JPH0689682A - イオン加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ ４００ｋＶ超級イオン加速装置における加速
管内を低コストで高真空に排気する。 ［構成］ 加速管１６と集束用レンズユニット１２とを
接続している接続管５と、真空排気管３１と真空ポンプ
３４とを接続している接続管６との間を真空バルブ９を
介在させて、バイパス管７、８で接続した。これにより
加速管１６内の気体が加速管１６からバイパス管７、真
空バルブ９、バイパス管８及び接続管６を通り、真空ポ
ンプ３４により排気されるので、加速管１６内が高真空
に排気される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム分析、イオ
ン注入等に用いられるイオン加速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３及び図４は従来の小型４００ｋＶ超
級イオン加速装置２を示し、このイオン加速装置２のシ
ールドボックス１５内には、高電圧ターミナル２２がグ
ランドレベルより所定の高さに配設され、これは４本の
４００ｋＶ耐圧の絶縁支柱２３によりシールドボックス
１５の床上に支持されて設けられている。シールドボッ
クス１５は高電圧ターミナル２２を電磁気的に遮蔽し、
高電圧ターミナル２２とシールドボックス１５の距離は
これらの間で放電が生じるのを防止するため充分な間隔
が開けられている。

【０００３】シールドボックス１５の側壁１５ａには高
電圧ターミナル２２内の各装置に電力を供給する４００
ｋＶ耐圧の絶縁トランスからなる電力供給装置３５が配
設され、この電力供給装置３５は１次側に商用電源が供
給され、２次側は絶縁材からなるブッシング３２に被覆
された導線を介して、高電圧ターミナル２２内の各装置
に電力を供給する。高電圧ターミナル２２内で使用され
る全電力は電力供給装置３５により供給される。また、
シールドボックス１５の床上には公知の高電圧電源装置
２１が設けられ、高電圧ターミナル２２の底板２２ａに
形成された開口に上端部を挿通させている。高電圧電源
装置２１はスタックにより順次昇圧し、４００ｋＶ超の
最高電圧が得られ、高電圧ターミナル２２に電圧を印加
させ、この高電圧ターミナル２２を介して加速管１６に
電圧を印加する。

【０００４】イオン加速装置２には、公知のようにイオ
ンを引き出すためのイオン源２６と、このイオン源２６
からのイオンを選択分離する質量分離電磁石２４と、イ
オンを加速管１６側へ走行させるビームライン１９とが
設けられている。イオン源２６にはガス導入パイプを介
してガスボックス３６が接続され、イオン源２６と質量
分離電磁石２４のイオンビームの入射側との間には、こ
れらの空間を仕切る真空バルブ２５が配設され、更にイ
オン源２６には真空バルブ２７を介在させて、真空配管
２９に気体を排気する真空ポンプ２８が配設されてい
る。質量分離電磁石２４の出口側にはビームライン１９
が取り付けられ、このビームライン１９の側部にも真空
配管３０側に気体を排気する真空ポンプ２０が配設され
ている。真空配管２９、３０の排出端側は導管３３を介
在させて真空排気管３１に連通される。

【０００５】真空排気管３１は高電圧ターミナル２２の
壁部２２ｂとシールドボックス１５の壁部１５ａとの間
に設けられ、一端が上述した導管３３と接続され、他端
がシールドボックス１５外に配置されている接続管３８
に接続される。接続管３８はシールドボックス１５外に
設けられ、同じく外側に接続された真空ポンプ３４と接
続される。真空ポンプ３４の背後には、更に図示されて
いない真空ポンプが接続され、イオン加速装置２の真空
系内の気体を大気に排気する。

【０００６】ビームライン１９のイオンビームの出口側
には加速管１６が接続され、加速管１６もまた真空排気
管３１と同じように、高電圧ターミナル２２の壁部２２
ｂとシールドボックス１５の壁部１５ａとの間に設けら
れ、一端がビームライン１９と接続され、他端がシール
ドボックス１５外に配置されている接続管３７と接続さ
れる。加速管１６には複数の電極１６ｄが管１６ａの径
方向に取り付けられ、その一部が管１６ａの径内方に突
出している。また、電極１６ｄ間には金属製フープ１６
ｂを介在させて抵抗１６ｃが接続されている。加速管１
６のイオン入口側にはビームライン１９の径よりも小さ
く、且つ加速管１６の電極１６ｄの突出部Ｅ、Ｅ’間の
大きさよりも径が小さいオリフィス１７が、加速管１６
の入口に取り付けられている。接続管３７の他端側は集
束用レンズユニット１２に接続され、この集束用レンズ
ユニット１２の入口には、イオンの入射口に集束用レン
ズユニット１２内に設けられている電極ｅ、ｅ’間より
も径の小さいオリフィス１３が取り付けられている。ま
た、集束用レンズユニット１２にはＸ−Ｙ走査ユニット
１０が接続され、このＸ−Ｙ走査ユニット１０の側部に
は接続管を介して真空ポンプ１１が接続されている。

【０００７】以上のように構成されている従来のイオン
加速装置２は、真空バルブ１８、２７が開弁され、真空
ポンプ１１、２０、２８及び３４が駆動することによ
り、イオン加速装置２の真空系内が排気される。イオン
源２６内は真空ポンプ２８により排気され、ここで排気
された気体はその後段側に接続されている真空配管２
９、真空排気管３１を通り、真空ポンプ３４を介して排
気される。また、加速管１６の内部はオリフィス１７を
介してビームライン１９を通り、真空ポンプ２０によっ
て排気されるか、又は集束用レンズユニット１２を介し
て、Ｘ−Ｙ走査ユニット１０に接続されている真空ポン
プ１１により大気に排気される。

【０００８】以上のようにイオン加速装置２の真空系内
が排気されると、ガスボックス３６に設置されているガ
スボンベより材料ガスを３〜６ｓｃｃｍの流量でガス導
入パイプを介してイオン源２６内に送り、イオン源２６
内はプラズマを形成するための数１０〜１０^-2Ｔｏｒｒ
内に圧力が維持される。この状態でイオン源２６にプラ
ズマ発生用電源（図示せず）により２０ｋＶ〜３０ｋＶ
の高電圧を印加し、これによりイオン源２６にプラスの
電圧が印加され、イオンが引き出される。イオン源２６
で形成されたイオンはこのイオン源２６より引き出され
た後に、質量分離電磁石２４の磁場により選別され、所
望のイオンビームがビームライン１９を走行し、加速管
１６に至る。加速管１６のイオンビームの入射口にオリ
フィス１７が取り付けられているのは加速管１６内で管
１６ａの径外方向に拡がったイオンビームが入射する
と、これが電極１６ｄの突出部Ｅ、Ｅ’に衝突すること
により、電極１６ｄの表面から２次電子が放出されるか
らである。この２次電子が逆方向のビームライン１９側
に加速されると、電子は高いエネルギーを持つため、電
極１６ｄ、オリフィス１７やビームライン１９の壁部に
衝突して、エネルギーの高いＸ線を発生する。このＸ線
の発生を防止するため、電極１６ｄの内孔の径よりも小
さいオリフィス１７が設けられ、電極１６ｄまで拡がっ
て衝突するようなイオンビームを除去している。

【０００９】加速管１６では、ここに入射したイオンビ
ームが高電圧電源装置２１による４００ｋＶ電圧とイオ
ンの価数の積のエネルギーをもってグランド電位まで加
速される。グランド電位まで加速されたイオンビームは
集束用レンズユニット１２により集束された後、Ｘ−Ｙ
走査ユニット１０に入射し、水平方向（Ｘ）、垂直方向
（Ｙ）に偏向される。集束用レンズユニット１２のイオ
ンビーム入射口に取り付けられているオリフィス１３
は、集束用レンズユニット１２に入射したイオンビーム
がこの内部に設けられている電極に衝突すると、この電
極に印加される電流が所定の電流よりも過負荷となるの
を防止するために設けられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上、説明したように
従来のイオン加速装置の加速管と真空排気管が、高電圧
ターミナルの一側壁部に取り付けられているような小型
の４００ｋＶ超級のイオン加速装置においては、高電圧
電源により高電圧ターミナルに印加された４００ｋＶ以
上の電圧を安定に保つために、高電圧ターミナルとシー
ルドボックスとの間に取り付けられた加速管と真空排気
管の内部の圧力を低く保つ必要がある。真空排気管の方
は内径も大きく、またグランド側には真空ポンプがコン
ダクタンスの大きい接続管を介して接続されているの
で、内部の圧力は低く保たれる。他方、加速管内の圧力
はイオンビームの入口側では、加速管の電極にイオンビ
ームを衝突させないようにオリフィスを設け、出口側で
は集束用レンズユニットの電極にイオンビームを衝突さ
せないように、集束用レンズユニットのイオンビームの
入口側にオリフィスが設けられている。

【００１１】このため加速管内を排気する場合は、イオ
ンビームの入口側は主にビームラインに配設された真空
ポンプにより排気され、出口側はＸ−Ｙ走査ユニットに
配設されている真空ポンプにより排気される。しかし、
加速管のイオンビームの入口側にはオリフィスが取り付
けられ、他方、出口側にはオリフィスと更に集束用レン
ズユニット、Ｘ−Ｙ走査ユニットが存在するためコンダ
クタンスが小さくなり、加速管の出入り口での実効的な
排気速度は小さくなり、内部の圧力を低く保つことは困
難である。そこで、加速管の一端に配置されている接続
管に一つポートを取り付け、それに真空ポンプを取り付
けることも考えられるが、これではコストがかかってし
まう。

【００１２】本発明は上記問題に鑑みてなされ、コスト
をあまり必要とせず加速管内部の圧力を低く保つことの
可能な小型４００ｋＶ超級のイオン加速装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ケーシング
内にイオン源、質量分離電磁石及びイオンビームが走行
される導管を備え、前記ケーシングと該ケーシングを電
磁気的に遮蔽するシールドボックスの壁部との間には、
前記イオンビームの入射口に第１のオリフィスが取り付
けられている加速管及び真空排気装置に第１の接続管を
介して接続されている真空排気管を備え、前記シールド
ボックス外には、前記加速管に第２の接続管を介して接
続され、且つ前記イオンビームの入射口に第２のオリフ
ィスが取り付けられている集束用レンズユニットが備え
られ、高電圧装置により前記ケーシングに所定の高電圧
を印加し、電力供給装置により前記イオン源や質量分離
電磁石などに電力を供給するようにしたイオン加速装置
において、前記第１の接続管と前記第２の接続管とを配
管により開閉自在のバルブを介在させて接続させたこと
を特徴とするイオン加速装置によって達成される。

【００１４】

【作用】加速管と集束用レンズユニットとを接続してい
る第１の接続管と、真空排気管と真空排気装置とを接続
している第２の接続管とを、配管により開閉自在のバル
ブを介在させて接続させたので、加速管から真空排気装
置までのコンダクタンスが小さくなるのを防ぎ、加速管
内を高真空に排気することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例によるイオン加速装置
について図面を参照して説明する。尚、従来例と同じ構
成については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。

【００１６】図１及び図２において、本発明のイオン加
速装置は全体として１で示され、このイオン加速装置１
の真空系は従来例と同じように、シールドボックス１５
内にイオン源２６、質量分離電磁石２４、ビームライン
１９、加速管１６及び真空排気管３１が配設され、シー
ルドボックス１５外にはこの壁部１５ａを隔てて、集束
用レンズユニット１２及びＸ−Ｙ走査ユニット１０が配
設され、これらの内部を排気するために真空ポンプ１
１、２０、２８、３４及び真空バルブ１８、２５、２７
が真空系の各部に接続されている。

【００１７】高電圧ターミナル２２の壁部２２ｂとシー
ルドボックス１５の壁部１５ａとの間に配設されている
加速管１６は、この壁部１５ａで接続管５を介して集束
用レンズユニット１２と接続されており、また真空排気
管３１もまた、それら壁部１５ａ、２２ｂの間に配設さ
れ、壁部１５ａで接続管６を介して真空ポンプ３４と接
続されている。図に示されるように、接続管５にはバイ
パス配管７が接続管６側に向けて気密に接続され、また
接続管６にもバイパス配管８が接続管５側に向けて気密
に接続されている。これらバイパス配管７、８のそれぞ
れ他端部は電力供給装置３５の直上方で、開閉自在の真
空バルブ９を介在させて接続されている。バイパス配管
７、８の径は加速管１６内を真空ポンプ３４で排気する
のにコンダクタンスが小さくならないように考慮し、ま
たバイパス配管７、８をむやみに太くして無駄な排気空
間を生じさせないように考慮する必要がある。

【００１８】以上、本発明の実施例によるイオン加速装
置の構成について説明したが、次にその作用について説
明する。

【００１９】図１において、通常の動作時、すなわち真
空系の全体を排気するときは真空バルブ９、１８、２７
を開き、全部の真空ポンプ１１、２０、２８、３４を作
動させる。加速管１６内の気体は加速管１６と接続され
ている接続管５、バイパス配管７、真空バルブ９、バイ
パス配管８及び接続管６を通り真空ポンプ３４により大
気へ排気される。従来例のように、加速管１６内をＸ−
Ｙ走査ユニット１０、又はビームライン１９を介して排
気する構成ではないので、加速管１６のイオンビームの
入射口に取り付けられるオリフィス１７、又は集束用レ
ンズユニット１２の入口に取り付けられているオリフィ
ス１３の存在の有無にかかわらず、加速管１６内の気体
を迅速に排気することができる。従って、排気ルートに
コンダクタンスの小さいところがなく、加速管１６内は
高真空に排気される。

【００２０】イオン源２６を大気圧に戻す場合は真空バ
ルブ９、１８、２５を閉じ、真空ポンプ２０、２８、３
４を停止させる。この状態で、ガスボックス３６からイ
オン源２６に乾燥窒素を導入し、イオン源２６と真空排
気管３１を大気圧に戻す。接続管５、６を連通させるバ
イパス管７、８の間には真空バルブ９が介在し、バルブ
が閉じられているので、これらを経由して加速管１６内
が大気に戻されることはない。イオン源２６を排気する
場合は真空ポンプ２０、２８、３４を作動させ、真空排
気管３１内の圧力が加速管１６内と同程度に達したら真
空バルブ９、１８を開く。ビームライン１９を大気に戻
したい場合は真空バルブ９、１８、２５を閉じ、真空ポ
ンプ１１を停止させ、図示されていないガスボックスか
らＸ−Ｙ走査ユニット１０に乾燥窒素を導入し、ビーム
ライン１９を大気に戻す。ビームライン１９を排気する
場合は真空バルブ９、１８、２５を閉じたまま真空ポン
プ１１を作動させ、加速管１６内の圧力が真空排気管３
１内の圧力と同程度となったら真空バルブ９、１８、２
５を開く。以上のように、本発明のイオン加速装置１は
バイパス管７、８の間に開閉自在の真空バルブ９を介在
させたので、従来のイオン加速装置と全く同じ機能を果
たしながら加速管１６内を高真空に排気することができ
る。尚、真空系内でイオンを加速するための作用につい
ては、従来の技術と同じであるので説明を省略する。

【００２１】以上、説明したように本発明のイオン加速
装置１によれば、真空ポンプを別に設けることもなく、
また既設の真空ポンプの容量を大きくすることもなく、
加速管内の気体を高真空に排気することができる。更
に、加速管に直接真空ポンプを接続させた場合よりも大
巾にコストを削減することができ、装置も大きくならな
い。

【００２２】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２３】例えば、以上の実施例では小型４００ｋＶ
超級のイオン加速装置について説明したが、本発明はこ
れ以上、またはこれ以下のイオン加速装置についても適
用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明のイオン加速装置によれ
ば、加速管の入射口及び集束用レンズユニットの入射口
に取り付けられている第１の及び第２のオリフィスを通
さずに加速管内の気体を排気できるため、加速管内から
真空排気装置までのコンダクタンスを従来よりも大きく
とることができ、実効的な排気速度が大きく、加速管内
部の圧力を下げることができ、加速管に印加された電圧
が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるイオン加速装置の要部の
平面図である。

【図２】図１における［２］−［２］線方向の部分破断
側面図である。

【図３】従来例におけるイオン加速装置の要部の平面図
である。

【図４】図３における［４］−［４］線方向の部分破断
側面図である。

【符号の説明】

２ イオン加速装置 ７ バイパス管 ８ バイパス管 ９ 真空バルブ １２ 集束用レンズユニット １３ オリフィス １５ シールドボックス １６ 加速管 １７ オリフィス １９ ビームライン ２１ 高電圧電源装置 ２２ 高電圧ターミナル ２４ 質量分離電磁石 ２６ イオン源 ３１ 真空排気管 ３４ 真空ポンプ ３５ 電力供給装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内にイオン源、質量分離電磁
   石及びイオンビームが走行される導管を備え、前記ケー
   シングと該ケーシングを電磁気的に遮蔽するシールドボ
   ックスの壁部との間には、前記イオンビームの入射口に
   第１のオリフィスが取り付けられている加速管及び真空
   排気装置に第１の接続管を介して接続されている真空排
   気管を備え、前記シールドボックス外には、前記加速管
   に第２の接続管を介して接続され、且つ前記イオンビー
   ムの入射口に第２のオリフィスが取り付けられている集
   束用レンズユニットが備えられ、高電圧装置により前記
   ケーシングに所定の高電圧を印加し、電力供給装置によ
   り前記イオン源や質量分離電磁石などに電力を供給する
   ようにしたイオン加速装置において、前記第１の接続管
   と前記第２の接続管とを配管により開閉自在のバルブを
   介在させて接続させたことを特徴とするイオン加速装
   置。