DE69839189T2 - Vorrichtung zur oberflächenmodifizierung von polymer-, metall- und keramikmaterialien unter verwendung eines ionenstrahls - Google Patents

Vorrichtung zur oberflächenmodifizierung von polymer-, metall- und keramikmaterialien unter verwendung eines ionenstrahls Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation von Polymer-, Metall- und Keramikmaterialien unter Verwendung eines Ionenstrahls und insbesondere eine verbesserte Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation von Polymer-, Metall- und Keramikmaterialien unter Verwendung eines Ionenstrahls, die die Menge eines Reaktionsgases und die Energie eines Ionenstrahls steuern, die Oberfläche eines Pulvermaterials modifizieren und eine fortlaufende Oberflächenmodifikation eines Materials realisieren kann.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Herkömmliche Ionenstrahlmodifikationsverfahren umfassen Verfahren auf der Grundlage einer Dünnschichtherstellung und Verfahren auf der Grundlage eines Oberflächenreinigungsprozesses.
  • Vorgeschlagen werden als Dünnschichtherstellungsverfahren, eine Ionenimplantierung unter Verwendung hoher Energie (einige zehn keV bis wenige MeV); eine Ionenstrahlstrahlung; eine Ionenstrahlsputterabscheidung, die durch Ausstrahlen ionisierter Teilchen von einer Teilchen mit geringer Energie (0 bis weinige keV) erzeugenden Ionenquelle auf ein Ziel implementiert wird, um dadurch ein abzuscheidendes Material zu bilden; eine Mehrfachionenstrahlabscheidung; ein Prozess zum Unterstützen einer Dünnfilmherstellung; und eine ionenunterstützende Abscheidung.
  • Zusätzlich werden als Oberflächenreinigungsverfahren eine Oberflächenreinigung, die durch Ausstrahlen erregter Teilchen auf die Oberfläche eines Materials erzeugt wird, und reaktives Ionenstrahlätzen, das durch Zuführen eines Reaktionsgases in eine Vakuumkammer implementiert wird, vorgeschlagen.
  • Im Fall der Dünnschichtherstellung unter Verwendung eines Ionenstrahls wird die Dünnschicht durch Steuern des relativen Verhältnisses der Teilchen zwischen den abzuscheidenden Teilchen und den unterstützenden Ionenstrahlteilchen hergestellt. Im Fall des Reinigungsverfahrens unter Verwendung des Ionenstrahls wird ein Reaktionsgas ionisiert während das Auftreten eines Plasmas und die Menge des Reaktionsgases gesteuert wird, wodurch eine schnelle Oberflächenreinigung implementiert wird, während die Reinigung bei der herkömmlichen Nassreaktion lange Zeit erfordert.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine früher angemeldete ( koreanische Patentanmeldungen Nr. 2465/1996 , 11994/1996 , 11995/1996 und 11996/1196 ) Oberflächenmodifikationsvorrichtung veranschaulicht, die eine Ionenquelle 10 mit einer einen Ionenstrahl IB erzeugenden Ionenkanone 12 und einer einen unterstützenden Ionenstrahl AB erzeugende unterstützende Ionenkanone 14; eine Ionenstrahlstrommesseinheit 40 und eine Steuervorrichtung 42 zum Messen bzw. Steuern der Menge ausgestrahlter erregter Ionen; einen Probenhalter 20, der ein Probenmaterial 22 hält, dessen Oberfläche durch Ionen zu modifizieren ist; eine Reaktionsgassteuervorrichtung (nicht gezeigt) mit einem Reaktionsgaseinlass 26, durch den ein Reaktionsgas dem Probenmaterial 22 zugeführt wird; eine Vakuumpumpe 28, die ein Vakuum innerhalb einer geschlossenen Vakuumkammer 30 erzeugt, um das Erzeugen der Ionenstrahlen IB, AB zu erleichtern, umfasst.
  • Die Vorrichtung kann auf die folgenden Arten implementiert werden. Als erstes wird Sauerstoff als Reaktionsgas um ein Polymermaterial herum bereitgestellt, und Argonionen werden auf die Oberfläche des Materials abgestrahlt, wodurch eine hydrophile funktionelle Gruppe, in der Sauerstoffionen chemisch mit einem Kohlenstoffring verbunden sind, auf der Oberfläche des Polymermaterials erzeugt wird. Zusätzlich werden die Argonionen zusammen mit dem Bereitstellen des Sauerstoffs auf die Oberfläche eines Nitrids AIN abgestrahlt, wodurch eine Bindung des AION und eines neuen Materials auf der Oberfläche hergestellt wird, ohne das Material selbst zu beeinflussen. Dementsprechend können aufgrund der Variation der inhärenten Eigenschaften von Oberflächen verschiedene Probleme gelöst werden. Zum Beispiel kann die Adhäsion eines anderen Materials, Absorption, hydrophile Eigenschaft mit Wasser und eine Oberflächenfestigkeit des Materials geändert werden. Bei der ionenstrahlunterstützten Reaktion wird, verglichen mit den früheren Abscheidungsverfahren, im Allgemeinen die Teilchenenergie mit einem niedrigeren Energieband verwendet, und die Menge der Ionenstrahlung beträgt 1013–1018 Ionen/cm2, und die Menge des Reaktionsgases ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Partialdruck um das Material herum höher als der absolute Grad eines Vakuums in der Vakuumkammer ist.
  • Bei der oben beschriebenen Ionenstrahlbestrahlungsvorrichtung wird jedoch nur die Oberflächenmodifikation durch das Reaktionsgas als wichtiger Aspekt betrachtet. Folglich konnten die Verbesserung physikalischer Eigenschaften und die Oberflächenmodifikationscharakteristik nicht durch Steuerung der Menge des Reaktionsgases erreicht werden. Ferner ist die Energie des auf ein Probenmaterial angewendeten Ionenstrahls nur durch den Ionenstrahl gesteuert worden.
  • EP-A-0141417 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schicht durch einen Ionenstrahl, wobei ein Materialdampf erzeugt wird, indem ein Material in einem Schmelztiegel mittels einer Elektronenstrahlbestrahlung erhitzt wird, und der Dampf auf ein Substrat abgeschieden wird.
  • Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation von Polymer-, Metall- und Keramikmaterialien unter Verwendung eines Ionenstrahls bereitzustellen, die die zuvor genannten in der Hintergrundtechnik angetretenen Probleme überwindet.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Menge eines der zu modifizierenden Oberfläche zugeführten Reaktionsgases während einer Ausstrahlung einer bestimmten Menge Ionenstrahlenergie auf die Oberfläche eines oberflächenzumodifizierenden Materials steuern kann und die Ionenenergie eines auf die Oberfläche angewendeten Ionenstrahls steuern kann, wodurch ein Material auf der Oberfläche gebildet wird, das eine neue chemische Struktur aufweist, wodurch der Grad der Oberflächenmodifikation durch Steuern der Ionenstrahlmenge, der Implantierungsmenge von Reaktionsgasen und der Teilchenenergie erregter Teilchen gesteuert wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation bereitzustellen, die für Prozesse zur beidseitigen Bestrahlung und kontinuierliche Chargenprozesse bei tatsächlicher Fertigung verwendet werden kann.
  • Um die Aufgaben zu lösen, wird eine Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation eines Materials unter Verwendung eines Ionenstrahls bereitgestellt, mit:
    einer Kammer;
    einer Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Vakuums innerhalb der Kammer;
    einer Ionenquelle mit einer Ionenkanone zum Erzeugen eines Ionenstrahls;
    einem Halter, an dem ein Oberflächen zu modifizierendes Material angeordnet werden kann, um mittels des Ionenstrahls von der Ionenquelle bestrahlt zu werden, wobei der Halter von der Kammer isoliert ist;
    einer Reaktionsgasversorgungseinheit, um durch diese hindurch der Materialoberfläche ein Reaktionsgas zuzuführen; und
    einer Spannungsquelle;
    dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle zur Verbindung sowohl mit dem Halter als auch bei Verwendung mit dem oberflächenzumodifizierenden Material ausgelegt ist, wodurch die Spannungsquelle ausgelegt ist, eine Spannung (a) an den Halter und (b) an das oberflächenzumodifizierende Material anzulegen, um dadurch eine Vorspannung an das oberflächenzumodifizierende Material anzulegen.
  • Die Vorrichtung kann ferner eine Trenneinrichtung zum Trennen eines Materialreaktionsteils der Kammer umfassen, in dem die Oberfläche modifiziert wird, von einem Teil der Kammer, in der die Ionenquelle vorgesehen ist, wobei das Vakuumniveau in dem Materialreaktionsteil der Kammer höher als das in dem Teil der Kammer gehalten wird, in dem die Ionenquelle vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise hält der Halter darauf ein Pulvermaterial als ein oberflächenzumodifizierendes Material und bewegt das Pulvermaterial hin und her.
  • Hierbei kann das oberflächenzumodifizierende Material zu einer Rolle gewickelt sein, wobei ein an einer Seite der Kammer abgewickeltes Ende des Materials in den Reaktionsbereich zuzuführen ist und der in den Reaktionsbereich zugeführte Teil des Materials oberflächenmodifiziert wird, indem der Ionenstrahl darauf abgestrahlt wird, und dann das modifizierte Material auf der anderen Seite der Kammer wieder aufgewickelt wird. Ferner kann das Material als Wafer zugeführt oder entfernt werden.
  • Ferner kann eine Mehrzahl an Vakuumeinrichtungen in der Kammer bereitgestellt sein, wobei derartige Vakuumeinrichtungen in angegebener Reihenfolge bereitgestellt sind, so dass der Grad eines Vakuums in der Kammer im Reaktionsbereich der höchste ist, wenn das oberflächenzumodifizierende Material von der Außenseite der Reaktionskammer dem Reaktionsbereich zugeführt wird und das oberflächenzumodifizierende Material zu der Außenseite der Kammer entfernt wurde.
  • Es können eine Kaufmann-Typ-Ionenquelle, Kaltröhrenkathoden-Ionenquelle oder eine Hochfrequenzionenquelle etc. als Ionenquelle verwendet werden. Nachfolgend werden die von der Ionenquelle erzeugten erregten Teilchen als Ionenstrahl bezeichnet. Die Menge der ausgestrahlten Ionen liegt vorzugsweise im Bereich von 1013 bis 1018 Ionen/cm2. Die Menge des auf das oberflächenzumodifizierende Material geblasenen Reaktionsgases beträgt vorzugsweise 0 bis 30 ml/Min. Der Partialdruck des Reaktionsgases in der Reaktionskammer ist höher als der Partialdruck um das oberflächenzumodifizierende Material herum. Der Partialdruck des Reaktionsgases innerhalb der Vakuumkammer beträgt 10–1 bis 10–7 Torr.
  • Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird vollständig aus der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verständlich, die nur zur Veranschaulichung gegeben und folglich nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung sind, und bei welchen:
  • 1 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung unter Verwendung eines Reaktionsgases nach der bekannten Technik veranschaulicht;
  • 2 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die eine Spannung an die Oberfläche eines oberflächenzumodifizierenden Materials anlegen kann;
  • 3 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstütze Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die den Partialdruck eines Reaktionsgases steuern kann;
  • 4 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die die Modifikation der Oberfläche eines Pulvermaterials implementieren kann;
  • 5 eine schematische perspektivische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die mehr als eine Seite eines Materials modifizieren kann;
  • 6 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die einen kontinuierlichen Chargenprozess implementieren kann;
  • 7 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die fortlaufend eine Oberfläche eines Materials durch Einbringen des Materials von Außen in eine Vakuumkammer hinein modifizieren kann; und
  • 8 eine schematische Ansicht ist, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung veranschaulicht, die fortlaufend die Oberfläche eines Materials modifizieren kann, das in Form einer Gruppe von Wafern bereitgestellt ist.
  • Die 3 bis 8 veranschaulichen eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung, die keine von der vorliegenden Erfindung benötigte Spannungsquelle umfasst, aber diese Figuren zeigen alternative Merkmale, die bei der Vorrichtung der Erfindung angewendet werden können.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation unter Verwendung eines Ionenstrahls geringer Energie, der sich von der bekannten Art unterscheidet, die eine Dünnschichtherstellung und eine Oberflächenreinigung betrifft. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die bei den in den koreanischen Patentanmeldungen 2456/1996 , 11994/1996 , 11995/1996 und 11996/1996 beschriebenen Techniken aufgetretenen Einschränkungen abzudecken.
  • Wenn ein von der Ionenquelle erzeugter Ionenstrahl über der Oberfläche eines Polymermaterials abgestrahlt wird, während ein Reaktionsgas darüber geblasen wird, nämlich Sauerstoff oder Stickstoffgas auf die Oberfläche, kann eine hydrophobe Oberfläche in eine hydrophile Oberfläche geändert werden. Ferner kann die Verbesserung der Haftkraft zwischen zwei Dünnschichten erreicht werden, wenn die Rauhigkeit der Oberfläche einer abgeschiedenen Metalldünnschicht verändert wird, indem gleichzeitig mit einer Abscheidung weiterer Dünnschichten (Stickstoff oder Sauerstoff) auf die Oberfläche, indem ein Reaktionsgas auf die Oberfläche geblasen wird, ein inertes Gas auf die Oberfläche abgestrahlt wird.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die eine Spannung (d. h. Vorspannung) an ein oberflächenzumodifizierendes Materials anlegen kann. Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird beim einem Abstrahlen eines Ionenstrahls auf die Oberfläche einer metallischen Dünnschicht, einer Oxiddünnschicht oder eines organischen Materials 200 mit gekrümmten Oberflächen eine Anziehungskraft oder Abstoßungskraft zwischen den Ionen der Ionenkanone 210 und den Oberflächen des Materials erzeugt, indem eine Spannung von einer Spannungsquelle 220 an das oberflächenzumodifizierende Material angelegt wird, wobei gleichzeitig Ar+-Ionen von der Ionenkanone beschleunigt werden, so dass eine Ladungsverschiebung erreicht werden kann, um die Anordnung und Form der Oberfläche des Materials zu modifizieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung heißt das, dass ein Halter 230 vorgesehen ist, an den eine Spannung angelegt wird, im Vergleich zur bekannten Technik, wo keine Spannung an den Halter angelegt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Halter 230 ferner elektrisch von der Vakuumkammer isoliert und positive oder negative Spannungen werden daran angelegt.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Ionenstrahlvorrichtung veranschaulicht, die einen Reaktionsgaspartialdruck steuern kann. In der bekannten Technik ist es schwierig die Menge des Reaktionsgases zu steuern, weil das Reaktionsgas über die Oberfläche des Materials geblasen wird, wenn das Reaktionsgas um den Halter herum zugeführt wird. Es sind jedoch, wie in 3 gezeigt, Trennwände 300, 310 zum Trennen des oberflächenzumodifizierenden Materials 320 von der einen Ionenstrahl IB erzeugenden Ionenkanone 340 bereitgestellt, um dadurch den Partialdruck des Reaktionsgases um das Material 320 herum leicht zu steuern. Die Trennwände 300, 310 sind innerhalb der Kammer installiert, weil, wenn das um die Oberfläche des Materials 320 geblasene Reaktionsgas in die Ionenkanone 340 eingebracht wird, das Reaktionsgas mit einem Heizdraht reagieren kann, der in der Ionenkanone 340 bereitgestellt ist, wodurch der Heizdraht durch eine Oxidations- oder eine Nitrifikationsreaktion zwischen beiden beschädigt wird. Zusätzlich kann eine derartige Reaktion zwischen dem Reaktionsgas und dem Heizdraht die Bildung eines von der Ionenquelle erzeugten Plasmas verhindern. Da der Grad des Vakuums um das Material herum niedriger als der an der Seite der Ionenquelle ist, um 10–3, wird nämlich das Reaktionsgas nicht zu der Ionenquellenseite hin eingebracht, sondern zur Außenseite abgelassen. Wenn die Trennwände 300, 310 ausgebildet sind, um dadurch nur einen bestimmten Bereich freizulegen, ist es möglich, nur eine bestimmte Oberfläche zu modifizieren, so dass die Oberfläche des Materials 320 selektiv modifiziert werden kann, und es ist möglich, das Einbringen eines Fremdmaterials zu verhindern, das die oben beschriebenen Probleme verursachen kann. Zusätzlich kann der Partialdruck in der Vakuumkammer 330 zwischen dem Teil 330a um das Material herum und den Teilen 330b oder 330c um die Ionenquelle herum gesteuert werden, indem unterschiedliche Grade von Vakuum bereitstellende Vakuumpumpen 350a, 350b, 350c unterschiedlich installiert werden.
  • 4 ist eine schematische Ansicht, die eine ionenunterstützte Reaktionsvorrichtung zur Modifikation von Pulvermaterialien veranschaulicht. Bei der bekannten Technik ist die Ionenquelle in einem niedrigeren Teil in der ionenunterstützten Abscheidungsvorrichtung angeordnet, und ein abzuscheidendes Material ist darüber angeordnet, d. h. das oberflächenzumodifizierende Ziel ist an der gegenüberliegenden Seite der Ionenquelle angeordnet, wie bei dem Ionensputterverfahren. In diesem Fall ist es jedoch unmöglich ein Material zu halten, wie zum Beispiel eines, das aus feinen Teilchen besteht, oder ein nicht gleichförmig geformtes Material. Jedoch kann ein Pulvermaterial 420 oberflächenmodifiziert werden, indem die Ionenquelle 400 in einem oberen Teil der Kammer 410 installiert und das Pulvermaterial 420 hin- und herbewegt wird. Um die Oberfläche des Pulvers zu modifizieren, ist in der Vakuumkammer 410 ein Halter 430 bereitgestellt, um das Pulvermaterial 420 zu halten, auf das ein Ionenstrahl IB von der Ionenquelle 400 abgestrahlt wird, und um bei Antrieb durch einen Motor 450 das Pulvermaterial 420 hin- und herzubewegen. Wenn das Reaktionsgas geblasen wird, ist eine Gasgebläseinheit 440 zur Zufuhr eines Reaktionsgases durch sie hindurch zu dem Pulvermaterial um das Pulvermaterial 420 herum oder in dem Halter 430 installiert, so dass die Menge des Reaktionsgases gesteuert ist.
  • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung veranschaulicht, die mehr als eine Seite eines Materials modifizieren kann. Dort ist nämlich eine Vorrichtung gezeigt, die hinsichtlich der Position einer Ionenquelle die Oberflächen eines Gewebestücks oder die Oberflächen einer Schicht modifizieren kann. Wie dort gezeigt, sind zwei oder mehr Ionenquellen 510, 520 in einem oberen oder unteren Teil der Kammer oder an wenigstens zwei jeweils gegenüberliegenden Stellen innerhalb der Kammer 500 bereitgestellt, um jeweils Ionenstrahlen IB zu erzeugen und die Ionenstrahlen jeweils auf Vorder- und/oder Rückseiten oder jeweils gegenüberliegende Oberflächen eines oberflächenzumodifizierenden Materials 530 abzustrahlen. Es ist nämlich möglich, den Ionenstrahl in einem Winkel von 45°, 60°, 90° zu der oberflächenzumodifizierenden Ebene abzustrahlen, so dass verschieden geformte Materialien, wie zum Beispiel sphärische Materialien, gekrümmte Materialien etc., gleichmäßig oberflächenmodifiziert werden können.
  • 6 ist eine Ansicht, die eine Ionenstrahlmodifikationsvorrichtung veranschaulicht, die einen kontinuierlichen Chargenprozess implementieren kann. Im Allgemeinen ist die Vorrichtung ausgelegt, um die Oberfläche einer Schicht, einer Folie oder eines Blechs für die Massenproduktion fortlaufend zu bearbeiten. Wie darin gezeigt, wird nach einem Bilden einer Schicht oder textiler Materialien großer Länge, d. h. eine zu einer Rolle gewickelte Bahn, darauf eine fortlaufende Oberflächenmodifikation durchgeführt. Die oben beschriebene fortlaufende Oberflächenmodifikationsvorrichtung hat auch einen Vorteil, dass sie die Geschwindigkeit der Schicht steuern kann, um den Grad der Oberflächenmodifikation zu steuern, indem eine Vorrichtung zum Wickeln der Schicht zu einer Rolle installiert wird. Die Vorrichtung umfasst eine Kammer 600; eine Vakuumquelle 650 zum Aufrechterhalten eines Vakuums innerhalb der Kammer; eine oder mehrere Ionenquellen 610, 620, die jeweils eine Ionenkanone aufweisen und in einem unteren oder oberen Teil der Kammer 600 oder an wenigstens zwei jeweils gegenüberliegenden Stellen innerhalb der Kammer bereitgestellt sind, um jeweils Ionenstrahlen zu erzeugen und die Ionenstrahlen jeweils auf Vorder- und/oder Rückseiten oder auf gegenüberliegende Oberflächen eines oberflächenzumodifizierenden Materials 630 abzustrahlen; Walzen 631, 632, 633, 634 zum Zuführen des Materials 630 und Reaktionsgaszuführungsverteiler 640a, 640b zum Zuführen eines Reaktionsgases zu jeweiligen Oberflächen des Materials, auf das die von der Ionenquelle erzeugten Ionenstrahlen abgestrahlt werden, wobei das Material 630 einem Reaktionsbereich in der Kammer, über dem die Ionenstrahlen abgestrahlt werden, fortlaufend zugeführt und aus dem Reaktionsbereich entfernt wird.
  • 7 ist eine Ansicht, die eine Ionenstrahlmodifikationsvorrichtung veranschaulicht, die ein von der Umgebungsatmosphäre in die Vakuumatmosphäre innerhalb der Kammer eingebrachtes Material fortlaufend modifizieren kann. Im Allgemeinen erzeugt die ionenstrahlerzeugende Ionenquellenvorrichtung einen Ionenstrahl hoher Qualität nur, wenn ein hoher Grad eines Vakuums in der Kammer aufrechterhalten wird. In der ersten Vakuumkammer 710, in der durch eine erste Vakuumpumpe 712 ein anfängliches Vakuum gebildet wird, wird ein niedriger Grad eines Vakuums erreicht, und dann wird nachfolgend ein gewünschter Grad eines Vakuums in der folgenden Vakuumkammer 700 durch eine weitere Vakuumpumpe 702 erhalten. Weil die erste Vakuumkammer 712, in der ein anfängliches Vakuum erzeugt wird, bereitgestellt ist um nur einen anfänglichen Vakuumzustand zu erzeugen, ist eine Vakuumkammer mit großem Volumen unnötig. Wenn der anfängliche Vakuumzustand nicht wie gewünscht gebildet werden kann, können zweite oder dritte Vakuumkammern 720 und eine zweite oder dritte Vakuumpumpe 722 bereitgestellt werden. Wenn das gewünschte Vakuum gebildet ist, wird das Material 730 in den Reaktionsbereich gebracht, in den der Ionenstrahl IB von der Ionenquelle 740 abgestrahlt wird und die Oberflächenmodifikation durchgeführt wird. Wenn das modifizierte Material entfernt wird, wird das Material über eine oder mehrere Kammern mit geringerem Grad an Vakuum in umgekehrter Reihenfolge entfernt, um nachfolgend einen gewünschten Vakuumzustand zu erreichen und dann wird das resultierende Material in einer gewünschten Weise gelagert.
  • 8 ist eine Ansicht, die eine Ionenstrahlvorrichtung veranschaulicht, die ein Material fortlaufend modifizieren kann, das in einer Gruppenform, wie zum Beispiel als Wafer, bereitgestellt wird, die zur Herstellung eines Oxidmaterials oder zur Herstellung eines Materials mit mechanischer Festigkeit verwendet werden kann. Diese Vorrichtung kann verwendet werden, um Oberflächen mit Plattenform zu modifizieren, so dass sie nützliche Anwendungen hat, wie zum Beispiel zur Oberflächenmodifikation von Siliziumwafern, Metallplatten und keramischen Dickschichten. Um die Plattenmaterialien zu bewegen, ist eine Behälterkammer 820 an jeder Seite einer Ionenstrahlmodifikationskammer angebracht und ein Bandfördersystem 830 erstreckt sich durch die Ionenstrahlmodifikationskammer hindurch. Als erstes kann sich ein vertikaler Bewegungsstab, der die Halter 840 stützt, nach oben und unten bewegen, um die runden Halter 840 zu wechseln, die maximal sechs Gegenstände (Wafer, Platten, etc.) gleichzeitig aufnehmen können. Zweitens wird jeder Halter 840 gedreht und mit dem Bandfördersystem 830 verbunden, um die Artikel in die Ionenstrahlmodifikationskammer zu bewegen. Ein Halter-drehsystem 850 wird von einem Schrittmotor angetrieben, der sich jeweils mit einem Winkel von 60° dreht.
  • Wie oben beschrieben, ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, die Charakteristik der Oberfläche des Materials zu verbessern, indem die Menge des Reaktionsgases in der ionenunterstützten Reaktionsvorrichtung und die Energie des Ionenstrahls, der auf das hinsichtlich seiner Oberfläche zu modifizierende Material abgestrahlt wird, zu steuern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, ein Oberflächenbestrahlungsverfahren oder einen fortlaufenden Chargenprozess zu implementieren, die bei einem tatsächlichen Herstellungsprozess anwendbar sind.
  • Auch wenn die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne sich dabei vom Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen angegeben, zu entfernen.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Oberflächenmodifikation eines Materials unter Verwendung eines Ionenstrahls, mit: einer Kammer; einer Einrichtung zum Aufrechterhalten eines Vakkuums innerhalb der Kammer; einer Ionenquelle mit einer Ionenkanone (210) zum Erzeugen eines Ionenstrahls; einem Halter (230), an dem ein oberflächenzumodifizierendes Material angeordnet werden kann, um mittels des Ionenstrahls von der Ionenquelle bestrahlt zu werden, wobei der Halter (230) von der Kammer isoliert ist; einer Reaktionsgasversorungseinrichtung, um durch diese hindurch dieser Materialoberfläche ein Reaktionsgas zuzuführen; und einer Spannungsquelle (220); dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (220) zur Verbindung sowohl mit dem Halter (230) als auch bei Verwendung mit dem oberflächenzumodifizierenden Material (200) angeordnet ist, wodurch die Spannungsquelle (230) angeordnet ist, um eine Spannung (a) an den Halter (230) und (b) an das oberflächenzumodifizierende Material (200) anzulegen, um dadurch eine Vorspannung an das oberflächenzumodifizierende Material (200) anzulegen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Trenneinrichtung (300, 310) zum Trennen eines Materialreaktionsteils (330a) der Kammer (330), in dem die Oberfläche modifiziert wird, von einem Teil (330c) der Kammer (330), in der die Ionenquelle (340) vorgesehen ist, wobei das Vakuumniveau in dem Materialreaktionsteil (330a) der Kammer (330) höher als das in dem Teil (330c) der Kammer (330) gehalten wird, in dem die Ionenquelle (340) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Halter (430) darauf ein Pulvermaterial (420) als oberflächenmodifiziertes Material hält und das Pulvermaterial (420) hin- und herbewegt.
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