KR100348587B1 - Shower head for large area oxide thin film processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드에 관한 것으로, 다수개의 가스분배기(21)를 피라미드 형상으로 다단구성하여, 대면적의 기판(12)에 산화막을 형성시 가스주입관(23)으로 주입된 가스가 기판(12)의 상측에 분사될때는 기판(12)의 전면에 균일하게 분사되도록 함으로서, 형성되는 산화막의 두께 균일도를 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a shower head of a large-area oxide thin film forming equipment, wherein a plurality of gas distributors 21 are formed in a multi-stage structure in a pyramid shape, and a gas injection pipe 23 is formed when an oxide film is formed on a large-area substrate 12. When the injected gas is sprayed on the upper side of the substrate 12, the uniform gas is sprayed on the entire surface of the substrate 12, thereby improving the thickness uniformity of the oxide film formed.
Description
본 발명은 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드에 관한 것으로, 특히 강유전체 기억소자, 고집적 디램(DRAM)소자, 평판 디스플레이 판넬등과 같은 대면적 산화물 박막을 형성하기 위한 장비의 샤워헤드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to shower heads of large area oxide thin film forming equipment, and more particularly to shower heads of equipment for forming large area oxide thin films such as ferroelectric memory devices, highly integrated DRAM (DRAM) devices, flat panel displays, and the like.
실리콘 반도체 기억소자의 경우에 1기가 디램급 이상의 초고집적 소자 제조를 위해서는 단위 실리콘 기판 당 형성되는 소자의 갯수를 높이기 위하여 직경 12인치 이상의 산화물 박막 형성기술이 필요하다. 또한 평판 디스플레이 경우도 대면적화 되어 플라즈마 디스플레이 경우 대각선 길이 70인치 크기를 목표로 산화물의 균일한 대면적화 기술개발을 하고 있는 실정이다.In the case of a silicon semiconductor memory device, an oxide thin film formation technology having a diameter of 12 inches or more is required to increase the number of devices formed per unit silicon substrate in order to manufacture an ultra-high density device having a DRAM of 1 gigabyte or more. In addition, in the case of flat panel displays, a large-area flat panel display has been developed for the uniform size of oxide technology to achieve a diagonal length of 70 inches.
도 1은 직경이 8인치인 기판에 산화막을 형성하기 위한 산화물박막 형성장치를 개략적으로 보인 단면도로서, 도시된 바와 같이, 종래 산화물박막 형성장치는 챔버(1)의 내측에 기판(2)을 가열하기 위한 히팅 척(3)이 설치되어 있고, 그 히팅 척(3)의 상측에는 공정가스(4)를 기판(2)의 상면에 분사하기 위한 사워헤드(5)가 설치되어 있으며, 그 샤워헤드(5)의 상측에는 가스주입관(6)이 설치되어 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing an oxide thin film forming apparatus for forming an oxide film on a substrate having a diameter of 8 inches, and as shown, a conventional oxide thin film forming apparatus heats the substrate 2 inside the chamber 1. A heating chuck 3 is provided, and a sour head 5 for spraying the process gas 4 on the upper surface of the substrate 2 is provided above the heating chuck 3. On the upper side of (5), the gas injection pipe 6 is provided.
그러나, 상기와 같은 일반적인 8인치용 산화물박막 형성장치를 이용하여 8인치까지는 산화물 박막을 형성하는 것은 이상이 없으나, 직경이 12인치 이상으로 커지는 경우에는 12인치 크기에 맞도록 장비를 제작하여야 하므로 초기 투입비용이 많이 소요된다.However, it is no problem to form an oxide thin film up to 8 inches by using the general 8-inch oxide thin film forming apparatus as described above, but if the diameter is larger than 12 inches, the equipment must be manufactured to fit the size of 12 inches. High cost of input
또한, 샤워헤드(5)를 통하여 공급되는 공정가스(4)가 가장자리 보다 중앙부에 많이 공급되어 기판(2)의 상면 중앙에 형성되는 산화막의 두께와 가장자리에 형성되는 산화막의 두께 차이가 심하게 발생되는 문제점이 있었다.In addition, the process gas 4 supplied through the shower head 5 is supplied to the center portion rather than the edge portion, so that the thickness difference between the oxide film formed at the center of the upper surface of the substrate 2 and the thickness of the oxide film formed at the edge is severely generated. There was a problem.
따라서, 최근에는 12인치 크기의 산화물 박막의 대면적화 연구를 위하여 전산유체역학 시뮬레이션 도구(COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC)를 사용하지만 실제 박막형성과 시뮬레이션 결과를 비교하기 위한 실험장치의 비용이 많이 들어서 대면적화 연구로 직접적용하기는 어려웠다.Therefore, although the computational fluid dynamics simulation tool (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC) has recently been used to study the large area of oxide films of 12 inches in size, the experimental equipment for comparing the actual thin film formation and simulation results has been expensive, so it has been directly conducted to large area research. It was difficult to apply.
상기와 같은 문제점들을 고려한 본 발명의 주 목적은 상기와 같은 여러 문제점을 갖지 않는 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드를 제공함에 있다.The main object of the present invention in consideration of the above problems is to provide a shower head of a large-area oxide thin film forming equipment that does not have various problems as described above.
본 발명의 다른 목적은 제작비용이 적게 소요되고, 대면적화가 용이한 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a shower head of a large-area oxide thin film forming equipment that is low in manufacturing cost and easy to large area.
본 발명의 또다른 목적은 기판의 상면에 형성되는 산화막의 두께 균일도를 향상시키도록 하는데 적합한 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a shower head of a large-area oxide thin film forming equipment suitable for improving the thickness uniformity of the oxide film formed on the upper surface of the substrate.
도 1은 종래 8인치 기판 산화막형성장치를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional 8-inch substrate oxide film forming apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드가 설치된 대면적 산화막형성장치의 개략적인 구성을 보인 개략도.도 3은 본 발명에 따른 샤워헤드의 평면도.도 4는 도 3의 A-A'를 절취한 단면도.도 5는 도 3의 B-B'를 절취한 조립단면도.도 6은 도 3의 B-B'를 절취한 분해단면도.Figure 2 is a schematic view showing a schematic configuration of a large-area oxide film forming apparatus with a shower head according to the present invention. Figure 3 is a plan view of the shower head according to the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of Figure 3 5 is an assembled cross-sectional view taken along line B-B 'of FIG. 3. FIG. 6 is an exploded cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 3.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 챔버 13 : 히팅 척11: chamber 13: heating chuck
14 : 샤워헤드 21 : 가스분배기14 shower head 21 gas distributor
22 : 볼트22: bolt
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 공정 챔버의 내측에 히팅 척이 설치되어 있고, 그 히팅 척의 상부에 샤워헤드가 설치되어 있는 산화물 박막 형성장비에 있어서,상기 샤워헤드는 제1단 가스분배기의 하부에 복수개의 분배통을 다단으로 배치하고, 하단으로 가면서 분사영역이 확장되도록 분배통수를 증가시켜 배치하며, 각 단의 분배기가 피라미드형태로 조립되어 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, a heating chuck is installed inside the process chamber, and a shower head is installed on the heating chuck, wherein the shower head comprises a first stage gas distributor. Large area oxide thin film forming equipment, characterized in that the plurality of distribution tanks are arranged in multiple stages at the lower part, and the distribution number is increased so as to extend the spraying area toward the lower stage, and the distributors of each stage are assembled in a pyramid shape. Showerhead is provided.
이하, 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the shower head of the large-area oxide thin film forming equipment of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to embodiments of the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 샤워헤드가 설치된 산화막형성장치의 개략적인 구성을 보인 개략도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 샤워헤드가 설치된 대면적 산화물 박막 형성장비는 챔버(11)의 내측에 기판(12)을 얹어 놓기 위한 히팅 척(13)이 설치되어 있고, 그 히팅 척(13)의 상부에 샤워헤드(14)가 설치되어 있으며, 상기 챔버(11)의 하측으로는 펌핑 포트(15)가 설치되어 있다.2 is a schematic view showing a schematic configuration of an oxide film forming apparatus having a shower head according to the present invention. As shown in the drawing, the large-area oxide thin film forming apparatus having the shower head according to the present invention is located inside the chamber 11. A heating chuck 13 for mounting the substrate 12 is provided, a shower head 14 is provided on the heating chuck 13, and a pumping port 15 is provided below the chamber 11. ) Is installed.
상기 샤워헤드(14)는 도 3, 도 4, 도 5, 도 6에서와 같이 다수개의 가스분배기(21)들이 하측으로 갈수록 분사영역이 확장되도록 피라미드 형상으로 조립된 것으로, 본 실시예에서는 제1단 가스분배기(21""), 제2단 가스분배기(21"'), 제3단 가스분배기(21"), 제4단 가스분배기(21')가 상측에서 하측으로 차례로 조립되어, 분해 및 조립이 가능하도록 다단으로 구성되어 있다.The shower head 14 is assembled in a pyramid shape such that the plurality of gas distributors 21 are extended toward the lower side as shown in FIGS. 3, 4, 5, and 6. The gas distributor 21 ", the second stage gas distributor 21 " ', the third stage gas distributor 21 ", and the fourth stage gas distributor 21 " It is composed of multiple stages to be assembled.
그리고, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 최하위에 배치되는 제4단 가스분배기(21')는 전체가 49개의 분배통(21'-1)(21'-2)들이 설치되고, 이와 같은 최하위에 배치되는 분배통(21'-1)(21'-2)들은 가스유입구(21a')로 유입된 가스가 일시적으로 체류하는 일정크기의 공간인 가스체류부(21b')와 그 가스체류부(21b')에 연통되어 가스를 하방으로 분사하기 위한 다수개의 가스분사공(21c')들이 형성되어 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, the fourth stage gas distributor 21 ′ disposed at the lowermost part is provided with 49 distribution cylinders 21 ′ -1 and 21 ′ -2. Distributing cylinders 21'-1 and 21'-2 disposed at the same lowermost level are the gas retention portion 21b 'and the gas, which are spaces of a predetermined size where the gas introduced into the gas inlet 21a' temporarily stays. A plurality of gas injection holes 21c 'are formed in communication with the retention portion 21b' for injecting the gas downward.
또한, 상기와 같이 최하위의 제4단 가스분배기(21')의 상측에 볼트(22)로 조립되는 제2단 가스분배기(21")의 분배통(21"-1)은 가스유입구(21a")로 유입된 가스가 일시적으로 체류하는 가스체류부(21b")와 그 가스체류부(21b")에 연통됨과 아울러 하측에 위치한 분배통(21'-1)(21'-2)의 가스유입구(21a')에 연결되도록 가스분배공(21c")이 형성되어 있다.As described above, the distribution cylinder 21 "-1 of the second stage gas distributor 21" assembled with the bolt 22 on the lowermost fourth stage gas distributor 21 'is the gas inlet 21a ". The gas inlet of the distribution tank 21'-1 (21'-2) located in the lower part is communicated with the gas retention part 21b "and the gas retention part 21b" in which the gas which flowed into () temporarily stays. The gas distribution hole 21c "is formed so as to be connected to 21a '.
즉, 상기와 같이 피라미드 형상으로 가스분배기(21:21',21",21"',21"")들이 볼트(22)로 다단조립되고, 최상위에 위치한 제1단 가스분배기(21"")는 챔버(11)의 상단부에 고정되는 가스주입관(23)에 연결조립되어 있다.단, 모든 가스분배기(21)의 분배통들은 내측에 일정크기의 공간부인 가스체류부(21b'(21b")를 가지고, 상면에는 가스유입구(21a')(21a")가 형성되어 있으며, 하면에는 하면에는 가스분배공(21c')(21c")이 형성된 직육면체로 되어 있고, 최하위에 배치되어 있는 제1단 가스분배기(21')의 분배통은 볼트공(21d')이 상면에 형성된 분배통(21'-1)과 그 분배통(21'-1)들의 사이에 통상의 방법으로 억지끼움되어 조립되거나 삽입후 통상의 간단한 방법으로 접착되어 조립되는 분배통(21"-2)의 2가지 형태의 분배통이 조립되어 진다.That is, as described above, the gas distributors 21:21 ', 21 ", 21"', 21 "" are multistage assembled by the bolts 22 in the pyramid shape, and the first stage gas distributor 21 "" located at the uppermost level. Is assembled to the gas injection pipe 23 fixed to the upper end of the chamber 11. However, all the gas distributors 21 are provided with gas reservoirs 21b '(21b "which are spaces of a predetermined size inside. And a gas inlet (21a ') (21a ") is formed in the upper surface, and the lower surface is a rectangular parallelepiped with gas distribution holes (21c') (21c") formed in the lower surface, However, the distribution cylinder of the gas distributor 21 'is assembled by forcibly sandwiching between the distribution cylinder 21'-1 having the bolt hole 21d' formed on the upper surface thereof and the distribution cylinder 21'-1. Or two types of dispensing cylinders 21 " -2 " assembled or glued and assembled in a conventional simple manner are assembled.
상기와 같은 구조를 갖는 70인치급 플라즈마 디스플레이용 MgO박막 형성장비의 샤워헤드를 제작하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the shower head of the 70-inch plasma display MgO thin film forming equipment having a structure as described above in detail as follows.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 대각선 길이가 10인치 크기의 일반적인 산화막형성장비를 제작하는데, 먼저, 전산유체역학 도구를 사용하여 샤워헤드의 가스통로를 통과하는 가스가 기판에 안정적으로 도달되도록 하기 위하여 가스의 흐름을 예측하고, 가스통로의 구조에 따른 가스의 층류, 난류를 해석한 다음, 이와 같이 전산유체역학도구에 의하여 제작된 장비에서 기판의 국부적인 소자에서의 가스흐름을 미세하게 해석한다.First, a 10-inch diagonal oxide film forming equipment as shown in FIG. 1 is fabricated. First, using a computational fluid dynamics tool, the gas passing through the gas passage of the showerhead is stably reached to the substrate. In order to predict the gas flow, analyze the laminar and turbulent flow of the gas according to the structure of the gas passage, and then analyze the gas flow in the local device of the substrate in the equipment manufactured by the computational fluid dynamics tool. .
상기와 같이 시뮬레이션도구를 사용하여 설계된 가스흐름 통로를 참고로 실제 도 1에서와 같은 10인치 크기의 샤워헤드(5)를 제작한 다음 장비에 장착하고 MgO박막을 형성한다. 그런 다음, 그와같이 형성된 박막의 전기적, 재료적특성을 평가하여 시뮬레이션결과와 비교한다.Referring to the gas flow passage designed using the simulation tool as described above, a shower head 5 having a size of 10 inches as shown in FIG. 1 is actually manufactured and then mounted on the equipment to form a MgO thin film. Then, the electrical and material properties of the thus formed thin film are evaluated and compared with the simulation results.
상기와 같이 전산유체역학도구를 이용하여 얻어진 결과와 실제 10인치 크기의 샤워헤드(5)를 이용하여 얻어진 산화막의 결과 데이터를 상호 비교한 다음, 비교실험결과가 안정적으로 일치하면 그 비교실험결과를 참고로 도 2와 같은 다단구조의 샤워헤드(14) 형태로 개념확장하여 신속하게 조립한다.As described above, the results obtained using the computational fluid dynamics tool and the resultant data of the oxide film obtained using the actual 10 inch showerhead 5 are compared with each other. For reference, the concept is expanded in the form of a shower head 14 having a multi-stage structure as shown in FIG.
즉, 최하위에 위치하는 제4단 가스분배기(21')의 볼트공(21d')이 있는 분배통(21'-1)을 바닥에 위치시켜서 대각선 길이가 70인치가 되도록 하고, 그 상측에 제2단 가스분배기(21")의 분배통(21"-1)들을 볼트(22)로립하며, 그와 같이 조립된 조립체를 일정높이로 들어올린 상태에서 최하위에 조립된 분배통(21'-1)들의 사이 사이에 볼트공이 없는 분배통(21'-2)들을 억지끼움방식으로 끼워넣어서 조립하고 제2단 가스분배기(21")의 상측에는 볼트체결에 의한 방법으로 제3단 가스분배기21"')와 제4단 가스분배기(21"")들을 차례로 조립한 다음, 최종적으로 최상위에 위치되는 가수분배기(21"")를 가스주입관(23)에 연결한다.In other words, the distribution cylinder 21'-1 with the bolt hole 21d 'of the fourth stage gas distributor 21' positioned at the lowest position is placed at the bottom so that the diagonal length is 70 inches, Dispensing cylinders 21'-1 of the two-stage gas distributor 21 " are assembled with bolts 22, and the dispensing cylinders 21'-1 assembled at the lowest level in such a state that the assembled assembly is lifted to a certain height. 3) The third stage gas distributor 21 "is assembled by forcing the distribution cylinder 21'-2 which has no bolt hole between them by inserting them in a tight fitting manner, and bolting to the upper side of the second stage gas distributor 21". ') And the fourth stage gas distributor 21 " are assembled in order, and finally, the gas distributor 21 "
상기와 같이 조립된 상태에서 산화막 형성작업이 진행될때는 가스주입관(23)으로 주입된 가스가 도 5에 화살표로 표시된 바와 같이, 가스분배기(21:21',21",21"',21"")들의 하측으로 이동되어 최하위에 위치한 제4단 가스분배기(21')에서 기판(12)의 상측으로 가스가 분사될때는 기판(12)의 중앙부와 가장자리에 균일하게 분사되어 최종적으로 형성되는 산화막의 두께가 균일하게 형성된다.When the oxide film forming operation is performed in the assembled state as described above, the gas injected into the gas injection pipe 23 is indicated by the arrows in FIG. 5, and the gas distributors 21: 21 ′, 21 ″, 21 ″, 21 ″. When the gas is injected to the upper side of the substrate 12 from the fourth stage gas distributor 21 'positioned at the lower side of the "), the oxide film is uniformly sprayed on the center and the edge of the substrate 12 and finally formed. The thickness of is formed uniformly.
또한, 상기와 같이 조립되어 사용되어지는 샤워헤드(14)의 가스분배기(21:21',21",21"',21"")들중 이상이 발견되면 볼트(22)를 풀고 이상이 발생된 가스분배기(21:21',21",21"',21"")의 부품을 교체하면된다.In addition, if an abnormality is found among the gas distributors 21:21 ', 21 ", 21", 21 ", 21" "of the shower head 14 assembled and used as described above, the bolt 22 is loosened and an abnormality occurs. The parts of the old gas distributors 21:21 ', 21 ", 21"', 21 "" may be replaced.
상기의 실시예에서는 하면에 사각형으로된 평판 디스플레이용 기판(12)에 MgO박막을 형성하기 위한 샤워헤드(14)를 제작한 것을 예로들어 설명하였으나, 꼭 그에 한정하는 것은 아니고, 웨이퍼와 같은 원형의 기판에 산화막을 형성하는 경우에도 소자가 직사각형이므로 상기와 같은 개념을 적용하는 것이 가능하다.또한, 상기의 실시예에서는 제4단 가스분배기(21')의 분배통(21'-2) 조립을 볼트(22)로 체결되는 분배통(21'-1)들의 사이에 통상의 억지끼움형식으로 조립되는 것을 예로들어 설명하였으나, 꼭 그에 한정하는 것은 아니고 접착, 납땜 등의 통상의 고정방법으로 조립하는 것도 가능할 것이다.또한, 상기의 실시예에서는 샤워헤드(14)를 대면적의 다단구조로 개념확장하는데 시뮬레이션방법을 활용하는 방법을 예로들어 설명하였으나, 이는 시뮬레이션 장비가 있는 경우에 충분한 예측을 하기 위하여 보조적으로 수행할 수 있을 것이며, 이러한 시뮬레이션 장비가 없는 경우에는 박막을 형성하고자 하는 기판(12)의 면적과 유사하도록 적절하게 조립하면 되며, 중요한 점은 이러한 대면적화가 본 발명에서는 조립식으로 신속하게 이루어진다는 점이다.In the above embodiment, the shower head 14 for forming the MgO thin film is formed on the flat panel display substrate 12 having a rectangular shape on the lower surface, but the present invention is not limited thereto. Even when the oxide film is formed on the substrate, the above concept can be applied. In the above embodiment, assembling of the distribution cylinder 21'-2 of the fourth stage gas distributor 21 'is performed. As an example, the assembly of the distribution barrel 21'-1 fastened by the bolt 22 in the form of a normal interference fit is described, but is not necessarily limited thereto. Further, in the above embodiment, a method of using a simulation method to conceptually extend the showerhead 14 to a large area multistage structure has been described as an example. If there is equipment, it may be supplementary to make a sufficient prediction. If there is no such simulation equipment, it may be appropriately assembled to be similar to the area of the substrate 12 to form a thin film. In the present invention, the area is quickly made prefabricated.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 산화물 박막 형성장비의 샤워헤드는 가스분배기를 다단으로 구성하여 공정가스가 여러개의 가스분배기를 거치면서 최종적으로 기판의 상측에 분사될때는 기판의 중앙부와 가장자리에 균일하게 분사됨으로써 형성되는 산화막의 두께를 균일하게 형성하게 되며, 샤워헤드의 크기를 대면적으로 확장하는데 있어서 여러개의 가스분배기를 볼트로 조립하는 방법으로 구성함으로써 대면적으로의 확장이 용이할뿐만 아니라, 설계착오에 의한 이상발생시 볼트를 해체하고 간단히 수리할 수 있는 효과가 있다. 또한, 샤워헤드를 제작하는데 전산유체역학도구를 사용하여 작은 샤워헤드를 설계,검증하고, 이 개념을 확장하여 시행착오를 줄이게 되어 제작비용을 절감하는 효과도 있다.As described in detail above, the shower head of the large-area oxide thin film forming apparatus according to the present invention comprises a gas distributor in multiple stages, and when the process gas is finally sprayed onto the substrate while passing through several gas distributors, the central portion of the substrate The thickness of the oxide film formed by uniformly spraying at the edge and the edge is uniformly formed, and it is easy to expand the large area by constructing a method of assembling a plurality of gas distributors with bolts to enlarge the size of the shower head in a large area. In addition, there is an effect that the bolt can be dismantled and repaired in case of abnormality due to design and error. In addition, the design of the small shower head using a computational fluid dynamics tool to manufacture the shower head, and extends this concept to reduce the trial and error, thereby reducing the production cost.
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KR (1) | KR100348587B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101162510B1 (en) * | 2004-05-27 | 2012-07-09 | 엘지디스플레이 주식회사 | PECVD including shower head |
-
1999
- 1999-01-28 KR KR1019990002743A patent/KR100348587B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101162510B1 (en) * | 2004-05-27 | 2012-07-09 | 엘지디스플레이 주식회사 | PECVD including shower head |
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Publication number | Publication date |
---|---|
KR20000051987A (en) | 2000-08-16 |
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