JPH073453A - 物品をプラズマ処理する方法 - Google Patents
物品をプラズマ処理する方法Info
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- JPH073453A JPH073453A JP5328444A JP32844493A JPH073453A JP H073453 A JPH073453 A JP H073453A JP 5328444 A JP5328444 A JP 5328444A JP 32844493 A JP32844493 A JP 32844493A JP H073453 A JPH073453 A JP H073453A
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は改良されたプラズマ処理方法を提供す
る。 【構成】被処理物品の表面全体または一部に、導電性グ
リッドを前記表面の形状にほぼ沿って、かつ外側に離し
て配置させる。被処理物品を囲むプラズマからのイオン
または電子が、処理駆動力として電位を上記グリッドに
適用することによりこの被処理物品の表面に向けて加速
される。この整形されたグリッドの使用により大きい非
導電性物品およびシャープな形状、窪みを有する物品の
プラズマ処理が可能となる。
る。 【構成】被処理物品の表面全体または一部に、導電性グ
リッドを前記表面の形状にほぼ沿って、かつ外側に離し
て配置させる。被処理物品を囲むプラズマからのイオン
または電子が、処理駆動力として電位を上記グリッドに
適用することによりこの被処理物品の表面に向けて加速
される。この整形されたグリッドの使用により大きい非
導電性物品およびシャープな形状、窪みを有する物品の
プラズマ処理が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物品をプラズマ処理す
る方法に係わり、特に導電性あるいは非導電性物品のプ
ラズマ処理方法に関する。
る方法に係わり、特に導電性あるいは非導電性物品のプ
ラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある種の物品の有用寿命はその表面の磨
滅により左右される。例えば、スタンピング、フォーミ
ングなどの金属成形に用いられる道具（ｔｏｏｌｉｎ
ｇ）は有用であるためには厳密な寸法精度が保持されな
ければならない。例え１インチの千分のいつくがでも磨
滅するとると、その道具は有用でなくなり、破棄するか
新たに修正されなければならない。
滅により左右される。例えば、スタンピング、フォーミ
ングなどの金属成形に用いられる道具（ｔｏｏｌｉｎ
ｇ）は有用であるためには厳密な寸法精度が保持されな
ければならない。例え１インチの千分のいつくがでも磨
滅するとると、その道具は有用でなくなり、破棄するか
新たに修正されなければならない。
【０００３】道具の有用寿命が短くなるためのコストは
しばしば大きいものとなる。それは満足な道具を製造す
るためのコストは一定であるからである。この道具のコ
ストを軽減するための１つの方法は、道具をエポキシ樹
脂などのポリマー材料から作ることであり、その場合、
金属と比較して所望の形状、寸法に作り易い。すなわ
ち、エポキシ樹脂は金属に比較して柔らかいため、所望
の形状、精密な寸法に加工し易い。
しばしば大きいものとなる。それは満足な道具を製造す
るためのコストは一定であるからである。この道具のコ
ストを軽減するための１つの方法は、道具をエポキシ樹
脂などのポリマー材料から作ることであり、その場合、
金属と比較して所望の形状、寸法に作り易い。すなわ
ち、エポキシ樹脂は金属に比較して柔らかいため、所望
の形状、精密な寸法に加工し易い。
【０００４】しかし、表面が柔らかく、加工し易いこと
は、その道具としての寿命が短いという結果をもたら
す。実際の製造に適用するには、エポキシ樹脂製道具は
表面を、より耐磨耗性にするための処理をしなければな
らない。
は、その道具としての寿命が短いという結果をもたら
す。実際の製造に適用するには、エポキシ樹脂製道具は
表面を、より耐磨耗性にするための処理をしなければな
らない。
【０００５】エポキシ樹脂などのポリマー材料あるいは
金属の表面を幾つかのタイプのイオン、あるいは電子で
処理することにより、その有用寿命が可なり長くなるこ
とが見出された。このような処理としては、例えばイオ
ン注入、イオン堆積、イオンミキシング、エレクトロン
衝撃などがある。
金属の表面を幾つかのタイプのイオン、あるいは電子で
処理することにより、その有用寿命が可なり長くなるこ
とが見出された。このような処理としては、例えばイオ
ン注入、イオン堆積、イオンミキシング、エレクトロン
衝撃などがある。
【０００６】イオン注入はイオンを静電位で加速して対
象表面に衝撃を与えるものである。このイオンのエネル
ギーによりイオンが当該表面中に埋め込まれる。この注
入イオンの濃度が十分に大きいと、表面層の硬度が可な
り増大する。イオンミキシングにおいては、薄い材料層
（約３００〜６００オングストローム）が最初に被処理
面に堆積される。ついでこの複合表面がイオン注入さ
れ、この堆積された物質がこの表面中に混合される。イ
オン堆積はイオンミキシングと似ており、ただ違う点は
イオンの加速エネルギーがより低く、その結果、表面の
下に埋め込まれるより、むしろ表面上に単に次々と堆積
されるに過ぎないという点である。ポリマー表面へのエ
レクトロン衝撃においては、エネルギー付与された電子
（１００〜２０，０００ボルト以上）が静電位により加
速され、被処理表面中に衝撃を与える。
象表面に衝撃を与えるものである。このイオンのエネル
ギーによりイオンが当該表面中に埋め込まれる。この注
入イオンの濃度が十分に大きいと、表面層の硬度が可な
り増大する。イオンミキシングにおいては、薄い材料層
（約３００〜６００オングストローム）が最初に被処理
面に堆積される。ついでこの複合表面がイオン注入さ
れ、この堆積された物質がこの表面中に混合される。イ
オン堆積はイオンミキシングと似ており、ただ違う点は
イオンの加速エネルギーがより低く、その結果、表面の
下に埋め込まれるより、むしろ表面上に単に次々と堆積
されるに過ぎないという点である。ポリマー表面へのエ
レクトロン衝撃においては、エネルギー付与された電子
（１００〜２０，０００ボルト以上）が静電位により加
速され、被処理表面中に衝撃を与える。
【０００７】このような処理は伝統的に電荷キャリアの
ビーム（イオンまたは電子）を静電加速電極を用いて加
速させることにより行われていた。このような方法は、
効果的ではあるが、大きい３次元の不規則な表面を有す
る物品、例えば３×５×１（いずれもフィート）の寸法
の典型的な自動車用道具に対して、均一に処理すること
が困難であるという欠点を有する。電荷キャリアのビー
ムは表面全体、すなわち、深い穴、窪み、表面から突き
出た突起などを含み、全体的にゆっくりと移動されなけ
ればならない。その場合、被処理物はビームで均一に処
理されるように操作されなければならない。大きな道
具、あるいは上述のような特徴の表面を有する小さい道
具の多数を、イオンあるいは電子を用いて表面処理する
ことは、極めて長い時間がかかるとともに、コストも高
くなる。
ビーム（イオンまたは電子）を静電加速電極を用いて加
速させることにより行われていた。このような方法は、
効果的ではあるが、大きい３次元の不規則な表面を有す
る物品、例えば３×５×１（いずれもフィート）の寸法
の典型的な自動車用道具に対して、均一に処理すること
が困難であるという欠点を有する。電荷キャリアのビー
ムは表面全体、すなわち、深い穴、窪み、表面から突き
出た突起などを含み、全体的にゆっくりと移動されなけ
ればならない。その場合、被処理物はビームで均一に処
理されるように操作されなければならない。大きな道
具、あるいは上述のような特徴の表面を有する小さい道
具の多数を、イオンあるいは電子を用いて表面処理する
ことは、極めて長い時間がかかるとともに、コストも高
くなる。
【０００８】大きい被処理物をイオン注入、イオン堆
積、イオンミキシングにより処理するための他の有望な
方法は、プラズマイオン注入であり、これは米国特許第
４，７６４，３９４に記載されている。この場合、イオ
ンのプラズマが被処理物の表面近くで形成され、被処理
物がイオンと反対の電位に静電気的に荷電される。例え
ば、プラスに荷電された窒素イオンを注入する場合、通
常約１００，０００ボルト以上の繰り返し電圧パルスに
より被処理物はマイナスに荷電される。したがって、こ
の窒素イオンが、この加速電位により被処理物表面に引
き寄せられ、被処理物表面中あるいは表面下部層区域に
運ばれる。このプラズマイオン注入は、イオンのプラズ
マがイオン源を被処理物の表面全体に分配され、被処理
物の表面全体に亘って均一な注入が同時に達成されるこ
とである。プラズイオンミキシングも同様な方法で行う
ことができるが、ただし、この場合、最初に物質の薄い
層がイオン注入の前に表面中に堆積される。プラズイオ
ン堆積も同様な方法で行うことができるが、ただし、こ
の場合、加速電位はより低くして表面下部層にイオンが
運ばれずに単に表面に層として堆積させるようにする。
イオン注入で用いられるのと同様のプラズマ技術を用い
てエレクトロン衝撃を用いることもできる。
積、イオンミキシングにより処理するための他の有望な
方法は、プラズマイオン注入であり、これは米国特許第
４，７６４，３９４に記載されている。この場合、イオ
ンのプラズマが被処理物の表面近くで形成され、被処理
物がイオンと反対の電位に静電気的に荷電される。例え
ば、プラスに荷電された窒素イオンを注入する場合、通
常約１００，０００ボルト以上の繰り返し電圧パルスに
より被処理物はマイナスに荷電される。したがって、こ
の窒素イオンが、この加速電位により被処理物表面に引
き寄せられ、被処理物表面中あるいは表面下部層区域に
運ばれる。このプラズマイオン注入は、イオンのプラズ
マがイオン源を被処理物の表面全体に分配され、被処理
物の表面全体に亘って均一な注入が同時に達成されるこ
とである。プラズイオンミキシングも同様な方法で行う
ことができるが、ただし、この場合、最初に物質の薄い
層がイオン注入の前に表面中に堆積される。プラズイオ
ン堆積も同様な方法で行うことができるが、ただし、こ
の場合、加速電位はより低くして表面下部層にイオンが
運ばれずに単に表面に層として堆積させるようにする。
イオン注入で用いられるのと同様のプラズマ技術を用い
てエレクトロン衝撃を用いることもできる。
【０００９】プラズマイオン注入、堆積、ミキシング、
エレクトロン衝撃は、平滑で平な面を有する金属物品に
ついては非常に適している。しかし、被処理物が非導電
性のもの、例えばエポキシ樹脂、あるいは被処理物が非
導電性もしくは導電性のものでシャープな形状の表面、
深い窪みの表面を伴うものでは、被処理物表面での電界
分布が歪められ、不均一となる。その結果、アークを伴
う空間電荷の蓄積により、不均一なあるいは不連続な表
面処理となる。例えば、直径４フィートの真空チャンバ
ーを備えたプラズマイオン注入装置においては、比較的
小さいエポキシ樹脂物品に対しては注入が良好に行えた
が、厚みが４インチ以上のエポキシ樹脂物品に対しては
注入はほとんど行われないことが本発明者により確認さ
れた。
エレクトロン衝撃は、平滑で平な面を有する金属物品に
ついては非常に適している。しかし、被処理物が非導電
性のもの、例えばエポキシ樹脂、あるいは被処理物が非
導電性もしくは導電性のものでシャープな形状の表面、
深い窪みの表面を伴うものでは、被処理物表面での電界
分布が歪められ、不均一となる。その結果、アークを伴
う空間電荷の蓄積により、不均一なあるいは不連続な表
面処理となる。例えば、直径４フィートの真空チャンバ
ーを備えたプラズマイオン注入装置においては、比較的
小さいエポキシ樹脂物品に対しては注入が良好に行えた
が、厚みが４インチ以上のエポキシ樹脂物品に対しては
注入はほとんど行われないことが本発明者により確認さ
れた。
【００１０】すなわち、従来のプラズマイオン注入法は
エポキシ樹脂などの非導電性物品から作られた大きい道
具の表面の硬化には適用できない。さらに、非導電性も
しくは導電性のものでシャープな形状の表面、深い窪み
の表面を伴う物品を均一に硬化させるのにも適していな
いことが確認された。
エポキシ樹脂などの非導電性物品から作られた大きい道
具の表面の硬化には適用できない。さらに、非導電性も
しくは導電性のものでシャープな形状の表面、深い窪み
の表面を伴う物品を均一に硬化させるのにも適していな
いことが確認された。
【００１１】非導電性もしくは導電性の物品、特に寸法
の大きい物、寸法は小さいが多数のもの、また、これら
の物品でシャープな形状の表面、深い窪みの表面を伴う
物などに対しても適用可能な改良されたイオン注入、堆
積、ミキシングあるいはエレクトロン衝撃法の開発が求
められている。
の大きい物、寸法は小さいが多数のもの、また、これら
の物品でシャープな形状の表面、深い窪みの表面を伴う
物などに対しても適用可能な改良されたイオン注入、堆
積、ミキシングあるいはエレクトロン衝撃法の開発が求
められている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような要
望に鑑みてなされたものである。
望に鑑みてなされたものである。
【００１３】すなわち、本発明は、シャープな形状の表
面を伴う非導電性物品に対して適用可能な改良されたプ
ラズマ処理方法を提供するものである。本発明の方法
は、特に自動車用道具のような大きい物品、およびエポ
キシ樹脂などの非導電性物品に対して均一にイオン注入
するのに適している。さらに、本発明の方法は非導電性
もしくは導電性のものでシャープな形状を伴うもの、例
えばドリルビット、鋭利なエッジを有する道具などの表
面硬化に適している。この方法でこの様の物に対して表
面処理された場合は、従来の表面が平で導電性の物につ
いて得られる結果と同等なものが得られる。
面を伴う非導電性物品に対して適用可能な改良されたプ
ラズマ処理方法を提供するものである。本発明の方法
は、特に自動車用道具のような大きい物品、およびエポ
キシ樹脂などの非導電性物品に対して均一にイオン注入
するのに適している。さらに、本発明の方法は非導電性
もしくは導電性のものでシャープな形状を伴うもの、例
えばドリルビット、鋭利なエッジを有する道具などの表
面硬化に適している。この方法でこの様の物に対して表
面処理された場合は、従来の表面が平で導電性の物につ
いて得られる結果と同等なものが得られる。
【００１４】すなわち、本発明によれば、表面を有する
被処理物品を用意する工程と、この被処理物品の表面上
に、導電性グリッドを該表面の形状にほぼ沿って、かつ
外側に離して配置させる工程と、処理駆動力として電位
を上記グリッドに適用しつつ、この被処理物品の表面
を、プラズマ中に生成した電荷キャリア（イオンまたは
エレクトロン）によりプラズマ処理する工程とを具備し
てなることを特徴とするプラズマ処理方法が提供され
る。
被処理物品を用意する工程と、この被処理物品の表面上
に、導電性グリッドを該表面の形状にほぼ沿って、かつ
外側に離して配置させる工程と、処理駆動力として電位
を上記グリッドに適用しつつ、この被処理物品の表面
を、プラズマ中に生成した電荷キャリア（イオンまたは
エレクトロン）によりプラズマ処理する工程とを具備し
てなることを特徴とするプラズマ処理方法が提供され
る。
【００１５】本明細書で、”プラズマ処理”とはプラズ
マイオン注入、プラズマイオン堆積およびミキシング、
エレクトロン衝撃および関連技術を意味する。これらの
技術は、それぞれ別であるが、関連している。プラズマ
イオン注入、プラズマイオンミキシングは、高加速電圧
を用い、非処理物の表面より下方にイオンを分布させる
ものであり、プラズマイオン堆積は低い加速電圧を用
い、イオンのほとんどが非処理物の表面上に堆積させる
ものである。エレクトロン衝撃は高加速電圧で、イオン
注入と反対の極性のものを用い、非処理物の表面より下
方にイオンを分布させるものである。これらの種々の方
法を実施するための装置も同様であり、基本的な違いは
極性と、用いられる加速電圧の大きさである。したがっ
て、ここで”電荷キャリア”とは、イオン性電荷キャリ
アとエレクトロンの双方を含む。
マイオン注入、プラズマイオン堆積およびミキシング、
エレクトロン衝撃および関連技術を意味する。これらの
技術は、それぞれ別であるが、関連している。プラズマ
イオン注入、プラズマイオンミキシングは、高加速電圧
を用い、非処理物の表面より下方にイオンを分布させる
ものであり、プラズマイオン堆積は低い加速電圧を用
い、イオンのほとんどが非処理物の表面上に堆積させる
ものである。エレクトロン衝撃は高加速電圧で、イオン
注入と反対の極性のものを用い、非処理物の表面より下
方にイオンを分布させるものである。これらの種々の方
法を実施するための装置も同様であり、基本的な違いは
極性と、用いられる加速電圧の大きさである。したがっ
て、ここで”電荷キャリア”とは、イオン性電荷キャリ
アとエレクトロンの双方を含む。
【００１６】本発明で重要な点は、非処理物品を一定の
電位空間に置くことであり、この一定の電位空間は、好
ましくは被処理物品の表面上に導電性グリッドをその表
面形状にほぼ沿って配置させることにより達成される。
このグリッドはプラズマ処理される被処理物品の全表面
を覆うように配置してもよいし、被処理物品表面の一部
を覆ようにしてもよい。後者の場合は、被処理物品表面
の残部を金属ホイルまたは他の導電体で覆うようにす
る。いずれにしても、グリッドは被処理物品の表面から
離して配置される。グリッドは電荷キャリアと反対の電
位、かつ十分に高電圧に維持され、電荷キャリアを被処
理物品表面に向けて加速させる。このグリッドは好まし
くは太さが約０．０１０インチの細いワイヤのメッシュ
から作られ、グリッドの面積の少なくとも７０％が開口
しているものが用いられる。グリッドは、均一なプラズ
マ処理を行うため、被処理物品の表面から外側に少なく
とも１／２インチ離して配置させる。グリッドの材質
は、ほとんどの場合、グリッドから被処理物品への材料
のスパッタリングを抑制するため選ばれた導電性材料が
用いられる。材料の被処理物品へのスパッタリングある
いは堆積が意図して望まれる場合もグリッドの材質が適
当に選ばれる。
電位空間に置くことであり、この一定の電位空間は、好
ましくは被処理物品の表面上に導電性グリッドをその表
面形状にほぼ沿って配置させることにより達成される。
このグリッドはプラズマ処理される被処理物品の全表面
を覆うように配置してもよいし、被処理物品表面の一部
を覆ようにしてもよい。後者の場合は、被処理物品表面
の残部を金属ホイルまたは他の導電体で覆うようにす
る。いずれにしても、グリッドは被処理物品の表面から
離して配置される。グリッドは電荷キャリアと反対の電
位、かつ十分に高電圧に維持され、電荷キャリアを被処
理物品表面に向けて加速させる。このグリッドは好まし
くは太さが約０．０１０インチの細いワイヤのメッシュ
から作られ、グリッドの面積の少なくとも７０％が開口
しているものが用いられる。グリッドは、均一なプラズ
マ処理を行うため、被処理物品の表面から外側に少なく
とも１／２インチ離して配置させる。グリッドの材質
は、ほとんどの場合、グリッドから被処理物品への材料
のスパッタリングを抑制するため選ばれた導電性材料が
用いられる。材料の被処理物品へのスパッタリングある
いは堆積が意図して望まれる場合もグリッドの材質が適
当に選ばれる。
【００１７】グリッドをプラズマ処理される被処理物品
の表面に接しないように近づけた場合、グリッドはイオ
ンまたはエレクトロン電荷キャリアを被処理物品の表面
に向けて加速するの役立ち、また、被処理物品の表面に
蓄積するかもしれない電荷を外に導くのに役立つ。グリ
ッドは被処理物品の表面近傍でより均一な電位の電界を
形成するように成形され、また、これにより３次元で不
規則な形状の表面に対し均一な処理を達成しつつ、か
つ、電界を効果的に”スムーズィング”させる。これに
より、シャープな形状を有する表面のプラズマ処理を妨
げるアークが回避され、そのためシャープな形状を有す
る導電性および非導電性の物品の双方のプラズマ処理が
可能となる。グリッドを被処理物品の表面から離して配
置させることにより、被処理物品表面へのグリッドのワ
イヤによる影の影響も回避される。プラズマからの電荷
キャリアは種々の角度から被処理物品の表面に向けて加
速され、グリッドのワイヤの真下の区域またはメッシュ
の開口部の下の区域に到達する。なお、グリッドのワイ
ヤによる影の影響も回避ように被処理物品の表面に関連
させて移動させてもよい。
の表面に接しないように近づけた場合、グリッドはイオ
ンまたはエレクトロン電荷キャリアを被処理物品の表面
に向けて加速するの役立ち、また、被処理物品の表面に
蓄積するかもしれない電荷を外に導くのに役立つ。グリ
ッドは被処理物品の表面近傍でより均一な電位の電界を
形成するように成形され、また、これにより３次元で不
規則な形状の表面に対し均一な処理を達成しつつ、か
つ、電界を効果的に”スムーズィング”させる。これに
より、シャープな形状を有する表面のプラズマ処理を妨
げるアークが回避され、そのためシャープな形状を有す
る導電性および非導電性の物品の双方のプラズマ処理が
可能となる。グリッドを被処理物品の表面から離して配
置させることにより、被処理物品表面へのグリッドのワ
イヤによる影の影響も回避される。プラズマからの電荷
キャリアは種々の角度から被処理物品の表面に向けて加
速され、グリッドのワイヤの真下の区域またはメッシュ
の開口部の下の区域に到達する。なお、グリッドのワイ
ヤによる影の影響も回避ように被処理物品の表面に関連
させて移動させてもよい。
【００１８】したがって、本発明は、従来公知のプラズ
マ処理装置では処理不可能であった非導電性で大きく厚
い物品でもプラズマ処理可能な方法を提供するものであ
る。さらに、本発明は、高い電界域によるアーク作用ま
たは窪みのため均一なプラズマイオン処理ができなかっ
たようなシャープな表面形状の物品でもプラズマ処理可
能な方法を提供するものである。このようにして、本発
明は処理される物品の表面電位の制御を達成するもので
ある。
マ処理装置では処理不可能であった非導電性で大きく厚
い物品でもプラズマ処理可能な方法を提供するものであ
る。さらに、本発明は、高い電界域によるアーク作用ま
たは窪みのため均一なプラズマイオン処理ができなかっ
たようなシャープな表面形状の物品でもプラズマ処理可
能な方法を提供するものである。このようにして、本発
明は処理される物品の表面電位の制御を達成するもので
ある。
【００１９】以下、本発明を図示の実施例を参照して詳
述する。
述する。
【００２０】
【実施例】本発明の好ましい例はプラズマイオン処理で
あり、以下、この方法との関連で説明する。同様の方法
がプラズマエレクトロン処理でも用いられるが、その相
違点は前述のように、極性と電圧の大きさの違いであ
る。
あり、以下、この方法との関連で説明する。同様の方法
がプラズマエレクトロン処理でも用いられるが、その相
違点は前述のように、極性と電圧の大きさの違いであ
る。
【００２１】図１はプラズマイオン処理物品を製造する
方法を示すフローチャートである。図２−３はその製造
における物品の２つの具体例を示す図、図４はプラズマ
イオン処理装置を示している。
方法を示すフローチャートである。図２−３はその製造
における物品の２つの具体例を示す図、図４はプラズマ
イオン処理装置を示している。
【００２２】図１に示すように、まず、工程２０でプラ
ズマイオン処理される物品３０（図２−３）が用意され
る。１実施例として、この物品３０はエポキシ樹脂のよ
うなポリマー材料である。この物品３０はこの他、セラ
ミックスあるいはガラスのような非導電性物品でもよ
い。ここでは、興味のある物品３０として寸法が３×５
×１（フィート）の自動車部品製造に用いられるエポキ
シ樹脂製道具が例として挙げられている。
ズマイオン処理される物品３０（図２−３）が用意され
る。１実施例として、この物品３０はエポキシ樹脂のよ
うなポリマー材料である。この物品３０はこの他、セラ
ミックスあるいはガラスのような非導電性物品でもよ
い。ここでは、興味のある物品３０として寸法が３×５
×１（フィート）の自動車部品製造に用いられるエポキ
シ樹脂製道具が例として挙げられている。
【００２３】他の好ましい例として、物品３０は図２で
符号３１で示すようなシャープな形状を有するもの、あ
るいは３３で示す窪みを有するものである。この実施例
において、物品３０は金属のような導電性のもの、ある
いは上述のような非導電性のものであってもよい。１セ
ット（図１〜４）の図面を参照して種々の実施例を説明
するが、これらの実施例はそれぞれ別のものであること
を理解されたい。本発明は、平滑な非導電性の物品、シ
ャープな形状あるいは深い窪みを有する非導電性の物
品、またはシャープな形状あるいは深い窪みを有する導
電性の物品にも適用できる。また、平滑な非導電性の物
品にも適用できるが、このような物品は従来の方法でも
当然処理できるものである。
符号３１で示すようなシャープな形状を有するもの、あ
るいは３３で示す窪みを有するものである。この実施例
において、物品３０は金属のような導電性のもの、ある
いは上述のような非導電性のものであってもよい。１セ
ット（図１〜４）の図面を参照して種々の実施例を説明
するが、これらの実施例はそれぞれ別のものであること
を理解されたい。本発明は、平滑な非導電性の物品、シ
ャープな形状あるいは深い窪みを有する非導電性の物
品、またはシャープな形状あるいは深い窪みを有する導
電性の物品にも適用できる。また、平滑な非導電性の物
品にも適用できるが、このような物品は従来の方法でも
当然処理できるものである。
【００２４】物品３０の表面３２は導電性金属グリッド
３４（図１の２２）で覆われている。このグリッド３４
は銅、ステンレススチール、チタンなどの導電性ワイヤ
から作られている。このワイヤは直径が０．０１０イン
チのものである。グリッド３４は好ましくは少なくとも
７０％の開口空間を形成するようにオープンメッシュの
ウインドウスクリーンとして作られている。このグリッ
ド３４は物品３０の表面３２の形状に近似させて容易に
作ることができる。本明細書で、”表面の形状のほぼ沿
って”およびこれに関連する用語は、グリッドが物品の
表面に精密に対応する必要がなく、本発明の実施可能な
範囲で物品の表面から同じように外側に離れて配置され
ることを意味する。この発明の方法の長所は物品３０の
表面形状と比較して形状、間隔において変化の許容度が
あるということである。したがって、グリッド３４は表
面３２の形状に正確に対応する必要はなく、ほぼその形
状に従うものであればよい。
３４（図１の２２）で覆われている。このグリッド３４
は銅、ステンレススチール、チタンなどの導電性ワイヤ
から作られている。このワイヤは直径が０．０１０イン
チのものである。グリッド３４は好ましくは少なくとも
７０％の開口空間を形成するようにオープンメッシュの
ウインドウスクリーンとして作られている。このグリッ
ド３４は物品３０の表面３２の形状に近似させて容易に
作ることができる。本明細書で、”表面の形状のほぼ沿
って”およびこれに関連する用語は、グリッドが物品の
表面に精密に対応する必要がなく、本発明の実施可能な
範囲で物品の表面から同じように外側に離れて配置され
ることを意味する。この発明の方法の長所は物品３０の
表面形状と比較して形状、間隔において変化の許容度が
あるということである。したがって、グリッド３４は表
面３２の形状に正確に対応する必要はなく、ほぼその形
状に従うものであればよい。
【００２５】図２に示すように、プラズマイオン処理さ
れる物品３０の表面３２全体がグリッド３４で覆われ
る。図３の他の例では、プラズマイオン処理される表面
３２の一部がグリッド３４で覆われ、表面３２の残部は
ソリッドな導電性マスク３５、例えばアルミニウムホイ
ルで覆われている。この導電性マスク３５は被覆された
区域におけるプラズマ処理を防止し、上述のようにグリ
ッド３４を介しての注入、堆積、ミキシングの発生を許
容する。いずれの例においても、処理されるべき物品の
全表面上に導電性シェルが形成される。グリッド３４は
物品３０の表面３２に接触せず、表面３２から距離Ｄの
間隔で外側に離れている。この距離Ｄは、少なくとも１
／２インチとし、それ以上大きくてもよい。もし、グリ
ッド３４が表面３２に対し直接置かれたり、１／２イン
チより小さい間隔で置かれている場合は、後に注入され
るイオンがグリッド３４を構成するワイヤの直下の物品
３０部分には到達しない。これはグリッドワイヤの影作
用によるものである。従って、グリッド３４のパターン
に従ってプラズマイオン処理された区域と、プラズマイ
オン処理されない区域とが交互に現れるパターンとな
る。グリッド３４を少なくとも１／２インチ離した場合
に初めて、物品３０の表面３２に横方向に均一なイオン
注入または堆積パターンが、プラズマイオン処理終了後
に得られることが見出された。グリッド３４を物品３０
の表面３２から外側に離したときは、プラズマからのイ
オンに種々の範囲から表面に近づくことができ、表面全
体に確実にイオン注入または堆積が行われるものと考え
られる。グリッド３４は図２または図３に示すように表
面上にフリーな状態で設けてもよく、また、絶縁クラン
プなどで支持させてもよい。好ましくは、グリッド３４
と物品３０との間にはスペーサーを設けない。これはス
ペーサーが表面の一部をマスクしてイオン注入または堆
積を妨害するからである。
れる物品３０の表面３２全体がグリッド３４で覆われ
る。図３の他の例では、プラズマイオン処理される表面
３２の一部がグリッド３４で覆われ、表面３２の残部は
ソリッドな導電性マスク３５、例えばアルミニウムホイ
ルで覆われている。この導電性マスク３５は被覆された
区域におけるプラズマ処理を防止し、上述のようにグリ
ッド３４を介しての注入、堆積、ミキシングの発生を許
容する。いずれの例においても、処理されるべき物品の
全表面上に導電性シェルが形成される。グリッド３４は
物品３０の表面３２に接触せず、表面３２から距離Ｄの
間隔で外側に離れている。この距離Ｄは、少なくとも１
／２インチとし、それ以上大きくてもよい。もし、グリ
ッド３４が表面３２に対し直接置かれたり、１／２イン
チより小さい間隔で置かれている場合は、後に注入され
るイオンがグリッド３４を構成するワイヤの直下の物品
３０部分には到達しない。これはグリッドワイヤの影作
用によるものである。従って、グリッド３４のパターン
に従ってプラズマイオン処理された区域と、プラズマイ
オン処理されない区域とが交互に現れるパターンとな
る。グリッド３４を少なくとも１／２インチ離した場合
に初めて、物品３０の表面３２に横方向に均一なイオン
注入または堆積パターンが、プラズマイオン処理終了後
に得られることが見出された。グリッド３４を物品３０
の表面３２から外側に離したときは、プラズマからのイ
オンに種々の範囲から表面に近づくことができ、表面全
体に確実にイオン注入または堆積が行われるものと考え
られる。グリッド３４は図２または図３に示すように表
面上にフリーな状態で設けてもよく、また、絶縁クラン
プなどで支持させてもよい。好ましくは、グリッド３４
と物品３０との間にはスペーサーを設けない。これはス
ペーサーが表面の一部をマスクしてイオン注入または堆
積を妨害するからである。
【００２６】グリッド３４は導電性材料から作られ、溶
接部３６により導電性ベースプレート３８に電気的に接
続されている。また、ベースプレート３８はグリッド３
４を所望の方式でバイアスする電源４０またはパルスモ
ジュレータに電気的に接続されている。好ましい例とし
て、注入され、または堆積されるイオンはプラスに荷電
された窒素イオンである。したがって、グリッド３４
は、処理チャンバー壁面との関連でマイナスにバイアス
される。
接部３６により導電性ベースプレート３８に電気的に接
続されている。また、ベースプレート３８はグリッド３
４を所望の方式でバイアスする電源４０またはパルスモ
ジュレータに電気的に接続されている。好ましい例とし
て、注入され、または堆積されるイオンはプラスに荷電
された窒素イオンである。したがって、グリッド３４
は、処理チャンバー壁面との関連でマイナスにバイアス
される。
【００２７】処理される表面を覆うグリッドがない場
合、導電性金属の平坦な物品がプラズマイオン処理また
は堆積されるとき、適用された電圧により誘導された電
界ラインの全てが金属物品の表面に対して垂直に、かつ
この表面にて均一に終わることになり、均一な処理が達
成される。金属は等電位表面を提供するため、適用電圧
は金属表面の全ての点で発生する。したがって、イオン
は完全な適用電圧で注入される。しかし、物品が非導電
性のものである場合は、電界ラインは物品を通過してベ
ースプレートに達する。そして物品の内部で電圧降下が
生じ、これは物品の厚みが大きくなるにつれて増大す
る。従って、物品の表面での電圧は、適用電圧より小さ
く、不均一となる。したがって、イオンは完全な適用電
圧では注入されない。なぜならば、非導電体は等電位表
面を提供しないからである。また、電界ラインは物品表
面に対し垂直でもないため、プラズマイオン処理の不均
一性が増大する。また、電子は非導電体の表面に流れ注
入イオンにより運ばれた電荷をキャンセルすることがで
きないため、空間電荷が発生し、これがさらなる注入を
妨げ、表面アークが発生し、物品の表面を破損する。符
号３１に示すようなシャープな形状を物品が持っている
場合は、電界ラインが歪められ、大きい勾配が生じ、シ
ャープな形状からのアークが発生する。
合、導電性金属の平坦な物品がプラズマイオン処理また
は堆積されるとき、適用された電圧により誘導された電
界ラインの全てが金属物品の表面に対して垂直に、かつ
この表面にて均一に終わることになり、均一な処理が達
成される。金属は等電位表面を提供するため、適用電圧
は金属表面の全ての点で発生する。したがって、イオン
は完全な適用電圧で注入される。しかし、物品が非導電
性のものである場合は、電界ラインは物品を通過してベ
ースプレートに達する。そして物品の内部で電圧降下が
生じ、これは物品の厚みが大きくなるにつれて増大す
る。従って、物品の表面での電圧は、適用電圧より小さ
く、不均一となる。したがって、イオンは完全な適用電
圧では注入されない。なぜならば、非導電体は等電位表
面を提供しないからである。また、電界ラインは物品表
面に対し垂直でもないため、プラズマイオン処理の不均
一性が増大する。また、電子は非導電体の表面に流れ注
入イオンにより運ばれた電荷をキャンセルすることがで
きないため、空間電荷が発生し、これがさらなる注入を
妨げ、表面アークが発生し、物品の表面を破損する。符
号３１に示すようなシャープな形状を物品が持っている
場合は、電界ラインが歪められ、大きい勾配が生じ、シ
ャープな形状からのアークが発生する。
【００２８】グリッド３４の作用についての特別の説明
によって本発明の実施可能性が左右されるものではない
が、このグリッドが物品の周りに電界の勾配のない一定
の電位空間（等電位）を生じさせる。このようにして、
グリッドが、それが存在しない場合に比較して、物品の
表面電位をスムース化するのである。この一定の電位空
間が、表面にシャープな形状の有無に拘らず、物品表面
全体に亘っての均一な堆積を可能にするのに役立ってい
る。グリッドは、さらに物品の表面に運ばれた電荷を中
和したり、または外部に導き出すのに役立ち、プラズマ
からの荷電イオンが物品表面に流れ、堆積または注入が
行われる。これは非導電性物品がイオン注入される場合
に重要な点となる。
によって本発明の実施可能性が左右されるものではない
が、このグリッドが物品の周りに電界の勾配のない一定
の電位空間（等電位）を生じさせる。このようにして、
グリッドが、それが存在しない場合に比較して、物品の
表面電位をスムース化するのである。この一定の電位空
間が、表面にシャープな形状の有無に拘らず、物品表面
全体に亘っての均一な堆積を可能にするのに役立ってい
る。グリッドは、さらに物品の表面に運ばれた電荷を中
和したり、または外部に導き出すのに役立ち、プラズマ
からの荷電イオンが物品表面に流れ、堆積または注入が
行われる。これは非導電性物品がイオン注入される場合
に重要な点となる。
【００２９】グリッドで覆われた物品３０は図１の２４
で示すように図４のプラズマイオン処理装置５０により
プラズマイオン処理される。この装置５０は、ゲートバ
ルブ５６を介して真空ポンプ５４が接続された真空チャ
ンバー５２を有する。イオン化され、プラズマイオン注
入される、あるいは堆積されるべきガスは弁６０を有す
るガスライン５８を介して真空チャンバー５２内部に充
填される。物品３０は図２との関連で説明したようにし
て真空チャンバー５２内に支持される。金属グリッド３
４はベースプレート３８に電気的に接続され、このベー
スプレート３８は電源４０またはパルスモデュレータに
より所定の電位にバイアスされる。窒素プラズマイオン
注入処理の場合、グリッド３４はマイナス電位にパルス
化される。真空チャンバー５２の壁面はパルス化された
マイナス電圧との関連で接地した状態に維持される。
で示すように図４のプラズマイオン処理装置５０により
プラズマイオン処理される。この装置５０は、ゲートバ
ルブ５６を介して真空ポンプ５４が接続された真空チャ
ンバー５２を有する。イオン化され、プラズマイオン注
入される、あるいは堆積されるべきガスは弁６０を有す
るガスライン５８を介して真空チャンバー５２内部に充
填される。物品３０は図２との関連で説明したようにし
て真空チャンバー５２内に支持される。金属グリッド３
４はベースプレート３８に電気的に接続され、このベー
スプレート３８は電源４０またはパルスモデュレータに
より所定の電位にバイアスされる。窒素プラズマイオン
注入処理の場合、グリッド３４はマイナス電位にパルス
化される。真空チャンバー５２の壁面はパルス化された
マイナス電圧との関連で接地した状態に維持される。
【００３０】この装置５０でプラズマイオン処理する場
合、最初に真空チャンバー５２がゲートバルブ５６を介
して約１０-6Ｔｏｒｒに排気される。窒素（またはイオ
ン化されるべき他のガス）が弁６０を介して１−１０×
１０-5の定常圧力に充填される。プラズマイオン処理電
圧−Ｖｏが電源４０またはパルスモデュレータによりパ
ルスとして適用される。一般的操作パラメータは１秒当
たり１００〜１０００サイクルの適用電圧パルスの繰返
し速度であり、この適用電圧についてのパルス間隔は１
０〜３０マイクロ秒である。プラズマは通常、窒素のよ
うな加工ガスを用い、放電電圧１００ボルト、放電電流
１〜１０アンペアを用いて発生される。窒素プラズマイ
オン注入の場合、マイナス適用電位は好ましくは１０
０，０００ボルト以上であり、必要に応じて変化させる
ことができる。真空チャンバーに配置されたチタンとの
反応により窒化チタンを形成するため、窒素を用いたプ
ラズマイオン堆積においては、マイナス電位は好ましく
は−１００ないし−１，０００ボルトとする。１ｃｍ2
当たり１−１０×１０17のドーズ量を注入するための注
入時間は、これらの条件下で４〜８時間である。約１な
いし５ミクロンの厚みの表面層を堆積するための一般的
堆積時間はこれらの条件下で４ないし８時間である。プ
ラズマイオン処理装置および手法の詳細については、米
国特許第４，７６４，３９４に記載されており、これを
参照されたい。
合、最初に真空チャンバー５２がゲートバルブ５６を介
して約１０-6Ｔｏｒｒに排気される。窒素（またはイオ
ン化されるべき他のガス）が弁６０を介して１−１０×
１０-5の定常圧力に充填される。プラズマイオン処理電
圧−Ｖｏが電源４０またはパルスモデュレータによりパ
ルスとして適用される。一般的操作パラメータは１秒当
たり１００〜１０００サイクルの適用電圧パルスの繰返
し速度であり、この適用電圧についてのパルス間隔は１
０〜３０マイクロ秒である。プラズマは通常、窒素のよ
うな加工ガスを用い、放電電圧１００ボルト、放電電流
１〜１０アンペアを用いて発生される。窒素プラズマイ
オン注入の場合、マイナス適用電位は好ましくは１０
０，０００ボルト以上であり、必要に応じて変化させる
ことができる。真空チャンバーに配置されたチタンとの
反応により窒化チタンを形成するため、窒素を用いたプ
ラズマイオン堆積においては、マイナス電位は好ましく
は−１００ないし−１，０００ボルトとする。１ｃｍ2
当たり１−１０×１０17のドーズ量を注入するための注
入時間は、これらの条件下で４〜８時間である。約１な
いし５ミクロンの厚みの表面層を堆積するための一般的
堆積時間はこれらの条件下で４ないし８時間である。プ
ラズマイオン処理装置および手法の詳細については、米
国特許第４，７６４，３９４に記載されており、これを
参照されたい。
【００３１】以下、具体的実施例について説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】（実施例１）研究の初期の段階において、
導電性グリッドを用いないでエポキシ樹脂試料のイオン
注入を試みた。この注入装置の直径は４フィートであっ
た。約１／４インチの厚みの薄いエポキシ樹脂試料を窒
素で良好にイオン注入することができた。４インチまで
の、より厚いエポキシ樹脂試料についても実験を行っ
た。しかし、導電性グリッドを用いない場合は、上述の
好ましいパラメータを用いても、薄いサンプルでも厚い
サンプルでもイオン注入を行うことができなかった。１
秒当たり１００以下のサイクルの適用電圧パルスの繰返
し速度、パルス間隔５マイクロ秒、放電電圧１００ボル
ト、放電電流１〜１０アンペアを用いて初めてイオン注
入を行うことができた。これ以外の注入パラメータで
は、物品の表面で激しいアークが発生した。これらの物
品に対してグリッドを用いた場合は、アークの発生を伴
うことなく、上述の好ましい条件下でイオン注入を行う
ことができることが確認された。
導電性グリッドを用いないでエポキシ樹脂試料のイオン
注入を試みた。この注入装置の直径は４フィートであっ
た。約１／４インチの厚みの薄いエポキシ樹脂試料を窒
素で良好にイオン注入することができた。４インチまで
の、より厚いエポキシ樹脂試料についても実験を行っ
た。しかし、導電性グリッドを用いない場合は、上述の
好ましいパラメータを用いても、薄いサンプルでも厚い
サンプルでもイオン注入を行うことができなかった。１
秒当たり１００以下のサイクルの適用電圧パルスの繰返
し速度、パルス間隔５マイクロ秒、放電電圧１００ボル
ト、放電電流１〜１０アンペアを用いて初めてイオン注
入を行うことができた。これ以外の注入パラメータで
は、物品の表面で激しいアークが発生した。これらの物
品に対してグリッドを用いた場合は、アークの発生を伴
うことなく、上述の好ましい条件下でイオン注入を行う
ことができることが確認された。
【００３３】（実施例２）金属スタンピング原型操業に
用いられるエポキシ金型を本発明のグリッド方法を用い
てイオン注入した。この金型の寸法は、３×５×１フィ
ートであった。太さ０．０１０インチのステンレススチ
ールワイヤからなる金属グリッドで開口度が７０％のも
のを金型の表面形状に似せて成形し、これを金型の表面
から１／２インチの間隔Ｄを以て離して金型の表面上に
被せた。この間隔は場所によって多少変化した。この小
さい変化はイオン注入処理に悪影響を及ぼさないことが
見出された。このグリッドはベースプレートに数箇所ス
ポット溶接し、良好な電気的接触を図った。金型の表面
のある部分をマスクして注入された部分と注入されなか
った部分との比較が行われた。さらに、小さなステンレ
ススチールホイルを金型の表面でグリッドの下に接触し
ないようにして配置し、後の参考とした。
用いられるエポキシ金型を本発明のグリッド方法を用い
てイオン注入した。この金型の寸法は、３×５×１フィ
ートであった。太さ０．０１０インチのステンレススチ
ールワイヤからなる金属グリッドで開口度が７０％のも
のを金型の表面形状に似せて成形し、これを金型の表面
から１／２インチの間隔Ｄを以て離して金型の表面上に
被せた。この間隔は場所によって多少変化した。この小
さい変化はイオン注入処理に悪影響を及ぼさないことが
見出された。このグリッドはベースプレートに数箇所ス
ポット溶接し、良好な電気的接触を図った。金型の表面
のある部分をマスクして注入された部分と注入されなか
った部分との比較が行われた。さらに、小さなステンレ
ススチールホイルを金型の表面でグリッドの下に接触し
ないようにして配置し、後の参考とした。
【００３４】真空チャンバーは約１０-6Ｔｏｒｒに排気
され、窒素が５×１０-5の圧力に充填された。この窒素
圧は窒素が消費されるイオン注入の間に亘って一定に維
持された。注入は−１００，０００ないし−１１０，０
００ボルトの適用電圧、１秒当たり２００のサイクルの
適用電圧パルスの繰返し速度、パルス幅１０マイクロ秒
で１０分間行われた。これらの条件下での注入ドーズ量
は１平方センチ当たり、１．０×１０15イオンであっ
た。
され、窒素が５×１０-5の圧力に充填された。この窒素
圧は窒素が消費されるイオン注入の間に亘って一定に維
持された。注入は−１００，０００ないし−１１０，０
００ボルトの適用電圧、１秒当たり２００のサイクルの
適用電圧パルスの繰返し速度、パルス幅１０マイクロ秒
で１０分間行われた。これらの条件下での注入ドーズ量
は１平方センチ当たり、１．０×１０15イオンであっ
た。
【００３５】この注入の後、金型を真空チャンバーから
除去し、視覚による検査を行った。グリッドの下でマス
クされていない部分は、ほぼ均一な鈍いグリーン色に変
色しており、これらの部分でのイオン注入を示唆してい
た。この変色は２つの意味で均一であった。第１に、金
型全体に亘って均一であり、これは表面全体に注入が行
われたことを意味していた。第２に、よく見ると、この
変色は局部的にも均一であり、これはグリッドのワイヤ
による影の作用がほとんど生じなかったことを意味して
いた。
除去し、視覚による検査を行った。グリッドの下でマス
クされていない部分は、ほぼ均一な鈍いグリーン色に変
色しており、これらの部分でのイオン注入を示唆してい
た。この変色は２つの意味で均一であった。第１に、金
型全体に亘って均一であり、これは表面全体に注入が行
われたことを意味していた。第２に、よく見ると、この
変色は局部的にも均一であり、これはグリッドのワイヤ
による影の作用がほとんど生じなかったことを意味して
いた。
【００３６】マスクされた区域は変色または注入が行わ
れなかった。金型表面に向けて配置されたステンレスス
チールホイルのイオン注入深さの断面が２次イオン質量
スペクトロスコープ（ＳＩＭＳ）で判定された。比較の
ため、同様のステンレススチールを用い、グリッドを用
いた時と同様の操作パラメータで従来の方法でプラズマ
イオン注入をおこなった。その結果、ステンレススチー
ルについての注入窒素の深さ断面はほぼ同等であった。
これは、本発明のグリッド法では完全な注入電圧がエポ
キシ金型の表面で発生することを意味し、従って、この
グリッド法で得られる注入深さ断面が従来法でステンレ
ススチールで達成されるものと同等であった。すなわ
ち、従来法との差は本発明のグリッド法によって、非導
電性の物質に対しても、導電性物質と同じように、その
ような注入断面が得られるということである。
れなかった。金型表面に向けて配置されたステンレスス
チールホイルのイオン注入深さの断面が２次イオン質量
スペクトロスコープ（ＳＩＭＳ）で判定された。比較の
ため、同様のステンレススチールを用い、グリッドを用
いた時と同様の操作パラメータで従来の方法でプラズマ
イオン注入をおこなった。その結果、ステンレススチー
ルについての注入窒素の深さ断面はほぼ同等であった。
これは、本発明のグリッド法では完全な注入電圧がエポ
キシ金型の表面で発生することを意味し、従って、この
グリッド法で得られる注入深さ断面が従来法でステンレ
ススチールで達成されるものと同等であった。すなわ
ち、従来法との差は本発明のグリッド法によって、非導
電性の物質に対しても、導電性物質と同じように、その
ような注入断面が得られるということである。
【００３７】（実施例３）実施例２の金型の注入区域と
非注入区域におけるエポキシクーポンの硬度テストを、
標準クノープ（Ｋｎｏｏｐ）硬度識別装置を用いて行っ
た。その結果、イオン注入されたクーポンはイオン注入
されなかったクーポンと比較してほぼ２桁硬度の向上が
認められた。これはグリッド法を用いたイオン注入によ
り非導電性物質の表面硬度の向上が図れることを証明し
ている。
非注入区域におけるエポキシクーポンの硬度テストを、
標準クノープ（Ｋｎｏｏｐ）硬度識別装置を用いて行っ
た。その結果、イオン注入されたクーポンはイオン注入
されなかったクーポンと比較してほぼ２桁硬度の向上が
認められた。これはグリッド法を用いたイオン注入によ
り非導電性物質の表面硬度の向上が図れることを証明し
ている。
【００３８】（実施例４）エポキシ樹脂テストブロック
を用い、このテスト物品の表面とグリッドとの間隔Ｄを
変化させた場合の効果について研究を行った。この間隔
Ｄがゼロのとき、すなわちグリッドをテスト物品表面に
密着させたときは、イオン注入はグリッドの開口部のみ
を介して行われ、グリッドワイヤの真下ではイオン注入
はなされなかった。注入処理後、物品表面全体に亘って
グリッドのパターンが明瞭に再現された。このテストを
物品からのグリッドの間隔を徐々に広げて繰り返し行わ
れた。この間隔Ｄが増大するにつれてイオン注入区域と
グリッド開口区域とのコントラストも減少した。間隔Ｄ
が１／２インチ以上となったとき、イオン注入パターン
は均一となりイオン注入区域とグリッド開口区域との差
は認められなかった。
を用い、このテスト物品の表面とグリッドとの間隔Ｄを
変化させた場合の効果について研究を行った。この間隔
Ｄがゼロのとき、すなわちグリッドをテスト物品表面に
密着させたときは、イオン注入はグリッドの開口部のみ
を介して行われ、グリッドワイヤの真下ではイオン注入
はなされなかった。注入処理後、物品表面全体に亘って
グリッドのパターンが明瞭に再現された。このテストを
物品からのグリッドの間隔を徐々に広げて繰り返し行わ
れた。この間隔Ｄが増大するにつれてイオン注入区域と
グリッド開口区域とのコントラストも減少した。間隔Ｄ
が１／２インチ以上となったとき、イオン注入パターン
は均一となりイオン注入区域とグリッド開口区域との差
は認められなかった。
【００３９】以上のように本発明はプラズマ処理の著し
い進歩を提供するものであり、寸法の大きい非導電性物
品でも均一にプラズマ処理することが可能となる。しか
も、導電性グリッドを設ける以外は従来の装置を使用す
ることができる。さらに、シャープな表面形状又は深い
窪みのある導電性または非導電性の物品でも均一なドー
ズ量または層を伴ったプラズマイオン処理を行うことが
できる。
い進歩を提供するものであり、寸法の大きい非導電性物
品でも均一にプラズマ処理することが可能となる。しか
も、導電性グリッドを設ける以外は従来の装置を使用す
ることができる。さらに、シャープな表面形状又は深い
窪みのある導電性または非導電性の物品でも均一なドー
ズ量または層を伴ったプラズマイオン処理を行うことが
できる。
【００４０】エレクトロン衝撃もグリッドをプラズマイ
オン処理に用いられるのと反対の極性にバイアスするこ
とにより達成することができる。
オン処理に用いられるのと反対の極性にバイアスするこ
とにより達成することができる。
【００４１】以上、好ましい例について説明したが、本
発明は、これらに限定されるものではない。
発明は、これらに限定されるものではない。
【図１】本発明のプラズマイオン処理法のフローチャー
ト図。
ト図。
【図２】グリッドを表面全体に被せた状態を示す被処理
物品の断面図。
物品の断面図。
【図３】グリッドを表面の一部に被せた状態を示す被処
理物品の断面図。
理物品の断面図。
【図４】プラズマイオン処理装置を模式的に示す図。
３０…物品、３２…表面、３４…導電性金属グリッド、
３６…溶接部、５２…真空チャンバー。
３６…溶接部、５２…真空チャンバー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ダブリュ・シュマッハー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91367、ウッドランド・ヒルズ、カリフ ァ・ストリート 23737 (72)発明者 デイビッド・エム・ペッパー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90265、マリブ、ラティゴ・キャニヨン・ ロード 3925
Claims (23)
- 【請求項１】 表面を有する被処理物品を用意する工程
と、 この被処理物品の表面上に、導電性グリッドを該表面の
形状にほぼ沿って、かつ外側に離して配置させる工程
と、 処理駆動力として電位を上記グリッドに適用しつつ、こ
の被処理物品の表面を、プラズマ中に生成した電荷キャ
リアによりプラズマ処理する工程と、 を具備してなることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項２】 電荷キャリアがイオンである請求項１記
載の方法。 - 【請求項３】 電荷キャリアが電子である請求項１記載
の方法。 - 【請求項４】 上記グリッドを被処理物品の全表面を覆
うように配置することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項５】 上記グリッドが被処理物品を覆う一定の
電位空間を提供することを特徴とする請求項４記載の方
法。 - 【請求項６】 上記グリッドが被処理物品の表面の一部
を覆い、導電性ホイルが被処理物品の表面の残部を覆う
ように配置し、該グリッドおよび導電性ホイルが電気的
に導通していることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 該グリッドおよび導電性ホイルが一緒に
なって、被処理物品を覆う一定の電位空間を提供してい
ることを特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 プラズマ処理により被処理物品の表面に
イオンの堆積が行われ、このプラズマ処理が、 堆積駆動力として電位を導電性グリッドに与え、この電
位が被処理物品の表面にイオンを堆積させるのに十分で
あるが、該表面中にイオンを注入するものでないことを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 プラズマ処理により被処理物品の表面中
にイオンの注入が行われ、このプラズマ処理が、 注入駆動力として電位を導電性グリッドに与え、この電
位が該表面中にイオンを注入するのに十分なものである
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 プラズマ処理により被処理物品の表面
中にイオンミキシングが与えられるものであることを特
徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 プラズマ処理により被処理物品の表面
中に電子衝撃が与えられるものであることを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 被処理物品が導電性のものである請求
項１記載の方法。 - 【請求項１３】 被処理物品が非導電性のものである請
求項１記載の方法。 - 【請求項１４】 被処理物品がポリマー材料からなるも
のである請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 上記グリッドが少なくとも７０％の開
口面積部分を有することを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項１６】 上記グリッドが、被処理物品の表面に
スパッター堆積を実質的に生じさせない材料からなって
いることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１７】 上記グリッドが、被処理物品の表面に
スパッター堆積を生じさせる材料からなっていることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１８】 上記グリッドを、被処理物品の表面か
ら外側に少なくとも１／２インチ離して配置させること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１９】 被処理物品の表面がシャープな形状を
有し、上記グリッドがその形状にほぼ合わせて形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項２０】 被処理物品の表面に窪みが形成され、
上記グリッドがその窪みの形状にほぼ合わせて形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項２１】 請求項１の方法により作られたプラズ
マ処理物品。 - 【請求項２２】 表面を有する被処理物品を用意する工
程と、 この被処理物品の表面近傍であって、かつ外側に離れた
位置に同電位面を形成させる工程と、 プラズマ処理駆動力として同電位面に維持された電位を
上記グリッドに適用しつつ、この被処理物品の表面を、
プラズマ中に生成した電荷キャリアによりプラズマ処理
する工程と、 を具備してなることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項２３】 プラズマを同電位面の外側に生じさせ
ることを特徴とする請求項２２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US07/995,864 US5374456A (en) | 1992-12-23 | 1992-12-23 | Surface potential control in plasma processing of materials |
| US995864 | 1992-12-23 |
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|---|---|
| JPH073453A true JPH073453A (ja) | 1995-01-06 |
| JP2501770B2 JP2501770B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=25542293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5328444A Expired - Lifetime JP2501770B2 (ja) | 1992-12-23 | 1993-12-24 | 物品をプラズマ処理する方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5374456A (ja) |
| EP (1) | EP0603864B1 (ja) |
| JP (1) | JP2501770B2 (ja) |
| KR (1) | KR970002242B1 (ja) |
| CA (1) | CA2112178A1 (ja) |
| DE (1) | DE69319869T2 (ja) |
| IL (1) | IL108150A (ja) |
| MX (1) | MX9400100A (ja) |
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