丝，显然也不会出现因断线结束寿命的情况。
图1是表示第一实施方式的除电装置的平面及侧面截面的说明图。
图2是表示第一实施方式的除电装置中使用的发射器结构的说明图。
图3是图2的发射器薄膜的XRD曲线图。 图4是表示图2的发射器薄膜的拉曼频镨的曲线图。 图5是表示来自图2的发射器薄膜的电子释^:特性的曲线图。 图6是表示图2的发射器薄膜中SP3结分量和SP2结分量之比与 薄膜电阻率变化的曲线图。
图7是表示第二实施方式的除电装置的平面及侧面截面的说明图。
图8是表示第三实施方式的除电装置的平面及侧面截面的说明图。
图9是表示第四实施方式的除电装置的平面及侧面截面的说明图。
图IO是表示图9的除电装置与传统热电子释;^型除电装置中的施 加电压-离子生成量的关系的曲线图。
图ll是表示具有碳纳米壁的发射器结构的说明图。 图12是图ll的发射器的发射器膜的XRD曲线图。 图13是表示来自图ll的发射器薄膜的电子释力文特性的曲线图。
9(符号说明)
1、 31、 41、 51除电装置
2、 32、 42、 52框体
13、 47、 61发射器
14直流电源
15、 44靶
22、 64薄膜
63碳纳米壁
具体实施例方式
接着就本发明的优选实施方式进行说明。图1示出第一实施方式 的除电装置1的平面及侧面的截面，由这些图可知本实施方式的除电 装置1整体上具有箱形形状。
该除电装置1的成为真空容器的框体2通过用Al (铝)构成的6 张面板，即顶板3、底板4、左侧板5、右侧板6、前侧板7、后侧板 8气密结合来构成。框体2本身接地。在左侧板5、右侧板6、前侧板 7、.后侧板8的内侧，分别设置了绝缘体ll。另夕卜，底板4的上面设 有绝缘板12，再在该绝缘板12的上面设置成为电子释放部的发射器 13。对于发射器13,从设置在除电装置1外部的直流电源14, 一皮施 加规定直流电压。
在顶板3的背面(内侧面)设有靶15。在本实施方式中，使用厚 度为lpm的鵠薄膜。还有，靶15的材质只要释放出能量为5 ~ 15keV 的制动X线或特性X线的即可，并没有特别限定在鴒，可使用其它例 如4太等。发射器13与靶15平行配置，两者为平行平^1结构。另外， 发射器13和靶15均为3cmxl5cm尺寸的长方形。Al的顶^反3构成X 线出射窗。出射窗最好采用对软X线的透射性能高的物质，且真空容 器的构件最好具有机械强度。另外，蒸镀靶材的基材(通常兼用作出 射窗)最好具有软X线透射性能以外还具有高导热性能。接着对发射器13的结构进行详细说明。在本实施方式中使用的发
射器13具有图2所示的结构。即在导电性基板21上形成nm尺寸例 如5nm ~ 50nm的集合了钻石颗粒的多晶膜即薄膜22。薄膜22的厚度 可为1 ~ 10pm,但最好为1 ~ 3pm。
该薄膜22形成如下。首先，使用Ra(中心线平均粗糙度)在3nm 以下的低电阻单晶硅板作为导电性基板21。然后，利用DC等离子体 CVD装置，对导电性基板21进行成膜处理。
即，首先将单晶硅晶片(100)切割成30mmx30mm的方形，用 例如l~5nm粒径的钻石颗粒对其表面进行刻痕(scratch)加工，然 后充分进行基板表面的脱脂、清洗。从而，使导电性基板21表面的 Ra成为3pm以下。
接着，使50SCCM的曱烷气和500SCCM的氢气流过，将CVD 装置的处理容器内压力维持在7998Pa (60Torr),以10rpm旋转导电 性基板21，调整对基板进行加热的加热器，使基板上的温度偏差在5匸 以内，并进行成膜处理。然后在成膜初始阶段，使基板温度在750°C 保持30分钟，然后，使加热器的电压上升，使基板温度上升至840°C ~ 890°C，最好860。C 870。C，进行了 120分钟的成膜处理。
这样成膜的薄膜22的表面，如图2中圓圈内所示，用扫描式电子 显微镜观看时，可看到钻石的微颗粒聚集数十至数百个左右而成的"竹 叶，，结构。另外，膜表面平坦且无歪曲。薄膜本身为单一组织，由图 3所示的XRD图案曲线，也能确认薄膜22是从与导电性基板21的界 面开始到薄膜22表面为止的钻石均匀膜。还有，图3基于平行射束法 形成，a=l。。另外，该薄膜22中不能确认石墨的峰。 接着对其特征进一步详细说明，则
(1 )在表面上5nm-50nm的微粒聚集数十至数百个左右，它们 显示1个像"竹叶"的结构。
(2)从薄膜22平坦的表面突出的部分的高度在3|Lim以上10pm 以下，并以1万根~ 10万根/mm2的密度存在粗10 ~ 100nm左右的针状突起。
(3) 没有针状突起的部分的表面粗糙度，如果不反映薄膜下部的
结构，则Ra在500nm以下。
(4) 依据波长为532nm的激光的拉曼分光测定，1333cm—、占石 的峰的半值宽在500cm^以上，如图4所示，具有以1360cm—1附近为 顶点的峰和1581cm」为峰的两个峰。
若调查该薄膜22的I-V特性，则如图5所示。其中，阈值电场 强度为0.95V4im。另外，调查从在表面形成有该薄膜22的发射器13 释放电子时萤光板的发光状态，则能观察到无发光斑点的均匀的发光 状态。
另外，发明人调查基于该薄膜22的膜中的钻石分量的sp3结与基 于石墨分量的sp2结的比，则为2.5。于是，在上述的成膜温度范围内 进行适宜变更，改变了 sp3结分量与sp2结分量的比，显示与电阻率 的关系，则如图6所示。sp3结分量与sp2结分量之比的评价是通过 拉曼发光法进行评价。另外，sp3结分量与sp2结分量之比还受等离 子体密度的影响，在成膜过程中通过分光来计算该放射率，若放射率 为0.7,当sp3 (钻石)接近1时，则与sp2 (石墨) 一起能间接推测 出的膜组成。然后，判断出sp3结/sp2结分量比在2.5至2.7之间时， 能够获得希望的良好发射的电阻率为lkQcm ~ 20kQcm。
依据将具有以上特性的薄膜22形成在表面的发射器13的本实施 方式的除电装置1，通过对发射器13施加直流电压，软X线从出射 窗(顶板3 )以接近180度广度照射。然后对于发射器13施加了 - 9.5kV 的直流电压时，电子照射量(电子电流换算)成为5mA,达到传统灯 丝型的约30倍。在本实施方式中，出射窗(顶板3)的材料使用透射 性能比以往普通的Be低的Al,因此最终透射率成为Be的约1/5,最 终得到的软X线的X线量成为传统灯丝-Be出射窗型的6倍 (30x1/5)。
然后，发射器13中几乎没有温度上升，是数。C水平。虽然有基于电子电流的发热量(5mAx9kV = 45W)的发热，-f旦在出射窗(顶斧反3) 及框体2的材料上使用导热率高的Al,因此装置本身的温度上升4交《氐。 这点，在为获得与本实施方式的除电装置同样的X线照射量，使传统 灯丝型的软X线除电装置动作时，可预测出总发热量相当于300W， 要考虑温度上升的短寿命化和对除电对象的热影响。但是如上所述， 依据本实施方式的除电装置1，由于温度上升小，寿命得到显著延长， 另外，无需考虑对除电对象、周围环境温度的影响。
还有，本实施方式中，出射窗的材料使用透射率低于Be的Al， 但由于Al的机械强度高于Be,可使厚度比Be还薄。另外，由于机 械强度高，与窗材使用Be的装置相比，容易处理，并且也容易形成 比Be时大的大型出射窗。
显然出射窗的材料可使用Be，这时，通过例如在长度方向每2cm 增加适当的增强材，可作出透射率更高的Be制出射窗。这时，获得 相同X线量时，电子发生量可减少至1/5，因此具有能够将发热总量 显著减少至9W ( =45/5)的优点。
发明人依据这些常识，在制造作为本发明中使用的电子释放部的 发射器时，基板最好是其表面的中心线平均粗糙度在3pm以下的基 板，另外，作为成膜气体使用的气体，最好使甲烷浓度相对它以外气 体浓度的比在8%以上。另夕卜，最好在成膜的最后0.5小时以上的期间， 控制基板温度在石墨开始淀积在 一 部分基板表面上的温度的-20°C ~ +20°。范围内，进行成膜处理。
所述的笫一实施方式的除电装置1整体上是箱形形状，但是本发 明的除电装置显然能以其它方式的装置来具体化。图7所示的第二实 施方式的除电装置31具有适合对连续传输大宽度的薄膜或玻璃基板 等时发生的静电进行除电的装置结构，整体上是^f奉状结构。因此出射 窗(顶板3)的大小使用0.5cmxl00cm。另外，框体32本身与第一实 施方式的除电装置1同样，釆用Al合金。另外，与第一实施方式的 除电装置1具有相同功能的构件，采用同一符号。然后，该第二实施
13方式的除电装置31中，靶15的材料采用Ti,另外，将施加电压设为 -10kV。该第二实施方式的除电装置31中，与第一实施方式的除电 装置1同样地、每隔数cm增加适当的增强材，因此显然只有出射窗 (顶板3 )才能容易将材料变更为Be。
图8示出第三实施方式的除电装置41的平面及侧面的截面。该第 三实施方式的除电装置41是玻璃圓筒形X线除电装置。即该除电装 置41的框体42本身由全部为绝缘体的圆筒形玻璃构成。然后在成为 出射窗的直径2cm的顶板43的背面，设有靶44。在本实施方式中， 靶44釆用厚度为lpm的鵠膜。另外底板45的上面隔着绝缘体46设 置圆盘状的发射器47，该发射器47与直流电源14连接。该发射器 47的结构与上述的第一实施方式的发射器13相同，其表面形成与上 述的薄膜22相同结构的钻石薄膜。
如上所述，除电装置41的框体42全部由绝缘材的玻璃构成，因 此除顶板43以外的框体42的表面，即外周、底板45的外侧由A1合 金构成的圆筒形箱体48所覆盖，该箱体48接地。
在该第三实施方式的除电装置41中，施加电压为-12kV,当发 射器47施加了直流电压时，电子照射量2mA，总发热量约24W。然 后，尽管将X线透射性能为Be的1/5的Al用于出射窗(顶板)43, 但是得到的X线量与传统灯丝-Be出射窗型装置相比成为2倍。
图9示出第四实施方式的除电装置51的平面及侧面的截面，该除 电装置51的框体52，除了第三实施方式的除电装置41中顶板43以 外，与框体42相同。形成为玻璃制的圓筒。然后该笫四实施方式的 除电装置51中，顶板53的材料中使用Be。
依据该第四实施方式的除电装置51,在成为出射窗的顶板上使用 Be,因此，X线量成为传统的10倍。另外，发热量是与第三实施方 式中除电装置41相同的24W。因而，可知具有与X线量为1/10的传 统装置同等的发热量，且与相同的X线量相当的发热量，比传统灯丝 -Be出射窗类型的装置还可减少1/10。
14接着，在图10的曲线图中示出该除电装置51和传统式除电装置
相同照射距离下评价除电性能的结果例，该除电装置51中，对成为 出射窗的顶板53使用0.6mm的Be板、靶44上使用Mo、发射器47 是其表面设有由nm尺寸的钻石颗粒构成的薄膜的约0.25cm2的发射 器，该传统式除电装置在发射器中使用释放热电子的灯丝。
在该曲线图中，横轴取的;^射器-靶之间的电位差(直流施加 电压)，纵轴以单位消耗功率来表示成为除电性能的指标的空气离子 对(正和负的离子)生成量。除电性能与离子对生成量具有比例关系， 如果离子对生成量为2倍，由除电性能也成为2倍。按照上述规格的 除电装置51的离子生成量，与施加电压上升一起有若干增加的倾向， 在任何施加电压域中，使用释放热电子的灯丝作为发射器，得到传统 式除电装置的离子生成量的IO倍以上的发生量。
还有，上述规格的除电装置51发射器电流密度为4 6mA/cn^的 水平，是合适的范围。另外，发射器与靶间的距离为10mm以下，成 为非常小型的除电装置。另外就以除电装置整体来说，具有被比较的 传统式除电装置的IO倍的除电性能的、上述规格的除电装置51的总 消井毛功率为5~6W，而传统式除电装置为6~8W,对于同一离子生成 量，以1/10以下的消耗功率来完成，其效率极高。还有，在比较过程 中，由于不包含本实施方式的除电装置的电源系统中的损失量，预测 出实际上是数分之一左右。
另外，图IO所示的数据是与传统式大致相同结构的除电装置中离 子生成量的比较数据，但图1、图7、图8中所示的结构的除电装置中， 同样可看到离子生成量的显著增加。
所述各实施方式中使用的发射器13、 47中，采用导电性基板上形 成了钻石薄膜的结构，但也可使用在导电性基板和薄膜之间隔着碳纳 米壁的发射器。
图11示出隔着碳纳米壁的发射器61的结构。该发射器61具有在 镍基板62上形成由碳纳米壁构成的中间层63，再在其上形成由粒径为2nm ~ 100nm、优选5nm ~ 50nm的钻石颗粒构成的薄膜64的结构。 具有这种结构的发射器61，例如通过如下工序来得到。首先在镍 基板62上，用DC等离子体CVD装置形成碳纳米壁的核，接着使该 核生长，形成具有花瓣形的碳薄片的碳纳米壁。在形成前，与已述的 薄膜形成时同样地、对镍基板62的表面充分进行脱脂、清洗。
反应气体为含碳化合物气体和氢的混合气体，含碳化合物可釆用 甲烷、乙烷、乙炔等碳氲化合物；甲醇、乙醇等含氧碳氢化合物；苯、 甲苯等芳香族碳化氢；二氧化碳以及它们的混合物。然后适当选择这 些反应气体的混合比、气压、基板偏压等条件，从而在基板温度 700°C ~ IOO(TC的范围中，可在镍基板62上的刻痕附近形成碳纳米壁 的核。
例如设甲烷流量为50SCCM、氢为500SCCM，并将CVD装置的 处理容器内压力维持在7998Pa (60Torr),使镍基板62以10rpm旋 转，调整加热基板的加热器，使基板上的温度偏差在5。C以内，进行 了成膜。然后成膜的时的基板温度为900°C~1100°C、优选890°C~ 95CTC,成膜时间为120分钟，进行了成膜处理。从而，首先在镍基 板62上发生碳纳米壁的核，通过生长该核来形成具有花瓣形的> 友薄 片的碳纳米壁，能够在镍基板62上形成碳纳米壁的中间层63，而且 继续生长而连续，可在该中间层63上形成薄膜64。
碳纳米壁具有优异的电子释放特性，但有数微米的凹凸，难以形 成均匀的发射侧。因而可通过在^f友纳米壁上形成孩t粒钻石的薄膜来均 匀的表面形状。这时的碳纳米壁的厚度可为不至形成膜的仅仅核的状 态-5nm为止。然后以它为中间层，在其上形成的纳钻石膜的厚度 0.5nm 5[im，优选全面覆盖碳纳米壁核、碳纳米壁膜的最低厚度。即， 钻石膜成膜至不损害碳纳米壁的花瓣形石墨片集合体的包络面地被 膜为止即可。
然后纳钻石膜使>暖纳米壁的凸凹光滑，因此来自发射器的电子释 放得以平坦化。另外，因结构平坦而减弱电场集中，但是由于功函数
16下降到该效果以上，可使阈值电场强度在0.9V/nm以下。
而且与钻石相比， >碳纳米壁比较容易地可在所有物质上成膜。因 此作为用于在金属基板上形成微粒钻石膜的中间层，生成> 友纳米壁， 其上淀积微粒钻石的结构的发射器，其选择导电性基板材料的范围 广，且设计自由度高。
在图12示出具有图11所示结构的发射器61的发射器膜的X线曲 线图。与已说明的发射器13作比较，可观察到石墨(CNW)的峰。 然后调查该发射器61的1-V特性，则如图13所示。据此，阈值电场 强度为0.84V4im。即依据具有碳纳米壁的中间层的发射器61的阈值 电场强度比不具备碳纳米壁的中间层的先出的发射器13更低。因而 通过电场集中的强化，电子释放特性得到进一步改善。另外，在制造 过程中也不需要触媒，而且具有在导电性基板的选择面扩大的优点。
如以上说明，在传统的热电子方式的软X线发生装置中，电子释 放量依赖于发射器温度、发射器表面积、以及施加在发射器表面的电 场强度。可是，随着发射器的使用而出现变细导致的表面积的减少或 表面温度的变化，因此电子释放量容易变动。作一个对策， 一般在发 射器与靶之间设置栅电极，控制施加到栅电极的电压，使电子电流恒 定。
另一方面，本发明的软X线发生装置或除电装置中，发生的电子 电流只依赖于发射器面积和发射器表面附近的电场强度，而它们没有 随时间的变化，可永恒得到稳定的按照设计的电子电流。即，具有可 作成无栅电极的简单结构且小型、低价的软X线发生装置的特征。显 然，即便设置了栅电极，性能方面也不会缺点，因此与以往相同的3 极结构(发射器、栅、靶电极)也没问题。
应用纳钻石电子释放元件的元件由于具有亚毫米级的电子的发生 斑点，在用作可见光的发光元件时，采取3极结构等对策，需要进行 平滑化。但是利用软X线发生管的除电装置上应用时，来自软X线发 生源的X线的扩散大，辐射的X线上难以产生斑点。另外，通过软X
17线来离子化被除电物外围的大气，从而进行除电，因此即便在发生离 子的移动范围内有X线的偏差(斑点)，在功能上也没问题。因而作 为利用纳钻石发射器的应用装置，除电装置是最合适的。 产业上的利用可能性
本发明特别是以半导体器件为首的各种电子部件或FPD用玻璃 基板、其它温度条件严格的环境下制造产品的制造工序中，对于除去 这些部件、产品的静电特别有用。
权利要求
1. 一种软X线的发生装置，包括电子释放部和靶，其特征在于所述电子释放部的表面由薄膜构成，该薄膜由粒径为2nm～100nm的钻石颗粒构成。
2. 如权利要求1所述的软X线发生装置，其特征在于所述薄 膜在XRD测定中有钻石的XRD图案，且进行了拉曼分光测定时，膜 中的sp3结分量与sp2结分量之比为2.5 ~ 2.7: 1 。
3. 如权利要求1所述的软X线发生装置，其特征在于在所述 电子释放部的导电性基板和所述薄膜之间，设有厚度在5pm以下的碳 纳米壁。
4. 如权利要求1所述的软X线发生装置，其特征在于电子释 放部的施加电压和靶之间的电位差为5~15kV，电子释放部的温度上 升与外围环境温度相比在50。C以下。
5. 如权利要求1所述的软X线发生装置，其特征在于出射软 X线的X线出射部的电位在-100 ~ + 100V的范围。
6. 如权利要求1所述的软X线发生装置，其特征在于所述电 子释放部和靶是平行平板结构。
7. —种除电装置，将软X线照射在对象或其附近，除去该对象 的静电，其中，设有包括电子释》文部和靶的软X线发生装置， 所述电子释放部的表面由薄膜构成，该薄膜由粒径为2nm~ 100nm 的钻石颗粒构成，从该除电装置出射的软X线的能带为5-15keV。
8. 如权利要求7所述的除电装置，其特征在于除电装置的框 体由体积电阻率小于109Q m的导体构成，其结构能屏蔽静电。
9. 如权利要求7所述的除电装置，其特征在于出射软X线的 出射用窗，发生的软X线的透射率在5。/。以上。
10. 如权利要求9所述的除电装置，其特征在于所述出射用窗 的窗材由Be、玻璃或A1的至少1种来构成。
全文摘要
本发明目的在发生软X线的装置中抑制发热量，从而延长寿命。在本发明中，包括电子释放部即发射器和靶的除电装置中，由粒径为2nm～100nm的钻石颗粒构成的薄膜形成在发射器的表面上。其特征在于该薄膜在XRD测定过程中具有钻石的XRD图案，且进行了拉曼分光测定时，膜中的sp3结分量和sp2结分量之比为2.5～2.7∶1。当直流电源施加到发射器时，阈值电场强度在1V/μm以下，从发射器释放出比以往更多的电子，并且发射器的温度也几乎不上升，可实现长寿命化。
文档编号H05G1/00GK101449629SQ20078001224
公开日2009年6月3日 申请日期2007年4月10日 优先权日2006年4月11日
发明者佐藤俊一, 八木祥行, 大久保义典, 稻叶仁, 西村一仁 申请人:高砂热学工业株式会社;樫尾计算机株式会社;日本财团法人高知县产业振兴中心