JPH04280055A - イオン注入及び表面処理に関する方法及び装置 - Google Patents
イオン注入及び表面処理に関する方法及び装置Info
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- JPH04280055A JPH04280055A JP3262175A JP26217591A JPH04280055A JP H04280055 A JPH04280055 A JP H04280055A JP 3262175 A JP3262175 A JP 3262175A JP 26217591 A JP26217591 A JP 26217591A JP H04280055 A JPH04280055 A JP H04280055A
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
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- H—ELECTRICITY
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- H01J37/32697—Electrostatic control
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
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- H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
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- H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はイオン注入及び表面処
理装置に関し、改良されたパルス変調器の電気パルスを
プラズマソースイオン注入（ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃ
ｅ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ：ＰＰＩＩ）に
適用することを含む。
理装置に関し、改良されたパルス変調器の電気パルスを
プラズマソースイオン注入（ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃ
ｅ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ：ＰＰＩＩ）に
適用することを含む。
【０００２】
【従来の技術】ＰＳＩＩは従来のイオン注入技術におけ
る視線制限を解決するイオン注入技術である。基本的技
術は、米国特許、Ｎｏ．４，７６４，３９４ “プラ
ズマ源イオン注入装置及びその方法”（”ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＬＡＳＭＡ
ＳＯＵＲＣＥ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ”
ｉｓｓｕｅｄ Ａｕｇ．１６，１９８８，ｔｏ Ｊ．Ｃ
ｏｎｒａｄ［Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗｉｓｃｏ
ｎｓｉｎ Ａｌｕｍｎｉ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ］）
、及び出版物”物質の表面変調に用いるプラズマ源イ
オン注入技術”（”Ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ ｉｏ
ｎ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，ｂｙ Ｊ．Ｃｏｎｒａｄ
，ｉｎ ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．６２，ｎｏ．１１，１
Ｄｅｃ．１９８７，ｐｐ．４５９１−４５９６） に開
示されている。３次元目標物へのイオン注入は、囲まれ
た容器内のターゲット付近にプラズマを形成し、及び容
器の導電壁とターゲット間に負の高電圧繰り返しパルス
を印加することにより達成される。プラズマからのイオ
ンは、ターゲット物質を操作することなく、全ての側か
ら同時に及び全方位的にターゲット物質の表面に駆動さ
れる。プラズマは中空の容器へ導入された中立ガスから
形成でき、イオン化放射により容器の内部でイオン化さ
れることにより、一定プラズマソースが提供され、その
プラズマソースは注入処理の間にターゲット物質を取り
囲む。様々な物質での表面強度の著しい増加、及び耐磨
耗性が、ＰＳＩＩ技術を使用するイオン注入により得る
ことができる。
る視線制限を解決するイオン注入技術である。基本的技
術は、米国特許、Ｎｏ．４，７６４，３９４ “プラ
ズマ源イオン注入装置及びその方法”（”ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＰＬＡＳＭＡ
ＳＯＵＲＣＥ ＩＯＮ ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ”
ｉｓｓｕｅｄ Ａｕｇ．１６，１９８８，ｔｏ Ｊ．Ｃ
ｏｎｒａｄ［Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｗｉｓｃｏ
ｎｓｉｎ Ａｌｕｍｎｉ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ］）
、及び出版物”物質の表面変調に用いるプラズマ源イ
オン注入技術”（”Ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｒｃｅ ｉｏ
ｎ−ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，ｂｙ Ｊ．Ｃｏｎｒａｄ
，ｉｎ ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．６２，ｎｏ．１１，１
Ｄｅｃ．１９８７，ｐｐ．４５９１−４５９６） に開
示されている。３次元目標物へのイオン注入は、囲まれ
た容器内のターゲット付近にプラズマを形成し、及び容
器の導電壁とターゲット間に負の高電圧繰り返しパルス
を印加することにより達成される。プラズマからのイオ
ンは、ターゲット物質を操作することなく、全ての側か
ら同時に及び全方位的にターゲット物質の表面に駆動さ
れる。プラズマは中空の容器へ導入された中立ガスから
形成でき、イオン化放射により容器の内部でイオン化さ
れることにより、一定プラズマソースが提供され、その
プラズマソースは注入処理の間にターゲット物質を取り
囲む。様々な物質での表面強度の著しい増加、及び耐磨
耗性が、ＰＳＩＩ技術を使用するイオン注入により得る
ことができる。
【０００３】ＣｏｎｒａｄによるＰＳＩＩを行う装置が
図１内の１０により示される。イオンが注入される物質
１２は、ターゲットステージつまり支持体１６上の容器
即ちチャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ） １４内に保持される
。容器１４は、電気的に接地され、そしてバキュームポ
ンプ１７により２×１０−４ Ｔｏｒｒ のオーダーに
減圧されている。例えば窒素、ヘリュウム、又はアルゴ
ンなどの作用ガスがランク１８から容器１４へ供給され
る。放電バイアス源２０及びフィラメント電源２２から
の電圧を使用するフィラメントにより、ガスはイオン化
されプラズマ１９を生成する。プラズマの濃度は、フィ
ラメント電流及び、ソース２０及び２２により供給され
るバイアスを調節することにより、約１０６ から１０
１１イオン／ｃｍ３に変化する。高電圧源２６からの直
流電圧又は電位が供給されるパルス変調器２４は、約１
００ｋＶまでののマイナスパルスを物質１２へステージ
１６を介して供給する。Ｌａｎｇｍｕｉｒプローブ２８
はプラズマ濃度及び電子温度を測定するのに用いられ、
これは曲線トレーサ３０に表示される。 注入中のターゲットの温度は赤外線ピロメータ（ｐｙｒ
ｏｍｅｔｅｒ） ３２によりモニタされ、チャートレコ
ーダー３４に記録される。
図１内の１０により示される。イオンが注入される物質
１２は、ターゲットステージつまり支持体１６上の容器
即ちチャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ） １４内に保持される
。容器１４は、電気的に接地され、そしてバキュームポ
ンプ１７により２×１０−４ Ｔｏｒｒ のオーダーに
減圧されている。例えば窒素、ヘリュウム、又はアルゴ
ンなどの作用ガスがランク１８から容器１４へ供給され
る。放電バイアス源２０及びフィラメント電源２２から
の電圧を使用するフィラメントにより、ガスはイオン化
されプラズマ１９を生成する。プラズマの濃度は、フィ
ラメント電流及び、ソース２０及び２２により供給され
るバイアスを調節することにより、約１０６ から１０
１１イオン／ｃｍ３に変化する。高電圧源２６からの直
流電圧又は電位が供給されるパルス変調器２４は、約１
００ｋＶまでののマイナスパルスを物質１２へステージ
１６を介して供給する。Ｌａｎｇｍｕｉｒプローブ２８
はプラズマ濃度及び電子温度を測定するのに用いられ、
これは曲線トレーサ３０に表示される。 注入中のターゲットの温度は赤外線ピロメータ（ｐｙｒ
ｏｍｅｔｅｒ） ３２によりモニタされ、チャートレコ
ーダー３４に記録される。
【０００４】パルス変調器２４から物質１２へ供給され
る高電圧マイナスパルスは、プラズマ１９からのプラス
に帯電したイオンを引寄せ、その結果、それらは物質１
２の方向に加速され、そして物質１２へ注入される。従
来のパルス変調器２４の概略が図２に示される。コンデ
ンサ３６は抵抗３８を介して電源２６によりマイナスに
帯電されている。コンデンサ３６のマイナスに帯電され
た端部（抵抗３８に接続される）は、抵抗４０を介して
高電圧”ハードの（ｈａｒｄ）”真空管４２のカソード
に接続される。真空管４２のアノードは抵抗４４を介し
てステージ１６に接続され、それにより物質１２へ接続
される。他の部分は真空管４２のためのフィラメント供
給４６である。
る高電圧マイナスパルスは、プラズマ１９からのプラス
に帯電したイオンを引寄せ、その結果、それらは物質１
２の方向に加速され、そして物質１２へ注入される。従
来のパルス変調器２４の概略が図２に示される。コンデ
ンサ３６は抵抗３８を介して電源２６によりマイナスに
帯電されている。コンデンサ３６のマイナスに帯電され
た端部（抵抗３８に接続される）は、抵抗４０を介して
高電圧”ハードの（ｈａｒｄ）”真空管４２のカソード
に接続される。真空管４２のアノードは抵抗４４を介し
てステージ１６に接続され、それにより物質１２へ接続
される。他の部分は真空管４２のためのフィラメント供
給４６である。
【０００５】真空管４２は通常ターンオフ（ｔｕｒｎｅ
ｄ ｏｆｆ）つまり電気的に非導通で、これによりコン
デンサ３６を物質から電気的に分離している。真空管４
２の制御グリッドに供給されるパルス発生器４８からの
パルスに応答して、真空管４２は各パルスのパルス幅だ
け導通状態になり、コンデンサ３６を物質１２に接続す
る。これによりコンデンサ３６は真空管４２を介して物
質１２に放電され、その結果、高電圧マイナスパルスが
物質に供給される。コンデンサ３６は各パルスの間に充
電され、大きな放電電流を提供する。
ｄ ｏｆｆ）つまり電気的に非導通で、これによりコン
デンサ３６を物質から電気的に分離している。真空管４
２の制御グリッドに供給されるパルス発生器４８からの
パルスに応答して、真空管４２は各パルスのパルス幅だ
け導通状態になり、コンデンサ３６を物質１２に接続す
る。これによりコンデンサ３６は真空管４２を介して物
質１２に放電され、その結果、高電圧マイナスパルスが
物質に供給される。コンデンサ３６は各パルスの間に充
電され、大きな放電電流を提供する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述のＣｏｎｒａｄに
与えられた特許によるＰＳＩＩにおいて、注入時間は物
質のサイズには無関係である。注入時間はデューティー
ファクタ及びパルス変調器の物質を加熱しずぎない範囲
の電力容量にのみ依存する。１ ｍＡ／ｃｍ２ の代表
的プラズマイオン電流密度に関して、最大線量１０１８
イオン／ｃｍ２ （一般に化学量論［ｓｔｏｉｃｈｉｏ
ｍｅｔｒｙ］ に一致する）で、あらゆるサイズの物質
の注入は、ハードの真空管４２を使用する従来のパルス
変調器２４を用いて、及びデューティーファクタ０．１
％で行い、４４時間以上必要となる。これはＰＳＩＩを
製造する上で効率が悪い。パルス変調器２４のデューテ
ィーファクタ及び電力容量の少なくとも１０倍の増加に
対応する、注入時間の１０の因数での減少は、ＰＳＩＩ
が１０８ イオン／ｃｍ２ の線量のコスト効果を必要
とする。これはパルス変調器のデューティーファクタ及
び電力容量を増加することにより行わなければならない
。
与えられた特許によるＰＳＩＩにおいて、注入時間は物
質のサイズには無関係である。注入時間はデューティー
ファクタ及びパルス変調器の物質を加熱しずぎない範囲
の電力容量にのみ依存する。１ ｍＡ／ｃｍ２ の代表
的プラズマイオン電流密度に関して、最大線量１０１８
イオン／ｃｍ２ （一般に化学量論［ｓｔｏｉｃｈｉｏ
ｍｅｔｒｙ］ に一致する）で、あらゆるサイズの物質
の注入は、ハードの真空管４２を使用する従来のパルス
変調器２４を用いて、及びデューティーファクタ０．１
％で行い、４４時間以上必要となる。これはＰＳＩＩを
製造する上で効率が悪い。パルス変調器２４のデューテ
ィーファクタ及び電力容量の少なくとも１０倍の増加に
対応する、注入時間の１０の因数での減少は、ＰＳＩＩ
が１０８ イオン／ｃｍ２ の線量のコスト効果を必要
とする。これはパルス変調器のデューティーファクタ及
び電力容量を増加することにより行わなければならない
。
【０００７】従来のパルス変調器２４は、これらの目標
を達成する能力を制限する幾つかの限界を持っている。 パルス変調器２４の従来の真空管４２は“浮いている（
ｆｌｏａｔｉｎｇ）”回路構成で接続され、非常に大き
くなければならず、それにより高価になる。なぜならば
パルス間の全注入電圧を延ばさなければならないからで
ある。約１００ｋＶでのＰＳＩＩの動作に関して、この
ような高電圧を用いる真空管を得るのは非常に難しい。
を達成する能力を制限する幾つかの限界を持っている。 パルス変調器２４の従来の真空管４２は“浮いている（
ｆｌｏａｔｉｎｇ）”回路構成で接続され、非常に大き
くなければならず、それにより高価になる。なぜならば
パルス間の全注入電圧を延ばさなければならないからで
ある。約１００ｋＶでのＰＳＩＩの動作に関して、この
ような高電圧を用いる真空管を得るのは非常に難しい。
【０００８】大きな物質のイオン注入を高線量（約１９
１８／ｃｍ２ ）で行うには、大きなデューティーファ
クタ（平均電力）のパルス変調器動作が要求される。ハ
ードの真空管４２を使用する大きなデューティーファク
タ動作に対して、大型の冷却システム（図示されず）が
、真空管を介した高電圧降下によって発生した熱を放出
するために必要となる。更に、真空管、フィラメント電
力供給、及びグリッド駆動回路は、動作時に全注入電圧
で浮いていなければならない。そにより回路に提供され
る高価な絶縁トランスが必要となる。真空管及び制御回
路を高電圧で浮かせることは、装置内のアーク抑制回路
を導入することが非常に複雑となる。更に、真空管はそ
の高温カソード動作により短い寿命で、多量のｘ線及び
電磁的妨害を発散する。
１８／ｃｍ２ ）で行うには、大きなデューティーファ
クタ（平均電力）のパルス変調器動作が要求される。ハ
ードの真空管４２を使用する大きなデューティーファク
タ動作に対して、大型の冷却システム（図示されず）が
、真空管を介した高電圧降下によって発生した熱を放出
するために必要となる。更に、真空管、フィラメント電
力供給、及びグリッド駆動回路は、動作時に全注入電圧
で浮いていなければならない。そにより回路に提供され
る高価な絶縁トランスが必要となる。真空管及び制御回
路を高電圧で浮かせることは、装置内のアーク抑制回路
を導入することが非常に複雑となる。更に、真空管はそ
の高温カソード動作により短い寿命で、多量のｘ線及び
電磁的妨害を発散する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン注入及
び表面処理装置及びその方法を提供することにより、前
述のＣｏｎｒａｄに与えられた特許に開示されるような
従来のＰＳＩＩ技術の制約を解決する。この発明はハー
ドの真空管を使用するパルス変調器を服務従来のＰＳＩ
Ｉ装置予備、非常に増加されたデューティーファクタ及
び使用電力容量を有する改良されたパルス変調器を含む
。
び表面処理装置及びその方法を提供することにより、前
述のＣｏｎｒａｄに与えられた特許に開示されるような
従来のＰＳＩＩ技術の制約を解決する。この発明はハー
ドの真空管を使用するパルス変調器を服務従来のＰＳＩ
Ｉ装置予備、非常に増加されたデューティーファクタ及
び使用電力容量を有する改良されたパルス変調器を含む
。
【００１０】この発明によれば、コンデンサは電源によ
り高電位即ち高電圧に充電される。プラズマスイッチ、
好適にＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ、Ｍｏｊｕｌａｔｅｒ Ｓ
ｗｉｔｃｈは、そして周期的に開閉され、プラズマ源イ
オン注入装置内のプラズマからのイオンを物質に注入す
るためにコンデンサに蓄えられたエネルギの一部を放電
する。この周期的な放電により、高電圧マイナスパルス
が物質に印加され、プラズマからのイオンは加速され、
物質に注入される。パルストランスが好適に、プラズマ
スイッチ／コンデンサ及び物質の間に提供され、パルス
の電圧をステップアップする。それによりプラズマスイ
ッチは低電圧レベルで動作できる。プラズマスイッチは
高デューティーファクタ及び高電力動作を可能とし、ア
ーク検出抑制回路と結合され、物質とプラズマとの間に
アークが発生するを防止する。第２電源、コンデンサ、
及びプラズマスイッチを設けて、物質にマイナスパルス
の代わりにプラスのパルスを供給してプラズマを供給で
きる。つまり電子を物質に対して加速させ、温度援助さ
れｔイオン注入や、表面アニーリングなどの表面処理を
実行できる。
り高電位即ち高電圧に充電される。プラズマスイッチ、
好適にＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ、Ｍｏｊｕｌａｔｅｒ Ｓ
ｗｉｔｃｈは、そして周期的に開閉され、プラズマ源イ
オン注入装置内のプラズマからのイオンを物質に注入す
るためにコンデンサに蓄えられたエネルギの一部を放電
する。この周期的な放電により、高電圧マイナスパルス
が物質に印加され、プラズマからのイオンは加速され、
物質に注入される。パルストランスが好適に、プラズマ
スイッチ／コンデンサ及び物質の間に提供され、パルス
の電圧をステップアップする。それによりプラズマスイ
ッチは低電圧レベルで動作できる。プラズマスイッチは
高デューティーファクタ及び高電力動作を可能とし、ア
ーク検出抑制回路と結合され、物質とプラズマとの間に
アークが発生するを防止する。第２電源、コンデンサ、
及びプラズマスイッチを設けて、物質にマイナスパルス
の代わりにプラスのパルスを供給してプラズマを供給で
きる。つまり電子を物質に対して加速させ、温度援助さ
れｔイオン注入や、表面アニーリングなどの表面処理を
実行できる。
【００１１】ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチはハー
ドの真空管に比べ、実質的に１０倍を越えるデューティ
ーファクタで動作でき、又、著しく大きな使用電力容量
を有する。 ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチは、浮いた構造ではなく
、接地されたカソード内で動作でき、従ってイオン注入
のときにアーク抑制と高価な物質の保護を用意にする。 ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチは、非常に低い電圧降下
を有し、従って閉じられた即ち導電ステージ内で比較的
少ない電力を放出し、発生する熱は非常に少ない。これ
らの要因により、大きな物質のイオン注入が商業生産ベ
ースで経済的に行われる。これらこの発明の利点及び他
の特徴は、この分野の当業者により添付図面を参照して
行われるこの発明の詳細な説明により明らかとなる。
ドの真空管に比べ、実質的に１０倍を越えるデューティ
ーファクタで動作でき、又、著しく大きな使用電力容量
を有する。 ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチは、浮いた構造ではなく
、接地されたカソード内で動作でき、従ってイオン注入
のときにアーク抑制と高価な物質の保護を用意にする。 ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチは、非常に低い電圧降下
を有し、従って閉じられた即ち導電ステージ内で比較的
少ない電力を放出し、発生する熱は非常に少ない。これ
らの要因により、大きな物質のイオン注入が商業生産ベ
ースで経済的に行われる。これらこの発明の利点及び他
の特徴は、この分野の当業者により添付図面を参照して
行われるこの発明の詳細な説明により明らかとなる。
【００１２】
【実施例】この発明はイオン注入及び表面処理装置、及
びその方法を提供し、Ｃｏｎｒｒａｄ により開示され
た装置では不可能な改良された性能及び特徴を達成する
。この発明装置は一般に図１に示される構成を有し、イ
オン注入及び表面処理のときに物質を覆うための容器即
ちチャンバ１４、及び物質１２を包囲するプラズマ１９
を発生するための前述した要素を含む。
びその方法を提供し、Ｃｏｎｒｒａｄ により開示され
た装置では不可能な改良された性能及び特徴を達成する
。この発明装置は一般に図１に示される構成を有し、イ
オン注入及び表面処理のときに物質を覆うための容器即
ちチャンバ１４、及び物質１２を包囲するプラズマ１９
を発生するための前述した要素を含む。
【００１３】図３に示すように、従来のパルス変調器２
４に取って代わるこの発明のパルス変調器は、一般に５
０として示され、及び１００ｋＶオーダーの高電圧即ち
高電位の電源５２を含む。電源５２のマイナス端は接地
され、一方電源５２のプラス端はサージ制限直列インピ
ーダンス又はインダクター５４を介してプラズマスイッ
チ５６のアノードに接続される。スイッチ５６は好適に
ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチが望ましいが、この
発明の範囲を越えることのない他の形式のプラズマスイ
ッチを使用できる。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチ
は、“低電圧制御による変調スイッチ”（“ＭＯＤＵＬ
ＡＴＯＲ ＳＷＩＴＣＨ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＶＯＬＴ
ＡＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ”）と題名された米国特許Ｎ
ｏ．４，５９６，９４５（ｉｓｓｕｅｄ Ｊｕｎｅ ２
４，１９８６ ｔｏ Ｒ．Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ） に
開示されている。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮはヒューズエア
クラフト社のトレードマークで、ヒューズエアクラフト
社は本発明とＳｃｈｕｍａｃｈｅｒの発明の権利譲受人
である。
４に取って代わるこの発明のパルス変調器は、一般に５
０として示され、及び１００ｋＶオーダーの高電圧即ち
高電位の電源５２を含む。電源５２のマイナス端は接地
され、一方電源５２のプラス端はサージ制限直列インピ
ーダンス又はインダクター５４を介してプラズマスイッ
チ５６のアノードに接続される。スイッチ５６は好適に
ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチが望ましいが、この
発明の範囲を越えることのない他の形式のプラズマスイ
ッチを使用できる。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチ
は、“低電圧制御による変調スイッチ”（“ＭＯＤＵＬ
ＡＴＯＲ ＳＷＩＴＣＨ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＶＯＬＴ
ＡＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ”）と題名された米国特許Ｎ
ｏ．４，５９６，９４５（ｉｓｓｕｅｄ Ｊｕｎｅ ２
４，１９８６ ｔｏ Ｒ．Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ） に
開示されている。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮはヒューズエア
クラフト社のトレードマークで、ヒューズエアクラフト
社は本発明とＳｃｈｕｍａｃｈｅｒの発明の権利譲受人
である。
【００１４】スイッチ５６のカソードは接地されている
。スイッチ５６のアノードはコンデンサ５８及び抵抗６
０を更に介して、ダイオード６２のアノードに接続され
る。ダイオード６２のカソードは接地されている。ダイ
オード６２のアノードは更に電流センサ６４を介して図
１に示すステージ１６に接続され、それによりイオン注
入されるために物質１２に接続される。
。スイッチ５６のアノードはコンデンサ５８及び抵抗６
０を更に介して、ダイオード６２のアノードに接続され
る。ダイオード６２のカソードは接地されている。ダイ
オード６２のアノードは更に電流センサ６４を介して図
１に示すステージ１６に接続され、それによりイオン注
入されるために物質１２に接続される。
【００１５】更に図３には、約５００Ｖ の電圧をスイ
ッチ５６のキーパーグリッドに印加する電源６６及び抵
抗６８が示される。電源７０は約２．５Ｖの予備ヒータ
ー電圧を供給する。電源７２及びコンデンサ７４は約１
ｋＶの電圧をスイッチ５６の制御グリッドにサイリスタ
（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ） ７６を介して供給し、スイッ
チ５６を開閉する。電源８０及びコンデンサ８２は約−
４００Ｖ の電圧をサイリスタ８４を介して、スイッチ
５６の制御グリッドに供給する。タイミングパルス発生
器８６はＯＮパルスをサイリスタ７６のゲートに、及び
ＯＦＦパルスをダイオード８８を介してサイリスタ８４
のゲートに供給する。センサ６４はＡＲＣパルスをサイ
リスタ８４にダイオード９０を介して供給するように構
成される。ここで、プラズマスイッチ５６は電源５２と
並列に接続され、コンデンサ５８はスイッチ５６と物質
１２に直列に接続される。
ッチ５６のキーパーグリッドに印加する電源６６及び抵
抗６８が示される。電源７０は約２．５Ｖの予備ヒータ
ー電圧を供給する。電源７２及びコンデンサ７４は約１
ｋＶの電圧をスイッチ５６の制御グリッドにサイリスタ
（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ） ７６を介して供給し、スイッ
チ５６を開閉する。電源８０及びコンデンサ８２は約−
４００Ｖ の電圧をサイリスタ８４を介して、スイッチ
５６の制御グリッドに供給する。タイミングパルス発生
器８６はＯＮパルスをサイリスタ７６のゲートに、及び
ＯＦＦパルスをダイオード８８を介してサイリスタ８４
のゲートに供給する。センサ６４はＡＲＣパルスをサイ
リスタ８４にダイオード９０を介して供給するように構
成される。ここで、プラズマスイッチ５６は電源５２と
並列に接続され、コンデンサ５８はスイッチ５６と物質
１２に直列に接続される。
【００１６】この動作において、コンデンサ５８は、ス
イッチ５６が開いているとき、つまり非導通状態のとき
、インダクター５４、抵抗６０、及びダイオード６２を
介して充電される。更に詳細には、スイッチ５６のアノ
ードに接続されるコンデンサ５８の端部は、グランドに
対してプラスに充電される。スイッチ５６を閉じること
は、コンデンサ５８のプラス端を、導通状態スイッチ５
６の低抵抗経路を介してグランドに接続する効果がある
。抵抗６０に接続されるコンデンサ５８の端部は、グラ
ンドに対してマイナスになることにより、ダイオード６
２のバイアスが逆になる。コンデンサ５８は抵抗６０を
介して物質１２に対して放電し、その結果、物質１２に
マイナスのパルスが印加され、前述のイオン注入に影響
する。スイッチ５６が開くことにより、マイナスパルス
の物質１２に対する印加が終結される。
イッチ５６が開いているとき、つまり非導通状態のとき
、インダクター５４、抵抗６０、及びダイオード６２を
介して充電される。更に詳細には、スイッチ５６のアノ
ードに接続されるコンデンサ５８の端部は、グランドに
対してプラスに充電される。スイッチ５６を閉じること
は、コンデンサ５８のプラス端を、導通状態スイッチ５
６の低抵抗経路を介してグランドに接続する効果がある
。抵抗６０に接続されるコンデンサ５８の端部は、グラ
ンドに対してマイナスになることにより、ダイオード６
２のバイアスが逆になる。コンデンサ５８は抵抗６０を
介して物質１２に対して放電し、その結果、物質１２に
マイナスのパルスが印加され、前述のイオン注入に影響
する。スイッチ５６が開くことにより、マイナスパルス
の物質１２に対する印加が終結される。
【００１７】タイミングパルス発生器８６の動作を図４
に示す。各ＯＮパルスの立上がりは、サイリスタ７６を
ターンオンさせ、それにより電源７２からの１ｋＶ電圧
をゲートし、スイッチ５６の制御グリッドをターンオン
、即ち閉じる。各ＯＦＦパルスの立ち上がりが、電源８
２からスイッチ５６の制御グリッドへの−４００Ｖ を
ゲートするように、ＯＦＦパルスがＯＮパルスに取って
代わり、それにより、このスイッチはターンオフ、即ち
開く。スイッチ５６はＯＮ及びＯＦＦパルスの立ち上が
りの間に閉じる、即ち導通することにより、コンデンサ
５８は周期的に電源５２により充電され、そして物質１
２に放電される。図４に示されるように、マイナスパル
スＯＵＴは、スイッチ５６が閉じているとき、物質１２
へ供給される。
に示す。各ＯＮパルスの立上がりは、サイリスタ７６を
ターンオンさせ、それにより電源７２からの１ｋＶ電圧
をゲートし、スイッチ５６の制御グリッドをターンオン
、即ち閉じる。各ＯＦＦパルスの立ち上がりが、電源８
２からスイッチ５６の制御グリッドへの−４００Ｖ を
ゲートするように、ＯＦＦパルスがＯＮパルスに取って
代わり、それにより、このスイッチはターンオフ、即ち
開く。スイッチ５６はＯＮ及びＯＦＦパルスの立ち上が
りの間に閉じる、即ち導通することにより、コンデンサ
５８は周期的に電源５２により充電され、そして物質１
２に放電される。図４に示されるように、マイナスパル
スＯＵＴは、スイッチ５６が閉じているとき、物質１２
へ供給される。
【００１８】簡単のため、一つのコンデンサ５８が図面
に示されているが、一般複数のコンデンサが特定の応用
に対してに使用され、必要となる放電電流を供給できる
。しかし、電源５２が連続的バイアスに充分な電流を供
給するように作られている場合、コンデンサ５８は必要
なく、スイッチ５６はこの注入パルスの応用のおいて、
電源５２と物質１２に直接接続できる。
に示されているが、一般複数のコンデンサが特定の応用
に対してに使用され、必要となる放電電流を供給できる
。しかし、電源５２が連続的バイアスに充分な電流を供
給するように作られている場合、コンデンサ５８は必要
なく、スイッチ５６はこの注入パルスの応用のおいて、
電源５２と物質１２に直接接続できる。
【００１９】センサ６４は所定電圧を越える電流を感知
又は検出するように設計される。この所定電圧以上では
物質１２とプラズマ１９の間にアーク放電が生じる危険
がある。アーク放電する可能性の検出に応答して、セン
サ６４はＡＲＣパルスをダイオード９０を介してサイリ
スタ８４に供給する。ＡＲＣパルスの立上がりにより、
スイッチ５６は即座に開き、コンデンサ５８から物質１
２への放電が終結され、それによりアーク放電する危険
が回避される。ここで説明されるアークの検出抑制回路
はＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチとして商業的に入
手可能で、このスイッチはヒューズエアクラフト社によ
り製造され、ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチをアーク検
出から１ｍｓｅｃ以内で開くことができる。プラズマス
イッチ５６のカソードは、図２で示されるハードの真空
管４２のように浮いているのではなく、接地されている
ので、アーク検出と抑制は容易にできる。
又は検出するように設計される。この所定電圧以上では
物質１２とプラズマ１９の間にアーク放電が生じる危険
がある。アーク放電する可能性の検出に応答して、セン
サ６４はＡＲＣパルスをダイオード９０を介してサイリ
スタ８４に供給する。ＡＲＣパルスの立上がりにより、
スイッチ５６は即座に開き、コンデンサ５８から物質１
２への放電が終結され、それによりアーク放電する危険
が回避される。ここで説明されるアークの検出抑制回路
はＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチとして商業的に入
手可能で、このスイッチはヒューズエアクラフト社によ
り製造され、ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチをアーク検
出から１ｍｓｅｃ以内で開くことができる。プラズマス
イッチ５６のカソードは、図２で示されるハードの真空
管４２のように浮いているのではなく、接地されている
ので、アーク検出と抑制は容易にできる。
【００２０】図４に３つのＯＮパルス及び３つのＯＦＦ
パルスを示す。第１のＯＮパルスおよび第１のＯＮパル
スの間に発生するＡＲＣパルスは示されていない。従っ
て物質１２に供給される第１のＯＮパルスは通常の持続
時間を有する。ＡＲＣパルスは第２ＯＮパルスおよび第
２ＯＦＦパルスの間に発生して示される。ＡＲＣパルス
の立上がりによりスイッチ５６は即座に開かれ、そして
第２ＯＵＴパルスは通常より短い持続時間を有するよう
になる。第３ＯＮパルス及びＯＦＦパルスの間にＡＲＣ
パルスは発生せず、第３ＯＵＴパルスは通常の持続時間
を有する。
パルスを示す。第１のＯＮパルスおよび第１のＯＮパル
スの間に発生するＡＲＣパルスは示されていない。従っ
て物質１２に供給される第１のＯＮパルスは通常の持続
時間を有する。ＡＲＣパルスは第２ＯＮパルスおよび第
２ＯＦＦパルスの間に発生して示される。ＡＲＣパルス
の立上がりによりスイッチ５６は即座に開かれ、そして
第２ＯＵＴパルスは通常より短い持続時間を有するよう
になる。第３ＯＮパルス及びＯＦＦパルスの間にＡＲＣ
パルスは発生せず、第３ＯＵＴパルスは通常の持続時間
を有する。
【００２１】図５にこの発明による修正されたパルス変
調器５２が示され、図３に使用された同一の構成要素に
は同一の参照番号が付されている。対応する構成要素で
修正されたものは最初と同一の参照番号だが、プライム
符号が付されている。パルス変調器５０´はパルス変調
器５０と比べて、物質１２に印加されたパルスの電圧を
ステップアップするめにパルストランス９２を更に含ん
でいる点が異なる。更に詳細に、電源５２´は、５０ｋ
Ｖオーダの電圧を供給するように構成できる。トランス
９２がステップアップ率２．５：１の場合、パルス変調
器５０´は物質１２に対して１２０ｋＶ以上の電圧を供
給することができる。
調器５２が示され、図３に使用された同一の構成要素に
は同一の参照番号が付されている。対応する構成要素で
修正されたものは最初と同一の参照番号だが、プライム
符号が付されている。パルス変調器５０´はパルス変調
器５０と比べて、物質１２に印加されたパルスの電圧を
ステップアップするめにパルストランス９２を更に含ん
でいる点が異なる。更に詳細に、電源５２´は、５０ｋ
Ｖオーダの電圧を供給するように構成できる。トランス
９２がステップアップ率２．５：１の場合、パルス変調
器５０´は物質１２に対して１２０ｋＶ以上の電圧を供
給することができる。
【００２２】パルストランス９２によって、スイッチ５
６は変調器５０での電圧より低い電圧で動作できる。変
調器５０´に直接設けることができるＣＲＯＳＳＡＴＲ
ＯＮ変調スイッチはヒューズエアクラフト社から製品番
号８４５４Ｈとして、商業的に入手できる。この特別な
スイッチは５０ｋＶで連続的に動作できる。スイッチ内
を流れる電流の立ち上がり及び立ち下がり時間は０．５
ｍ 秒のオーダーである。このスイッチは５００Ｖ 以
下のフォワード電圧降下を有し、最大２５００Ｗ の電
力を発散する。動作中に発生した熱は小型ファンにより
除かれる。このスイッチはピーク電流７５０Ａ 、５０
％デューティーファクター、１ ｍ秒を越えるパルス幅
、及び平均電力２５０ｋＷを越える電流を許容できる。 これらの性能は大型商業用ＰＳＩＩ応用に必要な性能を
充分満たしている。
６は変調器５０での電圧より低い電圧で動作できる。変
調器５０´に直接設けることができるＣＲＯＳＳＡＴＲ
ＯＮ変調スイッチはヒューズエアクラフト社から製品番
号８４５４Ｈとして、商業的に入手できる。この特別な
スイッチは５０ｋＶで連続的に動作できる。スイッチ内
を流れる電流の立ち上がり及び立ち下がり時間は０．５
ｍ 秒のオーダーである。このスイッチは５００Ｖ 以
下のフォワード電圧降下を有し、最大２５００Ｗ の電
力を発散する。動作中に発生した熱は小型ファンにより
除かれる。このスイッチはピーク電流７５０Ａ 、５０
％デューティーファクター、１ ｍ秒を越えるパルス幅
、及び平均電力２５０ｋＷを越える電流を許容できる。 これらの性能は大型商業用ＰＳＩＩ応用に必要な性能を
充分満たしている。
【００２３】電流センサ６４´はトランス９２の一次巻
線に接続される。従ってセンサ６４より低い電圧で動作
できる。トランス９２はパルス変調器５０´の他の構成
要素物質に供給される高電圧との間の絶縁を提供する利
点を有する。所望であれば、パルス変調器５０´は、ト
ランス９２の二次巻線の配線を単に変更することにより
、物質１２へのパルスを、マイナスではなく、プラスに
なるように構成できる。
線に接続される。従ってセンサ６４より低い電圧で動作
できる。トランス９２はパルス変調器５０´の他の構成
要素物質に供給される高電圧との間の絶縁を提供する利
点を有する。所望であれば、パルス変調器５０´は、ト
ランス９２の二次巻線の配線を単に変更することにより
、物質１２へのパルスを、マイナスではなく、プラスに
なるように構成できる。
【００２４】図５に示された装置は、鉄鋼材物質１２に
マイナスのパルスを使用する窒素イオン注入のために製
作されテストされた。窒素プラズマはプラズマチャンバ
ー１４内で生成され、このチャンバーの直径は１．２２
ｍで全長は１．１２ ｍである。プラズマスイッチ５
６が１％デューティーファクター、及び３５ｋＶの入力
電圧で動作するとき、７５ｋＶの注入電圧が物質１２へ
供給され、この値は５アンペアのイオン電流で窒素イオ
ンを鉄鋼材物質１２へ注入するのに適した値である。
マイナスのパルスを使用する窒素イオン注入のために製
作されテストされた。窒素プラズマはプラズマチャンバ
ー１４内で生成され、このチャンバーの直径は１．２２
ｍで全長は１．１２ ｍである。プラズマスイッチ５
６が１％デューティーファクター、及び３５ｋＶの入力
電圧で動作するとき、７５ｋＶの注入電圧が物質１２へ
供給され、この値は５アンペアのイオン電流で窒素イオ
ンを鉄鋼材物質１２へ注入するのに適した値である。
【００２５】図６はＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチ
の構成を示し、これはプラズマスイッチ５６として好適
に使用される。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮは低温カソード、
交差磁界プラズマ放電スイッチで、４つの要素の同軸シ
ステム内の交差磁界に基づいており、このシステムは低
温カソード９３、アノード９４、キーパーグリッド９５
、及びカソード９３とアノード９４の間に設けられた制
御グリッド９６から構成される。導通の電荷はカソード
９３付近のプラズマ放電により発生する。プラズマはキ
ーパーグリッド９５（局部交差磁界放電のアノードとし
て動作する）とカソード９３間のギャップ内の交差磁界
低温カソード放電により発生する。このギャップはスイ
ッチの外部に取り付けられた永久磁石９７により供給さ
れる先端のある磁界によって磁化される。
の構成を示し、これはプラズマスイッチ５６として好適
に使用される。ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮは低温カソード、
交差磁界プラズマ放電スイッチで、４つの要素の同軸シ
ステム内の交差磁界に基づいており、このシステムは低
温カソード９３、アノード９４、キーパーグリッド９５
、及びカソード９３とアノード９４の間に設けられた制
御グリッド９６から構成される。導通の電荷はカソード
９３付近のプラズマ放電により発生する。プラズマはキ
ーパーグリッド９５（局部交差磁界放電のアノードとし
て動作する）とカソード９３間のギャップ内の交差磁界
低温カソード放電により発生する。このギャップはスイ
ッチの外部に取り付けられた永久磁石９７により供給さ
れる先端のある磁界によって磁化される。
【００２６】ソースプラズマ９８は、交差磁界放電を生
成するために、キーパーグリッド９５の電位を数マイク
ロ秒の間、５００ Ｖ以上のパルスにすることにより発
生される。平衡状態に到達したとき、キーパーグリッド
電位は、低温カソード９３の電位以上で、約５００ Ｖ
の低放電レベルに降下する。制御グリッド９６がカソー
ド電位に維持されているとき、スイッチ５６は開いたま
まで、全アノード電圧が制御グリッド９６とアノード９
４の間の真空ギャップを介して発生する。
成するために、キーパーグリッド９５の電位を数マイク
ロ秒の間、５００ Ｖ以上のパルスにすることにより発
生される。平衡状態に到達したとき、キーパーグリッド
電位は、低温カソード９３の電位以上で、約５００ Ｖ
の低放電レベルに降下する。制御グリッド９６がカソー
ド電位に維持されているとき、スイッチ５６は開いたま
まで、全アノード電圧が制御グリッド９６とアノード９
４の間の真空ギャップを介して発生する。
【００２７】スイッチ５６は、制御グリッド９６をポテ
ンシャルに解放することによって、又はグリッド９６を
一時的に５００ Ｖプラズマポテンシャル以上（この実
施例では１ｋＶ）のパルスにすることにより閉じる。こ
れにより、プラズマ９８はキーパーグリッド９５及び制
御グリッド９６を介してアノード９４に流れる。プラズ
マ９８からの電子はアノード９４により集められ、スイ
ッチ５６は導通し、及びアノード電圧は５００Ｖ レベ
ルに降下する。スイッチ５６を開くために、制御グリッ
ド９６は、カソード電位又はそれ以下（この実施例では
−４００Ｖ ）に戻り、それにより、アノード９４によ
るプラズマ９８からの電子の収集が終結される。
ンシャルに解放することによって、又はグリッド９６を
一時的に５００ Ｖプラズマポテンシャル以上（この実
施例では１ｋＶ）のパルスにすることにより閉じる。こ
れにより、プラズマ９８はキーパーグリッド９５及び制
御グリッド９６を介してアノード９４に流れる。プラズ
マ９８からの電子はアノード９４により集められ、スイ
ッチ５６は導通し、及びアノード電圧は５００Ｖ レベ
ルに降下する。スイッチ５６を開くために、制御グリッ
ド９６は、カソード電位又はそれ以下（この実施例では
−４００Ｖ ）に戻り、それにより、アノード９４によ
るプラズマ９８からの電子の収集が終結される。
【００２８】図７は本発明によるバイポーラパルス変調
器を示し、この変調器は１００として示され、２つのパ
ルス変調器１０２及び１０４を含み、これら変調器は基
本的に図５に示される変調器５０´と同一である。修正
されたパルストランス１０６は、ステージ１６、つまり
物質１２に接続される二次巻線１０６ａを有し、２つの
一次巻線１０６ｂ及び１０６ｃは変調器１０２及び１０
４の出力に各々接続される。一次巻線１０６ｂは図５に
示される方法と同様な方法で変調器１０２に接続される
。しかし、一次巻線１０６ｃの変調器への接続は逆にな
っている。変調器１０２からの出力パルスは前述のよう
に二次巻線１０６ａに出力パルスを発生させるが、変調
器１０４からの出力パルスは、二次巻線１０５ａにプラ
スのパルスを発生する。変調器１０２及び１０４は各々
選択的に、プラス又はマイナスのみのパルスを、又はプ
ラスとマイナスに交互に代わるパルスを物質１２に供給
できる。
器を示し、この変調器は１００として示され、２つのパ
ルス変調器１０２及び１０４を含み、これら変調器は基
本的に図５に示される変調器５０´と同一である。修正
されたパルストランス１０６は、ステージ１６、つまり
物質１２に接続される二次巻線１０６ａを有し、２つの
一次巻線１０６ｂ及び１０６ｃは変調器１０２及び１０
４の出力に各々接続される。一次巻線１０６ｂは図５に
示される方法と同様な方法で変調器１０２に接続される
。しかし、一次巻線１０６ｃの変調器への接続は逆にな
っている。変調器１０２からの出力パルスは前述のよう
に二次巻線１０６ａに出力パルスを発生させるが、変調
器１０４からの出力パルスは、二次巻線１０５ａにプラ
スのパルスを発生する。変調器１０２及び１０４は各々
選択的に、プラス又はマイナスのみのパルスを、又はプ
ラスとマイナスに交互に代わるパルスを物質１２に供給
できる。
【００２９】物質１２にプラスのパルスを供給すること
により、プラスに帯電されたイオンではなく、電子が物
質に向かって加速される。物質に電子を照射する一つの
目的は、“多極プラズマの新しい応用”（”Ｎｅｗ ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｏｌａｒ
ｐｌａｓｍａｓ：Ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，
ｂｙ Ｊ． Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ ｅｒ ａｌ，Ｒｅｖ
．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，ｖｏｌ．５５，ｎｏ．１
０，Ｏｃｔ．１９８４，ｐｐ．１６３６−１６３８）と
題名された出版物に説明されるような熱支援イオン注入
を提供することである。物質による電子の収集の他の使
用法は、表面アニーリング、バルクアニーリング、真空
システムにおけるガス放出（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）、
表面クリーニング、及び温度制御によるコーティング形
成の改良などの表面処理を含む。更に他の応用には電子
により励起された脱着（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用い
る表面クリーニングがある。
により、プラスに帯電されたイオンではなく、電子が物
質に向かって加速される。物質に電子を照射する一つの
目的は、“多極プラズマの新しい応用”（”Ｎｅｗ ａ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｏｌａｒ
ｐｌａｓｍａｓ：Ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”，
ｂｙ Ｊ． Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ ｅｒ ａｌ，Ｒｅｖ
．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，ｖｏｌ．５５，ｎｏ．１
０，Ｏｃｔ．１９８４，ｐｐ．１６３６−１６３８）と
題名された出版物に説明されるような熱支援イオン注入
を提供することである。物質による電子の収集の他の使
用法は、表面アニーリング、バルクアニーリング、真空
システムにおけるガス放出（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ）、
表面クリーニング、及び温度制御によるコーティング形
成の改良などの表面処理を含む。更に他の応用には電子
により励起された脱着（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ）を用い
る表面クリーニングがある。
【００３０】電源はプラス及びマイナスのパルスの大き
さが異なる値を取り得るように変更可能である。パルス
発生器８６はマイナス及びプラスのパルスが異なるパル
ス幅、又は波形を取り得るように調節することができる
。
さが異なる値を取り得るように変更可能である。パルス
発生器８６はマイナス及びプラスのパルスが異なるパル
ス幅、又は波形を取り得るように調節することができる
。
【００３１】例として図８に示すように、マイナスパル
スはプラスパルスより、短い幅及び大きな振幅を有する
。図９に他の例を示す。図において、マイナスパルスは
傾斜した波形を有し、一方プラスパルスは非線形波形を
有する。これによりパルスは各物質について最適な注入
特性を提供するようにプログラムされる。
スはプラスパルスより、短い幅及び大きな振幅を有する
。図９に他の例を示す。図において、マイナスパルスは
傾斜した波形を有し、一方プラスパルスは非線形波形を
有する。これによりパルスは各物質について最適な注入
特性を提供するようにプログラムされる。
【００３２】ここで、本発明はスパッタリング（ｓｐｕ
ｔｔｅｒｉｎｇ）による表面クリーニング、イオン照射
による表面調整、及び他の物質によるターゲット・コー
ティングのための反応イオン堆積（ｒｅａｃｔｉｖｅ
ｉｏｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） を含む応用で、マイ
ナスパルスを発生するのみ用いることができる。
ｔｔｅｒｉｎｇ）による表面クリーニング、イオン照射
による表面調整、及び他の物質によるターゲット・コー
ティングのための反応イオン堆積（ｒｅａｃｔｉｖｅ
ｉｏｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） を含む応用で、マイ
ナスパルスを発生するのみ用いることができる。
【００３３】図１０はこの発明による他のバイポーラパ
ルス変調器を示す。ここで同一構成要素には同一参照番
号が付されている。バイポーラ変調器１２０は、プラス
パルス変調器１２２を含み、変調器１２２は電源１２４
を含む。そして電源１２４のマイナス端は接地され、プ
ラス端はインダクタ５４、充電ダイオード６２、及びコ
ンデンサ５８を介してグランドに接続される。ダイオー
ド６２とコンデンサ５８の接続点は抵抗１２６を介して
プラズマスイッチ１２８のアノードに接続される。プラ
ズマスイッチ１２８は、前述したようにＨｕｇｈｅｓ
８４５４ ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチが使用で
きる。スイッチ１２８のカソードはパルストランス９２
の一次巻線に接続される。
ルス変調器を示す。ここで同一構成要素には同一参照番
号が付されている。バイポーラ変調器１２０は、プラス
パルス変調器１２２を含み、変調器１２２は電源１２４
を含む。そして電源１２４のマイナス端は接地され、プ
ラス端はインダクタ５４、充電ダイオード６２、及びコ
ンデンサ５８を介してグランドに接続される。ダイオー
ド６２とコンデンサ５８の接続点は抵抗１２６を介して
プラズマスイッチ１２８のアノードに接続される。プラ
ズマスイッチ１２８は、前述したようにＨｕｇｈｅｓ
８４５４ ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチが使用で
きる。スイッチ１２８のカソードはパルストランス９２
の一次巻線に接続される。
【００３４】バイポーラ変調器１２０は、マイナスパル
ス変調器１３０を含み、変調器１３０は電源１３２及び
プラズマスイッチ１３４を含む。変調器１３０は変調器
１２２と似ているが、電源１３２及びスイッチ１３４の
接続が、変調器１２２の対応する要素と比較して逆にな
っている。プラズマスイッチ１２８及び１３４は、各コ
ンデンサ５８を介して物質１２に直列に接続される。
ス変調器１３０を含み、変調器１３０は電源１３２及び
プラズマスイッチ１３４を含む。変調器１３０は変調器
１２２と似ているが、電源１３２及びスイッチ１３４の
接続が、変調器１２２の対応する要素と比較して逆にな
っている。プラズマスイッチ１２８及び１３４は、各コ
ンデンサ５８を介して物質１２に直列に接続される。
【００３５】動作に関して、変調器１２２のコンデンサ
５８は各プラスパルスの間に、グランドに対してプラス
に帯電される。これは、スイッチ１２８がこれらの期間
中に開かれており、各コンデンサ５０をパルストランス
９２から切り離すためである。スイッチ１２８を閉じる
ことにより、変調器１２２のコンデンサ５０は、パルス
トランス９２に接続され、そして放電される。これによ
り、トランスの二次巻線にプラスパルスを誘起する。変
調器１３０は変調器１２２と同様に動作するが、逆極性
で動作する。
５８は各プラスパルスの間に、グランドに対してプラス
に帯電される。これは、スイッチ１２８がこれらの期間
中に開かれており、各コンデンサ５０をパルストランス
９２から切り離すためである。スイッチ１２８を閉じる
ことにより、変調器１２２のコンデンサ５０は、パルス
トランス９２に接続され、そして放電される。これによ
り、トランスの二次巻線にプラスパルスを誘起する。変
調器１３０は変調器１２２と同様に動作するが、逆極性
で動作する。
【００３６】２つの分離したスイッチ１２８及び１３４
が図１０に示されるが、これらのスイッチを単一の双方
向性ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチ又は他のプラズマス
イッチ（図示されず）に置き換えることはこの発明の範
囲内で容易に行える。適切な双方向性ＣＲＯＳＳＡＴＲ
ＯＮスイッチは、米国特許、Ｎｏ．４５４，６７５、“
小型高電圧電源”（ＣＯＭＰＡＣＴ ＨＩＧＨ ＶＯＬ
ＴＡＧＥ ＰＯＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ”，ｆｉｌｅｄ
Ｄｅｃ，２，１９８９，ｂｙ Ｒ．Ｈａｒｖｅｙ） に
開示されている。この発明は本出願の譲受人であるヒュ
ーズエアクラフト社に譲渡されている。
が図１０に示されるが、これらのスイッチを単一の双方
向性ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮスイッチ又は他のプラズマス
イッチ（図示されず）に置き換えることはこの発明の範
囲内で容易に行える。適切な双方向性ＣＲＯＳＳＡＴＲ
ＯＮスイッチは、米国特許、Ｎｏ．４５４，６７５、“
小型高電圧電源”（ＣＯＭＰＡＣＴ ＨＩＧＨ ＶＯＬ
ＴＡＧＥ ＰＯＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ”，ｆｉｌｅｄ
Ｄｅｃ，２，１９８９，ｂｙ Ｒ．Ｈａｒｖｅｙ） に
開示されている。この発明は本出願の譲受人であるヒュ
ーズエアクラフト社に譲渡されている。
【００３７】バイポーラ変調器１００又は１２０は次の
ように動作する。即ち、プラズマ発生の原因となるプラ
スパルスとイオン注入の原因となるマイナスパルスが交
互に発生される。プラスパルスはチャンバ１４の壁面と
物質１２の間のグロー放電を開始させ、それにより分離
プラズマ発生源及びそれに関連する構成要素を設ける必
要がなくなる。パルス幅及び電圧振幅を含む波形は正確
なプラズマ密度を達成するために、又、プラスパルスが
終結した後に適切なプラズマ密度を維持するために選択
され、プラズマからのイオンを発生するために供給され
たマイナスパルスは物質１２に対して加速される。この
動作を達成するために選択された波形を有するプラス及
びマイナスのパルスを含むパルス列の例が図１１に示さ
れる。このパルス列はプラズマ発生用の＋１０ｋＶ、１
００ミリ秒のパルスを含む。パルスの周波数は約５０Ｈ
ｚから５００Ｈｚに一般に変化する。
ように動作する。即ち、プラズマ発生の原因となるプラ
スパルスとイオン注入の原因となるマイナスパルスが交
互に発生される。プラスパルスはチャンバ１４の壁面と
物質１２の間のグロー放電を開始させ、それにより分離
プラズマ発生源及びそれに関連する構成要素を設ける必
要がなくなる。パルス幅及び電圧振幅を含む波形は正確
なプラズマ密度を達成するために、又、プラスパルスが
終結した後に適切なプラズマ密度を維持するために選択
され、プラズマからのイオンを発生するために供給され
たマイナスパルスは物質１２に対して加速される。この
動作を達成するために選択された波形を有するプラス及
びマイナスのパルスを含むパルス列の例が図１１に示さ
れる。このパルス列はプラズマ発生用の＋１０ｋＶ、１
００ミリ秒のパルスを含む。パルスの周波数は約５０Ｈ
ｚから５００Ｈｚに一般に変化する。
【００３８】前述のバイポーラ動作は、ｔｈｙｒａｔｒ
ｏｎ 又は他のプラズマスイッチ、又は図１２に示すよ
うな真空管スイッチのような他のタイプのスイッチによ
り置き換えることができる。図１１を参照して説明され
たようなバイポーラのプラズマ発生及び注入動作が行わ
れると仮定すると、バイポーラパルス変調器１４０は＋
５ｋＶの電圧又は電位を発生するためのプラス電源１４
２を含むことができる。コンデンサ１４４は電源１４２
により抵抗１４６を介してプラスに充電される。電源１
４８は−５０ｋＶの負電圧を抵抗１５２を介してコンデ
ンサ１５０に供給する。
ｏｎ 又は他のプラズマスイッチ、又は図１２に示すよ
うな真空管スイッチのような他のタイプのスイッチによ
り置き換えることができる。図１１を参照して説明され
たようなバイポーラのプラズマ発生及び注入動作が行わ
れると仮定すると、バイポーラパルス変調器１４０は＋
５ｋＶの電圧又は電位を発生するためのプラス電源１４
２を含むことができる。コンデンサ１４４は電源１４２
により抵抗１４６を介してプラスに充電される。電源１
４８は−５０ｋＶの負電圧を抵抗１５２を介してコンデ
ンサ１５０に供給する。
【００３９】コンデンサ１４４は、ｔｅｔｒｏｄｅ 真
空管１５６、抵抗１５８、及びダイオード１６０を介し
て、パルストランス１５４の一次巻線に接続される。真
空管１５６及び１６２はスイッチとして機能するように
構成され、５０ｋＶオーダーの最大電圧範囲を有する。 真空管１５６及び１６２の各々のフィラメント電源１６
８及び１７０が更に示されている。
空管１５６、抵抗１５８、及びダイオード１６０を介し
て、パルストランス１５４の一次巻線に接続される。真
空管１５６及び１６２はスイッチとして機能するように
構成され、５０ｋＶオーダーの最大電圧範囲を有する。 真空管１５６及び１６２の各々のフィラメント電源１６
８及び１７０が更に示されている。
【００４０】パルス発生器１７２からのトリガパルスに
応答して、真空管１５６はターンオンして、コンデンサ
１４４をパルストランス１５４に、１００ミリ秒間接続
する。それにより、物質１２には＋１０ｋＶの正電圧が
供給される。そして真空管１５６はターンオフして、真
空管１６２は１０ミリ秒間ターンオンし、コンデンサ１
５０をパルストランス１５４に接続し、それにより−１
００ｋＶの負電圧パルスを物質１２へ供給する。
応答して、真空管１５６はターンオンして、コンデンサ
１４４をパルストランス１５４に、１００ミリ秒間接続
する。それにより、物質１２には＋１０ｋＶの正電圧が
供給される。そして真空管１５６はターンオフして、真
空管１６２は１０ミリ秒間ターンオンし、コンデンサ１
５０をパルストランス１５４に接続し、それにより−１
００ｋＶの負電圧パルスを物質１２へ供給する。
【００４１】この発明の幾つかの実施例が説明されたが
、この分野の当業者は、本発明の範囲を越えることのな
い数々の修正及び変更をこの発明に施すことができる。 従って、この発明の範囲は単に詳細に説明された実施例
に限られるものではない。特許請求の範囲に限定された
この発明の範囲から逸脱することなく、様々の修正を施
すことができる。
、この分野の当業者は、本発明の範囲を越えることのな
い数々の修正及び変更をこの発明に施すことができる。 従って、この発明の範囲は単に詳細に説明された実施例
に限られるものではない。特許請求の範囲に限定された
この発明の範囲から逸脱することなく、様々の修正を施
すことができる。
【図１】従来のプラズマ源イオン注入（ＰＳＩＩ）装置
の概略図。
の概略図。
【図２】従来のプラズマパルス変調器の電気的構成を示
す略図。
す略図。
【図３】改良されたパルス変調器の電気的構成を示す略
図で、この変調器は、この発明によるイオン注入装置及
び表面処理装置の要部を示す。
図で、この変調器は、この発明によるイオン注入装置及
び表面処理装置の要部を示す。
【図４】図３のパルス変調器の動作を示すタイミング図
。
。
【図５】本発明を実施する改良されたパルス変調器の電
気的構成を示す略図で、パルストランスが追加されてい
る。
気的構成を示す略図で、パルストランスが追加されてい
る。
【図６】ＣＲＯＳＳＡＴＲＯＮ変調スイッチ簡素化され
た断面図で、このパルス変調器の好適な要素を含んでい
る。
た断面図で、このパルス変調器の好適な要素を含んでい
る。
【図７】本発明を実施するバイポーラパルス変調器の電
気的構成を示す略図。
気的構成を示す略図。
【図８】図６のバイポーラパルス変調器動作を示すタイ
ミング図。
ミング図。
【図９】図８と同様に、図６のバイポーラパルス変調器
動作を示すタイミング図。
動作を示すタイミング図。
【図１０】本発明を実施する他のバイポーラパルス変調
器の電気的構成を示す略図。
器の電気的構成を示す略図。
【図１１】プラズマの発生及びイオン注入を各々選択す
るためのプラス及びマイナスの波形を示すタイミング図
。
るためのプラス及びマイナスの波形を示すタイミング図
。
【図１２】真空管スイッチを使用して、本発明を実施す
る双方向バイポーラパルス変調器の電気的構成を示す略
図。
る双方向バイポーラパルス変調器の電気的構成を示す略
図。
１０…Ｃｏｎｒａｄによるイオン注入装置、１２…イオ
ンが注入される物質、１４…チャンバ、１６…ステージ
、１９…プラズマ、２０…放電バイアス源、２２…フィ
ラメント電源、２４…パルス変調器、２６・５２…高電
圧源、５０…本発明のパルス変調器、５６…スイッチ、
５８・１４４…コンデンサ、６２・８８・９０…ダイオ
ード、６６・７０・１２４・１４２…電源、７６・８６
…サイリスタ、９２、１０６・１５４…パルストランス
、９４…アノード、９５…キーパーグリッド、９６…制
御グリッド。
ンが注入される物質、１４…チャンバ、１６…ステージ
、１９…プラズマ、２０…放電バイアス源、２２…フィ
ラメント電源、２４…パルス変調器、２６・５２…高電
圧源、５０…本発明のパルス変調器、５６…スイッチ、
５８・１４４…コンデンサ、６２・８８・９０…ダイオ
ード、６６・７０・１２４・１４２…電源、７６・８６
…サイリスタ、９２、１０６・１５４…パルストランス
、９４…アノード、９５…キーパーグリッド、９６…制
御グリッド。
Claims (56)
- 【請求項１】イオン注入装置において、注入される物質
を覆う容器と、前記容器内の物質を包囲するためのプラ
ズマを発生するプラズマ発生器と、電気パルスを前記物
質に供給するパルス変調器と、ここでイオンは前記プラ
ズマから前記物質に向かって加速され、及び注入され、
前記パルス変調器は、電圧を発生する電源手段と、前記
電源手段に接続されて前記電源手段により充電されるコ
ンデンサ手段と、及び前記コンデンサ手段が周期的に放
電されて前記物質に前記電気パルスを供給するためのプ
ラズマスイッチ手段と、を具備することを特徴とするイ
オン注入装置。 - 【請求項２】前記プラズマスイッチ手段は低温カソード
、交差磁界変調スイッチを具備することを特徴とする請
求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項３】前記コンデンサ手段は前記電源手段と並列
に接続され、前記プラズマスイッチ手段は前記電源手段
と前記物質に対して直列に接続されることを特徴とする
請求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項４】前記プラズマスイッチ手段は、マイナスに
充電された前記コンデンサ手段の端子を周期的に前記物
質に接続するように構成されることを特徴とする請求項
１記載のイオン注入装置。 - 【請求項５】前記プラズマスイッチ手段は、前記電源手
段のマイナス端子に接続されるカソード及び前記物質に
直列に接続されるアノードを有する低温カソード交差磁
界変調スイッチを具備することを特徴とする請求項４記
載のイオン注入装置。 - 【請求項６】前記プラズマスイッチ手段は前記電源手段
に並列に接続され、及び前記コンデンサ手段は前記プラ
ズマスイッチ手段と前記物質に直列に接続されることを
特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項７】前記プラズマスイッチ手段は前記コンデン
サ手段のプラスに充電された端部と前記電源手段のマイ
ナス端子の間に接続され、及び前記コンデンサ手段のマ
イナスに充電された端部は前記物質に接続されることを
特徴とする請求項６記載のイオン注入装置。 - 【請求項８】前記プラズマスイッチ手段は、、前記電源
手段のマイナス端子に接続されるカソード及び前記コン
デンサ手段のプラスに充電された端部に接続されるアノ
ードを有する低温カソード交差磁界変調スイッチを具備
することを特徴とする請求項７記載のイオン注入装置。 - 【請求項９】前記低温カソード交差磁界変調スイッチの
カソードは接地されることを特徴とする請求項８記載の
イオン注入装置。 - 【請求項１０】前記電源手段のマイナス端子は接地され
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】前記コンデンサ手段と前記物質の間に接
続されるパルストランス手段を更に有し、前記物質に供
給された電気パルスをステップアップすることを特徴と
する請求項１記載のイオン注入装置。 - 【請求項１２】前記物質と前記プラズマの間にアーク放
電が切迫していることを検出するアーク検出器と、及び
前記アーク検出器のアーク放電が切迫している状態の検
出に応答して、前記プラズマスイッチ手段を制御して前
記コンデンサ手段の前記物質への放電を終結させるアー
ク抑制手段を更に具備することを特徴とする請求項１記
載のイオン注入装置。 - 【請求項１３】前記アーク検出手段は、前記コンデンサ
手段から前記物質への電流が、前記切迫したアーク放電
状態に対応する値以上になったことを検出する電流セン
サ手段を具備することを特徴とする請求項１２記載のイ
オン注入装置。 - 【請求項１４】前記プラズマスイッチ手段が閉じること
により、前記コンデンサ手段は前記物質に対して放電さ
れ、及び前記アーク抑制手段は、前記アーク放電が切迫
している状態の検出に応答して、前記プラズマスイッチ
手段を開けるように構成されることを特徴とする請求項
１２記載のイオン注入装置。 - 【請求項１５】前記プラズマスイッチ手段は、低温カソ
ード交差磁界変調スイッチを具備することを特徴とする
請求項１４記載のイオン注入装置。 - 【請求項１６】前記電源手段、コンデンサ手段及びプラ
ズマスイッチ手段は、前記電気パルスを前記物質に、マ
イナス極性で供給し、前記パルス変調器は更に、第２の
電位を発生する第２電源手段と、前記第２電源手段に接
続されて充電される第２コンデンサ手段と、前記コンデ
ンサ手段が周期的に前記物質に放電され、それにより第
２電気パルスを前記物質に供給するための第２プラズマ
スイッチ手段とを具備し、及び前記第２電源手段、第２
コンデンサ手段及び第２プラズマスイッチ手段は前記第
２電気パルスを前記物質にプラスの極性で供給するよう
に構成されることを特徴とする請求項１記載のイオン注
入装置。 - 【請求項１７】前記第２電源手段、第２コンデンサ手段
、及び第２プラズマスイッチ手段は、前記マイナスの極
性を有する電気パルスに代わって、プラスの極性を有す
る電気パルスを前記物質に供給するように構成されるこ
とを特徴とする請求項１６記載のイオン注入装置。 - 【請求項１８】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は、第１及び第２低温カソード交差磁界変調スイッチを
各々具備することを特徴とする請求項１６記載のイオン
注入装置。 - 【請求項１９】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は各々、プラズマスイッチ、及び各プラズマスイッチの
開閉時間を制御する制御手段を具備することを特徴とす
る請求項１６記載のイオン注入装置。 - 【請求項２０】プラズマ源イオン注入装置内のプラズマ
からイオンを物質に注入するために、前記物質に電気パ
ルスを供給するパルス変調器において、電圧を発生する
電源手段と、前記電源手段に接続されて前記電源手段に
より充電されるコンデンサ手段と、前記コンデンサ手段
が周期的に前記物質に放電されることにより、前記電気
パルスが前記物質に供給されるように構成されるプラズ
マスイッチ手段と、を具備することを特徴とするパルス
変調器。 - 【請求項２１】前記プラズマスイッチ手段は、低温カソ
ード交差磁界変調スイッチをを具備することを特徴とす
る請求項２０記載のパルス変調器。 - 【請求項２２】前記コンデンサ手段は前記電源手段と並
列に接続され、及び前記プラズマスイッチ手段は、前記
物質及び電源手段に直列に接続されることを特徴とする
請求項２０記載のパルス変調器。 - 【請求項２３】前記プラズマスイッチ手段は、前記コン
デンサ手段のマイナスに充電された端部を周期的に前記
物質に接続することを特徴とする請求項２０記載のパル
ス変調器。 - 【請求項２４】前記プラズマスイッチ手段は、前記電源
手段のマイナス端子に接続されるカソード、及び前記物
質に直列に接続されるアノードを有する低温カソード交
差磁界変調スイッチを具備することを特徴とする請求項
２３記載のパルス変調器。 - 【請求項２５】前記プラズマスイッチ手段は、前記電源
手段に並列に接続され、及び前記コンデンサ手段は前記
物質及び前記プラズマスイッチ手段に直列に接続される
ことを特徴とする請求項２０記載のパルス変調器。 - 【請求項２６】前記プラズマスイッチ手段は、前記コン
デンサ手段のプラスに充電された端部と前記電源手段の
マイナス端子の間に接続され、及び前記コンデンサ手段
のマイナスに充電された端部は前記物質に接続されるこ
とを特徴とする請求項２５記載のパルス変調器。 - 【請求項２７】前記プラズマスイッチ手段は、低温カソ
ード、前記電源手段のマイナス端子に接続されるカソー
ドを有する交差磁界変調スイッチ、及び前記コンデンサ
手段のプラスに充電された端部に接続されるアノードを
具備することを特徴とする請求項２６記載のパルス変調
器。 - 【請求項２８】前記低温カソード交差磁界変調スイッチ
のカソードは接地されることを特徴とする請求項２７記
載のパルス変調器。 - 【請求項２９】前記電源手段のマイナス端子は接地され
ることを特徴とする請求項２８記載のパルス変調器。 - 【請求項３０】前記コンデンサ手段と前記物質の間に接
続され、前記物質に供給される電圧をステップアップす
るためのパルストランス手段を更に具備することを特徴
とする請求項２０記載のパルス変調器。 - 【請求項３１】前記物質と前記プラズマの間にアーク放
電が切迫していることを検出するアーク検出器と、及び
前記アーク検出器のアーク放電が切迫している状態の検
出に応答して、前記プラズマスイッチ手段を制御して前
記コンデンサ手段の前記物質への放電を終結させるアー
ク抑制手段を更に具備することを特徴とする請求項２０
記載のイオン注入装置。 - 【請求項３２】前記アーク検出手段は、前記コンデンサ
手段から前記物質への電流が、前記切迫したアーク放電
状態に対応する値以上になったことを検出する電流セン
サ手段を具備することを特徴とする請求項３１記載のイ
オン注入装置。 - 【請求項３３】前記プラズマスイッチ手段が閉じること
により、前記コンデンサ手段は前記物質に対して放電さ
れ、及び前記アーク抑制手段は、前記アーク放電が切迫
している状態の検出に応答して、前記プラズマスイッチ
手段を開けるように構成されることを特徴とする請求項
３１記載のイオン注入装置。 - 【請求項３４】前記プラズマスイッチ手段は、低温カソ
ード、交差磁界変調スイッチを具備することを特徴とす
る請求項３３記載のイオン注入装置。 - 【請求項３５】前記電源手段、コンデンサ手段及びプラ
ズマスイッチ手段は、前記電気パルスを前記物質に、マ
イナス極性で供給し、前記パルス変調器は更に、第２の
電位を発生する第２電源手段と、前記第２電源手段に接
続されて充電される第２コンデンサ手段と、前記コンデ
ンサ手段が周期的に前記物質に放電され、それにより第
２電気パルスを前記物質に供給するための第２プラズマ
スイッチ手段とを具備し、及び前記第２電源手段、第２
コンデンサ手段及び第２プラズマスイッチ手段は前記第
２電気パルスを前記物質にプラスの極性で供給するよう
に構成されることを特徴とする請求項２０記載のイオン
注入装置。 - 【請求項３６】前記第２電源手段、第２コンデンサ手段
、及び第２プラズマスイッチ手段は、マイナスの極性を
有する電気パルスに代わって、プラスの極性を有する電
気パルスを前記物質に供給するように構成されることを
特徴とする請求項３５記載のイオン注入装置。 - 【請求項３７】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は、第１及び第２低温カソード、交差磁界変調スイッチ
を各々具備することを特徴とする請求項３５記載のイオ
ン注入装置。 - 【請求項３８】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は各々、プラズマスイッチ、及び各プラズマスイッチの
開閉時間を制御する制御手段を具備することを特徴とす
る請求項３５記載のイオン注入装置。 - 【請求項３９】プラズマ源イオン注入装置内のプラズマ
からイオンを注入するために、マイナス及びプラス極性
の電気パルスを独立して物質に供給するバイポーラパル
ス変調器において、マイナス電源手段と、前記マイナス
の電源を前記物質に周期的に接続するために接続される
第１プラズマスイッチ手段と、プラス電源手段と、及び
前記マイナス電源手段が前記物質に接続されていないと
き、前記物質にプラス電源を周期的に接続するために接
続される第２プラズマスイッチ手段と、を具備すること
を特徴とするバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４０】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は、低温カソード交差磁界変調スイッチを各々具備する
ことを特徴とする請求項３９記載のパルス変調器。 - 【請求項４１】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
は各々、プラズマスイッチ、及び各前記プラズマスイッ
チの開閉時間を各々制御する制御手段と、を具備するこ
とを特徴とする請求項３９記載のパルス変調器。 - 【請求項４２】前記マイナス及びプラスの電源手段は、
各々第１及び第２コンデンサ手段を具備し、及び前記第
１及び第２プラズマスイッチ手段が閉じることにより、
前記第１及び第２コンデンサ手段は前記物質に対して各
々放電されることを特徴とする請求項３９記載のバイポ
ーラパルス変調器。 - 【請求項４３】前記第１プラズマスイッチ手段は、前記
マイナス電源手段に接続されるカソードと前記物質に接
続されるアノードを有する第１低温カソード交差磁界変
調スイッチを具備し、前記第２プラズマスイッチ手段は
、前記マイナス電源手段に接続されるカソードと前記物
質に接続されるアノードを有する第２低温カソード交差
磁界変調スイッチを具備することを特徴とする請求項３
９記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４４】前記マイナス及びプラス電源手段と、前
記物質の間に接続されるパルストランス手段を更に有し
、前記物質に供給されるプラス及びマイナスの電気パル
スを各々ステップアップすることを特徴とする請求項３
９記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４５】前記物質と前記プラズマの間にアーク放
電が切迫していることを検出するアーク検出器と、及び
前記アーク検出器のアーク放電が切迫している状態の検
出に応答して、前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
を制御して、前記マイナス及びプラスの電気パルスの前
記物質への放電を終結させるアーク抑制手段を更に具備
することを特徴とする請求項３９記載のバイポーラパル
ス変調器。 - 【請求項４６】前記第１及び第２プラズマスイッチ手段
を制御して、前記マイナス及びプラス電源手段を選択的
に前記物質に接続する制御手段を更に具備することを特
徴とする請求項３９記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４７】マイナス及びプラスの電気パルスを物質
に独立して供給し、プラズマ源イオン注入装置内のプラ
ズマからイオンを前記物質に注入するバイポーラパルス
変調器において、マイナス電源手段と、前記マイナス電
源手段を前記物質に周期的に接続するための第１スイッ
チ手段と、プラス電源手段と、前記物質に前記マイナス
電源手段が接続されていないとき、前記プラス電源手段
を前記物質に接続するための第２スイッチ手段と、を具
備することを特徴とするバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４８】前記第１及び第２スイッチ手段は、第１
及び第２真空管スイッチを各々具備することを特徴とす
る請求項４７記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項４９】真空管スイッチと、及び前記真空管スイ
ッチの開閉時間を各々制御する制御手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項４７記載のバイポーラパルス変
調器。 - 【請求項５０】前記マイナス及びプラス電源手段は第１
及び第２コンデンサ手段を各々具備し、及び前記第１及
び第２スイッチ手段が閉じることにより、前記第１及び
第２コンデンサ手段は各々前記物質に対して放電される
ことを特徴とする請求項４７記載のバイポーラパルス変
調器。 - 【請求項５１】前記第１スイッチ手段は、カソードが前
記マイナス電圧源手段に接続され、アノードが前記物質
に接続される第１真空管スイッチを具備し、及び前記第
２スイッチ手段は、アノードが前記プラス電圧源手段に
接続され、カソードが前記物質に接続される第２真空管
スイッチ具備することを特徴とする請求項４７記載のバ
イポーラパルス変調器。 - 【請求項５２】前記マイナス及びプラス電源手段と、前
記物質の間に接続されるパルストランス手段を更に有し
、前記物質に供給された前記マイナス及びプラス電気パ
ルスをステップアップすることを特徴とする請求項４７
記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項５３】前記第１及び第２スイッチ手段を制御し
て、前記マイナス及びプラスの電源手段を前記物質に接
続する制御手段を更に具備することを特徴とする請求項
４７記載のバイポーラパルス変調器。 - 【請求項５４】物質に電気パルスを供給して、プラズマ
源イオン注入装置内のプラズマからイオンを前記物質に
注入する方法であって、前記物質にプラス及びマイナス
のパルスを選択的に供給するステップを有することを特
徴とするイオン注入方法。 - 【請求項５５】前記プラズマからのイオンが前記物質に
注入されるように選択された波形を有するマイナスのパ
ルスを供給するステップを更に含むことを特徴とする請
求項５４記載のイオン注入方法。 - 【請求項５６】前記プラズマからのイオンが前記物質に
注入されるように選択された波形を有するプラスのパル
スを供給するステップを更に含むことを特徴とする請求
項５４記載のイオン注入方法。
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