KR100690447B1 - Ion generating apparatus and thin film depositing system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온 발생 장치 및 이를 이용한 박막 증착 장치에 관한 것으로, 하우징, 애노드, 캐소드, 자계 형성 수단 및 가스 분사 수단을 포함하는 이온 발생 장치를 제공하되, 상기 가스 분사 수단은, 상기 플라즈마 형성 영역과 연결된 내부 공간과, 상기 내부 공간의 측면 방향으로 가스를 분사하기 위한 다수의 분사 노즐과, 상기 분사 노즐을 통해 상기 내부 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유로를 포함한다. 또한, 상기의 이온 발생 장치를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다. 이를 통해 플라즈마 발생 영역으로 가스를 직접 분사시키지 않고, 내부 공간에 나선으로 분사된 가스가 플라즈마 발생 영역으로 공급되도록 하여 적은 량의 가스를 사용하면서도 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 고밀도의 플라즈마를 통해 피증착물질의 표면에 증착되는 박막의 증착율을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to an ion generating device and a thin film deposition apparatus using the same, and provides an ion generating device including a housing, an anode, a cathode, a magnetic field forming means, and a gas injection means, wherein the gas injection means comprises: the plasma forming region; A connected internal space, a plurality of injection nozzles for injecting gas in the lateral direction of the internal space, and a gas supply passage for supplying gas to the internal space through the injection nozzle. In addition, the present invention provides a thin film deposition apparatus including the ion generator. This makes it possible to generate a dense plasma while using a small amount of gas by supplying a spirally injected gas to the plasma generating region without directly injecting the gas into the plasma generating region. The deposition rate of the thin film deposited on the surface of the material to be deposited can be improved.

이온 발생 장치, 플라즈마, 분사 노즐, 박막 증착, 이온건, 가스 분사 Ion Generator, Plasma, Injection Nozzle, Thin Film Deposition, Ion Gun, Gas Injection

Description

이온 발생 장치 및 이를 이용한 박막 증착 장치{ION GENERATING APPARATUS AND THIN FILM DEPOSITING SYSTEM USING THE SAME}ION GENERATING APPARATUS AND THIN FILM DEPOSITING SYSTEM USING THE SAME}

도 1은 종래의 이온 발생 장치의 개념도. 1 is a conceptual diagram of a conventional ion generating device.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 이온 발생 장치의 사시도이고, 도 2b는 이온 발생장치의 평면도.Figure 2a is a perspective view of the ion generating device according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is a plan view of the ion generating device.

도 3은 도 2b의 이온 발생 장치를 A-A선에 대해 자른 종단면도. FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the ion generating device of FIG. 2B taken along line A-A. FIG.

도 4는 본 발명에 따른 가스 분사 수단을 설명하기 위해 도 3의 B-B선에 대해 자른 횡단면도. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 3 to illustrate the gas injection means according to the invention.

도 5는 가스 분사 수단의 분사 노즐을 설명하기 위한 분사 노즐 영역의 단면도. 5 is a cross-sectional view of an injection nozzle region for explaining an injection nozzle of a gas injection means.

도 6은 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 개념 단면도. 6 is a conceptual cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 이온 발생 장치 110 : 하우징100 ion generator 110 housing

120 : 애노드 130 : 캐소드120: anode 130: cathode

140 : 가스 분사 수단 144 : 분사 노즐140 gas injection means 144 injection nozzle

146 : 가스 유로 200 : 챔버146 gas passage 200 chamber

210 : 안착부재 220 : 원료 공급 수단210: mounting member 220: raw material supply means

본 발명은 이온 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적은 량의 가스를 사용하면서도 높은 플라즈마 밀도를 가지는 이온 발생 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ion generating device, and more particularly, to an ion generating device having a high plasma density while using a small amount of gas.

최근 카메라 렌즈의 무반사 코팅, 레이저 공명기용 거울 등의 고반사율 코팅, 밴드 패스 필터 또는 간섭 필터용 등 광학계의 각종 분야별로 최적의 광학적 특성을 갖는 고기능성 광학 제품에 대한 요구가 증대되고 있다. Recently, there is a growing demand for high functional optical products having optimal optical characteristics for various fields of the optical system such as anti-reflective coating of camera lenses, high reflectivity coating such as mirrors for laser resonators, band pass filters or interference filters.

이러한 고기능성 광학 제품은 Cr, Al, Cu, Ag 등과 같은 단일금속, Al2O3, SiO2, TiO2, ZnO2 등과 같은 산화물 또는 TiN, Si3N4, MgF2 등과 같은 화합물들을 수십에서 수천 nm 단위로 유리나 고분자 기판 위에 단일층 또는 다중층으로 코팅하여 제조된다. These highly functional optics can contain single metals such as Cr, Al, Cu, Ag, oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZnO 2 , or compounds such as TiN, Si 3 N 4 , MgF 2 . It is manufactured by coating a single layer or multiple layers on glass or a polymer substrate in thousands of nm units.

금속 코팅은 주로 전자빔 증착 장비 또는 스퍼터링(sputtering) 장비를 이용하며, 장비의 구성 및 코팅 조건에 따라서 박막의 특성은 확연히 달라지게 되어 최적의 장비 구성과 공정 조건을 결정하지 못하면 박막의 밀착력이 약하거나 외부 환경에 따라서 광학적 특성이 변화될 뿐만 아니라 굴절율, 전도도, 투과율, 반사율 등과 같은 광학적/전기적 특성이 그 물질 고유의 특성을 가지지 못하고 열화되는 현상이 나타나게 된다. The metal coating mainly uses electron beam deposition equipment or sputtering equipment, and the characteristics of the thin film vary significantly according to the composition and coating conditions of the equipment. If the optimum equipment composition and process conditions cannot be determined, the adhesion of the thin film is weak or Not only does the optical property change depending on the external environment, but the optical / electrical properties such as refractive index, conductivity, transmittance, and reflectance do not have their own properties and deteriorate.

기존의 전자빔 증착 장비에서는 피증착 원료 물질에 고에너지를 인가하여 증발된 원료 물질이 금속재, 유리 또는 고분자 등의 기판에 증착될 때 증착이 용이하게 이루어질 수 있도록 원료 물질의 활성화를 돕고 기판을 결합 가능 온도까지 상승시키기 위해, 전자빔 외에 고에너지의 이온 발생 장치를 설치한다. 이온 발생 장치로는 일반적으로 엔드홀 타입의 이온 발생 장치를 사용한다. In the existing electron beam deposition equipment, high energy is applied to the raw material to be deposited to assist the activation of the raw material and to combine the substrates so that the deposition is easily performed when the evaporated raw material is deposited on a substrate such as metal, glass or polymer. In order to raise the temperature, a high energy ion generating device is provided in addition to the electron beam. In general, an end hole type ion generator is used as the ion generator.

종래의 엔드홀 타입의 이온 발생 장치는 도1에 도시된 바와 같이 이온 발생 장치의 내부에 플라즈마가 형성되는 영역을 감싸는 구조로 배치된 애노드(24)와 애노드 상부에 일정 간격 이격되어 설치된 캐소드(22)와 플라즈마 영역에 가스를 주입하기 위해 애노드(24) 하부에서 애노드(24) 내로 가스를 공급하는 가스 공급로(52)가 설치되고 가스 공급로(52)와 애노드 사이에는 가스 분배판(도시되지 않음)이 위치하며, 이를 각 부분을 하우징(34)이 감싸고 있다. 이러한 이온 발생 장치에서 이온빔을 발생시키기 위해서 캐소드에 전원을 가하여 활성화된 전자를 방출 시키고 애노드에 양전압을 가하여 방출된 활성화 전자들을 애노드 쪽으로 자력선을 따라 이동시킨다. 이때 가스 공급로를 통해 공급된 이온 발생용 가스가 활성화된 전자에 의해 여기되어 이온화되며 전자와는 반대로 캐소드 쪽으로 이동하여 이온빔이 발생된다.As shown in FIG. 1, the conventional end hole type ion generating device includes an anode 24 disposed in a structure surrounding a region where a plasma is formed inside the ion generating device, and a cathode 22 spaced apart from the anode at a predetermined interval. ) And a gas supply passage 52 for supplying gas into the anode 24 from below the anode 24 to inject gas into the plasma region, and a gas distribution plate (not shown) between the gas supply passage 52 and the anode. And the housing 34 surrounds each part thereof. In such an ion generating device, to generate an ion beam, power is supplied to the cathode to release the activated electrons, and a positive voltage is applied to the anode to move the emitted activation electrons along the magnetic lines toward the anode. At this time, the ion generating gas supplied through the gas supply path is excited and ionized by the activated electrons, and moves to the cathode as opposed to the electrons, thereby generating an ion beam.

이러한 엔드홀 타입의 이온 발생 장치는 캐소드의 손상 및 부식은 방지할 수 있으나, 이온 발생용 가스가 누설되기 쉽고, 애노드 영역에서 플라즈마 밀도가 낮 은 문제점이 있다. Such an end hole type ion generating device can prevent damage and corrosion of the cathode, but there is a problem that the ion generating gas is easily leaked and the plasma density is low in the anode region.

또한, 종래의 엔드홀 타입의 이온 발생 장치는 플라즈마 밀도를 높이기 위해서 다량의 이온 발생용 가스를 사용해야 되는 단점이 있고, 다량의 이온 발생용 가스를 사용하는 경우 가스 분배판이 쉽게 손상되는 문제점이 있다.In addition, the conventional end hole type ion generating apparatus has a disadvantage in that a large amount of ion generating gas must be used to increase the plasma density, and a gas distribution plate is easily damaged when a large amount of ion generating gas is used.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 적은 량의 가스를 사용하면서도 플라즈마 밀도를 높이는 이온 발생 장치 및 이를 이용한 박막 증착 장치를 제공함을 그 목적으로 한다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an ion generating device that increases plasma density while using a small amount of gas, and a thin film deposition device using the same.

또한, 본 발명은 이온 전류를 높인 이온 발생 장치 및 이를 이용한 박막 증착 장치를 제공함을 그 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide an ion generating device having an increased ion current and a thin film deposition device using the same.

본 발명에 따른 플라즈마 형성 영역을 갖는 하우징과, 상기 플라즈마 형성 영역의 일부를 감싸는 애노드와, 상기 애노드와 일정간격 이격되어 배치된 캐소드와, 상기 플라즈마 형성 영역 내에 자계를 형성하는 자계 형성 수단 및 상기 애노드 하부에 위치하여 상기 플라즈마 형성 영역에 가스를 주입하는 가스 분사 수단을 포함하고, 상기 가스 분사 수단은, 상기 플라즈마 형성 영역과 연결된 내부 공간과, 상기 내부 공간의 측면에서 가스를 분사하는 하나 이상의 분사 노즐과, 상기 분사 노즐을 통해 상기 내부 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유로를 포함하는 이온 발생 장치를 제공한다. A housing having a plasma forming region according to the present invention, an anode surrounding a portion of the plasma forming region, a cathode disposed at a predetermined distance from the anode, magnetic field forming means for forming a magnetic field in the plasma forming region, and the anode Gas injection means positioned below and injecting gas into the plasma formation region, wherein the gas injection means comprises one or more injection nozzles for injecting gas from an inner space connected to the plasma formation region and a side of the inner space; And a gas supply passage for supplying gas to the internal space through the injection nozzle.

여기서, 상기 분사 노즐의 출구가 상기 내부 공간의 중심에서 소정 거리 만큼 이격된 위치를 향하는 것이 바람직하다. Here, the outlet of the injection nozzle is preferably directed to a position spaced apart from the center of the inner space by a predetermined distance.

상기 분사 노즐의 연장선과 해당 분사노즐의 출구를 지나는 중심 방향선이 교차하여 이루는 각은 1 내지 89도인 것이 바람직하다. 그리고, 적어도 일부의 분사 노즐의 연장선과 해당 분사 노즐의 출구를 지나는 중심 방향선이 이루는 각은 서로 동일한 것이 효과적이다. It is preferable that the angle formed by the extension of the spray nozzle and the center direction line passing through the outlet of the spray nozzle is 1 to 89 degrees. And it is effective that the angle formed by the extension line of at least one injection nozzle and the center direction line passing through the exit of the injection nozzle is the same.

상기 분사 노즐은 하향 경사진 것이 바람직하고, 상기 분사 노즐의 상기 하향 경사각은 1 내지 90도인 것이 효과적이다. 적어도 일부의 분사 노즐의 경사각은 서로 동일한 것이 바람직하다.Preferably, the spray nozzle is inclined downward, and the downward tilt angle of the spray nozzle is effectively 1 to 90 degrees. It is preferable that the inclination angles of at least some injection nozzles are the same.

상기의 가스는 Ar 가스, O2 가스 또는 이들의 혼합가스를 사용하는 것이 효과적이다. As the above gas, it is effective to use Ar gas, O 2 gas or a mixture thereof.

이때, 상기 자계 형성 수단은 전자석 또는 영구 자석을 사용하여 상기 애노드와 캐소드 사이에 자계를 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 가스 분사 수단에 상기 가스를 공급하는 가스 공급관을 더 포함하는 것이 효과적이다. 또한, 상기 캐소드와 애노드 사이의 전위차를 발생시키는 전원 수단을 더 포함하는 것이 효과적이다. In this case, it is preferable that the magnetic field forming means forms a magnetic field between the anode and the cathode by using an electromagnet or a permanent magnet. And, it is effective to further include a gas supply pipe for supplying the gas to the gas injection means. It is also effective to further include a power supply means for generating a potential difference between the cathode and the anode.

또한 본 발명에 따른 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어 소정의 박막이 형성될 피증착물이 안착되는 안착부재와, 상기 피증착물에 박막 증착용 원료를 공급하 는 원료 공급 수단 및 상기 피증착물에 플라즈마를 인가하는 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 이온 발생 장치를 포함하는 박막 증착 장치를 제공한다. In addition, a chamber according to the present invention, a seating member disposed in the chamber, on which a deposit to be formed a predetermined thin film is to be seated, raw material supply means for supplying a material for depositing a thin film to the deposit, and plasma to the deposit. Provided is a thin film deposition apparatus including the ion generating device according to claim 1 or 2 to be applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상부에 또는 위에 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 바로 상부 또는 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements. In addition, when a part such as a layer, a film, an area, or a plate is expressed as being on or above another part, not only when each part is directly above or directly above the other part but also another part between each part and another part This includes cases.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 이온 발생 장치의 사시도이고, 도 2b는 이온 발생장치의 평면도이고, 도 3은 도 2b의 이온 발생 장치를 A-A선에 대해 자른 종단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 가스 분사 수단을 설명하기 위해 도 3의 B-B선에 대해 자른 횡단면도이다. 도 5는 가스 분사 수단의 분사 노즐을 설명하기 위한 분사 노즐 영역의 단면도이다. 2A is a perspective view of the ion generating device according to the embodiment of the present invention, FIG. 2B is a plan view of the ion generating device, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the ion generating device of FIG. 2B taken along line A-A. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 3 to explain the gas injection means according to the present invention. 5 is a sectional view of an injection nozzle region for explaining an injection nozzle of a gas injection means.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 이온 발생 장치는 내부에 소 정의 플라즈마 형성 영역을 갖고 플라즈마 발생을 위한 부품들이 내장된 하우징(110)과, 플라즈마 형성 영역의 일부를 감싸는 애노드(120)와, 애노드(120)와 일정간격 이격되어 배치된 캐소드(130)와, 애노드(120) 하부에 위치하여 플라즈마 형성 영역에 가스를 주입하는 가스 분사 수단(140)을 포함한다. 2 to 5, the ion generating apparatus according to the present embodiment has a predetermined plasma forming region therein, a housing 110 in which components for generating plasma are embedded, and an anode surrounding a part of the plasma forming region ( 120, a cathode 130 disposed spaced apart from the anode 120, and a gas injection unit 140 positioned below the anode 120 to inject gas into the plasma formation region.

또한, 가스 분사 수단(140)에 소정의 가스를 공급하는 가스 공급관(150)을 더 포함한다. 또한, 애노드(120) 하부에 위치하여 애노드(120)와 캐소드(130) 사이에 자계를 형성하는 자계 형성 수단(160)을 더 포함한다. 자계 형성 수단(160)으로 전자석 또는 영구자석을 사용할 수 있다. 또한, 캐소드(130)와 애노드(120)의 전위차를 발생시키는 전원 수단(미도시)을 더 포함하고, 캐소드(130)를 물리적으로 지지하는 부싱(132)과, 애노드(130)를 접속 지지하는 애노드 서포트(122)를 더 포함한다.In addition, the gas injection means 140 further includes a gas supply pipe 150 for supplying a predetermined gas. The apparatus may further include a magnetic field forming unit 160 positioned below the anode 120 to form a magnetic field between the anode 120 and the cathode 130. As the magnetic field forming unit 160, an electromagnet or a permanent magnet may be used. Further, a power supply means (not shown) for generating a potential difference between the cathode 130 and the anode 120 further includes a bushing 132 for physically supporting the cathode 130 and an anode 130 for connecting and supporting the anode 130. An anode support 122 is further included.

본 실시예에서는 하우징(110)은 원통 형상으로 형성하고, 그 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 장치들이 배치된다. 하우징(110)의 상부 영역에는 플라즈마가 형성되는 플라즈마 형성 영역이 위치한다. 이때, 플라즈마 형성 영역은 상단의 중심이 하단의 중심보다 큰 원기둥 형상으로 형성된다. 플라즈마 형성 영역은 상단 일부가 하단으로 내려갈수록 좁아지도록 소정의 경사를 갖는 내측벽에 의해 둘러 쌓여있다. In this embodiment, the housing 110 is formed in a cylindrical shape, and devices for generating a plasma are disposed therein. In the upper region of the housing 110, a plasma forming region where plasma is formed is located. At this time, the plasma formation region is formed in a cylindrical shape in which the center of the upper end is larger than the center of the lower end. The plasma forming region is surrounded by an inner wall having a predetermined slope so that the upper portion becomes narrower toward the lower portion.

플라즈마 형성 영역의 적어도 일부를 애노드(120)가 감싸고 있다. 따라서 애노드(120)는 그 내부에 상단의 중심이 하단의 중심보다 큰 원기둥 형상의 관통공간을 갖는 원통 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. The anode 120 surrounds at least a portion of the plasma formation region. Therefore, the anode 120 is preferably formed in a cylindrical shape having a cylindrical through space having a larger center of the upper end than the center of the lower end therein.

애노드(120)의 하부에는 가스 분사 수단(140)이 위치하여 플라즈마 형성 영역에 소정의 가스를 공급한다. 이에 가스 분사 수단(140)은 그 내부에 애노드(120) 하단의 중심과 동일한 중심을 갖는 빈공간이 형성된 원통 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 물론 상기 빈공간은 애노드(120) 하단의 중심 즉, 플라즈마 형성 영역 하단의 중심보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. The gas injection means 140 is positioned below the anode 120 to supply a predetermined gas to the plasma formation region. The gas injection means 140 is preferably formed in a cylindrical shape having a hollow space having the same center as the center of the lower end of the anode 120 therein. Of course, the empty space may be larger or smaller than the center of the bottom of the anode 120, that is, the center of the bottom of the plasma formation region.

상기의 가스 분사 수단(140)을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The gas injection means 140 will be described in more detail as follows.

도 4에 도시된 바와 같이 가스 분사 수단(140)은 플라즈마 형성 영역에 연결된 내부 공간(142)과, 상기 내부 공간(142)의 중심 방향과 교차하는 방향으로 형성된 다수의 분사 노즐(144)과, 분사 노즐(144)을 통해 상기 내부 공간(142)에 가스를 공급하는 가스 공급 유로(146)를 포함한다. As shown in FIG. 4, the gas injection means 140 includes an internal space 142 connected to the plasma formation region, a plurality of injection nozzles 144 formed in a direction crossing the center direction of the internal space 142, and It includes a gas supply passage 146 for supplying gas to the internal space 142 through the injection nozzle 144.

상기 분사 노즐(144)은 서로 마주 보지않고 어긋나게 즉, 중심을 향하지 않게 중심에서 소정 거리만큼 이격된 위치를 향하게 형성하여 내부 공간(142) 내에 주입되는 가스의 와류가 발생할 수 있도록 하는 것이 효과적이다. 즉, 개개의 분사 노즐(144)을 통해 분사된 가스가 내부 공간(142) 내에서 나선형의 와류를 형성하도록 상기 분사 노즐(144)을 나선형으로 형성하는 것이 바람직하다. The injection nozzles 144 may be formed to face each other so as to be offset from each other, that is, toward the position spaced apart from the center by a predetermined distance so as not to face each other so that vortices of the gas injected into the internal space 142 may occur. That is, it is preferable that the injection nozzle 144 is formed helically so that the gas injected through the respective injection nozzles 144 forms a spiral vortex in the internal space 142.

이때, 가스 분사 수단(140)의 분사노즐(144)의 출구를 지나는 분사 노즐(144)의 중심 방향선(R)과 분사 노즐(144)의 연장선(N)이 교차하여 이루는 각(도 4의 a 참조)은 예각을 이루는 것이 바람직하다. 즉, 중심 방향선(R)과 연장선(N)은 1 내지 89도의 각을 이룬다. 이때, 중심 방향선(R)과 연장선(N)이 이루는 각(a)은 20 내지 70도인 것이 더욱 바람직하다. 물론 30 내지 60도인 것이 더욱 바람직하 다. 다수의 분사 노즐(144)이 이루는 각(a)이 상술한 범위 내에서 모두 동일할 수도 있고, 각기 다를 수도 있다. At this time, the angle formed by the center direction line R of the injection nozzle 144 passing through the outlet of the injection nozzle 144 of the gas injection means 140 and the extension line N of the injection nozzle 144 intersect each other (see FIG. 4). a) is preferably at an acute angle. That is, the center direction line R and the extension line N form an angle of 1 to 89 degrees. At this time, it is more preferable that the angle a formed between the center direction line R and the extension line N is 20 to 70 degrees. Of course, it is more preferable that it is 30 to 60 degrees. Angles (a) formed by the plurality of injection nozzles 144 may all be the same within the above-described range, or may be different.

또한, 상기의 분사 노즐(144)은 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 공간(142)과 가스 공급 유로(146) 사이에서 소정 기울기를 갖고 하향 경사진 것이 바람직하다. 이때, 경사각(b)은 1 내지 90도일 수 있다. 그리고, 경사각은 20 내지 70도인 것이 효과적이다. 물론 상기 경사각(b)이 90도보다 클 수도 있다. 다수의 분사 노즐(144)이 이루는 경사각(b)는 모두 동일할 수도 있고, 각기 다를 수도 있다. In addition, the injection nozzle 144 is preferably inclined downward with a predetermined inclination between the internal space 142 and the gas supply passage 146, as shown in FIG. In this case, the inclination angle b may be 1 to 90 degrees. And it is effective that the inclination angle is 20 to 70 degrees. Of course, the inclination angle b may be greater than 90 degrees. The inclination angles b formed by the plurality of injection nozzles 144 may all be the same or may be different from each other.

본 발명의 도면에서는 분사 노즐(142)이 직선형태인 것을 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 굴곡되어 있을 수도 있다. 또한, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 가스 분사 수단(140)은 분사 노즐(144)과 가스 공급 유로(146)가 하나의 몸체 내에서 일체화되어 형성될 수도 있다. 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 가스 분사 수단(140)은 분사 노즐(144)과 가스 공급 유로(146)가 각기 서로 다른 몸체(141, 145)에 제작된 다음 이들을 결합하여 형성할 수도 있다. In the drawings of the present invention, the injection nozzle 142 is shown as a straight line, but is not limited thereto, and may be curved. In addition, as shown in (a) of FIG. 5, the gas injection means 140 may be formed by integrating the injection nozzle 144 and the gas supply passage 146 in one body. As shown in (b) of FIG. 5, the gas injection means 140 may be formed by combining the injection nozzle 144 and the gas supply flow path 146 with the different bodies 141 and 145 and then combining them. have.

상술한 분사 노즐(142)을 통해 분사되는 가스는 비 반응성 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 Ar 가스, O2 가스 또는 이들의 혼합가스를 사용하는 것이 효과적이다. As the gas injected through the above-described injection nozzle 142, it is preferable to use a non-reactive gas. In this embodiment, it is effective to use Ar gas, O 2 gas, or a mixed gas thereof.

상술한 구조의 이온 발생 장치의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 상기의 애노드(120)와 캐소드(130) 사이에 소정의 전위차를 주고, 가스 분사 수단(140)을 통해 소정의 가스가 분사되면 캐소드(130)로부터 활성화된 전자는 자계 형성 수 단(160)에 의해 형성된 자계를 따라 에노드(120)로 이동한다. 이때, 플라즈마 형성 영역 내의 활성화된 전자가 가스 분자와 충돌하게 되고, 이러한 충돌로 인해 이온이 생성되고, 전자와 이온은 플라즈마 발생영역에서 혼합되어 전도성 가스나 플라즈마를 형성한다. 이때, 중성원자나 분자의 밀도가 애노드(120)에서 캐소드(130) 방향으로 급격히 감소하기 때문에 대부분의 중성원자와의 이온화 충돌은 애노드(120)에 의해 둘러싸인 영역에서 발생한다. The operation of the ion generating device of the above-described structure will be briefly described as follows. When a predetermined potential difference is applied between the anode 120 and the cathode 130, and a predetermined gas is injected through the gas injection means 140, electrons activated from the cathode 130 are transferred to the magnetic field forming means 160. Moving to the anode 120 along the magnetic field formed by. At this time, the activated electrons in the plasma forming region collide with the gas molecules, ions are generated by the collision, and the electrons and ions are mixed in the plasma generating region to form a conductive gas or plasma. At this time, since the density of neutrons or molecules decreases rapidly from the anode 120 toward the cathode 130, ionization collisions with most neutrons occur in the region surrounded by the anode 120.

여기서, 가스 분사 수단(140) 내의 분사 노즐(144)을 통해 플라즈마 형성 영역 하부로 분사되는 가스의 흐름을 제어하게 된다. 즉, 다수의 분사 노즐(144)이 나선형으로 배치되어 있어서 분사 노즐(144)을 통해 분사되는 가스가 와류현상을 일으키게 된다. 이때, 다수의 분사 노즐(144)의 분사 방향을 조절하여 가스의 회전 방향을 균일하게 조절함으로써, 플라즈마 형성 영역으로 공급되는 가스의 운동 에너지를 증가시킬 수 있게 된다. 이를 통해 플라즈마 형성 영역에서의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 이온 전류를 높일 수 있어 적은량의 가스로 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있게 된다. 또한, 가스를 측면에서 분사하여 가스의 누설을 줄일 수 있다. Here, the flow of the gas injected into the lower portion of the plasma formation region is controlled through the injection nozzle 144 in the gas injection means 140. That is, the plurality of injection nozzles 144 are arranged in a spiral so that the gas injected through the injection nozzles 144 causes vortexing. At this time, by adjusting the injection direction of the plurality of injection nozzles 144 to uniformly adjust the rotation direction of the gas, it is possible to increase the kinetic energy of the gas supplied to the plasma forming region. This can improve the plasma density in the plasma formation region. In other words, the ion current can be increased and a high plasma density can be obtained with a small amount of gas. In addition, the gas can be injected from the side to reduce the leakage of the gas.

하기에서는 상술한 본 실시예의 이온 발생 장치를 이용한 박막 증착 장치에 관해 설명한다. Hereinafter, a thin film deposition apparatus using the ion generating apparatus of the present embodiment described above will be described.

도 6은 본 발명에 따른 박막 증착 장치의 개념 단면도이다. 6 is a conceptual cross-sectional view of a thin film deposition apparatus according to the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는 챔버(200)와, 챔버(200) 내에 배치되어 소정의 박막이 형성될 피증착물(201)이 안착되는 안착부재(210)와, 상기 피증착물(201)에 박막 증착용 원료를 공급하는 원료 공급 수단(220)과, 상기 피증착물(201)에 플라즈마를 인가하는 이온 발생장치(100)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the thin film deposition apparatus according to the present invention includes a chamber 200, a seating member 210 on which a deposit 201 is disposed in the chamber 200 and to which a predetermined thin film is to be formed. Raw material supply means 220 for supplying a thin film deposition material to the deposit 201 and the ion generating device 100 for applying a plasma to the deposit 201.

상기의 피증착물(201)로는 고기능성 광학 제품을 사용하되, 광학 렌즈, 거울, 프리즘, 밴드 패스 필터 또는 간섭 필터용 광학계 등을 사용할 수 있다. The deposit 201 may be a high functional optical product, but an optical system such as an optical lens, a mirror, a prism, a band pass filter, or an interference filter may be used.

안착 부재(210)에는 챔버(200)의 상부에 위치하고, 적어도 하나의 피증착물(201)이 안착될 수 있다. 여기서, 안착 부재(210)의 안착영역은 관통되어 있어 피증착물(201)의 박막 증착 영역이 관통영역을 통해 노출되도록 하여 하부의 증착 원료 또는 플라즈마에 직접 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 안착부재(210)는 소정의 구동장치(212)를 통해 회전운동을 하는 것이 바람직하다. 이러한 회전운동을 통해 안착 부재(210)에 안착된 다수의 피증착물(201)의 표면에 균일한 두께의 박막을 증착할 수 있다. 상기 구동장치(212)와 안착부재(210)는 구동축(214)을 통해 접속되어 있는 것이 바람직하다. The seating member 210 may be positioned above the chamber 200, and at least one deposit 201 may be seated on the seating member 210. Here, it is preferable that the seating area of the seating member 210 is penetrated so that the thin film deposition area of the deposit 201 is exposed through the penetrating area so as to be directly exposed to the underlying deposition material or plasma. In addition, the seating member 210 preferably rotates through a predetermined driving device 212. Through such a rotational movement, a thin film having a uniform thickness may be deposited on the surfaces of the plurality of deposits 201 seated on the seating member 210. The driving device 212 and the seating member 210 are preferably connected via the driving shaft 214.

원료 공급 수단(220)은 박막 증착을 위한 원료가 저장된 용기와, 상기 용기를 가열하는 가열 수단을 포함한다. 즉, 가열 수단을 통해 용기를 가열하게 되면, 용기 내의 원료가 증발하면서 상부에 위치한 피증착물(201)의 표면에 증착하게 된다. 여기서, 용기 내에 저장되는 원료로는 Cr, Al, Cu, Ag, Al2O3, SiO2, TiO2, ZnO2,TiN, Si3N4, MgF2 및 이들의 화합물 중 적어도 어느 하나를 사용한다. The raw material supply means 220 includes a container in which raw materials for thin film deposition are stored, and heating means for heating the container. That is, when the vessel is heated through the heating means, the raw material in the vessel is evaporated and deposited on the surface of the deposit 201 located above. In this case, at least one of Cr, Al, Cu, Ag, Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZnO 2 , TiN, Si 3 N 4 , MgF 2, and compounds thereof may be used as a raw material to be stored in the container. do.

이때, 피증착물(201)의 표면 상태에 따라 증착 원료의 증착율이 달라진다. 따라서, 이온 발생 장치(100)로부터 생성된 플라즈마를 통해 피증착물(201)의 표면 에 미세한 스크래치를 발생시키고, 증발되는 원료를 플라즈마를 통해 활성화시켜 박막의 증착율을 향상시킬 수 있다. At this time, the deposition rate of the deposition material varies depending on the surface state of the deposit 201. Therefore, fine scratches may be generated on the surface of the deposit 201 through the plasma generated from the ion generator 100, and the evaporated raw material may be activated through the plasma to improve the deposition rate of the thin film.

이러한 플라즈마의 밀도를 증가시키기 위해 이온 발생 장치(100)는 앞서 설명한 실시예와 같이 플라즈마 형성 영역을 갖는 하우징(110)과, 애노드(120)와, 캐소드(130)와, 가스 분사 수단(140)과, 자계 형성 수단(160)을 포함한다. In order to increase the density of the plasma, the ion generating apparatus 100 may include the housing 110 having the plasma forming region, the anode 120, the cathode 130, and the gas injection means 140 as in the above-described embodiment. And the magnetic field forming means 160.

이때, 가스 분사 수단(140)은 내부 공간(142)과, 상기 내부 공간(142)의 중심 방향과 교차하는 방향으로 형성된 다수의 분사 노즐(144)과, 분사 노즐(144)을 통해 상기 내부 공간(142)에 가스를 공급하는 가스 공급 유로(146)를 포함한다. 이때, 분사 노즐(144)에 의해 분사되는 가스가 플라즈마 형성 영역에 직접 분사되지 않고, 내부 공간(142)을 통하여 플라즈마 형성 영역으로 분사되며, 분사 노즐(144)에 의해 분사되는 가스가 내부 공간에서 와류를 일으키게 되어 적은 량의 가스를 사용하여 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다. 이와 같이 이온 발생 장치(100)를 통해 발생된 플라즈마는 피증착물(201)에 조사되어 피증착물(201)의 박막 증착율을 향상시킬 수 있다. 상기에서 증착 원료의 종류에 따라 피증착물(201) 상에 증착되는 박막의 종류 또한 다양할 수 있고, 증착되는 박막은 단일 층일 수도 있고 다층일 수도 있다. In this case, the gas injection means 140 includes an internal space 142, a plurality of injection nozzles 144 formed in a direction crossing the center direction of the internal space 142, and the internal space through the injection nozzle 144. And a gas supply flow path 146 for supplying gas to the 142. In this case, the gas injected by the injection nozzle 144 is not directly injected into the plasma forming region, but is injected into the plasma forming region through the internal space 142, and the gas injected by the injection nozzle 144 is injected into the internal space. Vortex is generated and a small amount of gas can be used to generate a high density plasma. As described above, the plasma generated through the ion generator 100 may be irradiated onto the deposit 201 to improve the deposition rate of the thin film on the deposit 201. Depending on the type of deposition material, the type of thin film deposited on the deposit 201 may also be varied, and the deposited thin film may be a single layer or multiple layers.

상술한 바와 같이 본 발명은 플라즈마 발생 영역으로 가스를 직접 분사시키지 않고, 내부 공간에 나선으로 분사된 가스가 플라즈마 발생 영역으로 공급되도록 하여 적은 량의 가스를 사용하면서도 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. As described above, the present invention can generate a high-density plasma while using a small amount of gas by supplying a spirally injected gas into the plasma generating region without directly injecting the gas into the plasma generating region.

또한, 고밀도의 플라즈마를 통해 피증착물질의 표면에 증착되는 박막의 증착율을 향상시킬 수 있다. In addition, it is possible to improve the deposition rate of the thin film deposited on the surface of the material to be deposited through a high density plasma.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described with reference to the embodiments, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. .

Claims (12)

플라즈마 형성 영역을 갖는 하우징;A housing having a plasma forming region; 상기 플라즈마 형성 영역의 일부를 감싸는 애노드;An anode surrounding a portion of the plasma formation region; 상기 애노드와 일정간격 이격되어 배치된 캐소드;A cathode spaced apart from the anode at a predetermined interval; 상기 플라즈마 형성 영역 내에 자계를 형성하는 자계 형성 수단; 및Magnetic field forming means for forming a magnetic field in the plasma forming region; And 상기 애노드 하부에 위치하여 상기 플라즈마 형성 영역에 가스를 주입하는 가스 분사 수단을 포함하고, Located at the bottom of the anode and gas injection means for injecting gas into the plasma forming region, 상기 가스 분사 수단은, The gas injection means, 상기 플라즈마 형성 영역과 연결된 내부 공간과, 상기 내부 공간의 측면에서 가스를 분사하는 하나 이상의 분사 노즐과, 상기 분사 노즐을 통해 상기 내부 공간에 가스를 공급하는 가스 공급 유로를 구비하고, 상기 분사 노즐의 출구가 상기 내부 공간의 중심에서 이격된 위치를 향하는 이온 발생 장치.An internal space connected to the plasma formation region, one or more injection nozzles for injecting gas from a side of the internal space, and a gas supply flow path for supplying gas to the internal space through the injection nozzles; And an outlet directed to a position spaced apart from the center of the inner space. 삭제delete 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 분사 노즐의 연장선과 해당 분사노즐의 출구를 지나는 중심 방향선이 교차하여 이루는 각은 1 내지 89도인 이온 발생 장치.And an angle formed by the extension of the injection nozzle and the center direction line passing through the exit of the injection nozzle is 1 to 89 degrees. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 적어도 일부의 분사 노즐의 연장선과 해당 분사 노즐의 출구를 지나는 중심 방향선이 이루는 각은 서로 동일한 이온 발생 장치.And an angle formed by an extension line of at least some of the spray nozzles and a center direction line passing through the outlet of the spray nozzles is the same. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 분사 노즐은 하향 경사진 이온 발생 장치.The spray nozzle is inclined downward ion generating device. 청구항 5에 있어서, The method according to claim 5, 상기 분사 노즐의 상기 하향 경사각은 1 내지 90도인 이온 발생 장치.The downward tilt angle of the injection nozzle is 1 to 90 degrees ion generator. 청구항 5에 있어서, The method according to claim 5, 적어도 일부의 분사 노즐의 경사각은 서로 동일한 이온 발생 장치.The inclination angles of at least some of the injection nozzles are the same as each other. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 가스는 Ar 가스, O2 가스 또는 이들의 혼합가스를 사용하는 이온 발생 장치.The gas is an ion generating device using Ar gas, O 2 gas or a mixture thereof. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 자계 형성 수단은 전자석 또는 영구 자석을 사용하여 상기 애노드와 캐소드 사이에 자계를 형성하는 이온 발생 장치.And the magnetic field forming means forms a magnetic field between the anode and the cathode by using an electromagnet or a permanent magnet. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 가스 분사 수단에 상기 가스를 공급하는 가스 공급관을 더 포함하는 이온 발생 장치.And a gas supply pipe for supplying the gas to the gas injection means. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 캐소드와 애노드 사이의 전위차를 발생시키는 전원 수단을 더 포함하는 이온 발생 장치.And power supply means for generating a potential difference between said cathode and anode. 챔버;chamber; 상기 챔버 내에 배치되어 소정의 박막이 형성될 피증착물이 안착되는 안착부재;A seating member disposed in the chamber, on which a deposit to which a predetermined thin film is to be formed is seated; 상기 피증착물에 박막 증착용 원료를 공급하는 원료 공급 수단; 및Raw material supply means for supplying a raw material for thin film deposition to the deposit; And 상기 피증착물에 플라즈마를 인가하는 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 한 항에 따른 이온 발생 장치를 포함하는 박막 증착 장치.A thin film deposition apparatus comprising the ion generating device according to any one of claims 1 and 3 to 5, wherein the plasma is applied to the deposit.
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