(57)【要約】【解決手段】  誘電フィンを有する絶縁導体を備える、イオン注入装置用ターミナル構造を開示する。特定の一実施形態例によると、当該イオン注入装置用ターミナル構造は、１以上の誘電フィンを有する絶縁導体を用いて実現され得る。例えば、当該イオン注入装置は、イオンビームを供給するイオン源を備えるとしてよい。当該イオン注入装置はさらに、空間を画定しているターミナル構造を備えるとしてよく、イオン源は、少なくとも一部分が前記空間の内部に配設されているとしてよい。当該イオン注入装置はさらに、電界を変更するべく前記ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体を備えるとしてよい。【選択図】  図１
2010538428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを供給するイオン源と、
空間を画定しているターミナル構造と、
電界を変更するべく前記ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体と
を備え、
前記イオン源は、少なくとも一部分が前記空間の内部に配設されている
イオン注入装置。
【請求項２】
前記絶縁導体は、第１の電圧まで電力が供給され、前記ターミナル構造は、前記第１の電圧まで電力が供給される請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記第１の電圧は、少なくとも４００ｋＶである請求項２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記ターミナル構造および前記絶縁導体に結合されているブラケットをさらに備え、前記ブラケットは、前記外側部分に近接して前記絶縁導体を支持する請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記ターミナル構造の前記外側部分は、前記ターミナル構造の上側端縁の外周および前記ターミナル構造の下側端縁の外周を含み、前記絶縁導体は、前記上側端縁の前記外周の周囲に配設されている上側絶縁導体および前記下側端縁の前記外周の周囲に配設されている下側絶縁導体を有する請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記絶縁導体は、絶縁体の内部に配設されている導体を有する請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記絶縁体は、内部部分を画定している管状部材を含み、前記導体は前記内部部分に配設されている請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記絶縁体は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、または、シリコーン・シンタクチック・フォームを含む請求項６に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの誘電フィンは、前記ターミナル構造の前記外側部分に近接して配設されている第１の誘電フィンおよび第２の誘電フィンを含む請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記ターミナル構造の前記外側部分は、前記ターミナル構造の第１の面および前記ターミナル構造の第２の面を含み、前記第１の誘電フィンは前記ターミナル構造の前記第１の面の周囲に配設され、前記第２の誘電フィンは、前記ターミナル構造の前記第２の面の周囲に配設されている請求項９に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの誘電フィンは、前記ターミナル構造の前記外側部分に近接して配設されている第１の誘電フィン、第２の誘電フィン、および、第３の誘電フィンを含む請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第１の誘電フィン、前記第２の誘電フィン、および、前記第３の誘電フィンは、前記ターミナル構造の一の面の周囲に配設されている請求項１１に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記第１の誘電フィン、前記第２の誘電フィン、および、前記第３の誘電フィンのうち少なくとも１つは、長さが異なる請求項１１に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの誘電フィンは、前記絶縁導体の円周面の周囲に配されている複数の誘電フィンを含む請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
前記複数の誘電フィンは、前記絶縁導体の前記円周面の周囲に等間隔に配されている請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項１６】
前記複数の誘電フィンは、前記絶縁導体の前記円周面の周囲に、不規則な間隔で配されている請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
イオン注入装置のロバスト性を改善する方法であって、
イオン源でイオンビームを生成する段階と、
ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体で電界を変更する段階と
を備える方法。
【請求項１８】
前記電界を変更する段階は、前記少なくとも１つの誘電フィンを有する前記絶縁導体で接線電界を変更する段階を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電界を変更する段階はさらに、前記少なくとも１つの誘電フィンを有する前記絶縁導体でトラッキング距離を大きくする段階を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記絶縁導体の円周面の周囲に複数の誘電フィンを配設することによって、前記絶縁導体で前記電界を変更する請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
絶縁導体を有するターミナル構造
を備え、
前記絶縁導体は、電界を変更するべく前記ターミナル構造の外側部分に近接して配設される少なくとも１つの誘電フィンを含む
イオン注入装置。
【請求項２２】
イオンビームを供給するイオン源をさらに備える請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項２３】
前記ターミナル構造および前記絶縁導体に結合されているブラケットをさらに備え、前記ブラケットは、前記外側部分に近接して前記絶縁導体を支持している請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項２４】
前記絶縁導体は、絶縁体の内部に配設されている導体を含む
請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項２５】
ターミナル構造であって、
電界を変更するべく前記ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体
を備えるターミナル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、イオン注入に関する。特に、誘電フィンを有する絶縁導体を備える、イオン注入装置用ターミナル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入技術は、半導体ウェハに不純物を導入する技術として標準的に利用されている。イオン注入プロセスは、所望の不純物材料をイオン源でイオン化して、イオン源から供給されるイオンを加速して所定のエネルギーを持つイオンビームを形成して、当該イオンビームを半導体ウェハの表面に向ける、といった工程を含み得る。イオンビームを形成しているエネルギーイオンは、半導体ウェハのバルク部分に入り込んで、半導体材料の結晶格子に埋め込まれる。イオンビームは、当該イオンビームを移動させることによって、ウェハを移動させることによって、または、ビームおよびウェハを移動させることによって、半導体ウェハの一部の領域に与えられるとしてよい。
【０００３】
イオン注入装置は、ターミナル構造を備え得る。当該ターミナル構造は、「ターミナル」または「高圧ターミナル」とも呼ばれ、金属等の導電材料を用いて製造され得る。ターミナル構造は、さまざまな形状を取り、空間を画定しており、イオン源は少なくとも部分的に当該空間の内部に配設されているとしてよい。ターミナル構造は、ターミナル電圧に到達するまで電力が与えられて、イオン源から供給されるイオンの加速を支援する。ターミナル構造は通常、イオン注入装置のその他の構成要素およびサブシステムと同様に、接地筐体によって周りを取り囲まれている。このように接地筐体は、イオン注入装置稼働中の高圧の危険性から人々を保護している。
【０００４】
接地筐体からターミナル構造を絶縁するべく従来は、空気が用いられている。しかし、半導体ウェハを大量生産する際には接地筐体のサイズが限られるので、ターミナル構造と接地筐体との間の空隙の距離には制限がある場合がある。したがって、従来のイオン注入装置の大半では、ターミナル構造の電圧を約２００ｋＶまでに制限している。
【０００５】
上記より、現在利用されているターミナル構造関連技術には、大きな問題および欠点があることが分かる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
誘電フィンを有する絶縁導体を備える、イオン注入装置用ターミナル構造を開示する。特定の一実施形態例によると、当該イオン注入装置用ターミナル構造は、１以上の誘電フィンを有する絶縁導体を用いて実現され得る。例えば、当該イオン注入装置は、イオンビームを供給するイオン源を備えるとしてよい。当該イオン注入装置はさらに、空間を画定しているターミナル構造を備えるとしてよく、イオン源は、少なくとも一部分が空間の内部に配設されているとしてよい。当該イオン注入装置はさらに、電界を変更するべくターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体を備えるとしてよい。
【０００７】
この特定の実施形態例のその他の側面によると、絶縁導体は、第１の電圧まで電力が供給され、ターミナル構造は、第１の電圧まで電力が供給されるとしてよい。
【０００８】
この特定の実施形態例の別の側面によると、第１の電圧は、少なくとも４００ｋＶであるとしてよい。
【０００９】
この特定の実施形態例の更なる側面によると、当該イオン注入装置は、ターミナル構造および絶縁導体に結合されているブラケットをさらに備えるとしてよく、ブラケットは、外側部分に近接して絶縁導体を支持するとしてよい。
【００１０】
この特定の実施形態例のさらに別の側面によると、ターミナル構造の外側部分は、ターミナル構造の上側端縁の外周およびターミナル構造の下側端縁の外周を含むとしてよい。絶縁導体は、上側端縁の外周の周囲に配設されている上側絶縁導体および下側端縁の外周の周囲に配設されている下側絶縁導体を有するとしてよい。
【００１１】
この特定の実施形態例のまた別の側面によると、絶縁導体は、絶縁体の内部に配設されている調整導体を有するとしてよい。
【００１２】
この特定の実施形態例の他の側面によると、絶縁体は、内部部分を画定している管状部材を含むとしてよく、調整導体は内部部分に配設されているとしてよい。
【００１３】
この特定の実施形態例の更なる側面によると、絶縁体は、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、または、ポリイミドを含むとしてよい。
【００１４】
この特定の実施形態例の別の側面によると、当該イオン注入装置は、ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている第１の誘電フィンおよび第２の誘電フィンを含む少なくとも１つの絶縁導体を有するとしてよい。
【００１５】
この特定の実施形態例のさらに別の側面によると、ターミナル構造の外側部分は、ターミナル構造の第１の面およびターミナル構造の第２の面を含むとしてよく、第１の誘電フィンはターミナル構造の第１の面の周囲に配設されるとしてよく、第２の誘電フィンは、ターミナル構造の第２の面の周囲に配設されているとしてよい。
【００１６】
この特定の実施形態例のまた別の側面によると、当該イオン注入装置は、ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている第１の誘電フィン、第２の誘電フィン、および、第３の誘電フィンを含む少なくとも１つの絶縁導体を有するとしてよい。
【００１７】
この特定の実施形態例の他の側面によると、第１の誘電フィン、第２の誘電フィン、および、第３の誘電フィンは、ターミナル構造の一の面の周囲に配設されているとしてよい。
【００１８】
この特定の実施形態例の更なる側面によると、第１の誘電フィン、第２の誘電フィン、および、第３の誘電フィンのうち少なくとも１つは、長さが異なるとしてよい。
【００１９】
この特定の実施形態例の別の側面によると、少なくとも１つの誘電フィンは、絶縁導体の円周面の周囲に配されている複数の誘電フィンを含むとしてよい。
【００２０】
この特定の実施形態例のさらに別の側面によると、複数の誘電フィンは、絶縁導体の円周面の周囲に等間隔に配されているとしてよい。
【００２１】
この特定の実施形態例のまた別の側面によると、複数の誘電フィンは、絶縁導体の円周面の周囲に、不規則な間隔で配されているとしてよい。
【００２２】
別の特定の実施形態例によると、上記のイオン注入装置用ターミナル構造は、イオン注入装置のロバスト性を改善する方法として実現されるとしてよい。当該方法は、ターミナル構造が画定している空間の内部に少なくとも一部分が配設されているイオン源でイオンビームを生成する段階と、ターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体で電界を変更する段階とを備えるとしてよい。
【００２３】
この特定の実施形態例の他の側面によると、電界を変更する段階は、少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体で接線電界を変更する段階を有するとしてよい。
【００２４】
この特定の実施形態例の別の側面によると、電界を変更する段階はさらに、少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体でトラッキング距離を大きくする段階を有するとしてよい。
【００２５】
この特定の実施形態例の更なる側面によると、絶縁導体の円周面の周囲に複数の誘電フィンを配設することによって、絶縁導体で電界を変更するとしてよい。
【００２６】
別の特定の実施形態例によると、上記のイオン注入装置用ターミナル構造は、１以上の誘電フィンを有する絶縁導体を用いて実現されるとしてよい。例えば、当該イオン注入装置は、電界を変更するべくターミナル構造の外側部分に近接して配設される少なくとも１つの誘電フィンを含む絶縁導体を有するターミナル構造を備えるとしてよい。
【００２７】
この特定の実施形態例の他の側面によると、当該イオン源は、イオンビームを供給するイオン源をさらに備えるとしてよい。
【００２８】
この特定の実施形態例の別の側面によると、当該イオン源は、ターミナル構造および絶縁導体に結合されているブラケットをさらに備えるとしてよく、ブラケットは、外側部分に近接して絶縁導体を支持しているとしてよい。
【００２９】
この特定の実施形態例の更なる側面によると、絶縁導体は、絶縁体の内部に配設されている調整導体を含むとしてよい。
【００３０】
別の特定の実施形態例によると、上記のターミナル構造は、１以上の誘電フィンを含む絶縁導体を用いて実現されるとしてよい。例えば、当該ターミナル構造は、電界を変更するべくターミナル構造の外側部分に近接して配設されている少なくとも１つの誘電フィンを有する絶縁導体を備えるとしてよい。
【００３１】
以下では、添付図面に図示している本開示の実施形態例を参照しつつ、本開示をより詳細に説明する。本開示は、以下で実施形態例に基づいて説明されるが、それらに限定されるものではないと理解されたい。当業者であれば、本明細書の教示内容を参考にしつつ、その他の実装例、変形例、および実施形態例、ならびに他の利用分野に想到するものである。これらの実装例、変形例、および実施形態例、ならびに他の利用分野は、本明細書に記載する本開示の範囲に含まれるものであり、本開示に大きな有用性を付与する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本開示をさらに詳細に説明することを目的として、以下では添付図面について記載する。添付図面では、同様の参照番号を用いて同様の構成要素を指し示すものとする。添付図面は、本開示を限定するものと解釈されるべきではなく、例示を目的とするに過ぎない。
【００３３】
【図１】本開示の一実施形態に係るイオン注入装置を示す上面ブロック図である。
【００３４】
【図２】本開示の一実施形態に係る図１のイオン注入装置のターミナル構造を示す斜視図である。
【００３５】
【図３】本開示の一実施形態において、絶縁導体の一実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。
【００３６】
【図４】本開示の図３に示した実施形態における電界応力を示すグラフである。
【００３７】
【図５】本開示の一実施形態において、絶縁導体の別の実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。
【００３８】
【図６】本開示の図５に示した実施形態における電界応力を示すグラフである。
【００３９】
【図７】本開示の一実施形態において、絶縁導体の別の実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。
【００４０】
【図８】本開示の図７に示した実施形態における電界応力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本開示の実施形態は、イオン注入装置におけるトラッキング経路に沿った電界分布を変更するべく誘電フィンを配設することによって、イオン注入装置で利用されている従来のターミナル構造の欠点および不備を克服するものである。以下に記載する説明はイオン注入装置用のターミナル構造に言及しているが、当該ターミナル構造は、導電構造の周囲における電界を変更するためのほかの装置と共に利用可能であることにも留意されたい。このため、本開示は以下に記載する実施形態に限定されない。
【００４２】
図１は、本開示の一実施形態に係るイオン注入装置１００の一例を示すブロック図である。イオン注入装置１００は、「ターミナル」または「高圧ターミナル」とも呼ばれる、ターミナル構造１０４を備えるとしてよい。ターミナル構造１０４は、金属等の導電材料を用いて製造されるとしてよい。イオン注入装置１００はさらに、ターミナル構造１０４の周囲の電界を変更するべく、ターミナル構造１０４の外側部分に近接して配設されている絶縁導体１０３を備えるとしてよい。ターミナル構造１０４および対応付けられた絶縁導体１０３は、当業者に公知のさまざまなイオン注入装置において利用し得る。このため、図１に示すイオン注入装置１００はイオン注入装置の一実施形態に過ぎない。
【００４３】
イオン注入装置１００はさらに、イオン源１０２と、ガスボックス１０６と、質量分析器１２０と、分析スリット１２２と、スキャナ１２４と、角度補正マグネット１２６と、エンドステーション１２８と、コントローラ１１８とを備えるとしてよい。イオン源１０２は、イオンビーム１５２を供給する。イオン源１０２は、イオンを生成するように構成されており、ガスボックス１０６から与えられるガスを受け取るイオンチャンバを有するとしてよい。ガスボックス１０６は、イオン化されるべきガスをイオンチャンバに供給するとしてよい。また、ガスボックス１０６はさらに、電源等のその他の構成要素を有するとしてよい。電源は、イオン源１０２を稼動させるために設けられるアーク、フィラメント、および、バイアス電源を含むとしてよい。イオン源およびガスボックスの構造および動作は、当業者には公知である。
【００４４】
質量分析器１２０は、分析マグネットを有するとしてよい。当該分析マグネットは、所望の種のイオンは分析スリット１２２を通過するが、所望されない種のイオンは分析スリット１２２を通過しないように、イオンを偏向する。分かりやすいように約４５度偏向する様子を図示しているが、質量分析器１２０は、所望の種のイオンを９０度偏向して、所望されない種のイオンを、質量および帯電状態の差異に応じて、異なる量だけ偏向するとしてもよい。スキャナ１２４は、分析スリット１２２の下流に配置されており、イオンビーム１５２をスキャンするためのスキャン電極を有するとしてよい。角度補正マグネット１２６は、所望のイオン種のイオンを偏向して、広がっているイオンビーム経路を、イオン軌道が略平行になっている略コリメートされたイオンビーム経路に変換する。一実施形態によると、角度補正マグネット１２６は、所望のイオン種のイオンを４５度偏向するとしてよい。
【００４５】
エンドステーション１２８は、所望の種のイオンが各処理対象物１４０（例えば、ウェハおよび／またはその他の注入対象の材料）に注入されるように、イオンビーム１５２の経路に１以上の処理対象物１４０を支持するとしてよい。各処理対象物１４０は、プラテン１４２によって支持されているとしてよい。エンドステーション１２８はこれ以外にも、公知の構成要素およびサブシステムを有するとしてよい。例えば、さまざまな保持領域とプラテン１４２との間で処理対象物１４０を物理的に移動させるウェハハンドリングシステム１５０を有するとしてよい。ウェハハンドリングシステム１５０がある保持領域からプラテン１４２まで処理対象物１４０を移動させると、公知の技術、例えば、静電力でプラテンにウェハを固定する静電ウェハ固定技術を利用して処理対象物１４０をプラテン１４２に固定されるとしてよい。エンドステーション１２８はさらに、プラテン１４２を所望の方法で移動させる公知のプラテン駆動システム１５２を有しているとしてよい。プラテン駆動システム１５２は、メカニカルスキャンシステムと呼ばれる場合がある。
【００４６】
コントローラ１１８は、イオン注入装置１００の各構成要素から入力データを受信して、各構成要素を制御するとしてよい。分かりやすく図示することを目的として、コントローラ１１８とイオン注入装置１００の構成要素との間の入出力経路は、図１には図示していない。コントローラ１１８は、所望の入出力機能を実行するようにプログラムされる一の汎用コンピュータまたは複数の汎用コンピュータから成るコンピュータネットワークであってもよいし、または、そのような一の汎用コンピュータまたは複数の汎用コンピュータから成るコンピュータネットワークを含むとしてもよい。コントローラ１１８はさらに、他の電子回路または電子部品を有するとしてよく、例えば、特定用途向け集積回路、その他のハードワイヤード電子デバイスまたはプログラム可能電子デバイス、個別素子回路等を有するとしてよい。コントローラ１１８はさらに、ユーザによるコマンドおよび／あるいはデータの入力、ならびに／または、イオン注入システム１００の監視が可能となるように、タッチスクリーン、ユーザポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタ等のユーザインターフェースデバイスを有するとしてよい。コントローラ１１８はさらに、通信デバイスおよびデータ格納デバイスを有するとしてよい。
【００４７】
処理対象物１４０の表面に与えられるイオンビーム１５２は、スキャンされたイオンビームであってよい。別のイオン注入システムで与えるイオンビームは、スポットビームまたは帯状イオンビームであってよい。例えば、スポットビームは、断面が略円状で、当該スポットビームの特性に応じた特定の直径を持つとしてよい。帯状ビームは、幅／高さのアスペクト比が大きく、幅は少なくとも処理対象物１４０の幅と同じであるとしてよい。帯状ビームまたは静止スポットビームを用いるシステムでは、スキャナ１２４は必要でない。イオンビーム１５２は、任意の種類の荷電粒子ビームであって、例えば、処理対象物１４０に注入を行うべく利用されるエネルギーイオンビームであってよい。処理対象物１４０の物理的形状は、さまざまな形状であってよく、例えば、一般的なディスク状であってよい。処理対象物１４０は、任意の種類の半導体材料、例えば、シリコン、または、イオンビーム１５２によって注入を行うべきその他の任意の材料から製造される半導体ウェハであってよい。
【００４８】
イオン源１０２、ガスボックス１０６、および、ターミナル用電子機器１０５は、ターミナル構造１０４が画定している空間１１０の内部に配置されるとしてよい。ターミナル用電子機器１０５は、ターミナル構造１０４内の構成要素の動作を制御し、コントローラ１１８と通信するとしてよい。引出電源１０７は、イオン源１０２に結合されているとしてよい。引出電源１０７は、イオン源１０２からイオンを引き出して加速するべく、電圧レベル（Ｖｘ）を供給するとしてよい。一実施形態によると、引出電源が供給する電圧（Ｖｘ）は、２０ｋＶから１２０ｋＶの範囲内としてよい。
【００４９】
接地を基準として正の電圧（Ｖａ）をターミナル構造１０４にバイアスするべく、ターミナル構造１０４と接地筐体１１２との間に、加速電源１０９が追加で結合されるとしてよい。一実施形態によると、加速電源１０９は、追加の電圧レベル（Ｖａ）を供給するとしてよく、この電圧レベル（Ｖａ）の最高電圧は、２００ｋＶから１，０００ｋＶの範囲内であってよく、一実施形態では少なくとも４００ｋＶであってよい。したがって、ターミナル構造１０４は、例えば、２００ｋＶから１，０００ｋＶの範囲内の高圧に到達するまで電力が与えられるとしてよい。または、ターミナル構造１０４には、まったく電力が与えられないか、または、イオンビーム１５２の所望のエネルギーのみによって公称値に到達するまで電力が与えられるとしてもよい。図１に示している加速電源１０９は、図示の便宜上、１つのみであるが、２つ以上の電源を用いて所望の最高電圧レベル（Ｖａ）を供給するとしてもよい。
【００５０】
イオン注入装置１００の動作中、ターミナル構造１０４には、例えば、少なくとも４００ｋＶに到達するまで、一実施形態例では６７０ｋＶに到達するまで、電力が供給されるとしてよい。絶縁導体１０３は、ターミナル構造１０４の周囲の電界を変更するべく、ターミナル構造１０４の外側部分に近接して配設される。絶縁導体１０３は、導体の周囲に、絶縁耐力が７５キロボルト（ｋＶ）／インチを超える絶縁体を設けて構成されている。導体の表面の電気応力は、電圧が高く、導体の半径が小さいために高くなり得る。このため、この電気応力を低減するべく、導体の周囲には厚みが最適化された絶縁体を配設するとしてよい。絶縁導体１０３は、導体の周囲に単一の連続した絶縁部材を配設することによって構成されているとしてもよいし、または、導体の周囲に複数の絶縁部品を配設することによって構成されているとしてもよい。また、電気力線が絶縁導体１０３の絶縁体を出ると、電圧を降下させる。このため、絶縁導体１０３は、ターミナル構造１０４と接地筐体１１２との間の空隙１１１における電気応力を低減し、絶縁導体が設けられていないターミナル構造に比べて空隙１１１内の電界がより均一になるようにする。つまり、絶縁導体１０３は、電気応力遮蔽体として機能するとしてよい。このため、ターミナル構造１０４には、同様の合理的にサイズが決められた接地筐体１１２の内部で、２００ｋＶよりも高い電圧レベル、例えば少なくとも６００ｋＶに到達するまで、電力が供給されるとしてよい。これに代えて、ターミナル電圧を同様に約２００ｋＶ以下と低く設定して動作させる場合、絶縁導体１０３は、絶縁体として空気のみを用いる場合よりも、空隙１１１を小さくすることができる。
【００５１】
図２は、本開示の一実施形態に係る、ターミナル構造１０４の一例を示す斜視図である。ターミナル構造１０４は、底面２７５、底面２７５に結合されている１以上の直立側壁２０４、および、１以上の直立側壁２０４に結合されている上面２０２を有するとしてよい。１つの直立側壁２０４は、ハンドル２４２が備えられたドア２４０を有するとしてよく、ターミナル構造１０４の内部空間へと人がアクセスできるようになっている。ターミナル構造１０４が備える１つの直立側壁２０４は、固体材料から成る１つの部材として製造されるとしてもよいし、または、任意の数の別個の部材として製造されるとしてもよい。ターミナル構造１０４の上面２０２は、固体部材として図示されているが、互いから離間されて複数の導体が設けられて一種の導体メッシュとして構成され、メッシュの開口部分から空気を流入させ得るとしてもよい。
【００５２】
概して、ターミナル構造１０４の外面のうち、電気応力が過剰となっている部分の周囲に１以上の絶縁導体が配設されているとしてよい。図２に示すように、上部絶縁導体２０１は、ターミナル構造１０４の上側端縁２７０の近傍に全周にわたって設けられており、下部絶縁導体２０３は、ターミナル構造１０４の下側端縁２７２の近傍に全周にわたって設けられている。上部絶縁導体２０１および下部絶縁導体２０３は端縁２７０および２７２の全周の周囲に配置されているが、別の実施形態では、これに加えて、または、これに代えて、外面の別の部分に絶縁導体を配設するとしてよい。そのような部分としては、これらに限定されないが、水平端縁、垂直端縁、角、および、ターミナル構造１０４と外部部品とがインターフェースしている箇所である開口または界面等が挙げられる。外部部品には、生成器、または系統連系が含まれるとしてよい。一例を挙げると、球体の形状を持つ絶縁導体が、ターミナル構造１０４の角の周囲に配置されるとしてよい。
【００５３】
ターミナル構造１０４ならびに対応付けられている絶縁導体２０１および２０３には、複数のブラケット２０８が結合されており、ターミナル構造１０４の外側部分に近接して絶縁導体２０１および２０３を支持するとしてよい。ブラケットの数および位置は、絶縁導体２０１および２０３の特徴、ターミナル構造１０４の形状、およびブラケットの種類に応じて変わる。ブラケットの長さは、ターミナル構造１０４の外側部分から所望の距離だけ離間して絶縁導体２０１および２０３を配置できるような長さであってよい。所望の距離の範囲は、略ゼロ（略接触している状態）から周囲を取り囲んでいる空隙が許容する最大距離までとしてよい。一実施形態によると、所望の距離は少なくとも１．５インチである。ブラケット、例えばブラケット２０８の形成材料は、導電材料であってもよいし、非導電材料であってもよいし、または、導電材料と非導電材料とを混合したものであってもよい。
【００５４】
図３は、本開示の一実施形態において、絶縁導体２０１の一実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。絶縁導体２０１は、絶縁耐力が７５ｋＶ／インチよりも高い絶縁体２０５を導体３０２の周囲に配設して構成されている。一実施形態によると、絶縁体２０５は、固体絶縁体であってよい。固体絶縁体は、これらに限定されないが、シンタクチック・フォーム、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、または、ポリイミド（例えば、カプトン）を含むとしてよい。シンタクチック・フォームは、エポキシ樹脂またはシリコーン等の充填用コンパウンドの周囲に中空のガラス球および／またはポリマーペレットが分散させられているものとしてよい。一実施形態によると、シンタクチック・フォームである絶縁体は、厚みが約０．２５インチであるテストサンプルに対する平均絶縁耐力が約３００ｋＶ／インチとなり得る。別の実施形態によると、固体絶縁体の絶縁耐力は１５０ｋＶ／インチを超えるとしてよい。これに代えて、絶縁体２０５は、内部空間を画定するチャンバ壁を有するとしてよく、当該内部空間に液体状の絶縁体または気体状の絶縁体が充填されるとしてよい。液体状の絶縁体は、これに限定されないが、油を含むとしてよい。気体状の絶縁体は、これらに限定されないが、二酸化炭素（ＣＯ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、または圧搾空気を含むとしてよい。気体によっては、圧搾しない状態での絶縁耐力に応じて、圧搾する必要がないものもあるとしてよい。また、真空絶縁、および／または、複合絶縁を実現するための任意の組み合わせを利用するとしてもよい。導体３０２は、断面が中空または中実である高圧導体であってよい。絶縁導体２０１は、単一部材として製造されるとしてもよいし、または、複数の絶縁導体部品を組み合わせて構成されるとしてもよい。
【００５５】
電源３１０は、ターミナル構造１０４および導体３０２に電力を供給するとしてよい。一実施形態によると、電源３１０は、導体３０２に第１の電圧に到達するまで電力を供給して、ターミナル構造１０４に同じ第１の電圧、例えばターミナル電圧（Ｖｔ）に到達するまで電力を供給する。一実施形態によると、このターミナル電圧は少なくとも４００ｋＶであってよい。このターミナル電圧は、一例を挙げると、ＤＣ電圧であってよい。ブラケット２０８が導電材料から形成される場合、電源３１０は、ターミナル構造１０４に電圧を供給して、この電圧は、導電材料から形成されるブラケット２０８を介して、導体３０２にも供給されるとしてよい。ブラケット２０８が非導電材料から形成される場合、電源３１０を導体３０２に電気結合させるべく別の導体３０８が設けられるとしてよい。導体３０８には、ブラケット２０８の開口を通って電力が供給されるとしてよい。別の導体３０８を設けることによって、電力が供給される結果導体３０２が到達する電圧レベルを、ターミナル電圧（Ｖｔ）とは異なる電圧レベルにできる。
【００５６】
接地筐体１１２の内部において、ターミナル構造１０４および絶縁導体２０１の周囲には、非圧搾空気が存在するとしてよい。非圧搾空気の絶縁耐力は、所定の仮定条件の下では、約７５ｋＶ／インチ以下であってよい。この絶縁耐力は、相対湿度、イオン注入装置の所定の位置の海抜高度（つまり、大気圧）、離間距離、および、電極表面品質に応じて変動し得る。また、温度も空気の絶縁破壊強度に影響を与える。基本的に、温度および圧力（ＰＶ＝ｎＲＴ）の変化から、実際に変化しているのは空気の密度であることが分かる。空気の密度の変動は、圧力および温度の変動に変換されて、絶縁破壊強度に影響を与える。
【００５７】
このような変動に対する安全策として、一例として、設計ルールとして空気について約４５kＶ／インチ以下の絶縁耐力を設定するとしてよい。どのような場合であっても、ターミナル構造１０４が６００kＶから１，０００kＶの範囲まで電力供給を受けるとしても、絶縁導体２０１の外面における電界応力が空気についての選択設計ルールに対応する値まで低減されていることが望ましい。このため、絶縁導体２０１と接地筐体１１２との間に位置している空隙（例えば、距離Ｄ１）によって、電気絶縁破壊（例えば、アーク放電）を発生させることなく、ターミナル構造１０４を適切に絶縁し得る。
【００５８】
このため、絶縁導体２０１の形状は、絶縁導体２０１の外面における電界応力が空気に関する選択設計ルール未満となるように、選択されるとしてよい。一部の実施形態によると、絶縁体２０５の外径（ＯＤ１）は、選択されている特定の絶縁体の絶縁耐力および絶縁体２０５の表面における空気に関する設計ルールに応じて変動するが、８インチから１６インチの範囲内にあるとしてよい。導体３０２の中心は、絶縁体２０５内で利用可能な空間および導体３０２の直径に応じて変動するが、０インチから約３．０インチの範囲内のオフセット距離（ＯＳ１）だけ、絶縁体２０５の中心３１９からオフセットされているとしてよい。一の特定の実施形態によると、絶縁体２０５は外径（ＯＤ１）が１１インチであってシンタクチック・フォームから形成されており、導体３０２は直径が４インチであり、絶縁体２０５の中心から３．０インチのオフセット距離（ＯＳ１）だけ離間されており、ブラケット２０８の長さは、ターミナル構造１０４から約１．５インチの距離（Ｄ２）だけ離間させて絶縁導体２０１を配設することができる長さになっている。
【００５９】
また、絶縁導体２０１は、電源３１０に接続されると静電力を示すので、金属粒子および非金属粒子を吸引し得る。さらに、導体３０２を被覆している絶縁材料２０５は、静電特性を示すので、金属粒子および非金属粒子を吸引し得る。絶縁導体２０１の表面に金属粒子および非金属粒子があると、ターミナル構造１０４の絶縁の高圧時性能が低下してしまう場合がある。
【００６０】
金属粒子および非金属粒子は、ターミナル構造１０４と接地筐体１１２との間の空隙１１１に存在し得る。金属粒子および非金属粒子は、絶縁導体２０１の表面上に吸引されて、周囲の空気の絶縁破壊を生じさせ得る。周囲の空気の絶縁破壊は、絶縁導体２０１の表面上の電界応力に起因して発生し得る。絶縁導体２０１の表面上の電界応力には、接線電界応力および法線電界応力が含まれるとしてよい。絶縁導体２０１の表面上の金属粒子および非金属粒子は、大きな電界応力を発生させ、粒子の周囲の空気の絶縁破壊を引き起こし、コロナ放電を発生させるとしてよい。コロナ放電によって形成される荷電粒子は、絶縁導体２０１の表面に沿った接線電界によって移動して、フラッシュオーバーまたはアークを形成するとしてよい。このようなフラッシュオーバーまたはアークは、絶縁導体２０１の表面上の接線電界応力を解消または低減することによって、抑制され得る。絶縁導体２０１の表面上に誘電フィン３２０を配設することによって、接線電界の連続的な流れを遮断して、絶縁導体２０１の表面上の粒子（つまり、局所的電界応力）に対する絶縁導体２０１の耐性を高める。
【００６１】
絶縁導体２０１の外周面上のさまざまな位置に、接線電界応力を遮断して接線電界応力がゼロの領域を形成することによって、金属粒子および非金属粒子の蓄積に対する絶縁導体２０１のロバスト性を高めるべく、１または複数の誘電フィン３２０を配置するとしてよい。また、誘電フィン３２０は、トラッキング経路に沿った電界応力分布を変更して、表面トラッキング距離を大きくし得る。図３に示すように、２つの誘電フィン３２０は、ターミナル構造１０４の上面、底面、または側壁に対して平行に延伸するとしてよい。誘電フィン３２０の寸法は、絶縁導体２０１の表面上の接線電界を十分に遮断する寸法になるように設定され得る。例えば、誘電フィン３２０は、長さが約４インチで幅が約２インチであってよい。また、誘電フィン３２０は、ターミナル構造１０４から距離（Ｄ３）だけ離間されて配置されているとしてよい。例えば、誘電フィン３２０は、ターミナル構造１０４から約４．３インチ離間して配置されているとしてよい。また、誘電フィン３２０と絶縁導体２０１との間の接続部分は、電界応力を低減するべく、曲線状に構成されているか、または、平滑な表面となっているとしてよい。誘電フィン３２０は、接線電界を中断するので、表面放電の経路を断続的にして、存在することが望ましくない粒子に対する絶縁導体２０１の感度を低くする。
【００６２】
図４は、本開示の実施形態における、図３に示した絶縁導体２０１の表面に沿った電界応力を示すグラフの一例である。図４は、絶縁導体２０１の表面の円周方向の距離に沿って、接線電界応力、法線電界応力、および、総電界応力を示すグラフである。絶縁導体２０１の表面上の電界応力は、Ｙ軸に示すようにインチ当たりのキロボルト（ＫＶ／ｉｎ）で測定されるとしてよい。外周面に沿ったターミナル構造１０４との接続箇所からの絶縁導体２０１の円周方向の距離は、Ｘ軸に示すとしてよい。例えば、第１の誘電フィン３２０は、絶縁導体２０１の表面に沿った円周方向の距離で略８インチのマークに配設されているとしてよい。このため、図４から分かるように、絶縁導体２０１の表面上の接線電界応力は、第１の誘電フィン３２０の位置において、ゼロ未満となっている。また、第２の誘電フィン３２０は、絶縁導体２０１の表面に沿った円周方向の距離で略３２インチのマークに配設されているとしてよい。絶縁導体２０１の表面上の接線電界応力は、第２の誘電フィン３２０の位置においても、ゼロ未満となっている。
【００６３】
図５は、本開示の一実施形態において、絶縁導体２０１の別の実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。ターミナル構造１０４の上面、底面、または、側壁と平行になるように、それぞれ寸法が異なる３つの誘電フィン３２０が配設されているとしてよい。また、これら複数の誘電フィン３２０は、ターミナル構造１０４の複数の側壁２０４と平行になるように配設されるとしてもよい。他の実施形態によると、誘電フィン３２０は、互いに隣り合うように、または、互いから大きく離間して、一まとまりで配設されるとしてよい。図５に示すように、誘電フィン３２０の長さを互いに異ならせるとしてよい。例えば、中央の誘電フィン３２０は、長さが両側に配設されている誘電フィン３２０の略２倍であるとしてもよい。また、誘電フィン３２０の幅は、実施形態毎に異なるとしてもよい。
【００６４】
図６は、本開示の実施形態における、図５に示した絶縁導体２０１の表面に沿った電界応力を示すグラフの一例である。図６は、絶縁導体２０１の表面の円周方向の距離に沿って、接線電界応力、法線電界応力、および、総電界応力を示すグラフである。絶縁導体２０１の表面上の電界応力は、Ｙ軸に示すようにインチ当たりのキロボルト（ＫＶ／ｉｎ）で測定されるとしてよい。外周面に沿ったターミナル構造１０４との接続箇所からの絶縁導体２０１の円周方向の距離は、Ｘ軸に示すとしてよい。図６から分かるように、接線電界応力は、絶縁導体２０１の表面の円周方向の距離において複数の箇所でゼロ未満となっている。接線応力がゼロ未満となっている絶縁導体２０１の表面における複数の箇所は、図５に図示している３つの誘電フィン３２０の位置を示唆している。
【００６５】
図７は、本開示の一実施形態において、絶縁導体２０１の別の実施形態を図２のラインＡ−Ａに沿って示す断面図である。複数の誘電フィン３２０が、等間隔で絶縁導体２０１の円周表面に沿って配設されているとしてよい。また、複数の誘電フィン３２０は、絶縁導体２０１の円周表面に沿って、不規則に離間させて配設されているとしてよい。実施形態毎に、絶縁導体２０１に沿った円周方向の距離において誘電フィン３２０のサイズを変更するとしてよい。また、誘電フィン３２０の幅は、絶縁導体２０１に沿った円周方向の距離において変更するとしてよい。
【００６６】
図８は、本開示の実施形態における、図７に示した絶縁導体１０３の表面に沿った電気応力を示すグラフの一例である。図８は、絶縁導体２０１の表面の円周方向の距離に沿って、接線電界応力、法線電界応力、および、総電界応力を示すグラフである。絶縁導体２０１の表面上の電界応力は、Ｙ軸に示すようにインチ当たりのキロボルト（ＫＶ／ｉｎ）で測定されるとしてよい。外周面に沿ったターミナル構造１０４との接続箇所からの絶縁導体２０１の円周方向の距離は、Ｘ軸に示すとしてよい。図８から分かるように、接線電界応力は、絶縁導体２０１に沿った円周方向の距離の複数の箇所において、ゼロ未満となっている。接線応力がゼロ未満となっている複数の箇所は、図７に図示している複数の誘電フィン３２０の位置を示唆している。
【００６７】
本開示の範囲は、本明細書に記載した具体的な実施形態に限定されるものではない。本開示が、本明細書で説明した例以外にも、さまざまな実施形態を含み、変更され得ることは、上述の説明および添付した図面から当業者には明らかである。このため、上記以外の実施形態および変更点は、本開示の範囲に含まれるものとする。また、本明細書では特定の目的のための特定の環境における特定の実施例に基づいて本開示を説明しているが、当業者であれば、本開示の有用性は本明細書に記載した内容に限定されるものではなく、本開示はどのような目的のためにどのような環境において実施しても有用であり得ることを認めるであろう。したがって、本願特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲および精神を最大限に広く鑑みて解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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