JP2637094B2 - 電子サイクロトロン共振イオン源 - Google Patents

電子サイクロトロン共振イオン源

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JP2637094B2
JP2637094B2 JP62057016A JP5701687A JP2637094B2 JP 2637094 B2 JP2637094 B2 JP 2637094B2 JP 62057016 A JP62057016 A JP 62057016A JP 5701687 A JP5701687 A JP 5701687A JP 2637094 B2 JP2637094 B2 JP 2637094B2
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電磁波同軸注入による電子サイクロトロン
共振イオン源、特に多価荷電イオンを生産するイオン源
に関する。
この種のイオン源は、その生産するイオンの運動エネ
ルギーの様々な値に応じて、イオン注入、マイクロエツ
チングの分野に、特に化学並に医学分野に使用される粒
子加速器内に広く応用される。
［従来の技術］ 電子サイクロトロン共振イオン源において、イオンは
超高周波空洞などの密閉容器内において、電子サイクロ
トロン共振によつて高速に加速された電子を使用して一
種類又は二種類以上の金属蒸気又はガスを含むガス状媒
体を電離することによつて得られる。
電子サイクロトロン共振は、密閉容器内に注入される
高周波電磁界とこの密閉容器内に作られる軸対称磁界の
組合せ作用を通して、得られる。この軸対称磁界の大き
さは容器の中心からその端に向けて増大し、特にこの磁
界は電子サイクロトロン共振条件Bf2πm/eを満足する大
きさBrを有し、ここにｅは電子の電荷、ｍはその質量、
またはｆはこの電磁界の周波数を表す。この軸対称磁界
は、この容器を取り囲むソレノイド又は磁気コイルによ
つて、一般に、発生される。
この型式のイオン源においては、一方での電離される
ガス媒体に含まれる中性原子への電子の衝突によるイオ
ンの生成と、他方での形成されたイオンと中性原子の衝
突中に再結合によるこれらイオンの崩壊という、二つの
過程の競合の結果、ある量のイオンが生産される。この
中性原子は、未だ電離されない原子から、又は容器の壁
へのイオンの衝突によつて生産される。
生産されたイオンの崩壊を最少化するために、これら
のイオンは、中性原子の電離に使用される電子と共に、
容器内に閉じ込められ、これによつてイオンと電子が容
器壁に衝突するのを減少させる。この目的のために、こ
の容器内に半径方向磁界が形成され、これが軸方向磁界
に重畳される。重畳されたこれらの磁界は、容器内にそ
の壁と接触することのない少くとも一つの閉じた「等磁
界」面を規定する。この面は、磁界の大きさが同じ値を
有する点の位置を表現する。
半径方向磁界は、特に、容器のまわりに対称に配置さ
れたかつ各々が数個の結合された要素磁石を含む磁化さ
れた棒によつて発生される。
第1a図および第1b図は、本願と同一の出願により1983
年10月17日に出願された仏国特許出願FR−Ａ−2553574
に記載の、既知の電子サイクロトロン共振イオン源の例
を線図的に表示する。このイオン源は容器２を含みこの
容器内に高真空が生成されており、この容器は共振空洞
を含み、この空洞は高周波電磁界によつて励振される。
この高周波電磁界は、電源６で以つて電流を供給される
クライストロンなどのよな電磁波発生器によつて発生さ
れる。この電磁界は、金属ダクトなどのような、導波管
４によつて容器２内に導入される。
このイオン源は、鎖線で囲われた装置10を含み、この
装置によつて容器２内に軸方向磁界と半径方向磁界が形
成される。これらの磁界によつて閉じた等磁界面11が形
成される。
ガスを電離するために、ガスが導入ダクト８によつて
容器２内に導入される。軸方向磁界と電磁界の組み合わ
せによつて容器に導入されたガスを高度に電離すること
が可能になる。生産された電子は、次いで、電子サイク
ロトロン共振によつて強く加速される効果、等磁界面11
に閉じ込められた熱電子プラズマを生成する。
イオンが固体、特に金属試料12から生産される場合、
試料は容器２内においてその等磁界面11の近くの支持体
14に固定される。固体試料12は、まず蒸発させられ、得
られたその蒸気が、ガスの場合におけるように、電離さ
れる。これまでに説明したように、熱電子プラズマは等
磁界面11内に生成される。
固体試料の蒸発は、熱電子プラズマと試料との相互作
用に因つて起こる。蒸発反応の開始の際、必要な熱電子
プラズマは、ダクト８によつて容器２内に導入されるガ
スを電離することによつて生成される。このガスが専用
的に注入されることによつて蒸発反応を開始させ、次い
で、蒸発反応を維持するに必要な熱電子プラズマがこの
場合、固体試料から得られる。
いかなる型式の試料が使用されようと、容器内に生産
されたイオンは、たとえば、回転電極16と容器12との間
に生じた電位差によつて発生された抽出電界によつて容
器から抽出され、電極16と容器２は電源17に接続されて
いる。
一定強度のイオン電流を得るために、イオン電流は制
御兼調整装置によつて調整される。
第1a図及び第1b図は、この抽出イオン電流制御兼調整
装置の実施例を示し、この装置は電界及び／又は磁界を
使用して容器２からのイオンの分析装置18を含む。この
制御兼調整装置は、また、固体試料12の支持体14に棒22
を介して接続された電動機20を含み、これによって、固
体試料が等電界面11に閉じ込められているプラズマを最
適にさえぎるように、試料を低速で移動させる。固体試
料12が容器２内に深くそう入されるほど、試料の温度及
び蒸発度が高くなる。
この制御兼調整装置は、また、電源６に接続されたパ
ルス発生器24を含む。そのサイクル、すなわち、パルス
持続時間とパルス周期との比を調節することによつて、
このパルス発生器は電磁波発生器３に給電する電源６を
制御する。したがつて、その電磁界の平均電力の制御
は、電磁波発生器をパルス駆動することによつて行われ
る。
さらに、容器２からの抽出イオン電流を調整するに
は、容器内の全圧力が一定に保たれなければならない。
全圧力測定装置28が容器２に接続されており、これは圧
力ゲージなどであり、適当な装置を経由して、ガス導入
ダクトに接続されている弁26を確実に動作するように
し、これによつて容器内の全圧力を一定に維持する。前
記適当な装置には、第1a図に示されるように、比較器3
0、又は、第1b図に示されるように、マイクロプロセツ
サ32が用いられる。
比較器30は容器の全圧力測定装置28と弁26とに接続さ
れ、基準電圧がこの比較器に印加される。
マイクロプロセツサ32は、抽出イオン電流測定装置3
4、容器の全圧力測定装置28、弁26、電導機20及びパル
ス発生器24に接続される。これによつて、マイクロプロ
セツサ32は、イオン電流の自動調整を可能とする。
第2a図及び第2b図は、線図的に既知の装置を示し、こ
の装置は磁気遮へい構造体を通して多価荷電イオンを生
産可能である。この遮へい構造体は、容器１内の電子サ
イクロトロン共振有効容積のみを磁化可能である。第2a
図及び第2b図に示されている装置は、本願と同一の出願
人により1984年８月17日に出願されたヨーロツパ出願EP
−Ａ−0138642に記載されている。
この装置は、強磁性材料円筒37の内壁に固定された永
久磁石35、円筒37の両側に配置されたコイル39及び磁気
遮へい構造体41を含む。材料43は、円筒37を遮へい構造
体41から磁気的に絶縁する。
円筒37の円形断面に従つて分布された永久磁石35は
（第2a図）、４極、６極、８極等（第2b図）をとること
ができる。これらの永久磁石は多極半径方向磁界45を発
生し、一方コイル39は軸方向磁界49を発生する。これら
二つの磁界の重畳が閉じた等磁界面11を生成する。
このような既知の装置は、磁気遮へいされた不透明な
イオン源を提供し、その磁界軸50はコイル39及び円筒37
のそれと一致する。この磁界軸50は、また、装置の縦軸
であつて、遮へい構造体41に設けられた二つの開口51、
53を通して同構造体を縦断することによつて、一方で容
器からのイオン抽出、他方で電磁波の導入及び試料の容
器１内への導入を可能にする。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第１の問題点は、容器の上流の軸方向開口において磁
界が存在しないことである。従って、電磁波は、磁界の
存在しない容器の内側の領域に入る前は導波されない。
第2b図に示されるように、電磁波は、装置の右側から注
入され、装置の右側と磁束がゼロでない（Ｂ≠０）領域
との間の空間を移動する。
第２の問題点は、電磁波は磁界がゼロの領域から遮蔽
領域を経て磁界が最大（反射またはエネルギー吸収）と
なる領域まで移動しなければならないことである。
さらに別の問題点は、電磁波の軸方向の導入の結果、
縦軸50は利用できないことである。このことは軸50は第
1a図および第1b図のように固体試料の位置決めに利用で
きず、抽出電流の簡易制御／安定手段として利用できな
いことを意味する。
［問題点を解決するための手段］ したがつて、本発明の目的は、遷移空洞及び１群のダ
クトを備え、電磁波を容器に向けて案内しかつこれを容
器内にその縦軸に沿つて注入する一方、その縦軸をさら
に他に使用可能に残しておくことを可能にする。同軸注
入イオン源を提供することにある。
［作用］ 本発明は、さらに特に、次のような電子サイクロトロ
ン共振イオン源に関する、すなわち、このイオン源は、
縦軸とこの軸に従つた方向をとる互に反対側の第１開口
と第２開口とを有する容器を含み、この容器はまた試料
から電子サイクロトロン共振によつて生産されたイオン
と電子のプラズマを含み、この容器の第１開口は容器か
らのイオン抽出装置に接続され、その第２開口は試料及
び電磁波発生器によつて発生された高周波電磁波の導入
を可能とし、また外部磁気遮へい構造体が容器を取り囲
みかつ容器内に半径方向磁界と軸方向磁界を発生し、こ
れらの磁界が容器内に前記プラズマを閉じ込め、またこ
のイオン源において、容器の縦軸に従つた方向をとる互
に反対側の第１開口と第２開口を有し真空生成装置に接
続された遷移空洞を含み、この空洞の第１開口と容器の
第２開口は導電性第１ダクトによつて接続され、空洞の
第２開口と容器の第２開口は第２ダクトによつて接続さ
れ、第２ダクトは少くとも部分的に導電性であつてかつ
空洞と第１ダクトとを縦断し、電磁波発生装置は導波管
によつて空洞に接続され、電磁波に透過性の真空封止窓
が空洞と導波管との間に置かれ、導波管は大気圧の下に
ある。
本発明による遷移空洞は、任意の形状を有し、特に正
六面体をとることができる。この場合、電磁波は空洞に
横方向から導入し、空洞の縦側は第１ダクトと第２ダク
トとによつて容器に接続される。
空洞の第１開口、第２開口は、それぞれ、第１ダク
ト、第２ダクトの断面寸法を有する。空洞の窓は、好適
にはBeOで作られるが、しかし、Al2O3のような他の材料
も使用することも可能である。
本発明の実施例によれば、試料がガス状の場合、この
試料は空洞の第２開口から第２ダクトによつて容器内に
導入される。
有利上、試料がガス状の場合、容器の第２開口に近い
方の第２ダクトの一端が、その一端の少くとの磁気遮へ
い構造体に面する部分において、電磁波に対して透明で
ある。
第２ダクトのこの透明部分は、たとえば、第２ダクト
の長さよりも短い長さを有するダクトに、たとえばAl2O
3製の透明ダクトを取り付けることによつて作られる。
本発明の構造上の変形実施例によれば、試料が固体の
場合、この試料は第２ダクトを少くもとも縦断する棒の
形において容器内に導入される。
棒は、フイラメント状試料又はバーの両方を意味する
ものと理解されたい。この棒は、金属製でその金属イオ
ンの生産に供されるか、又は誘電体製いずれであつても
よい。したがつて、たとえば、Al2O3、SiO2、CaF2など
のような誘電体製試料の場合、それぞれAl、Si、Caイオ
ンが生産される。
棒の長さは規定されず、また長さによつて長期電離サ
イクル用に当てられる重要な試料を構成することができ
る。しかしながら、棒は、好適には、第２ダクトの長さ
を越える長さを有し、これによつて棒が容器に入り込む
ことができまた容器内に位置決めされることができるよ
うにする。
本発明のイオン源の実施例によれば、イオン源は抽出
イオン電流制御兼調整装置を含む。
試料がガス状の場合、抽出イオン電流制御兼調整装置
は、第２ダクトに導入されるガスのガス流速変調装置、
すなわち、ガス導入ダクトに関連する弁など及びこのガ
ス流速変調装置の制御装置を含む。
本発明の変形実施例によれば、抽出イオン電流制御兼
調整装置は、試料が固体のとき、固体試料を容器の縦軸
上に位置決めする装置を含む。
弁制御装置は、容器の全圧力測定装置と関連する、た
とえば、比較器又はマイクロプロセツサを含む。さら
に、固体試料の容器内位置決め装置は電動機を含み、電
動機は前記マイクロプロセツサによつて制御される。後
者は、また、電磁界発生器の制御に使用される。
本発明のイオン源の他の実施例によれば、イオン源
は、遷移空洞の内部容積調整装置を含む。好適には、こ
の容積調整装置は遷移空洞内に形成される第３開口内に
配置されたピストンを含む。
ピストンの位置は、このイオン源をイオン生産に使用
するに先立つて、調整される。このピストンは、遷移空
洞内の真空容積が第１ダクトと第２ダクトによるプラズ
マを含む容器への電磁波の伝送を最大にするように位置
決めされる。これらの電磁波は、次いで、第１ダクトと
第２ダクトそれぞれの内壁と外壁によつて同軸モードに
従つて容器内のプラズマまで案内される。
好適には、空洞、第１ダクト及び第２ダクトの少なく
とも一部分は、銅で作られる。しかしながら、明かなよ
うに、アルミニウム合金又はステンレス鋼などのような
他の非磁性導電材料もまた電磁波案内用に適している。
これらの電磁波は、一般に、約1dmの短い距離にわたつ
て案内される。
有利上、周波数10GHzの電磁波に対しては、第１ダク
トの内径と第２ダクトの外径との比は、３から５の間で
ある。たとえば、第１ダクトは25mmの内径と30mmの外径
を有し、また第２ダクトは4mmの内径と6mmの外径を有す
る。これら二つのダクトは、約85Ωの特性インピーダン
スを持つ同軸線を提供する。
本発明のさらに他の実施例によれば、第１ダクトの外
径は、イオン源の磁気遮へい構造体の厚さと同じ程度の
寸法である。これによつて、簡単な外部磁気遮へい構造
体によつて有効な磁気遮へいを行うことができる。
［実施例］ 本発明を付図を参照してさらに詳細に以下に説明す
る。
先行技術と共通でありかつ第1a図、第1b図及び第2a
図、第2b図に関連してすでに説明された第３図及び第４
図の要素は、第1a図、第1b図及び第2a図、第2b図におけ
ると同じ参照番号が付けてあり、これらについて再び説
明しないことにする。
第３図の容器１は、第2b図に関連して説明されたもの
であり、この容器内に半径方向磁界45と軸方向磁界49と
が存在する。この容器は、第2b図に関連して説明された
ものと同じ型式の磁気遮へい構造体によつて取り囲まれ
ている。
第３図に示されたイオン源は、また、第１ダクト63及
び第２ダクト65によつて容器１の開口53に接続されてい
る遷移空洞60を含む。第３図に示されるように、この空
洞は、たとえば、金属製正六面体で実現される。この正
六面体の、容器１の縦軸50に垂直な二つの面、並びに同
正六面体の側面のうちの三つの側面には、それぞれ開口
64、66、67、68、及び69が設けられている。
ダクト63は、空洞60の開口64を容器１の開口53に接続
する。これら二つの開口64、53は、ダクト63の断面の寸
法を有する。さらに、ダクト65は、空洞60の開口66を容
器の開口53に接続する。ダクト65は空洞60及びダクト63
を通り抜ける。空洞60の開口は、ダクト65の断面の寸法
を有する。
空洞の側面開口の一つ68は、金属ダクトのような、導
波管５によつて、先に説明された高周波電磁波発生器に
接続される。高周波電磁波に透明な真空封止窓72は空洞
と導波管との間にそう入され、後者は大気圧下に置かれ
る。発生器３は、電源６によつて給電される。
空洞の他の側面開口67は、たとえばピストンを含む、
空洞内部容積調整装置に接続され、また空洞の第３の側
面開口69は、たとえば、50 1/Sの、ターボ分子排気ポン
プのような、真空生成装置77に接続される。
これらの異なる開口64、66、67、68、69は、たとえ
ば、金属塊片に直交３軸に沿つて穴あけを施すことによ
つて形成される。開口の寸法間の調節は穴あけ中に行わ
れ、かつ必要な開口寸法は、たとえば、この金属塊片の
穴あけ面に密着固定された金属板79によつて実施され
る。
10GHzの電磁波に対しては、たとえば、30mmの外径と2
5mmの内径を持つダクト63並びに6mmの外径と4mmの内径
を持つダクト65が使用される。空洞の開口64、66は、し
たがつて、板79によつて調節され、その結果、これらの
ダクトに整合した開口が得られる。
これら二つのダクトの直径比によつて、これらのダク
トは約85Ωの特性インピーダンスを持つ同軸線と考えら
れることができる。さらに、二つのダクト間の空間は、
真空生成装置77によるこの空間の都合のよい排気を実施
可能にする。
さらに、イオン源の使用に先立つて、ピストン75の位
置が調整されることによつて空洞60の全内部容積及び同
軸線を使用電磁波に同調させ、その結果、反射波が最少
になるようにする。反射波は、電磁波発生器へ帰る波で
ある。
これらの内部容積が電磁波の周波数に同調させられて
いるとき、空洞に注入される電磁波のほとんど全部がプ
ラズマを含む容器１へ伝送され、次いで、容器１の等磁
界面11内に吸収される。
固体試料からイオンを生産したい場合、固体試料は棒
80の形でダクト65内に導入される。容器１内に配置され
た棒の端81は、等磁界面11の近くに位置決めされる。
さらに、ガスから、特に固体試料の蒸発反応から出発
して、イオンを生産したい場合、このガスは、たとえ
ば、空洞開口66に接続されたダクト85及びダクト85に横
方向に接続されたダクト８によつて、ダクト65内に導入
される。ダクト85の空洞開口66に関して反対側の端は、
軸50を使用可能にするために閉じられている。
本発明によるイオン源の縦軸が試料導入開口66の近く
において自由に残されているために、第1a図及び第1b図
について説明された型式の抽出イオン電流制御兼調整装
置をこの軸に関連させることが可能である。
第３図は、第1b図に関して説明された制御兼調整装置
の実施例を示し、この装置はマイクロプロセツサ32を含
み、後者は抽出イオン電流測定装置34、容器の全圧力測
定装置28、ガス導入ダクト８に接続された弁26、棒80の
端82に接続された電動機20、及び電磁波発生器３の電源
６に接続されたパルス発生器24に接続されている。ダク
ト85が空洞開口66に接続されている場合、棒の端82はダ
クト85を縦断することによつて、電動機20に接続されて
いる。
第４図は、本発明によるイオン源の構造上の変形実施
例であつて、ガスからイオン生産を可能にする。ここに
また、本発明によるイオン源に関連して第1a図について
説明された抽出イオン電流制御兼調整装置の他の実施例
を見ることができる。
第４図において、棒80及びこの棒を容器内で位置決め
可能にする電動機20は示されていない。加えて、第２ダ
クト65a、65bは、磁気遮へい構造体41に面する容器開口
53の近い方において電磁波に透明な端65aによつて、第
３図に示されたイオン源のそれと異なる。この端の材料
は、高周波電磁波に透明であつて、たとえば、Al2O3で
ある。端65aは、全体的に透明管の形を呈し、第３図に
示されたダクト65と同じ型式であるが、しかしこれより
も短いダクト65bに取り付けられる。
第２ダクト内に導入されるガスの予−電離は、このダ
クトの透明な端65aの内部容積内で行われる。したがつ
て、この容積内にはコイルからの軸方向磁界、電磁界、
及び高ガス圧が存在する。電磁界は、第１ダクト63と第
２ダクトの非透明部分65bとの間に案内されかつ第２ダ
クトの端65aによつて伝送される電磁波から生じる。し
たがつて、電子サイクロトロン共振は、第２ダクトの端
65a内の、高ガス圧が存在する容積内で、行われる。端6
5a内の電子サイクロトロンによつて生成されるプラズマ
の濃度が高いほど、電磁波の同軸案内が良好に行われ、
高濃度のプラズマ線路までが導電性になる。さらに、こ
のプラズマ線路は、第２ダクトの端65aと同じ外径を有
する。この結果、同軸線の特性インピーダンスは、変調
されない。これによつて、電磁波の反射が防止される。
したがつて、電磁波に透明なこの端は自動調整予−電
離段を構成し、この段では電磁波の過剰入射電力が等磁
界面11内に配置された電子サイクロトロン共振へ反射さ
れることなく伝送される。
この図に示されている抽出イオン電流制御兼調整装置
は比較器30を含み、この比較器は一方で容器の全圧力測
定装置28に接続され、他方でガス導入ダクト８に接続さ
れている弁26に接続されており、基準電圧Ｒがこの比較
器に印加される。この制御兼調整装置は、また、電磁波
発生器３の電源６に接続されたパルス発生器24を含む。
明かに、第３図及び第４図に示される抽出イオン電流
制御兼調整装置は、本発明によるイオン源の二つの実施
例のいずれにも適用可能である。
第４図に示された抽出イオン電流制御兼調整装置が固
体試料80から生産されるイオン源に適用される場合、手
動調整電動機20がこの試料に接続される。
空洞60、金属板79及びダクト63、65、65bは、好適に
は銅で作られる、しかし、他の導電材料を使用可能であ
ることは明らである。さらに、窓72は真空封止性かつ高
周波電磁波に透明な材料で作られるが、この試料はBeO
又はAl2O3である。
［発明の効果］ 本発明によるイオン源は、以下に挙げるいくつかの特
有の利点を有する。
第１ダクト63と第２ダクト65、65a、65bとの間の電磁
波の同軸注入は、これらの電磁波の磁気遮へい構造体41
からの伝搬を乱すことなく行える。したがつて、これら
の電磁波の伝送は、無反射又はエネルギー吸収を実質的
に伴うことなく行われる。
さらに、電磁波注入に対する遷移空洞の使用は、試料
導入用第２ダクト65、65bの端を自由に残すことを可能
とする。したがつて、抽出イオン電流制御兼調整装置
を、本発明によるイオン源に接続することができる。
さらに、ダクト63が縦断する磁気遮へい構造体の厚さ
と同じ程度の寸法の小直径のこのダクトを使用すること
によつて、簡単な磁気遮へい構造を維持することができ
る。この遮へい構造の簡単性は、イオン源の高電圧分離
又は絶縁を容易にしかつイオン源の、特にその容器（容
器１は全体的にダクト63と一体である）の容易な分解を
可能にする。したがつて、イオン源の清掃が容易にな
り、それゆえ、高強度金属イオンが長期間にわたり連続
的に生産可能である（このようなイオンは一般にイオン
源を汚損する）。
さらに、任意の固体試料が、金属製の第２ダクト65を
経由して空洞を通過する結果、ピストンの設定を乱した
り又は変調することなく、このダクトを通して容器１に
導入可能である。
本発明によるイオン源の他の利点は、いずれの磁界の
外側、したがつてまたプラズマの外側に窓72が位置する
ことである。このことは、窓72のいかなる汚損、たとえ
ば、プラズマからの金属元素による汚損をも、回避す
る。
【図面の簡単な説明】
第1a図及び第1b図は、先行技術の電子サイクロトロン共
振イオン源とこれに関連する抽出イオン電流制御兼調整
装置の線図、 第2a図及び第2b図は、先行技術の多価荷電イオン生産用
電子サイクロトロン共振イオン源のそれぞれ横断面図、
縦断面図、 第３図は、本発明による固体試料用電子サイクロトロン
共振イオン源の実施例の線図、 第４図は、本発明によるガス試料用電子サイクロトロン
共振イオン源の変形実施例の線図、 である。 ［記号の説明］ 1:容器 3:高周波電磁波発生器 5:導波管 6:電源 8:ガス導入ダクト 11:等磁界面 18:イオン分析装置 20:電動機 24:パルス発生器 26:弁 28:容器の全圧力測定装置 30:比較器 32:マイクロプロセツサ 34:抽出イオン電流制御兼測定装置 35:永久磁石 37:強磁性材料円筒 39:コイル 41:磁気遮へい構造体 43:磁気的絶縁材料 51、53:容器の開口 60:空洞 63:第１ダクト 64:空洞開口 65、65a、65b:第２ダクト 66〜69:空洞開口 72:電磁波に透明窓 75:ピストン 77:真空生成装置 80:固体試料の棒

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】縦軸および前記縦軸に関して対向して設け
    られた第１および第２の開口を有する容器であって、前
    記容器は、試料から電子サイクロトロン共振により形成
    されたイオンおよび電子のプラズマを含み、前記第１の
    開口は、前記容器から前記イオンを抽出する装置に接続
    され、前記第２の開口は、前記試料および電磁波発生器
    から発生された高周波電磁波の導入を可能とする前記容
    器と、前記容器を包囲し前記容器内に半径方向磁界と軸
    方向磁界を発生する外部磁気遮蔽構造体であって、前記
    両磁界は前記容器に前記プラズマを閉じ込めることを可
    能とする前記外部磁気遮蔽構造体とを含む電子サイクロ
    トロン共振イオン源において、前記電子サイクロトロン
    共振イオン源は、 前記容器から分離して設けられた遷移空洞であって、前
    記遷移空洞は、真空を形成する手段に接続され、前記容
    器の前記縦軸に沿って設けられた第１および第２の開口
    を有し、前記遷移空洞の第１の開口は前記容器の第２の
    開口と対向する前記遷移空洞を含み、 前記遷移空洞の第１の開口と前記容器の第２の開口は、
    第１の導体ダクトにより接続され、 前記遷移空洞の第２の開口と前記容器の第２の開口は、
    少なくとも一部が導体であり、前記遷移空洞の第２の開
    口と前記容器の第２の開口との間で前記縦軸に沿って前
    記第１の導体ダクト内および前記遷移空洞内を経て延び
    る第２の導体ダクトにより連通され、 前記電磁波発生器は、動波器により前記遷移空洞に接続
    され、 前記電磁波を透過する真空封止窓は、前記空洞と前記導
    波器との間に設けられることを特徴とする電子サイクロ
    トロン共振イオン源。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のイオン源にお
    いて、前記試料がガス状の場合、該試料は前記空洞の前
    記第２開口から前記第２ダクトによって前記容器に導入
    されることを特徴とする前記イオン源。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のイオン源にお
    いて、前記試料がガス状の場合、前記容器の前記第２開
    口に近い方の前記第２ダクトの一端が、前記第２ダクト
    の前記一端の少なくとも前記磁気遮蔽構造体に面する部
    分において、前記電磁波に透明であることを特徴とする
    前記イオン源。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のイオン源にお
    いて、前記試料が固体の場合、前記試料は少なくとも前
    記第２ダクトとを縦断する棒の形において前記容器内に
    導入されることを特徴とする前記イオン源。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項記載のイオン源であ
    って、抽出イオン電流制御兼調整装置を含むことを特徴
    とする前記イオン源。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項記載のイオン源にお
    いて、試料がガス状の場合、前記抽出イオン電流制御兼
    調整装置は前記第２ダクト内に導入されるガスのガス流
    速変調装置と該ガス流速変調装置の制御装置を含むこと
    を特徴とする前記イオン源。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第５項記載のイオン源にお
    いて、試料が固体の場合、前記抽出イオン電流制御兼調
    整装置は、前記容器の縦軸上の前記固体試料の位置決め
    装置を含むことを特徴とする前記イオン源。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項記載のイオン源であ
    って、前記遷移空洞の内部容積調整装置を含むことを特
    徴とする前記イオン源。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項記載のイオン源にお
    いて、前記遷移空洞の内部容積調整装置は前記遷移空洞
    内の第３開口内に配置されたピストンを含むことを特徴
    とする前記イオン源。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第１項記載のイオン源に
    おいて、前記遷移空洞は銅製であることを特徴とする前
    記イオン源。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第１項記載のイオン源に
    おいて、前記第１ダクトは銅製であることを特徴とする
    前記イオン源。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第１項記載のイオン源に
    おいて、前記第２ダクトは少なくとも部分的に銅製であ
    ることを特徴とする前記イオン源。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第１項記載のイオン源に
    おいて、電磁波が10GHzの周波数を有する場合、前記第
    １ダクトの内径と前記第２ダクトの外径との比は３から
    ５の範囲にあることを特徴とする前記イオン源。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１項記載のイオン源に
    おいて、前記第１ダクトの外径は前記イオン源に対する
    磁気遮蔽構造体の厚さと同じ程度の寸法であることを特
    徴とする前記イオン源。
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