WO2002073636A1 - High-voltage electric apparatus - Google Patents

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WO2002073636A1
WO2002073636A1 PCT/JP2002/002078 JP0202078W WO02073636A1 WO 2002073636 A1 WO2002073636 A1 WO 2002073636A1 JP 0202078 W JP0202078 W JP 0202078W WO 02073636 A1 WO02073636 A1 WO 02073636A1
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voltage
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side flange
connection
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PCT/JP2002/002078
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takanori Sato
Ryouzou Takeuchi
Hiroyasu Kaga
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/248—Components associated with high voltage supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/063—Electron sources

Definitions

  • the present invention relates to a high-voltage electric device to which a high voltage is applied to accelerate ions and charged particles, such as a focused ion beam processing observation device.
  • Electrical equipment having a high voltage section of 20 [kV] or more such as a focused ion beam processing observation device, has a structure in which the main body of the vacuum vessel and the high-voltage power supply can be separated, so that the maintenance of the main body is convenient. Is being planned. In such high-voltage electrical equipment, the dielectric strength of the part that electrically connects the power supply side and the main body side is important.
  • a transformer for a power supply is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-190353, 5-2997, and 6-28. As described in Japanese Patent Publication No. 3299, it has been proposed to fill a winding portion to which a high voltage is applied with transformer oil having a high withstand voltage.
  • An object of the present invention is to provide a highly reliable electrical device that can be reduced in size by suppressing an increase in leakage current due to dew condensation or moisture absorption on a high-voltage insulating surface, thereby improving dielectric strength. Disclosure of the invention In one aspect of the present invention, a pushing terminal connected to an electric wire for supplying a high voltage, a connection pushing holding the pushing terminal, a detachable fitting of the connection pushing, and a connection with the pushing terminal
  • a high-voltage electrical device provided with a power receiving side flange having a flange terminal, when a connection bushing is mounted on the power receiving side flange, a gap formed between the connection bushing and the power receiving side flange has an insulating property. Characterized in that the liquid is sealed.
  • the insulating liquid is an insulating liquid containing fluorine as a main component and having a water solubility of 50 [ppm] or less at 40 [° C].
  • the insulating gas has a dew point temperature of ⁇ 40 [° C], a water content of less than 300 [ppm], and an insulating property equal to or higher than that of air (a breakdown electric field of 2 [k V / mm] or more is preferable.
  • connection bushing facing the gap portion is subjected to a water-repellent treatment including a fluorine-based resin material.
  • condensation or moisture absorption on the surface of the insulator can be suppressed in the gaps between the high-voltage connections, and the increase in leakage current can be suppressed even in a high-humidity environment.
  • a highly miniaturized electric device can be obtained.
  • These high-voltage electric devices are composed of an electron source such as an electron microscope or an ion source, and are suitably applied to an electronic device for processing and observing a sample with an accelerated ion beam.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a focused ion beam processing / observation pattern generation device which is a high-voltage device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the vicinity of the high-voltage connection portion of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing the effect of the first embodiment.
  • FIG. 4 is another characteristic diagram showing the effect of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the vicinity of a high-voltage connection portion according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows the second implementation It is a characteristic view showing the effect of an example.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the vicinity of a high-voltage connecting portion according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a focused ion beam machining observation pattern generation device, which is a high-voltage electric device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a pattern generator
  • 2 is an ion gun
  • 2-1 is an ion source
  • 2-2 is an electrode
  • 3 is a deflection electrode
  • 4 is an objective lens
  • 5 is a sample
  • 6 is a sample stage
  • 7 is a sample moving mechanism
  • 8 is a detector
  • 9 is a gas gun for wiping assist gas
  • 10 is a needle valve
  • 11 is a gas source
  • 12 is a vacuum exhaust device.
  • 13 is a high voltage power supply
  • 13-1 is a high voltage generator for ion acceleration
  • 13-2 is an ion acceleration voltage controller
  • 13-3 is a high voltage cable for transmitting the positive high voltage current (+ HV1) generated by the high voltage generator 13-1
  • 13-4 is a high voltage generator for ion focusing
  • 13-5 is a focusing control unit.
  • 1 3-6 is a high-voltage cable for sending the positive high-voltage current (+ HV2) generated by the high-voltage generator 13-4.
  • Reference numeral 14 denotes an operation control unit
  • 15 denotes a signal amplification processing unit
  • 16 denotes an irradiation position control unit
  • 17 denotes a sputtering Z-assist control unit
  • 18 denotes a sample position control unit
  • 19 denotes a vacuum exhaust system control unit
  • 20 is an assist gas control unit
  • 21 is a display
  • 22 is a keyboard
  • 23 is a disk.
  • a configuration and an operation when a charged particle, for example, a secondary electron emitted from a sample irradiated with an ion beam, is displayed on the display 21 as a SIMO image will be described.
  • the high-pressure generator for ion acceleration 13-1 applies a positive high voltage (+ HV 1) to the ion source 2-1 via the high-voltage connection 13-1 ⁇ .
  • a needle-type ion source 2-1 having a sharp tip and containing a gallium emits a gallium 'ion' beam by electric field evaporation of the liquid gallium.
  • This ion beam passes through a grounded electrode 2-2 having a hole on the axis to constitute an ion gun 2.
  • the acceleration voltage for accelerating this gallium ion beam is controlled by the ion acceleration voltage controller 13-2. Is set.
  • the emitted gallium ion beam is narrowed (imaged) on a sample 5 mounted on a sample table 6 by an objective lens 4 and scanned over the sample 5 by a deflection electrode 3.
  • secondary electrons and the like emitted from the sample 5 are detected by the detector 8 and supplied to the signal amplification processing unit 15.
  • the positive high voltage (+ HV 2) generated by the high voltage generator 13-4 based on the signal from the focusing control unit 13-5 is applied to the objective lens 4, and the high voltage
  • the gallium / ion / beam is narrowed down to the sample 5 after passing through one bull 1 3-6.
  • the signal supplied to the signal amplification processing unit 15 is amplified, processed, and the like, and displayed on the display 21 as, for example, a SIM image.
  • the magnification of the displayed SIM image is determined by the magnitude of the scanning signal applied to the deflection electrode 3 by the scanning control unit 14.
  • the position of the sample 5 observed on the display 21 is determined by moving the sample table 6 by the sample moving mechanism 7 according to an instruction from the sample position control unit 18 or via a manual mechanism (not shown).
  • the sample moving mechanism 7 is controlled by moving the sample stage 6.
  • the inside of the sample chamber and the like constituting the pattern generating apparatus 1 and the area where the gallium ion beam passes are evacuated to an ultra-high vacuum by the vacuum pumping apparatus 12 based on the instruction from the vacuum pumping system controller 19. There is an evacuated vacuum section 1a.
  • the SIM image of the sample 5 can be observed. Although a detailed description is omitted, it is also possible to accurately determine a position necessary for laminating a conductive pattern and a new insulating pattern by an operation similar to the above operation.
  • FIG. 2 shows, as a first embodiment of the present invention, a high-voltage connection for electrically connecting a high-voltage current generated by the high-voltage generator for ion acceleration 13-1 to the ion source 2-1. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the vicinity of part 13-11.
  • the high voltage applied from the high-voltage generator for ion acceleration 13-1 passes through the high-voltage cable 13-3 to the connection on the power transmission side to the pushing terminal 13-1 1 1 a of the pushing 13-1 1 1 Applied.
  • This high voltage is applied to the flange terminal 1 3—1 1 2a of the receiving side flange 1 3—1 1 2 closely connected to the bushing terminal 1 3—1 1 1a. Guided to 1.
  • the receiving flange 13-1 1 2 has a metal flange 13-1 1 2b at the top, and is at ground potential.
  • the lower part is made of insulator 1 3—1 1 2 c. Insulate between the ground potential of the metal flange 13-1 12 b and the high voltage applied to the flange terminal 13-1 12 a. High voltage is applied between the pushing terminal 13-1 1 1a or the receiving flange terminal 13 3 1 1 2a and the metal flange 13 3 1 1 2b.
  • a gap 1 3—1 1 3 of about 1 mm is provided between the connection pushing 13 1—1 1 1 on the power transmission side and the flange 13 1—1 1 2 on the power reception side.
  • a part or almost all of 3 is filled with an insulating liquid 13-113a having a small amount of dissolved water, and is isolated from the outside air by an O-ring 13-114.
  • the power receiving device or electronic device including the gas source 11 is housed in the vacuum section 1a in the vacuum container.
  • the connection bushing 1 3—1 1 1 and the receiving-side flange 1 3—1 1 2 Is held at one.
  • the connection bushing 13-11 is detachably fitted to the power receiving flange 13-11 provided on the container. By this fitting, the bushing terminal 13-1 1 la provided on the connection pushing 13-1 1 1 and connected to the cable 13-3 and the power receiving side flange 13-1 1 2 are provided.
  • the flange terminals 13-11 a that conduct electricity to the power receiving device are detachably connected. This fitting or detaching connection work is performed when the connection pushing 13-1 11 is attached to or detached from the power receiving device.
  • connection pushing 13-1 1 1 is attached to the power receiving side flange 13-1 1 2, the connection pushing 13-1 1 1 and the receiving side flange 13-1 1 2 The liquid is filled so that the insulating liquid 1 3 1 1 3 a with a small amount of dissolved water is present in the gap 13-1 13 formed in the gap.
  • 13--11 lb indicates a bushing flange
  • 13-111d indicates a push insulating surface.
  • the pushing pin 1 3 1 1 1 a which is connected to the electric wire 1 3 3 for feeding the high voltage electricity, the connection bushing for holding the pushing pin 1 3- 1 1 1 and this connection pushing is removably fitted and
  • the high-voltage electrical equipment 1 including the power receiving flange 13-1 12 having the flange terminal 13-1 12 a connected to the bushing terminal, when the connection pushing is attached to the power receiving flange.
  • An insulating liquid containing fluorine as the main component and having a water solubility of 40 or less [50 pm] is formed in the gap 13-1 13 formed between the connection pushing and the power receiving flange. 1 3— 1 1 3 a is enclosed.
  • the insulating liquid 1 3—1 1 3 is placed in the gap 1 3—1 1 3 near the high-voltage connection where the pushing terminal 1 3—1 1 1a and the flange terminal 1 3—1 1 2a are connected. Since 3a exists, it is possible to suppress an increase in leakage current due to condensation or moisture absorption and a decrease in dielectric strength due to the increase. In other words, when the maintenance work of the main body of the pattern generator 1 is performed, the surroundings are in a high humidity atmosphere, and the connection bushing 13-1 11 1 is condensed on the bushing insulating surface 13-11 Even if moisture absorption occurs, an increase in leakage current is suppressed by the insulating liquid, and insulation resistance and reliability can be improved.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment, and shows the relationship between applied voltage and leakage current under high humidity.
  • the temperature and humidity are assumed to be the maximum temperature and humidity conditions during maintenance work, and the power transmission side bushing 1 3—1 1 1 and the power receiving side flange 1 1 2 are separated and the temperature is 90 ° C at 40 ° C. Exposure to a% RH atmosphere for 10 minutes, and then both were assembled and connected in that atmosphere.
  • the applied voltage is expressed as the rated voltage value of 100%
  • the leak current value is expressed as the first conventional example C1 when the gap 13-1 13 is not filled, and the above-mentioned rated voltage is applied.
  • the increase in the leakage current that occurs when is applied is set to 100%.
  • the characteristic P1 according to the present embodiment is, as an insulating liquid 13-114 with a small amount of dissolved water, a liquid having an amount of dissolved water of 11 [p pm] and a volume resistance of 8 X 1015 [[ ⁇ -cm]].
  • a fluorine-based insulating liquid C8H16: Sumitomo 3M FC-75
  • the first conventional example has the characteristic C 1 when the gap 13-1 13 is not filled
  • the second conventional example has the characteristic C when the transformer oil is filled. 2 types.
  • the measured increase in leakage current is indicated by the current flowing in HV1 when the DC voltage is applied up to the rated voltage.
  • LT indicates the limit value of the occurrence of partial destruction.
  • the insulating liquid 13-1 13 a is located at a position beyond the boundary between the power receiving metal flange 13-1 1 2 b and the power receiving flange insulation surface 13-1 1 2 d. It is preferable to fill up to.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the insulating liquid according to the present invention when the gap 13-1 13 is filled with four types of insulating liquids of No. 1 to 4 having different amounts of dissolved water as the insulating liquid of the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the relationship P2 between the amount of water dissolved in various insulating liquids and the increase in leak current.
  • the insulating liquids No. 1 and No. 2 are fluorine-based insulating liquids having different amounts of dissolved water, No. 3 is the transformer oil, and No. 4 is a silicone oil.
  • the leakage current measurement conditions are the same as in Fig. 3, and show the increase in leakage current when the applied voltage is at the rated voltage.
  • an insulating liquid in this case, a transformer oil having a water dissolution amount of about 50 [p pm] or more, the increase of the leak current becomes remarkable.
  • the leakage current becomes about 15 [% ⁇ A] or more, a dielectric breakdown that becomes a partial carbide path occurs on the bushing insulating surface 13-1 11 c.
  • the water solubility of 1 13a must be 50 [p pm] or less.
  • the insulating liquid 13-1 13 a in the first embodiment has a breakdown voltage of about 10 [kV / mm] or more and a volume insulation resistance of 1 X 1 Ois [ ⁇ -cm] or more. It is preferable that the insulating property has a certain value. If the insulating property is smaller than this, the leak current becomes about 15 [% [] or more under conditions lower than the above-mentioned exposure conditions, and partial insulation breakdown occurs.
  • FIG. 5 is a sectional view showing the vicinity of a high-voltage connection portion 13-11 corresponding to FIG. 2 as a second embodiment of the present invention.
  • valves 13-1 11 e and 13-11 1 f are provided on the pushing flange 13-1 1 1 d, and a gap is externally provided through the valve 13-1 11 e.
  • Part 13-1 13 is filled with insulating gas 13-1 13 b with low moisture content, and both valves are closed and sealed.
  • the insulating gas 13-1 13 b dry nitrogen (water content: 126 [p pm] at a dew point of 140 []) is used. Filled and sealed.
  • the power supply is connected to electric wires 13-3 for supplying high-voltage electricity.
  • a high-voltage electrical device provided with a power receiving flange 13 a having a 1 3-1 1 2, between the connection bushing and the power receiving flange when the connection pushing is attached to the power receiving flange.
  • the gap formed is sealed in the space between 1 3 and 1 13 and has a dew point of 140 [° C], a water content of 300 ppm or less, and at least as high as air. 2 [kV / mm] or more), which is composed of an insulating gas having an insulating property, for example, dry nitrogen, dry air, or dry carbonic acid gas.
  • the gap 13-1 13 is filled with dry nitrogen 13-11 13 b having a small moisture content, moisture is adsorbed on the bushing insulating surface 13-1 11 c. Even if the moisture is absorbed, the moisture of the bushing is absorbed by the dry nitrogen 13-1 13 b, so that the insulation of the bushing insulation surface 13-1 11 c maintains the specified insulation resistance and suppresses the increase in leak current. can do.
  • Fig. 6 shows the relationship between moisture content and leakage current at a dew point temperature of 140 [° C] when nitrogen gas with different moisture content is filled in the gap 13-11 is there.
  • the leak current measurement conditions are the same as in FIGS.
  • the water content exceeds about 300 [ppm] the increase in leakage current becomes 15 [ ⁇ ] or more. Therefore, the water content of the nitrogen gas to be filled is about 300 [p pm] or less. It is preferable.
  • the gap 13-1 13 was formed by filling with dry nitrogen.
  • the insulation was not more than about 300 [pm].
  • the same effect can be obtained not only with dry nitrogen but also with insulating gas such as dry air or dry carbon dioxide gas and a mixed gas of these gases 13-11b.
  • FIG. 7 is a sectional view showing the vicinity of the high-voltage connection portions 13-11 corresponding to FIG. 2 as another embodiment of the present invention.
  • the surface 13-1 11 c of the connection pushing 13-1 11 1 facing the gap 13-1 13 is subjected to a water-repellent treatment. That is, a material having high water repellency, for example, coating with a fluororesin coating agent Water-repellent layer 13-1 1 1 c.
  • the absolutely green surface of the pushing is formed of the water-repellent layer 13—11c having high water repellency. Diffusion of moisture is suppressed, and the insulating property of the pushing insulating surface is maintained at a predetermined dielectric strength, and an increase in leak current can be suppressed.
  • a coating 13-1 11 c of a material having high water repellency is applied to the insulating insulating surface of the pushing.
  • the coating is applied to the insulating surface 13-1-12 d of the power receiving side, the effect is more improved. Notable.
  • each of the first to third embodiments has been described as a single embodiment, but a configuration in which these embodiments are combined may be used.
  • the present invention is directed to filling an insulating liquid or gas, which hardly causes dew condensation or moisture absorption, into a gap near a high-voltage connection part of an electric device, and a method of forming an insulating surface facing the gap with a water-repellent material.
  • the coated structure it is possible to suppress an increase in leak current due to condensation or moisture absorption on the surface of the insulator and a decrease in dielectric strength due to the increase, thereby providing a high-voltage electric device that can be reduced in size.

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Description

明 細 書 高電圧電気機器 技術分野
本発明は、 例えば集束イオンビーム加工観察装置のように、 イオンや荷電粒子 を加速するために高電圧が印加される高電圧電気機器に関する。 背景技術
収束イオンビーム加工観察装置のように、 2 0 [ k V ] 以上の高電圧部を有す る電気機器は、 真空容器部本体と高電圧電源部は分離できる構造とし、 本体のメ ィンテナンスの便宜を図っている。 このような高電圧電気機器においては電源側 と本体側とを電気的に接続する部分の絶縁耐力が重要となる。
絶縁耐カを高めるための従来技術として、 例えば電源側と本体側を電気的に接 続する部分に間隙を設けて沿面距離を大きくする方法がある。 また、 他の従来技 術として電源の変圧器に対しては、 特開平 5— 1 9 0 3 5 3号公報、 特開平 5— 2 9 9 1 9 7号公報、 及び特開平 6— 2 8 3 2 9 9号公報に記載されているよう に、 高電圧が加わる卷線部に絶縁耐圧の高いトランス油を充填することが提案ざ れている。
上記の高電圧接続部付近に間隙を設けて沿面距離を大きくする従来技術では、 所定の絶縁耐カを保持するのに、 十分な間隙寸法と沿面距離を必要とするため電 気機器本体が大型化する。 また、 電気機器周囲の環境変化によって高圧絶縁面に 結露又は吸湿を生じることがある。 このため絶縁部のリーク電流が増大して絶縁 耐力が低下し、 電気機器を小型化することが困難であった。
本発明の目的は、 高電圧絶縁面の結露又は吸湿によるリーク電流の増大を抑制 して絶縁耐カを向上させ、 小型化が可能な信頼性の高い電気機器を得ることであ る。 発明の開示 本発明はその一面において、 高電圧を給電する電線に接続されたプッシング端 子と、 このプッシング端子を保持する接続プッシングと、 この接続プッシングを 取り外し自在に嵌合しかつ前記プッシング端子と接続されるフランジ端子を有す る受電側フランジを備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記 受電側フランジに取り付けた際に接続ブッシングと受電側フランジとの間に形成 される間隙部に、 絶縁性の液体を封入したことを特徴とする。
ここで、 絶縁性の液体は、 水分溶解量が 4 0 [ °C ] で 5 0 [ p p m] 以下であ るフッ素を主成分とする絶縁性液体であることが望ましい。
本発明は他の一面において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取り 付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入さ れた絶縁性のガスを備えたことを特徴とする。
ここで、 絶縁性のガスは、 露点温度が— 4 0 [ °C ] で水分含有量が 3 0 0 [ p p m] 以下で、 かつ、 空気と同程度以上の絶縁性 （破壊電界が 2 [ k V /mm] 以上） を有するドライ窒素、 ドライ空気、 又はドライ炭酸ガスであることが望ま しい。
本発明は更に他の一面において、 前記間隙部に面する前記接続ブッシングの表 面に、 フッ素系樹脂素材を含む撥水処理を施したことを特徴とする。
このように構成することで、 高電圧接続部の間隙部において、 絶縁物表面の結 露又は吸湿を抑制することができ、 高湿度の環境下においてもリーク電流の増大 を抑制でき、 絶縁耐力の高い小型化された電気機器を得ることができる。
これらの高電圧電気機器は、 電子顕微鏡などの電子源又はイオン源から構成さ れ、加速したイオンビームで試料を加工観察する電子装置に適用して好適である。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1実施例に係る高電圧機器である収束イオンビーム加工 観察用パターン生成装置の概略構成図である。 第 2図は、 第 1実施例の髙電圧接 続部付近を示す縦断面図である。 第 3図は、 第 1実施例の効果を示す特性図であ る。 第 4図は、 第 1実施例の効果を示す他の特性図である。 第 5図は、 本発明の 第 2実施例に係る高電圧接続部付近を示す縦断面図である。 第 6図は、 第 2実施 例の効果を示す特性図である。 第 7図は、 本発明の第 3実施例に係る高電圧接続 部付近を示す縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を用いて、 本発明の実施の形態を説明する。
(第 1実施例）
第 1図は本発明の第 1実施例の高電圧電気機器である収束イオンビーム加工観 察用パターン生成装置の概略構成図である。 1はパターン生成装置、 2はイオン 銃、 2— 1はイオン源、 2— 2は電極、 3は偏向電極、 4は対物レンズ、 5は試 料、 6は試料台、 7は試料移動機構、 8は検出器、 9はアシストガスをふきつけ るガス銃、 1 0はニードルバルブ、 1 1はガス源、 1 2は真空排気装置である。
1 3は高電圧電源部で、 1 3— 1はイオン加速用の高圧発生装置、 1 3— 2は イオン加速電圧制御部である。 1 3— 3は、 高圧発生装置 1 3— 1で発生した正 の高電圧電流 （ + H V 1 ) を送るための高電圧ケ一ブルである。 1 3— 4はィォ ン焦点合わせ用の高電圧発生装置、 1 3— 5は焦点合わせ制御部である。 1 3— 6は、 高電圧発生装置 1 3— 4で発生した正の高電圧電流 （ + H V 2 ) を送る こ めの高電圧ケーブルである。 1 4は操作制御部、 1 5は信号増幅処理部、 1 6は 照射位置制御部、 1 7はスパッ夕 Zアシスト制御部、 1 8は試料位置制御部、 1 9は真空排気系制御部、 2 0はアシス トガス制御部、 2 1はディスプレイ、 2 2 はキーボード、 2 3はディスクである。
本装置の主な作用として、 イオンビームを照射した試料から放射された荷電粒 子例えば 2次電子をディスプレイ 2 1上に S I M 0 像として表示する場合の構 成及び動作について説明する。
イオン加速用の高圧発生装置 1 3— 1は、 正の高電圧 （+ H V 1 ) を、 高電圧 接続部 1 3— 1 ίを介してイオン源 2— 1に印加する。 例えば先端が鋭利かつガ リゥムを含むニードル型のイオン源 2— 1は、 液体ガリゥムが電界蒸発すること によって、 ガリウム ' イオン ' ビームを放射する。 このイオン ' ビームは、 軸上 に穴を有し接地された電極 2— 2を通り、イオン銃 2を構成する。 このガリウム . イオン · ビームを加速する加速電圧は、 イオン加速電圧制御部 1 3 — 2によって 設定される。 放射されたガリウム · イオン · ビームは、 対物レンズ 4によって試 料台 6上に取り付けられた試料 5上に細く絞られ（結像され）、 偏向電極 3によつ て当該試料 5上を走査される。 該試料 5から放射された例えば 2次電子等は検出 器 8によって検出され、 信号増幅処理部 1 5に供給される。 この際、 対物レンズ 4には、 焦点合わせ制御部 1 3— 5からの信号に基づき高電圧発生装置 1 3— 4 によって発生された正の高電圧 （ + H V 2 ) が印加され、 高電圧ケ一ブル 1 3— 6を経て試料 5にガリウム · イオン · ビームが細く絞られる。 そして、 信号増幅 処理部 1 5に供給された信号に対して増幅及び処理等が行われ、 ディスプレイ 2 1上に例えば S I M像として表示される。 表示される S I M像の倍率は、 走查制 御部 1 4が偏向電極 3に印可する走査信号の大きさによって決定される。 また、 ディスプレイ 2 1上で観察される試料 5の位置は、 試料位置制御部 1 8からの指 示によって試料移動機構 7が試料台 6を移動させ、 あるいは図示されていない手 動機構を介して試料移動機構 7が試料台 6を移動させることによって制御される。 更に、 パターン生成装置 1を構成する試料室等の内部及びガリゥム · イオン · ビ —ムが通過する領域は、 真空排気系制御部 1 9からの指示に基づき真空排気装置 1 2によって超高真空に排気された真空部 1 aがある。
以上のごとき構成及び動作によって試料 5の S I M像を観察することができる。 また、 詳細な説明は省略するが、 上記動作と同様な動作によって導電性のバタ一 ンと新たな絶縁性のパターンとを積層する場合に必要な位置を正確に決定するこ とも可能である。
第 2図は本発明の第 1実施例として、 前記イオン加速用の高圧発生装置 1 3— 1で発生させた高電圧電流をイオン源 2— 1に印加するために電気的に接続する 高圧接続部 1 3— 1 1付近を示す縦断面図である。 イオン加速用の高圧発生装置 1 3 - 1から印加された高電圧は、 高電圧ケーブル 1 3— 3を経て送電側の接続 プッシング 1 3— 1 1 1のプッシング端子 1 3— 1 1 1 aに印加される。 この高 電圧は、 ブッシング端子 1 3— 1 1 1 aに密着接続される受電側フランジ 1 3— 1 1 2のフランジ端子 1 3— 1 1 2 aに印加され、 第 1図のイオン源 2— 1へと 導かれる。 受電側フランジ 1 3— 1 1 2は、 その上部が金属製フランジ 1 3— 1 1 2 bからなり、 接地電位にある。 また、 その下部は碍子 1 3— 1 1 2 cからな り、 金属フランジ 1 3— 1 1 2 bの接地電位と、 フランジ端子 1 3— 1 1 2 aの 印加高電圧との間を絶縁する。 高電圧はプッシング端子 1 3— 1 1 1 a又は受電 側フランジ端子 1 3 _ 1 1 2 aと、 金属製フランジ 1 3— 1 1 2 bとの間に加わ る。送電側の接続プッシング 1 3— 1 1 1と受電側フランジ 1 3— 1 1 2間には、 1 mm前後の間隙部 1 3— 1 1 3が設けてあり、 この間隙部 1 3— 1 1 3の一部 又はほぼ全部には、 水分溶解量が小さい絶縁性液体 1 3— 1 1 3 aが充填され、 Oリング 1 3— 1 14によって外気と遮断される。
ここで、 高電圧電気機器の概要をまとめて説明する。
イオン銃 2、 イオン源 2— 1、 電極 2— 2、 偏向電極 3、 対物レンズ 4、 試料 5、 試料台 6、 試料移動機構 7、 検出器 8、 アシストガスをふきつけるガス銃 9、 ニードルバルブ 1 0、 ガス源 1 1を含む受電装置又は電子装置は、 真空の容器内 の真空部 1 aに収まっている。 接続ブッシング 1 3— 1 1 1と受電側フランジ 1 3— 1 1 2からなる受電装置に、 高い電圧の電気を給電する電線の高電圧ケープ ル 1 3— 3は、 接続ブッシング 1 3— 1 1 1に保持されている。 この接続ブッシ ング 1 3— 1 1 1は、 前記容器に設けられる受電側フランジ 1 3— 1 1 2に取り 外し自在に嵌め込まれる。 この嵌合によって、 前記接続プッシング 1 3— 1 1 1 に設けられ、 かつケーブル 1 3— 3に接続されているブッシング端子 1 3— 1 1 l aと、 受電側フランジ 1 3— 1 1 2に設けられ、 かつ前記受電装置に電気を導 くフランジ端子 1 3— 1 1 2 aは、 着脱自在に接続される。 この嵌合つまり着脱 接続作業は、 前記接続プッシング 1 3— 1 1 1を、 前記受電装置への取り付けノ 取り外しに際して行われる。
そして、 前記接続プッシング 1 3— 1 1 1を前記受電側フランジ 1 3— 1 1 2 に取り付けた際に、 接続プッシング 1 3— 1 1 1と受霉側フランジ 1 3— 1 1 2 との間に形成される間隙部 1 3— 1 1 3に水分溶解量が小さい絶縁性の液体 1 3 一 1 1 3 aが存在するように充填されるのである。 なお、 1 3— 1 1 l bはブッ シングフランジ、 1 3— 1 1 1 dはプッシング絶縁面を示している。
このように、 第 1実施例においては、 高電圧の電気を給電する電線 1 3— 3に 接続されたプッシング端子 1 3— 1 1 1 aと、 このプッシング端子を保持する接 続ブッシング 1 3— 1 1 1と、 この接続プッシングを取り外し自在に嵌合しかつ 前記ブッシング端子と接続されるフランジ端子 1 3— 1 1 2 aを有する受電側フ ランジ 1 3— 1 1 2を備えた高電圧電気機器 1において、 前記接続プッシングを 前記受電側フランジに取り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に 形成される間隙部 1 3— 1 1 3に、 水分溶解量が 40 で 5 0 [p pm〕 以 下であるフッ素を主成分とする絶縁性の液体 1 3— 1 1 3 aを封入している。 したがって、 プッシング端子 1 3— 1 1 1 aとフランジ端子 1 3— 1 1 2 aが 接続される高電圧接続部付近の間隙部 1 3— 1 1 3に、 絶縁性の液体 1 3— 1 1 3 aが存在するので、 結露又は吸湿によるリーク電流の増大とこれによる絶縁耐 力の低下を抑制することができる。 すなわち、 パターン生成装置 1本体のメイン テナンス作業を行うとき周囲が高湿度雰囲気にあり、 接続プッシング 1 3— 1 1 1の外気への出し入れにより、 ブッシング絶縁面 1 3— 1 1 1 cに結露又は吸湿 が生じても、 絶縁性の液体により リーク電流の増大が抑制され、 絶縁耐カ及び信 頼性を高めることができる。
第 3図は、 本実施例の効果を説明する図であり、 高湿度下での印加電圧とリ一 ク電流の関係を示すものである。 この図は、 温湿度はメインテナンス作業時の最 大の温湿度条件を想定して、 送電側ブッシング 1 3— 1 1 1と受電側フランジ 1 1 2を分離して 40 [°C] で 9 0 %RHの雰囲気に 1 0分間暴露し、 しかる後に その雰囲気下で両者を組み込み接続した場合を示している。 また、 この場合の印 加電圧は定格電圧値を 1 00 %として表示し、 リーク電流値は間隙部 1 3— 1 1 3が無充填の場合を第 1の従来例 C 1として、 上記定格電圧を印加した場合に生 じるリーク電流増加分を 1 0 0 %とした。 本実施例による特性 P 1は、 水分溶解 量が小さい絶縁性液体 1 3— 1 14として、 水分溶解量が 1 1 [p pm] で体積 抵抗が 8 X 1 015 [[Ω— c m]] のフッ素系絶縁性液体 （C 8 H 1 6 ： 住友 3 M 社製の F C— 7 5) を充填した場合である。 従来例としては上記のように第 1の 従来例として間隙部 1 3— 1 1 3が無充填の場合の特性 C 1と、 第 2の従来例と してトランス油を充填した場合の特性 C 2の 2種類である。 計測したリーク電流 増加分は D C電圧を定格電圧まで印加した時の HV 1に流れる電流で示す。なお、 LTは、 部分破壊発生限界値を示す。
第 3図より、 本発明の実施例の特性 P 1から明らかなように、 第 1の従来例の 特性 C 1や第 2の従来例の特性 C 2に比べ、リーク電流の増加はきわめて小さく、 リーク電流の増加分はほとんど生じていない。 なお、 上記実施例で絶縁性液体 1 3— 1 1 3 aは、 受電側金属製フランジ 1 3— 1 1 2 bと受電側フランジ絶縁面 1 3 - 1 1 2 dとの境界部を超える位置まで充填することが好ましい。
第 4図は本実施例の絶縁性液体として、 間隙部 1 3— 1 1 3に水分溶解量が異 なる N o. 1 ~4の 4種の絶縁性液体を充填した場合の、 本発明による各種絶縁 性液体の水分溶解量とリーク電流増加分の関係 P 2を示すものである。 絶縁性液 体 N o . 1と N o .2はそれぞれ水分溶解量が異なるフッ素系絶縁性液体であり、 N o. 3は前記トランス油、 No. 4はシリコン油である。 リーク電流測定条件 は第 3図と同様であり、 印加電圧が定格電圧であるときのリーク電流増加分を表 したものである。 このように、 水分溶解量が約 5 0 [p pm] 以上の絶縁性液体 (この場合はトランス油） では、 リーク電流の增加が顕著になる。 この場合、 リ ーク電流が約 1 5 [% μ A] 以上になるとブッシング絶縁面 1 3— 1 1 1 cに部 分的な炭化路となる絶縁破壊が生じることから、 絶縁性液体 1 3— 1 1 3 aの水 分溶解量は 5 0 [p pm] 以下であることが必要である。
このほか、 第 1実施例における絶縁性液体 1 3— 1 1 3 aは、 絶縁破壊電圧が 約 1 0 [ k V/mm] 以上、 体積絶縁抵抗は 1 X 1 Ois [Ω— cm] 以上の値を 有する絶縁物性であることが好ましく、 絶縁物性がこれより小さいと、 前記暴露 条件よりも低い条件でリーク電流が約 1 5 [ % Α] 以上になり、 部分的な絶縁 破壊を生じる。
(第 2実施例）
第 5図は本発明の第 2実施例として、 第 2図に対応する高電圧接続部 1 3— 1 1付近の断面図を示すものである。 本実施例では、 プッシングフランジ 1 3— 1 1 1 dに、 バルブ 1 3— 1 1 1 e及び 1 3— 1 1 1 f を設けて、 外部からバルブ 1 3 - 1 1 1 eを介して間隙部 1 3— 1 1 3に含有水分量が小さい絶縁性ガス 1 3 - 1 1 3 bを充填し、 両バルブを閉じて封入している。 絶縁性ガス 1 3— 1 1 3 bの一例として、 ドライ窒素 （水分含有量 ： 一 40 [ ] の露点温度で 1 26 [p pm]) を使用しており、 大気圧と同程度の圧力に充填して密封している。 この第 2実施例においては、 高電圧の電気を給電する電線 1 3— 3に接続され たブッシング端子 1 3 — 1 1 1 aと、 このブッシング端子を保持する接続ブッシ ング 1 3 — 1 1 1 と、 この接続ブッシングを取り外し自在に嵌合しかつ前記ブッ シング端子と接続されるフランジ端子 1 3 — 1 1 2 aを有する受電側フランジ 1 3 - 1 1 2を備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側 フランジに取り付けた際に接続ブッシングと受電側フランジとの間に形成される 間隙部 1 3 — 1 1 3に封入され、 露点温度が一 4 0 [°C] で水分含有量が 3 0 0 [p p m] 以下で、 かつ、 空気と同程度以上 （破壊電界が 2 [k V/mm] 以上） の絶縁性を有する絶緣性のガス、 例えばドライ窒素、 ドライ空気、 又はドライ炭 酸ガス 1 3 — 1 1 3 bを備えて構成している。
本実施例によっても間隙部 1 3 — 1 1 3に含有水分量が小さいドライ窒素 1 3 - 1 1 3 bが充填されているために、 ブッシング絶縁面 1 3— 1 1 1 cに水分が 吸着されていてもその水分がドライ窒素 1 3 — 1 1 3 bに吸着されることにより、 ブッシング絶緣面 1 3 — 1 1 1 cの絶縁性が所定の絶縁耐カを保ちリーク電流の 増大を抑制することができる。
第 6図は含有水分量が異なる窒素ガスを間隙部 1 3 — 1 1 3に充填した場合の 一 4 0 [°C] の露点温度における含有水分量とリーク電流の関係 P 3を示す図で ある。 リーク電流測定条件は第 3図、 第 5図と同様である。 含有水分量が約 3 0 0 [p p m] 以上になるとリーク電流増加分が 1 5 [ Αΐ 以上になることか ら、 充填する窒素ガスの含有水分量は約 3 0 0 [p pm] 以下であることが好ま しい。
なお、 本実施例では間隙部 1 3 — 1 1 3をドライ窒素の充填で構成したが、 水 分含有量が一 4 0 [°C] の露点温度で 3 0 0 [p m] 程度以下の絶縁性ガスな ら ドライ窒素に限らずドライ空気やドライ炭酸ガス等の絶縁性ガス及びこれらの 混合ガス 1 3 — 1 1 3 bでも同様な効果が得られる。
(第 3実施例）
第 7図は本発明の他の実施例として、 第 2図に対応する高電圧接続部 1 3 — 1 1付近の断面図を示すものである。 本実施例では、 間隙部 1 3 — 1 1 3に面する 接続プッシング 1 3— 1 1 1の表面 1 3 — 1 1 1 c に、 撥水処理を施している。 すなわち、 撥水性の大きい材料、 例えばフッ素樹脂コ一ティング剤でコーティン グ処理した撥水層 1 3— 1 1 1 cを備えている。
本実施例によれば、 プッシング絶縁面に結露又は吸湿によつて水分が付着して も、 プッシング絶緑面が撥水性の大きい撥水層 1 3— 1 1 1 cで構成されている ため、 水分の拡散が抑制され、 プッシング絶縁面の絶縁性が所定の絶縁耐カを保 ちリーク電流の増大を抑制することができる。
この実施例では、 プッシング絶縁面に撥水性の大きい材料によるコーティング 1 3 - 1 1 1 cを適用したが、 受電側フランジ絶縁面 1 3— 1 1 2 dにも適用す れば、 より効果は顕著である。
以上、 第 1実施例から第 3実施例まで、 それぞれ単独の実施例として説明した が、 これらの実施例を組み合わせた構成でもよい。
また、 これらの実施例は、 第 1図の収束イオンビーム加工観察用パターン生成 装置 1 におけるイオン加速電圧制御部 1 3— 2の高電圧接続部 1 '3— 1 1 に適用 した場合について記載したが、 焦点合わせ制御部 1 3— 5の高電圧接続部 （図示 しない） にも適用できることは言うまでもない。 産業上の利用可能性
本発明は、 電気機器の高電圧接続部付近の間隙部に、 結露又は吸湿が生じにく い絶縁性液体又はガスを充填したり、 また、 間隙部に面する絶縁物表面を撥水性 材料でコ一ティングした構成にすることにより、 絶縁物表面が結露又は吸湿によ るリーク電流の増大や、 これに伴う絶縁耐力の低下を抑制でき、 小型化が可能な 高電圧電気機器を提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 高電圧の電気を給電する電線に接続されたプッシング端子と、 このブッシン グ端子を保持する接続プッシングと、 この接続プッシングを取り外し自在に嵌合 しかつ前記ブッシング端子と接続されるフランジ端子を有する受電側フランジを 備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取 り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入 された絶縁性の液体を備えたことを特徴とする高電圧電気機器。
2 . 前記絶縁性の液体は、 水分溶解量が 4 0 [ °C ] で 5 0 [ p p m ] 以下である ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の高電圧電気機器。
3 . 前記絶縁性の液体は、 フッ素を主成分とする絶縁性液体であることを特徴と する請求の範囲第 1項又は第 2項記載の高電圧電気機器。
4 . 高電圧の電気を給電する電線に接続されたプッシング端子と、 このブッシン グ端子を保持する接続プッシングと、 この接鐃ブッシングを取り外し自在に嵌合 しかつ前記ブッシング端子と接続されるフランジ端子を有する受電側フランジを 備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取 り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入 された絶緣性のガスを備えたことを特徴とする高電圧電気機器。
5 . 高電圧の電気を給電する電線に接続されたプッシング端子と、 このブッシン グ端子を保持する接続プッシングと、 この接続プッシングを取り外し自在に嵌合 しかつ前記プッシング端子と接続されるフランジ端子を有する受電側フランジを 備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取 り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入 され、 露点温度が— 4 0 [°C ] で水分含有量が 3 0 0 [ p p m ] 以下で、 かつ、 空気と同程度以上の絶縁性を有する絶縁性のガスを備えたことを特徴とする髙電 圧電気機器。
6 . 高電圧の電気を給電する電線に接続されたプッシング端子と、 このブッシン グ端子を保持する接続プッシングと、 この接続プッシングを取り外し自在に嵌合 しかつ前記ブッシング端子と接続されるフランジ端子を有する受電側フランジを 備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取 り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入 され、 破壊電界が 2 [ k V /mm] 以上の絶縁性のガスを備えたことを特徴とす る高電圧電気機器。
7 . 前記絶縁性のガスは、 露点温度が一 4 0 [ °C ] で水分含有量が 3 0 0 [ p p m] 以下であることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の高電圧電気機器。
8 . 高電圧の電気を給電する電線に接続されたプッシング端子と、 このブッシン グ端子を保持する接続プッシングと、 この接続プッシングを取り外し自在に嵌合 しかつ前記プッシング端子と接続されるフランジ端子を有する受電側フランジを 備えた高電圧電気機器において、 前記接続プッシングを前記受電側フランジに取 り付けた際に接続プッシングと受電側フランジとの間に形成される間隙部に封入 されたドライ窒素、 ドライ空気、 又はドライ炭酸ガスを備えたことを特徴とする 高電圧電気機器。
9 . 前記間隙部に面する前記接続プッシングの表面に、 撥水処理を施したことを 特徴とする請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 4項〜第 8項のうちのいずれかに記載 の高電圧電気機器。
1 0 . 前記撥水処理部材は、 フッ素系樹脂素材を含むことを特徴とする請求の範 囲第 9項記載の電気機器。
1 1 . 前記高電圧電気機器は、 電子顕微鏡などの電子源又はイオン源から構成さ れる電子装置を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 4項〜第 8項のうちのいずれかに記載の高電圧電気機器。
1 2 . 前記高電圧電気機器は、 加速したイオンビームで試料を加工観察する電子 装置を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 4項〜第 8項のう ちのいずれかに記載の高電圧電気機器。
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