JP3365643B2 - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料の表面改質に使用
されるイオン注入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン注入装置は、主に半導体へのドー
ピイング処理に用いられているが、近年、イオン注入技
術を材料の表面改質に適用しようとする機運が高まり、
種々の研究開発が進められて来ている。従来、表面改質
に用いられるイオン注入装置は、半導体分野で使用され
ている装置のエンドステーションを一部改良した程度に
過ぎず、その処理能力、処理時間、生産性は非常に低
く、いわゆる研究用の実験機レベルのものしかなかっ
た。
【0003】このため、近年、工業的利用に適した表面
改質用の高性能のイオン注入装置が、特開平 1−97363
号公報において提案された。この装置は、複数のカソー
ドと、被処理材の表面形状に合わせた電極構造を設けた
ものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記イオン注入装置に
よって大きな表面積の被処理物に対しても容易に表面改
質を行うことができるようになったが、電極構造が複雑
であるため、均一なイオンビームが得難く、また装置自
体が非常に複雑になる。更に、イオン源に備えられたイ
オン加速用の電極は数十kVの電圧が印加されるため、
絶縁性の点から、電極構造を被処理物の表面形状に合わ
せて形成すること自体が非常に困難である。
【0005】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、被処理物の表面形状に係わらず所望の表面にイオン
注入をすることができ、しかも構造が簡単なイオン注入
装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、内部を真空に保持する真空槽と、真空槽の内部に設
置された被処理物の表面にイオンビームを照射するため
のイオン源を備え、前記イオン源は真空槽に開設された
取付口に気密に取り付けられたイオン注入装置におい
て、前記真空槽には複数個の取付口が開設され、被処理
物の所望の表面にイオンビームを照射するために必要な
1個以上のイオン源が前記表面に対向した取付口に取り
付けられ、イオン源が取り付けられた取付口を除く他の
取付口2には盲蓋が気密に取り付けられており当該取付
口を閉塞している。1個以上のイオン源にイオン発生電
力を供給するに際しては、パルス状電力を各イオン源に
分配するためのスイッチング装置を設けるのがよい。
【0007】
【作用】個々のイオン源は、被処理物の表面形状に対応
して設計する必要がないため、イオン源内のプラズマ発
生源とプラズマから引き出されたイオンを加速するため
の加速用電極との物理的・電気的整合性を容易に採るこ
とができる。このため、イオンビームの発生に最も適し
た条件に設定された汎用のイオン源を用いることがで
き、均一で安定したイオンビームを容易に得ることがで
きる。また、真空槽には複数個の取付口が開設されてい
るため、被処理物の表面形状に応じて、1個以上のイオ
ン源を、表面改質を行いたい被処理物の表面に対向した
位置に在る取付口に取り付けることができ、被処理物の
所望の表面にイオンビームを照射することができる。
オン源が取り付けられた取付口を除く他の取付口2に
は、盲蓋が気密に取り付けられており、当該取付口を閉
塞している。
【0008】また、イオン源にイオン発生電力を供給す
るに際して、パルス状電力を各イオン源に分配するため
のスイッチング装置を設けることにより、個々のイオン
源に対応したイオン発生用電源は不要になり、設備コス
トの低減、省スペース化を図ることができる。
【0009】
【実施例】図1は実施例に係るイオン注入装置を示して
おり、直方体形状の真空槽1の外周面には多数の取付口
2が開設されており、各取付口2の開口周縁にはフラン
ジ3が設けられている。また、一側面には、真空槽1の
内部に連通した排気管4が設けられており、図示省略し
た排気ポンプに配管接続されている。真空槽1の内部に
は円筒状の被処理物5が回転自在に支持されており、該
被処理物7の上面及び側面に対向した真空槽1の上面及
び一側面の二箇所の取付口2のフランジ3には、シール
材を介して二個のイオン源6が気密に取り付けられてい
る。イオン源6が取り付けられた取付口2を除く他の取
付口2には、盲蓋7が気密に取り付けられており、当該
取付口2を閉塞している。真空槽1の下面の盲蓋7に
は、前記被処理物5を回転自在に支持するための支持台
8の回転軸が回転自在かつ気密に貫通している。
【0010】前記イオン源6は、イオン材料のプラズマ
を発生させるための陽極と陰極とを備えると共に、プラ
ズマから引き出されたイオンを加速するための加速用電
極および加速用電極からプラズマ発生源への電子の逆流
を防止するためのサプレッサ用電極を備えている。この
ようなイオン源6としては、一定の広がりを有するイオ
ンビームを照射することができるものであればいかなる
イオン源でも使用することができ、例えばカウフマン型
イオン源やフリーマン型イオン源がある。該イオン源6
は、プラズマ発生源と加速用電極とが一対一に対応して
いるので、イオンビームの発生に最適な電気的・物理的
条件を容易に設定できる。
【0011】前記イオン注入装置を使用するには、上部
と側部の二個のイオン源6にプラズマ発生電力(イオン
発生電力)を供給し、イオン源6から回転する被処理物
5の外周面にイオンビームを照射する。これによって被
処理物5の表面層にイオンが注入され、該表面層が改質
される。前記二個のイオン源6にプラズマ発生電力を供
給するには、個々のイオン源6に各々独自のプラズマ用
電源(イオン発生用電源)を設け、これより電力を供給
してもよいが、後述のように一個のプラズマ用電源から
総てのイオン源6に電力を供給することもできる。
【0012】図2は、板状もしくは長尺物の被処理物5
Aを処理する場合のイオン注入装置の使用状態を示して
おり、この場合、真空槽1の下面の三個の取付口2にイ
オン源6A,6B,6Cが気密に取り付けられている。
勿論、必要に応じて上面側にイオン源を設けてもよい。
該実施例では、各イオン源6A,6B,6Cには一個の
プラズマ用電源10からスイッチング装置11を介して
プラズマ発生電力が供給されている。スイッチング装置
11はプラズマ用電源10からのパルス状電圧を各イオ
ン源6A,6B,6Cに分配供給するため装置である。
パルス状電圧は、図3に示すように、イオン源6A,6
B,6Cのプラズマ発生用の陰極、陽極に順次印加さ
れ、各イオン源がそれに応じて作動する。一方、各イオ
ン源の加速用電極には、直流電圧が常時印加されるた
め、共通の加速用電源12に接続されている。尚、同図に
おいては、サプレッサ用電極および該電極に直流電圧を
印加するためのサプレッサ用電源は図示省略している。
【0013】図4は、前記三個のイオン源6A,6B,
6Cを作動するための、より詳細な電気回路ブロック線
図であり、各イオン源にはプラズマを発生させるための
陽極21と陰極(イオン種供給源)22、そのほか加速
用電極23、サプレッサ用電極24を備えており、各電
極はプラズマ用電源10、加速用電源12、サプレッサ
用電源13にそれぞれ並列接続されている。また、プラ
ズマ用電源10は抵抗を介して降圧した後、各イオン引
出用電極25に並列接続されている。スイッチング装置
11はカウンタータイマー27を備えたトリガー切替器
26と、該トリガー切替器26からの信号により起動さ
れるプラズマ発生用トリガー電源28を備えている。該
プラズマ発生用トリガー電源28から陰極22側にプラ
ズマ起動電圧が印加され、これによって起動用プラズマ
を発生させ、プラズマ用電源10からの電力により、陽
極21と陰極22間でイオン生成用のプラズマを発生さ
せる。
【0014】上記実施例では、各イオン源6A,6B,
6Cに対するパルス状電圧の印加頻度が一様になるよう
に、パルス状電圧が各イオン源に順次印加されるように
スイッチング装置11を動作させている。これは被処理
物5Aの表面を均一に改質する場合であって、スイッチ
ング装置11の動作は順次動作に限るものではなく、例
えば被処理物5Aの中央部の改質を促進する場合では、
イオン源6Bのパルス状電圧の印加頻度を上げればよ
い。前記スイッチング装置11を用いると、図5に示す
ように、複数のイオン源6を備えた複数の真空槽1に対
しても、単一のプラズマ用電源10からプラズマ発生電
力を供給することができる。
【0015】また、前記実施例の真空槽1は直方体で形
成したが、これに限るものではなく、例えば円筒体や球
体で構成してもよい。また、取付口の個数も自由であ
り、真空槽の大きさに応じて適宜の個数を設ければよ
い。また、複数の取付口に取り付けるイオン源の個数も
被処理物の形状に応じて自由に設ければよい。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のイオン注入
装置は、真空槽に複数個の取付口を開設し、被処理物の
所望の表面にイオンビームを照射するために必要な1個
以上のイオン源を前記表面に対向した取付口に取り付け
たので、被処理物の外形状に応じた特殊な電極構造を持
ったイオン源は必要でなく、イオンビームの発生に対し
て最適条件に設計された汎用のイオン源を適宜用いるこ
とができ、装置の簡単化を図ることができ、任意形状の
被処理物の所望の表面にイオンビームを照射することが
できる。また、イオン発生電力を各イオン源に分配供給
するためのスイッチング装置を設けることにより、イオ
ン源を複数個設けた場合でも、1個のイオン発生用電源
を設けるだけで、各イオン源にイオン発生電力を供給す
ることができ、設備コストの低減や設置スペースの縮小
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るイオン注入装置の断面説明図であ
る。
【図2】スイッチング装置を備えたイオン注入装置の断
面説明図である。
【図3】スイッチング装置の出力電圧を示すタイムチャ
ートである。
【図4】複数個のイオン源を単一のプラズマ用電源で作
動させるための電気回路ブロック線図である。
【図5】複数個の真空槽に設けられた複数個のイオン源
を単一のプラズマ用電源で作動させるための電気回路概
要ブロック線図である。
【符号の説明】
1 真空槽 2 取付口 5、5A 被処理物 6、6A、6B、6C イオン源 10 プラズマ用電源 11 スイッチング装置
フロントページの続き (72)発明者 犬石 典之 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 西神総合研究地 区内 (72)発明者 赤理 孝一郎 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 西神総合研究地 区内 (56)参考文献 特開 平4−368764(JP,A) 特開 昭62−267464(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 C23C 14/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部を真空に保持する真空槽と、真空槽
    の内部に設置された被処理物の表面にイオンビームを照
    射するためのイオン源を備え、前記イオン源は真空槽に
    開設された取付口に気密に取り付けられたイオン注入装
    置において、 前記真空槽には複数個の取付口が開設され、被処理物の
    所望の表面にイオンビームを照射するために必要な1個
    以上のイオン源が前記表面に対向した取付口に取り付け
    られ、イオン源が取り付けられた取付口を除く他の取付
    口には盲蓋が気密に取り付けられており当該取付口を閉
    塞していることを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】 パルス状イオン発生電力を各イオン源に
    分配するためのスイッチング装置を備えている請求項1
    に記載したイオン注入装置。
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