JPS61156625A - Ion processor - Google Patents

Ion processor

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Publication number
JPS61156625A
JPS61156625A JP59280656A JP28065684A JPS61156625A JP S61156625 A JPS61156625 A JP S61156625A JP 59280656 A JP59280656 A JP 59280656A JP 28065684 A JP28065684 A JP 28065684A JP S61156625 A JPS61156625 A JP S61156625A
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JP
Japan
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workpiece
ion
corona discharge
electrode
processing device
Prior art date
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Pending
Application number
JP59280656A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuaki Nagao
長尾 泰明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To execute ion processing suitable for microminiaturization of surface by providing an electrode which shows corona discharge against a work to be processed in the vicinity of said work and neutralizing the surface of work with charged particles of polarity opposed to the charge accumulated at said surface of the work. CONSTITUTION:When a high voltage is applied across an electrode 15 consisting of a metal line arranged within the plane parallel to the processing plane of a plate 6 to be processed and said plate 6, the corona discharge occurs and thereby negative ions spread. The negative ions generated by corona discharge of electrode 15 are not reactive ion because it is composed of the neutal gas molecules with adhession of electron and therefore such ion has a small kinetic energy. Therefore, these negative ions are attracted to the outside of ion processor and exhausted after neuralizing the surface charges. Here, when an AC voltage is applied to the electrode 15 and the ion of opposed polarity and the ion of the same polarity are alternately supplied and amount of such ions supplied is gradually reduced. Thereby, the residual charges of the plate to be processed can be eliminated almost perfectly.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、イオンビームな絶縁物、−半導体あるいは金
属などの圓に照射して所望のパターンにエッチングを行
ない、たとえば半導体上に超為密度集槓回路を形成した
り、絶縁物や金属の板に、密1・こ配された光学測定用
の細線などを食刻したりするのに用いられるイオン加工
器に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Technical Field to which the Invention Pertains] The present invention relates to etching a desired pattern by irradiating a circle of an insulator, semiconductor or metal with an ion beam, for example, etching a superimposed density onto a semiconductor. This invention relates to an ion processing device used to form concentrator circuits or to etch fine wires for optical measurement arranged densely in insulators or metal plates.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

この棟のイオン加工器として、従来、第3図のようなも
のが知られている。図において、たとえばセ2ミ、クス
、ガラス、テフロンなどからなる絶縁0IE7を介して
互に結合され真空容器を形成する金属円筒9.10の内
側に、プラズマ圧力を維持する役目を有する、金属また
は絶縁物からなる円筒状の容器1と、この円筒状容器1
の円面側を覆うように円筒状に形成され大地電位に対し
て正樋性に諌電された金属板または金網からなる@極3
と、電離されてプラズマとなる原料ガスを導入する原料
ガス導入路8と、この導入された原料ガスを電離するた
めのエネルギを供給するエネルギ源装置2と、前記陽極
3と同電位にありプラズマを容器l内に閉じこめる役を
たすグリ、ド4aと、このグリ、ド4aと平行に対向し
大地電位に接続されたイオンビーム引出しグリッド4b
と、円筒1とグリッド4aとによって囲まれたプラズマ
室A内のプラズマ中からイオンビーム引出しグリ、ド4
bによって引き出されたイオンの電荷を中和してイオン
ビームを中性化する中性化フィラメント5と、中性化さ
れたイオンビームによってエツチングされる大地電位の
破船ニブレート6とが収容されている。
As an ion processing machine for this building, the one shown in Figure 3 is conventionally known. In the figure, there is a metal or A cylindrical container 1 made of an insulator, and this cylindrical container 1
@pole 3 made of a metal plate or wire mesh formed in a cylindrical shape to cover the circular side of the earth potential
, a source gas introduction path 8 that introduces a source gas that is ionized and becomes plasma, an energy source device 2 that supplies energy to ionize the introduced source gas, and an energy source device 2 that is at the same potential as the anode 3 and forms a plasma. an ion beam extraction grid 4b facing parallel to the grid 4a and connected to the ground potential.
The ion beam is extracted from the plasma in the plasma chamber A surrounded by the cylinder 1 and the grid 4a.
A neutralizing filament 5 that neutralizes the ion beam by neutralizing the charge of the ions extracted by b, and a shipwreck nibrate 6 at ground potential that is etched by the neutralized ion beam are accommodated. .

原料ガスを電離するためのエネルギな供給するエネルギ
源装置は、ここには特に詳細を図示しないが、たとえば
、プラズマ室A内に配された熱陰極を外部電源から加熱
して熱電子を放出・させ、この熱陰極と陽極3との間に
直流電圧を印加して、この熱陰極から放出されて陽極へ
走る電子゛に外部または金属円筒9と容器1との間に配
された直流電磁石2aによって軸方向の磁界を作用させ
て磁界と直角な面内に円運動をおこさせ、この円運動の
際の原料ガスとの衝突時に原料ガスを電離させて原料ガ
スをプラズマ状態とする方式のものや、この方式と同様
の方法によって軸方向の直流磁界がかけられたプラズマ
室Aに、図示されない別置のマグネトロンから導波管を
介して周波数がMHz(メガヘルツ)オーダの電磁波を
注入し、この電磁波の周波数と同期する速さで前記磁界
と直角な市内に電子の円運動をおこさせ、この円運動の
際の原料ガスとの衝突時に原料ガスを電離させて原料ガ
スをプラズマ状態とする電子サイクロトロン方式のもの
などがあり、エネルギ源装置2はこれらを抽象的に示し
たものである。
The energy source device that supplies energy for ionizing the raw material gas is not shown in detail here, but for example, heats a hot cathode placed in the plasma chamber A from an external power source to emit thermoelectrons. By applying a DC voltage between the hot cathode and the anode 3, the electrons emitted from the hot cathode and traveling to the anode are stimulated by a DC electromagnet 2a disposed outside or between the metal cylinder 9 and the container 1. A method in which an axial magnetic field is applied to cause circular motion in a plane perpendicular to the magnetic field, and when this circular motion collides with the source gas, the source gas is ionized and turns into a plasma state. Electromagnetic waves with a frequency on the order of MHz (megahertz) are injected from a separate magnetron (not shown) through a waveguide into a plasma chamber A to which an axial DC magnetic field is applied by a method similar to this method. A circular motion of electrons is caused in the city perpendicular to the magnetic field at a speed synchronized with the frequency of electromagnetic waves, and when this circular motion collides with the source gas, the source gas is ionized and the source gas is turned into a plasma state. There are electronic cyclotron types, and the energy source device 2 is an abstract representation of these.

このようにしてプラズマ室A円に発生されたプラズマが
所定のプラズマ圧力を超過すると、正のイオンがグリ、
ド4aから外方に溢出する。この溢出した正のイオンは
、大地電位すなわちグリ、ド4aより負の電位にあるイ
オン引出しグリ、ド4bにより破船ニブレート6に向か
って引き出される。
When the plasma generated in the plasma chamber A exceeds a predetermined plasma pressure, positive ions
It overflows outward from the door 4a. These overflowing positive ions are drawn out toward the shipwreck nibrate 6 by the ion extraction grid 4b, which is at a more negative potential than the ground potential, that is, the grid 4a.

く凸 このイオン引出しグリ、ド4bと破船ニブレート6との
間には、たとえば熱陰極からなる中性化フィラメント5
が配され、この中性化フィラメントから放出された熱電
子によって、前記イオンビーム引出しグリッド4bによ
り引き出された正イオンが中和されて中性分子となり、
この中性分子のビームによって破船ニブレート6が照射
される。破船ニブレート6がたとえば半導体であれは、
この半導体は所望のパターンを残してレジストと称する
保護膜で覆われ、前記ビームによって照射されたパター
ン部分のみがエツチングされる。
A neutralizing filament 5 made of, for example, a hot cathode is placed between the convex ion extraction grid 4b and the shipwreck nibrate 6.
is arranged, and the positive ions extracted by the ion beam extraction grid 4b are neutralized by the thermoelectrons emitted from the neutralized filament and become neutral molecules,
The shipwreck nibrate 6 is irradiated with this beam of neutral molecules. For example, if the shipwreck nibrate 6 is a semiconductor,
This semiconductor is covered with a protective film called resist, leaving a desired pattern, and only the patterned portions irradiated by the beam are etched.

従来のイオン加工器において中性化フィラメント5が用
いられる理由は、絶縁体または半導体のような被加工物
に対してイオンのまま衝突させると、被加工物の表面に
電荷が蓄積し、表面電位が上昇して、大地電位との間で
表面層の絶縁破壊を生ずるためである。
The reason why the neutralized filament 5 is used in conventional ion processors is that when ions collide with a workpiece such as an insulator or semiconductor, charges accumulate on the surface of the workpiece and the surface potential increases. This is because the surface potential increases and dielectric breakdown occurs in the surface layer between it and the ground potential.

しかし、中性化フィラメントを用いてイオンを中性化す
る方法は、以下に述べる2点で好−ましべない。
However, the method of neutralizing ions using a neutralizing filament is not preferable due to the following two points.

(1)イオンを中性化してこれを加工Iこ用いると、イ
オンが有する化学反応性を殺してしまうことになり、原
料ガス分子の単なる衝突および中性活性種すなわち原料
ガス分子が分解して生じた。
(1) If ions are neutralized and processed, the chemical reactivity of the ions will be destroyed, resulting in mere collisions of raw material gas molecules and decomposition of neutral active species, that is, raw material gas molecules. occured.

化学的に活性な分子自体の反応性のみを利用するに止ま
り、エツチング加工の効率が低下する。
Only the reactivity of the chemically active molecule itself is utilized, and the efficiency of the etching process is reduced.

(2)中性化フィラメントからの電子を熱電子として供
給するにせよ、フィラメント表面に強電界を作用させて
電子を引き出すシM、トキ効果を利用して供給するにせ
よ、中性化フィラメントまわりには電界が存在すること
になるから、この中性化フィラメントは、イオンビーム
引出しグリ、ド4bによって方向性が与えられたイオン
ビームの照射方向に影響を与え、たとえば微細加工の可
否をきめるエツチング加工の質を低下させる。
(2) Whether the electrons from the neutralized filament are supplied as hot electrons or by applying a strong electric field to the surface of the filament to extract electrons, the area around the neutralized filament is Since there is an electric field in Decrease the quality of processing.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明は上述の欠点を除去し、イオンが有する反応性
をそのまま生かして工、チング加工の効藁を冒めるとと
もに、イオンの方向性に愚影響を及ぼさないようにして
工、チング加工の質を向上させ、かつ、絶縁体や半導体
などの被加工物表面に電荷が蓄積されないようにして表
面層の絶縁破壊の発生を防止したイオン加工器を提供す
ることを目的とする。
This invention eliminates the above-mentioned drawbacks, makes use of the reactivity of ions to take advantage of the effectiveness of machining and ching processing, and also improves the effectiveness of machining and ching machining without adversely affecting the directionality of ions. It is an object of the present invention to provide an ion processing device that has improved quality and prevents electrical charge from being accumulated on the surface of a workpiece such as an insulator or semiconductor, thereby preventing dielectric breakdown of the surface layer.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

この発明は、従来のイオン加工器における中性化フィラ
メントを除去し、プラズマ呈から引さ出されたイオンビ
ームを、該イオンビームを構成する荷電粒子の電荷を中
和することなく*m工物の面に照射するとともに、この
被加工物の面に蓄積した電荷を、この被加工物に近接し
て該被加工物との間にコロナ放電を生ずる電極を配して
コロナ放電を生ぜしめ該コロナ放電により生ずる前記被
加工物の面に蓄積した電荷とは反対極性の荷電粒子によ
り中和することにより前記の目的を達成しようとするも
のである。
This invention removes the neutralization filament in the conventional ion processing equipment, and allows the ion beam extracted from the plasma to be processed without neutralizing the charge of the charged particles constituting the ion beam. The surface of the workpiece is irradiated with electric charge accumulated on the surface of the workpiece, and an electrode that generates a corona discharge is arranged between the workpiece and the workpiece to generate a corona discharge. The object is to be achieved by neutralizing the charges accumulated on the surface of the workpiece caused by corona discharge with charged particles of opposite polarity.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図に本発明に基づくイオン加工器の実施例を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of an ion processing device based on the present invention.

図において第3図と同一機能を有する部材4こは同一符
号を付して説明を省略する。15は被加ニブレート6の
加工面に平行な面内に配された1本または複数本の金属
線からなる電極であって、この線と被加ニブレート6と
の間に負の高電圧が印加されるとコロナ放電が生じ、こ
れにより負のイオンが生ずる。ただし工、チング加工中
はこの負の高電圧は印加されない。また、電極15の金
属線は加工面に近接して粗に配されているから、イオン
ビーム引出しグリ、ド4bによって引き出され被加ニブ
レートに向かって速度を増したイオンビームは、金属線
に妨げられることなくプレートの加工面を照射する。こ
のイオンビームなエツチング加工工程の途中で止め、電
極15に負の高電圧を印加してコロナ放電な生ぜしめる
と、これにより和する。ここで、電極15のコロナ放電
によって生じた負のイオンは、単に中性ガス分子に電子
が付着しただけの、反応性のないイオンであり、運動エ
ネルギも微小であるため、表面電荷を中和するだけの役
割だけを果たしたのち、中性分子となってイオン加工器
外部へ吸引により排出される。
In the figure, members 4 having the same functions as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. Reference numeral 15 denotes an electrode made of one or more metal wires arranged in a plane parallel to the processing surface of the nibrate 6 to be applied, and a negative high voltage is applied between this wire and the nibrate 6 to be applied. When this occurs, a corona discharge occurs, which generates negative ions. However, this negative high voltage is not applied during machining and chiming. In addition, since the metal wire of the electrode 15 is loosely arranged close to the processing surface, the ion beam drawn out by the ion beam extraction hole 4b and increasing its speed toward the applied nibrate is blocked by the metal wire. The machined surface of the plate is irradiated without being affected. If this ion beam etching process is stopped midway and a negative high voltage is applied to the electrode 15 to generate a corona discharge, the discharge will be summed. Here, the negative ions generated by the corona discharge of the electrode 15 are non-reactive ions that simply have electrons attached to neutral gas molecules, and their kinetic energy is minute, so they neutralize the surface charge. After fulfilling its role, it becomes neutral molecules and is discharged by suction to the outside of the ion processing device.

表面電荷の中和には、反対極性のみのイオンよりも、反
対極性のイオンと、同極性のイオンとを交互に供給して
表面電荷の濃度を減衰させる方法が有効なことがある。
For neutralizing surface charges, it may be more effective to attenuate the concentration of surface charges by alternately supplying ions of opposite polarity and ions of the same polarity than ions of only opposite polarity.

これは被加ニブレート6に残留するIEの電荷量と、こ
れを中和する負のイオンの電荷量とが、加工工程中断ご
との1回の中和作業のみでは必ずしも等しくならず、正
、負いずれかの電荷が被加ニブレートに残留することに
なりうるからである。従ってコロナ放電を発生する電極
に交番電圧を印加して反対極性のイオンと同極性のイオ
ンとを交互に供給しながらこの供給量を次第に減衰させ
て行けば、被加ニブレートの残留電荷なは(よ完全に消
滅させることができる。
This is because the amount of charge of the IE remaining in the nibrate 6 and the amount of charge of the negative ions that neutralize it are not necessarily equal when only one neutralization operation is performed every time the processing process is interrupted; This is because some of the charges may remain in the added nibrate. Therefore, if an alternating voltage is applied to the electrode that generates corona discharge and ions of opposite polarity and ions of the same polarity are alternately supplied while gradually attenuating the supplied amount, the residual charge of the applied nibrate will be ( It can be completely eliminated.

第2図は、コロナ放電を生ずる電極として、第1図のよ
うな金属線ではなく、先端を被加ニブレートの加工面に
向けて複数個規則正しい間隔をもって配した針電極とし
た場合のイオン加工器の実施例を示す。この場合には、
直線状の細い金属棒に一定の間隔をもって同方向に金属
針を突設し、この金属棒を複数本、前記金属針の間隔と
ほぼ同一の間隔をもって平行に配列してコロナ放電発生
電極δを形成する。針電極の場合には、金属線の場合の
ような放電の一様性は得られないが、コロナ放電電流値
が大きくとれるというメリットがある。
Figure 2 shows an ion machining machine in which the electrodes that generate corona discharge are not metal wires as in Figure 1, but needle electrodes with multiple needle electrodes arranged at regular intervals with their tips facing the machining surface of the nibrate. An example is shown below. In this case,
A corona discharge generating electrode δ is formed by protruding metal needles in the same direction at regular intervals from a straight thin metal rod, and arranging a plurality of these metal rods in parallel with almost the same spacing as the spacing between the metal needles. Form. In the case of a needle electrode, although the uniformity of discharge cannot be obtained as in the case of a metal wire, it has the advantage that a large corona discharge current value can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたようζこ1本発明によれば、従来、イオン
加工器のイオン引出しグリ、ドの被加工物側に配されて
いた中詰シイラメントを除去し、イオンビームを構成す
る荷電粒子の電荷を中和することなくイオンビームな被
加工物の面に照射するようにしたので、原料ガス分子の
単なる衝突と中性活性種すなわち原料ガス分子が分解し
て生じた、化学的に活性な分子自体の反応性とのみに依
存していた工、チング加工に代わり、これらの分子が荷
電されたイオン化活性種の持つ大きい反応エネルキを利
用した工、チング加工が可能となり、反応速度が増大し
て工、チング加工の効塞が向上するほか、中性化フィラ
メントまわりの電界のイオンビーム照射方向への影響が
なくなり、一様なイオンビームなもって破船ニブレート
の加工面を照射することができるから、工、チングされ
るパターンがたとえば線幅が微小な細線からなるような
微細加工の場合、加工面の表面から内部へ向かって工、
チング領域が広がり、このため細線のきれいな工、チン
グが妨げられるというようなことがなくなり、微細加工
が容易となるというメリットが得られる。また、従来の
中性化フィラメントな除去することによって破船ニブレ
ートに蓄積する゛電荷は、破船ニブレートの近傍にコロ
ナ放電を発生する′iI!極を配し、この宵極からのコ
ロナ放電により生じた、単に中性ガス分子に電子が付着
しただけの、運動エネルギの微小な荷電粒子により中和
するようにしたので、たとえば超高密度集蹟回路を形成
する際の表面工、チングのような微細加工においても表
面構造の損傷を生ぜず、表面の微細加工Iこ適したイオ
ン加工aを得ることができる°。
As described above, according to the present invention, it is possible to remove the filling silica which was conventionally placed on the workpiece side of the ion extracting hole and door of the ion processing machine, and to remove the charged particles constituting the ion beam. By irradiating the surface of the workpiece with an ion beam without neutralizing the charge of the ion beam, the chemically active species generated by the simple collision of source gas molecules and the decomposition of neutral active species, i.e., source gas molecules. Instead of the processing that relies solely on the reactivity of the molecules themselves, processing and processing that utilize the high reaction energy of the charged ionized active species of these molecules is now possible, increasing the reaction rate. In addition to improving the effectiveness of cutting and ching processing, the influence of the electric field around the neutralized filament on the ion beam irradiation direction is eliminated, making it possible to irradiate the processed surface of the shipwreck nibrate with a uniform ion beam. In the case of microfabrication in which the pattern to be machined and etched consists of fine lines with minute line widths, the pattern is machined from the surface of the machined surface to the inside.
The cutting area is expanded, which eliminates the problem of fine machining of thin wires and hindrance to chiming, which provides the advantage of facilitating microfabrication. In addition, the charge accumulated on the shipwreck nibrate by removing the conventional neutralized filament causes a corona discharge in the vicinity of the shipwreck nibrate. By arranging a pole, neutralization is achieved by charged particles with minute kinetic energy, which are simply electrons attached to neutral gas molecules, generated by the corona discharge from this evening pole. Even in surface processing and micro-machining such as nicking when forming a circuit, it is possible to obtain ion processing suitable for surface micro-machining without causing damage to the surface structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に基づいて構成されたイオン加工器の実
施例を示す説明断面図、第2図は本発明に基づくイオン
加工器の、第1図とは別の実施例を示す説明断面図、第
3図は従来のイオン加工器の構成を示す説明断面図であ
る。 6・・・破船ニブレート、15 、25・・・コロナ放
電発生型7二7 才I区 ==7 −fz呵
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an embodiment of an ion processing device constructed based on the present invention, and FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing an embodiment of the ion processing device based on the present invention, which is different from FIG. 1. 3 are explanatory sectional views showing the configuration of a conventional ion processing device. 6... Shipwreck nibrate, 15, 25... Corona discharge type 727 year old I section ==7 -fz呵

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)イオンビームを被加工物の面に照射して所望のパタ
ーンにエッチングを行なうイオン加工器であって、この
イオンビームを、該イオンビームを構成する荷電粒子の
電荷を中和することなく被加工物の面に照射するととも
に、この被加工物の面に蓄積した電荷を、この被加工物
に近接して該被加工物との間にコロナ放電を生ずる電極
を配してコロナ放電を生ぜしめ該コロナ放電により生ず
る前記被加工物の面に蓄積した電荷とは反対極性の荷電
粒子により中和させることを特徴とするイオン加工器。 2)特許請求の範囲第1項記載のイオン加工器において
、被加工物に近接して配されコロナ放電を生ずる電極が
該被加工物の加工面に平行な面内に配された金属線から
なることを特徴とするイオン加工器。 3)特許請求の範囲第1項記載のイオン加工器において
、被加工物に近接して配されコロナ放置を生ずる電極が
先端を被加工物の加工面に向けて配された金属針からな
ることを特徴とするイオン加工器。 4)特許請求の範囲第1項記載のイオン加工器において
、被加工物の面に蓄積した電荷を中和する反対極性の荷
電粒子が、該被加工物に近接して配されコロナ放電を生
ずる電極に該被加工物側に対して正および負となる電圧
を交互にかつ大きさを減衰させながら印加することによ
り得られることを特徴とするイオン加工器。
[Claims] 1) An ion processing device that etches a desired pattern by irradiating the surface of a workpiece with an ion beam, the ion beam being used to irradiate the surface of a workpiece with an electric charge of charged particles constituting the ion beam. In addition to irradiating the surface of the workpiece without neutralizing it, the electric charge accumulated on the surface of the workpiece is removed by disposing an electrode close to the workpiece that generates corona discharge between the workpiece and the workpiece. An ion machining device characterized in that a corona discharge is generated, and the electric charge accumulated on the surface of the workpiece generated by the corona discharge is neutralized by charged particles having a polarity opposite to that of the electric charge accumulated on the surface of the workpiece. 2) In the ion processing machine according to claim 1, the electrode that is arranged close to the workpiece and generates corona discharge is formed from a metal wire arranged in a plane parallel to the processing surface of the workpiece. An ion processing device that is characterized by 3) In the ion processing device according to claim 1, the electrode that is placed close to the workpiece and causes corona to be left is composed of a metal needle whose tip is directed toward the processing surface of the workpiece. An ion processor featuring: 4) In the ion processing device according to claim 1, charged particles of opposite polarity that neutralize the electric charge accumulated on the surface of the workpiece are arranged close to the workpiece to generate corona discharge. An ion processing device characterized in that the ion processing device is obtained by applying positive and negative voltages to the workpiece side alternately and attenuating the magnitude to the electrodes.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0236150U (en) * 1988-08-30 1990-03-08
JP2008056310A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Yoshino Kogyosho Co Ltd Depression type liquid discharging container

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