JP5096893B2 - Microwave ion source equipment - Google Patents
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Description
この発明は、マイクロ波によって原料ガスを励起してプラズマとし、イオンビームとして引き出すマイクロ波イオン源装置に関するものである。 The present invention relates to a microwave ion source apparatus in which a source gas is excited by microwaves into plasma and extracted as an ion beam.
一般に、マイクロ波イオン源は、プラズマ室を数KV〜数100KVの高電圧領域に設置し、そこで生成したイオンをプラズマ室と引き出し電極との間の電界で加速し、イオンビームを形成している。このため、プラズマ室やプラズマ室と同電位に設置した装置、及びその装置を駆動する制御機器を数KV〜数100KVの高電圧領域に設置している(例えば、特許文献1参照)。 In general, in a microwave ion source, a plasma chamber is installed in a high voltage region of several KV to several hundred KV, and ions generated therein are accelerated by an electric field between the plasma chamber and an extraction electrode to form an ion beam. . For this reason, a plasma chamber, a device installed at the same potential as the plasma chamber, and a control device for driving the device are installed in a high voltage region of several KV to several hundred KV (see, for example, Patent Document 1).
そこで、通常は、図8に示すように、マイクロ波イオン源(以下、イオン源と称する。)80、及びイオン源80に原料ガス(例えば、水素ガス)を供給する原料ガスボンベ81と共に、イオン源80への原料ガス流量を調整する原料ガス流量調整手段(以下、マスフローコントローラと称する。)82やマスフローコントローラ82を制御する高電圧領域側制御機器83等のイオン源制御機器84を、高圧デッキ(碍子などで絶縁した制御機器設置用の箱)85の内部に設置している。そして、高電圧領域86の外部に設置された絶縁トランス87を用いてイオン源制御機器84に電力ケーブル88を介して電力を供給すると共に、低電圧領域側、例えばアース電位領域側制御機器89から光ケーブル90により制御信号の送受信を行っている。
Therefore, normally, as shown in FIG. 8, a microwave ion source (hereinafter referred to as an ion source) 80 and a
従来のマイクロ波イオン源装置においては、前述のようにイオン源80及び原料ガスボンベ81と共に、マスフローコントローラ82や高電圧領域側制御機器83等のイオン源制御機器84を高圧デッキ85の内部に設置しているため、高圧デッキ85や絶縁トランス87、あるいは制御信号の光変換/電圧変換装置等のアース電位領域側制御機器89が必要となり、マイクロ波イオン源装置が大型かつ高価になるという問題があった。
In the conventional microwave ion source apparatus, the ion
その上、高圧デッキ85の内部にイオン源制御機器84を設置すると、高圧デッキ85からスパークを生じた場合、スパークのノイズによりイオン源制御機器84が誤動作してしまうという問題もある。
In addition, when the ion
また、特許文献1に開示された装置のように、電磁石のみをアース電位領域に設置した装置においても、マスフローコントローラ、あるいはマイクロ波電源は、高電圧領域に設置されるため、高圧デッキが必要となる。
Further, even in a device in which only an electromagnet is installed in the ground potential region, such as the device disclosed in
そこで、高圧デッキを無くし、低コスト化するためには、マイクロ波電源あるいはマスフローコントローラをアース電位領域に設置する必要があるが、マイクロ波電源については、導波管の途中に周知のDCカットを挿入することによりDC電位を絶縁し、マイクロ波電源をアース電位領域に設置できる。一方、マスフローコントローラをアース電位領域に設置するためには、マスフローコントローラとイオン源とを絶縁チューブ等からなる絶縁性ガス配管で連結し、原料ガスを流通する方法が考えられる。 Therefore, in order to eliminate the high-voltage deck and reduce the cost, it is necessary to install a microwave power source or a mass flow controller in the ground potential region. For the microwave power source, a well-known DC cut is provided in the middle of the waveguide. By inserting, the DC potential can be insulated and the microwave power source can be installed in the ground potential region. On the other hand, in order to install the mass flow controller in the ground potential region, it is conceivable to connect the mass flow controller and the ion source with an insulating gas pipe made of an insulating tube or the like to distribute the raw material gas.
しかし、マスフローコントローラとイオン源とを絶縁性ガス配管で連結すると、イオン
源内部のガス圧力をプラズマが発生可能なガス圧力まで減圧するため、マスフローコントローラの下流のガス圧力もグロー放電領域(数Pa〜数百Pa)まで低下してしまうことになる。このため、絶縁性ガス配管内部でのグロー放電を抑止することが出来ず、配管内の放電によるイオン源動作の不安定化や絶縁性ガス配管の破損を招いてしまうという問題があった。
However, when the mass flow controller and the ion source are connected by an insulating gas pipe, the gas pressure inside the ion source is reduced to a gas pressure at which plasma can be generated. To several hundred Pa). For this reason, the glow discharge inside the insulating gas pipe cannot be suppressed, and there has been a problem that the ion source operation becomes unstable due to the discharge in the pipe and the insulating gas pipe is damaged.
絶縁性ガス配管内の放電を抑止するためには絶縁性ガス配管内のガス圧力を上げればよく、このために図9に例示するように、イオン源80が設置された高電圧領域86にガス流量を調整できるバルブ91を設けることが考えられる。しかし、このような構成では、絶縁性ガス配管92内の放電は抑止されるものの、バルブ91を操作するために、高電圧領域86の高電圧を落とすか、または図示しない絶縁棒等を用いてバルブ91を開閉し、ガス流量を調整する必要があり、イオン源80の調整に必要な高精度のガス流量調整が難しいという問題があった。
In order to suppress the discharge in the insulating gas pipe, the gas pressure in the insulating gas pipe may be increased. For this purpose, as illustrated in FIG. 9, the gas is supplied to the
この発明は、前記諸問題を解決するためになされたもので、低コスト化を図った上で、イオン源へ原料ガスを流通する原料ガス配管内の放電を抑止し、かつ、原料ガス流量調整手段を用いた高精度なガス流量調整を可能とするマイクロ波イオン源装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and after reducing the cost, suppresses discharge in the source gas pipe for distributing the source gas to the ion source, and adjusts the source gas flow rate. A microwave ion source apparatus that enables highly accurate gas flow rate adjustment using a means is provided.
この発明に係るマイクロ波イオン源装置は、高電圧領域に配置されると共に、原料ガス供給源から供給される原料ガスをマイクロ波によって励起してプラズマとし、イオンビームとして引き出すイオン源を備えたマイクロ波イオン源装置において、前記原料ガス供給源から供給される原料ガスを流通する原料ガス配管の高電圧領域部に設けられ、前記原料ガスの圧力に差を形成する差圧形成手段と、前記差圧形成手段と共に前記高電圧領域部に設置され、前記イオン源への原料ガス流量を調整するバルブと、を備え、前記差圧形成手段と前記バルブとを直列に接続した直列接続体を構成すると共に、前記直列接続体を複数個並設したものである。 A microwave ion source device according to the present invention is a micro ion device that is disposed in a high voltage region and includes an ion source that excites a source gas supplied from a source gas supply source by a microwave into a plasma and extracts it as an ion beam. in the wave ion source device, provided in the high voltage region of the raw material gas pipe flowing the raw material gas supplied from the material gas supply source, a differential pressure forming means for forming a difference between the pressure of the feed gas, the difference And a valve for adjusting the flow rate of the raw material gas to the ion source together with the pressure forming means, and constituting a series connection body in which the differential pressure forming means and the valve are connected in series. In addition, a plurality of the serially connected bodies are arranged in parallel .
この発明に係るマイクロ波イオン源装置によれば、マイクロ波イオン源の制御を低電圧領域、例えばアース電位領域に置かれた制御機器で行うため、高圧デッキ等が不要となり、装置の低コスト化を可能にすると共に、制御機器を低電圧領域、例えばアース電位領域に置くことで、高圧デッキからのスパークによる制御機器の誤動作を抑止することができる。更に、原料ガス配管内の放電を抑止し、かつ、高精度なガス流量調整が可能となる。 According to the microwave ion source device of the present invention, since the microwave ion source is controlled by a control device placed in a low voltage region, for example, a ground potential region, a high voltage deck or the like is not required, and the cost of the device is reduced. In addition, by placing the control device in a low voltage region, for example, a ground potential region, it is possible to suppress malfunction of the control device due to sparks from the high voltage deck. Furthermore, it is possible to suppress the discharge in the raw material gas pipe and adjust the gas flow rate with high accuracy.
以下、この発明に係るマイクロ波イオン源装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Preferred embodiments of a microwave ion source apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るマイクロ波イオン源装置のブロック構成図である。図1において、イオン源1は、マイクロ波電源(図示せず)により生成されるマイクロ波を導波管(図示せず)によって真空チャンバ(図示せず)に導くと共に、原料ガス供給源としてのガスボンベ2から水素ガス等の原料ガスを供給し、この原料ガスをマイクロ波により励起してプラズマとする。このイオン源1は高電圧領域3に設置されており、そして真空チャンバの出口に設けた引き出し電極によってプラズマからイオンビームを引き出すものである。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a microwave ion source device according to
ガスボンベ2からの原料ガスは、絶縁性ガス配管4と非絶縁性ガス配管5により構成される第1のガス配管6を流通してイオン源1に供給される。非絶縁性ガス配管5は高電圧領域3に設置され、絶縁性ガス配管4は高電圧領域3の外部に設置される。そして、絶縁
性ガス配管4と非絶縁性ガス配管5との接続部にはバルブ手段を構成する空気駆動バルブ7が設置され、空気駆動バルブ7は、圧縮空気で動作するリモート制御バルブ8により開閉制御される。
The source gas from the
高電圧領域3に配置される非絶縁性ガス配管5の所定長さ部分には細管9が接続されており、細管9の上流部分には細管9へ異物が流入しないようにフィルター10が設置されている。この細管9は第1のガス配管6の高電圧領域部にガス圧力の差を形成する差圧形成手段として機能する。
A
また、絶縁性ガス配管4には、原料ガス流量調整手段であるマスフローコントローラ11と圧力検出手段である圧力計12の直列接続されたものが設置されている。マスフローコントローラ11は、原料ガスの流量を調整することにより、圧力を調整するものであり、これにより、イオン源1の調整に必要な高精度のガス流量調整を実行する。
The
更に、実施の形態1に係るマイクロ波イオン源装置は、イオン源1とガスボンベ2との間に、第1のガス配管6に並設して第2のガス配管13が設けられている。この第2のガス配管13も第1のガス配管6と同様に、高電圧領域3に配置される非絶縁性ガス配管14と高電圧領域3の外部に設置される絶縁性ガス配管15から構成されている。そして、この第2のガス配管13によっても、イオン源1にガスボンベ2の原料ガスが供給できるように構成されている。
Furthermore, in the microwave ion source device according to
非絶縁性ガス配管14と絶縁性ガス配管15との接続部には空気駆動バルブ16が設置されている。この空気駆動バルブ16は、圧縮空気で動作するリモート制御バルブ17により制御される。
An air driven
高電圧領域3に設置される非絶縁性ガス配管14の所定長さ部分には細管18が接続されており、細管18の上流部分には細管18へ異物が流入しないようにフィルター19が設置されている。しかし、第2のガス配管13を構成する絶縁性ガス配管15には、原料ガス流量調整手段であるマスフローコントローラ、あるいは圧力計は設置されていない。
A
なお、前記においては、第1及び第2のガス配管を絶縁性ガス配管と非絶縁性ガス配管により構成した場合について図示説明したが、第1及び第2のガス配管を絶縁性ガス配管のみで構成してもよい。必要であるのは、高電圧領域とアース電位領域との境界部分が絶縁性ガス配管で構成されていることである。 In the above description, the case where the first and second gas pipes are constituted by insulating gas pipes and non-insulating gas pipes has been illustrated and described. However, the first and second gas pipes may be formed of only insulating gas pipes. It may be configured. What is required is that the boundary portion between the high voltage region and the ground potential region is formed of an insulating gas pipe.
実施の形態1に係るマイクロ波イオン源装置は前記のように構成されており、次にその動作について説明する。
イオン源1は、高圧電源を用いて、数kV〜数100kVの高電位領域に設置されているため、図1中の高電圧領域3と高電圧領域3の外部とを結ぶ絶縁ガス配管4内部のガス圧力をそれほど下げることができない。これを避けるため、本実施の形態1では高電圧領域3にガス圧力の差を設ける細管9を設けている。
The microwave ion source apparatus according to
Since the
具体的には、細管9の径を数10〜数100μm程度に設定すれば、イオン源1に供給するガス流量が0.1〜10ccm程度の場合、数cmの長さで、ほぼ1気圧の差圧を設けることができるため、第1及び第2のガス配管6の内部放電を抑止することが可能となる。
Specifically, when the diameter of the
絶縁性ガス配管4と非絶縁性ガス配管5により構成される第1のガス配管6において、所望のガス流量を得るためには、以下の手順で細管9の長さを決定する。
(1)イオン源に供給する最低のガス流量を決める。
(2)3種類ほどの異なる長さを持つ細管を準備し、片側に原料ガスを供給し、片側を真空にして、その各々のガス流量を測定する。
(3)細管の長さとガス流量をプロットし、ガス流量に相当する細管の長さを決定する。
このように実験的に長さを求めるのは、ガス配管内のガス流が、ガス分子同士の衝突により流速が決まる粘性流(大気圧〜低圧)からガス分子同士の衝突がない分子流(低圧〜真空)領域に変化するため、理論的な流量を求めにくいためである。
In order to obtain a desired gas flow rate in the
(1) The minimum gas flow rate supplied to the ion source is determined.
(2) Three types of thin tubes having different lengths are prepared, a raw material gas is supplied to one side, a vacuum is applied to one side, and each gas flow rate is measured.
(3) The length of the narrow tube and the gas flow rate are plotted, and the length of the narrow tube corresponding to the gas flow rate is determined.
The length is experimentally determined in this way because the gas flow in the gas pipe is a molecular flow (low pressure) where there is no collision between gas molecules from a viscous flow (atmospheric pressure to low pressure) whose flow velocity is determined by the collision between gas molecules. This is because it is difficult to obtain a theoretical flow rate because it changes to a (˜vacuum) region.
また、前記のように、絶縁性ガス配管4と非絶縁性ガス配管5により構成される第1のガス配管6のみによる原料ガスの供給では、以下の問題が残る。
即ち、ガス流量を調整するため、マスフローコントローラ11を用いるが、マスフローコントローラ11でガス流量を変化させると、絶縁性ガス配管4の内部のガス圧力も変動する。一方、マスフローコントローラ11で取り扱えるガス圧力の範囲はそれほど大きくなく、一般的には0〜2気圧程度である。このため、絶縁性ガス配管4の内部での放電を抑止するため、最低でも0.5気圧程度の圧力が必要だとすると、絶縁性ガス配管の内部圧力の変化幅は、0.5〜2気圧となり、ガス流量もほぼ圧力変化に比例するため、取り扱える流量幅がほぼ4倍に制限される。一方、イオン源1においては、特に始動時に数倍〜数十倍のガスを導入することが多いため、この構成では対応できないことがある。
Further, as described above, the following problems remain in the supply of the raw material gas only by the
That is, the
この問題を解決するため、実施の形態1においては、マスフローコントローラ11を設置する第1のガス配管6とは別に、第2のガス配管13を設けている。この第2のガス配管13は、前述したように、第1のガス配管6と並設されており、ガス流量調整手段であるマスフローコントローラを設けず、大流量ガスの供給を可能としている。そして、イオン源1の始動時にのみ、高電圧領域3に設けた空気駆動バルブ16を、リモート制御バルブ17を介して供給される圧縮空気を用いて駆動することにより、イオン源1に対し、第1のガス配管6により原料ガスを供給すると共に、第2のガス配管13によっても原料ガスを供給し、イオン源1の安定した点火が行えるように構成されている。
In order to solve this problem, in the first embodiment, the
更に、細管9、18が細いことにより、ガス配管5、14中の異物で細管9、18が塞がれて原料ガスを供給できなくなる可能性があるため、異物除去用として細管9、18の上流側にフィルター10、19が設けられている。
Further, since the
以上のように、実施の形態1に係るマイクロ波イオン源装置によれば、イオン源1の制御を低電圧領域、例えばアース電位領域に置かれた制御機器で行うため、高圧デッキ等が不要となり、装置の低コスト化を可能にすると共に、制御機器を低電圧領域、例えばアース電位領域に置くことで、高圧デッキからのスパークによる制御機器の誤動作を抑止することができる。また、原料ガス配管内の放電を抑止し、かつ、高精度なガス流量調整を可能とする。
As described above, according to the microwave ion source device according to the first embodiment, since the control of the
更に、マスフローコントローラ11を設置する第1のガス配管6とは別に、ガス流量調整手段であるマスフローコントローラを設けず、大流量ガスの供給を可能とする第2のガス配管13を並設し、イオン源1の始動時には、第1のガス配管6に原料ガスを流通させると共に、第2のガス配管13によっても原料ガスを流通させるので、イオン源1の安定した点火を行うことができる。
Further, apart from the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波イオン源装置について説明する。実施の形態1では、マスフローコントローラ等の故障により、絶縁性ガス配管への原料ガスの流通が止まった場合、ガス配管の内部圧力の減少に伴う放電により、機器が破損する可能性がある。このようなトラブルに対応できるのが実施の形態2である。
Next, a microwave ion source device according to
図2は、この発明の実施の形態2に係るマイクロ波イオン源装置のブロック構成図で、図に示すように、実施の形態2に係るマイクロ波イオン源装置には、マスフローコントローラ11の上流側と圧力計12の下流側を連結するバイパス配管20が設けられている。バイパス配管20には、バイパス配管20のガス流量を制御する制御バルブ21が設けられており、その制御バルブ21は、圧力計12が検出する絶縁性ガス配管4の内部圧力に基づき制御信号を出力するバルブ制御手段であるバルブ制御器22により制御される。従って、バイパス配管20と制御バルブ21は原料ガス圧力保持手段として機能する。なお、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram of a microwave ion source device according to
実施の形態2に係るマイクロ波イオン源装置は前記のように構成されており、次にその動作について説明する。
放電は絶縁性ガス配管4の圧力低下が原因であるため、絶縁性ガス配管4の内部圧力を圧力計12によりモニターする。原料ガスのガス圧力が予め設定したガス圧力より小さくなった場合、それをバルブ制御器22で検知し、原料ガスのバイパス配管20に設けられた制御バルブ21を開く。これにより、絶縁性ガス配管4における原料ガスの圧力を上げ、放電を回避する。なお、マスフローコントローラ11の設定を全開にしても良いが、故障の原因がマスフローコントローラ11にあった場合、対応できない可能性もあり、前記構成が適当である。また、本実施の形態に示すように、マスフローコントローラ11とバルブ制御器22の制御とを組み合わせることにより、マスフローコントローラ11の正常動作時には、原料ガス流量のコントロールレンジを大きくすることができるが、マスフローコントローラ11の故障時にも対応できるものであり、マスフローコントローラ11の設置は必須ではない。
The microwave ion source apparatus according to
Since the discharge is caused by a pressure drop in the insulating
更に、絶縁性ガス配管4の圧力低下による放電を回避するのに、原料ガスの不純物をそれほど気にしない用途であれば、図3に示すように、絶縁性ガス配管4の途中に差圧弁30を設け、絶縁性ガス配管4のガス圧力が、所定値以上低下した場合に、自動的に空気が流入するように差圧弁30を制御し、絶縁性ガス配管4のガス圧力を所定値に保持するようにしてもよく、この場合、差圧弁30は原料ガス圧力保持手段として機能する。なお、本実施の形態に示すように、マスフローコントローラ11と差圧弁30を制御とを組み合わせることにより、マスフローコントローラ11の正常動作時には、原料ガス流量のコントロールレンジを大きくすることができるが、マスフローコントローラ11の故障時にも対応できるものであり、マスフローコントローラ11の設置は必須ではないことは前述と同様である。
Further, in order to avoid the discharge due to the pressure drop of the insulating
また、絶縁性ガス配管4の圧力低下による放電を回避するのに、図4に示すように、絶縁性ガス配管4の内部圧力を圧力計12によりモニターし、原料ガス圧力が予め設定したガス圧力より小さくなった場合、電圧遮断手段である遮断器40を用いて、イオン源1への高電圧を停止するように構成することにより、マスフローコントローラ11等の故障が生じて絶縁性ガス配管4への原料ガスの流通が止まった場合においても、ガス配管の内部圧力の減少に伴う放電が防止でき、機器が破損するのを防ぐことができる。
Further, in order to avoid discharge due to the pressure drop of the insulating
以上のように、実施の形態2に係るマイクロ波イオン源装置によれば、マスフローコントローラ10等の故障により、絶縁性ガス配管4への原料ガスの供給が止まった場合においても、ガス配管の内部圧力の減少に伴う放電により、機器が破損する恐れがなくなり、信頼性の高いマイクロ波イオン源装置を提供することができる。
As described above, according to the microwave ion source device according to the second embodiment, even when the supply of the source gas to the insulating
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係るマイクロ波イオン源装置について説明する。図5
は、この発明の実施の形態3に係るマイクロ波イオン源装置のブロック構成図で、この実施の形態は、複数の細管を組み合わせて用いることにより、原料ガスの流量を制御するものである。
Next, a microwave ion source device according to
These are the block block diagrams of the microwave ion source apparatus which concerns on
図5において、ガスボンベ2からの原料ガスが、絶縁性配管4と非絶縁性配管5からなる第1のガス配管6を流通することによりイオン源1に供給される。この第1のガス配管6には、実施の形態1あるいは実施の形態2と同様に、空気駆動バルブ7と細管9が設置されており、空気駆動バルブ7は圧縮空気で動作するリモート制御バルブ8により制御されるように構成されている。
In FIG. 5, the raw material gas from the
また、第1のガス配管6には、第1のガス配管6と同様に絶縁性ガス配管4a〜4cと非絶縁性ガス配管5a〜5cのそれぞれからなり、細管9a〜9cと空気駆動バルブ7a〜7cが設置された第2〜第4のガス配管6a〜6cが互いに並設されている。これら第2〜第4のガス配管6a〜6cを流通することによってもイオン源1に原料ガスが供給される。また、細管9、9a〜9cはそれぞれ異なる流量を持つように構成されており、空気駆動バルブ7a〜7cは、圧縮空気で動作するリモート制御バルブ8a〜8cのそれぞれにより制御される構成となっている。なお、この実施の形態3には、マスフローコントローラ及び圧力計、並びに細管9、9a〜9cの上流に設置されるフィルターが設置されていないが、その他の構成については、実施の形態1と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。
Similarly to the
実施の形態3に係るマイクロ波イオン源装置は前記のように構成されており、次にその動作について説明する。
実施の形態1では、マスフローコントローラを用いた精密なガス流量コントロールを行ったが、そこまで精密な流量調節が不要の場合には、図5に示される本実施の形態のように、それぞれ異なる流量を持つ細管9、9a〜9cを組み合わせ、各々のガス供給を空気駆動バルブ7、7a〜7cでコントロールすることができる。
The microwave ion source apparatus according to
In the first embodiment, precise gas flow control using a mass flow controller is performed. However, when precise flow rate adjustment is not required, different flow rates are used as in the present embodiment shown in FIG. And the gas supply can be controlled by the
この場合、ガスボンベ2が空にならない限り、絶縁性ガス配管4、4a〜4c中のガス圧力は、大気圧を下回ることがないので、実施の形態1に示したような何らかのトラブルによるガス供給停止の場合でも放電は起こらず、より高い信頼性を要求される用途においても適用が可能である。
In this case, unless the
また、本実施の形態に示される細管9、9a〜9cの長を、それぞれガス流量が例えば1:2:4:8になるように設定することにより、空気駆動バルブ7、7a〜7cの開閉の組み合わせにより、ガス流量の調整を0〜15の16段階に設定することができる。勿論、実施の形態1に示したように、一つをマイクロ波イオン源点火時用に大流量に設定してもよい。さらに、供給圧力を2倍変化できるように構成すれば、連続的な流量制御も可能となる。
In addition, the lengths of the
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4に係るマイクロ波イオン源装置について説明する。図6は、この発明の実施の形態4に係るマイクロ波イオン源装置のブロック構成図で、この実施の形態は、絶縁性ガス配管中のガス圧力を上昇させず、低圧力のままで絶縁性ガス配管内部の放電を抑制するため、絶縁性ガス配管の一部に高磁場領域を設けた実施の形態を示すものである。
Next, a microwave ion source device according to
図6において、絶縁性ガス配管4の一部に高磁場領域60が設けられている。この高磁場領域60は、低真空領域の放電を抑制するため、磁束密度が数+ガウス〜数kガウスの磁場、好ましくは100ガウス以上の磁束密度の磁場を絶縁性ガス配管4のガス流路に慨
垂直方法に印加し、プラズマから流出して放電の引き金となる電子、イオンの運動を制限することで放電を抑制するものである。そして、実施の形態1あるいは実施の形態2と同様に、ガスボンベ2から高電圧領域3に設置されたイオン源1へ供給される原料ガスは、マスフローコントローラ11により精密な流量調節が行われる。なお、本実施の形態には前記各実施の形態のように、絶縁性ガス配管4に細管は設置されていない。
In FIG. 6, a high
実施の形態4によれば、流量の変化に関わらず、絶縁性ガス配管4の内部圧力は低圧に保たれるため、ガス流量の設定範囲はマスフローコントローラ11の仕様の範囲で設定できる。また、細管が設置されておらず、絶縁性ガス配管4の管径に細い部分がないので、異物が詰まる心配もない。
According to the fourth embodiment, the internal pressure of the insulating
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5に係るマイクロ波イオン源装置について説明する。図7は、この発明の実施の形態5に係るマイクロ波イオン源装置のブロック構成図である。
実施の形態4のように、絶縁性ガス配管4の一部に高磁場領域60を設けると、マイクロ波イオン源1のプラズマ生成の磁場に、高磁場領域60の磁気が影響する可能性がある。そこで、実施の形態5においては、図7に示すように、磁場領域を小さくしてマイクロ波イオン源1との干渉を避けるため、磁場生成手段として永久磁石70を用い、その周りに磁気シールド71を設けている。
Next, a microwave ion source device according to
When the high
また、本実施の形態では、高磁場領域の両端に高電圧がかかるため、永久磁石70、及び磁気シールド71からなる導電物を絶縁性ガス配管4の周囲に設けると、絶縁性ガス配管4の耐電圧特性が低い場合、絶縁性ガス配管4を突き破って放電が発生する。これを避けるため、絶縁性ガス配管4の周囲に絶縁物72を設け、耐電圧特性を向上させている。
In the present embodiment, since a high voltage is applied to both ends of the high magnetic field region, if a conductive material including the
ところで、前記各実施の形態においては、この発明をマイクロ波イオン源装置に適用した実施の形態について説明したが、この発明は、マイクロ波を使い、さらに縦磁場を掛けてマイクロ波周波数と同じ周波数の電子サイクロトロン運動を起こさせ、共鳴吸収を起こさせるECR(Electron Cyclotron Resonance)イオン源をも含むマイクロ波イオン源装置にも適用でき、マイクロ波によって励起するイオン源を備えた全てに適用できるものである。 By the way, in each said embodiment, although embodiment which applied this invention to the microwave ion source apparatus was described, this invention uses a microwave, and also applies a vertical magnetic field, and is the same frequency as a microwave frequency. It can be applied to a microwave ion source apparatus including an ECR (Electron Cyclotron Resonance) ion source that causes the electron cyclotron motion of the gas to generate resonance absorption, and can be applied to all of those equipped with an ion source excited by a microwave. is there.
以上詳述したこの発明に係るマイクロ波イオン源装置は、マイクロ波イオン源から引き出されたイオンビームを加速する線形加速器システム及び加速器システム、その加速したイオンビームを人体に照射することにより医学的応用(治療、滅菌他)を行う医療用加速器システム、その加速したイオンビームを被処理物に照射することによって半導体の生成、材料の改質、加工、ラジオアイソトープの製造等を行う高エネルギービーム応用装置、中性子発生装置及びイオンビームプロセス装置、マイクロ波放電でプラズマを生成するマイクロ波プラズマ源、及びマイクロ波放電で生成したプラズマを被処理物に照射することによって半導体の生成、材料の改質、加工等を行うプラズマプロセス装置に適用出来る。 The microwave ion source device according to the present invention described in detail above is a linear accelerator system and an accelerator system for accelerating an ion beam extracted from the microwave ion source, and medical applications by irradiating a human body with the accelerated ion beam. Medical accelerator system that performs (treatment, sterilization, etc.), high-energy beam application device that performs semiconductor generation, material modification, processing, radioisotope manufacturing, etc. by irradiating the object with the accelerated ion beam , Neutron generator and ion beam process device, microwave plasma source for generating plasma by microwave discharge, and semiconductor generation, material modification, processing by irradiating the object to be processed with plasma generated by microwave discharge It can be applied to a plasma process apparatus that performs the above.
1、80 イオン源
2、81 ガスボンベ
3、86 高電圧領域
4、4a〜4c、15、92 絶縁性ガス配管
5、5a〜5c、14 非絶縁性ガス配管
6 第1のガス配管
6a 第2のガス配管
6b 第3のガス配管
6c 第4のガス配管
7、7a〜7c、16 空気駆動バルブ
8、17、17a〜17c リモート制御バルブ
9、9a〜9c、18 細管
10、19 フィルター
11、82 マスフローコントローラ
12 圧力計
13 第2のガス配管
20 バイパス配管
21 制御バルブ
22 バルブ制御器
30 差圧弁
40 遮断器
60 高磁場領域
70 永久磁石
71 磁気シールド
72 絶縁物
83 高電圧領域側制御機器
84 イオン源制御機器
85 高圧デッキ
87 絶縁トランス
88 電力ケーブル
90 光ケーブル
91 バルブ
1, 80
Claims (10)
前記原料ガス供給源から供給される原料ガスを流通する原料ガス配管の高電圧領域部に設けられ、前記原料ガスの圧力に差を形成する差圧形成手段と、
前記差圧形成手段と共に前記高電圧領域部に設置され、前記イオン源への原料ガス流量を調整するバルブと、を備え、
前記差圧形成手段と前記バルブとを直列に接続した直列接続体を構成すると共に、前記直列接続体を複数個並設したことを特徴とするマイクロ波イオン源装置。 In a microwave ion source apparatus provided with an ion source that is arranged in a high voltage region and is excited by microwaves from a source gas supplied from a source gas supply source into a plasma and extracted as an ion beam.
A differential pressure forming means for forming a difference in the pressure of the raw material gas, provided in a high voltage region portion of the raw material gas pipe for circulating the raw material gas supplied from the raw material gas supply source ;
A valve that is installed in the high voltage region together with the differential pressure forming means and adjusts a raw material gas flow rate to the ion source,
A microwave ion source device comprising a series connection body in which the differential pressure forming means and the valve are connected in series, and a plurality of the series connection bodies are arranged in parallel .
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