(57)【要約】【課題】プラズマ生成のための真空室の容積を調整可能とするマイクロ波イオン源、及びそのための調整器具を提供する。【解決手段】マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波導波管２０に接続される入口端１７と、イオン引出開口２１を有する出口端１８と、入口端１７と出口端１８とを接続する側壁１９と、を備え、入口端１７から出口端１８への軸方向に関して固定された長さを有するプラズマ室１１と、プラズマ室１１のイオン引出開口２１側の部分をプラズマ生成のための真空室１３に仕切るマイクロ波導入窓１２と、軸方向に内側に入口端１７から離れた場所にマイクロ波導入窓１２を位置決めするための位置決め部材と、を備える。【選択図】図１
2014157791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波導波管に接続される入口端と、イオン引出開口を有する出口端と、前記入口端と前記出口端とを接続する側壁と、を備え、前記入口端から前記出口端への軸方向に関して固定された長さを有するプラズマ室と、
前記プラズマ室のイオン引出開口側の部分をプラズマ生成のための真空室に仕切るマイクロ波導入窓と、
前記軸方向に内側に前記入口端から離れた場所に前記マイクロ波導入窓を位置決めするための位置決め部材と、を備えることを特徴とするマイクロ波イオン源。
【請求項２】
前記位置決め部材は、前記マイクロ波導入窓を前記プラズマ室に装着するためのスペーサを備え、前記スペーサは、前記側壁に沿って前記入口端と前記マイクロ波導入窓との間に延在することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項３】
前記位置決め部材は、前記側壁に沿って前記マイクロ波導入窓と前記出口端との間に延在するライナを備え、前記ライナの内形寸法は、前記マイクロ波導入窓の外形寸法より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項４】
前記マイクロ波導入窓及び前記位置決め部材は、前記プラズマ室から取り外し可能に前記プラズマ室に装着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。
【請求項５】
前記マイクロ波導入窓は、前記側壁と前記マイクロ波導入窓との間に設けられた真空シールを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。
【請求項６】
マイクロ波イオン源の調整器具であって、
前記マイクロ波イオン源のプラズマ室に調整された真空室容積を与えるようマイクロ波導入窓を位置決めするための複数の位置決め部材を備え、前記複数の位置決め部材は、前記プラズマ室に交換して取付可能であり、
前記複数の位置決め部材は、前記マイクロ波導入窓を第１位置に位置決めするための第１位置決め部材と、前記マイクロ波導入窓を前記第１位置と異なる第２位置に位置決めするための第２位置決め部材と、を含むことを特徴とするマイクロ波イオン源の調整器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波イオン源、及びマイクロ波イオン源の調整器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波と磁界とを用いてプラズマを発生させるイオン源において、空洞共振器であるイオン源チャンバの軸方向の長さを自由に変えられるようにしたイオン処理装置が知られている。このイオン源チャンバは、固定円筒壁と、導波管が接続される可動フランジとからなる。可動フランジはフランジ駆動装置により軸方向に動くことができる。イオン源チャンバには、気密を保つことのできる空間であり誘電体よりなるプラズマチャンバが設けられている。この部分がプラズマ空間になっており、イオン源チャンバの他の部分は、大気に連通したプラズマの存在しない空間となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１４８５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、プラズマ生成のための真空室の容積を調整可能とするマイクロ波イオン源、及びそのための調整器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様によると、マイクロ波導波管に接続される入口端と、イオン引出開口を有する出口端と、前記入口端と前記出口端とを接続する側壁と、を備え、前記入口端から前記出口端への軸方向に関して固定された長さを有するプラズマ室と、前記プラズマ室のイオン引出開口側の部分をプラズマ生成のための真空室に仕切るマイクロ波導入窓と、前記軸方向に内側に前記入口端から離れた場所に前記マイクロ波導入窓を位置決めするための位置決め部材と、を備えるマイクロ波イオン源が提供される。
【０００６】
前記位置決め部材は、前記マイクロ波導入窓を前記プラズマ室に装着するためのスペーサを備えてもよい。前記スペーサは、前記側壁に沿って前記入口端と前記マイクロ波導入窓との間に延在してもよい。
【０００７】
前記位置決め部材は、前記側壁に沿って前記マイクロ波導入窓と前記出口端との間に延在するライナを備えてもよい。前記ライナの内形寸法は、前記マイクロ波導入窓の外形寸法より小さくてもよい。
【０００８】
前記マイクロ波導入窓及び前記位置決め部材は、前記プラズマ室から取り外し可能に前記プラズマ室に装着されていてもよい。
【０００９】
前記マイクロ波導入窓は、前記側壁と前記マイクロ波導入窓との間に設けられた真空シールを備えてもよい。
【００１０】
本発明のある態様によると、マイクロ波イオン源の調整器具が提供される。マイクロ波イオン源の調整器具は、前記マイクロ波イオン源のプラズマ室に調整された真空室容積を与えるようマイクロ波導入窓を位置決めするための複数の位置決め部材を備え、前記複数の位置決め部材は、前記プラズマ室に交換して取付可能であり、前記複数の位置決め部材は、前記マイクロ波導入窓を第１位置に位置決めするための第１位置決め部材と、前記マイクロ波導入窓を前記第１位置と異なる第２位置に位置決めするための第２位置決め部材と、を含む。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ生成のための真空室の容積を調整可能とするマイクロ波イオン源、及びそのための調整器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源のプラズマ室を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すマイクロ波イオン源のプラズマ室の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
マイクロ波イオン源においては所望のイオン種に応じた原料ガスのプラズマが生成される。使用するガス種によってプラズマの誘電率が変化する。それによりプラズマへのマイクロ波電力の吸収率が変化し、従って電源側に戻る反射電力が変化する。そのため、ガス種によってマイクロ波イオン源の最適な設計が異なりうる。
【００１５】
ガス種によらず共通する設計を採用するためには、最大の反射電力を許容するようにマイクロ波供給系に余裕を持たせなければならない。例えば、ある一定のマイクロ波電力をプラズマに吸収させることが求められるとき、反射電力が大きいほど入射電力は大きくしなければならない。反射電力を処理するための関連機器（例えば、ダミー負荷やその冷却装置）も大型化または複雑化する。例えば、ダミー負荷を自然空冷ではなく強制空冷または水冷で冷却しなければならないかもしれない。
【００１６】
一方、反射電力は、プラズマが生成される真空の空間であるプラズマ生成室の容積に関連する。プラズマ生成室の容積はそこで生成されるプラズマのサイズに関連し、プラズマサイズは負荷インピーダンスに関連するからである。つまり、プラズマ生成室の容積に応じて反射電力の大きさが変わる。
【００１７】
本発明のある実施形態によると、マイクロ波イオン源１０のプラズマ室１１には、マイクロ波導入窓１２の軸方向位置を定める位置決め部材が設けられる。マイクロ波導入窓１２はプラズマ室１１の容積を真空室１３と大気圧室１４とに分割する。したがって、位置決め部材は真空室１３の容積を決定する。
【００１８】
予め調整された寸法を有する位置決め部材を使用してマイクロ波導入窓１２をプラズマ室１１に設置することにより、プラズマ室１１自体の寸法は変えることなくマイクロ波の反射電力を調整することができる。このようにして、反射電力をより小さくする軸方向位置にマイクロ波導入窓１２を位置決めすることができるので、マイクロ波源及びその関連機器の大型化または複雑化を避けることができる。
【００１９】
プラズマ生成室の容積と反射電力との関係は自明でない。そうした関係を知るには一般に、異なる寸法を有する複数のプラズマ生成室及びそれを有するマイクロ波イオン源を実際に設計し製作し、実験しなければならない。こうしたマイクロ波イオン源を現実に有効に動作させるためには、プラズマ生成室の寸法に応じてその周辺の構成要素（例えばイオン引出電極系）の形状や配置などを設計し直す必要もあり得る。こうした作業は時間的にも費用面でも容易ではない。
【００２０】
本発明のある実施形態によると、プラズマ室１１に交換して取付可能である複数の位置決め部材を備えるマイクロ波イオン源１０の調整器具が提供される。複数の位置決め部材は、各々が異なる軸方向位置にマイクロ波導入窓１２を位置決めするよう構成されている。この調整器具は、各々がマイクロ波導入窓１２とその位置決め部材とを備える複数の窓位置決めユニットを備えてもよい。
【００２１】
複数の位置決め部材をある１つの共通のプラズマ室１１にて試行して、反射電力を最小にするマイクロ波導入窓１２の最適位置、すなわち真空室１３の最適容積をガス種ごとに見出すことができる。こうした反射電力の最適化を、寸法の異なる複数のプラズマ室を用意することなく行える。また、後述するように位置決め部材は、スペーサ１５及び／またはライナ１６を含む少数の比較的単純な部品からなる。したがって、プラズマ室１１の寸法を変えて作り直すことに比べて、真空室１３の容積を手軽に変更することができる。
【００２２】
図１は、本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源１０のプラズマ室１１を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示すマイクロ波イオン源１０のプラズマ室１１の分解図である。図１及び図２には、複数の位置決め部材のうち一の位置決め部材をプラズマ室１１内に装着した場合を示す。
【００２３】
マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波によって原料ガスのプラズマをプラズマ室１１に生成し、そのプラズマからプラズマ室１１の外部へイオンを引き出すように構成されている。マイクロ波イオン源１０は、例えばイオン注入装置又は粒子線治療装置のためのイオン源に使用される。
【００２４】
プラズマ室１１は、直線的に延在する筒型の形状を有する。図においては軸方向に長い形状を有するが、プラズマ室１１は、軸方向と径方向とで同程度の寸法を有してもよいし、軸方向に短くてもよい。
【００２５】
プラズマ室１１の一端にはマイクロ波導波管２０が接続されている。マイクロ波導波管２０は、マイクロ波源（図示せず）から発信されるマイクロ波をプラズマ室１１に伝達するようマイクロ波源をプラズマ室１１につなぐ。マイクロ波導波管２０には、プラズマ室１１に生成されたプラズマにより反射されマイクロ波源側に戻る反射電力を吸収するためのダミー負荷（図示せず）が設けられていてもよい。このダミー負荷を冷却するための空冷（例えば自然空冷または強制空冷）または水冷の冷却装置が設けられていてもよい。
【００２６】
また、プラズマ室１１の他端にはイオン引出開口２１が形成されている。イオン引出開口２１は例えば縦方向（図において上下方向）に長いスリットである。イオン引出開口２１の外側には、イオンをプラズマ室１１の外に引き出すための引出電極系（図示せず）が設けられている。引出電極系はイオンを被照射物に運ぶためのいわゆるビームラインの最上流部にあたる。このビームラインも真空室１３と同様に真空排気系（図示せず）によって真空に保持される。
【００２７】
プラズマ室１１は、その中心線Ａ（図２参照）に沿ってマイクロ波導波管２０から引出電極系に向けて延びている。本書では説明の便宜上、プラズマ室１１の中心線Ａに沿う方向を「軸方向」と呼び、軸方向に垂直な方向を「径方向」と呼ぶことがある。また、プラズマ室１１において軸方向に関してマイクロ波導波管２０に近い側を上流側と呼び、イオン引出開口２１に近い側を下流側と呼ぶことがある。
【００２８】
プラズマ室１１は、プラズマが生成される空間である真空室１３と、マイクロ波導波管２０から真空室１３にマイクロ波を受け入れるための真空窓であるマイクロ波導入窓１２と、を備える。マイクロ波導入窓１２は、プラズマ室１１を真空室１３と大気圧室１４とに仕切るようにプラズマ室１１の中に配置されている。真空室１３は、プラズマ室１１のイオン引出開口２１側の部分であり、大気圧室１４はプラズマ室１１のマイクロ波導波管２０側の部分である。
【００２９】
プラズマ室１１は、入口端１７、出口端１８、及び側壁１９を備える。入口端１７にマイクロ波導波管２０が接続され、出口端１８にイオン引出開口２１が形成されている。側壁１９は大気圧室１４及び真空室１３を囲み、入口端１７と出口端１８とを接続する。入口端１７及び出口端１８は側壁１９に固定されており、プラズマ室１１は軸方向に関して固定された長さを有する。入口端１７においてプラズマ室１１はマイクロ波導波管２０に向けて開放されており、大気圧室１４はマイクロ波導波管２０に連続する空間である。出口端１８においてプラズマ室１１は、イオン引出開口２１を除き、塞がれている。入口端１７、出口端１８、及び側壁１９は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムのような非磁性金属材料で形成されている。
【００３０】
本実施形態ではプラズマ室１１は軸方向に延びる円筒形状を有する。この場合、入口端１７及び出口端１８は円形であり、側壁１９は円筒である。マイクロ波導入窓１２は円板形状であり、真空室１３及び大気圧室１４は円筒空間である。後述するマイクロ波導入窓１２の位置決め部材（例えば、スペーサ１５、ライナ１６）も同様に円板または円筒で構成される。他の実施形態においては、プラズマ室１１、マイクロ波導入窓１２、及び位置決め部材は、例えば角筒形状などその他のいかなる形状を有してもよい。本書では、ある部材の内径及び外径といった円に関連する用語を使用してその部材を説明することがある。これらは一般には、軸方向に垂直な断面についての部材の内形寸法及び外形寸法（例えば、幅、高さなど）を意味するものと理解されたい。
【００３１】
プラズマ室１１の側壁１９によってマイクロ波導入窓１２の外周面が支持されている。マイクロ波導入窓１２はプラズマ室１１の側壁１９に内接する。マイクロ波導入窓１２の外径はプラズマ室１１の側壁１９の内径に等しい。
【００３２】
マイクロ波を透過させるために、マイクロ波導入窓１２は誘電体で形成されている。図示されるように、マイクロ波の伝搬方向Ｐはプラズマ室１１の軸方向に一致し、マイクロ波導入窓１２に垂直である。マイクロ波導入窓１２はその下流側の表面が真空室１３に面しており、下流側の表面がマイクロ波導波管２０に向けられている。
【００３３】
真空室１３の気密を保つために、マイクロ波導入窓１２とプラズマ室１１の側壁１９との間には真空シール２２が設けられている。真空シール２２は、マイクロ波導入窓１２の外周面に設けられている。真空シール２２は例えば、マイクロ波導入窓１２の外周面を周回する環状溝に収容されたＯリングを備える。真空シール２２は窓本体２３に設けられている。真空シール２２がマイクロ波導入窓１２に一体に設けられているので、マイクロ波導入窓１２を任意の軸方向位置で側壁１９に気密に取り付けることができる。
【００３４】
なお真空シール２２は、スペーサ１５とマイクロ波導入窓１２との間で側壁１９に当接するよう設けられていてもよい。あるいは、真空シール２２は、スペーサ１５の外周面に設けられていてもよい。
【００３５】
マイクロ波導入窓１２は、窓本体２３と窓保護材２４とを備える二層構造を有してもよい。窓保護材２４は真空室１３に面するマイクロ波導入窓１２の内層であり、窓本体２３は窓保護材２４に導波管側で隣接するマイクロ波導入窓１２の外層である。窓保護材２４はプラズマ室１１の外からイオン引出開口２１を通じてプラズマ室１１に逆流する電子から窓本体２３を保護するために窓本体２３を被覆する。窓本体２３は例えばアルミナのプレートであり、窓保護材２４は例えば窒化ホウ素のプレートである。窓保護材２４は窓本体２３と同径の円形プレートである。
【００３６】
マイクロ波導入窓１２は、プラズマ室１１にマイクロ波導入窓１２を装着するためのスペーサ１５を備える。スペーサ１５の下流端部に窓本体２３の外周部が固定され、窓本体２３がスペーサ１５と窓保護材２４とに挟まれている。また、窓保護材２４の外周部がライナ１６の上流端部に接触し、窓保護材２４が窓本体２３とライナ１６とに挟まれている。このようにして、マイクロ波導入窓１２は、スペーサ１５とライナ１６とに挟まれている。
【００３７】
マイクロ波導入窓１２の位置決め部材は、軸方向に内側に入口端１７から離れた場所にマイクロ波導入窓１２を位置決めする。真空室１３の容積を変えるにはマイクロ波導入窓１２ではなく出口端１８を上流側に動かす方法も考えられる。しかし、この場合、イオン引出開口２１の軸方向位置も上流側に動くことになるので、下流の引出電極系との相対位置調整をし直すことが必要になるかもしれない。マイクロ波導入窓１２を入口端１７から下流側に入り込ませて真空室１３の容積を変更することにより、そうした再調整を要しないという利点がある。
【００３８】
マイクロ波導入窓１２の位置決め部材は、スペーサ１５を備える。スペーサ１５は、側壁１９に沿って入口端１７とマイクロ波導入窓１２との間に延在する筒型の形状を有する。大気圧室１４にスペーサ１５を設けることにより、マイクロ波導入窓１２をプラズマ室１１の中に装着する作業が容易になる。
【００３９】
スペーサ１５は中空円筒部分を有し、その外径は側壁１９の内径に等しい。スペーサ１５は、プラズマ室の入口端１７からマイクロ波導入窓１２へと軸方向長さＬｓを有する。スペーサ１５の外周面は大気圧室１４の側壁１９に内接してそれを被覆する。側壁１９によってスペーサ１５の外周面が支持される。スペーサ１５の内面が大気圧室１４に露出されている。スペーサ１５は例えば、プラズマ室１１と同様に非磁性金属材料で形成されている。
【００４０】
プラズマ室１１の入口端１７は、図示されるように、プラズマ室１１をマイクロ波導波管２０に取り付けるための取付フランジを備える。取付フランジは側壁１９の上流端部から径方向外側に突き出して形成されている。マイクロ波導波管２０の末端にはこの取付フランジに対応する相手フランジが設けられており、これら２つのフランジはボルトなどの適切な締結手段によって取り付けられるよう構成されている。
【００４１】
スペーサ１５の上流端部には、スペーサ１５をプラズマ室１１の入口端１７に装着するためのフランジ部２５が形成されている。プラズマ室１１の入口端１７及びマイクロ波導波管２０それぞれのフランジの合わせ面には、図示されるように、スペーサ１５のフランジ部２５に適合する凹部が形成されている。この凹部にフランジ部２５が収容されて、プラズマ室１１の入口端１７とマイクロ波導波管２０とにフランジ部２５が挟持される。
【００４２】
このようにして、スペーサ１５の軸方向長さＬｓによって定まる軸方向位置にマイクロ波導入窓１２が位置決めされる。したがって、調整された長さを有するスペーサ１５をプラズマ室１１に装着することにより、大気圧室１４の軸方向長さが調整され、その結果真空室１３の軸方向長さを調整することができる。調整された真空室長さに応じて真空室１３の容積が調整される。
【００４３】
真空室１３には側壁１９をプラズマから保護するためにライナ１６が設けられている。ライナ１６は、例えば窒化ホウ素で形成されている。ライナ１６は、側壁１９に沿ってマイクロ波導入窓１２と出口端１８との間に延在する。ライナ１６はマイクロ波導入窓１２から出口端１８へと軸方向長さＬＢＮを有する。ライナ１６の外周面は、真空室１３の側壁１９に内接してそれを被覆する。側壁１９によってライナ１６の外周面が支持される。ライナ１６の内面が真空室１３に露出されている。ライナ１６は中空円筒部分を有し、その外径は側壁１９の内径に等しい。よってライナ１６の内径はマイクロ波導入窓１２の外径より小さい。
【００４４】
このように、軸方向に垂直な面に関してライナ１６の内形寸法はマイクロ波導入窓１２の外形寸法より小さい。したがって、ライナ１６は、マイクロ波導入窓１２に干渉する窓位置決め部を備える。この窓位置決め部は、本実施形態ではライナ上流端２６である。ライナ上流端２６がマイクロ波導入窓１２の外周部に当接することで、マイクロ波導入窓１２の真空室１３への進入が妨げられる。真空室１３のライナ１６を利用して、例えば差圧によるマイクロ波導入窓１２の真空室１３への入り込みを規制することができる。
【００４５】
一方、ライナ下流端２７は、プラズマ室１１の出口端１８に設けられているライナ座部２８に当接する。出口端１８は、このライナ座部２８と、イオン引出開口２１を有する出口端板２９と、を備える。ライナ座部２８は側壁１９の下流端から径方向内側に突き出した部分である。出口端板２９はライナ座部２８の内周面によって形成される出口開口３０を塞ぐ。出口開口３０は出口端板２９に軸方向内側で隣接する真空室１３の下流領域である。出口開口３０はライナ内面と同一の寸法を有する。出口端板２９はライナ座部２８にボルトなどの適切な締結手段によって取り付けられる。出口端板２９とライナ座部２８との間においてライナ座部２８には真空シール３１が設けられている。なお、ライナ座部２８は側壁１９に形成されていなくてもよく、この場合、ライナ下流端２７は出口端板２９まで側壁１９に沿って延長され出口端板２９に当接していてもよい。
【００４６】
このようにして、ライナ１６の軸方向長さＬＢＮによって定まる軸方向位置にマイクロ波導入窓１２が位置決めされる。したがって、調整された長さを有するライナ１６をプラズマ室１１に装着することにより、イオン引出開口２１からマイクロ波導入窓１２までの真空室長さを調整することができる。調整された真空室長さに応じて真空室１３の容積が調整される。
【００４７】
マイクロ波導入窓１２及びその位置決め部材を備える窓位置決めユニットは、その軸方向長さがプラズマ室１１の軸方向長さに合わせてある。スペーサ１５及びライナ１６の軸方向長さはそれぞれマイクロ波導入窓１２を所望の軸方向位置に定めるよう調整されている。つまり、マイクロ波導入窓１２をイオン引出開口２１に接近させる場合には、軸方向長さＬＢＮが短いライナ１６と、相補的に軸方向長さＬｓが長いスペーサ１５とを備える窓位置決めユニットが使用される。逆に、マイクロ波導入窓１２をマイクロ波導波管２０に接近させる場合には、軸方向長さＬＢＮが長いライナ１６と、相補的に軸方向長さＬｓが短いスペーサ１５とを備える別の窓位置決めユニットが使用される。
【００４８】
したがって、複数の窓位置決めユニットが準備される場合には、各窓位置決めユニットは、ライナ１６の軸方向長さＬＢＮとスペーサ１５の軸方向長さＬｓとの和を一定とするよう長さ調整されたライナ１６とスペーサ１５との組み合わせを備えてもよい。この場合、複数の窓位置決めユニットのそれぞれに同一形状のマイクロ波導入窓１２を用いることができる。また、複数の窓位置決めユニットを交換してプラズマ室１１に取り付けることにより、真空室１３の軸方向長さ、ひいては真空室１３の容積を容易に変更することができる。
【００４９】
窓位置決めユニットは、プラズマ室１１から取り外し可能にプラズマ室１１に装着される。窓位置決めユニットの外形寸法はプラズマ室１１の側壁１９の内形寸法に一致する。窓位置決めユニットをプラズマ室１１に装着するとき、窓位置決めユニットの外周面をプラズマ室１１の側壁１９の内面に接触させるようにして、プラズマ室１１の一端（例えば入口端１７）からプラズマ室１１の中へと窓位置決めユニットが挿入される。プラズマ室１１の他端に窓位置決めユニットが当接して、その窓位置決めユニットに応じた軸方向位置にマイクロ波導入窓１２が位置決めされる。こうした装着を可能とするように、窓位置決めユニットの外形寸法はプラズマ室１１の側壁１９の内形寸法より僅かに小さくてもよい。窓位置決めユニットをプラズマ室１１から取り外すときは、装着と逆の手順で行うことができる。
【００５０】
また、窓位置決めユニットの軸方向に垂直な断面の形状は、マイクロ波導波管２０の断面形状に連続的である。例えば、スペーサ１５とマイクロ波導波管２０とは断面の内形寸法が等しい。また、ライナ１６とスペーサ１５とは断面の内形寸法が等しい。このようにすれば、マイクロ波導波管２０からプラズマ室１１のイオン引出開口２１に向けて断面の急激な形状変化を防ぐことができる。これは、反射電力を抑制するうえで好ましい。
【００５１】
プラズマ室１１の側壁１９には、冷却水路３２が設けられていてもよい。冷却水路３２は、プラズマ室１１の軸方向長さにわたって設けられている。冷却水路３２は図示されるように、側壁１９の内部に形成されていてもよいし、側壁１９の外側に隣接して設けられていてもよい。
【００５２】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマの原料ガスを真空室１３に供給するためのガス供給系（図示せず）を備える。このガス供給系によって、例えば三フッ化ホウ素、アルシン、ホスフィンなどの原料ガスが真空室１３に供給される。
【００５３】
また、真空室１３の中心軸に沿う磁場を発生させるための例えばコイルなどの磁場発生器（図示せず）がプラズマ室１１の外側に設けられていてもよい。マイクロ波を原料ガスに効率的に吸収させるために、電子サイクロトロン共鳴条件の磁場又はそれよりも強い磁場が真空室１３に印加され、その磁力線方向にマイクロ波電力が入力されてもよい。こうして真空室１３に高密度プラズマが生成されてもよい。
【００５４】
本実施形態に係るマイクロ波イオン源の動作を説明する。マイクロ波がマイクロ波導入窓１２を通じて真空室１３に導入される。マイクロ波によって原料ガスが励起され、真空室１３にプラズマが生成される。イオン引出開口２１を通じて真空室１３の外へとイオンが引き出される。
【００５５】
マイクロ波導入窓１２は真空室１３のライナ１６と大気圧室１４のスペーサ１５とに挟まれてプラズマ室１１に配置されている。マイクロ波導入窓１２の配置場所はライナ１６の軸方向長さＬＢＮ及びスペーサ１５の軸方向長さＬｓによって決定される。真空室１３には、ライナ１６の軸方向長さＬＢＮに応じた容積が与えられる。ライナ１６の軸方向長さＬＢＮは、その原料ガスを使用するときのマイクロ波の反射電力を最小にする真空室１３の最適容積を与えるように定められている。
【００５６】
よって、本実施形態によると、マイクロ波の反射電力を小さくすることができるので、マイクロ波源及びその関連機器（例えば、ダミー負荷やその冷却装置）の大型化または複雑化を避けることができる。
【００５７】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５８】
マイクロ波導入窓１２の位置決め部材がスペーサ１５を備えることは必須ではない。ライナ１６の位置決め作用、真空室１３と大気圧室１４との差圧、及び／または、真空シール２２と側壁１９との間の摩擦力などによって、マイクロ波導入窓１２の軸方向位置が保持されてもよい。
【００５９】
ライナ１６の典型的な役割は、真空室１３の側壁１９を保護し、側壁１９の材料による雰囲気の汚染を防ぐことにある。したがって、こうした汚染問題が重要でない用途においては、ライナ１６はスペーサ１５と同様のスペーサであってもよい。よって、マイクロ波導入窓１２は、２つのスペーサに挟まれてプラズマ室１１内に保持されていてもよい。あるいは、ライナ１６が真空室１３に設けられていなくてもよい。よって、マイクロ波導入窓１２は、少なくとも１つのスペーサによってプラズマ室１１内に保持されていてもよい。
【００６０】
上述の実施形態ではマイクロ波導入窓１２はプラズマ室１１の断面全体を占めているが、マイクロ波導入窓１２はプラズマ室１１の断面の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。この場合、スペーサ１５がライナ１６または窓保護材２４まで延長され、マイクロ波導入窓１２の径方向外側を囲んでいてもよい。
【００６１】
窓位置決めユニットの構成要素は、互いに固定されていてもよいし、プラズマ室１１への装脱着時に分離される別体の部材であってもよい。例えば、図示されるようにマイクロ波導入窓１２とスペーサ１５とは一体にプラズマ室１１に装脱着されるよう互いに固定されていてもよいし、装脱着時に分離される別体の部材であってもよい。窓本体２３と窓保護材２４とは図示されるように別体の部材であってもよいし、あるいは一体に固定されていてもよい。また、窓位置決めユニットは、互いに固定されて軸方向に配列されたスペーサ１５、マイクロ波導入窓１２、及びライナ１６を備えてもよい。このようにすれば、スペーサ１５、マイクロ波導入窓１２、及びライナ１６をプラズマ室１１に一体に着脱することができる。
【００６２】
複数の窓位置決めユニットが準備される場合には、各窓位置決めユニットの内形寸法が異なっていてもよい。つまり、ある窓位置決めユニットをプラズマ室１１に装着したときの大気圧室１４及び／または真空室１３の断面積と、他の窓位置決めユニットをプラズマ室１１に装着したときの大気圧室１４及び／または真空室１３の断面積とが異なっていてもよい。こうして断面積を異ならせることによって大気圧室１４及び／または真空室１３の容積が調整されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０  マイクロ波イオン源、  １１  プラズマ室、  １２  マイクロ波導入窓、  １３  真空室、  １４  大気圧室、  １５  スペーサ、  １６  ライナ、  １７  入口端、  １８  出口端、  １９  側壁、  ２０  マイクロ波導波管、  ２１  イオン引出開口、  ２２  真空シール。
【図１】
2014157791.tif 000003
【図２】
2014157791.tif 000004