JP5925843B2 - イオン源 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光の照射によりイオンを発生させるイオン源に関する。

一般に、イオン源においてイオンを発生させる方法としては、例えばガス中に放電を起こすことによってイオンを得る方法が知られている。この場合、放電を起こすためには、マイクロ波または電子ビームを利用することができる。

一方、レーザを用いてイオンを発生させる技術がある（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。このようにレーザを用いてイオンを発生させるイオン源（以下、レーザイオン源と表記）では、レーザ光を真空容器内に配置したターゲットに集光照射し、当該レーザ光のエネルギーによって当該ターゲットに含まれる元素を蒸発（アブレーション）・イオン化してプラズマを生成し、当該プラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送し、引き出しの際に加速することでイオンビームを作り出すことができる。

このようなレーザイオン源によれば、固体ターゲットへのレーザ照射によるイオンの発生が可能であり、多価イオンの発生に有利である。

レーザイオン源で発生したイオンは、固体ターゲット（のレーザ光が照射される面）に対して垂直方向の初速を有する。そのため、イオンの発生部と同電位の輸送管を下流まで延ばすことによって当該イオンを輸送することが可能である。なお、レーザイオン源で発生されたイオンは、当該レーザイオン源に接続された下流側の機器（例えば、線形加速器等）に輸送される。

ところで、レーザイオン源におけるイオン発生条件を安定させるためには、ターゲット上のレーザ光が照射される点（以下、照射点と表記）における状態（面の粗さ、集光レンズからの距離等）を常に同じにしておく必要がある。しかしながら、レーザ光が集光照射されたターゲット上には、当該レーザ光が集光照射されることによって生じるアブレーションによりクレータができる。つまり、既にレーザ光が照射された点に更にレーザ光を照射した場合には当該照射点の状態が異なるため、安定したイオンの生成を行うことは困難である。

このため、レーザイオン源においては、ターゲットにレーザ光を照射する際、ターゲット上で既にレーザ光が照射された点を避けるために当該ターゲットを移動する必要がある。更に、ターゲットの全ての面にレーザ光が照射された場合（つまり、ターゲットが全面使用された場合）には、真空容器内に配置された当該ターゲットを交換する必要がある。

特許第３７１３５２４号公報 特開２００９−０３７７６４号公報

上述したレーザイオン源において、真空容器内に配置されたターゲットを交換するためには一旦真空を解放しなければならない。この場合、レーザイオン源に接続される下流側の機器の真空条件も損なわれ、再度、高真空状態とするまでに多くの時間が必要とされる。このため、レーザイオン源におけるメンテナンス時間が長くなり実用的でない。

そこで、本発明の目的は、下流側の機器の真空を開放することなくターゲットを交換することが可能なイオン源を提供することにある。

本発明の１つの態様によれば、真空排気された下流側の線形加速器と絶縁ダクトを介して接続されるイオン源において、真空排気された第１の真空容器と、前記第１の真空容器内のターゲットホルダに配置され、レーザ光の照射により多価イオンを含むプラズマを生成する第１のターゲットと、前記第１の真空容器に取り付けられ、前記第１の真空容器とは独立して真空排気可能な真空ポンプが接続された第２の真空容器と、前記第２の真空容器に格納された前記第１のターゲットとは異なり、レーザ光の照射により多価イオンを含むプラズマを生成する第２のターゲットと、前記第１の真空容器と前記第２の真空容器との間の流路を開閉する第１のバルブと、前記第２の真空容器において前記第２のターゲットが格納される位置と前記第１の真空容器内の前記第１のターゲットが配置される位置との間に設けられ、前記第２のターゲットを前記第２の真空容器から前記第１の真空容器に輸送するガイドとを具備し、前記ターゲットホルダは直線運動をするアクチュエータを用いてその下面を開放することによって、使用済みの前記第１のターゲットを下に落とし、前記第１のターゲットは、前記第１のバルブを閉じた状態で前記第２の真空容器が真空排気された後、前記第１のバルブを開いた状態で前記ガイドを介して前記第２の真空容器内に格納されている前記第２のターゲットと交換される。

本発明は、下流側の機器の真空を解放することなくターゲットを交換することを可能とする。

本発明の第１の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第４の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第５の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第６の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第７の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。 本発明の第８の実施形態に係るイオン源の構成を示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。イオン源は、例えばレーザ光を用いてターゲット元素を蒸発（アブレーション）・イオン化してプラズマを生成し、当該プラズマ中に含まれるイオンをプラズマのまま輸送し、引き出しの際に加速することでイオンビームを作り出すことができる装置である。

図１に示すように、本実施形態に係るイオン源は、真空容器１０を備える。真空容器１０は、例えば当該真空容器１０を真空排気するための真空ポンプと接続される。真空容器１０を真空排気するための真空ポンプとしては、例えばターボ分子ポンプ１１及びロータリーポンプ１２（補助ポンプ）が用いられる。

真空容器１０内には、レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲット１３が配置される。このターゲット１３に対して集光レンズ（図示せず）を用いて集光されたレーザ光が照射されることによってプラズマ１４が生成される。このプラズマ１４には、イオン源において目的とするターゲット物質の多価イオンが含まれる。なお、プラズマ１４の生成には、高周波やアーク放電、電子ビームを用いてもよい。

なお、レーザ光は常にターゲット１３の新しい面（照射点）に照射されるため、当該ターゲット１３に接続されたステッピングモータ１５で当該ターゲット１３を２軸駆動させる。なお、ステッピングモータ１５の制御は、例えば導入端子付きフランジ等を用いて真空外に引き出されたケーブル１６を介して行うことができる。

ターゲット１３に対してレーザ光が照射されることによって生成されたプラズマ１４に含まれるイオンは、輸送管１７、アパーチャ１８、中間電極１９及び加速電極２０を介して、イオン源の下流側の機器、例えば線形加速器（以下、ＲＦＱと表記）５０に輸送される。つまり、輸送管１７、アパーチャ１８、中間電極１９及び加速電極２０は、ターゲット１３において発生されたイオン（プラズマ１４に含まれるイオン）をイオン源の下流側の機器に輸送する輸送部を構成する。

また、輸送管１７、アパーチャ１８、中間電極１９及び加速電極２０は、イオン源から出射されるイオンビームの引き出しを制御する。

図１に示すように、輸送管１７は、真空容器１０内のターゲット１３に対するレーザ光の照射により生成されたプラズマ１４に含まれるイオンを輸送可能な位置に設置されており、アパーチャ１８は、例えば真空容器１０側に設けられている。

中間電極１９は、輸送管１７及びアパーチャ１８を介して輸送されたプラズマ１４から例えばイオン源において目的とするターゲット物質の多価イオンを引き出すような電圧が印加される。中間電極１９は、例えば加速電極２０またはフランジ２１に絶縁を介して設置される。中間電極１９に電圧を印加するための配線２２は、例えばフランジ２１を介して接続される。なお、真空容器１０とフランジ２１との間は、加速電圧（加速電極２０に対して印加される電圧）を印加できるように例えばセラミックダクト２３等の絶縁を介して接続される。

加速電極２０は、中間電極１９を通過したイオンを加速するために電圧が印加される。加速電極２０は、ＲＦＱ５０と取り合うフランジ２１に保持される。

また、本実施形態に係るイオン源は、真空封止用ディスク（真空封止板）２４を備える。真空封止用ディスク２４は、アクチュエータ２５と接続される。アクチュエータ２５は、図１に示すように、例えば輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とアパーチャ１８との間において真空封止用ディスク２４を直線的に駆動させる。これにより、真空封止用ディスク２４は、例えばアパーチャ１８（ＲＦＱ５０側の真空容器１０の側壁）を境界として真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空（状態）を分離するように当該アパーチャ１８（つまり、輸送部）を封止する。換言すれば、真空封止用ディスク２４は、アパーチャ１８からＲＦＱ５０側の真空を封止する。なお、アクチュエータ２５は、導入端子付きフランジ等を用いて真空外に引き出されたケーブル２６を介して制御可能である。

真空封止用ディスク２４は、ガイド２７及び押し付け用の弾性体（例えば、ばね等）２８により固定される。

ここで、上記したようにイオン源においては、レーザ光は常にターゲット１３の新しい面に照射されるため、例えば当該ターゲット１３の全ての面にレーザ光が照射された場合には、真空容器１０内に配置されているターゲット１３を新たなターゲット１３に交換する必要がある。

以下、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作について説明する。

本実施形態においては、上記したようにアクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離した状態（つまり、ＲＦＱ５０側の真空を封止した状態）と、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離してない状態（つまり、ＲＦＱ５０側の真空を封止していない状態）とを切り替えることができる。具体的には、アクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４が真空容器１０及びＲＦＱ５０の間の流路を塞ぐ位置（つまり、アパーチャ１８を塞ぐ位置）に設置された場合には、真空容器１０側及びＲＦＱ側の真空を分離した状態とすることができる。一方、アクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４が真空容器１０及びＲＦＱ５０の間の流路を開放する位置（つまり、アパーチャ１８を開放する位置）に設置された場合には、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離していない状態とすることができる。

以下、真空封止用ディスク２４が真空容器１０及びＲＦＱ５０の間の流路を塞ぐ位置に設置されている状態を封止状態、真空封止用ディスク２４が真空容器１０及びＲＦＱ５０の間の流路を開放する位置に設置されている状態を開放状態と称する。

上記したようにイオン源においてターゲット１３に対してレーザ光を集光照射することによって発生させたイオンをＲＦＱ５０に輸送する場合には、アクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって、当該真空封止用ディスク２４が開放状態にされている。

一方、ターゲット１３の全ての面にレーザ光が照射され、当該ターゲット１３を交換する必要がある場合、当該ターゲット１３の交換の前に、上記したようにアクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって当該真空封止用ディスク２４を封止状態にする（開放状態から封止状態に切り替える）。

このように真空封止用ディスク２４が封止状態にされると、真空容器１０を大気解放し、当該真空容器１０内に配置されているターゲット（全ての面にレーザ光が照射されたターゲット）１３が新たなターゲット１３に交換される。この場合、上記したように真空封止用ディスク２４は封止状態であるため、ＲＦＱ５０側の真空は維持される。

新たなターゲット１３が真空容器１０内に配置されると、上記した真空容器１０に接続されている真空ポンプ（ターボ分子ポンプ１１及びロータリーポンプ１２）により、当該真空容器１０が真空排気される。

このように新たなターゲット１３が配置された真空容器１０が真空排気されると、アクチュエータ２５を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって、当該真空封止用ディスク２４を開放状態にする（封止状態から開放状態に切り替える）。

真空封止用ディスク２４が開放状態にされた後は、真空容器１０に配置された新たなターゲット１３に対してレーザ光を集光照射することによってイオンを発生させ、当該イオンをＲＦＱ５０に輸送することができる。

上記したように本実施形態においては、真空排気された真空容器１０と、当該真空容器１０内に配置され、レーザ光の照射によりイオンを発生するターゲット１３と、当該ターゲット１３から発生したイオンをＲＦＱ５０等の下流側の機器に輸送する輸送部（例えば、輸送管１７、アパーチャ１８、中間電極１９及び加速電極２０）と、真空容器１０内に配置されたターゲット１３を交換する際に、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空状態を分離するように輸送部（例えば、アパーチャ１８）を封止する真空封止用ディスク２４とを備える構成により、イオン源におけるイオンビームの引き出しに影響を与えることなく、必要な時にのみＲＦＱ５０側の真空を封止することができるため、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

なお、本実施形態においては、アパーチャ１８が真空封止用ディスク２４の下流側（ＲＦＱ５０側）に配置されるものとして説明したが、当該アパーチャ１８が輸送管１７の端部やガイド２７を兼用することも可能である。

（第２の実施形態）
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。

本実施形態においては、図２に示すように、真空封止用ディスク２４が真空容器１０の外部に設けられた直線導入機２９に接続される。

直線導入機２９は、輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とアパーチャ１８との間において真空封止用ディスク２４を直線的に駆動させる。これにより、真空封止用ディスク２４は、例えばアパーチャ１８（ＲＦＱ５０側の真空容器１０の側壁）を境界として真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離するようにアパーチャ１８（つまり、輸送部）を封止する。

なお、真空封止用ディスク２４は、前述した第１の実施形態と同様に、ガイド２７及び押し付け用の弾性体２８により固定される。

このように本実施形態においては、直線導入機２９を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離した状態（封止状態）と、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離していない状態（開放状態）とを切り替えることができる。

なお、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作は、直線導入機２９を用いて真空封止用ディスク２４を駆動させることによって封止状態と開放状態とを切り替える点以外は前述した第１の実施形態と同様であるため、その詳しい説明を省略する。

上記したように本実施形態においては、直線導入機２９に接続された真空封止用ディスク２４によって真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離するように輸送部（例えば、アパーチャ１８）を封止する構成により、イオン源におけるイオンビームの引き出しに影響を与えることなく、必要な時にのみＲＦＱ５０側の真空を封止することができるため、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。

本実施形態においては、図３に示すように、真空封止用ディスク３０が真空容器１０の外部に設けられた回転導入機３１に接続される。

回転導入機３１は、輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とアパーチャ１８との間において真空封止用ディスク３０を回転駆動させる。なお、真空封止用ディスク３０には、イオンを輸送するために当該イオンが通過可能な孔部３２が形成されている。

本実施形態において、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離する際には、回転導入機３１を用いて真空封止用ディスク３０を回転させることによって、孔部３２以外の面が輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とアパーチャ１８との間に配置される。一方、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離しない場合には、回転導入機３１を用いて真空封止用ディスク３０を回転させることによって、輸送管１７及びアパーチャ１８の間でイオンを輸送可能な位置に真空封止用ディスク３０に設けられている孔部３２が配置される。なお、真空封止用ディスク３０は、前述した第１の実施形態と同様に、ガイド２７及び押し付け用の弾性体２８により固定される。

これにより、本実施形態においては、回転導入機３１を用いて真空封止用ディスク３０を回転駆動させることによって、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離した状態（封止状態）と、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離していない状態（開放状態）とを切り替えることができる。

なお、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作は、回転導入機３１を用いて真空封止用ディスク３０を駆動させることによって封止状態と開放状態とを切り替える点以外は前述した第１の実施形態と同様であるため、その詳しい説明を省略する。

上記したように本実施形態においては、回転導入機３１に接続された真空封止用ディスク３０によって真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離するように輸送部（例えば、アパーチャ１８）を封止する構成により、イオン源におけるイオンビームの引き出しに影響を与えることなく、必要な時にのみＲＦＱ５０側の真空を封止することができるため、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。なお、図４においては、アパーチャ１８が輸送管１７の端部を兼用しているものとする。

本実施形態においては、図４に示すように、真空容器１０の外部に設けられた回転導入機３３の先端にキャップ３４が取り付けられている。

回転導入機３３は、当該回転導入機３３の回転駆動によりシャフトが伸縮する機能を有する。

本実施形態において、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離する際には、回転導入機３３の回転駆動によりシャフトを伸ばし、当該回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４を輸送管１７の真空容器１０側の端部に密着させる。一方、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離しない場合には、回転導入機３３の回転駆動によりシャフトを縮ませ、当該回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４を輸送管１７の真空容器１０側の端部から離す。

これにより、本実施形態においては、回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４で輸送管１７の真空容器１０側の端部を封止及び開放することによって、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離した状態（封止状態）と、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離していない状態（開放状態）とを切り替えることができる。

なお、回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４は、輸送管１７の真空容器１０側の端部に密着でき、真空状態を維持することが可能な、例えばテフロン（登録商標）、テフロンや金属にＯリングを埋め込んだ構成とする。

次に、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作について説明する。

本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３に対してレーザ光を集光照射することによって発生させたイオンをＲＦＱ５０に輸送する場合には、回転導入機３３の回転駆動によりシャフトを縮ませることによって開放状態とされている。この場合、ターゲット１３は、当該ターゲット１３にレーザ光が集光照射されることによって発生したプラズマ（に含まれるイオン）が輸送管１７によって下流側に輸送可能な位置に配置されている。また、回転導入機３３のシャフト（及び当該回転導入機３３の先端に取り付けられているキャップ３４）は、ターゲット１３と干渉しない位置まで縮められている。

一方、ターゲット１３の全ての面にレーザ光が照射され、当該ターゲット１３を交換する必要がある場合、ターゲット１３は、ステッピングモータ１５を用いて回転導入機３３のシャフト（及び当該回転導入機３３の先端に取り付けられているキャップ３４）と干渉しない位置に退避される。ターゲット１３が退避された後、回転導入機３３の回転によりシャフトを伸ばし、当該回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４によって封止状態とされる（開放状態から封止状態に切り替えられる）。

このように回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４により封止状態にされると、真空容器１０を大気解放し、当該真空容器１０内のターゲット（全ての面にレーザ光が照射されたターゲット）１３が新たなターゲット１３に交換される。

新たなターゲット１３が真空容器１０内に配置されると、前述した真空容器１０に接続されている真空ポンプ（ターボ分子ポンプ１１及びロータリーポンプ１２）により、当該真空容器１０が真空排気される。

このように新たなターゲット１３が配置された真空容器１０が真空排気されると、回転導入機３３の回転駆動によりシャフトを縮ませることによって開放状態とされる（封止状態から開放状態に切り替えられる）。

開放状態にされた後は、ステッピングモータ１５を用いて輸送管１７によってイオンを輸送可能な位置に新たなターゲット１３が配置されることによって、当該新たなターゲット１３に対してレーザ光を集光照射することによってイオンを発生させ、当該イオンをＲＦＱ５０に輸送することができる。

上記したように本実施形態においては、回転によりシャフトを伸縮可能な回転導入機３３及び当該回転導入機３３の先端に取り付けられたキャップ３４によって真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離するように輸送部（輸送管１７の真空容器１０側の端部）を封止する構成により、イオン源におけるイオンビームの引き出しに影響を与えることなく、必要な時にのみＲＦＱ５０側の真空を封止することができるため、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

なお、本実施形態においては、回転導入機３３の先端にキャップ３４が取り付けられているものとして説明したが、例えばウィルソンシールを用いて回転導入機３３のシャフトを直接、輸送管１７に挿入することによって、ＲＦＱ５０側の真空を封止する構成であっても構わない。

（第５の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第５の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。

本実施形態においては、図５に示すように、輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とアパーチャ１８との間にゲートバルブ３５が設けられる。なお、本実施形態においては、図５に示すように、真空容器１０内に設けられた当該輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部とゲートバルブ３５を介してイオンを輸送可能な位置にアパーチャ１８が設けられている。

ゲートバルブ３５は、真空容器１０とイオン源の下流側の機器、例えばＲＦＱ５０との間の流路を開閉する機能を有する。

本実施形態において、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離する際には、ゲートバルブ３５が閉じられる。一方、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離しない場合には、ゲートバルブ３５が開かれる。

なお、図５に示すイオン源においては、アパーチャ１８がゲートバルブ３５の下流側に配置してあるが、当該アパーチャ１８が輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部を兼用することも可能である。アパーチャ１８が輸送管１７のＲＦＱ５０側の端部を兼用する場合であっても、ゲートバルブ３５は、適宜、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離可能な位置に設置されればよい。

これにより、本実施形態においては、ゲートバルブ３５を開閉することによって、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離した状態（封止状態）と、真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離していない状態（開放状態）とを切り替えることができる。

なお、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作は、ゲートバルブ３５を用いて封止状態と開放状態とを切り替える点以外は前述した第１の実施形態と同様であるため、その詳しい説明を省略する。

上記したように本実施形態においては、輸送部（例えば、輸送管１７及びアパーチャ１８の間）における流路を開閉するゲートバルブ３５によって真空容器１０側及びＲＦＱ５０側の真空を分離するように当該輸送部を封止する構成により、イオン源におけるイオンビームの引き出しに影響を与えることなく、必要な時にのみＲＦＱ５０側の真空を封止することができるため、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

（第６の実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第６の実施形態について説明する。図６は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。なお、図６においては、アパーチャ１８が輸送管１７の端部を兼用しているものとする。

本実施形態においては、図６に示すように、真空容器（第１の真空容器）１０とは別室の真空チャンバ（第２の真空容器）３６が当該真空容器１０に取り付けられている。真空チャンバ３６には、真空容器１０内に配置されているターゲット（第１のターゲット）１３と交換されるターゲット（第２のターゲット）１３が格納される。

真空チャンバ３６は、真空容器１０とは独立して真空排気可能な真空ポンプ３７が接続される。また、真空容器１０と真空チャンバ３６との間には、流路を開閉するバルブ（第１のバルブ）３８が設けられている。このバルブ３８が開閉することにより、真空容器１０及び真空チャンバ３６の真空が分離される。

また、真空チャンバ３６においてターゲット１３が格納される位置と真空容器１０内のターゲット１３が配置される位置との間には、当該ターゲット１３を真空チャンバ３６から真空容器１０に輸送するためのガイド３９が設けられている。

なお、真空チャンバ３６は、真空容器１０の上または下に取り付けられてもよいし、左または右に取り付けられてもよい。

また、真空容器１０には、レーザ光が照射されるために当該真空容器１０に配置されるターゲット１３を保持するターゲットホルダ４０が備えられている。このターゲットホルダ４０には、当該ターゲットホルダ４０から全ての面にレーザ光が照射されたターゲット１３を除去するためのアクチュエータ４１が備えられている。なお、ターゲットホルダ４０には前述したステッピングモータ１５が接続されており、当該ステッピングモータ１５によって当該ターゲットホルダ４０に保持されたターゲット１３を２軸駆動することができる。

次に、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作について説明する。以下、ターゲットホルダ４０に保持されている例えば全ての面にレーザ光が照射されたターゲット１３を使用済みターゲット１３と称し、当該使用済みターゲットと交換されるターゲット１３を予備ターゲット１３と称する。ここでは、真空容器１０内のターゲットホルダ４０に使用済みターゲット１３が保持され、真空チャンバ３６に予備ターゲット１３が既に格納されているものとする。

使用済みターゲット１３を予備ターゲット１３と交換する場合、バルブ３８を閉じた状態で真空チャンバ３６が真空ポンプ３７により真空排気され、真空チャンバ３６が真空容器１０と同レベルの真空となった後に、当該バルブ３８が開かれる。

その後、真空チャンバ３６に格納された予備ターゲット１３は、例えば直線導入機またはアクチュエータ（図示せず）を用いて真空チャンバ３６から真空容器１０に輸送される。このとき、予備ターゲット１３は、ガイド３９に沿って輸送することにより、安定した輸送が可能となる。なお、ガイド３９は、バルブ３８の開閉の妨げとならないように、当該バルブ３８の位置で分割されているものとする。予備ターゲット１３が真空チャンバ３６から真空容器１０に輸送された後、バルブ３８は閉じられる。

一方、真空容器１０内のターゲットホルダ４０に保持されている使用済みターゲット１３は、予備ターゲット１３が真空容器１０に輸送される前に、当該真空容器１０（のターゲットホルダ４０）から除去される。具体的には、直線運動をするアクチュエータ４１を用いてターゲットホルダ４０の下面を開放することによって、使用済みターゲット１３を下に落とす。これにより、使用済みターゲット１３が真空容器１０のターゲットホルダ４１から除去される。

このように使用済みターゲット１３を予備ターゲット１３と交換することにより、真空容器１０に配置された予備ターゲット１３に対してレーザ光を集光照射することによってイオンを発生させ、当該イオンをＲＦＱ５０に輸送することができる。

上記したように本実施形態においては、バルブ３８を閉じた状態で真空チャンバ３６が真空排気された後、当該バルブ３８を開いた状態で真空容器１０内に配置されている使用済みターゲット１３と当該真空チャンバ３６に格納されている予備ターゲット１３が交換される構成により、真空容器１０及び下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

（第７の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第７の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図６と同様の部分には同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図６と異なる部分について主に述べる。

本実施形態においては、図７に示すように、真空容器（第１の真空容器）１０の下方に真空チャンバ（第２の真空容器）３６とは異なる真空チャンバ（第３の真空容器）４２が取り付けられている。真空チャンバ４２には、ターゲット１３の交換時に真空容器１０内のターゲットホルダ４０から除去された使用済みターゲット１３が格納される。なお、本実施形態においては、真空チャンバ３６は、真空容器１０の上方に取り付けられている。

真空チャンバ４２には、真空容器１０及び真空チャンバ３６とは独立して真空排気可能な真空ポンプ４３と接続される。また、真空容器１０と真空チャンバ４２との間には、流路を開閉するバルブ（第２のバルブ）４４が設けられている。このバルブ４４が開閉することにより、真空容器１０及び真空チャンバ４２の真空が分離される。

次に、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作について説明する。この場合、真空チャンバ４２は真空ポンプ４３によって真空排気されており、バルブ４４は開いている状態であるものとする。

前述した第６の実施形態において説明したように、真空容器１０内のターゲットホルダ４０に保持されている使用済みターゲット１３を交換する際には、当該使用済みターゲット１３を当該ターゲットホルダ４０から除去する必要があるが、当該使用済みターゲット１３は、例えばアクチュエータ４１を用いてターゲットホルダ４０の下面が開放されることによって真空容器１０の下方に落下する。

このとき、真空容器１０の下方に取り付けられている真空チャンバ４２と当該真空容器１０との間に設けられているバルブ４４は開いた状態であるため、真空容器１０の下方に落下した使用済みターゲット１３は、真空チャンバ４２に収容（格納）される。

使用済みターゲット１３が真空チャンバ４２に収容された場合、バルブ４４を閉じた状態にし、当該真空チャンバ４２を大気解放することで、真空容器１０及びＲＦＱ５０等の下流側の機器の真空を解放することなく、当該真空チャンバ４２に収容された使用済みターゲット１３を取り出すことができる。

なお、真空容器１０内のターゲットホルダ４０から除去された使用済みターゲット１３が真空チャンバ４２に収容された後には、予備ターゲット１３が真空容器１０内（のターゲットホルダ４０）に輸送されて配置されるが、当該予備ターゲット１３が真空容器１０内に輸送される動作については前述した第６の実施形態において説明した通りであるため、その詳しい説明を省略する。

上記したように本実施形態においては、バルブ４４を閉じた状態で真空チャンバ４２が真空排気された後、当該バルブ４４を開いた状態で真空容器１０から除去された使用済みターゲット１３を真空チャンバ４１に格納し、当該使用済みターゲット１３が真空チャンバ４１に格納された後に、予備ターゲット１３が真空容器１０内に輸送されて配置される構成により、下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

（第８の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第８の実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係るイオン源の構成を示す。なお、前述した図１と同様の部分については同一参照符号を付してその詳しい説明を省略する。ここでは、図１と異なる部分について主に述べる。なお、図８においては、アパーチャ１８が輸送管１７の端部を兼用しているものとする。

本実施形態においては、図８に示すように、複数のターゲット１３が積層されて真空容器１０内に配置される。

真空容器１０内には、ターゲットホルダ４５が設けられている。このターゲットホルダ４５は、積層されている複数のターゲット１３を保持する。複数のターゲット１３は、図８に示すように、当該ターゲット１３とターゲットホルダ４５との間に設けられた弾性体（例えば、ばね等）４６によってイオン源においてイオンを発生させる方向（ターゲットホルダ４５の前面）に密着させて固定される。なお、本実施形態に係るイオン源においては、複数のターゲット１３のうちレーザ光の照射側（つまり、レーザ光が照射される位置）に配置されたターゲット１３に対してレーザ光が照射されて、プラズマ１４が生成される。以下、複数のターゲット１３のうちレーザ光の照射側に配置されたターゲット１３を照射対象ターゲット１３と称する。

また、ターゲットホルダ４５は、アクチュエータ４７と接続されており、当該アクチュエータ４７によって照射対象ターゲット１３の下面に設けられた孔部４８を開放可能である。

また、ターゲットホルダ４５は、当該ターゲットホルダ４５に保持されている複数のターゲット１３のうち照射対象ターゲット１３（が配置されている位置）の上部に設けられたアクチュエータ４９と接続されている。このアクチュエータ４９を用いることによって照射対象ターゲット１３を下方に押し出すことができる。

なお、ターゲットホルダ４５に接続されているアクチュエータ４７及び４９は、図示しないケーブル等を介して真空容器１０の外部から制御可能であるものとする。

次に、本実施形態に係るイオン源においてターゲット１３を交換する際の動作について説明する。

ターゲットホルダ４５に保持されている複数のターゲット１３のうちの照射対象ターゲット１３の全ての面にレーザ光が集光照射された場合、当該ターゲットホルダ４５に接続されたアクチュエータ４７を用いて当該ターゲットホルダ４５の下面に設けられている孔部４８を開放する。この場合、ターゲットホルダ４５に保持されている複数のターゲット１３は弾性体４６によってイオンの発生方向に密着させて固定されているため、照射対象ターゲット１３は、孔部４８が開放された場合であっても下方に落下しない。

ここで、ターゲットホルダ４５に接続されているアクチュエータ（照射対象ターゲット１３の上部に設けられたアクチュエータ）４９を用いることによって照射対象ターゲット１３を下方に押し出す。これにより、照射対象ターゲット１３を上記したようにアクチュエータ４７によって開放された孔部４８を通じて下方に落下させることができる。

照射対象ターゲット１３が孔部４８を通じて下方に落下した場合、当該照射対象ターゲット１３の後段のターゲット（照射対象ターゲット１３の次にレーザ光の照射側に配置されたターゲット）１３が弾性体４６によってターゲットホルダ４５の最前面に押し出される。これにより、照射対象ターゲット１３が交換される。以降、交換されたターゲット（つまり、最前面に押し出されたターゲット）１３に対してレーザ光が照射されることになる。

つまり、本実施形態においては、このようにターゲットホルダ４５に積層されて保持されている複数のターゲット１３のうち全ての面にレーザ光が照射された照射対象ターゲット１３をターゲットホルダ４５から除去し、当該照射対象ターゲット１３の後段のターゲット１３がターゲットホルダ４５の前面に押し出されることによって、当該ターゲットホルダ４５に保持されている全てのターゲット１３を使用し終えるまで真空容器１０及び下流側の機器の真空を解放することなくターゲット１３を交換することができる。

なお、ターゲットホルダ４５に保持されている全てのターゲット１３が使用された場合、前述した第６の実施形態において説明した真空チャンバ（図６に示す真空チャンバ３６）を用いて、真空容器１０及び下流側の機器（例えばＲＦＱ５０）の真空を解放することなく、当該ターゲットホルダ４５に複数のターゲット１３を新たに保持させる構成としてもよい。

更に、上記したように孔部４８を通じて落下したターゲット１３は、前述した第７の実施形態において説明した真空チャンバ（図７に示す真空チャンバ４２）に格納される構成であってもよい。

上記したように本実施形態においては、真空容器１０内に積層されて配置された複数のターゲット（ターゲットホルダ４５に保持された複数のターゲット）１３のうち最もレーザ光の照射側に配置されたターゲット１３を除去することによってレーザ光が照射されるターゲットを交換する構成により、真空容器１０及び下流側の機器の真空を解放してターゲット１３を補給することなくターゲット１３を交換することが可能となる。

なお、本願発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組合せてもよい。

１０…真空容器、１１…ターボ分子ポンプ、１２…ロータリーポンプ、１３…ターゲット、１４…プラズマ、１５…ステッピングモータ、１６…ケーブル、１７…輸送管、１８…アパーチャ、１９…中間電極、２０…加速電極、２１…フランジ、２２…配線、２３…セラミックダクト、２４…真空封止用ディスク、２５…アクチュエータ、２６…ケーブル、２７…ガイド、２８…弾性体、２９…直線導入機、３０…真空封止用ディスク、３１…回転導入機、３２…孔部、３３…回転導入機、３４…キャップ、３５…ゲートバルブ、３６…真空チャンバ、３７…真空ポンプ、３８…バルブ、３９…ガイド、４０…ターゲットホルダ、４１…アクチュエータ、４２…真空チャンバ、４３…真空ポンプ、４４…バルブ、４５…ターゲットホルダ、４６…弾性体、４７…アクチュエータ、４８…孔部、４９…アクチュエータ、５０…ＲＦＱ。

Claims (2)

1. 真空排気された下流側の線形加速器と絶縁ダクトを介して接続されるイオン源において、
   真空排気された第１の真空容器と、
   前記第１の真空容器内のターゲットホルダに配置され、レーザ光の照射により多価イオンを含むプラズマを生成する第１のターゲットと、
   前記第１の真空容器に取り付けられ、前記第１の真空容器とは独立して真空排気可能な真空ポンプが接続された第２の真空容器と、
   前記第２の真空容器に格納された前記第１のターゲットとは異なり、レーザ光の照射により多価イオンを含むプラズマを生成する第２のターゲットと、
   前記第１の真空容器と前記第２の真空容器との間の流路を開閉する第１のバルブと、
   前記第２の真空容器において前記第２のターゲットが格納される位置と前記第１の真空容器内の前記第１のターゲットが配置される位置との間に設けられ、前記第２のターゲットを前記第２の真空容器から前記第１の真空容器に輸送するガイドと
   を具備し、
   前記ターゲットホルダは直線運動をするアクチュエータを用いてその下面を開放することによって、使用済みの前記第１のターゲットを下に落とし、
   前記第１のターゲットは、前記第１のバルブを閉じた状態で前記第２の真空容器が真空排気された後、前記第１のバルブを開いた状態で前記ガイドを介して前記第２の真空容器内に格納されている前記第２のターゲットと交換される
   ことを特徴とするイオン源。
2. 前記第１の真空容器に取り付けられ、前記第１の真空容器とは独立して真空排気可能な前記第２の真空容器とは異なる第３の真空容器と、
   前記第１の真空容器と前記第３の真空容器との間の流路を開閉する第２のバルブと
   を更に具備し、
   前記第１のターゲットは、前記第２のバルブを閉じた状態で前記第３の真空容器が真空排気された後、前記第２のバルブを開いた状態で前記第１の真空容器から当該第３の真空容器に格納され、前記第２のターゲットは、前記第１のターゲットが前記第３の真空容器に格納された後に、前記第１の真空容器内に配置されることによって、前記第１のターゲットは前記第２のターゲットと交換される
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン源。

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