JP3333717B2 - 導電性中空体の内部表面へのイオン注入法 - Google Patents
導電性中空体の内部表面へのイオン注入法Info
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- Plasma Technology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマ雰囲気
のイオンを中空体の内部表面に注入させて、中空体の内
部表面の表層改質を図る導電性中空体の内部表面へのイ
オン注入法に関するものである。
のイオンを中空体の内部表面に注入させて、中空体の内
部表面の表層改質を図る導電性中空体の内部表面へのイ
オン注入法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入法は、数１０ｋｅＶ〜ＭｅＶ
に加速した粒子（イオン）を固体に照射し、固体内部に
打ち込む技術である。イオンは、固体表面原子をスパッ
タリング効果によって弾き飛ばす作用もあるが、多くは
固体内部につきささる。このような大きな運動エネルギ
ーを持ったイオンが固体表面に衝突し侵入する際に、様
々な物理的現象及び化学的現象が起こり、これを利用し
て固体表面の表層改質を図ることができるのが知られて
いる。
に加速した粒子（イオン）を固体に照射し、固体内部に
打ち込む技術である。イオンは、固体表面原子をスパッ
タリング効果によって弾き飛ばす作用もあるが、多くは
固体内部につきささる。このような大きな運動エネルギ
ーを持ったイオンが固体表面に衝突し侵入する際に、様
々な物理的現象及び化学的現象が起こり、これを利用し
て固体表面の表層改質を図ることができるのが知られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体の外部
表面にイオンを垂直に注入させることは容易であるが、
中空体の内部表面にイオンを注入させる場合、イオンは
直進性を有するため、特に、中空体の内径に対してその
長さが長いときには、イオンを中空体の内部表面に垂直
に注入させることが困難となり、また、図４に図示する
ように、イオンを中空体２の内部表面２ａに対して傾斜
角度を有して注入させると、イオンは固体表面原子をス
パッタリング効果によって弾き飛ばして、固体内部に注
入させることができず、このため、中空体の内部表面に
イオンを注入させるのは困難であった。
表面にイオンを垂直に注入させることは容易であるが、
中空体の内部表面にイオンを注入させる場合、イオンは
直進性を有するため、特に、中空体の内径に対してその
長さが長いときには、イオンを中空体の内部表面に垂直
に注入させることが困難となり、また、図４に図示する
ように、イオンを中空体２の内部表面２ａに対して傾斜
角度を有して注入させると、イオンは固体表面原子をス
パッタリング効果によって弾き飛ばして、固体内部に注
入させることができず、このため、中空体の内部表面に
イオンを注入させるのは困難であった。
【０００４】この発明は、上記のような課題に鑑み、そ
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、注入が困難であった中空体の内部表面
に垂直にイオンを注入させて、中空体の内部表面の表層
改質を図ることのできる導電性中空体の内部表面へのイ
オン注入法を提供することにある。
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、注入が困難であった中空体の内部表面
に垂直にイオンを注入させて、中空体の内部表面の表層
改質を図ることのできる導電性中空体の内部表面へのイ
オン注入法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、この発明は、プラズマ発生器の先端側に、絶縁筒
体を介して非接触状態でしかも放電しない距離に離し
て、導電性の中空体の一端側を取り付け、プラズマ発生
器で発生したプラズマを中空体の内部に導入し、導電性
の中空体の内部をプラズマ雰囲気にし、接地電位に対し
てマイナスの電圧をかけて中空体をマイナスの電位状態
にして、プラズマ雰囲気のイオンを中空体の内部表面に
注入させる手段よりなるものである。
めに、この発明は、プラズマ発生器の先端側に、絶縁筒
体を介して非接触状態でしかも放電しない距離に離し
て、導電性の中空体の一端側を取り付け、プラズマ発生
器で発生したプラズマを中空体の内部に導入し、導電性
の中空体の内部をプラズマ雰囲気にし、接地電位に対し
てマイナスの電圧をかけて中空体をマイナスの電位状態
にして、プラズマ雰囲気のイオンを中空体の内部表面に
注入させる手段よりなるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に記載の発明の実施の
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。こ
こで、図１はイオン注入装置の概略図である。
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。こ
こで、図１はイオン注入装置の概略図である。
【０００７】図において、イオン注入装置１は、導電性
の中空体２の内部表面２ａにイオンを垂直に注入させる
装置で、真空状態となる密閉容器３、密閉容器３の内部
に先端側が挿入されたプラズマ発生器４、密閉容器３の
内部の空気を排出して真空状態にする真空ポンプ５、及
び接地電位に対してマイナスの電圧をかけて中空体２を
マイナスの電位状態にパルス高電圧電源６などから構成
されている。
の中空体２の内部表面２ａにイオンを垂直に注入させる
装置で、真空状態となる密閉容器３、密閉容器３の内部
に先端側が挿入されたプラズマ発生器４、密閉容器３の
内部の空気を排出して真空状態にする真空ポンプ５、及
び接地電位に対してマイナスの電圧をかけて中空体２を
マイナスの電位状態にパルス高電圧電源６などから構成
されている。
【０００８】密閉容器３は、内部の空気を排出して真空
状態にして、内部でプラズマが発生する環境を造り出す
場所であり、密閉容器３の内部には、イオンがその内部
表面２ａに注入される導電性の中空体２が配置され、又
プラズマ発生器４の先端側が挿入されている。更に、密
閉容器３には内部の空気を排出して真空状態にするため
の空気排出路３ａが接続されており、この空気排出路３
ａの他端側には真空ポンプ５が接続されている。
状態にして、内部でプラズマが発生する環境を造り出す
場所であり、密閉容器３の内部には、イオンがその内部
表面２ａに注入される導電性の中空体２が配置され、又
プラズマ発生器４の先端側が挿入されている。更に、密
閉容器３には内部の空気を排出して真空状態にするため
の空気排出路３ａが接続されており、この空気排出路３
ａの他端側には真空ポンプ５が接続されている。
【０００９】プラズマ発生器４は、例えばマイクロ波Ｅ
ＣＲ（電子サイクロトン共鳴）放電によりプラズマを発
生させる機構になっている。マイクロ波ＥＣＲ放電に
は、パルス駆動可能な発振周波数例えば２．４５ＧＨ
ｚ、最大出力例えば３ｋｗのマイクロ波電源が使用され
る。また、プラズマ発生用原料ガスとしては例えば窒素
（Ｎ2 ）ガスが使用される。
ＣＲ（電子サイクロトン共鳴）放電によりプラズマを発
生させる機構になっている。マイクロ波ＥＣＲ放電に
は、パルス駆動可能な発振周波数例えば２．４５ＧＨ
ｚ、最大出力例えば３ｋｗのマイクロ波電源が使用され
る。また、プラズマ発生用原料ガスとしては例えば窒素
（Ｎ2 ）ガスが使用される。
【００１０】パルス高電圧電源６は、例えば、電圧−２
０ｋＶ、周波数１００Ｈｚ、パルスオン時間４０μｓの
パルス電圧を導電性の中空体２に印加するものであり、
通常の電圧に比べて、少ない電気エネルギーで大きな電
圧を得ることができる。
０ｋＶ、周波数１００Ｈｚ、パルスオン時間４０μｓの
パルス電圧を導電性の中空体２に印加するものであり、
通常の電圧に比べて、少ない電気エネルギーで大きな電
圧を得ることができる。
【００１１】導電性の中空体２は両端の少なくとも一方
が開口されている。中空体２には例えば細長な導電性の
筒体などが使用され、中空体２はその一端側が絶縁筒体
７を介してプラズマ発生器４に間接的に取付けられてい
る。即ち、中空体２の一端側はプラズマ発生器４と非接
触状態にあり、中空体２の一端とプラズマ発生器４とは
放電しない距離だけ絶縁筒体７によって離されている。
が開口されている。中空体２には例えば細長な導電性の
筒体などが使用され、中空体２はその一端側が絶縁筒体
７を介してプラズマ発生器４に間接的に取付けられてい
る。即ち、中空体２の一端側はプラズマ発生器４と非接
触状態にあり、中空体２の一端とプラズマ発生器４とは
放電しない距離だけ絶縁筒体７によって離されている。
【００１２】絶縁筒体７はプラズマ発生器４で発生した
プラズマの全てを中空体２の内部に導入させる機能を果
たすもので、絶縁筒体７の両端は開口されている。絶縁
筒体７の開口された一端には、プラズマ発生器４の先端
が一部挿入されて接続されている。また、プラズマ発生
器４の先端が挿入される側の反対側となる絶縁筒体７の
開口された他端には、中空体２の一端側が一部挿入され
て接続されている。
プラズマの全てを中空体２の内部に導入させる機能を果
たすもので、絶縁筒体７の両端は開口されている。絶縁
筒体７の開口された一端には、プラズマ発生器４の先端
が一部挿入されて接続されている。また、プラズマ発生
器４の先端が挿入される側の反対側となる絶縁筒体７の
開口された他端には、中空体２の一端側が一部挿入され
て接続されている。
【００１３】次に、上記発明の実施の形態の構成に基づ
くイオンの注入方法について以下説明する。密閉容器３
に導電性の中空体２を入れ、中空体２の一端を絶縁筒体
７の一端に挿入して接続する。中空体２の一端が接続さ
れた絶縁筒体７の他端にプラズマ発生器４の先端側を挿
入して接続する。この場合、中空体２の一端とプラズマ
発生器４の先端側とは、非接触状態でしかも放電しない
距離に離してそれぞれ絶縁筒体７の両端側に接続する。
くイオンの注入方法について以下説明する。密閉容器３
に導電性の中空体２を入れ、中空体２の一端を絶縁筒体
７の一端に挿入して接続する。中空体２の一端が接続さ
れた絶縁筒体７の他端にプラズマ発生器４の先端側を挿
入して接続する。この場合、中空体２の一端とプラズマ
発生器４の先端側とは、非接触状態でしかも放電しない
距離に離してそれぞれ絶縁筒体７の両端側に接続する。
【００１４】その後、真空ポンプ５を作動して、密閉容
器３の空気を排出する。密閉容器３の内部の空気は真空
ポンプ５の作動により空気排出路３ａから排出されて内
部は真空状態になる。真空状態としては例えば１０-2パ
スカルの真空度である。
器３の空気を排出する。密閉容器３の内部の空気は真空
ポンプ５の作動により空気排出路３ａから排出されて内
部は真空状態になる。真空状態としては例えば１０-2パ
スカルの真空度である。
【００１５】密閉容器３を真空状態にした後、プラズマ
発生器４に所定のガス、例えば窒素ガスを導入して、プ
ラズマ発生器４を作動させると、窒素プラズマが発生す
る。発生した窒素プラズマはプラズマ発生器４の先端か
ら絶縁筒体７の内部を通って中空体２の内部に入り、中
空体２の内部は窒素プラズマ雰囲気になる。
発生器４に所定のガス、例えば窒素ガスを導入して、プ
ラズマ発生器４を作動させると、窒素プラズマが発生す
る。発生した窒素プラズマはプラズマ発生器４の先端か
ら絶縁筒体７の内部を通って中空体２の内部に入り、中
空体２の内部は窒素プラズマ雰囲気になる。
【００１６】そして、導電性の中空体２の内部が窒素プ
ラズマ雰囲気になった後、パルス高電圧電源６により、
接地電位に対してマイナスの電圧をかけて中空体２をマ
イナスの電位状態にする。
ラズマ雰囲気になった後、パルス高電圧電源６により、
接地電位に対してマイナスの電圧をかけて中空体２をマ
イナスの電位状態にする。
【００１７】中空体２がマイナスの電位状態になると、
中空体２の内部の窒素プラズマ雰囲気からプラスの電位
状態のイオンは、マイナスの電位状態の中空体２の内部
表面２ａに吸引加速され、運動エネルギーを持ち中空体
２の内部表面２ａに衝突して、内部表面２ａに垂直にイ
オンが注入される（図２（Ａ）（Ｂ）参照）。
中空体２の内部の窒素プラズマ雰囲気からプラスの電位
状態のイオンは、マイナスの電位状態の中空体２の内部
表面２ａに吸引加速され、運動エネルギーを持ち中空体
２の内部表面２ａに衝突して、内部表面２ａに垂直にイ
オンが注入される（図２（Ａ）（Ｂ）参照）。
【００１８】パルス高電圧電源６により導電性の中空体
２にパルス電圧が印加されている間は、イオンが中空体
２の内部表面２ａに吸引加速され、一方、電子は中空体
２から遠ざかり密閉容器３の内壁面に衝突する。このた
め、シースエッジは時間とともに拡がっていき、中性プ
ラズマ部は空間電荷槽（シース）へのイオンの供給源と
なる。
２にパルス電圧が印加されている間は、イオンが中空体
２の内部表面２ａに吸引加速され、一方、電子は中空体
２から遠ざかり密閉容器３の内壁面に衝突する。このた
め、シースエッジは時間とともに拡がっていき、中性プ
ラズマ部は空間電荷槽（シース）へのイオンの供給源と
なる。
【００１９】中空体２の内部表面２ａにイオンが垂直に
注入されることにより、中空体２の内部表面２ａの表層
改質を図ることができる。
注入されることにより、中空体２の内部表面２ａの表層
改質を図ることができる。
【００２０】
〔実験条件〕実験は、図３（Ｘ）に示すように、長さが
１６０mm、内径35mmφのステンレスチューブからなる中
空体２を使用した。このときパルス高電圧電源６は、マ
イナス２０ｋＶ、１００Ｈｚ、４０μｓ、３０ｍｉｎで
ある。
１６０mm、内径35mmφのステンレスチューブからなる中
空体２を使用した。このときパルス高電圧電源６は、マ
イナス２０ｋＶ、１００Ｈｚ、４０μｓ、３０ｍｉｎで
ある。
【００２１】〔実験結果〕図３（Ｙ）より、中空体２
は、絶縁筒体７寄りのプラズマ発生器４に一番近いほど
（Ａ点）、注入された窒素濃度は高くなる傾向にある
が、中空体２の内部すべてにイオンが注入されているこ
とがわかる。
は、絶縁筒体７寄りのプラズマ発生器４に一番近いほど
（Ａ点）、注入された窒素濃度は高くなる傾向にある
が、中空体２の内部すべてにイオンが注入されているこ
とがわかる。
【００２２】なお、この発明は上記発明の実施の形態に
限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない
範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。
限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない
範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】以上の記載より明らかなように、この発
明に係る導電性中空体の内部表面へのイオン注入法によ
れば、プラズマ発生器の先端側に、絶縁筒体を介して非
接触状態でしかも放電しない距離に離して、導電性の中
空体の一端側を取り付け、プラズマ発生器で発生したプ
ラズマを中空体の内部に導入し、導電性の中空体の内部
をプラズマ雰囲気にし、接地電位に対してマイナスの電
圧をかけて中空体をマイナスの電位状態にし、プラズマ
雰囲気のイオンを中空体の内部表面に注入させることに
より、これまで注入が困難であった中空体の内部表面に
プラズマ雰囲気のイオンを垂直に注入させることがで
き、これを利用して中空体の内部表面の表層改質を図る
ことができる。
明に係る導電性中空体の内部表面へのイオン注入法によ
れば、プラズマ発生器の先端側に、絶縁筒体を介して非
接触状態でしかも放電しない距離に離して、導電性の中
空体の一端側を取り付け、プラズマ発生器で発生したプ
ラズマを中空体の内部に導入し、導電性の中空体の内部
をプラズマ雰囲気にし、接地電位に対してマイナスの電
圧をかけて中空体をマイナスの電位状態にし、プラズマ
雰囲気のイオンを中空体の内部表面に注入させることに
より、これまで注入が困難であった中空体の内部表面に
プラズマ雰囲気のイオンを垂直に注入させることがで
き、これを利用して中空体の内部表面の表層改質を図る
ことができる。
【図１】この発明の実施の形態を示すイオン注入装置の
概略図である。
概略図である。
【図２】（Ａ）はこの発明の実施の形態を示す中空体の
内部表面にイオンが注入される概念を示す断面図であ
る。（Ｂ）はこの発明の実施の形態を示す中空体の内部
表面にイオンが注入される概念を示す側断面図である。
内部表面にイオンが注入される概念を示す断面図であ
る。（Ｂ）はこの発明の実施の形態を示す中空体の内部
表面にイオンが注入される概念を示す側断面図である。
【図３】（Ｘ）は実験したステンレスチューブ（中空
体）の寸法サイズ、高電圧パルスの条件を示す実験概要
図である。（Ｙ）は図３（Ｘ）のステンレスチューブ
（中空体）の寸法サイズによる内部表面の所定位置
（Ａ，Ｂ，Ｃ）における、オージェ電子分析により測定
したチューブ内表面（中空体の内部表面）に注入された
窒素の濃度分布図である。
体）の寸法サイズ、高電圧パルスの条件を示す実験概要
図である。（Ｙ）は図３（Ｘ）のステンレスチューブ
（中空体）の寸法サイズによる内部表面の所定位置
（Ａ，Ｂ，Ｃ）における、オージェ電子分析により測定
したチューブ内表面（中空体の内部表面）に注入された
窒素の濃度分布図である。
【図４】従来説明図である。
１ イオン注入装置 ２ 中空体 ２ａ 内部表面 ３ 密閉容器 ３ａ 空気排出路 ４ プラズマ発生器 ５ 真空ポンプ ６ パルス高電圧電源 ７ 絶縁筒体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−128994（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−251742（ＪＰ，Ａ) Ｍｎ ＳＵＮ，ｅｔ．ａｌ，Ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎｎｅｒ ｓｕｒ ｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｃｅ ｉｏ ｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，Ｊ．Ｖ ａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，ｖ ｏｌ．14，ｎｏ．２，ｐ．367−369 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/48 H05H 1/46 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 プラズマ発生器の先端側に、絶縁筒体を
介して非接触状態でしかも放電しない距離に離して、導
電性の中空体の一端側を取り付け、プラズマ発生器で発
生したプラズマを中空体の内部に導入し、導電性の中空
体の内部をプラズマ雰囲気にし、接地電位に対してマイ
ナスの電圧をかけて中空体をマイナスの電位状態にし
て、プラズマ雰囲気のイオンを中空体の内部表面に注入
させることを特徴とする導電性中空体の内部表面へのイ
オン注入法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088697A JP3333717B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 導電性中空体の内部表面へのイオン注入法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088697A JP3333717B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 導電性中空体の内部表面へのイオン注入法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150251A JPH1150251A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3333717B2 true JP3333717B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=16758086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22088697A Expired - Fee Related JP3333717B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 導電性中空体の内部表面へのイオン注入法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333717B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3952695B2 (ja) * | 2000-05-26 | 2007-08-01 | 学校法人金沢工業大学 | 高分子化合物製容器の表面改質方法とその装置 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP22088697A patent/JP3333717B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｍｎ ＳＵＮ，ｅｔ．ａｌ，Ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎｎｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｌａｓｍａ ｓｏｕｃｅ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．２，ｐ．３６７−３６９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1150251A (ja) | 1999-02-23 |
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