KR0134737B1 - 플라즈마 이온 프로세싱에서 2차 전자제한 - Google Patents

플라즈마 이온 프로세싱에서 2차 전자제한

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완다 케이.덴슨-로우
휴우즈에어크라프트캄파니
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Abstract

플라즈마 이온 주입 장치(50)은 벽(66)내에 이온 주입될 물체(70)을 수용하는 진공실(52)를 포함한다. 물체(70)은 진공실(52)의 벽(66)으로부터 전기적으로 절연된 전기 도전성 베이스(72)상에 지지된다. 전기 도전성 밀봉부(74)는 물체(70)과 진공실(52)의 벽(66)간에 위치되고 베이스(72)상에 지지된다. 밀봉부(74)는 전기 도전성 물질로 이루어진다. 플라즈마 소스(58)은 주입될 물체(70)의 부근에 플라즈마(68)을 생성하기 위해 위치된다. 전압원은 베이스(72)와 나아가 진공실(52)의 벽(66)에 관련있는 밀봉부(74)로 전기 전압을 인가한다. 이온 주입동안 물체(70)으로부터 방출된 2차 전자는 밀봉부(74)에 의해 플라즈마(68)안으로 되돌아 반사되어, X선 발생을 감소시키고 플라즈마 효율을 개선시킨다.

Description

플라즈마 이온 프로세싱에서 2차 전자 제한
제 1 도는 본 방법을 사용하지 않는 플라즈마 이온 주입 장치의 개략도.
제 2 도는 본 발명에 따라 만들어진 플라즈마 이온 주입 장치의 개략도.
제 3 도는 2차 전자 감쇠의 모드를 도시한 제2도의 재구성도.
제 4 도는 본 발명의 플라즈마 이온 주입 장치의 다른 실시예의 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20, 50 : 플라즈마 이온 주입 장치 22, 52 : 진공실
28, 58 : 플라즈마 소스 30, 60 : 필라멘트
32, 66 : 진공실의 벽 34, 70 : 물체
36, 72 : 전기 도전성 베이스 38, 68 : 플라즈마
40, 78, 92, 94 : 전원 42, 80 : 2차 전자
44 : X선 74 : 전기 도전성 밀봉부
본 발명은 플라즈마 이온 주입 같은 플라즈마 이온 프로세싱에 의한 물질의 표면 처리에 관한 것으로, 더 상세하게는 이러한 처리의 효율과 안전을 개선하는 것에 관한 것이다.
이온 주입은 이온이 물체의 표면에 충돌하도록 정전 전위에 의해 가속되는 프로세스이다. 이온의 에너지는 이온을 표면 아래에 끼워넣는다. 주입된 이온의 충분한 농도는 표면의 경도를 상당히 증가할 수 있다.
이온 주입은 이온의 빔을 생성하고 충분히 큰 정전 전위에 의한 표면을 향해 이온을 가속하는 것에 의해 전형적으로 실현된다. 동작동안 이 방법은 이온의 빔이 전체 표면에 걸쳐 스위프(sweep)되어야 하기 때문에, 매우 크거나 불규칙하게 형성된 물체를 사용하는 것이 어렵다. 표면이 모난 굴곡, 구멍, 점, 또는 다른 이러한 형태를 갖는 경우, 균일한 주입은 실현되기 어렵다.
다른 방법은 미합중국 특허 제4,764,394호에 기술한 플라즈마 이온 주입(PII)이다. 주입될 물체는 진공실 안으로 배치된다. 이온의 플라즈마는 주입될 물체의 표면에 근접하여 생성된다. 물체는 이온의 것에 반대되는 전위로 정전기적으로 충전된다. 예를들어, 양으로 충전된 질소 이온이 주입되면, 물체는 전형적으로 약50,000~300,000V(50-300kV)의 반복하는 단 주기 전압 펄스를 사용하여 음으로 충전된다. 질소 이온은 전위를 가속하는 것에 의해서 물체의 표면으로 끌어당겨지고 물체의 표면과 부표면 지역으로 구동된다. 플라즈마 이온 주입은 이온의 플라즈마가 물체의 전체 표면 범위 주위에 분배되는 소스를 제공하고 전체 표면 영역에 걸쳐 균일한 주입이 동시에 실현된다는 이점을 갖는다.
표면에 대한 이온 충격 한가지 결과는 주입된 이온의 에너지에 상응하는 높은 에너지를 갖고 있는 2차 전자의 생성이다. 전자는 표면으로부터 반발되고 PII프로세스가 수행되는 진공실의 벽에 충돌한다. 2차 전자는 진공실 벽을 통해 통과할 수는 없다. 대신에, 이것은 강철 진공실 벽을 통해서 진공실 벽의 밖으로 통과하는 X선을 생성한다.
진공실로부터 방출된 이 X선은 진공실의 근처에 있는 장비에 손상을 입히고, 사람들에게 해를 끼치지만 리드 또는 콘크리트 실딩은 X선을 흡수하기 위해 일반적으로 제공된다. PII시스템에서, X선 생성의 세기는 주입 전압과 진공실 벽에 입사하는 2차 전자의 전체 전류에 의존한다. 4피트 지름에 8피트 길이 진공실에서 스테인레스 강 물체의 전형적인 100kV PII주입에서 한 펄스당 전자 전류는 500암페어만큼 높을 수 있다. 이 전압과 전류에 생성된 X선의 밀도를 흡수하기 위해서, 약 0.25인치(0.64cm)의 두께를 갖는 진공실 외부 벽에 직접 높이는 리드 실딩은 진공실의 주변과 주위에 있는 사람에 대한 안전하고 적법한 동작을 고려하여 충분하도록 한다.
100kV 이상의 주입 전압에서, 리드의 X선 흡수는 2차 전자의 에너지를 증가시킴으로써 감소한다. 그러므로 실딩의 요구되는 두께는 플라즈마 이온 주입 프로세스에 사용되는 전압을 증가시킴으로써 증가한다. 많은 진보된 프로세스를 위해, 300kV 정도의 주입 전압의 사용은 매우 유리한 반면에, 100kV의 주입 전압을 요구하는 약 10~20배의 두께 정도의 리드 실딩을 요구한다. 그러므로 플라즈마 이온 주입실은 두꺼운 리드 실딩으로 덮히거나, 리드 방에 배치되거나 떨어진 위치에 배치되어야 한다. 이 요구는 비싸고, 위험이 많고, 비실용적일 수 있다.
X선 생성에 부가적으로, 또한 2차 전자의 생성은 또한 PII 프로세스의 비효율을 제공한다. 각 주입 이온을 위해, 주입되는 물질, 주입 전압, 및 주입되는 이온의 형태에 의존하여 1~10의 2차 전자가 생성될 수도 있다. 각 2차 전자는 프로세스의 비효율에 따라 에너지를 소모 시킨다. 2차 전자는 이것으로 임의의 상당한 양의 에너지를 손실하지 않고 둘러싸인 플라즈마를 통과한다. 대부분의 에너지 또는 전력은 2차 전자에 의해 흡수되어 플라즈마 이온 주입 프로세스를 본래 비효율적으로 만든다.
플라즈마 이온 프로세싱 장치와 프로세스에 개선이 요구된다. 2차 전자의 생성은 주입된 물체가 형성되는 물질의 자연적 결과이고, 따라서 상기 문제를 피하기 위해 물체의 성질의 변화에 의존하기에는 충분하지 못하다. 본 발명은 이 필요를 실행하고 나아가 관련된 잇점을 제공한다.
본 발명은 개선된 플라즈마 프로세싱 장치와 프로세스를, 양호하게는 진공실벽으로부터 X선의 방출을 크게 감소하고 제거하는 플라즈마 이온 주입(PII) 장치와 프로세스를 제공한다. 이 결과를 달성하기 위해, PII프로세스에서 생성된 2차 전자는 물체를 둘러싸는 플라즈마로 재진행되고 2차 전자의 에너지는 플라즈마에 의해 흡수된다. 이 효과는 다른 소스로부터 플라즈마에 전력 입력의 필요를 감소시키고 프로세스의 효과를 개선시킨다. 2차 전자가 플라즈마로 재진행되기 때문에, X선은 충분한 정도로도 생성되지 않는다. 그러므로 본 발명은 고 에너지 플라즈마 이온 주입과 다른 플라즈마 프로세싱의 형태에 연관된 안전 위험 뿐만 아니라 장치의 무거운 실딩의 필요 또는 X선 노출에 대항하여 보호하는 다른 조치를 감소한다. 본 발명의 목적을 위해, 다른 형태의 플라즈마 프로세싱은 이것이 실딩을 요구하는 X선을 생성하면 플라즈마 주입과 같은 것이다.
본 발명에 따라서, 물체를 플라즈마 이온 주입하기 위한 플라즈마 이온 주입 장치는 진공실의 벽내에 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실, 물체 근처에서 플라즈마를 생성하기 위해 위치되는 플라즈마 소스, 및 플라즈마로에서 나온 이온을 주입시키기 위한 물체를 전기적으로 바이어스하는 수단을 포함한다. 또한 물체에 의해 방출되는 2차 전자가 진공실의 벽에 도달하는 것을 방지하기 위한 수단이 있다. 상기 수단은 양호하게는 플라즈마가 들어오는 밀봉부속에 애퍼추어를 제외하고, 물체를 둘러싸는 적절히 전기적으로 바이어스된 물질의 밀봉부를 포함한다.
더 상세하게, 플라즈마 이온 주입 장치는 진공실의 벽내에 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실과 물체 근처에서 플라즈마를 생성하기 위해 위치하는 플라즈마 소스를 포함한다. 플라즈마 소스는 플라즈마 소스 음극과 선택된 플라즈마 소스 양극 전위에서 동작하는 플라즈마 소스 양극을 갖는다. 전기적 도전 물질로 만들어진 밀봉부는 물체와 진공실의 벽간에 위치된다. 플라즈마 소스 양극 전위와 관련된 물체 전위로 물체를 전기적으로 바이어스하기 위한 제1 전기 바이어스 수단과 물체 전위의 양의 배수인 밀봉부 전위로 밀봉부를 전기적으로 바이어스하기 위한 제2 전기 바이어스 수단이 제공된다. 양의 배수는 양호하게 1이지만, 그 이상 또는 그 이하일수도 있고 인가된 전압 펄스의 시간 주기에 따라 변화될수도 있다. 물체 전위와 밀봉부 전위는 물체 또는 물체의 지지 베이스와 전기적으로 통하도록 밀봉부를 놓는 것에 의해서 같은 전기적인 전위로 즉시 바이어스된다.
양호한 플라즈마 이온 주입 장치는 진공실의 벽내에 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실과 물체가 지지되는 전기 도전성 베이스를 포함하고, 이 베이스는 진공실의 벽으로부터 전기적으로 절연된다. 전기 도전성 밀봉부는 물체와 진공실의 벽간에 위치되고 베이스상에 지지된다. 플라즈마 소스는 물체의 부근에서 플라즈마를 생성하기 위해 위치되고 전압 소스는 전기적인 전압을 베이스와 진공실의 벽과 관련있는 밀봉부로 인가한다.
플라즈마는 밀봉부와 주입되는 물체간의 공간에 존재한다. 2차 전자는 주입된 이온에 의해 충돌함에 따라 물체로부터 이 공간으로 방출된다. 밀봉부가 1.0과 같거나 큰 베이스 전위의 양의 배수로 바이어스되면, 이것은 플라즈마로 다시 2차 전자를 반복하여 반사시킬 것이다. 2차 전자의 에너지는 플라즈마내로 점차로 흡수되므로, 다른 소스로부터 플라즈마로 입력하는 보다 적은 에너지가 요구된다. 2차 전자는 밀봉부 또는 진공실에 도달하지 못하여 결과적으로 X선의 방출이 감소된다. 밀봉부가 1.0보다 약간 적은 베이스 전위의 양의 배수로 바이어스될 때, 2차 전자는 한번 중재하는 플라즈마를 통과한 후에 밀봉부 벽에서 흡수된다. 2차 전자가 밀봉부 벽을 치더라도, 이것은 낮은 에너지에서 그렇게 되는 것이고 결과적으로 X선을 발생하지 않는다.
여기에 기술된 장치는 플라즈마 이온 주입의 기술에서 중요한 진보를 제공한다. 안전 위험은 2차 전자에 의한 X선의 생성을 방지하므로써 실딩의 필요에 상응하는 감소에 따라 감소된다. 프로세스 전력 효율은 플라즈마를 가열하기 위해 2차 전자의 에너지를 사용하므로써 개선된다. 본 발명의 다른 특징과 이점은 본 발명의 예의 방식과 원리에 의해 예시되는 첨부 도면을 참조하여, 양호한 실시예의 다음의 상세한 설명에 의해 분명해질 것이다.
본 발명은 물체의 플라즈마 이온 주입에 관련하여 사용된다.(여기서 사용된 플라즈마 이온 주입은 이온을 주입하기 위한 플라즈마 프로세스와 또한 그외에 실딩이 요구되는 X선을 생성하는 다른 플라즈마 프로세스를 포함한다.) 제1도는 본 발명에 의해 해결되는 문제의 성질을 도시하기 위해 본 방법을 이용하지 않는 플라즈마 이온 주입 장치(20)의 예시도이다. 장치(20)은 펌프(도시되지 않음)에 의해 진공 선(24)를 통해 펌프되는 진공실(22)을 포함한다. 주입될 이온을 제공하는 가스는 가스 소스(도시되지 않음)로부터 백필(backfill) 선(26)을 통해 도입된다. 본 예에서, 양으로 충전된 이온을 생성하는 질소 같은 가스가 가정된다.
플라즈마 소스(28)은 음극을 포함하고, 이 경우에 진공실(22)의 내부에 필라멘트(30)을 포함한다. 전기 전류는 필라멘트를 가열하기 위해 필라멘트(30)을 통과한다. 플라즈마 소스의 양극은 접지된 진공실(22)의 벽(32)이다. 플라즈마 프로세스되는 물체(34)는 진공실(22)의 내부내에 전기 도전성 베이스(36)상에 지지된다. 물체(34)와 베이스(36)은 진공실(22)의 벽으로부터 전기적으로 절연된다.
플라즈마 소스(28)은 진공실(22)의 내부의 적어도 한부분을 채우는 플라즈마(38)을 생성한다. 백필된 가스는 플라즈마(38) 내에 양 이온을 생성하기 위한 부분적으로 이온화된다. 베이스(36)과 나아가 물체(34)는 전원(40)으로부터 펄스로 전기적으로 음으로 바이어스된다. 플라즈마(38)내의 양 이온은 접지된 벽(32)에 관련있고 나아가 플라즈마 소스(28)과 플라즈마(38)의 양극에 관련있는 약 -50V에서 -300kV까지(-50,000 내지 -300,000V)의 범위로 전형적으로 되는 바이어스 전압에 의해 플라즈마로부터 및 플라즈마 외피(39)를 가로질러, 물체(34)안으로 가속된다. 종래의 프로세스에서, 플라즈마 외피(39)는 물체(34) 주위에서만 발생된다.
바이어스 전압으로 가속되는 이온은 물체(34)내에 구동되고 물체의 표면의 성질, 주입되는 이온의 형태 및 주입 전압에 의존하는 양만큼 그 표면으로 주입된다. 주입된 이온이 물체(34)의 물질에 상호작용함에 따라, 전자는 생성되어 물체(34)로부터 방출된다. 2차 전자라 명명된 이 전자는 참조 번호(42)로 표시된다. 각 주입된 이온은 주입된 이온의 형태, 사용된 주입 전압 및 주입되는 물질에 따라 1-10개의 2차전자를 전형적으로 생성한다.
적어도 몇 개의 2차 전자(42)는 물체(34)에서 나가 진공실(22)의 내부를 통해 진행하며 그 벽(32)를 친다. 2차 전자(42)의 매우 작은 에너지는 플라즈마(38)에 의해 흡수된다. 2차 전자(42)가 벽(32)를 칠 때, 그 에너지는 흡수되고 X선(44)가 생성된다.
X선(44)는 모든 방향으로 방출되고, 적어도 몇 개의 X선(44)는 진공실에서 나가 외부로 진행한다. X선(44)는 인간에게 해가되고, 가까이에 위치한 민감한 전기 장치를 손상시킬 수 있다. 그러므로, 리드, 콘크리트, 어스, 등이 될 수도 있는 연장된 실딩(46)으로 진공실(22)를 싸는 것이 필요하다. 실딩(46)은 진공실(22)로부터 분리될 수 있거나, 또는 이것은 진공실 벽의 외부상에 직접 배치될 수도 있다. 리드 실딩이 사용되면, 리드 실딩의 두께는 사용되는 주입 전압과 결과인 2차 전자 전류 밀도에 의존한다. 전형적인 예에서, 전원(40)에 의해 인가된 전원 펄스를 가속하는 100kV에서, 500A의 펄스당 피크 2차 전자 전류는 3피트×5피트 스테인레스 강 물체 안으로 주입되는 질소 이온에 대해 얻어진다. 생성되는 X선을 차폐하기위해, 약 0.25인치(0.64cm)의 리드의 두께는 리드 실딩이 진공실의 외부로 직접 인가될 때 요구된다. 높은 가속 전위는 훨씬 더 두꺼운 실딩을 요구한다. 지름이 4피트이고 길이가 8피트보다 큰 대규모 진공실을 위해, 실(22)의 모든 소자 주위에 이러한 리드 실드를 제공하는 것은 불리하다.
2차 전자(42)의 생성과 X선(44)로 이것의 에너지를 변환하는 것은 또한 많은 전력을 소모한다. 이런 메카니즘의 모든 전력 손실은 플라즈마의 이온 주입 또는 생성에 도움이 되지 않기 때문에 프로세스를 낭비한다. 이 손실 메카니즘은 플라즈마 이온 주입 프로세스의 과도한 비효율을 가져다 준다.
제2도는 본 발명에 따른 플라즈마 이온 주입 장치(50)의 하나의 실시예를 나타낸다. 장치(50)은 펌프(도시되지 않음)에 의해 진공선(54)를 통해 펌프되는 진공실(52)를 포함한다. 주입될 이온을 제공하는 가스는 가스 소스(도시되지 않음)로부터 백필 선(56)을 통해 도입된다. 본 예에서, 양으로 충전되는 이온을 생성하는 질소 같은 가스가 가정된다.
떨어진 플라즈마 소스(58)이 이용된다. 떨어진 플라즈마 소스(58)은 진공실(52)의 연장(62)에 위치되는 음극 필라멘트(60)을 포함한다. 전기 전류는 필라멘트를 가열하기 위해 필라멘트(60)을 통과한다. 원통형의, 전기적 도전성 양극(64)는 연장(62)내에 지지되고 진공실의 내부에서 외부로 연장한다. 양극(64)는 진공실(52)의 벽(66)으로부터 전기적으로 절연되지만, 양호하게는 벽(66)에서처럼 접지 전기 전위로 유지된다. 떨어진 플라즈마 소스(58)은 양극(64)의 원통형 볼륨내에서 플라즈마(68)을 생성한다.
주입될 물체(70)은 진공실(52)의 내부에 전기 도전성 베이스(72)상에 지지된다. 전기 도전성 밀봉부(74)는 물체(70)과 진공실(52)의 벽(66)간의 물체(70) 주위에 위치된다. 제2도에 예시된 실시예에서, 밀봉부(74)는 베이스(72)상에 놓인다. 그러므로 물체(70)은 아래의 베이스(72)와 옆과 위의 밀봉부(74)에 의해 완전히 밀폐된다. 밀봉부의 존재는 이온 주입이 발생하는 표면적을 증가시키고 차례로 물체(70)의 이온 주입이 완료되는 것을 요구하는 시간이 증가한다. 밀봉부의 표면적은 밀봉부 벽상에 주입될 물체를 배치하거나 장착하는 것에 의해 가장 효과적으로 사용될 수 있다.
떨어진 플라즈마 소스(58)의 양극(64)는 밀봉부(74)내의 애퍼추어(76)을 통해 연장하여, 밀봉부의 내부를 채우기 위해 플라즈마(68)을 위한 경로를 제공한다. 양극(64)의 내부 볼륨안에 생성되는 플라즈마(68)은 밀봉부(74)의 내부 볼륨의 적어도 한 부분에서 양극(64)의 외부로 연장한다. 플라즈마(68)은 물체(70)을 둘러싼다.
백필 된 가스는 플라즈마(68)내에 양 이온을 생성하기 위해 부분적으로 이온화된다. 베이스(72), 물체(70), 및 밀봉부(74)는 전원(78)으로부터 펄스에 전기적으로 음으로 바이어스된다. 플라즈마(68)내의 양 이온은 플라즈마 소스(58)의 접지된 양극(64)에 관련있는 따라서 플라즈마(68)에 관련된 약 -50에서 -300kV의 범위에 전형적으로 있는 이 바이어스 전압에 의해 플라즈마(68)에서 물체(70)으로 가속된다.
이 바이어스 전압으로 가속되는 이온은 물체(70)뿐만아니라 밀봉부(74)의 벽으로 구동되고 표면의 성질, 주입되는 이온의 형태, 및 주입 전압에 따른 양만큼 표면으로 주입된다. 주입된 이온이 물체(70)의 물질과 밀봉부(74)의 벽에 상호작용함에 따라, 2차 전자(80)은 생성되어 물체(70)과 밀봉부(74)의 벽으로부터 방출된다. 각 주입된 이온은 1-10개의 2차 전자를 생성할 수도 있다.
밀봉부(74)는 베이스(72)와 물체(70)과 같은 바이어스 전압과 파장에 전기적으로 바이어스된다. 제3도는 이 방법으로 밀봉부(74)를 바이어스하는 유용한 효과를 예시한다. 물체(70)과 밀봉부(74)의 벽으로부터 방출된 2차 전자(80)은 플라즈마(68)을 통해 진행되지만, 밀봉부(74)의 전기적인 전위에 의해 반발된다. 그러므로 2차 전자(80)은 밀봉부(74)의 물질로 들어가지 않고, X선을 생성할 수 없으며, X선을 생성하도록 진공실(22)의 벽(66)에 도달할 수 없다. 그러므로 X선 생성은 전체적으로 크게 감소되거나 제거된다. 그러므로 외부 실딩은 또한 전체적으로 크게 감소되거나 소거될 수 있다.
밀봉부(74) 또는 벽(66)의 물질로 들어가는 것 대신에, 2차 전자(80)은 참조번호(82)로 표시되는 것처럼 반발된다. 리바운드되는 2차 전자는 매시간 밀봉부(74), 물체(70) 또는 베이스(72)의 정전 전위에 의해 반발될 때마다 여러번 빌봉부(74)에 충돌할 수 있다. 2차 전자의 많은 리바운드는 제1도에 예시된것처럼 종래의 PII프로세스에서 일방으로 가로지르는 것에 비교하여, 플라즈마(68)와 상호반응의 가능성을 상당히 증가시킨다. 전자의 여러번의 리바운드는 2차 전자로부터 플라즈마(68)로 2차 전자의 에너지를 전달하도록 한다. 충분한 많은 리바운드후에, 2차 전자의 에너지는 낮은 레벨로 감쇠된다. 밀봉부(74)는 에너지가 플라즈마로 2차 전자로부터 잔달되도록 플라즈마를 통해 2차 전자의 진행 경로 길이를 효과적으로 늘려준다. 이 에너지는 플라즈마(68)을 유지하기 위해 적은 에너지가 다른 소스로부터 요구되도록 플라즈마를 에너지화하여 전달한다.
결과는 장치(50)의 개선된 효율이다. 본 방법은 2차 전자의 생성을 억제하고자 시도한 것은 아니다. 이러한 시도는 주입 처리에 악 영향을 줄 수 있는 장치(50)의 동작 파라메터의 변화를 요구할 수 있다. 대신에, 본 방법은 양호한 주입 프로세스의 일부로써 2차 전자의 생성을 허용하고 이러한 2차 전자 생성의 역효과(전력 손실과 X선 생성)을 억제한다.
밀봉부(74)를 치는 이온은 또한 2차 전자를 생성한다. 2차 전자는 밀봉부(74), 베이스(72) 및 주입되는 물체(70)의 다른 영역으로부터 반복적으로 반사된다. 2차 전자는 차례로 X선 생성을 발생시키는 플라즈마 소스(58)의 양극(64)를 치는 작은 가능성을 갖는다. X선 생성의 정도와 임의의 결과적인 X선의 에너지는 탄소 같은 낮은 Z 물질로부터 양극을 형성하고, 양극의 영역 주위에 충분히 강한 자기장을 생성하거나 양극 주위에 리드 실딩을 배치하는 것에 의해 감소될 수 있다.
낮은 Z물질의 사용, X선스펙트럼의 유효 평균 에너지는 감소된다. 자기장은 이것이 플라즈마 소스(58) 근처의 영역으로 접근함에 따라 프로세스에서 생성된 에너지 2차 전자를 돌리고 반사하는 반면에, 낮은 에너지 플라즈마 생성을 상당히 억제하지 않는다. 플라즈마 소스(진공실의 외부) 주위에 배치된 리드 실딩은 거기에 생성된 대부분의 X선을 흡수한다.
제4도는 본 발명을 이용하기 위한 장치(50')의 다른 실시예를 나타낸다. 장치(50')의 대부분의 구조적인 특징은 제2도의 장치(50)과 같고 이들 특징은 번호에 첨가되는 프라임(')을 제외하고 제2도와 같은 번호로 할당된다. 대응하는 상기 설명이 여기서 구체화된다.
장치(50')는 밀봉부(74')가 절연체(90)에 의해 베이스(72')로부터 전기적으로 절연되는 점에서 장치(50)과 다르다. 베이스(72')와 물체(70')는 제1 바이어스 수단에 의해, 이 경우에 제1 전원(92)에 의해 양극(64')와 벽(66')에 관련있는 음 전위로 전기적으로 바이어스된다. 밀봉부(74')는 제2 바이어스 수단에 의해 이 경우에 제2 전원(94)에 의해 양극(64')와 벽(66')에 관련있는 다른 음의 전위로 전기적으로 바이어스된다. 이 장치(50')는 밀봉부(74)가 주입되는 물체(70')와 다른 전압, 전압 타이밍, 및/ 또는 전압 파형에 바이어스되는 것을 허용한다.
이후의 예들은 본 발명에 관하여 예시되는 것이 선택되었지만, 본 발명을 이에 제한 하고자 하는 것은 아니다.
[예 1]
본 발명은 제2도에 나타내는 것처럼 장치(50)을 사용하여 실행되었다. 이 장치(50)에서, 진공실(52)는 4피트의 내부 지름과 8피트의 길이를 갖는 일반적으로 원통형이다. 백필된 가스는 질소이었다. 전원(78)은 200Hz 펄스 열을 전달하고, 각 펄스는 주기가 약 10μsec가 된다. 밀봉부, 베이스 및 진공실 벽은 같은 스테인레스 강 물질로 되었다. 밀봉부(74)는 진공실의 벽의 내부로부터 적어도 약 3인치(7.62cm)의 유격을 가졌다. 밀봉부(74)는 진공실(52) 안으로 배치될 수 있고 상기 논의된 방법으로 사용될 수 있거나, 이것은 존재의 효과를 결정하기 위해 제거될 수 있다. 진공실은 0.25인치(0.64cm)의 두께의 리드로 실드된다. 진공실 벽을 통한 관찰 점이 이용가능하다.
제1 셋트의 검사에서, 주입 전압은 50kV이었고 전원(78)에 의해 제공되는 전체 전류는 20mA이었다. 밀봉부(74)가 존재하지 않을 때, 실드되지 않은 관찰점의 외부에 위치된 X선 자외선계는 정상 상태에서 시간당 20mrem을 읽었다. 밀봉부가 표시된 방법으로 같은 동작 조건으로 사용되었을 때, 읽은 자외선계는 시간당 1mrem 미만으로 감소되었다.
제2세트의 검사에서, 주입 전압은 75kV이었고 전원(78)에 의해 제공되는 전체 전류는 15mA이었다. 밀봉부(74)가 존재하지 않을 때, 자외선계는 정상 상태에서 시간당 85mrem을 읽는다. 밀봉부가 같은 동작 조건으로 사용되었을 때, 읽은 자외선계는 정상 상태에서 시간당 20mrem로 감소되었다.
각 경우에서, 밀봉부의 존재는 X선의 생성을 상당히 감소 또는 제거하였다.
[예 2]
제1에서 논의된 작업동안, 스테인레스 강 검사 쿠폰은 베이스(72)에 배치된 물체(70)으로서 사용되었다. 질소 이온은 제 위치에 있는 밀봉부에서 1시간동안 50kV 가속하는 전위로 주입되었다. X선 방사선 측정은 예1의 부분이 이 기간동안 수행된다고 보고되었다. 주입의 결과에서, 쿠폰은 제거되고 평방 cm당 이온에서 전체 질서 주입 조사량에 대해 2차 이온 질량 분광학(SIMS)에 의해 분석되었다. 실제 조사량은 평방 cm당 1.0×1017이 되도록 결정되었다. 기대되는 조사량은 또한 밀봉부의 부재시 시스템에 경험을 기본으로, 평방 cm당 1.0×1017이 되도록 예측되었다. 예측된 조사량은 실제 조사량에 일치되고, 밀봉부의 존재의 표시는 이온 주입에 악 영향을 주었다는 것을 알 수 있다.
[예 3]
예1에서 기술된 작업의 부분으로서, 밀봉부의 내부 벽은 주입이 각 경우에서 완료된 후에 연구되었다. 이것은 밀봉부로 질소 이온의 균일한 주입으로 인해 균일하게 변색되는 것으로 판명되었다. 밀봉부가 물체(70)과 같은 방법으로 바이어스되기 때문에, 주입이 밀봉부 벽 뿐만아니라 주입되는 물체 안으로 발생되는 것이 기대된다. 밀봉부는 차제적으로 손상되지 않고, 여러번 재사용될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 예의 목적으로 상세하게 기술되었으나, 본 발명의 원리 및 비경을 벗어나지 않고서 본 발명을 여러 가지로 변형시킬 수도 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위에 의해 한정된다.

Claims (12)

  1. 물체에 플라즈마 이온을 주입하기 위한 플라즈마 이온 주입 장치에 있어서, 진공실의 벽내에 상기 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실, 상기 물체의 부근에 플라즈마를 생성하기 위해 위치되고, 플라즈마 소스 음극과 선택된 플라즈마 소스 양극 전위에서 동작하는 플라즈마 소스 양극을 갖는 플라즈마 소스, 상기 물체와 상기 진공실의 벽간에 위치되고 전기 도전성 물질로 이루어진 밀봉부, 상기 플라즈마 소스 양극 전위에 관련있는 물체 전위로 상기 물체를 전기적으로 바이어스하기 위한 제1 전기 바이어스 수단, 및 상기 물체 전위의 양의 배수인 밀봉부 전위로 상기 밀봉부를 전기적으로 바이어스하기 위한 제2전기 바이어스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공실의 벽에 고정된 전기 접지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밀봉부가 물체와 전기적으로 통하고, 상기 제1전기 바이어스 수단과 제2전기 바이어스 수단이 단일 전원에서 실시되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  4. 물체에 플라즈마 이온을 주입하기 위한 플라즈마 이온 주입 장치에 있어서, 진공실의 벽내에 상기 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실, 상기 물체의 부근에 플라즈마를 생성하기 위해 위치한 플라즈마 소스, 플라즈마로부터 이온을 주입시키도록 상기 물체를 전기적으로 바이어스하기 위한 수단, 및 상기 물체에 의해 방출된 2차 전자가 상기 진공실의 벽에 도달하는 것을 방지하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 진공실의 벽에 고정된 전기 접지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 방지하기 위한 수단이 상기 물체와 진공실의 벽간에 배치되는 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 방지하기 위한 수단이 상기 물체와 진공실의 벽간에 놓이고 상기 진공실의 벽의 전위와 다른 전기 전위로 전기적으로 바이어스되는 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밀봉부가 상기 물체와 같은 전기 전위로 바이어스되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주임 장치.
  9. 물체에 플라즈마 이온을 주입하기 위한 플라즈마 이온 주입 장치에 있어서, 진공실 벽내에 상기 물체를 수용하기 위해 적용되는 진공실, 상기 물체가 그 위에 지지되고, 상기 진공실의 벽으로부터 전기적으로 절연된 전기 도전성 베이스, 상기 물체와 진공실의 벽간에 위치되고 상기 베이스상에 지지되며, 전기 도전성 물질로 이루어진 밀봉부, 상기 물체의 부근에 플라즈마를 생성하기 위해 위치되는 플라즈마 소스, 및 상기 진공실의 벽에 관련있는 베이스와 밀봉부로 음의 전기 전압을 인가하는 전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 진공실의 벽에 고정된 전기 접지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 소스가 플라즈마 소스 음극, 및 선택된 플라즈마 소스 양극 전위에서 동작하는 플라즈마 소스 양극을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
  12. 제11항에 있어서, 선택된 플라즈마 소스 양극 전위가 상기 진공실의 벽의 전위와 같은 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 주입 장치.
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