(57)【要約】【課題】イオン源の信頼性を高める。【解決手段】イオン源１０は、高電位が印加されるプラズマ室１２と、プラズマ室１２の外周を囲うように設けられる絶縁機構５０と、絶縁機構５０の外側に設けられ、プラズマ室１２に磁場を発生させる磁場発生器１６と、プラズマ室１２、絶縁機構５０および磁場発生器１６を内部に収容する真空容器１８とを備える。絶縁機構５０は、プラズマ室１２から磁場発生器１６に向かう方向に交互に積層された複数の導体層（内側導体層５４、中間導体層５５、外側導体層５６）および複数の絶縁層５２ａを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電位が印加されるプラズマ室と、
前記プラズマ室の外周を囲うように設けられる絶縁機構と、
前記絶縁機構の外側に設けられ、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生器と、
前記プラズマ室、前記絶縁機構および前記磁場発生器を内部に収容する真空容器と、
を備え、
前記絶縁機構は、前記プラズマ室から前記磁場発生器に向かう方向に交互に積層された複数の導体層および複数の絶縁層を有することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記複数の導体層は、当該絶縁機構の内側面を構成する内側導体層と、当該絶縁機構の外側面を構成する外側導体層と、前記内側導体層と前記外側導体層の間に位置する一以上の中間導体層とを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記内側導体層および前記外側導体層の少なくとも一方は、前記絶縁機構の端部領域を避けて設けられることを特徴とする請求項２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記絶縁機構は、前記端部領域において前記一以上の中間導体層の端部を被覆する端部絶縁体を有することを特徴とする請求項３に記載のイオン源。
【請求項５】
前記一以上の中間導体層は、前記内側導体層および前記外側導体層が積層される積層領域から前記端部領域に向けて突出することを特徴とする請求項４に記載のイオン源。
【請求項６】
前記一以上の中間導体層は、第１中間導体層と、前記第１中間導体層と前記内側導体層の間に設けられる第２中間導体層と、前記第１中間導体層と前記外側導体層の間に設けられる第３中間導体層とを含み、
前記第１中間導体層は、前記第２中間導体層および前記第３中間導体層よりも前記端部領域に向けて突出する突出量が大きいことを特徴とする請求項５に記載のイオン源。
【請求項７】
前記端部絶縁体は、凹凸構造を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のイオン源。
【請求項８】
第１部材と第２部材の間を電気的に絶縁する絶縁機構であって、前記第１部材から前記第２部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、前記複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域と、を備えることを特徴とする絶縁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁機構を備えるイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ室の外周に設けられる磁場発生器によってプラズマ室に磁場を発生させてプラズマ室にプラズマを生成し、引出電極を用いてプラズマ室からイオンを引き出すよう構成されるイオン源が知られている。イオン源から引き出されたイオンは、例えばイオン注入処理のために使用される。プラズマ室から効率良くイオンを引き出すため、プラズマ室には高電圧を印加するための電源が接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオン源は、イオン注入処理のための装置等に組み込んで用いられることから、スペース等の制約を考えると装置は小型であることが求められる。一方で、装置を小型化しようとすると、高電圧が印加されるプラズマ室とその周囲との絶縁の確保が困難となる場合がある。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン源の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様のイオン源は、高電位が印加されるプラズマ室と、プラズマ室の外周を囲うように設けられる絶縁機構と、絶縁機構の外側に設けられ、プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生器と、プラズマ室、絶縁機構および磁場発生器を内部に収容する真空容器と、を備える。絶縁機構は、プラズマ室から磁場発生器に向かう方向に交互に積層された複数の導体層および複数の絶縁層を有する。
【０００７】
本発明の別の態様は、第１部材と第２部材の間を電気的に絶縁するための絶縁機構である。この絶縁機構は、第１部材から第２部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域と、を備える。
【０００８】
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】
【０００９】
本発明によれば、イオン源の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るイオン源の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態に係るイオン源の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】比較例に係るイオン源においてプラズマ室と磁場発生器の間に生じる電界および磁場を模式的に示す図である。
【図４】比較例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。
【図６】変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。
【図７】変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。
【図８】変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
図１および図２は、実施の形態に係るイオン源１０の構成を模式的に示し、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面を示す。イオン源１０は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満たす磁場またはそれよりも高い磁場を印加したプラズマ室１２にマイクロ波電力Ｃを入力し、高密度プラズマを生成してイオンを引き出すマイクロ波イオン源である。イオン源１０は、磁場とマイクロ波との相互作用によって原料ガスのプラズマを生成し、そのプラズマからプラズマ室１２の外部へイオンを引き出すように構成されている。
【００１３】
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。イオン源１０は例えば、一価イオン源として使用される。また、イオン源１０は、プロトン加速器のためのイオン源、またはＸ線源としても使用されうる。
【００１４】
よく知られるように、ＥＣＲ条件を満たす磁場の強さは使用されるマイクロ波の周波数に対し一意に定まり、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合には８７．５ｍＴ（８７５ガウス）の磁場が必要である。以下では説明の便宜上、ＥＣＲ条件を満たす磁場を、共鳴磁場と呼ぶことがある。
【００１５】
イオン源１０は、プラズマ室１２と、磁場発生器１６と、真空容器１８を備える。プラズマ室１２および磁場発生器１６は、真空容器１８の内部に収容される。プラズマ室１２は、その内部空間にプラズマを生成し維持するよう構成されている真空チャンバである。プラズマ室１２の内部空間を以下では、プラズマ生成空間１４と呼ぶことがある。
【００１６】
プラズマ室１２は、両端をもつ筒状の形状を有する。プラズマ室１２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、軸方向を包囲する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１２が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。また、プラズマ室１２の軸方向長さは、プラズマ室１２の端部の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。
【００１７】
プラズマ室１２は、イオン引出部２２と、マイクロ波導入部２６と、を備える。イオン引出部２２とマイクロ波導入部２６とは、プラズマ生成空間１４を挟んで対向している。プラズマ室１２は、イオン引出部２２とマイクロ波導入部２６とを接続し、プラズマ生成空間１４を囲む側壁部２０を備える。側壁部２０は、イオン引出部２２およびマイクロ波導入部２６それぞれの外周部分に固定されている。側壁部２０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。
【００１８】
なお側壁部２０は、側壁部２０を冷却するための冷却部を備えてもよい。この冷却部は側壁部２０に内蔵されていてもよいし、側壁部２０の外側に付設されていてもよい。また、プラズマ室１２の側壁部２０をプラズマから保護するために、側壁部２０の内面を被覆する（例えば窒化ホウ素の）ライナが設けられていてもよい。
【００１９】
マイクロ波導入部２６、イオン引出部２２、及び側壁部２０によってプラズマ室１２の中にプラズマ生成空間１４が画定されている。なお、プラズマ室１２は、マイクロ波導入部２６、イオン引出部２２、及び側壁部２０が一体にプラズマ生成空間１４を囲むよう構成されているから、イオン引出部２２に接続される側壁部２０の末端はイオン引出部２２の一部であるとみなすこともできる。同様に、マイクロ波導入部２６に接続される側壁部２０の末端はマイクロ波導入部２６の一部であるとみなすこともできる。
【００２０】
プラズマ室１２は例えば円筒形状を有する。この場合、マイクロ波導入部２６及びイオン引出部２２は概ね円板形状であり、側壁部２０は概ね円筒である。なおプラズマ室１２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。
【００２１】
マイクロ波導入部２６は、真空窓３２を備える。真空窓３２はプラズマ室１２の内部を真空に封じる。真空窓３２の一方の側がプラズマ生成空間１４に面しており、真空窓３２の他方の側がマイクロ波供給系または導波管３０に向けられている。マイクロ波の伝搬方向Ｃは真空窓３２に垂直である。本実施の形態では真空窓３２はマイクロ波導入部２６の全体を占めているが、真空窓３２はマイクロ波導入部２６の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。
【００２２】
プラズマ室１２へのマイクロ波の入射電力は例えば、約１００Ｗより大きい。あるいは、プラズマ室１２へのマイクロ波の入射電力は、約５００Ｗ以上または約１ｋＷ以上でもよい。このような高電力のマイクロ波の供給には、同軸線のような他の供給手段に比べて、導波管３０及び真空窓３２が適する。
【００２３】
真空窓３２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化ホウ素（ＢＮ）などの誘電体で形成されている。なお、真空窓３２はアルミナ層と窒化ホウ素層からなる二層構造を有していてもよい。例えば、アルミナからなる真空窓３２のうち、プラズマ生成空間１４に接する面に窒化ホウ素層を設ける。これにより、真空窓３２を被覆する窒化ホウ素層は、プラズマ室１２の外から引出開口２４を通じてプラズマ室１２に逆流する電子から真空窓３２を保護する。
【００２４】
一方、イオン引出部２２には少なくとも一つの引出開口２４が形成されている。引出開口２４は例えば、紙面に垂直な方向に細長いスリットである。引出開口２４はイオン引出部２２の中心部分に形成されている。引出開口２４は、プラズマ生成空間１４を挟んで真空窓３２に対向する位置に形成されている。真空窓３２、プラズマ生成空間１４、及び引出開口２４は、プラズマ室１２の中心軸に沿って配列されている。
【００２５】
プラズマ室１２は、正の高電圧を印加するための電源６２に接続される。プラズマ室１２に高電圧が印加されるとき、その一部であるイオン引出部２２にも同じ高電圧が印加されるので、イオン引出部２２はプラズマ電極と呼ばれることもある。
【００２６】
引出開口２４の軸方向外側には、イオンをプラズマ室１２の外に引き出すための少なくとも一つの引出電極４０を有する引出電極系が設けられる。引出電極４０は、イオン引出部２２との間に軸方向に引出ギャップ４２を有して対向する。引出電極４０は、例えば環状に形成されており、プラズマ室１２から引き出されたイオンを通すための開口部４４をその中心部分に有する。また、引出電極系は、引出電極４０に電位を印加するための引出電源（図示せず）を備える。
【００２７】
磁場発生器１６は、プラズマ室１２の中心軸上において軸方向に向けられた磁場を発生させるために、プラズマ室１２の側壁部２０を囲むように配設されている。その磁力線方向を図１に矢印Ｂで示す。磁場発生器１６による磁力線方向Ｂは、マイクロ波の伝搬方向Ｃと同一の方向である。また、この磁場Ｂは、プラズマ室１２の中心軸上の少なくとも一部分において共鳴磁場またはそれよりも高強度である。なお、磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場よりも低い磁場を発生させることも可能である。
【００２８】
磁場発生器１６は、環状に形成されるコイルを有し、プラズマ室１２の周方向に導線が巻かれている。磁場発生器１６は、コイルに電流を流すためのコイル電源（図示せず）を有する。なお、磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸方向に沿って複数配列されていてもよく、コイルの代わりに永久磁石を備えてもよい。
【００２９】
磁場発生器１６は、例えば真空容器１８の内壁に直に取り付けられて接地される。このため、接地される磁場発生器１６と、電源６２に接続されるプラズマ室１２とに異なる電位が与えられる。本実施の形態においては、電位の異なるプラズマ室１２と磁場発生器１６の間の絶縁性を高めるため、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の領域に絶縁機構５０が設けられる。
【００３０】
絶縁機構５０は、絶縁部材５２と、内側導体層５４と、複数の中間導体層５５と、外側導体層５６とを有する。絶縁部材５２は、複数の絶縁層５２ａと、第１端部絶縁体５２ｃと、第２端部絶縁体５２ｄとを有する。絶縁機構５０は、複数の導体層（内側導体層５４、中間導体層５５、外側導体層５６）と複数の絶縁層５２ａが径方向に交互に積層された積層構造を有する。
【００３１】
絶縁機構５０は、側壁部２０の外周を囲うように設けられる。絶縁機構５０は、側壁部２０と径方向に離れて設けられており、円筒状のプラズマ室１２に対応して円筒形状を有する。絶縁機構５０は、磁場発生器１６からも径方向に離れて設けられる。絶縁機構５０は、マイクロ波導入部２６に設けられるフランジ部２８によって支持される。絶縁機構５０は、図示しない固定部材によってプラズマ室１２の外周に固定されてもよい。
【００３２】
内側導体層５４は、絶縁部材５２の内側に設けられ、絶縁機構５０の内側面５０ａを構成する。内側導体層５４は、沿面放電を防止するため、引出電極４０の近くに位置する第１端部５０ｃや、マイクロ波導入部２６のフランジ部２８の近くに位置する第２端部５０ｄを避けて設けられる。つまり、内側導体層５４は、絶縁機構５０の端部領域Ｗ２を避けた積層領域Ｗ１に設けられる。なお、積層領域Ｗ１とは、内側導体層５４および外側導体層５６が積層されている軸方向の範囲のことをいう。
【００３３】
内側導体層５４は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの非磁性金属材料で形成される。内側導体層５４は、マイクロ波導入部２６や図示しない固定部材等により、プラズマ室１２と電気的に接続される。したがって、内側導体層５４は、高電圧が印加されるプラズマ室１２と同電位である。内側導体層５４は、絶縁機構５０の内側面５０ａとプラズマ室１２との間の電位差をなくして、プラズマ室１２と絶縁機構５０の間に電界が生じないようにする。
【００３４】
外側導体層５６は、絶縁部材５２の外側に設けられ、絶縁機構５０の外側面５０ｂを構成する。外側導体層５６は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅やアルミニウムなどの非磁性金属材料で形成される。また、外側導体層５６は、窒化チタン（ＴｉＮ）などの二次電子放出係数の小さい材料をコーティングすることで形成されてもよい。外側導体層５６は接地されており、磁場発生器１６や真空容器１８と同電位である。外側導体層５６は、少なくとも磁場発生器１６に対向する位置に設けられ、沿面放電を防止するために第１端部５０ｃおよび第２端部５０ｄの近くを避けて設けられる。したがって、外側導体層５６は、絶縁機構５０の端部領域Ｗ２を避けた積層領域Ｗ１設けられる。
【００３５】
複数の中間導体層５５は、内側導体層５４と外側導体層５６の間に設けられる円筒状の部材であり、隣接する絶縁層５２ａの間に配設される。中間導体層５５は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅やアルミニウムなどの非磁性金属材料で形成される。中間導体層５５は、内側導体層５４や外側導体層５６よりも軸方向に長く延在するように形成されており、内側導体層５４や外側導体層５６よりも絶縁機構５０の端部５０ｃ，５０ｄの近くまで延びる。つまり、中間導体層５５は、積層領域Ｗ１から端部領域Ｗ２に向けて軸方向に突出するように延在する。
【００３６】
絶縁部材５２は、絶縁性および耐熱性のある材料で形成されており、例えばアルミナ等のセラミックス材料や、ポリイミドなどの樹脂材料が用いられる。なお、絶縁部材５２として樹脂材料を用いることで絶縁機構５０を軽量化することができ、また、円筒状の積層構造の形成が容易となる。
【００３７】
複数の絶縁層５２ａは、複数の導体層の間に設けられる円筒状の部材であり、隣接する導体層の間を電気的に絶縁する。第１端部絶縁体５２ｃは、絶縁機構５０の第１端部５０ｃに設けられ、第２端部絶縁体５２ｄは、絶縁機構５０の第２端部５０ｄに設けられる。第１端部絶縁体５２ｃおよび第２端部絶縁体５２ｄは、中間導体層５５の端部を被覆して第１端部５０ｃおよび第２端部５０ｄにおける沿面放電の発生を防止する。
【００３８】
絶縁機構５０は、例えば、シート状の金属材料とシート状の樹脂材料とを交互に積層させて加熱圧着することにより形成することができる。このとき、中間導体層５５よりも絶縁層５２ａの厚さが相対的に厚くなるように、二枚の金属シートの間に多数の樹脂シートが挟み込まれるようにして成形してもよい。したがって、各絶縁層５２ａは、複数の樹脂シートにより構成されてもよい。また、絶縁機構５０を構成する各層は必ずしも一体化されている必要はなく、各層の間に隙間があってもよい。
【００３９】
遮蔽部材５８は、イオン引出部２２の近傍において、プラズマ室１２と絶縁機構５０の間の空間を塞ぐように設けられる。遮蔽部材５８は、図１に示されるように、プラズマ室１２の側壁部２０またはイオン引出部２２から径方向外側に向けて延在する板状部材であり、その厚さ方向が軸方向となるように設けられる。また、遮蔽部材５８は、周方向に連続してプラズマ室１２を取り囲むように設けられる。遮蔽部材５８は、イオン引出部２２の引出面２２ａと段差を形成するように設けられるが、変形例においては、引出面２２ａと連続した平面を形成するように設けられてもよい。
【００４０】
遮蔽部材５８は、絶縁機構５０の第１端部５０ｃと引出電極４０の間の位置に設けられ、絶縁機構５０の第１端部５０ｃが引出電極４０から見えないように第１端部５０ｃを遮る位置に設けられる。遮蔽部材５８は、絶縁機構５０の内側面５０ａの位置よりも径方向外側に突出するように設けられる。これにより、イオン源１０の運転時に比較的高温となる引出電極４０からの輻射熱から絶縁部材５２を保護するとともに、引出電極４０から飛散するスパッタ粒子が絶縁部材５２に付着することを防ぐ。スパッタ粒子の付着を防ぐことで、第１端部５０ｃの表面に導電膜が形成されて沿面放電が発生することを抑制することができる。
【００４１】
遮蔽部材５８は、導電性および耐熱性に優れた材料で構成されることが望ましく、グラファイト（Ｃ）などの高融点材料を用いることが望ましい。遮蔽部材５８は、プラズマ室１２と電気的に接続され、高電圧が印加されるプラズマ室１２と同電位とされる。これにより、イオン引出部２２の近傍において、プラズマ室１２と絶縁部材５２の間に生じる電界を小さくする。なお、遮蔽部材５８は、プラズマ室１２と絶縁部材５２の間の開口を完全に塞ぐ必要はなく、プラズマ室１２と絶縁部材５２の間に隙間６０があるようにして設けられる。また、遮蔽部材５８には、遮蔽部材５８を貫通する通気孔５８ａが複数設けられる。このように、通気孔５８ａや隙間６０を設けることで、プラズマ室１２と絶縁部材５２の間にある空気を抜きやすくし、真空容器１８の真空引きにかかる時間が長くならないようにする。
【００４２】
つづいて、本実施の形態に係る絶縁機構５０が奏する効果について述べる。図３は、比較例に係るイオン源において、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間に生じる電界Ｅおよび磁場Ｂを模式的に示す図である。比較例は、絶縁機構５０が設けられていない点で本実施の形態とは異なる。図示されるように、電位の異なるプラズマ室１２と磁場発生器１６の間には、径方向に電界Ｅが生じるとともに、磁場発生器１６による磁場Ｂが電界Ｅに交差する軸方向に生じている。そのため、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の領域に存在する電子は、直交する磁界Ｂと電界Ｅにより電子がドリフトして加速される。
【００４３】
また、プラズマ室１２および磁場発生器１６は真空容器内に設けられていることから、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の領域は、真空中に微量の残留ガスが存在する。このため、ドリフトして加速された電子が衝突することにより残留ガスがイオン化され、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の領域にプラズマＰが発生することとなる。そうすると、発生したプラズマＰによりプラズマ室１２と磁場発生器１６の間に電流が流れ、絶縁が確保できなくなるおそれがある。また、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間に電流が流れると、プラズマ室１２を高電圧に印加する電源６２に影響を及ぼすおそれがある。
【００４４】
図４は、比較例に係る絶縁機構１５０を模式的に示す図である。絶縁機構１５０は、絶縁部材１５２と、内側導体層１５４と、外側導体層１５６とを有する点で実施の形態と共通するが、複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層されていない点で実施の形態と相違する。比較例において、内側導体層１５４はプラズマ室１２と同電位であり、外側導体層１５６は磁場発生器１６と同電位であるため、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の電位差Ｖは絶縁部材１５２に印加される。その結果、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の空間に径方向の電界が生じないようにし、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の領域におけるプラズマの継続的な発生を防ぐことができる。これにより、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の放電を抑え、両者間の絶縁性を高めることができる。具体的には、プラズマ室１２と磁場発生器１６との間に流れる電流値を１／１００程度にまで低減させることができる。
【００４５】
しかしながら、図４の絶縁機構１５０を用いる場合、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の高電圧が全て絶縁部材１５２に印加されることになる。そのため、絶縁部材１５２として絶縁耐圧の高い材料を選択する必要があり、絶縁部材１５２を厚くする必要が生じる。例えば、絶縁部材１５２としてアルミナ等の高耐圧のセラミック材料を用いる場合、厚さを増やして耐圧を稼ごうとすると絶縁機構１５０が重くなってしまう。そうすると、重量のある絶縁機構１５０を精度良く取り付けるための固定構造を堅固なものとする必要が生じ、イオン源全体としての大きさが大型化してしまうおそれがある。
【００４６】
また、絶縁部材１５２を厚くしたとしても、電界の一時的な局部集中によって絶縁性が破壊され、絶縁部材１５２にひび割れ１５７が生じることがある。特に、内側導体層１５４や外側導体層１５６の突起部や絶縁機構１５０の三重点構造部分１５１などでは電界集中が生じやすく、放電現象が繰り返し発生する可能性が高い。このような場所で繰り返し放電が生じて絶縁性が破壊されると、ひび割れ１５７が進展して内側導体層１５４と外側導体層１５６の間の絶縁性が確保できなくなるおそれが生じる。そうすると、セラミック製の高価な絶縁部材１５２を頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンスコストの増大つながりうる。
【００４７】
図５は、実施の形態に係る絶縁機構５０を模式的に示す図である。本実施の形態では、絶縁部材５２が複数の絶縁層５２ａを有し、各絶縁層５２ａの間に中間導体層５５が設けられるため、上述したようなひび割れの進展を防ぐことができる。例えば、絶縁部材５２と外側導体層５６との三重点構造部分５１の近傍で電界集中が生じる場合、外側導体層５６と外側導体層５６に隣接する中間導体層５５との間で放電が生じることが予想される。そのため、絶縁部材５２に生じるひび割れの進展を中間導体層５５の深さまでに食い止めることができる。したがって、本実施の形態によれば、絶縁部材１５２を貫通するようなひび割れの進展を防ぎ、絶縁機構５０の絶縁機能の低下を防ぐことができる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、積層領域Ｗ１から端部領域Ｗ２にかけて中間導体層５５が延在しているため、内側導体層５４や中間導体層５５の端部、つまり、積層領域Ｗ１と端部領域Ｗ２の境界において生じるひび割れの進展を好適に防ぐことができる。また、中間導体層５５の端部５５ｃ，５５ｄを被覆するように端部絶縁体５２ｃ，５２ｄが設けられるため、端部領域Ｗ２における沿面放電の発生を抑制して絶縁性を適切に確保できる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、絶縁機構５０にかかる電圧を複数の絶縁層５２ａで分圧する構造とするため、セラミックよりも耐圧の低い樹脂材料を絶縁部材５２として用いることができる。その結果、絶縁機構５０の軽量化を実現でき、また、セラミック製品にて生じやすい割れや欠けの発生を防ぐことができるため、絶縁機構５０の取り扱いが容易となる。また、絶縁部材５２として可撓性ないし柔軟性を有する樹脂材料を用いることにより、プラズマ室１２に対応した円筒形状の絶縁機構５０を製造する場合の加工容易性を高めることができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間に絶縁機構５０が設けられるため、絶縁機構５０を用いない場合と比べて、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の距離を短くできる。絶縁機構５０を用いない場合、絶縁のためにプラズマ室１２と磁場発生器１６との間の距離を稼ぐ必要があるためである。本実施の形態によれば、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間の距離を短くすることができるため、イオン源１０をより小型化することできる。また、プラズマ室１２と磁場発生器１６の双方が真空容器１８の内部に格納されるため、磁場発生器１６を真空容器１８の外部に設ける場合と比べて、磁場発生器１６を小型化することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、磁場発生器１６を接地電位にすることができるため、絶縁材を介することなく、接地された真空容器１８に用意に取り付けることができる。仮に、磁場発生器１６をプラズマ室１２と同じ高電位にすれば、プラズマ室１２と磁場発生器１６の間に電界が生じないため、この間の領域おけるプラズマの発生を抑制することができる。しかしながら、磁場発生器１６を高電位に浮かせるためには、磁場発生器１６のコイル電源を接続するための絶縁トランス等が必要となるため、イオン源１０の大型化につながる。本実施の形態においては、磁場発生器１６が接地電位であるため絶縁トランスを設ける必要がなく、その結果、イオン源１０を小型化することができる。
【００５２】
（変形例１）
図６は、変形例１に係る絶縁機構２５０の構成を模式的に示す図である。本変形例は、端部領域Ｗ２における複数の中間導体層２５５の突出量Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに差が設けられており、中央に位置する第１中間導体層２５５ｃの突出量Ｌｃが最大となるように構成されている。以下、絶縁機構２５０について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５３】
絶縁機構２５０は、絶縁部材２５２と、内側導体層２５４と、複数の中間導体層２５５と、外側導体層２５６とを有する。複数の中間導体層２５５は、第１中間導体層２５５ｃと、第１中間導体層２５５ｃと内側導体層２５４の間に設けられる第２中間導体層２５５ａと、第１中間導体層２５５ｃと外側導体層２５６の間に設けられる第３中間導体層２５５ｂとを含む。複数の導体層の間には、絶縁層２５２ａが設けられる。端部領域Ｗ２には、中間導体層２５５の端部を被覆する端部絶縁体２５２ｃが設けられる。
【００５４】
本変形例において、第１中間導体層２５５ｃの突出量Ｌｃは、第２中間導体層２５５ａおよび第３中間導体層２５５ｂの突出量Ｌａ，Ｌｂよりも大きい。その結果、複数の中間導体層２５５の端部は、中央が凸となるＶ字状の位置に設けられる。本変形例によれば、電界集中が発生しやすい導体層の端部の位置を軸方向にずらすことで、導体層間での放電を発生させにくくすることができる。また、中間導体層の間で放電が生じる場合であっても、中央に位置する第１中間導体層２５５ｃを軸方向に長くすることにより、ひび割れの進展を好適に防ぐことができる。
【００５５】
（変形例２）
図７は、変形例２に係る絶縁機構３５０の構成を模式的に示す図である。本変形例は、内側導体層３５４および外側導体層３５６の端部３５４ｃ，３５６ｃの位置が軸方向にずれて設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、絶縁機構３５０について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５６】
絶縁機構３５０は、絶縁部材３５２と、内側導体層３５４と、複数の中間導体層３５５と、外側導体層３５６とを有する。内側導体層３５４および外側導体層３５６は、それぞれの端部３５４ｃ，３５６ｃの位置が軸方向にずれている。複数の中間導体層３５５は、内側導体層３５４および外側導体層３５６の端部３５４ｃ，３５６ｃを結ぶ線分上の位置から端部領域Ｗ２に向けて突出するように軸方向に延在している。複数の導体層の間には、絶縁層３５２ａが設けられる。端部領域Ｗ２には、中間導体層３５５の端部を被覆する端部絶縁体３５２ｃが設けられる。
【００５７】
本変形例によれば、電界集中しやすい三重点構造を有する内側導体層３５４および外側導体層３５６の端部３５４ｃ，３５６ｃの位置を軸方向にずらしているため、電界集中する位置間の距離を稼ぐことができる。また、中間導体層３５５の位置を端部領域Ｗ２に向けて突出させることで、中間導体層３５５の端部位置を三重点構造の位置から軸方向にずらすことができる。これにより、導体層間での放電の発生を防いで絶縁機構３５０の絶縁性を高めることができる。
【００５８】
（変形例３）
図８は、変形例３に係る絶縁機構４５０の構成を模式的に示す図である。本変形例は、端部絶縁体４５２ｃに凹凸構造４５３が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。凹凸構造４５３は、軸方向に凹または凸となるように設けられ、絶縁機構４５０の端部に沿って周方向に形成される。本変形例によれば、端部絶縁体４５２ｃに凹凸構造４５３を設けることで、絶縁部材４５２の端面に沿った長さを大きくし、内側導体層５４と外側導体層５６の間の沿面放電の発生を抑制できる。
【００５９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、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。
【００６０】
上述の実施の形態においては、外側導体層５６を接地させて用いる場合について示した。変形例においては、外側導体層５６を接地させずに浮遊電位となるように用いてもよい。つまり、外側導体層５６を他の部材と実質的に絶縁された状態で用いてもよい。この場合、磁場発生器１６と外側導体層５６の間で生じるプラズマに起因して外側導体層５６が帯電し、磁場発生器１６と外側導体層５６の間の電界を低減させる反電界が生成する。この反電界を利用して磁場発生器１６と外側導体層５６の間の電界を低減させてプラズマの生成を抑制することができる。
【００６１】
上述の実施の形態においては、中間導体層５５が三層であり、絶縁層５２ａが四層である場合について示した。変形例においては、中間導体層５５が一層または二層であってもよいし、四層以上であってもよい。この場合、中間導体層５５の層数に対応した層数の絶縁層５２ａが設けられてもよい。また、各導体層および各絶縁層は、単層構造で構成されてもよいし、複数層の積層構造で構成されてもよい。例えば、各絶縁層が複数枚の絶縁シートを積層させた多層体または積層体により構成されてもよい。
【００６２】
上述の実施の形態においては、絶縁機構５０をイオン源の絶縁構造として用いる場合を示した。変形例においては、異なる目的の装置における絶縁構造として用いてもよく、任意の第１部材と第２部材の間を電気的に絶縁するために用いられてもよい。この場合、絶縁機構は、第１部材から第２部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域とを備えてもよい。絶縁層および端部絶縁体は、ポリイミドなどの樹脂材料で構成されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０…イオン源、１２…プラズマ室、１６…磁場発生器、１８…真空容器、５０…絶縁機構、５０ａ…内側面、５０ｂ…外側面、５２ａ…絶縁層、５４…内側導体層、５５…中間導体層、５６…外側導体層、Ｗ１…積層領域、Ｗ２…端部領域。
【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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