KR101258817B1 - Plasma gun and plasma processing apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
전극의 수명을 증가시킬 수 있는 플라즈마 건 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치가 개시된다. 이러한 플라즈마 건은 하우징, 전극 및 가스 공급부를 포함한다. 상기 하우징은 개구부를 포함하는 제1 단부 및 상기 제1 단부와 반대측의 제2 단부를 포함하는 원통 형상을 갖는다. 상기 전극은 상기 하우징 내부에 배치되고, 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 상기 개구부를 통해서 주방전을 수행한다. 상기 가스 공급부는 상기 하우징 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급한다. 한편, 상기 전극은, 중앙부에 관통홀을 갖는 디스크를 2 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성되고, 상기 가스 공급부는 상기 하우징의 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로서, 상기 가스 공급부의 단부는 상기 관통홀을 관통하도록 배치된다.Disclosed are a plasma gun capable of increasing the life of an electrode and a plasma processing apparatus comprising the same. Such a plasma gun includes a housing, an electrode and a gas supply. The housing has a cylindrical shape including a first end including an opening and a second end opposite to the first end. The electrode is disposed inside the housing and is supplied with electric power to perform a kitchen discharge through the opening between the anode and the anode. The gas supply unit supplies a plasma generation gas into the housing. On the other hand, the electrode is composed of pieces formed by dividing the disk having a through-hole in the center into two or more pieces, the gas supply portion extends in a direction toward the first end from the second end of the housing In a pipe shape, an end portion of the gas supply part is disposed to penetrate the through hole.
Description
본 발명은 플라즈마 건 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세히 공정 공정 챔버 외부에서 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 건 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma gun and a plasma processing apparatus including the same, and more particularly, to a plasma gun for generating a plasma outside a process chamber and a plasma processing apparatus including the same.
액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 장치(Plasma Display Panel) 등 많은 대화면의 디스플레이 장치에 사용되는 대면적 기판, 또는 태양전지 등 많은 분야에 투명한 도전체인 인듐틴옥사이드(ITO)가 사용되고 있다.Indium tin oxide (ITO), which is a transparent conductor in many fields such as a large area substrate used in many large display devices such as a liquid crystal display, a plasma display panel, or a solar cell, is used.
이러한 인듐틴옥사이드 박막형성에는 전자빔 증착법이나, 스퍼터링 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법들에 있어, 일정부분 문제점이 있어 ITO등을 증착하는 새로운 방법들이 제시되고 있다. 예컨대, 태양전지의 제조에 있어, ITO층을 형성하기 위해 스퍼터링 방법을 사용하는 경우, ITO층의 하부에 형성된 박막에 손상을 가져와 제조된 태양전지의 효율이 낮아지는 문제점이 발생된다.The electron beam deposition method and the sputtering method are widely used for such indium tin oxide thin film formation. However, in these methods, there are some problems, and new methods for depositing ITO and the like have been proposed. For example, in the manufacture of solar cells, when the sputtering method is used to form an ITO layer, a problem arises in that the thin film formed under the ITO layer is damaged, thereby lowering the efficiency of the manufactured solar cell.
이러한, 문제점을 해소하기 위해서 이온 플레이팅방법에 제안되었다. 이러한 이온 플레이팅법은 높은 성막율, 고밀도의 막질형성, 큰 프로세스 마진을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 빔을 자계에 의해 제어할 수 있는 등 많은 장점을 가진다.In order to solve such a problem, the ion plating method has been proposed. This ion plating method has a number of advantages such as not only high film formation rate, high density film quality, large process margin can be realized, but also the plasma beam can be controlled by a magnetic field.
이러한 이온 플레이팅 방법에는 플라즈마 건이 널리 사용된다. 플라즈마 건은 플라즈마를 타겟, 예컨대 인듐틴옥사이드 태블릿에 쏘아주어 인듐틴옥사이드가 이온화되어 기판에 증착되어 ITO박막을 형성하게 된다.Plasma guns are widely used in such ion plating methods. The plasma gun shoots a plasma onto a target, such as an indium tin oxide tablet, so that the indium tin oxide is ionized and deposited on a substrate to form an ITO thin film.
이를 위해서, 플라즈마 건에는 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 주방전을 수행하는 전극을 갖는다.To this end, the plasma gun has a gas supply unit for supplying a gas for generating plasma and an electrode to which electric power is supplied to perform a discharging between an anode.
인듐틴옥사이드 태블릿과 플라즈마 건의 전극에 강한 전위를 인가하면, 플라즈마 건의 전극에서 전자가 방출되어 방전이 일어나고, 이러한 방전에 의해 플라즈마 생성용 가스가 플라즈마가 되어 인듐틴옥사이드 태블릿에 인가되어 인듐틴옥사이드가 이온화되어 기판에 증착되게 된다.When a strong potential is applied to the electrodes of the indium tin oxide tablet and the plasma gun, electrons are discharged from the electrodes of the plasma gun to cause discharge. The plasma generation gas becomes a plasma and is applied to the indium tin oxide tablet to indium tin oxide. It is ionized and deposited on the substrate.
그런데, 이러한 전극은 방전에 의해 고온으로 가열되기 때문에 열팽창과 이온충돌에 의해 지속적으로 노출되어 피로한도에 도달하면 관통공에서 크랙이 발생, 전파되어 자주 파손이 발생된다.However, since the electrode is heated to a high temperature by the discharge, it is continuously exposed by thermal expansion and ion collision, and reaches a fatigue limit, so that cracks are generated and propagated in the through-holes, and frequent breakage occurs.
도 7a 및 7b는 종래 플라즈마 건에서 사용되는 전극이 파손되는 것을 보여주는 사진이고, 도 8은 종래 전극의 관통홀 주변에서의 응력을 도시하는 다이어그램이다. 7A and 7B are photographs showing that the electrodes used in the conventional plasma gun are broken, and FIG. 8 is a diagram showing the stresses around the through-holes of the conventional electrodes.
도 7a 및 도 7b에서 보여지는 바와 같이, 전극이 관통홀 주위에서 크랙이 가해진 것을 볼 수 있다. 한편, 이러한 크랙이 발생되는 원인은 도 8에서 보여지는 것과 같이 홀 주변에서 응력이 집중되어 발생되는 것이다.As shown in FIGS. 7A and 7B, it can be seen that the electrode is cracked around the through hole. On the other hand, the cause of such a crack is generated by the concentration of stress around the hole as shown in FIG.
그런데, 이러한 전극은 매우 고가이지만, 열에 의한 파손이 잦으며, 또한 교체를 위하여 플라즈마 처리장치의 가동을 중단함으로써, 유지비용의 증가는 물론 생산성이 크게 저하되는 문제점이 발생한다.
By the way, although the electrode is very expensive, it is frequently damaged by heat, and also by stopping the operation of the plasma processing apparatus for replacement, there is a problem that not only increase the maintenance cost but also greatly reduce the productivity.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수명을 증가시킬 수 있는 플라즈마 건을 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a plasma gun that can increase the life.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 플라즈마 건을 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus including the plasma gun.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건은 하우징, 전극 및 가스 공급부를 포함한다. 상기 하우징은 개구부를 포함하는 제1 단부 및 상기 제1 단부와 반대측의 제2 단부를 포함하는 원통 형상을 갖는다. 상기 전극은 상기 하우징 내부에 배치되고, 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 상기 개구부를 통해서 주방전을 수행한다. 상기 가스 공급부는 상기 하우징 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급한다. 한편, 상기 전극은, 중앙부에 관통홀을 갖는 디스크를 2 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성되고, 상기 가스 공급부는 상기 하우징의 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로서, 상기 가스 공급부의 단부는 상기 관통홀을 관통하도록 배치된다.Plasma gun according to an exemplary embodiment of the present invention for achieving this problem includes a housing, an electrode and a gas supply. The housing has a cylindrical shape including a first end including an opening and a second end opposite to the first end. The electrode is disposed inside the housing and is supplied with electric power to perform a kitchen discharge through the opening between the anode and the anode. The gas supply unit supplies a plasma generation gas into the housing. On the other hand, the electrode is composed of pieces formed by dividing the disk having a through-hole in the center into two or more pieces, the gas supply portion extends in a direction toward the first end from the second end of the housing In a pipe shape, an end portion of the gas supply part is disposed to penetrate the through hole.
예컨대, 상기 전극은, 상기 디스크의 중심각이 180도가 되도록 2조각으로 형성되거나, 디스크의 중심각이 120도가 되도록 3조각으로 형성되거나, 또는 디스크의 중심각이 90도가 되도록 4조각으로 형성될 수 있다.For example, the electrode may be formed in two pieces so that the center angle of the disk is 180 degrees, or formed in three pieces so that the center angle of the disk is 120 degrees, or may be formed in four pieces so that the center angle of the disk is 90 degrees.
예컨대, 상기 전극의 조각들은 프레임에 장착되어 고정될 수 있다. 이때, 상기 프레임은 탄소 또는 탄소 복합체(Carbon Composite)를 포함할 수 있다.For example, the pieces of the electrode can be mounted and fixed to the frame. In this case, the frame may include carbon or carbon composite.
한편, 상기 하우징은, 원통형상의 몸체부, 및 상기 개구부를 포함하고, 상기 몸체부와 체결되어 상기 제1 단부를 구성하는 캡부를 포함할 수 있다.On the other hand, the housing may include a cylindrical body portion, and the opening portion, and a cap portion coupled to the body portion to form the first end.
이때, 예컨대 상기 전극은 란타늄 헥사보라이드(LaB6)를 포함하고, 상기 가스 공급부는 탄탈륨(Ta)을 포함하고, 상기 하우징의 상기 캡부는 텅스텐(W)을 포함하고, 상기 몸체부는 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.In this case, for example, the electrode includes lanthanum hexaboride (LaB6), the gas supply part includes tantalum (Ta), the cap part of the housing includes tungsten (W), and the body part molybdenum (Mo) It may include.
한편, 상기 플라즈마 건은, 상기 하우징의 상기 제1 단부와 이격되게 배치된 전극 코일, 및 상기 하우징과 상기 전극 코일 사이에 배치된 전극 마그넷을 더 포함할 수 있다.The plasma gun may further include an electrode coil disposed to be spaced apart from the first end of the housing, and an electrode magnet disposed between the housing and the electrode coil.
예컨대, 상기 플라즈마 건은 상기 하우징의 상기 제2 단부가 부착된 마운트를 더 포함하고, 상기 마운트는 냉매 저장부를 포함할 수 있다.For example, the plasma gun may further include a mount to which the second end of the housing is attached, and the mount may include a refrigerant storage unit.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치는 공정 챔버, 하스(Hearth), 플라즈마 건 및 전력 공급부를 포함한다. 상기 공정 챔버에서는 플라즈마 공정이 진행된다. 상기 하스는 상기 공정 챔버 내부에 배치되어 소스 태블릿을 담지한다. 상기 플라즈마 건은 개구부를 포함하는 제1 단부 및 상기 제1 단부와 반대측의 제2 단부를 포함하는 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치되고, 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 상기 개구부를 통해서 주방전을 수행하는 전극, 및 상기 하우징 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함한다. 상기 전력 공급부는, 상기 하스에 담지된 소스 태블릿 및 상기 전극 사이에 전위차를 인가하여, 상기 소스 태블릿을 애노드(anode)로 동작시키고, 상기 전극을 캐소드(cathode)로 동작시켜 방전시킨다. 한편, 상기 전극은, 중앙부에 관통홀을 갖는 디스크를 2 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성되고, 상기 가스 공급부는 상기 하우징의 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로서, 상기 가스 공급부의 단부는 상기 관통홀을 관통하도록 배치된다.A plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a process chamber, a Hearth, a plasma gun, and a power supply. The plasma process is performed in the process chamber. The Haas is disposed inside the process chamber to carry the source tablet. The plasma gun includes a cylindrical housing including a first end including an opening and a second end opposite to the first end, and disposed inside the housing, and supplied with power to an anode. An electrode for conducting a discharge through the opening, and a gas supply for supplying a gas for generating plasma into the housing. The power supply unit applies a potential difference between the source tablet and the electrode supported on the hearth to operate the source tablet as an anode, and operates the electrode as a cathode to discharge. On the other hand, the electrode is composed of pieces formed by dividing the disk having a through-hole in the center into two or more pieces, the gas supply portion extends in a direction toward the first end from the second end of the housing In a pipe shape, an end portion of the gas supply part is disposed to penetrate the through hole.
한편, 상기 플라즈마 처리장치는, 공정 챔버 상부에, 서로 오픈되도록 결합된 예열 챔버를 더 포함하여, 기판을 예열시키면서 이송시켜가면서 공정이 진행될 수 있다.The plasma processing apparatus may further include a preheating chamber coupled to the top of the process chamber so as to be open to each other, and the process may be performed while transferring the substrate while preheating.
본 발명에 의한 플라즈마 건에 의하면, 단면변화에 기인하는 응력집중을 제거함으로써 전극의 수명을 증가시킬 수 있으며, 또한, 전극교체를 위한 공정중단의 횟수를 감소시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the plasma gun according to the present invention, the life of the electrode can be increased by eliminating the stress concentration caused by the change in cross section, and the productivity can be improved by reducing the number of times of process interruption for electrode replacement.
또한, 수명이 다해서 파손된 전극의 부분만을 교체함으로써 교체비용을 저감할 수 있다.
In addition, it is possible to reduce the replacement cost by replacing only the part of the electrode which is damaged at the end of its service life.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 플라즈마 처리장치에 적용된 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건의 절개 사사도이다.
도 3은 도 2에서 도시된 플라즈마 건의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에서 도시된 전극의 일 실시예에 의한 사시도이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에서 도시된 전극의 다른 실시예에 의한 사시도이다.
도 6은 도 1 내지 도 3에서 도시된 전극의 또 다른 실시예에 의한 사시도이다.
도 7a 및 7b는 종래 플라즈마 건에서 사용되는 전극이 파손되는 것을 보여주는 사진이다.
도 8은 종래 전극의 관통홀 주변에서의 응력을 도시하는 다이어그램이다. 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cutaway perspective view of a plasma gun according to an exemplary embodiment of the present invention applied to the plasma processing apparatus shown in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of a portion of the plasma gun shown in FIG. 2.
4 is a perspective view of an embodiment of the electrode illustrated in FIGS. 1 to 3.
5 is a perspective view according to another embodiment of the electrode shown in FIGS. 1 to 3.
6 is a perspective view of still another embodiment of the electrode illustrated in FIGS. 1 to 3.
7a and 7b are photographs showing that the electrodes used in the conventional plasma gun are broken.
8 is a diagram showing the stress around the through hole of a conventional electrode.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is not limited to the following embodiments and may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure may be more complete and that those skilled in the art will be able to convey the spirit and scope of the present invention. In the drawings, the thickness of each device or film (layer) and regions is exaggerated for clarity of the present invention, and each device may have various additional devices not described herein.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치(100)는 공정 챔버(110), 하스(Hearth,120), 플라즈마 건(130) 및 전력 공급부(140)를 포함한다. 상기 플라즈마 처리장치(100)는 예열 챔버(Preheat Chamber, 150)를 더 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버(110)에서는 플라즈마 공정이 진행된다. 상기 하스(120)는 상기 공정 챔버(110) 내부에 배치되어 소스 태블릿(ST)을 담지한다. 상기 플라즈마 건(130)은 상기 공정 챔버(110)의 측부에 배치되어 플라즈마를 발생시켜 상기 공정 챔버(110)에 공급한다. 상기 전력 공급부(140)는 상기 플라즈마 건(130) 및 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST)에 전위를 인가하여 전력을 공급한다.Referring to FIG. 1, the
상기 공정 챔버(110)는 상기 예열 챔버(150)와 서로 오픈(Open)되도록 결합될 수 있다. 보다 상세히, 상기 공정 챔버(110)는 상부가 오픈되고, 상기 예열 챔버(150)는 하부가 오픈되어 상기 예열 챔버(150)가 상기 공정 챔버(110)의 상부에 체결될 수 있다.The
이를 통해서 예열 챔버(150)의 기판(S)은 상기 공정 챔버(110) 내부의 상기 하스(120) 상부에 배치될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 예열 챔버(150) 내부는 가열장치가 형성되어 상기 예열 챔버(150) 내부의 기판(S)을 예열하며, 또한, 이송장치가 형성되어 상기 예열 챔버(150) 내부에서 기판(S)을 진행 방향(D)을 따라서 이송한다.Through this, the substrate S of the preheating
또한, 상기 예열 챔버(150)는 게이트 밸브(170)를 통해서 로드락 챔버(160)와 연결될 수 있다. 처리가 완료된 기판(S)은 오픈된 게이트 밸브(170)를 통해서 로드락 챔버(160)에 이송될 수 있다. In addition, the preheating
상기 하스(120)는 상기 공정 챔버(110)의 하부에 배치되어 소스 태블릿(ST)을 담고 이를 지지한다. 상기 소스 태블릿(ST)은 예컨대, 원통형으로 기판(S)에 형성되는 박막과 동일 물질을 포함한다. 예컨대, 기판(S)에 인듐틴옥사이드(ITO) 박막을 형성하는 경우, 상기 소스 태블릿(ST)은 인듐틴옥사이드를 포함한다. 상기 하스(120)는 가열장치(도시안됨)을 포함하여 상기 소스 태블릿(ST)을 가열할 수도 있다.The
상기 플라즈마 건(130)은 예컨대, 상기 공정 챔버(110)의 측부에 결합되고, 플라즈마를 생성하여 상기 공정 챔버(110)에 공급한다. 상기 플라즈마 건(130)은 공정 챔버(110) 외부에 부착된 것으로 도시되어 있으나, 상기 공정 챔버(110)의 내부에 배치될 수도 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리장치(100)는 하나의 플라즈마 건(130)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 하나 이상의 플라즈마 건(130)을 포함할 수도 있다. 한편, 다수의 플라즈마 건(130)은 다수의 공정을 하나의 챔버에서 진행하기 위해서 병렬로 배치될 수도 있고, 이와 다르게 공정 챔버(110)의 둘레를 따라서 방사선상으로 배치될 수도 있다.The
이러한 플라즈마 건(130)은 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내부에 배치된 전극(132) 및 상기 하우징(131) 내부에 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(133)를 포함한다. 상기 플라즈마 건(130)은 전극 마그넷(134) 및 전극 코일(135)를 더 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 건(130)은 공급되는 플라즈마 생성용 가스를 플라즈마로 형성하여 이를 챔버(110)에 공급한다.The
상기 전력 공급부(140)는 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST) 및 상기 플라즈마 건(130)의 상기 전극(132) 사이에 전위차를 인가하여, 상기 소스 태블릿(ST)을 애노드(anode)로 동작시키고, 상기 전극(132)을 캐소드(cathode)로 동작시켜 방전시킨다. 이를 위하여 상기 전력 공급부(140)는 상기 전극(132)과 상기 소스 태블릿(ST) 사이에 전위차를 인가하기 위한 전원(141), 상기 제1 저항(142) 및 제2 저항(143)을 포함할 수 있다.The
상기 전원(141)의 양극은 상기 소스 태블릿(ST)에 전기적으로 연결되며, 상기 제1 저항(142) 및 제2 저항(143)을 통해서 각각 상기 전극 마그넷(134) 및 상기 전극 코일(135)에 전기적으로 연결되고, 상기 전원(141)의 음극은 상기 플라즈마 건(130)의 상기 전극(132)에 전기적으로 연결된다. 상기 전원(141)의 음극은 상기 플라즈마 건(130)의 상기 가스 공급부(133)에 전기적으로 연결되어 상기 가스 공급부(133)가 보조전극으로 동작될 수도 있다.An anode of the
먼저, 상기 전원(141)에 의해서, 상기 가스 공급부(133)와 상기 소스 태블릿(ST) 사이에 강한 전기장이 형성되면, 상기 가스 공급부(133)의 최단부에서 전자가 방출되고, 전기장에 의해 상기 소스 태블릿(ST)을 향해서 이동되는 보조 방전(글로우 방전)이 일어나며, 이후 상기 전극(132)이 가열되어 열전자가 방출됨으로써 주방전(아크 방전)으로 진행된다. 이러한 방전을 통해서, 상기 가스 공급부(133)를 통해서 주입된 공정가스는 플라즈마화되고, 이렇게 생성된 플라즈마(P)는 외부 전원(도시안됨)에 연결된 수렴 코일(210)에 의해 공정 챔버(110) 내부로 유도되고, 상기 하스(120)에 담지된 소스 태블릿(ST)에 충돌하여 상기 소스 태블릿(ST)을 기화시켜 반응성 증기(RV)를 생성시킨다.First, when a strong electric field is formed between the
이러한 반응성 증기(RV)는 상승하여 상부의 기판(S)에 막질을 형성한다.
The reactive vapor RV rises to form a film on the upper substrate S.
도 2는 도 1에서 도시된 플라즈마 처리장치에 적용된 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건의 절개 사사도이고, 도 3은 도 2에서 도시된 플라즈마 건의 일부를 도시한 단면도이며, 도 4 내지 도 6은 각각 도 1 내지 도 3에서 도시된 전극의 일 실시예에 의한 사시도들이다.FIG. 2 is a cutaway perspective view of a plasma gun according to an exemplary embodiment of the present invention applied to the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the plasma gun shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view of one embodiment of the electrode illustrated in FIGS. 1 to 3, respectively.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 플라즈마 건(130)은 하우징(131)과, 상기 하우징(131) 내부에 배치된 전극(132) 및 상기 하우징(131) 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(133)를 포함한다. 상기 플라즈마 건(130)은 전극 마그넷(134) 및 전극 코일(135)을 더 포함할 수 있다.2 to 6, the
상기 하우징(131)은 예컨대 원통형으로 형성되며, 상기 하우징(131)의 제1 단부(A)는 개구부(131c)를 포함하고, 상기 하우징(131)의 제2 단부(B)는 마운트(137)에 부착된다. 예컨대, 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 하우징(131)은 원통형상의 몸체부(131a) 및 상기 몸체부(131a)와 체결되어 상기 제1 단부(A)를 구성하는 캡부(131b)를 포함하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 하우징(131)을 상기 몸체부(131a) 및 상기 캡부(131b)를 포함하도록 형성하는 경우, 상기 하우징(131) 내부에 상기 전극(132)을 형성하는데 편리하고, 또한 상기 전극(132)의 파손시 교체가 용이하다. 예컨대, 하우징(131)의 캡부(131b)는 텅스텐(W)을 포함하고, 상기 몸체부(131a)는 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.The
상기 전극(132)은 중앙부에 관통홀(h)을 갖는 디스크를 2개 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성된다. 상기 전극(132)은 예컨대, 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 디스크의 중심각(α)이 180도가 되도록 2조각으로 형성되거나, 도 5에서 도시된 바와 같이, 디스크의 중심각(α)이 120도가 되도록 3조각으로 형성되거나, 또는 도 6에서 도시된 바와 같이, 디스크의 중심각(α)이 90도가 되도록 4조각으로 형성될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 전극(132)은 4개 이상의 조각들(132a)로 분할될 수도 있다. 상기 전극(132)의 분할된 조각들은 예컨대 란타늄 헥사보라이드(LaB6)를 포함한다.The
한편, 이러한 전극(132)의 분할된 조각들(132a)은 프레임(132b)에 장착된다. 이러한 프레임(132b)은 외부 테두리(1321), 중심 테두리(1322) 및 지지대(1323)를 포함한다.Meanwhile, the divided
상기 외부 테두리(1321)는 상기 원통형의 하우징(131) 내부에 삽입될 수 있는 원형의 형상을 갖는다. 상기 중심 테두리(1322)는, 상기 외부 테두리(1321)와 마찬가지로 원형의 형상을 가지며, 상기 외부 테두리(1321)와 동심원적으로 배치된다. 상기 지지대(1323)는 상기 외부 테두리(1321)과 중심 테두리(1322)를 연결한다. 예컨대, 상기 지지대(1323)는 도 4에서 도시된 바와 같이, 중심각(α)이 180도가 되도록 2개로 배치되거가, 도 5에서 도시된 바와 같이, 디스크의 중심각(α)이 120도가 되도록 3개로 배치되거나, 또는 도 6에서 도시된 바와 같이, 디스크의 중심각(α)이 90도가 되도록 4개로 배치될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 지지대(1323)는 4개 이상의 갯수를 가질 수도 있다. 설명의 편의상 상기 외부 테두리(1321), 중심 테두리(1322) 및 지지대(1323)는 별도의 이름을 부여하여 설명하였으나, 일체로 형성될 수 있다.The
한편, 상기 프레임(132b)은 고온에서 견딜 수 있는 도전성 소재를 포함한다. 예컨대, 상기 프레임(132b)은 탄소 또는 탄소 복합체(Carbon Composite)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 마운트(137)에 인가된 전력은 상기 몸체부(131a) 및 상기 프레임(132b)을 통해서 상기 전극 조각들(132a)로 인가된다.On the other hand, the
따라서, 관통공(h)에서 발생되는 응력 집중을 완화하여 크랙이 발생되는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 전극(132)의 분할된 조각들(132a) 중 어느 하나가 파손되더라고, 그 부분만 교체하면 되므로 교체비용을 저감시킬 수 있다.Therefore, stress concentration generated in the through hole h can be alleviated to reduce the occurrence of cracks. In addition, even if any one of the divided
상기 가스 공급부(133)는 상기 하우징(131) 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급한다. 상기 가스 공급부(133)는 상기 하우징(131)의 상기 제2 단부(B)로부터 상기 제1 단부(A)를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로, 내부를 통해서 플라즈마 생성용 가스가 흐르게 한다. 상기 가스 공급부(133)는 일단이 상기 전극(132)의 관통홀(h)에 삽입되어 상기 전극(132)을 관통하며, 타단이 상기 마운트(137)에 부착되어 전원을 인가받아 보조 전극으로 동작할 수 있다.The
한편, 상기 가스 공급부(133)의 상기 일단은 뾰족하게 형성될 수 있으며, 또는 뾰족한 돌출부를 다수 포함할 수도 있다. 상기 가스 공급부(133)의 단부가 뾰족하게 형성되는 경우, 보조방전시 전자가 용이하게 방출될 수 있다. 예컨대, 상기 가스 공급부(133)는 탄탈륨(Ta)을 포함할 수 있다.On the other hand, the one end of the
상기 마운트(137)는 냉매 저장부(138)를 포함하고, 유로(139)를 통해 냉매를 유동시킴으로써 플라즈마 건(130)의 온도를 낮추어 전극(132)의 열팽창을 감소시킬 수 있다.The
한편, 본 발명에 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 건(130)은 상기 하우징을 감싸는 외부 하우징(136), 전극 코일(135) 및 전극 마그넷(134)을 더 포함할 수 있으며, 상기 외부 하우징(136)은 상기 하우징(131)을 감싸는 원통형으로 형성되고, 상기 전극 마그넷(134) 및 상기 전극 코일(135)은 순차적으로 상기 외부 하우징(136)에 체결된다.On the other hand, the
본 발명에 의한 플라즈마 건에 의하면, 단면변화에 기인하는 응력집중을 제거함으로써 전극의 수명을 증가시킬 수 있으며, 또한, 전극교체를 위한 공정중단의 횟수를 감소시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the plasma gun according to the present invention, the life of the electrode can be increased by eliminating the stress concentration caused by the change in cross section, and the productivity can be improved by reducing the number of times of process interruption for electrode replacement.
또한, 수명이 다해서 파손된 전극의 부분만을 교체함으로써 교체비용을 저감할 수 있다.
In addition, it is possible to reduce the replacement cost by replacing only the part of the electrode which is damaged at the end of its service life.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and 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.
100: 플라즈마 처리장치 110: 공정 챔버
120: 하스(Hearth) 130: 플라즈마 건
131: 하우징 131a: 몸체부
131b: 캡부 132: 전극
132a: 전극 조각들 132b: 프레임
133: 가스 공급부 134: 전극 마그넷
135: 전극 코일 136: 외부 하우징
137: 마운트 138: 냉매 저장부
139: 유로 140: 전력 공급부
141: 전원 142: 제1 저항
143: 제2 저항 150: 예열 챔버
160: 로드락 챔버 170: 게이트 밸브
210: 수렴 코일 601: 고정나사
1321: 외부 테두리 1322: 중심 테두리
1323: 지지대 138: 냉매 저장부
P: 플라즈마 S: 기판
ST: 소스 태블릿 RV: 리액티브 베이퍼(Reactive Vapor)100: plasma processing apparatus 110: process chamber
120: Hearth 130: plasma gun
131:
131b: cap 132: electrode
132a:
133: gas supply unit 134: electrode magnet
135: electrode coil 136: outer housing
137: mount 138: refrigerant storage unit
139: Euro 140: power supply
141: power supply 142: first resistor
143: second resistance 150: preheating chamber
160: load lock chamber 170: gate valve
210: converging coil 601: fixing screw
1321: outer border 1322: center border
1323: support 138: refrigerant storage unit
P: plasma S: substrate
ST: Source Tablet RV: Reactive Vapor
Claims (13)
상기 하우징 내부에 배치되고, 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 상기 개구부를 통해서 주방전을 수행하는 전극; 및
상기 하우징 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하고,
상기 전극은, 중앙부에 관통홀을 갖는 디스크를 2 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성되고,
상기 가스 공급부는 상기 하우징의 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로서, 상기 가스 공급부의 단부는 상기 관통홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.A cylindrical housing including a first end including an opening and a second end opposite the first end;
An electrode disposed inside the housing and supplied with electric power to perform an electric discharge through the opening between the anode and the anode; And
A gas supply unit for supplying a gas for plasma generation inside the housing;
The electrode is composed of pieces formed by dividing the disk having a through-hole in the center into two or more pieces,
And the gas supply part has a pipe shape extending in a direction from the second end of the housing toward the first end part, wherein the end of the gas supply part passes through the through hole.
상기 전극은, 상기 디스크가 2등분된 2조각으로 형성되거나,
디스크가 3등분된 3조각으로 형성되거나, 또는
디스크가 4등분된 4조각으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method according to claim 1,
The electrode is formed in two pieces, the disk is divided into two,
The disk is formed into three pieces, or
Plasma gun, characterized in that the disk is formed of four pieces divided into quarters.
상기 전극의 조각들은 프레임에 장착된 것을 특징을 하는 플라즈마 건.The method according to claim 1,
And the pieces of electrode are mounted to a frame.
상기 하우징은,
원통형상의 몸체부; 및
상기 개구부를 포함하고, 상기 몸체부와 체결되어 상기 제1 단부를 구성하는 캡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method according to claim 1,
The housing includes:
Cylindrical body portion; And
And a cap portion including the opening portion and a cap portion coupled to the body portion to constitute the first end portion.
상기 전극은 란타늄 헥사보라이드(LaB6)를 포함하고,
상기 가스 공급부는 탄탈륨(Ta)을 포함하고,
상기 하우징의 상기 캡부는 텅스텐(W)을 포함하고, 상기 몸체부는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.6. The method of claim 5,
The electrode comprises lanthanum hexaboride (LaB6),
The gas supply part includes tantalum (Ta),
And the cap portion of the housing comprises tungsten (W) and the body portion comprises molybdenum (Mo).
상기 하우징의 상기 제1 단부와 이격되게 배치된 전극 코일; 및
상기 하우징과 상기 전극 코일 사이에 배치된 전극 마그넷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method according to claim 1,
An electrode coil disposed to be spaced apart from the first end of the housing; And
And a electrode magnet disposed between the housing and the electrode coil.
상기 하우징의 상기 제2 단부가 부착된 마운트를 더 포함하고,
상기 마운트는 냉매 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.The method according to claim 1,
Further comprising a mount to which the second end of the housing is attached,
And the mount includes a refrigerant reservoir.
상기 공정 챔버 내부에 배치되어 소스 태블릿을 담지하는 하스(hearth);
개구부를 포함하는 제1 단부 및 상기 제1 단부와 반대측의 제2 단부를 포함하는 원통 형상의 하우징과, 상기 하우징 내부에 배치되고, 전력이 공급되어 양극(anode)과의 사이에서 상기 개구부를 통해서 주방전을 수행하는 전극, 및 상기 하우징 내부에 플라즈마 생성용 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 건; 및
상기 하스에 담지된 소스 태블릿 및 상기 전극 사이에 전위차를 인가하여, 상기 소스 태블릿을 애노드(anode)로 동작시키고, 상기 전극을 캐소드(cathode)로 동작시켜 방전시키기 위한 전력 공급부를 포함하고,
상기 전극은, 중앙부에 관통홀을 갖는 디스크를 2 이상의 조각으로 분할하여 형성되는 조각들로 구성되고,
상기 가스 공급부는 상기 하우징의 상기 제2 단부로부터 상기 제1 단부를 향하는 방향으로 연장된 파이프 형상으로서, 상기 가스 공급부의 단부는 상기 관통홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.A process chamber in which the plasma process is performed;
A hearth disposed inside the process chamber to support a source tablet;
A cylindrical housing including a first end including an opening and a second end opposite to the first end, and disposed within the housing and supplied with power through the opening between the anode and the anode. A plasma gun including an electrode for conducting discharging and a gas supply unit for supplying a gas for generating plasma into the housing; And
A power supply for applying a potential difference between the source tablet and the electrode supported on the hearth to operate the source tablet as an anode, and to operate the electrode as a cathode to discharge;
The electrode is composed of pieces formed by dividing the disk having a through-hole in the center into two or more pieces,
And the gas supply part has a pipe shape extending in a direction from the second end of the housing toward the first end part, wherein the end of the gas supply part passes through the through hole.
상기 전극은, 상기 디스크가 2등분된 2조각으로 형성되거나,
디스크가 3등분된 3조각으로 형성되거나, 또는
디스크가 4등분된 4조각으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.10. The method of claim 9,
The electrode is formed in two pieces, the disk is divided into two,
The disk is formed into three pieces, or
Plasma processing apparatus, characterized in that the disk is formed of four pieces divided into quarters.
상기 전극의 조각들은 탄소 또는 탄소 복합체로 구성된 프레임에 장착된 것을 특징을 하는 플라즈마 처리장치.10. The method of claim 9,
And the pieces of the electrode are mounted on a frame made of carbon or a carbon composite.
상기 하우징은,
원통형상의 몸체부; 및
상기 개구부를 포함하고, 상기 몸체부와 체결되어 상기 제1 단부를 구성하는 캡부를 포함하고,
상기 전극은 란타늄 헥사보라이드(LaB6)를 포함하고, 상기 가스 공급부는 탄탈륨(Ta)을 포함하고, 상기 하우징의 상기 캡부는 텅스텐(W)을 포함하고, 상기 몸체부는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.10. The method of claim 9,
The housing includes:
Cylindrical body portion; And
A cap part including the opening part and coupled to the body part to constitute the first end part,
The electrode includes lanthanum hexaboride (LaB6), the gas supply part includes tantalum (Ta), the cap part of the housing includes tungsten (W), and the body part includes molybdenum (Mo). Plasma processing apparatus, characterized in that.
상기 공정 챔버 하부를 향해서 개방되도록, 상기 공정 챔버의 상부에 결합된 예열 챔버를 더 포함하여,
기판의 예열과 이송을 동시에 수행하면서 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.10. The method of claim 9,
And further comprising a preheating chamber coupled to the top of the process chamber to open towards the bottom of the process chamber,
Plasma processing apparatus characterized in that the process proceeds while performing the preheating and transfer of the substrate at the same time.
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Citations (2)
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JP2002313600A (en) | 2001-04-17 | 2002-10-25 | Chugai Ro Co Ltd | Pressure gradient type plasma gun |
KR100674031B1 (en) | 2006-06-28 | 2007-01-24 | 아이시스(주) | Plasma gun for thin film deposition and thin film deposition apparatus thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |