特許 7404134 ＰＩＧイオン源装置およびイオン源ガス供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】ＰＩＧイオン源装置およびイオン源ガス供給システム

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/08 20060101AFI20231218BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H01J27/08

H01J37/08

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020060250

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021158092

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-01-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】谷口 愛実

(72)【発明者】

【氏名】日朝 俊一

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５８－０４２１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１２４０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４０７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０８７７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１０４２７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４７２８８６２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ２７／０８

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷陰極型のＰＩＧイオン源と、
前記ＰＩＧイオン源における多価イオン生成時のアーク放電の開始前と開始後とで、前記ＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧および前記ＰＩＧイオン源における磁場の少なくとも一方を変更する制御部と、を有する、ＰＩＧイオン源装置。

【請求項2】

イオン源ガス貯留部からのガスを前記ＰＩＧイオン源へ供給するイオン源ガス供給システムを有し、
前記イオン源ガス供給システムは、前記アーク放電の開始前に使用する放電時ラインと、前記アーク放電の開始後に使用する運転時ラインと、を含み、
前記制御部は、前記イオン源ガスの経路を前記放電時ラインと前記運転時ラインとの間で切り替えることで、前記ＰＩＧイオン源における前記イオン源ガスのガス圧を変更する、請求項１に記載のＰＩＧイオン源装置。

【請求項3】

前記放電時ラインおよび前記運転時ラインは、それぞれラインの開閉を行う開閉弁を含み、
前記制御部は、前記放電時ラインおよび前記運転時ラインの開閉弁を操作することで、前記ＰＩＧイオン源における前記イオン源ガスのガス圧を変更する、請求項２に記載のＰＩＧイオン源装置。

【請求項4】

アーク放電の開始前と開始後とでイオン源ガス貯留部からのガスの流量を変更する流量調整弁を有する、請求項１に記載のＰＩＧイオン源装置。

【請求項5】

イオン源ガス貯留部からのイオン源ガスをＰＩＧイオン源へ供給するイオン源ガス供給システムであって、
前記ＰＩＧイオン源におけるアーク放電の開始前後で、前記ＰＩＧイオン源へのガス供給量を変更する流量調整機構を有し、
前記流量調整機構は、
前記ＰＩＧイオン源におけるアーク放電の開始前に使用する放電時ラインと、前記放電時ラインと比べてガス流量が小さく前記アーク放電の開始後に使用する運転時ラインと、
前記放電時ラインと前記運転時ラインとの間で前記イオン源ガスの経路を変更することが可能な経路変更部と、を含む、イオン源ガス供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＩＧイオン源装置およびイオン源ガス供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１では、サイクロトロンに対してイオン源からの荷電粒子を導入し、真空中で荷電粒子を加速させる構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２８５４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

冷陰極型のＰＩＧイオン源は、他のイオン源と比べて安価且つコンパクトであることから、１価のイオンの生成には広く用いられている。また、ＰＩＧイオン源は多価イオンの生成にも適用可能であることは知られている。しかしながら、多価イオンを大量に生成する際には、プラズマの閉じ込め時間を増大させ、プラズマ内の目的の多価イオン密度を向上させることが求められる。そのため、従来は、大量の多価イオンの生成にはＰＩＧイオン源とは異なるイオン源が選択される場合が多かった。このように、冷陰極型のＰＩＧイオン源は、他のイオン源と比べて安価且つコンパクトでありながら、大量の多価イオンの生成には適していないと判断されることが多く、採用が見送られがちであった。

【0005】

本開示は、ＰＩＧイオン源装置を用いて多価イオンの大量生成を可能とする技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示の一形態に係るＰＩＧイオン源装置は、前記ＰＩＧイオン源における多価イオン生成時のアーク放電の開始前と開始後とで、前記ＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧および前記ＰＩＧイオン源における磁場の少なくとも一方を変更する制御部と、を有する。

【0007】

上記のＰＩＧイオン源装置によれば、制御部によってＰＩＧイオン源における多価イオン生成時のアーク放電の開始前と開始後とで、ＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧およびＰＩＧイオン源における磁場の少なくとも一方が変更される。この結果、ＰＩＧイオン源において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができるため、ＰＩＧイオン源においても多価イオンの大量生成を可能とする。

【0008】

イオン源ガス貯留部からのガスを前記ＰＩＧイオン源へ供給するイオン源ガス供給システムを有し、前記イオン源ガス供給システムは、前記アーク放電の開始前に使用する放電時ラインと、前記アーク放電の開始後に使用する運転時ラインと、を含み、前記制御部は、前記イオン源ガスの経路を前記放電時ラインと前記運転時ラインとの間で切り替えることで、前記ＰＩＧイオン源における前記イオン源ガスのガス圧を変更する態様とすることができる。

【0009】

上記のように、イオン源ガスの経路を放電時ラインと運転時ラインとの間で切り替えることで、ＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧を変更する構成とすることで、イオン源ガスの経路を変更することでイオン源ガスのガス圧の調整を簡単に行うことができる。したがって、アーク放電を効率よく開始させることができ、ＰＩＧイオン源においても多価イオンの大量生成を可能とする。

【0010】

前記放電時ラインおよび前記運転時ラインは、それぞれラインの開閉を行う開閉弁を含み、前記制御部は、前記放電時ラインおよび前記運転時ラインの開閉弁を操作することで、前記ＰＩＧイオン源における前記イオン源ガスのガス圧を変更する態様とすることができる。

【0011】

上記のように、制御部が、放電時ラインおよび運転時ラインのそれぞれに設けられた開閉弁を操作してＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧を変更する構成とした場合、開閉弁の開閉のみによってイオン源ガスのガス圧を変更することができる。したがって、ガス圧の変更をより簡単且つ速やかに行うことができる。

【0012】

アーク放電の開始前と開始後とでイオン源ガス貯留部からのガスの流量を変更する流量調整弁を有していてもよい。このような構成とすることで、ＰＩＧイオン源において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができるため、多価イオンの大量生成を可能とする。

【0013】

本開示の一形態に係るイオン源ガス供給システムは、イオン源ガス貯留部からのイオン源ガスをＰＩＧイオン源へ供給するイオン源ガス供給システムであって、前記ＰＩＧイオン源におけるアーク放電の開始前後で、前記ＰＩＧイオン源へのガス供給量を変更する流量調整機構を有する。

【0014】

上記のイオン源ガス供給システムによれば、流量調整機構によってＰＩＧイオン源における多価イオン生成時のアーク放電の開始前でＰＩＧイオン源へのガス供給量を変更することができる。この結果、ＰＩＧイオン源において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができ、多価イオンの大量生成を可能とする。

【0015】

前記流量調整機構は、前記ＰＩＧイオン源におけるアーク放電の開始前に使用する放電時ラインと、前記放電時ラインと比べてガス流量が小さく前記アーク放電の開始後に使用する運転時ラインと、前記放電時ラインと前記運転時ラインとの間で前記イオン源ガスの経路を変更することが可能な経路変更部と、を有する態様であってもよい。

【0016】

上記の流量調整機構によれば、経路変更部によってＰＩＧイオン源における多価イオン生成時のアーク放電の開始前には放電時ラインを経由してイオン源ガスをＰＩＧイオン源に供給し、アーク放電の開始後には運転時ラインを経由して、放電時ラインと比べて小さい流量のイオン源ガスをＰＩＧイオン源に供給することができる。この結果、ＰＩＧイオン源において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができ、多価イオンの大量生成を可能とする。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、ＰＩＧイオン源装置を用いて多価イオンの大量生成を可能とする技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、一形態に係るＰＩＧイオン源装置の概略構成図である。

【図2】図２は、ＰＩＧイオン源の概略構成図である。

【図3】図３は、ＰＩＧイオン源装置におけるガス制御方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0020】

図１は、ＰＩＧイオン源を含むＰＩＧイオン源装置の概略構成図である。イオン源装置１（ＰＩＧイオン源装置）は、ＰＩＧイオン源２と、イオン源ガス貯留部３と、ガス調整部４と、制御部５と、を有する。

【0021】

ＰＩＧイオン源２は、冷陰極ＰＩＧ(Penning又はPhillips Ionization Gauge)イオン源である。図２にＰＩＧイオン源２の原理図を示す。ＰＩＧイオン源は、円筒状の陽極２１の両端に陰極２２を配置し、軸方向に十分強い磁場Ｆを加えた構造を持つ。この構造において、陽極２１および陰極２２に挟まれ、イオン源ガスＧが注入されたチャンバ２３内で、アーク電源ＡＲＣによる放電によって生成された電子は電極間の電場によって加速される。ただし、磁場Ｆにより半径方向を、両端の陰極２２により軸方向を閉じこめられる結果、電子は磁場Ｆにまきつくように運動する。そのため壁に衝突することなくチャンバ２３内に滞在する。このメカニズムによって電子の閉じ込め時間を長くすることができる。したがって、プラズマ生成が高効率に行われ得るため、プラズマによるって電離されるイオンの生成も効率よく行われ得る。生成されたイオンは引出電源ＨＶに接続された引出電極２５を用いてイオンビームＢとして、外部へ取り出され得る。

【0022】

図１に示すイオン源装置１の各部は、上述のＰＩＧイオン源２のチャンバ２３内へイオン源ガスＧを供給する装置である。

【0023】

イオン源ガス貯留部３は、イオン源ガスを貯留する機能を有している。イオン源ガス貯留部３は、例えば、ガスタンク等とすることができる。イオン源ガス貯留部３において貯留されるガスとしては、例えば、ＰＩＧイオン源２において多価イオンとしてのＨｅ^２＋を生成可能なＨｅガス（ヘリウムガス）が挙げられる。ただし、イオン源ガスの種類は、上記に限定されるものではない。

【0024】

ガス調整部４は、イオン源ガス貯留部３からのガスをＰＩＧイオン源２に対して供給するイオン源ガス供給システムとしての機能を有する。ガス調整部４は、互いに並列に設けられる運転時ラインＬ１と放電時ラインＬ２とを含んで構成される。さらに、運転時ラインＬ１および放電時ラインＬ２は、その上流側端部の分岐点Ｐ１で上流側ラインＬ３に接続すると共に、下流側端部の分岐点Ｐ２で下流側ラインＬ４に接続する。

【0025】

上流側ラインＬ３は、イオン源ガス貯留部３に接続するラインに接続される。上流側ラインＬ３にはフィルタ４１が設けられる。フィルタ４１は、ガス中の微粒子等を取り除く機能を有する。フィルタ４１の下流の分岐点Ｐ１において、上流側ラインＬ３から運転時ラインＬ１と放電時ラインＬ２とに分岐される。

【0026】

運転時ラインＬ１には、開閉弁４２とマスフローコントローラ４３とが設けられる。開閉弁４２は、運転時ラインＬ１を開閉する機能を有する。開閉弁４２が開状態のときはガスが運転時ラインＬ１を流れ、開閉弁４２が閉状態のときはガスが運転時ラインＬ１を流れない。マスフローコントローラ４３は、ガスの質量流量を計測し流量制御を行う機能を有している。マスフローコントローラ４３は、運転時ラインＬ１を流れるガスが予め定められた流量となるように、流量を制御する。マスフローコントローラ４３は、運転時ラインＬ１をガスが流れている状態を維持しながら、その流量を調整することが可能である。

【0027】

放電時ラインＬ２には、開閉弁４４と、ニードル弁４５とが設けられる。開閉弁４４は、放電時ラインＬ２を開閉する機能を有する。開閉弁４４が開状態のときはガスが放電時ラインＬ２を流れ、開閉弁４４が閉状態のときはガスが放電時ラインＬ２を流れない。ニードル弁４５は、放電時ラインＬ２をガスが流れる際のガスの流量を調整する機能を有する。ニードル弁４５は、放電時ラインＬ２を流れるガスの流量を所定の値に固定することが可能である。一例としてニードル弁４５におけるガスの流量は、マスフローコントローラ４３により設定されるガスの流量と比べて５０倍～２００倍程度に設定され得る。この放電時ラインＬ２を流れるガスの流量は、パッシェンの法則を考慮して設定することができる。すなわち、放電時ラインＬ２を流れるイオン源ガスが、ＰＩＧイオン源２のチャンバ２３に到達した際のチャンバ２３内のガス圧がパッシェン領域付近になるように、ガスの流量が制御される。

【0028】

運転時ラインＬ１と放電時ラインＬ２とは、マスフローコントローラ４３およびニードル弁４５の下流の下流の分岐点Ｐ２において、下流側ラインＬ４に合流する。下流側ラインＬ４は、ＰＩＧイオン源２へ接続する配管に接続される。このように、ガス調整部４は、イオン源ガス貯留部３からＰＩＧイオン源２へ向けてイオン源ガスを供給する際のガス量を調整する機能を有している。特に、ガス調整部４は、ＰＩＧイオン源２におけるアーク放電の開始前後で、ＰＩＧイオン源２へのガス供給量を変更する流量調整機構としての機能を有する。流量調整機構としての機能の詳細については後述する。

【0029】

制御部５は、ガス調整部４における開閉弁４２，４４の切り替えと、マスフローコントローラ４３の制御とを行う機能を有する。また、制御部５は、ＰＩＧイオン源２の電流および磁場の制御、イオン源ガス貯留部３からのガスの供給に係る制御等を行ってもよい。開閉弁４２，４４は、運転時ラインＬ１および放電時ラインＬ２の間でイオン源ガスの経路を変更するための経路変更部としての機能を有する。

【0030】

次に、制御部５によるガス調整部４の制御方法について、図３を参照しながら説明する。まず、ＰＩＧイオン源２を含むイオン源装置１において、イオン源の供給を開始する場合、まず、アーク放電を開始する前に、制御部５は、開閉弁４２を開状態とし、開閉弁４４が閉状態となるように制御する。これにより、運転時ラインＬ１を開状態とすると共に、放電時ラインＬ２を閉状態とする（Ｓ０１）。このとき、制御部５は、マスフローコントローラ４３を制御して、イオン源装置を通常運転させる際の設定でマスフローコントローラ４３によるガス流量の調整動作を開始させる。

【0031】

次に、ＰＩＧイオン源２におけるアーク放電を開始させる場合、制御部５は、ＰＩＧイオン源２においてアーク放電用の電流を流すため、電源をＯＮにする（Ｓ０２）。このとき、制御部５は、開閉弁４２および開閉弁４４が開状態となるように制御することで、運転時ラインＬ１および放電時ラインＬ２を開状態とする（Ｓ０３）。この結果、運転時ラインＬ１および放電時ラインＬ２のいずれもイオン源ガスが流通可能となるが、イオン源ガス貯留部３からのイオン源ガスの大半は、上流側ラインＬ３、放電時ラインＬ２、下流側ラインＬ４を通り、ＰＩＧイオン源２に対して供給される。制御部５は、この状態を短時間（例えば、１秒～１０秒程度、一例として３秒程度）保った後、開閉弁４２を開状態とし、開閉弁４４が閉状態となるように制御する。これにより、運転時ラインＬ１が開状態となると共に、放電時ラインＬ２が閉状態となる（Ｓ０４）。このように、制御部５では、放電を開始する場合に、ガスの流路について運転時ラインＬ１のみが開状態となる状態から、運転時ラインＬ１および放電時ラインＬ２の両方が開状態となる状態へ切り替える。

【0032】

運転時ラインＬ１におけるマスフローコントローラ４３により制御されるガス流量と比較して、放電時ラインＬ２におけるニードル弁４５によって制御されるガス流量は上述したように十分大きくされる。したがって、制御部５によって放電時ラインＬ２が開状態となった時間帯（図３に示すＳ０３に相当する時間帯）は、閉状態の時間帯と比較して大容量のガスが一度にＰＩＧイオン源２に供給されることになる。このように大容量のガスが一度にＰＩＧイオン源２に供給された場合、ＰＩＧイオン源２のチャンバ２３では瞬間的にガス圧力が増大する。この結果、ＰＩＧイオン源２のチャンバ２３内でアーク放電が開始され（着火）、プラズマが生成される。一度アーク放電が開始されると、チャンバ２３内では電子が連鎖的に生成され放電が継続される。したがって、ガス圧が低くなっても放電が継続され、プラズマの生成が促進される。そのため、アーク放電が開始されていることが確認されると（Ｓ０５－ＹＥＳ）、そのまま運転時ラインＬ１を利用してガスの供給および流量制御が継続される（Ｓ０６）。

【0033】

一方、アーク放電が開始されたことが確認できない場合（Ｓ０５－ＮＯ）、制御部５は、放電時ラインＬ２の開放によるガス流量の変更（Ｓ０３、Ｓ０４）を再度行い、アーク放電の開始を試みる。この放電時ラインＬ２を利用したガス流量の変化（Ｓ０３、Ｓ０４）は、アーク放電が開始されるまで繰り返し行われる。なお、アーク放電が開始されていることか否かは、制御部５において把握することができる。

【0034】

以上のように、本実施形態に係るイオン源装置１によれば、制御部５によって冷陰極型のＰＩＧイオン源２における多価イオン生成時のアーク放電の開始前と開始後とで、ＰＩＧイオン源２におけるイオン源ガスのガス圧が変更される。この結果、ＰＩＧイオン源２において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができるため、多価イオンを安価に生成可能となる。

【0035】

冷陰極型のＰＩＧイオン源２は、他のイオン源と比べて安価且つコンパクトであることから、１価のイオンの生成には広く用いられている。また、ＰＩＧイオン源２は多価イオンの生成にも適用可能であることは知られている。しかしながら、多価イオンを大量に生成するためには、プラズマの閉じ込め時間を増大させ、プラズマ内の目的の多価イオンの密度を向上させることが必要となる。したがって、多価イオンを生成する場合には、ＥＣＲイオン源、電子ビームイオン源等、ＰＩＧイオン源とは異なるイオン源が選択される場合が多かった。

【0036】

また、ＰＩＧイオン源において多価イオンを生成するためにプラズマの閉じ込め時間を増大させる場合には、磁場強度またはチャンバ内のガス圧を高くすることが求められる。しかしながら、イオン源が例えば加速器内部に設けられている所謂内部イオン源の場合には、加速器内部の磁場を利用することができるが、加速器外に設けられているイオン源の場合には、磁場強度を十分強くすることが難しい。一方、ガス圧を低くするとアーク放電を発生することが困難となる。

【0037】

これに対して、本実施形態に係るイオン源装置１では、冷陰極型のＰＩＧイオン源２を採用しながら、多価イオン生成時のアーク放電の開始前と開始後とで、ＰＩＧイオン源２におけるイオン源ガスのガス圧が変更される。具体的には、アーク放電の開始時には、ＰＩＧイオン源２におけるガス圧が短時間だけ大きくなるように、ガス圧を制御することができる。この結果、ＰＩＧイオン源２におけるアーク放電の開始を適切に行うことができる。より詳細には、ＰＩＧイオン源２内のガス圧がパッシェンの法則から導かれる放電が電圧の関係を満たす程度にガス圧を調整することで、アーク放電の開始を効率よく行うことができる。

【0038】

さらに、アーク放電の開始後は、ＰＩＧイオン源２におけるガス圧が小さくなるように、制御部５によってガス圧が制御される。この結果、ＰＩＧイオン源２内を多価イオンの生成に適したガス圧となるように制御することができる。ＰＩＧイオン源２では、アーク放電が開始した後は、ある程度ＰＩＧイオン源２内のガス圧を低くして、プラズマの閉じ込め時間を大きくすることが求められる。上記のイオン源装置１では、アーク放電の開始後はガス圧を小さくするように制御することで、ＰＩＧイオン源２内で多価イオンの生成が効率よく行われる。このように、上記のイオン源装置１によれば、冷陰極型のＰＩＧイオン源を用いながら、多価イオンを生成可能な構成が実現されるため、ＰＩＧイオン源における多価イオンの大量生成を実現することができる。また、ＰＩＧイオン源を用いた多価イオンの大量生成が可能となるため、従来の他のイオン源を用いた多価イオンの生成と比較して、より安価に多価イオンを生成することが可能となる。

【0039】

また、上記のイオン源装置１では、イオン源ガスの経路を放電時ラインＬ２と運転時ラインＬ１との間で切り替えることで、ＰＩＧイオン源におけるイオン源ガスのガス圧を変更している。このような構成とすることで、イオン源ガスの経路を変更することのみによって、イオン源ガスのガス圧の調整を簡単に行うことができる。したがって、アーク放電を効率よく開始させることができ、ＰＩＧイオン源における多価イオンの大量生成が可能となる。

【0040】

また、上記のイオン源装置１では、制御部５が、放電時ラインＬ２および運転時ラインＬ１のそれぞれに設けられた開閉弁４２，４４を操作してＰＩＧイオン源２におけるイオン源ガスのガス圧を変更する構成としている。このような構成とすることで、開閉弁４２，４４の開閉のみによってイオン源ガスのガス圧を変更することができる。したがって、ガス圧の変更をより簡単且つ速やかに行うことができる。また、ＰＩＧイオン源２におけるガス圧を速やかに変更することによって、アーク放電の開始に必要な環境を速やかに形成しつつ、アーク放電の開始後は速やかに多価イオンの生成に必要な環境を形成することができる。そのため、ＰＩＧイオン源２における多価イオンの大量生成を実現することができる。

【0041】

上記のイオン源装置１におけるイオン源ガスの供給システムに対応するガス調整部４は、イオン源ガス貯留部３からのイオン源ガスをＰＩＧイオン源２へ供給するイオン源ガス供給システムであって、ＰＩＧイオン源２におけるアーク放電の開始前後で、ＰＩＧイオン源２へのガス供給量を変更する流量調整機構を有する。具体的には、ＰＩＧイオン源２におけるアーク放電の開始前に使用する放電時ラインＬ２と、放電時ラインＬ２と比べてガス流量が小さくアーク放電の開始後に使用する運転時ラインＬ１とを有する。また、放電時ラインＬ２と運転時ラインＬ１との間でイオン源ガスの経路を変更することが可能な経路変更部としての開閉弁４２，４４を有する。このような構成の場合、経路変更部によって、ＰＩＧイオン源２における多価イオン生成時のアーク放電の開始前には放電時ラインＬ２を経由してイオン源ガスをＰＩＧイオン源２に供給し、アーク放電の開始後には運転時ラインを経由して、放電時ラインＬ２と比べて小さい流量のイオン源ガスをＰＩＧイオン源２に供給することができる。この結果、ＰＩＧイオン源２において多価イオンを生成する場合において、アーク放電を効率よく開始させることができるため、多価イオンを安価に生成可能となる。なお、上記実施形態では、ＰＩＧイオン源２における多価イオン生成時のアーク放電の開始前に、運転時ラインＬ１と放電時ラインＬ２の両方を開状態としている（Ｓ０３）が、このときに運転時ラインＬ１を閉状態とし、放電時ラインＬ２のみが開状態となるようにしてもよい。ただし、上述のように放電時ラインＬ２のガス流量は、運転時ラインＬ１のガス流量と比べて十分大きくされる。したがって、ＰＩＧイオン源２へ供給されるガス流量は運転時ラインＬ１の開閉による影響をほとんど受けないと考えられる。

【0042】

なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0043】

例えば、上記実施形態では、ガス調整部４においてガスの流路を切り替えることでガス圧の調整を行うことでアーク放電の開始を促す場合について説明したが、アーク放電の開始前と開始後とで磁場の強さを変更することで、アーク放電の開始とその後の維持を実現してもよい。例えば、ＰＩＧイオン源２において多価イオンを生成する場合、アーク発電の開始時には、磁場の強度を高くすることで、アーク放電を発生しやすい環境を構築することができる。一方、プラズマの発生が開始されると、磁場の強度は、イオン引出後のビームの軌道による制約を受ける。この点をふまえて、イオン源装置１のＰＩＧイオン源２において、アーク放電の開始前と開始後で磁場の強度を変化させることで、アーク放電の開始を促進すると共に、アーク放電の開始後の多価イオンの生成を促進する構成としてもよい。また、ＰＩＧイオン源２におけるガス圧と磁場との両方を変化させる構成としてもよい。

【0044】

また、上記実施形態におけるガス調整部４の各部の構成は適宜変更することができる。上記のように、運転時ラインＬ１と放電時ラインＬ２とを個別に設ける場合、ガス流量が少ない（ＰＩＧイオン源２におけるガス圧が低い）状態での流量制御に適したマスフローコントローラ４３を用いることができるという効果が得られる。これに対して、１つのラインにおいて流量調整弁を利用して流量を制御することによって、アーク放電の開始前と開始後とでガスの流量を変更する構成としてもよい。この場合、１つのラインのみでもガス流量を調整することができ、ＰＩＧイオン源による多価イオンの大量生成を実現することができる。このように、アーク放電の開始前と開始後とでガスの流量を変更する構成は適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0045】

１…イオン源装置、２…ＰＩＧイオン源、３…イオン源ガス貯留部、４…ガス調整部、５…制御部、２１…陽極、２２…陰極、２３…チャンバ、２５…引出電極、４１…フィルタ、４２…開閉弁、４３…マスフローコントローラ、４４…開閉弁、４５…ニードル弁、Ｌ１…運転時ライン、Ｌ２…放電時ライン、Ｌ３…上流側ライン、Ｌ４…下流側ライン。

【図1】

【図2】

【図3】