KR20150089578A - 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치 - Google Patents

기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔드홀 타입의 이온빔 소스를 이용한 기판 표면 개질 및 건식 에칭공정 챔버와 냉음극 타입의 이온빔 소스를 이용한 물리적 증착공정 챔버를 게이트 밸브와 기판 이송장치를 통해 결합한 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치는 엔드홀 이온 빔 소스를 이용하여 기판 전처리 공정을 수행하는 기판 전처리 챔버; 상기 기판 전처리 챔버와 인접하게 구비되어, 냉음극 이온 빔 소스를 이용하여 박막 증착 공정을 수행하는 박막 증착 챔버; 상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버 사이에 개폐 가능한 구조로 마련되어, 기판 전처리 공정 시 개구부를 차폐하여 기판 전처리 챔버의 독립적인 공간을 제공하며, 기판 전처리 공정 후 상기 개구부를 개방하여 박막 증착 공정을 위한 상기 박막 증착 챔버로의 이송을 가능하게 하도록 하며, 박막 증착 공정 시 개구부를 차폐하여 박막 증착의 독립적인 공간을 제공할 수 있도록 하는 게이트 밸브; 및 바형으로 마련되고, 상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버를 관통하며 이동 가능하게 마련되는 기판이송용 바;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치{DEVICE FOR THE PRE-TREATMENT OF SUBSTRATES AND DEPOSITION PROCESSES}
본 발명은 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔드홀 타입의 이온빔 소스를 이용한 기판 표면 개질 및 건식 에칭공정 챔버와 냉음극 타입의 이온빔 소스를 이용한 물리적 증착공정 챔버를 게이트 밸브와 기판 이송장치를 통해 결합한 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 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.
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.
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.
하지만 이온 발생 장치를 포함하는 장치 설계 시 증착 또는 표면처리 장치가 하나의 목적을 위해 개별적으로 설계되어, 표면처리 및 박막증착의 연속적인 공정을 처리할 경우 표면처리 후의 기판을 공기 중에 직접적으로 노출하여 별도의 장치에 이송해야 하므로 표면 처리 후의 표면 상태가 변화하는 문제점이 있으며, 독립된 챔버의 진공도를 제어하는 데 시간적, 에너지적 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
한국공개특허 제 10-2009-0082384 호 기판 전처리 장치.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 서로 독립된 챔버를 연통하는 게이트밸브 및 바를 이용하여 기판을 이동시켜 기판의 전처리 및 증착 공정을 연속적으로 수행할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치는 엔드홀 이온 빔 소스를 이용하여 기판 전처리 공정을 수행하는 기판 전처리 챔버; 상기 기판 전처리 챔버와 인접하게 구비되어, 냉음극 이온 빔 소스를 이용하여 박막 증착 공정을 수행하는 박막 증착 챔버; 상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버 사이에 개폐 가능한 구조로 마련되어, 기판 전처리 공정 시 개구부를 차폐하여 기판 전처리 챔버의 독립적인 공간을 제공하며, 기판 전처리 공정 후 상기 개구부를 개방하여 박막 증착 공정을 위한 상기 박막 증착 챔버로의 이송을 가능하게 하도록 하며, 박막 증착 공정 시 개구부를 차폐하여 박막 증착의 독립적인 공간을 제공할 수 있도록 하는 게이트 밸브; 및 바형으로 마련되고, 상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버를 관통하며 이동 가능하게 마련되는 기판이송용 바;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 기판 전처리 공정 및 박막 증착 공정에서 진공도의 하락없이 기판 및 타겟 물질의 교체가 가능하여 시간적, 에너지적 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 기판의 표면개질 공정과 박막증착 공정을 연속적으로 시행할 경우 표면처리 후 기판의 공기접촉으로 인한 상태변화를 방지할 수 있고, 기판과 타겟 물질의 흡착률을 높임으로써 박막의 질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 기판이송용 바를 이용한 기판의 이송을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 기판 이송 후 기판이송용 바의 제거를 나타내는 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 기판이송부를 이용한 기판의 이송을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치의 기판이송부를 이용한 기판의 이송 후의 기판이송부 제거를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명이 실시예에 따른 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 기판 전처리 챔버(101), 박막 증착 챔버(102), 게이트 밸브(103), 기판이송용 바(104)를 포함하여 구비될 수 있다.
먼저, 본 발명의 기판전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 기판 전처리 챔버(101)가 마련된다. 상기 기판 전처리 챔버(101)는 기판 전처리 공정으로 엔드홀 이온 빔 소스를 이용하여 기판 표면처리 및 건식에칭 공정을 수행한다.
상기 기판 전처리 챔버(101)는 여러가지 형상이 가능하며 일반적으로는 육면체, 원통형, 구형 등의 형상으로, 공정을 진행하기 위한 밀폐된 공간을 구성할 수 있도록 한다.
또한, 상기 기판 전처리 챔버(101) 내에는 기판 전처리 시 진공도의 상승을 위한 고진공 펌프 및 진공도 체크용 게이지, 전처리 챔버 내부를 관찰하기 위한 윈도우 등이 포함 가능하다.
상기 기판 전처리 챔버(101)는 엔드홀 이온발생장치(105)와 제 1이송바컨트롤부(106)를 포함하여 구성된다.
상기 엔드홀 이온발생장치(105)는 기판 전처리 챔버(101)내에서 엔드홀 이온 빔 소스를 이용하여 기판 표면처리 및 건식에칭 공정을 수행하게 한다.
상기 엔드홀 이온발생장치(105)는 일반적으로 원통 형상으로 이루어진 하우징과 상기 하우징 내부에 플라즈마가 형성되는 영역을 감싸는 구조로 배치된 애노드와 상기 애노드 상부에 일정 간격 이격되어 설치된 캐소드와 플라즈마 영역에 가스를 주입하기 위해 애노드 하부에서 애노드 내로 가스를 공급하는 가스공급로가 설치되고 상기 가스 공급로와 애노드 사이에는 가스 분배판을 포함한다.
상기 엔드홀 이온발생장치(105)는 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.
상기 기판 전처리 챔버(101)의 제 1이송바컨트롤부(106)는 기판이송용 바(104) 이동 시 상기 기판이송용 바(104)의 위치를 제어한다. 상기 기판이송용 바(104)가 상기 기판 전처리 챔버(101)내에서 공정을 수행하기 위하여 기판을 이송할 시 제 1이송바컨트롤부(106)가 이송의 한계점을 나타내며 기판 홀더의 올바른 위치에 기판이 놓여 질 수 있도록 한다.
단, 상기 제 1이송바컨트롤부(106)는 상기 기판이송용 바(104)가 박막 증착 챔버(102)로 기판을 이송할 시 방해가 되지 않도록 설계하여야 한다.
따라서, 제 1이송바컨트롤부(106)는 기판 전처리 공정시 공정의 정확도를 높이기 위해 구비되며, 사용되는 기판의 크기 및 성질에 따라 다양하게 설계변경 가능하며, 상기 기판 전처리 챔버(101)내의 기판 홀더가 상기 제 1이송바컨트롤부(106)의 목적인 기판의 이송될 위치를 정확하게 위치할 수 있도록 하는 역할을 수행할 수 있는 경우 생략 가능하다.
다음으로, 본 발명의 기판전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 박막 증착 챔버(102)가 마련된다. 상기 박막 증착 챔버(102)는 냉음극 이온 빔 소스를 이용하여 박막 증착 공정을 수행한다.
상기 박막 증착 챔버(102)는 여러가지 형상이 가능하며 일반적으로는 육면체, 원통형, 구형 등의 형상으로, 공정을 진행하기 위한 밀폐된 공간을 구성할 수 있도록 한다.
또한, 상기 박막 증착 챔버(102)는 증착 시 진공도의 상승을 위한 고진공 펌프, 저진공 펌프 및 진공도 체크용 게이지, 기판온도 자동조절장치 및 챔버 내부를 관찰하기 위한 윈도우 등이 포함가능하다.
상기 박막 증착 챔버(102)는 냉음극 이온발생장치(107)와 제 2이송바컨트롤부(108)를 포함하여 구성된다.
상기 냉음극 이온발생장치(107)는 박막 증착 챔버(102)내에서 냉음극 이온 빔 소스를 이용하여 박막 증착 공정을 수행하게 한다.
상기 냉음극 이온발생장치(107)는 일반적으로 이온빔 개질 장치와 이온빔 보조 증착 장치를 포함하며, 진공조의 내부에 반응성 기체를 유입하는 가스유입부와 기체를 이온화시키는 이온화부와 이온화된 기체이온을 가속시켜 이온으로 인출하는 가속부를 포함하는 이온가속부로 구성되어 있다.
이온빔 스퍼터링법은 고에너지 상태의 가스인 이온을 증착시키기 원하는 물질의 타겟(109)에 충돌시킴으로써 근처의 기판에 원하는 물질을 증착시키는 방법으로, 이온원을 기판과 고립시킴으로써 기판 온도의 정확한 조절이 가능하며 고에너지 입자의 충돌을 피함으로써 기판에 증착된 막의 접착력이 우수한 장점을 갖는다.
또한, 이온 발생을 위한 플라즈마 가스의 상대적 양이 적어 고진공에서의 증착을 통하여 반응성 가스에 의한 오염을 줄일 수 있고 증착된 막이 매우 치밀하며, 이온빔 에너지와 이온빔 전류 밀도의 독립적인 조절이 가능하여 이를 이용한 박막의 성장기구 규명에 유리하다. 특히, 본 발명에 사용된 이온원인 냉음극이온소스(cold-cathode ion source)는 이온의 에너지와 도달하는 이온의 갯수를 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 박막 증착 챔버(102)의 제 2이송바컨트롤부(108)는 기판이송용 바(104) 이동 시 상기 기판이송용 바(104)의 위치를 제어한다. 상기 기판이송용 바(104)가 상기 박막 증착 챔버(102)내에서 공정을 수행하기 위하여 기판을 이송할 시 제 2이송바컨트롤부(108)가 이송의 한계점을 나타내며, 기판 홀더의 올바른 위치에 기판이 놓여 질 수 있도록 한다. 따라서, 제 2이송바컨트롤부(108)는 기판 전처리 공정시 공정의 정확도를 높이기 위해 구비되며, 사용되는 기판의 크기 및 성질에 따라 다양하게 설계변경 가능하다.
다음으로, 본 발명의 기판전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 게이트 밸브(103)가 마련된다. 상기 게이트 밸브(103)는 상기 기판 전처리 챔버(101)와 박막 증착 챔버(102)의 사이에 마련된다.
상기 게이트 밸브(103)는 상기 기판 전처리 챔버(101)내에서 기판 전처리 공정을 진행할 경우 개구부를 차폐하여 기판 전처리 챔버의 독립적인 공간을 제공한다.
상기 기판 전처리 챔버(101)에서의 기판 전처리 공정을 수행한 후, 증착 공정을 수행하기 위해서는 상기 게이트 밸브(103)의 개구부를 개방하여 상기 기판이송용 바(104)를 이용하여 기판을 게이트 밸브(103)를 연통해 상기 박막 증착 챔버(102)의 기판 홀더로 장착될 수 있도록 한다.
기판 장착 후 상기 기판이송용 바(104)를 박막 증착 챔버(102)내에서 제거하여 게이트 밸브(103)의 개구부를 차폐하여 박막 증착 공정 수행 시 박막 증착 챔버(102)의 독립적인 공간을 제공한다.
상기 게이트 밸브(104)는 여러가지 형상으로 마련될 수 있으며, 진공도를 유지할 수 있고 개폐가 가능한 구조의 밸브로 대체가 가능하며, 상기 게이트 밸브(103)의 상기 기판 전처리 챔버(101)와 상기 박막 증착 챔버(102)의 연결부는 진공도의 하락이 없도록 긴밀하게 설계하여야 한다.
다음으로, 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 기판이송용 바(104)가 마련된다. 상기 기판이송용 바(104)는 바형으로 마련되어 기판을 사용자가 원하는 공정의 공정 챔버로 이동할 수 있도록 한다.
상기 기판이송용 바(104)는 상기 기판 전처리 챔버(101)를 관통하며, 상기 기판 전처리 챔버(101)의 진공도 하락을 방지하기 위해 상기 기판 전처리 챔버(101)에 상기 기판이송용 바(104)가 삽입되는 부분은 긴밀부재를 이용하여 밀접하게 연결될 수 있도록 한다.
상기 긴밀부재는 상기 기판이송용 바(104)가 손쉽게 삽입, 이동될 수 있도록 탄성을 가질 수 있는 고무 소재가 바람직하나, 이는 다양하게 설계변경 가능하다.
상기와 같이 본 발명의 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치(100)는 엔드홀 타입의 이온빔 소스를 이용한 기판 전처리와 냉음극 타입의 이온빔 소스를 이용한 물리적 증착 공정을 게이트 밸브(103)와 기판이송용 바(104)를 이용하여 연속적으로 처리하여, 기판 전처리 공정 및 박막 증착 공정에서 진공도의 하락없이 기판 및 타겟 물질의 교체가 가능하여 시간적, 에너지적 소모를 줄일 수 있으며, 표면처리 후 기판의 공기접촉으로 인한 상태변화를 방지할 수 있고, 기판과 타겟 물질의 흡착률을 높임으로써 박막의 질을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100. 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치
101. 기판 전처리 챔버
102. 박막 증착 챔버
103. 게이트 밸브
104. 기판이송용 바
105. 엔드홀 이온발생장치
106. 제 1이송바컨트롤부
107. 냉음극 이온발생장치
108. 제 2이송바컨트롤부
109. 타켓

Claims (4)

  1. 엔드홀 이온 빔 소스를 이용하여 기판 전처리 공정을 수행하는 기판 전처리 챔버;
    상기 기판 전처리 챔버와 인접하게 구비되어, 냉음극 이온 빔 소스를 이용하여 박막 증착 공정을 수행하는 박막 증착 챔버;
    상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버 사이에 개폐 가능한 구조로 마련되어, 기판 전처리 공정 시 개구부를 차폐하여 기판 전처리 챔버의 독립적인 공간을 제공하며, 기판 전처리 공정 후 상기 개구부를 개방하여 박막 증착 공정을 위한 상기 박막 증착 챔버로의 이송을 가능하게 하도록 하며, 박막 증착 공정 시 개구부를 차폐하여 박막 증착의 독립적인 공간을 제공할 수 있도록 하는 게이트 밸브; 및
    바형으로 마련되고, 상기 기판 전처리 챔버와 상기 박막 증착 챔버를 관통하며 이동 가능하게 마련되는 기판이송용 바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 전처리 챔버에 마련되어, 상기 기판이송용 바 이동 시 기판 이송바의 위치를 제어하는 제 1이송바컨트롤부; 및
    상기 박막 증착 챔버에 마련되어, 기판이송용 바 이동 시 기판 이송바의 위치를 제어하며 상기 기판이송용 바의 삽입 한계를 조절하는 제 2이송바컨트롤부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판이송용 바와 상기 기판 전처리 챔버 및 상기 박막 증착 챔버의 관통부 사이는 긴밀부재로 밀접하게 연결되어, 상기 기판이송용 바 삽입 시 외부에 챔버의 진공이 새어나가지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 전처리 챔버에서의 기판 전처리 공정은 엔드홀 이온 빔 소스를 이용한 기판 표면처리 및 건식에칭을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 전처리 및 증착 공정의 연속적인 수행을 위한 장치.





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