JP2010123994A - 基板を露光するための放射エネルギーの線光源を有する装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の装置は、レーザダイオードアレイのような放射エネルギーの少なくとも1つの線光源(12)を含む。この装置はまた、線光源から放射エネルギーを受け取り、かつ、基板上に比較的均一な線像を形成するようにこのようなエネルギーを指向させるように位置付けられたアナモルフィック光学リレー(22)を含む。この装置はまた、アナモルフィック光学リレーの焦点面に位置付けられた少なくとも1つのデリミッタアパーチャと、その後にある結像リレーとを含み、これにより、基板は、回路間のスクライブ線に位置付けられた隣接するストリップ間の境界によって、ストリップ状に露光され得る。コントローラおよび他の素子を用いて、光源出力と、線像に対する基板の位置および速度とを制御し、これにより、所望量の均一なドーズが基板上で達成され得る。
【選択図】図1
Description
(1.発明の分野)
本発明は、基板および/または集積デバイスあるいはそこに形成された回路の処理に使用するための放射エネルギーを生成する装置および方法に関する。例えば、この装置および方法を用いて、放射エネルギーを供給し、集積デバイスまたは回路のソース、ドレインまたはゲート領域のドーパントをアニールおよび/または活性化し、集積デバイスまたは回路にケイ化物(シリサイド)領域を形成し、それに結合された金属配線の接触抵抗を低下させ、または化学反応を誘発し、基板への物質の形成または基板からの物質の除去のいずれかを行い得る。本発明の装置および方法はまた、放射エネルギーを生成し、パターン化し、そしてその選択的処理のために基板に向けるために使用され得る。
半導体基板のレーザ処理のための種々のデバイスが公知であり、集積回路製造産業で使用されている。レーザアニーリングは、好ましくは1回のサイクルでなされる。このサイクルは、1サイクル中でアニールすべき材料の温度をアニール温度まで上げ、そして元に戻すように行われる。パルス化レーザが使用される場合、チップ全体または回路全体をアニーリング温度まで上げるためにパルス当たりの十分なエネルギーが必要である。必要な領域のサイズは4平方センチメートル(4cm2)を超え、必要な線量は1ジュール/cm2を超え得るので、比較的大きな高価なレーザが必要となる。1つのパルスで比較的大きな領域にわたって良好な線量の均一性を達成することもまた難しい。なぜなら、狭いスペクトル範囲の大部分のレーザは、干渉の影響のために斑点のあるパターンを生成するからである。
本発明の目的は、基板を処理するための比較的強い放射エネルギーを生成する装置を提供することである。
(項目1) 放射エネルギーを用いて基板を処理する装置であって、該装置は、
放射エネルギーを生成する、複数のレーザダイオードを含む少なくとも1つの線光源と、
放射エネルギーの該線光源から該放射エネルギーを受け取るように位置付けられたアナモルフィック光学リレーであって、該アナモルフィック光学リレーは、該線光源の線像を該基板上に形成するように該放射エネルギーを指向させ、該線像に沿って各点が、1より多くのレーザダイオードから放射エネルギーを受け取るように構成されている、アナモルフィック光学リレーと
を含む、装置。
(項目2) 前記線光源は、少なくとも1つのレーザダイオードアレイバーを含む、項目1に記載の装置。
(項目3) 2つ以上の線光源は、該線光源の前記線像が重なるように、前記アナモルフィック光学リレーによって前記基板上に結像される、項目1に記載の装置。
(項目4) 前記アナモルフィック光学リレーは、前記線光源と前記線像との中心で焦点が合う、楕円形の断面の収束ミラーを含み、該収束ミラーは、該断面に垂直な方向に広がっている、項目1に記載の装置。
(項目5) 前記アナモルフィック光学リレーは、前記線光源と前記線像との間の中間に曲率の中心が位置する、円形の断面の収束ミラーを含み、該収束ミラーは、該断面に垂直な方向に広がっている、項目1に記載の装置。
(項目6) 前記装置は、第1の線光源および第2の線光源を含み、前記アナモルフィック光学リレーは、
第1の収束ミラーおよび第2の収束ミラーと、
該第1の収束ミラーおよび該第2の収束ミラーの反対側に位置し、かつ、前記線光源の長軸に垂直である第1の平面側壁ミラーおよび第2の平面側壁ミラーと
を含み、該第1の収束ミラー、該第2の収束ミラー、該第1の平面側壁ミラーおよび該第2の平面側壁ミラーは、該第1の線光源および該第2の線光源から放射エネルギーを受け取り、互いに近接した状態で前記基板上に前記線像を形成するように該放射エネルギーを指向する、項目1に記載の装置。
(項目7) 前記線像は重なる、項目6に記載の装置。
(項目8) 前記線像は、並行して位置し、かつ、5ミリメートル未満だけ離れている、項目6に記載の装置。
(項目9) 前記アナモルフィック光学リレーは、前記第1の線光源と前記第2の線光源とが前記基板から比較的離れた位置のそれぞれに位置付けられる第1の折りたたみ式ミラーおよび第2の折りたたみ式ミラーをさらに含む、項目6に記載の装置。
(項目10) 前記アナモルフィック光学リレーから放射エネルギーを受け取るように位置付けられたマスクと、
該マスクと前記基板との間に位置付けられ、該基板に該マスクを結像する結像リレーと
をさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目11) 前記装置は、第1の線光源および第2の線光源を含み、該装置は、
該第1の線光源および該第2の線光源から放射エネルギーを受け取るように位置付けられた第1のミラープリズムであって、該第1のミラープリズムは、該第1の線光源からの放射エネルギーを受け取りかつ反射する第1の反射面、および、該第2の線光源からの放射エネルギーを受け取りかつ反射する第2の反射面を有する、第1のミラープリズムと、
該第1のミラープリズムの該第1の反射面および該第2の反射面で反射した放射エネルギーを受け取り、かつ、該基板上に線像を形成するように該放射エネルギーを指向する、第2の収束ミラーと、
該第1のミラープリズムおよび該第2の収束ミラーの反対側、かつ、該線光源の長軸に垂直に位置する第3の平面側壁ミラーおよび第4の平面側壁ミラーであって、該第3の平面側壁ミラーと該第4の平面側壁ミラーとの間に規定された空間内に放射エネルギーを閉じ込める、第3の平面側壁ミラーおよび第4の平面側壁ミラーと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目12) 前記装置は、レーザダイオードアレイによって生成される光の所定の強度を示す第1のパラメータ信号と、前記基板上のアナモルフィック像を走査するために用いられる走査速度を示す第2のパラメータ信号と、該基板に所定ドーズの放射エネルギーを達するために該装置が行う走査回数を示す第3のパラメータ信号と、開始信号とを受け取るように結合されており、該装置は、
該第1、第2および第3のパラメータ信号と該開始信号とを受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該第1のパラメータ信号に基づいて強度制御信号を生成し、該第2および第3のパラメータ信号に基づいて走査制御信号を生成し、該開始信号に応答して該強度制御信号および該走査制御信号を生成する、コントローラと、
該コントローラから該強度制御信号を受け取るように結合された電源であって、該電源は、該強度制御信号に基づいて、前記線光源に供給される電流を生成し、該線光源は該電流に基づいて放射エネルギーを生成する、電源と、
該走査制御信号を受け取るように結合されたステージコントローラであって、該ステージコントローラは、該走査制御信号および該ステージコントローラに予め格納された所定の走査パターンデータに基づいて走査信号を生成する、ステージコントローラと、
該基板を支持し、該走査信号を受け取るように結合されたステージであって、該ステージは、該走査信号に基づいて、該線光源および前記アナモルフィック光学リレーに対して該基板を移動させる、ステージと
をさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目13) 前記ステージ上に位置し、前記線像を横切って走査した場合に検出信号を生成する放射エネルギー検出器と、
該検出信号を受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該検出信号を積分し、スケーリングして、該放射エネルギー検出器において受け取られる前記放射エネルギーのドーズを示す信号を生成し、該放射エネルギー検出器において受け取られた該放射エネルギーのドーズを示す該信号のレベルと、該コントローラに予め格納されている所定の放射エネルギーのドーズとを比較して、前記基板における該放射エネルギーのドーズが、該基板に付与されるべき該所定の放射エネルギーのドーズと同じであるか否かを判定する、コントローラと
をさらに備える、項目9に記載の装置。
(項目14) 前記装置は、レーザダイオードアレイによって生成される光の所定の強度を示す第1のパラメータ信号と、前記基板上の前記線像を走査するために用いられる走査速度を示す第2のパラメータ信号と、該基板に所定ドーズの放射エネルギーを達成するために該装置が行う走査回数を示す第3のパラメータ信号と、開始信号とを受け取るように結合されており、該装置は、
該第1、第2および第3のパラメータ信号と該開始信号とを受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該第1のパラメータ信号に基づいて強度制御信号を生成し、該第2および第3のパラメータ信号に基づいて走査制御信号を生成し、該開始信号に応答して該強度制御信号および該走査制御信号を生成する、コントローラと、
該コントローラから該強度制御信号を受け取るように結合された電源であって、該電源は、該強度制御信号に基づいて電流を生成し、該電流を前記線光源に供給するように結合されており、該線光源は、該線光源は該電流に基づいて放射エネルギーを生成する、電源と、
該走査制御信号を受け取るように結合されたステージコントローラであって、該ステージコントローラは、該走査制御信号および該ステージコントローラに予め格納された所定の走査パターンデータに基づいて、該基板上の該線像の該走査速度を示す走査信号を生成する、ステージコントローラと、
所定の固定位置に該基板を支持するステージと、
該線光源と前記アナモルフィック光学リレーとを固定の位置関係に支持するキャリッジと、
該走査制御信号を受け取るように結合されたポジショナであって、該ポジショナは、該走査制御信号および該ポジショナに予め格納された所定の走査パターンデータに基づいて、該基板に対して該キャリッジを移動させるように結合される、ポジショナと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目15) 前記ステージ上に位置し、前記線像を横切って走査した場合に検出信号を生成する放射エネルギー検出器と、
該検出信号を受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該検出信号を積分し、スケーリングして、該放射エネルギー検出器において受け取られる前記放射エネルギーのドーズを示す信号を生成し、該放射エネルギー検出器において受け取られた該放射エネルギーのドーズを示す該信号のレベルと、該コントローラに予め格納されている所定の放射エネルギーのドーズとを比較して、前記基板における該放射エネルギーのドーズが、該基板に付与されるべき該所定の放射エネルギーのドーズと同じであるか否かを判定する、コントローラと
をさらに備える、項目14に記載の装置。
(項目16) 前記装置は、レーザダイオードアレイによって生成される光の所定の強度を示す第1のパラメータ信号と、前記基板上のアナモルフィック像を走査するために用いられる走査速度を示す第2のパラメータ信号と、該基板に所定ドーズの放射エネルギーを達するために該装置が行う走査回数を示す第3のパラメータ信号と、開始信号とを受け取るように結合されており、該装置は、
該第1、第2および第3のパラメータ信号と該開始信号とを受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該第1のパラメータ信号に基づいて強度制御信号を生成し、該第2および第3のパラメータ信号に基づいて走査制御信号を生成し、該開始信号に応答して該強度制御信号および該走査制御信号を生成する、コントローラと、
該コントローラから該強度制御信号を受け取るように結合された電源であって、該電源は、該強度制御信号に基づいて電流を生成し、該電流を前記線光源に供給するように結合されており、該線光源は該電流に基づいて放射エネルギーを生成する、電源と、
該走査制御信号を受け取るように結合されたステージコントローラであって、該ステージコントローラは、該走査制御信号および該ステージコントローラに予め格納された所定の走査パターンデータに基づいて走査信号を生成する、ステージコントローラと、
該基板を支持し、該走査信号を受け取るように結合されたステージであって、該ステージは、該走査信号に基づいて、該線光源および前記アナモルフィック光学リレーに対して該基板を移動させる、ステージと
をさらに含む、項目1に記載の装置。
(項目17) 前記ステージ上に位置し、前記線像を横切って走査した場合に検出信号を生成する放射エネルギー検出器と、
該検出信号を受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該検出信号を積分し、スケーリングして、該放射エネルギー検出器において受け取られる前記放射エネルギーのドーズを示す信号を生成し、該放射エネルギー検出器において受け取られた該放射エネルギーのドーズを示す該信号のレベルと、該コントローラに予め格納されている所定の放射エネルギーのドーズとを比較して、前記基板における該放射エネルギーのドーズが、該基板に付与されるべき該所定の放射エネルギーのドーズと同じであるか否かを判定する、コントローラと
をさらに備える、項目16に記載の装置。
(項目18) 前記装置は、レーザダイオードアレイによって生成される光の所定の強度を示す第1のパラメータ信号と、前記基板上のアナモルフィック像を走査するために用いられる走査速度を示す第2のパラメータ信号と、該基板に所定ドーズの放射エネルギーを達成するために該装置が行う走査回数を示す第3のパラメータ信号と、開始信号とを受け取るように結合されており、該装置は、
該第1、第2および第3のパラメータ信号と該開始信号とを受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該第1のパラメータ信号に基づいて強度制御信号を生成し、該第2および第3のパラメータ信号に基づいて走査制御信号を生成し、該開始信号に応答して該強度制御信号および該走査制御信号を生成する、コントローラと、
該コントローラから該強度制御信号を受け取るように結合された電源であって、該電源は、該強度制御信号に基づいて電流を生成し、該電流を前記線光源に供給するように結合されており、該線光源は該電流に基づいて放射エネルギーを生成する、電源と、
所定の固定位置に該基板を支持するステージと、
該線光源と前記アナモルフィック光学リレーとを固定の位置関係に支持するキャリッジと、
該走査制御信号を受け取るように結合されたポジショナであって、該ポジショナは、該走査制御信号および該ポジショナに予め格納された所定の走査パターンデータに基づいて、該基板に対して該キャリッジを移動させるように結合される、ポジショナと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目19) 前記ステージ上に位置し、前記線像を横切って走査した場合に検出信号を生成する放射エネルギー検出器と、
該検出信号を受け取るように結合されたコントローラであって、該コントローラは、該検出信号を積分し、スケーリングして、該放射エネルギー検出器において受け取られる前記放射エネルギーのドーズを示す信号を生成し、該放射エネルギー検出器において受け取られた該放射エネルギーのドーズを示す該信号のレベルと、該コントローラに予め格納されている所定の放射エネルギーのドーズとを比較して、前記基板における該放射エネルギーのドーズが、該基板に付与されるべき該所定の放射エネルギーのドーズと同じであるか否かを判定する、コントローラと
をさらに備える、項目18に記載の装置。
(項目20) 前記基板に近接して位置付けられた加熱素子であって、該加熱素子は電流に基づいて該基板を加熱可能である、加熱素子と、
該基板に近接して位置付けられた温度センサであって、該温度センサは該基板の温度を感知し、かつ、該感知した温度を示す温度信号を生成する、温度センサと、
該温度センサからの該温度信号を受け取り、かつ、該電流を該加熱素子に供給するように結合された温度コントローラであって、該温度コントローラは、所定の目標温度データと該温度センサからの該温度信号とに基づいて、該加熱素子に供給される電流を生成する、温度コントローラと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目21) 所定の環境内に該基板を囲むチャンバであって、該チャンバは窓を有しており、前記放射エネルギーが該窓を通って前記収束ミラーから該チャンバ内へと進行し、該放射エネルギーによって該基板上に前記線像が形成される、チャンバをさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目22) 前記線光源と前記アナモルフィック光学リレーとを取り付けて、支持するシャーシをさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目23) 前記基板は半導体基板である、項目1に記載の装置。
(項目24) 前記アナモルフィック光学リレーの前記画像面に位置付けられ、前記基板上の前記線像の長さを調整する、少なくとも1つのデリミッタアパーチャをさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目25) 前記区切られた線像を前記基板上に結像する結像リレーをさらに備える、項目24に記載の装置。
(項目26) 前記アナモルフィック光学リレーの焦点面に位置付けられたマスクと、
該マスクを基板に結像する結像リレーと、
前記線像および該アナモルフィック光学リレーに対して該マスクおよび該基板を走査して、該マスクのパターンを該基板に移すステージと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目27) 前記アナモルフィック光学リレーの焦点面に位置付けられたマスクと、
前記線像に対して固定されて位置付けられた+1倍光学結像リレーと、
該マスクおよび前記基板を前記線光源および該結像リレーに対して走査するか、または、変化量を増大させつつ移動させ、該マスクのパターンを該基板に移す走査ユニットと
をさらに備える、項目1に記載の装置。
(項目28) a)複数のレーザダイオードを用いて放射エネルギーを生成するステップと、
b)該放射エネルギーを基板上にアナモルフィックに焦点を合わせ、1つより多いレーザダイオードからの放射エネルギーを各点で受け取る線像を形成するステップと
を包含する、方法。
(項目29) 前記複数のレーザダイオードのうち少なくともいくつかは、レーダダイオードアレイバーに含まれる、項目28に記載の方法。
(項目30) c)前記基板に対して前記線像を走査させ、該基板を熱的に処理するステップをさらに包含する、項目28に記載の方法。
(項目31) 基板を熱的に処理する方法であって、該方法は、
a)2つ以上のレーザダイオードアレイの画像を基板上に重ねることによって、放射エネルギーの線光源を生成するステップを包含する、方法。
(項目32) a)レーザダイオードアレイを用いて放射エネルギーを生成するステップと、
b)固定長の線像を形成するために、フィールドデリミッタに前記放射エネルギーをアナモルフィックに焦点を合わせるステップと、
c)該線像を基板上に再結像するステップと
を包含する、方法。
(項目33) d)前記基板に対して前記線像を走査させ、該基板を熱的に処理するステップをさらに包含する、項目32に記載の方法。
(項目34) a)レーザダイオードアレイを用いて放射エネルギーを生成するステップと、
b)マスクに焦点が合わされた線像に該放射エネルギーをアナモルフィックに焦点を合わせるステップと、
c)結像リレーを用いて基板に該マスクを結像させるステップと
を包含し、該線像に対して該マスクと該基板とを同時に走査し、該マスクによって決定されるパターンで該基板を熱的に処理する、方法。
本明細書中で使用される場合、以下の用語は以下の意味を有する。
図1において、本発明に従う装置10の第1の実施形態が示される。装置10は、基板16を処理するために使用される比較的強い放射エネルギー14を生成する線源12を含む。線源12は1つ以上のレーザダイオードアレイを含み、それぞれは、その線状放射面20に沿って規則的に間隔を空けて位置決めされた複数のレーザダイオード18を有している。レーザダイオード18は比較的間隔が詰まっており、レーザダイオードアレイの軸を規定する線方向に沿った間隔で位置決めされる。線源12は、約350〜950nmの波長で放射エネルギー14を生成し得る。このような波長範囲は、このような基板がシリコンで構成され、集積デバイスまたは回路の機構が厚さが数十nmのソース/ドレイン領域とともに1ミクロン未満のオーダーである場合に、基板16の処理に特に効果的である。しかし、本発明の装置は、上記の波長範囲内のみで放射エネルギーを生成する線源12、または集積デバイス機構に限定されない。現在では、市販のレーザダイオードアレイバーは、380nm(GaN青色ダイオード)〜931nmの範囲の波長で放射エネルギーを放射するユニットを含む。市場で市販されているレーザダイオードアレイの波長および型は迅速に広がっている。この傾向は続くようであり、上記の波長範囲内および波長範囲外の両方での多くのさらなるアレイが将来製造業者から市販されるようになることが期待される。多くのこのような将来のレーザダイオードアレイは、本発明の装置の実施に有用であり得る。いくつかの市販のレーザダイオードアレイバーは、1cmの長さのバーにおいて50〜100ワットの出力(これは比較的強い)で、放射エネルギー14を生成し得る。典型的な構成においては、レーザダイオードアレイバーは放射面20の最も大きい寸法に沿って約1cmであり、この寸法に沿って1cmにつき、または1バーユニットにつき24等分に間隔が開けられたレーザダイオードを含む。複数のこのようなバーユニットは互いに接続され、その結果線源12の放射面20は、基板の所定の線状領域を照射するに十分な所定の長さにまで容易に広がり得る。各レーザダイオード18の放射領域は、100ミクロンにつき約1ミクロンである。レーザダイオード18は、典型的には、レーザダイオードが配置されるアレイ軸を含む面内で10°のダイバージェントの放射エネルギーを放射し、レーザダイオードアレイの軸に直交する面内で30°のダイバージェントの放射エネルギーを放射する。適切なレーザダイオードアレイバーは、多くの供給業者(SDL、80 Rose Orchard Way,San Jose、California 95134−1365(例えば、SDL3400シリーズは、1cm長で40ワットの出力が可能なリニアアレイを含む),Star Technologies,Inc.of Pleasanton,California,Spire,Inc.of One Patriots Park,Bedford、Massachusetts 01730−2396,Siemens Microelectronics,Inc.,Optoelectronics Division of Cupertino,California(Model SPL BG81),Spectra Diode Labs,and Thompson CFS of 7 Rue du Bois Chaland, CE2901 Lisses,91029 Evry Cedex,France,IMC,20 Point West Boulevard,St.Charles,Missouri 63301を含む)から市販されている。レーザダイオード18によって生成される熱は相当なものであるので、これらのレーザダイオードアレイバーは、典型的には、使用時のオーバーヒートを防止するようにビルトインタイプの水冷ユニットである。
光学的特長として、装置10は、温度コントローラ122、加熱素子124、温度センサ126を備える。これらの素子は、放射エネルギーを基板に印加する前に基板の温度を上昇させるために使用され得、この放射エネルギーの印加の結果生じる、基板上に集積されたデバイスまたは基板上に形成された回路素子への熱衝撃を低減させる。ユーザは、基板16が加熱される所定の温度を示すパラメータ信号を生成するように入力ユニット28を操作し得る。コントローラ26を、この温度パラメータ信号を受信するように結合させる。このような温度パラメータ信号に基づいて、コントローラ26は、所定の温度を示すターゲット温度信号を生成する。コントローラ26は温度信号を温度コントローラ122に供給するように結合され、温度信号に基づいて制御された電流を生成する。温度コントローラ122は、電流を加熱素子124(例えば、抵抗性コイルであり得る)に供給するように接続される。温度センサ126は、基板16に比較的近接して配置される。温度センサ126は、実際の温度信号を生成し、このような信号を温度コントローラ122に供給するように接続される。ターゲット温度信号および実際の温度信号に基づいて、温度コントローラ122は、フィードバック方式で電流信号を生成し、所定の温度に基板16を加熱および維持する。
装置10は、複数の可能な動作モードを有する。ブランケットモードの動作では、放射エネルギーの比較的長く、狭く、かつ、均一な線像が、基板の幅全体にわたり、基板の一端から他端まで走査し、基板の全点を加熱する。これにより、装置が行う走査ステップは簡略化されるが、十分な放射エネルギー強度で大きな基板にわたるようにするためには、複数のレーザダイオードアレイが必要となる。基板全体にわたって走査を複数回行うことと組み合わせれば、より短い線像を用いることも可能である。これには、隣接する走査はいずれも端をぴったりと合わせる必要がある。厳密さを必要としないアプリケーションの場合には、隣接する走査間における重なりがあっても許される場合がある。しかしながら、画像の配置に比較的厳密さを必要とするアプリケーションの場合には、素子57のような調節可能なアパーチャをアナモルフィックリレーの画像面に配置して、アナモルフィック画像の長さを設定し得、ユニット60のような結像リレーを用いて、放射エネルギーのこのようにして区切られた像を基板上に再結像させることができる。これにより、ぴったりと合わさった領域を回路間の厳密でないスクライブ線内に位置付けることができる。さらに、アナモルフィック光学リレーは、基板上の1つのチップまたはチップ群の幅にわたるに十分な大きさの長さとなるように線像を形成するよう構築され得る。この特徴により、基板上に線像が広がり、チップ全体または同時にいくつかのチップを処理する能力が提供される。
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- 本明細書に記載の装置。
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