KR20060079993A - Apparatus for surface treatment utilizing plasma source ion implantation - Google Patents
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Abstract
플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치가 개시된다. 본 발명에 따르면, 진공챔버, 상기 진공챔버 내에 투입되는 피처리재를 그 내부에서 지지하는 것으로 금속재료로 형성되어 그라운드에 접지된 메인 지지롤러, 상기 메인 지지롤러와의 사이에 플라즈마 방전공간이 형성되도록 소정간격 이격되어 상기 메인 지지롤러를 둘러싸는 것으로 적어도 하나의 가스주입 관통공이 형성된 전극플레이트, 상기 가스주입 관통공과 연결되어 상기 방전공간에 방전가스를 공급하는 가스공급장치 및 상기 전극플레이트에 고전압펄스를 인가시키는 고전압펄스 인가장치를 포함하여,Disclosed is a surface treatment apparatus by plasma ion implantation. According to the present invention, a plasma discharge space is formed between a vacuum chamber and a main support roller formed of a metal material and grounded to ground to support a processing material introduced into the vacuum chamber therein. An electrode plate having at least one gas injection through hole formed to surround the main support roller at a predetermined interval so as to be connected to the gas injection through hole to supply a discharge gas to the discharge space, and a high voltage pulse to the electrode plate Including a high voltage pulse applying device,
상기 방전공간에서 상기 방전가스의 플라즈마 방전이 유도되어 상기 플라즈마의 양이온이 상기 피처리재의 표면에 주입되는 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치가 제공된다.A plasma treatment of the discharge gas is induced in the discharge space to provide a surface treatment apparatus by plasma ion implantation in which cations of the plasma are injected into the surface of the target material.
Description
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 전극플레이트의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of the electrode plate of FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1의 전극플레이트의 다른 실시예이다.3 is another embodiment of the electrode plate of FIG. 1.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 개략적인 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 전극플레이트의 사시도이다.5 is a perspective view of the electrode plate of FIG. 4.
도 6은 도 5의 전극플레이트의 저면도이다.6 is a bottom view of the electrode plate of FIG. 5.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
5:피처리재 10:진공챔버5: to-be-processed material 10: vacuum chamber
12:제1통로 14:제2통로12: first passage 14: second passage
20:가스공급장치 30:메인 지지롤러20: Gas supply device 30: Main support roller
31:제 1 보조 지지롤러 32:제 2 보조 지지롤러31: 1st auxiliary support roller 32: 2nd auxiliary support roller
35:방전공간 40:전극플레이트35: discharge space 40: electrode plate
42:가스주입 관통공 45:가스노즐42: gas injection through hole 45: gas nozzle
60:고전압펄스 인가장치 70a, 70b:격벽60: high voltage
본 발명은 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온주입 효율이 향상된 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a surface treatment apparatus by plasma ion implantation, and more particularly, to a surface treatment apparatus by plasma ion implantation with improved ion implantation efficiency.
종래의 시트, 판재, 사출물 등은 이송의 편의성을 위해서 고분자 화합물 모재에, 전도성을 가미하기 위하여 전량 수입되는, 고가의 전도성 고분자 화합물 레진(Resin)을 혼합하여 압축성형하거나, 압축성형된 고분자 화합물 모재에 전도성 고분자를 도포함으로써 전도성을 부여한다. 전도성 고분자 화합물의 하나인 폴리아닐린(Polyanilin)의 경우 불투명하여 투명도가 요구되는 제품에 적용할 수 없으며, 투명 전도성 고분자 화합물인 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate) 등은 매우 고가이며, 전량 해외에서 수입하고 있다. 또한, 전도성 고분자의 도포에 의해 전도성을 부여한 필름 등은 필름과 도전막 사이 계면의 접착력 저하에 의해서 도전막이 벗겨지고, 도포 물질의 화학반응으로 그 표면이 화학적으로 변성되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점에 대하여, 최근 플라즈마 이온주입에 의한 피처리재의 표면처리에 관한 기술이 개발되었다.Conventional sheets, plates, injection moldings, etc. are compression molded or expensive molded polymer compound base materials by mixing high molecular weight resin resins (resin), which are all imported to add conductivity, to the polymer compound base material for convenience of transportation. Conductivity is imparted by applying a conductive polymer to the. Polyanilin, one of the conductive polymer compounds, is opaque and cannot be applied to a product requiring transparency, and EVA (Ethylene-Vinyl Acetate), which is a transparent conductive polymer compound, is very expensive and is entirely imported from overseas. In addition, a film provided with conductivity by applying a conductive polymer has a problem in that the conductive film is peeled off due to a decrease in the adhesion between the film and the conductive film, and the surface thereof is chemically modified by a chemical reaction of the coating material. In response to this problem, a technique related to surface treatment of a target material by plasma ion implantation has recently been developed.
그러나, 일반적으로 플라즈마 이온주입 공정에서는 진공챔버 내에서 고밀도의 플라즈마 방전을 형성하기 어려우며, 또한 플라즈마 방전을 형성하기 위한 전력 소모가 크다. 또한, 플라즈마 내에 존재하는 전자가 접지전극 또는 접지상태인 진공챔버에 접촉되어 소모되는 현상이 발생하여, 다량의 전자가 소모된다. 따라서, 종래의 플라즈마 이온주입 장치에서는 소모되는 전자를 보충하여 플라즈마 방전을 유지하기 위해 전자를 보조적으로 공급하는 장치, 즉 보조 플라즈마 발생장치가 필요하였으며, 이로 인해 진공챔버의 크기 및 상기 진공챔버에 연결되는 진공펌프의 용량이 커질 수 있으며, 따라서 플라즈마 이온주입 장치의 제작비용도 커질 수 있다.In general, however, it is difficult to form a high density plasma discharge in the vacuum chamber in the plasma ion implantation process, and power consumption for forming the plasma discharge is high. In addition, a phenomenon occurs in which electrons present in the plasma come into contact with the ground electrode or the vacuum chamber in a ground state, and thus a large amount of electrons are consumed. Therefore, in the conventional plasma ion implantation apparatus, an apparatus for supplying electrons auxiliary to supplement the consumed electrons to maintain plasma discharge, that is, an auxiliary plasma generator, is required, and thus, the size of the vacuum chamber and the connection to the vacuum chamber The capacity of the vacuum pump can be increased, and thus the manufacturing cost of the plasma ion implantation device can be increased.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 이온주입 효율이 향상된 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치를 제공함에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-mentioned problems of the prior art, to provide a surface treatment apparatus by plasma ion implantation improved ion implantation efficiency.
본 발명에 따르면,According to the invention,
진공챔버;Vacuum chamber;
상기 진공챔버 내에 투입되는 피처리재를 그 내부에서 지지하는 것으로 금속재료로 형성되어 그라운드에 접지된 메인 지지롤러;A main support roller formed of a metallic material and grounded to ground to support the processing target material introduced into the vacuum chamber therein;
상기 메인 지지롤러와의 사이에 플라즈마 방전공간이 형성되도록 소정간격 이격되어 상기 메인 지지롤러를 둘러싸는 것으로 적어도 하나의 가스주입 관통공이 형성된 전극플레이트;An electrode plate spaced apart from the main support roller by a predetermined interval so as to surround the main support roller to form at least one gas injection through-hole;
상기 가스주입 관통공과 연결되어 상기 방전공간에 방전가스를 공급하는 가 스공급장치; 및A gas supply device connected to the gas injection through hole to supply a discharge gas to the discharge space; And
상기 전극플레이트에 고전압펄스를 인가시키는 고전압펄스 인가장치;를 포함하여,Including a high voltage pulse applying device for applying a high voltage pulse to the electrode plate, including,
상기 방전공간에서 상기 방전가스의 플라즈마 방전이 유도되어 상기 플라즈마의 양이온이 상기 피처리재의 표면에 주입되는 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치가 제공된다.A plasma treatment of the discharge gas is induced in the discharge space to provide a surface treatment apparatus by plasma ion implantation in which cations of the plasma are injected into the surface of the target material.
상기 진공챔버에 상기 피처리재가 투입 및 배출되는 제1통로 및 제2통로가 각각 마련된다.First and second passages through which the processing material is input and discharged are provided in the vacuum chamber, respectively.
바람직하게, 상기 가스주입 관통공에 가스주입을 위한 가스노즐이 더 설치되며 상기 가스노즐이 상기 가스공급장치와 연결된다. 또한, 상기 방전가스를 상기 방전공간에 가두는 절연성 재료의 격벽이 상기 전극플레이트의 양단에 더 설치될 수 있다.Preferably, a gas nozzle for gas injection is further installed in the gas injection through hole, and the gas nozzle is connected to the gas supply device. In addition, barrier ribs of an insulating material for confining the discharge gas to the discharge space may be further provided at both ends of the electrode plate.
상기 진공챔버는 상기 메인 지지롤러와 별도로 개별접지 될 수 있다.The vacuum chamber may be separately grounded separately from the main support roller.
바람직하게, 상기 메인 지지롤러의 일측에 상기 피처리재의 지지를 보조하는 적어도 하나의 보조 지지롤러가 더 설치될 수 있으며, 상기 메인 지지롤러 및 보조 지지롤러는 각각 회전속도가 제어되는 회전수단을 구비할 수 있다.Preferably, at least one auxiliary support roller may be further installed on one side of the main support roller, and the main support roller and the auxiliary support roller are provided with rotation means for controlling the rotation speed, respectively. can do.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치는 진공챔버(10), 가스공급장치(20), 메인 지지롤러(30), 보조 지지롤러(32a, 32b), 상기 메인 지지롤러(30)를 둘러싸는 전극플레이트(40) 및 고전압펄스 인가장치(60)를 포함한다. 이하에서 각각의 구성요소에 대해 설명한다.1, the surface treatment apparatus by the plasma ion implantation according to the first embodiment of the present invention is a
상기 메인 지지롤러(30)는 상기 진공챔버(10) 내에 투입되는 피처리재를 그 내부에서 지지한다. 상기 메인 지지롤러(30)는 금속재질이며, 그라운드에 접지된다. 상기 메인 지지롤러(30)의 일측에 설치된 제 1 및 제 2 보조 지지롤러(32a, 32b)는 상기 메인 지지롤러(30)를 보조하여 상기 피처리재(5)를 지지한다. 바람직하게, 상기 메인 지지롤러(30) 및 보조 지지롤러(32a, 32b)는 각각 회전속도가 제어되는 회전수단을 구비할 수 있다.The
상기 전극플레이트(40)는 소정간격 이격되어 상기 메인 지지롤러(30)를 둘러싸며, 상기 메인 지지롤러(30)와의 사이에 방전공간(35)을 형성한다. 상기 전극플레이트(40)는 금속재질이다. 상기 전극플레이트(40)에는 적어도 하나의 가스주입 관통공(42)이 형성되어 있으며, 상기 가스주입 관통공(42)은 상기 가스공급장치(20)와 연결된다.The
상기 가스공급장치(20)는 상기 가스주입 관통공(42)에 연결되어 상기 방전공간(35)에 이온화되는 방전가스, 예를 들어 아르곤(Ar), 산소(O2) 또는 질소(N2) 등의 가스를 공급한다. 또한, 상기 고전압펄스 인가장치(60)는 상기 전극플레이트(40)에 고전압펄스를 인가시킨다.The
상기 진공챔버(10)에 피처리재(5)가 투입 및 배출되는 제1통로(12) 및 제2통로(14)가 각각 마련되며, 바람직하게 상기 진공챔버(10)는 상기 메인 지지롤러(30)와 별도로 개별접지된다. 상기 진공챔버(10) 내는 대략 10-2 Torr(토르) 이하의 진공이 유지된다.The
상기와 같은 구성을 가지는 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치에서, 상기 제1통로(12)를 통해 상기 진공챔버(10) 내에 투입되는 피처리재(5)는 상기 메인 지지롤러(30) 및 보조 지지롤러(32a, 32b)에 의해 상기 전극플레이트(40)와 메인 지지롤러(30) 사이에 위치하게 된다. 상기 메인 지지롤러(30)와 전극플레이트(40) 사이의 상기 방전공간(35)에 상기 전극플레이트(40)의 가스주입 관통공(42)과 연결된 상기 가스공급장치로부터 방전가스가 공급되고, 상기 전극플레이트(40)에 고전압펄스가 인가되면, 상기 접지된 메인 지지롤러(30)와 전극플레이트(40) 사이에서 상기 방전가스의 플라즈마 방전이 개시되며, 상기 플라즈마의 양이온이 피처리재(5)의 표면에 주입된다. 이온주입된 피처리재(5)는 상기 제2통로(14)를 통해 상기 진공챔버(10)의 외부로 배출된다.In the surface treatment apparatus according to the plasma ion implantation having the above configuration, the
일반적으로 플라즈마 이온주입 공정에서는 플라즈마 내에 존재하는 전자가 접지전극 또는 접지상태인 진공챔버에 접촉되어 소모되는 현상이 발생하여, 다량의 전자가 소모된다. 따라서, 종래의 플라즈마 이온주입 장치에서는 소모되는 전자를 보충하여 플라즈마 방전을 유지하기 위해 전자를 보조적으로 공급하는 장치, 즉 보조 플라즈마 발생장치가 필요하였다. 이와 같은 보조 플라즈마 발생장치가 없으면 플라즈마 방전이 유지되기 어렵기 때문이었다.In general, in the plasma ion implantation process, electrons present in the plasma are brought into contact with the ground electrode or the vacuum chamber in the ground state and are consumed, thereby consuming a large amount of electrons. Therefore, in the conventional plasma ion implantation apparatus, an apparatus for supplying electrons auxiliary, that is, an auxiliary plasma generating apparatus, is required to supplement electrons consumed to maintain plasma discharge. This is because plasma discharge is difficult to be maintained without such an auxiliary plasma generator.
그러나, 본 발명에 의하면 상기 플라즈마 방전이 전극플레이트와 메인 지지롤러 사이의 한정된 공간에서만 유지되기 때문에 플라즈마 내에 존재하는 전자가 접지전극 또는 접지상태인 진공챔버에 접촉되어 소모되는 현상이 방지된다. 이와 같은 이유로, 본 발명에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치 내에는 종래의 플라즈마 이온주입 장치에서 필요했던 보조 플라즈마 발생장치를 설치할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하면 진공챔버의 크기 및 상기 진공챔버에 연결되는 진공펌프의 용량을 줄일 수 있기 때문에, 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 크기가 소형화될 뿐만 아니라, 상기 이온주입에 의한 표면처리 장치의 제조비용도 줄어든다.However, according to the present invention, since the plasma discharge is maintained only in a limited space between the electrode plate and the main support roller, the electrons existing in the plasma are prevented from coming into contact with the ground electrode or the vacuum chamber in the ground state. For this reason, it is not necessary to provide an auxiliary plasma generating apparatus which was required in the conventional plasma ion implantation apparatus in the surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to the present invention. Therefore, according to the present invention, since the size of the vacuum chamber and the capacity of the vacuum pump connected to the vacuum chamber can be reduced, not only the size of the surface treatment apparatus by plasma ion implantation is reduced, but also the surface treatment by the ion implantation. The manufacturing cost of the device is also reduced.
또한, 본 발명에 의하면 전극플레이트와 메인 지지롤러 사이의 좁은 공간에서 플라즈마 방전이 개시된다. 특히, 플라즈마 방전이 진공챔버 내의 한정된 공간에서만 형성됨으로써, 작은 전력소모로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 고밀도 플라즈마를 이용하면, 상기 진공챔버 내에 투입되는 피처리재, 예를 들어 고분자 중합체 필름 또는 금속플레이트의 표면에 플라즈마 이온주입의 효율이 증대될 수 있고, 상기 이온주입에 소요되는 공정시간도 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, plasma discharge is started in a narrow space between the electrode plate and the main support roller. In particular, since the plasma discharge is formed only in a limited space in the vacuum chamber, high density plasma can be obtained with small power consumption. Therefore, when the high density plasma is used, the efficiency of plasma ion implantation can be increased on the surface of the material to be injected into the vacuum chamber, for example, a polymer polymer film or a metal plate, and the process time required for the ion implantation. Can also be reduced.
도 2는 도 1의 전극플레이트의 사시도이며, 도 3은 도 1의 전극플레이트의 다른 실시예이다.2 is a perspective view of the electrode plate of FIG. 1, and FIG. 3 is another embodiment of the electrode plate of FIG. 1.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 전극플레이트(40)에는 상기 가스공급장치(20)와 연결되는 적어도 하나의 가스주입 관통공(42)이 형성된다. 상기 가스주입 관통공(42)에 가스주입을 위한 가스노즐(45)이 더 설치될 수 있으며, 이 경우 상기 가스노즐(45)이 상기 가스공급장치(20)와 연결된다.2 and 3, at least one gas injection through
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 개략적인 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4의 전극플레이트의 사시도이며, 도 6은 도 5의 전극플레이트의 저면도이다. 도 1의 제1실시예에서 설명된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 하며, 또한 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조번호를 그대로 사용한다.4 is a schematic cross-sectional view of a surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to a second embodiment of the present invention. 5 is a perspective view of the electrode plate of FIG. 4, and FIG. 6 is a bottom view of the electrode plate of FIG. 5. Descriptions on the same components as those described in the first embodiment of FIG. 1 will be omitted, and the same reference numerals will be used for the same members.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 도 1의 제1실시예와 비교하여 본 발명의 제2실시예에서는 상기 방전가스를 상기 방전공간(35)에 가두기 위하여 상기 전극플레이트(40)의 양단에 격벽(70a, 70b)이 더 설치된다는 점이 다르다. 상기 격벽(70a, 70b)은 절연성 재료로 형성된다. 이와 같이 상기 전극플레이트(40)의 양단에 격벽(70a, 70b)을 설치함으로써, 플라즈마 발생 및 유지효율을 높일 수 있다. 4 to 6, in comparison with the first embodiment of FIG. 1, in the second embodiment of the present invention, both ends of the
본 발명에 의하면, 전극플레이트와 메인 지지롤러 사이의 좁은 공간에서 플라즈마 방전이 개시된다. 특히, 플라즈마 방전이 진공챔버 내의 한정된 공간에서만 형성됨으로써, 작은 전력소모로 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 고밀도 플라즈마를 이용하면, 상기 진공챔버 내에 투입되는 피처리재, 예를 들어 고분자 중합체 필름 또는 금속플레이트의 표면에 플라즈마 이온주입의 효율이 증대될 수 있고, 상기 이온주입에 소요되는 공정시간도 줄일 수 있다.According to the present invention, plasma discharge is started in a narrow space between the electrode plate and the main support roller. In particular, since the plasma discharge is formed only in a limited space in the vacuum chamber, high density plasma can be obtained with small power consumption. Therefore, when the high density plasma is used, the efficiency of plasma ion implantation can be increased on the surface of the material to be injected into the vacuum chamber, for example, a polymer polymer film or a metal plate, and the process time required for the ion implantation. Can also be reduced.
또한, 상기 플라즈마 방전이 전극플레이트와 메인 지지롤러 사이의 한정된 공간에서만 유지되기 때문에 플라즈마 내에 존재하는 전자가 접지전극 또는 접지상태인 진공챔버에 접촉되어 소모되는 현상이 방지된다. 이와 같은 이유로, 본 발명에 따른 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치 내에는 종래의 이온주입에 의한 표면처리 장치에서 플라즈마에 전자를 보조적으로 공급하기 위해 필요했던 보조 플라즈마 발생장치를 설치할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하면 진공챔버의 크기 및 상기 진공챔버에 연결되는 진공펌프의 용량을 줄일 수 있기 때문에, 플라즈마 이온주입에 의한 표면처리 장치의 크기가 소형화될 뿐만 아니라, 상기 이온주입에 의한 표면처리 장치의 제조비용도 줄어든다.In addition, since the plasma discharge is maintained only in a limited space between the electrode plate and the main support roller, electrons present in the plasma are prevented from being consumed by contacting the ground electrode or the vacuum chamber in the ground state. For this reason, in the surface treatment apparatus by plasma ion implantation according to the present invention, it is not necessary to provide an auxiliary plasma generator, which was necessary for auxiliary supply of electrons to plasma in the conventional surface treatment apparatus by ion implantation. Therefore, according to the present invention, since the size of the vacuum chamber and the capacity of the vacuum pump connected to the vacuum chamber can be reduced, not only the size of the surface treatment apparatus by plasma ion implantation is reduced, but also the surface treatment by the ion implantation. The manufacturing cost of the device is also reduced.
이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.While some exemplary embodiments have been described and illustrated in the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention, it should be understood that these embodiments merely illustrate the broad invention and do not limit it, and the invention is illustrated and described. It is to be understood that the invention is not limited to structured arrangements and arrangements, as various other modifications may occur to those skilled in the art.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |