電気機能体の交換機構と交換方法
【課題】電流導入端子などの電気供給部品を交換対象から除外することができ、これにより電気機能体（例えばフィラメントからなる）の交換作業の負担を大幅に軽減できる電気機能体の交換機構と交換方法を提供する。
【解決手段】本体容器５の内部空間５ａに配置され電気が供給されることで機能する電気機能体３を交換するための電気機能体の交換機構であって、本体容器５には、本体容器外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成されるとともに、本体容器５は、挿入孔５ｂを開閉する開閉手段７と、電気を供給するための電気供給端子１１を有し、電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有し、挿入孔５ｂから内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっている。
【解決手段】本体容器５の内部空間５ａに配置され電気が供給されることで機能する電気機能体３を交換するための電気機能体の交換機構であって、本体容器５には、本体容器外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成されるとともに、本体容器５は、挿入孔５ｂを開閉する開閉手段７と、電気を供給するための電気供給端子１１を有し、電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有し、挿入孔５ｂから内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構と交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、本体容器は、イオン注入装置で用いられ内部が真空にされる真空容器であり、電気機能体は、真空容器内に配置されるフィラメントからなる。
イオン注入装置は、例えばガラス基板上の薄膜に不純物を注入する装置である。不純物は、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）などであり、イオンとしてプラズマから引き出されて薄膜に注入される。
【０００３】
図７にイオン注入装置の構成を示す。なお、図７において、真空容器３３の内部は、互いに連通しているプラズマ室３３ａ、加速室３３ｂおよび処理室３３ｃからなる。
プラズマ室３３ａ内にフィラメント３５が配置される。ガス導入口３７からプラズマ生成用の材料ガスがプラズマ室３３ａに導入された状態で、フィラメント３５に電流が流されると、フィラメント３５は加熱され熱電子を放出し、この熱電子は、プラズマ生成用の材料ガスと衝突して、ガス分子を電離あるいはイオン化する。これにより、プラズマが生成される。
プラズマ中のイオンは、加速用電極（図示せず）により引き出されて加速室３３ｂで加速される。加速されたイオン（イオンビーム）は、不純物として処理室３３ｃに配置された薄膜３９に注入される。
【０００４】
フィラメント３５は、材料ガスとの反応などにより、化学的、物理的に消耗して、ある程度の使用時間で断線する。断線したフィラメント３５は、新しいフィラメント３５と交換する必要があり、交換は、真空容器３３を大気開放せずに行われている。
【０００５】
フィラメンの交換機構は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
特許文献１では、図８に示すように、補助真空容器４１を真空容器３３の真空弁３３ａに取り付け、補助真空容器４１内を真空容器３３側から真空排気する。次いで、真空容器３３内を大気圧に戻すことなく、操作軸４３を用いて、フランジ付電流導入端子４５を旧フィラメント３５と共に補助真空容器４１内に引き抜く。そして、補助真空容器４１と真空容器３３とを真空弁３３ａで遮断し、補助真空容器４１内をほぼ大気圧に戻すことによって、補助真空容器４１をフランジ付電流導入端子４５および旧フィラメント３５と共に取り外すことができる。次いで、逆の手順で新フィラメント３５を真空容器３３内に取り付ける。このように、フィラメント交換を行っている。
特許文献２では、図９に示すように、真空容器のプラズマ室３３ａに隣接して設けられた真空ボックス４７内に基端部が支持された支持アーム４９を回転板４８により回転させる。これにより、その支持アーム４９の先端に支持された旧フィラメント３５をゲートバルブ５１を通過させ上記真空ボックス４７内に移動させる。次いで、ゲートバルブ５１を閉塞した後に、上記真空ボックス４７の蓋部材４７ａを開けて旧フィラメント３５を新フィラメント３５に交換する。その後、蓋部材４７ａを閉めて、大気吸引手段で真空ボックス４７内を真空状態にした後、ゲートバルブ５１を開けて、新フィラメント３５をプラズマ発生室３３ａ内に移動させる。
【特許文献１】特開平１１−２５０８４６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィラメントの交換は、上述のように種々の非大気開放方式で実施されているが、作業性、作業時間、メンテナンスコストに関する課題がある。
【０００７】
まず、交換対象部品に、フィラメントに電流を供給するための電気供給部品を含むことで、次の（１）、（２）の問題が生じる。
（１）特許文献１では、電気供給部品（即ち、フランジ付電流導入端子４５）も交換対象部品である。そのため、交換対象部品が大きくなるとともに、フィラメント交換後にフランジ付電流導入端子４５を電源に接続する作業などが必要となる。その分、フィラメントの交換作業の負担が増える。
（２）また、電気供給部品（フランジ付電流導入端子４５）も交換対象部品であると、非大気開放方式で行う場合には、電気供給部品も真空容器３３に取り付ける交換用容器（例えば、特許文献１の補助真空容器４１）内に収容するため、交換用容器の寸法が、電気供給部品の分だけ大きくかつ重くなる。そのため、作業者の負担が増して作業時間も長くなる。
上記（１）、（２）は、部品や作業コストの増大と、交換時間の増加によるイオン注入装置の稼働率低下などの問題に直結する。
【０００８】
また、交換用容器（例えば、特許文献１の補助真空容器や特許文献２の真空ボックス）を真空容器３３に常設しておく場合には、交換用容器などが材料ガスやプラズマに曝されて汚染されるおそれがある。例えば、交換用容器の内壁が材料ガスやプラズマで汚染されることによって膜付着が発生する可能性があり、交換用容器のメンテナンスが必要となる可能性がある。さらに、特許文献１の真空弁３３ａのフランジ面やシール材（Ｏリング）が、材料ガスやプラズマにより劣化して真空閉止できなくなる場合がある。特許文献２のゲートバルブ５１も同様である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、フランジ付電流導入端子４５などの電気供給部品を交換対象から除外することができ、これにより電気機能体（例えばフィラメントからなる）の交換作業の負担を大幅に軽減できる電気機能体の交換機構と交換方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、交換用容器がプラズマガスや材料ガスによって汚染することを防止でき、交換用容器と本体容器（例えば真空容器）との間を遮断・開放するための開閉手段がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明によると、本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構であって、
前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、
前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、
前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっている、ことを特徴とする電気機能体の交換機構が提供される。
【００１１】
上述の本発明の交換機構では、前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっているので、電気機能体に電気を供給するための電気供給部品を交換対象から除外することができる。従って、電気機能体の交換作業の負担が大幅に軽減される。その結果、交換時間が短縮され、本体容器を用いた装置の作動停止時間も短縮されるので、当該装置の稼働率を向上できる。
しかも、電気供給部品を交換対象から除外することができるので、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器の寸法を小さくできる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によると、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器が設けられ、
該交換用容器内には、前記電気機能体が収容可能であるとともに、該交換用容器は、前記挿入孔を覆うように前記本体容器の外面に着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器の内面と前記本体容器の前記外面との間で密閉空間が形成され、
前記交換用容器には、
前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にする吸引・ガス導入機構と、
該交換用容器が前記外面に取り付けられた取付状態で、前記開閉手段を開閉する開閉機構と、
前記取付状態で、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、または、前記電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出す挿入・引出機構と、が設けられる。
【００１３】
上記構成では、交換用容器を設けることで、次の交換方法の手順（Ａ）〜（Ｉ）により、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換することができる。即ち、本発明によると、前記交換機構を用いた電気機能体の交換方法であって、
（Ａ）前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｂ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｃ）前記挿入・引出機構により、旧電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出し、
（Ｄ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、
（Ｅ）前記交換用容器内に新電気機能体を収容させた状態で、前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、
（Ｆ）前記開閉手段を閉じた状態で、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｇ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｈ）前記挿入・引出機構により、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記新電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、
（Ｉ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、前記交換用容器を前記外面から取り外す、ことを特徴とする電気機能体の交換方法が提供される。
さらに、前記交換機構または交換方法では、電気機能体の交換後は、前記開閉手段により前記挿入孔を塞いで、前記交換用容器を取り外すことができるので、交換用容器が前記内部空間のプラズマガスや材料ガスによって汚染されることがなくなり、交換用容器のメンテナンスがほとんど不要になる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近である。
【００１５】
このように、前記電気供給端子の位置は、前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近であるので、電気供給端子およびこれに接続される前記接続端子が障害となって、前記内部空間のプラズマガスや材料ガスが前記挿入孔を通って前記開閉手段まで到達し難くなる。これにより、前記開閉手段やこれに設けられるシール部材などがプラズマガスや材料ガスによって劣化することを抑制できる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持される。
【００１７】
このように、前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持されるので、前記電気機能体を支持するための他の部材や部分を省略できる。
【００１８】
前記電気機能体は、
電流が流れることで、熱電子を放出するフィラメント、
電圧が印加されることで、荷電粒子が衝突してターゲット材料粒子を放出するターゲット材料、または
電流が流れることで、ターゲット材料を加熱して蒸発させるヒータを有する。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によると、電気機能体（例えばフィラメントからなる）に電気を供給するための部品を交換対象から除外することができ、これにより電気機能体の交換作業の負担を大幅に軽減できる。また、本発明によると、交換用容器がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを防止でき、交換用容器と本体容器（例えば真空容器）との間を遮断するための開閉手段やシール部材などがプラズマガスや材料ガスによって劣化することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による電気機能体３の交換機構１０の構成図である。交換機構１０は、本体容器５の内部空間５ａに配置され電気が供給されることで機能する電気機能体３を交換するための機構である。この例では、本体容器５は、上述したイオン注入装置に設けられる真空容器であり、電気機能体３は電流が流されることで熱電子を放出するフィラメントからなる。なお、図１には、真空容器のプラズマ生成部付近が示されている。
【００２２】
本実施形態による交換機構１０は、以下に述べる電気機能体３と本体容器５などに設けられる機構・構成である。
【００２３】
本体容器５には、本体容器５外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成される。この挿入孔５ｂを開閉する開閉手段７が本体容器５に設けられる。
また、本体容器５には、電気導入端子９と電気供給端子１１が設けられる。電気導入端子９は、本体容器５の外部に位置し、本体容器５の外部にある電源（図示せず）に電気配線により接続される。電気供給端子１１は、内部空間５ａに位置し、配線保護部材１３内に設けられた電気配線を介して電気導入端子９に接続されている。この電気供給端子１１は、後述する電気機能体３の接続端子３ａに接続されて電気機能体３に電気を供給する。電気供給端子１１の位置は、挿入孔５ｂ内、挿入孔５ｂと内部空間５ａとの境界（即ち、挿入孔５ｂ開口部）、または、内部空間５ａにおける前記境界付近である。
【００２４】
電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有する。電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっている。電気機能体３は、その接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されると、電気供給端子１１に支持される。電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続された状態を図２に示す。この例では、電気機能体３は、フィラメント部分３ｃおよび接続端子３ａと一体となっている支持部３ｄを有する。
【００２５】
本実施形態によると、交換機構１０は、内部空間５ａを外部から遮断した状態で電気機能体３を交換するための交換用容器１５を有する。該交換用容器１５内には、電気機能体３が収容可能であるとともに、該交換用容器１５は、挿入孔５ｂを覆うように本体容器５の外面５ｃに着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器１５の内面と本体容器５の外面５ｃとの間で密閉空間１７が形成される。交換用容器１５には、吸引・ガス導入機構１９、開閉機構２１および挿入・引出機構２３が設けられる。
なお、図１の例では、交換用容器１５は、本体容器５の取付部５ｄに取り付けられている。取付部５ｄの外表面は、本体容器５の外面５ｃを構成する。この取付部５ｄの厚みの分だけ、挿入孔５ｂの深さを大きくできる。
【００２６】
吸引・ガス導入機構１９は、密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。図１の例では、吸引・ガス導入機構１９は、窒素などの不活性ガスを供給するガス源１９ａ（例えば、ガスタンク）と、交換用容器１５の壁面に設けられ交換用容器１５内部と連通するガスポート１９ｂと、このガスポート１９ｂとガス源１９ａを接続するガスライン１９ｃと、ガスライン１９ｃに設けられるバルブ１９ｄと、吸引装置１９ｅ（例えば、真空ポンプ）と、交換用容器１５の壁面に設けられ交換用容器１５内部と連通する吸引ポート１９ｆと、この吸引ポート１９ｆと吸引装置１９ｅを接続する吸引ライン１９ｇと、吸引ライン１９ｇに設けられるバルブ１９ｈと、からなる。
【００２７】
開閉機構２１は、交換用容器１５が本体容器５の外面５ｃに取り付けられた取付状態で、開閉手段７を開閉する機構である。開閉機構２１は、図１の例では、回転シャフトからなる。開閉手段７は、この例では、蓋部材である。回転シャフト２１を、交換用容器１５の外部で人が回転させることで、蓋部材７を直線移動（図１の紙面と垂直な方向に移動）させる。これにより、蓋部材７を、挿入孔５ｂを塞ぐ閉止位置と挿入孔５ｂを開放する開放位置との間で移動させることができる。そのために、例えば、回転シャフト２１の先端部にはピニオン２１ａが固定され、このピニオン２１ａと噛み合うラック２１ｂが蓋部材７の上面に固定されている。また、回転シャフト２１とピニオン２１ａの位置は、電気機能体３と挿入・引出機構２３の移動範囲から図１の紙面と垂直な方向にずれている。従って、回転シャフト２１とピニオン２１ａが、電気機能体３および挿入・引出機構２３と干渉することがない。
【００２８】
挿入・引出機構２３は、前記取付状態で、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させ（図２の状態）、または、接続端子３ａを電気供給端子１１から外すとともに電気機能体３を挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出すための機構である。挿入・引出機構２３は、図１の例では、交換用容器１５外部で人が操作可能な操作シャフトである。操作シャフト２３の先端部は雄ネジ部２３ａとなっており、この雄ネジ部２３ａは電気機能体３の支持部３ｄに設けられた雌ネジ部３ｂに螺合可能である。この構成で、操作シャフト２３を人が回転させて操作シャフト２３の雄ネジ部２３ａを電気機能体３の雌ネジ部３ｂに螺合させることで、操作シャフト２３と電気機能体３とが結合される。その後、操作シャフト２３を人が押し込むことで、電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入させて、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できる。また、逆に、操作シャフト２３と電気供給端子１１に接続された電気機能体３とを結合させた状態で、操作シャフト２３を人が引き抜くことで、接続端子３ａを電気供給端子１１から外し、電気機能体３を挿入孔５ｂを通して交換用容器１５の内部へ引き抜くことができる。
【００２９】
次に、上述した交換機構１０を用いた電気機能体３の交換方法について説明する。図３は、この交換方法を示すフローチャートである。
【００３０】
（旧電気機能体３の取り出し）
まず、ステップＳ１において、交換用容器１５を本体容器５の外面５ｃに取り付ける。交換用容器１５の外面５ｃへの取り付けは、図１の破線で示す部分の拡大図である図４のように行ってよい。即ち、交換用容器１５のフランジ１５ａを外面５ｃにネジ２７などで取り付けてよい。また、フランジ１５ａと外面５ｃとの間にはＯリングなどのシール部材２９が設けられている。
ステップＳ２において、吸引・ガス導入機構１９により密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。即ち、密閉空間１７を内部空間５ａと同じ状態（真空または所定のガス雰囲気）にする。この例では、密閉空間１７を真空にする。この例では、バルブ１９ｈを開放して、交換用容器１５の内部を吸引ポート１９ｆから吸引装置１９ｅにより吸引する。これにより、交換用容器１５の内部を真空にする。
その後、ステップＳ３において、開閉機構２１により蓋部材７を開放する。この例では、回転シャフト２１を手動で回転させ、蓋部材７を前記閉止位置から前記開放位置へ直線移動させる。
次いで、ステップＳ４において、挿入・引出機構２３により、旧電気機能体３を電気供給端子１１から外すとともに挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出す。この例では、操作シャフト２３を人が操作して、その雄ネジ部２３ａを電気機能体３の雌ネジ部３ｂに螺合させ、この状態で、引き抜くことで、接続端子３ａを電気供給端子１１から外し、電気機能体３を挿入孔５ｂを通して交換用容器１５の内部へ引き抜く。
ステップＳ５において、開閉機構２１により蓋部材７を閉じる。この例では、回転シャフト２１を手動で回転させ、蓋部材７を前記開放位置から前記閉止位置へ直線移動させる。
ステップＳ６において、吸引・ガス導入機構１９により、交換用容器１５の内部に不活性ガスを導入して、交換用容器１５の内部を昇圧する。この例では、ガス源１９ａからガスポート１９ｂを通して不活性ガスを交換用容器１５の内部に供給する。
ステップＳ７において、交換用容器１５を外面５ｃから取り外し、旧電気機能体３を取り出す。
【００３１】
（新電気機能体３の取り付け）
ステップＳ８において、交換用容器１５内に新電気機能体３を収容させた状態で、交換用容器１５を本体容器５の外面５ｃに取り付ける。この際に、操作シャフト２３と電気機能体３を上述のように結合させておく。
ステップＳ９において、蓋部材７を閉じた状態で、吸引・ガス導入機構１９により密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。即ち、密閉空間１７を内部空間５ａと同じ状態にする。この例では、ステップＳ２と同じ方法で交換用容器１５の内部（密閉空間１７）を真空にする。
ステップＳ１０において、開閉機構２１により蓋部材７を開放する。この開放はステップＳ３と同じ方法で行える。
ステップＳ１１において、挿入・引出機構２３により、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ新電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させる。この例では、操作シャフト２３を手動で押し込むことで、電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入させて、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続する。これにより、電気機能体３が電気供給端子１１に支持される。次いで、操作シャフト２３を回転させて操作シャフト２３と電気機能体３との螺合を解き、操作シャフト２３を交換用容器１５の内部まで戻す。
ステップＳ１２において、開閉機構２１により蓋部材７を閉じる。
次いで、ステップＳ１３において、吸引・ガス導入機構１９により、交換用容器１５の内部に不活性ガスを導入して、交換用容器１５の内部を昇圧する。
ステップＳ１４において、交換用容器１５を外面５ｃから取り外す。この例では、ネジ２７を外して交換用容器１５を取り外す。この後、蓋部材７をネジなどで外面５ｃに確実に固定してよい。このネジは、上記ステップＳ１の直前で外される。
【００３２】
上述の本発明の実施形態による交換機構１０では、本体容器５には、本体容器５外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成されるとともに、本体容器５は、挿入孔５ｂを開閉する蓋部材７と、電気を供給するための電気供給端子１１を有し、電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有し、挿入孔５ｂから内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっているので、電気機能体３に電気を供給するための電気供給部品を交換対象から除外することができる。従って、電気機能体３の交換作業の負担が大幅に軽減される。その結果、交換時間が短縮され、本体容器５を用いた装置の作動停止時間も短縮されるので、当該装置の稼働率を向上できる。
しかも、電気供給部品を交換対象から除外することができるので、内部空間５ａを外部から遮断した状態で電気機能体３を交換するための交換用容器１５の寸法を小さくできる。
【００３３】
また、上述の実施形態により以下の効果も得られる。
上述の実施形態では、電気機能体３を交換後は、蓋部材７により挿入孔５ｂを塞いで、交換用容器１５を取り外すので、交換用容器１５が内部空間５ａのプラズマガスや材料ガスによって汚染されることがなくなり、交換用容器１５のメンテナンスがほとんど不要になる。
電気供給端子１１の位置は、挿入孔５ｂ内、挿入孔５ｂと内部空間５ａとの境界（即ち、挿入孔５ｂ開口部）、または、内部空間５ａにおける前記境界付近であるので、電気供給端子１１およびこれに接続される接続端子３ａが障害となって、内部空間５ａのプラズマガスや材料ガスが挿入孔５ｂを通って蓋部材７まで到達し難くなる。これにより、蓋部材７およびこれに設けられるシール部材がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを抑制できる。
電気機能体３は、電気供給端子１１に支持されるので、電気機能体３を支持するための他の部材や部分を省略できる。
さらに、従来ではフィラメントに取り付けられていた電気導入端子９を本体容器５に設けたので、フィラメント３の交換時に、電気導入端子９へ配線の取り外し、取り付け作業も省略でき、電気導入端子９を冷却する冷却配管などの電気導入端子９に対する取り外し、取り付け作業も省略できる。
【００３４】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下のように、上述の実施形態を本発明の範囲内で変更することができる。
【００３５】
例えば、上述の実施形態では電気機能体３は、イオン注入装置に使用されるフィラメントからなっていたが、本発明によると、電気機能体３は、スパッタ装置で使用されるターゲット材料からなっていてもよいし、真空蒸着装置で使用されるヒータからなっていてもよい。
図５は、電気機能体３がスパッタ装置で使用されるターゲット材料からなる場合を示す。図５のスパッタ装置では、本体容器５内の気体分子をグロー放電などにより、プラズマにする。一方、電気機能体３のターゲット材料部分３ｃには、電気供給端子１１から電圧が印加されることで、電位が与えられる。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット材料部分３ｃに向けて加速し衝突する。これにより、ターゲット材料部分３ｃから飛び出したターゲット粒子が本体容器５内の対象物に付着することで、対象物に薄膜を形成する。この場合、交換用容器１５を用いた上述の交換方法により、本体容器５内を真空に維持したままターゲット材料部分３ｃを有する電気機能体３を交換できる。図５（Ａ）は、電気機能体３が交換用容器１５内にある状態を示し、図５（Ｂ）は、電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されている状態を示す。電気機能体３がこのようなターゲット材料部分３ｃを有する場合の交換機構１０の他の構成は上述の実施形態と同じであってよい。
図６は、電気機能体３が、真空蒸着装置で使用されるヒータからなる場合を示す。図６の真空蒸着装置では、電気機能体３のヒータ部分３ｃには、電気供給端子１１から電流が供給されることで、ヒータ３ｃはターゲット材料である薄膜材料３１を加熱して蒸発させる。蒸発した薄膜材料３１は、本体容器５内の対象物に衝突付着し、これにより、対象物に薄膜が形成される。図６の例では、薄膜材料３１は、ヒータ３ｃに取り付けられている。図６（Ａ）は、電気機能体３が交換用容器１５内にある状態を示し、図６（Ｂ）は、電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されている状態を示す。電気機能体３がこのようなヒータ３ｃを有する場合の交換機構１０の他の構成は上述の実施形態と同じであってよい。
【００３６】
また、電気機能体３は、イオンビーム中性化装置で使用されるフィラメントからなっていてもよいし、本体容器５内に配置され電気が供給されることで機能する他のものであってもよい。
【００３７】
開閉手段７は、上述した蓋部材に限られず、交換用容器１５の外部から開閉操作可能である他の適切なもの（例えば真空弁）であってもよい。
【００３８】
吸引・ガス導入機構１９は、上述した構成に限定されず、密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする構成でありさえすればよい。
開閉機構２１は、上述した構成に限定されず、交換用容器１５が本体容器５の外面５ｃに取り付けられた取付状態で、開閉手段７を開閉する機構でありさえすればよい。
挿入・引出機構２３は、上述した構成に限定されず、前記取付状態で、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させ、または、電気機能体３を電気供給端子１１から外すとともに挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出すための機構でありさえすればよい。
【００３９】
また、本体容器５は、内部空間５ａが電気機能体３の交換前後を通して、真空に維持されるものだけでなく、所定のガス雰囲気に維持されるものであってもよい。この場合、上述の構成により、内部空間５ａを所定のガス雰囲気に維持したまま、電気機能体３を交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態による電気機能体の交換機構を示す。
【図２】電気機能体を本体容器内に取り付けた状態を示す。
【図３】本発明の実施形態による電気機能体の交換方法を示すフローチャートである。
【図４】図１の破線で囲んだ部分の拡大図である。
【図５】電気機能体がスパッタ装置のターゲット材料を有する場合に本発明を適用した構成を示す。
【図６】電気機能体が真空蒸着装置のヒータ有する場合に本発明を適用した構成を示す。
【図７】イオン注入装置の概略構成図である。
【図８】特許文献１の交換機構を示す。
【図９】特許文献２の交換機構を示す。
【符号の説明】
【００４１】
３ 電気機能体、３ａ 接続端子、３ｂ 雌ネジ部、３ｃ 電気機能部分（フィラメント部分）、３ｄ 支持部、５ 本体容器、５ａ 内部空間、５ｂ 挿入孔、５ｃ 外面、５ｄ 取付部、７ 開閉手段（蓋部材）、９ 電気導入端子、１０ 交換機構、１１ 電気供給端子、１３ 配線保護部材、１５ 交換用容器、１５ａ フランジ、１７ 密閉空間、１９ 吸引・ガス導入機構、１９ａ ガス源，１９ｂ ガスポート、１９ｃ ガスライン、１９ｄ バルブ、１９ｅ 吸引装置、１９ｆ 吸引ポート、１９ｇ 吸引ライン、１９ｈ バルブ、２１ 開閉機構（回転シャフト）、２３ 挿入・引出機構（操作シャフト）、２３ａ 雄ネジ部、２７ ネジ、２９ シール部材、３１ ターゲット材料（薄膜材料）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構と交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、本体容器は、イオン注入装置で用いられ内部が真空にされる真空容器であり、電気機能体は、真空容器内に配置されるフィラメントからなる。
イオン注入装置は、例えばガラス基板上の薄膜に不純物を注入する装置である。不純物は、リン（Ｐ）やボロン（Ｂ）などであり、イオンとしてプラズマから引き出されて薄膜に注入される。
【０００３】
図７にイオン注入装置の構成を示す。なお、図７において、真空容器３３の内部は、互いに連通しているプラズマ室３３ａ、加速室３３ｂおよび処理室３３ｃからなる。
プラズマ室３３ａ内にフィラメント３５が配置される。ガス導入口３７からプラズマ生成用の材料ガスがプラズマ室３３ａに導入された状態で、フィラメント３５に電流が流されると、フィラメント３５は加熱され熱電子を放出し、この熱電子は、プラズマ生成用の材料ガスと衝突して、ガス分子を電離あるいはイオン化する。これにより、プラズマが生成される。
プラズマ中のイオンは、加速用電極（図示せず）により引き出されて加速室３３ｂで加速される。加速されたイオン（イオンビーム）は、不純物として処理室３３ｃに配置された薄膜３９に注入される。
【０００４】
フィラメント３５は、材料ガスとの反応などにより、化学的、物理的に消耗して、ある程度の使用時間で断線する。断線したフィラメント３５は、新しいフィラメント３５と交換する必要があり、交換は、真空容器３３を大気開放せずに行われている。
【０００５】
フィラメンの交換機構は、例えば下記の特許文献１、２に記載されている。
特許文献１では、図８に示すように、補助真空容器４１を真空容器３３の真空弁３３ａに取り付け、補助真空容器４１内を真空容器３３側から真空排気する。次いで、真空容器３３内を大気圧に戻すことなく、操作軸４３を用いて、フランジ付電流導入端子４５を旧フィラメント３５と共に補助真空容器４１内に引き抜く。そして、補助真空容器４１と真空容器３３とを真空弁３３ａで遮断し、補助真空容器４１内をほぼ大気圧に戻すことによって、補助真空容器４１をフランジ付電流導入端子４５および旧フィラメント３５と共に取り外すことができる。次いで、逆の手順で新フィラメント３５を真空容器３３内に取り付ける。このように、フィラメント交換を行っている。
特許文献２では、図９に示すように、真空容器のプラズマ室３３ａに隣接して設けられた真空ボックス４７内に基端部が支持された支持アーム４９を回転板４８により回転させる。これにより、その支持アーム４９の先端に支持された旧フィラメント３５をゲートバルブ５１を通過させ上記真空ボックス４７内に移動させる。次いで、ゲートバルブ５１を閉塞した後に、上記真空ボックス４７の蓋部材４７ａを開けて旧フィラメント３５を新フィラメント３５に交換する。その後、蓋部材４７ａを閉めて、大気吸引手段で真空ボックス４７内を真空状態にした後、ゲートバルブ５１を開けて、新フィラメント３５をプラズマ発生室３３ａ内に移動させる。
【特許文献１】特開平１１−２５０８４６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィラメントの交換は、上述のように種々の非大気開放方式で実施されているが、作業性、作業時間、メンテナンスコストに関する課題がある。
【０００７】
まず、交換対象部品に、フィラメントに電流を供給するための電気供給部品を含むことで、次の（１）、（２）の問題が生じる。
（１）特許文献１では、電気供給部品（即ち、フランジ付電流導入端子４５）も交換対象部品である。そのため、交換対象部品が大きくなるとともに、フィラメント交換後にフランジ付電流導入端子４５を電源に接続する作業などが必要となる。その分、フィラメントの交換作業の負担が増える。
（２）また、電気供給部品（フランジ付電流導入端子４５）も交換対象部品であると、非大気開放方式で行う場合には、電気供給部品も真空容器３３に取り付ける交換用容器（例えば、特許文献１の補助真空容器４１）内に収容するため、交換用容器の寸法が、電気供給部品の分だけ大きくかつ重くなる。そのため、作業者の負担が増して作業時間も長くなる。
上記（１）、（２）は、部品や作業コストの増大と、交換時間の増加によるイオン注入装置の稼働率低下などの問題に直結する。
【０００８】
また、交換用容器（例えば、特許文献１の補助真空容器や特許文献２の真空ボックス）を真空容器３３に常設しておく場合には、交換用容器などが材料ガスやプラズマに曝されて汚染されるおそれがある。例えば、交換用容器の内壁が材料ガスやプラズマで汚染されることによって膜付着が発生する可能性があり、交換用容器のメンテナンスが必要となる可能性がある。さらに、特許文献１の真空弁３３ａのフランジ面やシール材（Ｏリング）が、材料ガスやプラズマにより劣化して真空閉止できなくなる場合がある。特許文献２のゲートバルブ５１も同様である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、フランジ付電流導入端子４５などの電気供給部品を交換対象から除外することができ、これにより電気機能体（例えばフィラメントからなる）の交換作業の負担を大幅に軽減できる電気機能体の交換機構と交換方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、交換用容器がプラズマガスや材料ガスによって汚染することを防止でき、交換用容器と本体容器（例えば真空容器）との間を遮断・開放するための開閉手段がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明によると、本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構であって、
前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、
前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、
前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっている、ことを特徴とする電気機能体の交換機構が提供される。
【００１１】
上述の本発明の交換機構では、前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっているので、電気機能体に電気を供給するための電気供給部品を交換対象から除外することができる。従って、電気機能体の交換作業の負担が大幅に軽減される。その結果、交換時間が短縮され、本体容器を用いた装置の作動停止時間も短縮されるので、当該装置の稼働率を向上できる。
しかも、電気供給部品を交換対象から除外することができるので、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器の寸法を小さくできる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によると、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器が設けられ、
該交換用容器内には、前記電気機能体が収容可能であるとともに、該交換用容器は、前記挿入孔を覆うように前記本体容器の外面に着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器の内面と前記本体容器の前記外面との間で密閉空間が形成され、
前記交換用容器には、
前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にする吸引・ガス導入機構と、
該交換用容器が前記外面に取り付けられた取付状態で、前記開閉手段を開閉する開閉機構と、
前記取付状態で、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、または、前記電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出す挿入・引出機構と、が設けられる。
【００１３】
上記構成では、交換用容器を設けることで、次の交換方法の手順（Ａ）〜（Ｉ）により、前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換することができる。即ち、本発明によると、前記交換機構を用いた電気機能体の交換方法であって、
（Ａ）前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｂ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｃ）前記挿入・引出機構により、旧電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出し、
（Ｄ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、
（Ｅ）前記交換用容器内に新電気機能体を収容させた状態で、前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、
（Ｆ）前記開閉手段を閉じた状態で、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｇ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｈ）前記挿入・引出機構により、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記新電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、
（Ｉ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、前記交換用容器を前記外面から取り外す、ことを特徴とする電気機能体の交換方法が提供される。
さらに、前記交換機構または交換方法では、電気機能体の交換後は、前記開閉手段により前記挿入孔を塞いで、前記交換用容器を取り外すことができるので、交換用容器が前記内部空間のプラズマガスや材料ガスによって汚染されることがなくなり、交換用容器のメンテナンスがほとんど不要になる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近である。
【００１５】
このように、前記電気供給端子の位置は、前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近であるので、電気供給端子およびこれに接続される前記接続端子が障害となって、前記内部空間のプラズマガスや材料ガスが前記挿入孔を通って前記開閉手段まで到達し難くなる。これにより、前記開閉手段やこれに設けられるシール部材などがプラズマガスや材料ガスによって劣化することを抑制できる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持される。
【００１７】
このように、前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持されるので、前記電気機能体を支持するための他の部材や部分を省略できる。
【００１８】
前記電気機能体は、
電流が流れることで、熱電子を放出するフィラメント、
電圧が印加されることで、荷電粒子が衝突してターゲット材料粒子を放出するターゲット材料、または
電流が流れることで、ターゲット材料を加熱して蒸発させるヒータを有する。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によると、電気機能体（例えばフィラメントからなる）に電気を供給するための部品を交換対象から除外することができ、これにより電気機能体の交換作業の負担を大幅に軽減できる。また、本発明によると、交換用容器がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを防止でき、交換用容器と本体容器（例えば真空容器）との間を遮断するための開閉手段やシール部材などがプラズマガスや材料ガスによって劣化することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による電気機能体３の交換機構１０の構成図である。交換機構１０は、本体容器５の内部空間５ａに配置され電気が供給されることで機能する電気機能体３を交換するための機構である。この例では、本体容器５は、上述したイオン注入装置に設けられる真空容器であり、電気機能体３は電流が流されることで熱電子を放出するフィラメントからなる。なお、図１には、真空容器のプラズマ生成部付近が示されている。
【００２２】
本実施形態による交換機構１０は、以下に述べる電気機能体３と本体容器５などに設けられる機構・構成である。
【００２３】
本体容器５には、本体容器５外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成される。この挿入孔５ｂを開閉する開閉手段７が本体容器５に設けられる。
また、本体容器５には、電気導入端子９と電気供給端子１１が設けられる。電気導入端子９は、本体容器５の外部に位置し、本体容器５の外部にある電源（図示せず）に電気配線により接続される。電気供給端子１１は、内部空間５ａに位置し、配線保護部材１３内に設けられた電気配線を介して電気導入端子９に接続されている。この電気供給端子１１は、後述する電気機能体３の接続端子３ａに接続されて電気機能体３に電気を供給する。電気供給端子１１の位置は、挿入孔５ｂ内、挿入孔５ｂと内部空間５ａとの境界（即ち、挿入孔５ｂ開口部）、または、内部空間５ａにおける前記境界付近である。
【００２４】
電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有する。電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっている。電気機能体３は、その接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されると、電気供給端子１１に支持される。電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続された状態を図２に示す。この例では、電気機能体３は、フィラメント部分３ｃおよび接続端子３ａと一体となっている支持部３ｄを有する。
【００２５】
本実施形態によると、交換機構１０は、内部空間５ａを外部から遮断した状態で電気機能体３を交換するための交換用容器１５を有する。該交換用容器１５内には、電気機能体３が収容可能であるとともに、該交換用容器１５は、挿入孔５ｂを覆うように本体容器５の外面５ｃに着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器１５の内面と本体容器５の外面５ｃとの間で密閉空間１７が形成される。交換用容器１５には、吸引・ガス導入機構１９、開閉機構２１および挿入・引出機構２３が設けられる。
なお、図１の例では、交換用容器１５は、本体容器５の取付部５ｄに取り付けられている。取付部５ｄの外表面は、本体容器５の外面５ｃを構成する。この取付部５ｄの厚みの分だけ、挿入孔５ｂの深さを大きくできる。
【００２６】
吸引・ガス導入機構１９は、密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。図１の例では、吸引・ガス導入機構１９は、窒素などの不活性ガスを供給するガス源１９ａ（例えば、ガスタンク）と、交換用容器１５の壁面に設けられ交換用容器１５内部と連通するガスポート１９ｂと、このガスポート１９ｂとガス源１９ａを接続するガスライン１９ｃと、ガスライン１９ｃに設けられるバルブ１９ｄと、吸引装置１９ｅ（例えば、真空ポンプ）と、交換用容器１５の壁面に設けられ交換用容器１５内部と連通する吸引ポート１９ｆと、この吸引ポート１９ｆと吸引装置１９ｅを接続する吸引ライン１９ｇと、吸引ライン１９ｇに設けられるバルブ１９ｈと、からなる。
【００２７】
開閉機構２１は、交換用容器１５が本体容器５の外面５ｃに取り付けられた取付状態で、開閉手段７を開閉する機構である。開閉機構２１は、図１の例では、回転シャフトからなる。開閉手段７は、この例では、蓋部材である。回転シャフト２１を、交換用容器１５の外部で人が回転させることで、蓋部材７を直線移動（図１の紙面と垂直な方向に移動）させる。これにより、蓋部材７を、挿入孔５ｂを塞ぐ閉止位置と挿入孔５ｂを開放する開放位置との間で移動させることができる。そのために、例えば、回転シャフト２１の先端部にはピニオン２１ａが固定され、このピニオン２１ａと噛み合うラック２１ｂが蓋部材７の上面に固定されている。また、回転シャフト２１とピニオン２１ａの位置は、電気機能体３と挿入・引出機構２３の移動範囲から図１の紙面と垂直な方向にずれている。従って、回転シャフト２１とピニオン２１ａが、電気機能体３および挿入・引出機構２３と干渉することがない。
【００２８】
挿入・引出機構２３は、前記取付状態で、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させ（図２の状態）、または、接続端子３ａを電気供給端子１１から外すとともに電気機能体３を挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出すための機構である。挿入・引出機構２３は、図１の例では、交換用容器１５外部で人が操作可能な操作シャフトである。操作シャフト２３の先端部は雄ネジ部２３ａとなっており、この雄ネジ部２３ａは電気機能体３の支持部３ｄに設けられた雌ネジ部３ｂに螺合可能である。この構成で、操作シャフト２３を人が回転させて操作シャフト２３の雄ネジ部２３ａを電気機能体３の雌ネジ部３ｂに螺合させることで、操作シャフト２３と電気機能体３とが結合される。その後、操作シャフト２３を人が押し込むことで、電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入させて、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できる。また、逆に、操作シャフト２３と電気供給端子１１に接続された電気機能体３とを結合させた状態で、操作シャフト２３を人が引き抜くことで、接続端子３ａを電気供給端子１１から外し、電気機能体３を挿入孔５ｂを通して交換用容器１５の内部へ引き抜くことができる。
【００２９】
次に、上述した交換機構１０を用いた電気機能体３の交換方法について説明する。図３は、この交換方法を示すフローチャートである。
【００３０】
（旧電気機能体３の取り出し）
まず、ステップＳ１において、交換用容器１５を本体容器５の外面５ｃに取り付ける。交換用容器１５の外面５ｃへの取り付けは、図１の破線で示す部分の拡大図である図４のように行ってよい。即ち、交換用容器１５のフランジ１５ａを外面５ｃにネジ２７などで取り付けてよい。また、フランジ１５ａと外面５ｃとの間にはＯリングなどのシール部材２９が設けられている。
ステップＳ２において、吸引・ガス導入機構１９により密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。即ち、密閉空間１７を内部空間５ａと同じ状態（真空または所定のガス雰囲気）にする。この例では、密閉空間１７を真空にする。この例では、バルブ１９ｈを開放して、交換用容器１５の内部を吸引ポート１９ｆから吸引装置１９ｅにより吸引する。これにより、交換用容器１５の内部を真空にする。
その後、ステップＳ３において、開閉機構２１により蓋部材７を開放する。この例では、回転シャフト２１を手動で回転させ、蓋部材７を前記閉止位置から前記開放位置へ直線移動させる。
次いで、ステップＳ４において、挿入・引出機構２３により、旧電気機能体３を電気供給端子１１から外すとともに挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出す。この例では、操作シャフト２３を人が操作して、その雄ネジ部２３ａを電気機能体３の雌ネジ部３ｂに螺合させ、この状態で、引き抜くことで、接続端子３ａを電気供給端子１１から外し、電気機能体３を挿入孔５ｂを通して交換用容器１５の内部へ引き抜く。
ステップＳ５において、開閉機構２１により蓋部材７を閉じる。この例では、回転シャフト２１を手動で回転させ、蓋部材７を前記開放位置から前記閉止位置へ直線移動させる。
ステップＳ６において、吸引・ガス導入機構１９により、交換用容器１５の内部に不活性ガスを導入して、交換用容器１５の内部を昇圧する。この例では、ガス源１９ａからガスポート１９ｂを通して不活性ガスを交換用容器１５の内部に供給する。
ステップＳ７において、交換用容器１５を外面５ｃから取り外し、旧電気機能体３を取り出す。
【００３１】
（新電気機能体３の取り付け）
ステップＳ８において、交換用容器１５内に新電気機能体３を収容させた状態で、交換用容器１５を本体容器５の外面５ｃに取り付ける。この際に、操作シャフト２３と電気機能体３を上述のように結合させておく。
ステップＳ９において、蓋部材７を閉じた状態で、吸引・ガス導入機構１９により密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする。即ち、密閉空間１７を内部空間５ａと同じ状態にする。この例では、ステップＳ２と同じ方法で交換用容器１５の内部（密閉空間１７）を真空にする。
ステップＳ１０において、開閉機構２１により蓋部材７を開放する。この開放はステップＳ３と同じ方法で行える。
ステップＳ１１において、挿入・引出機構２３により、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ新電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させる。この例では、操作シャフト２３を手動で押し込むことで、電気機能体３を挿入孔５ｂから内部空間５ａへ挿入させて、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続する。これにより、電気機能体３が電気供給端子１１に支持される。次いで、操作シャフト２３を回転させて操作シャフト２３と電気機能体３との螺合を解き、操作シャフト２３を交換用容器１５の内部まで戻す。
ステップＳ１２において、開閉機構２１により蓋部材７を閉じる。
次いで、ステップＳ１３において、吸引・ガス導入機構１９により、交換用容器１５の内部に不活性ガスを導入して、交換用容器１５の内部を昇圧する。
ステップＳ１４において、交換用容器１５を外面５ｃから取り外す。この例では、ネジ２７を外して交換用容器１５を取り外す。この後、蓋部材７をネジなどで外面５ｃに確実に固定してよい。このネジは、上記ステップＳ１の直前で外される。
【００３２】
上述の本発明の実施形態による交換機構１０では、本体容器５には、本体容器５外部から内部空間５ａへ電気機能体３を通す挿入孔５ｂが形成されるとともに、本体容器５は、挿入孔５ｂを開閉する蓋部材７と、電気を供給するための電気供給端子１１を有し、電気機能体３は、電気供給端子１１に着脱可能に接続され電気供給端子１１から電気を受ける接続端子３ａを有し、挿入孔５ｂから内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続できるようになっているので、電気機能体３に電気を供給するための電気供給部品を交換対象から除外することができる。従って、電気機能体３の交換作業の負担が大幅に軽減される。その結果、交換時間が短縮され、本体容器５を用いた装置の作動停止時間も短縮されるので、当該装置の稼働率を向上できる。
しかも、電気供給部品を交換対象から除外することができるので、内部空間５ａを外部から遮断した状態で電気機能体３を交換するための交換用容器１５の寸法を小さくできる。
【００３３】
また、上述の実施形態により以下の効果も得られる。
上述の実施形態では、電気機能体３を交換後は、蓋部材７により挿入孔５ｂを塞いで、交換用容器１５を取り外すので、交換用容器１５が内部空間５ａのプラズマガスや材料ガスによって汚染されることがなくなり、交換用容器１５のメンテナンスがほとんど不要になる。
電気供給端子１１の位置は、挿入孔５ｂ内、挿入孔５ｂと内部空間５ａとの境界（即ち、挿入孔５ｂ開口部）、または、内部空間５ａにおける前記境界付近であるので、電気供給端子１１およびこれに接続される接続端子３ａが障害となって、内部空間５ａのプラズマガスや材料ガスが挿入孔５ｂを通って蓋部材７まで到達し難くなる。これにより、蓋部材７およびこれに設けられるシール部材がプラズマガスや材料ガスによって汚染されることを抑制できる。
電気機能体３は、電気供給端子１１に支持されるので、電気機能体３を支持するための他の部材や部分を省略できる。
さらに、従来ではフィラメントに取り付けられていた電気導入端子９を本体容器５に設けたので、フィラメント３の交換時に、電気導入端子９へ配線の取り外し、取り付け作業も省略でき、電気導入端子９を冷却する冷却配管などの電気導入端子９に対する取り外し、取り付け作業も省略できる。
【００３４】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下のように、上述の実施形態を本発明の範囲内で変更することができる。
【００３５】
例えば、上述の実施形態では電気機能体３は、イオン注入装置に使用されるフィラメントからなっていたが、本発明によると、電気機能体３は、スパッタ装置で使用されるターゲット材料からなっていてもよいし、真空蒸着装置で使用されるヒータからなっていてもよい。
図５は、電気機能体３がスパッタ装置で使用されるターゲット材料からなる場合を示す。図５のスパッタ装置では、本体容器５内の気体分子をグロー放電などにより、プラズマにする。一方、電気機能体３のターゲット材料部分３ｃには、電気供給端子１１から電圧が印加されることで、電位が与えられる。これにより、プラズマ中のイオンがターゲット材料部分３ｃに向けて加速し衝突する。これにより、ターゲット材料部分３ｃから飛び出したターゲット粒子が本体容器５内の対象物に付着することで、対象物に薄膜を形成する。この場合、交換用容器１５を用いた上述の交換方法により、本体容器５内を真空に維持したままターゲット材料部分３ｃを有する電気機能体３を交換できる。図５（Ａ）は、電気機能体３が交換用容器１５内にある状態を示し、図５（Ｂ）は、電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されている状態を示す。電気機能体３がこのようなターゲット材料部分３ｃを有する場合の交換機構１０の他の構成は上述の実施形態と同じであってよい。
図６は、電気機能体３が、真空蒸着装置で使用されるヒータからなる場合を示す。図６の真空蒸着装置では、電気機能体３のヒータ部分３ｃには、電気供給端子１１から電流が供給されることで、ヒータ３ｃはターゲット材料である薄膜材料３１を加熱して蒸発させる。蒸発した薄膜材料３１は、本体容器５内の対象物に衝突付着し、これにより、対象物に薄膜が形成される。図６の例では、薄膜材料３１は、ヒータ３ｃに取り付けられている。図６（Ａ）は、電気機能体３が交換用容器１５内にある状態を示し、図６（Ｂ）は、電気機能体３の接続端子３ａが電気供給端子１１に接続されている状態を示す。電気機能体３がこのようなヒータ３ｃを有する場合の交換機構１０の他の構成は上述の実施形態と同じであってよい。
【００３６】
また、電気機能体３は、イオンビーム中性化装置で使用されるフィラメントからなっていてもよいし、本体容器５内に配置され電気が供給されることで機能する他のものであってもよい。
【００３７】
開閉手段７は、上述した蓋部材に限られず、交換用容器１５の外部から開閉操作可能である他の適切なもの（例えば真空弁）であってもよい。
【００３８】
吸引・ガス導入機構１９は、上述した構成に限定されず、密閉空間１７内を真空または所定のガス雰囲気にする構成でありさえすればよい。
開閉機構２１は、上述した構成に限定されず、交換用容器１５が本体容器５の外面５ｃに取り付けられた取付状態で、開閉手段７を開閉する機構でありさえすればよい。
挿入・引出機構２３は、上述した構成に限定されず、前記取付状態で、密閉空間１７から挿入孔５ｂを通して、内部空間５ａへ電気機能体３を挿入することで、接続端子３ａを電気供給端子１１に接続させ、または、電気機能体３を電気供給端子１１から外すとともに挿入孔５ｂを通して密閉空間１７へ引き出すための機構でありさえすればよい。
【００３９】
また、本体容器５は、内部空間５ａが電気機能体３の交換前後を通して、真空に維持されるものだけでなく、所定のガス雰囲気に維持されるものであってもよい。この場合、上述の構成により、内部空間５ａを所定のガス雰囲気に維持したまま、電気機能体３を交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態による電気機能体の交換機構を示す。
【図２】電気機能体を本体容器内に取り付けた状態を示す。
【図３】本発明の実施形態による電気機能体の交換方法を示すフローチャートである。
【図４】図１の破線で囲んだ部分の拡大図である。
【図５】電気機能体がスパッタ装置のターゲット材料を有する場合に本発明を適用した構成を示す。
【図６】電気機能体が真空蒸着装置のヒータ有する場合に本発明を適用した構成を示す。
【図７】イオン注入装置の概略構成図である。
【図８】特許文献１の交換機構を示す。
【図９】特許文献２の交換機構を示す。
【符号の説明】
【００４１】
３ 電気機能体、３ａ 接続端子、３ｂ 雌ネジ部、３ｃ 電気機能部分（フィラメント部分）、３ｄ 支持部、５ 本体容器、５ａ 内部空間、５ｂ 挿入孔、５ｃ 外面、５ｄ 取付部、７ 開閉手段（蓋部材）、９ 電気導入端子、１０ 交換機構、１１ 電気供給端子、１３ 配線保護部材、１５ 交換用容器、１５ａ フランジ、１７ 密閉空間、１９ 吸引・ガス導入機構、１９ａ ガス源，１９ｂ ガスポート、１９ｃ ガスライン、１９ｄ バルブ、１９ｅ 吸引装置、１９ｆ 吸引ポート、１９ｇ 吸引ライン、１９ｈ バルブ、２１ 開閉機構（回転シャフト）、２３ 挿入・引出機構（操作シャフト）、２３ａ 雄ネジ部、２７ ネジ、２９ シール部材、３１ ターゲット材料（薄膜材料）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構であって、
前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、
前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、
前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっている、ことを特徴とする電気機能体の交換機構。
【請求項２】
前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器が設けられ、
該交換用容器内には、前記電気機能体が収容可能であるとともに、該交換用容器は、前記挿入孔を覆うように前記本体容器の外面に着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器の内面と前記本体容器の前記外面との間で密閉空間が形成され、
前記交換用容器には、
前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にする吸引・ガス導入機構と、
該交換用容器が前記外面に取り付けられた取付状態で、前記開閉手段を開閉する開閉機構と、
前記取付状態で、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、または、前記電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出す挿入・引出機構と、が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項３】
前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔内、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近である、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項４】
前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持される、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項５】
前記電気機能体は、
電流が流れることで、熱電子を放出するフィラメント、
電圧が印加されることで、荷電粒子が衝突してターゲット材料粒子を放出するターゲット材料、または
電流が流れることで、ターゲット材料を加熱して蒸発させるヒータを有する、ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項６】
請求項２に記載の交換機構を用いた電気機能体の交換方法であって、
（Ａ）前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｂ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｃ）前記挿入・引出機構により、旧電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出し、
（Ｄ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、
（Ｅ）前記交換用容器内に新電気機能体を収容させた状態で、前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、
（Ｆ）前記開閉手段を閉じた状態で、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｇ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｈ）前記挿入・引出機構により、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記新電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、
（Ｉ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、前記交換用容器を前記外面から取り外す、ことを特徴とする電気機能体の交換方法
【請求項１】
本体容器の内部空間に配置され電気が供給されることで機能する電気機能体を交換するための電気機能体の交換機構であって、
前記本体容器には、本体容器外部から前記内部空間へ前記電気機能体を通す挿入孔が形成されるとともに、前記本体容器は、前記挿入孔を開閉する開閉手段と、電気を供給するための電気供給端子を有し、
前記電気機能体は、前記電気供給端子に着脱可能に接続され前記電気供給端子から電気を受ける接続端子を有し、
前記挿入孔から前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続できるようになっている、ことを特徴とする電気機能体の交換機構。
【請求項２】
前記内部空間を外部から遮断した状態で前記電気機能体を交換するための交換用容器が設けられ、
該交換用容器内には、前記電気機能体が収容可能であるとともに、該交換用容器は、前記挿入孔を覆うように前記本体容器の外面に着脱可能に取り付けられ、これにより、該交換用容器の内面と前記本体容器の前記外面との間で密閉空間が形成され、
前記交換用容器には、
前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にする吸引・ガス導入機構と、
該交換用容器が前記外面に取り付けられた取付状態で、前記開閉手段を開閉する開閉機構と、
前記取付状態で、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、または、前記電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出す挿入・引出機構と、が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項３】
前記電気供給端子の位置は、前記挿入孔内、前記挿入孔と前記内部空間との境界、または、前記内部空間における前記境界付近である、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項４】
前記電気機能体は、前記電気供給端子に支持される、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項５】
前記電気機能体は、
電流が流れることで、熱電子を放出するフィラメント、
電圧が印加されることで、荷電粒子が衝突してターゲット材料粒子を放出するターゲット材料、または
電流が流れることで、ターゲット材料を加熱して蒸発させるヒータを有する、ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機能体の交換機構。
【請求項６】
請求項２に記載の交換機構を用いた電気機能体の交換方法であって、
（Ａ）前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｂ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｃ）前記挿入・引出機構により、旧電気機能体を前記電気供給端子から外すとともに前記挿入孔を通して前記密閉空間へ引き出し、
（Ｄ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、
（Ｅ）前記交換用容器内に新電気機能体を収容させた状態で、前記交換用容器を前記本体容器の前記外面に取り付け、
（Ｆ）前記開閉手段を閉じた状態で、前記吸引・ガス導入機構により前記密閉空間内を真空または所定のガス雰囲気にし、
（Ｇ）前記開閉機構により前記開閉手段を開放し、
（Ｈ）前記挿入・引出機構により、前記密閉空間から前記挿入孔を通して、前記内部空間へ前記新電気機能体を挿入することで、前記接続端子を前記電気供給端子に接続させ、
（Ｉ）前記開閉機構により前記開閉手段を閉じ、前記交換用容器を前記外面から取り外す、ことを特徴とする電気機能体の交換方法
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１５７５０（Ｐ２０１０−１５７５０Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７３１４３（Ｐ２００８−１７３１４３）
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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