JP2522222B2 - Electrostatic accelerator - Google Patents

Electrostatic accelerator

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JP2522222B2
JP2522222B2 JP4170842A JP17084292A JP2522222B2 JP 2522222 B2 JP2522222 B2 JP 2522222B2 JP 4170842 A JP4170842 A JP 4170842A JP 17084292 A JP17084292 A JP 17084292A JP 2522222 B2 JP2522222 B2 JP 2522222B2
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郁夫 小西
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高エネルギイオンビーム
を発生するための静電加速器に関し、例えば高エネルギ
イオンビームを利用した分析や半導体製造等の分野に適
用することのできる加速器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic accelerator for generating a high energy ion beam, and more particularly to an accelerator applicable to the fields of analysis using a high energy ion beam and semiconductor manufacturing.

【0002】[0002]

【従来の技術】タンデム型静電加速器においては、一般
に、図5にブロック図で示すように、イオン源1から引
き出された正イオンを荷電変換セル2によって負イオン
化し、この負イオンを、両端がアース電位で中央部に正
の高電圧が印加された加速管3の一端側からその内部に
導いて加速するとともに、この負イオンを加速管3の中
央部で正イオンに荷電変換することでそのイオンを他端
側に向かって再び加速することによって、高エネルギの
イオンビームをターゲット4に照射し得るように構成さ
れている。
2. Description of the Related Art In a tandem electrostatic accelerator, generally, as shown in a block diagram of FIG. 5, positive ions extracted from an ion source 1 are negatively ionized by a charge conversion cell 2, and the negative ions are converted into negative ions. Is guided to the inside from one end side of the accelerating tube 3 to which a positive high voltage is applied at the center at the earth potential, and the negative ions are converted into positive ions in the central part of the accelerating tube 3. The target 4 can be irradiated with a high energy ion beam by accelerating the ions again toward the other end.

【0003】ところで、正の低エネルギイオン(数ke
V程度)の電荷変換には、金属蒸気内を通過させる手法
がよく用いられ、上記した静電加速器における荷電変換
セル2においてもこの手法が応用される。
By the way, positive low energy ions (several ke
A method of passing through metal vapor is often used for charge conversion of about V), and this method is also applied to the charge conversion cell 2 in the electrostatic accelerator described above.

【0004】このような荷電変換セルでは、図6に断面
図で例示するように、イオンの入口21aおよび出口2
1bを持つセル本体(ボイラー)21内に、Li,Na,C
s,Rb等のアルカリ金属等の蒸発用金属材料Mを収容
し、これをヒータ22で加熱することによってセル本体
21内を金属蒸気で満たし、その蒸気内をイオン源1か
らの正イオンを通過させることによって負イオンを生成
している。
In such a charge conversion cell, as shown in the sectional view of FIG. 6, an ion inlet 21a and an ion outlet 2 are provided.
In the cell body (boiler) 21 having 1b, Li, Na, C
An evaporation metal material M such as s, Rb or the like is accommodated, and the inside of the cell body 21 is filled with metal vapor by heating this with a heater 22, and positive ions from the ion source 1 pass through the vapor. By doing so, negative ions are generated.

【0005】このような荷電変換セルを用いた静電加速
器において、荷電変換用の金属蒸気がセル外に拡散する
と、周囲の構成物を汚染し、装置に支承を生じさせると
いう問題がある。
In the electrostatic accelerator using such a charge conversion cell, when the metal vapor for charge conversion diffuses out of the cell, there is a problem that the surrounding components are contaminated and the device is supported.

【0006】そこで、従来のこの種の装置においては、
に示すようにセル本体21のイオン入口21a,2
1bをはじめとして適宜にスリットS・・Sを設け、セル
本体21の両端開口部分を極力小さくすると同時に、セ
ル両端部の温度を金属蒸発部である中央部よりも低温に
することによって、金属蒸気の拡散を極力減少させるよ
うな対策が採られている。
Therefore, in the conventional device of this type,
As shown in FIG. 6 , the ion inlets 21 a, 2 of the cell body 21
1b and other appropriate slits S ... Measures have been taken to minimize the spread of.

【0007】また、荷電変換セルの前後に静電偏向装置
を設け、金属蒸気の拡散方向とは異なる方向にイオンビ
ームを導き、装置の汚染を防止するようにした装置もあ
る。
There is also an apparatus in which an electrostatic deflection device is provided before and after the charge conversion cell to guide the ion beam in a direction different from the diffusion direction of the metal vapor to prevent the device from being contaminated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
従来の対策では充分であるとは言いがたく、依然として
周囲の構成物の金属蒸気による汚染が生じており、装置
のメンテナンスが煩雑であるという問題がある。また、
静電偏向装置等を設ける対策においては、ビーム軌道に
影響が及び、装置の構成が複雑化するという問題もあ
る。
However, it cannot be said that the conventional measures as described above are sufficient, and the surrounding components are still contaminated by metal vapor, which makes maintenance of the device complicated. There is a problem. Also,
The measures to provide the electrostatic deflection device and the like have a problem that the beam trajectory is affected and the configuration of the device becomes complicated.

【0009】本発明の目的は、簡単な構成のもとに静電
加速器の荷電変換セルから外部に拡散する金属蒸気を大
幅に減少させ、周囲の汚染を少なくし、装置のメンテナ
ンス周期を延長させることのできる静電加速器を提供す
ることにある。
The object of the present invention is to greatly reduce the metal vapor diffused from the charge conversion cell of the electrostatic accelerator to the outside with a simple structure, to reduce the pollution of the surroundings and to extend the maintenance cycle of the apparatus. The object is to provide an electrostatic accelerator capable of processing.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成する
ため、本発明の静電加速器は、内部に金属蒸気を生成す
る荷電変換セルのイオン入口および出口に、イオンビー
ムを利用するときのみ開放するシャッタ機構を設けたこ
とによって特徴づけられる。
In order to achieve the above object, an electrostatic accelerator according to the present invention is provided with an ion beam at an ion inlet and an outlet of a charge conversion cell that produces metal vapor therein.
It is characterized by the provision of a shutter mechanism that opens only when the camera is used .

【0011】[0011]

【作用】例えば分析装置等における静電加速器では、荷
電変換セルを作動(加熱ないしは昇温)させてから、停
止(冷却)させるまでの時間において、イオンビームを
有効に利用する時間の割合は、一般に少ない。
For example, in an electrostatic accelerator in an analyzer or the like, the ratio of the time for effectively using the ion beam in the time from operating (heating or raising) the charge conversion cell to stopping (cooling) is Generally few.

【0012】本発明はこの点を考慮してなされたもの
で、荷電変換セルにおけるイオンの出入口に設けられた
シャッタ機構を、イオンビームを利用する間だけ開放
し、それ以外の時には閉鎖することにより、金属蒸気の
外部への拡散を減少させることが可能となる。
The present invention has been made in consideration of this point, and the shutter mechanism provided at the entrance and exit of the ions in the charge conversion cell is opened only while the ion beam is used, and closed at other times. It is possible to reduce the diffusion of metal vapor to the outside.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明実施例の要部構成図である。な
お、この実施例では、イオン源、加速管、およびターゲ
ットは図5に示した従来の静電加速器と同等である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram of the essential parts of an embodiment of the present invention. In this embodiment, the ion source, the accelerating tube, and the target are equivalent to those of the conventional electrostatic accelerator shown in FIG.

【0014】また、荷電変換セル2自体は、図6に示し
た従来のものと同様に、イオンの入口21aと出口21
b、スリットS・・Sを持つセル本体21と、このセル本
体21の蒸発用金属材料Mの収容部の外方に設けられた
ヒータ22を備えている。
Further, the charge conversion cell 2 itself has an ion inlet 21a and an ion outlet 21 similar to the conventional one shown in FIG.
b, a cell main body 21 having slits S ... S, and a heater 22 provided outside the accommodating portion of the evaporation metal material M of the cell main body 21.

【0015】そして、この荷電変換セル2のイオン入口
21aおよびイオン出口21bはシャッタ機構5によっ
て開閉できるように構成されている。すなわち、イオン
入口21aおよびイオン出口21bに隣接してその外方
には、シャッタ5aおよび5bが設けられており、この
シャッタ5a、5bは、それぞれ連結部材51によって
シャッタ駆動用シリンダ52のピストンロッドに連結さ
れており、このシャッタ駆動用シリンダ52を駆動する
ことによって、シャッタ5aおよび5bは相互に連動し
て、イオン入口21aとイオン出口21bの双方を閉じ
た状態と、これら双方を開放した状態のいずれかの状態
を採り得るように構成されている。
The ion inlet 21a and the ion outlet 21b of the charge conversion cell 2 are constructed so that they can be opened and closed by the shutter mechanism 5. That is, the shutters 5a and 5b are provided outside and adjacent to the ion inlet 21a and the ion outlet 21b. The shutters 5a and 5b are connected to the piston rod of the shutter driving cylinder 52 by the connecting member 51, respectively. When the shutter driving cylinder 52 is driven, the shutters 5a and 5b are interlocked with each other so that both the ion inlet 21a and the ion outlet 21b are closed and both are opened. It is configured so that it can take either state.

【0016】以上の構成において、ヒータ22の駆動に
より蒸発用金属材料Mを加熱して、セル本体21内に金
属蒸気を満たした状態において、シャッタ5aおよび5
bを開いた状態では、従来の静電加速器と同様に、正の
イオンをイオン入口21aからセル本体21内に導いて
金属蒸気内を通過させて負イオン化し、その負イオンを
イオン出口21bを介して加速管3内に導くことができ
る。
In the above-mentioned structure, the shutters 5a and 5 are heated in a state where the evaporation metal material M is heated by driving the heater 22 and the cell body 21 is filled with the metal vapor.
In the state where b is opened, like the conventional electrostatic accelerator, positive ions are guided from the ion inlet 21a into the cell body 21 and passed through the metal vapor to be negatively ionized, and the negative ions are made to pass through the ion outlet 21b. It can be guided into the accelerating tube 3 via.

【0017】そして、シャッタ5aおよび5bを閉じた
状態では、セル本体21内の金属蒸気が外部に拡散する
ことを抑制することができる。シャッタ駆動用シリンダ
52を、図2にその動作タイミングを示すチャートを例
示するように、イオンビームを利用するタイミングに同
期させて駆動し、例えば分析装置等では測定時等のイオ
ンビームの利用時にのみシャッタ5a,5bが開き、ま
た、待機中においてはシャッタ5a,5bが閉じるよう
に駆動することにより、金属蒸気の外部への拡散は大幅
に減少する。
When the shutters 5a and 5b are closed, the metal vapor in the cell body 21 can be prevented from diffusing to the outside. The shutter driving cylinder 52 is driven in synchronization with the timing of using the ion beam, as illustrated in the chart showing the operation timing thereof in FIG. 2, and, for example, in an analyzer or the like, only when the ion beam is used for measurement or the like. By driving the shutters 5a and 5b so that they are opened and the shutters 5a and 5b are closed during standby, diffusion of metal vapor to the outside is greatly reduced.

【0018】このシャッタ駆動用シリンダ52の駆動
は、手動によってもよいが、例えば分析装置等における
ビーム要求信号に連動させて制御することにより、シャ
ッタ5a,5bの開放時間が可及的に少なくなって好ま
しい。
The shutter driving cylinder 52 may be driven manually, but by controlling it in conjunction with a beam request signal in, for example, an analyzer, the opening time of the shutters 5a and 5b is shortened as much as possible. Is preferable.

【0019】また、本発明のシャッタ機構を利用して、
シャッタ5aおよびシャッタ5bのいずれか一方、ある
いは双方に、質量検出機能を持たせることにより、ヒー
タ22による加熱温度制御や蒸発用金属材料の補充時期
の予測を行うことができる。
Further, by utilizing the shutter mechanism of the present invention,
By providing one or both of the shutter 5a and the shutter 5b with a mass detection function, it is possible to control the heating temperature by the heater 22 and predict the replenishment time of the evaporation metal material.

【0020】すなわち、例えば図3に示すように、シャ
ッタ5bに水晶振動子6を設け、その振動周波数をモニ
タすることにより、振動周波数の変化量がこの水晶振動
子6およびシャッタ5bの合計質量の変化量に比例する
ことから、シャッタ5bを閉じた状態においてこのシャ
ッタ5bに付着した金属量を知ることができる。この付
着金属量の時間的推移は、セル本体21内での金属蒸発
量を推定する情報となり得ることから、その測定結果を
ヒータ22による加熱温度制御に供することができる。
また、この付着金属量の時間的推移から、セル本体21
内の蒸発用金属材料Mの減少を知ることができ、荷電変
換効率が低下してしまう前に、未然に蒸発用金属材料M
の補充を行うことができる。ちなみに、この蒸発用金属
材料Mの補給は、従来装置においてはイオンビームの荷
電変換効率が低下したことを知ってからでしか行うこと
ができなかった。
That is, as shown in FIG. 3, for example, a crystal oscillator 6 is provided on the shutter 5b and its vibration frequency is monitored, so that the change amount of the vibration frequency is determined by the total mass of the crystal oscillator 6 and the shutter 5b. Since it is proportional to the amount of change, it is possible to know the amount of metal attached to the shutter 5b when the shutter 5b is closed. This temporal change in the amount of deposited metal can serve as information for estimating the amount of metal evaporated in the cell body 21, and thus the measurement result can be used for heating temperature control by the heater 22.
In addition, from the change over time of the amount of deposited metal, the cell body 21
It is possible to know the decrease of the evaporation metal material M in the inside, and before the charge conversion efficiency is lowered, the evaporation metal material M is not detected.
Can be replenished. Incidentally, the replenishment of the evaporation metal material M could only be performed after it was known that the charge conversion efficiency of the ion beam was lowered in the conventional apparatus.

【0021】更に、シャッタ5aと5bを個別に開閉で
きるようにするとともに、双方のシャッタ5aおよび5
bに電流検出機能を持たせることにより、容易にビーム
調整を行うことができる。
Further, the shutters 5a and 5b can be opened and closed individually, and both shutters 5a and 5b are opened.
Beam adjustment can be easily performed by providing b with a current detection function.

【0022】すなわち、例えば図4に示すように、シャ
ッタ5aおよび5bを絶縁体7によって電気的に外部と
絶縁するとともに、導線8によって電流計9に接続した
構造とし、入口21a側のシャッタ5aを閉じた状態で
このシャッタ5aに導かれるイオンビーム電流を測定す
るとともに、シャッタ5aを開いて出口21b側のシャ
ッタ5bを閉じた状態でシャッタ5bに導かれるイオン
ビーム電流を測定すると、荷電変換セル2による正イオ
ンビームの通過効率を知ることができるので、その結果
に基づいて装置のビーム調整を行うことが容易となる。
That is, as shown in FIG. 4, for example, the shutters 5a and 5b are electrically insulated from the outside by an insulator 7 and are connected to an ammeter 9 by a conductor 8, and the shutter 5a on the inlet 21a side is formed. When the ion beam current guided to the shutter 5a is measured in the closed state, and the ion beam current guided to the shutter 5b is measured with the shutter 5a opened and the shutter 5b on the outlet 21b side is closed, the charge conversion cell 2 Since it is possible to know the passing efficiency of the positive ion beam due to, it becomes easy to adjust the beam of the apparatus based on the result.

【0023】なお、シャッタ5a,5bの駆動用アクチ
ュエータとしては、エアないしは電磁シリンダのほか、
モータ等の任意のものを使用することができ、また、シ
ャッタ5a,5bの開閉運動は直線運動のほか回転運動
としてもよいことは勿論である。
As the actuator for driving the shutters 5a, 5b, in addition to air or an electromagnetic cylinder,
It is needless to say that an arbitrary motor or the like can be used, and the opening / closing movement of the shutters 5a and 5b may be linear movement as well as rotary movement.

【0024】説明したように、本発明によれば、静電加
速器における荷電変換セルにおけるイオン入口および出
口に、イオンビームを利用するときのみ開放するシャッ
タ機構を設けているので、荷電変換セルを加熱または昇
温させてから冷却するまでの時間中に占めるイオンビー
ムの利用時間の割合が一般的に少ない事実に照らして、
セル内の金属蒸気がセル外に拡散するが大幅に減少
し、セル外の構成部材の汚染が極めて少なくなる。その
結果、装置のメンテナンス周期が長くなり、メンテナン
ス作業の軽減および装置の稼働率の向上を達成すること
ができる。
As described above, according to the present invention, since the ion entrance and the exit of the charge conversion cell in the electrostatic accelerator are provided with the shutter mechanism which is opened only when the ion beam is used , Heating or raising the charge conversion cell
Ion bee occupies the time from warming to cooling
In light of the fact that the percentage of time spent using mobile phones is generally low,
The amount of metal vapor in the cell diffused outside the cell is greatly reduced, and the contamination of the components outside the cell is extremely reduced. As a result, the maintenance cycle of the device becomes long, and it is possible to reduce the maintenance work and improve the operating rate of the device.

【0025】また、本発明ではシャッタを機械的に開閉
し、電場や磁場をかけることがないため、ビーム軌道に
は影響が及ばず、比較的簡単な構成のもとに上記した効
果を達成することができる。
Further, in the present invention, since the shutter is mechanically opened and closed and no electric field or magnetic field is applied, the beam orbit is not affected, and the above-mentioned effects are achieved with a relatively simple structure. be able to.

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

【図1】本発明実施例の要部構成図FIG. 1 is a configuration diagram of essential parts of an embodiment of the present invention.

【図2】そのシャッタ機構5の開閉タイミングを例示す
るタイミングチャート
FIG. 2 is a timing chart illustrating an opening / closing timing of the shutter mechanism 5.

【図3】本発明の他の実施例のシャッタの構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a shutter according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の更に他の実施例のシャッタの構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a shutter according to still another embodiment of the present invention.

【図5】タンデム型静電加速器の基本的な全体構成を示
すブロック図
FIG. 5 is a block diagram showing the basic overall configuration of a tandem electrostatic accelerator.

【図6】従来の荷電変換セルの構成を示す断面図FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of a conventional charge conversion cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 荷電変換セル 21 セル本体 21a イオン入口 21b イオン出口 22 ヒータ 3 加速管 4 ターゲット 5 シャッタ機構 5a,5b シャッタ 51 連結部材 52 シャッタ駆動用シリンダ 6 水晶振動子 7 絶縁体 8 導線 9 電流計 1 ion source 2 charge conversion cell 21 cell body 21a ion inlet 21b ion outlet 22 heater 3 acceleration tube 4 target 5 shutter mechanism 5a, 5b shutter 51 connecting member 52 shutter driving cylinder 6 crystal oscillator 7 insulator 8 conducting wire 9 ammeter

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン源から引き出された正イオンを、
金属材料を加熱することにより内部に金属蒸気を発生す
る荷電変換セル内を通過させることによって負イオンに
変換するとともに、その負イオンを静電加速部により加
速してターゲットに照射する装置において、上記荷電変
換セルのイオン入口および出口に、イオンビームを利用
するときのみ開放するシャッタ機構を設けたことを特徴
とする静電加速器。
1. Positive ions extracted from an ion source are
In a device that converts a negative ion by passing through a charge conversion cell that generates a metal vapor inside by heating a metal material, and accelerates the negative ion by an electrostatic acceleration unit to irradiate a target, Ion beam is used for the ion inlet and outlet of the charge conversion cell
An electrostatic accelerator provided with a shutter mechanism that opens only when
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