イオン源およびその動作方法
【課題】 イオン源において、加速器内部の真空を保ったまま真空容器内部のメンテナン
スをする。
【解決手段】 イオン源１は、開放または閉鎖できるメンテナンス開口部２とイオン取出
し口２ａ有する真空容器２、ターゲット２１をターゲット支持具６によって移動させるタ
ーゲット移動装置５と、ターゲット２１にレーザ光２２を照射するレーザ光源９と、イオ
ン導入口１１を有する加速器１１と、イオン取出し口２ａとイオン導入口１１ａとを接続
する連通管１２と、連通管１２を開放または閉鎖できるゲートバルブ１３とを備え、メン
テナンス開口部２ａを閉鎖し、連通管１２を開放し、さらに真空容器２および加速器１１
内を真空にした状態で、加速器１１は、イオン２３を連通管１２を介してイオン導入口部
１１ａから導入し加速する。
スをする。
【解決手段】 イオン源１は、開放または閉鎖できるメンテナンス開口部２とイオン取出
し口２ａ有する真空容器２、ターゲット２１をターゲット支持具６によって移動させるタ
ーゲット移動装置５と、ターゲット２１にレーザ光２２を照射するレーザ光源９と、イオ
ン導入口１１を有する加速器１１と、イオン取出し口２ａとイオン導入口１１ａとを接続
する連通管１２と、連通管１２を開放または閉鎖できるゲートバルブ１３とを備え、メン
テナンス開口部２ａを閉鎖し、連通管１２を開放し、さらに真空容器２および加速器１１
内を真空にした状態で、加速器１１は、イオン２３を連通管１２を介してイオン導入口部
１１ａから導入し加速する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットにレーザを照射して発生したイオンを加速器で加速してイオンビ
ームを得るイオン源およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素イオンビームは、生体組織に照射すると一定の深層における組織にピークをもって
エネルギーの大部分を与え、表層組織にはエネルギーを与えない特性がある。したがって
、がん治療における炭素イオンビームを用いた重粒子線治療は、正常組織へエネルギーを
与えずにがん細胞へのみエネルギーを与えることができるため、今後のがん治療方法とし
て有望である。
【０００３】
炭素イオンビームをはじめとするイオンビームを得る方法としてレーザアブレーション
を用いたイオン源がある。この種のイオン源は、真空容器内に設けられた高圧ボックスに
収容したターゲットにレーザを照射することによってターゲットを蒸発しイオン化させる
、いわゆるレーザアブレーションによってイオンを発生させる。発生したイオンは、真空
容器のイオン取出し口を通って加速器のイオン導入口に導入され、加速器は、導入したイ
オンを加速することによってイオンビームを得る（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、発生したイオンを真空容器内で拡散させずに加速器へ導入するため、高圧ボック
スに一端を接続し、他端を加速器のイオン導入口の近傍に配置した輸送管を設け、高圧ボ
ックスから放出されたイオンを輸送管によって輸送して加速器へ導入する技術が開発され
ている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７１３５２４号公報
【特許文献２】特開平２００９−３７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載の技術は、真空容器内およ
び加速器内が常時開放して連通しているため、ターゲットの交換や真空容器内の構造物の
清掃等といった真空容器内部のメンテナンス時には、真空容器と加速器の内部の両方を大
気開放する必要がある。したがって、真空容器内部のメンテナンス後には、真空容器と加
速器の内部の両方を真空にする必要があり、特に加速器には高い真空度が要求されるため
、真空ポンプによる排気にかかる時間コストの増大を招くおそれがあった。
【０００７】
そこで本発明は、加速器内部の真空を保ちながら真空容器内部のメンテナンスをするこ
とができるイオン源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のイオン源は、開放または閉鎖することができるメ
ンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容器と、この真空容器内に設けられ、タ
ーゲットをターゲット支持具によって移動させることができるターゲット移動装置と、真
空容器内に設けられ、ターゲットを収容し、ターゲットにレーザ光を照射するレーザ光源
と、イオン導入口を有する加速器と、真空容器のイオン取出し口と加速器のイオン導入口
とを接続する連通管と、この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを
備え、メンテナンス開口部を閉鎖し、ゲートバルブによって連通管を開放し、さらに真空
容器および加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン取出し口を通って前
記連通管内を移動し、前記加速器は、前記イオン導入口から前記イオンを導入し加速する
ことを特徴とする。
【０００９】
さらに、上記目的を達成するために、本発明のイオン源の動作方法は、開放または閉鎖
することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容器内と、この真空
容器のイオン取出し口とイオン導入口とをゲートバルブを有する連通管によって接続した
加速器内を真空にする工程と、真空容器内に設けられたターゲット移動装置のターゲット
支持具に支持され、ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させる工程と、前記加速
器によってイオンをイオン導入口から導入して加速する工程と、ゲートバルブによって連
通管を閉鎖する工程と、メンテナンス開口部を開放し、加速器内の真空を保ちながら真空
容器内部のメンテナンスを行う工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、イオン源において、加速器内部の真空を保ちながら真空容器内部のメ
ンテナンスをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略横断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るイオン源の真空容器内部のメンテナンス作用を示す概略縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るイオン源の集束電極移動装置を新たに設けた場合を示す概略縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略横断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るイオン源の真空容器内部のメンテナンス作用を示す概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係るイオン源について図１乃至図３を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概
略横断面図である。
【００１４】
イオン源１は、真空容器２と、ステージ３と、ボード４と、ターゲット移動装置５と、
ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、レーザ光源９と、集束電極
１０と、加速装置１１と、連通管１２と、ゲートバルブ１３と、メンテナンス扉１５と、
ステージ駆動装置１６と、電源ケーブル１７と、電源１８とから構成される。また、ター
ゲット移動装置５と、ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束
電極１０はステージ構造物３１を構成する。ステージ構造物３１とは、後述するようにス
テージ３上にボード４を介して設けられ、ステージ３とともに移動することができる真空
容器２内の構造物である。
【００１５】
真空容器２は、イオン取出し口２ａと、メンテナンス開口部２ｂと、レーザ照射窓２ｃ
とを有する。真空容器２のメンテナンス開口部２ｂは、メンテナンス扉１５によって開放
または閉鎖が可能な構成とする。加速器１１は、イオン導入口１１ａを有し、真空容器２
のイオン取出し口２ａと加速器１１のイオン導入口１１ａとが連通管１２によって接続さ
れる。加速器１１は、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ
）を適用することができる。
【００１６】
ＲＦＱは、サイン関数状の波形を形成した加速電極であるベーンがシリンダ内に配置さ
れ、高周波空洞共振器を構成する。この共振器の共振周波数に等しい周波数の高周波電力
をこれらに供給すると、ベーンに高周波電圧が発生する。このとき、ベーンで囲まれた中
心部分にイオン２３を入射すると、イオン２３は高周波電圧により加速され、イオンビー
ム２４を得ることができる。
【００１７】
連通管１２には、ゲートバルブ１３が設けられる。ゲートバルブ１３は内部に弁体１４
を有し、弁体１４を移動させることによって、図１のように連通管１２を開放させ、図２
のように連通管１２を閉鎖することができる。連通管１２の開放とは、真空容器２内から
加速器１１への物質の行き来を可能とし、後述するイオン２３を真空容器２内から加速器
１１へ導入することができる状態である。また、連通管１２の閉鎖とは、真空容器２内か
ら加速器１１への物質の行き来を遮断し、真空容器２内のみまたは加速器１１内のみを真
空にすることができる状態である。
【００１８】
図１のように、弁体１４を移動させて連通管１２を開放することによって、真空ポンプ
（図示せず）によって真空容器２内および加速器１１内を連通して真空にすることができ
る。さらに、図２のように弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖することによって、加
速器１１内の真空を保ったまま真空容器２内を大気開放することができる。真空ポンプは
、真空容器２または加速器１１にのみ設けてもよいし、真空容器２および加速器１１の両
方に設けてもよい。真空ポンプを真空容器２および加速器１１の両方に設けたときは、弁
体１４によって連通管１２を閉鎖した状態においても、真空容器２内および加速器１１内
を各々独立して真空にすることができる。
【００１９】
図２のように、真空容器２の内底にステージ３が配置される。ステージ３は、上面にボ
ード４およびステージ構造物３１を設けることができる平板形状であり、後述するステー
ジ駆動措置１６によって移動することができるように下部に車輪等を設けた台車とするこ
とが望ましい。
【００２０】
ステージ３の上面にはボード４が配置される。さらに、ボード４の上面にターゲット移
動装置５と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束電極１０とが設けられ、さらにタ
ーゲット移動装置５にターゲット支持具６が接続されてステージ構造物３１を構成する。
ボード４には、後述するイオンビーム２４の発生作用に適したステージ構造物３１の位置
決めをし、ステージ構造物３１を着脱可能に固定するための治具を設けることができる。
さらに、ステージ３とボード４との間の位置調整のための治具をステージ３またはボード
４に設けてもよい。
【００２１】
さらに、ステージ３にはステージ駆動装置１６が接続される。ステージ駆動装置１６は
、ステージ３をメンテナンス開口部２ｂから真空容器２の外部へ引き出す方向へ移動させ
ることが可能である。イオンビーム２４の発生作用時には、図１のようにメンテナンス開
口部２ｂはメンテナンス扉１５によって閉鎖され、ステージ３およびステージ駆動装置１
６は真空容器２の内部に収容される。メンテナンス作用時には、図２のようにメンテナン
ス開口部２ｂはメンテナンス扉１５によって開放され、ステージ３およびステージ駆動装
置１６は真空容器２のメンテナンス開口部２ｂから真空容器２の外部へ取出される。
【００２２】
ターゲット移動装置５は、ターゲット支持具６によってターゲット２１を例えば直行２
方向に駆動することができる駆動装置である。ここで、ターゲット２１を移動させる直行
２方向は、ターゲット２１からイオン取出し口２ａへ向かう方向に直交する２方向に定め
る。ターゲット２１の移動方向は、直行２方向に限られず、ターゲット２１からイオン取
出し口２ａへ向かう方向に直交する１方向に移動させてもよいし、ターゲット２１からイ
オン取出し口２ａへ向かう方向に直交する方向へ回転させてもよい。
【００２３】
ターゲット２１は、イオンビーム２４の元となる元素からなり、例えば炭素やシリコン
を適用することができる。ターゲット２１の形状は、例えば板形状とすることができ、板
形状の一面をイオン取り出し口２ａに対向させて高圧ボックス７内に配置される。
【００２４】
高圧ボックス７は、ターゲット支持具６に支持されたターゲット２１を収容することが
できる容器形状であり、図１に示すようにレーザ光源９から集光レンズ８を介して照射さ
れるレーザ光２２をターゲット２１に照射できるレーザ照射孔７ａと、ターゲット２１か
ら発生したイオン２３をイオン取り出し口２ａ方向へ放出するイオン放出孔７ｂが形成さ
れている。さらに、高圧ボックス７およびターゲット２１には、発生したイオン２３をイ
オン取り出し口２ａ方向へ加速するための電圧が印加される。
【００２５】
また、高圧ボックス７内で発生した大部分のイオン２３は、ターゲット２１の法線方向
へ移動してイオン放出孔７ｂから放出され、イオンビーム２４として利用される。しかし
、一部のイオン２３は他の方向へ拡散する。高圧ボックス７は、拡散したイオン２３を内
部に留め、拡散したイオン２３が真空容器２内を飛散し、真空容器２および他の構造物が
イオン２３によって汚染されることを防ぐ。
【００２６】
レーザ光源９は、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ、ＣＯ２レーザ等の高エネルギーのレ
ーザを適用することができる。レーザ光源９は、真空容器２の外部に設けられ、真空容器
２のレーザ照射窓２ｃを通して集光レンズ８にレーザ光２２を照射する。集光レンズ８は
、レーザ光源９からのレーザ光２２をレーザアブレーションに適切なスポット径に集束し
、ターゲット２１にレーザ光２２を照射する。
【００２７】
集束電極１０は、内部に電圧が印加され、高圧ボックス７のイオン放出孔７ｂから放出
されたイオン２３を集束させ加速する電極である。集束電極１０は、ボード４の上面にお
いて、高圧ボックス７のイオン放出孔７ｂとイオン取出し口２ａとに挟まれる位置におい
て設けられる。
【００２８】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。イオン源１の作用は、通常の
イオンビーム２４の発生作用と、イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナン
ス作用と、メンテナンス作用後のイオンビーム２４の発生作用に分別される。
【００２９】
まず、通常のイオンビーム２４の発生作用について説明する。イオンビーム２４の発生
作用時には、メンテナンス開口部２ｂからステージ構造物３１を設けたステージ３を真空
容器２内に収容した後、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖し、
さらにゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放する。このとき、イオ
ンビーム２４の発生に適した位置にステージ３を配置させるために真空容器２内にレール
やストッパーを設けてもよい。
【００３０】
この状態で、真空ポンプ（図示せず）によって真空容器２内および加速器１１内を真空
にする。ここで、真空とは、１０−５Ｐａ以下程度の真空度を指すものとする。なお、真
空ポンプが真空容器２および加速器１１の各々に設けられるときには、真空容器２内およ
び加速器１１内を独立して真空とした後に連通管１２を開放してもよい。さらに、高圧ボ
ックス７および集束電極１０に各々適切な電圧を印加する。
【００３１】
レーザ光源９によって、集光レンズ８を介してレーザ光２２をターゲット２１に照射す
る。ターゲット２１はレーザ光２２を照射すると、ターゲット２１が蒸発しイオン化する
、いわゆるレーザアブレーションによってイオン２３が発生する。イオン２３は、ターゲ
ット２１表面の法線方向に放出される。さらに、高圧ボックス７およびターゲット２１に
印加する電圧と集束電極１０に印加する電圧の電位差によって、イオン２３はイオン放出
孔７ｂから放出され、集束電極１０の方向へ加速される。
【００３２】
なお、イオン２３のイオン放出孔７ｂからの放出は、高圧ボックス７のイオン放出孔７
ｂの近傍に引き出し電極を新たに設け、高圧ボックス７およびターゲット２１に印加する
電圧と引き出し電極に印加する電圧の電位差によってイオン２３をイオン放出孔７ｂから
放出してもよい。
【００３３】
高圧ボックス７から放出されたイオン２３は、集束電極１０において集束され、さらに
加速される。集束電極１０において集束し加速されたイオン２３は、イオン取出し口２ａ
を通って連通管１２内を移動し、イオン導入口１１ａから加速器１１に導入される。加速
器１１は、イオン２３をさらに加速してイオンビーム２３を得る。
【００３４】
次に、イオンビーム２４の発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用について説明す
る。図２は、本発明の第１の実施形態に係るイオン源の真空容器２内部のメンテナンス作
用を示す概略縦断面図である。ここで、真空容器２内部のメンテナンスとは、ターゲット
２１の交換や真空容器２内のステージ構造物３１のメンテナンス、真空容器２の内壁の清
掃等を総称するものとする。
【００３５】
イオンビーム２４の発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用時には、ゲートバルブ
１３の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖した後に、メンテナンス扉１５によってメ
ンテナンス開口部２ｂを開放し、真空容器２内を大気開放する。
【００３６】
連通管１２を閉鎖することによって、真空容器２内と加速器１１内の真空が分断され、
さらにメンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放することによって、真
空容器２内のみが大気開放される。なお、メンテナンス開口部２ｂを開放することによっ
て真空容器２内を大気開放するだけでなく、真空容器２に設けた弁等（図示せず。）によ
って大気開放した後、メンテナンス開口部２ｂを開放してもよい。
【００３７】
電源１８は、電源ケーブル１７によってステージ駆動装置１６にステージ３およびステ
ージ構造物３１の駆動に必要な電力を供給する。ステージ駆動装置１６は、電源１８から
の電力を用いてステージ３をメンテナンス開口部２ｂから外部へ引き出す方向へ駆動する
。したがって、図２のようにメンテナンス開口部２ｂは、真空容器２の側面を底部から開
口できるように設けられ、真空容器２の底部と外部の床面とがフラットな形状となること
が望ましい。
【００３８】
ステージ駆動装置１６によってステージ３を真空容器２の外部へ引き出した後、ボード
４を取り外すことによって、ボード４に設けられるステージ構造物３１を一度に取り外す
ことが可能である。また、ステージ３を真空容器２の外部に引き出すことによって、真空
容器２内からステージ３およびステージ構造物３１は取り外されるので、真空容器２の内
壁の清掃等の真空容器２自体のメンテナンスも容易となる。
【００３９】
さらに、新たに用意したボード４とこのボード４に設けた新たなステージ構造物３１を
ステージ３に設置し、ステージ駆動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂから真空容
器２内に収容することで、既にイオンビーム２３を発生させたステージ構造物３１のメン
テナンスを行いつつ、新たなステージ構造物３１によってイオンビーム２３を発生させる
ことができる。
【００４０】
最後に、メンテナンス作用後のイオンビーム２４の発生作用について説明する。メンテ
ナンスが終了したステージ構造物３１または新たなステージ構造物３１をステージ３に設
けて真空容器２へ収容し、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖す
る。さらにゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放した後に、真空容
器２内部を真空ポンプによって真空にする。または、真空容器２に真空ポンプが設けられ
ているときには、真空容器２内部を真空ポンプによって真空にした後に連通管１２を開放
してもよい。この状態で、レーザ光源９によってレーザ光２２をターゲット２１に照射す
ることによって、上述した通常のイオンビーム２４の発生作用と同様のイオンビーム２４
を得ることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態は以下の変形が可能である。図３は、本発明の第１の実施形態に係
るイオン源の集束電極移動装置を新たに設けた場合を示す概略縦断面図である。
【００４２】
図３のように、集束電極１０を移動させることができる集束電極移動装置２０をボード
４の上面に設け、集束電極移動装置２０に集束電極１０が接続される。この場合、イオン
ビーム２４の出力や加速器１１に導入するイオン２３の集束径の調整時などに、集束電極
移動装置２０によって集束電極１０のみの位置調整が真空外から可能となる。
【００４３】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、イオンビーム２４の発生作用後にゲートバルブ１３
の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖した状態で、メンテナンス開口部２ｂを開放す
ることによって、加速器１１内の真空を保ったまま、真空容器２内部のメンテナンスを行
うことができる。さらに、ステージ３を移動させ、真空容器２内から引き出すことによっ
て真空容器２の外部でステージ構造物３１の交換や真空容器２の内壁の清掃等を容易に行
うことが可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係るイオン源について図４および図５を参照して説明
する。第１の実施形態に係るイオン源の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成
についての説明は省略する。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略
横断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、集束電極１０の構成を
省き、新たに輸送管１９を設けた点である。上述したステージ構造物３１の構成も、集束
電極１０に代えて輸送管１９を含めるものとする。
【００４６】
輸送管１９は、連通管１２より径の小さい円筒形状であり、高圧ボックス７のイオン放
出孔７ｂに一端を接続し、イオンビーム発生作用時において、他端が連通管１２の内部を
通って加速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するように配置される。
【００４７】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。まず、イオンビーム２３の発
生作用について説明する。イオンビーム２４の発生作用時には、まずゲートバルブ１３の
弁体１４を移動させ連通管１２を開放する。次に、メンテナンス扉１５によってメンテナ
ンス開口部２ｂを開放し、ステージ駆動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂからス
テージ３を真空容器２内へ収容し、さらに輸送管１９の他端が加速器１１のイオン導入口
１１ａの近傍に位置するまでステージ３を移動させる。
【００４８】
ステージ３の移動が完了すると、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂ
を閉鎖し、真空ポンプによって真空容器２内および加速器１１内を真空にする。なお、連
通管１２が閉鎖した状態でステージ３を真空容器２内へ収容し、メンテナンス開口部２ｂ
を閉鎖して真空容器２内および加速器１１内を独立して真空とした後に、連通管１２を開
放して輸送管１９の他端を加速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するまでステー
ジ３を移動させてもよい。
【００４９】
レーザ光源９によってレーザ光２２をターゲット２１に照射すると、発生したイオン２
３は高圧ボックス７内をターゲット２１表面の法線方向へ移動し、イオン放出孔７ｂを通
って輸送管１９内において輸送される。輸送管１９で輸送されたイオン２３は、輸送管１
９と加速器１１に印加されている電圧差によって輸送管１９の他端から引き出される際に
加速される。このようにして加速されたイオン２３は、イオン導入口１１ａを通って加速
器１１に導入され、加速器１１によってさらに加速されイオンビーム２４を得る。
【００５０】
次に、イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用について説明する
。図５は、本発明の第２の実施形態に係るイオン源の真空容器２内部のメンテナンス作用
を示す概略縦断面図である。
【００５１】
イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用時には、まず真空容器２
内および加速器１１内を真空を保ったまま、ステージ駆動装置１６によってステージ３を
輸送管１９の他端がゲートバルブ１３の弁体１４よりも真空容器２側に位置するまで移動
させる。
【００５２】
この状態で、ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖し、さらにメ
ンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放して加速器１１内の真空を保っ
たまま真空容器２内を大気開放する。メンテナンス開口部２ｂを開放した後、ステージ駆
動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂからステージ３を真空容器２の外部へ引き出
す。
【００５３】
最後に、真空容器２内が大気開放され加速器１１内が真空であるときのイオンビーム２
４の発生作用について説明する。まず、メンテナンス開口部２ｂからステージ駆動装置１
６によってステージ３を真空容器２内に収容する。ステージ３を真空容器２内に収容する
と、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖する。このとき、真空容
器２に真空ポンプが設けられるときは、真空ポンプによって真空容器２内を真空にする。
【００５４】
ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放し、輸送管１９の他端が加
速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するまでステージ３をさらに移動させる。真
空容器２に真空ポンプが設けられないときには、加速器１１側の真空ポンプによって真空
容器２内を真空にする。この状態で、レーザ光源９からレーザ光２２を照射することによ
って、上述した実施形態と同様のイオンビーム２４を得ることができる。
【００５５】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、輸送管１９を用いることによって、集束電極１０を
用いることなく、高圧ボックス７で発生したイオン２３を周囲に拡散させることなく、加
速器１１へ導くことができる。さらに、真空容器２内を真空にしたままステージ３を移動
させ、輸送管１９を連通管１２内から引き出し、ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させ
て連通管１２を閉鎖することによって、加速器１１内の真空を保ったまま、真空容器２内
部のメンテナンスを行うことができる。
【００５６】
なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例え
ば、ターゲット２１の材料、レーザ光源９が照射するレーザ光２２の種類や、イオンビー
ム２４の出力は、イオン源１の用途や要求されるイオンビーム２４の出力によって適宜変
更され得るものである。また、加速器１１には、上述したＲＦＱ以外にサイクロトロンや
シンクロトロン等を適用することができ、ＲＦＱの後段にさらに別の加速器１１を設けて
イオンビーム２４を得る構成とすることも可能である。
【００５７】
また、ステージ３上のボード４の上面に設けられるステージ構造物３１は、ターゲット
移動装置５と、ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束電極１
０とから構成される場合に限られない。例えば、交換や清掃の頻度が高いターゲット移動
装置５およびターゲット支持具６ならびに高圧ボックス７のみをボード３の上に配置して
、他の集光レンズ８や集束電極１０は、真空容器２の内底に直接設けてもよい。
【００５８】
さらに、ボード４の構成を省き、ステージ３の上面にステージ構造物３１を設けてもよ
い。このとき、ステージ３をステージ駆動装置１６と着脱可能にし、ステージ３を複数用
意しておくことで、メンテナンス中に新たなステージ３とこれに設けられるステージ構造
物３１を真空容器２内に収容し、イオンビーム２４を発生させることが可能となる。また
、ステージ駆動装置１６の構成を省き、手動でステージ３を引き出す構成とすることもで
きる。
【００５９】
また、ステージ３およびボード４の構成を省き、ステージ構造物３１を真空容器２の内
底等に直接設け、ステージ構造物３１を真空容器２内に設けたまま、メンテナンス開口部
２ｂからメンテナンスを行ってもよい。このとき、ステージ構造物３１の清掃や取り外し
を容易にするためにメンテナンス開口部２ｂは、真空容器２の上面等に設けることができ
る。
【００６０】
さらに、真空容器２内のメンテナンス作用時には、必ずしもゲートバルブ１３の弁体１
４によって連通管１２を閉鎖させる必要はなく、例えば加速器１１や連通管１２の内部の
メンテナンス時には、弁体１４によって連通管１２を開放し、真空容器２および加速器１
１の内部を大気開放した状態でメンテナンスを行うことができる。
【００６１】
また、加速器１１内のメンテナンス作用時には、ゲートバルブ１３の弁体１４によって
連通管１２を閉鎖させ、真空容器２内の真空を保ったまま加速器１１内部のみを大気開放
して、加速器１１内部のメンテナンスを行うことも可能である。
【００６２】
さらに、集束電極１０または輸送管１９によって高圧ボックス７から放出されたイオン
２３を加速器１１へ収容するだけでなく、高圧ボックス７およびターゲット２１に印加す
る電圧と加速器１１のイオン導入口１１ａにおける電圧との電位差によってイオン２３を
加速器１１のイオン導入口１１ａへ導入できるまで十分加速し、収束することができると
きは、集束電極１０および輸送管１９の構成を省くことができる。
【００６３】
また、上述したように高圧ボックス７は、イオンビーム２４として利用されずに拡散し
たイオン２３を内部に留め、真空容器２の内部が汚染されることを防ぐ働きがある。した
がって、ターゲット２１を真空容器２のイオン取出し口２ａの近傍に配置し、発生したイ
オン２３を拡散させずにイオン取出し口２ａを通って連通管１２内に導入できるときや、
イオン２３が容易に汚染除去できる元素であるときなどは、高圧ボックス７の構成を省く
ことができる。このとき、ターゲット２１のみに発生したイオン２３をイオン取出し口２
ａへ移動させる電圧を印加するものとする。
【００６４】
また、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放または閉鎖するだけ
でなく、真空容器２を分割可能な構成とし、真空容器２を分割して一部を取り外してメン
テナンス開口部２ｂを形成することも可能である。さらに、レーザ光源９は、真空容器２
の外部に設けられるだけでなく、真空容器２内部に設けてもよいし、集光レンズ８をレー
ザ光源９に組み込んだ構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・イオン源
２・・・真空容器
２ａ・・・イオン取出し口
２ｂ・・・メンテナンス開口部
２ｃ・・・レーザ照射窓
３・・・ステージ
４・・・ボード
５・・・ターゲット移動装置
６・・・ターゲット支持具
７・・・高圧ボックス
７ａ・・・レーザ照射孔
７ｂ・・・イオン放出孔
８・・・集光レンズ
９・・・レーザ光源
１０・・・集束電極
１１・・・加速器
１１ａ・・・イオン導入口
１２・・・連通管
１３・・・ゲートバルブ
１４・・・弁体
１５・・・メンテナンス扉
１６・・・ステージ駆動装置
１７・・・電源ケーブル
１８・・・電源
１９・・・輸送管
２０・・・集束電極移動装置
２１・・・ターゲット
２２・・・レーザ光
２３・・・イオン
２４・・・イオンビーム
３１・・・ステージ構造物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットにレーザを照射して発生したイオンを加速器で加速してイオンビ
ームを得るイオン源およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素イオンビームは、生体組織に照射すると一定の深層における組織にピークをもって
エネルギーの大部分を与え、表層組織にはエネルギーを与えない特性がある。したがって
、がん治療における炭素イオンビームを用いた重粒子線治療は、正常組織へエネルギーを
与えずにがん細胞へのみエネルギーを与えることができるため、今後のがん治療方法とし
て有望である。
【０００３】
炭素イオンビームをはじめとするイオンビームを得る方法としてレーザアブレーション
を用いたイオン源がある。この種のイオン源は、真空容器内に設けられた高圧ボックスに
収容したターゲットにレーザを照射することによってターゲットを蒸発しイオン化させる
、いわゆるレーザアブレーションによってイオンを発生させる。発生したイオンは、真空
容器のイオン取出し口を通って加速器のイオン導入口に導入され、加速器は、導入したイ
オンを加速することによってイオンビームを得る（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、発生したイオンを真空容器内で拡散させずに加速器へ導入するため、高圧ボック
スに一端を接続し、他端を加速器のイオン導入口の近傍に配置した輸送管を設け、高圧ボ
ックスから放出されたイオンを輸送管によって輸送して加速器へ導入する技術が開発され
ている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７１３５２４号公報
【特許文献２】特開平２００９−３７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載の技術は、真空容器内およ
び加速器内が常時開放して連通しているため、ターゲットの交換や真空容器内の構造物の
清掃等といった真空容器内部のメンテナンス時には、真空容器と加速器の内部の両方を大
気開放する必要がある。したがって、真空容器内部のメンテナンス後には、真空容器と加
速器の内部の両方を真空にする必要があり、特に加速器には高い真空度が要求されるため
、真空ポンプによる排気にかかる時間コストの増大を招くおそれがあった。
【０００７】
そこで本発明は、加速器内部の真空を保ちながら真空容器内部のメンテナンスをするこ
とができるイオン源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のイオン源は、開放または閉鎖することができるメ
ンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容器と、この真空容器内に設けられ、タ
ーゲットをターゲット支持具によって移動させることができるターゲット移動装置と、真
空容器内に設けられ、ターゲットを収容し、ターゲットにレーザ光を照射するレーザ光源
と、イオン導入口を有する加速器と、真空容器のイオン取出し口と加速器のイオン導入口
とを接続する連通管と、この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを
備え、メンテナンス開口部を閉鎖し、ゲートバルブによって連通管を開放し、さらに真空
容器および加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン取出し口を通って前
記連通管内を移動し、前記加速器は、前記イオン導入口から前記イオンを導入し加速する
ことを特徴とする。
【０００９】
さらに、上記目的を達成するために、本発明のイオン源の動作方法は、開放または閉鎖
することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容器内と、この真空
容器のイオン取出し口とイオン導入口とをゲートバルブを有する連通管によって接続した
加速器内を真空にする工程と、真空容器内に設けられたターゲット移動装置のターゲット
支持具に支持され、ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させる工程と、前記加速
器によってイオンをイオン導入口から導入して加速する工程と、ゲートバルブによって連
通管を閉鎖する工程と、メンテナンス開口部を開放し、加速器内の真空を保ちながら真空
容器内部のメンテナンスを行う工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、イオン源において、加速器内部の真空を保ちながら真空容器内部のメ
ンテナンスをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略横断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るイオン源の真空容器内部のメンテナンス作用を示す概略縦断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るイオン源の集束電極移動装置を新たに設けた場合を示す概略縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略横断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るイオン源の真空容器内部のメンテナンス作用を示す概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係るイオン源について図１乃至図３を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概
略横断面図である。
【００１４】
イオン源１は、真空容器２と、ステージ３と、ボード４と、ターゲット移動装置５と、
ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、レーザ光源９と、集束電極
１０と、加速装置１１と、連通管１２と、ゲートバルブ１３と、メンテナンス扉１５と、
ステージ駆動装置１６と、電源ケーブル１７と、電源１８とから構成される。また、ター
ゲット移動装置５と、ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束
電極１０はステージ構造物３１を構成する。ステージ構造物３１とは、後述するようにス
テージ３上にボード４を介して設けられ、ステージ３とともに移動することができる真空
容器２内の構造物である。
【００１５】
真空容器２は、イオン取出し口２ａと、メンテナンス開口部２ｂと、レーザ照射窓２ｃ
とを有する。真空容器２のメンテナンス開口部２ｂは、メンテナンス扉１５によって開放
または閉鎖が可能な構成とする。加速器１１は、イオン導入口１１ａを有し、真空容器２
のイオン取出し口２ａと加速器１１のイオン導入口１１ａとが連通管１２によって接続さ
れる。加速器１１は、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ
）を適用することができる。
【００１６】
ＲＦＱは、サイン関数状の波形を形成した加速電極であるベーンがシリンダ内に配置さ
れ、高周波空洞共振器を構成する。この共振器の共振周波数に等しい周波数の高周波電力
をこれらに供給すると、ベーンに高周波電圧が発生する。このとき、ベーンで囲まれた中
心部分にイオン２３を入射すると、イオン２３は高周波電圧により加速され、イオンビー
ム２４を得ることができる。
【００１７】
連通管１２には、ゲートバルブ１３が設けられる。ゲートバルブ１３は内部に弁体１４
を有し、弁体１４を移動させることによって、図１のように連通管１２を開放させ、図２
のように連通管１２を閉鎖することができる。連通管１２の開放とは、真空容器２内から
加速器１１への物質の行き来を可能とし、後述するイオン２３を真空容器２内から加速器
１１へ導入することができる状態である。また、連通管１２の閉鎖とは、真空容器２内か
ら加速器１１への物質の行き来を遮断し、真空容器２内のみまたは加速器１１内のみを真
空にすることができる状態である。
【００１８】
図１のように、弁体１４を移動させて連通管１２を開放することによって、真空ポンプ
（図示せず）によって真空容器２内および加速器１１内を連通して真空にすることができ
る。さらに、図２のように弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖することによって、加
速器１１内の真空を保ったまま真空容器２内を大気開放することができる。真空ポンプは
、真空容器２または加速器１１にのみ設けてもよいし、真空容器２および加速器１１の両
方に設けてもよい。真空ポンプを真空容器２および加速器１１の両方に設けたときは、弁
体１４によって連通管１２を閉鎖した状態においても、真空容器２内および加速器１１内
を各々独立して真空にすることができる。
【００１９】
図２のように、真空容器２の内底にステージ３が配置される。ステージ３は、上面にボ
ード４およびステージ構造物３１を設けることができる平板形状であり、後述するステー
ジ駆動措置１６によって移動することができるように下部に車輪等を設けた台車とするこ
とが望ましい。
【００２０】
ステージ３の上面にはボード４が配置される。さらに、ボード４の上面にターゲット移
動装置５と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束電極１０とが設けられ、さらにタ
ーゲット移動装置５にターゲット支持具６が接続されてステージ構造物３１を構成する。
ボード４には、後述するイオンビーム２４の発生作用に適したステージ構造物３１の位置
決めをし、ステージ構造物３１を着脱可能に固定するための治具を設けることができる。
さらに、ステージ３とボード４との間の位置調整のための治具をステージ３またはボード
４に設けてもよい。
【００２１】
さらに、ステージ３にはステージ駆動装置１６が接続される。ステージ駆動装置１６は
、ステージ３をメンテナンス開口部２ｂから真空容器２の外部へ引き出す方向へ移動させ
ることが可能である。イオンビーム２４の発生作用時には、図１のようにメンテナンス開
口部２ｂはメンテナンス扉１５によって閉鎖され、ステージ３およびステージ駆動装置１
６は真空容器２の内部に収容される。メンテナンス作用時には、図２のようにメンテナン
ス開口部２ｂはメンテナンス扉１５によって開放され、ステージ３およびステージ駆動装
置１６は真空容器２のメンテナンス開口部２ｂから真空容器２の外部へ取出される。
【００２２】
ターゲット移動装置５は、ターゲット支持具６によってターゲット２１を例えば直行２
方向に駆動することができる駆動装置である。ここで、ターゲット２１を移動させる直行
２方向は、ターゲット２１からイオン取出し口２ａへ向かう方向に直交する２方向に定め
る。ターゲット２１の移動方向は、直行２方向に限られず、ターゲット２１からイオン取
出し口２ａへ向かう方向に直交する１方向に移動させてもよいし、ターゲット２１からイ
オン取出し口２ａへ向かう方向に直交する方向へ回転させてもよい。
【００２３】
ターゲット２１は、イオンビーム２４の元となる元素からなり、例えば炭素やシリコン
を適用することができる。ターゲット２１の形状は、例えば板形状とすることができ、板
形状の一面をイオン取り出し口２ａに対向させて高圧ボックス７内に配置される。
【００２４】
高圧ボックス７は、ターゲット支持具６に支持されたターゲット２１を収容することが
できる容器形状であり、図１に示すようにレーザ光源９から集光レンズ８を介して照射さ
れるレーザ光２２をターゲット２１に照射できるレーザ照射孔７ａと、ターゲット２１か
ら発生したイオン２３をイオン取り出し口２ａ方向へ放出するイオン放出孔７ｂが形成さ
れている。さらに、高圧ボックス７およびターゲット２１には、発生したイオン２３をイ
オン取り出し口２ａ方向へ加速するための電圧が印加される。
【００２５】
また、高圧ボックス７内で発生した大部分のイオン２３は、ターゲット２１の法線方向
へ移動してイオン放出孔７ｂから放出され、イオンビーム２４として利用される。しかし
、一部のイオン２３は他の方向へ拡散する。高圧ボックス７は、拡散したイオン２３を内
部に留め、拡散したイオン２３が真空容器２内を飛散し、真空容器２および他の構造物が
イオン２３によって汚染されることを防ぐ。
【００２６】
レーザ光源９は、ＹＡＧレーザやエキシマレーザ、ＣＯ２レーザ等の高エネルギーのレ
ーザを適用することができる。レーザ光源９は、真空容器２の外部に設けられ、真空容器
２のレーザ照射窓２ｃを通して集光レンズ８にレーザ光２２を照射する。集光レンズ８は
、レーザ光源９からのレーザ光２２をレーザアブレーションに適切なスポット径に集束し
、ターゲット２１にレーザ光２２を照射する。
【００２７】
集束電極１０は、内部に電圧が印加され、高圧ボックス７のイオン放出孔７ｂから放出
されたイオン２３を集束させ加速する電極である。集束電極１０は、ボード４の上面にお
いて、高圧ボックス７のイオン放出孔７ｂとイオン取出し口２ａとに挟まれる位置におい
て設けられる。
【００２８】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。イオン源１の作用は、通常の
イオンビーム２４の発生作用と、イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナン
ス作用と、メンテナンス作用後のイオンビーム２４の発生作用に分別される。
【００２９】
まず、通常のイオンビーム２４の発生作用について説明する。イオンビーム２４の発生
作用時には、メンテナンス開口部２ｂからステージ構造物３１を設けたステージ３を真空
容器２内に収容した後、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖し、
さらにゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放する。このとき、イオ
ンビーム２４の発生に適した位置にステージ３を配置させるために真空容器２内にレール
やストッパーを設けてもよい。
【００３０】
この状態で、真空ポンプ（図示せず）によって真空容器２内および加速器１１内を真空
にする。ここで、真空とは、１０−５Ｐａ以下程度の真空度を指すものとする。なお、真
空ポンプが真空容器２および加速器１１の各々に設けられるときには、真空容器２内およ
び加速器１１内を独立して真空とした後に連通管１２を開放してもよい。さらに、高圧ボ
ックス７および集束電極１０に各々適切な電圧を印加する。
【００３１】
レーザ光源９によって、集光レンズ８を介してレーザ光２２をターゲット２１に照射す
る。ターゲット２１はレーザ光２２を照射すると、ターゲット２１が蒸発しイオン化する
、いわゆるレーザアブレーションによってイオン２３が発生する。イオン２３は、ターゲ
ット２１表面の法線方向に放出される。さらに、高圧ボックス７およびターゲット２１に
印加する電圧と集束電極１０に印加する電圧の電位差によって、イオン２３はイオン放出
孔７ｂから放出され、集束電極１０の方向へ加速される。
【００３２】
なお、イオン２３のイオン放出孔７ｂからの放出は、高圧ボックス７のイオン放出孔７
ｂの近傍に引き出し電極を新たに設け、高圧ボックス７およびターゲット２１に印加する
電圧と引き出し電極に印加する電圧の電位差によってイオン２３をイオン放出孔７ｂから
放出してもよい。
【００３３】
高圧ボックス７から放出されたイオン２３は、集束電極１０において集束され、さらに
加速される。集束電極１０において集束し加速されたイオン２３は、イオン取出し口２ａ
を通って連通管１２内を移動し、イオン導入口１１ａから加速器１１に導入される。加速
器１１は、イオン２３をさらに加速してイオンビーム２３を得る。
【００３４】
次に、イオンビーム２４の発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用について説明す
る。図２は、本発明の第１の実施形態に係るイオン源の真空容器２内部のメンテナンス作
用を示す概略縦断面図である。ここで、真空容器２内部のメンテナンスとは、ターゲット
２１の交換や真空容器２内のステージ構造物３１のメンテナンス、真空容器２の内壁の清
掃等を総称するものとする。
【００３５】
イオンビーム２４の発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用時には、ゲートバルブ
１３の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖した後に、メンテナンス扉１５によってメ
ンテナンス開口部２ｂを開放し、真空容器２内を大気開放する。
【００３６】
連通管１２を閉鎖することによって、真空容器２内と加速器１１内の真空が分断され、
さらにメンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放することによって、真
空容器２内のみが大気開放される。なお、メンテナンス開口部２ｂを開放することによっ
て真空容器２内を大気開放するだけでなく、真空容器２に設けた弁等（図示せず。）によ
って大気開放した後、メンテナンス開口部２ｂを開放してもよい。
【００３７】
電源１８は、電源ケーブル１７によってステージ駆動装置１６にステージ３およびステ
ージ構造物３１の駆動に必要な電力を供給する。ステージ駆動装置１６は、電源１８から
の電力を用いてステージ３をメンテナンス開口部２ｂから外部へ引き出す方向へ駆動する
。したがって、図２のようにメンテナンス開口部２ｂは、真空容器２の側面を底部から開
口できるように設けられ、真空容器２の底部と外部の床面とがフラットな形状となること
が望ましい。
【００３８】
ステージ駆動装置１６によってステージ３を真空容器２の外部へ引き出した後、ボード
４を取り外すことによって、ボード４に設けられるステージ構造物３１を一度に取り外す
ことが可能である。また、ステージ３を真空容器２の外部に引き出すことによって、真空
容器２内からステージ３およびステージ構造物３１は取り外されるので、真空容器２の内
壁の清掃等の真空容器２自体のメンテナンスも容易となる。
【００３９】
さらに、新たに用意したボード４とこのボード４に設けた新たなステージ構造物３１を
ステージ３に設置し、ステージ駆動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂから真空容
器２内に収容することで、既にイオンビーム２３を発生させたステージ構造物３１のメン
テナンスを行いつつ、新たなステージ構造物３１によってイオンビーム２３を発生させる
ことができる。
【００４０】
最後に、メンテナンス作用後のイオンビーム２４の発生作用について説明する。メンテ
ナンスが終了したステージ構造物３１または新たなステージ構造物３１をステージ３に設
けて真空容器２へ収容し、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖す
る。さらにゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放した後に、真空容
器２内部を真空ポンプによって真空にする。または、真空容器２に真空ポンプが設けられ
ているときには、真空容器２内部を真空ポンプによって真空にした後に連通管１２を開放
してもよい。この状態で、レーザ光源９によってレーザ光２２をターゲット２１に照射す
ることによって、上述した通常のイオンビーム２４の発生作用と同様のイオンビーム２４
を得ることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態は以下の変形が可能である。図３は、本発明の第１の実施形態に係
るイオン源の集束電極移動装置を新たに設けた場合を示す概略縦断面図である。
【００４２】
図３のように、集束電極１０を移動させることができる集束電極移動装置２０をボード
４の上面に設け、集束電極移動装置２０に集束電極１０が接続される。この場合、イオン
ビーム２４の出力や加速器１１に導入するイオン２３の集束径の調整時などに、集束電極
移動装置２０によって集束電極１０のみの位置調整が真空外から可能となる。
【００４３】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、イオンビーム２４の発生作用後にゲートバルブ１３
の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖した状態で、メンテナンス開口部２ｂを開放す
ることによって、加速器１１内の真空を保ったまま、真空容器２内部のメンテナンスを行
うことができる。さらに、ステージ３を移動させ、真空容器２内から引き出すことによっ
て真空容器２の外部でステージ構造物３１の交換や真空容器２の内壁の清掃等を容易に行
うことが可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係るイオン源について図４および図５を参照して説明
する。第１の実施形態に係るイオン源の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成
についての説明は省略する。
【００４５】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るイオン源のイオンビームの発生作用を示す概略
横断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、集束電極１０の構成を
省き、新たに輸送管１９を設けた点である。上述したステージ構造物３１の構成も、集束
電極１０に代えて輸送管１９を含めるものとする。
【００４６】
輸送管１９は、連通管１２より径の小さい円筒形状であり、高圧ボックス７のイオン放
出孔７ｂに一端を接続し、イオンビーム発生作用時において、他端が連通管１２の内部を
通って加速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するように配置される。
【００４７】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。まず、イオンビーム２３の発
生作用について説明する。イオンビーム２４の発生作用時には、まずゲートバルブ１３の
弁体１４を移動させ連通管１２を開放する。次に、メンテナンス扉１５によってメンテナ
ンス開口部２ｂを開放し、ステージ駆動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂからス
テージ３を真空容器２内へ収容し、さらに輸送管１９の他端が加速器１１のイオン導入口
１１ａの近傍に位置するまでステージ３を移動させる。
【００４８】
ステージ３の移動が完了すると、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂ
を閉鎖し、真空ポンプによって真空容器２内および加速器１１内を真空にする。なお、連
通管１２が閉鎖した状態でステージ３を真空容器２内へ収容し、メンテナンス開口部２ｂ
を閉鎖して真空容器２内および加速器１１内を独立して真空とした後に、連通管１２を開
放して輸送管１９の他端を加速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するまでステー
ジ３を移動させてもよい。
【００４９】
レーザ光源９によってレーザ光２２をターゲット２１に照射すると、発生したイオン２
３は高圧ボックス７内をターゲット２１表面の法線方向へ移動し、イオン放出孔７ｂを通
って輸送管１９内において輸送される。輸送管１９で輸送されたイオン２３は、輸送管１
９と加速器１１に印加されている電圧差によって輸送管１９の他端から引き出される際に
加速される。このようにして加速されたイオン２３は、イオン導入口１１ａを通って加速
器１１に導入され、加速器１１によってさらに加速されイオンビーム２４を得る。
【００５０】
次に、イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用について説明する
。図５は、本発明の第２の実施形態に係るイオン源の真空容器２内部のメンテナンス作用
を示す概略縦断面図である。
【００５１】
イオンビーム２４発生後の真空容器２内部のメンテナンス作用時には、まず真空容器２
内および加速器１１内を真空を保ったまま、ステージ駆動装置１６によってステージ３を
輸送管１９の他端がゲートバルブ１３の弁体１４よりも真空容器２側に位置するまで移動
させる。
【００５２】
この状態で、ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を閉鎖し、さらにメ
ンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放して加速器１１内の真空を保っ
たまま真空容器２内を大気開放する。メンテナンス開口部２ｂを開放した後、ステージ駆
動装置１６によってメンテナンス開口部２ｂからステージ３を真空容器２の外部へ引き出
す。
【００５３】
最後に、真空容器２内が大気開放され加速器１１内が真空であるときのイオンビーム２
４の発生作用について説明する。まず、メンテナンス開口部２ｂからステージ駆動装置１
６によってステージ３を真空容器２内に収容する。ステージ３を真空容器２内に収容する
と、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを閉鎖する。このとき、真空容
器２に真空ポンプが設けられるときは、真空ポンプによって真空容器２内を真空にする。
【００５４】
ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させて連通管１２を開放し、輸送管１９の他端が加
速器１１のイオン導入口１１ａの近傍に位置するまでステージ３をさらに移動させる。真
空容器２に真空ポンプが設けられないときには、加速器１１側の真空ポンプによって真空
容器２内を真空にする。この状態で、レーザ光源９からレーザ光２２を照射することによ
って、上述した実施形態と同様のイオンビーム２４を得ることができる。
【００５５】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、輸送管１９を用いることによって、集束電極１０を
用いることなく、高圧ボックス７で発生したイオン２３を周囲に拡散させることなく、加
速器１１へ導くことができる。さらに、真空容器２内を真空にしたままステージ３を移動
させ、輸送管１９を連通管１２内から引き出し、ゲートバルブ１３の弁体１４を移動させ
て連通管１２を閉鎖することによって、加速器１１内の真空を保ったまま、真空容器２内
部のメンテナンスを行うことができる。
【００５６】
なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例え
ば、ターゲット２１の材料、レーザ光源９が照射するレーザ光２２の種類や、イオンビー
ム２４の出力は、イオン源１の用途や要求されるイオンビーム２４の出力によって適宜変
更され得るものである。また、加速器１１には、上述したＲＦＱ以外にサイクロトロンや
シンクロトロン等を適用することができ、ＲＦＱの後段にさらに別の加速器１１を設けて
イオンビーム２４を得る構成とすることも可能である。
【００５７】
また、ステージ３上のボード４の上面に設けられるステージ構造物３１は、ターゲット
移動装置５と、ターゲット支持具６と、高圧ボックス７と、集光レンズ８と、集束電極１
０とから構成される場合に限られない。例えば、交換や清掃の頻度が高いターゲット移動
装置５およびターゲット支持具６ならびに高圧ボックス７のみをボード３の上に配置して
、他の集光レンズ８や集束電極１０は、真空容器２の内底に直接設けてもよい。
【００５８】
さらに、ボード４の構成を省き、ステージ３の上面にステージ構造物３１を設けてもよ
い。このとき、ステージ３をステージ駆動装置１６と着脱可能にし、ステージ３を複数用
意しておくことで、メンテナンス中に新たなステージ３とこれに設けられるステージ構造
物３１を真空容器２内に収容し、イオンビーム２４を発生させることが可能となる。また
、ステージ駆動装置１６の構成を省き、手動でステージ３を引き出す構成とすることもで
きる。
【００５９】
また、ステージ３およびボード４の構成を省き、ステージ構造物３１を真空容器２の内
底等に直接設け、ステージ構造物３１を真空容器２内に設けたまま、メンテナンス開口部
２ｂからメンテナンスを行ってもよい。このとき、ステージ構造物３１の清掃や取り外し
を容易にするためにメンテナンス開口部２ｂは、真空容器２の上面等に設けることができ
る。
【００６０】
さらに、真空容器２内のメンテナンス作用時には、必ずしもゲートバルブ１３の弁体１
４によって連通管１２を閉鎖させる必要はなく、例えば加速器１１や連通管１２の内部の
メンテナンス時には、弁体１４によって連通管１２を開放し、真空容器２および加速器１
１の内部を大気開放した状態でメンテナンスを行うことができる。
【００６１】
また、加速器１１内のメンテナンス作用時には、ゲートバルブ１３の弁体１４によって
連通管１２を閉鎖させ、真空容器２内の真空を保ったまま加速器１１内部のみを大気開放
して、加速器１１内部のメンテナンスを行うことも可能である。
【００６２】
さらに、集束電極１０または輸送管１９によって高圧ボックス７から放出されたイオン
２３を加速器１１へ収容するだけでなく、高圧ボックス７およびターゲット２１に印加す
る電圧と加速器１１のイオン導入口１１ａにおける電圧との電位差によってイオン２３を
加速器１１のイオン導入口１１ａへ導入できるまで十分加速し、収束することができると
きは、集束電極１０および輸送管１９の構成を省くことができる。
【００６３】
また、上述したように高圧ボックス７は、イオンビーム２４として利用されずに拡散し
たイオン２３を内部に留め、真空容器２の内部が汚染されることを防ぐ働きがある。した
がって、ターゲット２１を真空容器２のイオン取出し口２ａの近傍に配置し、発生したイ
オン２３を拡散させずにイオン取出し口２ａを通って連通管１２内に導入できるときや、
イオン２３が容易に汚染除去できる元素であるときなどは、高圧ボックス７の構成を省く
ことができる。このとき、ターゲット２１のみに発生したイオン２３をイオン取出し口２
ａへ移動させる電圧を印加するものとする。
【００６４】
また、メンテナンス扉１５によってメンテナンス開口部２ｂを開放または閉鎖するだけ
でなく、真空容器２を分割可能な構成とし、真空容器２を分割して一部を取り外してメン
テナンス開口部２ｂを形成することも可能である。さらに、レーザ光源９は、真空容器２
の外部に設けられるだけでなく、真空容器２内部に設けてもよいし、集光レンズ８をレー
ザ光源９に組み込んだ構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・イオン源
２・・・真空容器
２ａ・・・イオン取出し口
２ｂ・・・メンテナンス開口部
２ｃ・・・レーザ照射窓
３・・・ステージ
４・・・ボード
５・・・ターゲット移動装置
６・・・ターゲット支持具
７・・・高圧ボックス
７ａ・・・レーザ照射孔
７ｂ・・・イオン放出孔
８・・・集光レンズ
９・・・レーザ光源
１０・・・集束電極
１１・・・加速器
１１ａ・・・イオン導入口
１２・・・連通管
１３・・・ゲートバルブ
１４・・・弁体
１５・・・メンテナンス扉
１６・・・ステージ駆動装置
１７・・・電源ケーブル
１８・・・電源
１９・・・輸送管
２０・・・集束電極移動装置
２１・・・ターゲット
２２・・・レーザ光
２３・・・イオン
２４・・・イオンビーム
３１・・・ステージ構造物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放または閉鎖することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容
器と、
この真空容器内に設けられ、ターゲットを移動させるターゲット移動装置と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させるレーザ光源と、
イオン導入口を有する加速器と、
前記真空容器の前記イオン取出し口と前記加速器の前記イオン導入口を接続する連通管と
、
この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを備え、
前記メンテナンス開口部を閉鎖し、前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、さら
に前記真空容器および前記加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン取出
し口を通って前記連通管内を移動し、前記加速器は、前記イオン導入口から前記イオンを
導入し加速することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
開放または閉鎖することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容
器と、
この真空容器内に設けられ、ターゲットを移動させるターゲット移動装置と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させるレーザ光源と、
前記真空容器内に設けられ、前記ターゲット収容し、イオン放出孔を有する高圧ボックス
と、
イオン導入口を有する加速器と、
前記真空容器の前記イオン取出し口と前記加速器の前記イオン導入口を接続する連通管と
、
この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを備え、
前記メンテナンス開口部を閉鎖し、前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、さら
に前記真空容器および前記加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン放出
孔から放出され、前記イオン取出し口を通って前記連通管内を移動し、前記加速器は、前
記イオン導入口から前記イオンを導入し加速することを特徴とするイオン源。
【請求項３】
前記真空容器内にステージをさらに設け、
前記ターゲット移動装置はステージ構造物として前記ステージに設けられ、
前記メンテナンス開口部を開放し、このメンテナンス開口部から前記ステージおよび前記
ステージ構造物を前記真空容器の外部へ取出すことができることを特徴とする請求項１に
記載のイオン源。
【請求項４】
前記真空容器内にステージをさらに設け、
前記ターゲット移動装置および前記高圧ボックスはステージ構造物として前記ステージに
設けられ、
前記メンテナンス開口部を開放し、このメンテナンス開口部から前記ステージおよび前記
ステージ構造物を前記真空容器の外部へ取出すことができることを特徴とする請求項２に
記載のイオン源。
【請求項５】
前記ステージを駆動することができるステージ駆動装置をさらに備え、前記メンテナン
ス開口部を開放し、前記ステージ駆動装置によって前記ステージおよび前記ステージ構造
物を前記メンテナンス開口部から前記真空容器の外部へ引き出すことができることを特徴
とする請求項３または請求項４に記載のイオン源。
【請求項６】
前記真空容器内に設けられ、前記高圧ボックスから放出されたイオンを集束する集束電
極をさらに備え、
前記加速器は、前記連通管を介してイオン導入口部から前記集束電極によって集束された
前記イオンを導入し加速することを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載
のイオン源。
【請求項７】
前記集束電極を移動させることができる集束電極移動装置をさらに備え、
前記集束電極は、集束電極移動装置を介して前記真空容器内に設けられることを特徴とす
る請求項６に記載のイオン源。
【請求項８】
前記集束電極は、前記ステージ構造物として前記ステージに設けられることを特徴とす
る請求項６または請求項７に記載のイオン源。
【請求項９】
前記高圧ボックスに一端が接続され、一端から導入した前記イオンを輸送する輸送管を
さらに備え、
前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、前記輸送管の他端を前記加速器の前記イ
オン導入口に近接させた状態で、前記加速器は、前記高圧ボックスから放出された前記イ
オンを前記輸送管の他端を通してイオン導入口から内部に導入し加速することを特徴とす
る請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記ステージ構造物は、前記ステージに着脱可能なボードを介して設けられることを特
徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項１１】
真空容器のメンテナンス開口部を閉鎖し、前記真空容器と、加速器と、前記真空容器の
イオン取出し口と前記加速器のイオン導入口とを接続する連通管の内部を真空にする工程
と、
前記真空容器内に設けられたターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させる工程と、
前記イオンを前記イオン導入口から導入して前記加速器によって加速する工程と、
ゲートバルブによって前記連通管を閉鎖する工程と、
前記メンテナンス開口部を開放し、前記加速器内の真空を保ちながら前記真空容器内部の
メンテナンスを行う工程とを備えることを特徴とするイオン源の動作方法。
【請求項１２】
前記真空容器内に前記ターゲット移動装置および前記ターゲットならびに前記高圧ボッ
クスを収容し、前記メンテナンス開口部を閉鎖する工程と、
前記ゲートバルブによって前記連通管を開放する工程と、
前記真空容器と、前記加速器と、前記連通管の内部を真空にする工程と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させ、前記イオンを前記イオン導入口か
ら導入して前記加速器によって加速する工程とをさらに備えることを備えることを特徴と
する請求項９に記載のイオン源の動作方法。
【請求項１】
開放または閉鎖することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容
器と、
この真空容器内に設けられ、ターゲットを移動させるターゲット移動装置と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させるレーザ光源と、
イオン導入口を有する加速器と、
前記真空容器の前記イオン取出し口と前記加速器の前記イオン導入口を接続する連通管と
、
この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを備え、
前記メンテナンス開口部を閉鎖し、前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、さら
に前記真空容器および前記加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン取出
し口を通って前記連通管内を移動し、前記加速器は、前記イオン導入口から前記イオンを
導入し加速することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
開放または閉鎖することができるメンテナンス開口部とイオン取出し口を有する真空容
器と、
この真空容器内に設けられ、ターゲットを移動させるターゲット移動装置と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させるレーザ光源と、
前記真空容器内に設けられ、前記ターゲット収容し、イオン放出孔を有する高圧ボックス
と、
イオン導入口を有する加速器と、
前記真空容器の前記イオン取出し口と前記加速器の前記イオン導入口を接続する連通管と
、
この連通管を開放または閉鎖することができるゲートバルブとを備え、
前記メンテナンス開口部を閉鎖し、前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、さら
に前記真空容器および前記加速器内を真空にした状態で、前記イオンは、前記イオン放出
孔から放出され、前記イオン取出し口を通って前記連通管内を移動し、前記加速器は、前
記イオン導入口から前記イオンを導入し加速することを特徴とするイオン源。
【請求項３】
前記真空容器内にステージをさらに設け、
前記ターゲット移動装置はステージ構造物として前記ステージに設けられ、
前記メンテナンス開口部を開放し、このメンテナンス開口部から前記ステージおよび前記
ステージ構造物を前記真空容器の外部へ取出すことができることを特徴とする請求項１に
記載のイオン源。
【請求項４】
前記真空容器内にステージをさらに設け、
前記ターゲット移動装置および前記高圧ボックスはステージ構造物として前記ステージに
設けられ、
前記メンテナンス開口部を開放し、このメンテナンス開口部から前記ステージおよび前記
ステージ構造物を前記真空容器の外部へ取出すことができることを特徴とする請求項２に
記載のイオン源。
【請求項５】
前記ステージを駆動することができるステージ駆動装置をさらに備え、前記メンテナン
ス開口部を開放し、前記ステージ駆動装置によって前記ステージおよび前記ステージ構造
物を前記メンテナンス開口部から前記真空容器の外部へ引き出すことができることを特徴
とする請求項３または請求項４に記載のイオン源。
【請求項６】
前記真空容器内に設けられ、前記高圧ボックスから放出されたイオンを集束する集束電
極をさらに備え、
前記加速器は、前記連通管を介してイオン導入口部から前記集束電極によって集束された
前記イオンを導入し加速することを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載
のイオン源。
【請求項７】
前記集束電極を移動させることができる集束電極移動装置をさらに備え、
前記集束電極は、集束電極移動装置を介して前記真空容器内に設けられることを特徴とす
る請求項６に記載のイオン源。
【請求項８】
前記集束電極は、前記ステージ構造物として前記ステージに設けられることを特徴とす
る請求項６または請求項７に記載のイオン源。
【請求項９】
前記高圧ボックスに一端が接続され、一端から導入した前記イオンを輸送する輸送管を
さらに備え、
前記ゲートバルブによって前記連通管を開放し、前記輸送管の他端を前記加速器の前記イ
オン導入口に近接させた状態で、前記加速器は、前記高圧ボックスから放出された前記イ
オンを前記輸送管の他端を通してイオン導入口から内部に導入し加速することを特徴とす
る請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記ステージ構造物は、前記ステージに着脱可能なボードを介して設けられることを特
徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項に記載のイオン源。
【請求項１１】
真空容器のメンテナンス開口部を閉鎖し、前記真空容器と、加速器と、前記真空容器の
イオン取出し口と前記加速器のイオン導入口とを接続する連通管の内部を真空にする工程
と、
前記真空容器内に設けられたターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させる工程と、
前記イオンを前記イオン導入口から導入して前記加速器によって加速する工程と、
ゲートバルブによって前記連通管を閉鎖する工程と、
前記メンテナンス開口部を開放し、前記加速器内の真空を保ちながら前記真空容器内部の
メンテナンスを行う工程とを備えることを特徴とするイオン源の動作方法。
【請求項１２】
前記真空容器内に前記ターゲット移動装置および前記ターゲットならびに前記高圧ボッ
クスを収容し、前記メンテナンス開口部を閉鎖する工程と、
前記ゲートバルブによって前記連通管を開放する工程と、
前記真空容器と、前記加速器と、前記連通管の内部を真空にする工程と、
前記ターゲットにレーザ光を照射しイオンを発生させ、前記イオンを前記イオン導入口か
ら導入して前記加速器によって加速する工程とをさらに備えることを備えることを特徴と
する請求項９に記載のイオン源の動作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１２５１７（Ｐ２０１２−２１２５１７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６４２９（Ｐ２０１１−７６４２９）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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