JPH0837100A - イオン加速装置 - Google Patents
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- JPH0837100A JPH0837100A JP6191263A JP19126394A JPH0837100A JP H0837100 A JPH0837100 A JP H0837100A JP 6191263 A JP6191263 A JP 6191263A JP 19126394 A JP19126394 A JP 19126394A JP H0837100 A JPH0837100 A JP H0837100A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 タンデム加速器から低エネルギーの大電流ビ
ームを取り出すこと。 【構成】 低エネルギーイオンを取り出す場合にも、タ
ンデム加速器4の低エネルギー側加速管7及び高エネル
ギー側加速管9には加速電圧源5から高電圧タ−ミナル
6を介して高い加速電圧を印加する。ストリッパカナー
ルを有する荷電変換部は荷電変換モードと非荷電変換モ
ードに変更可能であり、低エネルギーイオンの取り出し
時、ストリッパカナール8にはストリッパガスを供給し
ない。負イオン源1からの負イオンは質量分析電磁石
2、Qレンズ3を経て低エネルギー側加速管で収束、加
速され、荷電変換せずに高エネルギー側加速管に入り、
減速される。タンデム加速器でイオンに与えられるエネ
ルギーはゼロであり、加速器導入時の低エネルギー状態
でイオンビームを取り出すことができる。
ームを取り出すこと。 【構成】 低エネルギーイオンを取り出す場合にも、タ
ンデム加速器4の低エネルギー側加速管7及び高エネル
ギー側加速管9には加速電圧源5から高電圧タ−ミナル
6を介して高い加速電圧を印加する。ストリッパカナー
ルを有する荷電変換部は荷電変換モードと非荷電変換モ
ードに変更可能であり、低エネルギーイオンの取り出し
時、ストリッパカナール8にはストリッパガスを供給し
ない。負イオン源1からの負イオンは質量分析電磁石
2、Qレンズ3を経て低エネルギー側加速管で収束、加
速され、荷電変換せずに高エネルギー側加速管に入り、
減速される。タンデム加速器でイオンに与えられるエネ
ルギーはゼロであり、加速器導入時の低エネルギー状態
でイオンビームを取り出すことができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、200keV以下の低
エネルギービームを高電流で得ることができる静電型タ
ンデム加速器を備えたイオン加速装置に関する。
エネルギービームを高電流で得ることができる静電型タ
ンデム加速器を備えたイオン加速装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は静電型タンデム加速器を用いた高
エネルギーイオン加速装置の一例の基本構成図である。
負イオン源1から引き出されたイオンビームを質量分析
電磁石2の磁場に通し、所望質量の負イオンを分離抽出
する。次いで、負イオンビームは低エネルギー側Qレン
ズ3を通り、タンデム加速器(本体)4に導入される。
同加速器本体は高圧絶縁ガスが充填された圧力タンクに
収容する形で構成されており、導入された負イオンビー
ムは、加速電圧源5から高電圧ターミナル6を介して正
の高加速電圧が印加されている低エネルギー側加速管7
で最初の加速が行われ、荷電変換用のストリッパガスが
導入されているストリッパカナール8を有する荷電変換
部で正イオンビームに変換される。正イオンビームは高
エネルギー側加速管9で接地電位に向かって再び加速さ
れる。そして、高エネルギー側Qレンズ10を経てエネ
ルギー分析電磁石11で所望の価数、エネルギーの正イ
オンが抽出され、試料12、例えば半導体ウエハに注入
される。
エネルギーイオン加速装置の一例の基本構成図である。
負イオン源1から引き出されたイオンビームを質量分析
電磁石2の磁場に通し、所望質量の負イオンを分離抽出
する。次いで、負イオンビームは低エネルギー側Qレン
ズ3を通り、タンデム加速器(本体)4に導入される。
同加速器本体は高圧絶縁ガスが充填された圧力タンクに
収容する形で構成されており、導入された負イオンビー
ムは、加速電圧源5から高電圧ターミナル6を介して正
の高加速電圧が印加されている低エネルギー側加速管7
で最初の加速が行われ、荷電変換用のストリッパガスが
導入されているストリッパカナール8を有する荷電変換
部で正イオンビームに変換される。正イオンビームは高
エネルギー側加速管9で接地電位に向かって再び加速さ
れる。そして、高エネルギー側Qレンズ10を経てエネ
ルギー分析電磁石11で所望の価数、エネルギーの正イ
オンが抽出され、試料12、例えば半導体ウエハに注入
される。
【0003】図7はストリッパカナール8を有する荷電
変換部の概略構成図であり、ストリッパカナール8は、
低エネルギー側加速管7と高エネルギー側加速管9とを
繋いでいるタ−ミナルダクト13の内部に配置されてい
る。ストリッパカナール8の中央部に、ガスボンベ14
からのストリッパガスをリークバルブ15、ストリッパ
ガス供給路16により供給している。ストリッパガスが
両加速管7,9内に入り込むのを抑えるために、ストリ
ッパカナール8と両加速管との間にイオンビームが通過
する円筒部を有するバッフル17を設けると共に、スト
リッパカナール8の配置空間を真空排気するターボ分子
ポンプ18をタ−ミナルダクト13に接続し、同ポンプ
の排気路19はストリッパガス供給路16に接続し、排
気に含まれるストリッパガスを循環させ、再利用してい
る。
変換部の概略構成図であり、ストリッパカナール8は、
低エネルギー側加速管7と高エネルギー側加速管9とを
繋いでいるタ−ミナルダクト13の内部に配置されてい
る。ストリッパカナール8の中央部に、ガスボンベ14
からのストリッパガスをリークバルブ15、ストリッパ
ガス供給路16により供給している。ストリッパガスが
両加速管7,9内に入り込むのを抑えるために、ストリ
ッパカナール8と両加速管との間にイオンビームが通過
する円筒部を有するバッフル17を設けると共に、スト
リッパカナール8の配置空間を真空排気するターボ分子
ポンプ18をタ−ミナルダクト13に接続し、同ポンプ
の排気路19はストリッパガス供給路16に接続し、排
気に含まれるストリッパガスを循環させ、再利用してい
る。
【0004】かかるタンデム加速器による高エネルギー
イオン加速装置の設備をそのまま用いて低エネルギーの
イオンビームを得る試み、試料12に低エネルギーイオ
ンを注入できるようにする、同加速装置の利用範囲の拡
張が試みられている。図8は、メガエレクトロンボルト
(MeV)級のタンデム加速器についての、ビームエネ
ルギー対ビーム電流特性の一例を示す図であり、縦軸の
ビーム電流Ibは、出射ビーム電流の入射ビーム電流に
対する%値である。ビームエネルギーが200keVの
場合、ビーム電流は20%に低下してしまう。これは低
エネルギー域では、ストリッパカナールに導入されるビ
ームが減少し、負イオンから正イオンへの荷電変換効率
が低下することによる。
イオン加速装置の設備をそのまま用いて低エネルギーの
イオンビームを得る試み、試料12に低エネルギーイオ
ンを注入できるようにする、同加速装置の利用範囲の拡
張が試みられている。図8は、メガエレクトロンボルト
(MeV)級のタンデム加速器についての、ビームエネ
ルギー対ビーム電流特性の一例を示す図であり、縦軸の
ビーム電流Ibは、出射ビーム電流の入射ビーム電流に
対する%値である。ビームエネルギーが200keVの
場合、ビーム電流は20%に低下してしまう。これは低
エネルギー域では、ストリッパカナールに導入されるビ
ームが減少し、負イオンから正イオンへの荷電変換効率
が低下することによる。
【0005】かかるタンデム加速器を用いた高エネルギ
ーイオン加速装置の高エネルギー域におけるビーム軌道
についてのコンピュータ解析結果の一例を図9に示す。
図の中心線より右の軌道aはビームの水平方向部分、左
の軌道a’はビームの垂直方向部分をそれぞれ示し、こ
の場合のイオン加速装置では、低エネルギー側Qレンズ
3の直前にスリットが設けられている。タンデム加速器
の加速管については、ビーム光学系の焦点距離をf
〔m〕,加速電場をE〔V/m〕,ビームの入射電圧を
Vi〔V〕とすると、レンズ作用の式、f=4Vi/Eを
前提として、高加速電圧時に高いビーム搬送効率が得ら
れるようにビーム光学系が構成されている。負イオン源
1から引き出され、タンデム加速器に入るビームのエネ
ルギーは50keVであり、高電圧タ−ミナル部6、低
エネルギー側及び高エネルギー側加速管7,9の加速電
圧は0.5MVであり、加速器本体から得られる正イオ
ンビームはトータル1.05MeVのエネルギーを有す
る。低エネルギー側加速管7は、その入口部にビームを
収束方向に向かわせる強いレンズ作用が生じ、加速管内
でもビームに収束作用が生ずる。そこで、低エネルギー
側加速管7には発散傾向のビームを導入し、ストリッパ
カナール8の中央部でビームが最も絞られるようにし、
荷電変換効率を上げている。
ーイオン加速装置の高エネルギー域におけるビーム軌道
についてのコンピュータ解析結果の一例を図9に示す。
図の中心線より右の軌道aはビームの水平方向部分、左
の軌道a’はビームの垂直方向部分をそれぞれ示し、こ
の場合のイオン加速装置では、低エネルギー側Qレンズ
3の直前にスリットが設けられている。タンデム加速器
の加速管については、ビーム光学系の焦点距離をf
〔m〕,加速電場をE〔V/m〕,ビームの入射電圧を
Vi〔V〕とすると、レンズ作用の式、f=4Vi/Eを
前提として、高加速電圧時に高いビーム搬送効率が得ら
れるようにビーム光学系が構成されている。負イオン源
1から引き出され、タンデム加速器に入るビームのエネ
ルギーは50keVであり、高電圧タ−ミナル部6、低
エネルギー側及び高エネルギー側加速管7,9の加速電
圧は0.5MVであり、加速器本体から得られる正イオ
ンビームはトータル1.05MeVのエネルギーを有す
る。低エネルギー側加速管7は、その入口部にビームを
収束方向に向かわせる強いレンズ作用が生じ、加速管内
でもビームに収束作用が生ずる。そこで、低エネルギー
側加速管7には発散傾向のビームを導入し、ストリッパ
カナール8の中央部でビームが最も絞られるようにし、
荷電変換効率を上げている。
【0006】低エネルギーイオンビームを得るために、
例えば加速電圧を零ボルトとし、負イオン源1からの5
0keVのエネルギーを持つビームを加速器本体4に通
したときのコンピュータによる解析結果を軌道b,b’
で示す。低エネルギー加速管7にはレンズ作用がないか
ら、同加速管に導入されたビームは拡がり、ストリッパ
カナール8に入るビームは全体のビーム径の1/5、ビ
ーム量としては1/25以下であり、実際にはタンデム
加速器本体のビーム搬送効率はせいぜい3%程度に留ま
る。
例えば加速電圧を零ボルトとし、負イオン源1からの5
0keVのエネルギーを持つビームを加速器本体4に通
したときのコンピュータによる解析結果を軌道b,b’
で示す。低エネルギー加速管7にはレンズ作用がないか
ら、同加速管に導入されたビームは拡がり、ストリッパ
カナール8に入るビームは全体のビーム径の1/5、ビ
ーム量としては1/25以下であり、実際にはタンデム
加速器本体のビーム搬送効率はせいぜい3%程度に留ま
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、200ke
V以下の低エネルギービームを大電流で得ることができ
る、タンデム加速器を備えたイオン加速装置の提供を目
的とするものである。
V以下の低エネルギービームを大電流で得ることができ
る、タンデム加速器を備えたイオン加速装置の提供を目
的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン加速装置
は、加速電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この
高電圧タ−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加さ
れ、タンデムに配置された低エネルギー側加速管及び高
エネルギー側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内に設け
られ、前記両加速管の間に位置し、荷電変換モードと非
荷電変換モードに変更可能の荷電変換部とを備え、前記
低エネルギー側加速管で加速されたイオンを荷電変換せ
ずに前記高エネルギー側加速管で減速させることができ
るように構成したことを主たる特徴とするものである。
は、加速電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この
高電圧タ−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加さ
れ、タンデムに配置された低エネルギー側加速管及び高
エネルギー側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内に設け
られ、前記両加速管の間に位置し、荷電変換モードと非
荷電変換モードに変更可能の荷電変換部とを備え、前記
低エネルギー側加速管で加速されたイオンを荷電変換せ
ずに前記高エネルギー側加速管で減速させることができ
るように構成したことを主たる特徴とするものである。
【0009】さらに、本発明のイオン加速装置は、加速
電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この高電圧タ
−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加され、タンデ
ムに配置された低エネルギー側加速管及び高エネルギー
側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内で、前記両加速管
の間に配置された荷電変換用ストリッパカナールと、こ
のストリッパカナールへのストリッパガス供給路に第1
のバルブを介して接続されたストリッパガス供給源と、
前記ストリッパカナールの配置空間に接続され、排気路
が前記ストリッパガス供給路に連通している第1の真空
ポンプと、前記ストリッパガス供給路を開閉する第2の
バルブと、前記ストリッパガス供給路に接続され、排気
路が第3のバルブを介して前記高エネルギー側加速管内
に連通している第2の真空ポンプとを備え、前記低エネ
ルギー側加速管で加速されたイオンを荷電変換せずに前
記高エネルギー側加速管で減速させることができるよう
に構成したことを特徴とするものである。
電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この高電圧タ
−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加され、タンデ
ムに配置された低エネルギー側加速管及び高エネルギー
側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内で、前記両加速管
の間に配置された荷電変換用ストリッパカナールと、こ
のストリッパカナールへのストリッパガス供給路に第1
のバルブを介して接続されたストリッパガス供給源と、
前記ストリッパカナールの配置空間に接続され、排気路
が前記ストリッパガス供給路に連通している第1の真空
ポンプと、前記ストリッパガス供給路を開閉する第2の
バルブと、前記ストリッパガス供給路に接続され、排気
路が第3のバルブを介して前記高エネルギー側加速管内
に連通している第2の真空ポンプとを備え、前記低エネ
ルギー側加速管で加速されたイオンを荷電変換せずに前
記高エネルギー側加速管で減速させることができるよう
に構成したことを特徴とするものである。
【0010】さらに、本発明のイオン加速装置は、加速
電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この高電圧タ
−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加され、タンデ
ムに配置された低エネルギー側加速管及び高エネルギー
側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内で、前記両加速管
の間に配置され、イオンビーム通過路から離脱可能の荷
電変換用ストリッパカナールと、このストリッパカナー
ルへのストリッパガス供給路に第1のバルブを介して接
続されたストリッパガス供給源と、前記ストリッパガス
供給路を開閉する第2のバルブと、前記ストリッパカナ
ールの配置空間に接続され、排気路が前記ストリッパガ
ス供給路に連通していると共に第3のバルブを介して高
エネルギー側加速管内に連通している真空ポンプとを備
え、前記低エネルギー側加速管で加速されたイオンを荷
電変換せずに前記高エネルギー側加速管で減速させるこ
とができるように構成したことを特徴とするものであ
る。
電圧源に接続された高電圧タ−ミナルと、この高電圧タ
−ミナルを介してそれぞれ加速電圧が印加され、タンデ
ムに配置された低エネルギー側加速管及び高エネルギー
側加速管と、前記高電圧タ−ミナル内で、前記両加速管
の間に配置され、イオンビーム通過路から離脱可能の荷
電変換用ストリッパカナールと、このストリッパカナー
ルへのストリッパガス供給路に第1のバルブを介して接
続されたストリッパガス供給源と、前記ストリッパガス
供給路を開閉する第2のバルブと、前記ストリッパカナ
ールの配置空間に接続され、排気路が前記ストリッパガ
ス供給路に連通していると共に第3のバルブを介して高
エネルギー側加速管内に連通している真空ポンプとを備
え、前記低エネルギー側加速管で加速されたイオンを荷
電変換せずに前記高エネルギー側加速管で減速させるこ
とができるように構成したことを特徴とするものであ
る。
【0011】
【作用】低エネルギー側及び高エネルギー側の両加速管
には加速電圧が印加されており、荷電変換部をイオンの
荷電変換モードで動作させれば、両加速管は通常のタン
デム加速器として働く。荷電変換部を非変換モードで動
作させると、加速電圧印加によりレンズ作用を有する低
エネルギー側加速管に導入されたイオンは収束、加速さ
れ、そのまま高エネルギー側加速管に入り、減速され
る。低エネルギー側加速管に導入されたイオンはそのエ
ネルギーのままの低エネルギー状態で高エネルギー側加
速管から取り出される。タンデム加速器は全体としてア
インツェルレンズとして働く。
には加速電圧が印加されており、荷電変換部をイオンの
荷電変換モードで動作させれば、両加速管は通常のタン
デム加速器として働く。荷電変換部を非変換モードで動
作させると、加速電圧印加によりレンズ作用を有する低
エネルギー側加速管に導入されたイオンは収束、加速さ
れ、そのまま高エネルギー側加速管に入り、減速され
る。低エネルギー側加速管に導入されたイオンはそのエ
ネルギーのままの低エネルギー状態で高エネルギー側加
速管から取り出される。タンデム加速器は全体としてア
インツェルレンズとして働く。
【0012】低エネルギービームを取り出すとき、第1
のバルブ及び第2のバルブを閉じてストリッパガスの供
給を遮断し、第1の真空ポンプの運転を停止し、第2の
真空ポンプを動作させ、第3のバルブは開く。これによ
りイオンビームが通過するストリッパカナール内の真空
度が上がり、低エネルギー側加速管からのイオンをその
まま高エネルギー側加速管に送り込める。
のバルブ及び第2のバルブを閉じてストリッパガスの供
給を遮断し、第1の真空ポンプの運転を停止し、第2の
真空ポンプを動作させ、第3のバルブは開く。これによ
りイオンビームが通過するストリッパカナール内の真空
度が上がり、低エネルギー側加速管からのイオンをその
まま高エネルギー側加速管に送り込める。
【0013】低エネルギービームを取り出すとき、スト
リッパカナールへのストリッパガスの供給を断ち、同カ
ナールをイオンビーム通過路から離脱させる。ストリッ
パカナール配置空間を真空ポンプで排気してイオンビー
ム通過路の真空度を上げる。
リッパカナールへのストリッパガスの供給を断ち、同カ
ナールをイオンビーム通過路から離脱させる。ストリッ
パカナール配置空間を真空ポンプで排気してイオンビー
ム通過路の真空度を上げる。
【0014】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は実施例の基本構成図であり、図6と同一符
号は同等部分を示す。タンデム加速器を用いたイオン加
速装置で低エネルギー領域のイオンを得るとき、イオン
源のビーム引き出し電圧によってのみイオンの加速エネ
ルギーが得られるようにする。負イオン源1から引き出
されたイオンビームは質量分析電磁石2の磁場に入り、
所望質量の負イオンが分離抽出される。そして負イオン
ビームは、低エネルギー側Qレンズ3を通り、タンデム
加速器本体4に導入され、加速電圧源5から高電圧ター
ミナル6を介して正の加速電圧が印加されている低エネ
ルギー側加速管7で加速される。加速された負イオンビ
ームはストリッパカナール8を有する荷電変換部に導入
されるが、同カナールにはストリッパガスが供給されて
おらず、負イオンビームは荷電変換されずに高エネルギ
ー側加速管9に入る。同加速管には、通常のタンデム加
速動作時と同じ加速電圧、即ち荷電変換された正イオン
ビームを加速する場合と同じ極性の電圧が印加されてお
り、荷電変換されていない負イオンビームは同加速管で
減速されることになる。そして、高エネルギー側Qレン
ズ10を経てエネルギー分析電磁石11で所望の価数、
エネルギーの正イオンビームが抽出され、試料12、例
えば半導体ウエハに注入される。
する。図1は実施例の基本構成図であり、図6と同一符
号は同等部分を示す。タンデム加速器を用いたイオン加
速装置で低エネルギー領域のイオンを得るとき、イオン
源のビーム引き出し電圧によってのみイオンの加速エネ
ルギーが得られるようにする。負イオン源1から引き出
されたイオンビームは質量分析電磁石2の磁場に入り、
所望質量の負イオンが分離抽出される。そして負イオン
ビームは、低エネルギー側Qレンズ3を通り、タンデム
加速器本体4に導入され、加速電圧源5から高電圧ター
ミナル6を介して正の加速電圧が印加されている低エネ
ルギー側加速管7で加速される。加速された負イオンビ
ームはストリッパカナール8を有する荷電変換部に導入
されるが、同カナールにはストリッパガスが供給されて
おらず、負イオンビームは荷電変換されずに高エネルギ
ー側加速管9に入る。同加速管には、通常のタンデム加
速動作時と同じ加速電圧、即ち荷電変換された正イオン
ビームを加速する場合と同じ極性の電圧が印加されてお
り、荷電変換されていない負イオンビームは同加速管で
減速されることになる。そして、高エネルギー側Qレン
ズ10を経てエネルギー分析電磁石11で所望の価数、
エネルギーの正イオンビームが抽出され、試料12、例
えば半導体ウエハに注入される。
【0015】本発明の基本原理はタンデム加速器をアイ
ンツェルレンズと考えることにある。イオンは低エネル
ギー側加速管7で収束されつつ加速され、そして高エネ
ルギー側加速管9で減速され、タンデム加速器でのイオ
ンに与えるトータル・エネルギーは零であり、低エネル
ギー加速管に導入されたイオンは、その導入時のエネル
ギー状態で試料12に注入される。
ンツェルレンズと考えることにある。イオンは低エネル
ギー側加速管7で収束されつつ加速され、そして高エネ
ルギー側加速管9で減速され、タンデム加速器でのイオ
ンに与えるトータル・エネルギーは零であり、低エネル
ギー加速管に導入されたイオンは、その導入時のエネル
ギー状態で試料12に注入される。
【0016】レンズ作用の式f=4Vi/Eから、低エ
ネルギー側加速管(LE)7、高エネルギー側加速管
(HE)9の各出入口でのレンズ作用の強さは次のよう
になる。ただし、E=Vt/l,Vt:タ−ミナル電圧,
l:加速管長さ。両加速管を加速−加速の、通常のタン
デム加速器として使うとき、 低エネルギー側加速管の入口 f(LE,in) =4Vi/E, 同 の出口 f(LE,out)=−4(Vi+Vt)/E 高エネルギー側加速管の入口 f(HE,in) =4(Vi+Vt)/E 同 の出口 f(HE,out)=−4(Vi+2Vt)/E であり、レンズ作用の強さについて、強、中、弱で大ま
かに、そして、模式的に示すと図2(a)のようにな
る。
ネルギー側加速管(LE)7、高エネルギー側加速管
(HE)9の各出入口でのレンズ作用の強さは次のよう
になる。ただし、E=Vt/l,Vt:タ−ミナル電圧,
l:加速管長さ。両加速管を加速−加速の、通常のタン
デム加速器として使うとき、 低エネルギー側加速管の入口 f(LE,in) =4Vi/E, 同 の出口 f(LE,out)=−4(Vi+Vt)/E 高エネルギー側加速管の入口 f(HE,in) =4(Vi+Vt)/E 同 の出口 f(HE,out)=−4(Vi+2Vt)/E であり、レンズ作用の強さについて、強、中、弱で大ま
かに、そして、模式的に示すと図2(a)のようにな
る。
【0017】これに対し、本発明は、低エネルギー領域
では、タンデム配置の二つの加速管を加速−減速で使う
ものであり、各出入口でのレンズ作用の強さは、 低エネルギー側加速管の入口 f(LE,in) =4Vi/E, 同 の出口 f(LE,out)=−4(Vi+Vt)/E 高エネルギー側加速管の入口 f(HE,in) =−4(Vi+Vt)/E 同 の出口 f(HE,out)=4Vi/E であり、これらレンズ作用を模式的に示すと図3(b)
のようになり、ビーム光学系は高電圧タ−ミナル部を中
心として対称になる。
では、タンデム配置の二つの加速管を加速−減速で使う
ものであり、各出入口でのレンズ作用の強さは、 低エネルギー側加速管の入口 f(LE,in) =4Vi/E, 同 の出口 f(LE,out)=−4(Vi+Vt)/E 高エネルギー側加速管の入口 f(HE,in) =−4(Vi+Vt)/E 同 の出口 f(HE,out)=4Vi/E であり、これらレンズ作用を模式的に示すと図3(b)
のようになり、ビーム光学系は高電圧タ−ミナル部を中
心として対称になる。
【0018】図3は、かかるタンデム加速器を荷電変換
させずに動作させた場合のコンピュータによるビーム軌
道解析結果の一例を示すものであり、中心線より右の軌
道cはビームの水平方向部分、左の軌道c’は水平方向
部分を示している。低エネルギー側加速管7に入射する
ビームのエネルギー電圧Vi=50keV、高電圧タ−
ミナル電圧Vt=0.5MVのときの軌道図である。高
エネルギー側加速管9のビームエンベロープは低エネル
ギー側加速管7のエンベロープと対称であり、低エネル
ギー側加速管に導入されたイオンビームは高エネルギー
側加速管を通過することが判り、タンデム加速器から低
エネルギーの大電流ビームを得ることができる。
させずに動作させた場合のコンピュータによるビーム軌
道解析結果の一例を示すものであり、中心線より右の軌
道cはビームの水平方向部分、左の軌道c’は水平方向
部分を示している。低エネルギー側加速管7に入射する
ビームのエネルギー電圧Vi=50keV、高電圧タ−
ミナル電圧Vt=0.5MVのときの軌道図である。高
エネルギー側加速管9のビームエンベロープは低エネル
ギー側加速管7のエンベロープと対称であり、低エネル
ギー側加速管に導入されたイオンビームは高エネルギー
側加速管を通過することが判り、タンデム加速器から低
エネルギーの大電流ビームを得ることができる。
【0019】タンデム加速器におけるストリッパカナー
ル8が配置されている荷電変換部は、最終的には低エネ
ルギー側及び高エネルギー側の加速管7,9の部分を介
して真空排気されるが、ストリッパガスを閉じ込めるよ
うに構成されているから、真空度は良くない。本発明で
は、タンデム加速器から、低エネルギーイオンを取り出
すときには、低エネルギー側加速管7で加速されたイオ
ンを荷電変換せずに高エネルギー側加速管9に送りこま
ねばならず、この点、荷電変換部したがってストリッパ
カナール8内の真空度を高くしなければならない。
ル8が配置されている荷電変換部は、最終的には低エネ
ルギー側及び高エネルギー側の加速管7,9の部分を介
して真空排気されるが、ストリッパガスを閉じ込めるよ
うに構成されているから、真空度は良くない。本発明で
は、タンデム加速器から、低エネルギーイオンを取り出
すときには、低エネルギー側加速管7で加速されたイオ
ンを荷電変換せずに高エネルギー側加速管9に送りこま
ねばならず、この点、荷電変換部したがってストリッパ
カナール8内の真空度を高くしなければならない。
【0020】図4は、真空度を向上させることができる
かかる荷電変換部についての実施例の構成図である。ス
トリッパカナール8の中央部にガスボンベ14からスト
リッパガスを第1のバルブ、リークバルブ15、ストリ
ッパガス供給路16を介して供給する。ストリッパカナ
ール8の配置空間を真空排気する第1の真空ポンプ、タ
ーボ分子ポンプ18をタ−ミナルダクト13に接続し、
同ポンプの排気路19は残留ストリッパガスを循環させ
て再利用されるようにストリッパガス供給路16に連通
接続されている。このガス供給路16には供給路開閉用
の第2のバルブ20と第2の真空ポンプ、カナール排気
用ターボ分子ポンプ21が接続されており、同ポンプの
排気路22は第3のバルブ23を介して高エネルギー側
加速管9内に連通させている。
かかる荷電変換部についての実施例の構成図である。ス
トリッパカナール8の中央部にガスボンベ14からスト
リッパガスを第1のバルブ、リークバルブ15、ストリ
ッパガス供給路16を介して供給する。ストリッパカナ
ール8の配置空間を真空排気する第1の真空ポンプ、タ
ーボ分子ポンプ18をタ−ミナルダクト13に接続し、
同ポンプの排気路19は残留ストリッパガスを循環させ
て再利用されるようにストリッパガス供給路16に連通
接続されている。このガス供給路16には供給路開閉用
の第2のバルブ20と第2の真空ポンプ、カナール排気
用ターボ分子ポンプ21が接続されており、同ポンプの
排気路22は第3のバルブ23を介して高エネルギー側
加速管9内に連通させている。
【0021】タンデム加速器を高エネルギーイオンビー
ムが得られるように通常のタンデム加速動作させると
き、第1のバルブ、リークバルブ15と第2のバルブ2
0を開いてガスボンベ14からストリッパガスをストリ
ッパカナール8に供給し、第1の真空ポンプ、ターボ分
子ポンプ18を運転し、第2の真空ポンプ、ターボ分子
ポンプ21を運転停止状態とし、第3のバルブ23を閉
じておく。低エネルギー加速管7からの加速された負イ
オンはストリッパカナール8内で正イオンに荷電変換さ
れ、高エネルギー側加速管9で加速される。
ムが得られるように通常のタンデム加速動作させると
き、第1のバルブ、リークバルブ15と第2のバルブ2
0を開いてガスボンベ14からストリッパガスをストリ
ッパカナール8に供給し、第1の真空ポンプ、ターボ分
子ポンプ18を運転し、第2の真空ポンプ、ターボ分子
ポンプ21を運転停止状態とし、第3のバルブ23を閉
じておく。低エネルギー加速管7からの加速された負イ
オンはストリッパカナール8内で正イオンに荷電変換さ
れ、高エネルギー側加速管9で加速される。
【0022】低エネルギーイオンビームを得るとき、第
1のバルブ、リークバルブ15及び第2のバルブ20を
閉じてストリッパガスの供給を停止し、第1の真空ポン
プ18の運転を停止し、第2の真空ポンプ、カナール排
気用ターボ分子ポンプ21を動作させ、第3のバルブ2
3を開く。したがって、第2の真空ポンプによってスト
リッパカナール8内が真空排気され、低エネルギー側加
速管7で加速された負イオンを荷電変換せずに高エネル
ギー側加速管9内に導入し、同加速管で減速され、負イ
オンをタンデム加速器導入時のエネルギー状態で同加速
器から取り出すことができる。
1のバルブ、リークバルブ15及び第2のバルブ20を
閉じてストリッパガスの供給を停止し、第1の真空ポン
プ18の運転を停止し、第2の真空ポンプ、カナール排
気用ターボ分子ポンプ21を動作させ、第3のバルブ2
3を開く。したがって、第2の真空ポンプによってスト
リッパカナール8内が真空排気され、低エネルギー側加
速管7で加速された負イオンを荷電変換せずに高エネル
ギー側加速管9内に導入し、同加速管で減速され、負イ
オンをタンデム加速器導入時のエネルギー状態で同加速
器から取り出すことができる。
【0023】図5は荷電変換部についての他の実施例の
構成図である。タ−ミナルダクト13内に配置された荷
電変換部のストリッパカナール8はビーム通過路から離
脱できるように構成される。ストリッパカナール8の中
央部に結合し、ストリッパガス供給路16の一部を形成
しているガス供給管161はタ−ミナルダクト13に取
り付けられた円筒管24に真空シール用のOリング25
を介在させて嵌挿されている。ストリッパカナール8に
操作軸26が取り付けられており、同軸をタ−ミナルダ
クト13に設けた摺動シール軸受27で軸支させてタ−
ミナルダクトから延出させ、同ダクトの外部から操作す
ることにより、ストリッパカナールをビーム通過路と同
通過路から離脱した位置に移動できるようにする。円筒
管24に結合し、ストリッパガス供給路16の一部を形
成するガス供給管162には第2のバルブ20が設けら
れており、同供給管162には第1のバルブ、リークバ
ルブ15を介してバスボンベ14からストリッパガスを
供給する。ターミナルダクト13内を排気する真空ポン
プ、ターボ分子ポンプ18の排気路19は、ガス供給管
162に連通し、さらに、第3のバルブ23を経て高エ
ネルギー側加速管9内に連通している。なお、円筒管2
4と二つの操作軸26はタ−ミナルダクト13の同じ角
度位置に配置し、この配置角度と真空ポンプ18のタ−
ミナルダクトにおける配置角度は異ならせている。
構成図である。タ−ミナルダクト13内に配置された荷
電変換部のストリッパカナール8はビーム通過路から離
脱できるように構成される。ストリッパカナール8の中
央部に結合し、ストリッパガス供給路16の一部を形成
しているガス供給管161はタ−ミナルダクト13に取
り付けられた円筒管24に真空シール用のOリング25
を介在させて嵌挿されている。ストリッパカナール8に
操作軸26が取り付けられており、同軸をタ−ミナルダ
クト13に設けた摺動シール軸受27で軸支させてタ−
ミナルダクトから延出させ、同ダクトの外部から操作す
ることにより、ストリッパカナールをビーム通過路と同
通過路から離脱した位置に移動できるようにする。円筒
管24に結合し、ストリッパガス供給路16の一部を形
成するガス供給管162には第2のバルブ20が設けら
れており、同供給管162には第1のバルブ、リークバ
ルブ15を介してバスボンベ14からストリッパガスを
供給する。ターミナルダクト13内を排気する真空ポン
プ、ターボ分子ポンプ18の排気路19は、ガス供給管
162に連通し、さらに、第3のバルブ23を経て高エ
ネルギー側加速管9内に連通している。なお、円筒管2
4と二つの操作軸26はタ−ミナルダクト13の同じ角
度位置に配置し、この配置角度と真空ポンプ18のタ−
ミナルダクトにおける配置角度は異ならせている。
【0024】タンデム加速器から高エネルギーイオンビ
ームを得るとき、ストリッパカナール8を図示位置に配
置し、第1のバルブ、リークバルブ15と第2のバルブ
19を開いてガスボンベ14からストリッパガスをスト
リッパカナール8に供給し、真空ポンプ、ターボ分子ポ
ンプ18を運転し、第3のバルブ21は閉じておく。低
エネルギー加速管7からの加速された負イオンはストリ
ッパカナール8内で正イオンに荷電変換され、高エネル
ギー側加速管9で加速される。
ームを得るとき、ストリッパカナール8を図示位置に配
置し、第1のバルブ、リークバルブ15と第2のバルブ
19を開いてガスボンベ14からストリッパガスをスト
リッパカナール8に供給し、真空ポンプ、ターボ分子ポ
ンプ18を運転し、第3のバルブ21は閉じておく。低
エネルギー加速管7からの加速された負イオンはストリ
ッパカナール8内で正イオンに荷電変換され、高エネル
ギー側加速管9で加速される。
【0025】低エネルギーイオンビームを得るとき、ス
トリッパカナール8を矢印a方向に下げ、イオンビーム
の通過路から離脱した位置に移動させる。第1のバル
ブ、リークバルブ15を閉じてストリッパガスの供給を
停止し、真空ポンプ18を動作させ、第3のバルブ21
を開く。したがって、ターボ分子ポンプ18によってビ
ーム通過空間が真空排気され、低エネルギー側加速管7
で加速された負イオンを荷電変換せずに高エネルギー側
加速管9内に導入し、同加速管で減速させる。負イオン
はタンデム加速器本体導入時と変わらぬエネルギーを有
して同加速器から取り出す。
トリッパカナール8を矢印a方向に下げ、イオンビーム
の通過路から離脱した位置に移動させる。第1のバル
ブ、リークバルブ15を閉じてストリッパガスの供給を
停止し、真空ポンプ18を動作させ、第3のバルブ21
を開く。したがって、ターボ分子ポンプ18によってビ
ーム通過空間が真空排気され、低エネルギー側加速管7
で加速された負イオンを荷電変換せずに高エネルギー側
加速管9内に導入し、同加速管で減速させる。負イオン
はタンデム加速器本体導入時と変わらぬエネルギーを有
して同加速器から取り出す。
【0026】上述の実施例ではタンデム加速器に負イオ
ン源1から負イオンを導入するものについて説明した
が、イオン源としてPIGイオン源等の正イオン源を用
い、同イオン源からの正イオンを金属蒸気による荷電変
換セルを通して負イオンを得るようにしても良い。また
正イオン源からの正イオンを直接、タンデム加速器に導
入するようにしても良く、この場合、加速電圧源5の電
圧極性を反転し、高電圧タ−ミナル6を介して低エネル
ギー側加速管7及び高エネルギー側加速管9に負の高い
加速電圧を与える。
ン源1から負イオンを導入するものについて説明した
が、イオン源としてPIGイオン源等の正イオン源を用
い、同イオン源からの正イオンを金属蒸気による荷電変
換セルを通して負イオンを得るようにしても良い。また
正イオン源からの正イオンを直接、タンデム加速器に導
入するようにしても良く、この場合、加速電圧源5の電
圧極性を反転し、高電圧タ−ミナル6を介して低エネル
ギー側加速管7及び高エネルギー側加速管9に負の高い
加速電圧を与える。
【0027】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、荷電変換部を非変換モードで動作させることによ
り、タンデム加速器の通常の動作時と同様の加速電圧が
印加され、レンズ作用を有する低エネルギー側加速管に
導入されたイオンは収束、加速され、そのまま高エネル
ギー側加速管に入り、減速される。低エネルギー側加速
管に導入されたイオンは導入時のエネルギーのままの低
エネルギー状態で高エネルギー側加速管から取り出すこ
とができ、低エネルギー状態の大電流イオンビームをタ
ンデム加速器から取り出すことができる。
ので、荷電変換部を非変換モードで動作させることによ
り、タンデム加速器の通常の動作時と同様の加速電圧が
印加され、レンズ作用を有する低エネルギー側加速管に
導入されたイオンは収束、加速され、そのまま高エネル
ギー側加速管に入り、減速される。低エネルギー側加速
管に導入されたイオンは導入時のエネルギーのままの低
エネルギー状態で高エネルギー側加速管から取り出すこ
とができ、低エネルギー状態の大電流イオンビームをタ
ンデム加速器から取り出すことができる。
【0028】タンデム加速器から低エネルギービームを
取り出すとき、ストリッパガスの供給が断たれた荷電変
換用ストリッパカナール内を真空排気することにより、
イオンビームが通過するストリッパカナール内の真空度
が上がり、低エネルギー側加速管からのイオンをそのま
ま高エネルギー側加速管に送り込むことができる。
取り出すとき、ストリッパガスの供給が断たれた荷電変
換用ストリッパカナール内を真空排気することにより、
イオンビームが通過するストリッパカナール内の真空度
が上がり、低エネルギー側加速管からのイオンをそのま
ま高エネルギー側加速管に送り込むことができる。
【0029】また、低エネルギービームを取り出すと
き、ストリッパガスの供給が断たれたストリッパカナー
ルをイオンビーム通過路から離脱させているから、同通
過路の真空度を1台の真空ポンプで上げることができ
る。
き、ストリッパガスの供給が断たれたストリッパカナー
ルをイオンビーム通過路から離脱させているから、同通
過路の真空度を1台の真空ポンプで上げることができ
る。
【図1】実施例における低エネルギーイオンビーム取り
出し時の基本構成図である。
出し時の基本構成図である。
【図2】タンデム加速器における加速管のレンズ作用に
ついての模式説明図である。
ついての模式説明図である。
【図3】タンデム加速器における低エネルギーイオンビ
ーム取り出し時のビーム軌道解析図である。
ーム取り出し時のビーム軌道解析図である。
【図4】荷電変換部についての実施例の構成図である。
【図5】荷電変換部についての他の実施例の構成図であ
る。
る。
【図6】タンデム加速器を用いたイオン加速装置の一例
の基本構成図である。
の基本構成図である。
【図7】ストリッパカナールを有する荷電変換部の概略
構成図である。
構成図である。
【図8】タンデム加速器のビームエネルギー対ビーム電
流の一例を示す特性図である。
流の一例を示す特性図である。
【図9】タンデム加速器のビーム軌道解析図である。
【符号の説明】 1 イオン源 5 加速電圧源 6 高電圧タ−ミナル 7 低エネルギー側加速管 8 ストリッパカナール 9 高エネルギー側加速管 13 タ−ミナルダクト 14 ストリッパガスボンベ 15 第1のバルブ 16 ストリッパガス供給路 18 第1の真空ポンプ 19,22 真空ポンプの排気路 20 第2のバルブ 21 第2の真空ポンプ 23 第3のバルブ
Claims (3)
- 【請求項1】 加速電圧源に接続された高電圧タ−ミナ
ルと、この高電圧タ−ミナルを介してそれぞれ加速電圧
が印加され、タンデムに配置された低エネルギー側加速
管及び高エネルギー側加速管と、前記高電圧タ−ミナル
内に設けられ、前記両加速管の間に位置し、荷電変換モ
ードと非荷電変換モードに変更可能の荷電変換部とを備
え、前記低エネルギー側加速管で加速されたイオンを荷
電変換せずに前記高エネルギー側加速管で減速させるこ
とができるように構成したことを特徴とするイオン加速
装置。 - 【請求項2】 加速電圧源に接続された高電圧タ−ミナ
ルと、この高電圧タ−ミナルを介してそれぞれ加速電圧
が印加され、タンデムに配置された低エネルギー側加速
管及び高エネルギー側加速管と、前記高電圧タ−ミナル
内で、前記両加速管の間に配置された荷電変換用ストリ
ッパカナールと、このストリッパカナールへのストリッ
パガス供給路に第1のバルブを介して接続されたストリ
ッパガス供給源と、前記ストリッパカナールの配置空間
に接続され、排気路が前記ストリッパガス供給路に連通
している第1の真空ポンプと、前記ストリッパガス供給
路を開閉する第2のバルブと、前記ストリッパガス供給
路に接続され、排気路が第3のバルブを介して前記高エ
ネルギー側加速管内に連通している第2の真空ポンプと
を備え、前記低エネルギー側加速管で加速されたイオン
を荷電変換せずに前記高エネルギー側加速管で減速させ
ることができるように構成したことを特徴とするイオン
加速装置。 - 【請求項3】 加速電圧源に接続された高電圧タ−ミナ
ルと、この高電圧タ−ミナルを介してそれぞれ加速電圧
が印加され、タンデムに配置された低エネルギー側加速
管及び高エネルギー側加速管と、前記高電圧タ−ミナル
内で、前記両加速管の間に配置され、イオンビーム通過
路から離脱可能の荷電変換用ストリッパカナールと、こ
のストリッパカナールへのストリッパガス供給路に第1
のバルブを介して接続されたストリッパガス供給源と、
前記ストリッパガス供給路を開閉する第2のバルブと、
前記ストリッパカナールの配置空間に接続され、排気路
が前記ストリッパガス供給路に連通していると共に第3
のバルブを介して高エネルギー側加速管内に連通してい
る真空ポンプとを備え、前記低エネルギー側加速管で加
速されたイオンを荷電変換せずに前記高エネルギー側加
速管で減速させることができるように構成したことを特
徴とするイオン加速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6191263A JPH0837100A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | イオン加速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6191263A JPH0837100A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | イオン加速装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0837100A true JPH0837100A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=16271637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6191263A Pending JPH0837100A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | イオン加速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0837100A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010041757A1 (de) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrodenanordnung für einen Teilchenbeschleuniger |
| CN113068296A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-02 | 中国原子能科学研究院 | 串列加速器 |
-
1994
- 1994-07-22 JP JP6191263A patent/JPH0837100A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010041757A1 (de) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrodenanordnung für einen Teilchenbeschleuniger |
| CN113068296A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-02 | 中国原子能科学研究院 | 串列加速器 |
| CN113068296B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-03-11 | 中国原子能科学研究院 | 串列加速器 |
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