(57)【要約】  【課題】  加速器に高電圧を供給する高電圧回路を加速器に近接して設けることができるようにして，加速装置全体の小型化を図ること。  【解決手段】  イオン，電子などを加速させるために高電圧部と低電圧部が設定され，上記高電圧部或いは低電圧部から低電圧部或いは高電圧部に向けて上記イオン，電子などを放出する加速器と，該加速器の外部に設けられ，上記加速器の高電圧部に，高電圧を供給する高電圧電源とを含んでなるイオン，電子などの加速装置において，上記加速器の高圧部の電圧及び低圧部の電圧と，高電圧電源の高圧部の電圧及び低圧部の電圧とを略等しく設定し，且つ上記加速器と上記高電圧電源とを，略平行に配置すると共に，上記加速器の高電圧部或いは低電圧部と，上記高電圧電源の高電圧部或いは低電圧部とを，対向させて配置した加速装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン，電子などを加速させるために高電圧部と低電圧部が設定され，上記高電圧部或いは低電圧部から低電圧部或いは高電圧部に向けて上記イオン，電子などを放出する加速器と，該加速器の外部に設けられ，上記加速器の高電圧部に，高電圧を供給する高電圧電源とを含んでなるイオン，電子などの加速装置において，
上記加速器の高圧部の電圧及び低圧部の電圧と，高電圧電源の高圧部の電圧及び低圧部の電圧とを略等しく設定し，且つ上記加速器と上記高電圧電源とを，略平行に配置すると共に，上記加速器の高電圧部或いは低電圧部と，上記高電圧電源の高電圧部或いは低電圧部とを，対向させて配置したことを特徴とする加速装置。
【請求項２】
上記加速器の高電圧部から低電圧部までの長さと，上記高電圧電源の高電圧部から低電圧部までの長さが略等しく設定されてなる請求項１記載の加速装置。
【請求項３】
上記加速器と上記高電圧電源の同じ電圧に設定された部分が，同じ高さレベルに配置されてなる請求項１或いは２のいずれかに記載の加速装置。
【請求項４】
上記加速器及び上記高電圧電源がそれぞれ多段の電圧設定手段を含んで構成され，上記加速器及び上記高電圧電源の各対応する段の電圧が等しく設定されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の加速装置。
【請求項５】
上記高電圧電源が上記加速器の周囲に同心円筒状に配置されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の加速装置。
【請求項６】
上記高電圧電源と上記加速器の対応する段部が電気的に接続されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の加速装置。
【請求項７】
上記高電圧電源が，コッククロフト・ウォルトン回路或いはこれに準じる多段型昇圧式高電圧電源である請求項１〜６のいずれかに記載の加速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，イオン若しくは電子を加速する加速装置の改良に係り，特に，加速器に高電圧を供給する高電圧回路を加速器に近接して設けることができるようにして，加速装置全体の小型化を図った加速装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来，イオンもしくは，電子を加速する加速装置においては，加速器に高電圧を供給する高電圧回路を，加速管の外側に配設することで，省スペースを図っているが，放電防止を目的に加速管と高電圧電源間に一定の距離を開ける必要があり，近傍まで近づけることができず，小型化の支障となっている。
【０００３】
具体的には，かかる加速装置に用いられる高電圧回路としては，コックロフト・ウォルトン型の高電圧電源装置を用いることが多い。かかるコックロフト・ウォルトン型の高電圧電源装置は，特許文献１或いは特許文献２などにおいて周知のごとく，ダイオードとコンデンサなどを段階的に結合させた構成を有し，倍電圧回路を構成するが，順次上方に行くに従い，昇圧される構成となっている。一般に，コックロフト・ウォルトン型の高電圧電源装置と，その昇圧された電位を分布することでイオンもしくは電子を加速する加速管とは，両者が高圧であり，無防備に近接させると放電することが考えられるため，図８に示すように間にＬの距離を置いて配設せざると得ないため，加速装置全体としての，小型化の支障となっていた。
また加速装置の絶縁性を高めるため，加速管１１と昇圧回路１０との間の空間には，絶縁ガスを充填する必要があるが，かかる絶縁ガスには，ＳＦ６等の地球温暖化ガスを使用することを多いため，加速管１１と昇圧回路１０との間の距離を縮めて，加速器全体の内容積を少なくし，絶縁ガスの使用量を節減することが望まれている。
【特許文献１】特開平０７−３１２３００
【特許文献２】特開２０００−１１６１３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って，本発明が解決しようとする課題は，高電圧装置と加速管との距離を縮めることにできる加速装置の構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題の解決を達成するために本発明は，
イオン，電子などを加速させるために高電圧部と低電圧部が設定され，上記高電圧部或いは低電圧部から低電圧部或いは高電圧部に向けて上記イオン，電子などを放出する加速器と，該加速器の外部に設けられ，上記加速器の高電圧部に，高電圧を供給する高電圧電源とを含んでなるイオン，電子などの加速装置において，
上記加速器の高圧部の電圧及び低圧部の電圧と，高電圧電源の高圧部の電圧及び低圧部の電圧とを略等しく設定し，且つ上記加速器と上記高電圧電源とを，略平行に配置すると共に，上記加速器の高電圧部或いは低電圧部と，上記高電圧電源の高電圧部或いは低電圧部とを，対向させて配置したことを特徴とする加速装置として構成されている。
またこの加速装置は，上記加速器の高電圧部から低電圧部までの長さと，上記高電圧電源の高電圧部から低電圧部までの長さを略等しく設定することができる。
さらに，上記加速器と上記高電圧電源の同じ電圧設定された部分を，同じ高さレベルとなるように配置することが望ましい。
かかる加速装置においては，上記加速器及び上記高電圧電源がそれぞれ多段の電圧設定手段を含んで構成され，上記加速器及び上記高電圧電源の各対応する段の電圧が等しく設定されるように構成することが好ましい。
このような，加速装置においては，上記高電圧電源を上記加速器の周囲に同心円筒状に配置するような構成が望ましい。
上記高電圧電源と上記加速器の対応する段部を電気的に接続して構成することもできる。
上記高電圧電源の好ましい具体例としては，コックロフト・ウォルトン回路或いはこれに準じる多段型高電圧電源回路が考えられる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は，イオン，電子などを加速させるために高電圧部と低電圧部が設定され，上記高電圧部或いは低電圧部から低電圧部或いは高電圧部に向けて上記イオン，電子などを放出する加速器と，該加速器の外部に設けられ，上記加速器の高電圧部に，高電圧を供給する高電圧電源とを含んでなるイオン，電子などの加速装置において，
上記加速器の高圧部の電圧及び低圧部の電圧と，高電圧電源の高圧部の電圧及び低圧部の電圧とを略等しく設定し，且つ上記加速器と上記高電圧電源とを，略平行に配置すると共に，上記加速器の高電圧部或いは低電圧部と，上記高電圧電源の高電圧部或いは低電圧部とを，対向させて配置したことを特徴とする加速装置として構成されている。従って，加速器と高電圧電源の対向部分が同じ電圧に設定されるので，加速器と高電圧電源とを近接させても，近接部が同じ電圧に設定されているので相互に放電が生じない。従って，加速器と高電圧電源とを近接して配置することが可能となり，加速装置全体の小型化を達成することが出来，使用する絶縁ガスも節減も可能となる
またこの加速装置として，上記加速器の高電圧部から低電圧部までの長さと，上記高電圧電源の高電圧部から低電圧部までの長さを略等しく設定することで，同様の効果を達成できる。
さらに，上記加速器と上記高電圧電源の同じ電圧設定された部分を，同じ高さレベルとなるように配置することで，確実に放電を防止することできる。
かかる加速装置において，上記加速器及び上記高電圧電源がそれぞれ多段の電圧設定手段を含んで構成され，上記加速器及び上記高電圧電源の各対応する段の電圧が等しく設定されるように構成すれば，放電防止の効果は更に確実となる。
上記高電圧電源と上記加速器の対応する段部を電気的に接続して構成することで，高電圧電源と加速器の間の放電の可能性を完全に無くすことができる。
このような，加速装置においては，加速器を中心として，上記高電圧電源を上記加速器の周囲に同心円筒状に配置するような，円柱状の構成が，小型化にとって最も優れた構造と考えられる。
上記高電圧電源の好ましい具体例としては，コックロフト・ウォルトン回路或いはこれに準じる多段型高電圧電源回路が考えられる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１の実施形態に係るラザフォード後方散乱分析装置Ｘ１の構成を示す全体図，
図２〜図７は，いずれも本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図である。
【０００８】
図１の全体図に基づいて，本発明の一実施形態にかかる加速装置を備えたラザフォード後方散乱分析装置（以下，「ＲＢＳ分析装置」と略す。）Ｘ１の構成について説明する。尚，言うまでもないが，このＲＢＳ分析装置は，イオン或いは電子を加速する加速装置の用途の単なる一例に過ぎない。
図示のＲＢＳ分析装置Ｘ１では，測定チャンバ１０３の鉛直上方に配設されたイオン発生器１１９において，ガスボンベから送り出されたヘリウムなどはイオン源１１２でイオン化され，その後，イオン化された一価のヘリウムイオンが加速管１１３に送り出される。上記加速管１１３内では，上記ヘリウムイオンは，高圧電源回路１１４から高電圧が供給されることにより，この高電圧に対応したエネルギーが蓄えられて加速される。この実施形態における上記高圧電源回路（本発明における高電圧電源の一例）は，ダイオード，コンデンサなどを段階的に結合させたコックロフト・ウォルトン型の高電圧電源である。
即ち，上記加速器１１９は，イオン，電子などを加速させるために高電圧部と低電圧部を設定し，上記高電圧部或いは低電圧部から低電圧部或いは高電圧部にむけて上記イオン，電子などを放出する加速管（本発明における加速器の一例）１１３と，該加速管１１３の外部に設けられ，上記加速管１１３の高電圧部に，高電圧を供給する上記高圧電源回路１１４とを含んでなるイオン，電子などの加速装置を構成している。
その後，加速されたイオンは鉛直下方へ出射され，ビームダクト１１６を通り，途中，四重極マグネット１１１により収束されて，イオン発生器１１９の鉛直下方に位置する測定チャンバ１０３（真空容器）内の試料１０２に照射される。
上記試料１０２に照射され，試料１０２の表面又は内部で弾性散乱されたイオンのうち，検出器１０５で検出されたイオンが，分析に供される。
【０００９】
測定チャンバ１０３は，円筒形の測定チャンバであり，内部を真空状にするため，測定チャンバ１０３近傍には内部の空気を排出して真空化するターボ分子ポンプ１０９が設けられている。また，この測定チャンバ１０３には，試料１０２に照射されたイオンによって上記試料１０２から複数の方向に散乱した散乱イオンを検出する検出器１０５が設けられている。
また，上記円筒形の測定チャンバ１０３の中心軸（円筒軸）にあたる位置には試料１０２を保持する試料台が配置されている。この上記試料台は上記測定チャンバ１０３の中心軸を中心にして上記測定チャンバ１０３の中心軸方向に上下動自在に支持される。上記測定チャンバ１０３の外部には，上記試料台に試料１０２を搬出入するトランファーロッド１０６が設けられており，該トランスファーロッド１０６の気密は，ロードロックチャンバ１０７で保持されている。また，この測定チャン１０３の外周には，マグネット冷却器１０８によって冷却される超電導マグネット１０４が配置されており，この超電導マグネット１０４によって，散乱イオンの散乱方向が変えられる。
【００１０】
上記高圧電源回路１１４は，高圧であるにもかかわらず，同じく高圧の加速管１１２に近接して配置可能なように，加速管１１３と上記上記加速管１１３の高圧部の電圧及び低圧部の電圧と，高電圧電源の高圧部の電圧及び低圧部の電圧とは概略或いは完全に等しく設定されており，且つ上記加速管１１３と上記高圧電源回路１１４とは，略平行に配置されている共に，上記加速管１１３の高電圧部或いは低電圧部と，上記高圧電源回路１１４の高電圧部或いは低電圧部とは，対向するように配置されている。
【００１１】
このような構成により，高圧電源回路１１４及び加速管１１３の電圧が高圧であるにもかかわらず，加速管１１３と高圧電源回路１１４との対向する部分の電圧が略等しいか或いは完全に等しくなるので，加速管１１３と高圧電源回路１１４とを近接して配置しても，且つ両者の近接部位間に電圧の差異が発生しないので，危険な放電が生じるといった問題が発生しない。
このような高圧電源回路１１４と，加速管１１３との構成については種々の変形例が考えられる。
【００１２】
図２〜図７はそのような変形例を図示したものであるが，まず図２の例では，加速管１１３の外側に高圧電源回路１１４を配置し，かつ加速管１１３の長さと高圧電源回路１１４の昇圧部の長さを合致させることを模式的にあらわしている。また図３の例では，加速管１１３の内部に多段に配置した周知の導体にならって，高圧電源回路１１４にも等電位に導体を配置したものである。この場合，加速管１１３内の導体と高圧電源回路１１４の内部に配置した導体とは逐一対応していないが，加速管１１３の昇圧部の中央における導体と，高圧電源回路１１４の中央部に配置した導体は高さ関係が同一で対応関係にあり，両導体の電圧が一致するように設定されている。その結果，加速管１１３内のある高さ位置における電圧と，高圧電源回路１１４内の，同じ高さ位置における電圧とは完全に或いは略一致することになる。その結果，同じ高さ位置における加速器１１３の電圧と高圧電源回路１１４における電圧とが一致，或いは略一致するので加速管１１３と高圧電源回路が近接して配置されても，両者の間における放電の危険性はほぼ完全に回避される。
【００１３】
上記同じ高さ位置における加速管１１３と高圧電源回路１１４との電圧差を更に少なくするには，図４に示すように，加速管１１３と高圧電源回路１１４の導体の段数を合致させる，もしくは，整数倍とする（部分的に整数倍も含む）ことが望ましい。
このように高圧電源回路の等電位に配置したて適宜の導体の位置と加速管１１３の適宜の段の位置を合わせることで，対応する段ごとに同電位となるため，より確実に，両者間の放電を防止することが出来，高圧電源回路１１４と加速管１１３とを近接して配置することが可能となる。
【００１４】
上記加速管１１３と高圧電源回路１１４との間における放電を完全に無くすための方策としては，上記のように電位差の無くなった加速管１１３側の段における導体と，高圧電源回路１１４側の段における導体とを電気的に接続することが考えられる。図５に示した概念図は，このような構成を示したものであり，この場合，対応する加速管１１３の段と，高圧電源回路１１４の段との間の電位差が完全になくなるので，まったく放電現象が生じず，装置の小型化は極限にまで達する。
上記図２〜図５に示した構成例では，加速管１１３と高圧電源回路１１４の縦断面における近接化について検討したものであるが，かかる近接化は立体的に把握することも可能であり，その場合さらに小さい加速装置を構成することが可能である。
図６は，そのような立体的に見た加速管１１３と高圧電源回路１１４との関係を表現したものであり，上記高圧電源回路１１４が上記加速管１１３の周囲に同心円筒状に配置されてなる場合を示すものである。このように，同心円筒状（水平断面に見て同心円状）の配置により，立体的に見ての装置全体として最も小さい構造が提案される。
【００１５】
図７は，上記同心円筒状に配置された加速装置の具体的回路例を示すものである。
図７は，図５と同様に，加速管１１３側の導体と高圧電源回路１１４側の導体を４つに１つの割合で接続したものであって，高圧電源回路として，ダイオードとコンデンサとからなるコックトフト・ウォルトン回路を用いている。尚，高圧電源回路としては，コックトフト・ウォルトン回路でなくても，これに準じるものであれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は，半導体を初めとする各種材料の定量，組成分析する分析装置分野，もしくは，イオンを材料に注入するイオン注入分野，イオンや電子を照射することで殺菌，その他の効果があるイオン照射，イオンもしくは電子ヒ゛ームによる加工などの分野されるイオン源に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るラザフォード後方散乱分析装置Ｘ１の構成を示す全体図。
【図２】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図３】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図４】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図５】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図６】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図７】本発明の実施の形態に係る高圧電源と加速器の対応関係を示す概念図。
【図８】本発明の背景をなす加速装置の概念図。
【符号の説明】
【００１８】
１１３…加速器
１１４…高圧電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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