JP2664723B2 - Laser annealing equipment - Google Patents
Laser annealing equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 レーザアニール装置に関し、 対物レンズと試料との間隔を小さくして、焦点距離の
短い高倍率の対物レンズを使用することができるレーザ
アニール装置を提供することを目的とし、 表面観察機構を備えたレーザアニール装置において、
観察用レンズ系と像転写用レンズ系と、レーザ光の集光
用兼焦点補正用レンズ系とを有し、前記観察用レンズ系
と前記像転写用レンズ系の間に試料の転写像を結ぶ結像
点を形成し、前記観察用レンズ系と前記像転写用レンズ
系の間に波長選択板を挿入し、レーザ光と可視光を分
離、合成するように構成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] Regarding a laser annealing apparatus, an object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus capable of reducing the distance between an objective lens and a sample and using a high magnification objective lens having a short focal length. For the purpose, laser annealing equipment equipped with a surface observation mechanism,
It has an observation lens system, an image transfer lens system, and a lens system for condensing and focusing laser light, and forms a transfer image of a sample between the observation lens system and the image transfer lens system. An image forming point is formed, a wavelength selection plate is inserted between the observation lens system and the image transfer lens system, and laser light and visible light are separated and combined.
本発明は、レーザアニール装置に係り、詳しくは、特
に微小領域の試料表面の観察を行うことができる表面観
察機構を備えたレーザアニール装置に関するものであ
る。The present invention relates to a laser annealing apparatus, and more particularly to a laser annealing apparatus having a surface observation mechanism capable of observing a sample surface in a minute area.
表面観察機構を備えたレーザアニール装置は、レーザ
光を集光して被加工物に照射すると同時に、被加工物の
表面状態を観察するものである。近年、IC、LSIの集積
度を向上させる技術として積層構造のデバイスが考え出
され、その中の一つにSOI技術というものがある。このS
OI技術の一つとして、レーザ再結晶化法がある。このレ
ーザ再結晶化法は、絶縁膜上に形成された非単結晶の半
導体層(例えば、ポリSi層)にレーザ光を照射すること
により、非単結晶の半導体層を溶融再結晶化するもので
ある。この時使用される装置がレーザアニール装置であ
る。A laser annealing apparatus provided with a surface observation mechanism focuses laser light and irradiates the laser beam to a workpiece, and at the same time, observes a surface state of the workpiece. In recent years, a device having a multilayer structure has been devised as a technology for improving the degree of integration of ICs and LSIs, and one of them is the SOI technology. This S
One of the OI technologies is a laser recrystallization method. This laser recrystallization method melts and recrystallizes a non-single-crystal semiconductor layer by irradiating a non-single-crystal semiconductor layer (for example, a poly-Si layer) formed on an insulating film with laser light. It is. The device used at this time is a laser annealing device.
溶融再結晶化された再結晶半導体層の結晶性の向上を
図るため、溶融時の半導体層の表面を観察しながら再結
晶を行う必要があり、表面観察しながら再結晶を行うこ
とができるレーザアニール装置が要求されている。In order to improve the crystallinity of the melt-recrystallized recrystallized semiconductor layer, it is necessary to perform recrystallization while observing the surface of the semiconductor layer at the time of melting, and a laser capable of performing recrystallization while observing the surface An annealing apparatus is required.
第3図は従来のレーザアニール装置の一例の構成を示
す装置概略図である。FIG. 3 is a schematic view of an example of a conventional laser annealing apparatus.
この図において、1は接眼レンズ、2は全反射鏡、3
はダイクロイックミラーと言われる2波長選択板(ダイ
クロイックフィルターでもよい。ただし、この場合は、
ダイクロイックミラー3で反射または透過している部分
が逆に透過また反射する系に変わり、対物レンズ5の向
きと位置も図中で90゜回転し、左方向にくる。)、4は
レーザ光、5は集光レンズで、対物レンズとして機能し
うるものである。Aは前記集光レンズ5の焦点位置、B
はレーザ光4の集光位置、Xは集光レンズ5の焦点位置
Aとレーザ光4の集光位置Bとのずれである。In this figure, 1 is an eyepiece, 2 is a total reflection mirror, 3
Is a two-wavelength selection plate called a dichroic mirror (a dichroic filter may be used. In this case, however,
The part that is reflected or transmitted by the dichroic mirror 3 is changed to a system that transmits or reflects the light in the opposite direction, and the direction and position of the objective lens 5 are also rotated by 90 ° in the figure and come to the left. ), 4 is a laser beam, 5 is a condenser lens, which can function as an objective lens. A is the focal position of the condenser lens 5, and B is
Is a focus position of the laser light 4, and X is a shift between a focus position A of the collective lens 5 and a focus position B of the laser light 4.
この従来装置は、2波長選択板3でレーザ光4の波長
を選択して集光レンズ5でレーザ光4を集光して、試料
(ここでは図示はしていないが、被加工物のことであ
る)に照射するものであり、、この集光レンズ5を対物
レンズとして用いることで試料表面の状態変化を観察し
ていた。ところが、この装置では、レーザ発振管(図示
せず)から発振したレーザ光4があるひろがり角をもっ
ているため、レーザ光4の集光位置Bと集光レンズ5の
焦点位置A(試料の観察位置のことで、通常、倍率を上
げるために試料は対物レンズの焦点距離近傍に配置す
る。)とにずれXが生じ易く、レーザ光4の集光位置B
で試料表面を観察することが困難であるという問題があ
った。ここで単純にずれXを短くするには、図中、B点
の下方にレンズを数段設ければ、ずれXは短くなり、観
察時の倍率も上げることができる。しかし、倍率を上げ
た分観察時の照点深度が浅く(短く)なり、結局はレー
ザ照射時に試料表面はボケて見えてしまう。In this conventional apparatus, the wavelength of the laser beam 4 is selected by the two-wavelength selection plate 3, the laser beam 4 is condensed by the condenser lens 5, and the sample (not shown here, ), And the state change of the sample surface was observed by using the condenser lens 5 as an objective lens. However, in this apparatus, since the laser beam 4 oscillated from a laser oscillation tube (not shown) has a spread angle, the focal position B of the laser beam 4 and the focal position A of the condenser lens 5 (the observation position of the sample) In general, the sample is arranged near the focal length of the objective lens in order to increase the magnification.
Thus, there is a problem that it is difficult to observe the sample surface. Here, in order to simply shorten the shift X, if a plurality of lenses are provided below the point B in the drawing, the shift X becomes shorter and the magnification at the time of observation can be increased. However, the depth of the illuminated point at the time of observation becomes shallower (shorter) due to the increase in the magnification, and eventually the sample surface becomes blurred at the time of laser irradiation.
上記問題を解決する手段としては以下に述べるような
方法が考えられる。以下、具体的に図面を用いて説明す
る。As a means for solving the above problem, the following method can be considered. Hereinafter, a specific description will be given with reference to the drawings.
第4図は従来のレーザアニール装置の他の一例の構成
を示す装置概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of a conventional laser annealing apparatus.
この図において、第3図と同一符合は同一または相当
部分を示し、11は対物レンズ、A′は対物レンズ11の焦
点位置、B′はレーザ光4の集光位置、Cは対物レンズ
11の焦点距離である。3, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same or corresponding parts, 11 is an objective lens, A 'is a focal position of the objective lens 11, B' is a focus position of the laser beam 4, C is an objective lens.
11 focal lengths.
この従来装置は、表面観察用の対物レンズ11と試料
(図示せず)との間に2波長選択板3を挿入して、集光
レンズ5で集光したレーザ光4を2波長選択板3により
試料に照射するものである。この装置では、対物レンズ
11の焦点位置A′と、レーザ光4の集光位置B′とを一
致させることができる。具体的には、Dの如く集光レン
ズ5の位置を図中左右方向に適宜変えることで、レーザ
光4の集光位置B′を適宜調整することができる。即
ち、対物レンズ11の焦点位置A′とレーザ光4の焦点位
置B′の間隔を適宜調整できる。なお、対物レンズ11の
焦点位置A′と、レーザ光4の集光位置B′の一致する
ことろに試料表面がくるように配置する。In this conventional apparatus, a two-wavelength selection plate 3 is inserted between an objective lens 11 for surface observation and a sample (not shown), and a laser beam 4 condensed by a condenser lens 5 is transmitted to the two-wavelength selection plate 3. Is used to irradiate the sample. In this device, the objective lens
It is possible to make the focal position A 'of the eleventh and the condensing position B' of the laser beam 4 coincide. Specifically, by appropriately changing the position of the condenser lens 5 in the left-right direction in the figure as indicated by D, the condenser position B 'of the laser beam 4 can be appropriately adjusted. That is, the distance between the focal position A 'of the objective lens 11 and the focal position B' of the laser beam 4 can be adjusted appropriately. It should be noted that the sample surface is arranged so that the focal position A 'of the objective lens 11 coincides with the condensing position B' of the laser beam 4.
しかしながら、このような従来の第4図に示すレーザ
アニール装置にあっては、試料を例えば500℃程度に加
熱した場合、2波長選択板3に熱の影響を与えないよう
に、2波長選択板3を試料から離さなければならないた
め、対物レンズ11の焦点距離Cが短い高倍率の対物レン
ズを使用できず、使用する対物レンズの倍率に制限が生
じるという問題点があった。具体的には試料と対物レン
ズ11の間を5cm程度離さなければならない。それにより
対物レンズの倍率は、5倍と限定され、接眼レンズの倍
率が10倍としても50倍程度の倍率しか得られない。レー
ザ照射領域が50μm四方としても、2.5mm四方にしか拡
大されない。実質上は200倍程度の倍率がほしい。However, in such a conventional laser annealing apparatus shown in FIG. 4, when the sample is heated to, for example, about 500 ° C., the two-wavelength selection plate 3 is not affected by heat. Since the lens 3 must be separated from the sample, a high-power objective lens having a short focal length C of the objective lens 11 cannot be used, and there is a problem that the magnification of the objective lens used is limited. Specifically, the distance between the sample and the objective lens 11 must be about 5 cm. Thereby, the magnification of the objective lens is limited to 5 times, and even if the magnification of the eyepiece is 10 times, only a magnification of about 50 times can be obtained. Even if the laser irradiation area is 50 μm square, it can only be expanded to 2.5 mm square. In fact, I want a magnification of about 200 times.
そこで本発明は、対物レンズと試料との間隔を小さく
して、焦点距離の短い高倍率の対物レンズを使用するこ
とができるレーザアニール装置を提供することを目的と
している。Therefore, an object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus that can reduce the distance between an objective lens and a sample and use a high-magnification objective lens with a short focal length.
本発明によるレーザアニール装置は上記目的達成のた
め、表面観察機構を備えているレーザアニール装置にお
いて、観察用レンズ系と像転写用レンズ系と、レーザ光
の集光用兼焦点補正用レンズ系とを有し、前記観察用レ
ンズ系と前記像転写用レンズ系の間に試料の転写像を結
ぶ結像点を形成し、前記観察用レンズ系と前記像転写レ
ンズ系の間に波長選択板を挿入し、レーザ光と可視光を
分離、合成するように構成する。In order to achieve the above object, a laser annealing apparatus according to the present invention includes, in a laser annealing apparatus having a surface observation mechanism, an observation lens system, an image transfer lens system, and a laser light focusing / focus correction lens system. Having an image forming point for forming a transfer image of a sample between the observation lens system and the image transfer lens system, and a wavelength selection plate between the observation lens system and the image transfer lens system. The laser light and the visible light are inserted and separated and combined.
本発明では、観察用レンズ系、像転写用レンズ系及び
レーザ光の集光用兼焦点補正用レンズ系が設けられ、観
察用レンズ系と像転写用レンズ系の間に試料の転写像を
結ぶ結像点が形成され、観察用レンズ系と像転写用レン
ズ系の間に波長選択板が挿入され、レーザ光と可視光が
分離、合成するように形成される。In the present invention, an observation lens system, an image transfer lens system, and a lens system for condensing and focusing laser light are provided, and a transfer image of a sample is formed between the observation lens system and the image transfer lens system. An imaging point is formed, a wavelength selection plate is inserted between the observation lens system and the image transfer lens system, and the laser beam and the visible light are separated and combined.
したがって、対物レンズと試料との間隔を小さくし
て、焦点距離の短い高倍率の対物レンズを使用すること
ができる。Therefore, the distance between the objective lens and the sample can be reduced, and a high-magnification objective lens having a short focal length can be used.
以下、本発明を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明に係るレーザアニール装置の一実施例
の構成を示す装置概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an embodiment of a laser annealing apparatus according to the present invention.
この図において、第3図及び第4図と同一符合は同一
または相当部分を示し、1aは接眼レンズ(例えばf25mm,
×10)、3aはダイクロイックミラーといわれる波長選択
板(本発明に係る波長選択板に該当する)、4aは例えば
Arのレーザ光、20はハーフミラ、21は対物レンズ(例え
ばf42mm,×5)、22は焦点補正用兼集光用のレンズ(例
えばf100mm,×10で、本発明に係る集光用兼焦点補正用
レンズ系に該当する)、23a、23bは像転写用のレンズ
(例えば23aはf20mm,×4、23bはf20mm,×2で、本発明
に係る像転写用レンズ系に該当する)、24は試料、25は
観察光である。In this figure, the same reference numerals as those in FIGS. 3 and 4 denote the same or corresponding parts, and 1a denotes an eyepiece (for example, f25mm,
× 10), 3a is a wavelength selection plate called a dichroic mirror (corresponding to the wavelength selection plate according to the present invention), 4a is, for example,
Ar laser light, 20 is a half mirror, 21 is an objective lens (for example, f42 mm, × 5), 22 is a lens for focus correction and light collection (for example, f100 mm, × 10, and light collecting and focus correction according to the present invention) 23a, 23b are image transfer lenses (for example, 23a is f20mm, × 4, 23b is f20mm, × 2, and corresponds to the image transfer lens system according to the present invention), and 24 is The sample, 25, is the observation light.
なお、ここでは対物レンズ21の結像位置をM点(本発
明に係る結像点に該当する)とし、M点に結像するよう
に像転写用のレンズ23aを適宜配置している。N点は像
転写用のレンズ23bの結像位置になり、試料表面のN点
に結合するように像転写用のレンズ23bを適宜配置して
いる。レーザ光4aは試料24表面を加工する機能を有す
る。また、観察用のレンズ(本発明に係る観察用レンズ
系に該当する)は接眼レンズ1aと対物レンズ21とから構
成されている。Here, the image forming position of the objective lens 21 is set to the point M (corresponding to the image forming point according to the present invention), and the image transfer lens 23a is appropriately arranged so as to form an image at the point M. The point N is an imaging position of the image transfer lens 23b, and the image transfer lens 23b is appropriately arranged so as to be coupled to the point N on the sample surface. The laser beam 4a has a function of processing the surface of the sample 24. The observation lens (corresponding to the observation lens system according to the present invention) includes an eyepiece 1a and an objective lens 21.
次に、その動作原理について説明する。 Next, the operation principle will be described.
レーザ発振管(ここでは図示はしていないが、例えば
Arレーザ発振管)から出たレーザ光4a(例えば波長5145
Å、10W)はあるひろがり角をもっており、集光用兼焦
点補正用のレンズ22を透過した光は、波長選択板3a(こ
こでは5145Åの光を反射し、それ以外の透過するように
している)により反射し、図中下方に反射してM点で集
光する。この際、集光位置が予め設定したM点になるよ
うに集光用兼焦点補正用のレンズ22を図中左右(P点)
に適宜移動させて調節する。M点に集光した光は、像転
写用のレンズ23a、23bにより試料24表面上のN点に再び
集光され、この光により試料24を加工する。Laser oscillation tube (not shown here, for example,
Laser light 4a (for example, wavelength 5145) emitted from an Ar laser oscillation tube)
10, 10 W) have a certain spread angle, and the light transmitted through the lens 22 for condensing and focusing is reflected by the wavelength selection plate 3 a (here, the light of 5145 Å is transmitted, and the other is transmitted). ), And is reflected downward at the point M in FIG. At this time, the condensing and focus correcting lens 22 is moved left and right (point P) in the figure so that the condensing position is set to a preset M point.
Adjust by moving it to the appropriate position. The light condensed at the point M is condensed again at the point N on the surface of the sample 24 by the image transfer lenses 23a and 23b, and the sample 24 is processed by this light.
試料24表面を観察する場合は、N点の試料像を像転写
用のレンズ23a、23bでM点に転写し、M点に転写された
試料24像の転写像を観察用レンズ(対物レンズ21と接眼
レンズ1a)を通して観察することができる。具体的に
は、観察光源(図示せず)からの観察光25の一部がハー
フミラ20で図中下方に反射して、対物レンズ21を透過す
る。そして、この透過した光は波長選択板3aで選択され
(例えば5145Å以外の光を透過させる)、次いで像転写
用のレンズ23a、23bを透過して試料24表面を照らす。一
方、試料24表面からの反射光は、像転写用のレンズ23
a、23bを透過して、波長選択板3aで選択され、対物レン
ズ21、ハーフミラ20を透過する。そして、全反射鏡2で
図中左方に反射され、接眼レンズ1aを透過することによ
り試料24表面を観察することができる。この時、観察時
の倍率は、接眼レンズ1a、対物レンズ21、像転写用のレ
ンズ23a、23bの倍率の積(10×5×4×2=400倍)と
なる。通常の観察用レンズ系の倍率は接眼レンズの倍率
×対物レンズの倍率となるため、本実施例の対物レンズ
21以降の倍率を対物レンズの倍率とすると5×4×2=
40倍となり、実質的に照点距離の短い高倍率の対物レン
ズを使用していることと同等になる。When observing the surface of the sample 24, the sample image at the point N is transferred to the point M by the image transfer lenses 23a and 23b, and the transfer image of the sample 24 image transferred to the point M is observed at the observation lens (objective lens 21). And can be observed through the eyepiece 1a). Specifically, a part of the observation light 25 from the observation light source (not shown) is reflected downward by the half mirror 20 in the figure and transmitted through the objective lens 21. The transmitted light is selected by the wavelength selection plate 3a (for example, transmits light other than 5145 °), and then passes through the image transfer lenses 23a and 23b to illuminate the surface of the sample 24. On the other hand, the reflected light from the surface of the sample 24 is transmitted to the lens 23 for image transfer.
The light passes through a and b, is selected by the wavelength selection plate 3a, and passes through the objective lens 21 and the half mirror 20. Then, the light is reflected leftward in the figure by the total reflection mirror 2 and passes through the eyepiece 1a, so that the surface of the sample 24 can be observed. At this time, the magnification at the time of observation is the product of the magnification of the eyepiece 1a, the objective lens 21, and the lenses 23a and 23b for image transfer (10 × 5 × 4 × 2 = 400 ×). Since the magnification of the normal observation lens system is the magnification of the eyepiece × the magnification of the objective lens, the objective lens of this embodiment is
If the magnification after 21 is the magnification of the objective lens, 5 × 4 × 2 =
40 times, which is substantially equivalent to using a high-magnification objective lens with a short illumination distance.
すなわち、上記実施例では、観察用のレンズと像転写
用のレンズ23aの間に試料24の転写像を結ぶ結像点(M
点)を形成し、観察用のレンズと像転写用のレンズ23a
の間に波長選択板3aを挿入し、レーザ光4aと可視光を分
離、合成するように構成したので、対物レンズ21と試料
24との間隔を小さくして、焦点距離の短い高倍率の対物
レンズを使用することと同等の効果が期待でき、微小領
域の試料24表面の観察を行える。That is, in the above embodiment, the image forming point (M) for forming the transfer image of the sample 24 between the observation lens and the image transfer lens 23a.
Point), a lens for observation and a lens 23a for image transfer
The wavelength selection plate 3a is inserted between the two to separate and combine the laser light 4a and visible light, so that the objective lens 21 and the sample
The same effect as using a high-magnification objective lens with a short focal length by reducing the distance from the sample 24 can be expected, and observation of the surface of the sample 24 in a minute area can be performed.
なお、上記実施例では、第1図に示すように対物レン
ズ21と結像点(M点)の間に波長選択板3aを挿入し、レ
ーザ光4aと可視光を分離、合成する場合について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、波長選
択板3aは少なくとも観察用レンズと像転写用のレンズ23
a、23bとの間に挿入されていればよく、第2図に示すよ
うな結像点(M点)と像転写用レンズ系34の間に波長選
択板3aを挿入し、レーザ光4aと可視光を分離、合成する
場合であってもよい。また、像転写用のレンズは2枚に
限定されることはなく何枚でもよい。なお、第2図にお
いて、33は観察用レンズ系である。In the above-described embodiment, the case where the wavelength selecting plate 3a is inserted between the objective lens 21 and the image forming point (point M) as shown in FIG. 1 to separate and combine the laser light 4a and the visible light will be described. However, the present invention is not limited to this, and the wavelength selection plate 3a includes at least the observation lens and the image transfer lens 23.
It is sufficient that the wavelength selection plate 3a is inserted between the imaging point (point M) and the image transfer lens system 34 as shown in FIG. The case of separating and synthesizing visible light may be used. The number of lenses for image transfer is not limited to two, but may be any number. In FIG. 2, reference numeral 33 denotes an observation lens system.
上記実施例では、波長選択板3aをダイクロイックミラ
ーで構成する場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、ダイクロイックフィルターで
構成する場合でもよい。In the above embodiment, the case where the wavelength selection plate 3a is configured by a dichroic mirror has been described, but the present invention is not limited to this, and may be configured by a dichroic filter.
本発明によれば、対物レンズと試料との間隔を小さく
して、焦点距離の短い高倍率の対物レンズを使用して微
小領域の試料表面の観察を行えるという効果がある。ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the space | interval of an objective lens and a sample can be reduced and the sample surface of a micro area | region can be observed using a high magnification objective lens with a short focal length.
第1図は本発明に係るレーザアニール装置の一実施例の
構成を示す装置概略図、 第2図は本発明に係るレーザアニール装置の他の実施例
の構成を示す装置概略図、 第3図及び第4図は従来のレーザアニール装置の一例の
構成を示す装置概略図である。 1a……接眼レンズ、 2……全反射鏡、 3a……波長選択板、 4a……レーザ光、 20……ハーフミラ、 21……対物レンズ、 22……集光用兼焦点補正用のレンズ、 23a、23b……像転写用のレンズ、 24……試料、 25……観察光。FIG. 1 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic view showing an example of the configuration of a conventional laser annealing apparatus. 1a ... eyepiece lens, 2 ... total reflection mirror, 3a ... wavelength selection plate, 4a ... laser beam, 20 ... half mirror, 21 ... objective lens, 22 ... lens for condensing and focus correction, 23a, 23b: Image transfer lens, 24: Sample, 25: Observation light.
Claims (1)
において、 観察用レンズ系と像転写用レンズ系と、レーザ光の集光
用兼焦点補正用レンズ系とを有し、 前記観察用レンズ系と前記像転写用レンズ系の間に試料
の転写像を結ぶ結像点を形成し、 前記観察用レンズ系と前記像転写用レンズ系の間に波長
選択板を挿入し、レーザ光と可視光を分離、合成するよ
うに構成したことを特徴とするレーザアニール装置。1. A laser annealing apparatus having a surface observation mechanism, comprising: a lens system for observation, a lens system for image transfer, and a lens system for condensing and focusing laser light. Forming an image forming point for connecting a transfer image of a sample between the image transfer lens system and the image transfer lens system; inserting a wavelength selection plate between the observation lens system and the image transfer lens system; A laser annealing device configured to separate and combine the laser beams.
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JP11422488A JP2664723B2 (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | Laser annealing equipment |
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JP11422488A JP2664723B2 (en) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | Laser annealing equipment |
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JPH01283917A JPH01283917A (en) | 1989-11-15 |
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