(57)【要約】【課題】  帯電プラズマ化学種（charged plasma species）を極めて高い効率で閉じ込める多重極閉じ込め構造を提供する。【解決手段】  本発明の装置は、ハウジング（１）内にプラズマ（５）を閉じ込める装置であり、これはプラズマ（５）に対して多数の磁極を交互配置した構造（multipole alternating magnetic structure）となる、磁場を発生させることのできる一連の永久磁石（３）を有する磁場発生手段で構成されている。上記永久磁石（３）はプラズマを大きい体積内に閉じ込めることができ、その体積の周囲に不連続に配置されており、また上記永久磁石（３）が、支持ロッド（４）によって所定位置に保持されたハウジングの壁部から補間されてそのハウジング内に配置されている。
2005527941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ（５）に対して多数の磁極を交互配置した構造となる、磁場を発生させることのできる一連の永久磁石（３）を有する磁場発生手段で構成された、チャンバー（１）にプラズマ（５）を閉じ込める装置であって、上記永久磁石（３）がプラズマを大きい体積内に閉じ込めることができ、その体積の周囲に不連続に配置されており、また上記永久磁石（３）が、支持ロッド（４）によって所定位置に保持されたチャンバー壁部から距離をおいてチャンバー内に配置されており、上記支持ロッド（４）が上記永久磁石（３）の磁化軸に沿って延び、上記永久磁石（３）の磁極にその中心が来るように配置されていることを特徴とするチャンバーにプラズマを閉じ込める装置。
【請求項２】
上記支持ロッド（４）が、チャンバー壁部に対し直交して延びている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記一連の永久磁石（３）が、不連続なチェッカーボード型構造に内設されている、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記一連の永久磁石（３）が、断続した線をもった不連続構造に内設されている、上記請求項１乃至請求項３の１つに記載の装置。
【請求項５】
上記永久磁石（３）が互いに回転対称となっている、上記請求項１乃至請求項４の１つに記載のチャンバーにプラズマを閉じ込める装置。
【請求項６】
上記永久磁石が円筒状である、上記請求項１乃至請求項５の１つに記載の装置。
【請求項７】
上記支持ロッドの横断面の寸法が上記永久磁石の寸法より小さい、上記請求項１乃至請求項６の１つに記載の装置。
【請求項８】
上記支持ロッド（４）が管状であり、上記永久磁石は上記チャンバー（１）内に延びるその端部がその管体（４）内に配置されており、それら永久磁石を各々、上記チャンバー（１）内部から最遠のその表面において高い透磁性を示す材料で形成した板またはディスク（１８）で構成した、上記請求項１乃至請求項６の１つに記載の装置。
【請求項９】
上記材料が軟鉄である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記永久磁石（３）を冷却する手段を有する、上記請求項１乃至請求項９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
上記冷却手段が、各永久磁石の周りに流体を供給・戻し循環させる回路を有し、この回路が永久磁石の中心を通るダクトで形成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
上記永久磁石が、非磁性の導電材または誘電材を含む外部保護囲壁（１６）に内設されている、上記請求項１乃至請求項１１の１つに記載の装置。
【請求項１３】
上記閉じ込め手段とは独立したプラズマ発生手段を有する、上記請求項１乃至請求項１２の１つに記載の装置。
【請求項１４】
上記プラズマ発生源が、発熱フィラメントによって励起される構造である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
上記プラズマ発生源が、所定の周波数と波形とをもった電圧をガスに印加することによって励起される構造である、請求項１３に記載のチャンバーにプラズマを閉じ込める装置。
【請求項１６】
上記プラズマ発生手段が、マイクロ波電場を上記ガスに印加する手段を含んでいる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
上記閉じ込め手段の少なくとも一部を使用するプラズマ発生手段を有する、上記請求項１乃至請求項１２の１つに記載の装置。
【請求項１８】
上記プラズマ発生手段が、上記閉じ込め構造に所定の周波数および波形の電圧を印加することができる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
上記プラズマ発生手段が、マイクロ波電場を上記ガスに印加することのできる手段を有する、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１０−６トール（ｔｏｒｒ）以下（最低）から約１０−２トールの圧力のプラズマの一般的技術分野に関する。
【０００２】
詳しくは、本発明は、ある体積内へのプラズマの完全または部分的閉じ込め、特に低圧力および極低圧力のプラズマを大きい体積内に閉じ込めることに係る。
【０００３】
本発明は、第１に濃密かつ均一なプラズマを発生させること、第２にこの均一プラズマを、例えば、プラズマをその中で使用するチャンバー内に閉じ込めることを必要とするすべての技法に適用して有用である。
【０００４】
なお、プラズマは巨視的には電気的に中性の電子、イオンおよび中性粒子を組成とする導電性ガス状媒体である。プラズマは、電場において加速させた電子によりガスをイオン化させて得る。
【０００５】
用途によっては、プラズマをチャンバーの体積内に閉じ込めるのが望ましいことがある。
【０００６】
プラズマは、永久磁石を用いてチャンバー体積内に閉じ込めることもできる。
【０００７】
この永久磁石使用の場合、閉じ込めは、交互配置したＮ極、Ｓ極をプラズマに臨ませて永久磁石を閉じ込め体積の周辺（チャンバー壁部の内側または外側）に配置することによって行うのが普通である。したがって、チャンバーの周囲には磁場の影響が及ぶ。この技法は「多重極磁場閉じ込め」と称される。
【０００８】
プラズマを形成する「帯電化学種」粒子の多重極磁場閉じ込めの原理は以下のとおりである。
【０００９】
プラズマ中の帯電粒子は、永久磁石によって形成される磁場の影響が及ぶ周辺領域と上記磁場の影響が及ばない中央領域との間でチャンバー内を移動する。
【００１０】
多重極磁場の影響が及ぶ領域に入った帯電粒子は下記の３つの主要メカニズムに従う。
【００１１】
（１）メカニズム１：
無磁場領域からの帯電粒子は磁場で、また磁場によって反射されることがあり、また磁場の影響が及ばない領域へ戻ることもある。
【００１２】
（２）メカニズム２：
無磁場領域からの帯電粒子はすべて、それらの経路が磁力線とほぼ平行である場合、磁場の影響が及ぶ領域に入る。
メカニズム２に従う帯電粒子はプラズマに対して失われる。これらの粒子は無磁場領域に達し、磁力線が収斂する領域に向かって、換言すれば磁石の磁極（磁力が最大である）へ直接に移動する、あるいは、同一極性であって片方は磁力が最小で、他方は磁力がゼロである２つの磁石の間へ、移動する。この時、帯電粒子の経路は磁場と平行になる。磁極がチャンバーの壁面上に位置する場合は、この領域を通過する粒子は例えばチャンバーの壁面に衝突する。これは特に、極性が交互になっている２つの単位磁石の間の領域の場合である。
磁場の収斂領域は「フェストゥーン（festoon）」と称される。
【００１３】
（３）メカニズム３：
これは、衝突メカニズムを用いた多重極磁場における帯電粒子に対するトラップである。
【００１４】
図１に示すように、高エネルギー電子は、磁場において捕集されかつ２つの弾性衝突または非弾性衝突の間の間隔内にある場合、磁場の強さが同一である、２本の磁力線と２つのミラー・ポイントＭとの間で振動する。これらのミラー・ポイントＭは同じ磁石または２つの隣接した磁石の２つの対向する磁極に臨んでいる。
【００１５】
プラズマを発生させる高エネルギー電子、すなわち、高速電子または一次電子と称される電子、はプラズマ空間電荷が発生させる辻褄の合う電場に対するその感応性が極めて低い。
【００１６】
これに反して、プラズマ内の低エネルギーイオンまたは、低速または熱電子と称される電子も２つの対向する磁極の間で振動するが、これら電子もプラズマ空間電荷が発生させる辻褄の合う電場に対して感応する。このため、これらの電子はその電場の影響下にある磁場において集合的に放散し、好ましくは低磁場または無磁場の領域へ放散する。
【００１７】
要するに、上記の振動や放散を別として、帯電粒子は、上記磁性構造が発生させる「磁場」ベクトルを含む平面と直交する永久磁石に沿ってあるいはその周りを移動する。このため、上記磁性構造の端部における帯電粒子の損失を回避するために磁場構造をそれ自体閉鎖するのが好ましい。この場合に、上記磁性構造を「マグネトロン」型構造とする。
【背景技術】
【００１８】
多重極磁場閉じ込めのための、極性を交互配置した構成はいくつか考えられる。
図２は、従来から使用されている多重極磁場閉じ込め構成の１つを示している。この種の多重極構造は「連続線形構造」と称される。この構造は、交互に配された連続永久磁石磁力線３をプラズマに与える。図２において、極性は方向２に沿って交互に配置されている。連続磁力線（continuous polarity lines）は方向１に沿って延びており、その方向１は交互配置２と直交している。
【００１９】
図３は別の多重極磁場閉じ込め構成を示している。これは「チェッカーボード」構造であり、この構造では２つの方向１、２に沿って不連続に極性が交互配置されている。この構造においては、磁石は連続した線（continuous lines）上に配置されてはおらず、それぞれの磁石は方向１、２に沿って極性が隣接極性と異なる。
【００２０】
図４はさらに別の多重極磁場閉じ込め構成を示している。この構成では、極性が「断続した線（interrupted lines）上に」交互配置されている。この構造では図２に示す構造の原理図を使用しているが、磁力線（polarity lines）上に配置された磁石は互いに保隔されている。
【００２１】
図２乃至図４に示す構造を用いた閉じ込め装置はＲｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．誌ｖｏｌ．４４、ｐｐ．７２６−７３１（１９７３）に収載するＲ．ＬｉｍｐａｅｃｈｅｒおよびＫ．Ｒ．ＭａｃＫｅｎｚｉｅの共著になる論文、またＰｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．誌ｖｏｌ．５１Ａ、 ｐｐ．４９０−４９２（１９７５）に収載するＫ．Ｎ．Ｌｅｕｎｇ、Ｔ．Ｋ．Ｓａｍｅｃ、 Ａ．Ｌａｍｍの共著になる論文に開示されている。
【００２２】
上記論文に開示する閉じ込め装置において、永久磁石は閉じ込めチャンバーの内、外に配置されており、これらの磁石はその磁極の片方が閉じ込めチャンバーの壁面に配置されている。
【００２３】
図５は上記論文に開示する装置例の略横断面図である。この装置は、壁部２を有するチャンバー１０と、永久磁石３によってチャンバー１０内に閉じ込められたプラズマ５とを有する。この例においては、磁石はチャンバーの外部に配置されているが、図示のように各磁石３の少なくとも１つの磁極が壁部２に配置されている。磁力線は円弧６、７で略示されている。磁力線７はそれ自体にループバックしており、壁部２を遮断している（intercept）。
【００２４】
図５に示す閉じ込め装置には上記とは異なった磁性構造を使用することもできる。例えば、図２乃至図４に示す構造は図５に示す方向１に沿って使用できる。この場合、方向１は図の平面と直交する。
【００２５】
上記構造は別の方向に沿って使用することもできる。すなわち、方向１は図２の構造を例として使用して図６に示すチャンバーの横断平面に沿って配置することもできる。
【００２６】
図５または図６に示す第１の例は図２に示す構造を示している。図２に示すように、この構造が方向１に沿って連続しているので、永久磁石の磁力線７は同永久磁石の背面において方向１に沿ってループバックしていない。
【００２７】
しかしながら、フェストゥーン・ロス（メカニズム２）、トラップ・ロス（メカニズム３）および壁面ロスはこの構造では極めて大きい。これらのロスは線形である。
【００２８】
線１１は磁石の磁極あるいはこの磁極に臨む壁面に衝突する帯電粒子のロスを示す（最大磁力）。
【００２９】
線１２は極性が逆である２つの磁極の間の壁部に衝突する帯電粒子のロスを示す（最小磁力）。
【００３０】
上記の線１１、１２は図５の横断面図に示されている。
【００３１】
図５、図６に示す第２の例は図３に示す構造を使用している。
【００３２】
同じ永久磁石３にループバックしている磁力線７はチャンバー１の壁部２を遮断している。したがって、メカニズム２によるロスとメカニズム３によるロスとは別々である。
【００３３】
図３の点１１はフェストゥーンに対応し、またメカニズム３によって磁力線７上で捕集される粒子の経路にも対応している。このため、同じ磁石３においてループバックするあるいはフェストゥーンに達する磁力線上で振動する粒子はチャンバーの壁部２によって捕らえられ（intercepted）、プラズマに対して失われる。
【００３４】
チェッカーボード状構造（checkerboard structure）においては、フェストゥーンと磁力線６において捕集された粒子のインパクト・ポイントとは切り離され、またそれらは永久磁石の面の幾何学的中心と対応している。したがって、ロスは第１の例におけるロスより小さくなっている。
【００３５】
チェッカーボード状マグネティック構造（checkerboard magnetic configuration）においては、メカニズム１によって反射される帯電粒子は、一連の永久磁石が発生させる磁場によって実際に閉じ込められる。
【００３６】
図５、図６に示す第３の例は図４に示す構造を使用している。
【００３７】
この構造は上記２つの例の中間となる例を示しており、閉じ込め効率も上記２例の閉じ込め効率の中間となっている。
【００３８】
磁力線が磁石の裏面において方向１に沿ってループバックしている。したがって、帯電粒子はチャンバーの壁部に従って遮断される。メカニズム３を素因とする、チャンバー壁によるこれら粒子遮断はバツ印１１で示す。
【００３９】
メカニズム２によるロスとメカニズム３によるロスとは方向２に沿って別々に発生する。
【００４０】
上記構造には、上記プラズマ・ロスを別としてその他の不都合がある。
【００４１】
従来技術の不都合の主なものを３つ挙げると下記の通りである。
（１）上記自閉した「マグネトロン」型構造では連続構造の端部におけるプラズマ・ロスを回避するために自閉構造をとっているので、これらの構造は作成、使用が困難である。
（２）真空チャンバー内に非線形磁性構造を挿入することが困難である。これにより、円筒形または平行四辺形の構造等の簡略化した線形磁性構造を内包するのに適したチャンバー構成は２、３種類を数えるだけある。
（３）連続した磁力線を得るには多数の重く、高価な永久磁石が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
本発明は上記の不都合を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明は上記不都合を解決するとともに帯電プラズマ化学種（charged plasma species）を極めて高い効率で閉じ込める多重極閉じ込め構造を提供することを目的とする。
【００４４】
したがって、本発明の１つの好適な例示実施例において、プラズマに対して多数の磁極を交互配置した構造（multiple alternating magnetic structure）となる、磁場を発生させることのできる一連の永久磁石を有する磁場発生手段で構成された、チャンバーにプラズマを閉じ込める装置は、上記永久磁石がプラズマを大きい体積内に閉じ込めることができ、その体積の周囲に不連続に配置されており、また上記永久磁石が、支持ロッドによって所定位置に保持されたチャンバー壁部から距離をおいてチャンバー内に配置されており、上記支持ロッドが上記永久磁石の磁化軸に沿って延び、上記永久磁石の磁極にその中心が来るように配置されていることを特徴とする。
【００４５】
本発明はさらに下記の特徴を単独であるいは技術的にあり得べき組合せで備えている。
‐   上記支持ロッドはチャンバー壁部に対し直交して延びている。
‐   上記一連の永久磁石は不連続なチェッカーボード型構造に内設されている。
‐   上記一連の永久磁石は断続した線（interrupted line）をもった不連続構造に内設されている。
‐   上記永久磁石は互いに回転対称（symmetry of revolution）となっている。
‐   上記永久磁石は円筒状である。
‐   上記支持ロッドの横断面の寸法は上記永久磁石の寸法より小さい。
‐   上記支持ロッドは管状であり、上記永久磁石は上記チャンバー内に延びる端部がその管体内に配置されており、それら永久磁石は各々、上記チャンバー内部から最遠の（furthest）その表面において高い透磁性を示す材料で形成した板またはディスクで構成されている。
‐   上記材料は軟鉄である。
‐   上記永久磁石を冷却する手段を有する。
‐   上記冷却手段は各永久磁石の周りに流体を供給・戻し循環させる回路を有し、この回路が永久磁石の中心を通るダクトで構成されている。
‐   上記永久磁石は、非磁性の導電材または誘電材を含む外部保護囲壁に内設されている。
‐   上記閉じ込め手段とは独立したプラズマ発生手段を有する。
‐   上記プラズマ発生源は、発熱フィラメントによって励起される構造である。
‐   上記プラズマ発生手段源は、所定の周波数と波形とをもった電圧をガスに印加することによって励起される構造である。
‐   上記プラズマ発生手段は、マイクロ波電場を上記ガスに印加する手段を含んでいる。
‐   上記閉じ込め手段の少なくとも一部を使用するプラズマ発生手段を有する。
‐   上記プラズマ発生手段は、上記閉じ込め構造に所定の周波数および波形の電圧を印加することができる。
‐   上記プラズマ発生手段はマイクロ波電場を上記ガスに印加することのできる手段を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明をその実施例に関して、添付図面にしたがってさらに詳細に説明する。
図７、図８は本発明の実施例を示している。
図７は、閉じ込め装置の全体構造の横断面図である。この閉じ込め装置は壁部２を有するチャンバー１とこのチャンバー１に内設された数個の永久磁石３とから構成されている。プラズマ５が上記チャンバー１の内部を満たし、このチャンバー１内に閉じ込められている。
【００４７】
図８は上記永久磁石３のうち３個を詳細に示す。
上記プラズマ５は、チャンバー１の周辺または内部にあり、動作圧力を数１０−２トール以下の範囲内とするプラズマ発生源（図示せず）によって発生させることもできる。
先ず、プラズマ５は閉じ込め手段から独立した手段で発生させてもよい。
例えば、プラズマ５は、フィラメントによる励起で発生させることもできる。この場合は、閉じ込め構造より内部に位置する発熱フィラメントで電子を放出させ、それら電子に、チャンバーと磁性構造とに対して負となる極性を与える。
【００４８】
また、ガスに電圧を印加することのできる装置を用いて低圧プラズマを発生させることもできる。この電圧は用途に応じて波形や周波数が様々である。例えば、ＤＣ電圧、パルスＤＣ電圧、低周波電圧あるいは高周波電圧のいずれでもよい。
【００４９】
また、プラズマはマイクロ波電場をガスに印加して励起させることもできる。マイクロ波電場には磁場が伴っていてもよく、また、プラズマは例えば電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって励起させてもよい。マイクロ波電場には磁場が伴っていなくてもよく、この場合は、表面波励起を使用できる。
また、プラズマはマグネトロンで励起させてもよい。
【００５０】
また、すべてのあるいはいくつかの磁気閉じ込め構造（magnetic confinement structures）に、ＤＣ電圧またはパルスＤＣ電圧、あるいは低周波電圧または高周波電圧、を印加することによって、あるいは、磁場励起（例えばＥＣＲ）のためのマイクロ波を印加することによって、あるいは表面波によってプラズマを励起させることもできる。
【００５１】
これにより、いずれにしても、励起周波数や励起モードとは無関係に、いかなる種類のプラズマ励起（例えば、ＥＣＲ、連続放電、パルス連続放電、低周波放電、高周波放電、表面波、誘導放電または誘導マグネトロン放電または誘導ＥＣＲ）も可能である。
【００５２】
本願に述べるプラズマ・リアクターは必要なプラズマ圧力測定手段および診断手段（図示せず）を有する。
【００５３】
同様に、チャンバー１は、イオン化のためのガスの圧力を必要値、例えば、ガスの性状や励起周波数によって決まる、例えば１０−6トール以下から１０−２トールの範囲内の圧力値に維持するための多数のガス導入口とポンプ装置（図示せず）とを備える。
【００５４】
磁石３は、各磁石の磁極にその中心を合わせた支持ロッドまたは管４で各磁石の磁化軸に沿ってチャンバー１に固定されている。
【００５５】
本発明の１つの実施例においては、支持ロッド４の直径は磁石３のそれより著しく小さく、支持ロッド４はチャンバー１の壁部２と直交して延び、上記チャンバー壁部２はチャンバー１の内部に向かって延びている。
【００５６】
また、例えば図１０に示す本発明の別の実施例においては、支持体（支持ロッド）４はその直径が磁石のそれとほぼ同じでもよい。この場合は、高透磁性の板またはディスク１８が設けられる。
【００５７】
同様に、図示しないさらに別の実施例においては、上記支持体はチャンバー１の壁部２と直交させる必要がなく、壁部に対して斜めにしてもよい。
【００５８】
好ましくは、永久磁石３はその磁化軸が装置毎に交互に向けられている。この結果として、磁場の強さが磁石からの距離の関数として迅速かつほとんど指数関数的に減衰する。
【００５９】
図８には、永久磁石３が発生させる磁力線を実線６、７および破線８として示している。
【００６０】
図から解るように、永久磁石の有効作用域の外側にチャンバー１の壁部２が位置するように永久磁石をチャンバー１の壁部２から距離をおいて固定しているので、プラズマ５から出て磁力線７上の磁場において捕集される帯電粒子を、それら粒子の２つの弾性衝突または非弾性衝突の間隔内において、同じ磁場強さをもった２つのミラー・ポイントＭの間で難なく自由振動させることができる。
【００６１】
さらに、壁部２と永久磁石３との間の磁力線８がプラズマから出た帯電粒子を捕集する可能性は極めて低い。帯電粒子はプラズマ５の側に位置する磁力線６によって反射される。
【００６２】
したがって、磁力線上で捕集された帯電粒子が壁部に衝突する可能性は極めて低い。それ故に、チャンバー壁部との衝突によるプラズマ・ロスは最小限に抑えられる。
【００６３】
図８に示すように、かかる装置の、プラズマ５に臨む面におけるフェストゥーン１２は不連続チェッカーボード構造（図３参照）または断続した磁力線をもった構造（図４）の隔てられたフェストゥーンと同一である。したがって、フェストゥーン・ロスは連続した磁力線をもった構造（図２）におけるよりも小さくなっている。
【００６４】
本発明の第１実施例においては、支持ロッド４の断面は極めて小さくなっている（例えば、直径が小さくなっている）。このため、磁力線７との交わりが最小限に抑えられる。これにより、結果的には、隔てられた（isolated）フェストゥーン１２の大きさにほぼ等しい、振動粒子と磁力線７との間の交わりの大きさ１３が理想である。
【００６５】
図７、図８に示す本発明の第１実施例においては、各磁石を構成するのは、磁化軸が支持体４の軸線の延長方向にほぼ沿っている円筒形磁石である。
【００６６】
上記磁石が磁化軸に対して互いに回転対称となっているので、すべての磁石はそれら自体を完全に「マグネトロン」型の構造をもったものとすることができる。このように、強い磁力線７の上で捕集される粒子、言換えれば、同じ磁石に対向する磁極へループバックする粒子を、磁石の軸線の周りで難なく進路変更させることができる。
【００６７】
好適な円筒形状をもった磁石は球状磁石よりも作成し易く、特に密封囲壁（エンクロージャ）に封入し易いという利点がある。
【００６８】
密封囲壁への封入は、第１にプラズマの汚染および／またはプラズマによる磁石の腐蝕を防止し、第２に磁石を必要に応じて冷却するのに必要となることが多い。
【００６９】
磁石を封入、装着する材料は非磁性体であることは自明である。例えば非磁性金属を用いてもよい。
【００７０】
永久磁石を冷却することが必要な場合（特に、高濃度プラズマを使用する場合）、その冷却は各磁石３に装着する管４を用いて２つの方向へ流体を循環させて行うことができる。
【００７１】
図９は上記磁石封入の例を示す。この好適な実施例においては、各支持体４を冷却流体を運ぶ導入ダクト１４を組立てるのに用いてもよい。この導入ダクトは磁石３内に形成した中心穴に沿って磁石の磁化軸に沿って延びる。管状に形成したこのダクト１４はその端部を、磁石３と、自体から距離をおいて磁石を囲む囲壁１６との間に形成されたチャンバー１５と連通している。
【００７２】
上記チャンバー１５は、上記導入ダクト１４と支持ロッド４との間に形成された冷却流体戻しダクト１７の中に開口している。
【００７３】
こうして、磁石３はその周りに冷却流体を循環させることのできる保護囲壁１６によって封入される。例えば、磁石３の封入材料と支持体４を形成する材料とは非磁性良導体（非磁性金属）であるが、それらは、汚染を防ぐ観点から（for contamination reasons）、装置の正確な動作を妨げることのない誘電体で囲んでもよい。
【００７４】
図１０に示す、本発明の装置の変形例は、永久磁石の直径にほぼ等しい一定直径をもった装着・支持管４を有している。磁石はこの装着管４によって固定、封入される。各永久磁石はプラズマ内を延びる管の端部に配置されている。これらの永久磁石は必要に応じて冷却される。
【００７５】
上記変形例においては、捕集された粒子は上記２つのミラー・ポイントＭの間で自由に振動可能である。
【００７６】
この変形例において、管４内に設けた各永久磁石３はプラズマから最遠のその磁極面において高い透過磁性を示す材料１８（例えば、軟鉄板またはディスク）で形成されている。この例においては、電子も２つのミラー・ポイントＭの間で振動する。それらミラー・ポイントＭのうちの片方は磁石の極に臨まず支持体４に沿った側に位置するが、他方のミラー・ポイントＭは磁極に臨んだままである。これにより、プラズマ５から最外面に板またはディスク１８を設けることで各永久磁石３の磁極と関連するミラー・ポイントＭの位置を空間的に変更することができる。
【００７７】
上記磁性構造は、そのプラズマ閉じ込め効率が極めて高く、極めて多種類のチャンバー構成、例えば、図７に示す円筒形構成に適応させることができる。
【００７８】
発明の効果    
以上に述べた装置はプラズマ閉じ込め効率が極めて高い。
【００７９】
上記装置は上記の様々なメカニズムによる帯電粒子のロスを最小限に抑えることができる。特に、図１１に示すように、フェストゥーン・ロスが低減される。本発明の実施例において使用するチェッカーボード構造においては、磁力線６は粒子がその上で反射または振動させられる保護バリヤーを形成する。図１１に示す点１１、１２は絶縁（isolated）フェストゥーンを示している。このため、この種の構造において発生するフェストゥーンは、連続構造における完全に線状に発生する一連の（complete line）フェストゥーンではなく、永久磁石毎に平均して２つの隔てられたフェストゥーンだけである。
【００８０】
さらに、各永久磁石は互いに回転対称であることによって完全な三次元マグネトロン構造を形成しており、これによって帯電粒子のロスが相応に制限され、またプラズマが完全に安定する。
【００８１】
またさらに、本発明の多重極構造は使用が極めて容易である。必要な永久磁石は連続線形構造と比べ著しく少ない個数でよく、このため、大体積のチャンバーの割にはコストと重量が大幅に削減される。
【００８２】
本発明の多重極磁性構造は、従来の多重極構造の場合と同一性状の（例えば、バリウム・ストロンチウム・フェライト、サマリウム‐コバルト、ネオジミウム‐鉄‐ボロンで形成した）でしかも同一寸法（約１ｃｍの寸法をもった単位磁石；２、３ｃｍに等しい磁石間隔）の磁石を使用する。
【００８３】
上記種類の多重極閉じ込め構造は、非限定例として、円筒形チャンバーの周辺に直径２ｃｍ、長さ３ｃｍのサマリウム‐コバルト製磁石を７ｃｍ間隔で配して構成してもよい。
【００８４】
本発明の装置はプラズマ・ベースのイオン注入（ＰＢＩＩ）、直接もしくは反応型のプラズマ援用スパッタリング、マイクロはプラズマ援用化学気相反応（ＣＶＤ）,エッチングあるいは熱化学処理に使用して有益である。
【００８５】
また、上記本発明の装置を用いて、磁性材料、超小型電子装置のグリッド酸化物（grid oxides）等の誘電率の高い誘電沈殿物（dielectric deposits）をスパッタリングすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】すでに述べたように、磁極を交互配置した永久磁石の面に位置する２つのミラー・ポイントＭの間の帯電粒子の経路を示す。
【図２】すでに述べたように、連続磁力線に沿った多重極構造の構成を示す。
【図３】すでに述べたように、磁極を交互配置したチェッカーボード型多重極構造を示す。
【図４】すでに述べたように、不連続または断続した線に沿った多重極構造を示す。
【図５】すでに述べたように、図２乃至図４に示す構造を用いた従来技術によるチャンバーの横断面図である。
【図６】すでに述べたように、連続磁力線に沿った多重極構造を有する閉じ込め装置の横断面図である。
【図７】本発明の閉じ込め装置１の全体構造の略横断面図である。
【図８】３つの永久磁石３の詳図である。
【図９】永久磁石冷却手段の構造の略縦断面図である。
【図１０】永久磁石が支持管に内設されている、透磁性の高い材料で形成した、本発明の閉じ込め装置の変形例の横断面図である。
【図１１】本発明のチェッカーボード型構造の略正面図であり、隔てられたフェストゥーンを示している。
【図１】
2005527941.tif 000003
【図２】
2005527941.tif 000004
【図３】
2005527941.tif 000005
【図４】
2005527941.tif 000006
【図５】
2005527941.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005527941.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月15日(2004.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ（５）に対して多数の磁極を交互配置した構造となる、磁場を発生させることのできるチャンバー（１）の壁部から距離をおいてそのチャンバー内に配設され、チャンバー（１）内の大きい体積の周りに不連続に配置された一連の永久磁石（３）を有する磁場発生手段で構成された、チャンバー（１）内の上記大体積内にプラズマ（５）を閉じ込める装置であって、上記永久磁石（３）が、支持ロッド（４）によってチャンバー壁部（２）から距離をおいて配置されており、上記支持ロッド（４）は上記永久磁石の磁化軸に沿って延び、上記永久磁石の磁極にその中心が来てチャンバー壁部（２）が永久磁石（３）の有効影響域外となるように配置されていることを特徴とするチャンバーにプラズマを閉じ込める装置。
【請求項２】
上記支持ロッド（４）が、チャンバー壁部に対し直交して延びている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記一連の永久磁石（３）が、不連続なチェッカーボード型構造に内設されている、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記一連の永久磁石（３）が、断続した線をもった不連続構造に内設されている、上記請求項１乃至請求項３の１つに記載の装置。
【請求項５】
上記永久磁石（３）が互いに回転対称となっている、上記請求項１乃至請求項４の１つに記載のチャンバーにプラズマを閉じ込める装置。
【請求項６】
上記永久磁石が円筒状である、上記請求項１乃至請求項５の１つに記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
磁力線が磁石の裏面において方向１に沿ってループバックしている。したがって、帯電粒子はチャンバーの壁部によって遮断される。メカニズム３を素因とする、チャンバー壁によるこれらの粒子遮断はバツ印１１で示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
メカニズム２によるロスとメカニズム３によるロスとは方向２に沿って別々に発生する。
引例Ｗ０ Ｐ１/７３ ８１２は請求項１のプリアンブルに記載のプラズマ閉じ込め装置を開示している。


【国際調査報告】
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