JP6879187B2 - Plasma device jig - Google Patents
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Description
本発明はプラズマ装置の治具に関する。 The present invention relates to a jig for a plasma device.
処理対象物であるワークに対してプラズマ処理を行い、当該ワークの表面の一部に成膜又はエッチングをするプラズマ装置が開発されている(例えば、特許文献1、2参照)。
A plasma device has been developed in which a work to be treated is subjected to plasma treatment and a film or etching is performed on a part of the surface of the work (see, for example,
特許文献1記載の発明は、ワーク端部の上下をマスキング治具で挟んで、チャンバ内でプラズマ処理を行うものである。このとき、ワーク及びマスキング治具は負極電位に属し、ワークとマスキング治具とを支持するパレット及びチャンバは接地電位に属するため、マスキング治具の外周に碍子を配置して、マスキング治具とパレットとを絶縁する必要がある。
In the invention described in
しかしながら、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出した状態にあると、碍子表面で蓄積された電荷がプラズマ中に放出されることにより、異常放電が生じるおそれがある。このため、碍子が露出するマスキング治具の外周部分においてプラズマを発生させることができず、プラズマ処理中にワーク内に熱ムラが生じてワークが反ってしまうことがあった。 However, if the insulator is exposed during the plasma treatment in the chamber, the electric charge accumulated on the insulator surface is released into the plasma, which may cause an abnormal discharge. For this reason, plasma cannot be generated at the outer peripheral portion of the masking jig where the insulator is exposed, and heat unevenness may occur in the work during the plasma processing, causing the work to warp.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出していても、当該碍子を介してマスキング治具とパレットとの間で異常放電が生じることがないプラズマ装置の治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and even if the insulator is exposed during plasma processing in the chamber, an abnormal discharge occurs between the masking jig and the pallet through the insulator. It is an object of the present invention to provide a jig for a plasma device that does not occur.
本発明に係るプラズマ装置の治具は、ワークの一部をマスクするとともに、第1接続部材を有するマスキング治具と、第2接続部材を有してワーク及びマスキング治具を支持するパレットと、第1接続部材と第2接続部材との間に配置された碍子とを備え、パレットは中央に開口部を有し、ワーク及びマスキング治具は、開口部の内側に配置され、第1接続部材と、第2接続部材と、碍子とによって、マスキング治具とパレットとが接続され、碍子は、第1接続部材と第2接続部材との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、第1接続部材及び第2接続部材に対して先端がそれぞれ当接する凸部とを有するものである。 The jig of the plasma device according to the present invention includes a masking jig having a first connecting member and a pallet having a second connecting member to support the work and the masking jig while masking a part of the work. The pallet has an opening in the center, the work and the masking jig are arranged inside the opening, and the first connecting member is provided with a porcelain arranged between the first connecting member and the second connecting member. The masking jig and the pallet are connected by the second connecting member and the pallet, and the porcelain has a main body portion having a spread corresponding to the facing region between the first connecting member and the second connecting member, and the first one. It has a convex portion whose tip abuts on the connecting member and the second connecting member, respectively.
本発明により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出していても、当該碍子を介してマスキング治具とパレットとの間で異常放電が生じることがないプラズマ装置の治具を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a jig for a plasma device in which an abnormal discharge does not occur between a masking jig and a pallet via the insulator even if the insulator is exposed during plasma processing in the chamber. it can.
以下、図面を参照して、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具について説明する。
本実施の形態に係るプラズマ装置は、燃料電池のセパレータとなるワークにカーボンコーティングを施すプラズマCVD装置である。
一般に、プラズマ装置は、真空チャンバ、真空ポンプ、電源、ガス供給装置などを備え、プログラムにより自動運転されるものであるが、装置全体の構成や動作については、特許文献1,2に詳細に記載されており、ここでは、図示及び説明を省略する。
Hereinafter, the jig of the plasma device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
The plasma device according to the present embodiment is a plasma CVD device that applies a carbon coating to a work that serves as a separator for a fuel cell.
Generally, a plasma device includes a vacuum chamber, a vacuum pump, a power source, a gas supply device, and the like, and is automatically operated by a program. However, the configuration and operation of the entire device are described in detail in
図1は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1を示す斜視図である。
治具1は、マスキング治具2、パレット5、碍子(図示せず)などを備えている。
マスキング治具2は浮島治具とも呼ばれ、共に導電性の下マスキング治具3及び上マスキング治具4で構成される。マスキング治具2はプラズマ処理時には陰極となり、−3000Vの電圧が印加される。なお、マスキング治具2は、下マスキング治具3又は上マスキング治具4の一方だけで構成されていても良い。
FIG. 1 is a perspective view showing a
The
The masking jig 2 is also called a floating island jig, and both are composed of a conductive lower masking jig 3 and an
パレット5は金属製の板状部材で構成され、その中央に開口部を有し、開口部の内側において碍子を介してワーク(図示せず)及びマスキング治具2を支持する。また、パレット5はプラズマ処理時には陽極となり、アース(0V)に接続される。
なお、図1では、開口部周囲のパレット5上にシール部材8が示されている。シール部材8は、例えば、Oリングであって、パレット5を上下の真空チャンバで挟んだときに、パレット5と上下の真空チャンバとの間にそれぞれ配置されて、真空チャンバの気密性を保つものである。
The
In FIG. 1, the seal member 8 is shown on the
図2は、図1の線A−A’に沿ったマスキング治具2、パレット5、碍子6,7の断面図である。
マスキング治具2は、上述したように、下マスキング治具3及び上マスキング治具4で構成される。また、下マスキング治具3及び上マスキング治具4はそれぞれ位置決めブロック(第1接続部材)31、41を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the masking jig 2, the
As described above, the masking jig 2 is composed of the lower masking jig 3 and the
マスキング治具2は、下マスキング治具3上にワーク(図示せず)を載置し、ワーク上に上マスキング治具4を載置して、下マスキング治具3及び上マスキング治具4でワークの端部を挟んで、ワークの端部をマスクする。
In the masking jig 2, a work (not shown) is placed on the lower masking jig 3, the
パレット5は、上述したように、碍子6,7を介してワーク及びマスキング治具2を支持する。このために、パレット5は位置決めブロック(第2接続部材)51,52を有する。位置決めブロック51は、碍子6を介して位置決めブロック31と接続され、下マスキング治具3の位置を決定する。位置決めブロック52は、碍子7を介して位置決めブロック41と接続され、上マスキング治具4の位置を決定する。
As described above, the
碍子6,7は、アルミナ又は二酸化ケイ素などのセラミックスで形成され、本体部61,71と凸部62,72とで構成される。碍子6,7の断面は略十字形状である。
碍子6,7の凸部62,72は、その先端において位置決めブロック51,52,31,41の凹部と当接又は嵌合する。
The
The
碍子6,7の本体部61,71は、位置決めブロック51,52と、位置決めブロック31,41とが対向する領域に対応する広がりを有する。すなわち、図2に示す構成を上方向から透視した(つまり、平面透視した)ときに、位置決めブロック51と位置決めブロック31とが重なる領域、及び、位置決めブロック52と位置決めブロック41とが重なる領域と同等の大きさか、当該領域からはみ出すような大きさを、本体部61,71は有している。
The
図3は、本実施の形態に係る碍子6を示す斜視図である。
碍子6は、広がりの大きな円盤状の本体部61の上下面のそれぞれに、やはり円盤状の凸部62を有している。なお、碍子7も碍子6と同様の形状を有しており、ここでは、図示及び説明を省略する。
FIG. 3 is a perspective view showing the
The
本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、このような構成により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子6,7が露出していても、碍子6,7を介してマスキング治具2とパレット5との間で異常放電が生じることがないという優れた効果を奏する。
このため、マスキング治具2の外周部分においてもプラズマを発生させることができ、ワーク内に熱ムラが生じてワークが反ってしまうようなことはない。
With this configuration, the
Therefore, plasma can be generated even in the outer peripheral portion of the masking jig 2, and the work does not warp due to heat unevenness in the work.
次に、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1が上記優れた効果を奏する理由について説明する。
一般に、マスキング治具とパレットとの間で碍子を介して異常放電が生じる理由として、沿面放電、三重点、火花放電の3つを挙げることができる。
Next, the reason why the
In general, there are three reasons why abnormal discharge occurs between the masking jig and the pallet via the insulator: creepage discharge, triple point, and spark discharge.
沿面放電とは、マスキング治具から放出された電子が碍子表面を伝ってパレットまで到達し、マスキング治具とパレットとが短絡するものである。碍子は一定距離まではその表面で電流を流す特性がある。対策として、一般に、碍子そのものを長くし、また、碍子表面を波状などの複雑な形状にして、マスキング治具とパレットとの間の碍子表面に沿った沿面距離を長くし短絡を防いでいるが、これでは碍子が大きく、また、複雑になってしまう。 The creeping discharge means that the electrons emitted from the masking jig travel along the surface of the insulator and reach the pallet, causing a short circuit between the masking jig and the pallet. Insulators have the property of passing an electric current on their surface up to a certain distance. As a countermeasure, in general, the insulator itself is lengthened, and the surface of the insulator is made into a complicated shape such as a wavy shape to lengthen the creepage distance between the masking jig and the pallet along the surface of the insulator to prevent a short circuit. , This makes the insulator large and complicated.
図4は、参考例であるプラズマ装置の治具11の断面図である。治具11は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1の碍子7はそのままで、碍子6だけを円筒形の碍子16に置き換えたものである。
プラズマ装置の治具11を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1で沿面放電が生じない理由を説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
The reason why creeping discharge does not occur in the
碍子16にはその本体部に横方向の広がりがないので、碍子16の沿面距離は、パレット5の位置決めブロック51から下マスキング治具3の位置決めブロック31までの直線距離に等しくなり、極めて短く、位置決めブロック51と位置決めブロック31との間で沿面放電が発生する可能性が大きい。
Since the
これに対して、碍子7では、本体部71に横方向の広がりがあり、碍子7の沿面距離は、パレット5の位置決めブロック52から上マスキング治具4の位置決めブロック41までの直線距離に、碍子7の凸部72外周端から本体部71外周端までの長さの2倍の距離が加わり、長くなって、位置決めブロック52と位置決めブロック41との間で沿面放電が発生する可能性は小さくなる。
On the other hand, in the insulator 7, the
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、碍子6,7の本体部61,71が横広がりを有しているので、パレット5の位置決めブロック51,52から上下マスキング治具3,4の位置決めブロック31,41までの沿面距離が大きくなり、沿面放電が発生する可能性は小さい。
That is, in the
また、三重点とは、マスキング治具、碍子、プラズマの3つが接する点のことであり、三重点近傍の碍子表面に、マスキング治具(陰極)から放出された電子が蓄積されるが、三重点近傍で電子を蓄積しきれなくなったときに、当該電子がプラズマ空間に一気に放出されて異常放電が発生する。対策として、一般に、碍子を削り込んで、マスキング治具と碍子との間に狭い微細な隙間を作り、マスキング治具と碍子との接点にまでプラズマが届かないようにしているが、そのためには、碍子そのものをやはり大きくしなくてはならない。 The triple point is a point where the masking jig, the porcelain, and the plasma come into contact with each other, and the electrons emitted from the masking jig (cathode) are accumulated on the surface of the porcelain near the triple point. When the electrons cannot be accumulated in the vicinity of the triple point, the electrons are suddenly emitted into the plasma space and an abnormal discharge occurs. As a countermeasure, in general, the insulator is carved to create a narrow and minute gap between the masking jig and the insulator so that the plasma does not reach the contact point between the masking jig and the insulator. , The insulator itself must be enlarged.
図5は、やはり、参考例であるプラズマ装置の治具11の断面図である。図5の治具11は、図4のものと同じである。
プラズマ装置の治具11を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1で三重点による異常放電が生じない理由を説明する。
FIG. 5 is also a cross-sectional view of the
The reason why the abnormal discharge due to the triple point does not occur in the
碍子16にはその本体部に横方向の広がりがないので、パレット5の位置決めブロック51と、下マスキング治具3の位置決めブロック31と、碍子16とで形成される空間に、プラズマが容易に入り込み、三重点が形成された状態が長く続き、異常放電が発生する可能性が大きい。
Since the
なお、図5では、図及び説明を分りやすくするために、位置決めブロック51と、位置決めブロック31と、碍子16とで形成される空間のうちの左側の部分にだけプラズマが入り込んでいる状態を示しているが、実際には、当該空間全てにプラズマが入り込み、また、他の空間においてもプラズマが発生している。
Note that FIG. 5 shows a state in which plasma enters only the left portion of the space formed by the
これに対して、碍子7では、本体部71に横方向の広がりがあり、また、本体部71の上下面に凸部72があるので、上マスキング治具4の位置決めブロック41と碍子7との間に、例えば、1.5μm以下の微細な隙間が形成される。仮にこの隙間にプラズマが入り込むことがあっても、上マスキング治具4と碍子7とが接するような奥にまでは到達することができずに、三重点が形成されることは妨げられる。
On the other hand, in the insulator 7, the
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、碍子6,7の本体部61,71が横広がりを有し、また、本体部71の上下面に凸部72があるので、マスキング治具3,4と碍子6,7との間に微細な隙間が形成され、プラズマがマスキング治具3,4と碍子6,7との接点まで届かず、三重点による異常放電が発生する可能性は小さい。
That is, in the
また、火花放電とは、マスキング治具とパレットとの間隔が小さいときに、マスキング治具から放出された電子が空間を伝ってパレットにまで到達して雷(アーク)となり、マスキング治具とパレットとが短絡するものである。対策として、一般に、マスキング治具とパレットとの間隔を大きくしているが、このためには、やはり碍子を大きくしなくてはならない。 In addition, spark discharge means that when the distance between the masking jig and the pallet is small, the electrons emitted from the masking jig travel through the space and reach the pallet to form lightning (arc), and the masking jig and pallet Is short-circuited. As a countermeasure, the distance between the masking jig and the pallet is generally increased, but for this purpose, the insulator must also be increased.
図6は、参考例であるプラズマ装置の治具11の断面図である。図6の治具11は、図4,5のものと同じである。
プラズマ装置の治具11を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1で火花放電が生じない理由を説明する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
The reason why spark discharge does not occur in the
碍子16にはその本体部に横方向の広がりがないので、パレット5の位置決めブロック51と、下マスキング治具3の位置決めブロック31とが対面して、火花放電が発生する可能性が大きい。
なお、図6でも、説明を分りやすくするために、位置決めブロック51と、位置決めブロック31と、碍子16とで形成される空間のうちの左側の部分にだけプラズマが発生している状態を示しているが、実際には、他の空間においてもプラズマが発生している。
Since the main body of the
In addition, also in FIG. 6, in order to make the explanation easy to understand, a state in which plasma is generated only in the left side portion of the space formed by the
これに対して、碍子7では、本体部71に横方向の広がりがあり、その大きさは、上述したように、パレット5の位置決めブロック52と上マスキング治具4の位置決めブロック41とが重なる領域と同等か、当該領域からはみ出すものである。このため、位置決めブロック52と位置決めブロック41との間には、碍子7の本体部71が存在し、位置決めブロック52と位置決めブロック41とが対面することはなく、火花放電が発生する可能性は小さい。
On the other hand, in the insulator 7, the
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、碍子6,7の本体部61,71が横広がりを有しているので、パレット5の位置決めブロック51,52と、上下マスキング治具3,4の位置決めブロック31,41との間に碍子6,7の本体部61,71が存在し、位置決めブロック51,52と、位置決めブロック31,41とが対面することがなく、火花放電が発生する可能性は小さい。
That is, in the
本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、このように、沿面放電、三重点、火花放電の3つを抑えて、マスキング治具3,4とパレット5との間で碍子を介して異常放電が生じることを防いでおり、結果として、更に、安定したプラズマ放電が得られるという優れた効果も奏する。
In this way, the
図7は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1を用いたときのプラズマ装置の放電レベルを示す図である。横軸はチャンバ内圧力を示し、縦軸は印加電圧を示す。
従来の局所チャンバでの放電レベルと比べて、本実施の形態に係る放電レベルは、チャンバ内圧力、印加電圧を共に大きくすることができる。
このとき、チャンバ内圧力と加工時間とは反比例の関係があり、本実施の形態に係るプラズマ処理により、従来の半分の時間で加工ができるようになる。また、印加電圧は、プラズマ強度を上げることに貢献し、原料ガスの使用効率を1.2倍程度まで向上させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing the discharge level of the plasma device when the
Compared with the discharge level in the conventional local chamber, the discharge level according to the present embodiment can increase both the pressure in the chamber and the applied voltage.
At this time, the pressure in the chamber and the processing time have an inversely proportional relationship, and the plasma treatment according to the present embodiment enables processing in half the conventional time. Further, the applied voltage contributes to increasing the plasma intensity, and the efficiency of using the raw material gas can be improved up to about 1.2 times.
なお、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1については、様々な変形、修正が可能である。
図8は、変形例1に係るプラズマ装置の治具101の断面図である。パレットの位置決めブロック151、碍子106、マスキング治具の位置決めブロック121の断面だけを抽出して示している。
変形例1に係る碍子106は本体部の上下面に凸部がない平板形状となっており、代わりに、位置決めブロック151、位置決めブロック121が上面又は下面に凸部を有して、それらの先端部が碍子106と当接している。
The
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
The
このような構成によっても、碍子106の沿面距離が大きくなり、マスキング治具と碍子106との間に微細な隙間ができ、また、パレットとマスキング治具とが対面することがないので、マスキング治具とパレットとの間での碍子を介する異常放電を抑えることができる。
なお、変形例1に係る碍子106では、その沿面距離が実施の形態に係る碍子6,7のものよりも若干小さくなるので、必要に応じて、碍子106の広がり(上下面の面積)を更に大きくしても良い。
Even with such a configuration, the creepage distance of the
Since the creepage distance of the
図9は、変形例2に係る碍子を示す斜視図である。
マスキング治具とパレットとの間での碍子を介する異常放電を抑えることができるのであれば、碍子の本体部及び凸部は必ずしも円盤形状、円柱形状でなくても良く、例えば、図9に示すように、6角平板形状、4角平板形状、6角柱形状、4角柱形状などの多角平板形状、多角柱形状であっても良い。もちろん、本体部を円盤形状にし、凸部を6角柱形状にするなど、本体部と凸部とで異なる平板形状、柱形状などを用いても良い。
FIG. 9 is a perspective view showing the insulator according to the modified example 2.
As long as the abnormal discharge between the masking jig and the pallet via the insulator can be suppressed, the main body and the convex portion of the insulator do not necessarily have to be disk-shaped or cylindrical, and are shown in FIG. 9, for example. As described above, the shape may be a polygonal flat plate shape such as a hexagonal flat plate shape, a tetragonal flat plate shape, a hexagonal pillar shape, a tetragonal pillar shape, or a polygonal pillar shape. Of course, different flat plate shapes, pillar shapes, etc. may be used between the main body and the convex portion, such as the main body portion having a disk shape and the convex portion having a hexagonal pillar shape.
図10は、変形例3に係る碍子を示す斜視図である。
碍子は、組み合わせたときに、本体部と凸部とを構成できるのであれば、必ずしも一部品で、すなわち、一体的に形成されていなくても良い。
FIG. 10 is a perspective view showing the insulator according to the modified example 3.
The insulator does not necessarily have to be formed as one component, that is, integrally as long as it can form a main body portion and a convex portion when combined.
以上、説明したように、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具1は、ワークの一部をマスクするとともに、第1接続部材31,41を有するマスキング治具3,4と、第2接続部材51、52を有してワーク及びマスキング治具3,4を支持するパレット5と、第1接続部材31,41と第2接続部材51、52との間に配置された碍子6,7とを備え、パレット5は中央に開口部を有し、ワーク及びマスキング治具3,4は、開口部の内側に配置され、第1接続部材31,41と、第2接続部材51、52と、碍子6,7とによって、マスキング治具3,4とパレット5とが接続され、碍子6,7は、第1接続部材31,41と第2接続部材51、52との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、第1接続部材31,41及び第2接続部材51、52に対して先端がそれぞれ当接する凸部62,72とを有するものである。
As described above, the
このような構成により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子6,7が露出していても、碍子6,7を介してマスキング治具3,4とパレット5との間で異常放電が生じることがない。
With such a configuration, even if the
1,11,101 プラズマ装置の治具
2 マスキング治具
3 下マスキング治具
31,131 下マスキング治具の位置決めブロック(第1接続部材)
4 上マスキング治具
41 上マスキング治具の位置決めブロック(第1接続部材)
5 パレット
51、52,151 パレットの位置決めブロック(第2接続部材)
6,7,16,106 碍子
61,71 碍子の本体部
62,72 碍子の凸部
8 シール部材
1,11,101 Plasma device jig 2 Masking jig 3 Lower masking jig 31,131 Positioning block of lower masking jig (first connection member)
4
5
6,7,16,106
Claims (1)
第2接続部材を有して前記ワーク及び前記マスキング治具を支持するパレットと、
前記第1接続部材と前記第2接続部材との間に配置された碍子とを備え、
前記パレットは中央に開口部を有し、
前記ワーク及び前記マスキング治具は、前記開口部の内側に配置され、
前記第1接続部材と、前記第2接続部材と、前記碍子とによって、前記マスキング治具と前記パレットとが接続され、
前記碍子は、前記第1接続部材と前記第2接続部材との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、前記第1接続部材及び前記第2接続部材に対して先端がそれぞれ当接する凸部とを有する
プラズマ装置の治具。 A masking jig that masks a part of the work and has a first connecting member,
A pallet having a second connecting member and supporting the work and the masking jig,
An insulator arranged between the first connecting member and the second connecting member is provided.
The pallet has an opening in the center
The work and the masking jig are arranged inside the opening.
The masking jig and the pallet are connected by the first connecting member, the second connecting member, and the insulator.
The insulator has a main body portion having a spread corresponding to a region facing the first connecting member and the second connecting member, and a convex portion whose tip abuts on the first connecting member and the second connecting member, respectively. Insulator for plasma equipment with and.
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