(57)【要約】【課題】マイクロ波イオン源に供給されるガスへの加熱を軽減する【解決手段】マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波の導入方向Ｐにプラズマ生成空間１２に隣接する窓保護材１９と、窓保護材１９及びプラズマ生成空間１２を囲むように導入方向Ｐに延在する側壁１５と、を備えるプラズマ室１１と、プラズマ生成空間１２にガスを供給するためのガス通路３２と、を備える。ガス通路３２は、側壁１５の内部又は窓保護材１９の外周部に埋設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の導入方向にプラズマ生成空間に隣接する誘電体と、前記誘電体及び前記プラズマ生成空間を囲むように前記方向に延在する側壁と、を備えるプラズマ室と、
前記プラズマ生成空間にガスを供給するためのガス通路と、を備え、
前記ガス通路は、前記側壁の内部又は前記誘電体の外周部に埋設されていることを特徴とするマイクロ波イオン源。
【請求項２】
前記ガス通路は前記側壁に設けられており、前記側壁は前記ガス通路に近接する冷媒流路を備え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】
前記側壁は、前記ガス通路と前記冷媒流路とを仕切る仕切部材を備え、
前記冷媒流路は、前記仕切部材の一方側に設けられている冷媒入口と、前記仕切部材の他方側に設けられている冷媒出口と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項４】
前記プラズマ室は、前記誘電体に対向するイオン引出開口を備え、
前記ガス通路はその末端に前記プラズマ生成空間へのガス供給口を備え、前記ガス供給口は前記イオン引出開口の近傍に設けら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】
プラズマ生成空間にガス通路を通じてガスを供給することと、
前記プラズマ生成空間に隣接する誘電体を通じて前記プラズマ生成空間にマイクロ波を導入することと、を備え、
前記ガス通路は、前記誘電体及び前記プラズマ生成空間を囲む側壁の内部に又は前記誘電体の外周部に埋設されていることを特徴とするマイクロ波イオン源の運転方法。
【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運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波をプラズマ生成に用いるイオン源が知られている。真空のプラズマ室にマイクロ波が導入される。プラズマ室に供給された原料ガスがマイクロ波によって励起され、プラズマが生成される。プラズマからイオンが引き出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５１３２３号公報
【特許文献２】特開平２−５６８３２号公報
【特許文献３】特開平５−１２８９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロ波イオン源は生成されるプラズマによって運転中に温度が高くなる。プラズマ生成のために供給されるガスには高温により変質するものがある。例えば、ホウ素のイオンビームを生成するために通例使用される原料ガスであるジボランは、高温により高級ボランに変化し、最終的には固体であるデカボランになる。変質したガスは、生成されるイオンビームの品質やマイクロ波イオン源の運転継続性に影響を与えるかもしれない。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、マイクロ波イオン源に供給されるガスへの加熱を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様のマイクロ波イオン源は、マイクロ波の導入方向にプラズマ生成空間に隣接する誘電体と、前記誘電体及び前記プラズマ生成空間を囲むように前記方向に延在する側壁と、を備えるプラズマ室と、前記プラズマ生成空間にガスを供給するためのガス通路と、を備える。前記ガス通路は、前記側壁の内部又は前記誘電体の外周部に埋設されている。
【０００７】
この態様によると、プラズマ室の中心部から外れた場所に、すなわちプラズマ室の側壁の内部又は誘電体の外周部にガス通路が埋設されており、このガス通路を通じてプラズマ生成空間にガスが供給される。高温のプラズマ室中心部を避け、比較的低温の場所を経由してガスを供給することができるので、ガスへの加熱が軽減される。
【０００８】
前記ガス通路は前記側壁に設けられており、前記側壁は前記ガス通路に近接する冷媒流路を備えてもよい。
【０００９】
この態様によると、ガスを冷媒で冷却し低温に保つことが可能となり、ガスの変質を大きく抑制することができる。
【００１０】
前記側壁は、前記ガス通路と前記冷媒流路とを仕切る仕切部材を備えてもよい。前記冷媒流路は、前記仕切部材の一方側に設けられている冷媒入口と、前記仕切部材の他方側に設けられている冷媒出口と、を備えてもよい。
【００１１】
この態様によると、仕切部材を挟んで冷媒の出入口が形成されている。これは、冷媒流路における冷媒の整流に役立つ。
【００１２】
前記プラズマ室は、前記誘電体に対向するイオン引出開口を備えてもよい。前記ガス通路はその末端に前記プラズマ生成空間へのガス供給口を備え、前記ガス供給口は前記イオン引出開口の近傍に設けられていてもよい。
【００１３】
この態様によると、イオン引出開口の近傍にガスを供給することができる。そのため、イオン引出開口の近くに高密度のプラズマを生成し、プラズマ室から引き出されるイオンの量を増やすことができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、マイクロ波イオン源の運転方法である。この方法は、プラズマ生成空間にガス通路を通じてガスを供給することと、前記プラズマ生成空間に隣接する誘電体を通じて前記プラズマ生成空間にマイクロ波を導入することと、を備える。前記ガス通路は、前記誘電体及び前記プラズマ生成空間を囲む側壁の内部に又は前記誘電体の外周部に埋設されている。
【００１５】
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】
【００１６】
本発明によれば、マイクロ波イオン源に供給されるガスへの加熱を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源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Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図２に示すマイクロ波イオン源のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源を概略的に示す断面図である。
【図５】図４に示すマイクロ波イオン源のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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Ａ−Ａ断面図である。図３は、図２に示すマイクロ波イオン源１０のＢ−Ｂ断面図である。つまり、図１に示す断面と図３に示す断面とは垂直に交わる。図１及び図３に示す断面はともにプラズマ室１１の中心軸を含む断面である。
【００１９】
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。プラズマ室１１は、プラズマが生成される空間であるプラズマ生成空間１２を囲む容器である。
【００２０】
プラズマ室１１は、両端をもち直線的に延在する筒状の形状を有する。プラズマ室１１の一端から他端に向かう方向を以下では便宜上、軸方向と呼ぶことがある。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を囲む方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、プラズマ室１１が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味しない。図示の例ではプラズマ室１１は円筒形状を有するが、プラズマ室１１は、プラズマを適切に収容し得る限り、いかなる形状であってもよい。また、プラズマ室１１の軸方向長さは、プラズマ室１１の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。
【００２１】
プラズマ室１１は、入口端１３、出口端１４、及び側壁１５を備える。入口端１３にはマイクロ波導波管５０が接続されている。入口端１３とマイクロ波導波管５０との間には、マイクロ波導波管５０からプラズマ生成空間１２を仕切るようにマイクロ波導入窓１６が設けられている。一方、出口端１４には、例えばスリット状のイオン引出開口１７が形成されている。出口端１４においてプラズマ室１１は、イオン引出開口１７を除き、塞がれている。入口端１３、出口端１４、及び側壁１５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。
【００２２】
側壁１５は、入口端１３と出口端１４とを接続する筒状の部材である。側壁１５は、マイクロ波導入窓１６及びプラズマ生成空間１２を囲むように軸方向に延在する。側壁１５は、マイクロ波導入窓１６に外接し、プラズマ生成空間１２に露出される内表面を有する。なお、側壁１５に内接するライナが設けられている場合には、ライナは側壁１５の一部であるとみなされる。
【００２３】
マイクロ波導波管５０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生成空間１２に伝達するようマイクロ波源をプラズマ室１１につなぐ。プラズマ室１１の入口端１３に進入するマイクロ波の伝搬方向を矢印Ｐで図示する。マイクロ波の伝搬方向Ｐは図示されるように、プラズマ室１１の軸方向に一致し、マイクロ波導入窓１６に垂直である。
【００２４】
マイクロ波導入窓１６は、マイクロ波導波管５０からプラズマ生成空間１２にマイクロ波を受け入れるための真空窓である。マイクロ波を透過させるために、マイクロ波導入窓１６は誘電体で形成されている。マイクロ波導入窓１６はその上流側の表面がマイクロ波導波管５０に向けられ、下流側の表面がプラズマ生成空間１２に露出されている。このように、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５０に近い側を上流側と呼び、イオン引出開口１７に近い側を下流側と呼ぶことがある。
【００２５】
マイクロ波導入窓１６は、窓本体１８と窓保護材１９とを備える二層構造を有してもよい。窓保護材１９はプラズマ生成空間１２に面するマイクロ波導入窓１６の内層であり、窓本体１８は窓保護材１９に導波管側で隣接するマイクロ波導入窓１６の外層である。窓保護材１９はプラズマ室１１の外からイオン引出開口１７を通じてプラズマ室１１に逆流する電子から窓本体１８を保護するために窓本体１８を被覆する。窓本体１８は例えばアルミナのプレートであり、窓保護材１９は例えば窒化ホウ素のプレートである。
【００２６】
本実施形態においては、窓保護材１９は、窓本体１８よりも厚い。すなわち、窓保護材１９の軸方向長さは、窓本体１８の軸方向長さよりも長い。窓保護材１９はプラズマ室１１のマイクロ波導入窓１６側を占める中実の部材であり、窓保護材１９の軸方向長さはプラズマ生成空間１２の容積を所望の大きさに調整するよう定められている。このように窓保護材１９が側壁１５の内側の空間を部分的に占有することは、軸方向に大きい寸法を有するプラズマ室１１において高密度のプラズマを発生させるのに有利である。プラズマ生成空間１２の軸方向長さを短くすることで、プラズマ生成空間１２の容積の増大を抑えられるからである。
【００２７】
プラズマ室１１の入口端１３は、図示されるように、プラズマ室１１をマイクロ波導波管５０に取り付けるための取付フランジ２１を備える。取付フランジ２１は入口端１３において側壁１５の外表面よりも径方向外側に突き出して形成された部分である。マイクロ波導波管５０の末端にはこの取付フランジ２１に対応する相手側のフランジ５１が設けられており、これら２つのフランジ２１、５１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。図示されるようにそれぞれのフランジ２１、５１の合わせ面には窓本体１８の外周部に適合する凹部が形成されており、プラズマ室１１の入口端１３とマイクロ波導波管５０とに窓本体１８が挟持される。
【００２８】
この実施形態においては、マイクロ波導入窓１６はプラズマ生成空間１２の（軸方向に垂直な）断面の全体を占めている。しかし、マイクロ波導入窓１６はプラズマ生成空間１２の断面の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。
【００２９】
この実施形態においては、側壁１５の内面はプラズマ生成空間１２に露出されている。側壁１５の材料がプラズマに放出されてもよい場合や、側壁１５から材料がプラズマへと放出されにくいように側壁１５が形成されている場合には、このように側壁１５を露出してもよい。
【００３０】
逆に、ある実施形態においては、プラズマの汚染を軽減または防止するために、側壁１５を保護するための内壁部材、いわゆるライナが設けられていてもよい。ライナは、例えば窒化ホウ素で形成されている。ライナは、側壁１５に沿ってマイクロ波導入窓１６と出口端１４との間に延在する。ライナの外周面は、プラズマ生成空間１２の側壁１５に内接してそれを被覆する。ライナの内面がプラズマ生成空間１２に露出されている。また、ライナの上流端部には窓保護材１９の外周部が接触し、窓保護材１９は窓本体１８とライナとに挟まれている。
【００３１】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマ室１１を冷却するための冷却装置、例えば冷却ジャケット２２を備える。冷却ジャケット２２は、冷媒（例えば冷却水）によりプラズマ生成空間１２及びマイクロ波導入窓１６をそれらの外側から冷却するようプラズマ生成空間１２及びマイクロ波導入窓１６の周囲に配設されている。冷却ジャケット２２は、図３に示されるように、冷媒流路２３と、冷媒流路２３に冷媒を供給するための冷媒入口２４と、冷媒流路２３から冷媒を排出するための冷媒出口２５と、を備える。冷媒流路２３に供給される冷媒の温度は例えば室温またはそれより低温である。なお冷却ジャケット２２は、側壁１５の内側（または外側）に隣接して設けられていてもよい。
【００３２】
冷媒流路２３は、プラズマ室１１の軸方向長さにわたって側壁１５の内部に形成されている。また、冷媒流路２３は、図２に示されるように、プラズマ室１１を周方向に囲むように側壁１５に形成されている。そのため、プラズマ室１１の側壁１５は内壁２６と外壁２７とを有する二重管構造を有し、内壁２６と外壁２７との間の空間が冷媒で満たされる。内壁２６及び外壁２７の下流側の端部は冷媒流路２３を閉じるよう結合され出口端１４に取り付けられている。また、内壁２６及び外壁２７の上流側の端部は冷媒流路２３を閉じるよう結合され入口端１３に取り付けられている。なお冷媒流路２３は、側壁１５に形成されマイクロ波導入窓１６及びプラズマ生成空間１２を（例えばらせん状または蛇行状に）取り巻く管路であってもよい。
【００３３】
図３に示されるように、冷媒入口２４及び冷媒出口２５は入口端１３の取付フランジ２１に形成されている。冷媒入口２４は、冷媒流路２３から径方向外側へと窓本体１８を迂回するように折れ曲がって延び、さらに軸方向へと折れ曲がりマイクロ波導波管５０へと延びている。冷媒入口２４はさらに、マイクロ波導波管５０のフランジ５１を貫通して冷媒供給管２８に接続されている。冷媒供給管２８はマイクロ波導波管５０の外側を軸方向に沿って延びている。冷媒供給管２８は、図示しない冷媒供給装置に接続されている。
【００３４】
一方、冷媒出口２５は、冷媒入口２４とは周方向に異なる位置に設けられている。冷媒出口２５は、冷媒流路２３から径方向外側へと窓本体１８を迂回するように折れ曲がって延び、さらに軸方向へと折れ曲がりマイクロ波導波管５０へと延びている。冷媒出口２５はさらに、マイクロ波導波管５０のフランジ５１を貫通して冷媒回収管２９に接続されている。冷媒回収管２９はマイクロ波導波管５０の外側を軸方向に沿って延びている。冷媒回収管２９は、図示しない冷媒回収装置、または上述の冷媒供給装置に接続されている。冷媒供給装置は回収した冷媒を冷却し冷媒供給管２８へと循環させるよう構成されていてもよい。
【００３５】
したがって、冷却ジャケット２２において冷媒は、冷媒供給管２８から冷媒入口２４を通じて冷媒流路２３へと供給され、冷媒流路２３から冷媒出口２５を通じて冷媒回収管２９へと排出される。冷媒流路２３を軸方向及び径方向に冷媒が流れることによって、マイクロ波導入窓１６及びプラズマ生成空間１２が外側から冷却される。
【００３６】
図２に示されるように、側壁１５はその内壁２６と外壁２７とを接続する仕切部材であるリブ３０を備える。リブ３０は内壁２６と外壁２７との間を軸方向に延びている。冷媒流路２３はリブ３０によって一方側と他方側とに仕切られている。リブ３０の一方側に冷媒入口２４が形成され、リブ３０の他方側に冷媒出口２５が形成されている。図示される実施形態においては、リブ３０が１２時の位置に設けられており、冷媒入口２４及び冷媒出口２５はそれぞれ３時、９時の位置に設けられている。冷媒入口２４及び冷媒出口２５はリブ３０のすぐ両側（例えば１時と１１時の位置）に設けられていてもよい。
【００３７】
このように、リブ３０を挟んで対向するように冷媒入口２４及び冷媒出口２５を設けることは、冷媒流路２３における冷媒流れのコントロールに役立つ。リブ３０が設けられていない場合には、一見すると、冷媒入口２４で冷媒流れは上下に分かれ、これら２つの流れはそれぞれ１２時と６時の位置を通って冷媒出口２５に合流するように見える。しかし、実際には、それら２つの流れのうち片方が優勢となりもう片方にはあまり流れが生じないことがある。冷媒流路２３をリブ３０で仕切ることにより片方の流れが構造的に遮断され、実際の冷媒流れと設計上の流れとを適合させることが容易となる。これは、設計上の冷却性能を実現することに役立つ。
【００３８】
図１に示されるように、マイクロ波イオン源１０は、プラズマの原料ガスをプラズマ生成空間１２に供給するためのガス供給系３１を備える。ガス供給系３１は、生成すべきイオン種に応じて適切な原料ガス（例えばジボラン、アルシン、ホスフィンなど）をプラズマ生成空間１２に供給する。
【００３９】
ガス供給系３１は、プラズマ室１１に埋設されているガス通路３２を備える。ガス通路３２は側壁１５の内壁２６と外壁２７との間を軸方向に延びている。本実施形態においては、ガス通路３２は、側壁１５のリブ３０に形成されている。ガス通路３２は、マイクロ波導波管５０側に設けられているガス入口３３と、イオン引出開口１７側に設けられているガス出口３４と、を備える。
【００４０】
ガス入口３３は、ガス通路３２をガス供給管３５に接続する。ガス供給管３５は、マイクロ波導波管５０の外側を軸方向に沿って延びており、図示しないガス源をガス入口３３に接続する。ガス入口３３は、入口端１３の取付フランジ２１及びマイクロ波導波管５０のフランジ５１に形成されている。ガス入口３３は、マイクロ波導波管５０のフランジ５１を貫通して入口端１３及び側壁１５へと延びている。ガス入口３３は、冷媒入口２４及び冷媒出口２５と同様に、取付フランジ２１において窓本体１８の外側を通る。
【００４１】
ガス出口３４は、ガス通路３２をプラズマ生成空間１２に接続する。ガス通路３２は下流側の末端で径方向内側に折れ曲がり、これによりプラズマ生成空間１２にガス出口３４が形成される。なお、側壁１５を被覆するライナがプラズマ生成空間１２に設けられている場合には、ライナは、ガス出口３４をプラズマ生成空間１２に接続するための貫通孔をガス出口３４に相当する位置に有する。
【００４２】
したがって、原料ガスは、ガス供給管３５からガス入口３３、ガス通路３２、ガス出口３４を通じて、プラズマ生成空間１２に供給される。
【００４３】
このように、本実施形態においては、プラズマ生成空間１２へのガス供給口（ガス出口３４、及び／または、ライナの貫通孔）がイオン引出開口１７の近傍に設けられている。ガス供給口は、軸方向に関してマイクロ波導入窓１６よりもイオン引出開口１７に近接して設けられている。ガス供給口は、好ましくは出口端１４に隣接する。このようにして、イオン引出開口１７の近傍に原料ガスが供給される。これは、イオン引出開口１７に高密度のプラズマを生成することに役立つ。
【００４４】
上述のように、ガス通路３２及び冷媒流路２３はともに側壁１５の内壁２６と外壁２７との間にある。ガス通路３２は内壁２６と外壁２７とをつなぐリブ３０に形成され、冷媒流路２３はリブ３０の両側を囲む。このようにして、本実施形態においては、ガス通路３２は冷媒流路２３に隣接する。
【００４５】
また、マイクロ波イオン源１０は、プラズマ生成空間１２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）をプラズマ室１１の外側に備えてもよい。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軸方向の磁場がプラズマ生成空間１２に印加される。こうしてプラズマ生成空間１２に高密度プラズマが生成されてもよい。
【００４６】
イオン引出開口１７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プラズマ生成空間１２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。
【００４７】
本実施形態に係るマイクロ波イオン源１０の動作を説明する。プラズマ生成空間１２にガス通路３２を通じてプラズマの原料ガスが供給される。磁場発生器により上述の軸方向磁場がプラズマ生成空間１２に印加される。マイクロ波がマイクロ波導入窓１６を通じてプラズマ生成空間１２に導入される。マイクロ波と軸方向磁場との作用によって原料ガスが励起され、プラズマ生成空間１２にプラズマが生成される。イオン引出開口１７を通じてプラズマ生成空間１２の外へとイオンが引き出される。
【００４８】
マイクロ波イオン源１０は生成されたプラズマによって加熱される。しかし、マイクロ波イオン源１０には冷却ジャケット２２が設けられているので、マイクロ波イオン源１０の過度の温度上昇は抑制される。特に、ガス通路３２が冷却ジャケット２２を通るように形成されているので、マイクロ波イオン源１０の運転中に原料ガスは充分に冷却されながらプラズマ生成空間１２に供給される。
【００４９】
こうした冷却は、原料ガスがジボラン（Ｂ２Ｈ６）である場合に特に有効である。ジボランは、高温で分解・重合によりＢ４Ｈ１０やＢ５Ｈ９などの高級ボランに変化し、最終的には固体であるデカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）になる。得られるボロンのイオンの量は高級ボランになると低下し、また、デカボランは固体であるからガス通路３２の内部やプラズマ生成空間１２の内面に堆積する。ガス通路３２に目詰まりが生じるおそれもある。
【００５０】
本実施形態によると、冷却ジャケット２２によりガス通路３２が冷却されることにより、プラズマ生成空間１２に供給されるジボランの温度を冷媒と同程度に保つことができる。そのため、ジボランの分解・重合を大幅に抑えることができる。よって、マイクロ波イオン源１０によるボロンイオンビームの強度低下を抑えることができる。また、デカボランの堆積や目詰まりを抑えることもできる。
【００５１】
プラズマ室１１は中心部に高密度のプラズマが生成されるので、中心部ほど温度が高くなる。本実施形態によると、プラズマ室１１の中心部ではなく外周部に、すなわち側壁１５にガス通路３２が埋設されている。高温のプラズマ室中心部を避け、比較的低温の場所を経由してガスを供給することができるので、ガスへの加熱が軽減される。
【００５２】
通常、プラズマ室１１には高電圧が印加されるので、仮にプラズマ室１１の外表面に凹凸がある場合にはそこを起点として放電が生じうる。しかし、本実施形態によると、ガス通路３２は側壁１５に埋設されており、プラズマ室１１の外に露出されていない。よって、プラズマ室１１の外表面を滑らかに形成することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
図４及び図５を参照して、本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源１０を説明する。この実施形態は、ガス通路３２の構成を除いて、図１乃至図３を参照して説明した上述の実施形態と同様である。そのため、以下の説明では同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。
【００５５】
図４は、本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源１０を概略的に示す断面図である。図５は、図４に示すマイクロ波イオン源１０のＣ−Ｃ断面図である。図４及び図５に示されるように、ガス供給系３１は、冷媒流路２３の中を通るガス管４０を備えてもよい。この場合、側壁１５にリブ３０は設けられておらず、ガス管４０の外表面は冷媒にさらされている。このガス管４０は例えば金属管である。このようにしても、上述の実施形態と同様に、原料ガスを冷却しながらプラズマ生成空間１２に供給することができる。
【００５６】
また、図６に示されるように、ガス通路４２は、誘電体である窓保護材１９の外周部に埋設されていてもよい。ガス通路４２は、窓保護材１９の中心軸と外周面との中間より径方向に外側に形成され、冷媒流路２３より径方向内側にある。このようにしても、ガス通路４２を冷媒流路２３に近接させることができるので、原料ガスを冷却しながらプラズマ生成空間１２に供給することができる。なお、ガス通路４２は窓保護材１９の外周面に形成された溝であってもよい。この場合、側壁１５と窓保護材１９との間にガス通路４２が形成され、ガス通路４２を冷媒流路２３に隣接させることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  マイクロ波イオン源、  １１  プラズマ室、  １２  プラズマ生成空間、  １５  側壁、  １６  マイクロ波導入窓、  １７  イオン引出開口、  １８  窓本体、  １９  窓保護材、  ２２  冷却ジャケット、  ２３  冷媒流路、  ２４  冷媒入口、  ２５  冷媒出口、  ３０  リブ、  ３２  ガス通路。
【図１】
2014216054.tif 000003
【図２】
2014216054.tif 000004
【図３】
2014216054.tif 000005
【図４】
2014216054.tif 000006
【図５】
2014216054.tif 000007
【図６】
2014216054.tif 000008