WO2022210288A1 - プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法 - Google Patents

プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022210288A1
WO2022210288A1 PCT/JP2022/014099 JP2022014099W WO2022210288A1 WO 2022210288 A1 WO2022210288 A1 WO 2022210288A1 JP 2022014099 W JP2022014099 W JP 2022014099W WO 2022210288 A1 WO2022210288 A1 WO 2022210288A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
magnets
plasma
magnet
holding members
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/014099
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
尚久 北見
康 青木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Publication of WO2022210288A1 publication Critical patent/WO2022210288A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc

Definitions

  • This plasma generator includes a magnet holder that holds a plurality of magnets that surround the chamber. Also, the magnet holder has a plurality of holding members that hold a plurality of magnets. Thus, the holding member can collectively hold a plurality of magnets. Therefore, when exchanging magnets, a plurality of magnets can be exchanged collectively by the holding member. That is, compared to the case of replacing magnets one by one, the number of times of replacement work, that is, the number of times of work in which problems may occur can be reduced. Therefore, it is possible to reduce problems that occur when exchanging magnets.
  • the plasma generator may be provided with an alignment mechanism that aligns the magnet holder with respect to the chamber. In this case, it is possible to improve the positioning accuracy of the magnet holder with respect to the chamber when replacing the magnet.
  • At least one holding member has a mating surface for alignment with another holding member, and at least three holes through which screws are passed may be formed in the mating surface.
  • two holes can be used for screwing the retaining members together, while the remaining holes can be used for inserting screws to maintain the distance between the other retaining members.
  • a negative ion source device is a negative ion source device that includes a plasma generation device that generates plasma and a negative ion extractor that extracts negative ions generated by the plasma, wherein the plasma generation device is internally A plasma generating chamber, a plurality of magnets surrounding the chamber, and a magnet holding section to which the plurality of magnets are attached, the magnet holding section having a plurality of holding members holding the plurality of magnets.
  • a plurality of holding members that are detachable around a chamber that internally generates plasma and can hold a plurality of magnets are used to determine the mounting positions of the plurality of magnets with respect to the chamber. to adjust.
  • a plurality of magnets may be collectively exchanged using a holding member.
  • a plurality of magnets can be exchanged collectively by the holding member. That is, compared to the case of replacing magnets one by one, the number of times of replacement work, that is, the number of times of work in which problems may occur can be reduced. Therefore, it is possible to reduce problems that occur when exchanging magnets.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing configurations of a negative ion source device and a plasma generation device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the magnet holder when viewed from the vacuum box side in the axial direction
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the magnet holder when viewed from a direction perpendicular to the axial direction
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the detailed configuration of the flange portion of the holding member
  • 4 is an enlarged cross-sectional view showing an alignment mechanism
  • FIG. It is the schematic which shows the magnet holding
  • the negative ion source device 100 includes a plasma generator 1 and a negative ion extractor 110 .
  • the chamber 2 has a cylindrical body portion 10 and a lid portion 11 provided on one end side of the body portion 10 .
  • the chamber 2 has a cylindrical shape with the centerline CL as a reference.
  • a direction along the center line CL that is, a direction in which the center line CL extends is defined as an axial direction D1.
  • a direction around the center line CL is called a circumferential direction D2.
  • the side away from the center line CL may be referred to as the "outer peripheral side”
  • the side closer to the center line CL may be referred to as the "inner peripheral side”.
  • the body portion 10 forms a side wall of the chamber 2 .
  • the magnet 3B has an S pole at the inner peripheral end 3Ba and an N pole at the outer peripheral end 3Bb.
  • the magnets 3A and 3B are arranged alternately in the circumferential direction D2.
  • each magnet 3A, 3B may be constructed by laminating a plurality of permanent magnets in the axial direction D1.
  • a magnetic field that can confine the plasma generated in the chamber 2 in the chamber 2 can be generated.
  • magnets 3A and 3B can increase the plasma density in chamber 2 .
  • the plasma generator 6 has a main body 6a and a pair of filaments 6b extending outward (the other end of the chamber 2, the plasma electrode 116 side) from the end face of the main body 6a.
  • the body portion 6 a is attached to the inner wall surface of the lid portion 11 .
  • a DC power source (not shown) is connected to the main body 6a. The DC power supply applies voltage and current to the filament 6b to heat the filament 6b and generate a potential difference between the filament 6b and the chamber 2 (main body 10).
  • the cesium introduction part 7 is provided in the lid part 11 so as to pass through the lid part 11 .
  • the tip of the cesium introduction part 7 is located inside the chamber 2 .
  • a cesium supply source 14 as a promoting substance supply unit is connected to the cesium introduction unit 7 , and in this embodiment, cesium is supplied to the chamber 2 in the form of gas (vapor).
  • the plasma electrode 116 is arranged between the insulating flange 120 provided on the flange portion 13 located on the other end side of the main body portion 10 and the insulating flange 106 on the vacuum box 104 side.
  • the plasma electrode 116 is connected to a variable voltage power supply (not shown). By controlling the power supply to control the magnitude of the voltage applied to the plasma electrode 116, the plasma distribution within the chamber 2 is controlled, and the amount of negative ions extracted from the chamber 2 is controlled.
  • the plasma electrode 116 has a through-hole 116a through which the negative ions generated within the chamber 2 can be drawn out of the chamber 2 (to the vacuum box 104 side in this embodiment).
  • the plasma electrode 116 generates heat, for example, at about 250° C. due to heat input from the plasma.
  • a pipe 116 b connected to the gas supply source 122 is provided near the plasma electrode 116 . That is, the pipe 116b is located on the other end side of the chamber 2.
  • the gas supply source 122 includes a source gas source (hydrogen gas source) and an inert gas source (argon gas source). That is, the raw material gas and the inert gas of the gas supply source 122 are supplied into the chamber 2 from the other end side of the main body 10 through the pipe 116b.
  • the vacuum box 104 is located downstream of the chamber 2 where the negative ion beam is extracted (the other end of the chamber 2). Like the chamber 108, the vacuum box 104 can keep the inside in a vacuum state. Inside the vacuum box 104, an electrode 124 such as an extraction electrode, a Faraday cup (not shown) for measuring the amount of the negative ion beam, a steering coil (not shown) for changing the trajectory of the negative ion beam, etc. are arranged inside the vacuum box 104. .
  • the chamber 2 and the vacuum box 104 are evacuated by a vacuum pump.
  • the raw material gas hydrogen gas
  • the gas supply source 122 the raw material gas
  • the promoting substance cesium gas
  • the amount of cesium supplied by the cesium supply source 14 may be adjusted according to the amount of negative ion beam to be extracted.
  • Cesium has the function of promoting the generation of negative ions because the surface of a substance to which cesium adheres has a lower work function.
  • a current is passed through the plasma generation section 6 and a voltage is applied between the plasma generation section 6 and the chamber 2 .
  • a voltage is applied between the filament 6b heated by the flow of current and the chamber 2, thermal electrons are emitted from the filament 6b to the chamber 2, and arc discharge occurs.
  • the thermionic electrons collide with the hydrogen gas filling the chamber 2 to eject electrons and turn the hydrogen gas into plasma.
  • Negative ions are generated by reaction between the slow electrons or electrons on the surface of the plasma electrode 116 and hydrogen molecules, hydrogen atoms, or hydrogen ions in the plasma.
  • the negative ions thus generated are drawn out of the chamber 2 through the opening of the plasma electrode 116 and are irradiated to an external device (for example, an accelerator such as a cyclotron) via the vacuum box 104 .
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the magnet holder 4 when viewed in a direction perpendicular to the axial direction D1. Note that FIG. 3 shows a state in which the chamber 2 is not cut.
  • FIGS. 2(a) and 3(a) show the holding members 4A and 4B in a state of being completely attached to the chamber 2.
  • FIG. 2(b) and 3(b) show the state when the holding member 4B is attached to the chamber 2.
  • the magnet holder 4 has a plurality (here, two) of holding members 4A and 4B (first holding members).
  • the magnet holder 4 is divided into a plurality of (here, two) holding members 4A and 4B.
  • the magnet holding portion 4 includes two holding members 4A and 4B juxtaposed in the circumferential direction D2.
  • the magnet holding portion 4 is divided into two holding members 4A and 4B in the circumferential direction D2.
  • the holding member 4A and the holding member 4B have a shape obtained by splitting the cylindrical magnet holding portion 4 in half. That is, the holding members 4A and 4B have a shape that draws an arc of 180° when viewed from the axial direction D1.
  • the holding members 4A and 4B each have a main body portion 21 in a halved state and a flange portion 22 in a halved state.
  • a mating flange portion 24 protruding to the outer peripheral side is formed at one end portion of the holding members 4A and 4B in the circumferential direction D2.
  • the matching flange portion 24 is configured in a flat plate shape so as to extend in the axial direction D1 (see FIG. 3(a)).
  • a mating flange portion 26 protruding to the outer peripheral side is formed at the other end portion in the circumferential direction D2 of the holding members 4A and 4B.
  • the holding member 4A has mating surfaces 4Aa and 4Ab for alignment with the holding member 4B.
  • the mating surface 4Aa is provided on one side of the holding member 4A in the circumferential direction D2.
  • the mating surface 4Ab is provided on the other side of the holding member 4A in the circumferential direction D2.
  • the holding member 4B has mating surfaces 4Ba and 4Bb for alignment with the holding member 4A.
  • the mating surface 4Ba is provided on one side of the holding member 4B in the circumferential direction D2.
  • the mating surface 4Bb is provided on the other side of the holding member 4B in the circumferential direction D2.
  • the holding member 4B is brought close to the chamber 2 from the outer peripheral side and fitted between the flange portions 12 and 13 .
  • the holding member 4B is fitted from the side opposite to the holding member 4A across the chamber 2 .
  • the holding member 4A is attached to the chamber 2 so as to cover the remaining half region of the body portion 10 of the chamber 2 in the circumferential direction D2.
  • the magnet holder 4 is attached to the chamber 2.
  • the flange portion 24 has the same structure as the mating flange portion 26 .
  • three holes 32A, 32B, and 32C through which screws 31 are passed are formed in the mating surface 4Ab.
  • the holes 32A and 32B are arranged so as to be separated from each other.
  • Hole 32C is located between hole 32A and hole 32B.
  • Holes 33A and 33B are formed in the mating surface 4Bb.
  • the screw 31C is protruded from the hole 32C to some extent.
  • the tip of the screw 31C is kept away from the mating surface 4Bb.
  • screws 31A and 31B are inserted into holes 32A and 32B.
  • the screws 31A, 31B passing through the holes 32A, 32B are fastened to the holes 33A, 33B of the mating surface 4Bb.
  • the mating surface 4Ab approaches the mating surface 4Bb.
  • the tip of the screw 31C comes into contact with the mating surface 4Bb.
  • the plasma generator 1 is provided with an alignment mechanism 40 that aligns the magnet holder 4 with respect to the chamber 2 .
  • the alignment mechanism 40 has a screw structure 41 and a fitting structure 42 .
  • the screwing structure 41 aligns the phases of the magnet holding part 4 and the chamber 2 in the circumferential direction D2 by screwing the flange part 22 of the magnet holding part 4 and the flange part 13 of the chamber 2 with screws 44. can do.
  • the flange portion 22 is formed with a through hole 46 through which the screw 44 is inserted, and the flange portion 13 is formed with a tap hole 47 through which the screw 44 is fastened. Therefore, as shown in FIG.
  • the screwing structure 41 can align the magnet holder 4 with respect to the chamber 2 .
  • the flange portion 22 of the magnet holding portion 4 and the flange portion 13 of the chamber 2 are fitted to each other in the projection portion and the groove portion, so that the phase of the magnet holding portion 4 and the chamber 2 in the circumferential direction D2 is adjusted. can be aligned.
  • a projecting portion 48 projecting toward the flange portion 13 is formed on the flange portion 22
  • a groove portion 49 is formed on the flange portion 13 . Therefore, as shown in FIG. 5B, by fitting the projecting portion 48 into the groove portion 49, the movement of the magnet holding portion 4 and the chamber 2 in the circumferential direction D2 can be restricted.
  • the fitting structure 42 can align the magnet holder 4 with the chamber 2 .
  • the plasma generator 1 includes a magnet holder 4 that holds a plurality of magnets 3 covering the circumference of the chamber 2 . Also, the magnet holder 4 has a plurality of holding members 4A and 4B that hold the plurality of magnets 3 . In this manner, the holding members 4A and 4B can collectively hold a plurality of magnets 3 . Therefore, when exchanging the magnets, the plurality of magnets 3 can be exchanged collectively by the holding members 4A and 4B. That is, the number of times of replacement work, that is, the number of times of work in which trouble may occur can be reduced compared to the case where the magnets 3 are replaced one by one. Therefore, it is possible to reduce problems that occur when the magnet 3 is replaced.
  • the plasma generator 1 may be provided with an alignment mechanism 40 that aligns the magnet holder 4 with respect to the chamber 2 . In this case, the positioning accuracy of the magnet holder 4 with respect to the chamber 2 can be improved when the magnet 3 is replaced.
  • One holding member 4A has mating surfaces 4Aa and 4Ab for alignment with the other holding member 4B.
  • the mating surfaces 4Aa and 4Ab have at least three holes 32A and 32B through which screws 31A, 31B and 31C are passed. , 32C may be formed.
  • the two holes 32A and 32B are used for fastening the holding members 4A and 4B together with the screws 31A and 31B, while the remaining hole 32C is used for inserting the screw 31C to adjust the distance from the other holding member 4B. can be used to maintain In this case, when joining the holding members 4A and 4B together, it is possible to join the holding members 4A and 4B together while ensuring a safe distance while suppressing sudden movement due to the magnetic force of the magnet 3 .
  • a negative ion source device 100 is a negative ion source device 100 that includes a plasma generation device 1 that generates plasma and a negative ion extractor 110 that extracts negative ions generated by the plasma.
  • the apparatus 1 includes a chamber 2 for generating plasma inside, a plurality of magnets 3 surrounding the chamber 2, and a magnet holder 4 to which the plurality of magnets 3 are attached. It has a plurality of holding members 4A and 4B that hold the magnets 3 .
  • this negative ion source device 100 it is possible to obtain the same functions and effects as the plasma generation device 1 described above.
  • the plurality of holding members 4A and 4B that are attachable and detachable around the chamber 2 that internally generates plasma and that can hold the plurality of magnets 3 are used to maintain the chamber 2. Adjust the attachment positions of the plurality of magnets 3 with respect to.
  • the mounting positions of the plurality of magnets 3 with respect to the chamber 2 are adjusted using a plurality of holding members 4A and 4B capable of holding a plurality of magnets 3.
  • the holding members 4A and 4B can reduce the number of operations by collectively adjusting the attachment positions of the plurality of magnets 3 . Therefore, it is possible to reduce problems that occur when the magnet 3 is replaced.
  • a plurality of magnets 3 may be collectively exchanged using the holding members 4A and 4B.
  • the plurality of magnets 3 when replacing the magnets, the plurality of magnets 3 can be replaced collectively by the holding members 4A and 4B. That is, the number of times of replacement work, that is, the number of times of work in which trouble may occur can be reduced compared to the case where the magnets 3 are replaced one by one. Therefore, it is possible to reduce problems that occur when the magnet 3 is replaced.
  • the magnet holding portion is divided into a plurality of holding members, but the manufacturing process of the holding member does not require a step of dividing one member into a plurality of members. do not have.
  • the magnet holding portion 64 may include a plurality of holding members 64A and 64B (second holding members) juxtaposed in the axial direction D1. That is, the magnet holding portion 64 may be divided into a plurality of holding members 64A and 64B in the axial direction D1.
  • the holding member 64A and the holding member 64B are attached one by one along the axial direction D1 to the body portion 10 of the chamber 2 from which the flange portion 12 has been removed. be able to.
  • the flange portion 12 is fixed to the body portion 10 as shown in FIGS. 6(b) and 6(c).
  • the space between the body portion 10 and the flange portion 12 may be vacuum-sealed by a shaft seal or the like.
  • the manufacturing cost can be reduced because the welding or brazing process is eliminated.
  • holding members 4A and 4B divided in half when the holding members 4A and 4B divided in half are attached to the chamber 2, the holding members 4A and 4B are attached to the chamber 2 from the circumferential direction.
  • holding members 4A and 4B divided in half may be attached to the main body 10 of the chamber 2 from the axial direction D1.
  • one holding member 4A is attached to the main body 10 of the chamber 2, as shown in FIG. 7(a).
  • the other holding member 4B is attached to the main body 10 of the chamber 2.
  • FIG. 7C the other holding member 4B is attached to the main body 10 of the chamber 2.
  • magnets 73A and magnets 73B with different arrangement patterns may be adopted.
  • magnet 73A may be a magnet for forming a multi-cusp magnetic field
  • magnet 73B may be a magnet for forming a filter magnetic field.
  • the magnets 73A and 73B shown in FIG. 8(c) indicate the range in which the magnets are provided so that the number of magnets is not limited.
  • the magnet holding portion 74 may be divided in the axial direction D1 and the circumferential direction D2. Specifically, the magnet holding portion 74 has a half holding member 74A (first holding member).
  • the magnet holding portion 74 also has holding members 74B, 74C, 74D, and 74E divided at a pitch of 90°.
  • the holding members 74B and 74C (first holding member, second holding member) are attached to the lower side in the axial direction D1.
  • the holding members 74D and 74E are attached on the upper side in the axial direction D1.
  • the upper holding members 74D and 74E hold magnets 73B with different arrangement patterns.
  • the half holding member 74A and the lower holding members 74B and 74C hold the magnet 73A.
  • the magnet 73A is arranged on the entire circumference in the circumferential direction D2 on the lower side in the axial direction D1.
  • the magnet 73A is arranged in half the area in the circumferential direction D2, and the magnet 73B is arranged in the remaining half area.
  • the magnet holding portion 74 includes a holding member 74F (second holding member) attached on the lower side in the axial direction D1, and holding members 74G, 74H, 74I, and 74J (first holding members, 74J) attached on the upper side in the axial direction D1. second holding member).
  • the lower holding member 74F surrounds the chamber 2 over the entire circumference in the circumferential direction D2.
  • the holding member 74F holds the magnet 73A over the entire circumference in the circumferential direction D2.
  • the holding members 74G, 74H, 74I, and 74J on the upper side are divided at a pitch of 90° in the circumferential direction D2.
  • the holding members 74G, 74H, 74I and 74J alternately hold the magnets 73A, 73B, 73A and 73B, respectively.
  • the magnet 73A is arranged on the entire circumference in the circumferential direction D2 on the lower side in the axial direction D1.
  • the magnet 73A is arranged in the 2/4 area in the circumferential direction D2, and the magnet 73B is arranged in the remaining 2/4 area.
  • the magnet holding portion may be divided into a number larger than two in the circumferential direction D2.
  • the magnet holding portion 84 may be divided into five holding members 84A, 84B, 84C, 84D and 84E in the circumferential direction D2.
  • each holding member does not necessarily have to be divided at equal angles.
  • the magnet holder may be divided into a holding member corresponding to 270° and a holding member corresponding to 90°.
  • the 270° retaining member may be attached to chamber 2 first, followed by the 90° retaining member to chamber 2 .
  • the 90° holding member since the 90° holding member has a small number of magnets, it can be attached to the chamber 2 while the influence of the magnetic force is reduced.
  • a microwave ion source is an ion source that introduces microwaves into a chamber to generate a plasma.
  • the microwave ion source includes a Whistler mode non-resonant microwave ion source, an ECR ion source utilizing Electron Cyclotron Resonance, and the like.
  • microwaves cannot enter due to plasma shielding, which limits the improvement of plasma density. and high-density plasma can be generated.
  • the mirror magnetic field coil 203 is configured as one coil formed in the same range as the multi-cusp magnetic field magnet 206 .
  • one coil in the figure may have a plurality of coils.
  • the microwave ion source 200 shown in FIG. 12(b) has a pair of mirror magnetic field magnets 207 in place of the pair of mirror magnetic field coils 203 of FIG. 11(b).
  • the multi-cusp magnetic field magnets 206 may be held by a plurality of holding members, and the plurality of multi-cusp magnetic field magnets 206 may be exchanged collectively at the time of replacement. In this case, it becomes possible to easily change the combination of the magnets 206 for the multi-cusp magnetic field, and to adjust the generation of multiply charged ions and the generation of high-density plasma of the microwave ion source.
  • the magnets 207 for the mirror magnetic field shown in FIG. 12B may be held by a plurality of holding members so that they can be collectively exchanged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

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。

Description

プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法
　本開示は、プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法に関する。
　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。
特開２０２０－１６１２２８号公報
　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。
　本開示は、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、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法を提供することを目的とする。
　本開示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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　本開示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。
　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。
　本開示に係るプラズマ生成装置のメンテナンス方法では、内部でプラズマを生成するチャンバの周囲に着脱可能であり、複数の磁石を保持可能な複数の保持部材を用いて、チャンバに対する複数の磁石の取り付け位置を調整する。
　このプラズマ生成装置のメンテナンス方法では、複数の磁石を保持可能な複数の保持部材を用いて、チャンバに対する複数の磁石の取り付け位置を調整する。このように、保持部材は、複数の磁石をまとめて取り付け位置を調整することで、作業回数を低減できる。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。
　保持部材を用いて複数の磁石をまとめて交換してよい。この場合、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。
　本開示によれば、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。
本開示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。 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。 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。 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。 位置合わせ機構を示す拡大断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 変形例に係るプラズマ生成装置であるマイクロ波イオン源を示す概略図である。 変形例に係るプラズマ生成装置であるマイクロ波イオン源を示す概略図である。
　本開示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、本開示を説明するための例示であり、本開示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。
　まず、図１を参照して、本開示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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　本開示に係るプラズマ生成装置１のメンテナンス方法では、内部でプラズマを生成するチャンバ２の周囲に着脱可能であり、複数の磁石３を保持可能な複数の保持部材４Ａ，４Ｂを用いて、チャンバ２に対する複数の磁石３の取り付け位置を調整する。
　このプラズマ生成装置１のメンテナンス方法では、複数の磁石３を保持可能な複数の保持部材４Ａ，４Ｂを用いて、チャンバ２に対する複数の磁石３の取り付け位置を調整する。このように、保持部材４Ａ，４Ｂは、複数の磁石３をまとめて取り付け位置を調整することで、作業回数を低減できる。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。
　保持部材４Ａ，４Ｂを用いて複数の磁石３をまとめて交換してよい。この場合、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。
　本開示は、上述の実施形態に限定されるものではない。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　また、本開示におけるプラズマ生成装置の構造は、マイクロ波イオン源に適用されてもよい。マイクロ波イオン源は、マイクロ波をチャンバに導入しプラズマを生成するイオン源である。マイクロ波イオン源は、ホイッスラーモードの非共鳴マイクロ波イオン源、電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance）を利用するＥＣＲイオン源などを含んだものである。マイクロ波でプラズマを生成すると、プラズマ遮蔽によってマイクロ波が入らなくなりプラズマ密度の向上に制限がかかってしまうが、カスプ磁場やミラー磁場などの磁場をチャンバに印加することによりマイクロ波がプラズマ中を伝搬し、高密度なプラズマを生成することが出来る。カスプ磁場とミラー磁場を組み合わせたマイクロ波イオン源もあり、磁場分布形状は特に限定されない。圧力条件を含め、ＥＣＲ条件を満たすような磁場を形成できれば、電子温度を向上させることが出来、多価イオンを多く形成することが期待され、非共鳴では一価のイオン種の割合の高い高密度プラズマを形成することが期待できる。
　具体的に、図１１（ａ）に示すように、マイクロ波イオン源２００は、チャンバ２０１と、導波管２０２と、一対のミラー磁場用コイル２０３と、引出電極２０４と、を備える。導波管からマイクロ波ＭＷをチャンバ２０１内へ導入する。一対のミラー磁場用コイル２０３は、チャンバ２０１の周囲を取り囲むように設けられる。チャンバ２０１内のプラズマ内によって生成されたイオンは、引出電極２０４によって引き出される。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すマイクロ波イオン源２００に対して、マルチカスプ磁場用磁石２０６を追加したものである。図１２（ａ）に示すマイクロ波イオン源２００は、ミラー磁場用コイル２０３が、マルチカスプ磁場用磁石２０６と同範囲に形成された一つのコイルとして構成されている。または、図中の一つのコイルの中に複数のコイルを有していてもよい。図１２（ｂ）に示すマイクロ波イオン源２００は、図１１（ｂ）の一対のミラー磁場用コイル２０３に代えて一対のミラー磁場用磁石２０７を有する。
　上述のマイクロ波イオン源において、マルチカスプ磁場用磁石２０６を複数の保持部材で保持し、交換時には複数のマルチカスプ磁場用磁石２０６をまとめて交換してもよい。この場合、マルチカスプ磁場用磁石２０６の組み合わせの変更を容易に行うことが出来るようになり、マイクロ波イオン源の多価イオン生成、高密度プラズマ生成を調整できる。なお、図１２（ｂ）のミラー磁場用磁石２０７を複数の保持部材で保持することでまとめて交換可能な構成としてもよい。
　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、２００…マイクロ波イオン源（負イオン源装置）、２０１…チャンバ、２０６…マルチカスプ磁場用磁石（磁石）、２０７…ミラー磁場用磁石（磁石）。

Claims (8)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  7. 　内部でプラズマを生成するチャンバの周囲に着脱可能であり、複数の磁石を保持可能な複数の保持部材を用いて、前記チャンバに対する前記複数の磁石の取り付け位置を調整する、プラズマ生成装置のメンテナンス方法。
  8. 　前記保持部材を用いて前記複数の磁石をまとめて交換する、請求項７のプラズマ生成装置のメンテナンス方法。
     
PCT/JP2022/014099 2021-03-30 2022-03-24 プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法 Ceased WO2022210288A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-057658 2021-03-30
JP2021057658A JP2024072899A (ja) 2021-03-30 2021-03-30 プラズマ生成装置、及び負イオン源装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022210288A1 true WO2022210288A1 (ja) 2022-10-06

Family

ID=83458855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/014099 Ceased WO2022210288A1 (ja) 2021-03-30 2022-03-24 プラズマ生成装置、負イオン源装置、及びプラズマ生成装置のメンテナンス方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2024072899A (ja)
WO (1) WO2022210288A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11339673A (ja) * 1998-05-29 1999-12-10 Toshiba Corp 負イオン源
JP2006049020A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Japan Atom Energy Res Inst Ｅｃｒイオン源に用いられるプラズマ閉じ込め用のミラー磁場発生装置及び方法
JP2015138640A (ja) * 2014-01-22 2015-07-30 住友重機械工業株式会社 負イオン源装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11339673A (ja) * 1998-05-29 1999-12-10 Toshiba Corp 負イオン源
JP2006049020A (ja) * 2004-08-02 2006-02-16 Japan Atom Energy Res Inst Ｅｃｒイオン源に用いられるプラズマ閉じ込め用のミラー磁場発生装置及び方法
JP2015138640A (ja) * 2014-01-22 2015-07-30 住友重機械工業株式会社 負イオン源装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024072899A (ja) 2024-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3843376B2 (ja) イオン注入のためのイオン源装置
US6236163B1 (en) Multiple-beam ion-beam assembly
JPH02501965A (ja) 電子サイクロトロン共鳴プラズマ源
JP7194053B2 (ja) イオン生成装置およびイオン注入装置
GB2162365A (en) Ion source
US7624566B1 (en) Magnetic circuit for hall effect plasma accelerator
JP7096779B2 (ja) イオン源、およびこれを用いた円形加速器ならびに粒子線治療システム
JPH11354508A (ja) イオンビーム加工装置
WO2013030954A1 (ja) スパッタリング薄膜形成装置
JP2007165250A (ja) マイクロ波イオン源、線形加速器システム、加速器システム、医療用加速器システム、高エネルギービーム応用装置、中性子発生装置、イオンビームプロセス装置、マイクロ波プラズマ源及びプラズマプロセス装置
US20040195521A1 (en) Ion sorces
JP5475506B2 (ja) スパッタリング薄膜形成装置
CN114787956A (zh) 采用等离子体阴极的电子束焊接系统
JP2024072899A (ja) プラズマ生成装置、及び負イオン源装置
JP2005050646A (ja) 高周波電子銃
CN113661556B (zh) 带电粒子线装置
WO2018096648A1 (ja) 加速器および粒子線照射装置
JP7325597B2 (ja) イオン生成装置およびイオン注入装置
JP6124709B2 (ja) マイクロ波イオン源
EP4694580A1 (en) Ion source, accelerator, and particle beam therapy system
Keller High-intensity ion sources for accelerators with emphasis on H− beam formation and transport
TWI823457B (zh) 濺鍍裝置
JP7429154B2 (ja) マイクロ波イオン源とそれを備えた粒子加速システム
JP2004207148A (ja) 負イオン源および負イオンビーム発生方法
Morishita et al. Spatial uniformity of negative ion production in volume negative ion source

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22780502

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22780502

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP