JP6813048B2

JP6813048B2 - 質量分離器

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Publication number: JP6813048B2
Application number: JP2019059842A
Authority: JP
Inventors: 大樹高嶋; 一平西村
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: CN111755301A; JP2020161336A; TW202036654A; CN111755301B; TWI747194B; US11322342B2; US20200312651A1

Description

本発明は、イオンビーム照射装置に用いられる質量分離器に関するものである。

イオンビーム照射装置には、イオンビームから特定の質量及び価数のドーパントイオンを選別するための質量分離器が用いられている。

この質量分離器は、イオンビームの通り道であるビーム経路に磁場を発生させることで、イオンビームに含まれるイオンそれぞれが、質量及び価数の違いにより別々の半径で円軌道を描くことを利用したものである。

質量分離器の具体的な構成としては、特許文献１に示すように、所定の曲率で湾曲するビーム経路と、ビーム経路に磁場を発生させるコイルと、このコイルとともにビーム経路を取り囲む磁性体であるヨークとを備えている。

このようにビーム経路が湾曲しているので、イオン種によっては、上述した円軌道の半径が大き過ぎたり或いは小さ過ぎたりして、ビーム経路を形成する壁面に衝突して蓄積するものがある。

このことから、ビーム経路を定期的に清掃等のメンテナンスする必要があり、メンテナンス時には、ヨークを取り外してクレーンで持ち上げ、別の場所に移動させる作業が行われている。

しかしながら、このようにクレーンを用いてヨークを移動させると、作業が大掛かりになる。

特開２００８−０８４６７９号公報

そこで本発明は、作業を大掛かりにすることなく、ビーム経路の清掃等のメンテナンスをできるようにすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る質量分離器は、イオンビームの進行方向を曲げて、該イオンビームを質量分離する質量分離器であって、前記イオンビームの進行方向に沿って湾曲したビーム経路の周囲に設けられたコイルと、前記コイルとともに前記ビーム経路を取り囲む磁性体からなるヨークと、前記ヨークの構成要素であって、前記ビーム経路の上方に位置する上部ヨーク、又は、前記ビーム経路の下方に位置する下部ヨークの少なくとも一方を、前記イオンビームの進行中における通常位置と、上下方向から視て前記通常位置の少なくとも一部と重なり合わない退避位置との間で移動させるための移動機構とを具備することを特徴とするものである。

このように構成された質量分離器であれば、上部ヨークや下部ヨークを通常位置から退避位置に移動させるための移動機構を具備しているので、ビーム経路のメンテナンス時においてクレーン等の大掛かりな装置は不要であり、作業を大掛かりにすることなく、ビーム経路のメンテナンスをすることができる。

前記移動機構が、前記通常位置にある前記上部ヨーク又は前記下部ヨークに固定される固定部材と、前記固定部材を昇降させる昇降機構と、前記固定部材を回転移動させる回転機構とを有し、前記固定部材が、前記昇降機構により昇降し、前記回転機構により回転移動することで、前記固定部材に固定された前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが、前記通常位置と前記退避位置との間を移動するように構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、上部ヨークや下部ヨークが、昇降移動及び回転移動により通常位置と退避位置との間を移動するので、仮に取り外した上部ヨークや下部ヨークをビーム経路の径方向に沿って移動させる場合に比べて、作業者がビーム経路に臨んで作業できるスペースを大きく確保することができる。

前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが、前記ビーム経路に沿って少なくとも２つ設けられており、一方の前記上部ヨーク又は一方の前記下部ヨークが、前記通常位置から前記退避位置に移動する間に、他方の前記上部ヨーク又は他方の前記下部ヨークに重なり合った状態で固定され、他方の前記上部ヨーク又は他方の前記下部ヨークとともに前記退避位置に移動するように構成れていることが好ましい。
これならば、ヨークを構成する少なくとも２つの上部ヨークや下部ヨークを取り外す場合でも、これらを重ね合わせるので、作業スペースを大きく確保することができる。

前記移動機構が、湾曲した前記ビーム経路の径方向内側に配置されていることが好ましい。
このような配置であれば、省スペース化を図るとともに、ビーム経路の径方向外側のより広いスペースを作業スペースとして活用することができ、より作業性が良い。

前記ビーム経路が、所定の曲率を有し、前記回転機構により回転移動する前記固定部材の回転中心と、前記ビーム経路の曲率中心とが略一致していることが好ましい。
このような構成であれば、通常位置から取り外した上部ヨークや下部ヨークは、ビーム経路に沿って回転移動しながら退避位置に到達するので、この回転移動時や退避位置において、上部ヨークや下部ヨークを、ビーム経路の径方向内側或いは外側に可及的にはみ出さないようにすることができ、安全性や作業性の向上を図れる。

固定部材の回転中心とビーム経路の曲率中心とを略一致させるための具体的な構成としては、前記回転機構が、前記固定部材に連結された回転軸部材を有し、前記回転軸部材が、前記ビーム経路の曲率中心に設けられている構成が挙げられる。

前記昇降機構が、前記回転軸部材に沿って前記固定部材を昇降移動させることが好ましい。
このような構成であれば、移動機構をコンパクトな構成にすることができる。

前記移動機構が、前記固定部材に固定された前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが昇降移動又は回転移動して、所定の位置に到達した状態において、前記昇降機構による前記固定部材の昇降移動、又は、前記回転機構による前記固定部材の回転移動を規制する位置決め面を有していることが好ましい。
このような構成であれば、昇降機構や回転軸部材を手動で操作する場合であっても、上部ヨークや下部ヨークを簡単且つ確実に所定の位置に位置決めすることができる。

このように構成した本発明によれば、作業を大掛かりにすることなく、ビーム経路をメンテナンスすることができる。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置の全体構成を示す模式図。同実施形態の質量分離マグネット及び移動機構の構成を示す模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。同実施形態の移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。別の実施形態に係る移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。別の実施形態に係る移動機構を用いたヨークの取り外し方を説明する模式図。

以下に本発明に係る質量分離器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態の質量分離器１００は、図１に示すように、イオンビーム照射装置Ａを構成するものである。まず、このイオンビーム照射装置Ａについて簡単に説明する。

イオンビーム照射装置Ａは、例えば基板ＷにイオンビームＩＢを照射してイオン注入するイオン注入装置であり、具体的には、イオンビームＩＢを発生させるイオン源１と、イオンビームＩＢから特定の質量及び価数のドーパントイオンを選別する質量分離器１００とを備えている。なお、イオンビーム照射装置Ａは、イオン注入装置に限定されず、例えばイオンビームエッチング装置等であっても良い。

なお、イオンビーム照射装置Ａは、質量分離器１００から導出されたイオンビームＩＢを加速又は減速する加減速管や、この加減速管２の下流側に設けられて、イオンビームＩＢから特定のエネルギーのイオンを選別して導出するエネルギー分離器や、基板ＷをイオンビームＩＢの進行方向と交差する方向に移動させる基板駆動装置等をさらに備えていても良い。

イオンビームＩＢは、例えば一方向に長く、長さ方向と直交する方向に厚みを有する帯状（リボン状、あるいはシート状とも呼ばれている）のものであり、ここでは、イオンビームＩＢの進行方向をＺ方向とし、このＺ方向に実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。例えば、Ｘ方向は、イオンビームＩＢの厚み方向、Ｙ方向はイオンビームＩＢの長さ方向であり、Ｘ方向及びＺ方向は水平方向、Ｙ方向は鉛直方向である。なお、Ｙ方向は一定の方向であるが、Ｘ方向及びＺ方向は絶対的な方向ではなく、イオンビームＩＢの進行方向に沿って変化する（例えば図１、図２等参照）。

次に、質量分離器１００について説明する。

質量分離器１００は、図１に示すように、イオンビームＩＢの進行方向を曲げる質量分離マグネット１０と、質量分離マグネット１０の下流に設けられて、質量分離マグネット１０と協働して、イオンビームＩＢ中のドーパントイオンを通過させる分離スリット２０とを備えるものである。

より詳細に説明すると、質量分離マグネット１０は、図２に示すように、帯状のイオンビームＩＢの進行方向を、その厚み方向（Ｘ方向）に曲率を持つように曲げるものであり、具体的には、イオンビームＩＢの通り道であるビーム経路Ｌを形成する真空容器１１と、ビーム経路Ｌの周囲に設けられたコイル１２と、このコイル１２とともにビーム経路Ｌを取り囲む強磁性体からなるヨーク１３とを有している。

真空容器１１は、イオンビームＩＢの進行中に真空雰囲気に保たれて、その内部空間がビーム経路Ｌとして形成された非磁性体である。この真空容器１１内に形成されたビーム経路Ｌは、上下方向（Ｙ方向）から視て、所定の曲率で湾曲しており、この曲率半径での部分円弧状をなす。

コイル１２は、導線が巻回されてなるものであり、図３及び図４に示すように、イオンビームＩＢをＹ方向（イオンビームＩＢの長さ方向）から挟むようにして対向配置されている。そして、これらのコイル１２に電流を流すことにより、ビーム経路ＬにはＹ方向に沿った磁場が発生し、この磁場によりイオンビームＩＢの進行方向が曲げられる。

ヨーク１３は、真空容器１１の周囲、すなわちビーム経路Ｌの周囲に設けられており、外部への磁場の漏れを低減するものである。
具体的にこのヨーク１３は、図３及び図４に示すように、ビーム経路Ｌの上方に位置する上部ヨーク１３ａ、ビーム経路Ｌの下方に位置する下部ヨーク１３ｂ、ビーム経路Ｌの径方向外側に位置する側方ヨーク１３ｃ（以下、外側ヨーク１３ｃという）、ビーム経路Ｌの径方向内側に位置する側方ヨーク１３ｄ（以下、内側ヨーク１３ｄという）とから構成されており、ビーム経路Ｌの少なくも一部分の全周を取り囲んでいる。

この実施形態では、少なくとも上部ヨーク１３ａが、ヨーク１３全体から着脱可能に構成されており、ここでは複数枚（具体的には２枚）の上部ヨーク１３ａが、ビーム経路Ｌに沿って互いに隙間なく敷設されている。

然して、質量分離器１００は、図２〜図７に示すように、ここでは少なくとも上部ヨーク１３ａを、イオンビームＩＢの進行中における通常位置Ｐと、上下方向から視て通常位置Ｐの少なくとも一部と重なり合わない退避位置Ｑとの間で移動させるための移動機構３０をさらに具備している。

ここで、通常位置Ｐは、ヨーク１３全体が組み立てられている状態における上部ヨーク１３ａの位置であり、言い換えれば、下部ヨーク１３ｂ、外側ヨーク１３ｃ、及び内側ヨーク１３ｄとともに真空容器１１を取り囲んでいる状態における上部ヨーク１３ａの位置である。

一方、退避位置Ｑは、真空容器１１の内部空間、すなわちビーム経路Ｌが開放される位置であり、ビーム経路Ｌをメンテナンス可能な上部ヨーク１３ａの位置である。この実施形態では、上方から視て、上部ヨーク１３ａの全体が、当該上部ヨーク１３ａの通常位置Ｐと重なり合わない位置である。なお、ここではビーム経路Ｌをメンテナンス時に複数枚の上部ヨーク１３ａを通常位置Ｐから取り外すので、退避位置Ｑは、上方から視て、上部ヨーク１３ａの全体が、当該上部ヨーク１３ａの通常位置Ｐのみならず、別の上部ヨーク１３ａの通常位置Ｐとも重なり合わない位置である。

移動機構３０について具体的に説明すると、この移動機構３０は、その一部又は全体が質量分離マグネット１０に対して常設されたものであり、通常位置Ｐにある上部ヨーク１３ａに固定される固定部材３１と、固定部材３１を昇降させる昇降機構３２と、固定部材３１を回転移動させる回転機構３３とを有し、固定部材３１が、昇降機構３２によりが昇降し、回転機構３３により回転移動することで、固定部材３１に固定された上部ヨーク１３ａが、通常位置Ｐと退避位置Ｑとの間を移動するように構成されている。

ここでの移動機構３０は、図２に示すように、質量分離マグネット１０に対して、ビーム経路Ｌの径方向内側に設けられており、少なくとも一部が質量分離マグネット１０と一体的に設けられている。

固定部材３１は、上部ヨーク１３ａがふらつくことなく固定されるものであり、上部ヨーク１３ａの上面の少なくとも一部に接触する例えば平板状のものである。ここでは、上部ヨーク１３ａの複数個所に固定されるように構成されており、具体的にはボルト等の図示しない締結部材により上部ヨーク１３ａに締結される。なお、固定部材３１と上部ヨーク１３ａとの固定には、必ずしも締結部材を用いる必要はなく、固定できれば種々の方法を選択して構わない。また、固定部材３１は、必ずしも上部ヨーク１３ａに接触する必要はなく、例えば上部ヨーク１３ａの上面に図示しない連結部材を設けておき、この連結部材を介して固定部材３１が上部ヨーク１３ａに固定されても良い。

昇降機構３２は、固定部材３１を昇降させることにより、固定部材３１に固定された上部ヨーク１３ａを昇降移動させるものである。ここでの昇降機構３２は、手動式のものであり、例えば操作ハンドルＨを正回転させることで、固定部材３１が上昇し、操作ハンドルＨを逆回転させることで、固定部材３１が下降するように構成されている。なお、昇降機構３２としては、モータ等の動力源の動力により、固定部材３１を昇降させるものであっても良い。
この昇降機構３２は、上下方向に延びる軸部材３２１を有するものであり、この軸部材３２１に沿って固定部材３１が昇降移動するように構成されている。

回転機構３３は、固定部材３１を平面（水平面）内で回転移動させるものであり、固定部材３１に連結された回転自在な回転軸部材３３１を有し、ここでは回転軸部材３３１を手動で回転できるように構成されたものである。この回転軸部材３３１は、上述した軸部材３２１と共通した部材であり、固定部材３１を共通の軸部材３２１、３３１により昇降及び回転移動させることができる。なお、モータ等の動力源の動力により固定部材３１を回転移動させるものであっても良い。
この回転機構３３は、固定部材３１の回転中心が、ビーム経路Ｌの曲率中心Ｏと略一致するように構成されており、具体的には図２に示すように、回転軸部材３３１が、上方から視てビーム経路Ｌの曲率中心Ｏ上に設けられている。なお、回転軸部材３３１は、固定部材３１とは別体であっても良いし、固定部材３１と一体であっても良く、ここでは固定部材３１とともに昇降移動する。

以下、この移動機構３０を用いて、上部ヨーク１３ａを通常位置Ｐから、複数の途中位置を経て、退避位置Ｑへ移動させる方法について、図３〜図８を参照しながら説明する。なお、ここでは互いに隣接して配置された２枚の上部ヨーク１３ａ（以下、一方の上部ヨーク１３ａを第１ヨーク１３１といい、他方の上部ヨーク１３ａを第２ヨーク１３２という。また図３〜図８では符号１３ａの記載を省略してある。）を取り外す場合について説明するが、上部ヨーク１３ａの枚数はこれに限らず、１枚でも良いし、３枚以上であっても良い。また、図６〜図８では、コイル１２を省略してある。

まず、固定部材３１を第１ヨーク１３１の上方に移動させ、第１ヨーク１３１に固定する（図３（１）、図６（１））。ここでは、昇降機構３２により固定部材３１を第１ヨーク１３１と接触する位置まで下降させ、固定部材３１及び第１ヨーク１３１をボルト等の図示しない締結部材により締結する。

ここで、第１ヨーク１３１を第１ヨーク１３１に下降させる際に、下降させ過ぎると、固定部材３１や第１ヨーク１３１に過度な力が加わり、これらを傷つけたり、破損させたりする恐れがある。

そこで、本実施形態の移動機構３０は、図６〜図８に示すように、固定部材３１を下降させて、第１ヨークに接触した状態において、固定部材３１の下降を規制して位置決めする第１位置決め面ａ１を有している。
具体的に第１位置決め面ａ１は、回転軸部材３３１の周囲に設けられており、例えば上方を向く面である。また、昇降機構３２は、固定部材３１とともに昇降移動して、固定部材３１が第１ヨーク１３１に接触した場合に、第１位置決め面ａ１に当接する第１当接部ｂ１を有している。
これにより、第１当接部ｂ１が第１位置決め面ａ１に当接することで、固定部材３１が第１ヨーク１３１の上面に位置決めされる。

次に、昇降機構３２により固定部材３１を上昇させ、第１ヨーク１３１を通常位置Ｐから、通常位置Ｐにおける姿勢を維持したまま（すなわち、水平面内での位置を維持したまま）、通常位置Ｐの上方の第１途中位置Ｍ１に上昇させる（図３（２）、図６（２））。第１途中位置Ｍ１は、通常位置Ｐよりも少なくとも第２ヨーク１３２の厚み分上方であれば良く、第１ヨーク１３１の全体が第２ヨーク１３２の上方に位置すれば、通常位置Ｐから第１途中位置Ｍ１までの高さは作業の度に変わっても構わない。

続いて、回転軸部材３３１とともに固定部材３１を回転させ、第１ヨーク１３１を第１途中位置Ｍ１から、途中位置Ｍ１における高さを維持したまま、第２ヨーク１３２の上方に設定された第２途中位置Ｍ２に回転移動させる（図３（３）、図６（３））。なお、このときの第１ヨーク１３１は、上述したように、回転軸部材３３１がビーム経路Ｌの曲率中心Ｏに設けられていることから、ビーム経路Ｌの曲率半径と同じ曲率半径の円軌道に沿って回転移動することになる。

ここで、第２途中位置Ｍ２は、上方から視て、第１ヨーク１３１の少なくとも一部が第２ヨーク１３２と重なり合う位置であり、後述する第３途中位置Ｍ３の真上に設定されていることが好ましい。このことから、第１途中位置Ｍ１から第２途中位置Ｍ２までの回転角度は作業の度に変わらないことが好ましい。

そこで、本実施形態の移動機構３０は、図６〜図８に示すように、第１ヨーク１３１を第１途中位置Ｍ１から回転移動させて、第２途中位置Ｍ２に到達した状態において、固定部材３１の回転移動を規制して、第１ヨーク１３１を第２途中位置Ｍ２に位置決めする第２位置決め面ａ２を有している。
具体的に第２位置決め面ａ２は、回転軸部材３３１の周囲に設けられており、例えば回転軸部材３３１に沿って起立した面である。また、回転機構３３は、固定部材３１とともに回転移動して、第１ヨーク１３１が第１途中位置Ｍ１にある状態から、固定部材３１が所定角度回転移動した場合に、第２位置決め面ａ２に当接する第２当接部ｂ２を有している。
この所定角度が、第１途中位置Ｍ１から第２途中位置Ｍ２までの回転角度にあたり、第２当接部ｂ２が第２位置決め面ａ２に当接することで、第１ヨーク１３１が第２途中位置Ｍ２に位置決めされる。

次いで、昇降機構３２により固定部材３１を下降させ、第１ヨーク１３１を第２途中位置Ｍ２から、第２途中位置Ｍ２における姿勢を維持したまま、第３途中位置Ｍ３に下降させる（図４（４）、図７（４））。第３途中位置Ｍ３は、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を連結可能な第１ヨーク１３１の位置であり、第１ヨーク１３１の下面が、第２ヨーク１３２又は第２ヨーク１３２に設けられた連結部材３４に接触する位置である。

この実施形態では、第２ヨーク１３２の上面に連結部材３４が設けられており、この連結部材３４に第１ヨーク１３１をボルト等の図示しない締結部材で締結できるようにしてある。なお、連結部材３４を介すことなく、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を直接連結しても良いし、第２ヨーク１３２を固定部材３１に連結することで、固定部材３１を介して第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を連結しても良い。

ここで、第１ヨーク１３１を第２途中位置Ｍ２から第３途中位置Ｍ３に下降させる際に、誤って第３途中位置Ｍ３よりもさらに下降させようとすると、第２ヨーク１３２や連結部材３４に過度な力が加わり、これらを傷つけたり、破損させたりする恐れがある。

そこで、本実施形態の移動機構３０は、図６〜図８に示すように、第１ヨーク１３１を第２途中位置Ｍ２から下降させて、第３途中位置Ｍ３に到達した状態において、固定部材３１の下降を規制して、第１ヨーク１３１を第３途中位置Ｍ３に位置決めする第３位置決め面ａ３を有している。
具体的に第３位置決め面ａ３は、回転軸部材３３１の周囲に設けられており、例えば上述した第２位置決め面ａ２に連続する上方を向く面である。また、昇降機構３２は、固定部材３１とともに昇降移動して、第１ヨーク１３１が第２途中位置Ｍ２にある状態から、固定部材３１が所定距離下降した場合に、第３位置決め面ａ３に当接する第３当接部ｂ３を有している。なお、ここでの第３当接部ｂ３は、上述した第２当接部ｂ２と共通の部材に形成されている。
この所定距離が、第２途中位置Ｍ２から第３途中位置Ｍ３までの移動距離にあたり、第３当接部ｂ３が第３位置決め面ａ３に当接することで、第１ヨーク１３１が第３途中位置Ｍ３に位置決めされる。

第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を連結して、固定部材３１、第１ヨーク１３１、及び第２ヨーク１３２を一体化させた後、昇降機構３２により再び固定部材３１を上昇させ、第１ヨーク１３１を第３途中位置Ｍ３から、第３途中位置Ｍ３における姿勢を維持したまま、第４途中位置Ｍ４に上昇させる（図４（５）、図７（５））。この第４途中位置Ｍ４は、一体化された固定部材３１、第１ヨーク１３１、及び第２ヨーク１３２の全体が、質量分離マグネット１０よりも上方、より具体的にはコイル１２の上方に位置するように設定されていれば良く、第３途中位置Ｍ３から第４途中位置Ｍ４まで高さは作業の度に変わっても構わない。

そして、第４途中位置Ｍ４にある第１ヨーク１３１を少なくとも回転移動させて退避位置Ｑに移動させるわけだが、ここでは第１ヨーク１３１を第４途中位置Ｍ４から第５途中位置Ｍ５に移動させた後、第５途中位置Ｍ５から下降させた位置を退避位置Ｑとしている。なお、第４途中位置Ｍ４から回転移動させた位置を退避位置Ｑとしても良い。

具体的には、第１ヨーク１３１が第４途中位置Ｍ４にある状態において、回転軸部材３３１とともに固定部材３１を回転移動させ、第１ヨーク１３１を第４途中位置Ｍ４から、第４途中位置にある高さを維持したまま、第５途中位置Ｍ５に回転移動させる（図５（６）、図８（６））。第４途中位置Ｍ４は、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２が、上方から視て、第１ヨーク１３１の通常位置Ｐ及び第２ヨーク１３２の通常位置Ｐの双方に重ならないように設定されている。

ここで、第４途中位置Ｍ４から第５途中位置Ｍ５までの回転角度が小さ過ぎると、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２が、上方から視て、第２ヨーク１３２の通常位置Ｐに重なってしまうし、回転角度が大き過ぎると、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を不要に回転移動させることになる。

そこで、本実施形態の移動機構３０は、図６〜図８に示すように、第１ヨーク１３１を第４途中位置Ｍ４から回転移動させて、第５途中位置Ｍ５に到達した状態において、固定部材３１の回転移動を規制して、第１ヨーク１３１を第５途中位置Ｍ５に位置決めする第４位置決め面ａ４を有している。
具体的に第４位置決め面ａ４は、回転軸部材３３１の周囲に設けられており、例えば回転軸部材３３１に沿って起立した面である。また、回転機構３３は、固定部材３１とともに回転移動して、第１ヨーク１３１が第４途中位置Ｍ４から所定角度回転移動した場合に、第４位置決め面ａ４に当接する第４当接部ｂ４を有している。なお、ここでの第４当接部ｂ４は、上述した第２当接部ｂ２や第３当接部ｂ３と共通の部材に形成されている。
そして、この所定角度が、上方から視て、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２が第１ヨーク１３１の通常位置Ｐ及び第２ヨーク１３２の通常位置Ｐの双方に重ならないために必要な回転角度以上に設定されており、第４当接部ｂ４が第４位置決め面ａ４に当接することで、第１ヨーク１３１が第５途中位置Ｍ５に位置決めされる。

このように第１ヨーク１３１を第５途中位置Ｍ５に到達させた状態において、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２は、上方から視て、第１ヨーク１３１の通常位置Ｐ及び第２ヨーク１３２の通常位置Ｐの双方に重ならず、例えば真空容器１１の蓋体などを取り外すことで、ビーム経路Ｌを清掃等のメンテナンスすることができる。しかし、この第５途中位置Ｍ５にある第１ヨーク１３１は、第４途中位置Ｍ４の方向には自由に回転移動できる状態であり、メンテナンス中に干渉する等して、意図せず回転移動しまう可能性がある。

そこで、本実施形態の移動機構３０は、図６〜図８に示すように、第１ヨーク１３１を第５途中位置Ｍ５から下降させて、退避位置Ｑに到達した状態において、固定部材３１の下降を規制するとともに、固定部材３１の回転移動を規制する位置決め溝ａ５を有している。
具体的に位置決め溝ａ５は、回転軸部材３３１の周囲に設けられており、例えば上述した第４位置決め面ａ４を利用して形成された上向きの凹部である。また、昇降機構３２は、固定部材３１とともに昇降移動して、第１ヨーク１３１が第５途中位置Ｍ５から所定距離下降した場合に、位置決め溝４ａに収容される被収容部ｂ５を有している。なお、ここでの被収容部ｂ５は、上述した第２当接部ｂ２、第３当接部ｂ３、及び第４当接部ｂ４と共通の部材に形成されている。
この所定距離が、第５途中位置Ｍ５から退避位置Ｑまでの移動距離にあたり、被収容部ｂ５が位置決め溝ａ５に収容されることで、第１ヨーク１３１が退避位置Ｑに到達した状態において、固定部材３１の回転移動及び固定部材３１の下降が規制される。

このように、昇降機構３２により固定部材３１を下降させ、第１ヨーク１３１を第５途中位置Ｍ５から、第５途中位置にある姿勢を維持したまま、退避位置Ｑに下降させると、図８に示すように、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２が、上方から視て、第１ヨーク１３１の通常位置Ｐ及び第２ヨーク１３２の通常位置Ｐの双方に重なっておらず、例えば真空容器１１の蓋体などを取り外すことで、ビーム経路Ｌを清掃等のメンテナンスすることができる。

なお、メンテナンス後、上部ヨーク１３ａを退避位置Ｑから通常位置Ｐに移動させる際においても、上述した移動機構３０を用いることができ、この場合は、上部ヨーク１３ａを取り外す手順とは逆の順で複数の途中位置を辿ることで、退避位置Ｑから通常位置Ｐに移動させることができる。

このように構成された質量分離器１００によれば、移動機構３０を用いて上部ヨーク１３ａを退避位置Ｑに移動させることができるので、ビーム経路Ｌのメンテナンス時においてクレーン等の大掛かりな装置は不要であり、作業を大掛かりにすることなく、ビーム経路Ｌをメンテナンスすることができる。
しかも、通常位置Ｐから取り外した上部ヨーク１３ａを回転移動させながら退避位置Ｑに到達させるので、仮に取り外した上部ヨーク１３ａをビーム経路Ｌの径方向に沿ってスライド移動させる場合に比べて、作業者がビーム経路Ｌに臨んで作業できるスペースを大きく確保することができる。

また、２つの上部ヨーク１３ａを取り外す際に、これらを重ね合わせて固定できるので、作業スペースを大きく確保することができる。

さらに、移動機構３０がビーム経路Ｌの径方向内側に配置されているので、省スペース化を図りつつも、ビーム経路Ｌの径方向外側のより広いスペースを有効に活用することができる。

加えて、回転軸部材３３１による固定部材３１の回転中心が、ビーム経路Ｌの曲率中心Ｏと略一致しているので、通常位置Ｐから取り外した第１ヨーク１３１や第２ヨーク１３２は、ビーム経路Ｌに沿って回転移動しながら退避位置Ｑに到達する。これにより、この回転移動時や退避位置Ｑにおいて、第１ヨーク１３１や第２ヨーク１３２をビーム経路Ｌの径方向内側或いは径方向外側に可及的にはみ出さないようにすることができ、安全性や作業性の向上を図れる。

そのうえ、移動機構３０が、第１ヨーク１３１を第２途中位置Ｍ２に位置決めする第２位置決め面ａ２や、第３途中位置Ｍ３に位置決めする第３位置決め面ａ３や、第５途中位置Ｍ５に位置決めする第４位置決め面ａ４や、退避位置Ｑに位置決めする位置決め溝ａ５を有しているので、昇降機構３２や回転軸部材３３１を手動で操作する構成において、第１ヨーク１３１を簡単且つ確実に所定の第２途中位置Ｍ２や第３途中位置Ｍ３や第５途中位置Ｍ５や退避位置Ｑに位置決めすることができ、作業性の向上を図れる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、複数の上部ヨーク１３ａを重ね合わせて一体的にした状態で、退避位置Ｑに回転移動させていたが、図９に示すように、複数の上部ヨーク１３ａを重ね合わせることなく、退避位置Ｑに回転移動させても良い。
また、図１０に示すように、互いに逆向きの円軌道に沿って回転移動させて退避位置Ｑに移動させても良い。

さらに、これまでは移動機構３０を用いて上部ヨーク１３ａを取り外す場合について説明したが、この移動機構３０を用いて下部ヨーク１３ｂを取り外しても良いし、側方ヨーク１３ｃ、１３ｄを取り外しても良い。

そのうえ、移動機構３０は、質量分離マグネット１０に対して必ずしも径方向内側に設ける必要はなく、径方向外側に設けても良い。

また、回転軸部材３３１は、必ずしもビーム経路Ｌの曲率中心Ｏに設ける必要はなく、例えば曲率中心Ｏの近傍や、曲率中心Ｏとは離れた位置に設けても良い。

さらに、移動機構３０は、上部ヨーク１３ａや下部ヨーク１３ｂを昇降移動及び回転移動させるものに限らず、昇降移動及び並進移動させることで上部ヨーク１３ａや下部ヨーク１３ｂを通常位置Ｐと退避位置Ｑとの間で移動させるように構成されていても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・質量分離器
１０・・・質量分離マグネット
２０・・・分離スリット
Ｌ・・・ビーム経路
１１・・・真空容器
１２・・・コイル
１３・・・ヨーク
１３ａ・・・上部ヨーク
１３ｂ・・・下部ヨーク
３０・・・移動機構
３１・・・固定部材
３２・・・昇降機構
３３・・・回転機構
１３１・・・第１ヨーク
１３２・・・第２ヨーク
Ｐ・・・通常位置
Ｑ・・・退避位置
Ｏ・・・曲率中心

Claims

イオンビームの進行方向を曲げて、該イオンビームを質量分離する質量分離器であって、
前記イオンビームの進行方向に沿って湾曲したビーム経路の周囲に設けられたコイルと、
前記コイルとともに前記ビーム経路を取り囲む磁性体からなるヨークと、
前記ヨークの構成要素であって、前記ビーム経路の上方、下方、又は側方に位置する上部ヨーク、下部ヨーク、又は側方ヨークの少なくとも何れかを、前記イオンビームの進行中における通常位置と、前記通常位置の少なくとも一部と重なり合わない退避位置との間で移動させるための移動機構とを具備する、質量分離器。
前記移動機構が、
前記通常位置にある前記上部ヨーク又は前記下部ヨークに固定される固定部材と、
前記固定部材を昇降させる昇降機構と、
前記固定部材を回転移動させる回転機構とを有し、
前記固定部材が、前記昇降機構により昇降し、前記回転機構により回転移動することで、前記固定部材に固定された前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが、前記通常位置と前記退避位置との間を移動する、請求項１記載の質量分離器。
前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが、前記ビーム経路に沿って少なくとも２つ設けられており、
一方の前記上部ヨーク又は一方の前記下部ヨークが、前記通常位置から前記退避位置に移動する間に、他方の前記上部ヨーク又は他方の前記下部ヨークに重なり合った状態で固定され、他方の前記上部ヨーク又は他方の前記下部ヨークとともに前記退避位置に移動するように構成れている、請求項１又は２記載の質量分離器。
前記移動機構が、湾曲した前記ビーム経路の径方向内側に配置されている、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の質量分離器。
前記ビーム経路が、所定の曲率を有し、
前記回転機構により回転移動する前記固定部材の回転中心と、前記ビーム経路の曲率中心とが略一致している、請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の質量分離器。
前記回転機構が、前記固定部材に連結された回転軸部材を有し、
前記回転軸部材が、前記ビーム経路の曲率中心に設けられている、請求項５記載の質量分離器。
前記昇降機構が、前記回転軸部材に沿って前記固定部材を昇降移動させる、請求項６記載の質量分離器。
前記移動機構が、
前記固定部材に固定された前記上部ヨーク又は前記下部ヨークが昇降移動又は回転移動して、所定の位置に到達した状態において、前記昇降機構による前記固定部材の昇降移動、又は、前記回転機構による前記固定部材の回転移動を規制する位置決め面を有している、請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の質量分離器。