JP6088314B2 - 真空フィードスルー、真空装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空装置の真空側と大気側との電気的な接続を提供するための接続技術に関する。

真空装置では、真空容器内の真空を保持しつつ、真空容器内の電極やセンサなどの電気部品と外部（大気側）との電気的な導通を確保するために、真空フィードスルー（以下、単にフィードスルーとも呼ぶ）が使用される。例えば、真空装置の１つとしての走査電子顕微鏡では、電子線を走査するための偏向器、電子線を細く絞るための電子レンズ、光軸調整を行うためのアライナ、二次電子や反射電子を検出するための各種検出器（マルチチャネルプレート、光電子増倍管、シンチレータなど）など、多くの電気部品が使用されており、それらの部品からの多数の配線は、真空フィードスルーを介して大気側と電気的に接続される。

かかる真空フィードスルーとしては、従来、真空側と大気側とを隔てるためのフランジなどに、真空側から大気側に貫通した電極に接続された複数のピンが真空側に配置されたタイプが一般的である。かかるタイプでは、真空内の電気部品からの配線の先端に設けられたソケットなどの接点用部品を、上記の複数のピンにそれぞれ差し込むことによって電気的な接続が得られる。

特開昭６３−６１９６６号公報

しかしながら、従来の構成では、配線の本数が多くなると、いくつかの改善すべき点が生じ得る。例えば、真空装置の内部および外部での配線の束ができ、それらの接続作業が複雑になる。しかも、配線の数に比例してピンの数が増えると、それらのピン間には一定の距離を確保する必要があることから、フィードスルー部の部品が大型化することになる。また、配線の数が増えると、真空容器の内部において、多数の配線を引き回すための領域を確保する必要が生じる。これらのことは、真空容器そのものの大型化を招くことになる。真空容器の大型化は、真空ポンプなど、関連装置の大型化をも招き得る。このようなことから、真空フィードスルーまたは真空装置の小型化が求められる。また、このような真空フィードスルーは、取り付けやメンテナンスを容易に行えることが望ましい。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、真空装置の真空側と大気側との電気的な接続を提供するための真空フィードスルーとして提供される。この真空フィードスルーは、真空側と大気側とを隔てる隔壁の一部を構成するための本体であって、本体を厚み方向に貫通する導電性の複数のピンを有する本体と、本体の真空側の面上に配置される接点部材であって、絶縁性部材によって形成され、平板形状を有する絶縁部と、絶縁部を厚み方向に貫通し、絶縁部の両面のうちの、少なくとも本体と反対の側の面から突出するように形成されるとともに加圧導電ゴムによって形成された複数の導電部であって、ピンと接触するための導電部と、
を有する接点部材と、接点部材を本体側に押圧する押圧部材と、を備える。押圧部材は、真空装置の電気部品に電気的に接続されるフレキシブルプリント基板を押圧部材と接点部材との間に挟んだ状態で、接点部材を本体側に押圧可能に構成される。

かかる真空フィードスルーによれば、接点部材が押圧部材によって押圧されることによって、導電部が導通可能な状態になり、本体のピンと、フレキシブルプリント基板とを電気的に接続できる。すなわち、真空装置の真空側と大気側とを電気的に接続できる。接点部材には、加圧導電ゴムが利用されるので、従来のピンとソケットを嵌め合わせるような構造は不要となり、真空フィードスルーを薄型化および小型化できる。その結果、真空装置を小型化できる。しかも、フレキシブルプリント基板を使用できるので、真空装置内の配線の引き回しスペースも大幅に小さくでき、真空装置をさらに小型化できる。

本発明の第２の形態として、第１の形態において、複数の導電部の各々は、絶縁部の両面から突出して形成されていてもよい。かかる形態によれば、本体のピンと導電部とをいっそう確実に接触させることができる。

本発明の第３の形態として、第１または第２の形態において、複数のピンは、本体の真空側の面から突出していてもよい。かかる形態によれば、ピンが突出していない場合と比べて、導電部に大きな圧力が加わるので、加圧導電ゴムによって形成された導電部の導電性をいっそう確実に確保できる。

本発明の第４の形態として、第１ないし第３のいずれかの形態において、複数の導電部の各々は、複数のピンの１つと複数の導電部とが接触可能な大きさおよび間隔で形成されていてもよい。かかる形態によれば、本体と接点部材との位置関係が僅かにずれても、ピンと導電部とを確実に接触させることができる。したがって、真空フィードスルーの取り付け時において、本体と接点部材との位置決め負担が軽減される。

本発明の第５の形態として、第１ないし第４のいずれかの形態において、本体は、複数のピンの外側において、真空側の面から突出する少なくとも２つの突出部を備えていてもよい。接点部材および押圧部材には、突出部に対応する位置に、突出部を挿入可能な貫通穴が形成されていてもよい。かかる形態によれば、フレキシブルプリント基板にも同様に貫通穴を設けておけば、接点部材、フレキシブルプリント基板および押圧部材を、突出部がこれらの貫通穴を貫通するようにセットして、真空フィードスルーの取り付けを行える。したがって、真空フィードスルーの取り付け時における位置決め負担が軽減される。

本発明の第６の形態として、第５の形態において、押圧部材は、接点部材を押圧するための平坦な押圧面を有する押圧部と、押圧部よりも本体と反対の側に配置され、押圧部の位置を固定するための固定部とを備えていてもよい。押圧部の外周側には、貫通穴としての第１の貫通穴が形成されていてもよい。固定部には、貫通穴としての第２の貫通穴が形成されていてもよい。突出部は、基部と、基部よりも本体と反対の側に位置し、基部よりも径が小さい小径部と、を備えていてもよい。固定部の第２の貫通穴の端部には、小径部と嵌合する切欠形状が形成されていてもよい。かかる形態によれば、接点部材、フレキシブルプリント基板、押圧部および固定部を、突出部がこれらの貫通穴を貫通するようにセットした後に、切欠部と小径部とが嵌合するように固定部をずらすだけで、押圧部の位置を容易に固定できる。これによって、本体と押圧部とに挟まれた、接点部材およびフレキシブルプリント基板の位置も固定される。

本発明の第７の形態は、真空装置として提供される。この真空装置は、第１ないし第６のいずれかの真空フィードスルーと、フレキシブルプリント基板とを備える。かかる真空装置によれば、第１ないし第６の形態と同様の効果を奏する。

本発明の一実施例としての真空装置の主要部分を示す説明図である。 図１に示した真空装置の部分断面を概略的に示す説明図である。 真空フィードスルーの構成を示す分解斜視図である。 接点部材の断面構造を示す説明図である。 真空フィードスルーの組み立て途中を示す説明図である。 真空フィードスルーを組み立てた状態を示す説明図である。 真空フィードスルーのピン構成の一例を示す図表である。

Ａ．実施例：
図１は、本発明の一実施例としての真空装置１００の主要部分を示す。本実施例では、真空装置１００は、走査電子顕微鏡である。図示するように、真空装置１００は、鏡筒１５０と、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits、以下、ＦＰＣとも呼ぶ）１４０と、隔壁コラム１６０とを備えている。略円筒形の鏡筒１５０の内部には、試料に電子線を照射するための電子光学系や、試料を載置するステージなどが設けられている。ＦＰＣ１４０は、鏡筒１５０内に収容された電子部品と、後述する真空フィードスルー（以下、単にフィードスルーとも呼ぶ）２０とを電気的に接続する。隔壁コラム１６０は、鏡筒１５０の上方において鏡筒１５０の上部を覆うように配置されており、真空装置１００の真空側と大気側とを隔てる隔壁として機能する。隔壁コラム１６０には、その厚み方向（径方向）に貫通する貫通穴１６５が形成されている。この貫通穴１６５には、後述するフィードスルー２０が配置される。

図２は、図１に示した真空装置１００の概略部分断面図である。図示するように、鏡筒１５０の内部には、電子光学系としての、電子銃１１０と電子部品１２０とが収容されている。電子部品１２０は、電子線を走査するための偏向器、電子線を細く絞るための電子レンズ、光軸調整を行うためのアライナなどである。電子銃１１０によって発生する電子線は、電子部品１２０を通って、試料（図示省略）に照射される。試料への電子線への照射によって得られる二次荷電粒子は、マルチチャネルプレート、光電子増倍管、シンチレータなどの各種検出器（図示省略）で検出される。

鏡筒１５０には、厚み方向に貫通する複数の導電性のピン１３０が貫通しており、このピン１３０を介して、鏡筒１５０の外部に配置されたＦＰＣ１４０と、鏡筒１５０の内部に配置された電子部品１２０とが電気的に接続されている。なお、図１では、図示を省略しているが、電子部品１２０よりも電子線の下流側に配置された各種検出器なども、同様にして、ＦＰＣ１４０と接続されている。かかる鏡筒１５０は、ケーシング１８０に形成された貫通穴に部分的に挿入された状態で配置されている。鏡筒１５０を上部で覆う隔壁コラム１６０は、真空装置１００のケーシング１８０と気密に当接している。また、隔壁コラム１６０の貫通穴１６５は、フィードスルー２０によって気密に塞がれる。これによって、隔壁コラム１６０およびケーシング１８０の内部と外部とが気密に隔離される。当該内部は、真空状態に保たれる。当該外部は、大気に開放されている。

フィードスルー２０は、本体３０と接点部材５０と押圧部材６０とを備えている。本体３０は、上述したように、貫通穴１６５を塞ぐことによって、真空側と大気側とを隔てる隔壁の一部を構成する。本体３０は、略板状の形状を有しており、非導電性の任意の材料で形成することができる。この本体３０は、厚み方向に貫通する導電性の複数のピン４０を有している。ピン４０の数は、任意であるが、本実施例では１４本である。図７にピン４０の構成例を示す。図７（ａ）は、交流電圧を使用する場合の例であり、図７（ｂ）は、直流電圧を使用する場合の例である。ピン４０は、大気側では、本体３０から大きく突
出している。このピン４０の大気側は、ソケットなどのコネクタを介して、真空装置１００を制御する制御装置などの外部機器に接続される。ピン４０の真空側は、本実施例では、本体３０から僅かに突出している。ただし、ピン４０の真空側の端面は、本体３０と同一平面に形成されていてもよい。

接点部材５０は、ピン４０とＦＰＣ１４０とを電気的に接続させる部材である。この接点部材５０は、本体３０の真空側の面上に配置される。詳しくは後述するが、接点部材５０は、加圧導電ゴムによって形成された部位を有している。加圧導電ゴムは、絶縁材料の中に導線性の粒子が分散して配置されており、圧縮されることで、分散していた粒子同士が接触し、圧縮方向に導通できるようになる。加圧導電ゴムは、圧力が加えられた方向では、電気抵抗が非常に小さく（例えば、数Ω以下）、圧力が加えられていない方向では、電気抵抗が大きい（例えば、数ＭΩ）性質を有する異方性材料である。なお、図２では、接点部材５０を模式的に表しており、ピン４０と接点部材５０との対応関係は、必ずしも正確ではない。

押圧部材６０は、ＦＰＣ１４０を押圧部材６０と接点部材５０との間に挟んだ状態で、接点部材５０を本体３０側に押圧する。これによって、接点部材５０は、その厚み方向に圧縮され、接点部材５０に含まれる加圧導電ゴムは、厚み方向に電気を導通させることが可能になる。

図３は、フィードスルー２０の分解斜視図である。本体３０の真空側の面には、その外周部に扁平リング状の溝が形成されている。この溝には、本体３０と隔壁コラム１６０との間をシールするためのＯリングが挿入される。当該の溝の内側には、１４本のピン４０が突出している。溝の内側かつピン４０の外側には、本体３０の真空側の面から突出する突出部３１が設けられている。本実施例では、突出部３１は、４つ設けられているが、突出部３１の数は、２つ以上の任意の数とすることができる。この突出部３１は、位置決めピンとしての役割を有している。突出部３１は、本体３０の真空側の面に最も近い部位である基部３２と、基部３２に隣接し、突出部３１よりも径が小さい小径部３３と、突出部３１の先端に位置し、小径部３３よりも径が大きい先端部３４とを備えている。

接点部材５０は、略板状の形状を有しており、その中央には、ピン４０が配置された領域を全てカバーできる大きさの接点部５１が形成されている。接点部５１には、接点部材５０の平面から突出する複数の導電部５２が形成されている。また、接点部５１の外側の４隅には、貫通穴５３が形成されている。

接点部５１の断面構造を図４に示す。図示するように、接点部５１は、導電部５２と絶縁部５４とを備えている。絶縁部５４は、平板形状を有しており、絶縁性部材、例えば、シリコーンによって形成される。複数の導電部５２は、相互に離間しており、絶縁部５４を厚み方向に貫通するとともに、絶縁部５４の両面から突出するように形成されている。本実施例では、導電部５２の配列間隔は、０．８ｍｍである。この導電部５２は、上述した加圧導電ゴムによって形成されている。かかる構成では、電子部品１２０に最大２ｋＶ程度の電圧が印可される場合であっても、絶縁破壊などの不具合は防止される。本実施例では、複数の導電部５２は、１つのピン４０と、複数の導電部５２とが接触可能な大きさ（面積）および間隔で形成されている。かかる構成によれば、本体３０と接点部材５０との位置関係が僅かにずれても、ピン４０と導電部５２とを確実に接触させることができる。それによって、フィードスルー２０の取り付け時における位置決め負担が軽減される。ただし、ピン４０と導電部５２とは、１対１の関係で接触するものであってもよい。

押圧部材６０は、押圧部６１と固定部６２とを備えている。押圧部６１は、板状形状を有しており、接点部材５０側の面は、接点部材５０を本体３０に向けて均一に押圧するた
めに平坦に形成されている。押圧部６１の両端は、中央部よりも厚みが小さくなっている。この両端部には、それぞれ、２つの貫通穴６３が形成されている。また、この両端部には、押圧部６１の位置を固定するための固定部６２がそれぞれ配置される。固定部には、それぞれ、２つの貫通穴６４が形成されている。貫通穴６４の各々の端部には、同一の方向に切り欠かれた切欠形状が形成されている。

かかるフィードスルー２０では、まず、突出部３１が貫通穴５３を貫通するように、接点部材５０を本体３０の真空側の面上に配置する。かかる状態を図５に示す。なお、図５では、押圧部６１は、図示を省略している。次に、接点部材５０の上にＦＰＣ１４０を配置する。ＦＰＣ１４０には、複数のピン４０のそれぞれに対応するランド１４１が形成されている。また、ランド１４１の外周には、突出部３１のそれぞれに対応する位置に貫通穴１４２が形成されている。ＦＰＣ１４０は、突出部３１がこの貫通穴１４２を貫通するように配置される。本実施例では、突出部３１の基部３２の高さは、接点部材５０およびＦＰＣ１４０の厚みとほぼ等しいように形成されている。つまり、本体３０上に接点部材５０およびＦＰＣ１４０を配置した際、ＦＰＣ１４０と、突出部３１の本体３０と反対側の端面とは、ほぼ同じ平面上に位置する。

次に、突出部３１が押圧部６１の貫通穴６３および固定部６２の貫通穴６４を貫通するように、ＦＰＣ１４０の上に押圧部材６０を配置する。本実施例では、突出部３１の小径部３３の高さは、押圧部６１および固定部６２の厚みとほぼ等しいように形成されている。つまり、押圧部６１および固定部６２を配置した際、固定部６２の押圧部６１と反対側の面と、先端部３４の小径部３３側の端面とは、ほぼ同じ平面上に位置する。そして、図６に示すように、固定部６２をスライドさせて、貫通穴６４の切欠形状に小径部３３を嵌合させる。このとき、押圧部６１および固定部６２は、基部３２と先端部３４との間に嵌合する。かかる構成によって、押圧部６１は、その面方向の位置および面に直交する方向の位置が固定される。それによって、本体３０と押圧部６１とに挟まれた、接点部材５０およびＦＰＣ１４０の位置も固定される。

かかるフィードスルー２０によれば、本体３０のピン４０と接点部材５０の導電部５２とが接触し、かつ、導電部５２と、ＦＰＣ１４０のランド１４１とが接触した状態で、導電部５２が押圧されて導通可能な状態になる。このため、ピン４０とＦＰＣ１４０とを電気的に接続できる。すなわち、真空装置１００の真空側と大気側とを電気的に接続できる。接点部材５０は、非常に薄いので、従来のピンによる接続と比べて、フィードスルー２０の鏡筒１５０の厚み方向の大きさを大幅に低減できる。しかもＦＰＣ１４０によって、配線の引き回しが大幅に簡素化される。したがって、フィードスルー２０および真空装置１００を小型化できる。真空装置１００の小型化は、排気装置などの関連装置の小型化や真空装置１００の製造コストの低減にも資する。

また、フィードスルー２０によれば、ピン４０は、本体３０の真空側の面から突出しているので、ピン４０と接触する導電部５２により大きな圧力を加えることができる。したがって、導電部５２の導電性をより確実に確保できる。さらに、導電部５２は、ピン４０側にも突出しているので、ピン４０と導電部５２とをより確実に接触させることができる。

さらに、フィードスルー２０によれば、突出部３１を位置決めピンとして使用し、接点部材５０、ＦＰＣ１４０および押圧部材６０に形成された貫通穴によって、位置決めを行うことができる。したがって、真空フィードスルーの取り付け時において、本体と接点部材との位置決め負担が軽減する。また、フィードスルー２０によれば、固定部６２をスライドさせるだけで、押圧部６１の位置を固定できるので、フィードスルー２０の取り付けが容易である。特に、真空環境下においては、作業員は、手袋などを装着した状態で作業
を行うことになるので、極めて単純な作業のみで押圧部６１を固定できる本実施例の構成は、非常に有効である。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：

押圧部材６０は、上述した構成に限らず、任意の方法で固定可能に構成されていてもよい。例えば、押圧部６１は、ボルトまたはナットによって、締結されてもよい。また、接点部材５０、ＦＰＣ１４０および押圧部材６０の位置決めのための構成は、任意の構成とすることができる。例えば、本体３０の真空側の面から、接点部材５０、ＦＰＣ１４０および押圧部材６０の外縁部の位置を規定するピンが突出し、そのピンの内側に接点部材５０、ＦＰＣ１４０および押圧部材６０を嵌め込んでもよい。

Ｂ−２．変形例２：
真空装置１００は、走査電子顕微鏡に限らず、任意の真空装置として実現可能である。例えば、真空装置１００は、他の分析試験装置（例えば、写像型電子顕微鏡）であってもよいし、真空薄膜形成装置（例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置）などであってもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

２０…フィードスルー
３０…本体
３１…突出部
３２…基部
３３…小径部
３４…先端部
４０…ピン
５０…接点部材
５１…接点部
５２…導電部
５３…貫通穴
５４…絶縁部
６０…押圧部材
６１…押圧部
６２…固定部
６３，６４…貫通穴
１００…真空装置
１１０…電子銃
１２０…電子部品
１３０…ピン
１４１…ランド
１４２…貫通穴
１５０…鏡筒
１６０…隔壁コラム
１６５…貫通穴
１８０…ケーシング

Claims (7)

1. 真空装置の真空側と大気側との電気的な接続を提供するための真空フィードスルーであって、
   前記真空側と前記大気側とを隔てる隔壁の一部を構成するための本体であって、該本体を厚み方向に貫通する導電性の複数のピンを有する本体と、
   前記本体の前記真空側の面上に配置される接点部材であって、
   絶縁性部材によって形成され、平板形状を有する絶縁部と、
   前記絶縁部を厚み方向に貫通し、前記絶縁部の両面のうちの、少なくとも前記本体と反対の側の面から突出するように形成されるとともに加圧導電ゴムによって形成された複数の導電部であって、前記ピンと接触するための導電部と
   を有する接点部材と、
   前記接点部材を前記本体側に押圧する押圧部材と
   を備え、
   前記押圧部材は、前記真空装置の電気部品に電気的に接続されるフレキシブルプリント基板を前記押圧部材と前記接点部材との間に挟んだ状態で、前記接点部材を前記本体側に押圧可能に構成された
   真空フィードスルー。
2. 請求項１に記載の真空フィードスルーであって、
   前記複数の導電部の各々は、前記絶縁部の両面から突出して形成された
   真空フィードスルー。
3. 請求項１または請求項２に記載の真空フィードスルーであって、
   前記複数のピンは、前記本体の前記真空側の面から突出している
   真空フィードスルー。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の真空フィードスルーであって、
   前記複数の導電部の各々は、前記複数のピンの１つと複数の前記導電部とが接触可能な大きさおよび間隔で形成されている
   真空フィードスルー。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の真空フィードスルーであって、
   前記本体は、前記複数のピンの外側において、前記真空側の面から突出する少なくとも２つの突出部を備え、
   前記接点部材および前記押圧部材には、前記突出部に対応する位置に、前記突出部を挿入可能な貫通穴が形成された
   真空フィードスルー。
6. 請求項５に記載の真空フィードスルーであって、
   前記押圧部材は、
   前記接点部材を押圧するための平坦な押圧面を有する押圧部と、
   前記押圧部よりも前記本体と反対の側に配置され、前記押圧部の位置を固定するための固定部と
   を備え、
   前記押圧部の外周側には、前記貫通穴としての第１の貫通穴が形成されており、
   前記固定部には、前記貫通穴としての第２の貫通穴が形成されており、
   前記突出部は、基部と、該基部よりも前記本体と反対の側に位置し、該基部よりも径が小さい小径部と、を備え、
   前記固定部の前記第２の貫通穴の端部には、前記小径部と嵌合する切欠形状が形成され
   た
   真空フィードスルー。
7. 真空装置であって、
   請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の真空フィードスルーと、
   前記フレキシブルプリント基板と
   を備えた真空装置。