KR101297291B1 - 슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치 - Google Patents

슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치 Download PDF

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마사히로 타니이
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

하전 입자빔 발생장치의 운전시에 슬릿형상 개구부의 형상이 열 변형되기 어려운 슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치를 제공한다.
이 발명의 슬릿 전극(20)은 개구부(22)를 가지는 전극 프레임(21)과, 긴 길이방향에 있어서 전극 프레임(21)에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 긴 길이방향과 대략 직교하는 방향을 따라 개구부(22)에 나란히 마련된 복수개의 전극봉(23)을 구비한 슬릿 전극(20)이다. 그리고 전극 프레임(21)에는, 적어도 개구부(22)의 바깥둘레영역의 일부에 전극 프레임(21)에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구(RIN)와 전극 프레임(21)으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구(ROUT)를 구비한 냉매 유로(R)가 마련되어 있다.

Description

슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치{SLIT ELECTRODE AND CHARGED PARTICLE BEAM GENERATING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 이온빔 조사장치의 이온원이나 전자빔 조사장치의 전자원과 같은 하전 입자빔 발생장치에서 이용되는 슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치에 관한 것이다.
종래부터, 이온빔 조사장치의 이온원에서 이온빔을 인출하기 위한 인출 전극계로서, 복수의 슬릿형상 개구부를 가지는 슬릿 전극이 이용되고 있다. 이러한 슬릿 전극은 이온원 운전시의 열에 의해 개구부형상이 변형되는 것을 방지하기 위한 구성을 구비하고 있다. 이 슬릿 전극에 관한 구체예가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시되어 있는 전극은 개구부를 가지는 전극 프레임과 당해 프레임의 개구부 내에 대략 등간격으로 나란히 놓인 복수개의 전극봉을 구비하고 있고, 각 전극봉 사이에는 슬릿형상 개구부가 형성되어 있다. 그리고 각 전극봉은 열에 의한 신축을 허용할 수 있도록, 그 긴 길이방향 단부는 고정되지 않고, 긴 길이방향으로 이동 가능한 상태로 전극 프레임에 지지되어 있다.
또한 특허문헌 2에도 특허문헌 1과 동일한 전극 구성이 개시되어 있다. 여기서는 직사각형상의 전극지지 프레임에 복수의 로드 통과 구멍을 마련해 두고, 이 구멍에 복수개의 로드가 삽입되었을 때, 로드 통과 구멍의 종단부와 로드 긴 길이방향의 단부 사이에 여유부(틈)가 형성되는 구성의 슬릿 전극이 개시되어 있다. 이 슬릿 전극에서는 각 로드 사이에 슬릿형상 개구부가 형성되어 있다.
일본국 공고특허공보 평7-34358호(도 2, 도 3) 일본국 공개특허공보 평8-148106호(도 3, 도 5~도 7)
이온원의 인출 전극계에 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 제시된 슬릿 전극을 이용했을 경우, 슬릿형상 개구부를 형성하는 전극봉이나 로드에 이온빔이 충돌한다. 그로 인해 전극봉이나 로드는 고온으로 뜨거워진다. 한편, 전극봉에 비해 고온으로 가열되지는 않더라도, 전극 프레임이나 전극지지 프레임도 이온원의 운전시에는 어느 정도 고온으로 가열되어 있다.
그 때문에, 전극 프레임이나 전극지지 프레임에도 열에 의한 신축이 생긴다. 특허문헌 1이나 특허문헌 2에는 전극봉이나 로드의 열에 의한 신축을 허용하는 구성이 개시되어 있지만, 전극 프레임이나 전극지지 프레임의 열에 의한 신축을 어떻게 허용하는 지에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않았다. 전극봉이나 로드에는 이온빔이나 전자빔이 충돌하므로, 국소적으로 가열되거나 스퍼터링으로 소모되거나 한다. 그 때문에, 이 부재들에는 열 변형이 적은 고융점 금속 재료(예를 들면 몰리브덴이나 텅스텐)가 이용되고 있다. 한편 전극 프레임이나 전극지지 프레임은 대형 구조물이기 때문에, 가공성이 좋은 부재로서 예를 들면 알루미늄이 이용되고 있다. 알루미늄은 가공성은 뛰어나지만 열에는 약하다. 그 때문에, 전극 프레임이나 전극지지 프레임의 열에 의한 신축이 매우 크다.
전극 프레임이나 전극지지 프레임이 열 변형되면, 그에 따라 슬릿형상 개구부의 형상이 변형되어 버린다. 이러한 형상 변화에 따라, 슬릿형상 개구부의 위치 어긋남이 생긴다. 그리고 이러한 슬릿형상 개구부의 변형이나 위치 어긋남은 슬릿 전극의 치수가 커짐에 따라 점점 커진다. 그 때문에, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시된 구성으로는 전극의 열에 의한 변형을 충분히 억제할 수 있다고 할 수 없으며, 전극 프레임이나 전극지지 프레임이 열 변형되었을 경우에는 소망하는 이온빔이나 전자빔의 인출을 달성할 수 없게 되는 점 등의 문제가 생긴다.
그래서 본 발명에서는 하전 입자빔 발생장치의 운전시에, 슬릿형상 개구부의 형상이 열 변형되기 어려운 슬릿 전극 및 이것을 구비한 하전 입자빔 발생장치를 제공하는 것을 소기의 목적으로 한다.
본 발명의 슬릿 전극은 개구부를 가지는 전극 프레임과, 긴 길이방향에 있어서 상기 전극 프레임에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 상기 긴 길이방향과 대략 직교하는 방향을 따라 상기 개구부에 나란히 마련된 복수개의 전극봉을 구비한 슬릿 전극으로서, 상기 전극 프레임에는 적어도 상기 개구부의 바깥둘레영역의 일부에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구와 상기 전극 프레임으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구를 구비한 냉매 유로가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 슬릿 전극을 채용하면, 전극봉의 열에 의한 신축을 허용할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 프레임의 열에 의한 변형을 억제할 수 있게 되므로, 슬릿형상 개구부의 형상 변화를 충분히 억제할 수 있다.
또한 전극 프레임의 냉각 능력을 향상시키기 위해서는 상기 냉매 유로가 복수개 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 채용하면, 냉매 유로의 개수가 늘어난 분만큼 냉각 능력을 향상시킬 수 있다.
냉매 유로의 구체적인 구성으로서는, 상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 한쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 다른쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 이웃하여 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 반대방향이 되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 한쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 다른쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 이웃하여 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 같은 방향이 되도록 구성되어 있어도 된다.
또한 다음과 같이 냉매 유로를 구성해도 된다. 구체적으로는, 상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 냉매 유출구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 같은 방향이 되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 냉매 유출구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 반대방향이 되도록 구성되어 있어도 된다.
이러한 구성을 채용하면, 전극 프레임을 거의 균일하게 냉각할 수 있게 된다. 그 결과, 냉각 불균일에 의한 변형을 저감시킬 수 있다.
한편, 상기 개구부는 직사각형상이며, 상기 개구부의 긴 변 방향을 따라 상기 복수개의 전극봉이 나란히 마련되어 있는 동시에, 상기 개구부를 그 짧은 변 방향으로 사이에 끼고, 상기 개구부의 긴 변 방향을 따라 적어도 한쌍의 직선형상의 냉매 유로가 마련되어 있는 구성을 이용해도 된다.
이러한 구성을 채용하면, 전극 프레임을 가공하여 냉매 유로를 만드는 수고를 대폭 생략할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하전 입자빔 발생장치는 상술한 바와 같은 슬릿 전극을 하전 입자빔 인출용 전극으로서 포함하고 있다.
전극봉의 열에 의한 신축을 허용할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 프레임의 열에 의한 변형을 억제할 수 있게 되므로, 슬릿형상 개구부의 형상 변화를 충분히 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 슬릿 전극이 이용되는 이온원의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 슬릿 전극의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 슬릿 전극에서 전극봉, 덮개체를 제거한 모습을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 2의 슬릿 전극에서 일부의 덮개체를 제거한 모습을 나타내는 주요부 확대도이다.
도 5는 도 4를 선분 A-A를 따라 절단했을 때의 단면도이다.
도 6은 도 2의 슬릿 전극에 형성된 냉매 유로의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 2의 슬릿 전극에 형성된 한쌍의 냉매 유로의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 2의 슬릿 전극에 형성된 한쌍의 냉매 유로의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 2의 슬릿 전극에 형성된 한쌍의 냉매 유로의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 2의 슬릿 전극에 형성된 2쌍의 냉매 유로의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 2의 슬릿 전극에 형성된 한쌍의 냉매 유로의 기타 예를 나타내는 평면도이다.
도 12는 도 2의 슬릿 전극에 형성된 직선형상의 냉매 유로의 예를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12에 기재된 냉매 유로의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 14는 냉매 유로가 덮개체 장착부 아래쪽에 배치되어 있는 예를 나타내는 평면도이다.
도 15는 전극 프레임의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 16은 전극 프레임의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 1에는 본 발명의 슬릿 전극을 가지는 이온원(1)의 예가 기재되어 있다. 이 이온원(1)은 소위 버킷(bucket)형 이온원이라고 불리는 타입의 이온원의 일종이다.
이 이온원(1)은 직사각형상의 플라즈마 생성용기(4)를 구비하고 있고, 플라즈마 생성용기(4)로부터 대략 리본형상의 이온빔(3)이 인출된다.
플라즈마 생성용기(4)에는 도시되지 않은 밸브를 통해 가스원(2)이 장착되어 있고, 이 가스원(2)으로부터 이온빔(3)의 원료가 되는 가스의 공급이 이루어진다. 한편 이 가스원(2)에는 도시되지 않은 가스 유량 조절기(매스 플로우 컨트롤러)가 접속되어 있고, 이로 인해 가스원(2)에서 플라즈마 생성용기(4) 내부로의 가스의 공급량이 조정되고 있다.
플라즈마 생성용기(4)의 일측면에는 Y방향을 따라 복수의 U자형 필라멘트(11)가 장착되어 있다. 이 필라멘트(11)들은 필라멘트(11)의 단자간에 접속되는 전원(VF)을 이용해서, 각 필라멘트(11)에 흘려보내는 전류량을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성으로 해 둠으로써, 이온원(1)으로부터 인출되는 이온빔(3)의 전류밀도분포를 조정할 수 있게 된다.
필라멘트(11)에 전류를 흘려보내 필라멘트(11)를 가열시킴으로써, 거기에서 전자가 방출된다. 이 전자가 플라즈마 생성용기(4) 내부에 공급된 가스에 충돌하고, 가스가 전리되어, 플라즈마 생성용기(4) 내에 플라즈마(9)가 생성된다.
이 이온원(1)에는 플라즈마 생성용기(4)의 외벽을 따라 복수의 영구 자석(12)이 장착되어 있다. 이 영구 자석(12)에 의해, 플라즈마 생성용기(4)의 내부영역에 커스프 자장이 형성되고, 필라멘트(11)에서 방출된 전자가 소정영역 내에 갇힌다.
이온원(1)은 인출 전극계로서 4장의 전극을 가지고 있으며, 플라즈마 생성용기(4)부터 Z방향을 따라, 가속 전극(5), 인출 전극(6), 억제 전극(7), 접지 전극(8)의 순으로 배치되어 있다. 각 전극과 플라즈마 생성용기(4)와의 전위는 복수의 전원(V1~V4)에 의해 각각 다른 값으로 설정되어 있는 동시에, 각 부재의 장착은 절연물(10)을 개재하여 이루어져 있다.
인출 전극계에서 이용되는 전극에는 복수의 슬릿형상 개구부가 마련되어 있으며, 이 개구들을 통해 이온빔(3)의 인출이 이루어진다. 이러한 슬릿형상 개구부를 가지는 각 전극에 본 발명의 슬릿 전극이 적용된다. 한편 도 1에는 인출 전극계로서 4장의 전극을 가지는 구성의 이온원이 기재되어 있는데, 전극의 매수는 1장이어도 되고 복수장이어도 되며, 슬릿형상 개구부를 가지는 전극이라면 본 발명의 슬릿 전극을 적용할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 슬릿 전극(20)의 일례가 도시되어 있다.
이 슬릿 전극(20)은 주로 개구부(22)를 가지는 전극 프레임(21)과 개구부(22) 내에 배치된 복수개의 전극봉(23)(도면 중, 해칭되어 있는 부재)으로 구성되어 있다.
각 전극봉(23)은 대략 X방향으로 긴 길이방향이 평행이 되도록 전극 프레임(21)에 지지되어 있는 동시에, Y방향을 따라 대략 같은 간격을 두고 나란히 마련되어 있다. 또한 후술하는 바와 같이 각 전극봉(23)은 그 긴 길이방향에 있어서 이동 가능하게 지지되어 있다.
Y방향을 따라 나란히 마련된 각 전극봉(23) 사이나 Y방향의 단부에 위치하는 각 전극봉(23)과 전극 프레임(21) 사이에는 슬릿형상 개구부(26)가 형성되어 있다.
도 2에 나타내는 슬릿 전극(20)에서 전극봉(23)과 덮개체(24)를 제거한 모습이 도 3에 도시되어 있다. 도 2와 도 3에 개시되어 있는 슬릿 전극(20)의 구성을 바탕으로 해서, 본 실시형태에서의 전극봉(23)의 지지방법에 대하여 설명한다.
전극 프레임(21)에는 개구부(22)의 X방향에 인접하여 덮개체 장착부(28)가 마련되어 있다. 각 덮개체 장착부(28)에는 개구부(22)를 사이에 끼고 한쌍의 전극봉 지지부(27)가 마련되어 있고, 이 전극봉 지지부(27)는 XY 평면에 위치하는 덮개체 장착부(28)의 표면에서 Z방향측으로 오목하게 들어가 있다.
Z방향측에서 전극봉(23)의 긴 길이방향에 있어서의 양 단부를 전극봉 지지부(27)에 위치시킨다. 그 후, 전극봉 지지부(27)의 Z방향 반대측의 개방단에 덮개를 덮는다. 이 덮개는 덮개체 장착부(28)에 덮개체(24)를 장착함으로써 이루어진다. 이러한 장착은 나사를 이용해서 이루어진다. 도 2에 도시되어 있는 나사(25)에는 수나사가 형성되어 있고, 이것이 도 3에 나타내는 암나사가 형성된 구멍(29)에 맞춰진다.
한편 여기서는 덮개체(24)가 Y방향을 따라 복수개로 분할되어 마련되어 있는 예가 기재되어 있지만, 이들을 분할하지 않고 1개의 덮개체(24)로서 취급해도 된다. 그렇게 하는 것이 덮개체(24)의 장착이 간편해진다. 또한 덮개체(24)에는 열팽창이 생기므로, 열팽창률이 작은 몰리브덴이나 텅스텐과 같은 고융점 재료를 덮개체(24)에 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 덮개체(24)를 분할해 두면, 1개의 큰 덮개체(24)에 비해 덮개체(24)의 열팽창에 의한 신장을 허용할 수 있을 정도의 작은 것으로 할 수 있다. 또한 덮개체(24)를 분할해서 마련해 두면, 열 변형이 큰 덮개체만 교환할 수 있으므로, 부재 교환에 드는 비용을 저렴하게 억제하는 것을 기대할 수 있다.
도 2에 나타낸 슬릿 전극(20)에서 일부의 덮개체(24)를 제거하고, 전극봉(23)의 단부 근방을 확대한 모습이 도 4에 나타나 있다. 이 도 4에 나타내고 있는 바와 같이, 전극 지지부(27)에 각 전극봉(23)을 배치했을 경우, 그 긴 길이방향에 틈(30)이 형성된다. 이 틈(30)이 형성되어 있으므로, 각 전극봉(23)이 그 긴 길이방향으로 이동 가능하게 지지되게 된다. 또한 이 틈(30)에 의해, 열에 의한 각 전극봉(23)의 신축을 허용할 수 있다. 한편 이 틈(30)은 긴 길이방향의 어느 한쪽에 형성되어 있으면 된다. 한편 도 4의 예에서는 전극봉(23)의 짧은 길이방향에 있어서, 전극 지지부(27)와의 사이에 틈을 가지지 않는 구성이 도시되어 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 짧은 길이방향에 있어서, 전극봉(23)의 열 변형에 의한 신축이 보일 경우에는 그것을 허용할 수 있을 정도의 약간의 틈을 마련해 두어도 된다.
도 4를 선 A-A를 따라 절단했을 때의 단면도가 도 5에 도시되어 있다. 각 전극봉(23)의 단면은 도 5(a)에 나타내는 것과 같이 볼록형상이어도 되고, 도 5(b)에 나타내는 것과 같이 원형이어도 된다.
도 6에는 전극 프레임(21)의 개구부(22)의 바깥둘레영역에 냉매 유로(R)가 형성되어 있는 모습이 도시되어 있다. 이 도면에서 RIN은 냉매 유입구를 가리키고, ROUT은 냉매 유출구를 가리킨다. 한편 개구부(22)의 바깥둘레영역이란, 개구부(22)의 외측에 위치하는 영역을 의미한다. 바꿔 말하면, 전극 프레임(21)에 있어서 개구부(22)를 제외한 영역을 말한다. 또한 냉매 유로(R)에 기재된 화살표는 유로 내부를 흐르는 냉매의 방향을 나타내고 있다.
이러한 냉매 유로(R)를 마련해 둠으로써, 전극 프레임(21)의 열에 의한 변형을 억제할 수 있으므로, 슬릿형상 개구부(26)의 형상 변화를 충분히 억제할 수 있다.
이 냉매 유로(R)는 복수개 마련되어 있어도 된다. 그렇게 하면 냉각 능력이 향상된다. 이 예가 도 7에 나타나 있다. 도 7에서는 제1 냉매 유로(R1)와 제2 냉매 유로(R2)가 전극 프레임(21)에 마련되어 있다. R1IN은 제1 냉매 유로(R1)의 냉매 유입구를 가리키고, R1OUT은 제1 냉매 유로의 냉매 유출구를 가리킨다. 마찬가지로, R2IN과 R2OUT은 각각 제2 냉매 유로(R2)의 냉매 유입구와 유출구를 가리킨다.
일반적으로 RIN의 근방에서는 냉매의 온도가 충분히 낮지만, ROUT의 근방에서는 냉매의 온도가 다소 상승해 버리므로 냉각 불균일이 생긴다. 이 냉각 불균일에 의해, 슬릿 전극(20)에 변형을 발생시킬 우려가 있다.
이 점을 개선한 구성이 도 8에 도시되어 있다. 여기에 기재되어 있는 2개의 냉매 유로의 굵기, 유로를 구성하는 부재, 그곳을 흐르는 냉매의 종류, 온도는 대체로 동일하다. 도 8에서는 제1 냉매 유로(R1)의 냉매 유입구와 제2 냉매 유로(R2)의 냉매 유출구가 이웃하여 배치되어 있다. 그리고 제1 냉매 유로(R1)의 냉매 유출구와 제2 냉매 유로(R2)의 냉매 유입구도 이웃하여 배치되어 있다. 또한 제1 냉매 유로(R1)를 흐르는 냉매의 방향이 개구부(22)를 중심으로 해서 반시계방향인 데 반해, 제2 냉매 유로(R2)를 흐르는 냉매의 방향은 개구부(22)를 중심으로 해서 시계방향이 되도록 설정되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 전극 프레임(21)을 대략 균일하게 냉각시킬 수 있게 되고, 나아가서는 냉각 불균일에 의해 생기는 전극 프레임(21)의 변형을 억제시킬 수 있게 된다.
한편 냉각 불균일을 적게 하기 위해서는 도 8에 나타낸 구성 외에 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 이들에 대하여 도 9~도 13을 이용해서 설명한다. 한편 이 변형예들에서 기술되는 복수의 냉매 유로의 재질이나 각 냉매 유로를 흐르는 냉매의 종류나 온도는 대략 동일한 것으로 한다.
도 9에는 도 8과 마찬가지로 각 냉매 유로의 입구와 출구를 이웃하도록 배치하고, 각 냉매 유로(R1, R2)에서 개구부(22)를 중심으로 해서 서로 시계방향으로 회전하도록 냉매를 흘려보내는 구성이 개시되어 있다.
도 9에서는 각 냉매 유로(R1, R2)를, 개구부(22)를 둘러싸도록 대략 반바퀴 씩 마련하고 있다. 이 경우, 도 8의 구성에 비해 냉매 유로의 길이가 짧으므로, 냉매 유로를 마련하기 위한 전극 프레임(21)의 가공 수고를 생략하는 것을 기대할 수 있다. 또한 냉매 유로로서 배관을 장착할 경우에는 그 재료비를 저감시키는 것을 기대할 수 있다.
도 10에는 4개의 냉매 유로(R1~R4)를 이용한 예가 기재되어 있다. 여기서는 제1 냉매 유로(R1)와 제2 냉매 유로(R2)가 제1쌍을 이루고, 제3 냉매 유로(R3)와 제4 냉매 유로(R4)가 제2쌍을 이루고 있다. 쌍을 이루는 각 냉매 유로에 착안하면, 도 8과 마찬가지로 각 냉매 유로의 입구와 출구가 이웃하여 배치되어 있는 동시에, 각 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향이 개구부(22)를 중심으로 해서 반대방향이 되도록 설정되어 있다. 이러한 구성을 이용해도 된다.
도 11(a)에는 슬릿 전극(20)을 Z방향에서 보았을 때, 개구부(22)의 개구 중심(31)에 대하여 점대칭이 되도록 쌍이 되는 제1 냉매 유로(R1)의 냉매 유입구(R1IN)와 제2 냉매 유로(R2)의 냉매 유입구(R2IN)가 배치되어 있다. 또한 제1 냉매 유로(R1)의 냉매 유출구(R1OUT)와 제2 냉매 유로(R2)의 냉매 유출구(R2OUT)도 마찬가지로 점대칭이 되도록 배치되어 있다. 그리고 각 냉매의 유로에 있어서, 반시계방향으로 냉매가 흐르도록 설정되어 있다.
또한 도 11(b)에는 도 11(a)에 기재된 선 B-B를 따라 자른 단면도가 기재되어 있다. 여기에 기재되어 있는 바와 같이 각 냉매 유로(R1, R2)는 Z방향의 위치가 다른 XY 평면 내에 배치되어 있어도 무방하다. 또한 유로 전체를 Z방향의 위치가 같은 평면 내에 배치하고, 유입 출구의 부분만 Z방향에서 다른 위치에 배치하도록 해도 된다. 한편 이 예에서는 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향을 반시계방향으로 설정하는 예에 대하여 기술했지만, 이것과는 반대로 시계방향으로 설정해도 된다.
전극 프레임(21)의 재료가 알루미늄과 같이 비교적 열전도율이 높은 금속으로 구성되어 있을 경우, 개구부(22)의 바깥둘레영역에 있어서, 개구부(22)의 주위를 둘러싸도록 해서 냉매 유로를 배치할 필요가 없다. 예를 들면 전극 프레임(21)의 형상이 직육면체이고, 도 12에 나타내는 바와 같이 Z방향에서 본 면이 직사각형상을 하고 있을 경우, 긴 변 방향인 Y방향을 따라 개구부(22)를 X방향에서 사이에 끼도록 해서 제1 냉매 유로(R1)와 제2 냉매 유로(R2)를 배치해 두면 된다. 한편 이 도 12의 예도 도 11의 예와 마찬가지로, 각 냉매 유로의 냉매 유입구와 냉매 유출구의 관계가, 개구부(22)의 개구 중심(31)에 대하여 점대칭이 되도록 배치되어 있다. 그리고 여기서는 도 11의 예와 달리, 각 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향이 서로 반대방향이 되도록 설정되어 있다. 한편 냉각 불균일을 고려할 필요가 없다면, 각 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향을 같은 방향으로 해 두어도 된다.
이러한 구성으로 해 두면, 전극 프레임(21)의 긴 변 부분에 배치된 각 냉매 유로로부터의 냉기가 전극 프레임(21)의 짧은 변 방향으로 전달되어, 전극 프레임(21)의 전체가 냉각되는 것을 기대할 수 있다. 또한 이러한 구성을 이용하면, 각 냉매 유로를 직선상에 마련하기만 하면 되므로, 지금까지 설명한 냉매 유로의 예에 비해 전극 프레임(21)의 내부에 냉매 유로를 만들 때의 수고를 대폭 생략할 수 있다.
도 13에는 도 12의 구성에 2개의 냉매 유로를 더 추가한 예가 기재되어 있다. 여기서는 제1 냉매 유로(R1)와 제2 냉매 유로(R2)가 제1쌍을 이루고, 제3 냉매 유로(R3)와 제4 냉매 유로(R4)가 제2쌍을 이루고 있다. 쌍을 이루는 각 냉매 유로에 착안하면, 도 11의 예와 마찬가지로 각 냉매 유로의 냉매 유입구와 냉매 유출구가 개구 중심(31)에 대하여 점대칭이 되도록 배치되어 있다. 그리고 쌍이 되는 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향이 서로 반대방향이 되도록 설정되어 있다. 이러한 구성을 이용해도 된다. 한편 도 12의 예와 마찬가지로, 냉각 불균일을 고려하지 않을 경우에는 쌍이 되는 냉매 유로를 흐르는 냉매의 방향을 같은 방향이 되도록 설정해도 된다.
이상과 같이 도 9~도 13에서 기술한 구성을 이용해도 도 8의 구성과 마찬가지로 장소에 따른 냉각 능력을 대략 균일하게 할 수 있어 냉각 불균일을 억제할 수 있다.
또한 상기 예에서는 1쌍 혹은 2쌍의 냉매 유로를 배치하는 구성에 대하여 기술하였지만, 그에 한하지 않고, 3쌍 이상의 냉매 유로를 마련해도 된다.
<기타 변형예>
지금까지의 실시형태에서는 전극 프레임(21)의 덮개체 장착부(28)의 외측영역에 냉매 유로(R)가 마련되어 있었지만, 도 14와 같이 덮개체 장착부(28)의 아래쪽(Z방향측)에 배치해 두어도 된다.
또한 지금까지 덮개체(24)를 가지는 전극 프레임(21)의 구성에 대하여 기술했지만, 이러한 구성 이외에, 도 15(a)에 나타내는 전극 프레임(21)을 이용해도 된다. 이 전극 프레임(21)은 좌측 전극 프레임(21L)과 우측 전극 프레임(21R)의 2개의 전극 프레임을 조합한 것으로, 양 프레임의 조합은 Y방향 단부에서 수나사가 형성된 볼트(32)와 암나사가 형성된 너트(33)를 맞춤으로써 이루어진다.
이 전극 프레임(21)에서는 전극봉 지지부(27)가 전극 프레임(21)의 Z방향에 있어서의 대략 중앙 부분에 형성되어 있으며, 여기에 각 전극봉(23)의 단부가 배치된다. 이 전극 지지부(27)의 모습이, 도 15(a)에 기재된 선 C-C를 따라 자른 단면도인 도 15(b)에 도시되어 있다.
또한 전극 프레임(21)의 구성에 대하여, 도 15(a), (b)에 나타낸 예 외에 도 16(a), (b)에 나타내는 구성을 이용해도 된다. 양자는 2개로 분할된 전극 프레임(21L, 21R)의 분할 구조가 다르다. 도 15(a), (b)에 개시된 구성은 X방향으로 2개의 전극 프레임(21L, 21R)이 분할되는 구성이었지만, 도 16(a), (b)에 개시된 구성은 Z방향으로 분할된다. 이러한 전극 프레임(21)의 구성에도 본 발명은 적용 가능하다.
본 발명이 적용되는 전극 프레임(21)에 형성되는 개구부(22)는 직사각형상일 필요는 없고, 그 이외의 형상이어도 된다. 예를 들면 원형상이나 타원형상, 다각형상이어도 되고, 개구부(22)에 전극봉(23)을 배치했을 때에, 이온빔(3)을 통과시키는 슬릿형상 개구부(26)가 형성되는 것이라면 어떠한 형상이어도 된다.
전극봉(23)의 재질로서는, 고온으로 가열되는 점에서 고융점 재료(예를 들면 몰리브덴, 텅스텐)를 사용하는 것이 고려된다.
상술한 실시형태에서는 이온빔 조사장치에 이용되는 이온원에 본 발명의 슬릿 전극(20)이 적용되는 예에 대하여 기술해 왔지만, 전자빔 조사장치에서 이용되는 전자원에 본 발명의 슬릿 전극(20)을 적용시켜도 된다. 전자원에 있어서도 이온원과 마찬가지로, 전자빔 인출시에 전극부가 가열되는 문제가 생기므로, 본 발명의 슬릿 전극(20)을 적용시킬 수 있다.
상술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
1 이온원
20 슬릿 전극
21 전극 프레임
22 개구부
23 전극봉
24 덮개체
25 나사
26 슬릿형상 개구부
27 전극 지지부
28 덮개체 장착부
29 구멍
30 틈
R 냉매 유로
RIN 냉매 유입구
ROUT 냉매 유출구
R1 제1 냉매 유로
R2 제2 냉매 유로
R3 제3 냉매 유로
R4 제4 냉매 유로

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 개구부를 가지는 전극 프레임과,
    긴 길이방향에 있어서 상기 전극 프레임에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 상기 긴 길이방향과 직교하는 방향을 따라 상기 개구부에 나란히 마련된 복수개의 전극봉을 구비한 슬릿 전극으로서,
    상기 전극 프레임에는, 적어도 상기 개구부의 바깥둘레영역의 일부에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구와 상기 전극 프레임으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구를 구비한 냉매 유로가 마련되어 있으며,
    상기 냉매 유로가 복수개 마련되어 있고,
    상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 한쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 다른쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 이웃하여 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 같은 방향이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬릿 전극.
  4. 개구부를 가지는 전극 프레임과,
    긴 길이방향에 있어서 상기 전극 프레임에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 상기 긴 길이방향과 직교하는 방향을 따라 상기 개구부에 나란히 마련된 복수개의 전극봉을 구비한 슬릿 전극으로서,
    상기 전극 프레임에는, 적어도 상기 개구부의 바깥둘레영역의 일부에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구와 상기 전극 프레임으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구를 구비한 냉매 유로가 마련되어 있으며,
    상기 냉매 유로가 복수개 마련되어 있고,
    상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 한쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구와 다른쪽 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 이웃하여 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 반대방향이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬릿 전극.
  5. 개구부를 가지는 전극 프레임과,
    긴 길이방향에 있어서 상기 전극 프레임에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 상기 긴 길이방향과 직교하는 방향을 따라 상기 개구부에 나란히 마련된 복수개의 전극봉을 구비한 슬릿 전극으로서,
    상기 전극 프레임에는, 적어도 상기 개구부의 바깥둘레영역의 일부에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구와 상기 전극 프레임으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구를 구비한 냉매 유로가 마련되어 있으며,
    상기 냉매 유로가 복수개 마련되어 있고,
    상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되고, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 같은 방향이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬릿 전극.
  6. 개구부를 가지는 전극 프레임과,
    긴 길이방향에 있어서 상기 전극 프레임에 대하여 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 상기 긴 길이방향과 직교하는 방향을 따라 상기 개구부에 나란히 마련된 복수개의 전극봉을 구비한 슬릿 전극으로서,
    상기 전극 프레임에는, 적어도 상기 개구부의 바깥둘레영역의 일부에 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입구와 상기 전극 프레임으로부터 냉매를 유출하기 위한 냉매 유출구를 구비한 냉매 유로가 마련되어 있으며,
    상기 냉매 유로가 복수개 마련되어 있고,
    상기 냉매 유로는 상기 개구부를 둘러싸도록 배치된 적어도 한쌍의 냉매 유로로 구성되어 있는 동시에, 쌍을 이루는 상기 냉매 유로에 있어서, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유입구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되고, 각 냉매 유로에 마련된 냉매 유출구가 상기 개구부의 중심에 관하여 점대칭이 되도록 배치되어 있으면서, 또한 상기 개구부의 둘레를 흐르는 냉매의 방향이, 각 냉매 유로에서 서로 반대방향이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬릿 전극.
  7. 삭제
  8. 하전 입자빔 인출용 전극을 포함하는 하전 입자빔 발생장치로서,
    상기 하전 입자빔 인출용 전극은 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 슬릿 전극인 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 발생장치.
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