KR20150080462A - Metal wire plasma immersion ion implantation equipment and method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a plasma ion implantation apparatus and method of performing ion implantation to a metal wire with a small diameter. The apparatus comprises: a vacuum chamber; a plasma source which is installed in one side of the vacuum chamber to form plasma in the vacuum chamber; a hollow cylindrical mesh electrode which is disposed in the vacuum chamber and has a hollow in which the metal wire is disposed; and a high voltage pulse generating device which applies a minus high voltage pulse to the mesh electrode and the metal wire. The high voltage pulse generating device applies a minus high voltage pulse to the mesh electrode so that the metal wire can be disposed in a plasma sheath formed by the minus high voltage pulse applied to the mesh electrode. The thickness of the plasma sheath formed in an outer circumference of the mesh electrode is the same as the radius of the mesh electrode or is larger than the radius of the mesh electrode. In the method of the invention, the hollow cylindrical mesh electrode is disposed in the vacuum chamber, and the metal wire is disposed in the hollow of the mesh electrode. Plasma is formed in the vacuum chamber, and the minus high voltage pulse is applied to the mesh electrode and the metal wire. According to the invention, the metal wire with a small diameter is disposed in the hollow cylindrical mesh electrode, and it is possible to efficiently perform ion implantation without the occurrence of an arc discharge. In addition, since the structure of the mesh electrode is simple, the metal wire is prevented from being damaged while lowering equipment and manufacturing costs, and it is possible to improve productivity.

Description

금속 와이어 플라스마 이온 주입 장치 및 방법{METAL WIRE PLASMA IMMERSION ION IMPLANTATION EQUIPMENT AND METHOD}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a metal wire plasma ion implanting apparatus and method,

본 발명은 플라스마 이온 주입에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직경이 가는 금속 와이어(Metal wire)에 이온 주입을 실시할 수 있는 플라스마 이온 주입 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to plasma ion implantation, and more particularly, to a plasma ion implantation apparatus and method capable of ion implanting a metal wire having a small diameter.

소재의 표면에 이온 주입(Ion implantation)을 하면 소재의 내마모성, 내식성, 피로 및 마찰 특성 등이 향상되거나, 소재의 전기적, 화학적 특성이나 광학적 특성이 변화되는 것을 알려져 있다. 이온 주입은 전기장을 이용하여 이온이 높은 운동에너지를 갖도록 가속시켜 소재의 표면에 충돌시킴으로써 소재의 표면에 주입하는 방법을 이용한다.It is known that when ion implantation is performed on the surface of a material, wear resistance, corrosion resistance, fatigue and friction characteristics of the material are improved, and electrical and chemical properties and optical characteristics of the material are changed. Ion implantation uses an electric field to accelerate the ions so that they have high kinetic energy, and impinges them on the surface of the material, thereby injecting the ions onto the surface of the material.

이온 주입은 이온빔(Ion beam)을 이용하는 이온빔 이온 주입(Ion beam ion implantation, IBII)과 플라스마(Plasma)를 이용하는 플라스마 이온 주입(Plasma immersion ion implantation, PIII) 등이 있다. 이온빔 이온 주입은 반도체 웨이퍼와 같은 소재에 이온원(Ion source)으로부터 발생되는 이온을 가속시켜 충돌시킴으로써 주입한다. 이온빔 이온 주입은 직선적인 공정(Line-of-sight process)이므로 3차원 표면 형상을 갖는 소재를 처리하려면, 소재의 표면 형상에 따라 여러 개의 이온원을 설치하거나 이온원을 고정시키고 소재를 여러 각도로 회전시켜야 한다. 따라서 이온빔 이온 주입 장치는 설비 및 제작비가 비싸고, 제어가 곤란하며, 제조비가 상승되는 단점이 있어 반도체 분야를 제외한 다른 소재 분야에서는 그 이용이 매우 제한적인 상황이다. 플라스마 이온 주입은 플라스마와 고전압 펄스를 이용하기 때문에 대면적 소재의 표면에 이온을 균일하게 주입할 수 있다. 또한, 플라스마 이온 주입 장치는 이온빔 이온 주입 장치에 비하여 구조가 간단하여 설비 및 제작비가 싸고, 제어가 용이한 장점이 있다.Ion implantation is performed using ion beam implantation (IBII) using an ion beam and plasma ion implantation (PIII) using a plasma. Ion beam implantation is performed by accelerating ions generated from an ion source in a material such as a semiconductor wafer by collision. Since ion beam ion implantation is a linear process (line-of-sight process), in order to process a material having a three-dimensional surface shape, various ion sources may be installed or the ion source may be fixed according to the surface shape of the material, Rotate it. Therefore, the ion beam ion implanter has a disadvantage in that the equipment and production cost are expensive, the control is difficult, and the manufacturing cost is increased. Plasma ion implantation uses plasma and high voltage pulses, so ions can be uniformly injected into the surface of a large area material. In addition, the plasma ion implantation apparatus is simpler in structure than the ion beam ion implantation apparatus, and its facilities and production costs are cheap, and the control is easy.

플라스마 이온 주입 장치는 미국 특허 제7,137,354호, 제8,058,156호, 제8,168,519호 등 많은 특허 문헌들에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 플라스마 이온 주입 장치는 대체로 진공조(Vacuum chamber), 플라스마원(Plasma source), 가스 공급 장치와 고전압 펄스 발생 장치(Hight voltage pulser)로 구성되어 있다. 진공조 안에 소재를 장입하고, 60㎸ 이상의 고전압을 펄스 DC(Pulsed direct current) 형태로 소재에 인가한다. 이때, 고전압은 플라스마 전위(Plasma potential)에 대해 마이너스 전압(Negative voltage)이다. 반응가스가 진공조 안에 도입되어 플라스마를 발생시키게 되면, 소재에 마이너스로 인가된 고전압으로 인해 전자가 가속되어 소재로부터 멀어진다. 반면에 플라스마 중의 양이온들은 소재 방향으로 가속되어 소재 주위에 플라스마 쉬스(Plasma sheath)를 형성한다. 양이온들은 쉬스 경계에 수직하는 방향으로 소재에 입사하게 되고, 소재 표면에 입사된 이온들은 높은 운동에너지로 소재 표면을 뚫고 침투하게 되어 이온 주입이 일어나게 된다. Plasma ion implantation devices are readily found in many patent documents such as U.S. Patent Nos. 7,137,354, 8,058,156, 8,168,519. Plasma ion implanters generally consist of a vacuum chamber, a plasma source, a gas supply, and a high voltage pulse generator. Charge the material in a vacuum chamber and apply a high voltage of 60 kV or more to the material in pulsed direct current (DC) form. At this time, the high voltage is a negative voltage with respect to the plasma potential. When the reaction gas is introduced into the vacuum chamber to generate the plasma, electrons are accelerated due to the high voltage applied to the material in a minus direction to move away from the material. On the other hand, the cations in the plasma are accelerated in the direction of the material to form a plasma sheath around the material. The cations enter the material in the direction perpendicular to the sheath boundary, and the ions incident on the material surface penetrate through the material surface with high kinetic energy and ion implantation occurs.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 플라스마 이온 주입 장치에 의하여 직경이 수㎛ 내지 수㎜로 가는 금속 와이어의 직접 고전압 펄스를 인가하여 이온 주입을 실시할 경우, 금속 와이어의 표면에 큰 전기장이 발생한다. 이로 인하여 금속 와이어에 이온을 주입할 경우, 와이어 표면에서 잦은 아킹 현상(Arcing phenomenon)이 발생되어 금속 와이어를 손상시키는 문제가 있다. 한편, 전기장의 세기는 금속 와이어의 직경에 반비례하므로, 금속 와이어의 직경을 크게 하면, 전기장의 세기가 작아져 이온 주입을 제대로 실시할 수 없는 문제가 있다. However, when a direct high voltage pulse of a metal wire having a diameter of several micrometers to several millimeters is applied by the conventional plasma ion implanting apparatus as described above, ion implantation is performed, and a large electric field is generated on the surface of the metal wire. Therefore, when ions are injected into the metal wire, arcing phenomenon frequently occurs on the surface of the wire, thereby damaging the metal wire. On the other hand, since the strength of the electric field is inversely proportional to the diameter of the metal wire, if the diameter of the metal wire is increased, the strength of the electric field is reduced, and the ion implantation can not be performed properly.

본 발명은 상기와 같은 종래 금속 와이어에 플라스마 이온 주입을 할 경우에 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 직경이 가는 금속 와이어의 표면에 아킹 현상의 발생 없이 이온 주입을 효율적으로 실시할 수 있는 새로운 플라스마 이온 주입 장치 및 방법을 제공하는 것이다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to solve various problems occurring when plasma ion implantation is performed on the conventional metal wire. An object of the present invention is to provide a novel plasma ion implantation apparatus and method which can efficiently perform ion implantation without causing arcing on the surface of a thin metal wire.

본 발명의 다른 목적은, 구조가 간단하고, 금속 와이어의 손상을 방지할 수 있는 플라스마 이온 주입 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a plasma ion implantation apparatus and method which are simple in structure and can prevent damage to metal wires.

본 발명의 일 측면에 따르면, 플라스마 이온 주입 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 방법은, 진공조 안에 중공원통형 메시 전극을 배치하는 단계와; 메시 전극의 중공 안에 금속 와이어를 배치하는 단계와; 진공조 안에 플라스마를 형성하는 단계와; 메시 전극과 금속 와이어에 마이너스 고전압의 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 금속 와이어는 메시 전극에 인가되는 마이너스 고전압의 펄스에 의해서 형성되는 플라스마 쉬스 안에 배치하고, 메시 전극의 바깥 주위에 형성되는 플라스마 쉬스의 두께는 메시 전극의 반지름과 같거나 메시 전극의 반지름보다 크게 한다.According to an aspect of the present invention, a plasma ion implantation method is provided. The plasma ion implantation method according to the present invention includes the steps of disposing a hollow cylindrical mesh electrode in a vacuum chamber; Disposing a metal wire in the hollow of the mesh electrode; Forming a plasma in a vacuum chamber; And applying a negative high voltage pulse to the mesh electrode and the metal wire, wherein the metal wire is arranged in a plasma sheath formed by a pulse of negative high voltage applied to the mesh electrode, and the plasma sheath Is greater than the radius of the mesh electrode or greater than the radius of the mesh electrode.

본 발명의 다른 측면에 따른 플라스마 이온 주입 장치는, 진공조와; 진공조 안에 플라스마를 형성하도록 진공조의 한쪽에 설치되어 있는 플라스마원과; 진공조 안에 배치되어 있고, 금속 와이어가 배치되는 중공을 갖는 중공원통형 메시 전극과; 메시 전극과 금속 와이어에 마이너스 고전압의 펄스를 인가하기 위한 고전압 펄스 발생 장치를 포함하고, 고전압 펄스 발생 장치는 금속 와이어가 메시 전극에 인가되는 마이너스 고전압의 펄스에 의해서 형성되는 플라스마 쉬스 안에 배치되도록 마이너스 고전압의 펄스를 메시 전극에 인가하도록 구성되어 있고, 메시 전극의 바깥 주위에 형성되는 플라스마 쉬스의 두께는 메시 전극의 반지름과 같거나 메시 전극의 반지름보다 크게 되어 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma ion implanter comprising: a vacuum tank; A plasma source disposed on one side of the vacuum chamber to form a plasma in the vacuum chamber; A hollow cylindrical mesh electrode disposed in the vacuum chamber and having a hollow in which a metal wire is disposed; And a high voltage pulse generator for applying a negative high voltage pulse to the mesh electrode and the metal wire, wherein the high voltage pulse generator comprises a high voltage pulse generator for generating a negative high voltage The thickness of the plasma sheath formed around the mesh electrode is equal to or larger than the radius of the mesh electrode.

본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치 및 방법은, 직경이 가는 금속 와이어가 중공원통형 메시 전극 안에 배치되어 아킹 현상의 발생 없이 이온 주입을 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 메시 전극의 구조가 간단하여 설비 및 제작비를 낮출 수 있으면서도 금속 와이어의 손상이 방지되어 생산성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과가 있다. In the plasma ion implantation apparatus and method according to the present invention, a thin metal wire is disposed in a hollow cylindrical mesh electrode so that ion implantation can be efficiently performed without arcing. In addition, since the structure of the mesh electrode is simple, it is possible to reduce the equipment and the manufacturing cost, but also the metal wire is prevented from being damaged, and the productivity can be improved.

도 1은 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치에 의한 이온 주입을 설명하기 위하여 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치에 의한 이온 주입을 설명하기 위하여 나타낸 평면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma ion implanter according to the present invention.
2 is a front view illustrating ion implantation by the plasma ion implantation apparatus according to the present invention.
3 is a plan view illustrating ion implantation by the plasma ion implantation apparatus according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치 및 방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the plasma ion implantation apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치(100)는 이온 주입의 실시를 위하여 진공조(110), 플라스마원(120), 가스 공급 장치(130)와 고전압 펄스 발생 장치(140)를 구비한다. 진공조(110) 안은 진공펌프(Vacuum pump: 150)의 작동에 의하여 진공으로 조성된다. 플라스마원(120)은 진공조(110)의 위쪽에 설치되어 있다. 플라스마원(120)의 작동에 의하여 발생되는 플라스마는 진공조(110) 안으로 공급된다. 플라스마원(120)은 고주파(Radio frequency, RF), 핫 필라멘트(Hot filament), 전자 사이클로트론 공명(Electron cyclotron resonance, ECR), 마그네트론(Magnetron), 글로 방전(Glow discharge) 등이 될 수 있다. 1, a plasma ion implanter 100 according to the present invention includes a vacuum chamber 110, a plasma source 120, a gas supply device 130, and a high voltage pulse generator 140). The inside of the vacuum chamber 110 is evacuated by the operation of a vacuum pump 150. The plasma source 120 is provided above the vacuum chamber 110. The plasma generated by the operation of the plasma source 120 is supplied into the vacuum chamber 110. The plasma source 120 may be a radio frequency (RF), a hot filament, an electron cyclotron resonance (ECR), a magnetron, a glow discharge, or the like.

가스 공급 장치(130)는 진공조(110)와 연결되어 있으며, 반응가스를 진공조(110) 안에 공급한다. 반응가스는 질소(N), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합을 선택적으로 사용할 수 있다. 고전압 펄스 발생 장치(140)는 고전압을 펄스 DC 형태로 진공조(110) 안에 장입되어 있는 금속 와이어(10)에 인가한다.The gas supply device 130 is connected to the vacuum chamber 110 and supplies the reaction gas into the vacuum chamber 110. The reaction gas may be any one selected from the group consisting of nitrogen (N), helium (He), argon (Ar), neon (Ne), krypton (Kr), xenon . The high voltage pulse generator 140 applies a high voltage to the metal wire 10 charged in the vacuum chamber 110 in the form of pulse DC.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치(100)는 진공조(110) 안에 장착되어 있는 중공원통형 메시 전극(Hollow cylindrical mesh electrode: 160)을 구비한다. 메시 전극(160)은 양쪽이 트인 중공(162)을 갖는다. 금속 와이어(10)는 이온 주입을 위하여 메시 전극(160)의 중공(162) 안에 배치된다. 금속 와이어(10)의 중심축선(C1)과 메시 전극(160)의 중심축선(C2)은 동심을 이룬다. 금속 와이어(10)의 중심축선(C1)과 메시 전극(160)의 중심축선(C2)은 동심을 이룬 경우, 메시 전극(160)의 바깥 주위에 형성되는 플라스마 쉬스(20)의 두께(

Figure pat00001
)는 메시 전극(160)의 반지름(R)과 같거나 메시 전극(160)의 반지름(R)보다 크게 구성되어 있다(
Figure pat00002
). 따라서 플라스마 쉬스(20)는 메시 전극(160)의 중공(162) 안 전체에 형성된다. 몇몇 실시예에 있어서, 금속 와이어(10)의 중심축선(C1)은 메시 전극(160)의 중심축선(C2)에서 벗어나도록 배치될 수 있다. 고전압 펄스 발생 장치(140)는 금속 와이어(10)와 메시 전극(160)에 마이너스 고전압을 펄스 DC 형태로 인가한다. 1 to 3, a plasma ion implanter 100 according to the present invention includes a hollow cylindrical mesh electrode 160 mounted in a vacuum chamber 110. The mesh electrode 160 has a hollow 162 that is twisted. The metal wire 10 is disposed in the hollow 162 of the mesh electrode 160 for ion implantation. The central axis of the central axis (C 1) and a mesh electrode 160, a metal wire (10) (C 2) forms a concentric. The central axis of the central axis (C 1) and a mesh electrode 160, a metal wire (10) (C 2) when accomplished concentric, the thickness of the plasma sheath 20 formed around the outside of the mesh electrode 160 (
Figure pat00001
Is configured to be equal to the radius R of the mesh electrode 160 or to be greater than the radius R of the mesh electrode 160
Figure pat00002
). Thus, the plasma sheath 20 is formed on the entire inside of the hollow 162 of the mesh electrode 160. In some embodiments, the center axis C 1 of the metal wire 10 may be arranged to deviate from the center axis C 2 of the mesh electrode 160. The high voltage pulse generator 140 applies a negative high voltage to the metal wire 10 and the mesh electrode 160 in pulsed DC form.

도 1을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치(100)는 진공조(110) 밖에서 안으로 금속 와이어(10)를 연속적으로 공급하는 서플라이 릴(Supply reel: 170)과 테이크업 릴(Take-up reel: 172)을 구비한다. 서플라이 릴(170)과 테이크업 릴(172) 각각은 진공조(110) 밖의 양쪽에 배치되어 있다. 금속 와이어(10)는 롤(Roll) 상태로 서플라이 릴(170)에 장착하고, 서플라이 릴(170)로부터 풀어내면서 진공조(110) 안을 지나 테이크업 릴(172)에 감는 릴투릴(Reel to reel) 또는 롤투롤(Roll to roll) 방식으로 공급된다. 1, the plasma ion implanter 100 according to the present invention includes a supply reel 170 and a take-up reel 170 for continuously supplying the metal wire 10 from the outside of the vacuum chamber 110, -up reel 172). The supply reel 170 and the take-up reel 172 are disposed on both sides of the outside of the vacuum chamber 110. The metal wire 10 is mounted on the supply reel 170 in a roll state and is wound around the take-up reel 172 while being unwound from the supply reel 170, ) Or a roll-to-roll method.

금속 와이어(10)가 통과되는 진공조(110)의 벽(112, 114)에 진공의 유지를 위하여 실링 엘리먼트(Sealing element: 180)가 장착되어 있다. 실링 엘리먼트(180)는 저진공용 리프 실(Leaf seal: 182)과 고진공용 리프 실(184)로 구성되어 있다. 금속 와이어(10)는 실링 엘리먼트(180)를 통하여 진공조(110)를 출입하게 된다. 본 실시예에 있어서, 서플라이 릴(170)과 테이크업 릴(172)은 진공조(110) 밖에 설치되어 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 서플라이 릴(170)과 테이크업 릴(172)은 진공조(110) 안에 설치될 수도 있다. A sealing element 180 is attached to the walls 112 and 114 of the vacuum tank 110 through which the metal wire 10 passes. The sealing element 180 is composed of a low-vacuum leaf chamber 182 and a high-vacuum common-use leaf chamber 184. The metal wire 10 is moved in and out of the vacuum chamber 110 through the sealing element 180. In this embodiment, the supply reel 170 and the take-up reel 172 are installed outside the vacuum chamber 110. However, the supply reel 170 and the take- May be installed in the vacuum chamber 110.

지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 플라스마 이온 주입 장치에 의한 금속 와이어의 이온 주입 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of ion implantation of a metal wire by the plasma ion implantation apparatus according to the present invention having such a structure will be described.

도 1을 참조하면, 금속 와이어(10)는 서플라이 릴(170)로부터 풀려나 테이크업 릴(172)에 감겨지면서 중공원통형 메시 전극(160)의 중심축선(C2)을 지나게 된다. 금속 와이어(10)가 중공원통형 메시 전극(160)의 중심에 배치되면, 진공펌프(150)의 작동에 의하여 진공조(110) 안을 진공으로 조성한다. 가스 공급 장치(130)는 플라스마의 형성을 위하여 반응가스, 예를 들면 질소를 진공조(110) 안에 공급한다.1, the metal wire 10 is unwound from the supply reel 170 and wound on the take-up reel 172, passing through the center axis C 2 of the hollow cylindrical mesh electrode 160. When the metal wire 10 is disposed at the center of the hollow cylindrical mesh electrode 160, the inside of the vacuum chamber 110 is evacuated by the operation of the vacuum pump 150. The gas supply device 130 supplies a reactive gas, for example nitrogen, into the vacuum chamber 110 for the formation of plasma.

도 2와 도 3을 참조하면, 진공조(110)의 분위기가 플라스마의 발생에 적당하게 조성되면, 플라스마원(120)이 작동되어 플라스마를 발생시킨다. 고전압 펄스 발생 장치(140)가 작동되어 금속 와이어(10)와 중공원통형 메시 전극(160)에 동일한 크기의 마이너스 고전압을 펄스 DC 형태로 인가한다. 마이너스 고전압이 메시 전극(160)에 인가되면, 전자가 가속되어 메시 전극(160)으로부터 멀어지고, 반면에 플라스마 중의 양이온들은 메시 전극(160)을 향하여 가속되면서 메시 전극(160)의 주위에 플라스마 쉬스(20)가 형성된다. 금속 와이어(10)는 메시 전극(160)에 의하여 형성되는 플라스마 쉬스(20) 안에 배치된다. 메시 전극(160)의 바깥 주위에 형성되는 플라스마 쉬스(20)의 두께(

Figure pat00003
)는 메시 전극(160)의 외면으로부터 수 드바이 길이(Debye length,
Figure pat00004
)로 형성된다. 플라스마 쉬스(20)의 두께(
Figure pat00005
)는 수학식 1에 의하여 구할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, when the atmosphere of the vacuum chamber 110 is appropriately prepared for the generation of plasma, the plasma source 120 is operated to generate a plasma. The high voltage pulse generator 140 is operated to apply a negative high voltage of the same magnitude to the metal wire 10 and the hollow cylindrical mesh electrode 160 in pulsed DC form. When a negative high voltage is applied to the mesh electrode 160, the electrons are accelerated to move away from the mesh electrode 160 while the positive ions in the plasma are accelerated toward the mesh electrode 160, (20) is formed. The metal wire 10 is disposed in the plasma sheath 20 formed by the mesh electrode 160. The thickness of the plasma sheath 20 formed around the outside of the mesh electrode 160
Figure pat00003
(Debye length) from the outer surface of the mesh electrode 160,
Figure pat00004
. The thickness of the plasma sheath 20
Figure pat00005
) Can be obtained by Equation (1).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서,

Figure pat00007
는 인가된 전압이고,
Figure pat00008
는 전자의 온도이다.here,
Figure pat00007
Is an applied voltage,
Figure pat00008
Is the temperature of the electron.

계속해서, 플라스마 중의 이온(30)들은 메시 전극(160)의 구멍(Opening: 164)들을 통과하여 금속 와이어(10)를 향하여 가속된 후, 금속 와이어(10)의 표면을 뚫고 주입된다. 금속 와이어(10)의 중심축선(C1)은 메시 전극(160)의 중심축선(C2)에 정렬되어 있으므로, 금속 와이어(10)에 대한 이온 주입량을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 메시 전극(160)의 직경(D)은 금속 와이어(10)의 직경(d)보다 크므로, 메시 전극(160)의 표면에 형성되는 전기장의 크기는 상대적으로 크지 않게 된다. 따라서 금속 와이어(10)에서 아킹 현상이 발생되지 않게 되고, 금속 와이어(10)의 손상을 방지할 수 있다.Subsequently, the ions 30 in the plasma are accelerated toward the metal wire 10 through the openings 164 of the mesh electrode 160, and then injected through the surface of the metal wire 10. Since the center axis C 1 of the metal wire 10 is aligned with the center axis C 2 of the mesh electrode 160, the amount of ions implanted into the metal wire 10 can be maximized. Since the diameter D of the mesh electrode 160 is larger than the diameter d of the metal wire 10, the size of the electric field formed on the surface of the mesh electrode 160 is not relatively large. Therefore, the metal wire 10 is prevented from arcing, and the metal wire 10 can be prevented from being damaged.

한편, 메시 전극(160)의 바깥 주위에 형성되는 플라스마 쉬스(20)의 두께(

Figure pat00009
)는 고전압과 플라스마 밀도(Plasma density)에 의하여 결정된다. 플라스마 쉬스(20)의 두께(
Figure pat00010
)는 메시 전극(160)의 반지름(R)과 같거나 메시 전극(160)의 반지름(R)보다 크게 구성되어 있으므로, 금속 와이어(10)가 메시 전극(160)의 플라스마 쉬스(20) 안에 배치되어 있게 된다. 금속 와이어(10)와 메시 전극(160)는 같은 전위를 띄게 되므로, 금속 와이어(10)의 표면에는 전기장이 인가되지 않는다. 또한, 메시 전극(160)과 플라스마 사이에 위치하는 고전압 쉬스(20)로 인하여 메시 전극(160) 표면에서의 전기장은 메시 전극(160)의 큰 직경에 의하여 감소하게 되고, 금속 와이어(10)에 의한 아킹이 방지된다. On the other hand, the thickness of the plasma sheath 20 formed around the outer periphery of the mesh electrode 160
Figure pat00009
) Is determined by the high voltage and the plasma density. The thickness of the plasma sheath 20
Figure pat00010
The metal wire 10 is arranged in the plasma sheath 20 of the mesh electrode 160 because the metal wire 10 is configured to be equal to or larger than the radius R of the mesh electrode 160 or larger than the radius R of the mesh electrode 160. [ . An electric field is not applied to the surface of the metal wire 10 because the metal wire 10 and the mesh electrode 160 have the same potential. The electric field at the surface of the mesh electrode 160 is reduced by the large diameter of the mesh electrode 160 due to the high voltage sheath 20 located between the mesh electrode 160 and the plasma, Arcing caused by the contact is prevented.

금속 와이어(10)가 플라스마 쉬스(20) 안에 배치되지 않은 경우, 즉 플라스마 쉬스(20)의 두께(

Figure pat00011
)가 메시 전극(160)의 반지름(R)보다 작은 경우, 금속 와이어(10)와 메시 전극(160) 사이에 플라스마가 존재하게 된다. 이 경우, 플라스마의 드바이 차폐(Debye shielding) 효과에 의하여 메시 전극(160)을 이용한 전기장 감소 효과를 기대할 수 없으며, 금속 와이어(10)의 아킹이 발생될 수 있다.When the metal wire 10 is not disposed in the plasma sheath 20, that is, the thickness of the plasma sheath 20
Figure pat00011
Is less than the radius R of the mesh electrode 160, a plasma is present between the metal wire 10 and the mesh electrode 160. In this case, the electric field reduction effect using the mesh electrode 160 can not be expected by the Debye shielding effect of the plasma, and arcing of the metal wire 10 can be generated.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 금속 와이어 20: 플라스마 시스
100: 플라스마 이온 주입 장치 110: 진공조
120: 플라스마원 130: 가스 공급 장치
140: 고전압 펄스 발생 장치 150: 진공펌프
160: 메시 전극 170: 서플라이 릴
172: 테이크업 릴 180: 실 엘리먼트10: metal wire 20: plasma system
100: Plasma ion implantation apparatus 110: Vacuum tank
120: plasma source 130: gas supply device
140: High-voltage pulse generator 150: Vacuum pump
160: mesh electrode 170: supply reel
172: take-up reel 180: seal element

Claims (8)

진공조 안에 중공원통형 메시 전극을 배치하는 단계와;
상기 메시 전극의 중공 안에 금속 와이어를 배치하는 단계와;
상기 진공조 안에 플라스마를 형성하는 단계와;
상기 메시 전극과 상기 금속 와이어에 마이너스 고전압의 펄스를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 금속 와이어는 상기 메시 전극에 인가되는 상기 마이너스 고전압의 펄스에 의해서 형성되는 플라스마 쉬스 안에 배치하고, 상기 메시 전극의 바깥 주위에 형성되는 상기 플라스마 쉬스의 두께는 상기 메시 전극의 반지름과 같거나 상기 메시 전극의 반지름보다 크게 하는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 방법. Disposing a hollow cylindrical mesh electrode in a vacuum vessel;
Disposing a metal wire in the hollow of the mesh electrode;
Forming a plasma in the vacuum chamber;
Applying a negative high voltage pulse to the mesh electrode and the metal wire,
Wherein the metal sheath is disposed in a plasma sheath formed by the pulse of the negative high voltage applied to the mesh electrode, the thickness of the plasma sheath formed around the mesh electrode is equal to or smaller than the radius of the mesh electrode, A metal wire plasma ion implantation method wherein the electrode is made larger than the radius. 제1항에 있어서,
상기 메시 전극의 중심축선은 상기 금속 와이어의 중심축선과 동축을 이루도록 배치하는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 방법.The method according to claim 1,
Wherein the center axis of the mesh electrode is coaxial with the center axis of the metal wire. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 마이너스 고전압은 상기 메시 전극과 상기 금속 와이어에 동일한 크기로 인가하는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 방법. 3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the negative high voltage is applied to the mesh electrode and the metal wire at the same magnitude. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 와이어를 배치하는 단계에서 상기 금속 와이어는 릴투릴 방식으로 상기 메시 전극 안에 연속적으로 공급하는 플라스마 이온 주입 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the metal wire is continuously supplied into the mesh electrode in a re-tuil method in the step of disposing the metal wire. 진공조와;
상기 진공조 안에 플라스마를 형성하도록 상기 진공조의 한쪽에 설치되어 있는 플라스마원과;
상기 진공조 안에 배치되어 있고, 금속 와이어가 배치되는 중공을 갖는 중공원통형 메시 전극과;
상기 메시 전극과 상기 금속 와이어에 마이너스 고전압의 펄스를 인가하기 위한 고전압 펄스 발생 장치를 포함하고,
상기 고전압 펄스 발생 장치는 상기 금속 와이어가 상기 메시 전극에 인가되는 상기 마이너스 고전압의 펄스에 의해서 형성되는 플라스마 쉬스 안에 배치되도록 상기 마이너스 고전압의 펄스를 상기 메시 전극에 인가하도록 구성되어 있고, 상기 메시 전극의 바깥 주위에 형성되는 상기 플라스마 쉬스의 두께는 상기 메시 전극의 반지름과 같거나 상기 메시 전극의 반지름보다 크게 되어 있는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 장치.A vacuum vessel;
A plasma source disposed on one side of the vacuum chamber to form a plasma in the vacuum chamber;
A hollow cylindrical mesh electrode disposed in the vacuum chamber and having a hollow in which a metal wire is disposed;
And a high voltage pulse generator for applying a negative high voltage pulse to the mesh electrode and the metal wire,
Wherein the high voltage pulse generator is configured to apply the negative high voltage pulse to the mesh electrode so that the metal wire is disposed in a plasma sheath formed by the negative high voltage pulse applied to the mesh electrode, Wherein a thickness of the plasma sheath formed on the outer periphery is equal to a radius of the mesh electrode or greater than a radius of the mesh electrode. 제5항에 있어서,
상기 메시 전극의 중심축선은 상기 금속 와이어의 중심축선과 동축을 이루도록 배치되어 있는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the center axis of the mesh electrode is coaxial with the center axis of the metal wire. 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 고전압 펄스 발생 장치는 상기 메시 전극과 상기 금속 와이어에 동일한 크기의 마이너스 고전압을 인가하도록 구성되어 있는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 장치. The method according to claim 5 or 6,
Wherein the high voltage pulse generator is configured to apply a minus high voltage of the same magnitude to the mesh electrode and the metal wire. 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 메시 전극 안에 상기 금속 와이어를 릴투릴 방식으로 공급하는 서플라이 릴과 테이크업 릴을 더 포함하는 금속 와이어 플라스마 이온 주입 장치.The method according to claim 5 or 6,
Further comprising a supply reel and a take-up reel for supplying the metal wire in the mesh electrode in a re-tuil manner.
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