(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧発生部と、荷電粒子を加速する加速管とが密閉容器内に配置され、前記密閉容器内に絶縁性ガスとして圧縮乾燥空気が充填されている荷電粒子加速器のメンテナンス方法であって、
前記密閉容器の内部には、メンテナンス空間と非メンテナンス空間とに仕切る仕切体が前記高電圧発生部に対して非接触で設けられており、
メンテナンス時に、前記メンテナンス空間と前記非メンテナンス空間との圧力差で、前記密閉容器の内部から前記密閉容器の外部へ向かう空気流を形成することを特徴とする荷電粒子加速器のメンテナンス方法。
【請求項２】
前記仕切体は、電気絶縁性の材料で形成されている請求項１に記載の荷電粒子加速器のメンテナンス方法。
【請求項３】
前記仕切体は、前記メンテナンス空間と前記非メンテナンス空間との間を仕切る作動位置と、前記メンテナンス空間と前記非メンテナンス空間との間を仕切らない非作動位置とを選択的にとる請求項１に記載の荷電粒子加速器のメンテナンス方法。
【請求項４】
前記密閉容器には外部連絡用の連絡口が形成されており、この連絡口を遮蔽する遮蔽体を前記連絡口に非気密的に設置することで前記空気流を形成する請求項１に記載の荷電粒子加速器のメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧発生部と、荷電粒子を加速する加速管とが、密閉容器内に配置され、密閉容器内に絶縁性ガスとして圧縮乾燥空気が充填されている荷電粒子加速器およびそのメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオンや電子を所望のエネルギーに加速するための荷電粒子加速器は、イオン注入装置や電子顕微鏡等に適用されている。特に、１ＭＶ級イオン注入装置やイオンビーム分析装置等、高エネルギーでイオンビームを照射する用途には、図２に概略的に示すシングルエンド型イオン加速器が用いられている。
【０００３】
図２は従来のシングルエンド型イオン加速器１の構成を示している。このシングルエンド型イオン加速器１は、密閉容器としての高圧タンク２を有している。高圧タンク２の内部には高電圧ターミナル３および加速管４が配置されている。高電圧ターミナル３には、イオン源５、質量分離電磁石６等が収容されている。
【０００４】
イオン源５は、分析装置用途の場合には水素やヘリウム等の正イオンを発生させ、イオン注入用途の場合にはボロンや燐、砒素イオンを発生させる。７はガスボックスであり、図示せずともボンベや流量調整器、バルブ等が収納され、イオン源５にイオンとなる原料ガスを供給する。８はイオン源電源であり、発電機９から所定の電力が供給される。発電機９は、高圧タンク２の外部に設置されたモータ１０に対し、絶縁棒１１を介して接続されている。絶縁棒１１は高圧タンク２と高電圧ターミナル３との間に接続され、内部に発電機９を駆動させるモータ１０の回転軸（図示略）が収納されている。
【０００５】
加速管４は、質量分離電磁石６の下流側に配置されている。加速管４は、一端が高電圧ターミナル３に接続され、他端が高圧タンク２に接続されている。この加速管に平行してコッククロフトウォルトン型の倍電圧回路１２が高圧タンク２と高電圧ターミナル３との間に配置されている。加速管４の下流側には磁場型四重極レンズ（以下Ｑレンズという）１３、偏向マグネット１４および照射チャンバ１５が順に配置されている。イオン源５から照射チャンバ１５までのビーム輸送ラインは、図示しない真空ポンプで所定の真空度（例えば１０-3Ｐａ以下）に減圧されている。
【０００６】
高圧タンク２は、グランド電位に接続されている。高圧タンク２と高電圧ターミナル３との間の絶縁を確保するため、高圧タンク２内にはＳＦ6 等の絶縁性ガスが所定圧で充填されている。１６は絶縁性ガスのリザーバタンク、１７は高圧タンク２とリザーバタンク１６との間を開閉するバルブである。
【０００７】
以上のように構成されるシングルエンド型イオン加速器１の動作について説明する。
【０００８】
高電圧ターミナル３は、倍電圧回路１２によって例えば５００〜１０００ｋＶの高電圧が印加されている。また、高電圧ターミナル３内のイオン源電源８には、発電機９で発電された電力が供給されている。イオン源電源８からイオン源５に電力が供給され、ガスボックス７内のガスボンベから導入されたガスのプラズマがイオン源５で発生する。イオン源５より例えば約１０〜２５ｋＶで引き出されたイオンは、アインツエルレンズ（図示略）で収束され、更に質量分離電磁石６により所望のイオンが選別され、加速管４に入射する。加速管４で加速されたイオンは、Ｑレンズ１３で収束され、偏向マグネット１４で偏向されて、照射チャンバ１５内の被処理基板Ｗ上に、１価のイオンに相当するエネルギー換算で、最大５００〜１０００ｋｅＶのエネルギーで照射される。
【０００９】
ところで、この種のシングルエンド型イオン加速器１においては、例えばイオン源５のメンテナンスを定期的に行う必要がある。具体的には、イオン源５として熱陰極型イオン源が採用されている場合には、フィラメントの定期的な交換が必要である。この際、高電圧ターミナル３の電位をグランド電位にまで低下させた後、高圧タンク２に充填された絶縁性ガス（ＳＦ6 ）をバルブ１７を介してリザーバタンク１６に回収する。そして、真空バルブ１８を閉じてイオン源５と加速管４との間の連通を遮断し、イオン源５のメンテナンスを行っている。
【００１０】
しかしながら、従来のイオン加速器１においては、高圧タンク２内に充填される絶縁性ガスに環境に有害なＳＦ6 ガスを用いているので、メンテナンス時に絶縁性ガスを回収するためのリザーバタンク１６を必要とし、これが装置設置スペースの大型化を招いているという問題がある。また、メンテナンス作業の終了後、高圧タンク２内に再度、絶縁性ガスを充填する必要があるため、運転再開に多大な時間を要するという問題がある。
【００１１】
このような問題を解決するため、下記特許文献１には、図３に示すシングルエンド型イオン加速器２１が提案されている。このイオン加速器２１は、高圧タンク２２の内部をメンテナンス空間Ｓ１と非メンテナンス空間Ｓ２に仕切る仕切壁２３を備えている。メンテナンス空間Ｓ１にはイオン源２４や質量分離電磁石２５が収容され、非メンテナンス空間Ｓ２には加速管２６が収容されている。仕切壁２３は空間Ｓ１と空間Ｓ２との間を気密に区画している。そして、これら２つの空間Ｓ１，Ｓ２にそれぞれＳＦ6 等の絶縁性ガスを充填している。メンテナンス空間Ｓ１にはメンテナンス扉２７が設置されている。
【００１２】
以上のような構成のイオン加速器２１においては、イオン源２４のメンテナンス時、メンテナンス空間Ｓ１のみを外気に開放してイオン源２４等の所要のメンテナンスを行うようにして、ＳＦ6 ガスの回収用リザーバタンクの容積小型化、運転再開時のＳＦ6 ガス充填作業時間の短縮を図るようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−６７１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のイオン加速器２１は、メンテナンス時に絶縁性ガスの回収作業は従来と変わらず必要であるとともに、リザーバタンクを設置するためのスペースも依然として必要とされる。このリザーバタンクは装置運転時には全く不要な構造物であり、装置設置スペース低減の障害となっている。
【００１５】
また、絶縁性ガスに用いられるＳＦ6 ガスは環境負荷が大きく、漏洩による外部への影響も甚だしい。温室効果はＣＯ2 の約２２０００倍に相当する。このため、仕切壁２３に高い気密性が要求され、イオン源等の高電圧発生部との間の接続部に高い信頼性を確保する必要がある。これにより、装置構造の複雑化、高コスト化を招くという問題がある。
【００１６】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置設置スペースの低減を図ることができ、装置構成を複雑化することなくメンテナンス性を改善することができる荷電粒子加速器およびそのメンテナンス方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の荷電粒子加速器は、高電圧発生部と、この高電圧発生部に接続され荷電粒子を加速する加速管とが、密閉容器内に配置されており、前記密閉容器内に絶縁性ガスが充填されている荷電粒子加速器において、前記絶縁性ガスは圧縮乾燥空気であり、前記密閉容器の内部には、メンテナンス空間と非メンテナンス空間とを非気密的に仕切る仕切体が設けられている。
【００１８】
本発明では、絶縁性ガスとして圧縮乾燥空気を用いているので、メンテナンス時には当該絶縁性ガスを大気に開放することができる。これにより、ＳＦ6 ガス等を絶縁性ガスとして用いる従来の加速器構造と比較して、リザーバタンク等のガス回収用タンクが不要となり、装置の設置スペースの大幅な低減を図ることができる。
【００１９】
また、本発明では、密閉容器の内部を仕切体によってメンテナンス空間と非メンテナンス空間とに仕切っているので、メンテナンス時における非メンテナンス空間の湿度の上昇を抑制し、装置運転再開時における圧縮乾燥空気の充填時間の短縮を図ることができる。
【００２０】
更に、本発明では、上記仕切体でメンテナンス空間と非メンテナンス空間とを非気密的に仕切るようにしている。従って、メンテナンス時において、非メンテナンス空間を大気圧以上とすることにより、仕切体と高電圧発生部間の隙間を介して非メンテナンス空間からメンテナンス空間へ向かって空気の流れを形成でき、メンテナンス空間への外気の侵入を抑えることが可能となる。これにより、メンテナンス空間の湿度上昇を抑えながらメンテナンス作業を行うことができる。
【００２１】
更にまた、上記仕切体が高電圧発生部と非接触で設置されているので、仕切体の構造を簡素化できる。そして、この仕切体を密閉容器内に常設させても、装置運転時における高電圧発生部と密閉容器との間の絶縁性を確保できる。
【００２２】
上記仕切体は、電気的に絶縁性の材料で形成されるのが好ましい。また、この仕切体をメンテナンス時と非メンテナンス時で位置を変えられるようにしてもよい。すなわち、両空間を仕切る作動位置と、両空間を仕切らない非作動位置とを選択的にとれるように当該仕切体を構成する。これにより、非メンテナンス時は密閉容器と高電圧発生部間の絶縁性を高めることができ、メンテナンス時は非メンテナンス空間の湿度上昇を抑えることができる。
【００２３】
また、本発明の他の荷電粒子加速器は、高電圧発生部と、この高電圧発生部に接続され荷電粒子を加速する加速管とが、密閉容器内に配置されており、前記密閉容器内に絶縁性ガスが充填されている荷電粒子加速器において、前記絶縁性ガスは圧縮乾燥空気であり、前記密閉容器には、外部と連絡する連絡口と、この連絡口を非気密的に遮蔽する遮蔽体とが設けられている。
【００２４】
本発明は、連絡口を遮蔽する遮蔽体によって、密閉容器内部への外気の侵入を抑制し、密閉容器内部の湿度の大きな上昇を防ぐようにしている。これにより、装置運転再開時における圧縮乾燥空気の充填時間の短縮を図ることができる。
なお、遮蔽体は、フレキシブル性のある材料、例えばビニールフィルムや布などの低廉な素材で形成できる。
【００２５】
一方、本発明の荷電粒子加速器のメンテナンス方法は、高電圧発生部と、荷電粒子を加速する加速管とが密閉容器内に配置され、前記密閉容器内に絶縁性ガスとして圧縮乾燥空気が充填されている荷電粒子加速器のメンテナンス方法であって、メンテナンス時に、前記密閉容器の内部から前記密閉容器の外部へ向かう空気流を形成している。これにより、メンテナンス空間への外気の侵入を抑えることが可能となり、メンテナンス空間の湿度上昇を抑えながらメンテナンス作業を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上述べたように、本発明によれば、絶縁性ガス回収用のタンクの設置が不要となるので、装置設置スペースの大幅な低減を図ることができる。また、装置構成を複雑化することなく、メンテナンス時における密閉容器内部の湿度上昇を抑えられ、運転再開時の圧縮乾燥空気の充填時間を短縮し、生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態を示している。なお、図において図２と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
【００２９】
本実施の形態の荷電粒子加速器は、図１に示すシングルエンド型イオン加速器３１として構成されている。密閉容器として構成された高圧タンク２の内部には、イオン源５、質量分離電磁石６、ガスボックス７、イオン源電源８、発電機９等が収容される高電圧ターミナル（高電圧発生部）３と、この高電圧ターミナル３と密閉容器２との間に連結された加速管４と、加速管４に並行配置されたコッククロフトウォルトン型の倍電圧回路１２などが設置されている。
【００３０】
高圧タンク２はグランド電位に接続されており、高電圧ターミナル３は、倍電圧回路１２を介して所定の高電圧（例えば５００〜１０００ｋＶ）が印加されている。これら高圧タンク２と高電圧ターミナル３との間の電気的絶縁は、高圧タンク２の内部に充填された圧縮乾燥空気によって確保されている。
【００３１】
ここで、圧縮乾燥空気の耐電圧の大きさは、圧縮乾燥空気のコンディションによって変化する。空気の圧縮度が高いほど耐電圧は向上するが、圧縮空気中の湿度が高くなると耐電圧は低下する。また、空気の圧縮度を高めると、圧縮空気中の湿度は増大する。
すなわち、圧縮空気の圧縮度が高いほど、高圧タンクと高電圧発生部との間の耐電圧は向上するものの、圧縮度の上昇に伴って空気中の水分が凝結する結果、沿面放電等による耐電圧の劣化等が懸念されることになる。このため、高電圧発生部に発生させる電圧の大きさに応じて、充填空気の湿度管理が行われる。例えば本実施の形態のように、高電圧ターミナル３の最大発生電圧を１０００ｋＶとした場合、充填される圧縮乾燥空気は、ゲージ圧２気圧（０．２ＭＰａ）で湿度５０％以下に管理されている。
【００３２】
なお、高圧タンク２への圧縮乾燥空気の導入は、エアコンプレッサを備えたエアタンク３７からエアドライヤ３６及びバルブ３８を介して行われる。また、導入した圧縮乾燥空気を再びエアタンク３７に戻して、エアタンク３７、エアドライヤ３６及び高圧タンク２の間で圧縮乾燥空気を循環させるようにすれば、充填する圧縮乾燥空気の湿度を容易に調整することができる。
【００３３】
次に、高圧タンク２の内部は、仕切体３２によって、高電圧ターミナル３が属するメンテナンス空間Ｍ１と、加速管４や倍電圧回路１２等が属する非メンテナンス空間Ｍ２とに仕切られている。メンテナンス空間Ｍ１には、外部と連絡する連絡口３３と、この連絡口３３を気密に閉塞するメンテナンス扉３５が設置されている。連絡口３３は、作業者が出入りできる程度の開口面積で形成されている。なお、３９ａ，３９ｂは、メンテナンス空間Ｍ１および非メンテナンス空間Ｍ２の内圧を測定する連成計あるいは圧力計である。
【００３４】
仕切体３２は、図では簡略的に示しているが、高電圧ターミナル３の周囲から高圧タンク２の内壁面に向かって設置されている。特に本実施の形態では、仕切体３２は電気的に絶縁性の材料（例えば非導電性プラスチック、木材など）で形成されており、高圧タンク２の内部に常設され、高圧タンク２の内面隅部から高電圧ターミナル３に向けて延在させてその沿面距離を長くとっている。
【００３５】
仕切体３２の構成は特に限定されず、例えば、高圧タンク２の連絡口３３側の四側辺から高電圧ターミナル３に向けて各々延設させた４枚の板材で構成することができる。あるいは、高圧タンク２の連絡口３３側の側面から、頂点が開口された円錐台もしくは角錐台形状に上記仕切体３２を形成してもよい。なお、仕切体３２には、作業者の体重と、メンテナンス空間Ｍ１と非メンテナンス空間Ｍ２間の所定の圧力差に耐え得る程度の機械的強度が備えられているものとする。
【００３６】
仕切体３２は、高電圧ターミナル３に対して非接触とされている。すなわち、図１において領域Ａに示したように、仕切体３２の先端部と高電圧ターミナル３との間には一定の隙間が形成されている。これにより、メンテナンス空間Ｍ１と非メンテナンス空間Ｍ２とは上記隙間Ａを介して空気の連通が可能となっている。また、非メンテナンス時において高電圧ターミナル３に大電圧が印加されても、仕切体３２での沿面放電による絶縁破壊が防止され、密着時における場合よりも耐電圧の向上を図ることができる。
【００３７】
なお、仕切体３２を図示する作動位置と一点鎖線で示す非作動位置との間で移動自在に構成してもよい。この場合、メンテナンス時には実線で示す作動位置に移動し、運転時（非メンテナンス時）は一点鎖線で示す非作動位置に待機させるようにする。これにより、運転時における耐電圧を更に向上させることができる。
【００３８】
一方、連絡口３３には、この連絡口３３を遮蔽する遮蔽体３４が設置されている。この遮蔽体３４は、連絡口３３をタンク内側から遮蔽することによって、当該連絡口３３を介しての外気の侵入を制限し、メンテナンス空間Ｍ１の湿度の上昇を規制する作用を行う。遮蔽体３４は連絡口３３を気密に遮蔽する必要はない。この遮蔽体３４で、湿度の高い外気がメンテナンス空間Ｍ１に入るのを制限できればよい。
【００３９】
遮蔽体３３は、例えばビニル製または布製のカーテン等で構成することができる。材質は電気的に絶縁製の材料であることが好ましいが、高電圧ターミナル３から一定の離間距離が確保されていれば金属等の導電性材料であってもよい。また、遮蔽体３４をエアカーテン等で形成してもよい。
【００４０】
次に、以上のように構成される本実施の形態のシングルエンド型イオン加速器３１のメンテナンス方法について説明する。特に本実施の形態では、高電圧ターミナル３に収容されたイオン源５のメンテナンス方法について説明する。
【００４１】
メンテナンスを開始するに当たり、倍電圧回路１２による昇圧作用が停止され、高電圧ターミナル３がグランド電位に落とされる。また、イオン源５と質量分離電磁石６との間に設けられた真空バルブ１８を閉じて、イオン源５側を大気圧に開放する。その後、メンテナンス空間Ｍ１の内圧が大気圧に調整される。次いで、メンテナンス扉３５が開放され、作業者が連絡口３３から遮蔽体３４を押し退けて内部へ進入する。そして、イオン源５のメンテナンス作業、更に詳しくは、高電圧ターミナル３の作業窓３ａを開口させて、熱陰極フィラメントの交換作業が行われる。
【００４２】
メンテナンス時、連絡口３３に設置された遮蔽体３４によって、メンテナンス空間Ｍ１への外気の侵入が抑えられ、メンテナンス空間Ｍ１の低湿度雰囲気が維持される。
【００４３】
また、非メンテナンス空間Ｍ２は、メンテナンス空間Ｍ１に対して非気密的であるので、このメンテナンス空間Ｍ１の内圧と平衡をとるように、非メンテナンス空間Ｍ２からメンテナンス空間Ｍ１に向かって空気が移動する。この空気の流れは、仕切体３２の先端と高電圧ターミナル３の周囲との間の隙間Ａを介して行われる。
【００４４】
これにより、メンテナンス空間Ｍ１には、非メンテナンス空間Ｍ２から低湿度の空気が流入されるので、メンテナンス空間Ｍ１の外気侵入による湿度上昇が抑えられる。また、非メンテナンス空間Ｍ２からメンテナンス空間Ｍ１に向かう空気の流れによって、メンテナンス空間Ｍ１が大気圧より若干高めに維持されるので、メンテナンス空間Ｍ１から高圧タンク２外部へ向かう空気の流れをも形成できるようになり、外気侵入抑制効果をより一層高めることができる。
【００４５】
なお、メンテナンス時、エアタンク３７側から非メンテナンス空間Ｍ２へ圧縮乾燥空気を供給することで、メンテナンス空間Ｍ１と非メンテナンス空間Ｍ２との間に一定の圧力差を発生させておいてもよい。これにより、隙間Ａを介しての空気の流れを維持でき、メンテナンス空間Ｍ１の湿度上昇を抑えることができる。
【００４６】
メンテナンス作業の終了後、作業者は遮蔽体を押し退けて連絡口３３から高圧タンク２外部へ退出する。その後、メンテナンス扉３５が閉められ、高圧タンク２の内部が外部から密閉される。次いで、エアタンク３７から高圧タンク２の内部へ圧縮乾燥空気が所定圧充填される。また、イオン源５の内部が真空排気され真空バルブ１８が開放される。更に高電圧ターミナル３に所定電圧が印加され、運転再開の準備がなされる。
【００４７】
なお、この圧縮乾燥空気の充填作業は、湿度コントロールした外気を高圧タンク２へ充填し、これが所定圧に達した後、高圧タンク２内の充填空気をエアタンク３７およびエアドライヤ３６を介して循環送出させる。高圧タンク２内の圧縮空気が所定の湿度以下に達した後、バルブ３８を閉じ空気の送出を停止させる。
【００４８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、高圧タンク２に充填される絶縁性ガスに圧縮乾燥空気が用いられているので、メンテナンス時には当該絶縁性ガスを大気に開放することができる。これにより、ＳＦ6 ガス等を絶縁性ガスとして用いる従来の加速器構造と比較して、リザーバタンク等のガス回収用タンクが不要となり、装置の設置スペースの大幅な低減を図ることができる。
【００４９】
また、高圧タンク２の内部を仕切体３２によってメンテナンス空間Ｍ１と非メンテナンス空間Ｍ２とに仕切っているので、メンテナンス時における非メンテナンス空間Ｍ２の湿度の上昇を抑制し、装置運転再開時における圧縮乾燥空気の充填時間の短縮を図ることができる。
【００５０】
更に、上記仕切体３２が高電圧ターミナル３と非接触で設置されているので、メンテナンス時において、仕切体３２と高電圧ターミナル３間の隙間Ａを介して非メンテナンス空間Ｍ２からメンテナンス空間Ｍ１へ向かって空気の流れを形成でき、メンテナンス空間Ｍ１への外気の侵入を抑えることが可能となる。これにより、メンテナンス空間Ｍ１の湿度上昇を抑えながら、イオン加速器３１のメンテナンス作業を行うことができる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば以上の実施の形態では、高圧タンク２の内部に仕切体３２と遮蔽体３４の両方を設置する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、仕切体３２および遮蔽体３４のうち何れか一方のみを用いる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態によるシングルエンド型イオン加速器３１の概略構成図であり、特にイオン源５のメンテナンス工程を説明している。
【図２】従来のシングルエンド型イオン加速器の概略構成図である。
【図３】従来の他のシングルエンド型イオン加速器の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
２…高圧タンク、３…高電圧ターミナル、４…加速管、５…イオン源、６…質量分離電磁石、７…ガスボックス、８…イオン源電源、９…発電機、１２…倍電圧回路、１８…真空バルブ、３１…シングルエンド型イオン加速器（荷電粒子加速器）、３２…仕切体、３３…連絡口、３４…遮蔽体、３５…メンテナンス扉、３６…エアドライヤ、３７…エアタンク、３８…バルブ、Ｍ１…メンテナンス空間、Ｍ２…非メンテナンス空間。
【図１】
0004674898.tif 000002
【図２】
0004674898.tif 000003
【図３】
0004674898.tif 000004