JPH0797690A - プラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvd装置

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Publication number
JPH0797690A
JPH0797690A JP24325193A JP24325193A JPH0797690A JP H0797690 A JPH0797690 A JP H0797690A JP 24325193 A JP24325193 A JP 24325193A JP 24325193 A JP24325193 A JP 24325193A JP H0797690 A JPH0797690 A JP H0797690A
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JP
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gas
plasma
film
electrode
raw material
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JP24325193A
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Inventor
Mika Gamou
美香 蒲生
Noritoshi Tomikawa
典俊 富川
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、原料ガスを多孔質体の金属電極を
通してプラズマ雰囲気に均一に導入することにより、膜
厚分布の均一性の著しい向上を図る。 【構成】 一対の放電電極が真空容器内に対向配置さ
れ、真空容器内に原料ガスを導入すると共に、各放電電
極の少なくとも一方に電力を供給し、当該各放電電極間
にプラズマを発生させて原料ガスを活性化させることに
より、真空容器内の所定の基材上に薄膜を形成するプラ
ズマCVD装置において、各放電電極のうち、少なくと
も一方の放電電極に金属多孔質体からなるガス導入口
(33)を設けたプラズマCVD装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基材近傍で膜の原料ガ
スをプラズマ分解させて薄膜を基材に堆積させるプラズ
マCVD装置に係わり、特に多孔質体の金属電極を通し
て原料ガスを導入することにより、膜厚分布の均一性を
著しく向上し得るプラズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、高機能材料は材料表面に処理が
施されている。例えば装飾性、耐食性、耐磨耗性といっ
た機能は材料の表面状態により発現し、バルクは単なる
構造体である場合が多い。そのため、材料を表面処理し
て利用価値を高める方法として、気相法による薄膜の作
成技術が近年ますます重要視されている。
【0003】この種の薄膜作成技術は、大きくわけて物
理蒸着法(PVD)及び化学蒸着法(CVD)があり、
例えば耐磨耗性、耐熱性の付与、光/電子変換といった
多岐にわたる要求に個別に対応して各方法が適切に選択
される。特にCVD法は、高付加価値材である半導体の
表面処理法として1963年以降広く用いられている。
【0004】このCVD法は真空容器内に供給した原料
ガスになんらかのエネルギーを加えて分解・活性化し、
真空容器内に設置した清浄な基材表面に薄膜を形成する
技術であって、各種の方法が開発されている。
【0005】まず、熱CVD法は、初期に開発された技
術であり、例えばTiNの硬質被膜の生成に広く用いら
れている。また、MOCVD(Metal organic CVD)
法や光CVD法は、化合物半導体デバイス開発技術とし
て盛んに用いられている。これらのCVD法は薄膜の原
料ガスを熱エネルギーで活性化する技術である。
【0006】しかしながら、この種のCVD法は、プロ
セス温度が千度を越える場合があり、耐熱性のない基材
の使用を困難としている。
【0007】そこで、プロセスの低温化を図るため、原
料ガスを電気エネルギーで活性化するプラズマCVD法
が開発・検討されている。例えば低圧下のプラズマは、
電子温度が数千度と高いために原料ガスの分解・活性化
が促進されるが、電子質量が極めて小さいことから雰囲
気温度が低く保たれる。このため、プラズマCVD法
は、前述したCVD法に比べ、低い温度で立体又は平面
を問わず、広範囲に膜生成を可能としている。
【0008】図3はこの種のプラズマCVD装置の構成
を示す模式図である。
【0009】このプラズマCVD装置は、10-4Paま
で真空排気可能な真空容器1内に平行平板型の一対の放
電電極2,3が鉛直方向に互いに対向配置されている。
各放電電極2,3はともに直径130mm,厚さ8mm
の円板状に形成されたステンレスであって、上方に配置
された上部放電電極2が接地されている。また、下方に
配置された下部放電電極3は13.56MHz,200
Wの高周波電力を入力する高周波電源4に接続され、且
つ膜を堆積する基板(基材)5が載置されている。
【0010】一方、真空容器1はメタノール6が収容さ
れた原料ガス容器7に原料ガス導入管8を介して連通さ
れ、原料ガス容器7はArガス導入管9からArガスが
導入されると、メタノールとArとが9:1の比率で混
合されて原料ガスが生成されると共に、この原料ガスを
原料ガス導入管8を介して真空容器1内に導入する。な
お、原料ガス導入管8は1/4インチのステンレス製パ
イプであって、先端部のガス導入口が放電電極2,3間
に面している。
【0011】従って、放電電極2,3間では、メタノー
ル(CH3 OH)を含む原料ガスが分解・活性化されて
プラズマが発生し、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜
が基板5上に成膜される。
【0012】ここで、例えば、基板5として厚さ0.3
mm,直径5インチのシリコンウエハ5aを用いて成膜
を行う。なお、このシリコンウエハ5aは成膜前にレー
ザ照射により形成した干渉縞が観察され、この干渉縞が
同心円状パターンを示し、且つ縞の間隔が均一であると
いう観察結果により、高い平坦度を有することが確認さ
れている。
【0013】次に、このシリコンウエハ5を下部放電電
極3上に載置し、前述した原料ガスを10Pa導入する
と共に、200Wの高周波電力を各放電電極2,3に印
加してプラズマを形成し、該シリコンウエハ5a上に1
0分間だけダイヤモンドライクカーボン膜を成膜する。
【0014】成膜終了後、シリコンウエハ5aは前述同
様に干渉縞が観察され、干渉縞のパターンが歪んで乱れ
ているという観察結果が得られている。また、このシリ
コンウエハ5a上の膜厚を測定した結果、膜厚は0.2
μmが得られている。
【0015】続いて、厚さ1mm,直径5インチのガラ
スウエハ5bを用い、前述同様に成膜を行う。
【0016】成膜終了後、このガラスウエハ5bは5イ
ンチ径内で20箇所の可視光透過率が測定され、次の
(1)式によって膜圧分布が算出されている。
【0017】
【数1】 測定及び算出の結果、得られた膜厚は0.2μmであ
り、膜厚分布は±23%である。また、真空容器の内壁
には、気相反応により生成したと考えられる微粉末が付
着している。
【0018】従って、このようなプラズマCVD装置は
少なくとも膜厚分布の均一性を改善する必要がある。
【0019】このため、特公昭59−48138号公報
に示されている構成のものが考えられている。図4は係
るプラズマCVD装置の構成を示す模式図である。
【0020】このプラズマCVD装置は、真空容器11
内に平行平板型の一対の放電電極12,13が鉛直方向
に互いに対向配置され、各放電電極12,13には高周
波電力が供給可能となっている。ここで、上方に配置さ
れた上部放電電極12は基板14を保持している。ま
た、下方に配置された下部放電電極13はガス放出孔1
5を有する2個の電極面13a,13bを有し、各電極
面13a,13bは空間を隔てて重ねて構成されてい
る。
【0021】これにより、原料ガスは図示しないガス供
給源からガス導入管16を通って下方の放電電極13内
に供給され、各電極面13a,13bのガス放出孔15
を通って真空容器11内の放電電極12,13間に導入
され、該電極12,13間でプラズマを形成して基板1
4上に薄膜を生成する。なお、係るプラズマCVD装置
では、ガス放出孔15の径約3mmΦ、孔15の面密度
4個/cm2 で、50mm×50mmのガラス基板14
上において膜厚ムラ±4%の薄膜が得られている。
【0022】また、特公平5−27494号公報に示さ
れている構成のものがある。図5は係るプラズマCVD
装置の一部を破断して示す構成図である。
【0023】このプラズマCVD装置は、基板を保持す
る基板ホルダ21と、ガス放出孔22を有する一対の電
極面23a,23bからなる放電電極23とが真空容器
24内で鉛直方向に対向配置されている。放電電極23
は各電極面23a,23bに高周波電力を供給可能であ
り、且つ図示しないガス供給源からステンレスメッシュ
25が充填されたガス導入管26を介して各電極面23
a,23bに原料ガスを供給可能となっている。
【0024】これにより、原料ガスはガス導入管26内
のステンレスメッシュ25を通って各電極面23a,2
3b内のプラズマ空間に供給され、該プラズマ空間内で
活性化されて基板上に薄膜を形成する。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら初めに述
べたようなプラズマCVD装置では、5インチ径内の膜
厚が±23%で変動するため、膜厚分布の均一性が低い
という問題がある。
【0026】一方、特公昭59−48138号公報及び
特公平5−27494号公報に示されたプラズマCVD
装置では、薄膜の生成領域が2インチ径程度と非常に狭
いため、5インチ径程度の大口径ウエハにおける膜厚分
布の均一性向上には寄与していないという問題がある。
すなわち、膜厚分布の均一性向上は膜生成領域の増大化
に対応して飛躍的に困難化するため、特公昭59−48
138号公報に示される2インチ径における±4%の均
一性は、最良に評価しても、5インチ径における±10
%の均一性にしか対応しない。
【0027】また、各公報に示されるプラズマCVD装
置では、原料ガスが導入されると、ガス導入配管16,
26に面した電極面13a〜b,23a〜bの中央部付
近ではガスが抜け易く、電極面13a〜b,23a〜b
の端部付近ではガスが比較的抜けにくいために、ウエハ
中央部の膜厚が厚く、ウエハ端部の膜厚が薄くなる傾向
がある。この傾向はガス導入配管16,26内のステン
レスメッシュ25の有無に関わらず、ガス導入配管1
6,26に面したガス放出孔15,22を通してガスを
導入することから生じる本質的な問題である。また、こ
れに伴い、プラズマ内に原料ガスの密度ムラができるた
め、原料ガスの一部が気相中に反応し、微粉末を生じる
問題がある。
【0028】さらに、1枚の放電電極13,23が2個
の電極面13a〜b,23a〜bを有するため、2イン
チ径程度の狭い領域を対象とする割に、複雑な構成とな
っている。
【0029】上述したように、現在の技術では3インチ
径未満の面積で膜厚分布が±10%,良くても±5%程
度の均一性しか実現されていない問題がある。
【0030】なお、膜厚分布の不均一は成膜場であるプ
ラズマ雰囲気の不均一を示し、プラズマ雰囲気の不均一
は膜特性の不均一を示している。
【0031】一方、膜特性の均一性は、特に電子材料分
野における要求レベルが高く、例えば高精度微細パター
ンを作製するX線マスク用X線透過膜においては膜厚分
布が±3%以下、場合によっては±1%程度の厳しい値
が要求されている。
【0032】しかし、プラズマ雰囲気を任意に制御する
技術が未確立であるため、3インチ径以上の範囲に±3
%以下の膜厚分布で薄膜を作成する装置は未だ存在して
いない。
【0033】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、原料ガスを多孔質体の金属電極を通してプラズマ雰
囲気に均一に導入することにより、大口径ウエハであっ
ても、膜厚分布の均一性を著しく向上し得るプラズマC
VD装置を提供することを目的とする。
【0034】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一対の放電電極が真空容器内に対向配置さ
れ、前記真空容器内に原料ガスを導入すると共に、前記
各放電電極の少なくとも一方に電力を供給し、当該各放
電電極間にプラズマを発生させて前記原料ガスを活性化
させることにより、前記真空容器内の所定の基材上に薄
膜を形成するプラズマCVD装置において、前記各放電
電極のうち、少なくとも一方の放電電極に金属多孔質体
からなるガス導入口を設けたプラズマCVD装置であ
る。
【0035】
【作用】従って、本発明は以上のような手段を講じたこ
とにより、各放電電極のうち、少なくとも一方の放電電
極に金属多孔質体からなるガス導入口を設けているの
で、原料ガスを多孔質体の金属電極を通してプラズマ雰
囲気に均一に導入することにより、膜厚分布の均一性を
著しく向上させることができる。
【0036】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0037】図1は本発明の一実施例に係るプラズマC
VD装置の構成を示す模式図であり、図2はこのプラズ
マCVD装置に適用されるガス導入口及び一方の放電電
極の構成を示す断面図であって、図3と同一部分には同
一符号を付してその詳しい説明は省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。
【0038】すなわち、本実施例装置は、膜厚分布の均
一性を向上させるためにプラズマ雰囲気の均一化を図る
ものであって、具体的には、図3に示す装置に対し、原
料ガス容器7に連通する原料ガス導入管8を真空容器1
の上部外壁を通して下方の下部放電電極3に向けて配置
し、且つ上部放電電極2に代えて、図2に示すガス導入
電極部31を原料ガス導入管8の先端部8aに取付けた
構成となっている。
【0039】ここで、ガス導入電極部31は、最大口径
を130mmとする回転放物面状に形成されて上側中央
部に1/4インチ径の透孔32aが穿設されたガス拡散
部材32と、このガス拡散部材32の130mmの開口
部32bを閉塞するように取付けられた直径130m
m,厚さ2mmの円板状のステンレス焼結フィルタ33
と、このステンレス焼結フィルタ33をガス拡散部材3
2の開口部32bに固着させるためのカバー34とを備
えている。
【0040】ガス拡散部材32は、1/4インチ径ステ
ンレスパイプである原料ガス導入管8に対し、該導入管
8の先端部8aを透孔32aに通すように該先端部8a
にろう付けされ、原料ガス導入管8から導入される原料
ガスを口径の広がりに対応して拡散させてステンレス焼
結フィルタ33に供給する機能をもっている。
【0041】ステンレス焼結フィルタ33は、接地され
た導電性の金属多孔質体であって、ガス拡散部材32か
ら供給された原料ガスを均一に真空容器1内に導入する
機能を有し、他の金属多孔質体でも代替可能となってい
る。他の金属多孔質体としては、例えば種々のサイズの
金属性メッシュを積層したものが使用可能である。
【0042】また、ステンレス焼結フィルタ33は目開
きが40μmで設定されている。なお、この目開きは、
小さいとガス導入量を減少させて成膜効率を低下させ、
大きいと原料ガスの均一な拡散を妨げることから、0.
5μm〜150μmの範囲で設定され、その中でも20
μm〜40μmの範囲がより好ましい設定となってい
る。また、ステンレス焼結フィルタ33は目開きが40
μmと微小なために電位分布に影響を与えないことか
ら、接地電極として使用されるときに電位分布を零電位
で均一化する機能をもっている。
【0043】次に、このようなプラズマCVD装置の動
作を説明する。
【0044】前述同様に、厚さ0.3mm,5インチ径
のシリコンウエハ35a,35bが下部放電電極3上に
載置される。なお、このシリコンウエハ35aはレーザ
照射による干渉縞観察によって高い平坦度を有すること
が確認されている。
【0045】続いて、真空容器1は所定の真空度である
10-4Paまで減圧される。
【0046】真空容器1の真空度が10-4Paまで到達
すると、ArガスがArガス導入管9を通して原料ガス
容器7に導入されると共に、原料ガス容器7内のメタノ
ール6と混合され、メタノールとArが9:1の比率で
ある原料ガスが生成される。
【0047】また、この原料ガスは原料ガス導入管8を
通ってガス導入電極部31に導入されると共に、ガス導
入電極部31のガス拡散部材32により拡散され、且つ
ステンレス焼結フィルタ33の40μmの目開きを通っ
て微細なガス粒子となり、均一に真空容器1内に導入さ
れる。
【0048】ここで、原料ガスが10Pa導入される
と、200Wの高周波電力が放電電極31,3に印加さ
れて放電電極31,3とステンレス焼結フィルタ33と
の間にプラズマが形成される。
【0049】このプラズマは、原料ガスが微細且つ均一
にステンレス焼結フィルタ33から導入されると共に、
ステンレス焼結フィルタ33の電位分布が均一なため、
ステンレス焼結フィルタ33の直径である130mmの
範囲にわたって均一に形成される。
【0050】このため、Ar及びメタノール(CH3 O
H)からなる原料ガスは、プラズマによって一様に分解
・活性化され、原料ガス中に含まれていたカーボン
(C)がシリコンウエハ35a上で一様に反応してダイ
ヤモンドライクカーボンとして成膜される。
【0051】ここで、高周波電力の印加から10分間が
経過すると、高周波電力の印加が停止されると共に、原
料ガスの導入が停止されてダイヤモンドライクカーボン
の成膜を終了する。
【0052】成膜終了後、前述した通り、シリコンウエ
ハ35aは干渉縞が観察される。本実施例の干渉縞は、
成膜の前後でともに同心円状のパターンを有している。
従って、内部応力均一性の高いダイヤモンドライクカー
ボン膜を成膜することができる。また、このときの膜厚
は1.5μmであって従来の0.2μmに比べて厚く、
これに伴なって、成膜効率は従来よりも向上している。
【0053】次に、厚さ1mm,5インチ径のガラスウ
エハ35bを本実施例装置に使用し、前述した通り、ダ
イヤモンドライクカーボンをガラスウエハ35b上に成
膜する。
【0054】成膜終了後、前述同様に5インチ径内で2
0箇所の可視光透過率を測定して膜厚に換算し、この膜
厚の分布を前述した(1)式を用いて算出する。
【0055】算出した結果、膜厚分布は5インチ径内で
±1%である。よって、極めて優れた膜厚分布均一性を
もつダイヤモンドライクカーボンを成膜することができ
る。
【0056】上述したように本実施例によれば、各放電
電極のうち、一方の放電電極であるガス導入電極部31
に金属多孔質体からなるステンレス焼結フィルタ33を
設けるようにしたので、原料ガスを多孔質体の放電電極
を通してプラズマ雰囲気に均一に導入することにより、
5インチという大口径ウエハであっても、膜厚分布の均
一性を著しく向上させることができる。
【0057】例えば、本実施例では5インチ径内で±1
%内という膜厚分布を得たが、この±1%という値は、
従来の3インチ径未満内で±5%程度という膜厚分布と
比べ、遥かに優れた均一性を示している。
【0058】また、本実施例によれば、3インチ径以上
の範囲に±3%以下の膜厚分布で薄膜を作成するという
従来に存在しない装置を実現することができる。
【0059】また、これに伴い、例えば、X線マスク用
X線透過膜において要求される膜厚分布±3%以下ある
いは±1%程度という厳しい値を満たすことができるの
で、ダイヤモンドライクカーボンをX線マスクのX線透
過性支持膜として広く用いることができる。
【0060】さらに、本実施例によれば、原料ガスや基
板、成膜条件を変えることにより、種々の物質を任意の
基板上に成膜することができるので、例えば半導体デバ
イスやマスク材料に使用されて高機能・高付加価値をも
つ各種薄膜の用途展開を図ることができる。
【0061】また、本実施例によれば、ステンレス焼結
フィルタ33を通して均一で且つ微細な原料ガスをプラ
ズマ雰囲気の全域にわたり供給するようにして成膜環境
を整えたことにより、5インチ径にわたり内部応力を均
一にしてダイヤモンドライクカーボン膜を成膜すること
ができる。また、成膜環境を整えたことにより、膜の高
品質化を図ることができる。さらに、前述同様に原料ガ
スや基板、成膜条件を変えることにより、種々の物質を
内部応力を均一にして任意の基板上に成膜することがで
きるので、各種薄膜の高機能化を図ることができる。
【0062】また、本実施例によれば、10分間の成膜
時間内で、従来よりも1.3μmも厚くダイヤモンドラ
イクカーボンを成膜することができる。
【0063】すなわち、従来はこの1.3μm厚×5イ
ンチ径の体積に対応する原料ガスが微粉末となって真空
容器1内に付着したのに対し、本実施例は従来の微粉末
に対応する原料ガスをダイヤモンドライクカーボンとし
て成膜するようにしたので、真空容器を汚染することな
く、メンテナンス性を向上させることができる。
【0064】また、本実施例によれば、微粉末の発生を
阻止しているため、基板の設置中又は薄膜の堆積中に微
粉末が基板上に落ちてその落下箇所の膜質を劣化させる
ことのないようにしたので、信頼性を向上させることが
できる。
【0065】さらに、本実施例によれば、ガス導入配管
8とステンレス焼結フィルタ33との間にガス拡散部材
32を介在させてステンレス焼結フィルタ33の全面に
ほぼ均一に原料ガスを供給するようにしたので、原料ガ
スの流速を変化させても、ウエハの中央部と端部とに膜
厚ムラを生じにくく、もって、一層信頼性を向上させる
ことができる。
【0066】また、本実施例によれば、40μmの細か
い無数の孔を有するステンレス焼結フィルタ33を用い
るようにしたので、機械的強度の強化と、加工の容易化
と、原料ガス及び高周波電力における供給の均一化とを
同時に実現することができる。
【0067】また、本実施例によれば、以上のような効
果を、一方の放電電極に金属多孔質体からなるガス導入
口を設けるという簡易な構成で実現することができる。
また、構成が簡易なために、装置のメンテナンス性を一
層向上させることができる。
【0068】なお、上記実施例では、下方の放電電極上
に基板を載置し、上方の放電電極からガスを導入する場
合について説明したが、これに限らず、上方の放電電極
上に基板を取付け、下方の放電電極からガスを導入する
構成としても、本発明を同様に実施して同様の効果を得
ることができる。
【0069】また、互いに対向配置された一対の放電電
極に対し、基板を両電極間の外部に配置して薄膜を生成
させる構成としても、本発明を同様に実施して同様の効
果を得ることができる。なお、この場合、両放電電極か
ら原料ガスを導入して薄膜を生成することが可能とな
る。
【0070】さらに、上記実施例では、厚さ2mmのス
テンレス焼結フィルタ33を用いる場合について説明し
たが、これに限らず、例えば中央部と端部とで厚さを変
えたステンレス焼結フィルタを用いた構成としても、本
発明を同様に実施して同様の効果を得ることができる。
【0071】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施できる。
【0072】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
放電電極のうち、少なくとも一方の放電電極に金属多孔
質体からなるガス導入口を設けているので、原料ガスを
多孔質体の金属電極を通してプラズマ雰囲気に均一に導
入することにより、膜厚分布の均一性を著しく向上でき
るプラズマCVD装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプラズマCVD装置の
構成を示す模式図。
【図2】同実施例におけるガス導入口及び一方の放電電
極の構成を示す断面図。
【図3】従来のプラズマCVD装置の構成を示す模式
図。
【図4】従来のプラズマCVD装置の構成を示す模式
図。
【図5】従来のプラズマCVD装置を一部破断して示す
構成図。
【符号の説明】
1…真空容器、3…下部放電電極、4…高周波電源、6
…メタノール、7…原料ガス容器、8…原料ガス導入配
管、9…Arガス導入配管、31…ガス導入電極部、3
2…ガス拡散部材、33…ステンレス焼結フィルタ、3
4…カバー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の放電電極が真空容器内に対向配置
    され、前記真空容器内に原料ガスを導入すると共に、前
    記各放電電極の少なくとも一方に電力を供給し、当該各
    放電電極間にプラズマを発生させて前記原料ガスを活性
    化させることにより、前記真空容器内の所定の基材上に
    薄膜を形成するプラズマCVD装置において、 前記各放電電極のうち、少なくとも一方の放電電極に金
    属多孔質体からなるガス導入口を設けたことをを特徴と
    するプラズマCVD装置。
JP24325193A 1993-09-29 1993-09-29 プラズマcvd装置 Pending JPH0797690A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7138034B2 (en) * 2001-06-25 2006-11-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electrode member used in a plasma treating apparatus
WO2012014565A1 (ja) * 2010-07-28 2012-02-02 セントラル硝子株式会社 平行平板電極のプラズマクリーニング方法
JP2013104093A (ja) * 2011-11-14 2013-05-30 Toyota Motor Corp プラズマcvd装置
CN113005421A (zh) * 2021-03-12 2021-06-22 上海新科乾物联技术有限公司 一种真空电浆成型腔体设备
CN113205993A (zh) * 2021-04-22 2021-08-03 江苏微凯机械有限公司 等离子体用烧结金属气体分布环

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