JPS60255975A - イオン注入装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明はイオン注入装置、特に厚いイオン注入層が得
られる装置に関するものである。

〔従来波ｖ＃Ｊ 従来のイオン注入装置の一例として、デュオプラズマト
ロンイオン源を用いた集束イオンビームによるイオン注
入装置を第１図例示す。図において（１）は真空を保つ
真空槽、（２）は真空槽（１）内の排気を行なうための
排気通路で、開閉パルプ（３）を通して図示していない
真空排気袋［Ｋ接続している。

（４）はプラズマを形成するためのアーク放電を行なう
熱陰極で、（５）は上記アーク放電を行なう１ｌＪＩ極
、（６）は熱陰極（４）と陽極（５）　ｌ’ｌｌｌのア
ーク放電をその形状と電磁コイル（７）によってつくら
れる磁場により細く絞るための中間電極、（８ンは電磁
コイル（７）のヨーク、（９）は注入イオンとなるガス
を放電空間に導入する導入口、（１０）はアーク放電に
より形成されたプラズマからイオンを引出し、加速して
イオンビーム（１１）を形成する引出し電極であり、熱
陰極（４）、陽極（５）、中間電極（６）、電磁コイル
（７）、ヨーク（８）、ガス導入口（９）及び引出し電
極（１０）によって、イオンビーム（１１）を形成する
デュオプラズマトロン（１２）が構成されている。

（１３）　Ｆｉイオンビーム（１１）を集束する集束レ
ンズ、（１４）Ｆｉイオンビーム（１１）を偏向走査す
る偏向装置である。（１５）　Ｆｉイオンビーム（１１
）を照射してイオン注入を行なう母材でコレクター電極
、、１６）　Ｋ取り付けられている。（１６）　Ｖ′ｉ
イオンビーム（１１）の電流を集めるコレクター電極で
ある。

次に動作について説明する。母材（１５）　Ｋイオン注
入を行なうには、まず真空排気装置１により真空槽（１
）内の圧力が１０　’Ｔｏｒ４度になるよう排気を行な
う。陽極（５）と中間電極（６）の間の圧力が１０−１
〜１Ｏ−２ＴｏｒｒＫなるようガス導入口（９）より注
入をおこなうイオンのガスを導入し、熱陰極（４）と陽
極（５）間でアーク放電を行ないプラズマを形成する。

陽極（５）と中間電極（６）間では、中間電極（６ンの
形状さ、電磁コイル（７）でつくられた磁束が中間電極
（６）の形状により絞られることＫより、アーク放電が
細く絞られ、高密度のプラズマが形成される。このプラ
ズマは陽極（５）六を通して引出し電極（１０）側に広
がり、引出し電極（ｌＯ）に陽極（５）に対して数十■
の負電位を与えるとこのプラズマからイオンが引出され
、イオンビーム（１１）を形成する。

上記の方法で得られたイオンビーム（１１）は集束レン
ズ（１３）によって集束され、さらに偏向装置（１４）
　Ｋよって偏向されて、母材（１５）上の任意の場所に
照射され、イオンは注入される。このとき偏向装置（１
４）　Ｋよってイオンビームを走査することＫより、母
材全面に注入を行なったり、パターンを描いて注入を行
なうことができる。

しかし、このような注入袋ｒｌｔＫは次のような欠点が
ある。数十〜数百聞で加速されたイオンでも数十〜数百
ｎｍの深さでしか母材にイオンを注入できず、厚い注入
層を形成することができない。加速電圧をさらに高くす
ることにより深い注入が行なえるか、高密度イオン注入
では単位面積当りのイオン注入量が増加し、スパッタに
よる母材の削れも大きく厚い注入層は形成できない。そ
のうえＸ線シールドが困難になり、また高電圧の装置も
高価きなるため実用的でない。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような欠点を除去するためになされた
もので、真空憎中Ｋ、母材にイオンを注入するイオン注
入手段と母材表面に薄膜を形成する蒸着装置上を設ける
こと罠より、イオン注入と薄膜形成を同時に行い、厚い
イオン注入層を得ようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を示す。第２図はこの発明の
一実施例によるイオン注入装置を示す概略構成図、第３
図はこの発明の一実施例に係る蒸着装置を示す構成図で
ある。図において、（１００）は真空槽（１）中に設け
られ、母材（１５）　Ｋイオンを注入する注入手段で、
例えば、デュオプラズマトロン（１２）、集束レンズ（
１３）及び偏向装置（１４）により構成されている。（
１７）　ａ真空槽（１）中に設けられ、母材（１５）表
面に薄膜を形成する蒸着装置で、この場合、第３図に示
される構成のクラスタイオンビーム蒸着装置である。

第３　図Ｋ　オいて、（１ｇ）Ｉ′ｉ直径１〜２ｕのノ
ズル（１８ａ）が設けられた密閉型るつぼで、母材（１
５）　Ｋ蒸着すべき物質（１９）が収容されている。（
２ｏ）は上記るつは（１８）熱電子を煕射し、これの加
熱を行なう電子衝撃加熱用フィラメント、（２１）はモ
リブデン（Ｍｏ）あるいはタンタル（Ｔａ）を用いて形
成され上記フイラメン）　（２０）からの輻射熱を遮断
する熱シールド板であり、上記るつぼ（１８）、電子衝
撃加熱用フィラメント（２ｏ）及び熱シールド板（２１
）により、母材（１５ンに蒸着すべき物質の蒸気を上記
真空槽（１）中に噴射してクラスタを発生せしめるクラ
スタ発生源（２２）が形成されている。なお、（３２）
は上記熱シールド＆　（２１）を支持する絶縁支持部材
、（３３）は上記るつぼ（１８）を支持する支持台であ
る。（２３）は２０００℃以上に熱せられてイオン化用
の熱電子（２７）を放出するイオン化フィラメント、（
２４）ｉ該イオン化フィラメント（２３）から放出され
た熱電子（２７）を中心部に引き出して電子のシャワー
を形成する電子引き出し電極、（２５）ＶｉＭｏあるい
はＴａを用いて形成され上記イオン化フイラメン）　（
２３）からの輻射熱を遮断する熱シールド板であり、上
記イオン化フィラメント（２３）、電子引き出し電極（
２４）及び熱シールド板（２５〕により、上記クラスタ
発生源（２２）からのクラスタをイオン化するイオン化
手段（２６）が形成されている。なお、（３４）は熱シ
ールド板（２５）を支持する絶縁支持部材である。

（２８）は上記イオン化されたクラスタイオン（３ｏ）
を加速してこれをイオン化させていない中性クラスタ（
２９〕とともに母材（１５）　Ｋ衝突させて薄膜を蒸着
させる加速手段で、加速電極である。こｆ″Ｌは電子引
き出し電極（２３）との聞に最大１０ＫＶまでの電位を
付加でき、この電位差によってクラスタイオン（３０）
を加速する。なお、（３５）は加速電極（２８）を支持
する絶縁部材である。（３１）はクラスタイオン（３０
）と中性クラスタ（２９）とからなるクラスタイオンビ
ームである。

次に動作について説明する。上記構成の装置において、
前述の従来の方法でイオン注入手段（１００）によりイ
オン注入を行なうと同時に、母材（１５）表面にクラス
タイオンビーム蒸着装置（１７）　Ｋより蒸着を行なう
。

最初、蒸着がほとんどなされていないうちは、イオンＶ
ｉ母材（１５）　Ｋ注入されるが、次第に蒸着がなされ
てい＜Ｋしたがい、蒸着層の厚みのためにイオン注入の
深さはしだいに母材表面の方へと移っていく。又、イオ
ンが注入されるときＫは、イオンと注入される物質の成
分との散乱が起こるため、注入領域において成分を拡散
させる効果がある。この拡散効果により母材と蒸着層の
境界において両方の成分が拡散され、境界面がなくなり
母材と蒸着層Ｖｉ連続的に接合され一体化する。さらに
蒸着層が厚くなってくると、イオンは蒸着層に注入され
る。クラスタイオンビームによる蒸着層は、通常の真空
蒸着に比べて密度が高く、母材との接着性のよい膜が得
られるが、母材等に比べると密度は少し低く、境界面が
専任する。しかし、イオン注入とクラスタイオンビーム
による蒸着の組み合わせは、上記の拡散の効果と、イオ
ン注入することによる密度の増加により、母材のイオン
注入層と同程度の密度をもつイオン注入された蒸着層が
連続して形成することができ、実質的には厚いイオン注
入層が得られることになる。蒸着される物質（１９）は
母材（１５）と同じ物質を使用すれば同質のイオン注入
層であり、母材（１５）と異なる物質であれば、母材の
イオン注入層、母材と蒸着層の境界付近では母材勧賞と
蒸着物質の混ったイオン注入層、さらに蒸着層のイオン
注入層が連続的に形成される。

偏向装置（１４）　Ｋよりイオン注入を全面に走査して
行なうと上記の厚い注入層が全面にわたって得られるが
、パターンを描いて注入分村なうと、厚い注入層と未注
入の蒸着層のパターンが描かれる。

なお、上記実施例ではイオン注入手段（１００）として
デュオプラズマトロンイオン源を用いた場合について説
明したが、液体金属イオン型や他の集束型イオン源であ
ってもよい。また、上記実施例では集束イオンビームを
発する集束型イオン源を用い走査することによって全面
あるいはパターンを描けるイオン注入について説明した
が、シャワー型式のイオン源よりなるイオン注入手段を
用いることによってパターンは描けないが全面にイオン
を注入してもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例において、蒸着初期の段階においてだ
けイオン注入を行なうことにより、母材と蒸着層の境界
面がなく、しかも蒸着層の表面ではイオン注入がされて
いない蒸着層を形成することができ、接着性の強い蒸着
層が形成される。この方法と上記実施例の注入法を組み
合わせてパターンを描くこともできる。

また、上記実施例ではクラスタイオンビーム蒸着装置を
蒸着装置として使用した場合について説明したが、１０
　’Ｔｏｒｒ程度の真空度で動作し、イオン注入手段を
も配置できる他の蒸着装置であってもよい。

また、上記実施例では真空槽内圧イオン注入手段とクラ
スタイオンビーム蒸着装置とを配置した場合について説
明したが、これらの装置を真空外槽壁に取り付けてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発ＢＡＫよれば、真空惰中に、母材
にイオンを注入するイオン注入手段と、母材表面に薄膜
を形成する蒸着装置とを設けたので、イオン注入と薄膜
形成を同時に行って、厚いイオン注入層を形成できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン注入装置を示す概略構成図、第２
図はこの発明の一実施例によるイオン注入装置を示す概
略構成図、第３図はこの発明の一実施例に係る蒸着装置
を示す構成図である。 図において（１）は真空槽、（１００）　Ｖ′ｉイオン
注入手段、（１１）はイオンビーム、（１４）は偏向装
置、（１５）は母材、（１７〕は蒸着装置、（２２）は
クラスタ発生源、（，２６）Ｈイオン化手段、（２Ｂ）
は加速半殺である。 なお、図中同−符８＃−ｉ同−又は相当部分を示す。 代理人大岩　増雄 第１＃Ａ 第２図 第３図 手続補正書（自発） １．事件の表示　特願昭５９−１１８４５６号２、発明
の名称　イオン注入装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名　称　
（６０１）三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号６、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、　補正の内容 （１）　明細書第４頁第２行の「陽極（５）穴」を「陽
極（５）の開口部」に訂正する。 （２）　同第４頁第８行、第１４行及び第７頁第１２行
のｒＫＶＪをｒｋＶＪに訂正する。 （３）　同第６頁第５行の「るつぼ（ト）熱電子」を「
るつぼ０樽に熱電子」に訂正する。 （４）　同第９頁第１６行の「液体金属イオン型」「真
空槽外壁」に訂正する。 以　上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）物質をイオン化し加速して真空槽中に設置された
   母材に照射すること罠より、上記母材にイオンを注入す
   るものにおいて、上記真空槽中に、上記母材にイオンを
   注入するイオン注入手段と上記母材表面に薄膜を形成す
   る蒸着装置とを設けたことを特徴とするイオン注入装置
   。
2. （２）イオン注入手段は集束イオンビームを用い、上記
   集束イオンビームを偏向走査する偏向装置を有すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン注入装
   置。
3. （３）蒸着装置は、母材に蒸着すべき物質の蒸気を真突
   槽中例噴射してクラスタを発生するクラスタ発生源、上
   記クラスタをイオン化させるイオン化手段、及びイオン
   化されたクラスタを加速する加速手段により構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のイオン注入装置。