JPH0343774B2 - - Google Patents
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- JPH0343774B2 JPH0343774B2 JP55156086A JP15608680A JPH0343774B2 JP H0343774 B2 JPH0343774 B2 JP H0343774B2 JP 55156086 A JP55156086 A JP 55156086A JP 15608680 A JP15608680 A JP 15608680A JP H0343774 B2 JPH0343774 B2 JP H0343774B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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- H—ELECTRICITY
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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- H01J37/3266—Magnetic control means
- H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はプラズマ処理装置に関し、特に局所
的電子サイクロトロン共鳴法を利用したことを特
徴とするプラズマ処理装置に係わるものである。
的電子サイクロトロン共鳴法を利用したことを特
徴とするプラズマ処理装置に係わるものである。
以下、この発明装置の実施例につき、第1図な
いし第4図を参照して詳細に説明する。第1図は
この発明の装置の基本的な一実施例を示してお
り、この第1図の実施例装置は、プラズマ発生部
およびプラズマ反応部より構成されている。
いし第4図を参照して詳細に説明する。第1図は
この発明の装置の基本的な一実施例を示してお
り、この第1図の実施例装置は、プラズマ発生部
およびプラズマ反応部より構成されている。
プラズマ発生部Aは、空心コイル1と、高周波
導波管2と、プラズマ発生室3であるプラズマ発
生用ガラス管を主要構成物としている。空心コイ
ル1は、第1図のプラズマ処理装置の中心線上に
空心コイル1の軸方向中心に最大磁場値を有しこ
の軸方向中心に対し対称で不均一な静磁場を発生
させている。高周波導波管2には高周波供給結合
端子4を通じて高周波電力が供給されている。こ
の高周波導波管2は、導波管2の内径と供給され
る高周波の周波数によつて決定され形成される軸
方向に不均一な高周波電磁場を発生させる。
導波管2と、プラズマ発生室3であるプラズマ発
生用ガラス管を主要構成物としている。空心コイ
ル1は、第1図のプラズマ処理装置の中心線上に
空心コイル1の軸方向中心に最大磁場値を有しこ
の軸方向中心に対し対称で不均一な静磁場を発生
させている。高周波導波管2には高周波供給結合
端子4を通じて高周波電力が供給されている。こ
の高周波導波管2は、導波管2の内径と供給され
る高周波の周波数によつて決定され形成される軸
方向に不均一な高周波電磁場を発生させる。
また、プラズマ発生室3へのガス供給はガス供
給弁5を通して行なわれる。
給弁5を通して行なわれる。
ここで前記プラズマ発生部Aでのプラズマ流の
形成理由を述べる。空心コイル1によつて形成さ
れた軸対称で不均一な静磁場のうち一方が空心コ
イル1の軸方向中心よりプラズマ反応部B側の空
心コイルの領域内に形成される。その強度をB
(Z)としこれを第2図のB(Z)に示す。
形成理由を述べる。空心コイル1によつて形成さ
れた軸対称で不均一な静磁場のうち一方が空心コ
イル1の軸方向中心よりプラズマ反応部B側の空
心コイルの領域内に形成される。その強度をB
(Z)としこれを第2図のB(Z)に示す。
一方供給端子4を通して高周波導波管2内に供
給される高周波は、導波管2の開口端に設けられ
た反射板7により反射され、導波管2に沿つて不
均一な高周波電場Erf(Z)を形成する。この高周
波電場Erf(Z)の典形的な例は第2図に模式的に
示した実在波である。この第2図における高周波
電場Erf(Z)の強度が0となるところは、高周波
導波管2の内径と、供給される高周波の周波数に
よつて決定され、反射板7で反射した高周波が形
成する「節」となるところである。そして電磁場
の最大値である「腹」すなわち第2図に示すZ0位
置が、第1図の空心コイル1の軸方向中心よりプ
ラズマ反応部B側に存在するよう導波管2の内径
や周波数が選定され、またかつこの「腹」が空心
コイル1の作るプラズマ反応部B側の一方の不均
一な静磁場中に存在するよう空心コイルの配置や
通電電流値すなわち発生する静磁場形状を適宜出
来るようにしてある。
給される高周波は、導波管2の開口端に設けられ
た反射板7により反射され、導波管2に沿つて不
均一な高周波電場Erf(Z)を形成する。この高周
波電場Erf(Z)の典形的な例は第2図に模式的に
示した実在波である。この第2図における高周波
電場Erf(Z)の強度が0となるところは、高周波
導波管2の内径と、供給される高周波の周波数に
よつて決定され、反射板7で反射した高周波が形
成する「節」となるところである。そして電磁場
の最大値である「腹」すなわち第2図に示すZ0位
置が、第1図の空心コイル1の軸方向中心よりプ
ラズマ反応部B側に存在するよう導波管2の内径
や周波数が選定され、またかつこの「腹」が空心
コイル1の作るプラズマ反応部B側の一方の不均
一な静磁場中に存在するよう空心コイルの配置や
通電電流値すなわち発生する静磁場形状を適宜出
来るようにしてある。
さて、今、この高周波の角周波数をωとする
と、よく知られているように、ある強度の静磁場
B中での電子の回転角周波数は、サイクロトロン
角周波数ωc=eB/mcで表わすことができる。従
つてもしω=ωcなるサイクロトロン共鳴条件が
成立すれば、高周波のエネルギは電子に連続的に
供給されて電子のエネルギが増大する。ここで前
記第2図に示したような、静磁場B(Z)が不均
一で、しかも高周波の周波数が固定されている場
合には、例えばZ=Z0なる場所でのみω=ωcな
るサイクロトロン共鳴条件を満たす。つまり局所
的電子サイクロトロン共鳴条件が成立する。そし
てこのような条件は、実際上、高周波の周波数を
固定してある場合には、前記第1図の空心コイル
1に供給する電流を適当に調整したり、複数個の
空心コイル1の配置を適当に調整することで達成
できるし、また逆に静磁場の強度B(Z)が固定
されている場合には、高周波の周波数を調整する
ことにより、ω=ωcなる電子サイクロトロン共
鳴条件を達成できる。
と、よく知られているように、ある強度の静磁場
B中での電子の回転角周波数は、サイクロトロン
角周波数ωc=eB/mcで表わすことができる。従
つてもしω=ωcなるサイクロトロン共鳴条件が
成立すれば、高周波のエネルギは電子に連続的に
供給されて電子のエネルギが増大する。ここで前
記第2図に示したような、静磁場B(Z)が不均
一で、しかも高周波の周波数が固定されている場
合には、例えばZ=Z0なる場所でのみω=ωcな
るサイクロトロン共鳴条件を満たす。つまり局所
的電子サイクロトロン共鳴条件が成立する。そし
てこのような条件は、実際上、高周波の周波数を
固定してある場合には、前記第1図の空心コイル
1に供給する電流を適当に調整したり、複数個の
空心コイル1の配置を適当に調整することで達成
できるし、また逆に静磁場の強度B(Z)が固定
されている場合には、高周波の周波数を調整する
ことにより、ω=ωcなる電子サイクロトロン共
鳴条件を達成できる。
ここで今、前記第1図のような配置において、
Z=Z0でω=ωcなるサイクロトロン共鳴条件が
成立している場合を考える。このような条件で
は、プラズマ発生用ガラス管3内に適当な圧力の
ガスを導入すると、予備放電状態で発生した電子
は、高周波から連続的にエネルギを供給されて高
いエネルギ状態になり、衝突過程を通してプラズ
マが発生し、この発生したプラズマにさらに共鳴
条件のもとで高周波電力が注入されプラズマ加熱
を行う。従つて、例えばプラズマ発生室のプラズ
マ発生用ガラス管3に導入するガスをCF4とする
と、ガスの圧力以外に高周波の電力を適当に調整
することにより、F+、CF+、CF2 +、CF3 +などの
イオンおよびそれぞれのイオンの種類、濃度ある
いはそのエネルギを制御できると同時に、F*、
CFx*などのラジカルの種類、濃度あるいはその
エネルギを制御できる。なおこのような状況は、
ガス圧力のみならず、共鳴条件ω=ωcからずれ
たような条件においても多少達成し得るが、必ず
しも効率がよくない。
Z=Z0でω=ωcなるサイクロトロン共鳴条件が
成立している場合を考える。このような条件で
は、プラズマ発生用ガラス管3内に適当な圧力の
ガスを導入すると、予備放電状態で発生した電子
は、高周波から連続的にエネルギを供給されて高
いエネルギ状態になり、衝突過程を通してプラズ
マが発生し、この発生したプラズマにさらに共鳴
条件のもとで高周波電力が注入されプラズマ加熱
を行う。従つて、例えばプラズマ発生室のプラズ
マ発生用ガラス管3に導入するガスをCF4とする
と、ガスの圧力以外に高周波の電力を適当に調整
することにより、F+、CF+、CF2 +、CF3 +などの
イオンおよびそれぞれのイオンの種類、濃度ある
いはそのエネルギを制御できると同時に、F*、
CFx*などのラジカルの種類、濃度あるいはその
エネルギを制御できる。なおこのような状況は、
ガス圧力のみならず、共鳴条件ω=ωcからずれ
たような条件においても多少達成し得るが、必ず
しも効率がよくない。
一方、前記第2図に示したような、不均一な静
磁場B(Z)と不均一な電場Erf(Z)の中では、
電子には次式で与えられるような軸方向の力Fz
が作用し、電子は軸方向に加速される。
磁場B(Z)と不均一な電場Erf(Z)の中では、
電子には次式で与えられるような軸方向の力Fz
が作用し、電子は軸方向に加速される。
Fz=e2/4mω2∂/∂Z〔Erf(Z)2/1−(ωc(Z)
)2/ω〕 この軸方向の力Fzは、第1図に示すプラズマ
反応部Bの方向に向う。
)2/ω〕 この軸方向の力Fzは、第1図に示すプラズマ
反応部Bの方向に向う。
従つて前記第1図のプラズマ発生部Aで発生し
たプラズマ中の電子がプラズマ反応部Bに向け軸
方向に加速され、このためにプラズマ中にはイオ
ンを加速する静電場E0(Z)が軸方向に形成され
る。すなわち、これによつてプラズマは全体とし
て軸方向に加速されることになり、プラズマ反応
槽11に軸方向に沿つプラズマ流が発生する。
たプラズマ中の電子がプラズマ反応部Bに向け軸
方向に加速され、このためにプラズマ中にはイオ
ンを加速する静電場E0(Z)が軸方向に形成され
る。すなわち、これによつてプラズマは全体とし
て軸方向に加速されることになり、プラズマ反応
槽11に軸方向に沿つプラズマ流が発生する。
そしてこのときのプラズマ流の径は、プラズマ
発生用ガラス管3の開口端8の径により規定され
るが、この開口端8に対向して配置された基板支
持台9上の被処理基板10までの距離が長い場合
には、開口端8から槽11内に流れ込むプラズマ
流の径は、一般に開口端8の径よりも大きく末広
がりの形状となる。これはこの部分での空心コイ
ル1による磁場の磁力線が末広がりになつている
からである。
発生用ガラス管3の開口端8の径により規定され
るが、この開口端8に対向して配置された基板支
持台9上の被処理基板10までの距離が長い場合
には、開口端8から槽11内に流れ込むプラズマ
流の径は、一般に開口端8の径よりも大きく末広
がりの形状となる。これはこの部分での空心コイ
ル1による磁場の磁力線が末広がりになつている
からである。
また前記基板支持台9上におかれた被処理基板
10、例えばシリコン基板の表面内に均一にプラ
ズマを照射する場合、このプラズマ反応槽11内
でのプラズマ流の径を適当に調整する必要があ
る。
10、例えばシリコン基板の表面内に均一にプラ
ズマを照射する場合、このプラズマ反応槽11内
でのプラズマ流の径を適当に調整する必要があ
る。
このために槽11の外周にはプラズマ流の形状
補正用の静磁場発生コイル12および13が得ら
れる。このコイルは1個でもそれ以上であつても
よく、その配置位置およびそれによつて形成され
る磁力線形状、磁場の空間分布などを適当に調整
することにより、任意の大きさの基板10の表面
に垂直かつ均一にプラズマ流を照射することがで
きる。さらにこのプラズマ反応槽11には、プラ
ズマ流の状態および処理過程での基板表面状態を
観測するための観測口14および15が設けられ
ており、かつガスの排気は真空保持槽16の排気
口17から行なわれると共に、基板支持台9は上
下および回転可能にされる。なお18は高周波も
れ防止板である。
補正用の静磁場発生コイル12および13が得ら
れる。このコイルは1個でもそれ以上であつても
よく、その配置位置およびそれによつて形成され
る磁力線形状、磁場の空間分布などを適当に調整
することにより、任意の大きさの基板10の表面
に垂直かつ均一にプラズマ流を照射することがで
きる。さらにこのプラズマ反応槽11には、プラ
ズマ流の状態および処理過程での基板表面状態を
観測するための観測口14および15が設けられ
ており、かつガスの排気は真空保持槽16の排気
口17から行なわれると共に、基板支持台9は上
下および回転可能にされる。なお18は高周波も
れ防止板である。
この第1図実施例によるプラズマ処理装置は、
プラズマエツチング、プラズマCVD(化学的気相
成長)、プラズマ酸化を始めとする各種表面処理
に応用可能であつて、これらの処理を効果的に行
ない得る。
プラズマエツチング、プラズマCVD(化学的気相
成長)、プラズマ酸化を始めとする各種表面処理
に応用可能であつて、これらの処理を効果的に行
ない得る。
次に前記装置構成において、プラズマ流のイオ
ンエネルギーなどの制御手段の他の例について述
べる。例えばプラズマ流中のイオンのみを利用し
たい場合には、第3図実施例のように、前記プラ
ズマ反応槽11内にプラズマ流の方向に直交する
1個以上の制御用グリツド19,20を配置さ
せ、これらに適当な電位を印加することにより、
被処理基板10面にイオン、ラジカルのみを作用
させ得られ、かつこの場合、各グリツド19,2
0に印加する電位および高周波電力、それにガス
圧などを適当に組み合わせることにより、作用エ
ネルギの大きさとその分布を任意に変化させ得
る。
ンエネルギーなどの制御手段の他の例について述
べる。例えばプラズマ流中のイオンのみを利用し
たい場合には、第3図実施例のように、前記プラ
ズマ反応槽11内にプラズマ流の方向に直交する
1個以上の制御用グリツド19,20を配置さ
せ、これらに適当な電位を印加することにより、
被処理基板10面にイオン、ラジカルのみを作用
させ得られ、かつこの場合、各グリツド19,2
0に印加する電位および高周波電力、それにガス
圧などを適当に組み合わせることにより、作用エ
ネルギの大きさとその分布を任意に変化させ得
る。
すなわち、このような制御は、例えば反応に寄
与するイオンであるところの、F+のエネルギを
反応効率のよい分布に揃えるのに有効であり、し
かも入射イオンを常に基板表面に垂直にし得て、
方向性の良好な反応性イオンエツチングを達成で
きる。
与するイオンであるところの、F+のエネルギを
反応効率のよい分布に揃えるのに有効であり、し
かも入射イオンを常に基板表面に垂直にし得て、
方向性の良好な反応性イオンエツチングを達成で
きる。
さらに第4図実施例のように、プラズマ流の方
向にその外側で平行する制御用グリツド21,2
2を、円筒状もしくはスリツト状に配置させ、こ
れらに適当な電位を印加させることで、プラズマ
流の外形を整形し得るほか、適当な極性、例えば
負の極性の適当な値の電位の印加で、電子のコレ
クタなどの役割りを果すことが可能となり、この
場合は、基板表面のうち特に周辺での反応の均一
性を増加させるのに効果的である。
向にその外側で平行する制御用グリツド21,2
2を、円筒状もしくはスリツト状に配置させ、こ
れらに適当な電位を印加させることで、プラズマ
流の外形を整形し得るほか、適当な極性、例えば
負の極性の適当な値の電位の印加で、電子のコレ
クタなどの役割りを果すことが可能となり、この
場合は、基板表面のうち特に周辺での反応の均一
性を増加させるのに効果的である。
第1図はこの発明装置の基本的な一実施例によ
る概要を示す構成図、第2図は同上作用説明図、
第3図および第4図はそれぞれに他の実施例によ
る概要を示す構成図である。 Aはプラズマ発生部、Bはプラズマ反応部、1
は空心コイル、2は高周波導波管、3はプラズマ
発生用ガラス管、4は高周波供給結合端子、5は
ガス供給弁、9は基板支持台、10は被処理基
板、11はプラズマ反応槽、12,13は静磁場
発生コイル、14,15は観測口、16は真空保
持槽、17は排気口、19,20および21,2
2は制御用グリツドである。尚、図中同一符号
は、同一または相当部分を示す。
る概要を示す構成図、第2図は同上作用説明図、
第3図および第4図はそれぞれに他の実施例によ
る概要を示す構成図である。 Aはプラズマ発生部、Bはプラズマ反応部、1
は空心コイル、2は高周波導波管、3はプラズマ
発生用ガラス管、4は高周波供給結合端子、5は
ガス供給弁、9は基板支持台、10は被処理基
板、11はプラズマ反応槽、12,13は静磁場
発生コイル、14,15は観測口、16は真空保
持槽、17は排気口、19,20および21,2
2は制御用グリツドである。尚、図中同一符号
は、同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 プラズマ発生部とプラズマ反応部とで構成さ
れるプラズマ処理装置において、 上記プラズマ発生部には、高周波導波管とこの
導波管内に設けられたプラズマ発生室と、 上記導波管の周囲に設けられた空心コイルを備
え、 上記プラズマ反応部には、プラズマ反応槽とこ
の反応槽内に設けられた支持台に支持された被処
理基板と、上記反応槽の周囲に設けられたプラズ
マ整形用の磁場発生コイルとを備え、 上記プラズマ発生部の高周波導波管は軸方向に
不均一な高周波電磁場を発生し、上記空心コイル
はその軸方向中心に最大磁場値を有し上記軸方向
中心に対称な不均一な静磁場を形成し、この対称
で不均一な静磁場のうち一方が上記プラズマ反応
部側の空心コイル領域内に形成され、この領域に
上記高周波電磁場の「腹」が存在して上記不均一
な静磁場と上記高周波電磁場との間で局部的な電
子サイクロトロン共鳴条件を成立させて、上記プ
ラズマ発生室内のプラズマの加熱加速を行い、こ
の加速されたプラズマ流が上記プラズマ反応部に
設けられたプラズマ整形用磁場発生コイルの磁場
によつて、上記反応槽内の被処理基板に垂直に照
射されることを特徴とするプラズマ処理装置。 2 プラズマ反応槽内に、プラズマ流に直交もし
くは平行してプラズマ制御用グリツドを設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプラ
ズマ処理装置。
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