JPH04184900A - 高周波四重極加速器における加速エネルギの制御方法 - Google Patents
高周波四重極加速器における加速エネルギの制御方法Info
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- JPH04184900A JPH04184900A JP31245290A JP31245290A JPH04184900A JP H04184900 A JPH04184900 A JP H04184900A JP 31245290 A JP31245290 A JP 31245290A JP 31245290 A JP31245290 A JP 31245290A JP H04184900 A JPH04184900 A JP H04184900A
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- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 15
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
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- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は高周波四重極加速器における加速エネルギの制
御方法に関し、特に、例えば半導体へのイオン注入等に
応用するのに適した制御方法に関する。
御方法に関し、特に、例えば半導体へのイオン注入等に
応用するのに適した制御方法に関する。
〈従来の技術〉
高周波四重極加速器（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ加速器、以下、ＲＦＱ加速器と
称する）は、大電流のイオンビームを高透過率のもとに
高エネルギに加速し得る能力を持ち、近年、多くの分野
での応用が研究されている。
Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ加速器、以下、ＲＦＱ加速器と
称する）は、大電流のイオンビームを高透過率のもとに
高エネルギに加速し得る能力を持ち、近年、多くの分野
での応用が研究されている。
第３図はＲＦＱ加速器のうち、４ベーン型ＲＦＱ加速器
の概念構造を示す部分断面斜視図である。
の概念構造を示す部分断面斜視図である。
なお、このほか、ＲＦＱ加速器には４０ツド型ＲＦＱ加
速器等の変形例があるが、本質的には技術上の特徴は４
ベーン型と同一なので、以下は４ベーン型ＲＦＱ加速器
を例にとって説明を加える。
速器等の変形例があるが、本質的には技術上の特徴は４
ベーン型と同一なので、以下は４ベーン型ＲＦＱ加速器
を例にとって説明を加える。
両端がプレー）３１ａ、３１ｂで閉止された円筒タンク
３０内に４個の電極３２ａ〜３２ｄが（以下、ベーン３
２ａ〜３２ｄと称する）が固着されており、これらで四
重極空胴共振器を形成している。
３０内に４個の電極３２ａ〜３２ｄが（以下、ベーン３
２ａ〜３２ｄと称する）が固着されており、これらで四
重極空胴共振器を形成している。
ベーン３２ａ〜３２ｄには、それぞれその先端部にタン
ク３０の軸方向に沿う波形が形成されており、互いに対
向するベーンはその波形の山と山。
ク３０の軸方向に沿う波形が形成されており、互いに対
向するベーンはその波形の山と山。
谷と谷とが向き合い、かつ、ベーン３２ ａ ＋ ３
２ ｃとベーン３２ｂ、３２ｄの波形は１８０°の位相
差を持っている。また、各波形の周期は入口から出口に
向かって次第に長くなっている。
２ ｃとベーン３２ｂ、３２ｄの波形は１８０°の位相
差を持っている。また、各波形の周期は入口から出口に
向かって次第に長くなっている。
このような構造体に高周波を導入すると、相対向するベ
ーンは同相に、隣り合うベーンは逆相に電圧が印加され
て共振することになるが、上述した波形の存在によって
ベーン３２ａ〜３２ｄで囲まれた空間にタンク３０の軸
心に沿う加速電界が生成され、ここに入射した荷電粒子
ビームは収束されつつ所定の加速エネルギのもとに加速
される。
ーンは同相に、隣り合うベーンは逆相に電圧が印加され
て共振することになるが、上述した波形の存在によって
ベーン３２ａ〜３２ｄで囲まれた空間にタンク３０の軸
心に沿う加速電界が生成され、ここに入射した荷電粒子
ビームは収束されつつ所定の加速エネルギのもとに加速
される。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、ＲＦＱ加速器は高周波共振器を利用して荷電
粒子を加速する、いわゆる高周波加速器であるから、共
振周波数を可変としない限り加速エネルギを可変とする
ことはできないとされている（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ Ｂ２１（１９８７）Ｐ−
Ｐ２１８−２２３． Ｈ，Ｆ、 Ｇｌａｖｉｓｈ。
粒子を加速する、いわゆる高周波加速器であるから、共
振周波数を可変としない限り加速エネルギを可変とする
ことはできないとされている（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ Ｂ２１（１９８７）Ｐ−
Ｐ２１８−２２３． Ｈ，Ｆ、 Ｇｌａｖｉｓｈ。
“Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌｉｎｅａｒ Ａ
ｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ ｆｏｒ ＩｏｎＩｍｐｌａｎ
ｔｅｒｓ”）。
ｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ ｆｏｒ ＩｏｎＩｍｐｌａｎ
ｔｅｒｓ”）。
すなわち、高周波加速器では、粒子の入射スピード（エ
ネルギ）、電極の配設位置（ドリフトチューブライナッ
ク等では配設ピッチ、ＲＦＱ加速器ではベーン波形の周
期）および印加する高周波電圧値は互いに密接な関係を
持つファクタであり、例えば高周波電圧値を変化させて
も、他のファクタか一定である限り加速エネルギは変化
せずに一定であり、むしろ、高周波電圧値を大幅に低下
させると荷電粒子をまったく加速できなくなるとされて
いる。その理由として、高周波電圧を低下させると、加
速電界中において荷電粒子のスピードが遅くなり、電極
波形の周期等との関連において共振条件を満足しなくな
るためであると一般には説明されている。
ネルギ）、電極の配設位置（ドリフトチューブライナッ
ク等では配設ピッチ、ＲＦＱ加速器ではベーン波形の周
期）および印加する高周波電圧値は互いに密接な関係を
持つファクタであり、例えば高周波電圧値を変化させて
も、他のファクタか一定である限り加速エネルギは変化
せずに一定であり、むしろ、高周波電圧値を大幅に低下
させると荷電粒子をまったく加速できなくなるとされて
いる。その理由として、高周波電圧を低下させると、加
速電界中において荷電粒子のスピードが遅くなり、電極
波形の周期等との関連において共振条件を満足しなくな
るためであると一般には説明されている。
一方、半導体製造プロセスにおけるイオン注入装置等を
はじめとする多くの応用分野では、加速ネルギの可変性
は必須の要求性能である。そこで、この加速エネルギ可
変性を得るべく、ＲＦＱ加速器に複雑な外部共振器等を
付加し、共振周波数を可変にする対策が提案されている
。（例えば、特開昭６０−１１５１９９号）。
はじめとする多くの応用分野では、加速ネルギの可変性
は必須の要求性能である。そこで、この加速エネルギ可
変性を得るべく、ＲＦＱ加速器に複雑な外部共振器等を
付加し、共振周波数を可変にする対策が提案されている
。（例えば、特開昭６０−１１５１９９号）。
しかし、共振周波数を可変にすることで加速エネルギ可
変性を得る方式では、ＲＦＱ加速器に複雑な機構や装置
を追加する必要があるばかりでな（、高周波電力を供給
するための高周波電源についても周波数を可変にする必
要がある等、高価格化およびメインテナンス等の点で多
くの問題がある。
変性を得る方式では、ＲＦＱ加速器に複雑な機構や装置
を追加する必要があるばかりでな（、高周波電力を供給
するための高周波電源についても周波数を可変にする必
要がある等、高価格化およびメインテナンス等の点で多
くの問題がある。
本発明の目的は、ＲＦＱ加速器の共振周波数を変化させ
ることなく、容易にその加速エネルギを変化させること
のできる制御方法を提供することにある。
ることなく、容易にその加速エネルギを変化させること
のできる制御方法を提供することにある。
く課題を解決するための手段〉
本発明のＲＦＱ加速器における加速エネルギの制御方法
の特徴とするところは、４個の電極が配設されてなる空
胴共振器の、その各電極の先端で囲まれた空間内に導入
すべき荷電粒子のスピードを、この空胴共振器の電極に
印加する高周波電圧の周波数と電圧、および、各電極先
端に形成された波形の周期に基づく荷電粒子の連続加速
条件を満足するスピードから、所定量シフトすることに
よって、荷電粒子の加速エネルギを変化させることにあ
る。
の特徴とするところは、４個の電極が配設されてなる空
胴共振器の、その各電極の先端で囲まれた空間内に導入
すべき荷電粒子のスピードを、この空胴共振器の電極に
印加する高周波電圧の周波数と電圧、および、各電極先
端に形成された波形の周期に基づく荷電粒子の連続加速
条件を満足するスピードから、所定量シフトすることに
よって、荷電粒子の加速エネルギを変化させることにあ
る。
〈作用〉
共振周波数および高周波電圧を一定にした状態で、同一
の荷電粒子を入射スピード（エネルギ）を変化させてＲ
ＦＱ加速器に導入した場合の実験結果を第２図に示す（
なお、ここでは同一の荷電粒子に関して説明する関係上
、以下、入射スピードを入射エネルギと表現する）。電
極の波形の周期、高周波電圧の周波数および電圧によっ
て決まるビームの連続加速条件を満足する入射エネルギ
で荷電粒子を導入した場合（第２図（ａ））に比べ、入
射エネルギを大きくすることで加速エネルギを下方にシ
フトすることができた（第２図（ｂ））。
の荷電粒子を入射スピード（エネルギ）を変化させてＲ
ＦＱ加速器に導入した場合の実験結果を第２図に示す（
なお、ここでは同一の荷電粒子に関して説明する関係上
、以下、入射スピードを入射エネルギと表現する）。電
極の波形の周期、高周波電圧の周波数および電圧によっ
て決まるビームの連続加速条件を満足する入射エネルギ
で荷電粒子を導入した場合（第２図（ａ））に比べ、入
射エネルギを大きくすることで加速エネルギを下方にシ
フトすることができた（第２図（ｂ））。
入射エネルギを変化させることによって、実際に粒子が
どのような作用を受けてエネルギが変化するのかは現時
点においては正確には明らかではない。しかし、ＲＦＱ
加速器以外の高周波加速器、例えばドリフトチューブラ
イナック等との比較において下記の推測が成り立つ。
どのような作用を受けてエネルギが変化するのかは現時
点においては正確には明らかではない。しかし、ＲＦＱ
加速器以外の高周波加速器、例えばドリフトチューブラ
イナック等との比較において下記の推測が成り立つ。
すなわち、ドリフトチューブライナックにおいては、入
射ビームのエネルギを大きくした場合、ビームの連続加
速条件から逸脱して、ビームは発散してしまうことは事
実である。ここで、ドリフトチューブライナックとＲＦ
Ｑ加速器との機能上の大きな差異は、そのビーム収束力
にある。前者ではビーム収束力はドリフトチューブ内に
設置された静電もしくは磁気Ｑレンズ等によって得られ
、ドリフトチューブ外では収束力は働かない。
射ビームのエネルギを大きくした場合、ビームの連続加
速条件から逸脱して、ビームは発散してしまうことは事
実である。ここで、ドリフトチューブライナックとＲＦ
Ｑ加速器との機能上の大きな差異は、そのビーム収束力
にある。前者ではビーム収束力はドリフトチューブ内に
設置された静電もしくは磁気Ｑレンズ等によって得られ
、ドリフトチューブ外では収束力は働かない。
これに対し後者では、ベーンに誘起された高周波電圧が
粒子の収束と加速を同時に行うので、粒子ビームは空間
的に連続して常に強い収束力を受ける。
粒子の収束と加速を同時に行うので、粒子ビームは空間
的に連続して常に強い収束力を受ける。
従って、ＲＦＱ加速では、連続加速の条件を満足できな
いビームも、その強い収束力のため発散することなく最
後まで加速される。しかし、連続加速条件を満足してい
ないか故に、最終的な加速エネルギは設計値よりも低エ
ネルギ側にシフトし、前記した結果か得られるものと推
定される。
いビームも、その強い収束力のため発散することなく最
後まで加速される。しかし、連続加速条件を満足してい
ないか故に、最終的な加速エネルギは設計値よりも低エ
ネルギ側にシフトし、前記した結果か得られるものと推
定される。
〈実施例〉
本発明の実施例を、以下、図面を参照しつつ説明する。
第１図は本発明を適用して粒子の加速エネルギを実測し
た実験装置のレイアウトを示すブロック図である。
た実験装置のレイアウトを示すブロック図である。
イオン源１は原料を電離してイオンを生成する。
このイオン源１は、ＤＣ電源２により正電位を与えられ
ており、イオン源１の内部で生成された正イオンは、よ
り低い電位である引き出し電極３に向かって加速される
。
ており、イオン源１の内部で生成された正イオンは、よ
り低い電位である引き出し電極３に向かって加速される
。
このようにして引き出されたイオンの中には、目的とす
る正イオン以外のものが含まれているので、分析マグネ
ット４によって分析し、目的とするイオンのみを入射ビ
ームＢ ｌ ｍとしてＲＦＱ加速器５内に導入する。
る正イオン以外のものが含まれているので、分析マグネ
ット４によって分析し、目的とするイオンのみを入射ビ
ームＢ ｌ ｍとしてＲＦＱ加速器５内に導入する。
空胴共振器であるＲＦＱ加速器５内には、高周波電源６
によって高周波電圧が加えられ、入射ビームＢ１．を加
速する電場か形成されている。
によって高周波電圧が加えられ、入射ビームＢ１．を加
速する電場か形成されている。
ＲＦＱ加速器５で加速されて出射したビーム、つまり出
射ビーム８６ Ｗ ｌは、次段の分析マグネット７によ
ってエネルギ分析され、ファラデーカップ８に入る。
射ビーム８６ Ｗ ｌは、次段の分析マグネット７によ
ってエネルギ分析され、ファラデーカップ８に入る。
ファラデーカップ８には電流計９が接続されており、ビ
ーム電流を測定できるようになっている。
ーム電流を測定できるようになっている。
そして、入射ビームＢ０のエネルギは、ＤＣ電源２がイ
オン源１に与える電位を変化させることによって、変更
し得るように構成されている。
オン源１に与える電位を変化させることによって、変更
し得るように構成されている。
以上の装置によって、” Ｂ ”（オンの加速実験を行
った。なおミ原料ガスとしてＢＰ、を使用し、イオン源
１によりイオン化された１１Ｂ９イオンのみを分析マグ
ネット４によってＲＦＱ加速器５内に導いた。
った。なおミ原料ガスとしてＢＰ、を使用し、イオン源
１によりイオン化された１１Ｂ９イオンのみを分析マグ
ネット４によってＲＦＱ加速器５内に導いた。
ここで、ＲＦＱ加速器５に印加したＲＦパワーは１８ｋ
Ｗであり、その連続加速条件を満足するビームの入射エ
ネルギは６６ｋｅＶである。
Ｗであり、その連続加速条件を満足するビームの入射エ
ネルギは６６ｋｅＶである。
実験では、ビームＢ１の入射エネルギとして、連続加速
条件を満足する入射エネルギ６６ｋｅＶと、それよりも
高い８５ｋｅＶとに設定し、他の条件は全く同一とした
。
条件を満足する入射エネルギ６６ｋｅＶと、それよりも
高い８５ｋｅＶとに設定し、他の条件は全く同一とした
。
第２図に以上の実験結果を示す。
この第２図（ａ）、 （ｂ）はいずれも出射ビームＢ
６ ｕ １のエネルギスペクトルを表すグラフで、縦軸
がファラデーカップ８に入射したビーム電流、横軸は分
析マグネット７の電流（ビームのエネルギに対応）であ
る。すなわち、実験では、分析マグネッ、ドアの電流を
連続的に変化させつつ、ファラデーカップ８に入射する
ビームの電流を測定した。
６ ｕ １のエネルギスペクトルを表すグラフで、縦軸
がファラデーカップ８に入射したビーム電流、横軸は分
析マグネット７の電流（ビームのエネルギに対応）であ
る。すなわち、実験では、分析マグネッ、ドアの電流を
連続的に変化させつつ、ファラデーカップ８に入射する
ビームの電流を測定した。
第２図（ａ）はビームＢ １ｍの入射エネルギを６６ｋ
ｅＶとした場合で、同図（ｂ）は８５ｋｅＶとした場合
を示している。
ｅＶとした場合で、同図（ｂ）は８５ｋｅＶとした場合
を示している。
この図から明らかなように、入射ビームＢ０のＲＦＱ加
速器５への入射エネルギを連続加速条件を満足する値よ
りも大きくすることにより、ビームの加速エネルギが下
方にシフトすることが判明した。
速器５への入射エネルギを連続加速条件を満足する値よ
りも大きくすることにより、ビームの加速エネルギが下
方にシフトすることが判明した。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、ＲＦＱ加速器へ
の荷電粒子の入射スピードを変化させるだけで荷電粒子
の加速エネルギを変化させることができ、ＲＦＱ加速器
の共振周波数を変化させる従来の方式に比して、極めて
容易にＲＦＱ加速器のエネルギ可変性を実現できる。
の荷電粒子の入射スピードを変化させるだけで荷電粒子
の加速エネルギを変化させることができ、ＲＦＱ加速器
の共振周波数を変化させる従来の方式に比して、極めて
容易にＲＦＱ加速器のエネルギ可変性を実現できる。
このことは、例えば半導体へのイオン注入等の高エネル
ギ大電流でしかもエネルギ可変性が要求されるイオンビ
ーム応用分野へのＲＦＱ加速器の適用の可能性を大きく
拡げ、この応用分野に革新的な進歩をもたらすものと期
待される。
ギ大電流でしかもエネルギ可変性が要求されるイオンビ
ーム応用分野へのＲＦＱ加速器の適用の可能性を大きく
拡げ、この応用分野に革新的な進歩をもたらすものと期
待される。
第１図は本発明を適用して粒子の加速エネルギを実測し
た実験装置のレイアウトを示すブロック図、 第２図はその実験結果を示すグラフ、 第３図はＲＦＱ加速器の概念構造を示す部分断面図であ
る。 １・・・・イオン源 ２・・・・ＤＣｔ源 ３・・・・引き出し電極 ４・・・・分析マグネット ５・・・・ＲＦＱ加速器 ６・・・・高周波電源 ７・・・・分析マグネット ８・・・・ファラデーカップ ９・・・・電流計 特許出願人 株式会社島津製作所 代 理 人 弁理士 西１）新
た実験装置のレイアウトを示すブロック図、 第２図はその実験結果を示すグラフ、 第３図はＲＦＱ加速器の概念構造を示す部分断面図であ
る。 １・・・・イオン源 ２・・・・ＤＣｔ源 ３・・・・引き出し電極 ４・・・・分析マグネット ５・・・・ＲＦＱ加速器 ６・・・・高周波電源 ７・・・・分析マグネット ８・・・・ファラデーカップ ９・・・・電流計 特許出願人 株式会社島津製作所 代 理 人 弁理士 西１）新
Claims (1)
- 円筒タンク内にそのタンクの軸方向に沿う波形が先端部
に形成された４個の電極が配設されてなる空胴共振器に
、所定周波数の高周波電圧を印加して共振させた状態で
、上記電極の先端で囲まれた空間内に所定スピードのも
とに荷電粒子を導くことによって、その荷電粒子を加速
する装置において、上記空間内に導入すべき荷電粒子の
スピードを、当該空胴共振器に印加する高周波電圧の周
波数と電圧、および、上記各電極の波形の周期に基づく
荷電粒子の連続加速条件を満足するスピードから、所定
量変化させることによって、荷電粒子の加速エネルギを
変化させることを特徴とする高周波四重極加速器におけ
る加速エネルギの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2312452A JP2617240B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 高周波四重極加速器における加速エネルギの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2312452A JP2617240B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 高周波四重極加速器における加速エネルギの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04184900A true JPH04184900A (ja) | 1992-07-01 |
| JP2617240B2 JP2617240B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=18029367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2312452A Expired - Lifetime JP2617240B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 高周波四重極加速器における加速エネルギの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2617240B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5801488A (en) * | 1996-02-29 | 1998-09-01 | Nissin Electric Co., Ltd. | Variable energy radio-frequency type charged particle accelerator |
| DE102010021963A1 (de) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrostatischer Teilcheninjektor für HF-Teilchenbeschleuniger |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120086364A1 (en) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Particle beam coupling system and method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0227699A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-30 | Shimadzu Corp | 高周波四重極加速器における加速エネルギ制御方法 |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP2312452A patent/JP2617240B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0227699A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-30 | Shimadzu Corp | 高周波四重極加速器における加速エネルギ制御方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE102010021963A1 (de) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrostatischer Teilcheninjektor für HF-Teilchenbeschleuniger |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2617240B2 (ja) | 1997-06-04 |
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