WO2013077483A1 - Variable ion guide and electron cyclotron resonance ion source apparatus including same - Google Patents

Variable ion guide and electron cyclotron resonance ion source apparatus including same Download PDF

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WO2013077483A1
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electrode
variable
chamber
ion
guide
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PCT/KR2011/009083
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Korean (ko)
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이병섭
원미숙
윤장희
최세용
옥정우
박진용
김병철
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한국기초과학지원연구원
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    • H01J2237/0815Methods of ionisation
    • H01J2237/0817Microwaves

Definitions

  • Embodiments relate to a variable ion guide and an Electron Cyclotron Resonance ion source device comprising the same.
  • ECR electron cyclone resonance
  • Korean Patent Publication No. 10-0927995 discloses an ECR ion source device that generates ions by an ECR phenomenon using a magnetic field and microwaves.
  • ECR ion source devices can generate high energy ions and are also used as ion implantation sources such as cyclotron devices and heavy ion linear accelerators for generating radioisotopes for medical and material research purposes.
  • an electrode for ion withdrawal is located outside the plasma chamber, and the electrode is mounted in a variable and / or replaceable manner so that the extraction condition may be adjusted so as to conform to the Electron Cyclotron Resonance (ECR) region. It is possible to provide a variable ion guide and an ECR ion source device including the same that can be adjusted.
  • ECR Electron Cyclotron Resonance
  • a variable ion guide in one embodiment, includes a variable chamber configured to adjust a length in one direction; One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber; And an extraction electrode connected to one end of the variable chamber and electrically separated from the guide electrode.
  • the plasma chamber is a plasma generation; A magnet unit for applying a magnetic field in the plasma chamber; A microwave generator for applying microwaves in the plasma chamber; And a variable ion guide for extracting ions generated from the plasma from the plasma chamber by electron eddy resonance caused by the magnetic field and the microwave.
  • variable ion guide one end is connected to the plasma chamber, the variable chamber configured to adjust the length of the ion traveling direction;
  • One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber;
  • an extraction electrode connected to the other end of the variable chamber and electrically separated from the guide electrode.
  • variable ion guide according to an aspect of the present invention and the electron eddy resonance (ECR) ion source device including the same, various extraction and deposition by adjusting the position of the electrode and the size of the electrode hole for ion extraction The condition can be satisfied and a high quality beam can be drawn and a high current beam can be drawn.
  • ECR ion source device has high industrial applications to various devices such as X-ray devices and ion accelerators, and can also be used in various medical fields and research fields.
  • ECR Electron Cyclotron Resonance
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an ECR ion source device according to another embodiment.
  • ECR Electron Cyclotron Resonance
  • an ECR ion source device may include a plasma chamber 1, a magnet part 2, a microwave generator 3, and a variable ion guide 4.
  • Plasma is generated from the reaction gas injected into the plasma chamber 1, and electrons in the plasma are heated by a resonance phenomenon of a magnetic field applied by the magnet part 2 and a high frequency electromagnetic field applied by the microwave generator 3.
  • the multi-charged ions may be generated by the heated electrons.
  • the variable ion guide 4 the generated ions can be selectively extracted and integrated in the form of an ion beam.
  • FIG. 1 shows a cross section of each component of an ECR ion source device according to one embodiment, where each component of the actual ECR ion source device has at least partially any cross section as shown in FIG. 1. It may have a three-dimensional shape.
  • each portion of the plasma chamber 1, the magnet portion 2 and the variable ion guide 4 may be in the shape of a hollow ring or cylinder having a cross section shown in FIG. 1.
  • this is exemplary and each component of the ECR ion source device according to an embodiment is not limited to having a specific shape or form.
  • the plasma chamber 1 may include a source inlet 11, a microwave inlet 12, and an ion outlet 13. Reaction gas for plasma generation may be injected into the plasma chamber 1 through the source injection hole 11.
  • Reaction gas for plasma generation may be injected into the plasma chamber 1 through the source injection hole 11.
  • various materials capable of generating plasma may be used.
  • argon (Ar) or xenon (Xe) gas may be used as the reaction gas, but is not limited thereto.
  • the source injection hole 11 may be used to adjust the degree of vacuum in the plasma chamber (1).
  • the source inlet 11 may be connected to a vacuum pump (not shown) or the like and used to exhaust the gas in the plasma chamber 1.
  • the degree of vacuum in the plasma chamber 1 may be appropriately determined to the extent that an ECR plasma can be generated according to the type of reaction gas.
  • the microwave injection hole 12 may be aligned with the microwave generator 3 as a portion to which microwaves are irradiated.
  • the ion extractor 13 may be connected to the variable ion guide 4 as a portion from which the ions are extracted from the plasma chamber 1.
  • the magnet part 2 may include a mirror magnet 21, a correction magnet 22, and a pole magnet 23.
  • the mirror magnets 21 may be located at both ends of the space for generating the ECR plasma, and the pole magnets 23 may be located between the two mirror magnets 21. Electrons can be trapped in the plasma chamber 1 by the mirror magnetic field applied by the mirror magnet 21 and the magnetic field applied by the pole magnet 23.
  • the correction magnet 22 may be configured to be positioned adjacent to the point where the size of the mirror magnetic field is minimum to adjust the size of the minimum magnetic field in the plasma chamber 1.
  • the correction magnet 22 may be configured to adjust the magnitude of the magnetic field applied by the correction magnet 22 without changing the structure.
  • the correction magnet 22 may be made of an electromagnet or the like that can adjust the magnetic field in software.
  • each magnet 21, 22, 23 of the magnet part 2 has a rectangular cross section and is positioned surrounding the plasma chamber 1.
  • each of the magnets 21, 22, and 23 may have a hollow ring shape, and the plasma chamber 1 may be disposed at an empty center portion of each of the magnets 21, 22, and 23.
  • the mirror magnet 21 and the correction magnet 22 may be in the form of a solenoid and the pole magnet 23 may be made of six combinations of magnets in the form of racetracks.
  • each magnet 21, 22, 23 may have another suitable shape capable of applying a magnetic field in the plasma chamber 1.
  • the microwave generator 3 is a device for generating microwaves and injecting them into the plasma chamber 1.
  • the microwave generator 3 may include an oscillator such as a magnetron or a gyrotron.
  • the microwave generator 3 may apply microwaves to the reaction gas in the plasma chamber 1 through the microwave injection hole 13 of the plasma chamber 1.
  • electron eddy resonance may occur to generate polyvalent ions from the plasma.
  • the variable ion guide 4 may include a variable chamber 40, one or more guide electrodes 41, and an extraction electrode 42.
  • the variable chamber 40 may be configured to adjust the length in one direction. By adjusting the length of the variable chamber 40, the positions of the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 can be determined. In FIG. 1, arrows in both directions marked on the guide electrode 41 and the extraction electrode 42 indicate that the position of each electrode may be changed. That is, the position of the guide electrode 41 and the extraction electrode 42 in the ion traveling direction may be changed by adjusting the length of the variable chamber 40.
  • the variable chamber 40 may be coupled to the ion outlet 13 of the plasma chamber 1 so as to adjust the length of the traveling direction of the ions.
  • the variable chamber 40 may be made of one or more corrugated pipes 400. As the shape of the corrugated pipe 400 is deformed, the length of the corrugated pipe 400 decreases or extends, so that the lead pipe 41 connected between the corrugated pipe 400 and one end of the variable chamber 40 is connected to each other. The position of the electrode 42 can be adjusted.
  • the variable chamber 40 may be connected to the power source 44 through the connecting portion 43.
  • the power source 44 may consist of a motor and a voltage source and the variable chamber 40 may be mechanically and / or electrically connected to the motor through the connection 43.
  • the variable chamber 40 may be made of an insulating material.
  • One or more guide electrodes 41 may serve to accumulate ions and plasma generated in the plasma chamber 1 and to accelerate ions.
  • One or more guide electrodes 41 are connected to the variable chamber 40, and the position in the ion propagation direction may be determined by adjusting the length of the variable chamber 40.
  • One or more guide electrodes 41 may be detachably connected to the variable chamber 40. For example, by separating each corrugated pipe 400 of the variable chamber 40, the guide electrode 41 between each corrugated pipe 400 may be separated from the variable chamber 40. Therefore, the guide electrode 41 can be easily replaced, and an appropriate guide electrode 41 can be used according to the withdrawal conditions to be achieved.
  • Each guide electrode 41 may include a hole for passing ions.
  • each of the guide electrodes 41 may have a shape of a cone in which the surface of the guide electrode 41 is inclined with respect to the ion traveling direction.
  • the guide electrode 41 may be a flat plate shape including one or more holes, or another suitable shape for accelerating and withdrawing ions.
  • the extraction electrode 42 may serve to extract ions accelerated by the guide electrode 41 and output the ions in the form of an ion beam.
  • the lead electrode 42 may be connected to one end of the variable chamber 40.
  • one end of the variable chamber 40 may be connected to the outlet 13 of the plasma chamber 1, and the lead electrode 42 may be connected to the other end of the variable chamber 40.
  • the position of the lead-out electrode 42 may be adjusted by adjusting the length of the variable chamber 40.
  • the extraction electrode 42 is an electrode for focusing ions in the form of a beam, and may have a suitable shape for focusing and outputting ions, and is not limited to a specific shape.
  • the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 may be electrically connected to the power source 46 through the leads 45.
  • the power source 46 may apply a voltage to the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 through the lead 45, and accumulate and accelerate ions in the plasma chamber 1 by the applied voltage. It can output in the form of a beam.
  • the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 are all shown to be electrically connected to the same power source 46, but the voltages applied to the respective guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 are It may be different from each other.
  • the lead electrode 42 may be electrically connected to a ground source to remain in the ground state.
  • a voltage may be applied to only some of the one or more guide electrodes 41 and the voltages applied to the respective guide electrodes 41 may be different from each other.
  • the positions of one or more guide electrodes 41 and the extraction electrodes 42 for ion extraction can be properly adjusted, and the guide electrodes 41 can be easily replaced. can do.
  • the variable ion guide 4 configured as described above, it is possible to take out a high quality beam by satisfying various drawing conditions and deposition conditions, and to extract a beam of high current.
  • the ECR ion source device may not only have high industrial application to various devices such as X-ray devices and ion accelerators, but also may be variously used in medical related fields and research fields.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an ECR ion source device according to another embodiment.
  • descriptions of parts easily understood by those skilled in the art from the embodiments described above with reference to FIG. 1 will be omitted, and differences from the embodiment illustrated in FIG. 1 will be described. do.
  • the variable ion guide 4 may include a variable chamber 40, one or more guide electrodes, and an extraction electrode 42.
  • the one or more guide electrodes may include a first electrode 411 and a second electrode 412.
  • the one or more guide electrodes may further include a third electrode 413.
  • the first electrode 411, the third electrode 413, and the lead electrode 42 may be electrically connected to the power source 46 through the lead 45.
  • voltages applied to each of the first electrode 411, the third electrode 413, and the extraction electrode 42 may be different from each other, or a voltage may be applied to only some of these electrodes. This can be easily understood from the above-described embodiment with reference to FIG. 1, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the first electrode 411 may include a hole 4110 through which ions pass.
  • the second electrode 412 may include a hole 4120 through which ions pass.
  • the second electrode 412 may be located in the hole 4110 of the first electrode 411, so that the size of the second hole 4120 may be smaller than the size of the first hole 4110.
  • the first electrode 411 and the second electrode 412 may have the shape of a cone in which the surfaces of each electrode are inclined with respect to the ion propagation direction.
  • the second electrode 412 may be a variable electrode capable of adjusting the position in the ion traveling direction, the size of the second hole 4120 and / or the surface inclination angle ⁇ .
  • the second electrode 412 has a shape in which a plurality of plates overlap each other, and the size of the second hole 4120 and the surface inclination angle ⁇ of the second electrode 412 can be adjusted by adjusting the angle between the plates. It may be configured.
  • the second electrode 412 may be connected to the power source 48 through the connection 47.
  • the power source 48 may consist of a motor and a voltage source, and the second electrode 412 may be mechanically and / or electrically connected to the motor through the connection 47.
  • the third electrode 413 is another electrode for focusing and accelerating ions, and may have a flat plate shape including one or more holes 4130. However, this is exemplary, and the third electrode 413 may have a conical shape in which the surface is inclined with respect to the direction of ion migration, similar to the first electrode 411 and the second electrode 412, or focuses and accelerates the ion. Other different shapes may be used.
  • the variable chamber 40 may include one or more channels 401 into which cooling material is injected.
  • the first electrode 411 may be used as a positive electrode to accelerate the ions, and at this time, a temperature increase may occur due to the microwave and the plasma.
  • one or more channels 401 are formed in which the cooling material is injected into the variable chamber 40, and the first electrode 411 contacts the surface of the variable chamber 40 adjacent to the one or more channels 401.
  • the first electrode 411 can be cooled. In this case, in order to improve the cooling efficiency, the contact surface of the first electrode 411 and the variable chamber 40 may be increased.
  • the region with the highest ion density is a region moved somewhat outward from the center rather than the center in the ion propagation direction in the plasma chamber 1.
  • the second electrode 412 is variable in the variable ion guide, the position and width of the hole from which the ions are extracted are changed, so that the extraction condition may be changed. Therefore, it is possible to satisfy various drawing conditions and deposition conditions, to draw a beam of high quality, and to draw a beam of high current.
  • Embodiments relate to a variable ion guide and an Electron Cyclotron Resonance ion source device comprising the same.

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Abstract

The variable ion guide can include: a variable chamber having the length thereof adjusted in one direction; one or more guide electrodes connected to the variable chamber and having the position thereof determined through the adjustment of the length of the variable chamber; and an extraction electrode connected to one end of the variable chamber. With the variable ion guide, an electron cyclotron resonance (ECR) ion source can be configured by including the variable ion guide, a plasma chamber, a magnet unit, and a microwave generating unit. According to the variable ion guide and the ECR ion source apparatus, beams having excellent quality and beams of high current can be variously extracted for ion extraction by properly adjusting the electrode shapes and the sizes and positions of the holes formed in the electrodes.

Description

가변형 이온 가이드 및 이를 포함하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치Variable ion guide and electron eddy resonance ion source device including the same
실시예들은 가변형 이온 가이드 및 이를 포함하는 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance) 이온원 장치에 관한 것이다. Embodiments relate to a variable ion guide and an Electron Cyclotron Resonance ion source device comprising the same.
이온원 장치가 필요한 여러 응용 장치에 있어 상대적으로 저렴한 비용으로 요구되는 이온을 발생시킬 수 있는 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 이온원 장치가 사용되고 있다. 일 예로, 대한민국 등록특허공보 10-0927995호에는 자기장 및 마이크로파를 이용한 ECR 현상에 의하여 이온을 발생시키는 ECR 이온원 장치가 개시된다. ECR 이온원 장치는 높은 에너지의 이온을 발생시킬 수 있어 의료 및 재료 연구 목적으로 방사성 동위 원소를 생성하기 위한 싸이클로트론 장치 및 중이온 선형 가속기 등의 이온 주입원으로도 사용되고 있다. In many applications requiring ion source devices, electron cyclone resonance (ECR) ion source devices are being used that can generate the required ions at a relatively low cost. For example, Korean Patent Publication No. 10-0927995 discloses an ECR ion source device that generates ions by an ECR phenomenon using a magnetic field and microwaves. ECR ion source devices can generate high energy ions and are also used as ion implantation sources such as cyclotron devices and heavy ion linear accelerators for generating radioisotopes for medical and material research purposes.
그러나, ECR 이온원 장치에서 높은 강도의 이온 빔을 실현하기 위해서는 실험을 통하여 최적의 이온 빔 인출 조건을 얻어야 한다. 이온 빔 인출 조건을 조절하기 위하여 플라즈마 챔버 내부의 이온 가이드를 조정하는 방법이 있으나, 플라즈마 챔버 내의 이온 가이드를 조정하는 과정에서 플라즈마 챔버의 고진공을 훼손할 우려가 있다. 또한, 이온 가이드를 전극으로도 사용하는 경우 고전압의 리드가 플라즈마 챔버 안쪽에 삽입되어야 하므로 절연에 있어 주의가 필요하다. 또한, 플라즈마 챔버의 크기가 상대적으로 작기 때문에 이온 가이드의 형태 변형에 제한이 있으며, 이온 가이드의 교환이 불편하여 ECR 이온원 장치의 증착 장비 등으로의 응용에 있어 다양한 조건을 실현하기 어렵다. However, in order to realize a high intensity ion beam in an ECR ion source device, an optimal ion beam extraction condition must be obtained through experiments. There is a method of adjusting the ion guide inside the plasma chamber to adjust the ion beam extraction conditions, but there is a risk of damaging the high vacuum of the plasma chamber in the process of adjusting the ion guide in the plasma chamber. In addition, when the ion guide is also used as an electrode, care must be taken in insulation since a high voltage lead must be inserted into the plasma chamber. In addition, since the plasma chamber is relatively small, the shape of the ion guide is limited, and the exchange of the ion guide is inconvenient, making it difficult to realize various conditions in the application of the ECR ion source device to deposition equipment.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이온 인출을 위한 전극을 플라즈마 챔버 외부에 위치시키며, 상기 전극을 가변형 및/또는 교체형으로 설치하여 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 영역에 부합하도록 인출 조건을 조절하는 것이 가능한 가변형 이온 가이드 및 이를 포함하는 ECR 이온원 장치를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, an electrode for ion withdrawal is located outside the plasma chamber, and the electrode is mounted in a variable and / or replaceable manner so that the extraction condition may be adjusted so as to conform to the Electron Cyclotron Resonance (ECR) region. It is possible to provide a variable ion guide and an ECR ion source device including the same that can be adjusted.
일 실시예에 따른 가변형 이온 가이드는, 일 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성된 가변형 챔버; 상기 가변형 챔버의 길이를 조절하는 것에 의하여 위치가 결정되도록 상기 가변형 챔버에 연결되는 하나 이상의 가이드 전극; 및 상기 가변형 챔버의 한쪽 끝에 연결되며 상기 가이드 전극과 전기적으로 분리되는 인출 전극을 포함할 수 있다.In one embodiment, a variable ion guide includes a variable chamber configured to adjust a length in one direction; One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber; And an extraction electrode connected to one end of the variable chamber and electrically separated from the guide electrode.
일 실시예에 따른 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 이온원 장치는, 플라즈마가 발생되는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버 내에 자기장을 인가하는 자석부; 상기 플라즈마 챔버 내에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 발생부; 및 상기 자기장 및 상기 마이크로파에 의한 전자 맴돌이 공명에 의하여 상기 플라즈마로부터 발생된 이온을 상기 플라즈마 챔버로부터 인출하는 가변형 이온 가이드를 포함할 수 있다.Electron eddy resonance (ECR) ion source device according to one embodiment, the plasma chamber is a plasma generation; A magnet unit for applying a magnetic field in the plasma chamber; A microwave generator for applying microwaves in the plasma chamber; And a variable ion guide for extracting ions generated from the plasma from the plasma chamber by electron eddy resonance caused by the magnetic field and the microwave.
상기 ECR 이온원 장치에 있어서, 상기 가변형 이온 가이드는, 한쪽 끝이 상기 플라즈마 챔버에 연결되며 이온 진행 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성된 가변형 챔버; 상기 가변형 챔버의 길이를 조절하는 것에 의하여 위치가 결정되도록 상기 가변형 챔버에 연결되는 하나 이상의 가이드 전극; 및 상기 가변형 챔버의 다른쪽 끝에 연결되며 상기 가이드 전극과 전기적으로 분리되는 인출 전극을 포함할 수도 있다.In the ECR ion source device, the variable ion guide, one end is connected to the plasma chamber, the variable chamber configured to adjust the length of the ion traveling direction; One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber; And an extraction electrode connected to the other end of the variable chamber and electrically separated from the guide electrode.
본 발명의 일 측면에 따른 가변형 이온 가이드 및 이를 포함하는 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 이온원 장치에 의하면, 이온 인출을 위한 전극의 위치 및 전극 구멍의 크기 등을 조절함으로써 다양한 인출 및 증착 조건을 만족시키고 양질의 빔을 인출할 수 있으며 높은 전류의 빔을 인출할 수 있다. 이상의 ECR 이온원 장치는 엑스선 장치 및 이온 가속기 등 다양한 장치에의 산업적 응용도가 높을 뿐만 아니라, 의료 관련 분야 및 연구 분야에서도 다양하게 활용될 수 있다.According to the variable ion guide according to an aspect of the present invention and the electron eddy resonance (ECR) ion source device including the same, various extraction and deposition by adjusting the position of the electrode and the size of the electrode hole for ion extraction The condition can be satisfied and a high quality beam can be drawn and a high current beam can be drawn. The above ECR ion source device has high industrial applications to various devices such as X-ray devices and ion accelerators, and can also be used in various medical fields and research fields.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 이온원 장치의 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of an Electron Cyclotron Resonance (ECR) ion source device according to one embodiment.
도 2는 다른 실시예에 따른 ECR 이온원 장치의 개략적인 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of an ECR ion source device according to another embodiment.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 이온원 장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of an Electron Cyclotron Resonance (ECR) ion source device according to one embodiment.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 ECR 이온원 장치는 플라즈마 챔버(1), 자석부(2), 마이크로파 발생부(3) 및 가변형 이온 가이드(4)를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버(1) 내에 주입된 반응 기체로부터 플라즈마가 발생되며, 자석부(2)에 의해 인가되는 자기장 및 마이크로파 발생부(3)에 의해 인가되는 고주파 전자기장의 공명 현상에 의하여 플라즈마 내의 전자가 가열되고, 가열된 전자에 의하여 다가 이온(multi-charged ion)이 생성될 수 있다. 가변형 이온 가이드(4)에서는 생성된 이온들을 선택적으로 인출하고 이온 빔의 형태로 집적할 수 있다.Referring to FIG. 1, an ECR ion source device according to an embodiment may include a plasma chamber 1, a magnet part 2, a microwave generator 3, and a variable ion guide 4. Plasma is generated from the reaction gas injected into the plasma chamber 1, and electrons in the plasma are heated by a resonance phenomenon of a magnetic field applied by the magnet part 2 and a high frequency electromagnetic field applied by the microwave generator 3. The multi-charged ions may be generated by the heated electrons. In the variable ion guide 4, the generated ions can be selectively extracted and integrated in the form of an ion beam.
도 1은 일 실시예에 따른 ECR 이온원 장치의 각각의 구성요소의 단면을 도시한 것으로서, 실제 ECR 이온원 장치의 각각의 구성요소는 적어도 부분적으로 도 1에 도시된 것과 같은 단면을 갖는 임의의 입체적 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 플라즈마 챔버(1), 자석부(2) 및 가변형 이온 가이드(4)의 각 부분은 도 1에 도시된 단면을 갖는 속이 빈 링 또는 실린더의 형상일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 일 실시예에 따른 ECR 이온원 장치의 각 구성요소는 특정 형상 또는 형태를 갖는 것으로 한정되지 않는다. FIG. 1 shows a cross section of each component of an ECR ion source device according to one embodiment, where each component of the actual ECR ion source device has at least partially any cross section as shown in FIG. 1. It may have a three-dimensional shape. For example, each portion of the plasma chamber 1, the magnet portion 2 and the variable ion guide 4 may be in the shape of a hollow ring or cylinder having a cross section shown in FIG. 1. However, this is exemplary and each component of the ECR ion source device according to an embodiment is not limited to having a specific shape or form.
플라즈마 챔버(1)는 소스 주입구(11), 마이크로파 주입구(12) 및 이온 인출구(13)를 포함할 수 있다. 소스 주입구(11)를 통해 플라즈마 발생을 위한 반응 기체가 플라즈마 챔버(1) 내로 주입될 수 있다. 소스 주입부(11)를 통해 주입되는 반응 기체로는 플라즈마를 발생시킬 수 있는 다양한 물질이 사용될 수 있다. 예컨대, 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe) 기체가 반응 기체로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 소스 주입구(11)는 플라즈마 챔버(1) 내의 진공 정도를 조절하기 위하여 사용될 수도 있다. 예컨대, 소스 주입구(11)는 진공 펌프(미도시) 등에 연결되어 플라즈마 챔버(1) 내의 기체를 배기하도록 사용될 수도 있다. 플라즈마 챔버(1) 내의 진공도는 반응 기체의 종류에 따라 ECR 플라즈마를 일으킬 수 있는 정도로 적절히 결정될 수 있다. 마이크로파 주입구(12)는 마이크로파가 조사될 부분으로서 마이크로파 발생부(3)와 정렬될 수 있다. 또한, 이온 인출구(13)는 플라즈마 챔버(1)로부터 이온이 인출되는 부분으로서 가변형 이온 가이드(4)와 연결될 수 있다. The plasma chamber 1 may include a source inlet 11, a microwave inlet 12, and an ion outlet 13. Reaction gas for plasma generation may be injected into the plasma chamber 1 through the source injection hole 11. As a reaction gas injected through the source injection unit 11, various materials capable of generating plasma may be used. For example, argon (Ar) or xenon (Xe) gas may be used as the reaction gas, but is not limited thereto. In addition, the source injection hole 11 may be used to adjust the degree of vacuum in the plasma chamber (1). For example, the source inlet 11 may be connected to a vacuum pump (not shown) or the like and used to exhaust the gas in the plasma chamber 1. The degree of vacuum in the plasma chamber 1 may be appropriately determined to the extent that an ECR plasma can be generated according to the type of reaction gas. The microwave injection hole 12 may be aligned with the microwave generator 3 as a portion to which microwaves are irradiated. In addition, the ion extractor 13 may be connected to the variable ion guide 4 as a portion from which the ions are extracted from the plasma chamber 1.
자석부(2)는 미러 자석(21), 보정 자석(22) 및 극 자석(23)을 포함할 수 있다. 미러 자석(21)은 ECR 플라즈마를 발생시키고자 하는 공간의 양단에 위치할 수 있으며, 극 자석(23)은 양 미러 자석(21)의 사이에 위치할 수 있다. 미러 자석(21)에 의해 인가되는 미러 자기장 및 극 자석(23)에 의해 인가되는 자기장에 의해 전자가 플라즈마 챔버(1) 내에 가두어질 수 있다. 보정 자석(22)은 미러 자기장의 크기가 최소가 되는 지점에 인접하여 위치하여 플라즈마 챔버(1) 내의 최소 자기장의 크기를 조절하도록 구성될 수 있다. 보정 자석(22)은 구조의 변경 없이 보정 자석(22)에 의해 인가되는 자기장의 크기를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 보정 자석(22)은 소프트웨어적으로 자기장의 조절이 가능한 전자석 등으로 이루어질 수 있다. The magnet part 2 may include a mirror magnet 21, a correction magnet 22, and a pole magnet 23. The mirror magnets 21 may be located at both ends of the space for generating the ECR plasma, and the pole magnets 23 may be located between the two mirror magnets 21. Electrons can be trapped in the plasma chamber 1 by the mirror magnetic field applied by the mirror magnet 21 and the magnetic field applied by the pole magnet 23. The correction magnet 22 may be configured to be positioned adjacent to the point where the size of the mirror magnetic field is minimum to adjust the size of the minimum magnetic field in the plasma chamber 1. The correction magnet 22 may be configured to adjust the magnitude of the magnetic field applied by the correction magnet 22 without changing the structure. For example, the correction magnet 22 may be made of an electromagnet or the like that can adjust the magnetic field in software.
도 1에서 자석부(2)의 각 자석(21, 22, 23)은 사각형 형상의 단면을 가지며 플라즈마 챔버(1)를 둘러싸고 위치한다. 예컨대, 각 자석(21, 22, 23)은 속이 빈 고리 형상일 수 있으며, 각 자석(21, 22, 23)의 비어있는 중심 부분에 플라즈마 챔버(1)가 배치될 수 있다. 예컨대, 미러 자석(21)과 보정 자석(22)은 솔레노이드(solenoid) 형태일 수도 있고 극 자석(23)은 레이스트랙(Racetrack) 형태의 자석의 6개 조합체로 이루어 질 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 각 자석(21, 22, 23)은 플라즈마 챔버(1) 내에 자기장을 인가할 수 있는 다른 적절한 형상을 가질 수도 있다.In FIG. 1, each magnet 21, 22, 23 of the magnet part 2 has a rectangular cross section and is positioned surrounding the plasma chamber 1. For example, each of the magnets 21, 22, and 23 may have a hollow ring shape, and the plasma chamber 1 may be disposed at an empty center portion of each of the magnets 21, 22, and 23. For example, the mirror magnet 21 and the correction magnet 22 may be in the form of a solenoid and the pole magnet 23 may be made of six combinations of magnets in the form of racetracks. However, this is exemplary and each magnet 21, 22, 23 may have another suitable shape capable of applying a magnetic field in the plasma chamber 1.
마이크로파 발생부(3)는 마이크로파를 발생시켜 플라즈마 챔버(1) 내로 주입하기 위한 장치이다. 예컨대, 마이크로파 발생부(3)는 마그네트론(magnetron) 또는 자이로트론(gyrotron) 등의 발진기를 포함할 수 있다. 마이크로파 발생부(3)는 플라즈마 챔버(1)의 마이크로파 주입구(13)를 통해 플라즈마 챔버(1) 내의 반응 기체에 마이크로파를 인가할 수 있다. 적절한 자기장 및 기체 분위기에서 플라즈마 챔버(1) 내의 반응 기체에 마이크로파가 인가되면, 전자 맴돌이 공명 현상이 일어나 플라즈마로부터 다가 이온이 생성될 수 있다.The microwave generator 3 is a device for generating microwaves and injecting them into the plasma chamber 1. For example, the microwave generator 3 may include an oscillator such as a magnetron or a gyrotron. The microwave generator 3 may apply microwaves to the reaction gas in the plasma chamber 1 through the microwave injection hole 13 of the plasma chamber 1. When microwaves are applied to the reaction gas in the plasma chamber 1 in an appropriate magnetic field and gas atmosphere, electron eddy resonance may occur to generate polyvalent ions from the plasma.
가변형 이온 가이드(4)는 가변형 챔버(40), 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)을 포함할 수 있다. 가변형 챔버(40)는 일 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 가변형 챔버(40)의 길이를 조절하는 것에 의하여 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)의 위치가 결정될 수 있다. 도 1에서 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42) 각각에 표시된 양 방향의 화살표는 각 전극의 위치가 변경될 수 있음을 나타낸다. 즉, 가변형 챔버(40)의 길이를 조절하는 것에 의하여 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)은 이온 진행 방향의 위치가 변경될 수 있다. The variable ion guide 4 may include a variable chamber 40, one or more guide electrodes 41, and an extraction electrode 42. The variable chamber 40 may be configured to adjust the length in one direction. By adjusting the length of the variable chamber 40, the positions of the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 can be determined. In FIG. 1, arrows in both directions marked on the guide electrode 41 and the extraction electrode 42 indicate that the position of each electrode may be changed. That is, the position of the guide electrode 41 and the extraction electrode 42 in the ion traveling direction may be changed by adjusting the length of the variable chamber 40.
가변형 챔버(40)는 플라즈마 챔버(1)의 이온 인출구(13)에 결합되어 이온의 진행 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 가변형 챔버(40)는 하나 이상의 주름관(400)으로 이루어질 수도 있다. 주름관(400)의 형태가 변형되면서 주름관(400)의 길이가 줄어들거나 늘어나는 것에 의하여 각각의 주름관(400) 사이에 연결되는 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 가변형 챔버(40)의 끝 부분에 연결된 인출 전극(42)의 위치가 조절될 수 있다. 주름관(400)의 형태 변형을 위하여, 가변형 챔버(40)는 연결부(43)를 통해 동력원(44)에 연결될 수 있다. 예컨대, 동력원(44)은 모터와 전압원으로 구성되며 가변형 챔버(40)는 연결부(43)를 통해 모터에 기계적 및/또는 전기적으로 연결될 수도 있다. 가변형 챔버(40)는 절연 물질로 이루어질 수도 있다.The variable chamber 40 may be coupled to the ion outlet 13 of the plasma chamber 1 so as to adjust the length of the traveling direction of the ions. The variable chamber 40 may be made of one or more corrugated pipes 400. As the shape of the corrugated pipe 400 is deformed, the length of the corrugated pipe 400 decreases or extends, so that the lead pipe 41 connected between the corrugated pipe 400 and one end of the variable chamber 40 is connected to each other. The position of the electrode 42 can be adjusted. In order to change the shape of the corrugated pipe 400, the variable chamber 40 may be connected to the power source 44 through the connecting portion 43. For example, the power source 44 may consist of a motor and a voltage source and the variable chamber 40 may be mechanically and / or electrically connected to the motor through the connection 43. The variable chamber 40 may be made of an insulating material.
하나 이상의 가이드 전극(41)은 플라즈마 챔버(1) 내에 생성된 이온과 플라즈마를 집적하고 이온을 가속하는 역할을 할 수 있다. 하나 이상의 가이드 전극(41)은 가변형 챔버(40)에 연결되며, 가변형 챔버(40)의 길이를 조절하는 것에 의하여 이온 진행 방향상의 위치가 결정될 수 있다. 하나 이상의 가이드 전극(41)은 가변형 챔버(40)에 탈착 가능하게 연결될 수도 있다. 예컨대, 가변형 챔버(40)의 각각의 주름관(400)을 분리함으로써 각 주름관(400) 사이의 가이드 전극(41)을 가변형 챔버(40)로부터 분리할 수 있다. 따라서, 가이드 전극(41)을 용이하게 교체할 수 있으며, 달성하고자 하는 인출 조건에 따라 적절한 가이드 전극(41)을 이용할 수 있다. 각각의 가이드 전극(41)은 이온을 통과시키기 위한 홀을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 가이드 전극(41)은 가이드 전극(41)의 표면이 이온 진행 방향에 대하여 경사진 원뿔의 형상일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 가이드 전극(41)은 하나 이상의 홀을 포함하는 평판 형상일 수도 있으며, 또는 이온을 가속하여 인출하기 위한 다른 적당한 형상일 수도 있다.One or more guide electrodes 41 may serve to accumulate ions and plasma generated in the plasma chamber 1 and to accelerate ions. One or more guide electrodes 41 are connected to the variable chamber 40, and the position in the ion propagation direction may be determined by adjusting the length of the variable chamber 40. One or more guide electrodes 41 may be detachably connected to the variable chamber 40. For example, by separating each corrugated pipe 400 of the variable chamber 40, the guide electrode 41 between each corrugated pipe 400 may be separated from the variable chamber 40. Therefore, the guide electrode 41 can be easily replaced, and an appropriate guide electrode 41 can be used according to the withdrawal conditions to be achieved. Each guide electrode 41 may include a hole for passing ions. In addition, each of the guide electrodes 41 may have a shape of a cone in which the surface of the guide electrode 41 is inclined with respect to the ion traveling direction. However, as an example, the guide electrode 41 may be a flat plate shape including one or more holes, or another suitable shape for accelerating and withdrawing ions.
인출 전극(42)은 가이드 전극(41)에 의하여 가속된 이온들을 인출하여 이온 빔의 형태로 출력하는 역할을 할 수 있다. 인출 전극(42)는 가변형 챔버(40)의 한쪽 끝에 연결될 수 있다. 예컨대, 가변형 챔버(40)의 한쪽 끝 부분은 플라즈마 챔버(1)의 인출구(13)에 연결될 수 있으며, 이때 인출 전극(42)은 가변형 챔버(40)의 다른쪽 끝에 연결될 수 있다. 하나 이상의 가이드 전극(41)과 마찬가지로, 가변형 챔버(40)의 길이를 조절하는 것에 의하여 인출 전극(42)의 위치가 조절될 수 있다. 인출 전극(42)은 이온을 빔 형태로 집속하기 위한 전극으로서, 이온의 집속 및 출력을 위한 적당한 형상을 가질 수 있으며 특정 형상에 한정되지 않는다. The extraction electrode 42 may serve to extract ions accelerated by the guide electrode 41 and output the ions in the form of an ion beam. The lead electrode 42 may be connected to one end of the variable chamber 40. For example, one end of the variable chamber 40 may be connected to the outlet 13 of the plasma chamber 1, and the lead electrode 42 may be connected to the other end of the variable chamber 40. As with the one or more guide electrodes 41, the position of the lead-out electrode 42 may be adjusted by adjusting the length of the variable chamber 40. The extraction electrode 42 is an electrode for focusing ions in the form of a beam, and may have a suitable shape for focusing and outputting ions, and is not limited to a specific shape.
하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)은 리드(45)를 통하여 전원(46)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전원(46)은 리드(45)를 통하여 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)에 전압을 인가할 수 있으며, 인가된 전압에 의하여 플라즈마 챔버(1) 내의 이온을 집적하고 가속하여 이온 빔 형태로 출력할 수 있다. 도 1에서 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)은 모두 동일한 전원(46)에 전기적으로 연결되는 것으로 도시되었으나, 각각의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)에 인가되는 전압은 서로 상이할 수도 있다. 예컨대, 인출 전극(42)은 접지 소스에 전기적으로 연결되어 접지 상태로 유지될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 가이드 전극(41) 중 일부에만 전압이 인가될 수도 있으며 각각의 가이드 전극(41)에 인가되는 전압이 서로 상이할 수도 있다.The one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 may be electrically connected to the power source 46 through the leads 45. The power source 46 may apply a voltage to the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 through the lead 45, and accumulate and accelerate ions in the plasma chamber 1 by the applied voltage. It can output in the form of a beam. In FIG. 1, the one or more guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 are all shown to be electrically connected to the same power source 46, but the voltages applied to the respective guide electrodes 41 and the drawing electrodes 42 are It may be different from each other. For example, the lead electrode 42 may be electrically connected to a ground source to remain in the ground state. In addition, a voltage may be applied to only some of the one or more guide electrodes 41 and the voltages applied to the respective guide electrodes 41 may be different from each other.
이상에서 설명한 ECR 이온원 장치는, 가변형 챔버(40)를 이용함으로써 이온 인출을 위한 하나 이상의 가이드 전극(41) 및 인출 전극(42)의 위치를 적절히 조절할 수 있으며 가이드 전극(41)을 용이하게 교체할 수 있다. 이상과 같이 구성된 가변형 이온 가이드(4)를 사용함으로써 다양한 인출 조건 및 증착 조건을 만족하여 양질의 빔을 인출할 수 있으며 높은 전류의 빔을 인출할 수 있다. 상기 ECR 이온원 장치는 엑스선 장치 및 이온 가속기 등 다양한 장치에의 산업적 응용도가 높을 뿐만 아니라, 의료 관련 분야 및 연구 분야에서도 다양하게 활용될 수 있다.In the above-described ECR ion source device, by using the variable chamber 40, the positions of one or more guide electrodes 41 and the extraction electrodes 42 for ion extraction can be properly adjusted, and the guide electrodes 41 can be easily replaced. can do. By using the variable ion guide 4 configured as described above, it is possible to take out a high quality beam by satisfying various drawing conditions and deposition conditions, and to extract a beam of high current. The ECR ion source device may not only have high industrial application to various devices such as X-ray devices and ion accelerators, but also may be variously used in medical related fields and research fields.
도 2는 다른 실시예에 따른 ECR 이온원 장치의 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 실시예의 설명에 있어서, 도 1를 참조하여 전술한 실시예로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대해서는 설명을 생략하며, 도 1에 도시된 실시예와의 차이점에 대하여 설명한다. 2 is a schematic cross-sectional view of an ECR ion source device according to another embodiment. In the description of the embodiment illustrated in FIG. 2, descriptions of parts easily understood by those skilled in the art from the embodiments described above with reference to FIG. 1 will be omitted, and differences from the embodiment illustrated in FIG. 1 will be described. do.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 ECR 이온원 장치에서 가변형 이온 가이드(4)는 가변형 챔버(40), 하나 이상의 가이드 전극 및 인출 전극(42)을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 가이드 전극은 제1 전극(411) 및 제2 전극(412)을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 가이드 전극은 제3 전극(413)을 더 포함할 수도 있다. 제1 전극(411), 제3 전극(413) 및 인출 전극(42)은 리드(45)를 통하여 전원(46)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 제1 전극(411), 제3 전극(413) 및 인출 전극(42) 각각에 인가되는 전압은 서로 상이할 수 있으며, 또는 이들 전극 중 일부에만 전압이 인가될 수도 있다. 이는 도 1을 참조하여 전술한 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다. Referring to FIG. 2, in the ECR ion source device according to the present exemplary embodiment, the variable ion guide 4 may include a variable chamber 40, one or more guide electrodes, and an extraction electrode 42. Here, the one or more guide electrodes may include a first electrode 411 and a second electrode 412. In addition, the one or more guide electrodes may further include a third electrode 413. The first electrode 411, the third electrode 413, and the lead electrode 42 may be electrically connected to the power source 46 through the lead 45. However, voltages applied to each of the first electrode 411, the third electrode 413, and the extraction electrode 42 may be different from each other, or a voltage may be applied to only some of these electrodes. This can be easily understood from the above-described embodiment with reference to FIG. 1, so a detailed description thereof will be omitted.
제1 전극(411)은 이온이 통과하기 위한 홀(4110)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(412)은 이온이 통과하기 위한 홀(4120)을 포함할 수 있다. 제2 전극(412)은 제1 전극(411)의 홀(4110) 내에 위치할 수 있으며, 따라서 제2 홀(4120)의 크기는 제1 홀(4110)의 크기에 비해 작을 수 있다. 제1 전극(411) 및 제2 전극(412)은 각 전극의 표면이 이온 진행 방향에 대하여 경사진 원뿔의 형상일 수 있다. The first electrode 411 may include a hole 4110 through which ions pass. In addition, the second electrode 412 may include a hole 4120 through which ions pass. The second electrode 412 may be located in the hole 4110 of the first electrode 411, so that the size of the second hole 4120 may be smaller than the size of the first hole 4110. The first electrode 411 and the second electrode 412 may have the shape of a cone in which the surfaces of each electrode are inclined with respect to the ion propagation direction.
일 실시예에서, 제2 전극(412)은 이온 진행 방향상의 위치, 제2 홀(4120)의 크기 및/또는 표면 경사각(θ)을 조절할 수 있는 가변형 전극일 수 있다. 예컨대, 제2 전극(412)은 복수 개의 판이 겹쳐진 형태로 되어 있으며 각 판 사이의 각도를 조절함으로써 제2 홀(4120)의 크기 및 제2 전극(412)의 표면 경사각(θ)을 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다. 제2 전극(412)의 가변을 위하여, 제2 전극(412)은 연결부(47)를 통해 동력원(48)에 연결될 수 있다. 예컨대, 동력원(48)은 모터와 전압원으로 구성되며 제2 전극(412)은 연결부(47)를 통해 모터에 기계적 및/또는 전기적으로 연결될 수도 있다. In one embodiment, the second electrode 412 may be a variable electrode capable of adjusting the position in the ion traveling direction, the size of the second hole 4120 and / or the surface inclination angle θ. For example, the second electrode 412 has a shape in which a plurality of plates overlap each other, and the size of the second hole 4120 and the surface inclination angle θ of the second electrode 412 can be adjusted by adjusting the angle between the plates. It may be configured. In order to vary the second electrode 412, the second electrode 412 may be connected to the power source 48 through the connection 47. For example, the power source 48 may consist of a motor and a voltage source, and the second electrode 412 may be mechanically and / or electrically connected to the motor through the connection 47.
제3 전극(413)은 이온의 집속 및 가속을 위한 또 다른 전극으로서, 하나 이상의 홀(4130)을 포함하는 평판 형상일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로서, 제3 전극(413)은 제1 전극(411) 및 제2 전극(412)과 마찬가지로 표면이 이온 진행 방향에 대하여 경사진 원뿔 형상일 수도 있으며, 또는 이온의 집속 및 가속을 위한 다른 상이한 형상일 수도 있다. The third electrode 413 is another electrode for focusing and accelerating ions, and may have a flat plate shape including one or more holes 4130. However, this is exemplary, and the third electrode 413 may have a conical shape in which the surface is inclined with respect to the direction of ion migration, similar to the first electrode 411 and the second electrode 412, or focuses and accelerates the ion. Other different shapes may be used.
일 실시예에서는, 가변형 챔버(40)는 냉각 물질이 주입되는 하나 이상의 채널(401)을 포함할 수도 있다. 제1 전극(411)을 양(+) 전극 등으로 활용하여 이온에 가속을 가할 수 있는데, 이때 마이크로파 및 플라즈마로 인하여 온도 상승이 발생할 수 있다. 이를 보완하기 위하여, 가변형 챔버(40)에 냉각 물질이 주입되는 하나 이상의 채널(401)을 형성하고, 제1 전극(411)은 하나 이상의 채널(401)과 인접한 가변형 챔버(40)의 표면에 접촉시켜 제1 전극(411)을 냉각할 수 있다. 이때, 냉각 효율을 향상시키기 위해서는 제1 전극(411)과 가변형 챔버(40)의 접촉 표면을 증가시킬 수도 있다.In one embodiment, the variable chamber 40 may include one or more channels 401 into which cooling material is injected. The first electrode 411 may be used as a positive electrode to accelerate the ions, and at this time, a temperature increase may occur due to the microwave and the plasma. To compensate for this, one or more channels 401 are formed in which the cooling material is injected into the variable chamber 40, and the first electrode 411 contacts the surface of the variable chamber 40 adjacent to the one or more channels 401. The first electrode 411 can be cooled. In this case, in order to improve the cooling efficiency, the contact surface of the first electrode 411 and the variable chamber 40 may be increased.
ECR 이온원 장치에 있어서 이온 밀도가 가장 높은 영역은 플라즈마 챔버(1)에서 이온 진행 방향상의 중심부가 아니라 중심부에서 다소 바깥쪽으로 이동된 영역이다. ECR 이온원 장치로부터 가능한 많은 이온을 인출하기 위해서는, 이온 밀도가 상대적으로 높은 곳에서 인출이 이루어질 수 있어야 한다. 전술한 실시예에 따른 ECR 이온원 장치에서는, 가변형 이온 가이드에서 제2 전극(412)이 가변됨에 따라 이온이 인출되는 구멍의 위치 및 폭이 변경되므로 인출 조건을 변화시킬 수 있다. 따라서, 다양한 인출 조건 및 증착 조건을 만족시키고 양질의 빔을 인출할 수 있으며 높은 전류의 빔을 인출할 수 있다. In the ECR ion source device, the region with the highest ion density is a region moved somewhat outward from the center rather than the center in the ion propagation direction in the plasma chamber 1. In order to withdraw as much ions as possible from the ECR ion source device, it must be possible to withdraw at a place where the ion density is relatively high. In the ECR ion source device according to the above-described embodiment, as the second electrode 412 is variable in the variable ion guide, the position and width of the hole from which the ions are extracted are changed, so that the extraction condition may be changed. Therefore, it is possible to satisfy various drawing conditions and deposition conditions, to draw a beam of high quality, and to draw a beam of high current.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations may be made therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
실시예들은 가변형 이온 가이드 및 이를 포함하는 전자 맴돌이 공명(Electron Cyclotron Resonance) 이온원 장치에 관한 것이다. Embodiments relate to a variable ion guide and an Electron Cyclotron Resonance ion source device comprising the same.

Claims (14)

  1. 일 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성된 가변형 챔버; A variable chamber configured to adjust a length in one direction;
    상기 가변형 챔버의 길이를 조절하는 것에 의하여 위치가 결정되도록 상기 가변형 챔버에 연결되는 하나 이상의 가이드 전극; 및One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber; And
    상기 가변형 챔버의 한쪽 끝에 연결되는 인출 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드.And a lead electrode connected to one end of the variable chamber.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 하나 이상의 가이드 전극은, The one or more guide electrodes,
    제1 홀을 포함하는 제1 전극; 및A first electrode including a first hole; And
    상기 제1 홀 내에 위치하며 제2 홀을 포함하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드. And a second electrode positioned in the first hole and including a second hole.
  3. 제 2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 제2 전극은 상기 일 방향상의 위치, 상기 제2 홀의 크기 및 상기 일 방향에 대한 표면 경사각 중 하나 이상을 조절할 수 있는 가변형 전극인 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드. The second electrode is a variable ion guide, characterized in that the variable electrode that can adjust at least one of the position in the one direction, the size of the second hole and the surface tilt angle with respect to the one direction.
  4. 제 2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 하나 이상의 가이드 전극은, The one or more guide electrodes,
    하나 이상의 제3 홀을 포함하는 제3 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드.And a third electrode including one or more third holes.
  5. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 중 하나 이상은 상기 가변형 챔버에 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드.At least one of the first electrode, the second electrode, and the third electrode is detachably connected to the variable chamber.
  6. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 가변형 챔버는 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드.The variable chamber is a variable ion guide, characterized in that made of an insulating material.
  7. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 가변형 챔버는, 냉각 물질이 주입되는 하나 이상의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 이온 가이드.And the variable chamber comprises one or more channels into which cooling material is injected.
  8. 플라즈마가 발생되는 플라즈마 챔버;A plasma chamber in which plasma is generated;
    상기 플라즈마 챔버 내에 자기장을 인가하는 자석부; A magnet unit for applying a magnetic field in the plasma chamber;
    상기 플라즈마 챔버 내에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 발생부; 및A microwave generator for applying microwaves in the plasma chamber; And
    상기 자기장 및 상기 마이크로파에 의한 전자 맴돌이 공명에 의하여 상기 플라즈마로부터 발생된 이온을 상기 플라즈마 챔버로부터 인출하는 가변형 이온 가이드를 포함하되,It includes a variable ion guide for extracting the ions generated from the plasma from the plasma chamber by the electromagnetic eddy resonance by the magnetic field and the microwave,
    상기 가변형 이온 가이드는, The variable ion guide,
    한쪽 끝이 상기 플라즈마 챔버에 연결되며 이온 진행 방향의 길이를 조절할 수 있도록 구성된 가변형 챔버;A variable chamber having one end connected to the plasma chamber and configured to adjust a length of an ion traveling direction;
    상기 가변형 챔버의 길이를 조절하는 것에 의하여 위치가 결정되도록 상기 가변형 챔버에 연결되는 하나 이상의 가이드 전극; 및One or more guide electrodes connected to the variable chamber such that the position is determined by adjusting the length of the variable chamber; And
    상기 가변형 챔버의 다른쪽 끝에 연결되는 인출 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치.And an extraction electrode connected to the other end of the variable chamber.
  9. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 하나 이상의 가이드 전극은, The one or more guide electrodes,
    제1 홀을 포함하는 제1 전극; 및A first electrode including a first hole; And
    상기 제1 홀 내에 위치하며 제2 홀을 포함하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치. And a second electrode positioned in the first hole and including a second hole.
  10. 제 9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 제2 전극은 상기 일 방향상의 위치, 상기 제2 홀의 크기 및 상기 일 방향에 대한 표면 경사각 중 하나 이상을 조절할 수 있는 가변형 전극인 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치. And the second electrode is a variable electrode capable of adjusting at least one of a position in one direction, a size of the second hole, and a surface inclination angle with respect to the one direction.
  11. 제 9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 하나 이상의 가이드 전극은, The one or more guide electrodes,
    하나 이상의 제3 홀을 포함하는 제3 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치.Electron eddy resonance ion source device further comprises a third electrode comprising one or more third holes.
  12. 제 11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극 중 하나 이상은 상기 가변형 챔버에 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치.At least one of the first electrode, the second electrode and the third electrode is an electron eddy resonant ion source device, characterized in that detachably connected to the variable chamber.
  13. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 가변형 챔버는 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치.And said variable chamber comprises an insulating material.
  14. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 가변형 챔버는, 냉각 물질이 주입되는 하나 이상의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 맴돌이 공명 이온원 장치.And said variable chamber comprises one or more channels into which cooling material is injected.
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