特開 2024-72899 プラズマ生成装置、及び負イオン源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024072899

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】プラズマ生成装置、及び負イオン源装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/08 20060101AFI20240522BHJP

   H01J 27/14 20060101ALI20240522BHJP

   H05H 1/32 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

H01J37/08

H01J27/14

H05H1/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021057658

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【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】北見 尚久

(72)【発明者】

【氏名】青木 康

【テーマコード（参考）】

2G084

5C101

【Ｆターム（参考）】

2G084AA12

2G084BB25

2G084CC02

2G084CC23

2G084CC33

2G084DD12

2G084FF27

2G084FF28

2G084FF39

2G084FF40

5C101BB05

5C101DD03

5C101DD22

5C101DD25

5C101DD27

5C101DD34

(57)【要約】

【課題】磁石を交換するときに生じる不具合を低減することができるプラズマ生成装置、及び負イオン源装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成装置１は、チャンバ２の周囲を覆う複数の磁石３を保持する磁石保持部４を備える。また、磁石保持部４は、複数の磁石３を保持する複数の保持部材４Ａ，４Ｂを有する。このように、保持部材４Ａ，４Ｂは、複数の磁石３をまとめて保持することができる。そのため、磁石交換時には、保持部材４Ａ，４Ｂでまとめて、複数の磁石３を交換することができる。すなわち、磁石３を一つずつ交換する場合に比して、交換作業の回数、すなわち不具合が起き得る作業の回数を減らすことができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部でプラズマを生成するチャンバと、
前記チャンバの周囲を覆う複数の磁石と、
複数の前記磁石を保持する磁石保持部と、を備え、
前記磁石保持部は、複数の前記磁石を保持する複数の保持部材を有する、プラズマ生成装置。

【請求項2】

複数の前記保持部材は、前記チャンバの中心線周りの周方向において、並置された複数の第１保持部材を含む、請求項１に記載のプラズマ生成装置。

【請求項3】

複数の前記保持部材は、前記チャンバの中心線に沿った軸方向において、並置された複数の第２保持部材を含む、請求項１又は２に記載のプラズマ生成装置。

【請求項4】

前記磁石保持部を前記チャンバに対して位置合わせする位置合わせ機構が設けられる、請求項１～３の何れか一項に記載のプラズマ生成装置。

【請求項5】

少なくとも一つの前記保持部材は、他の前記保持部材との位置合わせを行う合わせ面を有し、
前記合わせ面には、ねじを通す少なくとも三つの孔が形成される、請求項１～４の何れか一項に記載のプラズマ生成装置。

【請求項6】

プラズマを生成するプラズマ生成装置と、
前記プラズマによって生成した負イオンを引き出す負イオン引出部と、を備える負イオン源装置であって、
前記プラズマ生成装置は、
内部でプラズマを生成するチャンバと、
前記チャンバの周囲を覆う複数の磁石と、
複数の前記磁石が取り付けられた磁石保持部と、を備え、
前記磁石保持部は、複数の前記磁石を保持する複数の保持部材を有する、負イオン源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ生成装置、及び負イオン源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、チャンバ内でプラズマを生成するプラズマ生成装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。このプラズマ生成装置は、内部でプラズマを生成するチャンバと、チャンバの周囲を覆う複数の磁石と、を備える。複数の磁石がチャンバの周囲を覆うように配置されることで、チャンバ内で生成されたプラズマをチャンバに閉じ込める磁場を発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１６１２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、従来のプラズマ生成装置では、一つ一つの磁石について、チャンバの外周に取り付ける作業が行われていた。しかしながら、プラズマ生成装置に用いられる磁石は非常に強力である。そのため、磁石の交換時などに、磁石同士の間で生じる吸引力、又は反発によって、磁石の破損、その他不具合が生じる場合がある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁石を交換するときに生じる不具合を低減することができるプラズマ生成装置、及び負イオン源装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るプラズマ生成装置は、内部でプラズマを生成するチャンバと、チャンバの周囲を覆う複数の磁石と、複数の磁石を保持する磁石保持部と、を備え、磁石保持部は、複数の磁石を保持する複数の保持部材を有する。

【0007】

このプラズマ生成装置は、チャンバの周囲を覆う複数の磁石を保持する磁石保持部を備える。また、磁石保持部は、複数の磁石を保持する複数の保持部材を有する。このように、保持部材は、複数の磁石をまとめて保持することができる。そのため、磁石交換時には、保持部材でまとめて、複数の磁石を交換することができる。すなわち、磁石を一つずつ交換する場合に比して、交換作業の回数、すなわち不具合が起き得る作業の回数を減らすことができる。そのため、磁石を交換するときに生じる不具合を低減することができる。

【0008】

複数の保持部材は、チャンバの中心線周りの周方向において、並置された複数の第１保持部材を含んでよい。また、複数の前記保持部材は、チャンバの中心線に沿った軸方向において、並置された複数の第２保持部材を含んでよい。

【0009】

プラズマ生成装置には、磁石保持部をチャンバに対して位置合わせする位置合わせ機構が設けられてよい。この場合、磁石の交換時に、磁石保持部のチャンバに対する位置決めの精度を向上することができる。

【0010】

少なくとも一つの保持部材は、他の保持部材との位置合わせを行う合わせ面を有し、合わせ面には、ねじを通す少なくとも三つの孔が形成されてよい。この場合、二つの孔を保持部材同士をねじで締め付けるために用いる一方、残りの孔をねじを挿入して他方の保持部材との間の距離を維持するために用いることができる。この場合、保持部材同士を接合するときに、磁石の磁力による急激な移動を抑制しながら、安全な距離を確保しながら保持部材同士の接合を行うことができる。

【0011】

本発明に係る負イオン源装置は、プラズマを生成するプラズマ生成装置と、プラズマによって生成した負イオンを引き出す負イオン引出部と、を備える負イオン源装置であって、プラズマ生成装置は、内部でプラズマを生成するチャンバと、チャンバの周囲を覆う複数の磁石と、複数の磁石が取り付けられた磁石保持部と、を備え、磁石保持部は、複数の磁石を保持する複数の保持部材を有する。

【0012】

この負イオン源装置によれば、上述のプラズマ生成装置と同趣旨の作用・効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、磁石を交換するときに生じる不具合を低減することができるプラズマ生成装置、及び負イオン源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る負イオン源装置、及びプラズマ生成装置の構成を示す断面図である。

【図2】軸方向における真空ボックス側から見たときの磁石保持部の構造を示す概略図である。

【図3】軸方向と直交する方向から見たときの磁石保持部の概略断面図である。

【図4】保持部材のフランジ部の詳細な構成を示す拡大断面図である。

【図5】位置合わせ機構を示す拡大断面図である。

【図6】変形例に係るプラズマ生成装置の磁石保持部を示す概略図である。

【図7】変形例に係るプラズマ生成装置の磁石保持部を示す概略図である。

【図8】変形例に係るプラズマ生成装置の磁石保持部を示す概略図である。

【図9】変形例に係るプラズマ生成装置の磁石保持部を示す概略図である。

【図10】変形例に係るプラズマ生成装置の磁石保持部を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0016】

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る負イオン源装置１００、及びプラズマ生成装置１の構成について説明する。負イオン源装置１００は、プラズマ生成装置１と、負イオン引出部１１０と、を備える。

【0017】

プラズマ生成装置１は、チャンバ２の内部でプラズマを生成すると共に、プラズマによって負イオンを生成する装置である。プラズマ生成装置１は、チャンバ２と、複数の磁石３と、磁石保持部４と、プラズマ生成部６と、セシウム導入部７と、を有する。

【0018】

チャンバ２は、円筒状を呈する本体部１０と、本体部１０の一端側に設けられた蓋部１１とを有する。チャンバ２は、中心線ＣＬを基準とした円筒形状を有する。なお、中心線ＣＬに沿った方向、すなわち中心線ＣＬが延びる方向を軸方向Ｄ１とする。また、中心線ＣＬ周りの方向を周方向Ｄ２と称する。また、中心線ＣＬと直交する方向において、当該中心線ＣＬから遠ざかる側を「外周側」と称し、中心線ＣＬへ近づく側を「内周側」と称することがある。本体部１０は、チャンバ２の側壁をなしている。本体部１０の軸方向Ｄ１における両端には、中心線ＣＬに対する外周側へ向けて突出するフランジ部１２，１３がそれぞれ設けられている。蓋部１１は、本体部１０の軸方向Ｄ１の一端側に位置するフランジ部１３に着脱自在に取り付けられており、本体部１０の軸方向Ｄ１の一端を開放又は閉塞する。チャンバ２は、絶縁フランジ１０６を介して連結された真空ボックス１０４と連通している。そして、この真空ボックス１０４には真空ポンプ（不図示）が接続されている。従って、チャンバ２、真空ボックス１０４、真空ポンプの流れでチャンバ２、真空ボックス１０４の内部が真空引きされる。

【0019】

磁石３は、チャンバ２内で生成されたプラズマをチャンバ２に閉じ込める機能を有する。磁石３は、本体部１０の外周面側に複数配置されている。より詳しくは、磁石３は、本体部１０の外周面とは離間した状態でチャンバ２の外周側に位置する。一つあたりの磁石３は、チャンバ２のフランジ部１２，１３間において、軸方向Ｄ１に延びるように設けられている。磁石３と本体部１０の外周面との間、または本体部１０の内部には、図示しない冷却機構が設けられている。磁石３及び本体部１０の壁部の少なくとも一方を冷却するために、当該冷却路内には水などの冷媒が循環される。

【0020】

ここで、図２は、軸方向Ｄ１における真空ボックス１０４側から見たときの磁石保持部４の構造を示す概略図である。なお、図２では、本体部１０の断面が示されている。図２（ａ）に示すように、複数の磁石３が、チャンバ２の本体部１０を囲むように、周方向Ｄ２に互いに所定ピッチの間隔を空けた状態で配列される（図２（ａ）参照）。複数の磁石３として、互いに極性の向きが異なる複数の磁石３Ａ，３Ｂが配置される。例えば、磁石３Ａは、内周側の端部３ＡａがＮ極であり、外周側の端部３ＡｂがＳ極である。一方、磁石３Ｂは、内周側の端部３ＢａがＳ極であり、外周側の端部３ＢｂがＮ極である。磁石３Ａと磁石３Ｂとは、周方向Ｄ２において互い違いとなるように配置される。なお、一つ当たりの磁石３Ａ，３Ｂは、軸方向Ｄ１において、複数個の永久磁石を積層することによって構成されてよい。このように、複数の磁石３Ａ，３Ｂが周方向Ｄ２に交互に配置されることで、チャンバ２内で生成されたプラズマをチャンバ２に閉じ込めることができる磁場を発生することができる。これにより、磁石３Ａ，３Ｂは、チャンバ２内のプラズマの密度を上げることができる。

【0021】

磁石保持部４は、上述のような配置となるように複数の磁石３を保持する。磁石保持部４は、本体部２１と、フランジ部２２（図１参照）と、を備える。本体部２１は、中心線ＣＬを基準とした円筒形状を有する。本体部２１は、本体部１０は、チャンバ２の本体部１０と外周側の位置で対向するような側壁をなしている。本体部２１の内周面には、上述のように配置された複数の磁石３Ａ，３Ｂが取り付けられる。

【0022】

図１に示すように、フランジ部２２は、本体部１０の軸方向Ｄ１における一端側（蓋部１１側）において、中心線ＣＬに対する外周側へ向けて突出するように設けられる。フランジ部２２は、チャンバ２のフランジ部１３に接合される。本体部１０の軸方向Ｄ１における他端側（真空ボックス１０４側）の端部は、チャンバ２のフランジ部１２の位置まで延びている。フランジ部２２は、チャンバ２の他端側、プラズマ電極１１６側にあってもよい。

【0023】

プラズマ生成部６は、本体部６ａと、本体部６ａの端面から外方（チャンバ２の他端側、プラズマ電極１１６側）に延びる一対のフィラメント６ｂとを有する。本体部６ａは、蓋部１１の内壁面に取り付けられている。本体部６ａには、図示しない直流電源が接続されている。当該直流電源は、フィラメント６ｂに電圧及び電流を印加し、フィラメント６ｂを発熱させると共に、フィラメント６ｂとチャンバ２（本体部１０）との間に電位差を生じさせる。

【0024】

セシウム導入部７は、蓋部１１を貫通するように蓋部１１に設けられている。セシウム導入部７の先端は、チャンバ２内に位置している。セシウム導入部７には、促進物質供給部としてのセシウム供給源１４が接続されており、本実施形態では、セシウムが気体（蒸気）の状態でチャンバ２に供給される。

【0025】

負イオン引出部１１０は、プラズマ生成装置１のプラズマによって生成した負イオンをチャンバ２の外部へ引き出すユニットである。負イオン引出部１１０は、プラズマ電極１１６と、真空ボックス１０４と、を備える。

【0026】

プラズマ電極１１６は、本体部１０の他端側に位置するフランジ部１３に設けられた絶縁フランジ１２０と、真空ボックス１０４側の絶縁フランジ１０６との間に配置されている。プラズマ電極１１６は、電圧が可変の電源（図示せず）に接続されている。当該電源を制御してプラズマ電極１１６に印加される電圧の大きさを制御することにより、チャンバ２内のプラズマ分布を制御し、チャンバ２から引き出される負イオンの量を制御する。プラズマ電極１１６は、チャンバ２内で生成された負イオンをチャンバ２外（本実施形態では真空ボックス１０４側）に引き出すことが可能な貫通孔１１６ａを有している。プラズマ電極１１６は、プラズマからの入熱により、例えば２５０℃程度に発熱する。

【0027】

プラズマ電極１１６の近傍には、ガス供給源１２２に接続された配管１１６ｂが設けられている。すなわち、配管１１６ｂは、チャンバ２の他端側に位置している。ガス供給源１２２は、原料ガス源（水素ガス源）及び不活性ガス源（アルゴンガス源）を含む。すなわち、ガス供給源１２２の原料ガスや不活性ガスは、配管１１６ｂを通じて本体部１０の他端側からチャンバ２内に供給される。

【0028】

真空ボックス１０４は、チャンバ２のうち負イオンビームが引き出される下流側（チャンバ２の他端側）に位置している。真空ボックス１０４は、チャンバ１０８と同様に、内部を真空状態に保持可能である。真空ボックス１０４内には、引出電極等の電極１２４、負イオンビームのビーム量を計測するファラデーカップ（図示せず）、負イオンビームの軌道を変化させるステアリングコイル（図示せず）等が配置されている。

【0029】

上記の負イオン源装置１００において、負イオンを生成する際には、まずチャンバ２及び真空ボックス１０４内を真空ポンプにより真空引きする。次に、ガス供給源１２２により原料ガス（水素ガス）をチャンバ２内に供給すると共に、セシウム供給源１４により促進物質（セシウムガス）をチャンバ２内に供給する。セシウム供給源１４によるセシウムの供給量は、引き出したい負イオンビームのビーム量に応じて調整してもよい。セシウムが付着した物質の表面においては仕事関数が低下するので、セシウムは、負イオンの生成を促進する機能を有する。

【0030】

次に、プラズマ生成部６に電流を流し、プラズマ生成部６とチャンバ２との間に電圧が印加される。電流が流れることにより加熱されたフィラメント６ｂとチャンバ２との間に電圧が印加されることにより、フィラメント６ｂからチャンバ２へ熱電子が放出され、アーク放電が起きる。当該熱電子は、チャンバ２内に充満している水素ガスと衝突して電子を弾き出し、当該水素ガスをプラズマ化させる。

【0031】

プラズマ中に存在する電子のうち高速電子と低速電子とが、磁石によって弁別される。低速電子又はプラズマ電極１１６表面の電子と、プラズマ中の水素分子、水素原子、又は水素イオンと、が反応することにより、負イオンが生成される。こうして生成された負イオンは、プラズマ電極１１６の開口部を通じてチャンバ２の外に引き出され、真空ボックス１０４を介して外部の機器（例えばサイクロトロンなどの加速器）へ照射される。

【0032】

次に、図２及び図３を参照して、プラズマ生成装置１の磁石保持部４の構成について更に詳細に説明する。図３は、軸方向Ｄ１と直交する方向から見たときの磁石保持部４の概略断面図である。なお、図３では、チャンバ２は切断されていない状態が示されている。図２（ａ）及び図３（ａ）は、チャンバ２への取付完了状態の保持部材４Ａ，４Ｂを示す。図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、保持部材４Ｂをチャンバ２に取り付けるときの状態を示す。

【0033】

図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、磁石保持部４は、複数（ここでは二つ）の保持部材４Ａ，４Ｂ（第１保持部材）を有する。磁石保持部４は、複数（ここでは二つ）の保持部材４Ａ，４Ｂに分割されている。磁石保持部４は、周方向Ｄ２において、並置された二つの保持部材４Ａ，４Ｂを含む。磁石保持部４は、周方向Ｄ２において、二つの保持部材４Ａ，４Ｂに分割されている。保持部材４Ａ及び保持部材４Ｂは、円筒状の磁石保持部４を半割りした形状を有する。すなわち、保持部材４Ａ，４Ｂは、軸方向Ｄ１から見て１８０°の円弧を描くような形状を有する。保持部材４Ａ，４Ｂは、それぞれ半割状態の本体部２１、及び半割状態のフランジ部２２を有する。

【0034】

図２（ａ）に示すように、保持部材４Ａ，４Ｂの周方向Ｄ２における一方側の端部には、外周側へ突出する合わせフランジ部２４が形成される。合わせフランジ部２４は、軸方向Ｄ１に延びるように平板状に構成される（図３（ａ）参照）。保持部材４Ａ，４Ｂの周方向Ｄ２における他方の端部には、外周側へ突出する合わせフランジ部２６が形成される。

【0035】

保持部材４Ａは、保持部材４Ｂとの位置合わせを行う合わせ面４Ａａ，４Ａｂを有する。合わせ面４Ａａは、保持部材４Ａの周方向Ｄ２における一方側に設けられる。合わせ面４Ａｂは、保持部材４Ａの周方向Ｄ２における他方側に設けられる。また、保持部材４Ｂは、保持部材４Ａとの位置合わせを行う合わせ面４Ｂａ，４Ｂｂを有する。合わせ面４Ｂａは、保持部材４Ｂの周方向Ｄ２における一方側に設けられる。合わせ面４Ｂｂは、保持部材４Ｂの周方向Ｄ２における他方側に設けられる。組付状態では、合わせ面４Ａａと合わせ面４Ｂａとが互いに面接触した状態で接合されると共に、合わせ面４Ａｂと合わせ面４Ｂｂとが互いに面接触した状態で接合される。

【0036】

具体的には、保持部材４Ａの本体部１０の周方向Ｄ２における一方側の端面、及び合わせフランジ部２４の主面によって合わせ面４Ａａが構成される。保持部材４Ｂの本体部１０の周方向Ｄ２における一方側の端面、及び合わせフランジ部２４の主面によって合わせ面４Ｂａが構成される。保持部材４Ａの本体部１０の周方向Ｄ２における他方側の端面、及び合わせフランジ部２６の主面によって合わせ面４Ａｂが構成される。保持部材４Ｂの本体部１０の周方向Ｄ２における他方側の端面、及び合わせフランジ部２６の主面によって合わせ面４Ｂｂが構成される。

【0037】

図３（ｂ）に示すように、保持部材４Ａ，４Ｂの取付を行うとき、チャンバ２の本体部１０には、フランジ部１２及びフランジ部１３が両方とも溶接等によって固定された状態である。従って、保持部材４Ａ，４Ｂは、一つずつ外周側からチャンバ２に取り付けられる。まず、保持部材４Ａを外周側からチャンバ２へ近接させ、フランジ部１２とフランジ部１３との間に嵌め込む。そして、チャンバ２の本体部１０の周方向Ｄ２における半分の領域を覆うように、保持部材４Ａをチャンバ２に取り付ける。これにより、図２（ｂ）に示す状態となる。次に、保持部材４Ｂを外周側からチャンバ２へ近接させ、フランジ部１２とフランジ部１３との間に嵌め込む。保持部材４Ｂは、保持部材４Ａとはチャンバ２を挟んで反対側から嵌め込まれる。そして、チャンバ２の本体部１０の周方向Ｄ２における残り半分の領域を覆うように、保持部材４Ａをチャンバ２に取り付ける。これにより、図２（ａ）に示すように、チャンバ２に磁石保持部４が取り付けられた状態となる。

【0038】

ここで、図４を参照して、保持部材４Ａ，４Ｂの合わせフランジ部２６の詳細な構成について説明する。なお、フランジ部２４は、合わせフランジ部２６と同趣旨の構成を有する。図４（ａ）に示すように、合わせ面４Ａｂには、ねじ３１を通す三つの孔３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが形成される。孔３２Ａと孔３２Ｂは、互いに離間するように配置されている。孔３２Ｃは、孔３２Ａと孔３２Ｂとの間に配置される。また、合わせ面４Ｂｂには、孔３３Ａ，３３Ｂが形成される。

【0039】

合わせ面４Ｂｂの孔３３Ａは、合わせ面４Ａｂの孔３２Ａと対向する位置に形成される。これにより、孔３２Ａ，３３Ａにはねじ３１Ａが挿入可能となる。ここで、孔３２Ａはねじ３１Ａを挿通させる通し孔である。孔３３Ａは、ねじ３１Ａを締結可能なタップ孔である。合わせ面４Ｂｂの孔３３Ｂは、合わせ面４Ａｂの孔３２Ｂと対向する位置に形成される。これにより、孔３２Ｂ，３３Ｂにはねじ３１Ｂが挿入可能となる。ここで、孔３２Ｂはねじ３１Ｂを挿通させる通し孔である。孔３３Ｂは、ねじ３１Ｂを締結可能なタップ孔である。

【0040】

合わせ面４Ｂｂのうち、合わせ面４Ａｂの孔３２Ｃと対向する位置には孔は設けられていない。孔３２Ｃはねじ３１Ｃを締結可能なタップ孔である。孔３２Ｃに締結されたねじ３１Ｃは、孔３２Ｃを貫通して、孔３２Ｃに対する締め付け量を増加させたら、合わせ面４Ｂｂと当接する。

【0041】

例えば、ねじ３１Ｃを孔３２Ｃからある程度突出させておく。このとき、ねじ３１Ｃの先端は、合わせ面４Ｂｂから離間させておく。この状態で、ねじ３１Ａ，３１Ｂを孔３２Ａ，３２Ｂに挿入する。孔３２Ａ，３２Ｂを通過したねじ３１Ａ，３１Ｂは、合わせ面４Ｂｂの孔３３Ａ，３３Ｂに締結される。ねじ３１Ａ，３１Ｂの孔３３Ａ，３３Ｂに対する締め付け量を増加させると、合わせ面４Ａｂが合わせ面４Ｂｂに近付く。合わせ面４Ａｂが、合わせ面４Ｂｂにある程度近付くと、ねじ３１Ｃの先端部が合わせ面４Ｂｂに接触する。これにより、図４（ｂ）に示すように、合わせ面４Ａｂと合わせ面４Ｂｂの距離が維持される。ねじ３１Ｃの孔３２Ｃに対する締め付け量を減らすと、ねじ３１Ｃの先端が、合わせ面４Ｂｂから離間する。次に、ねじ３１Ａ，３１Ｂの孔３３Ａ，３３Ｂに対する締め付け量を増加させると、合わせ面４Ａｂが合わせ面４Ｂｂに近付く。このように、ねじ３１Ｃを緩める動作と、ねじ３１Ａ，３１Ｂを締める動作を交互に繰り返すことで、合わせ面４Ａｂが合わせ面４Ｂｂに徐々に近付いていく。そして、図４（ｃ）に示すように、ねじ３１Ｃが合わせ面４Ａｂから突出しないようにした状態で、ねじ３１Ａ，３１Ｂの孔３３Ａ，３３Ｂに対する締め付け量を増加させると、合わせ面４Ａｂが合わせ面４Ｂｂに面接触する。これにより、保持部材４Ａと保持部材４Ｂとの位置合わせが完了する。なお、位置合わせ用に、合わせ面４Ａａと合わせ面４Ｂａとの間にスペーサ（非磁性体、例えばアルミなど）を挟んでもよい。合わせ面４Ａｂと合わせ面４Ｂｂとの間も同様である。

【0042】

図５に示すように、プラズマ生成装置１には、磁石保持部４をチャンバ２に対して位置合わせする位置合わせ機構４０が設けられる。位置合わせ機構４０は、ねじ止め構造４１と、嵌合構造４２と、を有している。ねじ止め構造４１は、磁石保持部４のフランジ部２２と、チャンバ２のフランジ部１３とをねじ４４でねじ止めすることで、磁石保持部４とチャンバ２との周方向Ｄ２の位相を位置合わせすることができる。フランジ部２２にはねじ４４を挿通させる通し孔である孔４６が形成され、フランジ部１３にはねじ４４を締結させるタップ孔である孔４７が形成される。そのため、図５（ｂ）に示すように、ねじ４４を孔４６に挿入して孔４７に締結することで、磁石保持部４とチャンバ２との周方向Ｄ２への移動を規制することができる。以上より、ねじ止め構造４１は、磁石保持部４をチャンバ２に対して位置合わせすることができる。

【0043】

嵌合構造４２は、磁石保持部４のフランジ部２２と、チャンバ２のフランジ部１３とを突出部と溝部とを嵌合させることで、磁石保持部４とチャンバ２との周方向Ｄ２の位相を位置合わせすることができる。フランジ部２２にはフランジ部１３側へ突出する突出部４８が形成され、フランジ部１３には溝部４９が形成される。そのため、図５（ｂ）に示すように、突出部４８を溝部４９に嵌合させることで、磁石保持部４とチャンバ２との周方向Ｄ２への移動を規制することができる。以上より、嵌合構造４２は、磁石保持部４をチャンバ２に対して位置合わせすることができる。

【0044】

次に、本実施形態に係るプラズマ生成装置１の作用・効果について説明する。

【0045】

プラズマ生成装置１は、チャンバ２の周囲を覆う複数の磁石３を保持する磁石保持部４を備える。また、磁石保持部４は、複数の磁石３を保持する複数の保持部材４Ａ，４Ｂを有する。このように、保持部材４Ａ，４Ｂは、複数の磁石３をまとめて保持することができる。そのため、磁石交換時には、保持部材４Ａ，４Ｂでまとめて、複数の磁石３を交換することができる。すなわち、磁石３を一つずつ交換する場合に比して、交換作業の回数、すなわち不具合が起き得る作業の回数を減らすことができる。そのため、磁石３を交換するときに生じる不具合を低減することができる。

【0046】

磁石保持部４は、チャンバ２の中心線ＣＬ周りの周方向Ｄ２において、並置された複数の保持部材４Ａ，４Ｂを含んでよい。この場合、前述のように、チャンバ２の両端にフランジ部１２，１３が形成されたままの状態にて、保持部材４Ａ，４Ｂを取り付けることができる。このようなチャンバ２は、溶接ないしはロー付けで真空シールされている。このようなシールは、Ｏリングなどの真空シールより、真空性が良く、耐熱性が高い。このように、チャンバ２における真空性、及び耐熱性を向上することができる。

【0047】

プラズマ生成装置１には、磁石保持部４をチャンバ２に対して位置合わせする位置合わせ機構４０が設けられてよい。この場合、磁石３の交換時に、磁石保持部４のチャンバ２に対する位置決めの精度を向上することができる。

【0048】

一つの保持部材４Ａは、他の保持部材４Ｂとの位置合わせを行う合わせ面４Ａａ，４Ａｂを有し、合わせ面４Ａａ，４Ａｂには、ねじ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを通す少なくとも三つの孔３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが形成されてよい。この場合、二つの孔３２Ａ，３２Ｂを保持部材４Ａ，４Ｂ同士をねじ３１Ａ，３１Ｂで締め付けるために用いる一方、残りの孔３２Ｃをねじ３１Ｃを挿入して他方の保持部材４Ｂとの間の距離を維持するために用いることができる。この場合、保持部材４Ａ，４Ｂ同士を接合するときに、磁石３の磁力による急激な移動を抑制しながら、安全な距離を確保しながら保持部材４Ａ，４Ｂ同士の接合を行うことができる。

【0049】

本実施形態に係る負イオン源装置１００は、プラズマを生成するプラズマ生成装置１と、プラズマによって生成した負イオンを引き出す負イオン引出部１１０と、を備える負イオン源装置１００であって、プラズマ生成装置１は、内部でプラズマを生成するチャンバ２と、チャンバ２の周囲を覆う複数の磁石３と、複数の磁石３が取り付けられた磁石保持部４と、を備え、磁石保持部は、複数の磁石３を保持する複数の保持部材４Ａ，４Ｂを有する。

【0050】

この負イオン源装置１００によれば、上述のプラズマ生成装置１と同趣旨の作用・効果を得ることができる。

【0051】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0052】

上記実施形態において磁石保持部は、複数の保持部材に分割されているが、保持部材を製造する工程において、一つの部材を複数の部材へと分割する工程を経ていることを必要とするものではない。

【0053】

例えば、図６に示すように、磁石保持部６４は、軸方向Ｄ１において、並置された複数の保持部材６４Ａ，６４Ｂ（第２保持部材）を含んでよい。すなわち、磁石保持部６４は、軸方向Ｄ１において、複数の保持部材６４Ａ，６４Ｂに分割されてよい。

【0054】

この場合、図６（ａ）に示すように、フランジ部１２が取り外された状態のチャンバ２の本体部１０に対して、保持部材６４Ａ及び保持部材６４Ｂを軸方向Ｄ１に沿って一つずつ取り付けることができる。次に、チャンバ２の本体部１０に対する保持部材６４Ａ，６４Ｂの取り付けが完了すると、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、フランジ部１２を本体部１０に固定する。このとき、本体部１０とフランジ部１２との間は軸シールなどで真空シールがなされてもよい。Ｏリングなどを用いて軸シールを行う場合、溶接ないしはロー付けの工程が無くなるため、製作コストを下げることができる。

【0055】

上述の図３に示す実施形態では、半割の保持部材４Ａ，４Ｂをチャンバ２に取り付ける場合、チャンバ２に対して周方向から保持部材４Ａ，４Ｂを取り付けていた。これに代えて、図７に示すように、チャンバ２の本体部１０に対して半割の保持部材４Ａ，４Ｂを軸方向Ｄ１から取り付けてもよい。まず、図７（ａ）に示すように、一方の保持部材４Ａをチャンバ２の本体部１０に対して取り付ける。次に、図７（ｂ）（ｃ）に示すように、他方の保持部材４Ｂをチャンバ２の本体部１０に対して取り付ける。

【0056】

図８に示すように、磁場分布を変えるために、配列パターンが異なる磁石７３Ａと磁石７３Ｂとを備える構成を採用してもよい。例えば、磁石７３Ａをマルチカスプ磁場を形成するための磁石とし、磁石７３Ｂをフィルター磁場を形成するための磁石としてよい。なお、図８（ｃ）に示される磁石７３Ａ，７３Ｂは、個数が限定されないように、磁石が設けられる範囲を示している。また、磁石保持部７４は、軸方向Ｄ１及び周方向Ｄ２でそれぞれ分割されてよい。具体的に、磁石保持部７４は、半割の保持部材７４Ａ（第１保持部材）を有している。また、磁石保持部７４は、９０°ピッチで分割された保持部材７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ，７４Ｅを有している。保持部材７４Ｂ，７４Ｃ（第１保持部材、第２保持部材）は、軸方向Ｄ１における下段側に取り付けられる。また、保持部材７４Ｄ，７４Ｅは、軸方向Ｄ１における上段側に取付られる。上段側の保持部材７４Ｄ，７４Ｅは、配列パターンが異なる磁石７３Ｂを保持している。半割の保持部材７４Ａ、及び下段側の保持部材７４Ｂ，７４Ｃは、磁石７３Ａを保持している。これにより、軸方向Ｄ１における下段側では、周方向Ｄ２の全周に磁石７３Ａが配置される。軸方向Ｄ１における上段側では、周方向Ｄ２の半分の領域に磁石７３Ａが配置され、残りの半分の領域に磁石７３Ｂが配置される。

【0057】

また、分割態様は図８に示すものに限定されず、図９に示すような構成を採用してもよい。磁石保持部７４は、軸方向Ｄ１における下段側に取り付けられる保持部材７４Ｆ（第２保持部材）と、軸方向Ｄ１における上段側に取り付けられる保持部材７４Ｇ，７４Ｈ，７４Ｉ，７４Ｊ（第１保持部材、第２保持部材）と、を有している。下段側の保持部材７４Ｆは、周方向Ｄ２の全周にわたってチャンバ２を取り囲む。保持部材７４Ｆは、周方向Ｄ２の全周にわたって磁石７３Ａを保持している。上段側の保持部材７４Ｇ，７４Ｈ，７４Ｉ，７４Ｊは、周方向Ｄ２に９０°ピッチで分割されている。保持部材７４Ｇ，７４Ｈ，７４Ｉ，７４Ｊは、それぞれ磁石７３Ａ，７３Ｂ，７３Ａ，７３Ｂを交互に保持している。これにより、軸方向Ｄ１における下段側では、周方向Ｄ２の全周に磁石７３Ａが配置される。軸方向Ｄ１における上段側では、周方向Ｄ２の２／４の領域に磁石７３Ａが配置され、残りの２／４の領域に磁石７３Ｂが配置される。これにより、保持部材７４Ｈの磁石７３Ｂと保持部材７４Ｊの磁石７３Ｂとの間で、一方向への磁場を作ることが可能となる。なお、分割数や分割態様は図８及び図９に示すものに限定されず、適宜変更してよい。

【0058】

また、磁石保持部を周方向Ｄ２において２つよりも大きな数にて分割してもよい。例えば、図１０に示すように、磁石保持部８４は、周方向Ｄ２に５つの保持部材８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅに分割されてよい。また、磁石保持部を周方向Ｄ２に分割するときに、各保持部材は、必ずしも等角度で分割されていなくともよい。例えば、磁石保持部は、２７０°に相当する保持部材と、９０°に相当する保持部材とに分割されてもよい。この場合、２７０°の保持部材を先にチャンバ２に取り付け、次に、９０°の保持部材をチャンバ２に取り付けてよい。この場合、９０°の保持部材は磁石の数が少ないため、磁力の影響を小さくした状態で、チャンバ２に取り付けることができる。

【符号の説明】

【0059】

１…プラズマ生成装置、２…チャンバ、３…磁石、４，６４，７４，８４…磁石保持部、４Ａ，４Ｂ，６４Ａ，６４Ｂ，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄ，７４Ｅ，８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃ，８４Ｄ，８４Ｅ…保持部材、４０…位置合わせ機構、１００…負イオン源装置、１１０…負イオン引出部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】