KR20070090653A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR20070090653A
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반송 챔버에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 로드락 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버로 이루어지고, 각 챔버 사이에는 각 챔버의 개구부를 단속하는 게이트 밸브가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 게이트 밸브는, 상기 각 챔버 사이에 각 챔버의 측면과 실링부재가 개재된 상태로 접촉되어 마련되며, 그 내부에 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하는 실링 플레이트(sealing plate)와, 상기 반송챔버측 내측면과 접촉하는 백 플레이트(back plate)로 구성되는 밸브; 상기 밸브와 연결되어 마련되며, 상기 밸브를 상하 방향으로 구동시키는 밸브 구동부; 상기 밸브의 표면에 형성되어 상기 밸브와 상기 밸브 하우징 내측면의 접촉시에, 상기 밸브와 밸브 하우징을 전기적으로 연결시키는 접지부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
평판표시소자, 플라즈마, 기생 플라즈마, 반송 챔버, 접지부재

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE WITH PLASMA}
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 처리장치에서 RF 전력이 유기되는 양상을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접지부재의 배치 구조를 도시하는 분리사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접지부재의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접지 보강부재의 배치 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치 내에서 RF 전력이 흐르는 회로를 모식적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반송 챔버에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치는 내부에 평판표시소자 기판을 반입시키고, 플라즈마 등을 이용하여 식각 등의 처리를 실시하는데 사용된다. 이때, 평판표시소자(Flat Panel Display)는 액정 표시소자(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 소자(Plasma Display Panel), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diodes) 등을 말하며, 이러한 플라즈마 처리장치 중 진공처리용 장치는 일반적으로 로드락(Load lock) 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버의 3개의 진공 챔버로 구성된다.
여기서, 상술한 로드락 챔버는 대기압 상태와 진공 상태를 번갈아 가면서 외부로부터 처리되지 않은 기판을 받아들이거나 처리가 끝난 기판을 외부로 반출하는 역할을 하며, 상술한 반송 챔버는 기판을 각 챔버들 간에 반송하기 위한 운송 로봇이 구비되어 있어서 처리가 예정된 기판을 로드락 챔버에서 공정 챔버로 전달하거나, 처리가 완료된 기판을 공정 챔버에서 로드락 챔버로 전달하는 역할을 하며, 상술한 공정 챔버는 진공 중에서 플라즈마를 이용하여 기판상에 막을 성막하거나 에칭을 수행하는 역할을 한다.
한편, 상기 공정 챔버는 그 내부 상, 하부에 전극이 설치되며, 이 전극 중 어느 하나는 RF전원에 연결되고, 다른 하나는 접지된 상태로 설치되는 것이 일반적이다. 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입한 상태에서 RF전원을 인가하면 방전에 따른 플라즈마가 발생하고 이 플라즈마에 의해 기판을 공정처리하는 것이다.
이와 같은 종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20) 및 공정 챔버(30)로 이루어지며, 상기 로드락 챔버(10) 그리고 반송 챔버(20)의 사이와, 상기 반송 챔버(20) 그리고 공정 챔버(30)의 사이에는 인접된 상태로 게이트 밸브(40, 50)가 각각 마련된다.
상기 게이트 밸브(40, 50)는 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20)의 사이에 개재되어 상호 연결되어 통하는 그들을 개방하고 폐쇄하며, 상기 반송 챔버(20)와 공정 챔버(30)의 사이에 개재되어 상호 연결되어 통하는 그들을 개방하고 폐쇄하는 기능을 한다. 이 게이트 밸브(40, 50)는 밸브 하우징(42, 52), 밸브(44, 54), 밸브 구동부(46, 56)로 구성된다.
여기에서 밸브 하우징(42)은 상기 로드락 챔버(10)와 반송 챔버(20)의 사이에서 기밀유지부재(O)에 의해 기밀이 유지되며, 상기 반송 챔버(20)와 공정 챔버(30)의 사이에서 기밀유지부재(O)에 의해 기밀이 유지된다.
또한, 상기 밸브 하우징(42) 내부에는 밸브 구동부(46)에 의해 로드락 챔버(10) 및 반송 챔버(20)의 출입구를 개방하고 폐쇄하는 플레이트(42)와, 상기 반송 챔버(20) 및 공정 챔버(30)의 출입구를 개방하고 폐쇄하는 플레이트(52)가 마련된다.
그리고 상기 반송 챔버(20)는 그 내부에 기판(도면에 미도시)을 로드락 챔버(10) 또는 공정 챔버(30)로 반송하기 위해 반송 로봇(22)이 구비되며, 상기 반송 로봇(22)은 반송암과 구동부(도면에 미도시)로 이루어지되 상기 반송암은 엔드 이펙터 어셈블리(End Effector Assembly : 24)와 상기 엔드 이펙터 어셈블리(24)에 결합되어 기판을 이송하는 엔드 이펙터(End Effector : 26)로 이루어진다.
한편, 일반적으로 챔버는 보통 알루미늄으로 제작되지만 무게 대비 강도와 기판 크기에 상응되도록 부피 커짐 등의 문제로 인해 상기 반송 챔버(20)는 스테인레스 스틸(SUS) 재질로 제작한다.
그런데 상기 반송 챔버(20)를 스테인레스 스틸로 제작하면서, 스테인레스 스틸은 알루미늄과 달리 비저항 등의 차이에 의해 접지가 잘되지 않는 특성을 가진다. 이렇게 반송 챔버의 접지가 완벽하게 이루어지지 않으면서 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(30)의 RF 전력(R)이 외부로 배출되지 아니하고 반송챔버(20)에 유기되는 현상이 발생한다. 이렇게 RF 전력(R)이 반송 챔버(20) 내에 유기되면, 챔버 월은 완벽한 그라운드 전위가 아닌 상태가 되며, 이 챔버 월에 거리가 가깝게 배치되어 있으면서 그라운드 전위인 앤드 이펙터 어셈블리(24) 모서리 부분 사이에서 커플링되어 기생 플라즈마(PA)가 발생된다.
반송 챔버(20) 내에 기생 플라즈마(PA)가 발생하게 되면, RF 전력 손실에 따른 공정 특성이 변화되는 문제와, 반송 챔버 내부의 이온 손상에 의한 파티클 증가의 문제, 반송 챔버 내부 또는 반송 로봇의 차징(charging)에 따른 기판의 정전기 발생의 문제, 그리고 RF의 노이즈 성 영향으로 로봇이 오작동되는 문제점 등 많은 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 반송 챔버 내에서 기생 플라즈마가 발생하지 않는 플라즈 마 처리장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 로드락 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버로 이루어지고, 각 챔버 사이에는 각 챔버의 개구부를 단속하는 게이트 밸브가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 게이트 밸브는, 상기 각 챔버 사이에 각 챔버의 측면과 실링부재가 개재된 상태로 접촉되어 마련되며, 그 내부에 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하는 실링 플레이트(sealing plate)와, 상기 반송챔버측 내측면과 접촉하는 백 플레이트(back plate)로 구성되는 밸브; 상기 밸브와 연결되어 마련되며, 상기 밸브를 상하 방향으로 구동시키는 밸브 구동부; 상기 밸브의 표면에 형성되어 상기 밸브와 상기 밸브 하우징 내측면의 접촉시에, 상기 밸브와 밸브 하우징을 전기적으로 연결시키는 접지부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 로드락 챔버(도면에 미도시), 반송 챔버(120), 공정 챔버(130)로 이루어지며, 각 챔버 사이에는 각 챔버의 개구부를 단속하는 게이트 밸브(140)가 구비된다. 여기에서 각 챔버의 구조 및 기능은 종래의 그것과 유사하므로 반복하여 설명하지 않는다.
그리고 본 실시예에 따른 게이트 밸브(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브 하우징(142); 밸브(144); 밸브 구동부(146); 접지부재(148);를 포함하여 구성된다.
먼저 밸브 하우징(142)은, 상기 각 챔버 사이에 형성되는 공간에 개재되어 마련되며, 그 내부에 일정한 크기의 밀폐공간을 형성된다. 이 밀폐 공간 내에 밸브(144)가 위치되는 것이다. 그리고 이 밸브 하우징(142)과 각 챔버 측면에는 실링부재(O)가 개재되어 챔버 외부와의 기밀을 유지한다.
다음으로 밸브(144)는, 상기 챔버와 밸브 하우징의 측면에 각각 형성되어 있는 개구부(132)를 단속하는 구성요소이다. 이 밸브(144)는 실링 플레이트(144a)와 백 플레이트(144b)로 구성되는데, 먼저 실링 플레이트(sealing plate, 144a)는 상기 밸브 하우징(142)의 내측면 중 상기 공정 챔버(130)측 내측면과 접촉하면서 공정챔버측 개구부(132)를 단속하는 역할을 하고, 상기 백 플레이트(back plate, 144b)는 상기 반송챔버(120)측 내측면과 접촉하여 상기 실링 플레이트(144a)가 공정 챔버측 개구부를 확실하게 폐쇄하도록 밸브(144)를 지지하는 역할을 한다.
그리고 밸브 구동부(146)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(144)의 하부와 연결되고, 그 하단은 상기 밸브 하우징(142)의 하벽을 관통하여 챔버 외부에 구비되는 별도의 동력원(도면에 미도시)과 연결되며, 상기 밸브(144)를 상하 방향으로 구동시키는 역할을 한다. 보다 정확하게는 밸브(144)를 상하 방향으로 구동시켜 공정 챔버(130) 및 밸브 하우징(142)에 형성되어 있는 개구부를 단속하되, 개구 부를 막는 과정에서는 보다 확실한 밀폐를 위하여 상기 밸브(144)를 공정 챔버(130) 방향으로 수평이동시켜 공정 챔버 측으로 일정한 크기의 압력을 가하게 된다. 따라서 이 밸브 구동부(146)는 밸브(144)를 상하로 구동시킬 뿐만아니라, 수평 방향으로도 일정한 힘으로 구동시킨다.
다음으로 접지부재(148)는 상기 밸브(144)의 표면에 형성되어 상기 밸브(144)와 상기 밸브 하우징(142) 내측면의 접촉시에, 상기 밸브와 밸브 하우징을 전기적으로 연결시키는 구성요소이다. 즉, 이 접지부재(148)는 밸브(144)와 밸브 하우징(142)을 전기적으로 연결시켜 RF 전력(R)이 반송 챔버(120)로 넘어가는 것을 방지하는 것이다. 이 접지부재(148)의 존재로 인하여 도 7에 도시된 바와 같이, 공정 챔버와 밸브 하우징 및 밸브 사이에 패쇄회로가 형성되어 RF 전력(R)이 반송 챔버(120)로 넘어가지 못하고, 접지된 부분을 통하여 외부로 배출되는 것이다.
본 실시예에서는 이 접지부재(148)를, 상기 백 플레이트(144b)의 가장 자리 영역에 배치할 수도 있고, 상기 실링 플레이트(144a)의 가장 자리 영역에 배치할 수도 있다. 다만, 상기 접지부재(148)가 상기 백 플레이트(144b)에 배치되는 것이, 반송 챔버(120) 측으로 넘어가는 RF 전력을 효과적으로 차단할 수 있어서 더욱 바람직하다.
그리고 본 실시예에서는 이 접지부재(148)를 전도성 재질의 O-링으로 구성할 수 있다. 이때 상기 백 플레이트(144b) 또는 실링 플레이트(144a)의 가장자리에는 도 4에 도시된 바와 같이, 이 접지부재(148)가 삽입되어 고정될 수 있는 고정홈(144c)이 형성되는 것이 바람직하다. 한편 상기 접지부재(148)는, 금속 재질의 스 파이럴(spiral) 링으로 마련될 수도 있다. 다만, 이 스파이럴 링은 밸브 구동에 의하여 변형된 후, 원상회복되는 탄성력이 약할 수 있으므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 전도성 재질 또는 일반 재질의 O-링(148a)이 배치되고, 이 O-링의 외주면에 금속 재질의 선(148b)이 감싸는 구조로 마련되는 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 밸브 하우징(142)의 내측면 중 상기 접지부재(148)와 접촉되는 부분에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 아노다이징(anodising)막이 제거된 상태인 접촉면이 더 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 밸브 하우징(142)은 알루미늄 재질로 이루어지지만, 그 표면은 아노다이징(andising)처리된 상태이다. 따라서 전기적 전도성이 좋지 않다. 따라서 접지부재(148)와의 접촉시에 RF 전력의 전달이 원활하지 않을 수 있으므로, 이 접지부재와 접촉하는 부분에는 아노다이징 처리된 면을 벗겨 내서 알루미늄이 노출되도록 하여 접촉면을 형성하는 것이다. 또한 이 접촉면에는 상기 접지부재(148)와의 접촉면적을 증가시키고 안정적인 접촉을 위하여 접지부재의 형상과 대응되는 모양으로 그루브(groove)가 음각되어 더 형성되는 것이 바라직하다.
그러나 이렇게 아노다이징 막이 벗겨진 베어(bare) 알루미늄의 경우에는 강도가 약해서 접지부재와의 접촉과정에서 파티클이 발생할 수 있으므로, 상기 접촉면 또는 상기 그루브에는 알루미늄보다 강도가 우수한 금속 재질로 이루어지는 브라켓(149)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 접지부재(148)와 접촉되는 부분에 일정한 깊이로 알루미늄을 제거하고, 여기에 강도가 높은 금속 브라켓(149)을 부착하여 파티클 발생을 억제하는 것이다. 이때 이 브라켓 (149)은 강도가 알루미늄보다 좋으면서 전기전도도가 우수한 금속이어야 한다. 따라서 이 브라켓은, Stainless steel, Ti, W 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고 본 실시예에서는 상기 밸브 하우징(142)과 챔버(130) 사이에 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 하우징과 챔버를 전기적으로 연결시키는 전기적 연결부재(145)가 더 마련되는 것이 바람직하다. 일반적으로 엘시디를 생산하는 플라즈마 처리장치에서는 매우 높은 전압의 RF 전력을 사용하므로 이러한 전기적 연결부재가 존재하지 않더라도 밸브 하우징 쪽으로 RF 전력이 유출된다. 그러나 이 전기적 연결부재(145)를 구비시키면, 도 7에 도시된 바와 같이, RF 전력(R)이 완벽한 패쇄회로를 통하여 밸브 하우징 쪽으로 빠져서 외부로 배출되므로 더욱 바람직하다. 이때 상기 전기적 연결부재(145)는 금속 재질의 스파이럴 링인 것이 챔버와 밸브 하우징을 안정적으로 연결할 수 있어서 바람직하다.
그리고 상기 전기적 연결부재(145)와 접촉되는 챔버의 벽면 또는 상기 밸브 하우징의 벽면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 아노다이징 면이 벗겨진 접촉면이 더 형성되는 것이, 공정 챔버와 밸브 하우징을 완전하게 전기적으로 연결하여 바람직하다. 또한 이 접촉면에도 브라켓이 더 형성될 수도 있다.
또한 본 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(144)에 상기 밸브의 하면과 밸브 하우징(142)의 하면을 전기적으로 연결하는 접지 보강부재(147)가 더 마련되는 것이, 밸브(144)를 접지면과 완전하게 연결하여 RF 전력을 확실하게 외부로 배출시킬 수 있어서 바람직하다. 이때 이 접지 보강부재(147)는 탄성을 가지는 알루미늄 스트랩(strap)으로 이루어지는 것이, 밸브의 상하 구동에도 불구하고 밸브를 밸브 하우징과 안정적으로 연결할 수 있어서 바람직하다. 즉, 밸브가 상하로 구동함에 따라 상기 알루미늄 스트랩이 접혔다 펴졌다 하면서 밸브와 밸브 하우징을 끊김없이 연결하는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 밸브(144)에 접지부재(148)가 더 마련되는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(130)와 밸브 하우징(140) 사이에 완벽한 패쇄회로가 형성되어 밸브 하우징 방향으로 유출된 RF 전력(R)이 접지단을 통하여 완전하게 밸브 하우징 외부로 배출된다. 따라서 반송 챔버 쪽으로 RF 전력이 유기되지 아니하여 반송 챔버에서는 전혀 기생 플라즈마가 발생하지 않는 것이다.
본 발명에 따르면 반송 챔버 쪽으로 RF 전력이 넘어오지 않아서, 반송 챔버 내부 특히 반송 로봇과 반송 챔버 사이에 전혀 기생 플라즈마가 발생하지 않는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 로드락 챔버, 반송 챔버 및 공정 챔버로 이루어지고, 각 챔버들의 사이에 설치되어 기판의 이송 및 상기 각 챔버의 개구부를 단속하도록 설치된 게이트 밸브로 이루어진 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 게이트 밸브는 접지가 이루어지도록 접지부재가 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 게이트 밸브는,
    상기 각 챔버 사이에 각 챔버의 측면과 실링부재가 개재된 상태로 접촉되어 마련되며, 그 내부에 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하여 개구부를 단속하는 밸브;
    상기 밸브와 연결되어 마련되며, 상기 밸브를 상하 방향으로 구동시키는 밸브 구동부; 로 구성되며,
    상기 밸브는, 상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하는 실링 플레이트(sealing plate)와, 상기 반송 챔버측 내측면과 접촉하는 백 플레이트(back plate)로 구성되고,
    상기 접지부재는, 상기 백 플레이트의 가장 자리 영역에 폐곡선 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 게이트 밸브는,
    상기 각 챔버 사이에 각 챔버의 측면과 실링부재가 개재된 상태로 접촉되어 마련되며, 그 내부에 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하여 개구부를 단속하는 밸브;
    상기 밸브와 연결되어 마련되며, 상기 밸브를 상하 방향으로 구동시키는 밸브 구동부; 로 구성되며,
    상기 밸브는, 상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 공정 챔버측 내측면과 접촉하는 실링 플레이트(sealing plate)와, 상기 반송 챔버측 내측면과 접촉하는 백 플레이트(back plate)로 구성되고,
    상기 접지부재는, 상기 실링 플레이트의 가장 자리 영역에 폐곡선 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접지부재는,
    전도성 재질의 O-링인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접지부재는,
    금속(metal) 재질의 스파이럴(spiral) 링인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 접지부재는,
    전도성 재질의 O-링의 외주면에 금속 재질의 스파이럴링을 감싼 구조인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 접지부재와 접촉되는 부분에는, 아노다이징(anodising)막이 제거된 상태인 접촉면이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브 하우징의 내측면 중 상기 접지부재와 접촉되는 부분에는, 상기 접지부재와 대응되는 형상으로 음각되어 형성되는 그루브(groove)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접촉면에는 알루미늄보다 강도가 우수한 금속 재질로 이루어지는 브라켓가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 브라켓은,
    Stainless steel, Ti, W 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 밸브 하우징과 챔버 사이에는,
    상기 밸브 하우징과 챔버를 전기적으로 연결시키는 전기적 연결부재가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전기적 연결부재는,
    금속 재질의 스파이럴링인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 전기적 연결부재와 접촉되는 챔버의 벽면 또는 상기 밸브 하우징의 벽면에는 아노다이징 면이 벗겨진 접촉면이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 밸브에는,
    상기 밸브의 하면과 밸브 하우징의 하면을 전기적으로 연결하는 접지 보강부재가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 접지 보강부재는,
    탄성을 가지는 알루미늄 스트랩(strap)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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