JP2006165424A - O-ring structure of plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ発生装置に関し、詳しくは、プラズマ室と外部装置との連結部に設けられたOリングによる気密性を高めたプラズマ発生装置のOリング構造に係る。 The present invention relates to a plasma generation device, and more particularly to an O-ring structure of a plasma generation device with improved airtightness due to an O-ring provided at a connecting portion between a plasma chamber and an external device.
プラズマ発生装置には、プラズマ室内に平行電極を配置し、この平行電極に高周波電圧を与え、減圧したプラズマ室内にプラズマを発生させる高周波型のプラズマ発生装置、また、プラズマ室の周囲に高周波コイルを設け、このコイルを高周波電源によって給電し、減圧したプラズマ室内にプラズマを発生させる誘電型のプラズマ発生装置、さらには、減圧したプラズマ室内にマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるマイクロ波利用のプラズマ発生装置などがある。 In the plasma generator, a parallel electrode is arranged in the plasma chamber, a high frequency voltage generator is applied to the parallel electrode to generate a plasma in the decompressed plasma chamber, and a high frequency coil is provided around the plasma chamber. A dielectric type plasma generator for generating plasma in a depressurized plasma chamber by supplying power to the coil with a high frequency power source, and further utilizing microwaves for generating plasma by supplying microwave power to the depressurized plasma chamber There are plasma generators.
図7は、マイクロ波利用のプラズマ発生装置を示す概略構成図である。
このプラズマ発生装置10は、プラズマ室11の上部に石英板12からなるマイクロ波窓13を設け、このマイクロ波窓13からプラズマ室11内にマイクロ波電力を供給する。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a microwave plasma generation apparatus.
In the
すなわち、マイクロ波発振器(図示省略)から出力するマイクロ波電力が導波管14を介して送られ、その結合孔15、前記石英板12、プラズマ室11の連結孔16を通ってプラズマ室11内に投射される。
That is, microwave power output from a microwave oscillator (not shown) is sent through the
上記した石英板12は、マイクロ波電力を供給する他に、プラズマ室11内を大気と遮断する作用をするものであるから、その配設位置にはOリング17を設け、このOリング17による気密構成により石英板12が配設されている。
In addition to supplying microwave power, the
その他、このプラズマ発生装置10は、プラズマ室11内を減圧する真空ポンプに連結する真空用パイプ18、プラズマ室11にガス供給するガス供給用パイプ19などが設けられている。
In addition, the
上記したマイクロ波利用のプラズマ発生装置10は、表面波励起プラズマ20を発生させ、被処理物21をプラズマ加工するが、しばしばハロゲン・プラズマを用いることがある。
ハロゲン・プラズマは、プラズマ室11に供給するガスの種類を特定して発生させ、半導体、或いは、金属やセラミックの部品等のエッチングなどの処理を行なう。
The microwave
Halogen plasma is generated by specifying the type of gas supplied to the
しかし、ハロゲン・プラズマは、腐食性の高いプラズマであるため、石英板12やOリング17などが化学的に腐食されやすくなる。
したがって、石英板12は、機械的に強く、価格も安いが、化学的に腐食し易いために、ハロゲン・プラズマによって腐食が進み、孔があいたり、粉塵物が発生したりすると言う問題がある。
However, since halogen plasma is highly corrosive plasma, the
Therefore, although the
また、ゴム系資材のOリング17は、ハロゲン・プラズマによって化学的に腐食されるために、気密性を保持することができない。
つまり、ゴム系資材のOリング17は、一般には気密性が高いが、ハロゲン・プラズマによって腐食することから、石英板12の気密な配設が困難となる他、腐食による粉塵物が被処理物21に混入すると言う問題がある。
Further, the O-
That is, the O-
したがって、ハロゲン・プラズマを用いる場合には、石英板12に換えてアルミナ板を使用し、また、フッ素樹脂系資材(例えば、ポリテトラフルオロエチレン)のOリング17を用いている。
アルミナ板やフッ素樹脂系資材のOリング17は、ハロゲン・プラズマが照射されてもほとんど腐食しないが、しかし、次のような問題がある。
Therefore, when halogen plasma is used, an alumina plate is used instead of the
The O-
アルミナ板は、石英板に比べてマイクロ波電力の反射が多いため、プラズマ室11の真空度を所定値以上(例えば、1Pa以上)に保たなければプラズマが発生しないため、プラズマ処理する被処理物21に制限を受けるなどの問題が生ずる。
Since the alumina plate reflects more microwave power than the quartz plate, plasma is not generated unless the degree of vacuum in the
フッ素樹脂系資材のOリング17は、価格が非常に高い上、150度以上の温度で塑性変形するため、被処理物21の一回のプラズマ処理毎に交換しなければプラズマ室11の真空度を保つことが困難となる。
したがって、Oリング17のコストが高くなると共に、その交換に手数がかかると言う問題がある。
The O-
Therefore, there is a problem that the cost of the O-
本発明は、上記した実情にかんがみ、プラズマ室と外部装置との連結部に設けるOリングについて、耐腐食性と気密性とを有するプラズマ発生装置のOリング構造を提案することを目的とする。 In view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to propose an O-ring structure of a plasma generator having corrosion resistance and airtightness for an O-ring provided at a connecting portion between a plasma chamber and an external device.
上記した目的を達成するため、本発明では、第1の発明として、減圧するプラズマ室と外部装置との連結部にOリングを設けてプラズマ室を密閉するプラズマ発生装置のOリング構造において、耐腐食性の高い資材で形成したリング径の小さい第1のOリングと、気密性の高い資材で形成したリング径の大きい第2のOリングとを設け、前記連結部の連結孔側に前記第1のOリングを、この第1のOリングの外方に前記第2のOリングを各々配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造を提案する。 In order to achieve the above-described object, in the present invention, as a first invention, in an O-ring structure of a plasma generator in which an O-ring is provided at a connecting portion between a plasma chamber to be decompressed and an external device to seal the plasma chamber, A first O-ring having a small ring diameter formed from a highly corrosive material and a second O-ring having a large ring diameter formed from a highly air-tight material are provided, and the first O-ring is formed on the connecting hole side of the connecting portion. The present invention proposes an O-ring structure for a plasma generator, in which one O-ring is provided and the second O-ring is disposed outside the first O-ring.
第2の発明としては、第1の発明のOリング構造において、第1のOリングをフッ素樹脂系資材で形成し、第2のOリングをゴム系資材で形成したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造を提案する。 According to a second invention, in the O-ring structure of the first invention, the first O-ring is formed of a fluororesin material and the second O-ring is formed of a rubber material. The O-ring structure of the device is proposed.
第3の発明としては、第1の発明のOリング構造において、プラズマ室内にマイクロ波電力を供給する導波管の連結部、プラズマ室内のプラズマ発生状態を確認するための分光器の連結部、プラズマ室内の真空度を測定する真空計の連結部などの各々の連結部の全部又はそれらの一部に前記第1、第2のOリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造を提案する。 As a third invention, in the O-ring structure of the first invention, a connecting portion of a waveguide for supplying microwave power into the plasma chamber, a connecting portion of a spectrometer for confirming a plasma generation state in the plasma chamber, The first and second O-rings are arranged on all or a part of each connecting portion such as a connecting portion of a vacuum gauge for measuring the degree of vacuum in the plasma chamber. A ring structure is proposed.
第4の発明としては、第1の発明のOリング構造において、プラズマ室内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を構成する石英板のプラズマ側となる板面にアルミナ板又はアルミナ薄膜を設けると共に、前記石英板と、この石英板が設置されるプラズマ室部所との間に前記した第1、第2のOリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造を提案する。 As a fourth invention, in the O-ring structure of the first invention, an alumina plate or an alumina thin film is provided on a plate surface on the plasma side of a quartz plate constituting a microwave window for supplying microwave power into the plasma chamber. Proposed is an O-ring structure of a plasma generator, characterized in that the first and second O-rings are disposed between the quartz plate and a plasma chamber where the quartz plate is installed. .
第1〜第3の発明によれば、フッ素樹脂系資材で形成した耐腐食性の高い第1のOリングが連結孔に近づけて配設されているから、プラズマがこの第1のOリングに当たる。
そして、第1のOリングとその配設部所との隙間を通ったプラズマが第1のOリングの外方に設けた第2のOリングに当る。
このことから、第2のOリングに照射するプラズマが極めて少ないから、第2のOリングを気密性の高いゴム系資材で形成することができる。
According to the first to third inventions, since the first O-ring having high corrosion resistance formed of the fluororesin-based material is disposed close to the connection hole, the plasma hits the first O-ring. .
And the plasma which passed through the clearance gap between a 1st O-ring and the arrangement | positioning location hits the 2nd O-ring provided in the outer side of the 1st O-ring.
From this, since the plasma irradiated to the second O-ring is extremely small, the second O-ring can be formed of a rubber material having high airtightness.
つまり、腐食性の高いハロゲン・プラズマを発生させた場合、第1のOリングが高温によって塑性変形し、気密保持が困難となるが、この第1のOリングが第2のOリングに当たるプラズマのほとんどを阻止する。 In other words, when highly corrosive halogen plasma is generated, the first O-ring is plastically deformed at a high temperature, making it difficult to maintain hermeticity, but this first O-ring hits the second O-ring. Stop most.
したがって、第2のOリングを気密性の高いゴム系資材で形成しても、この第2のOリングがハロゲン・プラズマによって腐食することがなく、第2のOリングによって連結部が気密構造となり、大気と遮断され、プラズマ室の真空度が保持される。 Therefore, even if the second O-ring is formed of a rubber-based material having high airtightness, the second O-ring is not corroded by halogen plasma, and the connecting portion has an airtight structure by the second O-ring. , The atmosphere is cut off and the vacuum degree of the plasma chamber is maintained.
第4の発明は、導波管を連結するマイクロ波窓に第1、第2のOリングを配設したOリング構造であり、マイクロ波窓が石英板となっている。
そして、その石英板にはアルミナ板又はアルミナ薄膜を設け、ハロゲン・プラズマによる腐食を防止し、さらに、この石英板とプラズマ室との間に第1、第2のOリングを配設し、プラズマ室の真空度を保持している。
A fourth invention is an O-ring structure in which first and second O-rings are disposed in a microwave window connecting waveguides, and the microwave window is a quartz plate.
The quartz plate is provided with an alumina plate or an alumina thin film to prevent corrosion by halogen plasma, and further, first and second O-rings are disposed between the quartz plate and the plasma chamber, Maintains the degree of vacuum in the chamber.
次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図1は、本発明の実施形態を示すラズマ発生装置の概略構成図、図2は、導波管を省略してマイクロ波窓を示したプラズマ室の部分図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma generator showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial view of a plasma chamber showing a microwave window without a waveguide.
図示するように、このプラズマ発生装置30は、プラズマ室11の上方凹所31にマイクロ波窓13としてアルミナ板32を設け、また、このアルミナ板31と前記凹所31の底面との間に、内側Oリング(第1のOリング)33と外側Oリング(第2のOリング)34とを設け、アルミナ板32を気密配置する構成としてある。
As shown in the figure, this
なお、その他は図7に示す従来例のプラズマ発生装置と同じ構成であるから、同一部材及び同一部所については同符号を付してそれらの説明は省略する。 Since the rest of the configuration is the same as that of the conventional plasma generator shown in FIG. 7, the same members and the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
内側Oリング33は、ハロゲン・プラズマに対し腐食の少ないフッ素樹脂系資材でリング状に形成し、図2に示す如く、プラズマ室11の連結孔16に近い位置に配設してある。
外側Oリング34は、気密性の高いゴム系資材でリング状に形成し、図2に示すように、内側Oリング33の外方に配設してある。
The inner O-
The outer O-
上記のプラズマ発生装置は、従来例同様にハロゲン・プラズマ20を発生させて被処理物21をプラズマ処理するが、その処理中にプラズマ20が内側Oリング33にも照射されるため、この内側Oリング33が加熱されて塑性変形する。
The plasma generator generates
内側Oリング33はハロゲン・プラズマによって腐食することはないが、その変形のために、アルミナ板32の間と凹所31の底部の間に微少な隙間が生ずるために、この内側Oリング33による気密作用がほとんどなくなる。
しかし、内側Oリング33の変形によって生じた隙間を通って外側Oリング34に達するプラズマ20は極く僅かとなるので、外側Oリング34がほとんど腐食しない。
Although the inner O-
However, since the
この結果、気密性の高い外側Oリング34によってプラズマ室11とアルミナ板32との間が密閉されるので、プラズマ室11の真空度が確実に保たれる。
すなわち、内側Oリング33が外側Oリング34に達するプラズマ20を阻止し、外側Oリング34がプラズマ室11内と大気との間を確実に遮断する気密作用を行なう。
As a result, since the space between the
That is, the inner O-
内側Oリング33と外側Oリング34の気密作用について図3、図4を参照して今少し詳述する。
図3は、図2上のA−A線拡大断面図であり、この図において、dは外側Oリング34の線径、Dは外側Oリング34のリング直径、gは内側Oリング33の変形によって生じたギャップ(隙間)の厚さ、rは上記ギャップの半径を各々示す。
なお、ギャップは図4に示したように、内側Oリング33の上下に生ずるが、説明を簡単にするために、単一層のギャップとし、g=g1+g2として説明する。
The airtight action of the inner O-
3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2. In this figure, d is a wire diameter of the outer O-
As shown in FIG. 4, the gap is formed above and below the inner O-
ハロゲン・プラズマ20が作るラジカルのうち外側Oリング34を侵食するラジカルの密度をNr、その平均速度をVrとすれば、内側Oリング33のギャップを通過するフラックスF1は、
F1=(1/4)・Nr・Vr・2πr・g
このフラックスF1が外側Oリング34を照射侵食することになる。
If the density of radicals eroding the outer O-
F1 = (1/4) · Nr · Vr · 2πr · g
This flux F1 radiates and erodes the outer O-
一方、従来例のように、内側Oリング33がなく、外側Oリング34が直接にハロゲン・プラズマ20によって照射されると、外側Oリング34に当るフラックスF2は、
F2=(1/4)・Nr・Vr・π・D・d
となる。
したがって、F1/F2=2rg/Dd
となる。
ここで、2r≒Dとし、g=0.01mm、d=5mmとすれば、
F1/F2=2×10−3
となるから、外側Oリング34の腐食が大幅に減少することが分かる。
On the other hand, as in the conventional example, when there is no inner O-
F2 = (1/4) · Nr · Vr · π · D · d
It becomes.
Therefore, F1 / F2 = 2 rg / Dd
It becomes.
Here, if 2r≈D, g = 0.01 mm, d = 5 mm,
F1 / F2 = 2 × 10 −3
Thus, it can be seen that the corrosion of the outer O-
一方、外側Oリング34の腐食によって生成された分子がプラズマ側に戻るには、内側Oリング33のギャップを通ることになるから、その分子によるプラズマ汚染の割合は、
(F1/F2)2=4×10−6
となるから、腐食によるプラズマ汚染の影響がほとんど発生しない。
On the other hand, since the molecules generated by the corrosion of the outer O-
(F1 / F2) 2 = 4 × 10 −6
Therefore, the influence of plasma contamination due to corrosion hardly occurs.
上記したように、内側Oリング33と外側Oリング34のOリング構造によって、アルミナ板32の配置部所の大気漏れを確実に防ぐことができ、また、Oリングが腐食しないから、その交換を要しない。
さらに、Oリング腐食によって発生する粉塵のプラズマ汚染も発生しない。
As described above, the O-ring structure of the inner O-
Furthermore, no plasma contamination of dust generated by O-ring corrosion occurs.
図5は、本発明の他の実施形態を示した図3同様の断面図である。
この実施形態では、マイクロ波窓13として石英板35が設けてある。
石英板35は、既に述べたように、ハロゲン・プラズマ20の照射によって化学的に腐食するため、プラズマ側となる一側面にアルミナ薄板36が接着してある。
なお、アルミナ薄板36に換えてアルミナ材を推積させてアルミナ薄膜を形成してもよい。
FIG. 5 is a sectional view similar to FIG. 3, showing another embodiment of the present invention.
In this embodiment, a
As described above, since the
Note that an alumina thin film may be formed by depositing an alumina material instead of the alumina
このように構成したプラズマ発生装置は、プラズマ発生に有利な石英板35を使用し、かつ、外側Oリング34によって気密性を保持することができる。
The plasma generating apparatus configured as described above can use the
以上、本発明について、マイクロ波窓13と導波管14との連結部に内側Oリング33と外側Oリング34とのOリング構造を設けたが、その他に本発明は、図6に示すように、プラズマ室11に連結する分光器37の連結部38や真空計39の連結部40などについても同様に備えることができる。
As described above, in the present invention, the O-ring structure of the inner O-
すなわち、プラズマ発生装置30には、一般に、プラズマを確認する分光器37やプラズマ室11内の真空度を測定する真空計39などが備えられているが、これら分光器37、真空計39の連結部38、40についても、上記した内側Oリング33と外側Oリング34と同様の2つのOリング41、42を備えることにより、ハロゲン・プラズマに対し耐腐食性の高い連結部となる。
That is, the
なお、本発明はマイクロ波利用のプラズマ発生装置にかぎらず、高周波型のプラズマ発生装置、誘電型のプラズマ発生装置の連結部についても上記同様に実施することができる。 Note that the present invention is not limited to the plasma generator using microwaves, but can be implemented in the same manner as described above with respect to the connecting portion of the high-frequency plasma generator and dielectric plasma generator.
腐食性の高いハロゲン・プラズマを発生させるプラズマ発生装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a plasma generator that generates highly corrosive halogen plasma.
11 プラズマ室
13 マイクロ波窓
16 連結孔
30 プラズマ発生装置
32 アルミナ板
33 内側Oリング(第1のOリング)
34 外側Oリング(第2のOリング)
35 石英板
36 アルミナ薄板
11
34 Outer O-ring (second O-ring)
35
Claims (4)
耐腐食性の高い資材で形成したリング径の小さい第1のOリングと、気密性の高い資材で形成したリング径の大きい第2のOリングとを設け、
前記連結部の連結孔側に前記第1のOリングを、この第1のOリングの外方に前記第2のOリングを各々配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造。 In the O-ring structure of the plasma generator that seals the plasma chamber by providing an O-ring at the connecting portion between the plasma chamber to be decompressed and the external device,
A first O-ring with a small ring diameter formed from a highly corrosion-resistant material and a second O-ring with a large ring diameter formed from a highly air-tight material are provided,
An O-ring structure for a plasma generating apparatus, wherein the first O-ring is disposed on the coupling hole side of the coupling portion, and the second O-ring is disposed on the outer side of the first O-ring.
第1のOリングをフッ素樹脂系資材で形成し、第2のOリングをゴム系資材で形成したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造。 The O-ring structure according to claim 1,
An O-ring structure of a plasma generator, wherein the first O-ring is made of a fluororesin material and the second O-ring is made of a rubber material.
プラズマ室内にマイクロ波電力を供給する導波管の連結部、プラズマ室内のプラズマ発生状態を確認するための分光器の連結部、プラズマ室内の真空度を測定する真空計の連結部などの各々の連結部の全部又はそれらの一部に前記第1、第2のOリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造。 The O-ring structure according to claim 1,
Each of the connecting part of the waveguide for supplying microwave power into the plasma chamber, the connecting part of the spectrometer for checking the plasma generation state in the plasma chamber, the connecting part of the vacuum gauge for measuring the degree of vacuum in the plasma chamber, etc. An O-ring structure for a plasma generating apparatus, wherein the first and second O-rings are disposed on all or a part of the connecting portions.
プラズマ室内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を構成する石英板のプラズマ側となる板面にアルミナ板又はアルミナ薄膜を設けると共に、前記石英板と、この石英板が設置されるプラズマ室部所との間に前記した第1、第2のOリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のOリング構造。
The O-ring structure according to claim 1,
An alumina plate or an alumina thin film is provided on the surface of the quartz plate that constitutes the microwave window that supplies microwave power to the plasma chamber, and the quartz plate and the plasma chamber portion in which the quartz plate is installed An O-ring structure for a plasma generator, wherein the first and second O-rings are disposed between the first and second O-rings.
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