JPH11335832A - イオン注入方法及びイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑で立体形状の基材であっても、イオン注
入を良好に行う。 【解決手段】 複数のアーク式蒸発源１２では、カソー
ド１４とアノード１５間にパルスアーク電圧を印加して
アーク放電を発生させて、プラズマ１６を生成する。各
フィルター１３は、磁場によりプラズマ１６中の金属イ
オン２０のみを引き出して、真空容器１の周囲の面の位
置から基材２に向けて、金属イオン２０を供給する。一
方、ガスプラズマ発生装置２１は、材料ガスのプラズマ
２３を、真空容器１の周囲の面の位置から基材２に向け
て供給する。パルスバイアス電源２４から基材２に、負
のパルスバイアス電圧を印加すると、金属イオン２０及
び材料ガスイオン２７が、基材２に引き込まれて注入さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種回転機械の軸
受けやスライド等の摺動部材、工具等、耐摩耗性を要求
される部材へイオン注入を均一に行うことのできるイオ
ン注入方法及びイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種回転機械の軸受けやスライドなどの
摺動部材、工具等、耐摩耗性を要求される部材等の金属
材料にイオン注入を行うことにより、耐摩耗性、耐食性
等、表面の機械的特性が向上する。

【０００３】この場合、一般的に用いられる従来方法
は、真空中で注入したい元素を含むガスをプラズマ化
し、発生したイオンを、直流高電圧（数１０ｋＶ〜数１
００ｋＶ）をかけた引き出し加速電極を用いて電界によ
り引き出し、加速して、そのイオンをイオンビームとい
う形で、被処理材料に注入するものである。

【０００４】注入したい元素を含むガスが、窒素等、常
温でガス状であり、不活性な場合は良いが、金属等のイ
オン注入を用いるには、充分な圧力の金属蒸気を発生さ
せることや金属プラズマを安定にかつ長時間発生させる
ことが難しい。

【０００５】また、金属の直接の蒸発を用いず、塩化
物、ふっ化物と言った液体及びガス状の化合物を用いた
場合は、その供給は容易となるが、装置の腐食、金属の
電極への付着を招き、メンテナンスを頻繁に行う必要が
あり、長時間の運転が困難である。

【０００６】さらに、この様な方法でイオン注入を行う
場合、平面状の被処理材料であればビームを垂直に入射
させればよいが、立体形状の被処理材料に注入を行うた
めには、ビームに対し被処理材料を回転、並進、揺動の
組み合わさった複雑な動きで、駆動させる必要がある。
従って、注入の被処理材料全面への均一性が得られ難
く、注入処理に長時間を有する。

【０００７】また、先に述べたイオンビームを用いた注
入以外にも、金属薄膜を被覆する装置としては、イオン
プレーティング法が提案されている。この薄膜作製装置
の一例を、図２に示す。

【０００８】図２に示す装置では、真空排気装置（図示
省略）によって真空排気される真空容器１と、その内部
に設けられていて処理しようとする基材２を保持するホ
ルダー３と、この基材２に対向して設置した金属材料４
を収納したハース５を備えている。ホルダー３は、絶縁
体１１により真空容器１から絶縁されている。また真空
容器１内には、図示しないガス源からガス６が導入され
る。

【０００９】金属材料４を収納したハース５の上方に
は、電子ビーム発生装置８が備え付けてある。電子ビー
ム発生装置８から発生した大電流の電子ビーム７を金属
材料４に照射し加熱蒸発させる。

【００１０】ホルダー３およびそれに保持される基材２
には、直流バイアス電源９から、真空容器１に対して負
の直流バイアス電圧が印加される。このバイアス電圧の
大きさは、例えば、数１０Ｖ〜数１０００Ｖ程度であ
る。

【００１１】膜形成に際しては、真空容器１内を排気し
た後に、所要のアルゴン等の希ガス６を導入し、基材２
にバイアス電圧を印加した状態で、電子ビーム発生装置
８より、ハース５上の金属材料４に電子ビーム７を照射
する。そうすると、金属材料４が加熱蒸発させられると
共に、大電流により金属材料４上に生成した図示しない
プラズマにより、蒸発物質１０の一部がイオン化する。
そしてこのイオン化した蒸発物質１０が、負のバイアス
電圧が印加された基材２に引き付けられ堆積成長し、薄
膜が形成する。ガス６が反応ガスの場合は、金属材料４
と反応ガスとが化合した化合物薄膜が形成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２に示すよ
うな従来装置では、金属薄膜の被覆を行うことはできて
も、金属イオン注入を行うことはできない。また何らか
の手段で、ガスイオンを発生させても、そのイオンの注
入も行うことができない。なぜなら、基材２に金属イオ
ン等を注入するためには、前述したバイアス電圧よりも
遙かに大きいバイアス電圧、例えば数１０ｋＶ〜数１０
０ｋＶ程度のバイアス電圧を印加し、イオンを基材２に
向けて加速しなければならない。ところが、この様な直
流高電圧を印加すると瞬時に異常放電が発生し、バイア
ス電源９が停止してしまう。この様な理由により、この
装置でイオン注入を行うことはできない。

【００１３】本発明は、上記従来技術に鑑み、複雑・立
体形状の基材に対し、均一にイオン注入可能であり、し
かも長時間の連続運転が可能である、安価なイオン注入
方法及びイオン注入装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、真空容器内にこの真空容器に対して絶縁状
態で基材を保持し、金属またはその化合物からなるカソ
ードとアノードとの間のアーク放電によってカソード物
質を蒸発させてカソード物質を含む蒸気，パーティクル
及び金属のプラズマを発生させ、前記プラズマ中の金属
イオンのみを磁界により引き出し、この金属イオンを、
前記真空容器の各周囲の面の位置から前記基材に向けて
供給し、材料ガスをプラズマ化して材料ガスのプラズマ
を発生させ、この材料ガスのプラズマを、前記真空容器
の各周囲の面の位置から前記基材に向けて供給し、真空
容器の電位を基準にして負のパルスバイアス電圧や負の
直流バイアス電圧を前記基材に印加することを特徴とす
る。

【００１５】また本発明の構成は、真空容器と、前記真
空容器に対して絶縁状態で基材を前記真空容器内に保持
するホルダーと、金属またはその化合物からなるカソー
ドとアノードとの間のアーク放電によってカソード物質
を蒸発させてカソード物質を含む蒸気，パーティクル及
び金属のプラズマを発生する複数のアーク式蒸発源と、
各アーク式蒸発源と前記真空容器の各面とを連通してお
り、前記プラズマ中の金属イオンのみを磁界により引き
出して通し、この金属イオンを、前記真空容器の各周囲
の面の位置から前記ホルダーに保持された基材に向けて
供給する複数のフィルターと、前記真空容器の各面に連
通状態で取り付けられており、材料ガスをプラズマ化し
て材料ガスのプラズマを、前記真空容器の各周囲の面の
位置から前記ホルダーに保持された基材に向けて供給す
る複数のガスプラズマ発生装置と、前記ホルダーに保持
された基材に対して、真空容器の電位を基準にして負の
パルスバイアス電圧をスイッチの切り替えにより印加す
るパルスバイアス電源と、前記ホルダーに保持された基
材に対して、真空容器の電位を基準にして負の直流バイ
アス電圧をスイッチの切り替えにより印加する直流バイ
アス電源と、を有することを特徴とする。

【００１６】また本発明の構成は、前記パルスバイアス
電源は、負のパルスバイアス電圧が１０ｋＶ以上、４０
０ｋＶ以下であり、パルス幅が１μｓ〜１ｍｓ及び繰返
し周波数が１００Ｈｚ〜１ｋＨｚである電圧を発生する
ことを特徴とする。

【００１７】また本発明の構成は、前記アーク式蒸発源
は、パルスアーク放電電圧を出力するパルスアーク電源
と直流アーク放電電圧を出力する直流アーク電源とを有
すると共に、スイッチングによりパルスアーク放電電圧
と直流アーク放電電圧とを選択的に印加でき、前記パル
スバイアス電源は、前記パルスアーク放電電圧に同期し
ていてしかもそれよりもパルス幅の長い負のパルスバイ
アス電圧を出力することを特徴とする。

【００１８】また本発明の構成は、前記直流バイアス電
圧は、１０Ｖ以上、１ｋＶ以下の負の直流バイアス電圧
を出力することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態にかか
るイオン注入方法及びイオン注入装置を図面に基づき詳
細に説明する。

【００２０】図１は本発明の実施の形態にかかるイオン
注入装置を示す構成図である。このイオン注入装置は、
図示されない真空排気装置によって真空排気される真空
容器１を備えている。この真空容器１内には、処理しよ
うとする基材２を保持するホルダー３が設けられてい
る。このホルダー３は絶縁体１１を介して真空容器１に
支持されている。絶縁体１１は、真空容器１とホルダー
３との間をシールして真空状態を保持する機能と、真空
容器１とホルダー３との間の絶縁を保つ機能を有してい
る。また、このホルダー３には、必要に応じて、回転機
構を設けてもよい。

【００２１】真空容器１には、フィルター１３を介し
て、複数台のアーク式蒸発源１２が、基材２を取り囲む
ように連通状態で取り付けられている。フィルター１３
は、９０°に曲げられた管１３−Ａと、管１３−Ａに巻
かれた磁場発生用コイル１３−Ｂとでなり、磁場発生用
コイル１３−Ｂは図示されない直流電源に接続されてい
る。各フィルター１３の出口は、真空容器１の各面に形
成されており、真空容器１内の基材２に向かって臨んで
いる。

【００２２】図１は装置縦断面図であるが、真空容器１
は直方体であるため、図示はしていないが、実際には、
真空容器１の前面及び背面にもアーク式蒸発源１２及び
フィルター１３が取り付けられている。

【００２３】各アーク式蒸発源１２は、金属またはその
化合物からなるカソード１４を有していて、カソード１
４とアノード１５との間でアーク放電を起こさせて、カ
ソード１４を局所的に溶解させてカソード物質を蒸発さ
せる。その際、各カソード１４の前方に、アーク放電に
よって、カソード物質を含む蒸気，パーティクル及び金
属のプラズマ１６が生成される。

【００２４】このプラズマ１６のうち、蒸気、パーティ
クルの大部分は管１３−Ａの内面に付着するが、プラズ
マ１６中の金属イオン２０のみは管内に発生している磁
界に沿って１０ｅＶ以下の低いエネルギーで真空容器１
に引き出される。また、各アーク式蒸発源１２には、ア
ーク放電起動用のトリガー電極等が設けられているが、
その図示は省略している。

【００２５】各アーク式蒸発源１２には、カソード１４
側を負としてカソード１４とアノード１５間に直流アー
ク放電電圧を供給する直流アーク電源１７と、カソード
１４側を負としてカソード１４とアノード１５との間に
パルスアーク放電電圧を供給するパルスアーク電源１８
とを備えており、必要に応じて切り替えスイッチ１９で
それぞれの電源の切り替えを行うことができる。

【００２６】このように、真空容器１の周囲には複数台
のアーク式蒸発源１２が配置されており、また、複数の
フィルター１３は、各アーク式蒸発源１２と真空容器１
の各面とを連通しており、プラズマ１６中の金属イオン
２０のみを磁界により引き出して通し、この金属イオン
２０を、真空容器１の各周囲の面の位置からホルダー３
に保持された基材２に向けて供給する。

【００２７】この結果、金属イオン２０が基材２の周囲
から基材２に向けて供給される。つまり、基材２から見
ると、周囲の各方向から基材２に向かって金属イオン２
０が供給され、金属イオン２０は基材２の全面を囲うよ
うに搬送される。

【００２８】また真空容器１には、複数台のガスプラズ
マ発生装置２１が基材２を囲むように、連通状態で取り
付けられている。真空容器１は直方体であるため、図示
はしていないが、実際には、真空容器１の前面及び背面
にもガスプラズマ発生装置２１が取り付けられている。

【００２９】ガスプラズマ発生装置２１は材料ガス導入
口２２より導入された材料ガスを、熱フィラメントによ
る電子励起、高周波放電等でプラズマ化する。この結
果、真空容器１内に材料ガスのプラズマ２３が発生す
る。

【００３０】このようにガスプラズマ発生装置２１が、
真空容器１の各面に連通状態で取り付けられているた
め、材料ガスのプラズマ２３を、真空容器１の各周囲の
面の位置からホルダー３に保持された基材２に向けて供
給することができる。

【００３１】この結果、材料ガスのプラズマ２３が基材
２の周囲から基材２に向けて供給される。つまり、基材
２から見ると、周囲の各方向から基材２に向かって材料
ガスのプラズマ２３が供給され、材料ガスのプラズマ２
３は基材２の全面を囲うように搬送される。

【００３２】ホルダー３には、真空容器１を基準にして
負のパルスバイアス電圧を印加するパルスバイアス電源
２４、負の直流電圧を印加する直流バイアス電源２５が
切り替えスイッチ２６を介して接続されている。このた
め、切り替えスイッチ２６の切り替え動作により、ホル
ダー３ひいてはそれに保持された基材２に、負のパルス
バイアス電圧や負の直流電圧が印加される。

【００３３】以上のような構成となっているイオン注入
装置を用いた各種の処理例を次に示す。

【００３４】［処理例１：金属イオン注入］各アーク式
蒸発源１２に金属または金属化合物からなるカソード１
４を取り付け、ホルダー３に基材２を取り付け、真空容
器１内を１×１０^-5 torr 以下に真空排気する。

【００３５】各アーク式蒸発源１２に各パルスアーク電
源１８よりパルスアーク放電電圧を供給し、各アーク式
蒸発源１２にアーク放電を発生させ、その前方に、カソ
ード物質を含む蒸気，パーティクル及び金属のプラズマ
１６が生成される。

【００３６】次にフィルター１３の磁場発生用コイル１
３−Ｂを作動させると、この内、蒸気、パーティクルの
大部分は管１３−Ａの内面に付着するが、プラズマ１６
中の金属イオン２０のみは管内に発生している磁界に沿
って数１０ｅＶの低いエネルギーで真空容器１に引き出
される。

【００３７】その状態で、ホルダー３及びそれに取り付
けられた基材２に、パルスバイアス電源２４から負のパ
ルスバイアス電圧を印加すると、金属イオン２０がその
電圧によって基材２に引き込まれ、注入される。この場
合、パルスバイアス電源２４は、パルスバイアス電圧
が、パルスアーク放電電圧に同期していて、しかも、パ
ルスアーク放電電圧のパルス幅よりもパルス幅の長い負
のパルスバイアス電圧を出力する。

【００３８】これは、金属またはその化合物からなるカ
ソード１４にアーク放電電圧が印加されているとき、基
材２にバイアス電圧が印加されていない場合、イオンが
低いエネルギー（１０ｅＶ以下）で付着し、成膜が起き
るためである。

【００３９】パルスバイアス電圧が、パルスアーク放電
電圧に同期していて、しかも、それよりもパルス幅の長
い負のパルスバイアス電圧を出力するパルスバイアス電
源２４とすることにより、金属イオンの注入のみを行う
ことができる。

【００４０】また、負のパルスバイアス電圧は１０ｋＶ
以上、２００ｋＶ以下であり、１０ｋＶ未満ではイオン
のエネルギーが低すぎて注入は殆ど起こらず、４００ｋ
Ｖ以上では産業応用上、装置規模、操作性等に問題があ
り実用的ではない。

【００４１】パルスバイアス電圧のパルス幅は１μｓ〜
１ｍｓで、パルス幅を１μｓ未満とすると、単位時間当
たりの注入量が大幅に減り、処理時間が長くなり、経済
的に成り立たず、１ｍｓ以上とすると異常放電の発生が
頻発し、イオン注入が不可能となるためである。

【００４２】［処理例２：ガスイオン注入］ホルダー３
に基材２を取り付け、真空容器１内を１×１０^-5 torr
以下に真空排気する。材料ガス導入口２２より、窒素ガ
ス、炭化水素ガス等を導入し、圧力を、１×１０^-3 tor
r 以下として、ガスプラズマ発生装置２１で熱フィラメ
ントによる電子励起、高周波放電等でプラズマ化する。
この結果、真空容器１内に材料ガスのプラズマ２３が発
生する。

【００４３】この状態でホルダー３及びそれに取り付け
られた基材２に、パルスバイアス電源２４から負のパル
スバイアス電圧を印加すると、材料ガスのプラズマ２３
中の材料ガスイオン２７が引き出され、それが基材２に
引き込まれ注入される。

【００４４】［処理例３：金属、ガスイオン注入］ホル
ダー３に基材２を取り付け、真空容器１内を１×１０^-5
torr 以下に真空排気する。アーク式蒸発源１２、ガス
プラズマ発生装置２１の両方を作動させ、この状態でホ
ルダー３及びそれに取り付けられた基材２に、パルスバ
イアス電源２４から負のパルスバイアス電圧を印加す
る。

【００４５】この場合、パルスバイアス電源２４は、パ
ルスバイアス電圧が、パルスアーク放電電圧に同期して
いて、しかも、パルスアーク放電電圧のパルス幅よりも
パルス幅の長い負のパルスバイアス電圧を出力する。こ
れにより、金属イオン２０、材料ガスイオン２７の両者
が基材２に引き込まれ、注入される。

【００４６】［処理例４：金属イオン注入後に金属膜成
膜］処理例１の処理を行った後に、各アーク式蒸発源１
２に各直流アーク電源１７より直流のアーク放電電圧を
供給し、各アーク式蒸発源１２にアーク放電を発生さ
せ、ホルダー３及びそれに取り付けられた基材２に、１
０Ｖ以上，１ｋＶ以下の負の直流電圧を直流バイアス電
源２５により印加すると、金属イオン２０が基材２に付
着し、金属膜が形成される。

【００４７】この場合、直流電圧１０Ｖ未満では、膜質
が低下し、１ｋＶ以上ではエッチング効果により膜が形
成しない。また、金属イオン注入により、金属膜と基材
との間に、基材材料と金属膜材料が混合した境界層が形
成しているため、密着性にも優れる。

【００４８】［処理例５：金属、ガスイオン注入に化合
物膜成膜］処理例３の処理を行った後に、ガスプラズマ
発生装置２１は作動させたままで、各アーク式蒸発源１
２に各直流アーク電源１７より直流のアーク放電電圧を
供給し、各アーク式蒸発源１２にアーク放電を発生さ
せ、ホルダー３及びそれに取り付けられた基材２に、１
０Ｖ以上，１ｋＶ以下の負の直流電圧を直流バイアス電
源２５により印加すると、金属イオン２０、材料ガスイ
オン２７からなる化合物膜が形成される。また、金属、
ガスイオン注入により、化合物膜と基材との間に、基材
材料と化合物膜材料が混合した境界層が形成しているた
め、密着性にも優れる。

【００４９】

【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明では、真空容器内にこの真空容器に対し
て絶縁状態で基材を保持し、金属またはその化合物から
なるカソードとアノードとの間のアーク放電によってカ
ソード物質を蒸発させてカソード物質を含む蒸気，パー
ティクル及び金属のプラズマを発生させ、前記プラズマ
中の金属イオンのみを磁界により引き出し、この金属イ
オンを、前記真空容器の各周囲の面の位置から前記基材
に向けて供給し、材料ガスをプラズマ化して材料ガスの
プラズマを発生させ、この材料ガスのプラズマを、前記
真空容器の各周囲の面の位置から前記基材に向けて供給
し、真空容器の電位を基準にして負のパルスバイアス電
圧や負の直流バイアス電圧を前記基材に印加する方法の
構成としたり、真空容器と、前記真空容器に対して絶縁
状態で基材を前記真空容器内に保持するホルダーと、金
属またはその化合物からなるカソードとアノードとの間
のアーク放電によってカソード物質を蒸発させてカソー
ド物質を含む蒸気，パーティクル及び金属のプラズマを
発生する複数のアーク式蒸発源と、各アーク式蒸発源と
前記真空容器の各面とを連通しており、前記プラズマ中
の金属イオンのみを磁界により引き出して通し、この金
属イオンを、前記真空容器の各周囲の面の位置から前記
ホルダーに保持された基材に向けて供給する複数のフィ
ルターと、前記真空容器の各面に連通状態で取り付けら
れており、材料ガスをプラズマ化して材料ガスのプラズ
マを、前記真空容器の各周囲の面の位置から前記ホルダ
ーに保持された基材に向けて供給する複数のガスプラズ
マ発生装置と、前記ホルダーに保持された基材に対し
て、真空容器の電位を基準にして負のパルスバイアス電
圧をスイッチの切り替えにより印加するパルスバイアス
電源と、前記ホルダーに保持された基材に対して、真空
容器の電位を基準にして負の直流バイアス電圧をスイッ
チの切り替えにより印加する直流バイアス電源と、を有
する装置の構成とした。

【００５０】かかる構成としたため、本発明によるイオ
ン注入方法及びイオン注入装置によれば、各アーク式蒸
発源から真空容器に導かれた金属イオンと、ガスプラズ
マ発生装置で発生させた材料ガスのイオンを、高電圧の
パルスバイアス電圧により基材に引き込みイオン注入を
行うことができる。しかも、複数のアーク式蒸発源及び
ガスプラズマ発生装置は基材を囲うように設置してあ
り、金属イオン、材料ガスイオンは基材の全面を囲うよ
うに搬送される。更に、これに高電圧により基材へのイ
オンの引き込みという効果も加わり、複雑な形状の基材
に対しても均一にイオン注入を行うことができる。ま
た、加速電極等も不要でメンテナンスも容易で、生産性
が高く、コスト安となる。

【００５１】また本発明では、前記パルスバイアス電源
は、負のパルスバイアス電圧が１０ｋＶ以上、４００ｋ
Ｖ以下であり、パルス幅が１μｓ〜１ｍｓ及び繰返し周
波数が１００Ｈｚ〜１ｋＨｚである電圧を発生する構成
とした。

【００５２】かかる構成としたため、イオン注入が確実
に行われると共に、産業応用上の問題も発生しない。

【００５３】また本発明では、前記アーク式蒸発源は、
パルスアーク放電電圧を出力するパルスアーク電源と直
流アーク放電電圧を出力する直流アーク電源とを有する
と共に、スイッチングによりパルスアーク放電電圧と直
流アーク放電電圧とを選択的に印加でき、前記パルスバ
イアス電源は、前記パルスアーク放電電圧に同期してい
てしかもそれよりもパルス幅の長い負のパルスバイアス
電圧を出力する構成とした。

【００５４】かかる構成としたため、良好にイオン注入
ができ成膜の発生を防止できる。

【００５５】また本発明では、前記直流バイアス電圧
は、１０Ｖ以上、１ｋＶ以下の負の直流バイアス電圧を
出力する構成とした。

【００５６】このため、イオン注入後に基材に低い電圧
の直流バイアスを印加することにより、密着性の高い良
質の金属及び化合物膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るイオン注入装置を示
す構成図。

【図２】従来の薄膜作成装置の一例を示す構成図。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 基材 ３ ホルダー １２ アーク式蒸発源 １３ フィルター １３−Ａ 管 １３−Ｂ 磁場発生コイル １４ カソード １５ アノード １６ プラズマ １７ 直流アーク電源 １８ パルスアーク電源 １９ 切り替えスイッチ ２０ 金属イオン ２１ ガスプラズマ発生装置 ２２ 材料ガス導入口 ２３ 材料ガスのプラズマ ２４ パルスバイアス電源 ２５ 直流バイアス電源 ２６ 切り替えスイッチ ２７ 材料ガスイオン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内にこの真空容器に対して絶縁
   状態で基材を保持し、 金属またはその化合物からなるカソードとアノードとの
   間のアーク放電によってカソード物質を蒸発させてカソ
   ード物質を含む蒸気，パーティクル及び金属のプラズマ
   を発生させ、 前記プラズマ中の金属イオンのみを磁界により引き出
   し、この金属イオンを、前記真空容器の各周囲の面の位
   置から前記基材に向けて供給し、 材料ガスをプラズマ化して材料ガスのプラズマを発生さ
   せ、この材料ガスのプラズマを、前記真空容器の各周囲
   の面の位置から前記基材に向けて供給し、 真空容器の電位を基準にして負のパルスバイアス電圧や
   負の直流バイアス電圧を前記基材に印加することを特徴
   とするイオン注入方法。
2. 【請求項２】 真空容器と、 前記真空容器に対して絶縁状態で基材を前記真空容器内
   に保持するホルダーと、 金属またはその化合物からなるカソードとアノードとの
   間のアーク放電によってカソード物質を蒸発させてカソ
   ード物質を含む蒸気，パーティクル及び金属のプラズマ
   を発生する複数のアーク式蒸発源と、 各アーク式蒸発源と前記真空容器の各面とを連通してお
   り、前記プラズマ中の金属イオンのみを磁界により引き
   出して通し、この金属イオンを、前記真空容器の各周囲
   の面の位置から前記ホルダーに保持された基材に向けて
   供給する複数のフィルターと、 前記真空容器の各面に連通状態で取り付けられており、
   材料ガスをプラズマ化して材料ガスのプラズマを、前記
   真空容器の各周囲の面の位置から前記ホルダーに保持さ
   れた基材に向けて供給する複数のガスプラズマ発生装置
   と、 前記ホルダーに保持された基材に対して、真空容器の電
   位を基準にして負のパルスバイアス電圧をスイッチの切
   り替えにより印加するパルスバイアス電源と、 前記ホルダーに保持された基材に対して、真空容器の電
   位を基準にして負の直流バイアス電圧をスイッチの切り
   替えにより印加する直流バイアス電源と、を有すること
   を特徴とするイオン注入装置。
3. 【請求項３】 前記パルスバイアス電源は、負のパルス
   バイアス電圧が１０ｋＶ以上、４００ｋＶ以下であり、
   パルス幅が１μｓ〜１ｍｓ及び繰返し周波数が１００Ｈ
   ｚ〜１ｋＨｚである電圧を発生することを特徴とする請
   求項２のイオン注入装置。
4. 【請求項４】 前記アーク式蒸発源は、パルスアーク放
   電電圧を出力するパルスアーク電源と直流アーク放電電
   圧を出力する直流アーク電源とを有すると共に、スイッ
   チングによりパルスアーク放電電圧と直流アーク放電電
   圧とを選択的に印加でき、前記パルスバイアス電源は、
   前記パルスアーク放電電圧に同期していてしかもそれよ
   りもパルス幅の長い負のパルスバイアス電圧を出力する
   ことを特徴とする請求項２のイオン注入装置。
5. 【請求項５】 前記直流バイアス電圧は、１０Ｖ以上、
   １ｋＶ以下の負の直流バイアス電圧を出力することを特
   徴とする請求項２のイオン注入装置。