JP2009231372A - Pattern formation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パターン形成方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method.
半導体装置の微細化、高集積化に対応して、下層配線と上層配線とをビアコンタクトにより接続する多層配線のパターンを正確かつ容易に形成できるパターン形成方法が求められている。 Corresponding to miniaturization and high integration of semiconductor devices, there is a need for a pattern forming method capable of accurately and easily forming a multilayer wiring pattern that connects lower layer wiring and upper layer wiring by via contact.
従来、下層配線上に形成された層間絶縁膜にビアコンタクト用のホールを形成し、ホールが形成された層間絶縁膜上に、上層配線を埋め込むための配線溝を形成するためのレジスト膜を塗布したときに、ホールが密に配置されたところのレジスト膜厚が薄くなり、ホールが疎に配置されたところのレジスト膜厚が厚くなるという問題がある。 Conventionally, a hole for via contact is formed in the interlayer insulating film formed on the lower layer wiring, and a resist film for forming a wiring groove for embedding the upper layer wiring is applied on the interlayer insulating film in which the hole is formed. In this case, there is a problem that the resist film thickness is reduced when the holes are densely arranged, and the resist film thickness is increased when the holes are sparsely arranged.
そのため、レジスト膜厚が薄いところでは下層配線にダメージを与え、レジスト膜厚が厚いところではホールの周囲にフェンス状の堆積物(クラウンフェンス)が生じることがあり、上層配線とビアコンタクトとの間の抵抗が増加し、多層配線の信頼性が低下するという問題がある。 Therefore, when the resist film thickness is thin, the lower layer wiring may be damaged, and when the resist film thickness is thick, a fence-like deposit (crown fence) may be generated around the hole, and between the upper layer wiring and the via contact. There is a problem in that the resistance of the multi-layer wiring decreases and the reliability of the multilayer wiring decreases.
これに対して、ホールの周囲にクラウンフェンスが生じないように配線溝を形成し、且つホールおよび配線溝を形成する工程のエッチングによるダメージから下層配線を保護する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, a method is known in which a wiring groove is formed so that a crown fence does not occur around the hole, and a lower layer wiring is protected from damage caused by etching in a process of forming the hole and the wiring groove (for example, (See Patent Document 1).
特許文献1に開示された多層配線の形成方法は、半導体基板上の第1の層間絶縁膜に下層配線をパターニングした後、エッチング停止層、第2の層間絶縁膜及び反射防止膜を順次堆積する。
次に、第2の層間絶縁膜に孔部及び配線溝を順次パターニングする。このとき、下層配線が露出しないようにエッチング条件を設定してエッチング停止層に凹部を形成する。次に、孔部の下側に位置するエッチング停止層を除去し、続いて下層配線を露出した後にビアコンタクト及び上層配線を形成している。
In the method of forming a multilayer wiring disclosed in
Next, holes and wiring grooves are sequentially patterned in the second interlayer insulating film. At this time, an etching condition is set so that the lower layer wiring is not exposed, and a recess is formed in the etching stop layer. Next, the etching stopper layer located below the hole is removed, and then the lower layer wiring is exposed, and then the via contact and the upper layer wiring are formed.
然しながら、特許文献1に開示された多層配線の形成方法は、複数の多層配線が疎密に配置されている場合については、何ら開示していない。
疎密に配置された複数のパターンを正確に形成できるパターン形成方法を提供する。 Provided is a pattern forming method capable of accurately forming a plurality of densely arranged patterns.
本発明の一態様のパターン形成方法は、基板上に第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜上に疎密に配置された複数の第1開口パターンを有する第1マスク材を形成し、前記第1マスク材を用いて前記第1絶縁膜をエッチングして前記複数の第1開口パターンを転写する工程と、前記第1マスク材を除去し、前記複数の第1開口パターンの上面を塞いで前記第1絶縁膜上に、前記第1絶縁膜と異なる材質の第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜上に、前記複数の第1開口パターンと対向する複数の第2開口パターンを有する第2マスク材を形成し、前記第2マスク材を用いて前記第2絶縁膜をエッチングし、前記第2マスク材を用いて前記第1絶縁膜を予め定められた深さまでエッチングする工程と、を具備することを特徴としている。 In the pattern forming method of one embodiment of the present invention, a first insulating film is formed on a substrate, and a first mask material having a plurality of first opening patterns arranged densely on the first insulating film is formed. Etching the first insulating film using the first mask material to transfer the plurality of first opening patterns; removing the first mask material; and covering upper surfaces of the plurality of first opening patterns. And forming a second insulating film made of a material different from that of the first insulating film on the first insulating film, and a plurality of second facing the plurality of first opening patterns on the second insulating film. A second mask material having an opening pattern is formed, the second insulating film is etched using the second mask material, and the first insulating film is etched to a predetermined depth using the second mask material. And a step of performing
疎密に配置された複数のパターンを正確に形成できるパターン形成方法が得られる。 A pattern forming method capable of accurately forming a plurality of densely arranged patterns is obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係るパターン形成方法について、図1乃至図4を用いて説明する。図1はパターン形成方法を用いた半導体装置の多層配線を示す図で、図1(a)はその断面図、図1(b)はその要部を示す斜視図、図2乃至図4はパターン形成工程を順に示す断面図である。
A pattern forming method according to
図1に示すように、本実施例のパターン形成方法を用いた半導体装置の多層配線10は、半導体基板(図示せず)と、半導体基板上に形成された絶縁膜11と、絶縁膜11に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれた第1配線12と、絶縁膜11および第1配線12の上面に形成された絶縁膜13とを有する基板14を具備している。
更に、基板14上に形成された第1絶縁膜15と、第1絶縁膜15の下側の第1配線12と対向する位置に形成されたビアコンタクト16と、第1絶縁膜15の上側のビアコンタクト16と対向する位置に形成された配線溝(図示せず)に埋め込まれ、ビアコンタクト16を介して第1配線12に接続された第2配線17と、第1絶縁膜15および第2配線17上に形成された保護膜18とを具備している。
As shown in FIG. 1, a
Furthermore, the first
ビアコンタクト16の内、ビアコンタクト16a、16b、16cは、第1ピッチL1で配置されており、ビアコンタクト16dはビアコンタクト16cから第1ピッチL1より大きい第2ピッチL2で配置されている。
同様に、第2配線17の内、第2配線17a、17b、17cは、第1ピッチL1で配置されており、第2配線17dは第2配線17cから第1ピッチL1より大きい第2ピッチL2で配置されている。
Of the
Similarly, of the
即ち、ビアコンタクト16a、16b、16c、および第2配線17a、17b、17cは密に配置されている。ビアコンタクト16d、および第2配線17dは疎に配置されている。
第1ピッチL1はサブミクロンオーダ、第2ピッチL2はミクロンオーダであり、第1ピッチL1と第2ピッチL2の比は、例えば1:3程度である。
That is, the via contacts 16a, 16b, 16c and the second wirings 17a, 17b, 17c are densely arranged. The via contact 16d and the
The first pitch L1 is in the submicron order, the second pitch L2 is in the micron order, and the ratio between the first pitch L1 and the second pitch L2 is, for example, about 1: 3.
図2乃至図4は多層配線10のビアコンタクト16となるホールパターンと、第2配線17となるトレンチ(配線溝)パターンを形成するパターン形成工程を順に示す断面図である。
2 to 4 are cross-sectional views sequentially showing a pattern forming process for forming a hole pattern to be the
始めに、図2(a)に示すように、半導体基板(図示せず)と、半導体基板上に形成された絶縁膜11と、絶縁膜11に形成され、疎密に配置されたトレンチ(図示せず)に埋め込まれた第1配線12と、絶縁膜11および第1配線12の上面に形成された絶縁膜13とを有する基板14を形成する。
First, as shown in FIG. 2 (a), a semiconductor substrate (not shown), an
具体的には、半導体基板(図示せず)に絶縁膜11として、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりシリコン酸化膜を形成し、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法により絶縁膜11に疎密に配置されたトレンチ(図示せず)を形成し、例えば電解メッキ法により絶縁膜11上に導電材(銅)を堆積し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により絶縁膜11表面が露出するまで導電材を除去し、トレンチに導電材が埋め込まれた第1配線12を形成し、絶縁膜11および第1配線12の上面に絶縁膜13として、例えばプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を形成する。
Specifically, a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate (not shown) as the
次に、基板14上に、例えばCVD法により第1絶縁膜15となる厚さ1μm程度のシリコン酸化膜を形成する。
次に、シリコン酸化膜上に、スピンコート法によりレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、疎密に配置された第1配線12と対向する位置に複数の第1開口パターン31a、31b、31c、31dを有する第1マスク材31を形成する。
Next, a silicon oxide film having a thickness of about 1 μm and serving as the first
Next, a resist film is applied on the silicon oxide film by a spin coating method and patterned by a photolithography method, and a plurality of
次に、図2(b)に示すように、基板14を反応容器(図示せず)内に収納し、第1マスク材31を用いて、プロセスガスとしてCH2F2、C4F8、Ar、O2を含む混合ガスを用いたプラズマ処理を施し、シリコン酸化膜をエッチングする。
これにより、疎密に配置された複数の第1開口パターン15a、15b、15c、15dが転写された第1絶縁膜15が得られる。
Next, as shown in FIG. 2B, the
Thereby, the first
次に、図2(c)に示すように、基板14を反応容器(図示せず)内に収納したまま、プロセスガスをO2ガスに切替えてプラズマ処理(アッシング)を施し、第1マスク材31を除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, while the
次に、図3(a)に示すように、基板14を反応容器(図示せず)内に収納したまま、プロセスガスをCH2F2、C4F8を含む混合ガスに切替えてプラズマ処理を施し、厚さ50〜100nm程度のCF系堆積物を形成する。
尚、プロセスガスとして、Arはエッチングのアシスト作用をもたらすので、基本的には不要であるが、少量であればArを含んでいても構わない。
これにより、疎密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞いで第1絶縁膜15上に、第1絶縁膜15と異なる材質の第2絶縁膜32が形成される。
Next, as shown in FIG. 3A, plasma processing is performed by switching the process gas to a mixed gas containing CH 2 F 2 and C 4 F 8 while the
As a process gas, Ar provides an assisting action for etching and is basically unnecessary. However, Ar may be contained if the amount is small.
Accordingly, the second
CF系堆積物は、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞いでいればよいので、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの内側に付着したCF系堆積物に空洞32aがあっても構わない。
Since the CF-based deposit only needs to block the upper surfaces of the
次に、図3(b)に示すように、第2絶縁膜32上にスピンコート法によりレジストを塗布し、ベーキングして厚さ300nm程度のレジスト膜33を形成する。
このとき、疎密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面が第2絶縁膜32で塞がれているので、下地のパターンの疎密の情報がマスクされ、下地のパターンの疎密に影響されずに、均一な厚さのレジスト膜33を形成することが可能である。
Next, as shown in FIG. 3B, a resist is applied on the second
At this time, since the upper surfaces of the
次に、均一な厚さに形成されたレジスト膜33上にスピンコート法により有機シリコンを塗布し、ベーキングしてシリコン酸化膜34を形成する。
次に、シリコン酸化膜34上にスピンコート法によりレジストを塗布し、ベーキングしてレジスト膜35を形成する。
Next, organic silicon is applied on the
Next, a resist is applied on the
次に、レジスト膜35を、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、第1開口パターン15a、15b、15c、15dと対向する位置に複数の第2開口パターン35a、35b、35c、35dを形成する。
Next, the resist
次に、図3(c)に示すように、第2開口パターン35a、35b、35c、35dを有するレジスト膜35をマスクとして、例えばプロセスガスとしてCHF3、C4F8、Ar、O2を含む混合ガスを用いたプラズマ処理を施し、シリコン酸化膜34およびレジスト膜33をエッチングし、第2絶縁膜32を露出させる。
これにより、疎密に配置された第2開口パターン36a、36b、36c、36dを有する第2マスク材36が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, using the resist
Thereby, the
次に、図4(a)に示すように、第2マスク材36を用いて、例えばプロセスガスとしてC4F8、Ar、O2を含む混合ガスを用いたプラズマ処理を施し、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞ぐ第2絶縁膜32をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 4A, plasma treatment using a mixed gas containing, for example, C 4 F 8 , Ar, and O 2 as a process gas is performed using the
次に、図4(b)に示すように、第2マスク材36を用いて、例えばプロセスガスとしてCH2F2、C4F8、Ar、O2を含む混合ガスによるプラズマ処理を施し、第1絶縁膜15を予め定められた深さL3(第2配線17の厚さに相当)までエッチングし、第2開口パターン15e、15f、15g、15hを形成する。
同時に、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの内側に付着した第2絶縁膜32も深さL3までエッチングされる。
Next, as shown in FIG. 4B, using the
At the same time, the second insulating
次に、図4(c)に示すように、例えばプロセスガスとしてO2ガスによりプラズマ処理(アッシング)を施し、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの内側に付着している第2絶縁膜32をエッチングして、絶縁膜13を露出させる。
同時に、例えばプロセスガスとしてO2ガスによりプラズマ処理(アッシング)を施し、レジスト膜33の残部およびレジスト膜33の下に残置されている第2絶縁膜32をエッチングする。
絶縁膜13は、エッチングのストッパーとして、エッチングによるダメージが第1配線12に及ばないようにしている。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, plasma treatment (ashing) is performed with O 2 gas as a process gas, and the second insulation adhered inside the
At the same time, for example, plasma processing (ashing) is performed using O 2 gas as a process gas, and the remaining portion of the resist
The insulating
これにより、下側にホールパターンである第1開口パターン15a、15b、15c、15dと、上側にトレンチパターンである第2開口パターン15e、15f、15g、15hを有する第1絶縁膜15が形成される。
Thus, the first insulating
次に、RIE法により、絶縁膜13をエッチングし、第1配線12を露出させた後、第1開口パターン15a、15b、15c、15d、および第2開口パターン15e、15f、15g、15h内に導電材、例えば銅を埋め込む。これにより、ビアコンタクト16および第2配線17が形成される。
Next, the insulating
図5は本実施例のパターン形状を比較例と対比して示す図で、図5(a)が本実施例のパターン形状を示す図、図5(b)が比較例のパターン形状を示す図である。図6は比較例の製造工程の要部を順に示す断面図である。 FIG. 5 is a diagram showing the pattern shape of the present example in comparison with the comparative example, FIG. 5A is a diagram showing the pattern shape of the present example, and FIG. 5B is a diagram showing the pattern shape of the comparative example. It is. FIG. 6 is a cross-sectional view sequentially showing the main part of the manufacturing process of the comparative example.
ここで、比較例は、疎密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞いで第1絶縁膜15上に第2絶縁膜32を形成する工程を有しない場合を示している。始めに、比較例の製造工程について説明する。
Here, the comparative example shows a case where there is no step of forming the second insulating
図6(a)に示すように、比較例では、疎密に配置された複数の第1開口パターン15a、15b、15c、15dを有する第1絶縁膜15上に、スピンコート法によりレジストを塗布したときに、疎密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞いで第1絶縁膜15上に形成された第2絶縁膜32を有していない。
As shown in FIG. 6A, in the comparative example, a resist is applied by spin coating on the first insulating
このため、下地のパターンの疎密の情報がマスクされず、密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c上のレジスト膜厚が薄くなり、疎に配置された第1開口パターン15d上のレジスト膜厚が厚くなる。その結果、膜厚の不均一なレジスト膜61が形成されてしまう。
レジスト膜厚の不均一性は、塗布するレジストの粘性、スピンコート回転数に依存するが、供給されたレジストが第1開口パターン15a、15b、15c、15dの内側に吸収されることにより生じるものである。
For this reason, the information on the density of the underlying pattern is not masked, and the resist film thickness on the densely arranged
The non-uniformity of the resist film thickness depends on the viscosity of the resist to be applied and the spin coating rotation speed, but is caused by the supplied resist being absorbed inside the
次に、不均一な厚さに形成されたレジスト膜61上に、シリコン酸化膜62を形成し、シリコン酸化膜62上にレジスト膜63を形成する。
次に、レジスト膜63を、フォトリソグラフィ法によりパターニングして、第1開口パターン15a、15b、15c、15dと対向する位置に複数の第2開口パターン63a、63b、63c、63dを形成する。
Next, a
Next, the resist
次に、図6(b)に示すように、第2開口パターン63a、63b、63c、63dを有するレジスト膜63をマスクとして、例えばプロセスガスとしてCHF3、C4F8、Ar、O2を含む混合ガスを用いたプラズマ処理を施し、シリコン酸化膜62およびレジスト膜61をエッチングする。
これにより、疎密に配置された第2開口パターン63a、63b、63c、63dを有する第2マスク材64が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, using the resist
Thereby, the
このとき、エッチングのストッパーとなる第2絶縁膜32が存在しないので、レジスト膜63が消失し、レジスト膜61の膜厚不均一性を反映して第1絶縁膜15の第1開口パターン15a、15b、15c、15d内に充填されたレジスト61の上部もエッチングされてしまう。
これにより、密に配置された第1開口パターン15a、15b、15cのレジスト膜61aが薄く、疎に配置された第1開口パターン15dのレジスト膜61bが厚く、不均一になる。
At this time, since the second insulating
Thereby, the resist
次に、図6(c)に示すように、第2マスク材64を用いて、例えばプロセスガスとしてCH2F2、C4F8、Ar、CO、O2を含む混合ガスによるプラズマ処理を施し、第1絶縁膜15を深さL3までエッチングし、第2開口パターン15e、15f、15g、15hを形成する。
同時に、第1開口パターン15a、15b、15c、15dに充填されたレジスト61a、61bもエッチングされる。
Next, as shown in FIG. 6C, plasma processing using a mixed gas containing, for example, CH 2 F 2 , C 4 F 8 , Ar, CO, and O 2 as process gases is performed using the
At the same time, the resists 61a and 61b filled in the
このとき、第1絶縁膜15のエッチング速度は、その選択性の違いによりレジスト膜61のエッチング速度より大きくなるので、第1絶縁膜15のエッチング量はレジスト膜61のエッチング量より大きくなる。
その結果、疎に配置された第2開口パターン15hでは、エッチング開始時の第1絶縁膜15とレジスト膜61bとの膜厚差L4が少ないので、レジスト膜61bの厚さが第1絶縁膜15の厚さより大きくなる。
レジスト膜61の厚さが第1絶縁膜15の厚さより大きくなると、エッチング生成物が第1開口パターン15hの内部に堆積し、フェンス状の堆積物65が生成される。
At this time, the etching rate of the first insulating
As a result, in the sparsely arranged
When the thickness of the resist
また、密に配置された第2開口パターン15e、15f、15gでは、エッチング開始時の第1絶縁膜15とレジスト膜61との膜厚差L5が大きいので、レジスト膜61aが消失し、絶縁膜13がエッチングされ、第1配線12にダメージを及ぼす恐れがある。
Further, in the densely arranged
従って、図5(b)に示すように、比較例では、疎に配置された第1開口パターン15dの周りに、不要なフェンス状の堆積物65が発生したパターン形状が得られる。
Therefore, as shown in FIG. 5B, in the comparative example, a pattern shape in which unnecessary fence-
一方、図5(a)に示すように、本実施例では、第1開口パターン15a、15b、15c、15d内に付着した第2絶縁膜32の厚さが揃っているので、フェンス状の堆積物65のない正確なパターン形状が得られる。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, in this embodiment, since the thickness of the second insulating
更に、絶縁膜13がエッチングされて、第1配線12にダメージを及ぼさないように、第1開口パターン15a、15b、15c、15dの底部に残置したい第2絶縁膜32を確保することができる。
Furthermore, the second insulating
以上説明したように、本実施例のパターン形成方法は、疎密に配置された第1開口パターン15a、15b、15c、15dの上面を塞いで第1絶縁膜15上に第2絶縁膜32を形成する工程を具備している。
As described above, in the pattern forming method of the present embodiment, the second insulating
その結果、下地のパターンの情報が、第2絶縁膜32でマスクされるので、下地のパターンの疎密に影響されることなく、第2絶縁膜32上に均一な厚さのレジスト膜33を形成することができる。
従って、疎密に配置された複数のパターンを正確に形成できるパターン形成方法が得られる。
As a result, since the information on the underlying pattern is masked by the second insulating
Accordingly, it is possible to obtain a pattern forming method capable of accurately forming a plurality of densely arranged patterns.
ここでは、疎密に配置された第1開口パターンがホールパターン、第2開口パターンがトレンチパターンである場合について説明したが、その他のパターンであっても構わない。 Here, a case has been described in which the densely arranged first opening patterns are hole patterns and the second opening patterns are trench patterns, but other patterns may be used.
第1絶縁膜15のエッチングと、第1マスク材31の除去と、第2絶縁膜32の形成とを、プロセスガス調整して、同一反応容器内でプラズマ処理により行う場合について説明したが、それぞれ個別に行っても構わない。
Although the case where the etching of the first insulating
第1配線12と第2配線17とが、第1開口パターンに銅を埋め込んだビアコンタクト16を介して接続されている場合について説明したが、第1開口パターンの内面に銅膜が形成されたスルーホールを介して接続することも可能である。
Although the case where the
10 多層配線
11 絶縁膜
12 第1配線
13 絶縁膜
14 基板
15 第1絶縁膜
15a〜15d、31a〜31d 第1開口パターン
15e〜15h、35a〜35d、36a〜36d、63a〜63d 第2開口パターン
16 ビアコンタクト
17 第2配線
18 保護膜
31 第1マスク材
32 第2絶縁膜
32a 空洞
33、35、61、63 レジスト膜
34、62 シリコン酸化膜
36、64 第2マスク材
65 フェンス状堆積物
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1マスク材を除去し、前記複数の第1開口パターンの上面を塞いで前記第1絶縁膜上に、前記第1絶縁膜と異なる材質の第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に、前記複数の第1開口パターンと対向する複数の第2開口パターンを有する第2マスク材を形成し、前記第2マスク材を用いて前記第2絶縁膜をエッチングし、前記第2マスク材を用いて前記第1絶縁膜を予め定められた深さまでエッチングする工程と、
を具備することを特徴とするパターン形成方法。 A first insulating film is formed on the substrate, a first mask material having a plurality of first opening patterns arranged densely on the first insulating film is formed, and the first mask material is used to form the first mask material. Etching the insulating film to transfer the plurality of first opening patterns;
Removing the first mask material, closing upper surfaces of the plurality of first opening patterns, and forming a second insulating film made of a material different from the first insulating film on the first insulating film;
A second mask material having a plurality of second opening patterns facing the plurality of first opening patterns is formed on the second insulating film, and the second insulating film is etched using the second mask material. Etching the first insulating film to a predetermined depth using the second mask material;
The pattern formation method characterized by comprising.
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Cited By (1)
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CN107863308A (en) * | 2016-09-21 | 2018-03-30 | 格芯公司 | The device and method of autoregistration otch are formed in the mandrel of the array of metal wire and non-mandrel line |
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2008
- 2008-03-19 JP JP2008072115A patent/JP2009231372A/en active Pending
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