JPH11354298A - High frequency type accelerating tube - Google Patents

High frequency type accelerating tube

Info

Publication number
JPH11354298A
JPH11354298A JP16254198A JP16254198A JPH11354298A JP H11354298 A JPH11354298 A JP H11354298A JP 16254198 A JP16254198 A JP 16254198A JP 16254198 A JP16254198 A JP 16254198A JP H11354298 A JPH11354298 A JP H11354298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
inductors
acceleration
tank
inductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP16254198A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4038883B2 (en
Inventor
Shigeaki Hamamoto
成顕 濱本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP16254198A priority Critical patent/JP4038883B2/en
Publication of JPH11354298A publication Critical patent/JPH11354298A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4038883B2 publication Critical patent/JP4038883B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce capacity of a tank for inductors, to secure stable operation, and to improve electric power efficiency in a 3-gap type accelerating tube capable of obtaining excellent accelerating/decelerating efficiency in a wide incident energy range and having excellent versatility in various ion species. SOLUTION: Coil parts 39c, 40c are formed in inductors 39, 40, the total length is shortened, and capacity of a tank 45 is reduced. Mechanical strength becoming a problem at this time is secured by selecting support by insulating plates 46, 47 of the straight line parts 39a, 40a and the ratio of a coil part winding diameter D to a tube diameter (d) as 9 to 13, the center of drift tubes 36, 37 is accurately and stably held on the beam axis, and stable operation is realized. Shunt impedance is enhanced by selecting the D/d in the range to improve electric power efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置、
イオンビーム照射装置およびPIXE(Proton Induced
X-Ray Emission )やSIMS(Secondary Ion Mass S
pectrometry )等のイオンビームを使った表面分析装置
などで好適に実施され、高周波でイオンを加速する直線
型の加速管に関し、特に3ギャップの加速管に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion implantation apparatus,
Ion beam irradiation equipment and PIXE (Proton Induced
X-Ray Emission) and SIMS (Secondary Ion Mass S
The present invention relates to a linear acceleration tube which is preferably implemented in a surface analyzer using an ion beam such as spectrometry, and accelerates ions at a high frequency, and particularly to a three-gap acceleration tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンを高周波で加速する技術は、古く
から研究が行われており、半導体の製造工程や医療等で
広く利用されている。これまでイオン加速用に開発され
てきた高周波型加速器の例として、ヴィデレー型、アル
バレ型およびRFQ(高周波四重極加速器)などがあ
り、比較的短い加速器長さで、高いエネルギが得られる
ように研究が進められてきた。
2. Description of the Related Art Techniques for accelerating ions at a high frequency have been studied for a long time, and are widely used in semiconductor manufacturing processes, medical treatment and the like. Examples of high-frequency accelerators that have been developed for ion acceleration include the Vidley-type, Alvaret-type, and RFQ (high-frequency quadrupole accelerator), which can provide high energy with a relatively short accelerator length. Research has been advanced.

【0003】しかしながら、これらの加速器はエネルギ
可変性に乏しく、特に、半導体の製造工程に適用するた
めには、エネルギを連続的に可変できることが必要不可
欠である。これを解決する手法として、たとえば特公平
6−28146号、特公平8−23067号、特開平1
0−125273号および特開平10−125272号
公報で示されるように、ギャップ数の少ない加速管を多
段に接続することが提案されている。
[0003] However, these accelerators have poor energy variability. In particular, in order to apply them to a semiconductor manufacturing process, it is essential that energy can be continuously varied. As a method of solving this, for example, Japanese Patent Publication No. 6-28146, Japanese Patent Publication No. 8-23067,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-125273 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125272, it has been proposed to connect accelerator tubes having a small number of gaps in multiple stages.

【0004】たとえば2ギャップの加速管と、3ギャッ
プの加速管とにおける、1価のイオンに対するエネルギ
ゲインE2,E3は、それぞれ下式で表される。
For example, the energy gains E2 and E3 for monovalent ions in a two-gap accelerator tube and a three-gap accelerator tube are respectively expressed by the following equations.

【0005】 E2=2V※T※cosφ …(1) E3=4V※T※cosφ …(2) ただし、Vはドリフトチューブに高周波が導入されるこ
とによって発生する励振電圧であり、φは同期位相であ
り、Tはイオンが加速管を通過する時間および電極配置
によって決定される定数であり、TTF(Transit Time
Factor )と称され、入射速度に対する加減速度効率を
表す。
E2 = 2V * T * cosφ (1) E3 = 4V * T * cosφ (2) where V is an excitation voltage generated when a high frequency is introduced into the drift tube, and φ is a synchronous phase. Where T is a constant determined by the time for the ions to pass through the accelerating tube and the electrode arrangement, and TTF (Transit Time
Factor), which represents the acceleration / deceleration efficiency with respect to the incident velocity.

【0006】ここで、各ギャップ数毎の加速管へのイオ
ンの入射速度の変化に対する、前記TTFの変化を図8
に示す。この図8において、β0 は、光束cに対するイ
オンの入射速度vの比βの最適値であり、前記イオンの
入射速度vがギャップ間距離によって決定される加速の
タイミングに同期している状態である。
FIG. 8 shows a change in the TTF with respect to a change in the incident velocity of ions into the accelerator tube for each gap number.
Shown in In FIG. 8, β 0 is the optimum value of the ratio β of the incident velocity v of the ions to the light flux c, and the value β 0 is synchronized with the acceleration timing determined by the gap distance. is there.

【0007】この図8から明らかなように、ギャップ数
が増加する程、入射速度の異なるイオンを効率的に加速
することができなくなってゆく。一方、前記励振電圧V
が同じ場合、ギャップ数が多くなる程、エネルギゲイン
が高くなり、たとえば前記式1と式2とから明らかなよ
うに、3ギャップ型では2ギャップ型に比べて、2倍の
エネルギゲインとなる。
As is apparent from FIG. 8, as the number of gaps increases, ions having different incident velocities cannot be efficiently accelerated. On the other hand, the excitation voltage V
Are the same, the energy gain increases as the number of gaps increases. For example, as is apparent from Equations 1 and 2, the energy gain of the 3-gap type is twice as large as that of the 2-gap type.

【0008】したがって、様々なイオンを様々なエネル
ギで加速する前記イオン注入装置やイオンビーム照射装
置の場合には、比較的大きなエネルギゲインを得ること
ができ、かつ緩やかなTTFの変化を有する3ギャップ
型が最適であると考えられる。たとえば5ギャップ型に
なると、エネルギゲインE5は、10V※T※cosφ
となるけれども、TTFの変化が大きく、イオン種や入
射エネルギーが異なると、全く加速できない場合が生じ
てしまい、前記イオン注入装置などでは致命的である。
Therefore, in the case of the ion implantation apparatus or the ion beam irradiation apparatus which accelerates various ions with various energies, a relatively large energy gain can be obtained and a three-gap having a gradual change in TTF can be obtained. The type is considered optimal. For example, for a 5-gap type, the energy gain E5 is 10V * T * cosφ
However, if the change in TTF is large and the ion species and incident energy are different, acceleration may not be possible at all, which is fatal in the ion implantation apparatus and the like.

【0009】図9は、上述のような3ギャップの典型的
な従来技術の加速管1の構造を示す縦断面図である。加
速室2に形成された孔3から入射されたイオン4は、大
地電位である該加速室2の壁面に接続されたグランド電
極5と、高周波電圧で励振されているドリフトチューブ
6との間の第1の加速ギャップ7で加速され、ドリフト
チューブ6中を通過する間に位相が180°変わり、前
記ドリフトチューブ6と該ドリフトチューブ6とは逆極
性の高周波電圧で励振されているドリフトチューブ8と
の間の第2の加速ギャップ9で加速され、さらに前記ド
リフトチューブ8と加速室2の壁面に接続されたグラン
ド電極10との間の第3の加速ギャップ11で加速され
て、孔12から出射される。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the structure of a typical prior art accelerator tube 1 having three gaps as described above. The ions 4 incident from the holes 3 formed in the acceleration chamber 2 form a gap between the ground electrode 5 connected to the wall surface of the acceleration chamber 2 at the ground potential and the drift tube 6 excited by the high-frequency voltage. The drift tube 6 is accelerated by the first acceleration gap 7, and its phase changes by 180 ° while passing through the drift tube 6. , And accelerated in a third acceleration gap 11 between the drift tube 8 and the ground electrode 10 connected to the wall of the acceleration chamber 2, and emitted from the hole 12. Is done.

【0010】ドリフトチューブ6,8には、タンク13
の底面から立設された共振用のインダクタポール14,
15が接続されている。一方のインダクタポール14に
は、参照符16で示す同軸管またはケーブル(図9の例
では同軸ケーブル)から結合器17を介してタンク13
内に導入された高周波電力が、前記結合器17とインダ
クタポール14との電磁結合または容量結合(図9の例
では容量結合)よって、該インダクタポール14に与え
られる。他方のインダクタポール15には、前記結合器
17と同様に構成されるチューナ18が臨んでおり、該
チューナ18とインダクタポール15との間の静電容量
を調整することによって、反射電力が最小な条件で前記
高周波電力が導入される。
Drift tubes 6 and 8 have tank 13
Resonance inductor poles 14 erected from the bottom of
15 are connected. One of the inductor poles 14 is connected to a tank 13 via a coupler 17 from a coaxial tube or cable (a coaxial cable in the example of FIG. 9) indicated by reference numeral 16.
The high-frequency power introduced into the power supply is supplied to the inductor pole 14 by electromagnetic coupling or capacitive coupling (capacitive coupling in the example of FIG. 9) between the coupler 17 and the inductor pole 14. A tuner 18 having the same configuration as the coupler 17 faces the other inductor pole 15. By adjusting the capacitance between the tuner 18 and the inductor pole 15, the reflected power is minimized. The high-frequency power is introduced under conditions.

【0011】図10は、3ギャップの他の従来技術の加
速管21の構造を説明するためのタンク22の一部を切
欠いて示す斜視図である。この加速管21は、Nuclear
Instruments and Methods in Physies Research 224
(1984)の第17項〜第26項に記載されているも
のである。なお、この加速管21において前述の加速管
1に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説
明を省略する。この加速管21では、ドリフトチューブ
6,8に対するインダクタ23,24は、渦巻状に形成
されている。
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view of a tank 22 for explaining the structure of another prior art acceleration tube 21 having three gaps. This accelerating tube 21 is a Nuclear
Instruments and Methods in Physies Research 224
(1984), paragraphs 17 to 26. In the acceleration tube 21, portions corresponding to the above-described acceleration tube 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this acceleration tube 21, the inductors 23 and 24 for the drift tubes 6 and 8 are formed in a spiral shape.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
る加速管1,21において、前記インダクタポール1
4,15およびインダクタ23,24は、1/4波長共
振器と称され、加速管の共振波長λの1/4付近の長さ
に形成される。したがって、たとえば共振周波数が10
0(MHz)の場合で、長さが75cmとなる。一方、
前記イオン注入装置で用いるような、B,P,Asなど
の、比較的重いイオンを加速する場合には、普通、加速
管の共振周波数を10〜50(MHz)にとる。
In the acceleration tubes 1 and 21 constructed as described above, the inductor pole 1
The inductors 4 and 15 and the inductors 23 and 24 are called 1 / wavelength resonators and are formed to have a length near 1 / of the resonance wavelength λ of the acceleration tube. Therefore, for example, if the resonance frequency is 10
In the case of 0 (MHz), the length is 75 cm. on the other hand,
When accelerating relatively heavy ions such as B, P, and As used in the ion implantation apparatus, the resonance frequency of the accelerating tube is usually set to 10 to 50 (MHz).

【0013】したがって、共振周波数を、たとえば10
(MHz)とすると、前記インダクタポール14,15
およびインダクタ23,24の長さは、7.5(m)に
も及んでしまう。この場合、前記加速管1のような構造
では、タンク13の高さが10(m)近くにもなり、現
実的ではない。
Therefore, the resonance frequency is set to, for example, 10
(MHz), the inductor poles 14, 15
And the lengths of the inductors 23 and 24 are as large as 7.5 (m). In this case, with a structure like the acceleration tube 1, the height of the tank 13 becomes close to 10 (m), which is not practical.

【0014】この点、前記加速管21では、インダクタ
23,24の巻数を多く取ることによって、タンク22
の容量を小さくすることができる。しかしながら、前記
巻数を多く取ると、インダクタ23,24の剛性が不足
してしまう。一方、該インダクタ23,24は、注入さ
れる高周波電力の多くを消費するので、二重筒構造とさ
れて、該筒内には数〜数十(リットル/分)の大流量の
冷媒が流れている。したがって、前記巻数を多く取る
と、ドリフトチューブ6,8を支持する該インダクタ2
3,24の機械的強度が不足し、前記ドリフトチューブ
6,8をビーム進行軸上に正確に位置決めすることがで
きず、場合によっては振動が発生し、共振周波数を一定
に保持することができなくなり、加速管21の安定稼動
に支障をきたしてしまう。
In this respect, in the accelerating tube 21, the number of turns of the inductors 23 and 24 is increased so that the tank 22
Capacity can be reduced. However, if the number of turns is increased, the rigidity of the inductors 23 and 24 becomes insufficient. On the other hand, since the inductors 23 and 24 consume a large amount of high-frequency power to be injected, the inductors 23 and 24 have a double-cylinder structure, and a large flow rate of several to several tens (liter / minute) flows through the cylinder. ing. Therefore, if the number of turns is large, the inductor 2 supporting the drift tubes 6 and 8 can be used.
The mechanical strength of the drift tubes 3 and 24 is insufficient, and the drift tubes 6 and 8 cannot be accurately positioned on the beam advancing axis. In some cases, vibration occurs and the resonance frequency can be kept constant. And the stable operation of the acceleration tube 21 is hindered.

【0015】また、インダクタ23,24の巻数を多く
すると、該インダクタ23,24にドリフトチューブ
6,8を固着するにあたって、その取付部付近に充分な
作業スペースを確保することができず、作業性が悪いと
いう問題もある。以上のことから、加速管21では、イ
ンダクタ23,24に機械的な精度および強度が要求さ
れ、該インダクタ23,24の巻数をあまり多くするこ
とができず、タンク22の容量を小さくすることができ
ない。
If the number of turns of the inductors 23 and 24 is increased, a sufficient working space cannot be secured near the mounting portion when the drift tubes 6 and 8 are fixed to the inductors 23 and 24. There is also a problem that is bad. From the above, in the accelerating tube 21, mechanical accuracy and strength are required for the inductors 23 and 24, so that the number of turns of the inductors 23 and 24 cannot be increased so much and the capacity of the tank 22 can be reduced. Can not.

【0016】さらにまた、加速管には、シャントインピ
ーダンスR0 と呼ばれる励振電圧を評価するパラメータ
が定義されており、該パラメータを用いて、3ギャップ
の加速管のトータルの励振電圧は、下式で表される。
Further, a parameter for evaluating the excitation voltage, called a shunt impedance R 0 , is defined for the accelerator tube. Using this parameter, the total excitation voltage of the 3-gap accelerator tube is expressed by the following equation. expressed.

【0017】 4V={2※P※R0 1/2 …(3) ただし、Pは投入パワーを表す。4V = {2 * P * R 0 } 1/2 (3) where P represents input power.

【0018】したがって、シャントインピーダンスR0
は、加速管のエネルギゲインを決定するパラメータであ
り、該シャントインピーダンスR0 が高くなる程、加速
管当りのエネルギゲイン、したがって投入パワー当りの
エネルギゲインである電力効率を大きくすることができ
る。このシャントインピーダンスR0 は、インダクタの
形状およびタンク内での位置等によって決定され、電力
効率の向上のために、高くすることが望まれる。
Therefore, the shunt impedance R 0
Is a parameter for determining the energy gain of the accelerating tube. As the shunt impedance R 0 increases, the energy efficiency per accelerating tube, that is, the power gain per input power can be increased. The shunt impedance R 0 is determined by the shape of the inductor, the position in the tank, and the like, and is desirably increased to improve power efficiency.

【0019】本発明の目的は、インダクタのタンク容量
を縮小することができるとともに、安定動作および電力
効率の向上を図ることができる高周波型加速管を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a high-frequency accelerating tube capable of reducing the tank capacity of the inductor and improving the stable operation and power efficiency.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明に係る高周波型加
速管は、加速室内に3つの加速ギャップを有し、その加
速ギャップを構成する2つのドリフトチューブにそれぞ
れ関連する共振用のインダクタがタンク内に設けられる
高周波型加速管において、前記各インダクタは、冷却水
を通過させることができる管体から成り、タンク底面か
ら立設される第1の直線部と、前記第1の直線部に連な
るコイル部と、前記コイル部と前記ドリフトチューブと
の間を接続する第2の直線部とを有し、前記第2の直線
部が絶縁部材によってタンク内壁に保持固定され、前記
コイル部は、その巻径と管体の外径との比が9〜13に
形成されることを特徴とする。
A high-frequency accelerator according to the present invention has three acceleration gaps in an acceleration chamber, and a resonance inductor associated with each of two drift tubes constituting the acceleration gap is a tank. In the high-frequency type acceleration tube provided in the inside, each of the inductors is composed of a tube body through which cooling water can pass, and is connected to a first straight portion standing upright from a tank bottom surface and the first straight portion. A coil portion, and a second linear portion that connects between the coil portion and the drift tube, wherein the second linear portion is held and fixed to an inner wall of the tank by an insulating member; The ratio between the winding diameter and the outer diameter of the tube is formed in the range of 9 to 13.

【0021】上記の構成によれば、比較的大きなエネル
ギゲインを得ることができ、かつ比較的緩やかなTTF
変化で種々のイオン種および入射エネルギに対応するこ
とができる3ギャップの高周波型加速管において、比較
的重いイオンを加速するにあったって、共振周波数が低
いために長くなってしまう共振用のインダクタにコイル
部を形成し、タンク容量の縮小を図るとともに、ドリフ
トチューブとインダクタとの接続にあたって、組立作業
性を向上するために、ドリフトチューブの周囲に広い作
業スペースを確保する。
According to the above configuration, a relatively large energy gain can be obtained and a relatively gentle TTF
In a three-gap high-frequency accelerator capable of coping with various ion species and incident energies by changing, in order to accelerate relatively heavy ions, the resonance inductor becomes longer due to its lower resonance frequency. A coil section is formed to reduce the tank capacity, and at the time of connection between the drift tube and the inductor, a large work space is secured around the drift tube in order to improve the assembling workability.

【0022】このとき、前記インダクタでは、前記コイ
ル部に連なる第1の直線部がタンク底面に保持固定さ
れ、前記コイル部と前記ドリフトチューブとの間を接続
する第2の直線部が絶縁部材によってタンク内壁に保持
固定され、かつコイル部の巻径と管体の外径との比が9
〜13に形成され、必要な機械的強度と冷却能力とが確
保される。これによって、共振周波数にずれを生じるこ
とがなく、安定動作および電力効率の向上を図ることが
できる。
At this time, in the inductor, a first linear portion connected to the coil portion is held and fixed to the tank bottom surface, and a second linear portion connecting between the coil portion and the drift tube is formed by an insulating member. The ratio of the winding diameter of the coil portion to the outer diameter of the pipe is 9
To 13 to secure necessary mechanical strength and cooling capacity. As a result, a stable operation and an improvement in power efficiency can be achieved without causing a shift in the resonance frequency.

【0023】また、インダクタのコイル部の巻径と管体
の外径との比が前記9〜13に形成されることによっ
て、シャントインピーダンスR0 を比較的高く設定する
ことができ、これによってもまた、電力効率の向上を図
ることができる。
Further, since the ratio between the winding diameter of the coil portion of the inductor and the outer diameter of the tube is formed in the range of 9 to 13, the shunt impedance R0 can be set relatively high. In addition, power efficiency can be improved.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図1〜図6に基づいて説明すれば、以下のとおりであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described.
The following is a description based on FIGS. 1 to 6.

【0025】図1は本発明の実施の一形態の加速管31
の構造を示す縦断面図であり、図2は図1の切断面線A
−Aから見た断面図である。この加速管31は、3つの
加速ギャップ32,33,34を備える直線型の加速管
であり、大略的に、前記加速ギャップ32,33,34
を形成するグランド電極35、ドリフトチューブ36、
ドリフトチューブ37およびグランド電極38を備える
加速室41と、共振用のインダクタ39,40を備える
タンク45とから構成されている。
FIG. 1 shows an acceleration tube 31 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of FIG. 1, and FIG.
It is sectional drawing seen from -A. The acceleration tube 31 is a linear acceleration tube having three acceleration gaps 32, 33, and 34.
, A ground electrode 35, a drift tube 36,
The acceleration chamber 41 includes a drift tube 37 and a ground electrode 38, and a tank 45 includes resonance inductors 39 and 40.

【0026】この加速管31では、高周波電圧が印加さ
れる2つのドリフトチューブ36,37にそれぞれ接続
されるインダクタ39,40がLとなり、前記加速ギャ
ップ32,33,34と各部の分布容量がCとなり、立
体的な共振回路を形成している。
In the acceleration tube 31, the inductors 39 and 40 connected to the two drift tubes 36 and 37 to which the high-frequency voltage is applied become L, and the acceleration gaps 32, 33 and 34 and the distributed capacitance of each part become C. Thus, a three-dimensional resonance circuit is formed.

【0027】前記加速室41およびタンク45は、銅、
アルミ、銀、またはそれらがメッキ処理された非磁性材
料などの導電性の高い材料によって形成されている。た
だし、前記メッキ処理された材料の場合には、メッキ厚
さを、材質と周波数とによって決定される表皮厚さより
も充分厚くすることは言うまでもない。後述するインダ
クタ39,40以外の比較的パワー損失の小さい残余の
部分も、このような材料によって形成されている。
The acceleration chamber 41 and the tank 45 are made of copper,
It is formed of a highly conductive material such as aluminum, silver, or a non-magnetic material obtained by plating them. However, in the case of the plated material, it goes without saying that the plating thickness is sufficiently thicker than the skin thickness determined by the material and the frequency. The remaining portions having relatively small power loss other than the inductors 39 and 40 described later are also formed of such a material.

【0028】加速室41の孔42から入射されたイオン
43は、大地電位である該加速室41の壁面に接続され
たグランド電極35とドリフトチューブ36との間の第
1の加速ギャップ32と、ドリフトチューブ36,37
間の第2の加速ギャップ33と、ドリフトチューブ37
と加速室41の壁面に接続されたグランド電極38との
間の第3の加速ギャップ34とで順次加速された後、孔
44から出射される。加速室41内は、イオン43のビ
ーム損失の低減および放電防止のために、高真空に保た
れている。
The ions 43 incident from the holes 42 of the acceleration chamber 41 are supplied to the first acceleration gap 32 between the ground electrode 35 connected to the wall surface of the acceleration chamber 41 at the ground potential and the drift tube 36, Drift tubes 36, 37
Between the second acceleration gap 33 and the drift tube 37
After being sequentially accelerated by the third acceleration gap 34 between the ground electrode 38 and the ground electrode 38 connected to the wall surface of the acceleration chamber 41, the light is emitted from the hole 44. The interior of the acceleration chamber 41 is maintained at a high vacuum in order to reduce the beam loss of the ions 43 and prevent discharge.

【0029】前記ドリフトチューブ36,37には、そ
れぞれ共振用のインダクタ39,40の一端側の直線部
39a,40aが接続されており、このインダクタ3
9,40の他端側の直線部39b,40bは、タンク4
5の底面に接続されている。このインダクタ39,40
のタンク45の底面側での間隔L1は、前記シャントイ
ンピーダンスR0 が低下しないような距離に選ばれ、ド
リフトチューブ36,37側での間隔L2は、加速ギャ
ップ32,33,34間の間隔L3に等しく、最も効率
良く加速すべきイオンの速度に合わせて設定され、した
がってこれらの間隔L1,L2は、必ずしも等しくなる
必要はない。
The drift tubes 36 and 37 are connected to linear portions 39a and 40a at one end of resonance inductors 39 and 40, respectively.
The straight portions 39b and 40b on the other end side of the tanks 9 and 40 are
5 is connected to the bottom surface. These inductors 39 and 40
The distance L1 on the bottom side of the tank 45 is selected such that the shunt impedance R0 does not decrease, and the distance L2 on the drift tubes 36, 37 side is the distance L3 between the acceleration gaps 32, 33, 34. And the distances L1 and L2 do not necessarily need to be equal.

【0030】前記インダクタ39,40における前記両
端の直線部39a,39b;40a,40b以外の部分
は、コイル状に巻回されてコイル部39c,40cを形
成しており、前記λ/4共振器に必要となるインダクタ
長さに対して、該コイル部39c,40cの長さは大幅
に短く、したがってタンク45の高さHが充分小さくな
っている。前記2つのコイル部39c,40cの巻回方
向は、相互に同一方向と、相互に異なる方向とのいずれ
であってもよい。このインダクタ39,40は、後に詳
述するように二重筒構造とされており、該筒内には、純
水やフレオンなどの外部から供給される冷媒が循環され
ている。
The portions of the inductors 39 and 40 other than the linear portions 39a and 39b; 40a and 40b at both ends are wound in a coil shape to form coil portions 39c and 40c, and the λ / 4 resonator is formed. The length of the coil portions 39c and 40c is significantly shorter than the required inductor length, and the height H of the tank 45 is sufficiently small. The winding directions of the two coil portions 39c and 40c may be either the same direction or different directions. The inductors 39 and 40 have a double-cylinder structure as described in detail later, and a coolant supplied from outside such as pure water or Freon is circulated in the cylinder.

【0031】前記インダクタ39,40の遊端側となる
前記直線部39a,40aは、絶縁板46,47によっ
て、それぞれタンク45の内壁に保持固定されており、
これによって前記ドリフトチューブ36,37の中心
は、ビーム軸上に正確に位置決めされて、安定して保持
される。前記絶縁板46,47は、高周波電界の高い箇
所に配置されるので、発熱、すなわちパワー損失が発生
する。したがって、これを抑えるために、誘電正接が充
分低い材料、たとえば高純度アルミナや高周波用セラミ
ック等から形成される。
The linear portions 39a and 40a on the free ends of the inductors 39 and 40 are held and fixed to the inner wall of the tank 45 by insulating plates 46 and 47, respectively.
As a result, the centers of the drift tubes 36 and 37 are accurately positioned on the beam axis, and are stably held. Since the insulating plates 46 and 47 are arranged at a place where the high-frequency electric field is high, heat generation, that is, power loss occurs. Therefore, in order to suppress this, it is formed from a material having a sufficiently low dielectric loss tangent, for example, high-purity alumina or high-frequency ceramic.

【0032】高周波電力の導入は、電磁結合または容量
結合の何れであってもよく、図1は、容量結合の例を示
している。前記高周波電力は、高周波電源から、特性イ
ンピーダンスがたとえば50Ωで、参照符48で示す同
軸管またはケーブル(図1の例では同軸ケーブル)によ
ってタンク45内に導入され、ループ型またはプレート
型(図1の例ではプレート型)の結合器49に与えられ
ている。結合器49はインダクタ39の直線部39aに
臨み、該結合器49とインダクタ39との間の静電容量
を調整することによって、同軸ケーブル48とインダク
タ39とはインピーダンス結合され、反射電力が最小な
条件で前記高周波電力が導入される。
The introduction of high-frequency power may be either electromagnetic coupling or capacitive coupling. FIG. 1 shows an example of capacitive coupling. The high-frequency power is introduced into the tank 45 from a high-frequency power supply by a coaxial tube or cable (coaxial cable in the example of FIG. 1) indicated by reference numeral 48 and having a characteristic impedance of, for example, 50Ω, and is provided in a loop type or plate type (FIG. In the example of (1), a plate-type coupler 49 is provided. The coupler 49 faces the linear portion 39a of the inductor 39, and by adjusting the capacitance between the coupler 49 and the inductor 39, the coaxial cable 48 and the inductor 39 are impedance-coupled and the reflected power is minimized. The high-frequency power is introduced under conditions.

【0033】高周波電力が導入されると、図2で示すよ
うに、インダクタ39,40が相互に逆極性、すなわち
位相が180°ずれた高周波の励振電圧Vで励振し、加
速電界Eが発生する。加速の原理は、たとえば前記特開
平10−125272号公報の第0009〜0018段
落に記載されている。加速管31が励振すると、内部が
発熱し、共振周波数がシフトしてしまうので、これを補
償するために、前記ループ型またはプレート型(図1の
例ではプレート型)のチューナ50が、インダクタ40
の直線部40aに臨んで設けられている。
When the high-frequency power is introduced, as shown in FIG. 2, the inductors 39 and 40 are excited by high-frequency excitation voltages V of opposite polarities, that is, 180 degrees out of phase, and an acceleration electric field E is generated. . The principle of acceleration is described in, for example, paragraphs [0009] to [0018] of JP-A-10-125272. When the acceleration tube 31 is excited, heat is generated inside and the resonance frequency is shifted. To compensate for this, the loop-type or plate-type (plate-type in the example of FIG.
Is provided facing the linear portion 40a.

【0034】上述のように構成される加速管31におい
て、本発明では、前記インダクタ39,40は、以下に
詳述するように形成される。
In the acceleration tube 31 configured as described above, according to the present invention, the inductors 39 and 40 are formed as described in detail below.

【0035】まず、シャントインピーダンスR0 につい
て検討する。加速管のエネルギゲインをできるだけ大き
くするためには、前述のようにシャントインピーダンス
0をできるだけ高くする必要がある。このシャントイ
ンピーダンスR0 は、 R0 =Q0 ※(R0 /Q0 ) …(4) で表すことができる。
First, consider the shunt impedance R 0 . In order to increase the energy gain of the accelerator tube as much as possible, it is necessary to increase the shunt impedance R0 as much as possible as described above. This shunt impedance R 0 can be represented by R 0 = Q 0 * (R 0 / Q 0 ) (4).

【0036】ここで、Q0 は、無負荷Q値と称され、加
速管内のパワー損失が少い程、高くなる。また、(R0
/Q0 )は、加速管の特性インピーダンスであり、該加
速管の構造によって決定される。前記Q値は、上述のよ
うな導電性の良好な材料や、誘電正接の小さい絶縁部材
を使用することで改善することができる。また、一般
に、加速管内で発生する磁界成分を導電物が遮ると、そ
の部分で電流が流れ、前記Q値が低下するので、この点
に関しても注意を要する。一方、前記(R0 /Q0
は、ほぼインダクタの形状によって決定される。そこ
で、本件発明者は3次元動電磁場解析を行い、その解析
結果に基づいて、インダクタ39,40の最適形状を求
めている。
Here, Q 0 is called an unloaded Q value, and increases as the power loss in the acceleration tube decreases. Also, (R 0
/ Q 0 ) is the characteristic impedance of the accelerator, which is determined by the structure of the accelerator. The Q value can be improved by using a material having good conductivity as described above or an insulating member having a small dielectric loss tangent. Further, in general, when a conductive material blocks a magnetic field component generated in an acceleration tube, a current flows in that portion, and the Q value is reduced. On the other hand, the above (R 0 / Q 0 )
Is substantially determined by the shape of the inductor. Therefore, the present inventor has performed a three-dimensional dynamic electromagnetic field analysis, and based on the analysis result, has determined the optimum shapes of the inductors 39 and 40.

【0037】前記3次元動電磁場解析によるインダクタ
周りの磁場分布を図3に示す。なおこの例では、インダ
クタ39,40のコイル部39c,40cの巻回方向
は、相互に同一方向としており、また結合器49および
チューナ50ならびに絶縁板46,47は省略してい
る。
FIG. 3 shows a magnetic field distribution around the inductor by the three-dimensional dynamic electromagnetic field analysis. In this example, the winding directions of the coil portions 39c and 40c of the inductors 39 and 40 are the same, and the coupler 49, the tuner 50, and the insulating plates 46 and 47 are omitted.

【0038】この図3から明らかなように、インダクタ
39,40が相互に逆極性の励振電圧Vで励振している
ので、磁場の流れは、参照符60で示すように、コイル
部39c,40c内を貫く大きなループ状となってい
る。インダクタ39,40の巻回方向が相互に逆方向で
あれば、磁場の流れは、コイル部39c,40cの内周
から外周をそれぞれ周る小さなループ状となる。
As is apparent from FIG. 3, since the inductors 39 and 40 are excited by excitation voltages V of opposite polarities, the flow of the magnetic field is controlled by the coil portions 39c and 40c as indicated by reference numeral 60. It has a large loop shape that runs through the inside. If the winding directions of the inductors 39 and 40 are opposite to each other, the flow of the magnetic field becomes a small loop shape that goes from the inner circumference to the outer circumference of the coil sections 39c and 40c, respectively.

【0039】前記コイル部39c,40cがタンク45
の底面側に近付くと、前記磁場ループが該タンク45の
底面に接触するようになり、また加速室41側に近付く
と、前記加速室41がタンク45に比べて比較的小さい
場合には、前記磁場ループがタンク45の上面に接触す
るようになる。これによって、磁場が遮断されると、前
述のようにQ値の低下を招き、シャントインピーダンス
0 が低下してしまう。たとえば、前記シャントインピ
ーダンスR0 は、図1〜図3の構造では、11.35
(MΩ)であったのが、インダクタ39,40間に導電
板を挿入して前記磁場ループ60を遮断すると、10.
77(MΩ)となり、約5(%)低下してしまう。
The coil portions 39c and 40c are
When approaching the bottom side of the tank, the magnetic field loop comes into contact with the bottom of the tank 45, and when approaching the acceleration chamber 41 side, when the acceleration chamber 41 is relatively small compared to the tank 45, The magnetic field loop comes into contact with the upper surface of the tank 45. As a result, when the magnetic field is cut off, the Q value decreases as described above, and the shunt impedance R 0 decreases. For example, the shunt impedance R 0 is 11.35 in the structure of FIGS.
(MΩ). However, when a conductive plate is inserted between the inductors 39 and 40 to cut off the magnetic field loop 60, 10.
77 (MΩ), which is about 5 (%) lower.

【0040】したがって、タンク高さHを極力低くする
ことができる範囲内で、前記コイル部39c,40cを
前記直線部39a,39b;40a,40bでそれぞれ
支持して、タンク45の中央部付近に配置し、磁場ルー
プ60の乱れを極力小さくなるようにしている。
Therefore, the coil portions 39c, 40c are supported by the linear portions 39a, 39b; 40a, 40b, respectively, within a range where the tank height H can be made as low as possible. They are arranged so that the disturbance of the magnetic field loop 60 is minimized.

【0041】一方、インダクタ39,40のチューブ径
dと、該インダクタ39,40の巻径Dとを変化させた
場合のシャントインピーダンスR0 の変化を、それぞれ
図4(a)および図5(a)で示す。これら図4および
図5の例は、共振周波数を33(MHz)とした場合の
例である。ただし、前記巻径Dは、コイル部39c,4
0cの平均の径であり、チューブ中心での径となる。
On the other hand, changes in the shunt impedance R 0 when the tube diameter d of the inductors 39 and 40 and the winding diameter D of the inductors 39 and 40 are changed are shown in FIGS. 4 (a) and 5 (a), respectively. ). 4 and 5 are examples in which the resonance frequency is set to 33 (MHz). However, the winding diameter D is equal to the coil portions 39c, 4
0c is the average diameter, which is the diameter at the center of the tube.

【0042】図4の例では、タンク45の内径L10を
350(mm)とし、インダクタ間距離L1を150
(mm)とし、前記巻径Dを80(mm)としている。
図4(b)には、チューブ径dを変化させることで、巻
径Dと該チューブ径dとの比率を変化させた場合におけ
るシャントインピーダンスR0 のピーク値に対する比率
の変化を示している。この図4からは、チューブ径dが
8(mm)であるときにシャントインピーダンスR0
最も高く、そのピーク値に対して、許容値をたとえば9
0(%)とすると、D/d=9〜13の範囲に設定すれ
ば良いことが理解される。
In the example of FIG. 4, the inner diameter L10 of the tank 45 is 350 (mm), and the distance L1 between the inductors is 150.
(Mm), and the winding diameter D is 80 (mm).
FIG. 4B shows a change in the ratio of the shunt impedance R 0 to the peak value when the ratio between the winding diameter D and the tube diameter d is changed by changing the tube diameter d. FIG. 4 shows that the shunt impedance R 0 is the highest when the tube diameter d is 8 (mm), and the allowable value is set to 9 for the peak value, for example.
If 0 (%) is set, it is understood that D / d may be set in the range of 9 to 13.

【0043】また図5の例では、前記タンク内径L10
を500(mm)とし、インダクタ間距離L1を250
(mm)とし、チューブ径dを10(mm)としてい
る。図5(b)には、前記D/dを変化させた場合のシ
ャントインピーダンスR0 の前記ピーク値に対する比率
の変化を示している。この図5から、前記巻径Dが10
0(mm)であるときが、最もシャントインピーダンス
0 が高いことを表しており、そのピーク値に対して、
許容値を前記90(%)とすると、D/dが8以上であ
れば良いことが理解される。
In the example of FIG. 5, the tank inner diameter L10
Is 500 (mm), and the distance L1 between the inductors is 250
(Mm), and the tube diameter d is 10 (mm). FIG. 5B shows a change in the ratio of the shunt impedance R 0 to the peak value when D / d is changed. From FIG. 5, the winding diameter D is 10
0 (mm) indicates that the shunt impedance R 0 is the highest, and with respect to the peak value,
Assuming that the allowable value is 90 (%), it is understood that D / d should be 8 or more.

【0044】前記図4および図5から明らかなように、
タンク内径L10およびインダクタ間距離L1を変化さ
せても、シャントインピーダンスR0 が最大になるとき
のD/dは、ほぼ同じになり、たとえば許容値をピーク
値の90(%)とすると、9〜13の範囲であれば、そ
の許容値内でのシャントインピーダンスを得ることがで
きる。
As is apparent from FIGS. 4 and 5,
Even when the tank inner diameter L10 and the distance L1 between the inductors are changed, D / d when the shunt impedance R0 is maximized becomes substantially the same. For example, if the allowable value is 90 (%) of the peak value, 9 to Within the range of 13, a shunt impedance within the allowable value can be obtained.

【0045】次に、前記インダクタ39,40の加工性
について検討する。これらのインダクタ39,40は、
金、銀、銅等の導電性の良好な金属チューブ、または表
面にこれらの金属のメッキ処理を施したチューブを、螺
旋状に巻回して作成される。これらのインダクタ39,
40の全長は、共振周波数(1/λ)から決定され、し
たがって巻数は必ずしも整数とはならない。しかしなが
ら、該インダクタ39,40の取付位置は機械的に決定
されており、作成誤差を考えると、コイル部39c,4
0cの始端または終端の少くともいずれか一方(図1お
よび図3では両方)は、巻き中心、すなわちコイル部3
9c,40cの軸線上に戻っている必要がある。したが
って、この中心に戻る始端部分または終端部分の曲げ半
径が最も小さくなる。
Next, the workability of the inductors 39 and 40 will be discussed. These inductors 39, 40
It is formed by spirally winding a metal tube having good conductivity, such as gold, silver, or copper, or a tube having a surface plated with such a metal. These inductors 39,
The total length of 40 is determined from the resonance frequency (1 / λ), so the number of turns is not necessarily an integer. However, the mounting positions of the inductors 39 and 40 are mechanically determined.
At least one of the start end and the end (both in FIGS. 1 and 3) of the coil portion 0c is the winding center, that is, the coil portion 3
It is necessary to return to the axes 9c and 40c. Therefore, the bending radius of the starting portion or the ending portion that returns to the center becomes the smallest.

【0046】通常、金属管の曲げ半径は、管の直径をR
とすると、最小でRである。しかしながら、インダクタ
39,40は、素材を焼き鈍して作成されるので、この
ような小さい曲げ半径で作成すると、曲げ部がつぶれて
しまう。したがって、実際の作成には、前記曲げ半径
は、少くとも1.5R以上必要となる。
Usually, the bending radius of a metal tube is determined by the following equation:
Then, the minimum is R. However, since the inductors 39 and 40 are formed by annealing a material, if formed with such a small bending radius, the bent portions will be crushed. Therefore, the bending radius is required to be at least 1.5R or more for actual production.

【0047】たとえば、前記図4および図5から示され
るように、D=100(mm)、d=12(mm)、す
なわちD/d≒8.3とした場合のコイル部39c,4
0cの形状を、図6に示す。前記始端または終端以外の
部分は、曲げ半径R=44(mm)で、所定ピッチで巻
回されている。これに対して、前記始端または終端部分
は、R=19(mm)となってしまい、チューブ径d=
12(mm)のほぼ1.5倍で、曲げ半径の限界に近く
なってしまう。
For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the coil portions 39c, 4 when D = 100 (mm) and d = 12 (mm), that is, when D / d ≒ 8.3.
The shape of 0c is shown in FIG. A portion other than the start end or the end is wound at a predetermined pitch with a bending radius R = 44 (mm). On the other hand, the start or end portion is R = 19 (mm), and the tube diameter d =
At about 1.5 times of 12 (mm), the bending radius approaches the limit.

【0048】このような場合、インダクタ39,40の
軸線方向(コイル部39c,40cの軸線方向および直
線部39a,39b;40a,40bの長手方向)を加
えた3次元的な曲げ加工を行うことによって、前記曲げ
半径Rを大きく取ることができる。しかしながら、製作
が複雑になり、製造コストが上昇してしまう。このた
め、加工性の観点からは、D/d=9以上が望ましい。
In such a case, three-dimensional bending is performed by adding the axial directions of the inductors 39 and 40 (the axial directions of the coil portions 39c and 40c and the longitudinal directions of the linear portions 39a and 39b; 40a and 40b). Thereby, the bending radius R can be increased. However, the manufacturing becomes complicated and the manufacturing cost increases. For this reason, D / d = 9 or more is desirable from the viewpoint of workability.

【0049】続いて、冷却効率について検討する。加速
管に投入された電力は、ビームを加速する以外の殆どが
これらのインダクタ39,40で消費され、発熱を生じ
る。半導体の製作などに用いられる通常のイオン注入装
置では、前記投入電力は数(kW)にも及び、したがっ
て冷却が無いと、該インダクタ39,40は瞬時に溶損
してしまう。また、冷却が不十分であると、このインダ
クタ39,40の発熱によって共振周波数のシフトが発
生し、前記チューナ50による補償範囲を超えてしまう
と、加速管31を安定稼動することができなくなってし
まう。
Next, the cooling efficiency will be discussed. Most of the power supplied to the accelerating tube, except for accelerating the beam, is consumed by these inductors 39 and 40, and generates heat. In a typical ion implantation apparatus used for manufacturing semiconductors, the input power reaches several (kW), and therefore, without cooling, the inductors 39 and 40 are instantaneously melted and damaged. If the cooling is insufficient, a shift in the resonance frequency occurs due to the heat generated by the inductors 39 and 40. If the compensation frequency exceeds the compensation range of the tuner 50, the accelerator tube 31 cannot be operated stably. I will.

【0050】このため、インダクタ39,40の温度変
化は、最大電力の投入時で、10(℃)程度以下となる
ことが望ましい。このためには、高周波パワー1(k
W)当り、冷却水流量が1(リットル/分)以上必要と
なる。
Therefore, it is desirable that the temperature change of the inductors 39 and 40 be about 10 (° C.) or less when the maximum power is applied. For this purpose, the high frequency power 1 (k
W), the cooling water flow rate is required to be 1 (liter / minute) or more.

【0051】一方、インダクタ39,40は、上述のよ
うに二重筒構造となっており、前記チューブ径dの管体
内に、往復の冷却水路を作成する必要がある。したがっ
て、たとえば共振周波数を33(MHz)、投入パワー
を5(kW)、したがって2本のインダクタ39,40
の1本当りの電力消費を2.5(kW)とし、D=10
0(mm)、d=8(mm)、すなわちD/d=12.
5とするとき、外筒の外径は前記8(mm)となり、た
とえば肉厚を0.5(mm)とし、内筒の外径を5(m
m)とし、肉厚を0.5(mm)とすると、2.5(リ
ットル/分)の冷却水流量が必要となり、この場合の水
圧は5(kg/cm2 )となる。
On the other hand, the inductors 39 and 40 have a double cylindrical structure as described above, and it is necessary to form a reciprocating cooling water channel in the tube having the tube diameter d. Therefore, for example, the resonance frequency is 33 (MHz), the input power is 5 (kW), and thus the two inductors 39, 40
Is 2.5 (kW), and D = 10
0 (mm), d = 8 (mm), that is, D / d = 12.
When it is set to 5, the outer diameter of the outer cylinder is 8 (mm), for example, the thickness is 0.5 (mm), and the outer diameter of the inner cylinder is 5 (m).
m) and a wall thickness of 0.5 (mm), a cooling water flow rate of 2.5 (liter / min) is required, and in this case, the water pressure is 5 (kg / cm 2 ).

【0052】この流量は、加速管の安定稼動および水圧
に対する外筒の耐圧の限界値であり、さらにインダクタ
39,40のチューブ径dを小さくすると、冷却水量の
減少による投入可能なパワーの低下によって、加速電圧
の低下を招くことになる。したがって、冷却効率の観点
からは、D/d=13以下であることが望ましい。
This flow rate is the limit value of the withstand pressure of the outer cylinder with respect to the stable operation of the accelerator tube and the water pressure. As a result, the acceleration voltage is reduced. Therefore, from the viewpoint of cooling efficiency, it is desirable that D / d = 13 or less.

【0053】最後に、ドリフトチューブ36,37の中
心を、ビーム軸上に、正確に、かつ安定して位置決めす
るためには、前記冷却水の流れなどによる振動を抑制す
ることが必要であり、前記D/dは、小さい方が良い。
Lastly, in order to accurately and stably position the centers of the drift tubes 36 and 37 on the beam axis, it is necessary to suppress vibrations caused by the flow of the cooling water and the like. The smaller the D / d, the better.

【0054】以上のような検討結果をまとめると、表1
のようになり、D/dを9〜13とすることによって、
必要な冷却効率および機械的強度を確保しつつ、シャン
トインピーダンスR0 を高くし、電力効率を高めること
ができるとともに、良好な加工性を得ることもできる。
Table 1 summarizes the above examination results.
By setting D / d to 9 to 13,
While ensuring the required cooling efficiency and mechanical strength, the shunt impedance R0 can be increased, the power efficiency can be increased, and good workability can be obtained.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】なお、その他のパラメータである、たとえ
ばタンク内径L10は、3次元動電磁場解析の結果によ
れば、該内径L10の1/2乗に比例してシャントイン
ピーダンスR0 の改善が可能であることが確認されてお
り、加速管に要求されるシャントインピーダンスR0
設置スペースおよび真空ポンプの排気容量などとに対応
して決定される。
According to the results of the three-dimensional dynamic electromagnetic field analysis, the shunt impedance R 0 can be improved in proportion to other parameters, for example, the tank inner diameter L10 according to the results of the three-dimensional dynamic electromagnetic field analysis. It has been confirmed that it is determined according to the shunt impedance R 0 required for the accelerator tube, the installation space, the exhaust capacity of the vacuum pump, and the like.

【0057】また、インダクタ間距離L1は、ドリフト
チューブ36,37、グランド電極35,38、結合器
49およびチューナ50などの加速器31内の残余の構
造物や、放電限界距離との関係によって決定される。前
記導電磁場解析の結果によれば、該インダクタ間距離L
1を変化しても、シャントインピーダンスR0 を大幅に
改善することはできない。しかしながら、あまり小さく
しすぎると、インダクタ39,40間での静電容量が増
加し、シャントインピーダンスR0 の低下を招く。した
がって、該距離L1は、前記巻径Dの1.5倍以上あれ
ばよい。
The distance L1 between the inductors is determined by the remaining tubes in the accelerator 31, such as the drift tubes 36 and 37, the ground electrodes 35 and 38, the coupler 49 and the tuner 50, and the relationship with the discharge limit distance. You. According to the result of the conducted magnetic field analysis, the distance L between the inductors
Even if 1 is changed, the shunt impedance R 0 cannot be significantly improved. However, if it is too small, the capacitance between the inductors 39 and 40 increases, and the shunt impedance R 0 decreases. Therefore, the distance L1 may be at least 1.5 times the winding diameter D.

【0058】さらにまた、一般に加速管の特性インピー
ダンス(R0 /Q0)は、Cが小さく、Lが大きい程高
くなる。したがって、同じインダクタンス長であって
も、コイル部39c,40cの巻きピッチを小さくする
程、すなわち該コイル部39c,40cの高さを小さく
する程、シャントインピーダンスR0 が向上するのは明
らかである。
Furthermore, the characteristic impedance (R 0 / Q0) of the accelerator tube generally increases as C decreases and L increases. Therefore, even with the same inductance length, it is apparent that the smaller the winding pitch of the coil portions 39c and 40c, that is, the smaller the height of the coil portions 39c and 40c, the higher the shunt impedance R0. .

【0059】タンク45の形状は、円筒形と四角筒形と
のいずれであってもよく、またインダクタ39,40の
配列方向は、図7の加速管71で示すように、ビーム進
行軸方向と交差する方向であってもよい。
The shape of the tank 45 may be any of a cylindrical shape and a rectangular tube shape, and the arrangement direction of the inductors 39 and 40 is, as shown by the acceleration tube 71 in FIG. The directions may intersect.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明に係る高周波型加速管は、以上の
ように、比較的大きなエネルギゲインを得ることがで
き、かつ比較的緩やかなTTF変化で種々のイオン種お
よび入射エネルギに対応することができる3ギャップの
高周波型加速管において、比較的重いイオンに対応して
長くなる共振用のインダクタに、コイル部を形成する。
As described above, the high-frequency accelerator according to the present invention can obtain a relatively large energy gain and can respond to various ion species and incident energies with a relatively gentle TTF change. In the three-gap high-frequency accelerator tube, a coil portion is formed in a resonance inductor that is elongated corresponding to relatively heavy ions.

【0061】それゆえ、タンク容量の縮小を図ることが
できるとともに、ドリフトチューブとインダクタとの接
続にあたって、ドリフトチューブの周囲に広い作業スペ
ースを確保することができ、組立作業性を向上すること
ができる。
Therefore, the capacity of the tank can be reduced, and a large work space can be secured around the drift tube when connecting the drift tube and the inductor, so that the assembling workability can be improved. .

【0062】またこのとき、前記インダクタを、そのコ
イル部に連なる第1の直線部をタンク底面に保持固定
し、前記コイル部と前記ドリフトチューブとの間を接続
する第2の直線部を絶縁部材によってタンク内壁に保持
固定し、かつコイル部の巻径と管体の外径との比を9〜
13に形成し、必要な機械的強度と冷却能力とを確保す
る。
At this time, the first linear portion connected to the coil portion of the inductor is held and fixed to the bottom surface of the tank, and the second linear portion connecting the coil portion and the drift tube is formed of an insulating member. And the ratio of the winding diameter of the coil portion to the outer diameter of the tube is 9 to 9
13, ensuring the required mechanical strength and cooling capacity.

【0063】それゆえ、共振周波数にずれを生じること
がなく、安定動作および電力効率の向上を図ることがで
きる。
Therefore, a stable operation and an improvement in power efficiency can be achieved without causing a shift in the resonance frequency.

【0064】さらにまた、インダクタのコイル部の巻径
と管体の外径との比を前記9〜13に形成することによ
って、シャントインピーダンスR0 を比較的高く設定す
ることができ、これによってもまた、電力効率の向上を
図ることができる。
Further, by forming the ratio between the winding diameter of the coil portion of the inductor and the outer diameter of the tube in the range of 9 to 13, the shunt impedance R 0 can be set relatively high, and this also enables In addition, power efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態の加速管の構造を示す縦
断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a structure of an acceleration tube according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の切断面線A−Aから見た断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;

【図3】図1および図2で示す加速管における動電磁場
解析結果を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a dynamic electromagnetic field analysis result in the accelerator tube shown in FIGS. 1 and 2.

【図4】図1で示す加速管におけるインダクタのチュー
ブ径を変化させた場合のシャントインピーダンスの変化
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change in shunt impedance when the tube diameter of the inductor in the acceleration tube shown in FIG. 1 is changed.

【図5】図1で示す加速管におけるインダクタの巻き径
を変化させた場合のシャントインピーダンスの変化を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a change in shunt impedance when the winding diameter of the inductor in the acceleration tube shown in FIG. 1 is changed.

【図6】前記インダクタの加工性を説明するための図で
ある。
FIG. 6 is a view for explaining the workability of the inductor.

【図7】本発明の実施の他の形態の加速管の構造を示す
透視斜視面図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a structure of an acceleration tube according to another embodiment of the present invention.

【図8】各種のギャップ数での加速管へのイオンの入射
速度の変化に対する加減速効率の変化を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing a change in acceleration / deceleration efficiency with respect to a change in the incident velocity of ions into the accelerator tube at various gap numbers.

【図9】典型的な従来技術の加速管の構造を示す縦断面
図である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the structure of a typical prior art accelerator tube.

【図10】他の従来技術の加速管の構造を説明するため
の一部を切欠いて示す斜視図である。
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view for explaining a structure of another conventional acceleration tube.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31,71 加速管 32,33,34 加速ギャップ 35,38 グランド電極 36,37 ドリフトチューブ 39,40 インダクタ 39a,40a 直線部(第2の直線部) 39b,40b 直線部(第1の直線部) 39c,40c コイル部 41 加速部 43 イオン 45 タンク 46,47 絶縁板 48 同軸ケーブル 49 結合器 50 チューナ D 巻径 d チューブ径(管体外径) 31, 71 Accelerator tube 32, 33, 34 Acceleration gap 35, 38 Ground electrode 36, 37 Drift tube 39, 40 Inductor 39a, 40a Linear part (second linear part) 39b, 40b Linear part (first linear part) 39c, 40c Coil part 41 Acceleration part 43 Ion 45 Tank 46, 47 Insulating plate 48 Coaxial cable 49 Coupling device 50 Tuner D Winding diameter d Tube diameter (tube outer diameter)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】加速室内に3つの加速ギャップを有し、そ
の加速ギャップを構成する2つのドリフトチューブにそ
れぞれ関連する共振用のインダクタがタンク内に設けら
れる高周波型加速管において、 前記各インダクタは、冷却水を通過させることができる
管体から成り、タンク底面から立設される第1の直線部
と、前記第1の直線部に連なるコイル部と、前記コイル
部と前記ドリフトチューブとの間を接続する第2の直線
部とを有し、 前記第2の直線部が絶縁部材によってタンク内壁に保持
固定され、 前記コイル部は、その巻径と管体の外径との比が9〜1
3に形成されることを特徴とする高周波型加速管。
1. A high-frequency accelerating tube having three acceleration gaps in an acceleration chamber, and resonance inductors respectively associated with two drift tubes constituting the acceleration gap are provided in a tank. A first straight portion, which is formed of a pipe body through which cooling water can pass, and is provided upright from the tank bottom surface, a coil portion connected to the first straight portion, and a portion between the coil portion and the drift tube. And a second linear portion that connects and fixes the coil portion, wherein the second linear portion is held and fixed to an inner wall of the tank by an insulating member, and a ratio of a winding diameter of the coil portion to an outer diameter of the tube is 9 to 10. 1
3. A high-frequency accelerating tube which is formed in 3.
JP16254198A 1998-06-10 1998-06-10 High frequency type accelerator tube Expired - Fee Related JP4038883B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16254198A JP4038883B2 (en) 1998-06-10 1998-06-10 High frequency type accelerator tube

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16254198A JP4038883B2 (en) 1998-06-10 1998-06-10 High frequency type accelerator tube

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11354298A true JPH11354298A (en) 1999-12-24
JP4038883B2 JP4038883B2 (en) 2008-01-30

Family

ID=15756574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16254198A Expired - Fee Related JP4038883B2 (en) 1998-06-10 1998-06-10 High frequency type accelerator tube

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4038883B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003535439A (en) * 2000-05-30 2003-11-25 アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド Integrated resonator and amplifier system
CN103298237A (en) * 2013-06-13 2013-09-11 无锡爱邦辐射技术有限公司 Accelerator with double accelerating tubes
US20230089170A1 (en) * 2021-09-20 2023-03-23 Applied Materials, Inc. Stiffened RF LINAC Coil Inductor With Internal Support Structure
WO2023064047A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Applied Materials, Inc. Linear accelerator assembly including flexible high-voltage connection

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003535439A (en) * 2000-05-30 2003-11-25 アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド Integrated resonator and amplifier system
CN103298237A (en) * 2013-06-13 2013-09-11 无锡爱邦辐射技术有限公司 Accelerator with double accelerating tubes
US20230089170A1 (en) * 2021-09-20 2023-03-23 Applied Materials, Inc. Stiffened RF LINAC Coil Inductor With Internal Support Structure
US11856685B2 (en) * 2021-09-20 2023-12-26 Applied Materials, Inc. Stiffened RF LINAC coil inductor with internal support structure
WO2023064047A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Applied Materials, Inc. Linear accelerator assembly including flexible high-voltage connection
US11895766B2 (en) 2021-10-15 2024-02-06 Applied Materials, Inc. Linear accelerator assembly including flexible high-voltage connection

Also Published As

Publication number Publication date
JP4038883B2 (en) 2008-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4986317B2 (en) Ion implantation apparatus and ion implantation method
US5277751A (en) Method and apparatus for producing low pressure planar plasma using a coil with its axis parallel to the surface of a coupling window
KR100417327B1 (en) Vacuum plasma processor
US5435881A (en) Apparatus for producing planar plasma using varying magnetic poles
KR100645469B1 (en) Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems
WO1996025757A1 (en) Producing rf electric fields suitable for accelerating atomic and molecular ions in an ion implantation system
JPS63184233A (en) Inductive excitation type iron source
US11596051B2 (en) Resonator, linear accelerator configuration and ion implantation system having toroidal resonator
KR20240058928A (en) Reinforced RF LINAC coil inductor with internal support structure
JP4038883B2 (en) High frequency type accelerator tube
US4677637A (en) TE laser amplifier
US7638766B1 (en) Compact quadrupole mass spectrometer
WO2005059946A1 (en) Klystron amplifier
JP3168776B2 (en) High-frequency charged particle accelerator
JP2835951B2 (en) Variable energy RFQ accelerator and ion implanter
KR20030008856A (en) The Large-Area Plasma Antenna(LAPA) and The Plasma Source For Making Uniform Plasma
Jensen et al. A Novel Idea for a CLIC 937 MHz 50 MW Multibeam Klystron
FI79924C (en) HOEG FREQUENCY IONACCELERATOR.
JPH09270234A (en) Chamber inserted ecr low energy ion gun
JPH0498732A (en) Microwave tube device
JPH11224800A (en) Charged particle accelerating tube
Yamada et al. IH Linac development at INS
JPH03179699A (en) External resonance circuit
JP3047548B2 (en) High frequency quadrupole linear accelerator
JPH03245499A (en) Quodrupole particle accelerator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041207

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071016

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Effective date: 20071029

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101116

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees