JP2000268769A - Ion implanter - Google Patents

Ion implanter

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JP2000268769A
JP2000268769A JP11068196A JP6819699A JP2000268769A JP 2000268769 A JP2000268769 A JP 2000268769A JP 11068196 A JP11068196 A JP 11068196A JP 6819699 A JP6819699 A JP 6819699A JP 2000268769 A JP2000268769 A JP 2000268769A
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plasma
substrate
voltage
ion implantation
ion
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JP11068196A
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Japanese (ja)
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Etsuo Noda
悦夫 野田
Shiro Asano
史朗 浅野
Toru Sugawara
亨 菅原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implanter of a long life, high reliability at low cost, capable of conducting uniform ion implantation to a substrate in a three- dimensional shape. SOLUTION: This ion implantater implants ions into a substrate 10 by applying a voltage on the substrate 10 placed in a vacuum container 1 and by generating a discharge plasma in the vacuum container 1. The vacuum container 1 is evacuated to be vacuum inside thereof and supplied with a gas of a substance to be ion-implanted. The ion implanter comprises a step-up transformer 42 and a switching element 40 connected to the primary side of the step-up transformer 42.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、例えばピストン、
ベアリングなどの自動車部品、ドリルなどの切削工具の
ような基体にイオンを注入するためのイオン注入装置に
関する。 【0002】 【従来の技術】自動車部品、切削工具の製造に際し、該
工具等の基体にイオンを注入することによって、基体の
耐磨耗性、耐熱性、硬度などを向上させる試みが成され
ている。例えばステンレス鋼からなる基体に、クロム又
は窒素を注入する、あるいは基体に膜材料の成分のイオ
ンを注入して成膜を行うと基体の耐磨耗性や疲労寿命が
大幅に改善されることが知られている。 【0003】基体にイオンを注入する方法として、注入
したい物質の正イオンを含む放電プラズマ中に基体を保
持して、数十から数百kVの負のパルス電圧を印加する
方法が提案されている(参考文献:J.R.Conrad,et.a
l.,"Plasma source ion-implantation technique for s
urface modification of materials ",J.Appl. Phys 62
(11),1987,pp.4591-4596)。このイオン注入方式は、P
SII(Plasma Source Ion Implantation)またはPIII(P
lasma Immersion Ion Implantation)という略称で呼ば
れている。 【0004】かかる方法を、イオン源から引き出した注
入イオンを質量分離用の偏向磁石を通した後に加速して
基体に注入するという従来法と比較すると、次に列挙す
る特徴がある。 【0005】(a) 基体が三次元形状をしている場合
であっても、基体の周囲を取り囲んでいるプラズマから
基体表面にほぼ垂直にイオン注入が行え、一方向からし
かイオン注入の行えない従来法で必要だった基体の駆動
機構が不要で注入時間も短くて済む。 【0006】(b) 長距離のビーム輸送が不要なので
装置構成を単純・安価にできる。 【0007】以下、従来のPSII装置について図面を
参照しながら説明する。このPSII装置は、例えば米
国特許4764394号明細書などに記載されたものと同様の
ものである。図19はPSII装置の横断面図で、図2
0はPSII装置の縦断面図で、図21はPSII装置
の斜視図である。 【0008】図19〜図21において、真空容器1は上
面の上板2と下面の底板3と側面の側板4とに囲まれた
概円筒形状の容器である。底板3には図示しないガス源
から真空容器1内に放電ガスを導入するガス導入口5a
及び図示しない真空排気ポンプによって真空容器1内を
真空に排気するための真空排気口6が設置されている。
上板2と底板3の外壁には、複数の角棒状の永久磁石7
a及び7bが互いに平行に配設される。 【0009】なお、永久磁石7a及び7bは、上板2及び
底板3の外壁に直角な方向に着磁され、隣接する磁石7
同士の極性が互いに異なって配設される。 【0010】さらに、側板4の外壁にも、複数の永久磁
石8が垂直方向に互いに平行であって、また隣接する磁
石8の極性が互いに異なるように配設される。 【0011】このように永久磁石を配設することによ
り、真空容器1の内壁全面を覆う磁力線20a、20b、
20cが形成される。また、真空容器1の上板2、底板
3及び側板4には、上板2、底板3及び側板4を陽極と
することに対し、陰極となるフィラメント9が配設され
る。 【0012】さらに、真空容器1内には、イオンを注入
するターゲット10を保持するための金属製のターゲッ
ト保持台11がブッシング12を介して真空容器1とは
電位的に絶縁されて設置される。真空容器1にはフィラ
メント9に通電するためのフィラメント電源と、上板
2、底板3及び側板4を陽極、フィラメント9を陰極と
する放電を起こすためのアーク電源からなる放電電源ユ
ニット13が接続されている。ターゲット10には高圧
ケーブル14及びブッシング12を経由してパルス高電
圧電源15からパルス状の高電圧が印加される。 【0013】このような構成からなる従来のPSII装置の
動作について説明する。即ち、ガス導入口5aからター
ゲット10に注入したい物質のガス(窒素、酸素など)
を供給しておき、放電電源ユニット13のフィラメント
電源によってフィラメント9に通電して加熱し、発生す
る熱電子を真空排気口6を用いて予め真空状態にしてお
いた真空容器1内に充満させておく。放電電源ユニット
13のアーク電源によりフィラメント9と真空容器1と
の間に放電を発生させて放電プラズマ21を生成する。 【0014】そして、イオンを注入するターゲット10
を載せたターゲット保持台11にはパルス高電圧電源1
5が接続されており、プラズマの生成とは独立に真空容
器1に対してパルス幅がおよそ数十マイクロ秒、大きさ
が数十から数百kV程度の負のパルス電圧が印加され
る。 【0015】ここで、基体10への電圧印加が数十マイ
クロ秒という短い時間幅にパルス化されている理由は、
ターゲットへの電圧印加によってプラズマと基体間にア
ーク放電が発生するのを防止するためである。 【0016】基体に負の電圧が印加されると、基体を取
り囲んだプラズマ中にシースが成長し電子が基体から遠
ざけられ、逆にイオンが基体方向に加速されて、イオン
が基体に注入されることになる。 【0017】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の装置では、高電圧をスイッチングするための
素子として真空管のような高電圧素子が使われるため、
パルス高電圧電源の寿命が短くなってしまうという欠点
があった。またコスト上昇を招くことにもなった。 【0018】さらに、基体に絶縁性の膜を付ける時、正
のパルスと負のパルスを交互に繰り返す場合があるが、
この場合には、正のパルス電源と負のパルス電源の2つ
を用意する必要があり、ますますコスト上昇を招くこと
になった。 【0019】また、上記のような方法では基体が保持さ
れている真空容器内に放電プラズマの生成のためタング
ステンなどでできたフィラメントが設置されているた
め、放電の際フィラメント物質の蒸発が起こり、放電プ
ラズマに注入物質以外の不純物が混入することが避けら
れない。 【0020】そして、放電プラズマに混入した不純物
は、イオン又は中性粒子として存在しており、これらは
基体表面に付着又は注入されることになるため結果的に
基体の品質を下げてしまうことになる。 【0021】また、フィラメントを用いない放電方式と
してRF波、マイクロ波を採用した例も見られるが、前
者は電磁波とプラズマを結合させるためのアンテナとし
てコイル又は平板電極を真空容器内に設置する必要があ
るためコイルや平板電極の原料物質が放電プラズマに混
入してしまうという問題があり、また一般に後者は大型
のプラズマ源で用いる場合、放電プラズマの生成のため
に電磁石など大掛かりな磁場生成手段が必要となる。 【0022】そこで、本発明の一の目的は、三次元形状
の基体に対しても均一なイオン注入が可能であり、長寿
命で信頼性が高く、安価なイオン注入装置を提供するこ
とにある。 【0023】また、本発明の他の目的は、三次元形状の
基体に対しても均一なイオン注入が可能であり、所望の
注入物質以外の不純物の基体への付着が少ないイオン注
入装置を提供することにある。 【0024】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のイオン注入装置は、基体に電圧を印加する
ための手段として、昇圧トランスと該トランスの1次側
に電圧をオン・オフするスイッチング素子を設けたこと
を特徴とする。さらに、このスイッチング素子として、
IGBT、サイリスタ、GTO、トライアック等の半導
体個体素子を用いたことを特徴とする。 【0025】上記構成によれば、昇圧トランスの1次側
で電圧をオン・オフするため、高電圧用の真空管等を用
いる必要がなくなり、スイッチング素子として、IGB
T、サイリスタ、GTO、トライアック、等の半導体個
体素子を用いることにより、素子寿命を大幅に延ばすこ
とができるとともに、低コストにて装置を構成すること
ができる。また、正のパルスと負のパルスを交互に繰り
返す場合、基体に印加する正のパルス電圧は、トランス
のリンギングを利用して発生させることができるため、
パルス電源を2つ持つ必要がなく、さらに安価に構成す
ることができる。 【0026】また、上記の目的を達成するため、本発明
のイオン注入装置は、真空容器と、真空容器を真空に排
気する手段と、容器に放電の原料物質を供給する手段
と、前記真空容器内に設けられた基体を保持する台と、
台を真空容器と絶縁して保持するためのブッシングと、
前記基体に前記真空容器の電位を基準とした負の電圧を
印加するためのバイアス電源と、真空容器内にプラズマ
を生成するためのプラズマ源を備え、生成されたプラズ
マによって基体を取り囲んでイオンを注入するイオン注
入装置において、前記真空容器に絶縁物を介して設けら
れた第二のプラズマ源内で放電を起こしてプラズマを発
生させ、そのプラズマから電子を引き出して前記真空容
器内に基体を取り囲むプラズマを生成させることを特徴
とする。 【0027】上記構成によれば、真空容器に設けられた
プラズマ源内に第二のプラズマを生成し、プラズマ源に
設置した電極を陰極、真空容器を陽極とするような電圧
を電源から供給することによって第二のプラズマが陰極
の役割を果たし、第二のプラズマから引き出された電子
は真空容器中にあらかじめ導入されたガスと衝突して第
一のプラズマを生成する。真空容器に形成された閉じ込
め磁場により第二のプラズマから引き出された電子及び
生成されたプラズマは、真空容器内に閉じ込められ、プ
ラズマの生成効率が高まるとともに、基体を均一なプラ
ズマによって取り囲むことができる。 【0028】かかる状態でバイアス電源から基体に、例
えば真空容器の電位を基準としたパルス状の負の電圧を
印加することによって、プラズマからイオンが基体に向
かって加速され注入される。その場合、真空容器に設置
したプラズマ源で生成した第二のプラズマを生成するた
めの陰極として使用しているため、かりに第二のプラズ
マを生成するプラズマ源内でフィラメントやコイルの原
料物質が不純物として混入する場合であっても、基体を
取り囲むプラズマへの影響は小さくフィラメントやコイ
ルなどを用いて直接、基体を取り囲むプラズマを生成す
る従来の場合と比較すると基体への不純物の付着量及び
注入量をはるかに小さくすることが可能となる。 【0029】 【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施形態に
係るイオン注入装置とその電源構成の一例を示した概略
構成図である。本実施形態のイオン注入装置は、円筒型
の真空容器1を備えている。真空容器1は、上面の上板
2と下面の底板3と側面の側板4とに囲まれた概円筒形
状の容器である。 【0030】底板3には、図示しないガス源から真空容
器1内に放電ガスを導入するガス導入口5a及び図示し
ない真空排気ポンプによって真空容器1内を真空に排気
するための真空排気口6が取り付けられる。上板2と底
板3の外壁には複数の角棒状の永久磁石7a及び7bが互
いに平行に配設される。 【0031】なお、永久磁石7a及び7bは、上板2及び
底板3の外壁に直角な方向に着磁され、隣接する磁石7
同士の極性が互いに異なって配設される。更に側板4の
外壁にも、複数の永久磁石8が垂直方向に互いに平行で
あって、また隣接する磁石8の極性が互いに異なるよう
に配設される。このように永久磁石を配設することによ
り、真空容器1の内壁全面を覆う磁力線20cが形成さ
れる。 【0032】また、真空容器1の上板2及び底板3及び
側板4には、上板2及び底板3及び側板4を陽極とする
ことに対し、陰極となるフィラメント9が配設される。
さらに、真空容器1内には、イオンを注入するターゲッ
ト10を保持するための金属製のターゲット保持台11
がブッシング12を介して真空容器1とは電位的に絶縁
されて配設される。 【0033】また、真空容器1にはフィラメント9に通
電するためのフィラメント電源16と、上板2及び底板
3及び側板4を陽極、フィラメント9を陰極とするアー
ク放電を起こすためのアーク電源17が接続されてい
る。 【0034】ターゲット10には高圧ケーブル14及び
ブッシング12を経由して負の高電圧パルスが印加され
る。負の高電圧パルスは、直流電源41の出力をIGB
T40でスイッチングしてパルス波形を切り出し、昇圧
トランス42で数十kVの電圧に昇圧し、整流器43を
通して得る。尚、40Aは、IGBT40のゲートの制
御回路である。また、スイッチング素子としてIGBT
を用いた例を示したが、これ以外にも、サイリスタ、G
TO、トライアック、トランジスタ、FETなど多くの
素子が利用できる。 【0035】図2に、高電圧パルスの波形を示す。図2
の(a)は、矩形のパルスを発生した場合、図2の
(b)は正弦波の1部のパルスを発生した場合の例を示
す。実際の波形は、もっと崩れた波形となることが多
い。 【0036】上述した本実施例によれば、昇圧トランス
42の1次側で、電圧をオン・オフするため、高電圧用
の真空管等を用いる必要がなくなり、スイッチング素子
として、IGBT40又はサイリスタ、GTO、トライ
アック、等の半導体個体素子を用いることにより、素子
寿命を大幅に延ばすことができるとともに、低コストに
て装置を構成することができる。 【0037】また、正のパルスと負のパルスを交互に繰
り返す場合、基体に印加する正のパルス電圧は、トラン
スのリンギングを利用して発生させることができるた
め、パルス電源を2つ持つ必要がなく、さらに安価に構
成することができる。 【0038】次に第2の実施形態について図3を参照し
て説明する。図3においては、放電部の構成は第1図と
同じであるので、その説明は省略する。 【0039】本実施形態における高電圧発生方法は、直
流電源41の代わりに交流電源を用いた。交流電源とし
ては、商用電源を用いてもよいし、より高周波の電源を
用いてもよい。図3ではトライアックを用いて、パルス
の一部を切り出して使っているが、その他の素子を用い
てもよい。そのときの波形を、図4に示す。実際には、
さらになまった波形として得られることが多い。 【0040】本実施形態によっても、第1の実施形態と
同様な作用効果を得ることができる。 【0041】次に第3の実施形態について図5を参照し
て説明する。図5においては、放電部の構成は第1図と
同じであるので、その説明は省略する。 【0042】本実施形態における高電圧発生方法は、交
流電源を用いた。交流電源としては、商用電源を用いて
もよいし、より高周波の電源を用いてもよい。交流電源
を半波整流することによりパルス波形を得ている。その
ときの波形を、図6に示す。 【0043】本実施形態によっても、第1の実施形態と
同様な作用効果を得ることができる。 【0044】次に第4の実施形態について図7を参照し
て説明する。図7においては、放電部の構成は第1図と
同じであるので、その説明は省略する。本実施形態の高
電圧発生方法は、パルストランスのリンギング特性を利
用して正のパルスを得ているが回路構成としては図1と
同じである。そのときの波形を、図8に示す。 【0045】次に第5の実施形態について図9を参照し
て説明する。図9においては、高電圧パルス発生部の構
成は第1図と同じであるので、その説明は省略する。 【0046】本実施形態においては、プラズマ生成方法
として直流放電の代わりに、RF放電を用いた。なお、
高電圧パルス発生方法としては、これ以外に、第2、第
3、第4の実施形態で示した方法と組み合わせてもよ
い。また、RF放電の代わりに、マイクロ波放電を用い
てもよく、その場合にも、高電圧パルス発生方法として
は、これ以外に、第2、第3、第4の実施形態で示した
方法と組み合わせてもよい。 【0047】本実施形態によっても、第1の実施形態と
同様な作用効果を得ることができる。 【0048】図10は本発明に係るイオン注入装置の第
6の実施形態を示す断面図である。この実施形態のイオ
ン注入装置では円筒型の真空容器1を備えている。真空
容器1の外周には隣合う磁石の極性が交互に変化するよ
うに直方体型の永久磁石7a、7b、8が設置されてお
り、20a、20b、20cで示したような磁力線から
なるマルチラインカスプ閉じ込め磁場が形成されてい
る。 【0049】真空容器1の内部にはイオンを注入する基
体10を保持するためのターゲット保持台11が設置さ
れている。基体10は真空容器1の底板3に設置された
ブッシング12と高圧ケーブル14を介してパルス高電
圧電源15と接続されている。また側板4にはガス導入
口5bが、また底板3には真空排気口6が設置されてい
る。また真空容器1の上板2には第二のプラズマを生成
するための円筒型プラズマ源18が設置されており、第
二のプラズマ源18と真空容器1の間には第二のプラズ
マから電子を引き出すための引き出し孔が複数個せん孔
された電極19が絶縁物22で離隔されて設置されてい
る。 【0050】第二のプラズマ源18の上部にはガス導入
口5aが設置され、内部にはフィラメント9が配設され
ている。また第二のプラズマ源18の外周には隣合う磁
石の極性が交互に変化するように直方体型の永久磁石7
cが設置されており、20dに示すようなマルチライン
カスプ閉じ込め磁場が形成されている。 【0051】フィラメント9にはフィラメントを加熱す
るためのフィラメント電源16が接続されており、フィ
ラメント9と第二のプラズマ源18の容器には容器側を
陽極、フィラメント9を陰極とする放電を起こすための
アーク電源17が接続されている。真空容器1と第二の
プラズマ源18には真空容器1を陽極、第二のプラズマ
源18を陰極とするような第二のアーク電源23が接続
されている。 【0052】上記のようなイオン注入装置における基本
動作を説明する。まず、真空排気口6を用いて図示しな
い真空排気装置により真空容器1及び第二のプラズマ源
18を真空に排気する。その状態でガス導入口5aから
放電ガスを第二のプラズマ源18に供給するとともにフ
ィラメント電源16によってフィラメント9を加熱して
熱電子を放出させ、フィラメント9が十分高温になった
状態でアーク電源17からアーク電圧を供給する。 【0053】このような手順で第二のプラズマ源18内
に放電プラズマが形成される。放電プラズマの生成はパ
ルス状又は定常連続のどちらでも可能である。ガス導入
口5aから供給された放電ガスは電極19に穿孔された
孔から真空容器1内にも供給されるため、更に第二のア
ーク電源23によってパルス状の電圧を第二のプラズマ
源と真空容器1に印加することにより、第二のプラズマ
源内に生成されたプラズマ中の電子47が電極19の孔
から真空容器1内に引き出され、放電ガスとの衝突で基
体10を取り囲む放電プラズマ21が形成される。 【0054】なお、この際、真空容器1の側板4に設け
られたガス導入口5bから放電ガスを新たに供給しても
よい。この状態でパルス高電圧電源15から高圧ケーブ
ル14及びブッシングを通して基体10に真空容器1に
対して負のパルス電圧を印加する。放電プラズマ21に
は基体を取り囲むイオンシースが形成され基体10には
全方向から均一に放電プラズマ21中のイオンが注入さ
れる。 【0055】本実施形態では基体10を取り囲む放電プ
ラズマ21を生成するための陰極として第二のプラズマ
源18内で生成されたプラズマを使用しているため、か
りに第二のプラズマ源内でフィラメント9の原料物質が
不純物として混入する場合であっても、放電プラズマ2
1への影響は小さくフィラメントを用いて直接、基体1
0を取り囲む放電プラズマ21を生成する従来の場合と
比較すると基体への不純物の付着・注入量をはるかに小
さくすることが可能である。 【0056】尚、上記の実施形態では第二のプラズマ源
を二個設置した場合について記載したが1個又は3個以
上の場合にも同様の効果が期待できる。 【0057】次に第7の実施形態について説明する。図
11の(a)、図11の(b)、図12の(a)、図12の(b)は
それぞれ第二のプラズマ源18の部分のみを拡大した部
分図である。本実施形態では第二のプラズマ源18で放
電プラズマを生成するためにRF帯又はマイクロ波帯の
電磁波を用いている。 【0058】図11の(a)は直方体型の永久磁石が隣り
合う磁石の極性が互いに異なるように配設され磁力線2
0dで示すようなマルチカスプ磁場が形成された容器内
に高周波コイル24が内蔵されており、高周波発振器と
インピーダンス整合器からなる高周波電源ユニット25
を接続したものである。 【0059】また図11の(b)はセラミック管26の両
端を金属製のフランジ27a、27bで封じた形状の第
二のプラズマ源18において高周波コイル24をセラミ
ック管26の外周に巻き付け、高周波電源ユニット25
を接続したものである。いずれも各容器の下部には電極
19が取り付けられている。 【0060】高周波コイル24はいずれも中空のパイプ
を螺旋状に成型したもので、中空部分には冷却水を通水
できる構造となっている。いずれの場合もガス導入口か
ら放電ガスを供給し、高周波電源ユニット25から高周
波コイル24に通電することによって放電プラズマが形
成される。 【0061】また図12はマイクロ波を使用して第二の
プラズマを生成する場合を示している。図12の(a)は
図示しない電磁石電源から一対の電磁石28に同方向に
電流を流してミラー磁場を形成し、マイクロ波発振器、
アイソレータ、サーキュレータ、スタブチューナなどか
らなるマイクロ波電源ユニット31から導波管30及び
真空窓29を通して容器にマイクロ波32を供給する方
式を示している。 【0062】更に図12の(b)は、図12の(a)の場合の
ような真空窓を使用せず、マイクロ波アンテナ33を容
器に内蔵した方式である。 【0063】上記のように電磁波を用いて第二のプラズ
マ源18にプラズマを生成する場合、フィラメントを用
いた際には使用できない酸素などの反応性ガスが使用で
きること、定常連続運転が容易に行えること、などの利
点がある。 【0064】次に第8の実施形態について説明する。図
13の(a)、図13の(b)は放電電源13の動作と基体に
印加する負のパルス電圧の時間変化を表す図である。図
13の(a)は放電電源ユニット13によって基体を取り
囲む放電プラズマ21をパルス状に生成しながら、各放
電パルスに同期した複数のパルス状の負の矩形電圧を基
体に印加する場合を示している。 【0065】このようにプラズマ生成をパルス化するこ
とによって基体10の温度上昇を抑えながら単位時間当
たりの注入イオン量をできるだけ大きくとることが可能
となる。 【0066】また、図13の(b)は放電電源ユニット1
3によって基体10を取り囲む放電プラズマ21をパル
ス状に生成しながら、各放電パルスに同期した複数の正
弦波状のパルス電圧を基体に印加する場合を示してい
る。 【0067】正弦波状のパルス電圧を印加することによ
って基体10に正の電圧が印加されている間は放電プラ
ズマ21から電子が、負の電圧が印加されている間はイ
オンが基体10に注入される。基体10に電子が注入さ
れている間は電子が基体10の表面に付着した不純物を
除去する効果が期待できる。 【0068】次に本発明の第9の実施形態について説明
する。図14はブッシング12と底板3の取付け部を拡
大した部分図である。本実施形態では永久磁石列7bの
うちブッシング12の両側に設置された磁石7d、7e
を着磁方向が他の磁石よりも長い磁石とした。 【0069】このような配置にすることによってブッシ
ング12を覆うような磁力線20bが形成され、基体1
0を取り囲むように形成された放電プラズマ21がブッ
シング12の周囲に拡散してくるのを抑制することがで
きる。すなわち、基体10に負の高電圧を印加した際に
底板3とターゲット保持台11の間で発生する絶縁破壊
を防止する効果が期待できる。 【0070】次に本発明の第10の実施形態について説
明する。本実施形態では図15の(a)(b)に示すと
おりブッシング12と真空排気口6を覆うようなカバー
33を設置した。 【0071】このような配置にすることによってカバー
により真空容器1から真空排気口6への放電ガスの流れ
が遮られ、ブッシング12の周辺のガス圧を低下させる
ことができるため、ブッシング12の表面で発生する絶
縁破壊の頻度を少なくすることが可能となる。 【0072】次に本発明の第11の実施形態について説
明する。図16はイオン注入装置全体の半分の領域を省
略して示した断面図である。本実施形態では真空容器1
内に試料テーブル34を有しており、その上には注入イ
オンとなる物質又はその化合物35が置かれている。ま
た試料テーブル34には試料テーブルを真空容器1に対
してバイアスするための試料テーブルバイアス電源37
が接続されている。更に第二のプラズマ源18はプラズ
マから電子を引き出して加速するために互いに絶縁物2
2を介して離隔された電極19及びそのために必要な電
子引き出し電源36とを具備している。 【0073】このようなイオン注入装置における基本動
作を説明する。まず、真空排気口6を用いて図示しない
真空排気装置により真空容器1及び第二のプラズマ源1
8を真空に排気する。その状態でガス導入口5aから放
電ガスを第二のプラズマ源18に供給するとともにフィ
ラメント電源16によってフィラメント9を加熱して熱
電子を放出させ、フィラメント9が十分高温になった状
態でアーク電源17からアーク電圧を供給する。 【0074】このような手順で第二のプラズマ源18内
に放電プラズマが形成される。しかる後に電子引き出し
電源36によって第二のプラズマ源18に設置された電
極19間に数kV〜10kV程度の大きさのパルス状の電
圧を供給し放電プラズマから電子23をビーム状に整形
して真空容器1内に引き出す。 【0075】なお、放電プラズマの生成はパルス状又は
定常連続のどちらでも可能である。引き出された電子2
3はビーム状に整形され、加速されているので直進し、
第二のプラズマ源18の対向面に設置されている試料テ
ーブル34の上に置かれた注入イオンとなる物質又はそ
の化合物35と衝突し、注入イオンとなる物質又はその
化合物35を蒸気化する。 【0076】この場合、電子引き出し電源36によるパ
ルス状の電圧の供給を止め、引き続き第二のアーク電源
23によってパルス状の電圧を第二のプラズマ源と真空
容器1に印加することにより、第二のプラズマ源内に生
成されたプラズマ中の電子23が電極19の孔から真空
容器1内に引き出され、放電ガス及び注入イオンとなる
物質又はその化合物の蒸気が混合した気体と衝突して基
体10を取り囲む放電プラズマ21が形成される。この
状態でパルス高電圧電源15から高圧ケーブル14及び
ブッシングを通して基体10に真空容器1に対して負の
パルス電圧を印加する。放電プラズマ21には基体を取
り囲むイオンシースが形成され基体10には全方向から
均一に放電プラズマ21中のイオンが注入される。 【0077】本実施形態では第二のプラズマ源18から
電子を引き出して加速するために互いに絶縁物22を介
して離隔された電極19及び電子引き出し電源36、更
に第二のプラズマ源18の対向面に試料テーブル34が
具備されており、第二のプラズマ源18から引き出した
電子23を試料テーブル34上に置かれた注入イオンと
なる物質又はその化合物35と衝突させて蒸気化するた
め、常温で固体であったり蒸気圧の低い物質を注入イオ
ンとして用いることが可能である。 【0078】放電ガス及び注入イオンとなる物質又はそ
の化合物の蒸気が混合した気体と衝突して基体10を取
り囲む放電プラズマ21が形成され、それらのイオン成
分が同時に注入されるため注入されたイオンと基体10
との相互作用によって基体表面に新しい構造の被膜が形
成できる可能性がある。 【0079】なお、ガス導入口5aから供給された放電
ガスは電極19に穿孔された孔から真空容器1内にも供
給されるため、第二のプラズマ源18からの放電ガスを
基体10への注入イオンに混入させたくない場合は第二
のプラズマ源18と上板2の接続部の近傍に差動排気の
ための新たな真空排気口6を設け、第二のプラズマ源1
8と真空容器1の間のコンダクタンスを小さくするため
のバッフル板などを設置すればよい。 【0080】また注入イオンとなる物質又はその化合物
35の蒸気に放電ガスを積極的に混合したい場合はガス
導入口5bからガス導入口5aから供給しているガスと
同種のガス又は異種のガスを真空容器1内に供給してや
ればよい。 【0081】更に、第二のプラズマ源18から引き出し
た高エネルギーの電子23を注入イオンとなる物質又は
その化合物35と衝突させて蒸気化する際、及び第二の
アーク電源23を用いて真空容器1内に放電を発生させ
る際に、試料テーブルバイアス電源37によって試料テ
ーブル34に、真空容器1に対して正又は負のバイアス
電圧を印加することによって放電プラズマ21中の荷電
粒子が加速され注入イオンとなる物質又はその化合物3
5と衝突するため注入イオンとなる物質又はその化合物
35の蒸気化を更に促進させることも可能である。この
場合、電子が荷電粒子の場合は、正極電源による正バイ
アスとし、イオンが荷電粒子の場合は、負極電源による
負バイアスとする。 【0082】図17の(a)、(b)は本発明の第12の実施
形態に係るイオン注入装置の試料テーブルの部分だけを
拡大して示した断面図である。図17の(a)は試料テー
ブル34上の注入イオンとなる物質又はその化合物35
を蒸気化して放電プラズマ21を生成したい場合の試料
テーブル34の配置の概略を示した図である。一方、図
17の(b)は放電ガス成分だけからなる放電プラズマ2
1を生成したい場合の試料テーブル34の配置の概略を
示した図である。 【0083】本実施形態では試料テーブル34は上下方
向に可動式となっており、真空容器1の側板4には可動
式の試料テーブル保護板38が設置されている。図17
の(b)のように試料テーブル34を底板3の付近まで下
げ、底板3のマルチカスプ磁場の磁力線20bで試料テ
ーブル34を覆うと共に、試料テーブル保護板38で試
料テーブル34の上面を覆うことによって、放電プラズ
マ21からの荷電粒子の衝突や輻射による注入イオンと
なる物質又はその化合物35の蒸気化を抑えることが可
能となる。 【0084】このような構成にすることによって、真空
容器1内の真空状態を破ることなく放電ガス成分だけか
らなる放電プラズマ21を生成し、これを基体10に注
入することができる。 【0085】このような方法によって放電ガス成分のみ
による基体10へのイオン注入と、注入イオンとなる物
質又はその化合物35の成分によるイオン注入とを交互
に施すことにより、注入されたイオンが交互に積層さ
れ、基体10の表面に新しい構造の被膜が形成できる可
能性がある。 【0086】図18は、本発明の第13の実施形態に係
るイオン注入装置の断面図である。本実施形態は、図1
0に示す第6の実施形態のイオン注入装置におけるパル
ス高電圧電源15を、図1に示す第1の実施形態の電源
15´に置換した例である。すなわち、本実施例のイオ
ン注入装置におけるパルス高電圧電源15´は、直流電
源41と、スイッチング素子40と、昇圧トランス42
と、整流器43とからなる。 【0087】本実施形態によれば、第1実施形態におけ
る利点である、素子寿命を大幅に延ばすことができると
ともに、装置を安価にできる点と、第6実施形態におけ
る利点である第二のプラズマ源内でフィラメント原料物
質が不純物として混入する場合でも基体を取り囲む放電
プラズマへの影響は小さく、基体への不純物の付着・注
入量をはるかに小さくすることができるものである。 【0088】また、上記の例では、第1実施形態と第6
実施形態との組合せについて説明したが、これに限るこ
となく、第1乃至第5の実施形態のいずれかと、第6乃
至第12の実施形態のいずれかとの組合せであっても良
い。 【0089】 【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
体に電圧を印加するための手段として、昇圧トランスと
該トランスの1次側に電圧をオン・オフするスイッチン
グ素子を設けたことにより、高電圧用の真空管等を用い
る必要がなくなり、スイッチング素子として、IGB
T、サイリスタ、GTO、トライアック、等の半導体個
体素子を用いることができるため、素子寿命を大幅に延
ばすことができるとともに、装置を安価にできる。よっ
て、本発明を実施することにより、信頼性が高く長寿命
で、安価なイオン注入装置を提供することが可能とな
る。 【0090】また、本発明によれば、基体を取り囲む放
電プラズマを生成するための陰極として第二のプラズマ
源内で生成されたプラズマを使用しているため、かりに
第二のプラズマ源内でフィラメント原料物質が不純物と
して混入する場合でも基体を取り囲む放電プラズマへの
影響は小さく、基体への不純物の付着・注入量をはるか
に小さくすることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a piston,
For automotive parts such as bearings and cutting tools such as drills
Ion implanter for implanting ions into such substrates
Related. [0002] In the production of automobile parts and cutting tools,
By implanting ions into the substrate, such as a tool,
Attempts have been made to improve wear resistance, heat resistance, hardness, etc.
ing. For example, a chromium or
Is injected with nitrogen, or ion
When the film is formed by injecting the alloy, the abrasion resistance and fatigue life of the base are reduced.
It is known to be greatly improved. [0003] As a method of implanting ions into a substrate, implantation is performed.
The substrate in a discharge plasma containing positive ions of the substance
And apply a negative pulse voltage of several tens to several hundreds kV
A method has been proposed (references: JRConrad, et.a
l., "Plasma source ion-implantation technique for s
urface modification of materials ", J. Appl. Phys 62
(11), 1987, pp. 4591-4596). This ion implantation method uses P
SII (Plasma Source Ion Implantation) or PIII (P
lasma Immersion Ion Implantation)
Have been. [0004] Such a method is applied to a note drawn from an ion source.
Accelerate the incoming ions after passing through the deflection magnet for mass separation
The following is a comparison with the conventional method of injecting into the substrate.
Features. (A) When the substrate has a three-dimensional shape
Even from the plasma surrounding the substrate
Ion implantation can be performed almost perpendicular to the substrate surface,
Driving of substrate required by conventional method that cannot perform ion implantation
No mechanism is required and the injection time is short. (B) Long-distance beam transport is not required
The device configuration can be simple and inexpensive. [0007] The following is a drawing of a conventional PSII device.
It will be described with reference to FIG. This PSII device is, for example, rice
Similar to those described in the specification of National Patent No.
Things. FIG. 19 is a cross-sectional view of the PSII device, and FIG.
0 is a longitudinal sectional view of a PSII device, and FIG. 21 is a PSII device.
It is a perspective view of. In FIG. 19 to FIG. 21, the vacuum vessel 1 is
Surrounded by an upper plate 2, a lower plate 3 on the lower surface, and side plates 4 on the side surfaces.
It is a substantially cylindrical container. The bottom plate 3 has a gas source (not shown)
Gas inlet 5a for introducing a discharge gas into the vacuum vessel 1 from above
And a vacuum pump (not shown)
A vacuum exhaust port 6 for evacuating to a vacuum is provided.
On the outer walls of the upper plate 2 and the bottom plate 3, a plurality of square rod-shaped permanent magnets 7 are provided.
a and 7b are arranged parallel to each other. The permanent magnets 7a and 7b are connected to the upper plate 2 and
The magnet 7 is magnetized in a direction perpendicular to the outer wall of the bottom plate 3 and is adjacent to the magnet 7.
The polarities are different from each other. Further, the outer wall of the side plate 4 is also provided with a plurality of permanent magnets.
The stones 8 are vertically parallel to each other and
The stones 8 are arranged so that their polarities are different from each other. By disposing the permanent magnet in this manner,
The magnetic lines of force 20a, 20b covering the entire inner wall of the vacuum vessel 1;
20c is formed. Further, the top plate 2 and the bottom plate of the vacuum vessel 1
The top plate 2, bottom plate 3 and side plate 4 are used as anode
In contrast, a filament 9 serving as a cathode is provided.
You. Further, ions are implanted into the vacuum vessel 1.
Metal target for holding the target 10
The holding table 11 is connected to the vacuum vessel 1 via the bushing 12.
It is installed with potential insulation. Filler in vacuum vessel 1
A filament power supply for supplying power to the
2. Bottom plate 3 and side plate 4 as anode, filament 9 as cathode
Discharge power supply unit consisting of an arc power supply
The knit 13 is connected. High pressure on target 10
Pulse high voltage via cable 14 and bushing 12
A pulse-like high voltage is applied from the voltage source 15. The conventional PSII device having such a configuration
The operation will be described. That is, the gas inlet 5a
The gas of the substance you want to inject into the get 10 (nitrogen, oxygen, etc.)
And the filament of the discharge power supply unit 13
The filament 9 is energized by a power source and heated to generate
Thermoelectrons are preliminarily evacuated using the vacuum exhaust port 6.
The inside of the vacuum vessel 1 is filled. Discharge power supply unit
13, the filament 9 and the vacuum vessel 1
A discharge plasma 21 is generated during the discharge. Then, a target 10 for ion implantation is used.
The high-voltage power supply 1
5 is connected, and the vacuum capacity is independent of the plasma generation.
The pulse width is about several tens of microseconds,
Is applied with a negative pulse voltage of about tens to hundreds of kV.
You. Here, the application of voltage to the substrate 10 is several tens
The reason that the pulse is pulsed in a short time width of
A voltage is applied between the plasma and the substrate by applying a voltage to the target.
This is to prevent arc discharge from occurring. When a negative voltage is applied to the substrate, the substrate is removed.
A sheath grows in the surrounding plasma and electrons move away from the substrate.
The ion is accelerated toward the substrate,
Will be injected into the substrate. However, as described above,
Conventional devices such as
Since high-voltage elements such as vacuum tubes are used as elements,
Disadvantage of shortening the life of pulsed high-voltage power supply
was there. In addition, this has led to increased costs. Further, when an insulating film is formed on the substrate,
Pulse and negative pulse may be alternately repeated.
In this case, two power supplies, a positive pulse power supply and a negative pulse power supply
Need to be prepared, which will lead to increasing costs
Became. In the above method, the substrate is held.
Tang for generating discharge plasma in a vacuum vessel
There is a filament made of stainless steel etc.
Therefore, during discharge, the filament material evaporates,
It is inevitable that impurities other than the injected substance enter the plasma
Not. Then, impurities mixed in the discharge plasma
Exists as ions or neutral particles, which are
As a result of being adhered or injected onto the substrate surface
This will reduce the quality of the substrate. In addition, a discharge method using no filament
In some cases, RF waves and microwaves are used.
Are used as antennas to couple electromagnetic waves and plasma.
It is necessary to install a coil or a flat electrode in the vacuum container.
Therefore, the raw materials of the coil and plate electrode are mixed with the discharge plasma.
And the latter is generally large.
To generate discharge plasma when used in a plasma source
Requires large-scale magnetic field generating means such as an electromagnet. Therefore, one object of the present invention is to provide a three-dimensional shape
Uniform ion implantation is possible even for substrates with a long life
To provide a reliable, inexpensive ion implanter
And there. Another object of the present invention is to provide a three-dimensional shape.
Uniform ion implantation is possible even for the substrate,
Ion injection with less adhesion of impurities other than implanted substances to the substrate
An input device is provided. [0024] To achieve the above object,
Therefore, the ion implantation apparatus of the present invention applies a voltage to the substrate.
Means for boosting and the primary side of the transformer
A switching element for turning the voltage on and off
It is characterized by. Furthermore, as this switching element,
Semiconductors such as IGBT, thyristor, GTO, and triac
It is characterized by using a body individual element. According to the above configuration, the primary side of the step-up transformer
Use a high-voltage vacuum tube to turn the voltage on and off
It is no longer necessary to use IGB as a switching element.
Semiconductors such as T, thyristor, GTO, triac, etc.
The use of integrated elements greatly extends the life of the elements.
And configure the equipment at low cost
Can be. Also, the positive and negative pulses alternate.
When returning, the positive pulse voltage applied to the substrate
Can be generated using the ringing of
It is not necessary to have two pulse power supplies, and it can be configured at lower cost.
Can be In order to achieve the above object, the present invention
Of the ion implantation system, the vacuum container and the vacuum container are evacuated to a vacuum.
And means for supplying the raw material for discharge to the container
And a table for holding a substrate provided in the vacuum vessel,
A bushing for holding the table insulated from the vacuum vessel,
Apply a negative voltage to the substrate based on the potential of the vacuum vessel.
Bias power supply for applying voltage and plasma inside vacuum vessel
A plasma source for generating the plasma
Ion implantation to implant ions around the substrate
In the charging device, the vacuum vessel is provided with an insulator.
Discharge in the second plasma source
And extract the electrons from the plasma to produce the vacuum
Generates plasma surrounding the substrate in the vessel
And [0027] According to the above configuration, the vacuum vessel is provided.
Generate a second plasma in the plasma source and use it as a plasma source
A voltage where the installed electrode is the cathode and the vacuum vessel is the anode
The second plasma is supplied from
Electrons that are extracted from the second plasma
Collides with gas previously introduced into the vacuum vessel and
A single plasma is generated. Enclosure formed in vacuum vessel
Electrons extracted from the second plasma by the magnetic field
The generated plasma is confined in a vacuum vessel and
As the efficiency of plasma generation increases, uniform
Can be surrounded by zuma. In such a state, a bias power supply is applied to the substrate, for example.
For example, a pulsed negative voltage based on the potential of the vacuum
When applied, ions from the plasma are directed to the substrate.
Once accelerated and injected. In that case, install in a vacuum vessel
To generate the second plasma generated by the source
Because it is used as a cathode for
Source of filaments and coils in the plasma source that produces the
Even if the material is mixed as impurities,
The effect on the surrounding plasma is small and filaments and coils
Directly generate plasma surrounding the substrate
And the amount of impurities attached to the substrate
The injection volume can be much smaller. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
Schematic showing an example of such an ion implanter and its power supply configuration
It is a block diagram. The ion implantation apparatus of the present embodiment has a cylindrical shape.
Vacuum vessel 1 is provided. The vacuum vessel 1 is an upper plate on the upper surface.
2, a substantially cylindrical shape surrounded by a bottom plate 3 on the lower surface and a side plate 4 on the side surface
It is a container of a shape. The bottom plate 3 has a vacuum source from a gas source (not shown).
And a gas inlet 5a for introducing a discharge gas into the vessel 1
The inside of the vacuum vessel 1 is evacuated by a vacuum pump
A vacuum exhaust port 6 is provided for the purpose. Top plate 2 and bottom
A plurality of square bar-shaped permanent magnets 7a and 7b are alternately provided on the outer wall of the plate 3.
Are arranged in parallel. The permanent magnets 7a and 7b are connected to the upper plate 2 and
The magnet 7 is magnetized in a direction perpendicular to the outer wall of the bottom plate 3 and is adjacent to the magnet 7.
The polarities are different from each other. Furthermore, the side plate 4
On the outer wall, a plurality of permanent magnets 8 are vertically parallel to each other.
So that the polarities of adjacent magnets 8 are different from each other
It is arranged in. By arranging permanent magnets in this way,
As a result, a magnetic field line 20c covering the entire inner wall of the vacuum vessel 1 is formed.
It is. Further, the top plate 2 and the bottom plate 3 of the vacuum vessel 1 and
The side plate 4 has the top plate 2, the bottom plate 3, and the side plate 4 as anodes.
In contrast, a filament 9 serving as a cathode is provided.
Further, a target for ion implantation is provided in the vacuum vessel 1.
Target holding base 11 for holding the target 10
Is electrically insulated from the vacuum vessel 1 via the bushing 12.
It is arranged. The vacuum vessel 1 is passed through a filament 9.
A filament power supply 16 for supplying electricity, the top plate 2 and the bottom plate
3 and side plate 4 as anode and filament 9 as cathode
And an arc power supply 17 for generating arc discharge is connected.
You. The target 10 has a high-voltage cable 14 and
A negative high voltage pulse is applied via the bushing 12
You. The negative high voltage pulse causes the output of the DC power supply 41 to
Switching at T40 to cut out pulse waveform and boost
The voltage is increased to several tens of kV by the transformer 42 and the rectifier 43 is
Get through. 40A is the gate control of the IGBT 40.
Control circuit. IGBT is used as a switching element.
Is shown, but in addition to this, thyristor, G
TO, TRIAC, transistor, FET and many more
Devices are available. FIG. 2 shows the waveform of the high voltage pulse. FIG.
(A) of FIG. 2 shows that when a rectangular pulse is generated,
(B) shows an example in which a part of a sine wave pulse is generated.
You. Actual waveforms often have more broken waveforms.
No. According to the present embodiment described above, the step-up transformer
For the high voltage to turn on and off the voltage on the primary side of 42
It is no longer necessary to use vacuum tubes, etc.
IGBT40 or thyristor, GTO, try
By using semiconductor solid state devices such as ACK,
The service life can be greatly extended and the cost is reduced.
Thus, the device can be configured. Further, the positive pulse and the negative pulse are alternately repeated.
When returning, the positive pulse voltage applied to the substrate
Can be generated using ringing
It is not necessary to have two pulse power supplies,
Can be achieved. Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
Will be explained. In FIG. 3, the structure of the discharge unit is the same as that of FIG.
Since they are the same, the description is omitted. The method of generating a high voltage in this embodiment is directly
An AC power supply was used in place of the power supply 41. AC power supply
For example, a commercial power supply may be used, or a higher-frequency power supply may be used.
May be used. In FIG. 3, a pulse is applied using a triac.
Is used by cutting out a part of it, but using other elements
You may. FIG. 4 shows the waveform at that time. actually,
It is often obtained as a blunted waveform. According to the present embodiment, the first embodiment is different from the first embodiment.
Similar effects can be obtained. Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
Will be explained. In FIG. 5, the configuration of the discharge unit is the same as that of FIG.
Since they are the same, the description is omitted. The high-voltage generation method according to the present embodiment
A power supply was used. Use a commercial power supply as the AC power supply.
Alternatively, a higher frequency power supply may be used. AC source
Is subjected to half-wave rectification to obtain a pulse waveform. That
The waveform at that time is shown in FIG. According to the present embodiment, the first embodiment and the
Similar effects can be obtained. Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
Will be explained. In FIG. 7, the structure of the discharge unit is the same as that of FIG.
Since they are the same, the description is omitted. The height of this embodiment
The voltage generation method uses the ringing characteristics of the pulse transformer.
Is used to obtain a positive pulse.
Is the same. FIG. 8 shows the waveform at that time. Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
Will be explained. FIG. 9 shows the structure of the high-voltage pulse generator.
Since the configuration is the same as that of FIG. 1, the description is omitted. In this embodiment, the plasma generation method
An RF discharge was used instead of a DC discharge. In addition,
In addition to the high voltage pulse generation method,
3, may be combined with the method described in the fourth embodiment.
No. Also use microwave discharge instead of RF discharge
In that case, the high-voltage pulse generation method
Is shown in the second, third, and fourth embodiments in addition to the above.
It may be combined with the method. According to the present embodiment, the first embodiment is different from the first embodiment.
Similar effects can be obtained. FIG. 10 shows a second embodiment of the ion implantation apparatus according to the present invention.
It is sectional drawing which shows 6th Embodiment. In this embodiment,
The vacuum injection device includes a cylindrical vacuum vessel 1. vacuum
The polarity of adjacent magnets alternates around the outer circumference of the container 1.
The rectangular parallelepiped permanent magnets 7a, 7b, 8
From the lines of magnetic force as shown by 20a, 20b, 20c
Multi-line cusp confined magnetic field is formed
You. The inside of the vacuum vessel 1 has a base for implanting ions.
A target holder 11 for holding the body 10 is installed.
Have been. The base 10 was set on the bottom plate 3 of the vacuum vessel 1.
Pulse high voltage through bushing 12 and high voltage cable 14
It is connected to a voltage power supply 15. Gas is introduced into the side plate 4.
A port 5b is provided, and a vacuum exhaust port 6 is provided on the bottom plate 3.
You. A second plasma is generated on the upper plate 2 of the vacuum vessel 1.
A cylindrical plasma source 18 is provided for performing
A second plasma is provided between the second plasma source 18 and the vacuum vessel 1.
Multiple extraction holes for extracting electrons from the machine
Electrodes 19 separated by insulators 22
You. Gas is introduced into the upper part of the second plasma source 18.
A mouth 5a is provided, and a filament 9 is provided inside.
ing. In addition, the outer periphery of the second plasma source 18
A rectangular parallelepiped permanent magnet 7 so that the polarity of the stone alternates
c is installed and multi-line as shown in 20d
A cusp confinement magnetic field is formed. The filament 9 is heated.
A filament power supply 16 is connected to the
The container side for the container of the lament 9 and the second plasma source 18 is
For generating discharge with the anode and the filament 9 as the cathode
An arc power supply 17 is connected. Vacuum vessel 1 and second
The plasma source 18 has an anode in the vacuum vessel 1 and a second plasma.
A second arc power source 23 is connected such that the source 18 is a cathode.
Have been. Basics of the ion implantation apparatus as described above
The operation will be described. First, not illustrated using the vacuum exhaust port 6.
Vacuum chamber 1 and second plasma source
Evacuate 18 to vacuum. In that state, from the gas inlet 5a
The discharge gas is supplied to the second plasma source 18 and
The filament power supply 16 heats the filament 9
Thermions were emitted, and the filament 9 became sufficiently hot.
In this state, an arc voltage is supplied from the arc power supply 17. In such a procedure, the second plasma source 18
A discharge plasma is formed at the end. The generation of discharge plasma is
It can be either loose or continuous. Gas introduction
The discharge gas supplied from the port 5a was perforated in the electrode 19.
Since it is also supplied into the vacuum vessel 1 through the hole, the second
The pulsed voltage is supplied to the second plasma
By applying a second plasma to the source and the vacuum vessel 1
Electrons 47 in the plasma generated in the source are
Out of the vacuum vessel 1 and collides with the discharge gas.
A discharge plasma 21 surrounding the body 10 is formed. At this time, it is provided on the side plate 4 of the vacuum vessel 1.
Discharge gas is newly supplied from the supplied gas inlet 5b.
Good. In this state, a high-voltage cable is
The vacuum vessel 1 to the substrate 10 through the
On the other hand, a negative pulse voltage is applied. Discharge plasma 21
Is formed with an ion sheath surrounding the substrate,
The ions in the discharge plasma 21 are implanted uniformly from all directions.
It is. In this embodiment, the discharge lamp surrounding the base 10 is
Second plasma as cathode for generating plasma 21
Since the plasma generated in the source 18 is used,
In the second plasma source, the raw material of the filament 9 is
Even when mixed as impurities, the discharge plasma 2
1 has a small effect on the substrate 1 directly using a filament.
The conventional case of generating a discharge plasma 21 surrounding 0
In comparison, the amount of impurities deposited and injected into the substrate is much smaller
It is possible to cut. In the above embodiment, the second plasma source
Described when two were installed, but one or three or more
The same effect can be expected in the above case. Next, a seventh embodiment will be described. Figure
11 (a), FIG. 11 (b), FIG. 12 (a), FIG. 12 (b)
A portion in which only the portion of the second plasma source 18 is enlarged.
FIG. In the present embodiment, the second plasma source 18
RF or microwave band to generate electric plasma
Uses electromagnetic waves. FIG. 11 (a) shows a rectangular parallelepiped permanent magnet next to it.
The magnetic lines of force 2 are arranged such that the polarities of the matching magnets are different from each other.
Inside the container where the multi-cusp magnetic field as shown by 0d is formed
Has a built-in high-frequency coil 24, and a high-frequency oscillator and
High frequency power supply unit 25 composed of impedance matching device
Are connected. FIG. 11B shows both ends of the ceramic tube 26.
The end of which is sealed with metal flanges 27a and 27b
In the second plasma source 18, the high-frequency coil 24 is
Wrapped around the outer circumference of the tube 26,
Are connected. In each case, an electrode is located at the bottom of each container
19 are attached. Each of the high frequency coils 24 is a hollow pipe
Is formed into a spiral shape, and cooling water flows through the hollow part
It is a structure that can be done. In any case, gas inlet
From the high-frequency power supply unit 25
When the wave coil 24 is energized, a discharge plasma is formed.
Is done. FIG. 12 shows a second example using microwaves.
The case where plasma is generated is shown. (A) of FIG.
From an electromagnet power supply (not shown) to the pair of electromagnets 28 in the same direction
Applying current to form a mirror magnetic field, a microwave oscillator,
Isolators, circulators, stub tuners, etc.
From a microwave power supply unit 31 consisting of
For supplying the microwave 32 to the container through the vacuum window 29
The equation is shown. Further, FIG. 12B shows the case of FIG. 12A.
Without using such a vacuum window, the microwave antenna 33
It is a system built in the vessel. As described above, the second plasma is generated by using the electromagnetic waves.
When generating plasma in the source 18, a filament is used.
Reactive gas such as oxygen that cannot be used when
And easy continuous continuous operation.
There is a point. Next, an eighth embodiment will be described. Figure
13 (a) and FIG. 13 (b) show the operation of the discharge power source 13 and
It is a figure showing the time change of the applied negative pulse voltage. Figure
13 (a) shows the removal of the base by the discharge power supply unit 13.
While generating the surrounding discharge plasma 21 in a pulse shape,
Based on multiple negative pulsed rectangular voltages synchronized with the
It shows the case of applying to the body. As described above, the pulse generation of the plasma is performed.
With this, the temperature rise of the base 10 is suppressed while
The amount of implanted ions can be as large as possible
Becomes FIG. 13B shows the discharge power supply unit 1.
The discharge plasma 21 surrounding the substrate 10 is
While generating multiple positive pulses synchronized with each discharge pulse.
This shows a case where a sinusoidal pulse voltage is applied to the substrate.
You. By applying a sinusoidal pulse voltage,
While a positive voltage is applied to the
While the negative voltage is applied to the electrons from the
ON is injected into the substrate 10. Electrons are injected into the substrate 10
During this time, the electrons remove impurities adhering to the surface of the base 10.
The removal effect can be expected. Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.
I do. FIG. 14 is an enlarged view of the mounting portion between the bushing 12 and the bottom plate 3.
FIG. In the present embodiment, the permanent magnet row 7b is
The magnets 7d and 7e installed on both sides of the bushing 12
Is a magnet whose magnetization direction is longer than the other magnets. With this arrangement, the bushing
The lines of magnetic force 20 b are formed so as to cover the
Discharge plasma 21 formed so as to surround
Can be prevented from spreading around the thing 12.
Wear. That is, when a high negative voltage is applied to the base 10,
Dielectric breakdown between bottom plate 3 and target holder 11
Can be expected to be effective. Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.
I will tell. In the present embodiment, as shown in FIGS.
A cover that covers the cage bushing 12 and the vacuum exhaust port 6
33 were installed. With such an arrangement, the cover
Of the discharge gas from the vacuum vessel 1 to the vacuum exhaust port 6
Is blocked, reducing the gas pressure around the bushing 12.
The bushing 12
The frequency of edge destruction can be reduced. Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described.
I will tell. FIG. 16 omits half the area of the entire ion implantation apparatus.
It is sectional drawing which was abbreviated and shown. In this embodiment, the vacuum vessel 1
A sample table 34 is provided in the inside, and an injection
A substance to be turned on or its compound 35 is placed. Ma
The sample table 34 corresponds to the vacuum container 1.
Table bias power supply 37 for biasing
Is connected. Further, the second plasma source 18 is a plasma source.
Insulate each other to extract electrons from the matrix and accelerate them
2 and the electrodes required therefor.
And a child drawer power supply 36. Basic operation in such an ion implantation apparatus
Explain the work. First, not shown using the vacuum exhaust port 6
Vacuum container 1 and second plasma source 1
Evacuate 8 to vacuum. In that state, release from the gas inlet 5a.
An electric gas is supplied to the second plasma source 18 and the
The filament 9 is heated by the
Electrons are emitted and the filament 9 is heated to a sufficiently high temperature.
The arc voltage is supplied from the arc power supply 17 in this state. In such a procedure, the second plasma source 18
A discharge plasma is formed at the end. Electronic drawer
A power source installed in the second plasma source 18 by the power source 36
A pulse-like voltage of about several kV to 10 kV is applied between the poles 19.
Applying pressure and shaping the electrons 23 from the discharge plasma into a beam
And draw it out into the vacuum container 1. The discharge plasma is generated in a pulsed or
Both stationary and continuous modes are possible. Withdrawn electrons 2
3 is shaped like a beam and goes straight because it is accelerated,
The sample table provided on the opposite surface of the second plasma source 18
Substance or its material to be implanted ions placed on the cable 34
Or a substance that collides with the compound 35 and becomes an implanted ion.
Compound 35 is vaporized. In this case, the electronic drawer power supply 36
Stop supplying the voltage in the form of a rus, and continue to use the second arc power supply.
23, the pulsed voltage is applied to the second plasma source and
By applying to the container 1, the plasma is generated in the second plasma source.
Electrons 23 in the formed plasma are evacuated from the hole of electrode 19.
It is drawn into the container 1 and becomes a discharge gas and implanted ions.
The substance or its compound vapor collides with the mixed gas to form a base.
A discharge plasma 21 surrounding the body 10 is formed. this
In the state, the high voltage cable 14
Negative through the bushing to the substrate 10 relative to the vacuum vessel 1
Apply pulse voltage. The discharge plasma 21 has a substrate.
A surrounding ion sheath is formed on the substrate 10 from all directions.
The ions in the discharge plasma 21 are uniformly implanted. In this embodiment, the second plasma source 18
Insulates each other via insulator 22 to extract and accelerate electrons
The electrode 19 and the electron extraction power supply 36 separated by
A sample table 34 is provided on the surface facing the second plasma source 18.
Provided and withdrawn from the second plasma source 18
The electrons 23 are combined with the implanted ions placed on the sample table 34.
Vaporized by collision with the substance or its compound 35
Injection of a solid or low vapor pressure substance at room temperature
It can be used as an application. The substance or the substance to be the discharge gas and the implanted ions
The vapor of the compound collides with the mixed gas to remove the substrate 10.
A surrounding discharge plasma 21 is formed, and their ion components are formed.
Implanted ions and the substrate 10
Interaction forms a new structure coating on the substrate surface
Could be achieved. The discharge supplied from the gas inlet 5a
The gas is also supplied to the inside of the vacuum vessel 1 through the hole formed in the electrode 19.
Discharge gas from the second plasma source 18
If you do not want to mix in the ions implanted into the substrate 10,
Near the connection between the plasma source 18 and the upper plate 2
A new vacuum exhaust port 6 for the second plasma source 1
8 to reduce the conductance between the vacuum vessel 1 and
A baffle plate or the like may be provided. A substance to be implanted ions or a compound thereof
If you want to mix the discharge gas positively with the steam of 35
Gas supplied from the gas inlet 5a through the inlet 5b
When the same gas or different gas is supplied into the vacuum vessel 1,
Just do it. Further, it is pulled out from the second plasma source 18.
Substance that becomes high-energy electrons 23 as implanted ions or
When the compound 35 collides with the compound 35 and evaporates, and
Discharge is generated in the vacuum vessel 1 using the arc power source 23.
When the sample table is biased by the sample table bias power supply 37,
Cable 34 has a positive or negative bias with respect to the vacuum vessel 1.
Charge in the discharge plasma 21 by applying a voltage
Substance or compound 3 in which particles are accelerated to become implanted ions
Substance or its compound that becomes an implanted ion due to collision with 5
It is also possible to further promote the vaporization of 35. this
If the electrons are charged particles, the positive bias
If the ions are charged particles, use the negative power supply
Negative bias. FIGS. 17A and 17B show a twelfth embodiment of the present invention.
Only the sample table part of the ion implanter according to the embodiment
FIG. 3 is an enlarged sectional view. FIG. 17A shows a sample table.
Substance or its compound 35 to be implanted ions on the cable 34
For generating discharge plasma 21 by evaporating gas
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an arrangement of a table 34. Meanwhile, the figure
17 (b) shows a discharge plasma 2 consisting of only a discharge gas component.
The outline of the arrangement of the sample table 34 when it is desired to generate
FIG. In the present embodiment, the sample table 34 is
It is movable in the direction, and the side plate 4 of the vacuum vessel 1 is movable.
A type sample table protection plate 38 is provided. FIG.
Lower the sample table 34 to the vicinity of the bottom plate 3 as shown in FIG.
The sample plate with the magnetic field lines 20b of the multi-cusp magnetic field of the bottom plate 3.
Cover the cable 34 and test it with the sample table protection plate 38.
By covering the upper surface of the charging table 34,
Of ions injected by collision or radiation of charged particles from
Substance or its compound 35 can be suppressed from being vaporized.
It works. With such a configuration, a vacuum
Whether only the discharge gas component without breaking the vacuum state in the container 1
Discharge plasma 21 is generated and injected into the substrate 10.
You can enter. According to such a method, only the discharge gas component
Ion implantation into the base 10 by using
Alternately with the ion implantation by the substance or the component of the compound 35
The implanted ions alternately stack
To form a film having a new structure on the surface of the substrate 10.
There is a potential. FIG. 18 shows a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an ion implantation apparatus. In the present embodiment, FIG.
0 in the ion implantation apparatus of the sixth embodiment shown in FIG.
The high-voltage power supply 15 is a power supply according to the first embodiment shown in FIG.
This is an example in which 15 ′ is substituted. That is, the ion
High-voltage power supply 15 'in the
Source 41, switching element 40, step-up transformer 42
And a rectifier 43. According to the present embodiment, in the first embodiment,
The advantage is that the device life can be greatly extended.
In both cases, the apparatus can be made inexpensive, and in the sixth embodiment,
Filament material in the second plasma source
Discharge surrounding the substrate even if the quality is mixed as impurities
The effect on the plasma is small, and the adhesion and
The amount can be made much smaller. In the above example, the first embodiment and the sixth embodiment
Although the combination with the embodiment has been described, the present invention is not limited to this.
Any one of the first to fifth embodiments and the sixth embodiment
It may be a combination with any of the twelfth embodiments.
No. As described in detail above, according to the present invention,
As means for applying a voltage to the body, a step-up transformer and
Switch on / off voltage on the primary side of the transformer
The use of a vacuum tube for high voltage
It is no longer necessary to use IGB as a switching element.
Semiconductors such as T, thyristor, GTO, triac, etc.
Element life can be greatly extended
The device can be reduced, and the device can be made inexpensive. Yo
By implementing the present invention, high reliability and long life
It is possible to provide an inexpensive ion implanter.
You. Further, according to the present invention, the discharge
Second plasma as cathode for generating electroplasma
Because the plasma generated in the source is used,
Filament material in the second plasma source
To the discharge plasma surrounding the substrate
The effect is small, and the amount of impurities attached to the substrate
Can be made smaller.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係るイオン注入装置の一例を示す概略
図。 【図2】高電圧パルスの波形を示す図。 【図3】本発明の第2の実施形態に係るイオン注入装置
の概略図。 【図4】本発明の第2の実施形態に係る高電圧パルスの
波形を示す図。 【図5】本発明の第3の実施形態に係るイオン注入装置
の概略図。 【図6】本発明の第3の実施形態に係る高電圧パルスの
波形を示す図。 【図7】本発明の第4の実施形態に係るイオン注入装置
の概略図。 【図8】本発明の第4の実施形態に係る高電圧パルスの
波形を示す図。 【図9】本発明の第5の実施形態に係るイオン注入装置
の概略図。 【図10】本発明の第6の実施形態に係るイオン注入装
置の一例を示す断面図。 【図11】本発明の第6の実施形態に係るイオン注入装
置のうちRF帯の電磁波を用いた第二のプラズマ源の部
分のみを拡大した部分図。 【図12】本発明の第7の実施形態に係るイオン注入装
置のうちマイクロ波帯の電磁波を用いた第二のプラズマ
源の部分のみを拡大した部分図。 【図13】本発明の第8の実施形態に係るイオン注入装
置の放電電源の動作と基体に印加する負のパルス電圧の
時間変化を示す図。 【図14】本発明の第9の実施形態に係るイオン注入装
置のブッシングと底板の取付け部を拡大した部分図。 【図15】本発明の第10の実施形態に係るイオン注入
装置のブッシングと底板の取付け部を拡大した部分図。 【図16】本発明の第11の実施形態に係るイオン注入
装置全体の半分の領域を省略して示した断面図。 【図17】本発明の第12の実施形態に係るイオン注入
装置の試料テーブルの部分だけを拡大して示した断面
図。 【図18】本発明の第13の実施形態に係るイオン注入
装置の断面図。 【図19】従来例のイオン注入装置を正面から見た断面
図。 【図20】従来例のイオン注入装置を上面から見た断面
図。 【図21】従来例のイオン注入装置の斜視図。 【符号の説明】 1…真空容器、2…上板、3…底板、4…側板、5a、
5b…ガス導入口、6…真空排気口、7a、7b、7
c、7d、7e、8…永久磁石、9…フィラメント、1
0…基体、11…ターゲット保持台、12…ブッシン
グ、13…放電電源ユニット、14…高圧ケーブル、1
5…高電圧直流電源、15´…パルス高電圧電源 16…フィラメント電源、17…アーク電源、18…第
二のプラズマ源、19…電源、20…磁力線、21…放
電プラズマ、22…絶縁物、23…第二のアーク電源、
24…高周波コイル、25…高周波電源ユニット、26
…セラミック管、27a、27b…フランジ、28…電
磁石、29…真空窓、30…導波管、31…マイクロ波
電源ユニット、32…マイクロ波、33…カバー、34
…試料テーブル、35…注入イオンとなる物質又はその
化合物、36…電子引き出し電源、37…試料テーブル
バイアス電源、38…試料テーブル保護板、40…半導
体スイッチング素子、41…直流電源、42…昇圧トラ
ンス、43…整流器、44…交流電源、45…整流器、
46…真空管
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of an ion implantation apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a high voltage pulse. FIG. 3 is a schematic diagram of an ion implantation apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a high-voltage pulse according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic view of an ion implantation apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a high-voltage pulse according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram of an ion implantation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a waveform of a high-voltage pulse according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic view of an ion implantation apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a sectional view showing an example of an ion implantation apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 11 is an enlarged partial view of only a portion of a second plasma source using an RF band electromagnetic wave in the ion implantation apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 12 is an enlarged partial view of only a second plasma source using an electromagnetic wave in a microwave band in an ion implantation apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram showing an operation of a discharge power supply of an ion implantation apparatus according to an eighth embodiment of the present invention and a temporal change of a negative pulse voltage applied to a base. FIG. 14 is an enlarged partial view of a mounting portion of a bushing and a bottom plate of an ion implantation apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. FIG. 15 is an enlarged partial view of a mounting portion of a bushing and a bottom plate of an ion implantation apparatus according to a tenth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view omitting a half region of the entire ion implantation apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention. FIG. 17 is an enlarged sectional view showing only a sample table portion of an ion implantation apparatus according to a twelfth embodiment of the present invention. FIG. 18 is a sectional view of an ion implantation apparatus according to a thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a cross-sectional view of a conventional ion implantation apparatus viewed from the front. FIG. 20 is a cross-sectional view of a conventional ion implantation apparatus viewed from above. FIG. 21 is a perspective view of a conventional ion implantation apparatus. [Description of Signs] 1 ... Vacuum container, 2 ... Top plate, 3 ... Bottom plate, 4 ... Side plate, 5a,
5b: gas inlet, 6: vacuum exhaust port, 7a, 7b, 7
c, 7d, 7e, 8: permanent magnet, 9: filament, 1
0: Base, 11: Target holder, 12: Bushing, 13: Discharge power supply unit, 14: High voltage cable, 1
5 high-voltage DC power supply, 15 'pulse high-voltage power supply 16 filament power supply, 17 arc power supply, 18 second plasma source, 19 power supply, 20 magnetic lines of force, 21 discharge plasma, 22 insulator 23 ... second arc power supply,
24 high frequency coil, 25 high frequency power supply unit, 26
... Ceramic tube, 27a, 27b ... Flange, 28 ... Electromagnet, 29 ... Vacuum window, 30 ... Waveguide, 31 ... Microwave power supply unit, 32 ... Microwave, 33 ... Cover, 34
... Sample table, 35: Substance or compound thereof to be implanted ions, 36: Electron extraction power supply, 37: Sample table bias power, 38: Sample table protection plate, 40: Semiconductor switching element, 41: DC power supply, 42: Step-up transformer , 43 ... rectifier, 44 ... AC power supply, 45 ... rectifier,
46 ... Vacuum tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 亨 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 4K029 CA10 DA00 DE01 5C034 CC07 CC19    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Toru Sugawara             No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Toshiba R & D Center F term (reference) 4K029 CA10 DA00 DE01                 5C034 CC07 CC19

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】内部が真空に排気されると共にイオン注入
すべき物質を含むガス或いは希ガスが供給された真空容
器内に基体が置かれた状態で該基体に電圧を印加すると
共に前記真空容器内に放電プラズマを生成することによ
り、前記基体にイオンを注入するイオン注入装置におい
て、 昇圧トランスと、該トランスの1次側に接続されたスイ
ッチング素子とを具備することを特徴とするイオン注入
装置。 【請求項2】内部が真空に排気されると共にイオン注入
すべき物質を含むガス或いは希ガスが供給された真空容
器内に基体が置かれた状態で該基体に電圧を印加すると
共に前記真空容器内に放電プラズマを生成することによ
り、前記基体にイオンを注入するイオン注入装置におい
て、 前記基体に電圧を印加するための手段は、昇圧トランス
と、該トランスの1次側に接続された交流電源と、該交
流電源を整流する整流素子とを具備することを特徴とす
るイオン注入装置。 【請求項3】前記基体に電圧を印加するための手段は、
負のパルス電圧を繰り返し発生する手段を具備すること
を特徴とする請求項1または2記載のイオン注入装置。 【請求項4】前記基体に電圧を印加するための手段は、
正のパルス電圧と負のパルス電圧とを交互に繰り返して
発生する手段を具備することを特徴とする請求項1また
は2記載のイオン注入装置。 【請求項5】請求項4記載のイオン注入装置において、
前記正のパルス電圧のパルス幅よりも負のパルス電圧の
パルス幅が広いことを特徴とするイオン注入装置。 【請求項6】前記基体に印加する負のパルス電圧は、矩
形波または矩形波に近いパルス波形であることを特徴と
する請求項3乃至5のいずれか一項に記載のイオン注入
装置。 【請求項7】前記基体に印加する負のパルス電圧は、正
弦波または正弦波の一部を切り出したパルス波形である
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載
のイオン注入装置。 【請求項8】前記基体に電圧を印加するための手段は、
前記基体に印加する正のパルス電圧をトランスのリンギ
ングを利用して発生する手段を具備することを特徴とす
る請求項4又は5に記載のイオン注入装置。 【請求項9】内部が真空に排気されると共にイオン注入
すべき物質のガスが供給された真空容器内に基体が置か
れた状態で該基体に電圧を印加すると共に前記真空容器
内に設けられた第一のプラズマ源により放電プラズマを
生成することにより、前記基体にイオンを注入するイオ
ン注入装置において、 前記真空容器に絶縁物を介して設けられる第二のプラズ
マ源を備え、該第二のプラズマ源内で放電を起こしてプ
ラズマを発生させ該プラズマから電子を引き出して前記
基体を取り囲むプラズマを生成させることを特徴とする
イオン注入装置。 【請求項10】前記真空容器及び前記第二のプラズマ源
の少なくとも一方は、生成したプラズマを閉じ込めるた
めの磁場形成手段を具備することを特徴とする請求項9
記載のイオン注入装置。 【請求項11】前記基体に電圧を印加する手段は、第一
のプラズマ源におけるプラズマ生成と同期した負のパル
ス電圧を発生する手段を具備することを特徴とする請求
項9記載のイオン注入装置。 【請求項12】前記基体に電圧を印加する手段は、第一
のプラズマ源におけるプラズマ生成と同期した負のパル
ス電圧と正のパルス電圧とを発生する手段を具備するこ
とを特徴とする請求項9記載のイオン注入装置。 【請求項13】前記基体を保持する台と、該台を前記真
空容器と絶縁して保持するブッシングと、該ブッシング
を取り巻く磁場形成手段とを更に具備することを特徴と
する請求項9記載のイオン注入装置。 【請求項14】前記ブッシングと前記真空容器の真空排
気口の周囲とを覆うカバーを更に具備することを特徴と
する請求項13記載のイオン注入装置。 【請求項15】前記第二のプラズマ源は、前記第二のプ
ラズマから荷電粒子を引き出して加速するために互いに
絶縁物を介して離隔された電極と電源とを具備し、前記
第二のプラズマから引き出した荷電粒子を真空容器内に
設けた試料テーブル上に置いた物質と衝突させて蒸気化
することを特徴とする請求項9記載のイオン注入装置。 【請求項16 】前記荷電粒子は電子であり、前記電源
は前記電子を加速するための正極電極であることを特徴
とする請求項15記載のイオン注入装置。 【請求項17】前記荷電粒子はイオンであり、前記電源
は前記イオンを加速するための負極電極であることを特
徴とする請求項15記載のイオン注入装置。 【請求項18】前記試料テーブルと前記真空容器との間
に電圧を印加するための電源を更に具備することを特徴
とする請求項15記載のイオン注入装置。 【請求項19】前記第二のプラズマから引き出した電子
を前記試料テーブル上に置いた物質と衝突させて生成し
た蒸気と、あらかじめ前記真空容器に導入しておいた気
体とを混合し、前記放電電源によってプラズマ化すると
共に該混合気中におけるプラズマ中で前記基体に負のパ
ルス電圧を印加してイオンを注入する手段を更に具備す
ることを特徴とする請求項9記載のイオン注入装置。 【請求項20】前記第二のプラズマから引き出した電子
を前記試料テーブル上に置いた物質と衝突させて生成し
た蒸気の下で前記放電電源によってプラズマ化して前記
基体に負のパルス電圧を印加することによるイオン注入
と、前記真空容器に気体を導入してプラズマ化して前記
基体に負のパルス電圧を印加することによるイオン注入
とを交互に行う手段を更に具備することを特徴とする請
求項9記載のイオン注入装置。 【請求項21】内部が真空に排気されると共にイオン注
入すべき物質のガスが供給された真空容器内に基体が置
かれた状態で該基体に電圧を印加すると共に前記真空容
器内に設けられた第一のプラズマ源により放電プラズマ
を生成することにより、前記基体にイオンを注入するイ
オン注入装置において、 前記基体に電圧を印加するための手段は、昇圧トランス
と、該トランスの1次側に接続されたスイッチング素子
とを備え、 前記真空容器に絶縁物を介して設けられる第二のプラズ
マ源を備え、該第二のプラズマ源内で放電を起こしてプ
ラズマを発生させ該プラズマから電子を引き出して前記
基体を取り囲むプラズマを生成させることを特徴とする
イオン注入装置。
Claims: 1. A voltage is applied to a substrate in a state where the inside is evacuated to a vacuum and the substrate is placed in a vacuum container supplied with a gas or a rare gas containing a substance to be ion-implanted. An ion implantation apparatus for injecting ions into the substrate by applying discharge and generating discharge plasma in the vacuum vessel, comprising: a step-up transformer; and a switching element connected to a primary side of the transformer. Characteristic ion implanter. 2. A voltage is applied to the substrate in a state where the inside is evacuated to a vacuum and the substrate is placed in a vacuum container supplied with a gas or a rare gas containing a substance to be ion-implanted. In an ion implantation apparatus for implanting ions into the substrate by generating discharge plasma therein, a means for applying a voltage to the substrate includes a step-up transformer and an AC power supply connected to a primary side of the transformer. And a rectifying element for rectifying the AC power supply. 3. The means for applying a voltage to the substrate,
3. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising means for repeatedly generating a negative pulse voltage. 4. The means for applying a voltage to the substrate,
3. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising means for alternately and repeatedly generating a positive pulse voltage and a negative pulse voltage. 5. The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein
An ion implantation apparatus, wherein the pulse width of the negative pulse voltage is wider than the pulse width of the positive pulse voltage. 6. The ion implantation apparatus according to claim 3, wherein the negative pulse voltage applied to the base has a rectangular wave or a pulse waveform close to a rectangular wave. 7. The ion according to claim 3, wherein the negative pulse voltage applied to the substrate has a sine wave or a pulse waveform obtained by cutting out a part of the sine wave. Infusion device. 8. The means for applying a voltage to the substrate,
6. The ion implantation apparatus according to claim 4, further comprising means for generating a positive pulse voltage to be applied to the base using ringing of a transformer. 9. A voltage is applied to the substrate in a state where the inside is evacuated to a vacuum and the substrate is placed in a vacuum container supplied with a gas of a substance to be ion-implanted. An ion implanter for injecting ions into the substrate by generating discharge plasma with the first plasma source, further comprising a second plasma source provided in the vacuum vessel via an insulator; An ion implantation apparatus, wherein a discharge is generated in a plasma source to generate plasma, and electrons are extracted from the plasma to generate plasma surrounding the substrate. 10. The apparatus according to claim 9, wherein at least one of said vacuum vessel and said second plasma source comprises a magnetic field forming means for confining generated plasma.
An ion implanter according to any one of the preceding claims. 11. An ion implantation apparatus according to claim 9, wherein said means for applying a voltage to said substrate includes means for generating a negative pulse voltage synchronized with plasma generation in said first plasma source. . 12. The apparatus according to claim 1, wherein said means for applying a voltage to said substrate includes means for generating a negative pulse voltage and a positive pulse voltage synchronized with plasma generation in said first plasma source. 10. The ion implanter according to 9. 13. The apparatus according to claim 9, further comprising a table for holding said base, a bushing for holding said table insulated from said vacuum vessel, and a magnetic field forming means surrounding said bushing. Ion implanter. 14. The ion implantation apparatus according to claim 13, further comprising a cover for covering the bushing and a periphery of a vacuum exhaust port of the vacuum vessel. 15. The second plasma source includes an electrode and a power source separated from each other via an insulator to extract charged particles from the second plasma and accelerate the charged particles. 10. The ion implantation apparatus according to claim 9, wherein the charged particles extracted from the apparatus collide with a substance placed on a sample table provided in a vacuum vessel and are vaporized. 16. The ion implantation apparatus according to claim 15, wherein said charged particles are electrons, and said power source is a positive electrode for accelerating said electrons. 17. The ion implantation apparatus according to claim 15, wherein said charged particles are ions, and said power source is a negative electrode for accelerating said ions. 18. The ion implantation apparatus according to claim 15, further comprising a power supply for applying a voltage between said sample table and said vacuum vessel. 19. The method according to claim 19, wherein a vapor generated by colliding electrons drawn from said second plasma with a substance placed on said sample table and a gas previously introduced into said vacuum vessel are mixed. 10. The ion implantation apparatus according to claim 9, further comprising: means for generating a plasma by a power supply and applying a negative pulse voltage to the substrate in the plasma in the gas mixture to implant ions. 20. A plasma generated by the discharge power supply under a vapor generated by colliding electrons drawn from the second plasma with a substance placed on the sample table and applying a negative pulse voltage to the substrate. 10. A method according to claim 9, further comprising the step of alternately performing ion implantation by introducing a gas into the vacuum vessel to generate plasma and applying a negative pulse voltage to the substrate. An ion implanter according to any one of the preceding claims. 21. A voltage is applied to the substrate in a state where the inside is evacuated to a vacuum and the substrate is placed in a vacuum container to which a gas of a substance to be ion-implanted is supplied. In the ion implantation apparatus for injecting ions into the substrate by generating discharge plasma by the first plasma source, the means for applying a voltage to the substrate includes a step-up transformer and a primary side of the transformer. A switching element connected to the vacuum vessel, comprising a second plasma source provided in the vacuum vessel via an insulator, generating a plasma in the second plasma source to generate plasma, and extracting electrons from the plasma. An ion implanter for generating plasma surrounding the substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006294883A (en) * 2005-04-12 2006-10-26 Jeol Ltd Drive voltage generating circuit

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