(57)【要約】【課題】絶縁管を有効に用いることで、ガスボンベを高電圧部の外部、更にはタンクの外部に設置し得るイオン源への材料ガスの供給方法を提供する。【解決手段】ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する方法であって、ガスボンベが大地電位部に配置されるとともに、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管が途中に絶縁管を備え、この絶縁管がらせん状に形成されてなる配管を通してガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する方法であって、ガスボンベが大地電位部に配置されるとともに、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管が途中に絶縁管を備え、この絶縁管がらせん状に形成されてなる配管を通してガスボンベからイオン源に材料ガスを供給することを特徴とするイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項２】
ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する方法であって、ガスボンベが大地電位部に配置されるとともに、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管が途中に絶縁管を備え、この絶縁管が高圧電源の外周に巻き付けられてなる配管を通してガスボンベからイオン源に材料ガスを供給することを特徴とするイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項３】
絶縁管が、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けられてなる請求項２に記載のイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン源への材料ガスの供給方法において、絶縁管の長さが、イオン源への印加電圧の０．０００５倍以上の値の長さを有するイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項５】
絶縁管を高圧電源の外周に巻き付けるときに、高電圧と大地電位との間にあり、かつ高圧電源についている、複数の金属の近傍もしくは内側を通す請求項２に記載のイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項６】
絶縁管を加速管の外周に巻き付けるときに、高電圧と大地電位との間にあり、かつ加速管についている、複数の金属の近傍もしくは内側を通す請求項３に記載のイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のイオン源への材料ガスの供給方法において、絶縁管の長さが、イオン源への印加電圧の０．０００２倍以上の値の長さを有するイオン源への材料ガスの供給方法。
【請求項８】
ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する装置であって、大地電位部に配置されたガスボンベと、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管と、この材料ガス供給配管の途中に接続された絶縁管とを備え、絶縁管がらせん状に形成されてなることを特徴とするイオン源への材料ガスの供給装置。
【請求項９】
ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する装置であって、大地電位部に配置されたガスボンベと、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管と、この材料ガス供給配管の途中に接続された絶縁管とを備え、絶縁管が高圧電源の外周に巻き付けられてなることを特徴とするイオン源への材料ガスの供給装置。
【請求項１０】
絶縁管が、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けられてなる請求項９に記載のイオン源への材料ガスの供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン源への材料ガスの供給方法及びその装置に関し、詳細には、半導体を初めとする各種材料の定量、組成分析に用いる分析装置分野、もしくは、イオンを材料に注入するイオン注入分野、イオンを照射することで殺菌、その他の効果があるイオン照射分野などで用いるイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、特開平１０−２７５６９５号公報、特開平１１−１４９８８１号公報にはイオン源への材料ガスの供給方法が改善、提案されている。そして、これらの公報にも記載されているように、従来のイオン源への材料ガスの供給方法は、イオン源に供給する材料ガスを充填したガスボンベをイオン源と同じ高電圧部に設置して行う方法と、大地電位に設置して行う方法とがある。
【０００３】
前者のガスボンベをイオン源と同じ高電圧部に設置して行う方法では、ガスボンベ自体が高電圧部に設置されイオン源チャンバと同電位であることから配管に金属管を用いることができ配管が施工しやすくなるなどの利点を有する。しかし、イオン源に供給する材料ガスを充填したガスボンベ及び、このガスボンベをイオン源に接続するバルブや流量制御器等を備える配管を高電圧部に一緒に設置しなければならず、高電圧部のスペースを広げることが難しいことからガスボンベを出来る限り小さくする必要があった。ガスボンベが小さいと、ガスボンベの交換頻度が多くなる。しかし、ガスボンベの交換は、ガスボンベが高電圧部に設置されているため、その都度、イオン源の稼動を停止し電圧を下げてから交換する必要があり、簡単には交換ができない。
【０００４】
一方、後者のガスボンベを大地電位に設置して行う方法では、ガスボンベが大地電位に設置できることから、上記高電圧部に設置する場合のような設置スペースの制約が無くなり、ガスボンベを大きくできる。また、個数も多く設置でき切り替えて使用できるなどの利点を有する。しかし、大地電位に設置されたガスボンベと高電圧部との間の配管は、高電圧部側に絶縁管を接続しガスボンベ側と絶縁する必要があるが、絶縁管とガスボンベ側の金属管との継手部分から材料ガスが外部へ漏れることが懸念される。
【０００５】
また、高電圧が１００ｋＶ以上の高い電圧のイオン源を対象とする場合には、高電圧を絶縁するために、図３、４に示すように、高電圧部２１を含め高電圧電源２２、更には加速管２３をタンク２４で覆い、タンク２４の内部にＳＦ６ガス等を高圧力で封入することが行われている。この場合、ガスボンベ２５を高電圧部２１に設置する形式の場合（図３）には、上記ガスボンベを高電圧部に設置する形式と同様の問題を有する上に、更にガスボンベ２５を交換する都度、タンク２４内のＳＦ６ガスを回収し、タンク２４を開け閉めし、再度ＳＦ６ガスを加圧して投入する必要がある。
【０００６】
また一方、大地電位に設置する形式の場合（図４）にも、上記ガスボンベを大地電位に設置する形式の場合と同様の問題が懸念されるが、それ以上に、ガスボンベ２５及び配管２６がタンク２４内に設置されるため、ガスボンベ２５を大きくしたりガスボンベ２５の個数を多くした場合にはタンク２４も大きくする必要がある。タンク２４を大きくした場合には、封入するＳＦ６ガス等のガスも多く必要となり、全体にコストアップとなる。また、絶縁管２７はある程度の長さが必要で短い場合には沿面放電を発生するため、有効な絶縁とはならない。また、ガスボンベ２５を交換する都度、タンク２４内のＳＦ６ガスを回収し、タンク２４を開け閉めし、再度ＳＦ６ガスを加圧して投入する必要がある。なお、図３、４において、２８はイオン源、２９はバルブ、３０は材料ガスの流量調整弁などで構成されるマスフロー部、３１は引き出し電極である。
【０００７】
本発明は、上述の如き事情に着目してなしたものであって、その目的は、絶縁管を有効に用いることで、ガスボンベを高電圧部の外部、更にはタンクの外部に設置し得るイオン源への材料ガスの供給方法及びその装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を備える。
【０００９】
請求項１に係る発明は、ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する方法であって、ガスボンベが大地電位部に配置されるとともに、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管が途中に絶縁管を備え、この絶縁管がらせん状に形成されてなる配管を通してガスボンベからイオン源に材料ガスを供給するイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。
【００１０】
通常、大気中での沿面距離は空間に比べ３倍、ＳＦ６ガス中での沿面距離は４〜６倍と言われている。従って、絶縁管を通じての沿面放電を防止するためには絶縁管の長さは、高電圧部から大地電位部までの空間距離に比べ５倍以上の長さを持たせる必要があり、そのままの長さで絶縁管を配管したのでは、高電圧部から大地電位部までの距離が長いものとなる。そのため、本発明では、絶縁管をスプリングバネのようにらせん状に形成して高電圧部から大地電位部までの空間に配管することで、絶縁管を通じての沿面放電を防止するようにしたものである。このように、絶縁管の沿面放電を防止して高電圧部と大地電位部までの空間を短くできるので、コンパクトな装置でもって安全に材料ガスをイオン源に供給することができる。特に、１００ｋＶ以上の高電圧を用いるイオン源の場合には、タンクの外部にガスボンベを設置し得ると同時に、高電圧部と大地電位のタンクとの間隔が狭くできることから、高電圧部に加えてタンク自体も小さく形成でき、装置全体がコンパクトにできる。また、ガスボンベがタンクの外部に設置されることから、ガスボンベを大きくでき、また設置個数を多くできるため、タンクの開閉頻度を少なくでき、タンク内のＳＦ６ガスの回収及び投入といった作業回数も少なくできる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する方法であって、ガスボンベが大地電位部に配置されるとともに、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管が途中に絶縁管を備え、この絶縁管が高圧電源の外周に巻き付けられてなる配管を通してガスボンベからイオン源に材料ガスを供給するイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。
【００１２】
この構成では、上記請求項１におけるらせん状に形成する絶縁管を、高圧電源の外周に巻き付けてらせん状に形成するもので、このように構成しても、上記請求項１の作用効果と同様の作用効果が享受できる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、絶縁管が、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けられてなる請求項２に記載のイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。このように、絶縁管を、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けてらせん状に形成するように構成しても、上記請求項１の作用効果と同様の作用効果が享受できる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン源への材料ガスの供給方法において、絶縁管の長さが、イオン源への印加電圧の０．０００５倍以上の値の長さを有するイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。
【００１５】
このように限定する理由は、絶縁管の長さが、イオン源への印加電圧の０．０００５倍未満の値の長さでは放電が起こり、短絡により絶縁管などの破損が懸念されるためである。なお、上限は特に限定するものでは無いが、常識的に配管の圧損を考慮して一桁アップ以内とする。例えば、印加電圧が１ＭＶでは５００〜５０００ｍｍの長さ、４００ｋＶでは２００〜２０００ｍｍの長さである。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項２に記載のイオン源への材料ガスの供給方法において、絶縁管を高圧電源の外周に巻き付けるときに、高電圧と大地電位との間にあり、かつ高圧電源についている、複数の金属の近傍もしくは内側を通すイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。また、請求項６に係る発明は、請求項３に記載のイオン源への材料ガスの供給方法において、絶縁管を加速管の外周に巻き付けるときに、高電圧と大地電位との間にあり、かつ加速管についている、複数の金属の近傍もしくは内側を通すイオン源への材料ガスの供給方法を要旨とするものである。
【００１７】
このように、高圧電源や加速管の外周に巻き付ける場合に、それらについている、複数の金属の近傍もしくは内側を通すことにより、単に高圧電源又は加速管に巻き付けた場合よりも、絶縁管の長さを短くして沿面放電を防止することができる。具体的には、絶縁管の長さが、イオン源への印加電圧の０．０００２倍以上の値の長さで済む（請求項７）。
【００１８】
請求項８に係る発明は、ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する装置であって、大地電位部に配置されたガスボンベと、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管と、この材料ガス供給配管の途中に接続された絶縁管とを備え、絶縁管がらせん状に形成されてなるイオン源への材料ガスの供給装置を要旨とするものである。
【００１９】
通常、大気中での沿面距離は空間に比べ３倍、ＳＦ６ガス中での沿面距離は４〜６倍と言われている。従って、絶縁管を通じての沿面放電を防止するためには絶縁管の長さは、高電圧部から大地電位部までの空間距離に比べ５倍以上の長さを持たせる必要があり、そのままの長さで絶縁管を配管したのでは、高電圧部から大地電位部までの距離が長いものとなり、特にタンクを備えるイオン源への材料ガスの供給装置にあっては、タンクの外部にガスボンベが設置できたとしても、装置全体が大きくなる。そこで、本発明では、絶縁管をスプリングバネのようにらせん状に形成し、その絶縁管を高電圧部から大地電位部までの空間に配管することで、絶縁管を通じての沿面放電を防止させ、装置全体をコンパクトに構成したものである。特に、１００ｋＶ以上の高電圧を用いるイオン源の場合には、タンクの外部にガスボンベを設置し得ると同時に、高電圧部と大地電位のタンクとの間隔が狭くできることから、高電圧部に加えてタンク自体も小さく形成でき、装置全体がコンパクトにできる。また、ガスボンベがタンクの外部に設置されることから、ガスボンベを大きくでき、また設置個数を多くできるため、タンクの開閉頻度を少なくでき、タンク内のＳＦ６ガスの回収及び投入といった作業回数も少なくできる。
【００２０】
請求項９に係る発明は、ガスボンベからイオン源に材料ガスを供給する装置であって、大地電位部に配置されたガスボンベと、ガスボンベからイオン源に至る間の材料ガス供給配管と、この材料ガス供給配管の途中に接続された絶縁管とを備え、絶縁管が高圧電源の外周に巻き付けられてなるイオン源への材料ガスの供給装置を要旨とするものである。
【００２１】
この構成では、上記請求項８におけるらせん状に形成する絶縁管を、高圧電源の外周に巻き付けてらせん状に形成するもので、このように構成しても、上記請求項８の作用効果と同様の作用効果が享受できる。
【００２２】
請求項１０に係る発明は、絶縁管が、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けられてなる請求項９に記載のイオン源への材料ガスの供給装置を要旨とするものである。このように、絶縁管を、高圧電源に代えて加速管の外周に巻き付けてらせん状に形成するように構成しても、上記請求項８の作用効果と同様の作用効果が享受できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。
【００２４】
イオン源１と引き出し電極２は高電圧部３内に設置されている。高電圧部３は高電圧電源４に接続されて高電圧（例えば、数百ｋＶ〜数ＭＶ）に保持されている。また高電圧部３の引き出し電極２の先には加速管５が取付けられている。高電圧部３、高電圧電源４及び加速管５は、タンク６内に設置されている。
【００２５】
一方、イオン源への材料ガスの供給装置７は、ガスボンベ８と配管９とで基本的に構成され、配管９の一端はガスボンベ８に他端はイオン源１に接続されている。ガスボンベ８は、タンク６の外部の大地電位部に設置されている。配管９は、ガスボンベ８の引き出し部に設けられたバルブ１０と、材料ガスの流量調整弁などで構成されるマスフロー部１１と、絶縁管１２とを備えている。そして、本例では、絶縁管１２は、高電圧電源４の外周に巻き付けられている。その絶縁管１２の一端は、イオン源１に接続されマスフロー部１１を含めて高電圧部３内に取付けられた金属管１３に、高電圧部３を出る所で接続され、また他端は、ガスボンベ８に接続された金属管１４に、タンク６の内部で接続されている。
【００２６】
上記構成では、絶縁管１２をらせん状に形成して高電圧電源４の外周に巻き付けて高電圧部３から大地電位部（金属管１４）までの空間に配管９しているので、沿面放電を発生させない長さの絶縁管１２をコンパクトに形成できると同時に、絶縁管１２を通じての沿面放電を防止することができる。また、このように絶縁管１２の沿面放電を防止して高電圧部３と大地電位部（金属管１４）までの空間を短くできるので、コンパクトな装置でもって安全に材料ガスをガスボンベ８からイオン源１に供給することができる。また、高電圧部３と大地電位のタンク６との間隔が狭くできることから、高電圧部３はもとよりタンク６自体も小さく形成でき、装置全体がコンパクトにできる。また、ガスボンベ８がタンク６の外部に設置されることから、ガスボンベ６を大きくでき、また設置個数を多くできるため、タンク６の開閉頻度を少なくでき、タンク６内のＳＦ６ガスの回収及び投入といった作業回数が少なくできると同時に、ＳＦ６ガスが漏れる可能性も少なく環境にもやさしい。
【００２７】
図２は、本発明に係る別の実施形態のイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。この図２に示す装置は、高電圧電源４がその外周に高電圧と大地電位との間にほぼ等距離で均等電界で配置されている金属リング１５を備える構造のものであるとともに、絶縁管１２が、その金属リング１５の近傍もしくは内側を通るようにしてらせん状に設けられている外は、上記図１に示す装置と実質的に同構成の装置である。
【００２８】
上記図２に示す装置であっても、上記図１に示す装置と同様の作用効果（段落番号［００２６］）を享受することができる上に、更に高電圧電源４がその外周に高電圧と大地電位との間にほぼ等距離で均等電界で配置されている金属リング１５を備え、その金属リング１５を介在させて絶縁管１２をらせん状に巻き付けているので、均等割りされた金属リング１５、１５間の電位に対応する絶縁管１２の長さで済むことになり、金属リング１５を設けずに高電圧と大地電位との間に絶縁管１２を巻き付けるときよりも短くして沿面放電を防止できる。この理由は以下のことによる。すなわち、沿面放電の開始電圧（フラッシュオーバ電圧）は、絶縁物の厚さが増すに伴い大きくなるが直線比とはならず、より大きくなるためである。例えば、１０ｋＶの電圧に耐えるためには２ｍｍ以上の絶縁物の厚さが必要であるが３０ｋＶの電圧に耐えるには２ｍｍの３倍の６ｍｍでは足りず、２８ｍｍもの厚さが必要となる。しかし、３０ｋＶの電位を１０ｋＶずつに金属リングでほぼ均等に分割し、２ｍｍの絶縁物を３つの金属リング間に入れることで絶縁物の厚さを６ｍｍで済ませることができる。
【００２９】
なお、上記の実施形態では、マスフロー部１１を、高電圧部３内に取付けられた金属管１３に設ける場合を例に説明したが、大地電位に置かれたガスボンベ８に接続された金属管１４に設けてもよい。このように設けることで、マスフロー部１１を設けるスペースが狭くできることから、高電圧部８が狭くでき、装置全体をよりコンパクトにできる。
【００３０】
また、上記の実施形態では、絶縁管１２を、高電圧電源４に巻き付ける場合、あるいは高電圧電源４の金属リング１５を通す場合を例に説明したが、加速管５に巻き付けてもよいし、あるいは加速管５の金属リングを通すようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るイオン源への材料ガスの供給方法によれば、絶縁管をスプリングバネのようにらせん状に形成して高電圧部から大地電位部までの空間に配管しているので、絶縁管の沿面放電を防止して高電圧部と大地電位部までの空間を短くでき、コンパクトな装置でもって安全に材料ガスをイオン源に供給することができる。
【００３２】
本発明に係るイオン源への材料ガスの供給装置によれば、絶縁管をスプリングバネのようにらせん状に形成し、その絶縁管を高電圧部から大地電位部までの空間に配管することで、絶縁管を通じての沿面放電を防止させ、装置全体をコンパクトに構成できる。特に、１００ｋＶ以上の高電圧を用いるイオン源の場合には、タンクの外部にガスボンベを設置し得ると同時に、高電圧部と大地電位のタンクとの間隔が狭くできることから、高電圧部に加えてタンク自体も小さく形成でき、装置全体がコンパクトにできる。また、ガスボンベがタンクの外部に設置されることから、ガスボンベを大きくでき、また設置個数を多くできるため、タンクの開閉頻度を少なくでき、タンク内のＳＦ６ガスの回収及び投入といった作業回数も少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。
【図２】本発明に係る別の実施形態のイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。
【図３】従来のイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。
【図４】従来のイオン源への材料ガスの供給装置の概念図である。
【符号の説明】
１：イオン源　　　　　　２：引き出し電極　　　　３：高電圧部
４：高電圧電源　　　　　５：加速管　　　　　　　６：タンク
７：イオン源への材料ガスの供給装置　　　　　　　８：ガスボンベ
９：配管　　　　　　　１０：バルブ　　　　　　１１：マスフロー部
１２：絶縁管　　　　　　１３、１４：金属管　　　１５：金属リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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