KR102552934B1 - 배플 구조를 갖춘 진공 제전 장치 - Google Patents

배플 구조를 갖춘 진공 제전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배플 구조를 갖춘 진공 제전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이온소스유닛으로부터 방출되는 이온빔이 기판에 직사되지 않도록 배치되는 배플 및 배플과 이온소스유닛을 연결하는 배플샤프트를 구비하고, 이온소스유닛 및 이와 연결된 배플과 배플샤프트를 공정 챔버의 상면 또는 측면에 배치시킴으로서, 기판에 조사되는 이온빔의 방향 및 세기 등을 유동적으로 조절하여 효과적인 제전 효과를 기대할 수 있는 진공 제전 장치에 관한 것이다.

Description

배플 구조를 갖춘 진공 제전 장치{HIGH VACUUM STATIC ELECTRICITY REMOVING DEVICE WITH BAFFLE STRUCTURE}
본 실시예는 배플 구조를 갖춘 진공 제전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공 환경에서 정전기를 제거하기 위한 플라즈마를 제공하는 이온소스유닛 및 배플을 포함하는 진공 제전 장치에 관한 것이다.
정전기는 마찰, 박리를 비롯하여 여러 가지의 원인에 의해 발생한다. 이와 같은 정전기는 고체, 액체, 절연체, 도전체를 불문하고 다양한 환경에서 발생할 수 있다. 발생한 정전기는 플러스전하와 마이너스 전하가 같은 양으로 발생하는데, 실제의 공정에서는 두 개의 정전 용량의 차이로 한쪽의 극성의 정전기 밖에 나타나지 않는 경우가 많다.
메모리 소자, 평판 표시장치, 집적회로 등의 전자 장치를 제조하는 공정에서는 정전기의 발생으로 이물질이 전자 장치에 부착되거나 정전기 방전에 의해 패턴이 손상될 수 있다.
특히, 디스플레이 패널의 증착 공정 시 기판-예를 들어, 유리-의 표면에 정전기가 발생할 수 있고, 유기발광다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이 패널의 증착 공정에서 기판 반송시 발생된 정전기로 인하여 마스크의 탈부착시 마스크 스틱(Mask Stick)에 의해 기판이 물리적으로 손상되는 문제가 발생하게 된다.
OLED 패널의 증착 과정에서 정전기 발생을 억제하거나 제거하기 위해 다양한 방법들이 구현되고 있고, 주로 이온화 장치를 이용하여 정전기를 제거하는 방법이 제안되고 있다. 이온화 장치들은 양이온과 음이온을 생성시켜 팬이나 압축공기를 이용하여 공기 중으로 방출하고, 방출된 이온이 정전기가 발생된 기판의 하전입자와 반대의 이온입자를 제공함으로써 하전입자를 중화시켜 정전기를 제거하게 된다.
그러나, 정전기 제거를 위한 이온화 장치는 비진공 환경에서 공기 중으로 이온을 방출하기 때문에, 높은 청정도를 유지해야 하는 진공환경에서 적용되기 어려운 문제점이 있다. 종래의 정전기 제거 공정은 진공환경에서 전자 장치의 박막을 형성한 후에, 비진공 환경에서 별도의 제전 공정을 통해 정전기를 제거하는 두 단계를 거치고 있다.
종래의 정전기 제거장치는 박막 공정과 제전 공정이 분리되어 있어 박막 형성시 생성된 정전기를 바로 제거할 수 없어 정전기에 의한 소자의 손상을 방지하는데 한계가 있다.
또한, 종래의 정전기 제거장치는 이온빔의 생성 과정에서 발생하는 이온입자 및 이온광을 기판에 직접적으로 조사하게 되므로, 기판의 손상을 발생시키게 된다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 진공 환경에서 이온 입자를 공급할 수 있는 제전 장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 다른 목적은, 진공 환경에서 제전 공정을 통해 정전기를 제거할 수 있도록 배플을 추가하여, 광 차단과 이온 전달의 효과를 동시에 구현할 수 있는 진공 환경용 정전기 제거장치를 제공하는 것이다.
본 실시예의 또 다른 목적은, 제전 장치에 구비되는 배플에 배플샤프트를 추가하여, 이온빔의 강도 및 방향 등을 조절할 수 있는 제전 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 실시예는, 기판에 제전 반응을 발생시키는 이온빔을 생성하여 공정챔버로 방출하는 이온소스유닛; 상기 이온소스유닛에서 방출되는 상기 이온빔이 공정챔버의 기판에 직사되지 않도록 배치된 배플; 및 상기 이온소스유닛과 상기 배플을 연결하고, 상기 배플의 각도가 가변하도록 상기 배플과 연결되는 배플샤프트;를 포함하는, 고 진공 제전 장치를 제공할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 배플샤프트의 길이가 변경됨에 따라, 상기 이온소스유닛과 상기 배플 간의 거리가 변경되어 상기 기판에 조사되는 이온빔의 범위가 변경될 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛, 상기 배플 및 상기 배플샤프트는 상기 공정챔버의 상면과 연결될 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛, 상기 배플 및 상기 배플샤프트는 상기 공정챔버의 측면과 연결될 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온빔은 상기 배플의 각도가 조절됨에 따라 상기 기판의 제1 면, 제2 면 또는 상기 제1 면과 상기 제2 면 동시에 방출될 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 배플은 원형, 직사각형, 원뿔형 및 다각형 모양으로 형성될 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛은, 상기 공정가스를 이용하여 이온입자를 포함하는 이온빔을 생성하는 이온소스; 및 상기 공정가스를 외부 기체와 차단시키는 이온소스하우징;을 포함할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛으로부터 방출된 상기 이온빔을 상기 공정챔버로 선택적으로 방출시키거나 또는 차단시키는 게이트밸브; 및 상기 공정챔버의 일 측면에 설치되어 진공 상태를 유지시키는 진공펌프;를 포함할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛은 상기 공정챔버 내 잔류 가스를 이온화시켜 이온과 전자를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛은 공정가스를 투입받는 홀(hole)인 공정가스 투입구를 더 포함할 수 있고, 상기 이온소스유닛은 투입된 상기 공정가스를 플라즈마 반응시키고, 이온빔을 생성할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛으로 공정가스를 공급하는 기체 공급부; 및 상기 공정가스의 유량을 제어하는 유량 흐름 조절기(Mass Flow Controller, MFC);를 더 포함할 수 있다.
고 진공 제전 장치에서, 상기 이온소스유닛에 이온빔 생성을 위한 공정가스가 별도로 투입되지 않고, 상기 이온소스유닛 내에 존재하는 공기를 이용하여 이온빔을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 진공 환경 내에서 이온빔을 기판에 안정적으로 공급할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 공정 가스의 플라즈마 반응으로 이온화 기체를 생성하므로, 빠른 제전이 가능하다.
또한, 본 실시예에 의하면, 배플을 사용하여 이온빔이 기판에 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 발생하는 노이즈를 줄일 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 이온소스와 배플 사이의 거리를 조절하여 기판에 조사되는 이온빔의 강도를 조절할 수 있으며, 배플의 각도를 조절하여 기판에 조사되는 이온빔의 강도 및 방향을 조절할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치와 공정 챔버의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치에서 이온화 기체의 이동을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트가 구비된 이온소스유닛의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트가 구비된 이온소스유닛의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트의 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 상면에 장착된 단면 예시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 측면에 장착된 단면 예시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 측면에 장착된 진공 제전 장치에서 배플을 이용한 제전 범위 설정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치와 공정 챔버의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치에서 이온화 기체의 이동을 나타내는 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 고 진공 제전 장치(100)는 공정용 기체가 공급되어 유량을 제어하는 기체 공급부(110), 외부로부터 전원이 공급되어 이온 기체를 생성하는 이온 소스(Ion Source)(120), 이온 소스(120)에서의 점화(Ignition) 반응을 유도하는 소스 가이드부(Source Guide Unit)(130), 유속을 제어하는 쓰로틀 밸브(Throttle Valve)(140), 쓰로틀 밸브(140)의 상단부에 설치되어 점화 가능한 정도의 진공도 (Vacuum degree)를 유지해주는 진공 펌프(Vacuum Pump)(150), 소스 가이드부(130)의 하단에 위치한 노멀 오픈(Normal Open) 타입의 게이트 밸브(Gate valve)(160)을 포함할 수 있다.
기체 공급부(110)는 이온 소스(120)의 상단을 구성하는 관에 맞물려 끼워질 수 있는 인렛을 포함할 수 있다.
먼저, 기체 공급부(110)는 고 진공 제전 장치(100)으로 기체를 공급시킬 수 있다. 이 때, 아르곤(Ar) 기체 또는 질소(N2) 기체 등이 공급되는 기체일 수 있다.
기체 공급부(110)는 유량 흐름 조절기(Mass Flow Controller: 이하, MFC)를 포함하여 적절량의 기체를 이온 소스(120)로 공급할 수 있다.
이온 소스(120)는 공정 가스를 플라즈마로 만들어 이온화 기체를 생성하고 이온빔을 방출할 수 있다.
이 때, 이온 소스(120)는 전하량 제어가 가능한 이온빔 소스가 적용될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 이온 소스(120)는 전자의 가속과 방향을 조정함에 따라 종래 기술에 비해 내부 식각, 아킹, 파티클 발생을 현저히 저감시키는 효과가 있다.
이온 소스(120)에 기체 공급부(110)를 통하여 공급받은 기체를 넣고 이온 소스(120)에 고전압이 걸리면 이온 소스(120) 내부에서 전자, 중성 입자, 양이온들이 빠져나오게 된다.
이 때, 진공 펌프(150)가 이온 소스(120) 내 플라즈마 상태에서 이온들이 움직이기 위하여 높은 진공상태를 유지시킨다. 일 예로, 이온 소스(120) 내 압력을 10-3[torr]로 유지시킨 상태에서 전기 방전 및 점화 반응을 수행할 수 있다.
다만, 이온 소스(120) 내 유지되는 압력이 10-3[torr]로 유지되는 것은 일 예인 것으로, 이온 소스(120) 내 압력이 최대 3*10-3[torr]로 유지되는 경우 전기 방전 및 점화 반응이 가능할 수 있다.
또한, 일 예로, 이온 소스(120)는 리모트 플라즈마 소스(Remote Plasma Source: 이하 RPS) 방식을 채용하여 공정 챔버(200) 위에 별도의 플라즈마 소스를 설치하도록 설계될 수 있다. 다이렉트 플라즈마 소스를 사용할 경우 플라즈마 내의 이온 충돌에 의한 계면에 전하가 축적되어 소자에 손상을 주는 단점을 극복하고자, RPS 방식을 채용하는 것이 바람직할 수 있다.
이에, 이온 소스(120)에서 이온화 기체를 생성하고, 전기장에 의해 이온 빔을 방출할 수 있다. 이 때, 방출되는 이온의 에너지는 500 내지 3500eV를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이 때, 이온 소스(120) 내 마스크에 의해 빔의 형태를 조절하는 것이 가능하다.
또한, 이온 소스(120)에서 방출된 이온빔은 소스 가이드부(130)를 거쳐 노멀 오픈 밸브인 게이트 밸브(160)를 통과하여 공정 챔버로 방출된다.
이 때, 노멀 오픈 밸브인 게이트 밸브(160)는 평상시에는 밸브가 개방되어 있으나, 유지보수가 필요할 때에 폐쇄(Close)되는 것이 가능하다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(Vacuum Pump)(150)는 터보 분자 펌프(Turbo-Molecular Pump: 이하, TMP)를 채용할 수 있다. 터보 분자 펌프는 고진공펌프 중 하나로서 진공 환경을 조성하는 데 채용되는 것이 일반적이다.
TMP는, 예를 들어, 여러 개의 블레이드가 층층이 쌓인 상태로 고속으로 회전하고 그 안으로 들어온 기체 입자가 블레이드에 맞고 바깥으로 튕겨 나가는 구조를 포함한다. 즉, TMP는 기체 입자가 회전하는 블레이드에 맞아서 아래쪽으로 운동량을 얻게 되고 아래의 고정된 블레이드를 통해 다음 블레이드로 넘어가게 되고, 그로 인하여 안쪽의 기체 입자를 바깥쪽으로 뽑아내는 원리를 이용한다.
또한, 진공 환경을 조성하는 데 채용되는 진공 펌프(150)의 하단의 펌핑 라인에 쓰로틀 밸브(140)가 장착되어 게이지를 통해 읽어들이는 진공도와 연동해 쓰로틀 밸브(140)가 자동으로 관로를 조절해 원하는 진공도를 계속하여 유지시킬 수 있다.
즉, 쓰로틀 밸브(140)로 진공도를 조절하여 이온 소스(120) 내의 진공도를 일정하게 유지시키는 것이 가능하다.
일정하게 유지된 진공도를 가지는 이온 소스(120)에서 이온화된 아르곤 기체 또는 질소 기체가 생성되어 전기장에 의한 빔이 방출되고, 이온화된 아르곤 기체 또는 질소 기체는 게이트 밸브(160)를 통과하여 공정 챔버(200)로 투입될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 일 예로, 기체 공급부(110)에서 아르곤(Ar)기체가 공급된 경우, 진공 펌프(150) 및 쓰로틀 밸브(140)로 이온 소스(120) 내 일정한 진공도가 유지시켜 전기 방전 및 점화반응이 수행되어 방출된 빔에 포함된 이온화된 아르곤 기체(Ar+)가 게이트 밸브(160)를 통과하여 공정 챔버(200)로 투입될 수 있다.
특히, 아르곤 기체(Ar+) 등과 같은 양(+)이온 및 전위가 공정 챔버(200) 내 공간에 균일하게 분포하기 때문에 공정 챔버(200) 내 제전대상물(유리)에서의 전류 전위는 0[V]일 수 있다.
또한, 저전력을 사용하기 때문에 공정 챔버(200) 내 제전대상물이 LCD 또는 OLED와 같이, 무기물 또는 무기물 상태의 기판에서도 사용이 가능하다.
다음으로, 도 2에 도시된 고 진공 제전 장치(100)의 일 축은 쓰로틀 밸브(140)가 공정 챔버(200)와 맞닿아 있으며, 다른 일 축으로 별도의 지지대(180)를 더 포함함에 따라, 고 진공 제전 장치(100)가 공정 챔버(200)와 일정 거리를 유지함과 동시에 고정될 수 있도록 지탱한다.
이 때, 지지대(180)는 고 진공 제전 장치(100)와 공정 챔버(200)가 일정한 수평거리를 유지하도록 거리를 조절하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 공정 챔버(200)는 증착 등을 위한 내부 공간을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버의 일 통로(200a)에서는 제전이 필요한 제전 대상물(200b)이 투입되며, 제전 대상물이 공정 챔버(200)의 정해진 위치에 안착되면, 제전 대상물에 이온 빔을 투입하기 위하여 게이트 밸브(160)로 연결되는 다른 일 통로(200c)를 포함할 수 있다. 따라서, 제전이 완료되면 공정 챔버의 일 통로(200a)의 반대측에 위치한 타 통로(200d)를 출구로 제전 대상물이 나오게 된다.
즉, 공정 챔버(200)는 도시되지는 않았으나, 제전 대상물의 박막 증착을 위한 내부공간을 갖으며, 내부적으로 증착 모듈을 제전 대상물에 증발 물질 또는 타겟을 증착시키는 증착 모듈을 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 바에 따른 고 진공 제전 장치(100)는, 게이트 밸브(160)의 일 단이 공정 챔버(200)와 연결될 수 있다고 설명하였다. 다만, 고 진공 제전 장치(100)가 게이트 밸브(160)와 연결된 공정 챔버(200) 구성을 더 포함할 수도 있다.
다음으로, 고 진공 제전 장치(100)는 제어 장치를 더 포함하고, 제어 장치를 통해, 기체 공급부(110), 이온 소스(120), 쓰로틀 밸브(140), 및 게이트 밸브(160) 등을 제어할 수 있다.
또한, 제어 장치는 이온소스유닛으로 전달되는 전압 또는 전류의 설정값을 기판의 특성에 따라 조절할 수 있다. 이 경우, 제어 장치는 전력제어장치 등으로 정의될 수 있다.
제어 장치는 이온 소스(120)의 전력 값 설정을 기판의 유기층을 보호하며 정전기 제전이 가능한 최소한의 세기로 설정될 수 있고, 최적화된 CW(Continues Wattage), CV(Continues Voltage), CC(Continues Current)의 설정값을 기판의 특성에 맞게 조절하여 기판의 패턴이나 유기층이 파괴되지 않도록 운영할 수 있다. 예를 들어, 제어장치은 CW를 700W이하로 설정하고, CV를 800~1500V로 설정하고, CC를 100mA로 설정하는 등으로 이온빔의 밀도와 세기 등을 조절할 수 있고, 본 실시예는 이에 제한되지 않는 다양한 설정값을 가질 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트가 구비된 이온소스유닛의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트가 구비된 이온소스유닛의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 이온소스유닛(300)은 이온소스하우징(310), 이온소스(320), 센터링(Center Ring)(330), 리듀싱유닛(Reducing Unit)(340)을 포함할 수 있다. 또한, 이온소스유닛(300)은 배플샤프트(350) 및 배플(360)과 연결될 수 있다.
이온소스하우징(310)은 이온소스유닛(300)이 외부와의 접촉 막기 위한 구조물일 수 있으며, 외부로부터의 기체 유입을 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 이온소스(320) 및 이온소스(320)에 공급되는 공정 가스가 이온소스유닛(300) 외부의 기체와 접촉하는 것을 방지하는 구성일 수 있다.
이온소스(320)는 공정 가스를 플라즈마로 만들어 이온화 기체를 생성하고 이온빔을 방출할 수 있다.
센터링(330) 및 리듀싱유닛(340)은 이온소스하우징(310), 이온소스(320) 및 공정 챔버(400) 간의 연결을 돕는 구성일 수 있다. 센터링(330) 및 리듀싱유닛(340)의 형태 및 위치는 도면에 나타난 형태 및 위치에 한정되지 않으며, 필요에 따라 자유롭게 변경될 수 있다.
배플샤프트(350)는 이온소스유닛(300)과 배플(360)을 연결하는 구성일 수 있고, 배플샤프트(350)는 이온소스유닛(300)의 리듀싱유닛(340)에 연결될 수 있다. 또한, 이온소스유닛(300)의 구성의 변경에 따라 이온소스하우징(310) 등에 연결될 수도 있다.
배플샤프트(350)의 길이는 변경될 수 있는데, 상대적으로 길이가 짧은 배플샤프트(350)를 이용하여, 이온소스유닛(300)과 배플(360) 간의 거리를 짧게 조정할 수 있고, 상대적으로 길이가 긴 배플샤프트(350)를 이용하여, 이온소스유닛(300)과 배플(360) 간의 거리를 길게 조정할 수도 있다.
배플샤프트(350)는 다양한 길이 및 고정된 길이로 형성되어 배플샤프트(350)를 교체하는 방식으로 이온소스유닛(300)과 배플(360) 간의 거리를 조정할 수도 있으며, 배플샤프트(350)는 피스톤 방식 또는 나사 돌림 방식 등의 다양한 방식으로 가변할 수 있는 길이로 형성되어 이온소스유닛(300)과 배플(360) 간의 거리를 조정할 수도 있다.
배플(360)은 기판의 유기막을 보호하기 위해 기판 표면에 이온빔이 직접 조사되지 않도록 이온소스유닛(300) 하단에 설치되는 구조체일 수 있다. 배플(360)은 이온빔에 포함된 이온입자가 기판에 직접 전달되는 것을 방지하거나, 이온광-예를 들어, X선-이 기판에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
배플(360)은 이온빔의 직사을 방지함과 동시에, 전기장의 투과를 막는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 배플(360)은 이온빔에 포함된 X선 등의 광선의 직사에 의한 노이즈 및 오염을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 광선의 직사를 효과적으로 방지하기 위해 광 차단 물질을 도포하거나, 광차단시트를 추가하는 방식으로 광 차단 성능을 개선할 수 있다.
배플(360)은 도 4에 나타난 바와 같이 원형(360_1)으로 제작될 수 있고, 직사각형(360_2)으로 제작될 수 있고, 원뿔형(360_3)으로 제작될 수 있다. 또한, 정다각형(미도시), 다각형(미도시) 등의 형태로 제작될 수도 있고, 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 크기로 제작될 수 있다.
배플(360)은 내구성이 높고 열에 강한 강도 높은 재질의 성분으로 제작될 수 있는데, 예를 들어, 티타늄(titanium), 하스넬로이(hastelloy), 텅스텐(tungsten), SUS(stainless use steel) 등으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 내구성이 높고 열에 강한 다양한 재질로 제작될 수 있다.
이에 따라, 이온소스유닛(300)으로부터 방출되는 이온빔이 기판으로 직사하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 제전 대상물- 예를 들어, 기판 또는 유리 기판 등-의 표면 유기막의 손상을 방지하고, 제전 대상물의 표면 발열 및 식각으로 인한 표면 성질 변형을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
이온소스유닛(300)은 제 1 클램프, 제 2 클램프, 냉각수 인렛 냉각수 아웃렛 및 기체 투입구 등을 포함할 수도 있다.
제1 클램프 및 제2 클램프는 이온소스(320)의 관로를 지지하여 고정시킬 수 있다. 구체적으로, 제 1 클램프는 이온소스(320)를 지지하고 상하 조절을 가능하게 하며, 제 2 클램프는 이온소스유닛(300) 내부의 진공 유지를 위하여 진공 씰 구조로 형성될 수 있다. 제1 클램프 및 제2 클램프는 클램프 구조체 등으로 정의될 수 있다.
제1 클램프는 이온소스(320)의 빔 이동 거리(beam working distance)의 조정을 가능하게 할 수 있으므로, 기판과의 상하거리를 조절하여 이온빔의 세기를 조절하거나, 이온빔의 분사 범위를 조절할 수 있다. 또한, 제1 클램프는 배플과의 상대적인 거리를 조절하여, 기판에 공급되는 이온 입자의 유량 등을 조절하기 위해 활용될 수 있다.
이온소스하우징(310)은 이온소스유닛(300)의 외부와 접촉을 차단함과 동시에 외부에서 기체를 투입하기 위한 구조물로서, 이온소스하우징(310)의 외측 일 지점에 기체 투입구를 포함할 수 있다.
따라서, 기체 투입구를 통해서 기체 공급부로부터 투입된 공정 기체를 투입한다. 이 때, 투입되는 공정 기체는, 아르곤(Ar) 기체 또는 질소(N2) 기체와 같은 불활성 기체를 투입할 수 있다. 이러한, 불활성 기체를 공정 기체로 사용하여 이온소스유닛(300)은 이온빔을 생성하므로 신속한 제전이 가능할 수 있다.
별도의 공정가스(Ar or N2)를 이온빔 소스 외부에 주입하여 이온화 가스 제어가 용이하다.
이온소스유닛(300)은 공정 챔버에 탈부착이 가능할 수 있고, 공정 챔버의 일 측면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 이온소스유닛(300)는 공정 챔버의 상부면 또는 측면에 배치될 수 있으며, 배치 위치는 공정 챔버를 통과하는 기판의 이동방향 및 기판의 단면 등을 고려하여 정의될 수 있다.
이온소스(320)는 선형-이온소스 또는 원형-이온소스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
선형-이온소스인 경우에는, 이온빔 조사 범위가 넓고, 대면적의 글라스 표면에 전면 조사가 가능할 수 있다. 이온빔이 글라스의 전면에 조사되므로 제전이 빠르고 균일하게 제전될 수 있고, 글라스 표면에 이온화된 중성 가스 가 전면 조사되므로 원형-이온소스 대비 효율적인 장비 운영 가능할 수 있다. 원형-이온소스은 동일 이온빔 조사범위를 만족하기 위해서는, 복수의 이온소스가 배치되어야 한다.
이온소스유닛(300)은 선형-이온소스를 채택한 경우에 선형-이온소스유닛으로, 원형-이온소스를 채택한 경우에 원형-이온소스유닛으로 정의될 수 있다.
한편, 이온소스유닛(300)은 아르곤(Ar) 기체 또는 질소(N2) 기체 등과 같은 이온빔 생성을 위해 별도로 투입된 공정가스가 아닌, 이온소스유닛(300) 내에 존재하는 공기(air)를 이용하여 이온빔을 생성할 수 있다. 이 경우, 이온소스유닛(300)은 기체 투입구를 포함하지 않을 수도 있으며, 별도의 공정가스를 공급하는 데에 이용하는 기체 공급부 및 유량 흐름조절기 등이 이용되지 않을 수도 있다.
또한, 이온소스유닛(300)은 이온빔 생성을 위해 플라즈마를 발생시키지 않고, 빛을 포함하지 않거나 거의 포함하지 않는(희미하게 포함하는) 타운센드 방전(Townsend discharge)(암방전 또는 다크방전(Dark discharge)라고도 함)을 이용하여 이온빔을 생성할 수도 있다. 이 경우, 이온빔 생성을 위해 이용되는 공정가스는 공기(air)일 수도 있다. 또한, 이온소스유닛(300) 및 공정 챔버(500)의 내부 압력은 10-4 내지 10-8 torr로 유지될 수 있다. 다만, 내부 압력의 범위는 이에 한정되지 않으며, 공정가스를 타운센드 방전시킴으로써 이온빔을 생성하기 위한 최적의 압력으로 변경될 수 있다.
구체적으로, 기체의 방전은 크게 타운센드 방전(Townsend Discharge, 다크 방전(Dark Discharge)라고도 함), 글로우 방전(Glow Discharge) 및 아크 방전(Arc Discharge)의 세 가지로 분류할 수 있다.
타운센드 방전은 일반적으로 서브밀리(Submilli, 10-3 이하) Torr의 압력에서 작동되어지며, 적은 양의 이온과 자유전자를 생성하는 특징이 있다. 구체적으로, 타운센드 방전은 10-4 [torr] 이하의 압력 조건에서 수행될 수 있고, 10-4 내지 10-8 [torr] 조건에서 수행될 수 있다. 타운센드 방전은 전기장에 의한 가속 에너지가 작거나, 전자가 충돌하여 여기 시킬 가스가 불충분한 경우, 연속적 가스 여기 상태를 만들지 못해 소수의 이온만이 형성되는 경우를 의미한다. 그리고, 연속적인 가스 여기 상태를 만들지 못해 빛의 발생이 최소화되는 것이다.
우선, 기체에 전압을 가하게 되면, 빛은 발생하지 않거나 거의 발생하지 않으면서 기체의 이온(전하)이 형성되어 전류가 발생할 수 있는 구간이 형성될 수 있는데, 이러한 기체의 방전을 타운센드 방전(Townsend Discharge)라고 할 수 있다. 그리고, 공급되는 전압이 타운센드 방전의 문턱값(Threshold)을 넘으면 사태(Avalanche 또는 breakdown이라고도 함)가 발생하여, 전류는 증가하는데 전압이 감소하는 현상이 발생한다. 그 후 정상 글로우 방전(Normal glow discharge) 영역에 이르게 되는데, 이 영역에서는 이온이 생성되는 양과 없어지는 양의 비율이 같고, 방전에 필요한 전자와 이온이 충분하기 때문에 안정하게 방전이 유지되고, 발광 현상이 발생하게 된다. 그 후, 전압을 더욱 가하면, 전압은 변화가 없지만 전류가 증가하면서 방전 영역이 커지게 되는데, 일정한 값을 유지하던 전압이 어느 순간 급격히 증가하는 영역이 나타나게 되는데, 이러한 영역을 비정상 글로우 방전(Abnormal glow discharge) 영역이라고 한다. 그리고 전류가 더욱 증가하면 전압이 다시 급격하게 떨어지는 현상이 발생하는데 이러한 현상을 아크 방전(Arc Discharge)라고 한다.
정상 글로우 방전은 타운센드 방전(다크 방전, 암방전)에서 충분한 가스와 전압에서 연속적인 가스 여기 상태를 만들고, 다수 여기 상태가 유지된 채로 플라즈마를 형성하는 방전을 의미한다.
일 실시예에 따른 고 진공 제전 장치는 별도로 투입되는 공정가스를 이용하지 않고, 공기를 이용하여 이온빔을 생성하여 공정 챔버로 방출할 수 있다. 그리고, 공기를 타운센드 방전시킴으로서, 빛이 발생하지 않거나 매우 미약한 빛만이 발생하여 광에 의한 기판의 손상을 방지하면서 정전기를 제거하는 효과를 기대할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 배플 및 배플샤프트의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 배플샤프트(350)는 배플(360)과 각도가 변경될 수 있도록 연결-예를 들어, 힌지(hinge) 연결-될 수 있다.
배플샤프트(350)는 그 길이를 변경함에 따라, 이온소스유닛(300)과 배플(360) 사이의 거리를 조정할 수 있다. 배플(360)의 크기와 배플(360)과 이온소스유닛(300) 간의 거리를 조정함으로써 제전 대상에 가해지는 제전 범위를 넓히거나 좁힐 수 있다. 예를 들어, 배플(360)의 크기를 크게 키운다면, 제전 범위를 넓힐 수 있고, 배플(360)의 크기를 줄인다면 제전 범위를 좁힐 수 있다. 또한, 예를 들어, 배플(360)과 이온소스유닛(300) 간의 거리를 좁히면 제전 범위를 넓힐 수 있고, 배플(360)과 이온소스유닛(300) 간의 거리를 벌리면 제전 범위를 좁힐 수 있다.
배플(360)의 모양은 용도에 따라 다르게 형성될 수 있다. 구체적으로, 원형 및 다각형 모양의 배플은 이온소스유닛(300)이 공정 챔버(400) 상면에 연결되었을 때에 사용하여 이온빔을 넓게 퍼뜨리는 역할을 하여, 제전 시 기판의 제전 범위를 넓게 형성시킬 수 있다. 또한, 직사각형 모양의 배플은 공정 챔버(400) 측면에 연결되었을 때에 사용하여 이온빔 조사 시에 제전 대상-예를 들어, 기판 또는 유리 기판 등-의 윗면과 아랫면(또는 제1 면 및 제2 면)에 가해질 수 있는 손상 가능성을 차단하며, 이온소스유닛(300)으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 기판의 일부분에도 효과적으로 제전을 발생시킬 수 있다. 여기서, 기판(500)은 통상적으로 얇고 넓은 판 형태를 띨 수 있고, 이에 따라 제1 면 및 제2 면은 얇고 넓은 판의 마주보는 넓은 면을 의미할 수 있다.
또한, 배플(360)은 배플샤프트(350)에 연결된 채로 각도가 조절될 수 있고, 이에 따라, 사용자가 원하는 방향으로 제전 효과를 집중시킬 수 있다.
한편, 이온소스유닛(300)에 기체 공급부를 통하여 공급받은 기체를 넣고 이온소스유닛(300)에 고전압이 걸리면 이온소스유닛(300) 내부에서 전자, 중성 입자, 양이온들이 빠져나올 수 있다.
이 때, 고 진공 제전 장치에 구비된 진공펌프가 이온소스유닛(300) 내 플라즈마 상태에서 이온들이 움직이기 위하여 높은 진공상태를 유지시킨다. 일 예로, 이온소스(320) 내 압력을 10-5 내지 10-3[torr]로 유지시킨 상태에서 전기 방전 및 점화 반응을 수행함으로써, 내부 공정가스를 플라즈마 상태로 유지시킬 수 있다.
이온소스유닛(300)은 플라즈마 상태가 가능한 진공도로서 압력을 10-5 내지 10-3[torr]일 수 있고, 이러한 진공도를 유지하기 위해 공정챔버(200)의 베이스 압력상태를 압력을 10-6 내지 10-5[torr]로 유지하고 공정가스로서 아르곤(Ar) 기체 또는 질소(N2) 기체를 1 내지 20[sccm]의 값을 투입하여 압력을 10-5 내지 10-3[torr]로 설정할 수 있다. 박막 공정과 제전 공정이 분리되지 않도록 진공상태를 유지하기 위하여, 이온소스유닛의 압력과 공정챔버의 압력을 동일하게 유지하거나, 또는 일정한 범위 이내의 범위로 유지할 수 있다.
이온소스유닛(300) 내 마스크(mask)에 의해 빔의 형태를 조절하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 이온소스유닛(300)의 형상에 따라 이온빔이 공정 챔버로 넓게 조사되는 것이 가능할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 상면에 장착된 단면 예시도이며, 공정 챔버 상면에 장착된 이온소스유닛에 대한 설명에 불필요한 일부 구성은 생략하여 도시하였다.
고 진공 제전 장치는, 배플샤프트(350)의 길이를 조절하고 배플(360)의 각도를 조절하는 배플제어장치(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 배플제어장치는 배플샤프트(350)에 전기적 신호를 전송하여 배플샤프트(350)의 길이를 조절할 수 있고, 배플(360)의 각도가 조절될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지는 않는다.
도 7을 참조하면, 이온소스유닛(300)은 공정 챔버(400)의 상면에 연결될 수 있고, 이에 따라, 배플샤프트(350) 및 배플(360) 또한 공정 챔버(400)의 상면에 연결될 수 있다.
상면에 연결된 이온소스유닛(300)은 이온빔을 방출할 수 있고, 방출된 이온빔은 배플샤프트(350)와 연결된 배플(360)과 충돌하여, 분사될 수 있다. 이와 같이, 배플(360)은 이온빔이 기판(500)에 직사되는 것을 방지할 수 있고, 이온빔을 넓게 퍼뜨려서 기판(500) 전체에 제전 효과가 발생하도록 할 수 있다. 또한, 배플샤프트(350)를 이용하여, 배플(360)의 각도와 배플(360) 및 이온소스유닛(300) 사이의 거리를 조절하여, 기판(500)에 작용하는 제전 효과의 범위 및 기판(500)의 어느 부분에 제전 효과를 집중시킬 것인지 선택할 수 있다.
배플(360)과 충돌한 이온빔은 기판(500)에 공급되어 제전 효과를 발생시킬 수 있다. 이온소스유닛(300)으로부터 방출되는 이온빔이 기판(500)에 직사되는 것을 방지하여 기판(500)의 표면 성질이 변하거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
기판(500)은 공정 챔버(400)에 일측으로 투입되어, 다른측으로 배출되는 방식으로 제전이 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 8은 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 측면에 장착된 단면 예시도이며, 도 9는 일 실시예에 따른 이온소스유닛이 공정 챔버의 측면에 장착된 진공 제전 장치에서 배플을 이용한 제전 범위 설정을 설명하기 위한 도면이다. 공정 챔버 측면에 장착된 이온소스유닛에 대한 설명에 불필요한 일부 구성은 생략하여 도시하였다.
도 8을 참조하면, 이온소스유닛(300)은 공정 챔버(400)의 측면에 연결될 수 있고, 이에 따라, 배플샤프트(350) 및 배플(360) 또한 공정 챔버(400)의 측면에 연결될 수 있다.
측면에 연결된 이온소스유닛(300)은 이온빔을 방출할 수 있고, 방출된 이온빔은 배플샤프트(350)와 연결된 배플(360)과 충돌하여, 분사될 수 있다. 이와 같이, 배플(360)은 이온빔이 기판(500)에 직사되는 것을 방지할 수 있고, 이온빔을 넓게 퍼뜨려서 기판(500) 전체에 제전 효과가 발생하도록 할 수 있다.
또한, 이온소스유닛(300)은 이온빔을 기판(500)의 윗면 및 아랫면(또는 제1 면 및 제2 면)에 이온빔을 조사하여, 기판(500)의 양 면에 제전 효과를 발생시킬 수 있다.
기판(500)은 공정 챔버(400)에 일측으로 투입되어, 다른측으로 배출되는 방식으로 제전이 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 이온소스유닛(300)이 공정 챔버(400)의 측면에 연결된 경우에, 기판(500)은 공정 챔버(400) 내에서 이온빔이 조사되는 방향과 직교하는 방향-예를 들어, 도 8을 바라보았을 때, 상하좌우 방향이 아닌 안으로 들어가는 방향 또는 밖으로 나오는 방향-으로 진행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 9를 참조하면, 이온소스유닛(300)으로부터 방출된 이온빔이 기판(500)에 직사되지 않도록 설치된 배플(360)에 의해 방향 및 세기가 조절될 수 있다.
배플(360)의 각도가 변경됨에 따라 기판(500)의 제1 면, 제2 면 또는 제1 면과 제2 면 둘 다에 이온빔이 조사되도록 조절될 수 있고, 배플(360)의 각도가 변경됨에 따라 기판(500)의 제1 면 및 제2 면에 조사되는 이온빔의 세기를 조절할 수 있다.
이에 따라, 별도의 추가 장치 없이, 기판(500)의 양 면에 제전 효과를 발생시킬 수 있으며, 각각의 기판(500)의 상태-예를 들어, 정전기의 양 및 분포 등-에 따라 이온빔의 방향 및 세기를 조절하여, 유동적이면서도 효과적인 제전 효과를 기대할 수 있다.
또한, 이에 따라, 이온소스유닛(300)으로부터 방출되는 이온빔이 기판(500)에 직사되는 것을 방지하여 기판(500)의 표면 성질이 변하거나 손상되는 것을 방지할 수 있을뿐만 아니라, 제전 위치 및 범위를 유동적으로 조정할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 기판에 제전 반응을 발생시키는 이온빔을 생성하여 공정챔버로 방출하는 이온소스유닛;
    상기 이온소스유닛에서 방출되는 상기 이온빔이 공정챔버의 기판에 직사되지 않도록 배치된 배플; 및
    상기 이온소스유닛과 상기 배플을 연결하고, 상기 배플의 각도가 가변하도록 상기 배플과 연결되는 배플샤프트;
    를 포함하며,
    상기 배플샤프트의 길이가 변경됨에 따라, 상기 이온소스유닛과 상기 배플 간의 거리가 변경되어 상기 기판에 조사되는 이온빔의 범위가 변경되는, 진공 제전 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛, 상기 배플 및 상기 배플샤프트는 상기 공정챔버의 상면과 연결되는, 진공 제전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛, 상기 배플 및 상기 배플샤프트는 상기 공정챔버의 측면과 연결되는, 진공 제전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온빔은 상기 배플의 각도가 조절됨에 따라 상기 기판의 제1 면, 제2 면 또는 상기 제1 면과 상기 제2 면 동시에 방출되는, 진공 제전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배플은 원형, 직사각형, 원뿔형 및 다각형 모양으로 형성되는, 진공 제전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛은,
    공정가스를 이용하여 이온입자를 포함하는 이온빔을 생성하는 이온소스; 및
    상기 공정가스를 외부 기체와 차단시키는 이온소스하우징;
    을 포함하는, 진공 제전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛으로부터 방출된 상기 이온빔을 상기 공정챔버로 선택적으로 방출시키거나 또는 차단시키는 게이트밸브; 및
    상기 공정챔버의 일 측면에 설치되어 점화 가능한 진공도(Vacuum degree)를 유지시키는 진공펌프;
    를 포함하는, 진공 제전 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛은 잔류 가스를 이온화시켜 이온과 전자를 생성하는, 진공 제전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛은 공정가스를 투입받는 홀(hole)인 공정가스 투입구를 더 포함하고,
    상기 이온소스유닛은 투입된 상기 공정가스를 플라즈마 반응시키고, 이온빔을 생성하는, 진공 제전 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛으로 공정가스를 공급하는 기체 공급부; 및
    상기 공정가스의 유량을 제어하는 유량 흐름 조절기(Mass Flow Controller, MFC);를 더 포함하는, 진공 제전 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온소스유닛에 이온빔 생성을 위한 공정가스가 별도로 투입되지 않고, 상기 이온소스유닛 내에 존재하는 공기를 이용하여 이온빔을 생성하는 것을 특징으로 하는, 진공 제전 장치.

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KR20150144054A (ko) * 2014-06-16 2015-12-24 한국기초과학지원연구원 이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템

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