磁気中性点を利用した新方式のラジカル中性粒子源

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本研究は、従来のプラズマ源では困難であった大面積で空間的均一性のよい高密度プラズマを生成する手法を開発することを目的とし、磁気中性点を有効に利用し、効率よく高密度なプラズマを生成し、プロセス用に応用できる装置を開発することを目指した研究を行った。本研究で開発した装置は、プラズマ閉じこめ部に2本のロッドを設置し、そこに電流を流すことによって直線型四重極磁場配位を形成する。その中心部に形成された磁気中性点により空間的均一性のよいプラズマを生成する装置を開発し、その動作特性試験を行った。製作した四重極磁場発生装置の動作試験を行い、計算値と実験結果とのよい一致を得た。また、予想通り容器壁外部へは磁場が漏れ出ていないことも確認できた。プラズマ発生法として、LaB6カソードを用いた直流放電による手法とRFを用いた手法とを比較した。直流放電による手法では、軸方向の端部にプラズマ生成室を設け、そこで生成したプラズマを上記の磁場中性点を持つ容器内に流し出す方式を試みた。一方、RF用の誘導コイルを四重極磁場部に設置し、直接RF放電プラズマを生成すると同時に四重極磁場によってプラズマを閉じ込める手法を実験した。その結果、直流放電時と比較し、 1桁以上の密度上昇が観測され、また、磁場印加による密度上昇も観測され、四重極磁場印加の有効性が確認できた。一方、磁気中性点に閉じ込められるプラズマの高密度化を目指して、電磁流体工学試験装置HITOPを用い、一様磁場中に保持された双極子磁場によって形成された磁気中性点近傍でのプラズマ閉じ込めに関する実験をおこなった。この磁気中性点へ高密度プラズマ流を流入させたところ、磁気中性点に対応する場所でヘリウムイオンや中性原子からの発光強度が強く観測され、このような磁場配位に置いても磁気中性点が有効にプラズマ保持に寄与していることが示された。