KR20150075372A - 지지구조 및 이를 이용한 이온발생장치 - Google Patents

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Abstract

리펠러의 절연성 저하를 경감할 수 있는 지지구조 및 이온발생장치를 제공한다.
이온발생장치(10)는, 아크챔버(12)와, 아크챔버 내에 마련되는 리펠러 플레이트(64)와, 아크챔버(12)의 내외를 연통하는 관통구멍(60)에 삽입관통되는 리펠러 연장부(66)를 가지는 리펠러(62)와, 아크챔버(12)의 외측에 마련되고, 리펠러 연장부(66)와 관통구멍(60)의 내벽과의 사이에 간극(60a)이 확보되도록 하여, 리펠러를 지지하는 지지구조(70)를 구비한다. 지지구조(70)는, 아크챔버(12)의 외부에 간극(60a)과 연통하는 소실(88)을 구획하는 커버부재(80)와, 아크챔버(12)와 리펠러(62)와의 사이를 전기적으로 절연하는 절연부재(72)를 가진다.

Description

지지구조 및 이를 이용한 이온발생장치{SUPPORTING STRUCTURE AND ION GENERATION DEVICE USING THE SAME}
본 출원은, 2013년 12월 25일에 출원된 일본 특허출원 제2013-267764호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 리펠러의 지지구조 및 이를 이용한 이온발생장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는, 도전성을 변화시킬 목적, 반도체 웨이퍼의 결정 구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체 웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는, 일반적으로 이온주입장치로 불린다.
이러한 이온주입장치에 있어서의 이온원으로서, 직류방전형의 이온원이 알려져 있다. 직류방전형의 이온원은, 직류 전류에 의하여 필라멘트를 가열하여 열전자를 발생시키고, 그 열전자에 의하여 캐소드가 가열된다. 그리고, 가열된 캐소드로부터 발생한 열전자가 아크챔버 내에서 가속되고, 아크챔버 내의 소스 가스 분자와 충돌함으로써, 소스 가스 분자에 포함되어 있는 원자가 이온화된다.
아크챔버 내의 캐소드에 대향하는 위치에는, 아크챔버 내에서 가속된 전자를 반사시키는 리펠러가 마련된다. 리펠러는, 아크챔버와의 사이에서 전기적으로 절연됨으로써 전자를 반사시키는 기능을 가지며, 아크챔버 내의 이온화 효율을 높인다. 리펠러는, 예를 들면, 아크챔버 내에 마련되는 절연부재를 통하여 장착된다(특허문헌 1 참조).
일본 특허공개공보 평8-227688호
아크챔버 내에 도입되는 소스 가스 분자에는, 불화물이나 염화물 등의 할로겐화물이 이용되는 경우가 많다. 할로겐화물의 소스 가스 분자는, 이온화의 과정에서 할로겐 래디컬을 발생시키고, 이 할로겐 래디컬이 이온원을 구성하는 부품, 예를 들면 아크챔버 내벽의 금속 재료에 작용하여, 화학 결합한다. 그리고, 화학 결합한 금속 재료는, 소스 가스 분자와 함께 이온화되어, 이온화 물질로서 아크챔버의 내벽 등에 퇴적되어 도전성막을 형성할 수 있다.
이온원의 사용에 의하여, 리펠러의 절연부재에 금속 재료가 퇴적되어, 도전성막이 형성되면, 리펠러의 절연성이 저하되게 된다. 절연성이 저하되면, 리펠러가 전자를 반사시키는 기능이 크게 저하되므로, 이온의 생성 효율이 저하되고, 이온원의 수명을 단축하게 된다. 그 결과, 절연성이 저하된 부품의 교환 빈도가 많아지면, 이온주입장치를 이용하는 공정의 생산성이 저하된다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 리펠러의 절연성 저하를 경감할 수 있는 리펠러의 지지구조 및 이를 이용한 이온발생장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 이온발생장치는, 아크챔버와, 아크챔버 내에 마련되는 리펠러 플레이트와, 아크챔버의 내외를 연통하는 관통구멍에 삽입관통되는 리펠러 연장부를 가지는 리펠러와, 아크챔버의 외측에 마련되고, 리펠러 연장부와 관통구멍의 내벽과의 사이에 간극이 확보되도록 하여, 리펠러를 지지하는 지지구조를 구비한다. 지지구조는, 아크챔버의 외부에 간극과 연통하는 소실(小室)을 구획하는 커버부재와, 아크챔버와 리펠러와의 사이를 전기적으로 절연하는 절연부재를 가진다.
본 발명의 다른 양태는, 지지구조이다. 이 지지구조는, 아크챔버의 내외를 연통하는 관통구멍에 삽입관통되는 리펠러의 기부를, 당해 관통구멍의 내벽과의 사이에 간극이 확보되도록 하여 지지한다. 지지구조는, 아크챔버의 외부에 간극과 연통하는 소실을 구획하는 커버부재와, 아크챔버와 리펠러와의 사이를 전기적으로 절연하는 절연부재를 가진다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 리펠러의 절연성 저하를 경감하고, 생산성이 높은 이온발생장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 이온발생장치의 아크챔버 및 리펠러의 지지구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 이온발생장치의 A-A선 단면을 나타내는 모식도이다.
도 3은 비교예에 관한 이온발생장치의 아크챔버 및 리펠러의 지지구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 변형예 1에 관한 이온발생장치의 리펠러의 지지구조를 나타내는 모식도이다.
도 5는 변형예 2에 관한 이온발생장치의 리펠러의 지지구조를 나타내는 모식도이다.
도 6은 변형예 3에 관한 이온발생장치의 리펠러의 지지구조를 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 이온발생장치(10)의 아크챔버(12) 및 리펠러(62)의 지지구조(70)를 나타내는 모식도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 이온발생장치(10)의 A-A선 단면을 나타내는 모식도이다.
본 실시형태에 관한 이온발생장치(10)는, 직류방전형의 이온원이며, 아크챔버(12)와, 열전자 방출부(14)와, 리펠러(62)와, 지지구조(70)와, 서프레션 전극(20)과, 그라운드 전극(22)과, 각종 전원을 구비한다.
아크챔버(12)는, 대략 직육면체의 상자형 형상을 가진다. 아크챔버(12)는, 고융점 재료, 구체적으로는, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속이나 그들의 합금, 그라파이트(C) 등으로 구성되어 있다. 이로써, 아크챔버 내가 비교적 고온이 되는 환경하에서도, 아크챔버를 녹기 어렵게 할 수 있다.
아크챔버(12)는, 측벽판(50)과, 상면판(52)과, 하면판(54)을 구비한다. 측벽판(50)에는, 소스 가스를 도입하는 가스 도입구(24)와, 이온 빔이 인출되는 개구부로서의 프론트 슬릿(26)이 형성되어 있다. 상면판(52)에는, 열전자 방출부(14)가 마련되고, 하면판(54)의 관통구멍(60)에는 리펠러(62)가 삽입관통된다.
다만, 이하의 설명에 있어서, 상면판(52)으로부터 하면판(54)을 향하는 방향을 축방향이라고 하는 경우가 있다. 또, 축방향을 따른 방향 중, 하면판(54)으로부터 상면판(52)을 향하는 방향을 상방향 또는 상측, 상면판(52)으로부터 하면판(54)을 향하는 방향을 하방향 또는 하측이라고도 한다. 또, 아크챔버(12)의 내부를 내측, 아크챔버(12)의 외부를 외측이라고도 한다.
하면판(54)은, 아크챔버(12)의 내외를 연통하고, 축방향으로 뻗는 관통구멍(60)을 가진다. 관통구멍(60)은, 축방향의 단면 형상이 원형이다. 관통구멍(60)의 내측의 출구에는, 내면(54a)으로부터 상방향으로 돌단부(56)가 마련된다. 한편, 관통구멍(60)의 외측의 출구에는, 외면(54b)으로부터 하방향으로 돌출되는 접속부(58)가 마련된다. 접속부(58)의 측면에는 나사깎기 가공이 실시되고, 지지구조(70)가 접속되는 동축나사(58a)가 마련된다. 동축나사(58a)는, 관통구멍(60)의 중심축과 축을 공통으로 한다.
열전자 방출부(14)는, 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 것이며, 필라멘트(28)와 캐소드(30)를 가진다. 열전자 방출부(14)는, 상면판(52)의 장착구멍(52a)에 삽입되고, 아크챔버(12)와 절연된 상태에서 고정된다.
필라멘트(28)는, 필라멘트 전원(34)으로 가열되어, 선단에 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(28)에서 발생한 (1차)열전자는, 캐소드 전원(36)으로 가속되어, 캐소드(30)에 충돌하고, 그 충돌 시에 발생하는 열로 캐소드(30)를 가열한다. 가열된 캐소드(30)는 (2차)열전자(40)를 발생하고, 이 (2차)열전자(40)가, 아크 전원(38)에 의하여 캐소드(30)와 아크챔버(12)와의 사이에 인가된 아크 전압에 의하여 가속되며, 가스 분자를 전리하는 데 충분한 에너지를 가진 빔 전자로서 아크챔버(12) 안에 방출된다.
리펠러(62)는, 리펠러 플레이트(64)와, 리펠러 연장부(66)를 가진다. 리펠러 플레이트(64)는, 열전자 방출부(14)와 대향하는 위치에 마련되어 있고, 캐소드(30)와 대향하여 대략 평행으로 마련되어 있다. 리펠러 플레이트(64)는, 아크챔버 내의 전자를 반사시켜, 플라즈마(42)가 생성되는 위치에 전자를 체류시켜 이온 생성 효율을 높인다.
리펠러 연장부(66)는, 리펠러 플레이트(64)에 대략 수직으로 뻗는 원기둥 형상의 부재이며, 리펠러(62)의 기부이다. 리펠러 연장부(66)는, 하면판(54)의 관통구멍(60)에 삽입관통되고, 아크챔버 외부에 마련되는 지지구조(70)에 장착된다. 리펠러 연장부(66)의 단부(66a)에는, 관통구멍(60)의 중심축과 동축의 나사구멍(66b)이 마련되어 있고, 접속나사(68)에 의하여 절연부재(72)에 고정된다. 이로써, 리펠러 연장부(66)는, 관통구멍(60)의 내벽과의 사이에 간극(60a)이 확보되도록 하여 고정되고, 리펠러(62)는, 아크챔버(12)와의 사이에서 전기적으로 절연된 상태가 된다.
지지구조(70)는, 절연부재(72)와, 실드부재(76)와, 커버부재(80)를 가진다. 지지구조(70)는, 아크챔버(12)의 외측에 마련되어 있고, 아크챔버(12)의 외부에 관통구멍(60)에 있어서의 간극(60a)과 연통하는 소실(88)을 구획하도록 마련된다. 소실(88)의 내부에는, 리펠러(62)와 접속되는 절연부재(72)가 마련된다. 이로써, 지지구조(70)는, 아크챔버(12)와 리펠러(62)의 절연을 확보한 상태에서, 리펠러(62)를 지지한다.
커버부재(80)는, 원통 형상의 측면(82)에 바닥면(84)이 마련된 컵형의 형상을 가진다. 커버부재(80)는, 측면(82)의 개구단(82a)의 내면에 나사깎기 가공이 실시되어 있으며, 하면판(54)의 동축나사(58a)를 끼워 넣음으로써, 하면판(54)의 외측에 고정된다. 이로써, 커버부재(80)는, 하면판(54)과 함께 소실(88)을 구획한다. 소실(88)은, 아크챔버(12)의 외부에 대해서 밀폐되어 있으며, 소실(88)은, 관통구멍(60)에 있어서의 간극(60a)을 통하여 아크챔버(12)의 내부와 연결된다.
커버부재(80)의 바닥면(84)에는, 고정나사(86)가 삽입관통되는 나사구멍(84a)이 마련된다. 나사구멍(84a)은, 관통구멍(60)의 중심축과 동축이 되도록 형성된다. 이로써, 커버부재(80)의 내부에 마련되는 절연부재(72)를 관통구멍(60)의 중심축 상에 고정한다.
커버부재(80)는, 고온이 되는 아크챔버(12)에 접속되므로, 고융점 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 커버부재(80)는, 예를 들면, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속이나 그들의 합금, 그라파이트(C) 등으로 구성된다.
절연부재(72)는, 커버부재(80)와 리펠러(62)를 접속하는 부재이다. 절연부재(72)는, 커버부재(80)의 내부에 격납되고, 커버부재(80)의 형상에 대응하여 원통 형상을 가진다. 다만, 커버부재(80)의 내부에 격납할 수 있는 형상이라면, 각기둥 등의 상면(72a)과 하면(72b)이 다각형인 기둥형상으로 해도 된다. 절연부재(72)는, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 재료로 구성된다.
절연부재(72)는, 상면(72a)과 하면(72b)에 동축의 나사구멍(74a, 74b)이 마련된다. 상면(72a)의 나사구멍(74a)에는, 접속나사(68)가 장착되어, 리펠러 연장부(66)와 절연부재(72)와의 사이가 고정된다. 하면(72b)의 나사구멍(74b)에는, 고정나사(86)가 장착되어, 절연부재(72)와 커버부재(80)의 사이가 고정된다.
실드부재(76)는, 절연부재(72)의 상면(72a)과 측면(72c)을 덮도록 마련되고, 컵형의 형상을 가진다. 실드부재(76)는, 절연부재(72)의 상면(72a)과, 리펠러 연장부(66)의 단부(66a)의 사이에 끼워져 고정된다. 실드부재(76)는, 소실(88)의 내부에 들어가는 이온화 물질이, 절연부재(72)의 외표면인 상면(72a)이나 측면(72c)에 부착되는 것을 억제한다. 실드부재(76)는, 커버부재(80)와 마찬가지로, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta) 등의 고융점 금속이나 그들의 합금, 그라파이트(C) 등으로 구성된다.
이상의 구성을 가지는 이온발생장치(10)에는, 캐소드(30)와 리펠러(62)를 연결하는 축방향으로 소스 자장 코일에 의하여 야기되는 외부 자장(B)이 인가되고 있다. 또, 빔 전자를 방출하는 캐소드(30)와 대향시켜 리펠러(62)가 마련되어 있으므로, 빔 전자는 외부 자장(B)을 따라 캐소드(30)와 리펠러(62)와의 사이를 왕복 이동한다. 왕복 이동하는 빔 전자는, 아크챔버(12)에 도입된 소스 가스 분자와 충돌 전리하여 이온을 발생시켜, 아크챔버(12)에 플라즈마(42)를 생성한다. 빔 전자는, 인가 자장에 의하여 대략 한정된 범위에 존재하므로 이온은 그 범위에서 주로 생성되고, 확산에 의하여 아크챔버(12)의 내벽, 프론트 슬릿(26), 캐소드(30), 리펠러(62)에 도달하여, 벽면에서 소실된다.
소스 가스에는, 희가스나, 수소(H2), 포스핀(PH3), 아르신(AsH3) 등의 수소화물, 삼불화 붕소(BF3), 사불화 게르마늄(GeF4) 등의 불화물, 삼염화 인듐(InCl3) 등의 염화물, 등의 할로겐화물이 이용된다. 이들 소스 가스는, 아크챔버(12)에 도입되어, (2차)열전자(40)에 의하여 이온화된다. 여기된 이온은, 아크챔버(12)의 내벽, 캐소드(30), 리펠러(62)에 입사하여 충돌하면, 각 부의 구성 소재(W, Ta, Mo, 그라파이트 등)를, 스패터나 화학적 에칭에 의하여 마멸시킨다.
또, 소스 가스가 불화물인 경우, 예를 들면, BF3의 경우, 이온화에 의하여 B＋, BF＋, BF2 ＋, F＋, F2 ＋가 생성되고, 이러한 이온이 아크챔버(12)의 내부의 벽면에서 중성화되면, F, F2 등의 반응성이 높은 불소 래디컬이 생성된다. 불소 래디컬은, 이온발생장치(10)를 구성하는 부품의 재료와 화학 결합하여, WFx, TaFx, MoFx, CFx 등의 불화물이 된다. 이들 불화물은, 비교적 저온에서 가스화하고, 아크챔버 내에서 이온화되며, WFx ＋, TaFx ＋, MoFx ＋, CFx ＋ 등의 이온화 물질로서 아크챔버의 내벽 등에 유입 부착되어 도전성막을 형성할 수 있다.
이러한 도전성막은, 이온발생장치(10)를 구성하는 절연부품에도 부착되어, 절연성을 저하시키는 요인이 된다. 예를 들면, 리펠러의 절연부재의 외표면에 도전성막이 형성되면, 리펠러의 절연성이 저하되게 된다. 절연성이 저하되면, 리펠러가 전자를 반사시키는 기능이 크게 저하되므로, 이온의 생성 효율이 저하되고, 이온원의 수명을 단축하게 된다. 그 결과, 절연성이 저하된 부품의 교환 빈도가 많아져, 이온주입장치를 이용하는 공정의 생산성이 크게 저하된다.
본 실시형태에서는, 절연부재(72)가 아크챔버(12)의 내부가 아닌, 아크챔버(12)의 외부에 마련되는 소실(88)의 내부에 마련된다. 소실(88)은, 아크챔버(12)의 외부에 대해서 밀폐되고, 아크챔버(12)의 내부와 관통구멍(60)의 간극(60a)을 통하여 연결되어 있는 점에서, 아크챔버(12)와 마찬가지로 소스 가스로 채워지며, 간극(60a)에는 가스의 흐름이 발생하지 않는다. 이로 인하여, 아크챔버(12)의 내부에서 발생한 이온화 물질은 소실(88)로의 유입이 억제되게 되며, 소실(88)의 내부는, 아크챔버(12)의 내부보다 도전성막이 형성되기 어려운 환경이 된다. 본 실시형태에서는, 이러한 소실(88)의 내부에 절연부재(72)를 마련하므로, 절연부재(72)의 절연성 저하를 늦출 수 있다. 이로써, 이온원의 수명을 길게 할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 절연부재(72)의 외표면이 실드부재(76)에 의하여 덮여 있다. 이로 인하여, 소실(88)의 내부에 이온화 물질이 흘러들어갔다 하더라도, 그 일부는 실드부재(76)의 표면에 도전성막을 형성하게 된다. 즉, 실드부재(76)를 마련함으로써, 절연부재(72)의 외표면이 도전성막에 의하여 오염되기 어려워진다. 이로써, 절연부재(72)의 절연성 저하를 늦출 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 절연부재(72)가 하면판(54)의 바로 아래에 배치됨과 함께, 리펠러(62)와 커버부재(80)의 사이의 위치에 배치된다. 리펠러(62) 및 커버부재(80)는, 이온발생장치(10)의 사용에 의하여 고온이 되므로, 양자에 끼워진 위치에 배치되는 절연부재(72)는 고온으로 유지된다. 또, 절연부재(72)는, 소실(88)의 내부에 격납되어 있으므로 고온 상태가 유지되기 쉽다. 절연부재(72)의 온도를 높게 하면, 흘러들어간 이온화 물질이 표면에 부착되기 어려워지므로, 도전성막의 형성을 저해할 수 있다. 이로써, 절연부재(72)의 절연성 저하를 늦출 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 아크챔버(12)에 대해서, 리펠러(62) 및 지지구조(70)를 구성하는 부품이 동축 상에 배치된다. 커버부재(80)는, 관통구멍(60)의 중심축과 축을 공통으로 하는 동축나사(58a)에 의하여 고정되고, 절연부재(72)를 고정하는 고정나사(86) 및 리펠러(62)를 고정하는 접속나사(68)도 동축에 배치된다. 이로 인하여, 리펠러(62)를 관통구멍(60)의 중심에 위치 정밀도 좋게 고정할 수 있고, 리펠러 연장부(66)와 관통구멍(60)의 내벽과의 간극(60a)을 양호하게 유지할 수 있다. 특히, 도 3을 이용하여 후술하는 비교예와 비교하여, 리펠러(62)의 위치 어긋남에 의하여, 리펠러 연장부(66)가 관통구멍(60)의 내벽에 접촉하여, 절연 불량이 되는 것을 막을 수 있다.
도 3은, 비교예에 관한 이온발생장치(110)의 아크챔버(112) 및 리펠러(118)의 지지구조(120)를 나타내는 모식도이다. 이온발생장치(110)는, 상기 서술의 실시형태와 마찬가지로, 아크챔버(112)와, 열전자 방출부(114)와, 리펠러(118)를 구비한다. 리펠러(118)는, 아크챔버(112)의 바닥부(112a)에 마련되는 관통부(112b)에 삽입관통되어, 아크챔버(112)의 외부에 마련되는 지지구조(120)에 고정된다.
비교예에 관한 지지구조(120)는, 리펠러 지지판(124)과, 절연부재(132a, 132b)를 가진다. 리펠러 지지판(124)은, 아크챔버(12)의 축방향에 교차하는 방향(좌우 방향)으로 뻗는다. 리펠러 지지판(124)은, 그 일단인 접속부(124a)에 리펠러(118)가 접속되며, 타단인 고정부(124b)에 있어서 절연부재(132a, 132b)를 통하여 챔버 지지부(130)에 고정된다. 비교예에 있어서는, 좌우 방향으로 뻗는 리펠러 지지판(124)에 의하여, 절연부재(132a, 132b)의 위치를 아크챔버(112)로부터 멀어지게 함으로써, 절연부재(132)의 표면에 이온화 물질이 부착되어 도전성막이 형성되는 것을 막고 있다.
비교예에 있어서는, 절연부재(132a, 132b)의 절연성을 확보하기 위하여, 접속부(124a)와 고정부(124b)의 거리(L)를 취하는 것으로 하고 있다. 이로 인하여, 절연부재(132a, 132b)와의 고정을 위한 나사(128)가 느슨해져 리펠러 지지판(124)이 θ방향으로 어긋나면, 그 어긋남이 근소했다 하더라도, 리펠러 지지판(124)의 접속부(124a)가 크게 움직인다. 그 결과, 리펠러(118)가 관통부(112b)의 내벽에 접촉해 버려, 리펠러(118)의 절연을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 즉, 비교예에 있어서는, 절연성 확보를 위하여 리펠러 지지판(124)을 길게 하면, 그 길이가 절연 불량의 요인이 될 수 있다.
또, 비교예에 있어서, 절연부재(132a, 132b)의 위치를 아크챔버(112)로부터 멀어지게 하는 대책을 강구했다 하더라도, 관통부(112b)를 통하여 아크챔버(112) 내로부터 외부로 소스 가스의 흐름이 발생하여, 이온화 물질이 유출되게 된다. 그 결과, 절연부재(132a, 132b)의 표면에 이온화 물질이 부착되어 도전성막이 형성되고, 절연 불량이 되는 것을 볼 수 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 관통구멍(60), 리펠러(62), 절연부재(72), 커버부재(80)가 일축 상에 배치되는 구조로 되어 있으므로, 이들 부재의 접속 부분이 느슨해졌다 하더라도 리펠러(62)는 축에 교차하는 방향으로 위치가 어긋나기 어렵다. 이로써, 리펠러 연장부(66)와 관통구멍(60)의 내벽과의 간극(60a)을 유지할 수 있다. 또, 간극(60a)을 유지함으로써, 관통구멍(60)의 내벽에 도전성막이 형성되어, 간극(60a)이 도전성 재료로 연결되는 것에 의한 절연 불량을 막을 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 관통구멍(60)의 내측의 출구에 내면(54a)으로부터 상방으로 돌출되는 돌단부(56)가 마련된다. 이로 인하여, 아크챔버(12)의 측벽판(50)이나 상면판(52)에 퇴적된 도전성 물질이 박리하여 하면판(54)으로 낙하하는 경우이더라도, 관통구멍(60)의 내부에 이들 도전성 물질이 들어가기 어렵다. 따라서, 돌단부(56)를 마련함으로써, 리펠러(62)의 절연성 저하를 억제할 수 있다.
도 4는, 변형예 1에 관한 이온발생장치(10)의 리펠러(62)의 지지구조(70)를 나타내는 모식도이다. 변형예 1에 있어서는, 절연부재(72)의 외표면을 덮는 실드부재가 마련되어 있지 않은 점에서 상기 서술의 실시형태와 상이하다. 변형예 1에 있어서도, 소실(88)의 내부에 절연부재(72)가 마련되는 점에서, 소실(88)의 내부에는 이온화 물질이 유입되기 어렵고, 절연부재(72)가 고온으로 유지되는 환경으로 되어 있다. 이로 인하여, 절연부재(72)의 표면에 도전성막이 형성되는 것을 방지하여, 리펠러(62)의 절연성 저하를 경감시킬 수 있다. 또, 동축 상에 배치되는 지지구조(70)에 의하여, 리펠러(62)의 위치 정밀도를 높일 수도 있다.
도 5는, 변형예 2에 관한 이온발생장치(10)의 리펠러(62)의 지지구조(70)를 나타내는 모식도이다. 변형예 2에 있어서는, 하면판(54)의 접속부(58)에 동축나사가 마련되는 대신에, 접속부(58)의 측면에 나사구멍(58b)이 마련되고, 접속나사(90)에 의하여 커버부재(80)가 접속부(58)에 고정되는 점에서 상기 서술의 실시형태와 상이하다. 또, 커버부재(80)의 개구단(82a)에는, 나사깎기 가공이 실시되는 대신에 나사구멍(82b)이 마련되고, 접속나사(90)는, 이 나사구멍(82b)에 삽입관통된다. 변형예 2에 있어서도, 상기 서술의 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은, 변형예 3에 관한 이온발생장치(10)의 리펠러(62)의 지지구조(70)를 나타내는 모식도이다. 변형예 3에 있어서는, 절연부재(92)가, 리펠러(62)와 커버부재(80)의 사이가 아닌, 커버부재(80)와 아크챔버(12)의 사이에 마련되는 점에서 상기 서술의 실시형태와 상이하다. 이하, 변형예 3에 대하여, 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
지지구조(70)는, 커버부재(80)와, 절연부재(92)를 가진다. 커버부재(80)는, 원통 형상의 측면(82)에 바닥면(84)이 마련된 컵형의 형상을 가진다. 커버부재(80)는, 접속부(58) 및 절연부재(92)와 함께 소실(88)을 구획하고, 소실(88)의 내부를 아크챔버(12)의 외부에 대해서 밀폐한다. 커버부재(80)의 내측에는, 리펠러 연장부(66)의 단부(66a)가 접속된다. 리펠러 연장부(66)는, 관통구멍(60)의 중심축 상에 배치되는 접속나사(98)에 의하여 커버부재(80)의 바닥면(84)에 고정된다.
절연부재(92)는, 링 형상의 부재이며, 내벽(92a)과 외벽(92b)의 각각에 나사깎기 가공이 실시되어 있다. 절연부재(92)는, 내벽(92a)과, 하면판(54)의 접속부(58)에 마련되는 동축나사(58a)가 맞물려 하면판(54)에 고정된다. 절연부재(92)의 외벽(92b)에는, 커버부재(80)의 개구단(82a)의 내면이 맞물림으로써, 커버부재(80)가 접속된다. 절연부재(92)를 하면판(54)과 커버부재(80)의 사이에 마련함으로써, 리펠러(62)를 아크챔버(12)에 대해서 절연할 수 있다.
변형예 3에서는, 상기 서술의 실시형태와는 달리, 절연부재(72)가 소실(88)의 내부에 격납된 구조로는 되어 있지 않다. 그러나, 상기 서술의 실시형태와 마찬가지로, 소실(88)의 내부에는 가스가 유입되기 어려우므로, 소실(88)에 면하는 절연부재(92)의 하면(92d)에 이온화 물질이 부착되어, 도전성막이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또, 아크챔버(12)의 외부에 면하는 절연부재(92)의 상면(92c)은, 아크챔버(12)의 외측이 되므로, 아크챔버(12)의 내부와 비교하여 이온화 물질이 부착되기 어렵다. 이로써, 절연부재(92)의 절연성 저하를 억제할 수 있다.
또, 변형예 3에 있어서는, 절연부재(92)가 하면판(54)에 직접 접속되므로, 절연부재(92)를 고온으로 유지할 수 있다. 이로써, 절연부재(92)의 표면에 도전성막이 형성되는 것을 막을 수 있다.
또, 비교예 3에 있어서도, 관통구멍(60), 리펠러(62), 커버부재(80), 절연부재(92)가 일축 상에 배치되는 구조로 되어 있으므로, 이러한 부재의 접속 부분이 느슨해졌다 하더라도 리펠러(62)는 축에 교차하는 방향으로 위치가 어긋나기 어렵다. 이로써, 리펠러 연장부(66)와 관통구멍(60)의 내벽과의 간극(60a)을 유지할 수 있다.
이상, 본 발명을 상기 서술의 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 서술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또, 당업자의 지식에 근거하여 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 다시 짜는 것이나 각종 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대해서 더하는 것도 가능하고, 그러한 변형이 더해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
상기 서술의 실시형태 및 변형예에서는, 소실(88)의 내부가 밀폐되는 지지구조(70)에 대하여 나타냈다. 새로운 변형예에 있어서는, 소실(88)이 엄밀한 의미로 밀폐되는 구조가 아닌, 지지구조(70)에 마련되는 나사구멍 등에 발생하는 간극에 기인하여, 소실(88)의 기밀성이 손상되는 구조로 해도 된다. 이 경우, 아크챔버(12)의 내부의 소스 가스의 일부는, 관통구멍(60)의 간극(60a)을 통하여 소실(88)에 유입되고, 나사구멍 등의 간극을 통하여 챔버 외부에 유출되므로, 아크챔버(12)로부터 소실(88)로 다소의 가스의 흐름이 발생할 수 있다. 그러나, 지지구조(70)에 의하여 소실(88)을 마련하지 않는 경우와 비교하면, 소실(88)에 들어가는 이온화 물질의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 엄밀한 의미로 소실(88)이 밀폐되어 있지 않은 경우이더라도, 지지구조(70)에 마련되는 절연부재(72)의 절연성 저하를 경감할 수 있다.
상기 서술의 실시형태 및 변형예에서는, 리펠러 연장부(66)와 지지구조(70)와의 사이를 고정하는 접속부재로서, 접속나사를 이용하는 경우에 대하여 나타냈다. 새로운 변형예에 있어서는, 나사 이외의 접속부재를 이용해도 된다. 예를 들면, 접속부재로서 볼트나, 볼트와 너트의 조합을 이용하여 고정해도 된다.
10 이온발생장치
12 아크챔버
14 열전자 방출부
42 플라즈마
50 측벽판
52 상면판
54 하면판
58 접속부
58a 동축나사
60 관통구멍
60a 간극
62 리펠러
64 리펠러 플레이트
66 리펠러 연장부
70 지지구조
72 절연부재
76 실드부재
80 커버부재
88 소실

Claims (8)

  1. 아크챔버와,
    상기 아크챔버 내에 마련되는 리펠러 플레이트와, 상기 아크챔버의 내외를 연통하는 관통구멍에 삽입관통되는 리펠러 연장부를 가지는 리펠러와,
    상기 아크챔버의 외측에 마련되고, 상기 리펠러 연장부와 상기 관통구멍의 내벽과의 사이에 간극이 확보되도록 하여, 상기 리펠러를 지지하는 지지구조
    를 구비하고,
    상기 지지구조는, 상기 아크챔버의 외부에 상기 간극과 연통하는 소실을 구획하는 커버부재와, 상기 아크챔버와 상기 리펠러와의 사이를 전기적으로 절연하는 절연부재를 가지는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소실은, 상기 아크챔버의 외부에 대해서 밀폐되는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 절연부재는, 상기 소실의 내부에 마련되어 있고, 상기 리펠러 연장부와 상기 커버부재와의 사이를 접속하는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지구조는, 상기 리펠러 연장부와 상기 절연부재와의 사이에 마련되고, 상기 절연부재의 외표면을 덮도록 마련되는 실드부재를 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부재는, 상기 절연부재를 통하여 상기 아크챔버의 외측에 장착되는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리펠러 연장부는, 상기 관통구멍의 중심축과 동축에 마련되는 접속부재에 의하여, 상기 지지구조에 고정되는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 아크챔버는, 당해 아크챔버의 외측에 상기 관통구멍의 중심축과 동축의 나사 깎기 구조를 가지고,
    상기 지지구조는, 상기 나사 깎기 구조에 끼워 넣음으로써 상기 아크챔버에 고정되는 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
  8. 아크챔버의 내외를 연통하는 관통구멍에 삽입관통되는 리펠러의 기부를, 당해 관통구멍의 내벽과의 사이에 간극이 확보되도록 하여 지지하는 지지구조로서,
    상기 지지구조는, 상기 아크챔버의 외부에 상기 간극과 연통하는 소실을 구획하는 커버부재와, 상기 아크챔버와 상기 리펠러와의 사이를 전기적으로 절연하는 절연부재를 가지는 것을 특징으로 하는 지지구조.
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