JP2000173487A - Multipole permanent magnet device for ecr - Google Patents

Multipole permanent magnet device for ecr

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JP2000173487A
JP2000173487A JP10343337A JP34333798A JP2000173487A JP 2000173487 A JP2000173487 A JP 2000173487A JP 10343337 A JP10343337 A JP 10343337A JP 34333798 A JP34333798 A JP 34333798A JP 2000173487 A JP2000173487 A JP 2000173487A
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pole
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Hiroshi Matsushita
浩 松下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multipole permanent magnet device capable of making the thickness in the radial direction thin and the size small with mechanical strength kept. SOLUTION: Multipole permanent magnets 23a, 23b are formed with a plurality of rod-like permanent magnets fixed to the outer circumference of a cylindrical base frame 26 so as to extend in the center axis direction of the base frame. A plurality of rod-like permanent magnets are divided into N sets with respect to circumferential direction of the base frame according to the number of magnetic poles N, the rod-like permanent magnet in each set is arranged so as to have the same magnetic pole in the center axis direction, but permanent magnets in adjacent sets with respect to circumferential direction of the base frame are arranged so as to have an opposite magnetic pole each other, and a plurality of rod-like permanent magnets are covered with a cylindrical yoke 24 having almost the same length as them.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多極永久磁石装置に
関し、特にECR(電子サイクロトロン共鳴)イオン源
装置に適した多極永久磁石装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-pole permanent magnet device, and more particularly to a multi-pole permanent magnet device suitable for an ECR (electron cyclotron resonance) ion source device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の多極永久磁石装置は、通常、円
筒状の枠体に周方向に間隔をおいて永久磁石を組み付
け、更にヨークを組合せることにより提供されている。
この種の多極永久磁石装置では、永久磁石ブロックやヨ
ークの配置を、多極永久磁石のどの断面でも同じでな
く、場所に応じて変化させたい場合があり、多極永久磁
石の外径も必ずしも一定にならない。従来の方法では、
外径が変化するような場合、機械的強度を保ちながら、
同時に小型の多極永久磁石を製作することは難しかっ
た。
2. Description of the Related Art A multi-pole permanent magnet device of this type is generally provided by assembling permanent magnets on a cylindrical frame at intervals in a circumferential direction and further combining a yoke.
In this type of multi-pole permanent magnet device, the arrangement of the permanent magnet block and yoke is not the same in every cross section of the multi-pole permanent magnet, and sometimes it is desired to change according to the location. Not always constant. In the traditional way,
When the outer diameter changes, while maintaining the mechanical strength,
At the same time, it was difficult to produce a small multipole permanent magnet.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の多極永久磁石
は、一体で削り出した外枠をたがとして、その内側に永
久磁石ブロックを、石橋のアーチ構造のように互いのブ
ロックが支え合うように配置し、接着剤で固定する方式
である。このような多極永久磁石の問題点は、外枠を分
割して構成すると機械的強度が低下することである。そ
して、外枠を分割により構成すると、時間の経過や使用
条件によって接着力が劣化したとき、永久磁石の磁力が
強力であるほどこわれ易く、断片が飛び散る場合もあり
得る。
In a conventional multi-pole permanent magnet, a permanent magnet block is supported inside the outer frame which is cut out integrally, and the blocks are supported by each other like an arch structure of a stone bridge. And fixed with an adhesive. A problem with such a multi-pole permanent magnet is that the mechanical strength is reduced when the outer frame is divided and configured. If the outer frame is formed by division, when the adhesive force is deteriorated due to the passage of time or use conditions, the stronger the magnetic force of the permanent magnet, the more likely it is to break and the fragments may be scattered.

【0004】従来の方式では一体のたがを作れない場
合、機械的強度が不十分になる。あるいは、機械的強度
を維持するために、しっかりした接続用のフランジのよ
うなものを取り付ける方法などがあるが、寸法が大きく
なる。
[0004] If the conventional method cannot form a single piece, the mechanical strength becomes insufficient. Alternatively, in order to maintain mechanical strength, there is a method of attaching a flange or the like for firm connection, but the size is increased.

【0005】そこで、本発明の課題は、機械的強度を保
ちながら、半径方向の厚みが薄く小型にすることのでき
る多極永久磁石装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a multi-pole permanent magnet device which can be reduced in thickness in the radial direction and reduced in size while maintaining mechanical strength.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、筒状の
基体枠の外周面に該基体枠の中心軸方向に配置されるよ
うに複数の棒状永久磁石による第1の多極永久磁石組体
を配設し、前記基体枠の両端に端部枠を設け、該端部枠
の少なくとも一方の外側には複数の棒状永久磁石による
第2の多極永久磁石組体を配設し、前記第1の多極永久
磁石組体を構成する棒状永久磁石により、前記基体枠の
中心軸と直交する断面内において主磁気閉回路を形成
し、前記第2の多極永久磁石組体を構成する棒状永久磁
石により、前記端部枠の中心軸と直交する断面内におい
て前記第1の多極永久磁石組体と同極の端部磁気閉回路
を形成して成ることを特徴とするECR用多極永久磁石
装置が提供される。
According to the present invention, a first multi-pole permanent magnet composed of a plurality of rod-shaped permanent magnets is arranged on the outer peripheral surface of a cylindrical base frame in the direction of the central axis of the base frame. An assembly is provided, end frames are provided at both ends of the base frame, and a second multipolar permanent magnet assembly including a plurality of rod-shaped permanent magnets is provided outside at least one of the end frames, A main magnetic closed circuit is formed in a cross section orthogonal to the central axis of the base frame by the rod-shaped permanent magnets constituting the first multipole permanent magnet assembly, thereby forming the second multipole permanent magnet assembly. The ECR is formed by forming a magnetic closed end circuit having the same polarity as the first multi-pole permanent magnet assembly in a cross section orthogonal to the central axis of the end frame by using a rod-shaped permanent magnet. A multi-pole permanent magnet device is provided.

【0007】前記第1の多極永久磁石組体は、前記基体
枠の外周面上に該基体枠の中心軸と平行な方向に並ぶよ
うに固着された複数の棒状永久磁石から成り、前記第1
の多極永久磁石組体における前記複数の棒状永久磁石
は、磁極数N(Nは偶数)に応じて前記基体枠の周方向
に関してN組の磁石組体に分割構成して、それぞれの組
に属する棒状永久磁石は前記基体枠の中心軸と直交する
面内の磁極の向きをそれぞれの組において同じにし、し
かも前記基体枠の周方向に関して隣り含う組は互いに反
対の磁極になるように構成すると共に、前記第1の多極
永久磁石組体における前記複数の棒状永久磁石の外側に
はこれとほぼ同じ長さの筒状の外枠体となるヨーク体を
被せて構成される。
The first multi-pole permanent magnet assembly is composed of a plurality of rod-shaped permanent magnets fixed on the outer peripheral surface of the base frame so as to be aligned in a direction parallel to the central axis of the base frame. 1
The plurality of rod-shaped permanent magnets in the multi-pole permanent magnet assembly of (1) is divided into N sets of magnet assemblies in the circumferential direction of the base frame in accordance with the number N of magnetic poles (N is an even number). The rod-shaped permanent magnets belong to the same orientation of the magnetic poles in a plane orthogonal to the central axis of the base frame in each set, and the adjacent sets in the circumferential direction of the base frame have opposite magnetic poles. In addition, the outside of the plurality of rod-shaped permanent magnets in the first multi-pole permanent magnet assembly is covered with a yoke serving as a cylindrical outer frame having substantially the same length.

【0008】前記基体枠の周方向に関して前記第1の多
極永久磁石組体における前記複数の棒状永久磁石の隣り
合う組と組との間に空間部が設けられ、該空間部に対応
する前記基体枠及び前記ヨーク体の部分にも空間部が形
成される。
A space is provided between adjacent sets of the plurality of bar-shaped permanent magnets in the first multi-pole permanent magnet assembly in the circumferential direction of the base frame, and the space corresponding to the space is provided. A space is also formed in the base frame and the yoke.

【0009】前記第1の多極永久磁石組体は、磁極数N
に応じて該基体枠の周方向に関してN組に分割構成して
いる前記棒状永久磁石を、各組において複数の磁石群か
ら構成し、各組では磁極を同方向に揃えて構成する。
The first multipole permanent magnet assembly has a magnetic pole number N
The rod-shaped permanent magnet, which is divided into N sets in the circumferential direction of the base frame according to the above, is constituted by a plurality of magnet groups in each set, and the magnetic poles are arranged in the same direction in each set.

【0010】前記基体枠及び前記端部枠の外周面はそれ
ぞれ、前記第1及び第2の多極永久磁石組体における複
数の棒状永久磁石を固着する多角形状の平坦面に形成す
ると共に、前記基体枠及び前記端部枠の内周面は円筒化
される。
The outer peripheral surfaces of the base frame and the end frame are formed on a polygonal flat surface for fixing a plurality of rod-shaped permanent magnets in the first and second multipole permanent magnet assemblies, respectively. The inner peripheral surfaces of the base frame and the end frames are cylindrical.

【0011】前記第1及び第2の多極永久磁石組体にお
ける前記棒状永久磁石は略四角形の断面形状を有し、同
じ組に属する前記棒状永久磁石を隣接させて前記基体枠
及び前記端部枠の平坦面に固着する。
The rod-shaped permanent magnets in the first and second multipole permanent magnet assemblies have a substantially rectangular cross-sectional shape, and the rod-shaped permanent magnets belonging to the same group are adjacent to each other so that the base frame and the end portions are adjacent to each other. Adhere to the flat surface of the frame.

【0012】前記第2の多極永久磁石組体における前記
複数の棒状永久磁石は、磁極数N(Nは偶数)に応じて
前記端部枠の周方向に関してN組に分割構成し、それぞ
れの組に属する磁極の中心部の棒状永久磁石は前記N組
の棒状永久磁石と同じ磁極の組み合わせになるように、
前記基体枠の中心軸と直交する面内の磁極の向きを同じ
にし、しかも前記端部枠の周方向に関して隣り合う磁極
の端部の棒状永久磁石は互いに反対の磁極になるように
構成する。
The plurality of rod-shaped permanent magnets in the second multi-pole permanent magnet assembly are divided into N sets in the circumferential direction of the end frame in accordance with the number N of magnetic poles (N is an even number). The rod-shaped permanent magnets at the center of the magnetic poles belonging to the set have the same combination of magnetic poles as the N sets of rod-shaped permanent magnets,
The directions of the magnetic poles in a plane perpendicular to the central axis of the base frame are set to be the same, and the rod-shaped permanent magnets at the ends of the magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction of the end frame are configured to have opposite magnetic poles.

【0013】前記第2の多極永久磁石組体は、磁極数N
に応じて前記基体枠の周方向に関してN組に分割構成し
ている前記棒状永久磁石を、各組において複数の磁石群
から構成し、各組では少なくとも前記第1の多極永久磁
石組体と隣接する部分の複数の棒状永久磁石の磁極を同
方向に揃えて構成する。
The second multipole permanent magnet assembly has a magnetic pole number N
The rod-shaped permanent magnets, which are divided into N sets in the circumferential direction of the base frame in accordance with the above, are configured from a plurality of magnet groups in each set, and each set includes at least the first multi-pole permanent magnet assembly. The magnetic poles of the plurality of bar-shaped permanent magnets at adjacent portions are arranged in the same direction.

【0014】前記基体枠の両端に設けた前記端部枠は前
記基体枠の延長体となるように構成し、該基体枠と該延
長体とを一体成形することが好ましい。
It is preferable that the end frames provided at both ends of the base frame are formed as extensions of the base frame, and the base frame and the extension are integrally formed.

【0015】前記第2の多極永久磁石組体を構成する棒
状永久磁石は略四角形の断面形状を有し、前記端部枠に
おける外周面は、前記棒状永久磁石を固着する面が平坦
面にされており、前記第2の多極永久磁石組体の外側に
はこれとほぼ同じ長さの筒状の枠体を被せて構成され
る。
The rod-shaped permanent magnet constituting the second multipole permanent magnet assembly has a substantially rectangular cross-sectional shape, and the outer peripheral surface of the end frame has a flat surface to which the rod-shaped permanent magnet is fixed. The outside of the second multi-pole permanent magnet assembly is covered with a cylindrical frame having substantially the same length.

【0016】前記枠体は、前記基体枠の外側に設けられ
たフランジ部材により前記基体枠の中心軸と一致される
ことが好ましい。
It is preferable that the frame is aligned with a center axis of the base frame by a flange member provided outside the base frame.

【0017】前記枠体は、短い複数の略円筒状に分割さ
れていても良い。
[0017] The frame may be divided into a plurality of short, substantially cylindrical shapes.

【0018】前記ヨーク体の外径は、前記枠体の外径よ
りも大きくすることが好ましい。
The outer diameter of the yoke is preferably larger than the outer diameter of the frame.

【0019】前記端部枠の両外側に複数の棒状永久磁石
による第2の多極永久磁石組体を配設し、ミラー磁石を
前記第2の多極永久磁石組体のそれぞれの外側部分に近
接して配置する。
A second multipole permanent magnet assembly composed of a plurality of bar-shaped permanent magnets is disposed on both outer sides of the end frame, and a mirror magnet is provided on each outer portion of the second multipole permanent magnet assembly. Place in close proximity.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1、図2を参照して、本発明に
よる多極永久磁石装置をECRイオン源装置に適用した
場合に実施の形態について説明する。このイオン源装置
は、筒状のプラズマチャンバ10の外側に、ミラー磁場
を作るために間隔をおいて配置された一対のミラー電磁
石11、12と、プラズマチャンバ10の外側であって
ミラー電磁石11、12の間に設けられた、本発明によ
る多極永久磁石装置20とを備えている。ミラー電磁石
11、12はそれぞれ、ソレノイドコイルで実現され
る。なお、ミラー電磁石11、12はそれぞれ、複数の
棒状永久磁石により構成されても良い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS. 1 and 2, an embodiment in which a multipole permanent magnet device according to the present invention is applied to an ECR ion source device will be described. The ion source device includes a pair of mirror electromagnets 11 and 12 spaced apart from each other to create a mirror magnetic field outside a cylindrical plasma chamber 10, and a mirror electromagnet 11 outside the plasma chamber 10. 12 and a multi-pole permanent magnet device 20 according to the invention. Each of the mirror electromagnets 11 and 12 is realized by a solenoid coil. Note that each of the mirror electromagnets 11 and 12 may be configured by a plurality of rod-shaped permanent magnets.

【0021】プラズマチャンバ10の側面には、導波路
部を持つ接続部21aが設けられ、導波管13が接続さ
れてプラズマチャンバ10内にその半径方向よりマイク
ロ波が導入される。導波管とプラズマチャンバとが接続
される部分にはRF窓22aがはさみ込まれる。RF窓
22aはマイクロ波を大気中からプラズマチャンバ10
内に透過させるが、プラズマチャンバ10の真空は保持
する。このプラズマチャンバ10側面のRF窓22aの
位置は、磁場構造上、プラズマの照射を受けにくく、従
来のイオン注入機用のECR型イオン源のようにプラズ
マチャンバ軸方向から導入する場合に比べて、汚れにく
いという利点がある。RF窓22aは汚れると導電性に
なるので、マイクロ波が遮断され運転が続けられなくな
る。
A connecting portion 21a having a waveguide portion is provided on a side surface of the plasma chamber 10, and a waveguide 13 is connected to introduce a microwave into the plasma chamber 10 from its radial direction. An RF window 22a is inserted into a portion where the waveguide and the plasma chamber are connected. The RF window 22a transmits microwaves from the atmosphere to the plasma chamber 10
While the vacuum of the plasma chamber 10 is maintained. The position of the RF window 22a on the side surface of the plasma chamber 10 is hardly irradiated with plasma due to the magnetic field structure, and compared to the case where the RF window 22a is introduced from the axial direction of the plasma chamber like a conventional ECR ion source for an ion implanter. There is an advantage that it is not easily stained. When the RF window 22a becomes dirty, it becomes conductive, so that the microwave is cut off and the operation cannot be continued.

【0022】このようなECRイオン源装置において
は、ミラー電磁石11、12と多極永久磁石装置20に
よりプラズマチャンバ10内に高磁場を形成すると共
に、この磁場に適量のイオン生成用のガスと、2.45
(GHz)のマイクロ波を導入することにより、ECR
加熱により電子が加熱され、プラズマが発生し、プラズ
マチャンバ10の軸方向にイオンビームを生成すること
ができる。2.45(GHz)のマイクロ波に対し87
5ガウスの磁場があると、電子のECR加熱が起こる。
In such an ECR ion source device, a high magnetic field is formed in the plasma chamber 10 by the mirror electromagnets 11 and 12 and the multi-pole permanent magnet device 20, and an appropriate amount of ion generating gas is applied to the magnetic field. 2.45
(GHz) by introducing microwaves
The heating heats the electrons, generates plasma, and generates an ion beam in the axial direction of the plasma chamber 10. 87 for microwaves of 2.45 (GHz)
The presence of a magnetic field of 5 Gauss causes ECR heating of the electrons.

【0023】ミラー電磁石12の端部には、イオン引出
し用のケーシング40−1が設けられ、ケーシング40
−1内には引出電極40−2とアノード電極40−3と
が設けられている。
At the end of the mirror electromagnet 12, a casing 40-1 for extracting ions is provided.
-1, an extraction electrode 40-2 and an anode electrode 40-3 are provided.

【0024】上述した磁場のもう1つのはたらきは、プ
ラズマを効果的に閉じ込めることで、その結果イオン化
効率が高まり、またRF窓22aの汚染を減らすことに
もなる。ミラー電磁石11と多極永久磁石装置20の方
向へ広がろうとするプラズマは損失となり、ビームとし
ては引き出されず、不経済なので、強く閉じ込めてお
く。具体的にはミラー電磁石11と多極永久磁石装置2
0の発生する磁場の極大値はプラズマチャンバ10内
で、少なくとも875ガウス以上であることが必要であ
り、2キロガウス以上であれば理想的となる。2キロガ
ウスは従来のイオン注入装置用のECR型イオン源装置
に比べておよそ2倍の値であり、RFの導入を軸方向か
ら行う場合、マイクロ波の伝播のためにプラズマチャン
バ径が大きくなってしまうので、2キロガウスの強い磁
場を発生させるのが実用上困難であった。一方、ミラー
電磁石12の磁場はミラー電磁石11、多極永久磁石装
置20よりも弱くして、その方向にプラズマの逃げ道を
つくっておく。これによって、プラズマ中のイオンはミ
ラー電磁石12の方向からプラズマチャンバ10外へ取
り出される。 図3、図4をも参照して、本発明による
多極永久磁石装置20について説明する。多極永久磁石
装置20は、4極永久磁石23a〜23d(第1の多極
永久磁石組体)とその外側に設けられた円筒状のヨーク
24とを含む。特に、この例では、4極永久磁石23a
〜23dのそれぞれを、台形の断面形状を有する2本の
棒状磁石を、幅広の方の底面を外側に向けて組み合わせ
て構成し、更に4極永久磁石23a〜23dを基体枠2
6にリング状に組み合わせている。基体枠26は、非磁
性材料、例えばアルミで作られる。なお、4極永久磁石
23a〜23dの磁極の向きは、プラズマチャンバ10
の中心軸方向に関して対向し合う磁極は同じ極とし、周
方向に関して隣り合う磁極は互いに反対の極になるよう
に配置される。
Another function of the magnetic field described above is to effectively confine the plasma, thereby increasing ionization efficiency and reducing contamination of the RF window 22a. Plasma that tends to spread in the direction of the mirror electromagnet 11 and the multipole permanent magnet device 20 is lost, is not extracted as a beam, and is uneconomical, so it is strongly confined. Specifically, the mirror electromagnet 11 and the multi-pole permanent magnet device 2
The maximum value of the generated magnetic field of 0 must be at least 875 Gauss or more in the plasma chamber 10, and is ideal if it is 2 kGauss or more. The value of 2 kilogauss is about twice as large as that of a conventional ECR ion source device for an ion implantation device. When RF is introduced from the axial direction, the diameter of the plasma chamber becomes large due to microwave propagation. Therefore, it was practically difficult to generate a strong magnetic field of 2 kilogauss. On the other hand, the magnetic field of the mirror electromagnet 12 is made weaker than that of the mirror electromagnet 11 and the multi-pole permanent magnet device 20, and an escape path for plasma is created in that direction. As a result, ions in the plasma are extracted out of the plasma chamber 10 from the direction of the mirror electromagnet 12. The multipole permanent magnet device 20 according to the present invention will be described with reference to FIGS. The multi-pole permanent magnet device 20 includes four-pole permanent magnets 23a to 23d (first multi-pole permanent magnet assembly) and a cylindrical yoke 24 provided outside thereof. In particular, in this example, the four-pole permanent magnet 23a
To 23d are formed by combining two bar-shaped magnets having a trapezoidal cross-sectional shape with the wide bottom surface facing outward, and furthermore, the four-pole permanent magnets 23a to 23d are
6 is combined in a ring shape. The base frame 26 is made of a non-magnetic material, for example, aluminum. The directions of the magnetic poles of the four-pole permanent magnets 23a to 23d are
The magnetic poles facing each other in the central axis direction are the same, and the magnetic poles adjacent in the circumferential direction are arranged to be opposite poles.

【0025】多極永久磁石装置20は、上記の4極永久
磁石23a〜23dに加えて更に、基体枠26の両端か
らそれぞれプラズマチャンバ10の中心軸方向に延びる
複数の棒状磁石をリング状に組み合わせて成る2組の多
極永久磁石25−1〜25−2(第2の多極永久磁石組
体)を有する。多極永久磁石25−1について言えば、
ここでは16本の棒状磁石を2本1組にして組み合わせ
て、8つの磁極25−1a〜25−1hを構成してい
る。8つの磁極25−1a〜25−1hのうち、4極永
久磁石23a〜23dに対応する磁極25−1a〜25
−1dはそれぞれ、磁極の向きが4極永久磁石23a〜
23dの磁極の向きと同じになるように配置される。ま
た、磁極25−1a〜25−1dの間に配置されている
磁極25−1f〜25−1hはそれぞれ、磁極が周方向
であってしかも反対向きになるように配置される。同様
に、多極永久磁石25−2においても、8つの磁極が構
成されている。多極永久磁石25−1〜25−2の外側
にはそれぞれ、非磁性材料による円筒状の枠体27−
1、27−2が設けられる。
The multi-pole permanent magnet device 20 combines a plurality of rod-shaped magnets extending in the central axis direction of the plasma chamber 10 from both ends of the base frame 26 in addition to the four-pole permanent magnets 23a to 23d in a ring shape. And two sets of multi-pole permanent magnets 25-1 to 25-2 (second multi-pole permanent magnet assemblies). As for the multipole permanent magnet 25-1,
Here, eight magnetic poles 25-1a to 25-1h are configured by combining 16 bar-shaped magnets into one set. Of the eight magnetic poles 25-1a to 25-1h, magnetic poles 25-1a to 25-25 corresponding to the four-pole permanent magnets 23a to 23d.
-1d indicates that the direction of the magnetic pole is a four-pole permanent magnet 23a-
It is arranged so as to be the same as the direction of the magnetic pole of 23d. Further, the magnetic poles 25-1f to 25-1h arranged between the magnetic poles 25-1a to 25-1d are arranged such that the magnetic poles are circumferential and opposite. Similarly, also in the multi-pole permanent magnet 25-2, eight magnetic poles are configured. Outside the multipole permanent magnets 25-1 to 25-2, a cylindrical frame 27-
1, 27-2 are provided.

【0026】なお、2組の多極永久磁石25−1、25
−2は、ミラー電磁石11、12とプラズマチャンバ1
0との間に介在しており、ここにヨークがあるとミラー
電磁石11、12によりプラズマチャンバ10内に発生
される磁場が小さくなるので、4極永久磁石23a〜2
3dに組み合わされるようなヨーク24は設けない。い
ずれにしても、多極永久磁石装置20に用いられる永久
磁石は、磁化方向が磁極面に垂直で、すべて同じ強さの
残留磁束密度を持つものを使用する。
The two sets of multipole permanent magnets 25-1 and 25
-2 indicates mirror electromagnets 11 and 12 and plasma chamber 1
0, and if a yoke is present, the magnetic field generated in the plasma chamber 10 by the mirror electromagnets 11 and 12 becomes small.
No yoke 24 to be combined with 3d is provided. In any case, the permanent magnet used in the multi-pole permanent magnet device 20 has a magnetization direction perpendicular to the magnetic pole surface and has the same residual magnetic flux density in all cases.

【0027】なお、多極永久磁石25−1は、不可欠で
はなく削除されても良い。この場合、多極永久磁石25
−1を構成するために延長されている基体枠26の端部
(端部枠)は無くても良い。また、この両端部に対応す
る部分は、基体枠26とは別体で構成されても良い。更
に、基体枠26の内側は円筒形状であるが、外側面につ
いては、4極永久磁石23a〜23d及び多極永久磁石
25−1、25−2を接着し易くするために接着箇所を
平坦面にしている。このため、基体枠26の外側は多角
形状である。
The multi-pole permanent magnet 25-1 is not indispensable and may be omitted. In this case, the multi-pole permanent magnet 25
The end (end frame) of the base frame 26 extended to form -1 may not be provided. Further, the portions corresponding to the both ends may be formed separately from the base frame 26. Further, the inside of the base frame 26 has a cylindrical shape, but on the outer surface, a bonding surface is flat to facilitate adhesion of the four-pole permanent magnets 23a to 23d and the multi-pole permanent magnets 25-1 and 25-2. I have to. For this reason, the outside of the base frame 26 has a polygonal shape.

【0028】なお、ヨーク24の側面には、周方向に間
隔をおいて4つの長穴24a〜24dが設けられてい
る。これは、図2で説明した導波管の接続を4箇所の任
意の箇所で行えるようにするためである。基体枠26に
は長穴24aに対応する箇所にのみ長穴26aが設けら
れているが、導波管の接続箇所に応じて長穴24b〜2
4dに対応する箇所に長穴26aと同様の長穴が設けら
れており、このため、基体枠26における長穴24aに
対応する箇所は勿論、長穴24b〜24dに対応する箇
所も空間部として4極永久磁石23a〜23dの設置領
域から外されている。そして、基体枠26において長穴
が設けられる箇所は、多角形状の角部に対応する箇所で
あるが、長穴が設けられる場合には角部は研削される。
Incidentally, four long holes 24a to 24d are provided on the side surface of the yoke 24 at intervals in the circumferential direction. This is to enable the connection of the waveguides described in FIG. 2 to be performed at four arbitrary positions. The base frame 26 is provided with the long hole 26a only at the position corresponding to the long hole 24a, but depending on the connection position of the waveguide, the long holes 24b to 2b are provided.
An elongated hole similar to the elongated hole 26a is provided at a location corresponding to 4d. Therefore, not only a location corresponding to the elongated hole 24a in the base frame 26 but also a location corresponding to the elongated holes 24b to 24d is a space. It has been removed from the installation area of the four-pole permanent magnets 23a to 23d. The location where the long hole is provided in the base frame 26 corresponds to the corner of the polygonal shape. However, when the long hole is provided, the corner is ground.

【0029】勿論、基体枠26におけるヨーク24の4
つの長穴24a〜24dに対応する箇所にあらかじめ長
穴を設けておいても良い。この場合には、プラズマチャ
ンバ10にも、基体枠26の長穴に対応する箇所に長穴
が設けられるが、プラズマチャンバ10内の真空度を維
持するために導波管13が接続されない長穴は蓋板のよ
うなもので塞ぐ必要がある。
Of course, the yoke 24 of the base frame 26
A slot may be provided in advance at a position corresponding to the three slots 24a to 24d. In this case, the plasma chamber 10 is also provided with a long hole at a position corresponding to the long hole of the base frame 26. However, in order to maintain the degree of vacuum in the plasma chamber 10, a long hole to which the waveguide 13 is not connected is provided. Must be closed with something like a lid plate.

【0030】図1に戻って、プラズマチャンバ10の左
端には、イオン生成用のガスの導入管29が接続されて
いる。プラズマチャンバ10の右端は開放されてイオン
ビームの引き出し口とされ、プラズマチャンバ10の開
口にはイオンビームを照射部に導くためのガイド管(図
示せず)が接続される。
Returning to FIG. 1, a gas introduction pipe 29 for generating ions is connected to the left end of the plasma chamber 10. The right end of the plasma chamber 10 is opened to serve as an ion beam outlet, and a guide tube (not shown) for guiding the ion beam to the irradiation unit is connected to the opening of the plasma chamber 10.

【0031】このようなECR用イオン源装置において
は、一対のミラー電磁石11、12と多極永久磁石装置
20によりプラズマチャンバ10内にミニマムB構造の
高磁場を形成すると共に、この磁場にイオン生成用のガ
スと、2.45(GHz)のマイクロ波を導入すること
により、プラズマチャンバ10の軸方向にイオンビーム
を生成することができる。
In such an ion source device for ECR, a high magnetic field having a minimum B structure is formed in the plasma chamber 10 by the pair of mirror electromagnets 11 and 12 and the multi-pole permanent magnet device 20, and the magnetic field is used to generate ions. By introducing a microwave for use and a microwave of 2.45 (GHz), an ion beam can be generated in the axial direction of the plasma chamber 10.

【0032】このような多極永久磁石装置20は以下の
ようにして作られる。はじめに、非磁性体材料による円
筒状の基体枠26が用意され、この基体枠26の外側に
4極永久磁石23a〜23dが接着されると共に、これ
らの両端側に多極永久磁石25−1、25−2が接着さ
れる。次に、これらの外側にヨーク24が組み合わさ
れ、更にヨーク24の両端側における多極永久磁石25
−1、25−2の外側には枠体27−1、27−2が設
けられる。
The multi-pole permanent magnet device 20 is manufactured as follows. First, a cylindrical base frame 26 made of a non-magnetic material is prepared, and four-pole permanent magnets 23a to 23d are adhered to the outside of the base frame 26, and a multi-pole permanent magnet 25-1, 25-2 is adhered. Next, the yokes 24 are combined on the outside thereof, and the multipole permanent magnets 25
Frame bodies 27-1 and 27-2 are provided outside -1, 25-2.

【0033】ここで、基体枠26の両端部に近い位置、
すなわち、4極永久磁石23a〜23dの設置領域と多
極永久磁石25−1、25−2の設置領域の境界部分に
はそれぞれ、径方向に延びるフランジ部26−1、26
−2が形成されている。特に、フランジ部26−1の突
出長は、フランジ部26−2のそれよりやや大きくし、
フランジ部26−1に対応するヨーク24の端部内周に
は周方向に切り欠き24−1を設けている。これによ
り、フランジ部26−1の先端は、ヨーク24を組み付
ける時の位置決めの機能を持つ。また、フランジ部26
−1、26−2の外側の面には、枠体27−1、27−
2の位置決めのための段差26−1a、26−2aが設
けられ、フランジ部26−1、26−2の内側の面に
は、4極永久磁石23a〜23dの加工上の段差26−
1b、26−2bが設けられている。
Here, positions close to both ends of the base frame 26,
That is, the flange portions 26-1 and 26 extending in the radial direction are respectively provided at the boundaries between the installation regions of the four-pole permanent magnets 23a to 23d and the installation regions of the multipolar permanent magnets 25-1 and 25-2.
-2 is formed. In particular, the protrusion length of the flange portion 26-1 is slightly larger than that of the flange portion 26-2,
A notch 24-1 is provided in the circumferential direction on the inner circumference of the end of the yoke 24 corresponding to the flange 26-1. Thus, the tip of the flange 26-1 has a positioning function when the yoke 24 is assembled. In addition, the flange 26
-1, 26-2, the frame 27-1, 27-
Steps 26-1a and 26-2a are provided for positioning the second step 2. The step 26- during processing of the four-pole permanent magnets 23a to 23d is provided on the inner surface of the flange sections 26-1 and 26-2.
1b and 26-2b are provided.

【0034】基体枠26には、前述したように、接続部
21aを設置するために、長穴26aが設けられてい
る。また、基体枠26の内側は円筒形状であるが、外側
面については、4極永久磁石23a〜23d及び多極永
久磁石25−1、25−2を接着し易くするために接着
箇所を平坦にしている。
As described above, the base frame 26 is provided with the elongated hole 26a for installing the connecting portion 21a. The inside of the base frame 26 has a cylindrical shape, but the outside surface is flattened to facilitate adhesion of the four-pole permanent magnets 23a to 23d and the multi-pole permanent magnets 25-1 and 25-2. ing.

【0035】ミラー電磁石11、12は、図示しない支
持部材により支持されるようになっており、これらのミ
ラー電磁石11、12の中央の円形空間に多極永久磁石
装置20が組み込まれている。次に、基体枠26の内側
にこれよりも十分に長い円筒状のプラズマチャンバ10
が組み込まれる。
The mirror electromagnets 11 and 12 are supported by a support member (not shown), and a multi-pole permanent magnet device 20 is incorporated in a central circular space between the mirror electromagnets 11 and 12. Next, a cylindrical plasma chamber 10 sufficiently longer than this is provided inside the base frame 26.
Is incorporated.

【0036】上記の組立てに際して必要な条件を以下に
列記する。
The conditions required for the above assembly are listed below.

【0037】基体枠26は削り出しによる一体のものと
する。
The base frame 26 is formed integrally by shaving.

【0038】基体枠26の外周面は多角形の断面形状を
もち、平坦化されている。
The outer peripheral surface of the base frame 26 has a polygonal cross section and is flattened.

【0039】4極永久磁石23a〜23d及び多極永久
磁石25−1、25−2の配置が変化するときは、多角
形の寸法も変更して良い。
When the arrangement of the four-pole permanent magnets 23a to 23d and the multi-pole permanent magnets 25-1 and 25-2 changes, the dimensions of the polygon may be changed.

【0040】ヨーク25の位置決めをするために、基体
枠26の外周にフランジ26−1、26−2を作るが、
作らない場合もある。フランジ26−1、26−2を作
る場合の方法は以下の通りである。
In order to position the yoke 25, flanges 26-1 and 26-2 are formed on the outer periphery of the base frame 26.
Sometimes it is not made. The method for forming the flanges 26-1 and 26-2 is as follows.

【0041】1番目の方法は、フランジを基体枠26の
削り出しのときに同時に作る。
In the first method, a flange is formed at the same time when the base frame 26 is cut out.

【0042】2番目の方法はフランジとなるリング状の
ものを後から基体枠26にはめ込む。
In the second method, a ring-shaped member serving as a flange is fitted into the base frame 26 later.

【0043】3番目の方法は、段差26−1a、26−
1bを持つ3点以上のスペーサを後から取り付けること
により構成する。
In the third method, steps 26-1a, 26-a
It is configured by attaching three or more spacers having 1b later.

【0044】ヨーク24は円筒状に仕上げる。The yoke 24 is finished in a cylindrical shape.

【0045】ヨーク24の内側の面は略円柱状となる
が、一部に切り欠き24−1を入れておくことで、ヨー
ク24の基体枠26に対する軸方向の位置決めを簡単に
することもできる。
The inner surface of the yoke 24 has a substantially columnar shape, but the notch 24-1 is partially provided so that the axial positioning of the yoke 24 with respect to the base frame 26 can be simplified. .

【0046】永久磁石は各面が平坦化されている。Each surface of the permanent magnet is flattened.

【0047】ヨーク24の中心軸は、基体枠26のフラ
ンジとのはめあいで、基体枠26の軸心と一致させる。
The center axis of the yoke 24 is fitted to the flange of the base frame 26 and is aligned with the axis of the base frame 26.

【0048】フランジを介して基体枠26がヨーク24
の軸を決め、永久磁石ブロック23a〜23d、25−
1a〜25−1hはヨーク24の軸出しには使わない。
The base frame 26 is connected to the yoke 24 via the flange.
Of the permanent magnet blocks 23a to 23d, 25-
1a to 25-1h are not used for centering the yoke 24.

【0049】以上のような多極永久磁石装置によれば、
一対の適当なミラー電磁石11、12との組合せにより
プラズマチャンバ10内にミニマムB構造の高磁場が形
成される。ミニマムB構造の磁場とは、良く知られてい
るように、プラズマチャンバ10内にECR(Elec
tron Cyclotron Resonance)
共鳴が生じ、しかもこのECR共鳴の起こる領域がプラ
ズマチャンバ10内で閉じている閉じ込め磁場構造であ
る。言い換えれば、プラズマチャンバ10の内壁面とE
CRゾーンが交差しないということであり、このミニマ
ムB構造の磁場は、空間中でECR磁場BECR (2.4
5MHzの場合、875ガウス)より弱いある1点から
出発してどの方向にいってもプラズマチャンバ10の内
壁にぶつかる前にBECR を横切らなければならないよう
な磁場である。ここでいうECRゾーンとは、ECR共
鳴点が連続して面となったものである。
According to the above multi-pole permanent magnet device,
A high magnetic field having a minimum B structure is formed in the plasma chamber 10 by a combination with a pair of appropriate mirror electromagnets 11 and 12. As is well known, the magnetic field of the minimum B structure is an ECR (Elect) in the plasma chamber 10.
tron Cyclotron Resonance)
A region where resonance occurs and where the ECR resonance occurs is a confined magnetic field structure that is closed in the plasma chamber 10. In other words, the inner wall surface of the plasma chamber 10 and E
The CR zones do not intersect, and the magnetic field of this minimum B structure is ECR magnetic field B ECR (2.4
For 5 MHz, which is the magnetic field that must traverse the B ECR before striking the inner wall of the plasma chamber 10 can be said in any direction starting from a weak one point than 875 gauss). The ECR zone referred to here is a region in which ECR resonance points are continuously formed as a plane.

【0050】このような閉じ込め磁場においては、従来
のマイクロ波型イオン源装置に比べれば、プラズマチャ
ンバ10内で発生しているプラズマの電子がプラズマチ
ャンバ10の半径方向へ散逸することが抑制され、電子
の閉じ込め時間が延長されてECR加熱作用により電子
の加熱が促進されることにより、特にプラズマチャンバ
10内の真空度が高い場合、ガス原子に衝突した時に多
価イオンを生成し易くなる。そして、このような多価イ
オンを含むすべてのイオンがプラズマチャンバ10の半
径方向へ漏れることが効率良く抑制されてプラズマチャ
ンバ10の内壁やRF窓への付着が抑制される。これ
は、RF窓22aへイオンが付着することにより導電性
を持ってマイクロ波の透過効率が低下することを抑制で
きることを意味する。
In such a confined magnetic field, compared to the conventional microwave ion source device, the electrons of the plasma generated in the plasma chamber 10 are suppressed from being dissipated in the radial direction of the plasma chamber 10, Since the electron confinement time is extended and the heating of the electrons is promoted by the ECR heating action, particularly when the degree of vacuum in the plasma chamber 10 is high, multi-charged ions are easily generated when colliding with gas atoms. Then, all ions including such multiply-charged ions are efficiently prevented from leaking in the radial direction of the plasma chamber 10, and the adhesion to the inner wall of the plasma chamber 10 and the RF window is suppressed. This means that it is possible to suppress a decrease in microwave transmission efficiency due to conductivity due to the attachment of ions to the RF window 22a.

【0051】このように、イオンの閉じ込め効率が良く
なると、プラズマチャンバ10内に導入するガスの量を
減らすことができ、プラズマチャンバ10内の汚染の度
合いを少なくすることができる。また、導入ガスが腐食
性のガスであってもそのイオンがプラズマチャンバ10
の内壁に付着して内壁が腐食されることを抑制できる。
これは、イオン源装置としての寿命が長くなることを意
味する。
As described above, when the ion trapping efficiency is improved, the amount of gas introduced into the plasma chamber 10 can be reduced, and the degree of contamination in the plasma chamber 10 can be reduced. Further, even if the introduced gas is a corrosive gas, its ions are generated in the plasma chamber 10.
Can be prevented from adhering to the inner wall and being corroded.
This means that the life of the ion source device is prolonged.

【0052】加えて、マイクロ波が導入される領域の多
極永久磁石を4極永久磁石23a〜23dとすることに
より、一対のミラー電磁石11、12とによる磁場との
相互作用によってプラズマチャンバ10の中心軸に直角
に交差する細長い断面形状のイオンビームを生成するこ
とができる。このイオンビームの断面形状は、マイクロ
波が導入される領域における多極永久磁石の極数に応じ
て変化することが知られている。因みに、6極の場合、
断面形状は略三角形であり、8極の場合は、略正方形で
ある。なお、プラズマチャンバ10内に構成される磁場
強度は、2キロガウス以上の磁場であることが好まし
い。
In addition, the multi-pole permanent magnets in the region into which the microwave is introduced are four-pole permanent magnets 23a to 23d, so that the interaction between the pair of mirror electromagnets 11 and 12 and the magnetic field causes the plasma chamber 10 to operate. An elongated cross-sectional ion beam that intersects the central axis at right angles can be generated. It is known that the cross-sectional shape of the ion beam changes according to the number of poles of the multi-pole permanent magnet in a region where microwaves are introduced. By the way, in the case of 6 poles,
The cross-sectional shape is substantially triangular, and in the case of eight poles, it is substantially square. Note that the magnetic field intensity formed in the plasma chamber 10 is preferably a magnetic field of 2 kilogauss or more.

【0053】次に、図5を参照して、一対のミラー電磁
石11、12とヨーク24の作用について説明する。プ
ラズマチャンバ10内に導入されるマイクロ波の周波数
が2.45(MHz)の場合、磁場強度が875(ガウ
ス)でECR共鳴がおこることが知られている。ミラー
電磁石11、12による磁場の絶対値|B|は、プラズ
マチャンバ10の中心軸r=0においては図5(b)の
ようになる。ECR共鳴をおこさせるためには、ミラー
電磁石11、12の間に図5(b)に示すように、87
5(ガウス)において曲線が交差するような下側に凸の
谷間を形成する必要がある。
Next, the operation of the pair of mirror electromagnets 11 and 12 and the yoke 24 will be described with reference to FIG. It is known that when the frequency of the microwave introduced into the plasma chamber 10 is 2.45 (MHz), the ECR resonance occurs when the magnetic field intensity is 875 (Gauss). The absolute value | B | of the magnetic field generated by the mirror electromagnets 11 and 12 at the center axis r = 0 of the plasma chamber 10 is as shown in FIG. In order to cause ECR resonance, as shown in FIG.
It is necessary to form a convex valley on the lower side such that the curves intersect at 5 (Gauss).

【0054】ここで、ミラー電磁石11、12の内径に
比べてこれらの間の距離が小さすぎると、磁場の絶対値
|B|は875(ガウス)において交差するような下側
に凸の谷間ができず、ECR共鳴点が消滅してしまう。
このために、ミラー電磁石11、12の間に円筒状の鉄
製のヨーク24を介在させて、r=0の付近にある磁力
線を吸収させて谷間を下側に下げている。
If the distance between the mirror electromagnets 11 and 12 is too small compared to the inner diameter of the mirror electromagnets 11, 12, the absolute value of the magnetic field | B | No, the ECR resonance point disappears.
For this purpose, a cylindrical iron yoke 24 is interposed between the mirror electromagnets 11 and 12 so as to absorb the lines of magnetic force near r = 0 and lower the valley to the lower side.

【0055】なお、ミラー電磁石11、12と組み合わ
せる多極永久磁石は、ヨーク24の内側になければプラ
ズマチャンバ10内に磁場をつくれないので、棒状磁石
を用いて4極永久磁石23a〜23dを構成することで
ヨーク24とプラズマチャンバ10との間の薄い空間を
利用して収容することができるようにしている。
Since the multi-pole permanent magnet combined with the mirror electromagnets 11 and 12 cannot generate a magnetic field in the plasma chamber 10 unless it is inside the yoke 24, the four-pole permanent magnets 23a to 23d are formed using rod-shaped magnets. By doing so, it is possible to use the thin space between the yoke 24 and the plasma chamber 10 to accommodate the space.

【0056】次に、図6を参照して、4極永久磁石の磁
場によるイオン閉じ込め作用の原理について説明する。
図6においては、4極永久磁石間の磁力線を1本ずつ象
徴的に示している。また、破線は磁場の絶対値|B|の
等磁場強度域を示しており、中心に近くなるほど磁場の
強度は円に近くなって等方的になるが、磁極に近付くに
つれていびつになり等方的でなくなる。このような磁場
内に存在する荷電粒子は、磁力線を中心に螺旋を描くよ
うに運動しながら磁極側へ移動しようとする。言い換え
れば、荷電粒子はその回転中心が磁場強度の強くなる方
へ移動しようとする。このような荷電粒子はまた、磁極
に近付いて磁場強度が大きくなるにつれて反対方向へ動
くようなはね返り作用を受ける。このはね返りの度合い
は、初期の運動方向により決まり、磁場の強度比(図5
(b)を引用して言えば、曲線の谷間の最低値とピーク
値との比)が大きいほどはね返りやすい。このような原
理で、イオンの滞留時間が長くなるイオン閉じ込め作用
が生ずる。一方、RF窓22aは、磁力線と平行になる
ような位置にあり、イオンは磁力線に直角な方向へは移
動しにくいので、これがRF窓22aへのイオンの付着
が生じにくい一因ともなっている。
Next, the principle of the ion confinement effect by the magnetic field of the four-pole permanent magnet will be described with reference to FIG.
In FIG. 6, the lines of magnetic force between the four-pole permanent magnets are symbolically shown one by one. The dashed line indicates the isomagnetic field intensity range of the absolute value of the magnetic field | B |. The closer to the center, the closer to the circle the magnetic field intensity becomes isotropic, but it becomes distorted as it approaches the magnetic pole. Loses its target. The charged particles existing in such a magnetic field tend to move toward the magnetic pole while moving in a spiral around the magnetic field lines. In other words, the charged particle tries to move to the direction where the center of rotation becomes stronger in the magnetic field. Such charged particles are also subjected to a repulsive action such that they move in the opposite direction as the magnetic field strength increases as they approach the pole. The degree of this rebound is determined by the initial direction of motion, and the strength ratio of the magnetic field (FIG. 5)
To quote (b), the larger the ratio between the minimum value and the peak value between the valleys of the curve, the greater the tendency to rebound. According to such a principle, an ion confinement effect in which the residence time of the ions is prolonged occurs. On the other hand, the RF window 22a is located at a position parallel to the magnetic field lines, and the ions are unlikely to move in a direction perpendicular to the magnetic field lines. This also contributes to the difficulty of ion attachment to the RF windows 22a.

【0057】ところで、マイクロ波の周波数を2.45
(GHz)とするのは、この周波数の発生装置が家庭用
の電気製品、例えば電子レンジにおいて使用され、最も
安価で提供されているからであり、この点を考慮しなく
ても良いのであれば、別の周波数でも良い。
By the way, the frequency of the microwave is set to 2.45.
(GHz) because the generator of this frequency is used in household electric appliances, for example, a microwave oven, and is provided at the lowest cost. If it is not necessary to consider this point, Alternatively, another frequency may be used.

【0058】以上、本発明を4極永久磁石の場合につい
て説明したが、磁極数は4極に限らないことは言うまで
も無い。また、ECRイオン源装置に適用する場合につ
いて説明しているが、本発明によるECR用多極永久磁
石装置は、上記の実施の形態に限らず、高い磁場を要求
される、特にECR共鳴を利用するような永久磁石装置
全般に適用できることは言うまでも無い。
Although the present invention has been described with reference to the case of a four-pole permanent magnet, it goes without saying that the number of magnetic poles is not limited to four. Also, the case where the present invention is applied to an ECR ion source device has been described. However, the multipolar permanent magnet device for ECR according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a high magnetic field is required. Needless to say, the present invention can be applied to the permanent magnet device as a whole.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明した本発明による多極永久磁石
装置によれば、以下のような効果が得られる。
According to the multipole permanent magnet device according to the present invention described above, the following effects can be obtained.

【0060】永久磁石ブロックが石橋のようなアーチ構
造でなくても、内側に外れてしまうことがない。
Even if the permanent magnet block does not have an arch structure like a stone bridge, it does not come off inside.

【0061】永久磁石ブロック同士を必ずしも密着させ
ないので、面の角度などに細かな精度を必要としない。
Since the permanent magnet blocks are not necessarily brought into close contact with each other, fine precision is not required for the surface angle and the like.

【0062】基体枠の外周が平面で、ヨークの内面がカ
ーブになっているので、円周方向にずれにくい永久磁石
ブロック同士を必ずしも密着させないので、円周方向に
永久磁石ブロックを離して配置できる。
Since the outer periphery of the base frame is flat and the inner surface of the yoke is curved, the permanent magnet blocks, which are hard to be displaced in the circumferential direction, do not necessarily adhere to each other, so that the permanent magnet blocks can be arranged apart in the circumferential direction. .

【0063】永久磁石ブロック間の隙間の部分で基体
枠、ヨークにそれぞれ長穴を開ければ、マイクロ波導入
用の開口を半径方向に設けることができる。
If a long hole is formed in each of the base frame and the yoke in the gap between the permanent magnet blocks, an opening for introducing microwaves can be provided in the radial direction.

【0064】開口を通してプラズマチャンバの半径方向
から、RFを導入することができ、たとえ永久磁石ブロ
ックが剥がれても横にずれにくい。
RF can be introduced from the radial direction of the plasma chamber through the opening, and even if the permanent magnet block is peeled off, it is unlikely to be shifted laterally.

【0065】ヨークがカバーとなって、永久磁石が剥が
れても外側に飛び出すことはない。
The yoke serves as a cover, and does not fly out even if the permanent magnet is peeled off.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用したECRイオン源装置の構造を
示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a structure of an ECR ion source device to which the present invention is applied.

【図2】図1の線A−A´による断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA 'of FIG.

【図3】本発明による多極永久磁石装置の好ましい実施
の形態を示した図で、図(a)は一部断面側面図、図
(b)は図(a)の線B−B´による断面図、図(c)
は図(a)の線C−C´による断面図である。
FIG. 3 is a view showing a preferred embodiment of a multi-pole permanent magnet device according to the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a partial cross-sectional side view, and FIG. 3 (b) is along line BB ′ in FIG. 3 (a). Sectional view, figure (c)
FIG. 4 is a sectional view taken along line CC ′ of FIG.

【図4】図3に示されたヨークと基体枠及び枠体の側面
図及び断面図である。
FIG. 4 is a side view and a cross-sectional view of the yoke, the base frame, and the frame shown in FIG. 3;

【図5】図1に示されたミラー電磁石とヨークの作用に
ついて説明するための図であり、図(a)は縦断面図、
図(b)は図(a)の距離Zに関しての磁場の絶対値強
度|B|を示した特性図である。
5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the mirror electromagnet and the yoke shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 6B is a characteristic diagram showing the absolute value strength | B | of the magnetic field with respect to the distance Z in FIG.

【図6】図2に示された4極永久磁石の作用を説明する
ための図である。
FIG. 6 is a view for explaining the operation of the four-pole permanent magnet shown in FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 プラズマチャンバ 11、12 ミラー電磁石 13 導波管 20 多極永久磁石装置 21a 接続部 22a RF窓 23a〜23d 4極永久磁石 24 ヨーク 25−1、25−2 多極永久磁石 26 基体枠 27−1、27−2 枠体 29 ガスの導入管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma chamber 11, 12 Mirror electromagnet 13 Waveguide 20 Multi-pole permanent magnet device 21a Connection part 22a RF window 23a-23d 4-pole permanent magnet 24 Yoke 25-1, 25-2 Multi-pole permanent magnet 26 Base frame 27-1 , 27-2 Frame 29 Gas introduction pipe

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筒状の基体枠の外周面に該基体枠の中心
軸方向に配置されるように複数の棒状永久磁石による第
1の多極永久磁石組体を配設し、 前記基体枠の両端に端部枠を設け、 該端部枠の少なくとも一方の外側には複数の棒状永久磁
石による第2の多極永久磁石組体を配設し、 前記第1の多極永久磁石組体を構成する棒状永久磁石に
より、前記基体枠の中心軸と直交する断面内において主
磁気閉回路を形成し、 前記第2の多極永久磁石組体を構成する棒状永久磁石に
より、前記端部枠の中心軸と直交する断面内において前
記第1の多極永久磁石組体と同極の端部磁気閉回路を形
成して成ることを特徴とするECR用多極永久磁石装
置。
A first multi-pole permanent magnet assembly comprising a plurality of rod-shaped permanent magnets disposed on an outer peripheral surface of a cylindrical base frame so as to be arranged in a central axis direction of the base frame; And a second multi-pole permanent magnet assembly comprising a plurality of bar-shaped permanent magnets disposed outside at least one of the end frames. The first multi-pole permanent magnet assembly The main magnetic closed circuit is formed in a cross section orthogonal to the central axis of the base frame by the rod-shaped permanent magnets, and the end frame is formed by the rod-shaped permanent magnets forming the second multipole permanent magnet assembly A multipole permanent magnet device for ECR, wherein an end magnetic closed circuit having the same polarity as the first multipole permanent magnet assembly is formed in a cross section orthogonal to the central axis of the ECR.
【請求項2】 請求項1記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記第1の多極永久磁石組体は、前記基体枠の外周面上
に該基体枠の中心軸と平行な方向に並ぶように固着され
た複数の棒状永久磁石から成り、 前記第1の多極永久磁石組体における前記複数の棒状永
久磁石は、磁極数N(Nは偶数)に応じて前記基体枠の
周方向に関してN組の磁石組体に分割構成して、それぞ
れの組に属する棒状永久磁石は前記基体枠の中心軸と直
交する面内の磁極の向きをそれぞれの組において同じに
し、しかも前記基体枠の周方向に関して隣り含う組は互
いに反対の磁極になるように構成すると共に、前記第1
の多極永久磁石組体における前記複数の棒状永久磁石の
外側にはこれとほぼ同じ長さの筒状の外枠体となるヨー
ク体を被せて成ることを特徴とするECR用多極永久磁
石装置。
2. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 1, wherein the first multi-pole permanent magnet assembly is arranged on an outer peripheral surface of the base frame in a direction parallel to a central axis of the base frame. The plurality of bar-shaped permanent magnets in the first multi-pole permanent magnet assembly are arranged in a circumferential direction of the base frame in accordance with the number N of magnetic poles (N is an even number). , The rod-shaped permanent magnets belonging to each group have the same direction of magnetic poles in a plane orthogonal to the central axis of the base frame in each set, and the poles of the base frame are The pairs adjacent to each other in the circumferential direction are configured to have magnetic poles opposite to each other, and
Characterized in that a plurality of rod-shaped permanent magnets in the multi-pole permanent magnet assembly according to (1) are covered with a yoke serving as a cylindrical outer frame having substantially the same length. apparatus.
【請求項3】 請求項2記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記基体枠の周方向に関して前記第1の多極永久磁石組
体における前記複数の棒状永久磁石の隣り合う組と組と
の間に空間部を設け、 該空間部に対応する前記基体枠及び前記ヨーク体の部分
にも空間部を形成するように構成したことを特徴とする
ECR用多極永久磁石装置。
3. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 2, wherein adjacent sets of the plurality of rod-shaped permanent magnets in the first multi-pole permanent magnet assembly with respect to a circumferential direction of the base frame. A multi-pole permanent magnet device for ECR, wherein a space is provided between the base frame and the yoke body corresponding to the space.
【請求項4】 請求項3記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記第1の多極永久磁石組体は、磁極数Nに応じて該基
体枠の周方向に関してN組に分割構成している前記棒状
永久磁石を、各組において複数の磁石群から構成し、各
組では磁極を同方向に揃えたことを特徴とするECR用
多極永久磁石装置。
4. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 3, wherein the first multi-pole permanent magnet assembly is divided into N sets in the circumferential direction of the base frame in accordance with the number N of magnetic poles. The above-mentioned rod-shaped permanent magnet is constituted by a plurality of magnet groups in each set, and the magnetic poles are aligned in the same direction in each set.
【請求項5】 請求項1記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記基体枠及び前記端部枠の外周面はそれぞれ、前記第
1及び第2の多極永久磁石組体における複数の棒状永久
磁石を固着する多角形状の平坦面に形成すると共に、前
記基体枠及び前記端部枠の内周面は円筒化されているこ
とを特徴とするECR用多極永久磁石装置。
5. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 1, wherein the outer peripheral surfaces of the base frame and the end frame are formed in a plurality of rod-like shapes in the first and second multi-pole permanent magnet assemblies, respectively. A multi-pole permanent magnet device for ECR, wherein a permanent magnet is formed on a polygonal flat surface and inner peripheral surfaces of the base frame and the end frame are cylindrical.
【請求項6】 請求項5記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記第1及び第2の多極永久磁石組体における前記棒状
永久磁石は略四角形の断面形状を有し、同じ組に属する
前記棒状永久磁石を隣接させて前記基体枠及び前記端部
枠の平坦面に固着していることを特徴とするECR用多
極永久磁石装置。
6. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 5, wherein the rod-shaped permanent magnets in the first and second multi-pole permanent magnet assemblies have a substantially square cross-sectional shape, and are formed in the same set. The multipole permanent magnet device for ECR, wherein the rod-shaped permanent magnets belonging to the base frame and the end frame are fixed to the flat surfaces of the base frame and the end frame adjacent to each other.
【請求項7】 請求項1記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記第2の多極永久磁石組体における前記複数の棒状永
久磁石は、磁極数N(Nは偶数)に応じて前記端部枠の
周方向に関してN組に分割構成し、 それぞれの組に属する磁極の中心部の棒状永久磁石は前
記N組の棒状永久磁石と同じ磁極の組み合わせになるよ
うに、前記基体枠の中心軸と直交する面内の磁極の向き
を同じにし、しかも前記端部枠の周方向に関して隣り合
う磁極の端部の棒状永久磁石は互いに反対の磁極になる
ようにしたことを特徴とするECR用多極永久磁石装
置。
7. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 1, wherein the plurality of rod-shaped permanent magnets in the second multi-pole permanent magnet assembly are arranged in accordance with a magnetic pole number N (N is an even number). The end frame is divided into N sets in the circumferential direction, and the rod-shaped permanent magnets at the center of the magnetic poles belonging to each set are arranged at the center of the base frame so that the same magnetic pole combination as the N sets of rod-shaped permanent magnets is made. The direction of the magnetic poles in a plane perpendicular to the axis is the same, and the rod-shaped permanent magnets at the ends of the magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction of the end frame are made to have opposite magnetic poles. Multi-pole permanent magnet device.
【請求項8】 請求項7記載のECR用多極永久磁石装
置において、 前記第2の多極永久磁石組体は、磁極数Nに応じて前記
基体枠の周方向に関してN組に分割構成している前記棒
状永久磁石を、各組において複数の磁石群から構成し、
各組では少なくとも前記第1の多極永久磁石組体と隣接
する部分の複数の棒状永久磁石の磁極を同方向に揃えた
ことを特徴とするECR用多極永久磁石装置。
8. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 7, wherein the second multi-pole permanent magnet assembly is divided into N sets in the circumferential direction of the base frame in accordance with the number N of magnetic poles. Said rod-shaped permanent magnet, comprising a plurality of magnet groups in each set,
A multipole permanent magnet device for ECR, wherein in each set, the magnetic poles of a plurality of rod-shaped permanent magnets at least in a portion adjacent to the first multipole permanent magnet assembly are aligned in the same direction.
【請求項9】 請求項8記載のECR用多極永久磁石装
置において、前記基体枠の両端に設けた前記端部枠は前
記基体枠の延長体となるように構成 し、該基体枠と該延長体とを一体成形することを特徴と
するECR用多極永久磁石装置。
9. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 8, wherein the end frames provided at both ends of the base frame are configured to be extensions of the base frame. A multi-pole permanent magnet device for ECR, characterized in that an extension body is integrally formed.
【請求項10】 請求項8記載のECR用多極永久磁石
装置において、 前記第2の多極永久磁石組体を構成する棒状永久磁石は
略四角形の断面形状を有し、前記端部枠における外周面
は、前記棒状永久磁石を固着する面が平坦面にされてお
り、前記第2の多極永久磁石組体の外側にはこれとほぼ
同じ長さの筒状の枠体を被せて成ることを特徴とするE
CR用多極永久磁石装置。
10. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 8, wherein the rod-shaped permanent magnets constituting the second multi-pole permanent magnet assembly have a substantially rectangular cross-sectional shape, and The outer peripheral surface has a flat surface to which the bar-shaped permanent magnet is fixed, and a cylindrical frame having substantially the same length as the outer surface of the second multi-pole permanent magnet assembly. E characterized by the following:
Multi-pole permanent magnet device for CR.
【請求項11】 請求項10記載のECR用多極永久磁
石装置において、 前記枠体は、前記基体枠の外側に設けられたフランジ部
材により前記基体枠の中心軸と一致されることを特徴と
するECR用多極永久磁石装置。
11. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 10, wherein the frame is aligned with a center axis of the base frame by a flange member provided outside the base frame. Multi-pole permanent magnet device for ECR.
【請求項12】 請求項8記載のECR用多極永久磁石
装置において、 前記ヨーク体の外径を、前記枠体の外径よりも大きくし
たことを特徴とするECR用多極永久磁石装置。
12. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 8, wherein an outer diameter of the yoke body is larger than an outer diameter of the frame body.
【請求項13】 請求項8記載のECR用多極永久磁石
装置において、 前記端部枠の両外側に複数の棒状永久磁石による第2の
多極永久磁石組体を配設し、ミラー磁石を前記第2の多
極永久磁石組体のそれぞれの外側部分に近接して配置し
たことを特徴とするECR用多極永久磁石装置。
13. The multi-pole permanent magnet device for ECR according to claim 8, wherein a second multi-pole permanent magnet assembly comprising a plurality of rod-shaped permanent magnets is disposed on both outer sides of the end frame, and a mirror magnet is provided. A multi-pole permanent magnet device for ECR, wherein the multi-pole permanent magnet device is disposed in close proximity to each outer portion of the second multi-pole permanent magnet assembly.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010225443A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Canon Inc Ion source
JP2011526724A (en) * 2008-07-02 2011-10-13 コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オ エネルジ アルテルナティヴ Electron cyclotron resonance ion generator
JP2017504148A (en) * 2013-12-20 2017-02-02 アール. ホワイト ニコラス Ribbon beam ion source of arbitrary length

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