用于离子化气体的X射线源制造技术

本发明专利技术涉及用于离子化气体的X射线源，其中在真空腔室中具有场发射尖端阵列。利用本发明专利技术，将创造一种用于离子化气体的设备，其将杆状高压离子发生器的简单的、紧凑的且节约成本的设计和布置与低能量X射线离子发生器的优势相结合。这利用真空区域(3b)内的场发射尖端阵列(1)进行布置，所述真空区域由罩(3)和支撑板(4)的一部分包封，其中所述场发射尖端阵列(4)相对于载板(4)电绝缘布置并接线作为连接至高压源的阴极，并且其中对于X射线辐射是透明的透射窗(2)布置在居中于所述场发射尖端阵列(1)上方的所述罩(3)中，并且其中所述罩(3)接线作为阳极。

X ray source for ionized gas

The present invention relates to an X ray source for ionized gas, in which a field emission tip array is provided in a vacuum chamber. The invention will create a device for ionizing gas, which combines the advantages of the simple, compact and cost saving design and layout of the rod like high-voltage ion generator with the advantages of low energy X ray ion generator. The use of vacuum region (3b) field emission tip within the array (1) are arranged, the vacuum region is composed of a cover (3) and a support plate (4) part of the package, wherein the field emission tip array (4) relative to the carrier plate (4) arranged and electrically insulating wiring connections as cathode the high voltage source, which is a transmission window transparent to X radiation (2) is arranged in the middle of the field emission tip array (1) above the cover (3), and wherein the cover (3) as the anode wiring.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于离子化气体的X射线源
本专利技术涉及一种用于离子化气体的X射线源，其中在真空腔室中具有场发射尖端阵列。
技术介绍
此类用于离子化气体的X射线源由多个单独的X射线源构成，所述多个单独的X射线源利用杆状载体纵向布置成行并被供应所需电压。此处X射线源在空气流中以这样的方式安装：它们对杆状布置的周围空气进行离子化。已经以这种方式进行离子化的空气可以用于在临界制造区域中中和静电电荷。例如，在微电子工业的制造安装的洁净室中，这种X射线源可以插入在通常垂直的空气流中，以便利用离子化的气体中和物件上的静电电荷。这种中和是必要的，因为静电电荷导致颗粒沉降增加。另一方面，不受控制的放电可能引起对微结构的损坏。静电放电称为ESD(ElectroStaticDischarge)。还使用离子发生器来在隔间或其它空间内产生不同带电离子的预定离子密度，其中离子的重组通常在离子已经产生之后立即开始。常用的离子化系统利用高压在尖端电极处经由气体放电产生离子。在这个过程中，使用直流电压以及交流电压二者，或者所谓的脉冲直流电压。因而，为了最小化正负离子的重组，使用不同的方法。这些离子发生器的基本方面是实现正负离子的平衡率。因而，DE60034040T2公开了一种离子产生器设备，其中使用了由钛、铂、钛-铂化合物制成或由未生锈的金属制成或者由合金制成的彼此紧挨着的多个直立发射针。所述发射针由圆柱形芯构成，所述圆柱形芯由复合材料包封，所述复合材料由包含玻璃纤维的不饱和聚酯化合物制成。每一个针尖末端在锥形压痕中的外壳的外部，所述锥形压痕可以被栅格覆盖。在针尖处，产生沿着针的强电压场或电位差，以便确保通过发射尖端产生电子。出于这个目的，针直接连接至高压为4.3-6kV的高压源。针尖可以另外涂覆有金膜。此外，DE69111651T2公开了一种洁净室电晕空气离子发生器，其具有连接至高压源的至少一个电晕尖端。电晕尖端位于一端封闭的管内，并且无水的富氢气体围绕尖端流动。此电晕空气离子发生器使得能够去除微污染物，诸如可能在电晕离子发生器中形成的硝酸铵积聚物。在DE69818364T2中，使用了锗发射电极，以便在集成电路制造期间将金属污染减少至最低可能等级。发射极电极具有末端为圆锥形半径的尖端。锗发射极是半导体的并具有大约0.1-100Ωcm的比电阻。为了实现这些目标，锗发射极优选地掺杂了锑。US5729583涉及一种用于放射诊断的微型低能量X射线源，其中发射尖端阵列布置在阴极表面上的真空腔室中，并且其中平坦的栅极布置设置在发射尖端阵列上方。金属膜形式的相关联阳极在真空腔室中沿着内壁及在发射尖端阵列之前的准直仪前面延伸。发射尖端位于平坦栅极布置的圆柱形开口中，并且绝缘层在阴极表面与栅极布置之间延伸。发射尖端阵列的类似构造公开在US3665241中。DE102009031985A1公开了一种具有多个电极对的离子发生器，所述多个电极对具有不同的电极长度，布置在圆周外围并突出至空气流中，其中正负离子流不重叠。以这种方式，减少通过新的重组中和的离子的数量，使得改善要保护的工件上的放电效率。然而，在大多数情况下，所使用的系统是杆状，其中，在较低侧，集成在高压引线中的发射极尖端向外突出。US6807044B1公开了此类系统的典型示例。此处，杆状支撑杆支撑彼此紧挨着的多个尖的发射极电极，其中每一个尖的发射极电极容纳在一端敞开的管状防护体内。支撑杆由外壳包封，其中容纳所需电源。类似的杆状离子化设备还在WO2009/031764A2中和JP2010218696A中进行了描述。这种离子化设备常常布置在由超净空气装置产生并引导到要保护的工件诸如半导体晶片或其它敏感制造设备上的空气流中。以高压操作的这种气体放电离子化系统具有多个劣势。因而，所产生的正负离子之间的平衡在很大程度上取决于高压电源和电极的发射极的几何布置。即，存在脉冲式或交流高压系统，其中正负离子按时间序列连续地产生。直流电压系统具有正负高压的部分偏移发射极电极。从而，各自的极性离子在不同的位置产生，这转而导致极性分布的不平衡，并因此导致充电过程在影响范围内。这些过程在每种情况下是依赖位置的充电过程。此外，长期极性平衡是不稳定的，因为发射极电极在一段时期内会改变。因此必须不断地检查并重新调整高压离子发生器。除了由于不同离子浓度而引起的影响，还存在对发射极上的产生离子的高压的不期望影响，其常常超过15kV。特定地，在待中和的产物接近离子发生器的安装情况下，有时由于电场影响而产生相当大的电位差。此外，在发射极电极本身，在超净空气条件下，微粒污染由于电化学转化过程而形成，这影响了微结构工业的超净制造的质量。高压离子发生器的发射极因此必须进行定期的清洁，这与生成顺序的中断相关联。关于越来越小的结构，基板对静电电荷的敏感度继续增加。关于今天的结构大小，对所使用的高压离子发生器的限制是显而易见的并且寻求其它选择。因而，利用低能量X射线辐射产生空气离子的离子化系统可商购获得。此处，低于5keV的能量范围越来越多地被使用。使用X射线管的这些系统具有以下优势：它们对外面不产生电场影响并且离子极性平衡一直完全均衡。这种情况出现的原因在于以下事实：通过分开电子与相关联的剩下的正离子核，利用离子化辐射产生空气体积中的离子。除此之外，没有形成其它污染。这种系统的劣势一方面是相对高价，而且另一方面是所使用的X射线管的低使用寿命。在当前使用的系统中，利用了具有白炽阴极的X射线管，一般来说，其具有大约一年的使用寿命。这意味着X射线管必须每年更换，这耗费时间并且是昂贵的。这些系统的额外劣势在于其非常大并且因而常常很难集成在装置中，并且此外，其包含相对昂贵的控制电子器件和需要对白炽阴极进行监控。在WO01/84683A2中公开了这种内嵌气体离子发生器的示例。这种离子发生器包括具有用于制造设备的空气通道的加压空气源和集成在空气通道中的X射线辐射源。
技术实现思路
在本情况下，本专利技术的潜在目的是创造一种用于离子化气体的设备，其一方面将杆状高压离子发生器的简单的、紧凑的且节约成本的设计和布置与低能量X射线离子发生器的优势相结合，以及另一方面避免已知X射线系统的劣势。实现所述目的，其中具有场发射尖端的场发射尖端阵列布置在真空区域中，所述真空区域由罩和载板的一部分包封，其中具有场发射尖端的场发射尖端阵列相对于载板电绝缘布置并且接线作为连接至高压源的阴极，其中对于X射线辐射是透明的透射窗布置在居中于场发射尖端阵列上方的罩中，并且其中罩接线作为阳极。场发射尖端阵列由平坦的立方体基体构成，多个场发射尖端从所述基体突出。场发射尖端优选地设计为尖椎或棒的形状；其从立方体基体垂直突出以及以规则阵列分散布置在基体的表面上方。特定地，为了避免高场强，在研发本专利技术中发射尖端的末端为圆头。场发射尖端阵列由金属或半导体材料构成。在本专利技术的特定设计中，场发射尖端由绝缘体包封，包封方式为：场发射尖端的点周围的区域以火山口形状凹入，并且场发射尖端通向火山锥状的套环中，所述套环沿朝向场发射尖端的点的方向渐缩并同心地围绕场发射尖端以形成栅极并且周向限定火山口。场发射尖端的点可以从套环突出。此外，在邻近的套环之间，形成槽，其中除了位于套环中的火山口之外，场发射尖端阵列的整个表面涂覆有金属层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离子化气体的X射线源，其中在真空腔室中具有场发射尖端阵列，其特征在于具有场发射尖端(19)的场发射尖端阵列(1)布置在真空区域(3b)内，所述真空区域(3b)由罩(3)和载板(4)的一部分包封，其中所述场发射尖端阵列(4)相对于所述载板(4)电绝缘布置并且接线作为连接至高压源的阴极，并且其中对于X射线辐射是透明的透射窗(2)布置在居中于所述场发射尖端阵列(1)上方的所述罩(3)中，并且其中所述罩(3)接线作为阳极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.24 DE 102015102612.01.一种用于离子化气体的X射线源，其中在真空腔室中具有场发射尖端阵列，其特征在于具有场发射尖端(19)的场发射尖端阵列(1)布置在真空区域(3b)内，所述真空区域(3b)由罩(3)和载板(4)的一部分包封，其中所述场发射尖端阵列(4)相对于所述载板(4)电绝缘布置并且接线作为连接至高压源的阴极，并且其中对于X射线辐射是透明的透射窗(2)布置在居中于所述场发射尖端阵列(1)上方的所述罩(3)中，并且其中所述罩(3)接线作为阳极。2.根据权利要求1所述的X射线源，其特征在于所述场发射尖端阵列(1)由平坦的立方体基体构成，多个发射尖端从所述基体突出。3.根据权利要求2所述的X射线源，其特征在于所述发射尖端被设计为尖椎或棒的形状并从所述立方体基体垂直突出以及以规则阵列分散布置在所述基体的表面上方。4.根据权利要求3所述的X射线源，其特征在于所述发射尖端具有圆头。5.根据权利要求1至4所述的X射线源，其特征在于所述场发射尖端阵列(1)由金属或半导体材料构成。6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的X射线源，其特征在于所述场发射尖端阵列(1)的所述场发射尖端(19)由绝缘体(20)包封，包封方式为：所述场发射尖端(19)的点周围的区域以火山口(23)形状凹入，并且所述场发射尖端(19)通向火山锥状的金属套环(21)中，所述金属套环沿朝向所述场发射尖端(19)的点的方向渐缩并同心地围绕所述场发射尖端(19)以形成栅极并且周向限定所述火山口(23)。7.根据权利要求6所述的X射线源，其特征在于所述场发射尖端(19)从所述套环(21)突出。8.根据权利要求6和7所述的X射线源，其特征在于，在所述邻近的套环(21)之间，形成槽(24)，其中除了位于所述套环(21)中的所述火山口(23)之外，所述场发射尖端阵列(1)的整个表面涂覆有金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·泽巴尔德，
申请(专利权)人：艾斯森技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE