JP2011091104A - インプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法 - Google Patents

インプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】モールドのパターン面に形成された凹凸部に残留した紫外線硬化樹脂を短時間で検査可能なインプリント装置を提供する。
【解決手段】モールド5に形成されたパターン10を基板8に塗布された樹脂11に押印し、基板8にパターン10の層を形成するインプリント装置1であって、樹脂11は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂に、紫外線を受光すると蛍光、若しくは燐光する発光物質15を混合したものであり、発光物質から発する光を検知する発光検知手段16を備え、該発光検知手段16は、基板8上の発光物質15が混合された紫外線硬化樹脂からモールド5を離型した後、モールド5におけるパターン10の凹凸部に残留した残留樹脂22から発する光を検知する。
【選択図】図1

Description

本発明は、インプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法に関するものである。
光インプリント技術とは、電子ビーム露光等によって、微細な凹凸パターンの型を形成したモールド(型材)を、紫外線硬化樹脂を塗布した基板に押印し、紫外線を照射することによって、紫外線硬化樹脂上に凹凸パターンの型を写し取るものである。例えば、この光硬化法のインプリント技術を採用し、被処理基板であるウエハ上に凹凸パターンを形成するインプリント装置では、通常、紫外線硬化樹脂に像を形成した後、エッチング処理を施すことで、ウエハに微細加工を行う。しかしながら、その後、モールドをウエハから離型したとき、モールドの凹凸部に紫外線硬化樹脂が残留する場合がある。この場合、紫外線硬化樹脂が残留している箇所は、次の押印動作の際に、凹凸パターンの型をウエハ上へ正確に写すことができず、結果的に、その工程で作られたデバイスは、不良品となる。
そこで、近年、モールドの凹凸部に残留した紫外線硬化樹脂を検出するための様々なモールド検査装置が提案されている。例えば、特許文献1は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いてモールドに付着した樹脂残渣を検出するモールド検査方法を開示している。また、特許文献2は、モールド表面が離型作用を受けるに十分な量の離型剤で被覆されているか否かを迅速、かつ、簡便に知る方法として、離型剤に標識となる物質を付着させるモールドの離型処理方法を開示している。更に、特許文献3は、樹脂の中に応力発光材料を含有させ、離型時の応力変化によって発生する光を検出し、離型開始点と離型開始タイミングを検出して、離型動作を制御するインプリント装置を開示している。
特開2008−194838号公報 特開2007−296823号公報 特開2007−081048号公報
しかしながら、特許文献1に示すモールド検査方法では、原子間力顕微鏡の深針が非常に小さい(深針直径は、およそ20nm以下)ため、モールドの全面を検査するには時間がかかる。また、特許文献2に示す離型処理方法では、モールドの表面の離型剤を検知することが可能だが、モールドに残留した紫外線硬化樹脂を検知することは難しい。更に、特許文献3に示すインプリント装置では、樹脂に含有した応力発光材料から樹脂の応力を検知する事が可能だが、モールドに残留した紫外線硬化樹脂を検知することは難しい。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、モールドのパターン面に形成された凹凸部に残留した紫外線硬化樹脂を短時間で検査可能なインプリント装置、及びそれを用いた物品の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、モールドに形成されたパターンを基板に塗布された樹脂に押印し、基板にパターンの層を形成するインプリント装置であって、樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂に、紫外線を受光すると蛍光、若しくは燐光する発光物質を混合したものであり、発光物質から発する光を検知する発光検知手段を備え、該発光検知手段は、基板上の発光物質が混合された紫外線硬化樹脂からモールドを離型した後、モールドにおけるパターンの凹凸部に残留した残留樹脂から発する光を検知することを特徴とする。
本発明によれば、紫外線硬化樹脂に発光物質を混合させ、発光検知手段により発光物質から発する光を検知するので、モールドの凹凸部に残留樹脂が存在するかどうか、短時間でモールドを検査することが可能である。
本発明の第1実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。 モールド検査処理後の装置動作を示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。 本発明の第3実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明のインプリント装置の構成について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。本実施形態におけるインプリント装置は、半導体デバイス製造工程に使用される、被処理基板であるウエハ上(基板上)に対してモールドの凹凸パターンを転写する加工装置であり、インプリント(ナノインプリント)技術の中でも光硬化法を採用した装置である。なお、本実施形態におけるモールド検査は、インプリント処理後に実施するため、図1は、インプリント処理後の状態を示す。また、以下の図において、モールドに対する紫外線の照射軸に平行にZ軸を取り、該Z軸に垂直な平面内で、後述のディスペンサ14に対してウエハステージが移動する方向にX軸を取り、該X軸に直交する方向にY軸を取って説明する。インプリント装置1は、まず、光源2と、照明系ユニット3と、ハーフミラー4と、モールド5と、モールドステージ6と、モールドステージ駆動部7と、ウエハ8と、ウエハステージ9とを備える。
光源2及び照明系ユニット3は、インプリント処理の際に、モールド5に対して紫外線を照射する照明光学系である。照明系ユニット3は、光源2から射出された紫外線をインプリントに適切な光に調整するための複数の光学素子から構成される。ここで、本実施形態のインプリント装置1では、後述するが、モールド5の紫外線照射面の上方に撮像素子16を設置する。したがって、光源2及び照明系ユニット3は、モールド5の紫外線照射面の上方側面に配置され、水平方向(X軸方向)に向かって照射した紫外線を、モールド5と撮像素子との間に設置されたハーフミラー4で90度屈折させて、モールド5に対して照射する。
モールド5は、ウエハ8に対する対向面に、所望の凹凸パターン(例えば、回路パターン)10が三次元状に形成された型材である。凹凸パターン10の表面は、ウエハ8の表面との密着性を保つために、高平面度に加工されている。なお、モールド5の材質は、石英等、紫外線を透過させることが可能な材料である。
モールドステージ6は、モールド5の側部を保持し、モールド5を固定するステージ装置である。また、モールドステージ駆動部7は、不図示のアクチュエータを有し、ウエハ8上に形成された紫外線硬化樹脂にモールド5を押し付けるために、モールドステージ6をZ軸方向に駆動する駆動装置である。なお、アクチュエータは、少なくともZ軸方向で駆動するものであれば、特に限定するものではなく、リニアモータやエアシリンダ等が採用可能である。若しくは、紫外線硬化樹脂からモールド5を引き離す離型動作の際に、硬化した紫外線硬化樹脂が破壊しないように高精度に離型動作を行うために、粗動作、及び微動作を分割して実施するアクチュエータであっても良い。
ウエハ8は、例えば、単結晶シリコンからなる被処理基板であり、被処理面には、紫外線硬化樹脂11が塗布される。この紫外線硬化樹脂11を塗布する手段として、インプリント装置1は、樹脂容器12と、発光物質容器13と、ディスペンサ14とを備える。樹脂容器12は、紫外線硬化樹脂11を貯蔵する容器である。また、発光物質容器13は、本発明の特徴である、紫外線硬化樹脂11に混合させる発光物質15を貯蔵する容器である。発光物質15は、モールド5に残留した樹脂の検査の際の指標となる物質であって、紫外線を受光すると蛍光、若しくは燐光する性質を有する。発光物質15としては、例えば、シアン化白金バリウム、硫化亜鉛、硫化カドミウム、ラジウム化合物、プロメチウム化合物等が採用可能である。なお、製造するデバイスの回路パターンの種類によっては、使用する紫外線硬化樹脂11を適宜変更する場合がある。このような場合に備え、紫外線硬化樹脂11の種類により混合する発光物質15も適宜変更することができるように、各容器12、13をそれぞれ複数個配置し、紫外線硬化樹脂11や発光物質15を複数種類貯蔵する構成としても良い。更に、ディスペンサ14は、紫外線硬化樹脂11と発光物質15を混合させ、ウエハ8上に混合物質を塗布する塗布装置である。なお、本実施形態では、ディスペンサ14は、紫外線硬化樹脂11と発光物質15を混合させる混合手段としているが、ディスペンサ14とは別の装置(混合手段)にて混合処理を実施しても良い。また、装置内に混合手段を有さず、装置外で、既に紫外線硬化樹脂11と発光物質15とが混合されたものをディスペンサ14に供給する構成としても良い。
ウエハステージ9は、ウエハ8を真空吸着により保持し、かつ、XY平面内を自由に移動可能な基板ステージである。ウエハステージ9を駆動するためのアクチュエータとしては、リニアモータが採用可能であるが、特に限定するものではない。
また、インプリント装置1は、モールド5に照射する紫外線の照射軸(Z軸)に対して上方に、撮像素子16を備える。撮像素子16は、モールド5に残留した紫外線硬化樹脂(残留樹脂22)を検知する発光検知手段であり、本実施形態では、CCDカメラとするが、例えば、CMOSカメラ等でも良い。また、微量な残留樹脂22を検知するために、図1に示すように、撮像素子16に拡大レンズ17を設置しても良い。更に、インプリント装置1は、撮像素子16が取得した画像に基づくモールド5の検知結果に応じて、モールド5に関する処理動作を制御するための制御手段18を備える。モールド5に関する処理動作としては、例えば、検査の結果に関する表示、モールドの交換、若しくはモールドの浄化の少なくとも1つを含む。制御手段18は、インプリント装置1の各構成要素に回線により接続されたコンピュータ及びシーケンサ等で構成され、後述の検査方法をプログラム、若しくはシーケンスとして実行する。なお、制御手段18は、インプリント装置1と一体で構成するか、若しくは、インプリント装置1とは別の場所に設置し、遠隔で制御する構成としても良い。
また、インプリント装置1は、ウエハ8の位置決めを行うためのアライメントスコープ19と、ウエハステージ9の位置を計測するためのレーザー干渉計20と、ウエハ8をウエハステージ9上に載置するための搬送ロボット21とを備える。更に、インプリント装置1は、不図示であるが、装置内を恒温、清浄に維持するためのチャンバと、外部からの振動を遮断するための除振装置とを備える。なお、これらの装置は、本発明に直接関係しないため、説明を省略する。
次に、本実施形態のインプリント装置1によるインプリント処理について説明する。まず、インプリント装置1は、第1のウエハ8をウエハステージ9に載置し、固定した後、ウエハステージ9をディスペンサ14の塗布位置へ移動させる。次に、ディスペンサ14は、発光物質15を含有させた紫外線硬化樹脂11をウエハ8の被処理面に塗布する。なお、この場合の発光物質15の含有量は、特に限定するものではなく、撮像素子16が発光物質15の蛍光、若しくは燐光を検知可能であれば適宜設定可能である。次に、インプリント装置1は、ウエハステージ9をモールド5の直下に移動させ、モールドステージ駆動部7を駆動させることにより、ウエハ8上の紫外線硬化樹脂11にモールド5を押印する。このとき、紫外線硬化樹脂11は、モールド5が押し付けられることにより、モールド5に形成された凹凸パターン10に沿って流動する。この状態で、光源2は、モールド5の背面(上面)から紫外線を照射し、モールド5を透過した紫外線により、紫外線硬化樹脂11が硬化する。紫外線硬化樹脂11が硬化した後、インプリント装置1は、モールドステージ駆動部7を駆動させることにより、モールド5をウエハ8から離型させる。これにより、ウエハ8の表面には、モールド5のパターンに倣った3次元形状の紫外線硬化樹脂11の層が形成される。
次に、本実施形態のインプリント装置1によるモールド検査処理について説明する。まず、搬送ロボット21は、上記紫外線硬化樹脂層を形成した第1のウエハ8を、ウエハステージ9から次の工程へ搬出する。ここで、予めウエハ8に塗布された紫外線硬化樹脂11には発光物質15が含有されているので、モールド5の凹凸部(凹凸パターン10)に残留樹脂22が微量でも残留している場合、残留樹脂22が発光する。そこで、撮像素子16は、残留樹脂22が発する光をモールド5の背面から観測し、その検知結果を制御手段18へ送信する。そして、制御手段18は、検知結果に基づいて、残留樹脂22から発する光を検知したかどうかを判断する。本実施形態では、撮像素子16としてCCDカメラを採用しているので、2次元座標と画像出力のデータから、モールド5の凹凸パターン10の全域の検知結果をマップとして出力することができる。これにより、残留樹脂22の位置と大きさを正確に把握することができる。また、CCDカメラの位置をモールド5に接近させることで、残留樹脂22からの光量が弱い場合でも検査可能である。CCDカメラを近接させた場合、視野が小さくなるが、CCDカメラを任意の位置に駆動させることで、凹凸パターン10全域を検査することができる。なお、このようなモールド検査処理は、次の被処理基板である第2のウエハ8への紫外線硬化樹脂11の塗布動作と平行して実施しても良い。
次に、モールド検査処理後におけるインプリント装置1の処理動作について説明する。図2は、モールド検査処理後のインプリント装置1の動作手順を示すフローチャートである。まず、インプリント装置1が上述のモールド検査処理を実施する(ステップS100)。次に、制御手段18は、残留樹脂22からの光を検知したかどうかを判断する(ステップS101)。ここで、制御手段18が残留樹脂22からの光を検知した場合、制御手段18は、現在使用中のモールド5を継続して使用することは不可能と判断してエラーを出力し、インプリント装置1のオペレータに通知する(ステップS102)。その後、オペレータの指示か、若しくは予め設定した搬出プログラムにより、インプリント装置1は、現在使用中のモールド5をモールドステージ6から搬出する(ステップS103)。なお、インプリント装置1の内部、又は外部に、モールドの洗浄を実施するための洗浄装置を設置している場合は、残留樹脂22が存在するモールド5を洗浄装置へ搬送し、洗浄処理を実施する。この場合、モールド検査処理で取得した検査結果(残留樹脂22の2次元座標と画像出力のデータ)により、洗浄すべき箇所が明らかであるので、効率良くモールド洗浄を実施することができる。一方、ステップS101において、制御手段18が残留樹脂22からの光を検知していない場合、現在使用中のモールド5は、継続して使用することが可能であるので、インプリント装置1は、第2のウエハ8に対する次のインプリント処理へ移行する。なお、次の被処理基板がない場合は、インプリント装置1は、そのままインプリント処理を終了する(ステップS104)。
以上のように、本発明のインプリント装置1によれば、モールド5の凹凸部に残留樹脂22が存在している場合、その残留樹脂22を短時間で検知することができる。したがって、インプリント装置1のダウンタイムを最小限に抑えることが可能となる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るインプリント装置について説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図であり、図3(b)は、その変形例を示す。なお、本実施形態におけるモールド検査は、インプリント処理後に実施するため、図3は、インプリント処理後の状態を示す。また、図3において、図1と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のインプリント装置30の特徴は、残留樹脂22からの光を検知する発光検知手段として、モールド5の凹凸パターン面に対向する位置に設置された受光センサ31を備える点にある。
受光センサ31は、ライン状のCMOSセンサ32と、照度を均一化するためのアレイレンズ33とを備え、図3(a)に示すように、XY方向に移動可能であり、モールド5との相対位置を変化させる2軸駆動ユニット(駆動手段)34に設置される。2軸駆動ユニット34は、ボールネジ、ガイド、及びサーボモータが各軸に構成され、ウエハステージ9がディスペンサ14の紫外線硬化樹脂11の塗布位置に移動した際に、受光センサ31をモールド5の測定領域に移動させる。更に、インプリント装置30は、第1実施形態と同様に、受光センサ31が取得した受光信号に基づくモールド5の検知結果に応じて、モールド5に関する処理動作を制御するための制御手段35を備える。
次に、本実施形態のインプリント装置30によるモールド検査処理について説明する。第1実施形態において、撮像素子16が残留樹脂22からの光を観察したのに対して、本実施形態では、受光センサ31が残留樹脂22からの光を検知する。まず、インプリント装置30は、インプリント処理後、ウエハステージ9をディスペンサ14の塗布位置に移動させる。次に、2軸駆動ユニット34は、モールド5の凹凸部に対する測定領域に、受光センサ31をY軸方向に移動させ、続いて、X軸方向に走査させることにより、モールド5の凹凸パターン全域を検査する。本実施形態では、受光センサ31を採用しているので、2次元座標と信号出力のデータから、モールド5の凹凸パターン10全域の検知結果をマップとして出力することができる。これにより、残留樹脂22の位置と大きさを正確に把握することができる。
一方、図3(a)に示すインプリント装置30の変形例として、図3(b)に示すように、受光センサ31をウエハステージ9の側面に設置する構成もあり得る。この場合、インプリント装置40は、次の被処理基板である第2のウエハ8に紫外線硬化樹脂11を塗布するために、ウエハステージ9をディスペンサ14の塗布位置へ移動させる際に、同時にモールド検査を実施することができる。これにより、図3(a)に示すような2軸駆動ユニット34が不要となり、インプリント装置をより安価とすることができる。
このように、本実施形態のインプリント装置30、40によれば、第1実施形態と同様の効果に加え、モールド検査は、受光センサ31を走査して行うため、凹凸パターン10と同じ面積の撮像素子を用意する必要がなく、比較的低価格で実施することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るインプリント装置について説明する。図4は、本発明の第3実施形態に係るインプリント装置の構成を示す概略図である。なお、本実施形態におけるモールド検査は、インプリント処理後に実施するため、図4は、インプリント処理後の状態を示す。また、図4において、図1と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のインプリント装置50の特徴は、第1実施形態のインプリント装置1の構成に、更に、波長フィルタ51を備える点にある。波長フィルタ51は、撮像素子16の撮像面の近傍に設置され、残留樹脂22からの発光波長のみを透過し、外乱となる他の要素の発光波長を除外する光学フィルタである。なお、不図示であるが、波長フィルタ51は、複数個で構成しても良いし、更に、別途切り替え機構を構成しても良い。
例えば、インプリント装置の構成によっては、モールド5の離型性を高めるために、モールド5の凹凸部に離型剤を塗布する場合がある。このとき、離型剤の塗布量を検知するための標識として、紫外線硬化樹脂11内に他の発光物質(離型剤標識物質)を混入させておくことがある。そこで、波長フィルタ51を設置することにより、インプリント装置50は、紫外線硬化樹脂11に含有させた発光物質15からの光の波長のみを透過することができるので、凹凸部の離型剤から発する光と、残留樹脂22から発する光とを弁別することができる。これにより、インプリント装置50は、第1実施形態のインプリント装置1よりも、更に正確な検査結果を得ることができる。
同様に、インプリント装置の構成によっては、モールド5の離型の際に、離型開始タイミングを検知するために、紫外線硬化樹脂11の中に応力発光物質を混入させる場合がある。そこで、切り替え可能な波長フィルタ51を設置し、かつ、応力発光物質から発する光の波長が発光物質15から発する光の波長と異なるように、発光物質15を選択する。これにより、インプリント装置50は、波長フィルタ51を適宜切り替えることにより、1つの撮像素子16で、離型時のタイミング検知と残留樹脂22の検査とが可能となる。
(物品の製造方法)
物品としてのデバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)の製造方法は、上述したインプリント装置を用いて基板(ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板)にパターンを形成する工程を含む。更に、該製造方法は、パターンが形成された基板をエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア(記録媒体)や光学素子等の他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりに、パターンが形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
上記実施形態では、各インプリント装置は、インプリント処理後に、モールドステージ6にモールド5を保持した状態でモールド検査処理を実施しているが、本発明は、これに限定されない。例えば、第1の実施形態の構成において、撮像素子16を、モールド5をモールドステージ6に搬送する搬送経路内の別の場所に設置し、モールド検査処理を実施しても良い。これにより、例えば、別のインプリント装置からモールド5を転用して使用する場合に、予めモールド5の使用可否を判断できるので、生産性を向上させることが可能となる。
また、第1実施形態では、モールド5の紫外線照射面の上方に撮像素子16を配置しているが、撮像素子16の設置場所は、これに限らず、インプリント装置のレイアウトにより、自由に配置して良い。
1 インプリント装置
5 モールド
6 モールドステージ
8 ウエハ
9 ウエハステージ
10 凹凸パターン
11 紫外線硬化樹脂
14 ディスペンサ
15 発光物質
16 撮像素子
18 制御手段
22 残留樹脂
30 インプリント装置
31 受光センサ
34 2軸駆動ユニット
35 制御手段
40 インプリント装置
50 インプリント装置
51 波長フィルタ

Claims (11)

  1. モールドに形成されたパターンを基板に塗布された樹脂に押印し、前記基板に前記パターンの層を形成するインプリント装置であって、
    前記樹脂は、紫外線を受光することにより硬化する紫外線硬化樹脂に、紫外線を受光すると蛍光、若しくは燐光する発光物質を混合したものであり、
    前記発光物質から発する光を検知する発光検知手段を備え、
    前記発光検知手段は、前記基板上の前記発光物質が混合された前記紫外線硬化樹脂から前記モールドを離型した後、前記モールドにおける前記パターンの凹凸部に残留した残留樹脂から発する光を検知することを特徴とするインプリント装置。
  2. 更に、前記検査の結果に関する表示、前記モールドの交換、若しくは前記モールドの浄化の少なくとも1つを含む処理動作を制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記発光検知手段が検知した検知結果に基づいて、前記凹凸部に前記残留樹脂が存在するかどうかを判断し、前記モールドに関する処理動作を制御することを特徴とする請求項1に記載のインプリント装置。
  3. 前記発光検知手段は、撮像素子であり、
    前記制御手段は、前記撮像素子からの画像出力に基づいて、前記凹凸部に前記残留樹脂が存在するかどうかを判断することを特徴とする請求項1または2に記載のインプリント装置。
  4. 前記モールドは、紫外線を透過する性質を有し、
    前記撮像素子は、前記モールドに照射する紫外線の照射軸に対して上方に設置することを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  5. 前記発光検知手段は、受光センサであり、
    前記制御手段は、前記受光センサからの受光信号に基づいて、前記凹凸部に前記残留樹脂が存在するかどうかを判断することを特徴とする請求項1または2に記載のインプリント装置。
  6. 前記受光センサは、前記モールドに形成された前記パターンに対して対向する位置に設置することを特徴とする請求項5に記載のインプリント装置。
  7. 前記受光センサは、前記モールドとの相対位置を変化させる駆動手段に設置されることを特徴とする請求項6に記載のインプリント装置。
  8. 前記受光センサは、前記基板を保持、かつ、移動可能とする基板ステージに設置されることを特徴とする請求項6に記載のインプリント装置。
  9. 前記紫外線硬化樹脂に、前記発光物質に加えて、離型剤標識物質、若しくは応力発光物質が混合されている場合、前記発光物質は、前記離型剤標識物質、若しくは前記応力発光物質の発光波長とは異なる発光波長の物質であり
    更に、前記各発光波長を弁別する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  10. 更に、前記紫外線硬化樹脂と前記発光物質とを混合する混合手段を備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のインプリント装置。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のインプリント装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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