(57)【要約】【課題】プラズマによる短絡を抑制するため排気経路を長くとることのできる高電圧電位プラズマ生成装置を得ることにある。【解決手段】高電圧電位プラズマ生成装置４０は、真空槽１の内部に絶縁材２を介して設置され内部が真空排気される高電圧電位プラズマ生成容器３と、この高電圧電位プラズマ生成容器３内に設置されプラズマ成分材料となるターゲット４とから構成され、前記高電圧電位プラズマ生成容器内部と前記真空槽内部とは屈曲した排気経路８によって連通されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽の内部に絶縁材を介して設置され内部が真空排気される高電圧電位プラズマ生成容器と、この高電圧電位プラズマ生成容器内に設置されプラズマ成分材料となるターゲットとから構成され、前記高電圧電位プラズマ生成容器内部と前記真空槽内部とは屈曲した排気経路によって連通されていることを特徴とする高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項２】
前記屈曲した排気経路は、前記高電圧電位プラズマ生成容器の開口部と所定の間隙を形成してこの高電圧電位プラズマ生成容器に配置される高電圧電位生成プラズマ容器蓋によって形成されることを特徴とする請求項１記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項３】
前記高電圧電位プラズマ生成容器蓋は、この高電圧電位プラズマ生成容器蓋の内面または前記高電圧電位プラズマ生成容器に取り付けられる位置調節装置によって前記高電圧電位プラズマ生成容器の前記開口部と所定の間隙を形成していることを特徴とする請求項２記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項４】
前記位置調節装置は、その大きさおよび長さを変えることによって、前記高電圧電位プラズマ生成容器の開口部と高電圧電位プラズマ生成容器蓋によって形成される間隙からなる前記屈曲した排気経路の容積を調整することができることを特徴とする請求項３記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項５】
前記屈曲した排気経路は、真空槽の内部に絶縁材を介して設置され内部が真空排気される開口部が形成された高電圧電位プラズマ生成容器と、前記高電圧電位プラズマ生成容器にステージ台支柱を介して所定の間隙を形成して設置される高電圧ステージと、によって形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項６】
前記高電圧電位プラズマ生成容器は、その側面を開口部が形成された内壁と外壁の二重構造とし、その隙間を前記屈曲した排気経路としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項７】
前記内壁と前記外壁は回転自在に構成され、排気経路を調整可能としたことを特徴とする請求項６記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項８】
前記絶縁材は、絶縁碍子から形成され前記高電圧電位プラズマ生成容器を支持することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項９】
前記真空槽は球状、円筒形状または角筒形状であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項記載の高電圧電位プラズマ生成装置。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項９のいずれか１項記載の高電圧電位プラズマ生成装置にイオン引き出し電極を接続あるいは内部から支持することを特徴とするイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高電圧部を内部に有する真空槽を用いる高電圧電位プラズマ生成装置およびイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧部を内部に有する真空槽を用いるプラズマ発生装置及びイオン源の場合、プラズマ生成される高電圧部と真空槽内壁との間ではプラズマを介在して電気的短絡を起こすため高電圧部からプラズマが漏れ出ることがないような高電圧プラズマ生成室の形態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の密閉した高電圧プラズマ生成室では、高電圧部からプラズマが漏れ出ることがないようにするためその内部を積極的に大きな排気口を設けての真空排気ができない。そのため、一定の特性を有したプラズマを連続し安定に生成することが困難である。一方、密閉容器に排気口を設けると上述したように、プラズマを介して高電圧部と真空槽内壁とで電気的短絡を引き起こしてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、プラズマによる短絡を抑制するため経路を長くとり、簡素化された排気経路を有する高電圧電位プラズマ生成装置およびイオン源を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る高電圧電位プラズマ生成装置は、真空槽の内部に絶縁材を介して設置され内部が真空排気される高電圧電位プラズマ生成容器と、この高電圧電位プラズマ生成容器内に設置されプラズマ成分材料となるターゲットとから構成され、前記高電圧電位プラズマ生成容器内部と前記真空槽内部とは屈曲した排気経路によって連通されていることを特徴とする。
【０００７】
本実施形態に係るイオン源は、上記高電圧電位プラズマ生成装置にイオン引き出し電極を接続あるいは内部から支持することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、高電圧電位プラズマ生成容器内部から接地電位である真空槽までの排気経路を長くとることができ、排気経路の容積を増加させることができるので高電圧電位プラズマ生成装置内部で生成された高密度プラズマは、高電圧電位プラズマ生成容器から真空槽内部に到達するまでにはプラズマ密度も十分に低くなるあるいはイオン電子再結合により中性化される。よって高電圧電位プラズマ生成容器と接地電位である真空槽内壁面との間の短絡を防ぐことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る高電圧電位プラズマ生成装置を示す側面図。
【図２】実施例２に係る高電圧電位プラズマ生成装置を示す側面図。
【図３】実施例３に係る高電圧電位プラズマ生成装置を示す平断面図。
【図４】実施例４に係るイオン源を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施例１）
本発明の実施例１について図１を参照して説明する。図１において、高電圧電位プラズマ生成装置４０を構成する真空槽１の内部には絶縁材である絶縁碍子２を介して高電圧部９に接続された高電圧電位プラズマ生成容器３が設置されている。この高電圧電位プラズマ生成容器３にはプラズマ成分材料となるターゲット４が設置され、その表面にプラズマ生成点５が形成される。なお、ターゲット４は固体だけでなくガスも考えられる。
【００１１】
プラズマ生成点５についてはターゲット４の固体表面への真空槽１の外部から導かれたレーザーの集光によるプラズマ生成、または同様に真空槽１の外部から導かれたマイクロ波のガス蒸気の電離作用によるプラズマ生成などで形成される。高電圧電位プラズマ生成容器３の上部には、その内面に位置調節装置であるフック７が数点箇所取り付けられ、高電圧電位プラズマ生成容器３の開口部に直線的に繋がる通路を遮断する屈曲した排気経路（迷路構造）３０として所定の間隙を周囲に形成して高電圧電位プラズマ生成容器蓋６が置かれる。このフック7は、高電圧電位プラズマ生成容器蓋６の内側ではなく高電圧電位プラズマ生成容器３の外側壁または開口部に取り付けられる構成としてもよい。プラズマが生成される高電圧電位プラズマ生成容器３内部は排気経路８で真空排気される。そして、このフック7の大きさおよび長さを変えることのできる位置調節装置であればよく、ボルトとナットのような形でも代用することができる。このフック7の位置調整によって、高電圧電位プラズマ生成容器３の開口部と高電圧電位プラズマ生成容器蓋６によって形成される間隙からなる排気経路の容積は調整することができる。
【００１２】
以上のように高電圧電位プラズマ生成容器３内部でターゲット４から生成された高密度プラズマは、その高電圧電位プラズマ生成容器３と高電圧電位プラズマ生成容器蓋６との間隙を介し排気経路が長くなり、高電圧電位プラズマ生成容器３から真空槽１内部に到達するまでにはプラズマ密度も十分に低くなるあるいはイオン電子再結合により中性化される。よって高電圧電位プラズマ生成容器３と接地電位である真空槽１内壁面との間の短絡を防ぐことが出来る。また高電圧電位プラズマ生成容器３の壁（高電圧電位）と高電圧電位プラズマ生成容器蓋６との間の隙間は高電圧プラズマ生成容器３の開口部外周全ての領域に渡るので排気効率を向上させることができる。
【００１３】
なお、高電圧電位プラズマ生成容器３の開口部を上部とした実施例で説明したがこの開口部は側面または底部に設けることも可能である。
【００１４】
（実施例２）
本発明の実施例２について、図２を参照して説明する。なお、図２において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００１５】
図２において、高電圧電位プラズマ生成装置４１を構成する真空槽１の内部に絶縁碍子２を介して下部に開口部１３が形成された高電圧電位プラズマ生成容器１０が設置されている。高電圧電位プラズマ生成容器１０の内側底部にはステージ台支柱１１を介して高電圧ステージ１２が設置される。高電圧電位プラズマ生成容器１０、高電圧ステージ台１２とステージ台支柱１１は同電位に設定されている。高電圧ステージ台１２のステージ上にはプラズマ成分材料となるターゲット４が設置され、その表面にプラズマ生成点５が形成される。ターゲット４は固体だけでなくガスも考えられる。
【００１６】
プラズマ生成点５についてはターゲット４の固体表面への真空槽１の外部から導かれたレーザーの集光によるプラズマ生成、または同様に真空槽１の外部から導かれたマイクロ波のガス蒸気の電離作用によるプラズマ生成などで形成される。プラズマが生成される高電圧電位プラズマ生成容器１０内部は排気経路８で真空排気される。実施例２は実施例１の屈曲した排気経路（迷路構造）３１となる排気経路８を高電圧電位プラズマ生成容器１０の底部の設けた形態である。
【００１７】
以上のように高電圧電位プラズマ生成容器１０内部の高密度プラズマは、ステージ台支柱１１により高電圧ステージ１２と高電圧電位プラズマ生成容器１０の底板との間を介して、底板開口部１３から排気される。
【００１８】
上記の排気経路８を介することで高密度プラズマは、高電圧電位プラズマ生成容器１０、高電圧ステージ台１２などから構成される高電圧部から真空槽１内部に到達するまでにはプラズマ密度も十分に低くなるあるいはイオン電子再結合により中性化される。そのため高電圧電位プラズマ生成容器１０、高電圧ステージ台１２などから構成される高電圧部と接地電位である真空槽１内壁面との間の短絡を防ぐことが出来る。また高電圧電位プラズマ生成容器１０の壁（高電圧電位）と高電圧ステージ16との間の隙間は高電圧電位プラズマ生成容器13の内周全ての領域に渡るので排気効率を向上させることができる。
【００１９】
なお、高電圧電位プラズマ生成容器３の開口部を下部とした実施例で説明したがこの開口部は側面または上部に設けることも可能である。
【００２０】
（実施例３）
本発明の実施例３を図３を参照して説明する。図３は実施例１あるいは実施例２を上から見た平断面図を示している。なお、図３において図１および図２と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００２１】
図３において、高電圧電位プラズマ生成装置４２を構成する真空槽１の内部には絶縁碍子２を介して高電圧電位プラズマ生成容器３が設置されている。高電圧電位プラズマ生成容器３は高電圧電位プラズマ生成容器内壁１４と高電圧電位プラズマ生成容器外壁１５を備えた構成になっている。
【００２２】
高電圧電位プラズマ生成容器３の内側は実施例１あるいは実施例２で前述したように、ターゲット４が設置され、その表面にプラズマ生成点５が形成される。ターゲット４は固体だけでなくガスであってもよい。プラズマ生成点５についてはターゲット４の固体表面への真空槽１の外部から導かれたレーザーの集光によるプラズマ生成、ガスまたは蒸気へ真空槽１の外部から導かれたマイクロ波によるガスまたは蒸気の電離作用によるプラズマ生成などで形成される。プラズマ生成点５のプラズマは高電圧プラズマ生成容器内壁１４に形成された開口部１６より、高電圧プラズマ生成容器内壁１４と高電圧プラズマ生成容器外壁１５との隙間から成る屈曲した排気経路（迷路構造）３２を通り高電圧プラズマ生成容器外壁１５に形成された開口部１７より排気される。なお、この高電圧プラズマ生成容器内壁１４およびと高電圧プラズマ生成容器外壁１５は回転することができ開口部１６および開口部１７から形成される排気経路８の距離を調整することができる。
【００２３】
そして、迷路構造３２である排気経路８を長く採ることを意図し、高電圧プラズマ生成容器外壁１５の開口部１７は高電圧プラズマ生成容器内壁１４の開口部は最大１８０°対称の位置とするのが好ましい。
【００２４】
以上のように高電圧プラズマ生成容器３内部の高密度プラズマは、高電圧プラズマ生成容器内壁１４と高電圧プラズマ生成容器外壁１５との隙間を通る迷路構造３２である排気経路８により、高電圧部となる高電圧プラズマ生成容器外壁１５の開口部１７周辺に到達した頃にはプラズマ密度も十分に低くなるあるいはイオン電子再結合により中性化される。そのため高電圧プラズマ生成容器内壁１４、高電圧プラズマ生成容器外壁１５などから構成される高電圧部と接地電位である真空槽１内壁面との間の短絡を防ぐことが出来る。
【００２５】
排気経路８の長さを調節するとることができ、排気経路の容積を増加させることができるので排気能力と絶縁耐圧のトレードオフを調整する事が出来る。
【００２６】
なお、当該実施例３は実施例１から３と適宜組み合わせることによって、より迷路構造３２である排気経路８を長く採ることができる。また、上記実施例１から３に説明された真空槽１は横断面を円筒形状で説明しているが、球状または角形形状等の断面多角形でも適用することができる。
【００２７】
（実施例４）
本発明の実施例４を図４を参照して説明する。なお、図４において図１と同一部分には同一符号を付してその構成の説明は省略する。
【００２８】
実施例４は実施例１から実施例３の形態における高電圧電位プラズマ生成装置４０，４１，４２をイオン源２０へ適用した実施例である。
【００２９】
高電圧電位プラズマ生成容器３にイオン引き出し電極２１を接続あるいは内部から支持する構造により設置する。イオン引き出し電極２１は高電圧電位プラズマ生成容器３と同電位である。イオン引き出し電極２１の開口部２３と外部の接地電位である真空槽１との間での電位差によりイオンが引き出される。
【００３０】
このイオンとして開口部２３より引き出されるプラズマイオンビーム２２はプラズマ生成点５を起点とし、イオン引き出し電極２１の開口部２３を通りイオン供給源とされることにより実施例４の全体システムがイオン源２０として機能する。
【００３１】
以上のようなイオン源として使用される高電圧プラズマ生成容器に対しても実施例１から実施例３を適用することができる。これによりプラズマ生成室内の真空排気効率が向上し、一定の特性を有したプラズマを連続し安定に生成することが実現され、安定したイオン源として適用することができる。そして、このイオン源で引き出されたイオンは線形加速器、重粒子線照射装置等に活用することができる。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【００３３】
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
【００３４】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１…真空槽
２…絶縁碍子
３…高電圧電位プラズマ生成容器
４…ターゲット
５…プラズマ生成点
６…高電圧電位プラズマ生成容器蓋
７…フック（位置調節装置）
８…排気経路
９…高電圧部
１０…高電圧電位プラズマ生成容器
１１…ステージ台支柱
１２…高電圧ステージ台
１３…開口部
１４…高電圧電位プラズマ生成容器内壁
１５…高電圧電位プラズマ生成容器外壁
１６，１７…開口部
２０…イオン源
２１…イオン引き出し電極
２２…プラズマイオンビーム
２３…開口部
３０，３１，３２，３３…迷路構造（屈曲した排気経路）
４０，４１，４２，４３…高電圧電位プラズマ生成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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