JP2013243098A - フィラメント交換器及びフィラメント交換構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントの交換のために無駄なスペースを常時占有することがなく、交換時における補助真空容器の着脱回数を減らすことができるフィラメント交換器を提供する。
【解決手段】補助真空容器１と、前記補助真空容器１を貫通してその先端部が補助真空容器１内において前記フィラメント支持構造６２に取り付けられ、前記補助真空容器１内が真空排気された状態において前記真空室Ｃ内から当該補助真空容器１内へとフィラメント６２を引き抜くための操作ロッド２１とを備え、前記補助真空容器１が、前記真空室Ｃの外部に接触させて着脱可能に取り付けられ、前記操作ロッド２１により引き抜かれる前記フィラメント６２が通過する取り付け口１１ａ及び前記フィラメント６２の交換時に当該フィラメント６２が通過するフィラメント取り出し口１１ｂが形成された容器本体１１と、前記フィラメント取り出し口１１ｂを開閉可能な蓋体１２とを備えた。
【選択図】図1

Description

本発明は、イオン源や電子源等の真空室内で使用されるフィラメントの交換の際に用いられるフィラメント交換器及びフィラメント交換構造に関するものである。

例えば液晶ディスプレイや半導体装置の製造において、液晶ガラス基板や半導体基板にイオン注入を行うために、イオン注入装置が用いられる。イオン注入装置には、プラズマを発生させイオンビームを引き出すためのイオン源が設けられている。

前記イオン源は、基板にイオンビームが照射される真空に保たれた処理室と連通するプラズマ生成室に複数のフィラメントを突出させてあり、フィラメントから熱電子を放出させることでプラズマ生成室に導入されたガスを電離させてプラズマを発生させる。

ところで、前記イオン源は運転時間の累積に伴って前記フィラメントが劣化、あるいは、破損することがあり、定期的に交換する必要がある。このフィラメントを交換する際に、前記処理室や前記プラズマ生成室といった真空室内を大気圧に戻してしまうと、前記真空室の容積が非常に大きいため真空度を元に戻してイオン注入装置を再稼働するまでには長い時間がかかり、装置の稼働率が低下してしまう。

そこで、前記プラズマ生成室内を大気開放せずにフィラメントの交換を行うことができるように、特許文献１には図９に示すようにプラズマ生成室Ｃに隣接して固定された小型の真空ボックス１Ａが設けてあり、前記真空ボックス１Ａから前記プラズマ生成室Ｃと連通するゲートバルブＥを介して支持アーム６２Ａに支持されたフィラメント６１Ａを前記プラズマ生成室Ｃ内に配置するように構成されたイオン源３００Ａが示されている。

このものは、まず真空ボックス１Ａ内を真空排気し、前記ゲートバルブＥを介してフィラメント６１Ａをプラズマ生成室Ｃから真空ボックス１Ａ内へと移動させ、その後ゲートバルブＥを閉止して真空ボックス１Ａ内の蓋を開けて大気開放してフィラメント６１Ａを支持アーム６２Ａから取り外すようにしてある。従って、小型の真空ボックス１Ａ内だけで真空排気と大気開放が行われるので、プラズマ生成室Ｃまで大気開放してフィラメント６１Ａを交換した場合に比べてイオン注入装置の再稼働までにかかる時間は短縮できる。

しかしながら、図９にも示されるように前記真空ボックス１Ａは前記プラズマ生成室Ｃの外側に突出した状態で常にスペースを占有することになる。例えば、プラズマ生成室Ｃ内に多数のフィラメント６１Ａが一列に並んで配置されるマルチフィラメントタイプのイオン源３００Ａの場合、それぞれのフィラメントの配置ごとに前記真空ボックス１Ａを配置する必要があり、さらに占有されるスペースが大きくなり、イオン源３００Ａ全体も非常に大きなものとなってしまう。

一方、前記真空ボックス１Ａを前記イオン生成室Ｃに隣接させて常時固定しておくのではなく、特許文献２の図１０に示すような前記イオン生成室Ｃの外表面に対して着脱可能なフィラメント交換器１００Ａを用いてフィラメント６１Ａの交換することも行われている。

このフィラメント交換器１００Ａは、フランジ付電流導入端子６２Ａの外部露出部周辺を覆う開口を先端面に有した概略直方体形状の補助真空容器１Ａと、前記補助真空容器１Ａの内外を貫通し、前記フランジ付電流導入端子６２Ａに接続される操作ロッド２Ａとを備えたものである。

このフィラメント交換器１００Ａの使用方法について詳述すると、まず、前記補助真空容器１Ａは、前記フランジ付電流導入端子６２Ａの取り付けられている固定構造５Ａに当該フランジ付き電流導入端子６２Ａを囲うように固定され、前記操作ロッド２Ａの先端も前記フランジ付電流導入端子６１Ａに固定される。そして、前記補助真空容器１Ａ内を真空排気した後に、操作ロッド２Ａを引き抜くことで前記フランジ付電流導入端子６２Ａ及びフィラメント６１Ａが補助真空容器１Ａ内へと引き抜かれる。そして、前記補助真空容器１Ａ内と前記イオン生成室Ｃ内とを仕切る図示しない真空弁を閉じた上で、図示しないベント弁を開放して前記補助真空容器１Ａ内が大気開放される。さらに、前記補助真空容器１Ａを前記固定構造５Ａから取り外したあと、前記フランジ付電流端子６２Ａからフィラメント６１Ａを外す。

新たなフィラメント６１Ａが前記フランジ付導入端子６２Ａの先端に取り付けられると再び前記補助真空容器１Ａが前記固定構造５Ａに取り付けられて、前述した手順を逆向きに繰り返し、その後、前記補助真空容器１Ａが取り外される。

このようなフィラメント交換器１００Ａであれば、フィラメント交換時にのみ前記イオン源３００Ａに取り付けられるので、常時スペースを占有することはない。

しかしながら、上述した交換時の動作から分かるように１つのフィラメントを交換完了するためには、前記補助真空容器１Ａを前記固定構造５Ａに対する取り付け、取り外しを２回ずつ繰り返す必要がある。

前記補助真空容器１Ａは内部が真空排気された際に大気圧により圧壊しないようにするために金属体により形成されており、重量が大きいので、補助真空容器１Ａの取り付け、取り外し作業が複数回繰り返されると交換作業者の負担も大きくなってしまう。

特開２００８−２３４８９５号公報 特許３５１８３２０号公報

本発明は上述したような問題を一挙に解決することを意図してなされたものであり、フィラメントの交換のために無駄なスペースを常時占有することがなく、イオン源や電子源等の構成をコンパクトにできるとともに、交換時における補助真空容器の着脱回数を減らして交換作業者の負担を大幅に減らすことができるフィラメント交換器及びフィラメント交換構造を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のフィラメント交換器は、真空室の外部へ一部が露出するフィラメント支持構造に支持されて当該真空室内に配置されているフィラメントを前記真空室外へと取り出して交換する際に用いられるフィラメント交換器であって、前記真空室外において前記フィラメント支持構造を覆うように着脱可能に取り付けられる取り付け口が形成された補助真空容器と、前記補助真空容器を貫通してその先端部が補助真空容器内において前記フィラメント支持構造に取り付けられ、前記補助真空容器内が真空排気された状態において取り付け口を通過させて前記真空室内から当該補助真空容器内へと前記フィラメント支持構造及びフィラメントを引き抜くための操作ロッドとを備え、前記補助真空容器が、前記取り付け口と、前記フィラメントの交換時に当該フィラメントを取り出すための取り出し口とが形成された容器本体と、前記フィラメント取り出し口を開閉可能な蓋体とを備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記補助真空容器は、前記真空室の外部に着脱可能に取り付けられるので、フィラメントの交換時以外は取り外しておくことができ、フィラメント交換用のスペースとして常時余分なスペースを占有することがない。

また、前記補助真空容器は、前記容器本体と前記蓋体とから構成されており、前記蓋体により前記フィラメント取り出し口を開閉可能であるので、前記取り付け口を前記真空室の外側に取り付けた状態で、前記フィラメント取り出し口を前記蓋体で閉じておき前記補助真空容器内を密閉して真空排気することができる。従って、前記補助真空容器内を真空にした状態でフィラメントを前記真空室内から前記補助真空容器内へと引き抜くことができるので、前記真空室内の真空度を保つことができる。

さらに、引き抜かれたフィラメントを前記補助真空室内から外部へと取り出し交換する際には、前記真空室と前記補助真空容器とを仕切る真空弁を閉じ、前記容器本体を前記真空室の外表面に取り付けたまま前記蓋体を前記フィラメント取り出し口から外して前記フィラメント取り出し口を介して古いフィラメントから新しいフィラメントへと前記フィラメント支持構造に付け替えることができる。

その後、前記蓋体で前記フィラメント取り出し口を閉じて前記補助真空容器を密閉して内部を真空排気した後に前記真空弁を開放して前記補助真空容器内と前記真空室内を連通させて、前記操作ロッドにより前記フィラメント支持構造及びフィラメントを真空室内へ押し込むことにより、前記真空室内の真空度を損なうことなく新しいフィラメントを前記真空室内に戻すことができる。

このように前記蓋体の開閉により前記容器本体を前記真空室の外側に取り付けた状態のまま古いフィラメントと新しいフィラメントの交換ができるので、１つのフィラメントの交換において前記補助真空容器の前記真空室の外側に対する取り付け、取り外しをそれぞれ１度だけ行えばよく、交換作業者の負担を大幅に減らすことができる。

前記補助真空容器内において古いフィラメントから新しいフィラメントへと前記フィラメント支持構造に付け替える際に前記フィラメント取り出し口から内部へと手や工具等をいれやすくし、交換作業をしやすくするには、前記蓋体が、前記容器本体に対して着脱可能に取り付けられているものであればよい。このような構造であれば、前記フィラメント取り出し口を最も広く開けることができる。

前記補助真空容器内の容積を必要最小限にし、フィラメント交換時に前記補助真空容器内を真空排気するのにかかる時間を短くできるようにするには、前記操作ロッドの先端部及び前記フィラメント支持構造の間を接続するブラケットをさらに備え、前記容器本体が、前記操作ロッドの軸方向に沿って延びており、その先端側に前記取り付け口を有するとともに、前記取り付け口とは反対側において前記軸方向の基端側に突出する凸部を有しており、前記凸部が、前記フィラメントが当該容器本体内に引き抜かれた状態において前記ブラケットを収容するとともに、前記軸方向から視た場合に当該凸部及び当該ブラケットが前記フィラメント支持構造よりも小さく形成してあればよい。

前記フィラメント支持構造及び前記フィラメントを前記操作ロッドによって前記真空室内から引き抜く、あるいは、前記真空室内に戻す際に回転するなどして壁等にフィラメントが接触して破損してしまうことを防ぐには、前記本体容器内に対して取り付けられた前記軸方向に延びるレール及び前記レール上をスライド移動可能に取り付けられたスライダからなるガイドをさらに備え、前記スライダと前記フィラメント支持構造が接続されていればよい。このようなものであれば、常に前記フィラメント支持構造及び前記フィラメントを前記レールに沿って移動させて回転等を生じさせることがなく、より安全にフィラメントを交換できる。

フィラメントの交換時に前記フィラメント交換器を真空室まで持ち運びやすくするには、前記容器本体の外表面に持ち運び用の取っ手が設けられたものであればよい。

フィラメント交換時に前記フィラメント支持構造を前記真空室から取り外せるようにする下準備中等に前記フィラメント交換器を倒れないように安全に載置できるようにするには、載置された際に前記取っ手とともに三点支持をなす２つの脚部が前記容器本体の外表面に設けられたものであればよい。

前記フィラメント交換器に真空排気用の配管等を取り付けなくてもよくし、前記真空室の外側へ前記フィラメント交換器を取り付ける際等に配管等が邪魔にならないようにして作業しやすくするには、フィラメント交換器と、前記真空室の外側に設けられた前記フィラメント支持構造が固定される固定構造と、からなるフィラメント交換構造であって、前記固定構造が、前記フィラメント交換器内を真空排気するための真空排気用バルブと、前記フィラメント交換器が前記フィラメント支持構造を囲うように取り付けられた際に前記真空排気用バルブ及び前記補助真空容器内を連通する排気流路とを備えているフィラメント交換構造であればよい。

このように本発明のフィラメント交換器及びフィラメント交換構造によれば、前記フィラメント交換器が前記真空室の外側に対して着脱可能であるのでフィラメントを交換する時にしか使用されない補助真空室のためのスペースを常時設けておく必要がない。したがって、真空室の周囲の空間を大きく占有することがない。また、前記蓋体が設けられているので前記容器本体は前記真空室の外側に取り付けた状態のまま前記フィラメント取り出し口を開けることでフィラメントの交換ができる。したがって、１度のフィラメントの交換において１度だけ前記フィラメント交換器を真空室の外側へ取り付け、取り外しすればよく、交換作業者の負担を減らすことができる。

本発明の一実施形態に係るフィラメント交換器の使用例を示す模式図。 同実施形態におけるフィラメント交換器を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるフィラメント交換器及び固定構造の分離状態を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるフィラメント交換器を固定構造に取り付けた状態を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるフィラメント交換器をフランジ付電流導入端子に取り付けた状態を示す模式図。 同実施形態におけるフランジ付電流導入端子及びフィラメントの移動態様を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるフィラメントが真空室内から抜かれた時のフィラメント交換器の状態を示す模式的断面図。 同実施形態におけるフィラメント交換器内からフィラメントが取りはずされた状態を示す模式的斜視図。 従来のフィラメント交換機構を示す模式図。 従来の別のフィラメント交換器を示す模式図。

本発明の一実施形態に係るフィラメント交換器１００及びフィラメント交換構造２００について各図を参照しながら説明する。

本実施形態のフィラメント交換器１００は、例えば液晶ディスプレイや半導体装置の製造において、液晶ガラス基板や半導体基板にイオン注入を行うためのイオンビームを生成するイオン源３００のフィラメント６１の交換に用いられるものである。また、電子ビームを生成する電子源のフィラメント６１の交換にも用いることができる。以下では、イオン源３００の真空室Ｃであるプラズマ生成室中に配置されるフィラメント６１の交換を例として説明する。

例えば前記イオン源３００は、図１に示すように上下方向に複数のフィラメント６１が配置されたマルチフィラメント型のものがある。より具体的には、前記イオン源３００の真空室Ｃの外側には、前記フィラメント６１を前記真空室Ｃ内に支持するためのフィラメント支持構造であるフランジ付電流導入端子６２が露出してあり、上下方向に２列に並んで複数配置してある。また、各フランジ付電流導入端子６２は、前記イオン源３００に設けられた各固定構造５に固定してある。この固定構造５は、図１、図３、図５（ｂ）等に示すように真空室Ｃ内部と外部を仕切る閉塞状態と、内部と外部を連通させる開放状態とをとれる真空弁５４と、前記フィラメント交換器１００を取り付けるための交換器取付穴５２と、前記フィラメント交換器１００内を真空排気するために用いられる真空排気用バルブ５１と、前記真空排気用バルブ５１及び前記フィラメント交換器１００内を連通する排気流路５３を備えている。各真空排気用バルブ５１は、排気管により互いに接続されており、弁の開閉を切り替えることにより前記真空排気用バルブ５１のいずれか一つから取り付けられたフィラメント交換器１００内の真空排気を行えるように構成してある。

各フランジ付電流導入端子６２の外部露出側は通常使用時には図１において想像線で示すように前記フィラメント交換器１００は取り付けられておらず、交換作業の必要なフィラメント６１が固定されている前記固定構造５にだけ実線で示すように前記フィラメント交換器１００が取り付けられて、フィラメント６１の交換作業が行われる。そして、新しいフィラメント６１が前記真空室Ｃ内に戻されて交換終了した後に前記フィラメント交換器１００は前記固定構造５から取り外される。

図２及び図３に示すように前記フィラメント交換器１００は、中空の概略長尺直方体形状のものであり、先端面の開口により前記固定構造５の中央部に露出しているフランジ付電流導入端子６２の頭部を覆うことができる。そして、先端面の周囲４か所に設けられた取り付けねじＳ１を、前記フランジ付電流導入端子６２の周囲４か所にある交換器取付穴５２に対して取り付けられるものである。すなわち、前記フィラメント交換器１００は前記固定構造５に対して着脱可能であるとともに、図４に示すように前記フィラメント交換器１００は前記フランジ付電流導入端子６２の外側に前記真空室Ｃとは別の密閉された空間を形成することができる。

前記フィラメント交換器１００について主要な構成要素について説明すると、当該フィラメント交換器１００は、前記フランジ付電流導入端子６２の周囲に取り付けられた際に密閉空間を形成する概略直方体形状の補助真空容器１と、前記真空室Ｃ内にあるフィラメント６１を前記真空室Ｃ内へ引き抜くための引き抜き機構２と、前記補助真空容器１内の圧力を調節するための圧力調節機構３とを備えたものである。

各部について説明する。

前記補助真空容器１は、図２に示すように概略直方体形状で先端面と側面にそれぞれ開口を有する金属製の箱体である容器本体１１と、前記容器本体１１の側面の開口を開閉するための透明樹脂製の蓋体１２とから構成してある。

前記容器本体１１は、先端面に前記フランジ付電流導入端子６２の周囲を囲い前記固定構造５に対して接触させて取り付けられる取り付け口１１ａと、側面に形成された前記取り付け口１１ａよりも大きいフィラメント取り出し口１１ｂとが形成してあり、さらに基端面側に凸部１１ｃが形成してある。

前記取り付け口１１ａは、長手方向から見た場合において前記フランジ付電流導入端子６２と略同じ大きさに開口させてある。

前記フィラメント取り出し口１１ｂは、概略長方形状の開口に形成してあり、短辺が人の手が入る程度の大きさに形成してあり、開口周囲を囲むように密閉用のシール構造ＳＬであるＯリングが設けてある。前記フィラメント取り出し口１１ｂが形成してある側面に隣接する上下側面には、前記フィラメント交換器１００を持ち運ぶ際の取っ手４１がそれぞれ設けてある。また、上下側面が載置された場合に、前記取っ手４１と三点支持をなし安定するように２つの脚部４２がそれぞれ設けてある。さらに、上下側面のそれぞれ４か所には、前記蓋体１２により前記Ｏリングを押しつぶしつつ当該フィラメント取り出し口１１ｂを閉塞するための取り付け金具４３も設けてある。

前記蓋体１２は概略長方形状の平板であって、前記取り付け金具４３と係合する取付け部が側面に４か所設けてあり、また中央部に取り外し用取っ手１２ａが設けてある。図２等から明らかなようにこの蓋体１２は前記容器本体１１から完全に分離することができ、フィラメント６１の交換作業時において前記フィラメント取り出し口１１ｂから交換作業者が手を内部へ入れる際に邪魔にならようにすることができる。

前記引き抜き機構２は、前記凸部１１ｃを貫通して前記補助真空容器１内の長手方向に延びる操作ロッド２１と、前記操作ロッド２１の先端部と前記フランジ付電流導入端子６２の頭部とを連結するブラケット２３と、前記ブラケット２３を前記操作ロッド２１の軸方向にのみ移動するように案内するガイド２２と、から構成してある。

前記操作ロッド２１は、前記補助真空容器１の外部にあり、交換作業者が把持し当該操作ロッド２１を進退させるためのＴ字状の把持部２１ｂと、前記把持部２１ｂと前記ブラケット２３との間を接続するロッド２１ａ部とから構成してある。前記ロッド２１ａ部と、前記凸部１１ｃとの間の摺動部にもシール構造が形成してあり、摺動部を介して前記補助真空容器１内外の空気が出入りするのを防ぐようにしてある。

前記ガイド２２は、前記容器本体１１の内側面において前記操作ロッド２１の軸方向に延びるレール２２ａと、前記レール２２ａ上をスライド移動可能に取り付けられたスライダ２２ｂとからなる。前記スライダ２２ｂは前記ブラケット２３の側面と接続してあり、前記ブラケット２３及び前記フランジ付電流導入端子６２が回転を生じずに直動のみで移動させられるようにしてある。したがって、前記補助真空容器１の容積を前記フランジ付電流導入端子６２の大きさに合わせたものにしても、移動の際に壁面に接触することがなく、フィラメント６１を安全に移動させることができる。

前記ブラケット２３は、前記操作ロッド２１が最大まで引き抜かれた際に前記凸部１１ｃの内部に収容されるように構成してある。言い換えると、前記凸部１１ｃが、前記フィラメント６１が当該容器本体１１内に引き抜かれた状態において前記ブラケット２３を収容するとともに、前記軸方向から視た場合に当該凸部１１ｃ及び当該ブラケット２３が前記フランジ付電流導入端子６２よりも小さく形成してある。

前記圧力調節機構３は、前記補助真空容器１の基端面において前記凸部１１ｃが形成されておらず平面となっている部分に各構成部材を配置してある。すなわち、前記補助真空容器１内の圧力をチェックするための圧力計３２と、前記補助真空容器１内を真空排気された状態から大気圧に開放するためのベント弁３１とが基端面に設けてある。

このように構成されたフィラメント交換器１００を用いたフィラメント６１の交換作業時の工程について説明する。

まず、交換作業者は前記固定構造５に取り付けられている前記フランジ付電流導入端子６２のねじ止めを予め外しておく。このとき、真空室Ｃ内は大気圧に比べて非常に圧力が低いので、前記フランジ付電流導入端子６２は大気圧により前記真空室Ｃ内部側へと押しつけられるため勝手に外れることはない。

その後、図３及び図４に示すように前記イオン源３００の前記固定構造５に対して、前記取り付け口１１ａにより前記フランジ付電流導入端子６２の頭部を囲うように前記フィラメント交換器１００を取り付ける。

次に図５（ａ）に示すように、前記容器本体１１から前記蓋体１２を取り外すし、前記ブラケット２３と前記フランジ付電流導入端子６２の頭部とをねじ止めして固定し、その後再び前記蓋体１２を容器本体１１に対して取り付けて前記補助真空容器１内を密閉する。そして、凸部１１ｃ側に設けられている前記ベント弁３１を閉じた状態にしたうえで、図５（ｂ）に示すように前記固定構造５が具備する前記真空排気用バルブ５１により前記固定構造５内に排気流路５３を介して前記補助真空容器１内の真空排気が行われる。この真空排気は、前記凸部１１ｃ側に設けられている圧力計３２が所定の真空度を指し示すまで継続される。

前記補助真空容器１内が前記真空室Ｃ内と略同じ真空度まで減圧されると、図６に示すように交換作業者は前記操作ロッド２１を前記凸部１１ｃ側へと引き抜いていくことにより、前記フランジ付電流導入端子６２及びフィラメント６１を前記取り付け口１１ａを通過させて前記補助真空容器１内へと移動させていく。この際、前記ブラケット２３は前記ガイド２２のスライダ２２ｂに連結されているので、直動しか生じず、図６（ａ）に示すように前記フランジ付電流導入端子６２及び前記フィラメント６１は平行移動のみを行いながら前記補助真空容器１内を先端側から基端側へと移動していく。前記蓋体１２が透明樹脂製であるので、前記フィラメント取り出し口１１ｂを介して前記フランジ付電流導入端子６２及びフィラメント６１の移動状態について交換作業者は常に確認することができ、前記補助真空容器１内でフィラメント６１が壁に接触し、破損してしまう等といった事態を未然に防ぐことができる。

そして、図６（ｂ）及び図７の断面図に示すように前記ブラケット２３が前記凸部１１ｃ内に収容されるまで移動が完了すると、前記フィラメント６１の全体が前記補助真空容器１内に収容された状態となる。図７に示すように前記フランジ付電流導入端子６２が通過しない領域である前記凸部１１ｃは前記ブラケット２３のみが収容されるのに必要十分な容積にしてあるので、前記補助真空容器１内の容積を小さくすることができ、真空排気にかかる時間を短縮できる。

その後、前記固定構造５に設けられた真空弁５４を閉塞することにより、前記真空室Ｃ内と前記補助真空容器１内とを完全に仕切る。そして、前記ベント弁３１を開放して前記補助真空容器１内の圧力を大気圧にしたうえで、図８に示すように前記蓋体１２を前記容器本体１１から取り外し、前記フィラメント取り出し口１１ｂを開口させる。図８から明らかなように前記容器本体１１は前記取り付け口１１ａを前記固定構造５に取り付けたまま前記蓋体１２は取り外される。そして、交換作業者は、前記フィラメント取り出し口１１ｂから前記補助真空容器１内に手を入れて、前記フランジ付電流導入端子６２の先端に取り付けられている前記フィラメント６１を取り外し、前記フィラメント６１を前記補助真空容器１内から取り出す。その後、交換作業者は、新しいフィラメント６１を前記フィラメント取り出し口１１ｂから前記補助真空容器１内へと入れて、前記フランジ付電流導入端子６２の先端に取り付ける。このように前記フィラメント交換器１００の大部分の構成部材を前記固定構造５に取り付けたまま、前記蓋体１２を取り外すことで前記フィラメント６１の交換を容易に行うことができる。

その後は上述してきたフィラメント６１の取り外し時における作業工程を逆向きに行っていくことで、新しいフィラメント６１を前記真空室Ｃ内に配置するとともに、最後に前記フィラメント交換器１００を前記固定構造５から取り外すことができる。

このように本発明のフィラメント交換器１００及びフィラメント交換構造２００によれば、前記フィラメント取り出し口１１ｂを開閉するための前記蓋体１２があるので、１つのフィラメント６１の交換時において前記フィラメント交換器１００の取り付け取り外しはそれぞれ１回ずつだけ行えばよい。

従って、従来であれば１つのフィラメント６１交換のためにフィラメント交換器１００を固定構造５に対して取り付け・取り外しするのをそれぞれ２回ずつ行う必要があったのに比べて大幅に取り付け取り外し作業の手間を減らすことができる。つまり、フィラメント交換作業者が、重量物である前記フィラメント交換器１００を持ち上げたり、下ろしたりする回数を従来よりも少なくすることができ、交換作業者の負担を減らすことができる。

さらに、前記固定構造５に対して前記フィラメント交換器１００が着脱可能であるので、通常使用時には前記フィラメント交換器１００をイオン源３００から取り外しておくことができ、前記イオン源３００周辺のスペースを通常使用時により広くすることができる。このような効果は図１に示すようなマルチフィラメント型のイオン源３００において特に顕著となる。また、前記固定構造５にフィラメント６１交換用の小型の真空室Ｃが常には設けられていないので、フィラメント交換作業時に他の固定構造５から突出しているものがなく、広くスペースを使用できるのでフィラメント交換作業がしやすい。

また、前記フィラメント交換器１００自体は内部を真空排気するための配管を接続されるのではなく、前記固定構造５の真空排気用バルブ５１及び排気流路５３からなる排気構造を利用して内部の真空排気を行えるようにフィラメント構造２００は構成してある。したがって、フィラメント交換器１００自体に真空排気用の配管を直接接続する等の作業が不要であり、フィラメント交換器１００の取り付け、取り外し作業時にそのような配管が邪魔になることがなく、さらに作業の負担を軽減することができる。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態ではイオン源の真空室内に配置されているフィラメントの交換を一例として挙げたが、例えば電子ビームを生成するための電子源の真空室内に配置されているフィラメントの交換に本発明のフィラメント交換器を用いても構わない。

前記フィラメント交換器は、補助真空容器内に前記フランジ付電流導入端子及びフィラメントの移動を規制するためにガイドを設けていたが、場合によってはガイドを設けずに前記操作ロッドだけで引き抜くように構成しても構わない。

前記実施形態では、前記補助真空容器内の真空排気は前記固定構造に設けられた真空排気用弁を用いていたが、前記フィラメント交換器自体に排気用バルブが直接接続されるようにしてもよい。

前記蓋体は前記容器本体から完全に取り外して前記フィラメント取り出し口を全開にできるように構成していたが、例えば、前記蓋体が前記容器本体に対して蝶番等により連結されており、完全には取り外せないようにしてもよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。

１ ：補助真空容器
１１ ：容器本体
１１ａ ：取り付け口
１１ｂ ：フィラメント取り出し口
１１ｃ ：凸部
１２ ：蓋体
２１ ：操作ロッド
２２ ：ガイド
２３ ：ブラケット
４２ ：脚部
５１ ：真空排気用バルブ
５３ ：排気流路
６１ ：フィラメント
６２ ：フランジ付電流導入端子（フィラメント支持構造）
１００ ：フィラメント交換器
２００ ：フィラメント交換構造
Ｃ ：真空室

このフィラメント交換器１００Ａの使用方法について詳述すると、まず、前記補助真空容器１Ａは、前記フランジ付電流導入端子６２Ａの取り付けられている固定構造５Ａに当該フランジ付き電流導入端子６２Ａを囲うように固定され、前記操作ロッド２Ａの先端も前記フランジ付電流導入端子６２Ａに固定される。そして、前記補助真空容器１Ａ内を真空排気した後に、操作ロッド２Ａを引き抜くことで前記フランジ付電流導入端子６２Ａ及びフィラメント６１Ａが補助真空容器１Ａ内へと引き抜かれる。そして、前記補助真空容器１Ａ内と前記イオン生成室Ｃ内とを仕切る図示しない真空弁を閉じた上で、図示しないベント弁を開放して前記補助真空容器１Ａ内が大気開放される。さらに、前記補助真空容器１Ａを前記固定構造５Ａから取り外したあと、前記フランジ付電流端子６２Ａからフィラメント６１Ａを外す。

前記フィラメント支持構造及び前記フィラメントを前記操作ロッドによって前記真空室内から引き抜く、あるいは、前記真空室内に戻す際に回転するなどして壁等にフィラメントが接触して破損してしまうことを防ぐには、前記容器本体内に対して取り付けられた軸方向に延びるレール及び前記レール上をスライド移動可能に取り付けられたスライダからなるガイドをさらに備え、前記スライダと前記フィラメント支持構造が接続されていればよい。このようなものであれば、常に前記フィラメント支持構造及び前記フィラメントを前記レールに沿って移動させて回転等を生じさせることがなく、より安全にフィラメントを交換できる。

前記フィラメント交換器１００について主要な構成要素について説明すると、当該フィラメント交換器１００は、前記フランジ付電流導入端子６２の周囲に取り付けられた際に密閉空間を形成する概略直方体形状の補助真空容器１と、前記真空室Ｃ内にあるフィラメント６１を前記補助真空容器１内へ引き抜くための引き抜き機構２と、前記補助真空容器１内の圧力を調節するための圧力調節機構３とを備えたものである。

Claims (7)

1. 真空室の外部へ一部が露出するフィラメント支持構造に支持されて当該真空室内に配置されているフィラメントを前記真空室外へと取り出して交換する際に用いられるフィラメント交換器であって、
   前記真空室外において前記フィラメント支持構造を覆うように着脱可能に取り付けられる取り付け口が形成された補助真空容器と、
   前記補助真空容器を貫通してその先端部が補助真空容器内において前記フィラメント支持構造に取り付けられ、前記補助真空容器内が真空排気された状態において前記取り付け口を通過させて前記真空室内から当該補助真空容器内へと前記フィラメント支持構造及びフィラメントを引き抜くための操作ロッドとを備え、
   前記補助真空容器が、
   前記取り付け口と、前記フィラメントの交換時に当該フィラメントを取り出すための取り出し口とが形成された容器本体と、
   前記取り出し口を開閉可能な蓋体とを備えたことを特徴とするフィラメント交換器。
2. 前記蓋体が、前記容器本体に対して着脱可能に取り付けられている請求項１記載のフィラメント交換器。
3. 前記操作ロッドの先端部及び前記フィラメント支持構造の間を接続するブラケットをさらに備え、
   前記容器本体が、前記操作ロッドの軸方向に沿って延びており、その先端側に前記取り付け口を有するとともに、前記取り付け口とは反対側において前記軸方向の基端側に突出する凸部を有しており、
   前記凸部が、前記フィラメントが当該容器本体内に引き抜かれた状態において前記ブラケットを収容するとともに、前記軸方向から視た場合に当該凸部及び当該ブラケットが前記フィラメント支持構造よりも小さく形成してある請求項１又は２記載のフィラメント交換器。
4. 前記本体容器内に対して取り付けられた前記軸方向に延びるレール及び前記レール上をスライド移動可能に取り付けられたスライダからなるガイドをさらに備え、
   前記スライダと前記フィラメント支持構造が接続されている請求項１乃至３いずれかに記載のフィラメント交換器。
5. 前記容器本体の外表面に持ち運び用の取っ手が設けられた請求項１乃至４いずれかに記載のフィラメント交換器。
6. 載置された際に前記取っ手とともに三点支持をなす２つの脚部が前記容器本体の外表面に設けられた請求項５記載のフィラメント交換器。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載のフィラメント交換器と、
   前記真空室の外側に設けられた前記フィラメント支持構造が固定される固定構造と、からなるフィラメント交換構造であって、
   前記固定構造が、前記フィラメント交換器内を真空排気するための真空排気用バルブと、前記フィラメント交換器が前記フィラメント支持構造を囲うように取り付けられた際に前記真空排気用バルブ及び前記補助真空容器内を連通する排気流路とを備えているフィラメント交換構造。