JPH0562797A

JPH0562797A - 高周波加速空胴

Info

Publication number: JPH0562797A
Application number: JP22267891A
Authority: JP
Inventors: Takahito Tozawa; 隆人利沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】マルチパクタリング放電が起こらないアンテ
ナあるいはチューナを有する高周波加速空胴を提供す
る。【構成】大電力導入用の同軸アンテナ４とこれを高周
波加速空胴内に挿入するためのアンテナポート４ａとを
備え、この両者が形成する同軸部のギャップが周方向に
おいて一様でないようにする。また、共振周波数調整用
のチューナとこれを高周波加速空胴内に挿入するための
チューナポートとを備え、この両者が形成する同軸部の
ギャップが周方向において一様でないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば超ＬＳＩ微細加
工等に用いられる加速器に使用される高周波加速空胴に
関する。

【０００２】

【従来の技術】加速器は電子、陽子、イオンなどのビー
ムを10億電子ボルト（１Gev ）程度の高エネルギー状態
に加速するためのものであり、最近は、電子ビームから
の放射光（ＳＯＲ光といわれる）を利用した超ＬＳＩ微
細加工（リソグラフィ）などが検討されている。

【０００３】このような加速器には、電子の加速やＳＯ
Ｒ光として失われるエネルギーの補給を行うため、高周
波エネルギーを電子に供給する高周波加速空胴が設けら
れている。高周波加速空胴には種々の形式のものがある
が、ここでは半軸型加速空胴を例にとって説明する。

【０００４】図８は従来の高周波加速空胴の一例で、１
は中空筒状の外筒、２は円板形の側板、３は側板２に固
定された加速電極である。外筒１には空胴内に高周波エ
ネルギーを供給するためのアンテナ４がアンテナポート
４ａ部に装着されており、図示しない高周波電源に接続
されている。また５は空胴の共振周波数を調整するため
の円筒型のチューナであり、チューナポート５ａ部に装
着されている。６はチューナ５を空胴内へ挿入したり、
逆に引抜いたりするための駆動装置である。チューナ５
を挿入すれば共振周波数が上がり、引抜けば下がる。な
お、各部材の接合面にはガスケット８が装着され、空胴
内は加速電極３に接続されるビームダクトと同様10^-9To
rr以上の超高真空に保持される。

【０００５】この様な高周波加速空胴のアンテナ４の詳
細を図９に示す。アンテナ４は円柱のアンテナ内導体９
及び円筒のアンテナ外導体10の同軸構造で、内導体９及
び外導体10は先端で結合ループ11で結ばれている。内導
体９を流れる高周波電流は結合ループ11から外導体10へ
と流れ、結合ループ11は紙面垂直方向の高周波磁界を作
り、この磁界により高周波加速空胴内へ電磁エネルギー
が満たされる。

【０００６】外導体10にはフランジ12が溶接されてお
り、アンテナポート４ａに取付けられているフランジと
ガスケット８を介し締付けられ真空境界を形成する。一
方、内導体９と外導体10間にはセラミックス製の真空窓
13がロー付け等で取付けられており、やはり真空境界を
形成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成のアンテナ
に高周波電力を供給すると、外導体10とアンテナポート
４ａ間のギャップが同軸の空間を形成し、この部分に空
胴内からもれ出した高周波電磁界によって、いわゆるマ
ルチパクタリング放電が発生する。マルチパクタリング
放電は、高周波電界によって加速された電子（一次電
子）が一方の電極（今の場合はアンテナ外導体10の外壁
またはアンテナポート４ａの内壁）に当って二次電子を
叩き出し、この時、高周波電界の極性が逆転していると
この二次電子が一次電子と逆方向に加速されて他方の電
極に当り、また二次電子を放出し、この過程を繰り返し
てなだれ的に二次電子が増えて起こるものである。当然
ながらマルチパクタリング放電は、アンテナの内導体９
と外導体10の間などでも起こるが、外導体10の外壁とア
ンテナポート４ａの内壁間のギャップは、狭く放電が起
こりやすいので特に問題になる。

【０００８】この同軸部の電磁界分布を、図10を用いて
説明する。図10においては、模式的に外導体10とアンテ
ナポート４ａのみを示し、さらにそのギャップも誇張し
て大きく書かれている。

【０００９】通常、同軸の導波管内を進行する高周波
は、ＴＥＭモードと言われ、電界及び磁界が、進行方向
に対し垂直な面、すなわち、図10における紙面に平行で
ある。この様子を図10に示す。ここで実線で示される矢
印14が電界、破線で示される矢印15が磁界を示してい
る。同軸導波管においては、内外導体間のギャップが一
様であるため、図10に示すような進行方向に対し垂直な
面内において電界14の強度は一様である。マルチパクタ
リング放電はこのように一様な高周波電界が存在すると
ころで発生する。

【００１０】このようなマルチパクタリング放電は低電
圧でも起こるので、このままではビームを加速するため
に必要な電力をアンテナに供給できない。通常は、徐々
に供給電力を増してマルチパクタリング放電を少しずつ
起こしていきながら、アンテナ外導体10の内壁とアンテ
ナポート４ａの外壁の表面状態を、二次電子放出が小さ
くなるようにするエージングを行っている。しかし、エ
ージングには多くの時間を要するばかりか、真空窓の破
損、加速空胴運転上の種々の制約など、多くの問題があ
る。この問題はチューナについても生じる。

【００１１】本発明は、従来のアンテナあるいはチュー
ナが、マルチパクタリング放電により、必要な電力を供
給できないという欠点を取除くため、マルチパクタリン
グ放電が起こらないアンテナあるいはチューナを有する
高周波加速空胴を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、アンテナあるいはチューナの外導体とアン
テナポートあるいはチューナポートの間の同軸部のギャ
ップの、ポートの周方向に対する一様性を崩す。

【００１３】

【作用】アンテナあるいはチューナの外導体とアンテナ
ポートあるいはチューナポートの間の同軸部のギャップ
の一様性を崩すことにより、ギャップ部の電界強度の周
方向の一様性が崩れるため、一次電子によって発生した
二次電子の飛行距離及び、両電極間の往復に要する時間
が、周方向に一様でなくなる。これにより電子の往復運
動が高周波電界と同期をとりづらくなるため、なだれ的
に二次電子が増殖することがなく、したがってマルチパ
クタリング放電が抑制される。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の高周波加速空胴の一例で、図
２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【００１５】図２に示すように、外導体10の外壁には、
数本の弓形の断面を持つ溝16が、切られており、外導体
10の外壁及びアンテナポート４ａの内壁とがなす同軸の
空間のギャップが連続的に一定である領域が狭くなって
いる。図１、図２に示された外導体10のみを取り出し、
模式的に示したものが図３である。

【００１６】図２に示すように、アンテナの外導体10及
びアンテナポート４ａの形成する同軸部のギャップを周
方向に見ると、連続的に一様である領域は極めて狭い。
これにより、ギャップ部の電界強度の周方向の一様性も
崩れるため、一次電子によって発生した二次電子の飛行
距離及び、両電極間の往復に要する時間が周方向に一様
でなくなる。これにより電子の往復運動が高周波電界と
同期をとりづらくなるため、マルチパクタリング放電が
発生する電界強度領域も大変狭くなり、マルチパクタリ
ング放電が抑制される。

【００１７】このようにアンテナの外導体10の外壁に溝
16を切ることにより、マルチパクタリング放電が抑制さ
れるので、エージングや運転上の配慮をしなくても容易
に定格の電力を供給できる。またマルチパクタリング放
電が激しく起きるとセラミックス製の真空窓13が破損し
てしまうことも良くあるが、このような破損も防止でき
る。（他の実施例）

【００１８】上記実施例においては、アンテナ10の外導
体に切られた溝16の断面形状は弓形であったが、特にこ
の形状は、弓形に限定する必要はない。また、この溝
は、アンテンの軸と平行である必要はなく、例えば、図
４に示すように、螺旋状の溝17になっていても構わな
い。この場合、同軸部は、周方向のみならず、軸方向に
対しても一様な電界分布を示す領域が狭くなり、さらに
効果的にマルチパクタリング放電を抑制できる。さら
に、アンテナ外導体10の外壁一面に、溝ではなく、凹み
18を与えた図５に示すような構造でも同様な効果が期待
できる。

【００１９】また、同軸部のギャップの周方向の一様性
を崩す別の手段として、アンテナ外導体10の外壁、また
はアンテナポート４ａの内壁について、断面を楕円形に
することも考えられる。一例として、外壁楕円断面のア
ンテナ外導体19を備えた実施例を図６に示す。さらにこ
れに類した実施例として、アンテナ外導体10の外壁とア
ンテナポート４ａの内壁の中心軸をずらしたアンテナも
考えられる。これを図７に示す。図６、図７のいずれの
場合も、同軸部のギャップは周方向に滑らかに変化し、
他の実施例同様にマルチパクタリング放電を抑制でき
る。

【００２０】また、以上の実施例は、アンテナ外導体10
の外壁とアンテナポート４ａの内壁が形成する同軸部に
係る改良であったが、これをチューナ５とチューナポー
ト５ａが形成する同軸部に適用しても全く同様の効果が
得られる。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、マルチパクタリング放電
が抑制されエージングや運転上の配慮をしなくても定格
の電力を供給でき、したがって加速器のビームに必要な
加速電位を与えることができる。さらに本発明によりマ
ルチパクタリング放電による真空窓の破損等の心配のな
い信頼性の高い高性能の高周波加速空胴を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の高周波加速空胴のアンテナ
部の断面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。

【図３】図１及び図２に示されたアンテナ内導体の模式
図。

【図４】他の実施例を示すアンテナ内導体の模式図。

【図５】他の実施例を示すアンテナ内導体の模式図。

【図６】他の実施例を示すアンテナ部の断面図。

【図７】他の実施例を示すアンテナ部の断面図。

【図８】従来の高周波加速空胴の断面図。

【図９】図８のアンテナ部の断面図。

【図１０】従来の高周波加速空胴のアンテナ外導体及び
アンテナポート内導体が形成する同軸部に高周波が作る
電磁界分布を示す模式図。

【符号の説明】

１…外筒２…側板３…加速電極４…アンテナ４ａ…アンテナポート４ｂ…アンテナ取付け用フランジ５…チューナ５ａ…チューナポー
ト７…ビームダクト９…アンテナ内導体 10…アンテナ外導体 11…結合ループ 12…フランジ 13…真空窓 14…高周波電界 15…高周波磁界 16…溝 17…螺旋状の溝 18…凹み 19…楕円断面のアン
テナ外導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大電力導入用の同軸アンテナとこれを高
周波加速空胴内に挿入するためのアンテナポートとを備
え、この両者が形成する同軸部のギャップが周方向にお
いて一様でないことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項２】共振周波数調整用のチューナとこれを高
周波加速空胴内に挿入するためのチューナポートとを備
え、この両者が形成する同軸部のギャップが周方向にお
いて一様でないことを特徴とする高周波加速空胴。