JP2000038655A - Ion impregnating method and ion impregnating device - Google Patents
Ion impregnating method and ion impregnating deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種回転機械の軸
受けやスライドなどの摺動部材、工具等、耐摩耗性を要
求される部材へイオンを容易に注入することのできるイ
オン注入方法及びイオン注入装置に関するものである。
特に、立体形状の基材に容易に且つ効率的に不純物混入
の少ないイオン注入を行なうことができるように工夫し
たものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation method and an ion implantation method capable of easily implanting ions into members requiring wear resistance, such as bearings and slides of various rotary machines, tools and the like. It relates to an injection device.
In particular, the present invention is devised so that ion implantation with less impurity contamination can be easily and efficiently performed on a three-dimensional base material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】各種回転機械の軸受けやスライドなどの
摺動部材、工具等、耐摩耗性を要求される部材等の金属
材料にイオン注入を行うことにより、耐摩耗性・耐食性
等、表面の機械的特性が向上する。2. Description of the Related Art By ion-implanting metal materials such as sliding members such as bearings and slides of various rotating machines, tools such as tools, etc., which are required to have abrasion resistance, surface resistance such as abrasion resistance and corrosion resistance are improved. The mechanical properties are improved.
【０００３】この場合、従来において一般的に用いられ
ている方法は、真空中で注入したい元素をプラズマ化
し、発生したイオンを、直流高電圧をかけた引き出し加
速電極を用いて電界により引き出し、加速して、そのイ
オンをイオンビームという形で、被処理材料に照射する
ものである。In this case, a method generally used in the prior art is to convert an element to be implanted into a plasma in a vacuum, extract ions generated by an electric field using an extraction acceleration electrode to which a high DC voltage is applied, and accelerate the ions. Then, the ions are irradiated to the material to be processed in the form of an ion beam.
【０００４】この様な方法でイオン注入を行う場合、平
面状の被処理材料であればビームを垂直に入射させれば
よいが、立体形状の被処理材料に注入を行うためには、
ビームに対して、被処理材料を、回転，並進，揺動の組
み合わさった複雑な動きで駆動させる必要がある。従っ
て、注入の被処理材料全面への均一性が得られ難く、注
入処理に長時間を有する。When ion implantation is performed by such a method, a beam may be perpendicularly incident on a planar material to be processed, but in order to implant a three-dimensional material to be processed,
The material to be processed needs to be driven by the beam in a complicated motion including a combination of rotation, translation, and swing. Therefore, it is difficult to obtain uniformity of the injection over the entire surface of the material to be processed, and the injection process has a long time.
【０００５】これに対して、ガスプラズマ中に被処理材
料を置き、被処理材料にプラズマに対して負のバイアス
電圧をパルス状に印加することにより、立体形状の被処
理材料にイオン注入を行う方法がその解決策として考え
られる。On the other hand, a material to be processed is placed in a gas plasma, and a negative bias voltage is applied to the material to be processed in a pulsed manner with respect to the plasma, thereby ion-implanting a three-dimensional material to be processed. A method is conceivable as a solution.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ガスプラズ
マ中に被処理材料を置き、被処理材料にプラズマに対し
て負のバイアス電圧をパルス状に印加することにより、
立体形状の被処理材料にイオン注入を行う従来方法にお
いては、そのプラズマ発生法として、熱陰極放電、高周
波電極放電が採用される。By placing a material to be processed in a gas plasma and applying a negative bias voltage to the material to be processed in a pulsed manner with respect to the plasma,
In the conventional method of implanting ions into a three-dimensional material to be processed, a hot cathode discharge and a high-frequency electrode discharge are employed as the plasma generation method.
【０００７】しかし、熱陰極、高周波電極からの、不純
物の混入が必ず起こり、また特に、熱陰極放電の場合は
熱電子を発生させるフィラメントの消耗が激しく、メン
テナンスを高頻度に行う必要がある。また、これらの方
法では、大面積に均一のプラズマを発生させることは難
しく、また任意の領域にプラズマを封じ込めることがで
きないという問題点があり、その解決策が求められてい
た。However, impurities are inevitably mixed in from the hot cathode and the high-frequency electrode. In particular, in the case of hot cathode discharge, the filament for generating thermoelectrons is greatly consumed, and it is necessary to perform maintenance frequently. In addition, these methods have problems that it is difficult to generate uniform plasma over a large area and that plasma cannot be confined in an arbitrary region, and a solution has been required.
【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑み、立体形状
の被処理材（基材）に対しても容易且つ効率的に、不純
物混合を少なくしてイオン注入のできるイオン注入方法
及びイオン注入装置を提供することを目的とする。In view of the above prior art, the present invention provides an ion implantation method and an ion implantation apparatus capable of easily and efficiently implanting ions into a three-dimensional workpiece (substrate) while reducing impurity mixing. The purpose is to provide.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、真空容器内に注入物質を含むプラズマ発生
用のガスを導入し、前記真空容器に連通している金属管
にマイクロ波を伝送することにより、前記金属管内にプ
ラズマを発生させ、コイルから発生した磁場により、金
属管内に発生したプラズマを前記真空容器側に移送する
と共に、真空容器内に配置した永久磁石により前記プラ
ズマを真空容器の奥にまで引き込むことにより、前記真
空容器内に、大面積でかつ均一なシート状のプラズマを
発生させ、前記真空容器内の前記プラズマ中に基材を保
持しつつ、この基材に、前記真空容器の電位に対して負
極性のパルス状高電圧バイアス電圧を印加して、前記プ
ラズマ中のイオンを前記基材に注入することを特徴とす
る。According to the structure of the present invention, a gas for generating plasma containing an injection material is introduced into a vacuum vessel, and a microwave is introduced into a metal tube communicating with the vacuum vessel. By transmitting plasma, the plasma generated in the metal tube is generated by the magnetic field generated from the coil, and the plasma generated in the metal tube is transferred to the vacuum vessel side, and the plasma is generated by the permanent magnet disposed in the vacuum vessel. By drawing to the depth of the vacuum container, a large-area and uniform sheet-like plasma is generated in the vacuum container, and while holding the substrate in the plasma in the vacuum container, A high voltage bias voltage having a negative polarity with respect to the potential of the vacuum vessel is applied to inject ions in the plasma into the substrate.
【００１０】また本発明の構成は、前記プラズマ発生用
のガスが、窒素を含むガス、酸素ガス、炭素を含むガ
ス、ホウ素を含むガスの何れかであることや、前記パル
ス状高電圧バイアス電圧は、パルス幅が０．５μｓ〜５
００μｓ、絶対値が１０ｋＶ〜２００ｋＶであることを
特徴とする。Further, according to the present invention, the gas for generating plasma is selected from the group consisting of a gas containing nitrogen, an oxygen gas, a gas containing carbon, and a gas containing boron. Means that the pulse width is 0.5 μs to 5 μs.
00 μs and an absolute value of 10 kV to 200 kV.
【００１１】また本発明の構成は、注入物質を含むプラ
ズマ発生用のガスが導入される真空容器と、マイクロ波
を伝導する導波管と、前記導波管の端部に設けたマイク
ロ波の導入窓と、前記真空容器に連通すると共に、前記
導入窓と前記真空容器との間に設けられており、伝導さ
れてきたマイクロ波によりプラズマを発生する金属管
と、前記金属管と前記真空容器の周囲を囲んで設けられ
ており、前記金属管内で発生したプラズマを前記真空容
器内に移送する磁場を発生するコイルと、前記真空容器
のうち前記金属管と反対側位置に配置されており、前記
プラズマの断面形状と同一な形状の磁化面を持つ永久磁
石と、基材を、前記真空容器に対して絶縁状態にして、
前記真空容器内に引き込んだプラズマの位置に保持する
基材ホルダーと、前記基材に、前記真空容器の電位に対
して負極性のパルス状高電圧バイアス電圧を印加するパ
ルス高電圧電源とを有することを特徴とする。The present invention also provides a vacuum vessel into which a gas for generating plasma containing an injecting substance is introduced, a waveguide for transmitting microwaves, and a microwave provided at an end of the waveguide. An introduction window, a metal tube that communicates with the vacuum container, and is provided between the introduction window and the vacuum container and generates plasma by a transmitted microwave; and the metal tube and the vacuum container. A coil that generates a magnetic field that transfers plasma generated in the metal tube into the vacuum vessel, and is disposed at a position opposite to the metal pipe in the vacuum vessel, A permanent magnet having a magnetized surface having the same shape as the cross-sectional shape of the plasma, and a base material in an insulated state with respect to the vacuum vessel,
A substrate holder for holding the position of the plasma drawn into the vacuum vessel; and a pulse high-voltage power supply for applying a pulsed high-voltage bias voltage having a negative polarity to the potential of the vacuum vessel to the substrate. It is characterized by the following.
【００１２】また本発明の構成は、前記パルス高電圧電
源は、パルス幅が０．５μｓ〜５００μｓ、絶対値が１
０ｋＶ〜２００ｋＶの負極性のパルス状高電圧バイアス
電圧を出力することを特徴とする。Further, in the configuration of the present invention, the high-voltage pulse power supply may have a pulse width of 0.5 μs to 500 μs and an absolute value of 1 μs.
It is characterized by outputting a pulsed high voltage bias voltage of negative polarity of 0 kV to 200 kV.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１４】図１は本発明の実施の形態にかかるイオン
注入装置を示す縦断面図、図２はその横断面図である。
両図に示すように、このイオン注入装置は、真空排気装
置２によって真空排気される真空容器１を備えている。
また、ガス導入口１２が、真空容器１に連通する状態で
配置されている。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view thereof.
As shown in both figures, this ion implantation apparatus includes a vacuum vessel 1 which is evacuated by an evacuation apparatus 2.
Further, the gas inlet 12 is arranged so as to communicate with the vacuum vessel 1.
【００１５】金属管５はその右端部が真空容器１に連通
した状態で配置されている。導波管３はその右端部が、
金属管５の左端部に連結しており、また導波管３の右端
部にはマイクロ波の導入窓４が形成されている。ちょう
ど、金属管５は導入窓４と真空容器１との間に設けられ
ている。コイル６は、金属管５及び真空容器１の周囲を
囲む状態で配置されている。The metal tube 5 is arranged such that its right end communicates with the vacuum vessel 1. The waveguide 3 has a right end,
A microwave introduction window 4 is formed at the right end of the waveguide 3 and connected to the left end of the metal tube 5. The metal tube 5 is provided between the introduction window 4 and the vacuum vessel 1. The coil 6 is arranged so as to surround the metal tube 5 and the vacuum vessel 1.
【００１６】更に、真空容器１内の右端部には、絶縁板
１６でカバーされた棒状永久磁石７が備えられている。
棒状永久磁石７は、後述するようにして発生したプラズ
マ１４の断面形状と同一な形状の磁化面を有している。
なお、真空容器１は図示の長方形のものに限らず円形の
ものであってもよい。Further, a rod-shaped permanent magnet 7 covered with an insulating plate 16 is provided at the right end in the vacuum vessel 1.
The bar-shaped permanent magnet 7 has a magnetized surface having the same shape as the cross-sectional shape of the plasma 14 generated as described later.
The vacuum vessel 1 is not limited to the rectangular shape shown in the figure, but may be a circular shape.
【００１７】導波管３はマイクロ波１３を伝送し、マイ
クロ波の導入窓４と真空容器１との間に配置した金属管
５内に導入されたマイクロ波により、金属管５内にプラ
ズマ１４が発生する。このプラズマ１４は、コイル６に
より発生した磁場１５により、右側の真空容器１内に移
送される。The waveguide 3 transmits a microwave 13 and a plasma 14 is introduced into the metal tube 5 by the microwave introduced into the metal tube 5 disposed between the microwave introduction window 4 and the vacuum vessel 1. Occurs. The plasma 14 is transferred into the right vacuum vessel 1 by the magnetic field 15 generated by the coil 6.
【００１８】また、注入物質を含むプラズマ発生用ガス
は、ガス導入口１２を介して、真空容器１内に導入され
る。A plasma generating gas containing an injection substance is introduced into the vacuum vessel 1 through a gas inlet 12.
【００１９】真空容器１内には、絶縁体８により真空容
器１と絶縁された基材ホルダー９が設置されている。基
材１０−１，１０−２，１０−３は、基材ホルダー９に
設置される。この基材ホルダー９には、パルス高電圧電
源１１が接続されており、パルス高電圧電源１１から、
基材ホルダー９ひいては基材１０−１，１０−２，１０
−３に、真空容器１の電位を基準として負極性のパルス
状高電圧バイアス電圧が印加される。In the vacuum vessel 1, a substrate holder 9 insulated from the vacuum vessel 1 by an insulator 8 is provided. The substrates 10-1, 10-2, and 10-3 are set on the substrate holder 9. A pulse high voltage power supply 11 is connected to the substrate holder 9, and the pulse high voltage power supply 11
The substrate holder 9 and thus the substrates 10-1, 10-2, 10
-3, a negative pulsed high voltage bias voltage is applied with reference to the potential of the vacuum vessel 1.
【００２０】上記構成のイオン注入装置を用いてイオン
注入をする各実施例を次に示す。Examples of ion implantation using the ion implantation apparatus having the above configuration will be described below.
【００２１】（実施例１）上記の構成装置において、ま
ず、５０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の基材１０
−１，１０−２，１０−３（例えばＳＵＳ３０４ステン
レス鋼）を有機溶剤（例えばアセトン）で超音波洗浄を
施した後、真空容器１内の基材ホルダー９に設置し、真
空容器１内を２×１０-6torr以下に予備排気する。そし
て、ガス導入口１２より窒素ガスを導入する。この時圧
力は５×１０-4torrに調整する。(Embodiment 1) In the above-described apparatus, first, a square base material 10 of 50 mm × 50 mm × 50 mm was used.
After performing ultrasonic cleaning of -1, 10-2, and 10-3 (for example, SUS304 stainless steel) with an organic solvent (for example, acetone), it is placed on the base material holder 9 in the vacuum vessel 1 and the inside of the vacuum vessel 1 is made. Pre-evacuate to 2 × 10 -6 torr or less. Then, nitrogen gas is introduced from the gas inlet 12. At this time, the pressure is adjusted to 5 × 10 −4 torr.
【００２２】そして、マイクロ波１３をマイクロ波を伝
送する導波管３に伝送し、マイクロ波の導入窓４より、
真空容器１に連通した金属管５に導入され、金属管５内
にプラズマ１４が発生する。このプラズマ１４はコイル
６により発生した磁場１５に沿って真空容器１内に移送
され、更に真空容器１内の他端部に設けられた棒状永久
磁石７により真空容器１の奥にまで引き込まれて終端さ
れシート状の形状を示す。つまり、真空容器１内では、
プラズマ１４は大面積で且つ均一なシート状となってい
る。The microwave 13 is transmitted to the waveguide 3 for transmitting the microwave, and the microwave 13 is transmitted through the microwave introduction window 4.
The plasma 14 is introduced into the metal tube 5 communicating with the vacuum vessel 1, and plasma 14 is generated in the metal tube 5. This plasma 14 is transferred into the vacuum vessel 1 along the magnetic field 15 generated by the coil 6, and further drawn into the vacuum vessel 1 by the rod-shaped permanent magnet 7 provided at the other end in the vacuum vessel 1. It is terminated and shows a sheet-like shape. That is, in the vacuum vessel 1,
The plasma 14 has a large area and a uniform sheet shape.
【００２３】次にこの状態で、パルス高電圧電源１１を
用い、基材ホルダー９に取り付けられた基材１０−１，
１０−２，１０−３にパルス状高電圧バイアス電圧を印
加し、プラズマ１４中で生成したイオンを高エネルギー
で加速し、基材１０−１，１０−２，１０−３に引き込
んでイオン注入をする。ここで、電圧の絶対値は３０ｋ
Ｖで、パルス幅は１０μｓ、繰返し周波数は５００Ｈ
ｚ、処理時間は６０分である。Next, in this state, the substrates 10-1 and 10-1
A pulsed high voltage bias voltage is applied to 10-2 and 10-3, ions generated in the plasma 14 are accelerated with high energy, and the ions are implanted into the base materials 10-1, 10-2 and 10-3. do. Here, the absolute value of the voltage is 30 k
V, pulse width 10 μs, repetition frequency 500H
z, the processing time is 60 minutes.
【００２４】図３に導波管３に対する、基材１０−１，
１０−２，１０−３の向きを示す。また表１に、各面
Ａ，Ｂ，Ｃに注入された窒素の量を、分析により調べた
結果を示す。設置した３つの基材１０−１，１０−２，
１０−３の３面ともほぼ均一に窒素が注入されていた。
また、ＳＵＳボール／窒化注入ＳＵＳ基材摺動試験の結
果、摩耗幅も基材であるＳＵＳ３０４ステンレス鋼より
も小さいという結果が得られ、耐摩耗性に優れているこ
とも確認された。FIG. 3 shows the base material 10-1,
The directions of 10-2 and 10-3 are shown. Table 1 shows the results of analysis of the amounts of nitrogen injected into the surfaces A, B, and C by analysis. The three substrates 10-1, 10-2,
Nitrogen was injected almost uniformly on all three surfaces of 10-3.
In addition, as a result of the SUS ball / nitridation-injected SUS base material sliding test, a result that the wear width was smaller than that of the base material SUS304 stainless steel was obtained, and it was confirmed that the wear resistance was excellent.
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】（実施例２）実施例１と同じ形状の純鉄の
基材１０−１，１０−２，１０−３を用い、注入物質ガ
スとして、アセチレンガスを導入する以外は、実施例１
と同じ方法で処理を行った。Example 2 Example 1 was repeated except that pure iron base materials 10-1, 10-2, and 10-3 having the same shape as in Example 1 were used, and acetylene gas was introduced as an injecting substance gas.
The treatment was performed in the same manner as described above.
【００２７】表２に各面に注入された炭素の量を分析に
より調べた結果を示す。設置した、３つの基材１０−
１，１０−２，１０−３の３面ともほぼ均一に炭素が注
入されていた。Table 2 shows the results of analysis of the amount of carbon injected into each surface by analysis. Three base materials 10-
Carbon was injected almost uniformly on all three surfaces, 1, 10-2 and 10-3.
【００２８】[0028]
【表２】 [Table 2]
【００２９】本実施の形態では、負極性のパルス高電圧
の絶対値は３０ｋＶとしたが、１０ｋＶ〜２００ｋＶで
あれば同等の注入処理を行うことができる。しかし、負
極性のパルス高電圧の絶対値を１０ｋＶ未満とすると、
エネルギーが低すぎて、注入は殆ど行われない。また、
２００ｋＶを超える電圧を印加することは、産業応用
上、装置規模，操作性等に問題があり実用的ではない。In the present embodiment, the absolute value of the negative pulse high voltage is 30 kV, but the same injection process can be performed if the pulse high voltage is 10 kV to 200 kV. However, if the absolute value of the negative pulse high voltage is less than 10 kV,
The energy is too low and very little injection occurs. Also,
Applying a voltage exceeding 200 kV is impractical due to problems in equipment scale, operability, etc. in industrial applications.
【００３０】パルス幅に関しても０．５〜５００μｓの
範囲であれば実施例と同等の注入処理を行うことができ
る。しかし、０．５μｓ未満では、基材に引き込まれる
イオンは僅かで、注入処理の効率が大幅に減少する。ま
た、５００μｓを超えると、異常放電が発生し易くな
り、これに伴うアーク放電の発生で基材に損傷を与え
る。With respect to the pulse width, if it is in the range of 0.5 to 500 μs, the same injection processing as in the embodiment can be performed. However, when the time is less than 0.5 μs, only a small amount of ions are drawn into the substrate, and the efficiency of the implantation process is greatly reduced. On the other hand, if the time exceeds 500 μs, abnormal discharge is likely to occur, and the base material is damaged by the occurrence of arc discharge accompanying the discharge.
【００３１】このように、パルス状高電圧バイアス電圧
を印加する理由は次の通りである。つまり、仮に、バイ
アス電圧を直流とした場合には、１０ｋＶ以上の電圧を
印加すると異常放電が基材と真空容器の間で発生し、ブ
レークダウンが起こり易いため、電圧をこれ以上大きく
することはできない。一方、パルス電圧をパルス状高電
圧バイアス電圧とした場合には、そのパルス幅を適宜選
択することによって、ブレークダウンに至る前に電圧が
０または０近くになるようにすることができるため、大
きな絶対値を持つ電圧を印加することができるからであ
る。The reason why the pulsed high voltage bias voltage is applied as described above is as follows. In other words, if the bias voltage is DC, if a voltage of 10 kV or more is applied, abnormal discharge occurs between the base material and the vacuum vessel, and breakdown easily occurs. Can not. On the other hand, when the pulse voltage is a pulse-like high-voltage bias voltage, the voltage can be set to 0 or nearly 0 before the breakdown occurs by appropriately selecting the pulse width. This is because a voltage having an absolute value can be applied.
【００３２】また、プラズマ発生用ガスは、窒素を含む
ガス、酸素ガス、炭素を含むガス、ホウ素を含むガスの
何れであってもよい。The plasma generating gas may be any of a gas containing nitrogen, an oxygen gas, a gas containing carbon, and a gas containing boron.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明では、真空容器内に注入物質を含むプラ
ズマ発生用のガスを導入し、前記真空容器に連通してい
る金属管にマイクロ波を伝送することにより、前記金属
管内にプラズマを発生させ、コイルから発生した磁場に
より、金属管内に発生したプラズマを前記真空容器側に
移送すると共に、真空容器内に配置した永久磁石により
前記プラズマを真空容器の奥にまで引き込むことによ
り、前記真空容器内に、大面積でかつ均一なシート状の
プラズマを発生させ、前記真空容器内の前記プラズマ中
に基材を保持しつつ、この基材に、前記真空容器の電位
に対して負極性のパルス状高電圧バイアス電圧を印加し
て、前記プラズマ中のイオンを前記基材に注入する方法
の構成とした。また本発明では、注入物質を含むプラズ
マ発生用のガスが導入される真空容器と、マイクロ波を
伝導する導波管と、前記導波管の端部に設けたマイクロ
波の導入窓と、前記真空容器に連通すると共に、前記導
入窓と前記真空容器との間に設けられており、伝導され
てきたマイクロ波によりプラズマを発生する金属管と、
前記金属管と前記真空容器の周囲を囲んで設けられてお
り、前記金属管内で発生したプラズマを前記真空容器内
に移送する磁場を発生するコイルと、前記真空容器のう
ち前記金属管と反対側位置に配置されており、前記プラ
ズマの断面形状と同一な形状の磁化面を持つ永久磁石
と、基材を、前記真空容器に対して絶縁状態にして、前
記真空容器内に引き込んだプラズマの位置に保持する基
材ホルダーと、前記基材に、前記真空容器の電位に対し
て負極性のパルス状高電圧バイアス電圧を印加するパル
ス高電圧電源とを有する装置の構成とした。As described above in detail with the embodiments, in the present invention, a gas for generating plasma containing an injection substance is introduced into a vacuum vessel, and the gas is introduced into a metal tube communicating with the vacuum vessel. By transmitting microwaves, a plasma is generated in the metal tube, and a magnetic field generated from a coil transfers the plasma generated in the metal tube to the vacuum container side, and the permanent magnet disposed in the vacuum container causes the plasma to be generated. By drawing the plasma deep into the vacuum vessel, a large-area and uniform sheet-like plasma is generated in the vacuum vessel, and the base is held in the plasma in the vacuum vessel while holding the base material in the plasma. A configuration was adopted in which a pulsed high-voltage bias voltage having a negative polarity with respect to the potential of the vacuum vessel was applied to the material, and ions in the plasma were injected into the base material. Further, in the present invention, a vacuum vessel into which a gas for generating plasma containing an injection substance is introduced, a waveguide that transmits microwaves, a microwave introduction window provided at an end of the waveguide, A metal tube that communicates with the vacuum vessel and is provided between the introduction window and the vacuum vessel and generates plasma by the transmitted microwave,
A coil for generating a magnetic field for transferring plasma generated in the metal tube into the vacuum vessel, provided around the metal pipe and the vacuum vessel, and a side of the vacuum vessel opposite to the metal pipe. A permanent magnet having a magnetized surface having the same shape as the cross-sectional shape of the plasma, and a base material in a state in which the base material is insulated from the vacuum container, and the position of the plasma drawn into the vacuum container. And a pulsed high-voltage power supply for applying a pulsed high-voltage bias voltage having a negative polarity to the potential of the vacuum vessel to the substrate.
【００３４】このような構成としたため、真空容器内
に、大面積で均一なシート状プラズマを発生させて安定
した封じ込めることができる。このため、立体形状の基
材であっても、容易且つ効率的にイオンの注入ができる
ようになる。また、不純物の混入が無くなる。With such a configuration, a large-area and uniform sheet-like plasma can be generated in the vacuum vessel and can be stably contained. Therefore, even if the substrate has a three-dimensional shape, ions can be easily and efficiently implanted. In addition, contamination of impurities is eliminated.
【００３５】また本発明では、前記プラズマ発生用のガ
スが、窒素を含むガス、酸素ガス、炭素を含むガス、ホ
ウ素を含むガスの何れかであることや、前記パルス状高
電圧バイアス電圧は、パルス幅が０．５μｓ〜５００μ
ｓ、絶対値が１０ｋＶ〜２００ｋＶであることを特徴と
する。Also, in the present invention, the gas for generating plasma is any one of a gas containing nitrogen, an oxygen gas, a gas containing carbon, and a gas containing boron. Pulse width 0.5μs ~ 500μ
s, wherein the absolute value is 10 kV to 200 kV.
【００３６】このような構成としたため、各種の注入物
質を、効率良く且つ基材に損傷を与えることなく注入す
ることができる。With such a structure, various kinds of injection materials can be injected efficiently and without damaging the base material.
【００３７】かくして、本発明によるイオン注入方法及
びイオン注入装置を用いれば、立体形状や複雑な形状の
基材にも、容易に且つ効率的に不純物混入の少ないイオ
ン注入を行うことができる。Thus, by using the ion implantation method and the ion implantation apparatus according to the present invention, it is possible to easily and efficiently carry out ion implantation with a small amount of impurities into a substrate having a three-dimensional shape or a complicated shape.
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン注入装置を示
す縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に係るイオン注入装置を示
す横断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the ion implantation apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図３】導波管に対する基材の向きを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a direction of a base material with respect to a waveguide.
１ 真空容器 ２ 真空排気装置 ３ 導波管 ４ マイクロ波の導入窓 ５ 金属管 ６ コイル ７ 棒状永久磁石 ８ 絶縁体 ９ 基材ホルダー １０−１，１０−２，１０−３ 基材 １１ パルス高電圧電源 １２ ガス導入口 １３ マイクロ波 １４ プラズマ １５ 磁場 １６ 絶縁板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Vacuum exhaust device 3 Waveguide 4 Microwave introduction window 5 Metal tube 6 Coil 7 Bar-shaped permanent magnet 8 Insulator 9 Substrate holder 10-1, 10-2, 10-3 Substrate 11 Pulse high voltage Power supply 12 Gas inlet 13 Microwave 14 Plasma 15 Magnetic field 16 Insulating plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 光宏 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BC02 BD04 BD05 CA10 CA13 EA05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Mitsuhiro Yoshida 4-62 Kannon Shinmachi, Nishi-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hiroshima Laboratory F-term (reference) 4K029 BC02 BD04 BD05 CA10 CA13 EA05
Claims (5)
生用のガスを導入し、 前記真空容器に連通している金属管にマイクロ波を伝送
することにより、前記金属管内にプラズマを発生させ、 コイルから発生した磁場により、金属管内に発生したプ
ラズマを前記真空容器側に移送すると共に、真空容器内
に配置した永久磁石により前記プラズマを真空容器の奥
にまで引き込むことにより、前記真空容器内に、大面積
でかつ均一なシート状のプラズマを発生させ、 前記真空容器内の前記プラズマ中に基材を保持しつつ、
この基材に、前記真空容器の電位に対して負極性のパル
ス状高電圧バイアス電圧を印加して、前記プラズマ中の
イオンを前記基材に注入することを特徴とするイオン注
入方法。1. A plasma generating gas including an injection substance is introduced into a vacuum vessel, and microwaves are transmitted to a metal pipe communicating with the vacuum vessel, thereby generating plasma in the metal pipe. By transferring the plasma generated in the metal tube to the vacuum container side by the magnetic field generated from the coil, and by pulling the plasma deep into the vacuum container by a permanent magnet disposed in the vacuum container, the plasma is transferred into the vacuum container. While generating a large-area and uniform sheet-like plasma, while holding a substrate in the plasma in the vacuum vessel,
An ion implantation method, characterized in that a pulsed high-voltage bias voltage having a negative polarity with respect to the potential of the vacuum vessel is applied to the substrate to inject ions in the plasma into the substrate.
むガス、酸素ガス、炭素を含むガス、ホウ素を含むガス
の何れかであることを特徴とする請求項１のイオン注入
方法。2. The ion implantation method according to claim 1, wherein the gas for generating plasma is any one of a gas containing nitrogen, an oxygen gas, a gas containing carbon, and a gas containing boron.
ルス幅が０．５μｓ〜５００μｓ、絶対値が１０ｋＶ〜
２００ｋＶであることを特徴とする請求項１のイオン注
入方法。3. The pulsed high voltage bias voltage has a pulse width of 0.5 μs to 500 μs and an absolute value of 10 kV to
2. The ion implantation method according to claim 1, wherein the voltage is 200 kV.
導入される真空容器と、 マイクロ波を伝導する導波管と、 前記導波管の端部に設けたマイクロ波の導入窓と、 前記真空容器に連通すると共に、前記導入窓と前記真空
容器との間に設けられており、伝導されてきたマイクロ
波によりプラズマを発生する金属管と、 前記金属管と前記真空容器の周囲を囲んで設けられてお
り、前記金属管内で発生したプラズマを前記真空容器内
に移送する磁場を発生するコイルと、 前記真空容器のうち前記金属管と反対側位置に配置され
ており、前記プラズマの断面形状と同一な形状の磁化面
を持つ永久磁石と、 基材を、前記真空容器に対して絶縁状態にして、前記真
空容器内に引き込んだプラズマの位置に保持する基材ホ
ルダーと、 前記基材に、前記真空容器の電位に対して負極性のパル
ス状高電圧バイアス電圧を印加するパルス高電圧電源と
を有することを特徴とするイオン注入装置。4. A vacuum vessel into which a gas for generating plasma containing an injectable substance is introduced, a waveguide for transmitting microwaves, a microwave introduction window provided at an end of the waveguide, A metal tube, which is provided between the introduction window and the vacuum container and communicates with the vacuum container and generates plasma by a transmitted microwave, surrounding the metal tube and the vacuum container. A coil for generating a magnetic field for transferring plasma generated in the metal tube into the vacuum vessel; and a coil disposed in a position of the vacuum vessel opposite to the metal tube, and a cross-sectional shape of the plasma. A permanent magnet having a magnetized surface having the same shape as the above, a substrate, an insulating state with respect to the vacuum container, and a substrate holder for holding the position of the plasma drawn into the vacuum container; And said Ion implantation apparatus characterized by having a pulse high voltage power supply for applying a negative pulse-like high voltage bias voltage for an empty container potential.
０．５μｓ〜５００μｓ、絶対値が１０ｋＶ〜２００ｋ
Ｖの負極性のパルス状高電圧バイアス電圧を出力するこ
とを特徴とする請求項４のイオン注入装置。5. The pulse high-voltage power supply has a pulse width of 0.5 μs to 500 μs and an absolute value of 10 kV to 200 k.
5. The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein a pulsed high voltage bias voltage having a negative polarity of V is output.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10207308A JP2000038655A (en) | 1998-05-20 | 1998-07-23 | Ion impregnating method and ion impregnating device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-137943 | 1998-05-20 | ||
| JP13794398 | 1998-05-20 | ||
| JP10207308A JP2000038655A (en) | 1998-05-20 | 1998-07-23 | Ion impregnating method and ion impregnating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000038655A true JP2000038655A (en) | 2000-02-08 |
Family
ID=26471105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10207308A Pending JP2000038655A (en) | 1998-05-20 | 1998-07-23 | Ion impregnating method and ion impregnating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000038655A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009504330A (en) * | 2005-08-18 | 2009-02-05 | ボストン サイエンティフィック リミテッド | Surface modification of ePTFE and implant using the same |
| JP4769083B2 (en) * | 2004-01-06 | 2011-09-07 | 株式会社イデアルスター | Ion implantation method and ion implantation apparatus |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP10207308A patent/JP2000038655A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4769083B2 (en) * | 2004-01-06 | 2011-09-07 | 株式会社イデアルスター | Ion implantation method and ion implantation apparatus |
| JP2009504330A (en) * | 2005-08-18 | 2009-02-05 | ボストン サイエンティフィック リミテッド | Surface modification of ePTFE and implant using the same |
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