KR101341827B1

KR101341827B1 - 필라멘트 교환기 및 필라멘트 교환 구조

Info

Publication number: KR101341827B1
Application number: KR1020130008031A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 타키가미; 마코토 나카야; 시게히사 타무라
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-12-17
Also published as: KR20130130619A; CN103426705A; JP2013243098A; CN103426705B; JP6094786B2

Abstract

본 발명은 필라멘트 교환을 위해 쓸데없는 스페이스를 상시 점유하는 일이 없고, 교환시에 보조 진공 용기의 착탈 횟수를 줄일 수 있는 필라멘트 교환기를 제공한다.
보조 진공 용기(1)와, 상기 보조 진공 용기(1)를 관통하여 그 선단부가 보조 진공 용기(1) 내에서 상기 필라멘트 지지 구조(62)에 장착되고, 상기 보조 진공 용기(1) 내부가 진공 배기된 상태에서 상기 진공실(C) 내에서 상기 보조 진공 용기(1) 내에 필라멘트(61)를 뽑아내기 위한 조작 로드(21)를 구비하고, 상기 보조 진공 용기(1)가, 상기 진공실(C)의 외부에 접촉시켜서 착탈 가능하게 장착되고, 상기 조작 로드(21)에 의해 뽑히는 상기 필라멘트(61)가 통과하는 장착구(11a) 및 상기 필라멘트(61) 교환시에 상기 필라멘트(61)가 통과하는 필라멘트 추출구(11b)가 형성된 용기 본체(11)와, 상기 필라멘트 추출구(11b)를 개폐할 수 있는 뚜껑체(12)를 구비하였다.

Description

필라멘트 교환기 및 필라멘트 교환 구조{FILAMENT EXCHANGE JIG AND FILAMENT EXCHANGE STRUCTURE}

본 발명은 이온원(ion source)이나 전자원 등의 진공실 내에서 사용되는 필라멘트를 교환할 때 이용되는 필라멘트 교환기 및 필라멘트 교환 구조에 관한 것이다.

예를 들어 액정 디스플레이나 반도체장치의 제조에 있어서, 액정 유리 기판이나 반도체 기판에 이온을 주입하기 위해 이온주입장치가 이용된다. 이온주입장치에는 플라즈마를 발생시켜 이온빔을 인출하기 위한 이온원이 마련되어 있다.

상기 이온원은 기판에 이온빔이 조사되는 진공으로 유지된 처리실과 연통(連通)되는 플라즈마 생성실에 복수의 필라멘트를 돌출시키고 있으며, 필라멘트로부터 열전자를 방출시킴으로써 플라즈마 생성실에 도입된 가스를 전리시켜 플라즈마를 발생시킨다.

그런데 상기 이온원은 운전 시간의 누적에 따라 상기 필라멘트가 열화(劣化), 혹은 파손되는 경우가 있어 정기적으로 교환할 필요가 있다. 이 필라멘트를 교환할 때에, 상기 처리실이나 상기 플라즈마 생성실과 같은 진공실 내부를 대기압으로 되돌려 버리면, 상기 진공실의 용적이 매우 크기 때문에 진공도를 원래 상태로 되돌려서 이온주입장치를 재가동하기까지 긴 시간이 걸려 장치의 가동률이 저하된다.

그래서 상기 플라즈마 생성실 내부를 대기 개방하지 않고 필라멘트를 교환할 수 있도록, 특허문헌 1에는 도 9에 나타내는 바와 같이 플라즈마 생성실(C)에 인접해서 고정된 소형의 진공 박스(1A)가 마련되어 있으며, 상기 진공 박스(1A)로부터 상기 플라즈마 생성실(C)과 연통되는 게이트 밸브(E)를 통해 지지 암(arm)(62A)에 지지된 필라멘트(61A)를 상기 플라즈마 생성실(C) 내에 배치하도록 구성된 이온원(300A)이 제시되어 있다.

이것은 먼저 진공 박스(1A) 내부를 진공 배기하고, 상기 게이트 밸브(E)를 통해 필라멘트(61A)를 플라즈마 생성실(C)에서 진공 박스(1A) 내부로 이동시키고, 그 후 게이트 밸브(E)를 닫고 진공 박스(1A) 내부의 뚜껑을 열어서 대기 개방하여 필라멘트(61A)를 지지 암(62A)에서 분리하도록 되어 있다. 따라서 소형의 진공 박스(1A) 내부에서만 진공 배기와 대기 개방이 이루어지므로, 플라즈마 생성실(C)까지 대기 개방하여 필라멘트(61A)를 교환하는 경우에 비해 이온주입장치를 재가동할 때까지 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

그러나 도 9에도 도시한 바와 같이 상기 진공 박스(1A)는 상기 플라즈마 생성실(C)의 외측에 돌출한 상태로 항상 스페이스를 점유하게 된다. 예를 들면 플라즈마 생성실(C) 내에 다수의 필라멘트(61A)가 일렬로 나란히 배치되는 멀티 필라멘트 타입의 이온원(300A)일 경우, 각각의 필라멘트의 배치마다 상기 진공 박스(1A)를 배치할 필요가 있어 점유되는 스페이스가 더욱 커지고 이온원(300A) 전체도 매우 커지게 된다.

한편, 상기 진공 박스(1A)를 상기 이온 생성실(C)에 인접시켜서 상시 고정해 두는 것이 아니라, 특허문헌 2의 도 10에 도시한 것과 같은 상기 이온 생성실(C)의 외표면에 대하여 착탈 가능한 필라멘트 교환기(100A)를 이용해서 필라멘트(61A)를 교환하는 시도도 이루어지고 있다.

이 필라멘트 교환기(100A)는 플랜지 구비 전류도입단자(62A)의 외부 노출부 주변을 덮는 개구를 선단면에 가진 개략 직육면체형상의 보조 진공 용기(1A)와, 상기 보조 진공 용기(1A)의 안팎을 관통하여, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)에 접속되는 조작 로드(2A)를 구비한 것이다.

이 필라멘트 교환기(100A)의 사용방법에 대하여 상세하게 기술하면, 먼저, 상기 보조 진공 용기(1A)는 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)가 장착되어 있는 고정 구조(5A)에 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)를 둘러싸도록 고정되고, 상기 조작 로드(2A)의 선단도 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)에 고정된다. 그리고 상기 보조 진공 용기(1A) 내부를 진공 배기한 후에, 조작 로드(2A)를 뽑아냄으로써 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A) 및 필라멘트(61A)가 보조 진공 용기(1A) 내부로 뽑힌다. 그리고 상기 보조 진공 용기(1A) 내부와 상기 이온 생성실(C) 내부를 칸막이하는 도시하지 않은 진공 밸브를 닫은 뒤, 도시하지 않은 벤트 밸브를 개방하여 상기 보조 진공 용기(1A) 내부가 대기 개방된다. 또한 상기 보조 진공 용기(1A)를 상기 고정 구조(5A)에서 분리한 뒤, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)에서 필라멘트(61A)를 떼어낸다.

새 필라멘트(61A)가 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62A)의 선단에 장착되면 다시 상기 보조 진공 용기(1A)가 상기 고정 구조(5A)에 장착되며, 상술한 순서를 반대로 반복하고, 그 후 상기 보조 진공 용기(1A)가 분리된다.

이러한 필라멘트 교환기(100A)이면, 필라멘트 교환시에만 상기 이온원(300A)에 장착되므로 상시 스페이스를 점유하는 일은 없다.

그러나 상술한 교환시의 동작으로부터 알 수 있듯이 1개의 필라멘트를 교환 완료하기 위해서는 상기 보조 진공 용기(1A)를 상기 고정 구조(5A)에 대하여 장착, 분리하는 것을 2회씩 반복할 필요가 있다.

상기 보조 진공 용기(1A)는 내부가 진공 배기되었을 때에 대기압에 의해 눌려서 찌부러지지 않도록 하기 위해 금속체로 형성되어 있어 중량이 크므로, 보조 진공 용기(1A)의 장착, 분리 작업이 복수회 반복되면 교환 작업자의 부담도 커진다.

일본국 공개특허공보 2008-234895호 일본국 특허공보 3518320호

본 발명은 상술한 것과 같은 문제를 일거에 해결하는 것을 의도하여 이루어진 것으로서, 필라멘트 교환을 위해 쓸데없는 스페이스를 상시 점유하는 일이 없어, 이온원이나 전자원 등을 컴팩트하게 구성할 수 있는 동시에, 교환시에 보조 진공 용기의 착탈 횟수를 줄여 교환 작업자의 부담을 대폭으로 줄일 수 있는 필라멘트 교환기 및 필라멘트 교환 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 필라멘트 교환기는 진공실의 외부에 일부가 노출되는 필라멘트 지지 구조에 지지되어 상기 진공실 내에 배치되어 있는 필라멘트를 상기 진공실 외부로 꺼내서 교환할 때 이용되는 필라멘트 교환기로서, 상기 진공실 외부에 있어서 상기 필라멘트 지지 구조를 덮도록 착탈 가능하게 장착되는 장착구가 형성된 보조 진공 용기와, 상기 보조 진공 용기를 관통하여 그 선단부가 보조 진공 용기 내부에서 상기 필라멘트 지지 구조에 장착되고, 상기 보조 진공 용기 내부가 진공 배기된 상태에서 장착구를 통과시켜서 상기 진공실 내부에서 상기 보조 진공 용기 내부로 상기 필라멘트 지지 구조 및 필라멘트를 뽑아내기 위한 조작 로드를 구비하고, 상기 보조 진공 용기가, 상기 장착구와, 상기 필라멘트 교환시에 상기 필라멘트를 꺼내기 위한 추출구가 형성된 용기 본체와, 상기 필라멘트 추출구를 개폐할 수 있는 뚜껑체를 구비한 것을 특징으로 한다.

이러한 것이라면, 상기 보조 진공 용기는 상기 진공실의 외부에 착탈 가능하게 장착되므로, 필라멘트를 교환할 때 외에는 분리해 둘 수 있어, 필라멘트 교환용 스페이스로서 상시 여분의 스페이스를 점유하는 일이 없다.

또한 상기 보조 진공 용기는 상기 용기 본체와 상기 뚜껑체로 구성되어 있으며, 상기 뚜껑체에 의해 상기 필라멘트 추출구를 개폐할 수 있으므로, 상기 장착구를 상기 진공실의 외측에 장착한 상태로, 상기 필라멘트 추출구를 상기 뚜껑체로 닫아 두어서 상기 보조 진공 용기 내부를 밀폐하여 진공 배기할 수 있다. 따라서 상기 보조 진공 용기 내부를 진공으로 한 상태에서 필라멘트를 상기 진공실 내부로부터 상기 보조 진공 용기 내부로 뽑아낼 수 있으므로, 상기 진공실 내부의 진공도를 유지할 수 있다.

또한 뽑힌 필라멘트를 상기 보조 진공실 내부에서 외부로 꺼내서 교환할 때에는 상기 진공실과 상기 보조 진공 용기를 칸막이하는 진공 밸브를 닫고, 상기 용기 본체를 상기 진공실의 외표면에 장착한 채 상기 뚜껑체를 상기 필라멘트 추출구로부터 떼어내서 상기 필라멘트 추출구를 통해 헌 필라멘트에서 새 필라멘트로 상기 필라멘트 지지 구조에 갈아 끼울 수 있다.

그 후, 상기 뚜껑체로 상기 필라멘트 추출구를 닫고 상기 보조 진공 용기를 밀폐하여 내부를 진공 배기한 후에 상기 진공 밸브를 개방하여 상기 보조 진공 용기 내부와 상기 진공실 내부를 연통시켜서, 상기 조작 로드에 의해 상기 필라멘트 지지 구조 및 필라멘트를 진공실 내부로 밀어넣음으로써, 상기 진공실 내부의 진공도를 손상시키지 않고 새 필라멘트를 상기 진공실 내부로 되돌릴 수 있다.

이와 같이 상기 뚜껑체의 개폐에 의해 상기 용기 본체를 상기 진공실의 외측에 장착한 채로 헌 필라멘트와 새 필라멘트를 교환할 수 있으므로, 1개의 필라멘트를 교환하는 데 있어서 상기 보조 진공 용기의 상기 진공실의 외측에 대한 장착, 분리를 각각 한 번만 하면 되므로 교환 작업자의 부담을 대폭으로 줄일 수 있다.

상기 보조 진공 용기 내에서 헌 필라멘트에서 새 필라멘트로 상기 필라멘트 지지 구조에 갈아 끼울 때에 상기 필라멘트 추출구를 통해 내부로 손이나 공구 등을 넣기 쉽게 해서 교환 작업을 용이하게 하기 위해서는 상기 뚜껑체가 상기 용기 본체에 대하여 착탈 가능하게 장착되어 있으면 된다. 이러한 구조이면, 상기 필라멘트 추출구를 가장 넓게 열 수 있다.

상기 보조 진공 용기 내부의 용적을 필요 최소한으로 하여, 필라멘트 교환시에 상기 보조 진공 용기 내부를 진공 배기하는 데에 걸리는 시간을 짧게 하기 위해서는 상기 조작 로드의 선단부 및 상기 필라멘트 지지 구조의 사이를 접속하는 브래킷(bracket)을 더 구비하고, 상기 용기 본체가, 상기 조작 로드의 축방향을 따라 연장되어 있으며, 그 선단측에 상기 장착구를 가지는 동시에, 상기 장착구와는 반대측에 상기 축방향의 기단(基端)측에 돌출하는 볼록부를 가지고 있으며, 상기 볼록부가, 상기 필라멘트가 상기 용기 본체 내에 뽑힌 상태에서 상기 브래킷을 수용하는 동시에, 상기 축방향에서 보았을 경우에 상기 볼록부 및 상기 브래킷이 상기 필라멘트 지지 구조보다 작게 형성되어 있으면 된다.

상기 필라멘트 지지 구조 및 상기 필라멘트를 상기 조작 로드에 의해 상기 진공실 내에서 뽑거나, 혹은 상기 진공실 내에 되돌릴 때에 회전하거나 해서 벽 등에 필라멘트가 접촉되어 파손되는 것을 막기 위해서는, 상기 용기 본체 내부에 대하여 장착된 상기 축방향으로 연장되는 레일 및 상기 레일 위를 슬라이드 이동 가능하게 장착된 슬라이더로 이루어지는 가이드를 더 구비하고, 상기 슬라이더와 상기 필라멘트 지지 구조가 접속되어 있으면 된다. 이러한 것이라면, 항상 상기 필라멘트 지지 구조 및 상기 필라멘트를 상기 레일을 따라 이동시켜서 회전 등을 발생시키는 일이 없어, 보다 안전하게 필라멘트를 교환할 수 있다.

필라멘트 교환시에 상기 필라멘트 교환기를 진공실까지 운반하기 쉽게 하기 위해서는 상기 용기 본체의 외표면에 운반용 손잡이가 마련된 것이면 좋다.

필라멘트 교환시에 상기 필라멘트 지지 구조를 상기 진공실로부터 분리할 수 있도록 하는 사전 준비중 등에 상기 필라멘트 교환기를 쓰러뜨리지 않도록 안전하게 올려놓기 위해서는, 놓여졌을 때에 상기 손잡이와 함께 3점 지지를 이루는 2개의 다리부가 상기 용기 본체의 외표면에 마련된 것이면 좋다.

상기 필라멘트 교환기에 진공 배기용 배관 등을 장착하지 않아도 되게 하여, 상기 진공실 외측으로 상기 필라멘트 교환기를 장착하거나 할 때 배관 등이 방해가 되지 않도록 해서 작업하기 쉽게 하기 위해서는, 필라멘트 교환기; 및 상기 진공실의 외측에 마련된 상기 필라멘트 지지 구조가 고정되는 고정 구조;로 이루어지는 필라멘트 교환 구조로서, 상기 고정 구조가, 상기 필라멘트 교환기 내부를 진공 배기하기 위한 진공 배기용 밸브와, 상기 필라멘트 교환기가 상기 필라멘트 지지 구조를 둘러싸도록 장착되었을 때에 상기 진공 배기용 밸브 및 상기 보조 진공 용기 내부를 연통하는 배기 유로를 구비하고 있는 필라멘트 교환 구조이면 좋다.

이와 같이 본 발명의 필라멘트 교환기 및 필라멘트 교환 구조에 의하면, 상기 필라멘트 교환기가 상기 진공실의 외측에 대하여 착탈 가능하므로 필라멘트를 교환할 때밖에 사용되지 않는 보조 진공실을 위한 스페이스를 상시 마련해 둘 필요가 없다. 따라서 진공실 주위의 공간을 크게 점유하는 일이 없다. 또한 상기 뚜껑체가 마련되어 있으므로 상기 용기 본체는 상기 진공실의 외측에 장착한 상태인 채로 상기 필라멘트 추출구를 열어서 필라멘트를 교환할 수 있다. 따라서 한 번의 필라멘트 교환에 있어서 한 번만 상기 필라멘트 교환기를 진공실의 외측에 장착, 분리하면 되므로 교환 작업자의 부담을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 필라멘트 교환기의 사용예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 동 실시형태에서의 필라멘트 교환기를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 3은 동 실시형태에서의 필라멘트 교환기 및 고정 구조의 분리 상태를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 4는 동 실시형태에서의 필라멘트 교환기를 고정 구조에 장착한 상태를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 5는 동 실시형태에서의 필라멘트 교환기를 플랜지 구비 전류도입단자에 장착한 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은 동 실시형태에서의 플랜지 구비 전류도입단자 및 필라멘트의 이동 양태를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 7은 동 실시형태에서의 필라멘트가 진공실 내부로부터 뽑혔을 때의 필라멘트 교환기의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 8은 동 실시형태에서의 필라멘트 교환기 내부로부터 필라멘트가 분리된 상태를 나타내는 모식적 사시도이다.
도 9는 종래의 필라멘트 교환 기구를 나타내는 모식도이다.
도 10은 종래의 다른 필라멘트 교환기를 나타내는 모식도이다.

본 발명의 한 실시형태에 따른 필라멘트 교환기(100) 및 필라멘트 교환 구조(200)에 대하여 각 도면을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태의 필라멘트 교환기(100)는 예를 들면 액정 디스플레이나 반도체장치의 제조에 있어서, 액정 유리 기판이나 반도체 기판에 이온을 주입하기 위한 이온빔을 생성하는 이온원(300)의 필라멘트(61) 교환에 이용되는 것이다. 또한 전자빔을 생성하는 전자원의 필라멘트(61) 교환에도 이용할 수 있다. 이하에서는 이온원(300)의 진공실(C)인 플라즈마 생성실 중에 배치되는 필라멘트(61)의 교환을 예로 들어 설명한다.

예를 들면 상기 이온원(300)은 도 1에 나타내는 바와 같이 상하방향으로 복수개의 필라멘트(61)가 배치된 멀티 필라멘트형이 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 이온원(300)의 진공실(C) 외측에는 상기 필라멘트(61)를 상기 진공실(C) 내에 지지하기 위한 필라멘트 지지 구조인 플랜지 구비 전류도입단자(62)가 노출되어 있으며, 상하방향으로 2열로 나란히 복수개 배치되어 있다. 또한 각 플랜지 구비 전류도입단자(62)는 상기 이온원(300)에 마련된 각 고정 구조(5)에 고정되어 있다. 이 고정 구조(5)는 도 1, 도 3, 도 5(b) 등에 나타내는 바와 같이 진공실(C) 내부와 외부를 칸막이하는 폐쇄 상태와, 내부와 외부를 연통시키는 개방 상태를 취하는 진공 밸브(54)와, 상기 필라멘트 교환기(100)를 장착하기 위한 교환기 장착구멍(52)과, 상기 필라멘트 교환기(100) 내부를 진공 배기하기 위해 이용되는 진공 배기용 밸브(51)와, 상기 진공 배기용 밸브(51) 및 상기 필라멘트 교환기(100) 내부를 연통하는 배기 유로(53)를 구비하고 있다. 각 진공 배기용 밸브(51)는 배기관에 의해 서로 접속되어 있으며, 밸브의 개폐를 전환함으로써 상기 진공 배기용 밸브(51) 중 어느 하나로부터 장착된 필라멘트 교환기(100) 내의 진공 배기를 할 수 있게 구성되어 있다.

각 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 외부 노출측은 보통 사용시에는 도 1에서 상상선으로 나타내는 바와 같이 상기 필라멘트 교환기(100)가 장착되어 있지 않고, 교환 작업이 필요한 필라멘트(61)가 고정되어 있는 상기 고정 구조(5)에만 실선으로 나타내는 바와 같이 상기 필라멘트 교환기(100)가 장착되어 필라멘트(61) 교환 작업이 이루어진다. 그리고 새 필라멘트(61)가 상기 진공실(C) 내에 되돌려져서 교환 종료된 후에 상기 필라멘트 교환기(100)는 상기 고정 구조(5)로부터 분리된다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 상기 필라멘트 교환기(100)는 중공(中空)의 개략 긴 직육면체형상이며, 선단면의 개구에 의해 상기 고정 구조(5)의 중앙부에 노출되어 있는 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 머리부를 덮을 수 있다. 그리고 선단면의 주위 4군데에 마련된 장착 나사(S1)를, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 주위 4군데에 있는 교환기 장착구멍(52)에 대하여 장착한다. 즉, 상기 필라멘트 교환기(100)는 상기 고정 구조(5)에 대하여 착탈 가능한 동시에, 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 필라멘트 교환기(100)는 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 외측에 상기 진공실(C)과는 다른 밀폐된 공간을 형성할 수 있다.

상기 필라멘트 교환기(100)에 대하여 주요 구성 요소에 대하여 설명하면, 상기 필라멘트 교환기(100)는 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 주위에 장착되었을 때에 밀폐 공간을 형성하는 개략 직육면체형상의 보조 진공 용기(1)와, 상기 진공실(C) 내에 있는 필라멘트(61)를 보조 진공 용기(1) 내에 뽑아내기 위한 인발(pull-out) 기구(2)와, 상기 보조 진공 용기(1) 내의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 기구(3)를 구비한 것이다.

각 부에 대하여 설명한다.

상기 보조 진공 용기(1)는 도 2에 나타내는 바와 같이 개략 직육면체형상으로 선단면과 측면에 각각 개구를 가지는 금속제 상자체인 용기 본체(11)와, 상기 용기 본체(11)의 측면의 개구를 개폐하기 위한 투명 수지제의 뚜껑체(12)로 구성되어 있다.

상기 용기 본체(11)는 선단면에 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 주위를 둘러싸서 상기 고정 구조(5)에 대하여 접촉시켜서 장착되는 장착구(11a)와, 측면에 형성된 상기 장착구(11a)보다 큰 필라멘트 추출구(11b)가 형성되어 있으며, 또한 기단면측에 볼록부(11c)가 형성되어 있다.

상기 장착구(11a)는 길이방향에서 보았을 경우에 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)와 대략 같은 크기로 개구되어 있다.

상기 필라멘트 추출구(11b)는 개략 직사각형상의 개구로 형성되어 있으며, 짧은 변이 사람 손이 들어갈 정도의 크기로 형성되어 있고, 개구 주위를 둘러싸도록 밀폐용 밀봉(sealing) 구조(SL)인 O링이 마련되어 있다. 상기 필라멘트 추출구(11b)가 형성되어 있는 측면에 인접하는 상하 측면에는 상기 필라멘트 교환기(100)를 운반할 때의 손잡이(41)가 각각 마련되어 있다. 또한 상하 측면에 올려놓았을 경우에, 상기 손잡이(41)와 3점 지지를 이루어 안정되도록 2개의 다리부(42)가 각각 마련되어 있다. 또한 상하 측면의 각각 4군데에는 상기 뚜껑체(12)에 의해 상기 O링을 찌부러뜨리면서 상기 필라멘트 추출구(11b)를 폐쇄하기 위한 장착 금구(金具)(43)도 마련되어 있다.

상기 뚜껑체(12)는 개략 직사각형상의 평판이며, 상기 장착 금구(43)와 걸어맞추는 장착부가 측면에 4군데 마련되어 있으며, 또 중앙부에 분리용 손잡이(12a)가 마련되어 있다. 도 2 등으로부터 명백하듯이 이 뚜껑체(12)는 상기 용기 본체(11)로부터 완전히 분리할 수 있어, 필라멘트(61) 교환 작업시에 상기 필라멘트 추출구(11b)를 통해 교환 작업자가 손을 내부에 넣을 때에 방해가 되지 않도록 할 수 있다.

상기 인발 기구(2)는 상기 볼록부(11c)를 관통하여 상기 보조 진공 용기(1) 내의 길이방향으로 연장되는 조작 로드(21); 상기 조작 로드(21)의 선단부와 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 머리부를 연결하는 브래킷(23); 및 상기 브래킷(23)을 상기 조작 로드(21)의 축방향으로만 이동하도록 안내하는 가이드(22);로 구성되어 있다.

상기 조작 로드(21)는 상기 보조 진공 용기(1)의 외부에 있으며, 교환 작업자가 쥐고서 상기 조작 로드(21)를 진퇴시키기 위한 T자형상의 파지부(21b)와, 상기 파지부(21b)와 상기 브래킷(23) 사이를 접속하는 로드부(21a)로 구성되어 있다. 상기 로드부(21a)와, 상기 볼록부(11c) 사이의 슬라이딩부에도 밀봉 구조가 형성되어 있으며, 슬라이딩부를 통해 상기 보조 진공 용기(1) 안팎의 공기가 출입하는 것을 막도록 되어 있다.

상기 가이드(22)는 상기 용기 본체(11)의 내측면에 있어서 상기 조작 로드(21)의 축방향으로 연장되는 레일(22a)과, 상기 레일(22a) 위를 슬라이드 이동 가능하게 장착된 슬라이더(22b)로 이루어진다. 상기 슬라이더(22b)는 상기 브래킷(23)의 측면과 접속되어 있으며, 상기 브래킷(23) 및 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)가 회전을 발생시키지 않고 직동(直動)만으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다. 따라서 상기 보조 진공 용기(1)의 용적을 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 크기에 맞춘 것으로 해도, 이동시에 벽면에 접촉하지 않고 필라멘트(61)를 안전하게 이동시킬 수 있다.

상기 브래킷(23)은 상기 조작 로드(21)가 최대로 뽑혔을 때에 상기 볼록부(11c)의 내부에 수용되도록 구성되어 있다. 바꿔 말하면, 상기 볼록부(11c)가, 상기 필라멘트(61)가 상기 용기 본체(11) 내에 뽑힌 상태에서 상기 브래킷(23)을 수용하는 동시에, 상기 축방향에서 보았을 경우에 상기 볼록부(11c) 및 상기 브래킷(23)이 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)보다 작게 형성되어 있다.

상기 압력 조절 기구(3)는 상기 보조 진공 용기(1)의 기단면에 있어서 상기 볼록부(11c)가 형성되어 있지 않아 평면으로 되어 있는 부분에 각 구성 부재를 배치하고 있다. 즉, 상기 보조 진공 용기(1) 내의 압력을 체크하기 위한 압력계(32)와, 상기 보조 진공 용기(1) 내부를 진공 배기된 상태에서 대기압에 개방하기 위한 벤트 밸브(31)가 기단면에 마련되어 있다.

이렇게 구성된 필라멘트 교환기(100)를 이용한 필라멘트(61) 교환 작업시의 공정에 대하여 설명한다.

먼저, 교환 작업자는 상기 고정 구조(5)에 장착되어 있는 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 나사 고정을 미리 풀어 둔다. 이 때, 진공실(C) 내부는 대기압에 비해 매우 압력이 낮으므로, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)는 대기압에 의해 상기 진공실(C) 내부측으로 눌려지기 때문에 저절로 빠지는 일은 없다.

그 후, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 이온원(300)의 상기 고정 구조(5)에 대하여, 상기 장착구(11a)에 의해 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 머리부를 둘러싸도록 상기 필라멘트 교환기(100)를 장착한다.

다음으로 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 상기 용기 본체(11)로부터 상기 뚜껑체(12)를 분리하고, 상기 브래킷(23)과 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 머리부를 나사로 고정하고, 그 후 다시 상기 뚜껑체(12)를 용기 본체(11)에 대하여 장착하여 상기 보조 진공 용기(1) 내부를 밀폐한다. 그리고 볼록부(11c)측에 마련되어 있는 상기 벤트 밸브(31)를 닫은 상태로 한 뒤, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 상기 고정 구조(5)가 구비하는 상기 진공 배기용 밸브(51)에 의해 상기 고정 구조(5) 내에 배기 유로(53)를 통해 상기 보조 진공 용기(1) 내의 진공 배기가 이루어진다. 이 진공 배기는 상기 볼록부(11c)측에 마련되어 있는 압력계(32)가 소정의 진공도를 가리킬 때까지 계속된다.

상기 보조 진공 용기(1) 내부가 상기 진공실(C) 내부와 대략 같은 진공도까지 감압되면, 도 6에 나타내는 바와 같이 교환 작업자는 상기 조작 로드(21)를 상기 볼록부(11c)측으로 뽑아냄으로써, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62) 및 필라멘트(61)를 상기 장착구(11a)를 통과시켜서 상기 보조 진공 용기(1) 내부로 이동시켜 간다. 이 때, 상기 브래킷(23)은 상기 가이드(22)의 슬라이더(22b)에 연결되어 있으므로 직동밖에 생기지 않으며, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62) 및 상기 필라멘트(61)는 평행 이동만을 실시하면서 상기 보조 진공 용기(1) 내부를 선단측에서 기단측으로 이동해 간다. 상기 뚜껑체(12)가 투명 수지제이므로, 상기 필라멘트 추출구(11b)를 통해 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62) 및 필라멘트(61)의 이동 상태에 대하여 교환 작업자가 항상 확인할 수 있어, 상기 보조 진공 용기(1) 내에서 필라멘트(61)가 벽에 접촉되어 파손되는 등의 사태를 미연에 막을 수 있다.

그리고 도 6(b) 및 도 7의 단면도에 나타내는 바와 같이 상기 브래킷(23)이 상기 볼록부(11c) 내에 수용될 때까지 이동이 완료되면, 상기 필라멘트(61) 전체가 상기 보조 진공 용기(1) 내에 수용된 상태가 된다. 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)가 통과하지 않는 영역인 상기 볼록부(11c)는 상기 브래킷(23)만 수용되기에 필요 충분한 용적으로 되어 있으므로, 상기 보조 진공 용기(1) 내부의 용적을 작게 할 수 있어, 진공 배기에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

그 후, 상기 고정 구조(5)에 마련된 진공 밸브(54)를 폐쇄함으로써, 상기 진공실(C) 내부와 상기 보조 진공 용기(1) 내부를 완전히 칸막이한다. 그리고 상기 벤트 밸브(31)를 개방하여 상기 보조 진공 용기(1) 내의 압력을 대기압으로 한 뒤에 도 8에 나타내는 바와 같이 상기 뚜껑체(12)를 상기 용기 본체(11)로부터 분리하고, 상기 필라멘트 추출구(11b)를 개구시킨다. 도 8로부터 명확하듯이 상기 용기 본체(11)는 상기 장착구(11a)를 상기 고정 구조(5)에 장착한 채 상기 뚜껑체(12)가 분리된다. 그리고 교환 작업자는 상기 필라멘트 추출구(11b)를 통해 상기 보조 진공 용기(1) 안에 손을 넣어, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 선단에 장착되어 있는 상기 필라멘트(61)를 분리하여, 상기 필라멘트(61)를 상기 보조 진공 용기(1) 안에서 꺼낸다. 그 후, 교환 작업자는 새 필라멘트(61)를 상기 필라멘트 추출구(11b)를 통해 상기 보조 진공 용기(1) 안에 넣어서, 상기 플랜지 구비 전류도입단자(62)의 선단에 장착한다. 이와 같이 상기 필라멘트 교환기(100)의 대부분의 구성 부재를 상기 고정 구조(5)에 장착한 채, 상기 뚜껑체(12)를 분리함으로써 상기 필라멘트(61)를 용이하게 교환할 수 있다.

그 후에는 상술한 필라멘트(61) 분리시의 작업 공정을 반대로 실시함으로써, 새 필라멘트(61)를 상기 진공실(C) 내에 배치하는 동시에, 마지막으로 상기 필라멘트 교환기(100)를 상기 고정 구조(5)로부터 분리할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 필라멘트 교환기(100) 및 필라멘트 교환 구조(200)에 의하면, 상기 필라멘트 추출구(11b)를 개폐하기 위한 상기 뚜껑체(12)가 있으므로, 1개의 필라멘트(61) 교환시에 상기 필라멘트 교환기(100)의 장착, 분리는 각각 1회씩만 실시하면 된다.

따라서 종래였다면 1개의 필라멘트(61) 교환을 위해 필라멘트 교환기(100)를 고정 구조(5)에 대하여 장착·분리하는 작업을 각각 2회씩 할 필요가 있었던 것에 비해 대폭으로 장착·분리 작업의 수고를 줄일 수 있다. 즉, 필라멘트 교환 작업자가 중량물인 상기 필라멘트 교환기(100)를 들어올리거나 내리거나 하는 횟수를 종래보다 적게 할 수 있어 교환 작업자의 부담을 줄일 수 있다.

또한 상기 고정 구조(5)에 대하여 상기 필라멘트 교환기(100)를 착탈할 수 있으므로, 통상적인 사용시에는 상기 필라멘트 교환기(100)를 이온원(300)으로부터 분리해 둘 수 있어, 상기 이온원(300) 주변의 스페이스를 통상적인 사용시에 보다 넓게 할 수 있다. 이러한 효과는 도 1에 나타내는 것과 같은 멀티 필라멘트형 이온원(300)에 있어서 특히 현저해진다. 또한 상기 고정 구조(5)에 필라멘트(61) 교환용 소형 진공실(C)이 항상 마련되어 있는 것은 아니므로, 필라멘트 교환 작업시에 다른 고정 구조(5)로부터 돌출되어 있는 것이 없어, 스페이스를 넓게 사용할 수 있으므로 필라멘트 교환 작업이 용이하다.

또한 상기 필라멘트 교환기(100) 자체는 내부를 진공 배기하기 위한 배관이 접속되는 것이 아니고, 상기 고정 구조(5)의 진공 배기용 밸브(51) 및 배기 유로(53)로 이루어지는 배기 구조를 이용해서 내부를 진공 배기할 수 있게 필라멘트 구조(200)가 구성되어 있다. 따라서 필라멘트 교환기(100) 자체에 진공 배기용 배관을 직접 접속하는 등의 작업이 불필요하여, 필라멘트 교환기(100)의 장착, 분리 작업시에 그러한 배관이 방해되는 일이 없어 작업 부담을 더욱 경감할 수 있다.

그 밖의 실시형태에 대하여 설명한다.

상기 실시형태에서는 이온원의 진공실 내에 배치되어 있는 필라멘트의 교환을 일례로 들었지만, 예를 들면 전자빔을 생성하기 위한 전자원의 진공실 내에 배치되어 있는 필라멘트의 교환에 본 발명의 필라멘트 교환기를 이용해도 무방하다.

상기 필라멘트 교환기는 보조 진공 용기 내에 상기 플랜지 구비 전류도입단자 및 필라멘트의 이동을 규제하기 위해 가이드를 마련했지만, 경우에 따라서는 가이드를 마련하지 않고 상기 조작 로드만으로 뽑도록 구성해도 무방하다.

상기 실시형태에서는, 상기 보조 진공 용기 내의 진공 배기는 상기 고정 구조에 마련된 진공 배기용 밸브를 이용했지만, 상기 필라멘트 교환기 자체에 배기용 밸브가 직접 접속되도록 해도 된다.

상기 뚜껑체는 상기 용기 본체로부터 완전히 분리하여 상기 필라멘트 추출구를 완전히 열 수 있도록 구성되어 있지만, 예를 들면 상기 뚜껑체가 상기 용기 본체에 대하여 경첩 등에 의해 연결되어 있어 완전히 분리할 수 없도록 해도 된다.

그 밖에 본 발명의 취지에 반하지 않는 한 다양한 변형이나 실시형태의 조합도 무방하다.

1 보조 진공 용기
11 용기 본체
11a 장착구
11b 필라멘트 추출구
11c 볼록부
12 뚜껑체
21 조작 로드
22 가이드
23 브래킷
42 다리부
51 진공 배기용 밸브
53 배기 유로
61 필라멘트
62 플랜지 구비 전류도입단자(필라멘트 지지 구조)
100 필라멘트 교환기
200 필라멘트 교환 구조
C 진공실

Claims

진공실의 외부에 일부가 노출되는 필라멘트 지지 구조에 지지되어 상기 진공실 내에 배치되어 있는 필라멘트를 상기 진공실 외부로 꺼내서 교환할 때 이용되는 필라멘트 교환기로서,
상기 진공실 외부에 있어서 상기 필라멘트 지지 구조를 덮도록 착탈 가능하게 장착되는 장착구가 형성된 보조 진공 용기와,
상기 보조 진공 용기를 관통하여 그 선단부가 보조 진공 용기 내에서 상기 필라멘트 지지 구조에 장착되고, 상기 보조 진공 용기 내부가 진공 배기된 상태에서 상기 장착구를 통과시켜서 상기 진공실 내부에서 상기 보조 진공 용기 내부로 상기 필라멘트 지지 구조 및 필라멘트를 뽑아내기 위한 조작 로드를 구비하고,
상기 보조 진공 용기가,
상기 장착구와, 상기 필라멘트 교환시에 상기 필라멘트를 꺼내기 위한 추출구가 형성된 용기 본체와,
상기 추출구를 개폐할 수 있는 뚜껑체를 구비한 것을 특징으로 하는 필라멘트 교환기.
제1항에 있어서,
상기 뚜껑체가 상기 용기 본체에 대하여 착탈 가능하게 장착되어 있는 필라멘트 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조작 로드의 선단부 및 상기 필라멘트 지지 구조의 사이를 접속하는 브래킷을 더 구비하고,
상기 용기 본체가, 상기 조작 로드의 축방향을 따라 연장되어 있고, 그 선단측에 상기 장착구를 가지는 동시에, 상기 장착구와는 반대측에 있어서 상기 축방향의 기단(基端)측에 돌출하는 볼록부를 가지고 있으며,
상기 볼록부가, 상기 필라멘트가 상기 용기 본체 내에 뽑힌 상태에서 상기 브래킷을 수용하는 동시에, 상기 축방향에서 보았을 경우에 상기 볼록부 및 상기 브래킷이 상기 필라멘트 지지 구조보다 작게 형성되어 있는 필라멘트 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용기 본체 내에 대하여 장착된 축방향으로 연장되는 레일 및 상기 레일 위를 슬라이드 이동 가능하게 장착된 슬라이더로 이루어지는 가이드를 더 구비하고,
상기 슬라이더와 상기 필라멘트 지지 구조가 접속되어 있는 필라멘트 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용기 본체의 외표면에 운반용 손잡이가 마련된 필라멘트 교환기.
제5항에 있어서,
올려 놓였을 때에 상기 손잡이와 함께 3점 지지를 이루는 2개의 다리부가 상기 용기 본체의 외표면에 마련된 필라멘트 교환기.
제1항 또는 제2항에 기재된 필라멘트 교환기와,
상기 진공실의 외측에 마련된 상기 필라멘트 지지 구조가 고정되는 고정 구조로 이루어지는 필라멘트 교환 구조로서,
상기 고정 구조가, 상기 필라멘트 교환기 내부를 진공 배기하기 위한 진공 배기용 밸브와, 상기 필라멘트 교환기가 상기 필라멘트 지지 구조를 둘러싸도록 장착되었을 때에 상기 진공 배기용 밸브 및 상기 보조 진공 용기 내부를 연통(連通)하는 배기 유로를 구비하고 있는 필라멘트 교환 구조.