JPS63124395A - 荷電粒子減速装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 吏棗上叫程朋立夏 本発明は、イオン注入装置等に利用されている加速器の
中で、エネルギーの可変が著しく困難な加速器、例えば
サイクロトロンや線形加速器等の後段に設けて荷電粒子
を減速し、荷電粒子のエネルギーを低減可変する荷電粒
子減速装置に関する。

征】ゴｌ支逝 従来のイオン注入装置等に採用されている加速器は、高
電圧整流型加速器又はパンデグラーフ型加速器等である
。これは内部に直流高電圧を発生させて高電界を形成す
る方式であって、荷電粒子はこの高電界からエネルギー
が与えられる。しかしこの方式では荷電粒子のエネルギ
ー付与に上限がある。つまり絶縁破壊の問題等があるか
らで、荷電粒子に与えるエネルギーを大きくすればする
ほどその絶縁対策のために加速器は大型化し実際問題と
して実施不可能となる。

最近、この方式とは異なる方式で荷電粒子にエネルギー
を与える加速器が採用されつつある。例えば線形加速器
等が掲げられる。線形加速器は、内部に構成した共振器
に高周波電力を供給して共振をおこさせ、高周波電磁場
を形成しており、荷電粒子はこの高周波電磁場からエネ
ルギーが与えられる。この方式は、従来不可能であった
高エネルギーを荷電粒子に与えることができるという点
において有利である。線形加速器の参考文献としては特
公昭６１−１０７７００が掲げられる。

発朋１邂訣↓逮５表すも澗１−点− しかしながら、線形加速器を用いた方式では荷電粒子に
与えるエネルギーを可変にすることは困難であるという
問題点がある。つまり線形加速器をエネルギー可変とす
るには、内部に構成した共振器により決定される共振周
波数を可変にする必要があるが、これを簡単に行うこと
は構成上非常に困難であるからである。一方荷電粒子に
与えるエネルギーを可変することが困難である加速器と
しては、他にサイクロトロン等を掲げられる。これらの
加速器をイオン注入装置に利用する場合には、イオンに
与えるエネルギーを可変して、注入するイオンの到達の
深さを制御したいという要求がある。

本発明は、上記した事情に鑑みて創案されたものであっ
て、エネルギーを可変するのが著しく困難な加速器、例
えば線形加速器、サイクロトロン等の後段に設けて、加
速器から導いた荷電粒子のエネルギーを低減するととも
に、その低減の度合を可変し、結局として荷電粒子のエ
ネルギーを可変することができる荷電粒子減速装置を提
供することを目的とする。

口　占を１・するだめの手 本発明の荷電粒子減速装置は、加速器とクーゲットとの
間に設けられていて、加速器から導いた荷電粒子をガス
中に通過させターゲットに導く荷電粒子減速装置であっ
て、荷電粒子を荷電粒子導入孔から導入するとともに、
荷電粒子排出孔から排出させるチャンバーと、チャンバ
ー内にガスを供給するガス供給部と、チャンバー内のガ
ス圧を一定にすべくガス供給部を制御するガス圧制御部
とから構成されている。

チャンバー内にはガスが充満されているので、加速器か
ら導入された荷電粒子は、ガス中を通過するにつれてエ
ネルギーが吸収され減速する。しかもチャンバー内のガ
ス圧は、常に一定になるようにガス圧制御部により制御
されているので、荷電粒子から吸収されるエネルギーは
一定であり、チャンバーから排出する荷電粒子の速度は
安定している。

次差別 第１図は本発明の一実施例として荷電粒子減速装置の簡
略構成図及びチャンバーの断面図、第２図は荷電粒子減
速装置がイオン注入装置に利用されている場合の簡略構
成図である。

まず荷電粒子減速装置が利用されているイオン注入装置
について第２図を参照して説明を行う。

イオン源１０において発生させた荷電粒子であるイオン
６０は、図示していない引出し電極により分析マグネッ
ト２０に導かれ、そして分析マグネット２０において不
純物イオンを除去してターゲット５１の表面に注入する
イオン６０だけを線形加速器３０に導くようになされて
いる。

このイオン６０にエネルギーを与えるのが、線形加速器
３０であって、イオン６０のエネルギーを与える過程に
ついては従来の技術において述べたのでここでは省略す
る。本実施例では高周波線形加速器を採用している。こ
の線形加速器３０はイオン６０にエネルギーを与えとと
もに、射出速度が■、であるイオン６１を得ている。従
来、このイオン６１を直接ターゲット５１の表面に照射
してイオン注入していたが、線形加速器３０とエンドス
テーション５０との間に本発明に係る荷電粒子減速装置
４ｏを設けて、イオン６１の有するエネルギーを吸収さ
せるとともに、吸収する度合を可変して注入するイオン
６２のエネルギーを可変するようになしている。但しイ
オン注入装置を構成する各部の間にはダクト７０がそれ
ぞれ設けられていて、高真空状態であるダクト７０の中
をイオン６０、イオン６１、及びイオン６２が走行する
。

荷電粒子減速装置４０は、第１図に示すように、内部に
ヘリウムガスを充満させたチャンバー４１と、チャンバ
ー４１内にヘリウムガスを供給する配管系統から成るガ
ス供給部４２と、チャンバー４１内のガス圧を検出する
とともに、ガス圧を一定にするようにガス供給量を操作
量としてガス供給部４２をフィードバンク制御するガス
制御部４３とから構成される装置 チャンバー４１は、両端を閉じた円柱筒体の容器であっ
て、その一端側の中央部には、イオン６１を導入する荷
電粒子導入孔４１１が開設されている一方、その他端側
の中央部には、減速したイオン６２を排出させる荷電粒
子排出孔４１２が開設されている。またチャンバー４１
の外壁にはヘリウムガスを内部に供給するためのガス導
入孔４１３が開設されており、チャンバー４１の内部に
は、荷電粒子排出孔４１２付近に収束コイル４１４が設
けられている。

ところで減速したイオン６２の中には、ヘリウム分子に
衝突した際に散乱してその運動方向を変えるものがある
。収束コイル４１４は、この運動方向を変えたイオン６
２をもとの運動方向に戻すために設けられている。

ガス圧制御部４３は、チャンバー４１内のガス圧を検出
するとともに、そのガス圧と比例した検出信号８０を出
力する圧力検出器４３１と、外部からガス圧を設定して
、検出信号８０と同種の信号である設定信号８１を出力
するポテンションメータのガス設定部４３２と、設定信
号８１と検出信号８０とを減算して偏差信号８２を出力
する減算器４３３とから構成されている。つまりこの偏
差信号８２は、設定圧力がらのずれを示す信号である。

ガス供給部４２は、ヘリウムガスを充填したガスボンベ
４２１と、このヘリウムガスをガス導入孔４１３を介し
てチャンバー４１内に供給するガス供給管４２２と、ガ
ス供給管４２２の途中に設けられ、後述する偏差信号８
２に基づいてヘリウムガスの供給量を制御するガス供給
量制御弁４２３とから構成されテイル。チャンバー４１
内に供給されたヘリウムガスは、荷電粒子導入孔４１１
荷電粒子排出孔４１２、及びダクト７０を介して、ダク
）７０の内部を高真空状態にしている真空ポンプにより
排出される。

このガス供給量制御弁４２３は、マスフローコントロー
ラーとして一般に用いられているもので、偏差信号８２
の入力が零となるように、図示していない弁の開度を調
節するわけである６つまり荷電粒子減速装置４０は、チ
ャンバー４１内のガス圧が設定圧力となるように制御さ
れている。この制御系の外乱として掲げられるのは、主
にイオン６１がヘリウム分子に衝突した際に発生するチ
ャンバー４１内の温度上昇が掲げられる。

以上のように構成された荷電粒子減速装置４０は、速度
がＶ、であるイオン６１を荷電粒子導入孔４１１から導
入して、ヘリウムガス中に通過させて減速させるととも
に、減速させたイオン６２を荷電粒子排出孔４１２から
構成される装置であるが、ヘリウムガスは常に一定にな
るように制御されているので、イオン６１のエネルギー
が吸収される割合は一定で、それに伴いイオン６２の速
度は安定している。

またヘリウムガスの圧力を設定することができるので、
ここにターゲット５１に注入するイオン６２のエネルギ
ーを可変することができる。この速度設定範囲は、速度
■、より小さい範囲である。

尚、本実施例においてガス圧制御部は、フィードバンク
制御でガス供給部を制御してチャンバー内のガス圧を一
定にしていたが、これに限定されずオープンループ制御
でも同様に実施することができる。この場合、ガス圧制
御部は、荷電粒子の入射エネルギーに基づくチャンバー
内の温度上昇を予め把握し、それに応してチャンバー内
のガス圧を補正するようにしてガス供給部を制御する。

また、荷電粒子のエネルギーを吸収させるガスもヘリウ
ムガスに限定されず、他の不活性気体でもよく、さらに
加速器においても、サイクロトロン等の加速器でも同様
に実施することができる。

溌訓匁カー果 本発明に係る荷電粒子減速装置は、以上の構成により、
エネルギーを可変するのが著しく困難な加速器、例えば
線形加速器、サイクロトロン等をの後段に設けて、ター
ゲットに注入する荷電粒子のエネルギーを可変すること
ができ、しかも従来の設備を有効に利用することができ
るので、上述した加速器の用途を拡大することができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例として荷電粒子減速装置の簡
略構成図及びチャンバーの断面図、第２図は荷電粒子減
速装置がイオン注入装置に利用されている場合の簡略構
成図である。 ３０・・・線形加速器、 ４０・・・荷電粒子減速装置、 ４１・・・チャンバー、 ４２１　　・・・荷電粒子導入孔、 ４２２　・・・荷電粒子導出孔、 ４２・・・　ガス供給部、 ４３・・・ガス圧制御部、 ５０・・・エンドステーション、 ５１・　・　・ターゲット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加速器とターゲットとの間に設けられていて、加
   速器から導いた荷電粒子をガス中に通過させターゲット
   に導く荷電粒子減速装置であって、前記荷電粒子を荷電
   粒子導入孔から導入するとともに、荷電粒子排出孔から
   排出させるチャンバーと、前記チャンバー内に前記ガス
   を供給するガス供給部と、前記チャンバー内のガス圧を
   一定にすべくガス供給部を制御するガス圧制御部とを具
   備していることを特徴とする荷電粒子減速装置。