JPH11250846A - イオン源およびそのフィラメント交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 真空に排気されたイオン源や当該イオン源を
取り付けた処理室容器の内部を大気圧に戻すことなくフ
ィラメントの交換を可能にする。 【解決手段】 フランジ付電流導入端子３２とプラズマ
生成容器４の開口部５２との間に、電流導入端子２８及
びフィラメント６が通る開口部４４、４８を有する真空
弁４０を設け、その側部には真空弁の真空側と大気側と
を連通させるバイパス経路と、それを開閉する補助弁と
を設け、真空弁の大気側に、フランジ付電流導入端子の
頭部を覆うように補助真空容器５８を着脱可能に取り付
ける。補助真空容器は、フランジ付電流導入端子及びフ
ィラメントを内部に収納可能である。フランジ付電流導
入端子に結合してそれをフィラメントと共に抜き差しす
る操作軸６０を補助真空容器に取り付け、補助真空容器
の内外を仕切るベント弁６２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば液晶ディ
スプレイの製造、被処理物に対するイオン注入、表面処
理等に用いられるものであって、フィラメントを有する
イオン源およびそのフィラメント交換方法に関し、より
具体的には、真空に排気されたイオン源や当該イオン源
を取り付けた処理室容器の内部を大気圧に戻すことなく
フィラメントの交換を可能にする手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来のイオン源を備えるイオン
ビーム照射装置の一例を示す概略図である。処理室容器
２０にイオン源２が取り付けられており、この処理室容
器２０およびイオン源２（より具体的にはそのプラズマ
生成容器４）の内部は、処理室容器２０に接続された真
空排気装置２２によって一括して真空に排気される。処
理室容器２０内には、基板等の被処理物２４が収納され
る。

【０００３】イオン源２は、この例ではプラズマ閉じ込
めにカスプ磁場を用いるバケット型イオン源であり、プ
ラズマ生成容器４内に熱電子放出用の１以上のフィラメ
ント６が配置されている。プラズマ生成容器４内に所望
のガスを導入し、フィラメント６を加熱すると共にフィ
ラメント６とプラズマ生成容器４との間に直流のアーク
放電電圧を印加すると、フィラメント６とプラズマ生成
容器４との間にアーク放電が生じ、それによって導入ガ
スが電離されてプラズマ１６が生成される。プラズマ生
成容器４の周りに設けた多数の永久磁石１３はカスプ磁
場（多極磁場）を形成し、プラズマ１６の閉じ込めに寄
与する。このプラズマ１６から、１枚以上の電極を有す
る引出し電極系１４によってイオンビーム１８が引き出
される。このイオンビーム１８は、この例では上記被処
理物２４に照射されてイオン注入等の処理が行われる。

【０００４】上記フィラメント６は、寿命や破損等によ
って交換する必要がある。このフィラメント６の交換を
容易にするために、このイオン源２では、実開昭６３−
７０６５１号公報にも開示されているように、２本の電
流導入端子８を一つのフランジ１０に取り付けたフラン
ジ付電流導入端子１２を用い、この電流導入端子８の先
端部にフィラメント６を取り付けている。

【０００５】この構造によれば、プラズマ生成容器４か
らフランジ付電流導入端子１２を取り外す（具体的には
引き抜く）ことによってフィラメント６の交換を行うこ
とができるので、イオン源２を解体せずに済み、フィラ
メント交換が比較的容易になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記イオン源
２では、フィラメント交換時にフランジ付電流導入端子
１２を引き抜くために、当該イオン源２の内部、具体的
にはプラズマ生成容器４の内部およびそれにつながる処
理室容器２０の内部を大気圧に戻す（即ちベントする）
必要がある。大気圧に戻すには、例えば処理室容器２０
側からそれらの内部にベント気体（例えば清浄空気や乾
燥窒素ガス等）を徐々に導入しなければならないので比
較的長時間を要する。また、フィラメント交換後は、処
理室容器２０およびイオン源２内を再び真空に排気しな
ければならず、それらの容積、特に処理室容器２０の容
積が大きいので、真空排気にも長時間を要する。

【０００７】また、フランジ付電流導入端子１２を取り
外すとその後の開口部からプラズマ生成容器４内に大気
が入り込み、この大気に含まれている水分や埃等がプラ
ズマ生成容器４内に、ひいては処理室容器２０内にも入
り込み、それらが容器内壁等に付着するので、フィラメ
ント交換後のイオン源２および処理室容器２０内の真空
の立ち上がりが遅くなる。また、上記水分や埃等の存在
によって、フィラメント交換後にイオン源２の動作が安
定するまでに長時間がかかり、イオン源２の立ち上げも
遅くなる。

【０００８】そこでこの発明は、真空に排気されたイオ
ン源や当該イオン源を取り付けた処理室容器の内部を大
気圧に戻すことなくフィラメントの交換を可能にするこ
とを主たる目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン源
の一つは、２本の電流導入端子を一つのフランジに取り
付けていてこの電流導入端子の先端部に前記フィラメン
トが取り付けられたフランジ付電流導入端子と、このフ
ランジ付電流導入端子のフランジと前記プラズマ生成容
器の開口部との間に設けられていて電流導入端子および
フィラメントが通る開口部を有する真空弁と、この真空
弁の真空側と大気側とを連通させるバイパス経路と、こ
のバイパス経路を開閉する補助弁と、前記真空弁の大気
側にフランジ付電流導入端子の頭部を覆うように着脱可
能に取り付けられるものであってフランジ付電流導入端
子およびそれに取り付けられたフィラメントを内部に収
納可能な補助真空容器と、この補助真空容器に取り付け
られていてフランジ付電流導入端子に結合してフランジ
付電流導入端子をフィラメントと共に抜き差しする操作
軸と、前記補助真空容器の内外を仕切るベント弁とを備
えることを特徴としている（請求項１）。

【００１０】上記構成によれば、補助真空容器を真空弁
に取り付け、補助弁を開いてバイパス経路を経由して補
助真空容器内をプラズマ生成容器側から真空排気し、操
作軸をフランジ付電流導入端子に結合させることによっ
て、プラズマ生成容器内を大気圧に戻すことなく、フラ
ンジ付電流導入端子をフィラメントと共に補助真空容器
内に引き抜くことができる。そして、真空弁および補助
弁を閉じ、ベント弁を開いて補助真空容器内をほぼ大気
圧に戻すことによって、補助真空容器をフランジ付電流
導入端子およびフィラメントと共に取り外すことができ
る。これによって、イオン源の外部においてフィラメン
ト交換を簡単に行うことができる。

【００１１】フィラメント交換後は、上記とほぼ逆の手
順によって、プラズマ生成容器内を大気圧に戻すことな
く、フランジ付電流導入端子の電流導入端子およびフィ
ラメントをプラズマ生成容器内に挿入することができ
る。

【００１２】このようにして、真空に排気されたイオン
源や当該イオン源を取り付けた処理室容器の内部を大気
圧に戻すことなくフィラメントの交換を行うことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
のフランジ付電流導入端子周りの一例を示す断面図であ
る。図２は、図１のフランジ付電流導入端子周りを右側
から見て拡大して示す断面図である。イオン源全体の構
成や当該イオン源と処理室容器との関係は、例えば図４
に示したものと同様であるのでそれを参照するものと
し、以下においては従来のイオン源との相違点を主に説
明する。

【００１４】この発明に係るイオン源は、２本の電流導
入端子２８を一つのフランジ３０に取り付けたフランジ
付電流導入端子３２を有している。フランジ３０と各電
流導入端子２８との間は絶縁物３４によってそれぞれ電
気的に絶縁されている。また、電流導入端子２８がフラ
ンジ３０を貫通する部分は、図示しないパッキンによっ
て真空シールされている。両電流導入端子２８の先端部
に前述したフィラメント６が着脱可能に取り付けられて
いる。両電流導入端子２８の頭部にはねじ穴３６がそれ
ぞれ設けられている。

【００１５】このフランジ付電流導入端子３２のフラン
ジ３０と前述したプラズマ生成容器４の開口部５２との
間に、両者３０、５２間を仕切る真空弁４０が設けられ
ている。この真空弁４０は、この例では、円筒状のハウ
ジング４２内に円柱状の弁体４６を矢印Ａ、Ｂに示すよ
うに約９０度回転可能に挿入した構造をしている。弁体
４６の端部には操作レバー５０が取り付けられている。
ハウジング４２および弁体４６は、前記電流導入端子２
８およびフィラメント６が通る（貫通する）開口部４４
および４８をそれぞれ有している。８０〜８８は真空シ
ール用のパッキン（例えばＯリング）である。図１およ
び図２は真空弁４０の開状態を示しており、弁体４６を
図示状態から矢印Ｂ方向に約９０度回転させると、長円
形状のパッキン８０が開口部４４の上部を塞いで閉状態
になる。

【００１６】この真空弁４０の上面には、複数本（例え
ば４本）の固定兼ガイドピン５４が立設されており、フ
ランジ３０の穴３１をこの固定兼ガイドピン５４に通し
て固定ねじ５６を締め付けることによって、フランジ付
電流導入端子３２を真空弁４０に固定することができ
る。図１はこの固定ねじ５６を取り外した状態を示し、
図３はそれを取り付けた状態を示す。

【００１７】真空弁４０の側部には、この例では図２に
示すように、当該真空弁４０の真空側と大気側とを、即
ち真空排気されるプラズマ生成容器４の開口部５２につ
ながる側とハウジング４２の外部の大気側とを連通させ
るバイパス経路７０が設けられている。このバイパス経
路７０の一端はハウジング４２の開口部４４を経由して
プラズマ生成容器４の開口部５２に連通しており、他端
はハウジング４２の上面に連通している。弁体４６に
も、この例のようにバイパス経路７０の一部を構成する
穴７１を設けておくのが好ましく、そのようにすればバ
イパス経路７０のコンダクタンスをより高めることがで
きる。

【００１８】真空弁４０の側面部には、この例では図２
に示すように、上記バイパス経路７０を開閉する補助弁
７２が設けられている。この補助弁７２は、ハウジング
７４内に矢印Ｅ、Ｆに示すように前後動可能に収納され
た弁体７６を有している。つまみ７８を左右に回すこと
によって、弁体７６を上記のように動かすことができ
る。弁体７６を矢印Ｆ方向に前進させると、弁体７６に
取り付けられたパッキン８７がバイパス経路７０を塞ぐ
のでバイパス経路７０は閉になり、弁体７６を矢印Ｅ方
向に後退させると、バイパス経路７０はハウジング７４
内の空間を通してつながるのでバイパス経路７０は開に
なる。

【００１９】真空弁４０の大気側に、かつフランジ付電
流導入端子３２の頭部を覆うように、補助真空容器５８
が着脱可能に取り付けられる。この補助真空容器５８の
下端面と真空弁４０の上面との間は前記パッキン８５に
よって真空シールされる。図１および図２は補助真空容
器５８を取り付けた状態を示し、図３は補助真空容器５
８を取り外した状態を示す。この補助真空容器５８は、
フランジ付電流導入端子３２およびそれに取り付けられ
たフィラメント６を、後述するようにしてそれらを矢印
Ｃ方向に引き抜いた時に、それらを内部に収納可能な長
さＬを有している。即ち、フランジ付電流導入端子３２
の先端部にフィラメント６を取り付けたものの全長より
も内部の長さＬを長くしている。

【００２０】この補助真空容器５８は、この例では、図
２に示すように、四つ（図２ではその内の二つが表され
ている）の固定金具９０によって真空弁４０に着脱可能
に取り付けられる。各固定金具９０は、真空弁４０の側
面部に取り付けられたフック９２と、それに係合するリ
ンク９４と、矢印Ｇ、Ｈのように開閉することによって
リンク９４の係合を強めたり外したりするレバー９６と
を有している。

【００２１】補助真空容器５８には、その天井部を貫通
していて矢印Ｃ、Ｄに示すように抜き差し可能に操作軸
６０が取り付けられている。この貫通部は前述したパッ
キン８６によって真空シールされている。この操作軸６
０の先端部は、フランジ付電流導入端子３２に結合可能
である。具体的にはこの例では、前述したように各電流
導入端子２８の頭部にねじ穴３６を設けており、その内
の一方のねじ穴３６に操作軸６０の先端部の雄ねじ部が
螺合可能である。図１および図２は螺合した状態を示
す。その状態で操作軸６０を矢印Ｃ、Ｄに示すように抜
き差しすることによって、フランジ付電流導入端子３２
をフィラメント６と共に抜き差しすることができる。勿
論その場合は前記固定ねじ５６は外しておく。

【００２２】補助真空容器５８の側面部には、当該補助
真空容器５８の内外を仕切るベント弁６２が設けられて
いる。この例ではこのベント弁６２を通して補助真空容
器５８内にベント気体６４を導入することができる。こ
のベント気体６４は、単なる大気でも良いし、清浄空気
や乾燥窒素ガス等でも良い。

【００２３】更にこの例では、補助真空容器５８内のベ
ントや真空排気の状態確認用に、補助真空容器５８の側
面部に、補助真空容器５８内の圧力を計測する圧力計６
６を取り付けている。但しこの圧力計６６を設けるか否
かは任意である。

【００２４】なお、このイオン源では、図３に示すよう
に、フランジ付電流導入端子３２の頭部に、着脱可能な
水冷ブロック１００を取り付けて、フランジ付電流導入
端子３２の冷却を行うことができるようにしている。こ
の図３では、前述した補助真空容器５８は取り外してい
る。また固定ねじ５６は締め付けている。水冷ブロック
１００は、両電流導入端子２８の頭部に、前記ねじ穴３
６およびそれに螺合する固定ねじ１１０を用いて着脱可
能に取り付けられる二つの水冷端子１０２と、この水冷
端子１０２にそれぞれ接合された水冷パイプ１０４と、
両水冷パイプ１０４間を接続して冷却水１０６を流す絶
縁パイプ１０８とを有している。一方の水冷パイプ１０
４から冷却水１０６が供給され、他方の水冷パイプ１０
４から排出される。また、この例では、各水冷端子１０
２に、フィラメント６への給電用のリード線１１２がそ
れぞれ取り付けられている。

【００２５】図３の状態で、このイオン源を動作させて
イオンビーム１８（図４参照）の引き出しを行うことが
できる。

【００２６】なお、一つのプラズマ生成容器４内に複数
本のフィラメント６を設ける場合は、各フィラメント６
について上記のような構造を採用すれば良い。その場
合、補助真空容器５８およびそれに取り付けられた操作
軸６０、ベント弁６２、圧力計６６、更には図５に示す
例の真空ポンプ１１６等は、各フィラメント６用にそれ
ぞれ設けても良いし、一つのものを共用するようにして
も良い。

【００２７】フィラメント６の交換は、例えば次の工程
で行う。

【００２８】まずこの例では、図３に示した水冷ブロッ
ク１００をフランジ付電流導入端子３２の頭部から取り
外す。これによって、水冷ブロック１００およびそれに
接続された水冷パイプ１０４やリード線１１２が邪魔に
ならなくなるので、補助真空容器５８の取り付けが可能
になる。

【００２９】次にフランジ付電流導入端子３２を固定し
ている固定ねじ５６を取り外す。これによって、真空弁
４０に対するフランジ付電流導入端子３２の固定が解除
され、フランジ付電流導入端子３２の引き抜きが可能に
なる。なお、固定ねじ５６を取り外しても、フランジ付
電流導入端子３２のフランジ３０は真空弁４０の内外の
圧力差（ほぼ大気圧）によって真空弁４０側に押し付け
られているので、真空漏れは生じない。

【００３０】次に図１および図２に示すように、補助真
空容器５８を真空弁４０の大気側、すなわち上部に、フ
ランジ付電流導入端子３２の頭部を覆うように取り付け
る。この取り付けには前述した固定金具９０を使用す
る。これによって、補助真空容器５８の内部は外部の大
気側と隔離される。

【００３１】次に補助弁７２を開いてバイパス経路７０
を経由して、補助真空容器５８内を、真空排気されたプ
ラズマ生成容器４側から真空排気する。即ち、プラズマ
生成容器４内は、前述した（図４参照）処理室容器２０
と共に真空排気装置２２によって真空排気されているの
で、補助弁７２を開くことによって、補助真空容器５８
内はバイパス経路７０を経由してプラズマ生成容器４側
から真空排気される。これによって、フランジ付電流導
入端子３２の外側と真空弁４０の内側との圧力差が殆ど
なくなるので、フランジ付電流導入端子３２を操作軸６
０によって簡単に引き抜くことが可能になる。その場
合、補助真空容器５８の容積は、前述したように、フィ
ラメント６を取り付けたフランジ付電流導入端子３２を
内部に引き抜くことができれば良いので、プラズマ生成
容器４および処理室容器２０の合計容積よりも遙かに小
さくて済む。従ってこの補助真空容器５８内の真空排気
は、従来例のようにプラズマ生成容器４内および処理室
容器２０内を真空排気する場合に比べて、遙かに短時間
で行うことができる。

【００３２】次に操作軸６０を補助真空容器５８内に矢
印Ｄ方向に挿入してその先端部を電流導入端子２８の頭
部のねじ穴３６に螺合させて、当該操作軸６０とフラン
ジ付電流導入端子３２とを結合させる。図１および図２
は、例えばこの状態を示している。

【００３３】次に操作軸６０を矢印Ｃ方向に引き抜くこ
とによって、その先端部に結合されたフランジ付電流導
入端子３２をフィラメント６と共に補助真空容器５８内
に引き抜く（抜き出す）。このフランジ付電流導入端子
３２の引き抜きによって、真空弁４０を閉じることが可
能になる。なお、フランジ付電流導入端子３２をこのよ
うに引き抜いても、前述したように先に補助真空容器５
８を被せてその内部を真空排気しているので、真空弁４
０内ひいてはプラズマ生成容器４および処理室容器２０
内に大気が流入することはない。

【００３４】次に真空弁４０および補助弁７２を閉じ
る。これによって、補助真空容器５８内とプラズマ生成
容器４内とは完全に仕切られる。

【００３５】次にベント弁６２を開いて補助真空容器５
８内にベント気体６４を導入して補助真空容器５８内を
ほぼ大気圧に戻す（即ちベントする）。これによって補
助真空容器５８の取り外しが可能になる。このベント
も、補助真空容器５８の容積が小さいので、従来例のよ
うに処理室容器２０およびプラズマ生成容器４内をベン
トする場合に比べて、遙かに短時間で行うことができ
る。またベント気体６４の消費も遙かに少なくて済む。

【００３６】次に、前述した固定金具９０を外して、補
助真空容器５８をフランジ付電流導入端子３２およびフ
ィラメント６と共に真空弁４０から取り外す。そしてフ
ィラメント６の交換やその他の必要な部材の交換等を行
う。この作業は、イオン源の（具体的にはそのプラズマ
生成容器４の）外部で行うので、必要な作業を簡単に行
うことができる。

【００３７】フィラメント６の交換等の作業が終了した
ら、上記とほぼ逆の工程を進める。即ち、まず補助真空
容器５８をフランジ付電流導入端子３２およびフィラメ
ント６と共に真空弁４０に取り付ける。この取り付けに
は固定金具９０を用いる。

【００３８】次にベント弁６２を閉じた状態で補助弁７
２を開いて、バイパス経路７０を経由して、補助真空容
器５８内をプラズマ生成容器４側から上記と同様にして
真空排気する。なおこの場合、補助弁７２の代わりに真
空弁４０を徐々に開いても良い。

【００３９】次に真空弁４０を開き、その状態で、操作
軸６０を矢印Ｄ方向に挿入して、フランジ付電流導入端
子３２の電流導入端子２８の先の方の部分およびフィラ
メント６を真空弁４０の開口部４４、４８を通してプラ
ズマ生成容器４内に挿入すると共に、フランジ付電流導
入端子３２のフランジ３０を真空弁４０の上部に当接さ
せて真空弁４０の大気側を封止する。このとき、真空弁
４０に立設した固定兼ガイドピン５４がフランジ３０の
挿入時のガイドの作用もする。但し固定ねじ５６は未だ
取り付けない。この封止をより完全にするためには、後
述する工程によって補助真空容器５８内をほぼ大気圧に
戻して大気がその圧力でフランジ３０を真空弁４０側に
押し付けるまで、操作軸６０を矢印Ｄ方向に押し続けて
おくのが好ましい。

【００４０】次に補助弁７２を閉じた状態でベント弁６
２を開いて、補助真空容器５８内にベント気体６４を導
入して補助真空容器５８内をほぼ大気圧に戻す。これに
よって補助真空容器５８の取り外しが可能になる。

【００４１】次に操作軸６０とフランジ付電流導入端子
３２との結合を解除し、補助真空容器５８を操作軸６０
と共に真空弁４０から取り外す。

【００４２】次に固定兼ガイドピン５４に固定ねじ５６
を取り付けかつ締め付けて、フランジ付電流導入端子３
２を真空弁４０に固定する。

【００４３】以上の工程によってフィラメント６の交換
作業は完了する。

【００４４】その後は、この例のイオン源のように水冷
ブロック１００を有している場合は、それをフランジ付
電流導入端子３２の頭部に取り付ければ良い。

【００４５】以上のように、上記例のイオン源において
は、補助真空容器５８を用いることで、真空に排気され
たイオン源（具体的にはそのプラズマ生成容器４）およ
び当該イオン源を取り付けた処理室容器２０の内部を大
気圧に戻すことなく、フィラメント６の交換を行うこと
ができる。しかもこの補助真空容器５８の容積は、プラ
ズマ生成容器４および処理室容器２０の合計容積よりも
遙かに小さくて済むので、この補助真空容器５８のベン
トおよび真空排気を短時間で行うことができる。従っ
て、フィラメント交換に伴うベントおよび真空排気時間
を著しく短縮することが可能になる。

【００４６】しかも、補助真空容器５８を用いること
で、イオン源およびそれを取り付けた処理室容器２０の
内部を大気に曝さなくて済むので、大気中の水分や埃等
がそれらの内部に入り込む可能性が少なく、従ってフィ
ラメント交換後のイオン源および処理室容器２０内の真
空の立ち上がりが速くなると共に、フィラメント交換後
にイオン源の動作が安定するまでの時間も短くなりイオ
ン源の立ち上げも速くなる。

【００４７】更に、補助真空容器５８の真空排気を、バ
イパス経路７０および補助弁７２を設けてプラズマ生成
容器４側から行うようにしているので、補助真空容器５
８の真空排気を行う専用の配管や真空ポンプ等を設けず
に済み、装置コストを抑えることができる。しかも、補
助真空容器５８の真空排気作業は、補助弁７２を開くだ
けで良く、配管の接続や真空ポンプの起動等の煩雑な作
業が不要なので、排気作業を迅速に行うことができる。

【００４８】もっとも、上記例のイオン源のようにバイ
パス経路７０および補助弁７２を設ける代わりに、図５
に示す例のように真空ポンプ１１６等を設けて、この真
空ポンプ１１６を用いて補助真空容器５８内を真空排気
するようにしても良い。その場合、補助真空容器５８の
取り外しに対応することができるように、補助真空容器
５８に弁１１４を取り付け、この弁１１４と真空ポンプ
１１６との間を配管１１８で接続しておき、補助真空容
器５８の取り外し時は、例えば、この配管１１８と弁１
１４との間を切り離せば（接続を取り外せば）良い。

【００４９】図５の例のように構成した場合のフィラメ
ント６の交換は、例えば次の工程で行う。なお、図５に
記載した構成以外は、図１〜図４を参照するものとす
る。

【００５０】まずこの例でも、図３に示した水冷ブロッ
ク１００をフランジ付電流導入端子３２の頭部から取り
外す。これによって、水冷ブロック１００およびそれに
接続された水冷パイプ１０４やリード線１１２が邪魔に
ならなくなるので、補助真空容器５８の取り付けが可能
になる。

【００５１】次にフランジ付電流導入端子３２を固定し
ている固定ねじ５６を取り外す。これによって、真空弁
４０に対するフランジ付電流導入端子３２の固定が解除
され、フランジ付電流導入端子３２の引き抜きが可能に
なる。なお、固定ねじ５６を取り外しても、フランジ付
電流導入端子３２のフランジ３０は真空弁４０の内外の
圧力差（ほぼ大気圧）によって真空弁４０側に押し付け
られているので、真空漏れは生じない。

【００５２】次に図１および図２に示すように、補助真
空容器５８を真空弁４０の大気側、すなわち上部に、フ
ランジ付電流導入端子３２の頭部を覆うように取り付け
る。この取り付けには前述した固定金具９０を使用す
る。これによって、補助真空容器５８の内部は外部の大
気側と隔離される。

【００５３】次に図５に示す弁１１４を開いて、補助真
空容器５８内を真空ポンプ１１６によって真空排気す
る。その場合、弁１１４と配管１１８との接続を切って
いる場合は、勿論、真空排気に先立ってそれを接続して
おく。この真空排気によって、フランジ付電流導入端子
３２の外側と真空弁４０の内側との圧力差が殆どなくな
るので、フランジ付電流導入端子３２を操作軸６０によ
って簡単に引き抜くことが可能になる。その場合、補助
真空容器５８の容積は、前述したように、フィラメント
６を取り付けたフランジ付電流導入端子３２を内部に引
き抜くことができれば良いので、プラズマ生成容器４お
よび処理室容器２０の合計容積よりも遙かに小さくて済
む。従ってこの補助真空容器５８内の真空排気は、従来
例のようにプラズマ生成容器４内および処理室容器２０
内を真空排気する場合に比べて、遙かに短時間で行うこ
とができる。

【００５４】次に操作軸６０を補助真空容器５８内に矢
印Ｄ方向に挿入してその先端部を電流導入端子２８の頭
部のねじ穴３６に螺合させて、当該操作軸６０とフラン
ジ付電流導入端子３２とを結合させる。図１および図２
は、例えばこの状態を示している。

【００５５】次に操作軸６０を矢印Ｃ方向に引き抜くこ
とによって、その先端部に結合されたフランジ付電流導
入端子３２をフィラメント６と共に補助真空容器５８内
に引き抜く（抜き出す）。このフランジ付電流導入端子
３２の引き抜きによって、真空弁４０を閉じることが可
能になる。なお、フランジ付電流導入端子３２をこのよ
うに引き抜いても、前述したように先に補助真空容器５
８を被せてその内部を真空排気しているので、真空弁４
０内ひいてはプラズマ生成容器４および処理室容器２０
内に大気が流入することはない。

【００５６】次に真空弁４０を閉じる。これによって、
補助真空容器５８内とプラズマ生成容器４内とは完全に
仕切られる。

【００５７】次にベント弁６２を開いて補助真空容器５
８内にベント気体６４を導入して補助真空容器５８内を
ほぼ大気圧に戻す（即ちベントする）。これによって補
助真空容器５８の取り外しが可能になる。このベント
も、補助真空容器５８の容積が小さいので、従来例のよ
うに処理室容器２０およびプラズマ生成容器４内をベン
トする場合に比べて、遙かに短時間で行うことができ
る。またベント気体６４の消費も遙かに少なくて済む。

【００５８】次に、前述した固定金具９０を外して、補
助真空容器５８をフランジ付電流導入端子３２およびフ
ィラメント６と共に真空弁４０から取り外す。その場
合、弁１１４と配管１１８との接続も切り離す。そして
フィラメント６の交換やその他の必要な部材の交換等を
行う。この作業は、イオン源の（具体的にはそのプラズ
マ生成容器４の）外部で行うので、必要な作業を簡単に
行うことができる。

【００５９】フィラメント６の交換等の作業が終了した
ら、上記とほぼ逆の工程を進める。即ち、まず補助真空
容器５８をフランジ付電流導入端子３２およびフィラメ
ント６と共に真空弁４０に取り付ける。この取り付けに
は固定金具９０を用いる。また、弁１１４に配管１１８
を接続する。

【００６０】次にベント弁６２を閉じた状態で弁１１４
を開いて、補助真空容器５８内を真空ポンプ１１６によ
って真空排気する。

【００６１】次に真空弁４０を開き、その状態で、操作
軸６０を矢印Ｄ方向に挿入して、フランジ付電流導入端
子３２の電流導入端子２８の先の方の部分およびフィラ
メント６を真空弁４０の開口部４４、４８を通してプラ
ズマ生成容器４内に挿入すると共に、フランジ付電流導
入端子３２のフランジ３０を真空弁４０の上部に当接さ
せて真空弁４０の大気側を封止する。このとき、真空弁
４０に立設した固定兼ガイドピン５４がフランジ３０の
挿入時のガイドの作用もする。但し固定ねじ５６は未だ
取り付けない。この封止をより完全にするためには、後
述する工程によって補助真空容器５８内をほぼ大気圧に
戻して大気がその圧力でフランジ３０を真空弁４０側に
押し付けるまで、操作軸６０を矢印Ｄ方向に押し続けて
おくのが好ましい。

【００６２】次に弁１１４を閉じた状態でベント弁６２
を開いて、補助真空容器５８内にベント気体６４を導入
して補助真空容器５８内をほぼ大気圧に戻す。これによ
って補助真空容器５８の取り外しが可能になる。

【００６３】次に操作軸６０とフランジ付電流導入端子
３２との結合を解除し、補助真空容器５８を操作軸６０
と共に真空弁４０から取り外す。

【００６４】次に固定兼ガイドピン５４に固定ねじ５６
を取り付けかつ締め付けて、フランジ付電流導入端子３
２を真空弁４０に固定する。

【００６５】以上の工程によってフィラメント６の交換
作業は完了する。

【００６６】その後は、前述したように水冷ブロック１
００を有している場合は、それをフランジ付電流導入端
子３２の頭部に取り付ければ良い。

【００６７】以上のように、この例のイオン源において
も、補助真空容器５８を用いることで、真空に排気され
たイオン源（具体的にはそのプラズマ生成容器４）およ
び当該イオン源を取り付けた処理室容器２０の内部を大
気圧に戻すことなく、フィラメント６の交換を行うこと
ができる。しかもこの補助真空容器５８の容積は、プラ
ズマ生成容器４および処理室容器２０の合計容積よりも
遙かに小さくて済むので、この補助真空容器５８のベン
トおよび真空排気を短時間で行うことができる。従っ
て、フィラメント交換に伴うベントおよび真空排気時間
を著しく短縮することが可能になる。

【００６８】しかも、補助真空容器５８を用いること
で、イオン源およびそれを取り付けた処理室容器２０の
内部を大気に曝さなくて済むので、大気中の水分や埃等
がそれらの内部に入り込む可能性が少なく、従ってフィ
ラメント交換後のイオン源および処理室容器２０内の真
空の立ち上がりが速くなると共に、フィラメント交換後
にイオン源の動作が安定するまでの時間も短くなりイオ
ン源の立ち上げも速くなる。

【００６９】なお、以上においてはいずれも、カスプ磁
場を用いるバケット型イオン源を例に説明したが、この
発明はそれに限定されるものではなく、プラズマ生成容
器内にフィラメントを配置した構造のイオン源、例えば
無磁場型イオン源、単一のマグネットコイルを用いるカ
ウフマン型イオン源等にも広く適用することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように請求項１または２記載の発
明によれば、補助真空容器を用いることで、真空に排気
されたイオン源および当該イオン源を取り付けた処理室
容器の内部を大気圧に戻すことなくフィラメントの交換
を行うことができる。しかもこの補助真空容器の容積
は、イオン源および処理室容器の合計容積よりも遙かに
小さくて済むので、この補助真空容器のベントおよび真
空排気を短時間で行うことができる。従って、フィラメ
ント交換に伴うベントおよび真空排気時間を著しく短縮
することが可能になる。

【００７１】しかも、補助真空容器を用いることで、イ
オン源およびそれを取り付けた処理室容器の内部を大気
に曝さなくて済むので、フィラメント交換後のイオン源
および処理室容器内の真空の立ち上がりが速くなると共
に、フィラメント交換後にイオン源の動作が安定するま
での時間も短くなりイオン源の立ち上げも速くなる。

【００７２】更に、補助真空容器の真空排気を、バイパ
ス経路および補助弁を設けてプラズマ生成容器側から行
うようにしているので、補助真空容器の真空排気を行う
専用の配管や真空ポンプ等を設けずに済み、装置コスト
を抑えることができると共に排気作業を迅速に行うこと
ができる。

【００７３】請求項３または４記載の発明によれば、補
助真空容器を用いることで、真空に排気されたイオン源
および当該イオン源を取り付けた処理室容器の内部を大
気圧に戻すことなくフィラメントの交換を行うことがで
きる。しかもこの補助真空容器の容積は、イオン源およ
び処理室容器の合計容積よりも遙かに小さくて済むの
で、この補助真空容器のベントおよび真空排気を短時間
で行うことができる。従って、フィラメント交換に伴う
ベントおよび真空排気時間を著しく短縮することが可能
になる。

【００７４】しかも、補助真空容器を用いることで、イ
オン源およびそれを取り付けた処理室容器の内部を大気
に曝さなくて済むので、フィラメント交換後のイオン源
および処理室容器内の真空の立ち上がりが速くなると共
に、フィラメント交換後にイオン源の動作が安定するま
での時間も短くなりイオン源の立ち上げも速くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン源のフランジ付電流導入
端子周りの一例を示す断面図である。

【図２】図１のフランジ付電流導入端子周りを右側から
見て拡大して示す断面図である。

【図３】補助真空容器を取り外して、図１のフランジ付
電流導入端子の頭部に水冷ブロックを取り付けた状態の
例を示す断面図である。

【図４】従来のイオン源を備えるイオンビーム照射装置
の一例を示す概略図である。

【図５】この発明に係るイオン源の補助真空容器周りの
他の例を示す概略図である。

【符号の説明】

２ イオン源 ４ プラズマ生成容器 ６ フィラメント ２０ 処理室容器 ２８ 電流導入端子 ３０ フランジ ３２ フランジ付電流導入端子 ４０ 真空弁 ４４、４８ 開口部 ５８ 補助真空容器 ６０ 操作軸 ６２ ベント弁 ７０ バイパス経路 ７２ 補助弁 １１６ 真空ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空に排気されるプラズマ生成容器内に
   熱電子放出用のフィラメントを配置したイオン源におい
   て、２本の電流導入端子を一つのフランジに取り付けて
   いてこの電流導入端子の先端部に前記フィラメントが取
   り付けられたフランジ付電流導入端子と、このフランジ
   付電流導入端子のフランジと前記プラズマ生成容器の開
   口部との間に設けられていて電流導入端子およびフィラ
   メントが通る開口部を有する真空弁と、この真空弁の真
   空側と大気側とを連通させるバイパス経路と、このバイ
   パス経路を開閉する補助弁と、前記真空弁の大気側にフ
   ランジ付電流導入端子の頭部を覆うように着脱可能に取
   り付けられるものであってフランジ付電流導入端子およ
   びそれに取り付けられたフィラメントを内部に収納可能
   な補助真空容器と、この補助真空容器に取り付けられて
   いてフランジ付電流導入端子に結合してフランジ付電流
   導入端子をフィラメントと共に抜き差しする操作軸と、
   前記補助真空容器の内外を仕切るベント弁とを備えるこ
   とを特徴とするイオン源。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオン源において、まず
   真空弁に対するフランジ付電流導入端子の固定を解除
   し、次に補助真空容器を真空弁の大気側にフランジ付電
   流導入端子の頭部を覆うように取り付け、次に補助弁を
   開いてバイパス経路を経由して補助真空容器内をプラズ
   マ生成容器側から真空排気し、次に操作軸をフランジ付
   電流導入端子に結合させてフランジ付電流導入端子をフ
   ィラメントと共に補助真空容器内に引き抜き、次に真空
   弁および補助弁を閉じ、次にベント弁を開いて補助真空
   容器内にベント気体を導入して補助真空容器内をほぼ大
   気圧に戻し、次に補助真空容器をフランジ付電流導入端
   子およびフィラメントと共に真空弁から取り外し、次に
   フランジ付電流導入端子に対するフィラメントの交換を
   行い、次に補助真空容器をフランジ付電流導入端子およ
   びフィラメントと共に真空弁に取り付け、次にベント弁
   を閉じた状態で補助弁または真空弁を開いて補助真空容
   器内をプラズマ生成容器側から真空排気し、次に真空弁
   を開いた状態で操作軸によってフランジ付電流導入端子
   の電流導入端子およびフィラメントを真空弁の開口部を
   通してプラズマ生成容器内に挿入すると共にフランジ付
   電流導入端子のフランジを真空弁に当接させて真空弁の
   大気側を封止し、次に補助弁を閉じた状態でベント弁を
   開いて補助真空容器内にベント気体を導入して補助真空
   容器内をほぼ大気圧に戻し、次に操作軸とフランジ付電
   流導入端子との結合を解除し、次に補助真空容器を操作
   軸と共に真空弁から取り外し、次にフランジ付電流導入
   端子を真空弁に固定することを特徴とするイオン源のフ
   ィラメント交換方法。
3. 【請求項３】 真空に排気されるプラズマ生成容器内に
   熱電子放出用のフィラメントを配置したイオン源におい
   て、２本の電流導入端子を一つのフランジに取り付けて
   いてこの電流導入端子の先端部に前記フィラメントが取
   り付けられたフランジ付電流導入端子と、このフランジ
   付電流導入端子のフランジと前記プラズマ生成容器の開
   口部との間に設けられていて電流導入端子およびフィラ
   メントが通る開口部を有する真空弁と、この真空弁の大
   気側にフランジ付電流導入端子の頭部を覆うように着脱
   可能に取り付けられるものであってフランジ付電流導入
   端子およびそれに取り付けられたフィラメントを内部に
   収納可能な補助真空容器と、この補助真空容器内を真空
   排気する真空ポンプと、前記補助真空容器に取り付けら
   れていてフランジ付電流導入端子に結合してフランジ付
   電流導入端子をフィラメントと共に抜き差しする操作軸
   と、前記補助真空容器の内外を仕切るベント弁とを備え
   ることを特徴とするイオン源。
4. 【請求項４】 請求項３記載のイオン源において、まず
   真空弁に対するフランジ付電流導入端子の固定を解除
   し、次に補助真空容器を真空弁の大気側にフランジ付電
   流導入端子の頭部を覆うように取り付け、次に補助真空
   容器内を真空ポンプによって真空排気し、次に操作軸を
   フランジ付電流導入端子に結合させてフランジ付電流導
   入端子をフィラメントと共に補助真空容器内に引き抜
   き、次に真空弁を閉じ、次にベント弁を開いて補助真空
   容器内にベント気体を導入して補助真空容器内をほぼ大
   気圧に戻し、次に補助真空容器をフランジ付電流導入端
   子およびフィラメントと共に真空弁から取り外し、次に
   フランジ付電流導入端子に対するフィラメントの交換を
   行い、次に補助真空容器をフランジ付電流導入端子およ
   びフィラメントと共に真空弁に取り付け、次にベント弁
   を閉じた状態で真空ポンプによって補助真空容器内を真
   空排気し、次に真空弁を開いて操作軸によってフランジ
   付電流導入端子の電流導入端子およびフィラメントを真
   空弁の開口部を通してプラズマ生成容器内に挿入すると
   共にフランジ付電流導入端子のフランジを真空弁に当接
   させて真空弁の大気側を封止し、次にベント弁を開いて
   補助真空容器内にベント気体を導入して補助真空容器内
   をほぼ大気圧に戻し、次に操作軸とフランジ付電流導入
   端子との結合を解除し、次に補助真空容器を操作軸と共
   に真空弁から取り外し、次にフランジ付電流導入端子を
   真空弁に固定することを特徴とするイオン源のフィラメ
   ント交換方法。