(57)【要約】【課題】プラズマの生成と加速とのそれぞれで駆動周波数を最適化することで、プラズマの生成／加速の両能力の向上が図れる電磁誘導加速装置、を提供する。【解決手段】放電コイル(350)には第１駆動周波数の電流が同方向に流れる。そのとき生成される交流磁界がチャネル(390)内にプラズマを生成し、軸方向の初期速度を与える。外部及び内部コイル(310、330)には第２駆動周波数の電流が同方向に流れる。チャネル（390）の出口に近いコイルほど、第２駆動周波数が低い。それにより生成される交流磁界が軸方向に傾きを持ち、かつ軸方向に伝搬するので、プラズマが軸方向に加速され続ける。第１及び第２駆動周波数は互いに独立に最適化される。【選択図】図３
2006157018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸対称な内側面を含む外部シリンダと、前記外部シリンダの一端を閉塞する端部と、を有するチャンバ；
前記チャンバの端部の外面に前記外部シリンダと同軸に配置された放電コイル、を含み、前記放電コイルに第１駆動周波数の電流を流すことで、前記チャンバ内に第１交流磁界を生成し、それにより、前記チャンバ内にプラズマを生成する初期放電部；及び、
前記外部シリンダの外側面に沿って所定の間隔で前記外部シリンダと同軸に巻かれた複数の外部コイル、を含み、前記外部コイルのそれぞれに異なる第２駆動周波数の電流を流すことで、前記チャンバ内を軸方向に伝搬する第２交流磁界を生成し、それにより、前記プラズマを軸方向に加速する加速部；
を具備する電磁誘導加速装置。
【請求項２】
前記チャンバが、
前記チャンバの端部を介して前記外部シリンダの一端に連結された端部、を含む中空の筒状部材であり、前記外部シリンダの内側に前記外部シリンダと同軸に配置された内部シリンダ、
を含み、
前記初期放電部が、前記外部シリンダの内側面と前記内部シリンダの外側面との間の空間（以下、チャネルという）内にプラズマを生成し、
前記加速部が前記チャネル内で前記プラズマを軸方向に加速する、
請求項１に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項３】
前記内部及び外部シリンダが誘電体である、請求項２に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項４】
前記加速部が、
前記内部シリンダの内側面に沿って、前記外部コイルの間隔と同じ間隔で、前記内部シリンダと同軸に巻かれた、前記外部コイルと同数の内部コイル、
を含む、請求項２に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項５】
前記加速部が前記内部コイルのそれぞれに、対応する前記外部コイルを流れる電流の第２駆動周波数、と同じ高さの周波数の電流を流す、請求項４に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項６】
前記第１駆動周波数が3MHz以下である、請求項１に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項７】
前記第２駆動周波数が前記第１駆動周波数以下である、請求項１に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項８】
前記チャンバ内でプラズマが加速される方向に並ぶ前記外部コイルの順序に合わせ、前記加速部が前記第２駆動周波数を低下させる、請求項１に記載の電磁気誘導加速装置。
【請求項９】
前記第２駆動周波数が0.1MHz〜2.5MHzの範囲から選択される、請求項８に記載の電磁誘導加速装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電磁誘導加速装置を中性ビーム源として具備する、ドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドライエッチング装置に関し、特に、プラズマエッチングでのビーム源として利用される電磁誘導加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマとは、一般に高温下（例えば数万℃）で分子から分離された電子と正イオンとの集合体をいう。プラズマでは一般に負電荷の総和と正電荷の総和とが等しく、全体として電気的に中性である。プラズマは、固体、液体、気体という物質の三状態に次ぐ第４の状態と呼ばれることもある。
電磁誘導加速装置はプラズマ加速装置とも呼ばれ、交流磁界を利用して空間にプラズマを生成すると共に、そのプラズマを加速する。電磁誘導加速装置は元々、宇宙空間を長距離飛行するためのロケットイオンエンジンとして開発され、核融合の研究などに利用されてきた（例えば非特許文献１参照）。しかし、電磁誘導加速装置は現在では専ら、半導体プロセスでウェハのドライエッチングに利用されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１は従来の電磁誘導加速装置を示す切断斜視図である（特許文献１、非特許文献１参照）。この電磁誘導加速装置は、プラズマの加速に位相整合方法（Phase  Matching  Method）を利用する。位相整合方法では磁力波がプラズマの加速方向に伝搬するので、「進行波プラズマエンジン（Traveling  Wave  Engine）」とも呼ばれる。
図１に示されているように、従来の電磁誘導加速装置では、外部シリンダ40の内側面と内部シリンダ50の外側面との間にチャネル70が形成されている。チャネル70の周囲では、外部シリンダ40の外側面に沿って外部コイル10が巻かれ、内部シリンダ50の内側面に沿って内部コイル20が巻かれている。外部シリンダ40と内部シリンダ50との同じ側の端部が接続部60により連結されている。それにより、チャネル70の一端が閉じられている。一方、チャネル70の他端は開いている。接続部60の外側には、放電コイル30が外部シリンダ40と内部シリンダ50と同軸に巻かれている。
【０００４】
放電コイル30とその駆動回路（図示せず）とは初期放電部として機能し、チャネル70内にプラズマを以下のように生成する。放電コイル30が交流磁界を生成するとき、その交流磁界の時間変化によりチャネル70内に電界が誘導される。その誘導電界によりチャネル70内に浮遊する荷電粒子が加速され、チャネル70内に荷電粒子の流れ、すなわち２次電流が生じる。加速された荷電粒子は他のガス分子に衝突してそのガス分子を電離させ、新たな荷電粒子を生成する。以上の現象が繰り返されることで、チャネル70内に多量の荷電粒子が生成され、すなわちプラズマが生成される。
【０００５】
外部及び内部コイル10、20とそれらの駆動回路（図示せず）とは加速部として機能し、以下のような位相整合方法を利用してチャネル70内でプラズマを加速する。外部及び内部コイル10、20はそれぞれ３つのコイルから成る（接続部60に近い順に、第１コイル1、第２コイル2、及び第３コイル3という）各コイル1、2、3には同一方向（時計回りあるいは反時計回り）に電流が流れる。更に、各電流の位相が、第１コイル1の対、第２コイル2の対、第３コイル3の対の順に遅れる。好ましくは各電流がパルス状である。すなわち、第１コイル1に電流が流れる間は第２及び第３コイル2、3には電流がほとんど流れず、第２コイル2に電流が流れる間は第１及び第３コイル1、3には電流がほとんど流れず、第３コイル3に電流が流れる間は第１及び第２コイル1、2には電流がほとんど流れない。各コイルの対に同一方向の電流が流れる期間中、その対の近傍のチャネル70内では、軸方向の磁界が相殺されて弱まる一方、半径方向の磁界が強まる。これにより、チャネル70内では半径方向の磁界Brが軸方向の傾きを持つ（図２参照）。その上、半径方向の磁界Brの分布が曲線a、b、cの順で軸方向に伝搬する。特に磁界Brのピークが第１コイル1の近傍から第２コイル2の近傍へ、更に第３コイル3の近傍へと順次移動する。磁界Brの軸方向の傾きにより、チャネル70内を周方向に流れる２次電流dが、チャネル70の開いている端、すなわち出口に向かって加速される（図２に示されている小円参照）。更に、２次電流dの軸方向での移動に合わせて磁界Brの分布が軸方向に伝搬するので、２次電流dが軸方向で加速され続ける。こうして、プラズマがチャネル70の出口に向かって加速される。
【０００６】
電磁誘導加速装置では上記の装置のように、プラズマの生成と加速との両方が磁界の印加のみで実現され、電界の印加を必要としない。従って、電極が不要であるので装置の構造が簡単化され、かつ装置の耐久性が高い。更に、荷電粒子が電荷の極性に関わらず、同じ方向に加速されるので、中性ビームの生成が容易である。それ故、特にドライエッチングへの応用では、ウェハの帯電防止や照射損傷の低減が容易である。
【特許文献１】米国特許出願公開第2004／124793号
【非特許文献１】L.Heflinger, 「Transverse Traveling Wave Plasma Engine」 AIAA vol3, 1965, p1029
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の位相整合方法による電磁誘導加速装置は全てのコイル10、20、30に単一の周波数の交流電流を流す。それにより、初期放電部と加速部との間で電流の位相が調整しやすいので、駆動回路が簡単化される。しかし、その反面、プラズマの生成能力と加速能力との両方を同時に、更に向上させることが困難であった。その理由は次のように、プラズマの生成には更に高い周波数が適している一方、プラズマの加速には更に低い周波数が適しているからである。
【０００８】
放電コイル30からプラズマへのエネルギー伝達の効率、すなわち放電コイル30に関するプラズマの生成効率を高くするには、放電コイル30を流れる電流の周波数は高い方が好ましい。しかし、その周波数が高いほど、放電コイル30近傍のチャネル70内ではプラズマの加速効率（誘導電界に対するローレンツ力の比）が低いので、プラズマの軸方向の速度、すなわち初期速度が小さい。プラズマの初期速度が過小であるとき、外部及び内部コイル10、20の各コイル1、2、3間で設定されるべき電流の位相差が過大であるので、位相整合方法ではプラズマの加速が困難である。逆に、放電コイル30の電流の周波数を下げてプラズマの加速効率を上げることでプラズマの初期速度を増加させ、加速部によるプラズマの加速を容易にする場合、放電コイル30に関してはプラズマの生成効率の更なる向上が妨げられる。このように、プラズマの生成には放電コイル30の電流の周波数を更に上げることが好ましい一方、プラズマの加速には放電コイル30の電流の周波数を更に下げることが好ましい。
【０００９】
本発明は、プラズマの生成と加速とのそれぞれで駆動周波数を最適化することで、プラズマの生成能力と加速能力との両方を同時に、更に向上させ得る電磁誘導加速装置、の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による電磁誘導加速装置は、
軸対称な内側面を含む外部シリンダと、その外部シリンダの一端を閉塞する端部と、を有するチャンバ；
そのチャンバの端部の外面に外部シリンダと同軸に配置された放電コイル、を含み、その放電コイルに第１駆動周波数の電流を流すことで、チャンバ内に第１交流磁界を生成し、それにより、チャンバ内にプラズマを生成する初期放電部；及び、
外部シリンダの外側面に沿って所定の間隔で外部シリンダと同軸に巻かれた複数の外部コイル、を含み、外部コイルのそれぞれに異なる第２駆動周波数の電流を流すことで、チャンバ内を軸方向に伝搬する第２交流磁界を生成し、それにより、プラズマを軸方向に加速する加速部；
を具備する。
【００１１】
本発明によるこの電磁誘導加速装置は好ましくは、ドライエッチング装置にビーム源として搭載される。この電磁誘導加速装置では特に、荷電粒子が電荷の極性に関わらず、同じ方向に加速されるので、中性ビームが容易に得られる。従って、この電磁誘導加速装置の利用により、ウェハの帯電防止や照射損傷の低減が容易に実現される。
本発明によるこの電磁誘導加速装置では、第１駆動周波数が第２駆動周波数とは独立に設定可能である。好ましくは第１駆動周波数が3MHz以下に設定される。そのとき、第２駆動周波数に関わらず、初期放電部に関するプラズマの生成効率と加速効率とが同時に最適化される。一方、第２駆動周波数が第１駆動周波数以下に設定される。特に、チャンバ内でプラズマが加速される方向に並ぶ外部コイルの順序に合わせ、加速部が第２駆動周波数を低下させる。好ましくは、第２駆動周波数が0.1MHz〜2.5MHzの範囲から選択される。各外部コイルを流れる電流ごとに第２駆動周波数が異なるので、第２交流磁界の軸方向の伝搬速度が容易に最適化される。その結果、プラズマの軸方向の最終的な速度が最大化される。こうして、本発明による上記の電磁誘導加速装置では、プラズマの生成能力と加速能力とが同時に、更に向上する。
【００１２】
好ましくは、チャンバの端部を介して外部シリンダの一端に連結された端部、を含む中空の筒状部材であり、外部シリンダの内側に外部シリンダと同軸に配置された内部シリンダ、をチャンバが含む。そのとき、更に好ましくは、初期放電部が内部シリンダの外側面と外部シリンダの内側面との間の空間（以下、チャネルという）内にプラズマを生成し、加速部がチャネル内でそのプラズマを軸方向に加速する。ここで、好ましくは、内部及び外部シリンダが誘電体である。より好ましくは、内部シリンダの内側面に沿って、外部コイルの間隔と同じ間隔で、内部シリンダと同軸に巻かれた、外部コイルと同数の内部コイル、を加速部が含む。この場合、好ましくは、加速部が内部コイルのそれぞれに、対応する外部コイルを流れる電流の第２駆動周波数と同じ高さの周波数の電流を流す。本発明によるこの電磁誘導加速装置のチャンバでは、内部及び外部シリンダの組み合わせにより、チャネルの断面が環形である。従って、そのチャネルから放出されるプラズマは密度が高い。更に、内部及び外部コイルの組み合わせにより、内部シリンダの内側では軸方向の磁界が強まる一方、チャネル内では半径方向の磁界が強まる。それらの磁界特性はいずれもプラズマの加速能力を更に向上させる。その結果、チャネルから放出されるプラズマは速度が大きく、指向性が高い。こうして、本発明による上記の電磁誘導加速装置は、特に高精度のドライエッチングに有利である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による電磁誘導加速装置では従来の装置とは異なり、初期放電部の第１駆動周波数と加速部の第２駆動周波数とが互いに独立に設定可能である。従って、初期放電部に関しては、第２駆動周波数に関わらず、プラズマの生成効率と加速効率との両方に最適な第１駆動周波数が選択される。一方、加速部が各外部コイルに異なる第２駆動周波数の電流を流すことで、第１駆動周波数に関わらず、第２交流磁界の軸方向の伝搬速度を容易に最適化できる。その結果、プラズマの加速能力が更に向上し、プラズマの軸方向の最終的な速度が最大化される。こうして、本発明による上記の電磁誘導加速装置は、特にプラズマ源とプラズマ加速器とが一体化された装置として、従来の装置より優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳説する。
図３は本発明の一実施形態による電磁誘導加速装置を示す切断斜視図である。図４はその電磁誘導加速装置に含まれるチャンバの垂直断面図と、それに接続される駆動系統を示すブロック図である。この電磁気誘導加速装置はプラズマを生成し、かつ加速する装置であり、好ましくは、半導体プロセス中、ウェハのドライエッチングで中性ビーム源として利用される。それにより、指向性の高い異方性エッチングが可能である。
【００１５】
この電磁気誘導加速装置は、チャンバ、初期放電部、及び加速部に大別される。チャンバは、外部シリンダ371、内部シリンダ373、及び接続部375を含む。初期放電部は放電コイル350とその駆動回路（図示せず）とを含む。加速部は、外部コイル310、内部コイル330、及びそれらの駆動回路（図示せず）を含む。各コイルの駆動回路は好ましくは、単一の信号生成部400に一体化されている（図４参照）。信号生成部400はコイルごとに異なる周波数の電流を供給する。
【００１６】
外部シリンダ371と内部シリンダ373とは、好ましくは、いずれも円筒形状の誘電体である。内部シリンダ373の外径は外部シリンダ371の内径より小さい。内部シリンダ373は外部シリンダ371内に挿入され、外部シリンダ371と同軸に配置されている。それにより、外部シリンダ371の内側面と内部シリンダ373の外側面との間には円筒形状の空間、すなわちチャネル390が形成される。接続部375は好ましくは誘電体で構成され、円環形状の平板である。接続部375はチャンバの端部であり、外部シリンダ371と内部シリンダ373との同じ側の端部を連結し、チャネル390の一端を閉じている。一方、チャネル390の他端は開いている。好ましくは、接続部375の一部に給気口（図示せず）が設けられ、その給気口からチャネル390内にガスが導入される。以下に述べるように、チャネル390内に導入されたガスから、主に接続部375の近傍でプラズマが生成される。生成されたプラズマはチャネル390内を軸方向に移動する。プラズマは更に、チャネル390の閉じられた端（以下、閉端という）の近傍から、チャネル390の開いている端（以下、出口という）に向かって加速され、出口から外に放出される（図３に示されている矢印参照）。チャネル390の出口は好ましくは、ウェハ表面（図示せず）に向けられているので、放出された高速のプラズマがウェハ表面に衝突する。
【００１７】
放電コイル350は少なくとも一つ（図３、４では３つ）の円形コイルであり、接続部375の外面に、外部シリンダ371の中心軸を中心とする同心円状に配置されている。放電コイル350の直径は内部シリンダ373の内径より大きく、外部シリンダ371の外径より小さい。従って、放電コイル350の設置範囲はチャネル390の閉端を覆う。
外部シリンダ371の外側面には複数の外部コイル310が巻かれている（図３、４では外部コイル310として、第１から第３までの３つのコイル311、313、315が示されている）。外部コイル310はいずれも円形コイルであり、外部シリンダ371と同軸に設置されている。外部コイル310の直径は外部シリンダ371の外径より大きい。外部コイル310は軸方向に、好ましくは等間隔で並ぶ。図３、４では、第１外部コイル311、第２外部コイル313、及び第３外部コイル315の順で、外部コイル310が接続部375の近傍からチャネル390の出口近傍に向かって並んでいる。
【００１８】
内部シリンダ373の内側面には、外部コイル310と同数の内部コイル330が巻かれている（図３、４では内部コイル330として、第１から第３までの３つのコイル331、333、335が示されている）。内部コイル330はいずれも円形コイルであり、内部シリンダ373と同軸に設置されている。内部コイル330の直径は内部シリンダ373の内径より小さい。外部コイル310と同様に、内部コイル330も軸方向に、好ましくは等間隔で並ぶ。図３、４では、第１内部コイル331、第２内部コイル333、及び第３内部コイル335の順で、内部コイル330が接続部375の近傍からチャネル390の出口近傍に向かって並んでいる。特に、各内部コイル313、333、353が各外部コイル311、331、351と対応づけられ、外部及び内部コイルの各対311−313、331−333、351−353が同一平面上に配置されている。
【００１９】
初期放電部では、信号生成部400が全ての放電コイル350に同一方向（時計回り又は反時計回り）の交流電流（以下、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma Source）電流という）を流す。図４では、チャネル390の閉端から出口に向かう方向に対して時計回りのＩＣＰ電流が示されている。ＩＣＰ電流の向きは周期的に反転する。特に、ＩＣＰ電流の周波数（以下、第１駆動周波数という）が全ての放電コイル350で同じ値に設定されている。
【００２０】
放電コイル350にＩＣＰ電流が流れるとき、アンペールの右ネジの法則に従い、放電コイル350の周囲に磁界（以下、第１交流磁界という）が形成される。放電コイル350によって生成される第１交流磁界は、内部シリンダ373の内側では軸方向の成分が強い。一方、チャネル390内では軸方向の成分が弱く、半径方向の成分Brが強い。
第１交流磁界はＩＣＰ電流と同じく、第１駆動周波数で変動する。第１交流磁界の時間変化はマクスウェル方程式に従い、チャネル390内に電界を誘導する。特に、内部シリンダ373の内側を軸方向に貫く第１交流磁界が強いので、その時間変化がチャネル390内に周方向の強い電界を誘導する。その周方向の誘導電界により、チャネル390内のガス中に元々存在する荷電粒子（電子や正イオン）が加速され、チャネル390内に周方向の荷電粒子の流れ、すなわち２次電流Jが生じる。２次電流JはＩＣＰ電流とは反対方向（図４では、チャネル390の閉端から出口に向かう方向に対して反時計回り）に流れる。誘導電界により加速されることで荷電粒子の運動エネルギーが増大する。その運動エネルギーがチャネル390内のガス分子のイオン化エネルギーを超えた場合、荷電粒子と衝突するガス分子が電離し、新たな荷電粒子が生成される。誘導電界による荷電粒子の加速と、荷電粒子の衝突によるガス分子の電離とが繰り返されることで、チャネル390内に多量の荷電粒子が生成され、すなわちプラズマが発生する。
【００２１】
２次電流Jは更に第１交流磁界Brからローレンツ力Fを受ける（図４に示されている矢印と次式（1）参照）。チャネル390内では特に半径方向の第１交流磁界Brが強いので、ローレンツ力Fは軸方向に沿ってチャネル390の出口に向いている。従って、２次電流Jを構成する荷電粒子全体、すなわちプラズマ全体が電磁気力Fによりチャネル390の出口に向かって加速される。こうして、初期放電部により生成されたプラズマは、ある程度の軸方向の速度（以下、プラズマの初期速度という）でチャネル390の出口に向かう。
【００２２】
【数１】
2006157018.tif 000003
【００２３】
初期放電部は上記の通り、プラズマの生成と初期速度の調節（以下、初期加速という）との両方に、同じ第１駆動周波数のＩＣＰ電流を利用する。プラズマの生成では、第１交流磁界の時間変化により誘導される電界が重要である。第１駆動周波数が高いほど誘導電界が強いので、誘導電界により加速される荷電粒子の運動エネルギーが高い。従って、荷電粒子と衝突するガス分子が電離する確率が高いので、プラズマの生成効率（ＩＣＰ電流からチャネル390内の周方向の２次電流Jへのエネルギーの伝達効率）が高い。一方、プラズマの初期加速ではローレンツ力がプラズマを加速する。プラズマの初期速度が目標の最終速度と比べて過小であれば加速部の負担が過大であるので、プラズマの初期速度はある程度大きくなければならない。チャネル390内では、第１駆動周波数が低いほど周方向の誘導電界が弱まる一方、ローレンツ力が第１駆動周波数には依存しない。従って、第１駆動周波数が低いほど、プラズマの加速効率（誘導電界の強さに対するローレンツ力の大きさの比）が高い。それ故、プラズマの初期速度が大きい。このように、プラズマの生成には第１駆動周波数が高い方が好ましく、プラズマの初期加速には第１駆動周波数が低い方が好ましい。それらを比較考量することにより、第１駆動周波数が好ましくは、3MHz（又は3MHz以下の範囲の中から3MHzに近い値）に設定される。その周波数帯域では、プラズマの生成効率と加速効率とがいずれも十分に高い。
【００２４】
加速部は駆動周波数変調方法を用い、初期放電部により生成されたプラズマを軸方向に更に加速する。駆動周波数変調方法では、信号生成部400が外部コイル310と内部コイル330との両方に同一方向（時計回り又は反時計回り）の交流電流（以下、ＴＷＰ（Traveling Wave Plasma Engine）電流という）を流す。図４では、チャネル390の閉端から出口に向かう方向に対して時計回りのＴＷＰ電流が示されている。ＴＷＰ電流は好ましくはパルス状である。ＴＷＰ電流の向きは周期的に反転する。ＴＷＰ電流の周波数（以下、第２駆動周波数という）は第１駆動周波数とは独立に設定される。第２駆動周波数は特に、第１駆動周波数以下に設定される。更に、第２駆動周波数は各外部コイル310及び各内部コイル330で異なる。特に、チャネル390の出口に近いコイルほど、第２駆動周波数が低く設定される。好ましくは、同じ平面上に位置する外部コイル310と内部コイル330との対311−313、331−333、351−353については第２駆動周波数が等しく設定される。更に好ましくは、放電コイル350に最も近い第１外部コイル311と第１内部コイル331との対では第２駆動周波数が第１駆動周波数と等しく設定される。すなわち、第２駆動周波数の最大値が第１駆動周波数と等しい。
【００２５】
外部コイル310と内部コイル330との各対にＴＷＰ電流が流れるとき、それらのコイルの近傍に磁界（以下、第２交流磁界という）が生成される。第２交流磁界はＴＷＰ電流と同じく、第２駆動周波数で変動する。内部コイル330の内側では軸方向の第２交流磁界が大きく変動するので、外部コイル310と内部コイル330との各対の間のチャネル390内では周方向の２次電流Jが誘導される（図４参照）。一方、外部コイル310と内部コイル330との各対の間のチャネル390内では、軸方向の第２交流磁界が相殺されて弱まる一方、半径方向の第２交流磁界が強まる。特に、半径方向の第２交流磁界Brが軸方向の傾きを持つ（図５参照）。それにより、外部コイル310と内部コイル330との各対の間のチャネル390内では周方向の２次電流が半径方向の第２交流磁界Brからローレンツ力を受け、チャネル390の出口に向かって加速される。
【００２６】
駆動周波数変調方式では特に、チャネル390の出口に近いほど、第２駆動周波数が低く設定される。それにより、チャネル390内では、半径方向の磁界Brのパルスが軸方向に伝搬する（図５参照）。ここで、図５では図３、４とは異なり、外部コイル310と内部コイル330とが８つずつ設置されている。図５では、横軸がチャネル390の閉端から出口へ向かう軸方向の距離を表し、横軸に沿って羅列された番号が外部コイル310と内部コイル330との番号を表す。縦軸は半径方向の磁界Brの大きさを表す。更に、チャネル390内を周方向に流れる２次電流の軸方向での位置が小円g、hで表されている。図５に示されているように、チャネル390内では各瞬間で半径方向の磁界Brが軸方向の傾きを示す。更に、磁界Brの分布が例えば曲線eから別の曲線fへと、時間の経過と共に変化する。特に、その分布のピークが例えば第３外部コイル近傍から第６外部コイル近傍へと軸方向に移動する。こうして、半径方向の磁界Brの「波」がチャネル390の閉端から出口へ伝搬する。そのような磁界Brの伝搬に伴い、周方向に流れる２次電流の軸方向での位置が例えば点gから別の点hへとチャネル390の出口に向かって移動し、更にその移動速度が増大する。こうして、プラズマが軸方向に加速される。
【００２７】
加速部は上記の通り、プラズマの加速にローレンツ力を利用する。実験的にも理論的にも、第２駆動周波数が低いほど、かつ磁場圧力が低いほど、ローレンツ力は強い。従って、プラズマの加速には第２駆動周波数が低いことが好ましい。本発明の実施形態による上記の電磁誘導加速装置では第２駆動周波数が第１駆動周波数とは独立に設定できるので、第２駆動周波数の最適化が容易である。更に、外部コイル310と内部コイル330とのそれぞれで、第２駆動周波数が別々に調節されるので、プラズマの軸方向の最終的な速度が容易に目標値に制御される。
【００２８】
図６は、軸方向に並ぶ外部コイル310（内部コイル330）の順に最適な第２駆動周波数の一例を示す。図６では、横軸がチャネル390の閉端から出口へ向かう軸方向の距離を表し、横軸に羅列された番号が外部コイル310の番号を表す。縦軸は各コイルに対する第２駆動周波数をHz単位で表す。図６には示されていないが、第１及び第２外部コイルに対する第２駆動周波数は第１駆動周波数と同じ値3MHzに設定されている。図６に示されている第２駆動周波数の中では、第３外部コイルに対する値2.5MHzが最も高い。チャネル390の出口に近いコイルほど第２駆動周波数は低く、第７外部コイル以降では第２駆動周波数が約0.5MHzである。
【００２９】
図７は、軸方向に並ぶ外部コイルの順にプラズマの軸方向の速度を示すグラフである。図７では、図６と同様に、横軸がチャネル390の閉端から出口へと向かう軸方向の距離を表し、横軸に羅列された番号が外部コイルの番号を表す。縦軸はプラズマの速度Vを、給気口からチャネル390内に送り込まれるガスの速度（初期速度）VOに対する比率V／VOで表す。図７に示されているように、12番目の外部コイルの近傍では、プラズマの速度Vが初期速度VOの3.5倍に達する。一方、チャンバとコイルとの構成を変えずに従来の位相整合方法でプラズマを加速した場合、プラズマの速度が12番目の外部コイルの近傍では初期速度の約1.7倍である。従って、この場合、本発明の実施形態による上記の電磁誘導加速装置は従来の装置より、プラズマの初期速度に対する最終的な速度の比、すなわち加速能力が２倍以上高い。これは上記の通り、本発明の実施形態による電磁誘導加速装置ではプラズマの生成と加速とのそれぞれで独立に、駆動周波数が最適化されるためである。
【００３０】
本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではない。実際、当業者であれば、上記の説明に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施形態に対し、種々の変更及び修正を施すことが可能であろう。従って、そのような変更及び修正は当然に、本発明の技術的範囲に含まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の電磁誘導加速装置を示す切断斜視図である。
【図２】図１に示されている電磁誘導加速装置のチャネル内の磁界分布を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による電磁誘導加速装置を示す切断斜視図である。
【図４】図３に示されている電磁誘導加速装置に含まれるチャンバの垂直断面図と、それに接続される駆動系統を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による電磁誘導加速装置のチャネル内の磁界分布を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による電磁誘導加速装置について、軸方向に並ぶ外部コイルの順に最適な第２駆動周波数の一例を示すグラフである。
【図７】図６に示されている第２駆動周波数を使用したとき、軸方向に並ぶ外部コイルの順に、プラズマの軸方向の速度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
310  外部コイル
311  第１外部コイル
313  第２外部コイル
315  第３外部コイル
330  内部コイル
331  第１内部コイル
333  第２内部コイル
335  第３内部コイル
350  放電コイル
371  外部シリンダ
373  内部シリンダ
375  接続部
390  チャネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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