JP2815068B2 - 気相成長方法及び装置 - Google Patents
気相成長方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は気相成長方法及び装置
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来技術】図７は従来の有機金属気相成長装置（ＭＯ
ＣＶＤ装置）の概念図を示すものである。中央部に基板
１０が配置された反応炉１ａの上端に設けた原料供給口
１２からガス源２より原料ガスが供給され、また、下端
の排出口１３から排出するようになっている。
ＣＶＤ装置）の概念図を示すものである。中央部に基板
１０が配置された反応炉１ａの上端に設けた原料供給口
１２からガス源２より原料ガスが供給され、また、下端
の排出口１３から排出するようになっている。
【０００３】この構成において、原料ガスは断面積の小
さな原料ガス供給口１２から急に断面積の大きな反応炉
１ａ内に供給されて広がろうとして、対流が生じるた
め、基板１０上の原料ガス濃度は部分によって異なるこ
とがあり、成長結晶の厚みあるいは組成が部分によって
異なる結果となり不都合である。そこで、面内の上記厚
みあるいは組成の均一化を図るために基板１０を回転し
たり、反応炉１ａを減圧して原料ガスを基板に吹付ける
方式を採用したり、あるいは複数ノズルから基板上に均
等に原料ガスを供給する等の方法が用いられている。
さな原料ガス供給口１２から急に断面積の大きな反応炉
１ａ内に供給されて広がろうとして、対流が生じるた
め、基板１０上の原料ガス濃度は部分によって異なるこ
とがあり、成長結晶の厚みあるいは組成が部分によって
異なる結果となり不都合である。そこで、面内の上記厚
みあるいは組成の均一化を図るために基板１０を回転し
たり、反応炉１ａを減圧して原料ガスを基板に吹付ける
方式を採用したり、あるいは複数ノズルから基板上に均
等に原料ガスを供給する等の方法が用いられている。
【０００４】また、図８に示すように、超高真空（例え
ば１０-10torr)下の真空チャンバ１ｂ内で原料を加熱す
るクヌーセンセル３から熱エネルギーによって、分子状
態で空間に飛び出す原料の分子線を基板１０に付着させ
てエピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル法
（以下ＭＢＥ法という）がある。この方法によると、分
子レベルの厚みの層を順次積層させることができて、厚
み、あるいは組成における面内均一度をかなり改善する
ことができる。
ば１０-10torr)下の真空チャンバ１ｂ内で原料を加熱す
るクヌーセンセル３から熱エネルギーによって、分子状
態で空間に飛び出す原料の分子線を基板１０に付着させ
てエピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル法
（以下ＭＢＥ法という）がある。この方法によると、分
子レベルの厚みの層を順次積層させることができて、厚
み、あるいは組成における面内均一度をかなり改善する
ことができる。
【０００５】上記ＭＢＥ法に似た方法として、図９に示
すようにＭＢＥ法における分子線の飛ぶ空間を３００℃
〜４００℃に加熱した筒体（ホットウォール）４で覆っ
た状態とし、１０-5torr程度の真空度の下で基板１０上
に原料分子を付着積層させるホットウォールエピタキシ
ャル成長法（以下ＨＷＥ法という）がある。
すようにＭＢＥ法における分子線の飛ぶ空間を３００℃
〜４００℃に加熱した筒体（ホットウォール）４で覆っ
た状態とし、１０-5torr程度の真空度の下で基板１０上
に原料分子を付着積層させるホットウォールエピタキシ
ャル成長法（以下ＨＷＥ法という）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＣＶＤ法は上記し
たように原料ガスの対流による濃度分布の不均一があ
り、上記のように基板１０を回転させる等の方法を用い
ているが、それでもなお面内不均一の問題が残り、例え
ばＨｇＣｄＴｅの結晶を得ようとする場合、各組成が部
分によって±３％前後異なる場合がある。
たように原料ガスの対流による濃度分布の不均一があ
り、上記のように基板１０を回転させる等の方法を用い
ているが、それでもなお面内不均一の問題が残り、例え
ばＨｇＣｄＴｅの結晶を得ようとする場合、各組成が部
分によって±３％前後異なる場合がある。
【０００７】また、この方法は原料ガスを加熱した基板
１０上で分解して金属分を基板１０上に折出させて結晶
成長させるものである。ところが、上記基板１０の加熱
による熱輻射によって基板１０に接していない空間部に
ある原料ガスも熱分解され、該原料ガスに含まれる異種
組成が反応して中間生成物を作る可能性があり、該中間
生成物が基板１０上に積層されると結晶組成の均一性が
損なわれ、特性を劣化することになる。
１０上で分解して金属分を基板１０上に折出させて結晶
成長させるものである。ところが、上記基板１０の加熱
による熱輻射によって基板１０に接していない空間部に
ある原料ガスも熱分解され、該原料ガスに含まれる異種
組成が反応して中間生成物を作る可能性があり、該中間
生成物が基板１０上に積層されると結晶組成の均一性が
損なわれ、特性を劣化することになる。
【０００８】ＭＢＥ法の場合には組成あるいは厚みの面
内不均一の問題はかなり解決できるが、図８に示すよう
にクヌーセンセル３から分子線が放射状に放出されると
ころから、分子の飛距離の短い部分（中央にセルがある
場合は中央部）では厚く、長い部分（周辺部）では薄く
なる傾向があり、また、各部の組成の不均一性も±０．
５％前後あり、求めようとする特性によってはこれでも
不充分な場合がある。
内不均一の問題はかなり解決できるが、図８に示すよう
にクヌーセンセル３から分子線が放射状に放出されると
ころから、分子の飛距離の短い部分（中央にセルがある
場合は中央部）では厚く、長い部分（周辺部）では薄く
なる傾向があり、また、各部の組成の不均一性も±０．
５％前後あり、求めようとする特性によってはこれでも
不充分な場合がある。
【０００９】更に、ＨＷＥ法でも中央部に厚く周辺部に
薄い結晶が生成される傾向がある他、複数の原料を用い
る場合真空チャンバ１ｃ内に異種の原料が同時に配置さ
れるため、原料間での交流が生じソースの純粋性が確保
されないことになり、このことは生成される結晶の面内
不均一の問題ともなって顕れる。この発明は上記従来の
事情に鑑みて提案されたものであって、エピタキシャル
層の厚み、及び組成における面内均一性を確保すること
ができる気相成長方法及び装置を提供することを目的と
するものである。
薄い結晶が生成される傾向がある他、複数の原料を用い
る場合真空チャンバ１ｃ内に異種の原料が同時に配置さ
れるため、原料間での交流が生じソースの純粋性が確保
されないことになり、このことは生成される結晶の面内
不均一の問題ともなって顕れる。この発明は上記従来の
事情に鑑みて提案されたものであって、エピタキシャル
層の厚み、及び組成における面内均一性を確保すること
ができる気相成長方法及び装置を提供することを目的と
するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は以下の手段を採用している。すなわち、気
体状の原料を基板１０に接触させることによって、基板
１０上に原料に応じた種類の結晶を成長させる気相成長
方法において、図１、図２に示すように、有機金属気相
成長法における反応炉１ａ、分子線エピタキシャル成長
法あるいはホットウォール法における真空チャンバ１ｂ
内に成長室２００を配置しておき、該成長室２００内に
原料を供給する工程、該上記成長室２００内に基板１０
を導入し、原料に基板１０を触れさせて結晶成長を行う
工程、基板１０を成長室２００外に出して、該成長室２
００内の原料を排出する工程を時分割的に行うものであ
る。この方法を達成するために、図１に示すように上記
成長室２００の他に該成長室２００に対して基板１０を
導入、導出し得る基板移動機構３００と、上記成長室２
００に原料の供給及び排出の制御が可能な原料供排出機
構４００が設けられる。
にこの発明は以下の手段を採用している。すなわち、気
体状の原料を基板１０に接触させることによって、基板
１０上に原料に応じた種類の結晶を成長させる気相成長
方法において、図１、図２に示すように、有機金属気相
成長法における反応炉１ａ、分子線エピタキシャル成長
法あるいはホットウォール法における真空チャンバ１ｂ
内に成長室２００を配置しておき、該成長室２００内に
原料を供給する工程、該上記成長室２００内に基板１０
を導入し、原料に基板１０を触れさせて結晶成長を行う
工程、基板１０を成長室２００外に出して、該成長室２
００内の原料を排出する工程を時分割的に行うものであ
る。この方法を達成するために、図１に示すように上記
成長室２００の他に該成長室２００に対して基板１０を
導入、導出し得る基板移動機構３００と、上記成長室２
００に原料の供給及び排出の制御が可能な原料供排出機
構４００が設けられる。
【００１１】
【作用】原料が成長室２００内に導入され、その後一定
の時間（図２Ｔ2 〜Ｔ3 間）を置いてから基板移動手段
３００を用いて基板１０を上記成長室２００内に導入
し、原料が成長室２００内に均一に拡散した状態で原料
と基板１０を接触させることにより、基板１０上の部分
による原料濃度が均一になり、厚みあるいは組成におい
て面内均一性が保たれることになる。
の時間（図２Ｔ2 〜Ｔ3 間）を置いてから基板移動手段
３００を用いて基板１０を上記成長室２００内に導入
し、原料が成長室２００内に均一に拡散した状態で原料
と基板１０を接触させることにより、基板１０上の部分
による原料濃度が均一になり、厚みあるいは組成におい
て面内均一性が保たれることになる。
【００１２】
【実施例】図１はこの発明の装置の概念図を示すもので
あり、図２はこの発明の手順を示すタイミング図であ
る。まず、反応炉（ＭＯＣＶＤ法の場合）１ａあるいは
真空チャンバ（ＭＢＥ法、ＨＷＥ法の場合）１ｂ、１ｃ
に、更に成長室２００が設けられる。そして原料供給開
始時点Ｔ1 で給排気制御機構４００を作動させ、供給側
開閉手段４０を開にし、また排気側開閉手段５０を閉に
し、該成長室２００に対して原料供給源から所定時間
（Ｔ1 〜Ｔ2）の間、原料の供給が行われる。そして、
成長室２００内で原料が均一に拡散する時間（Ｔ2 〜Ｔ
3 ）（例えばＭＯＣＶＤ法で５〜１０秒、ＭＢＥ法、Ｈ
ＷＥ法で５秒程度）待って、基板移動機構３００を駆動
することによってその上に配置された基板１０を成長室
２００内に導入し、該基板１０を所定時間（Ｔ3 〜
Ｔ4 ）成長室２００内に置くようにする。この状態で均
一な濃度の原料が基板１０に接することになり、厚み、
組成とも均一な結晶を成長させることが期待できる。次
に、給排気制御機構４００が作動して供給側開閉手段４
０が閉、排気側開閉手段５０が開となって排気が行われ
（Ｔ4 〜Ｔ5 ）、更に次の工程（Ｔ5 〜Ｔ6 ）で次の原
料が供給される。化合物半導体のように原料が２種類以
上あり、基板１０上以外の部分で原料相互が反応しない
ようにするのが望ましい場合は、異なる原料を同時に成
長室２００内に導入するのではなく、異なる時間（例え
ば時間Ｔ1 〜Ｔ2 と時間Ｔ5 〜Ｔ6 ）にそれぞれ別種の
原料を導入するようにする。
あり、図２はこの発明の手順を示すタイミング図であ
る。まず、反応炉（ＭＯＣＶＤ法の場合）１ａあるいは
真空チャンバ（ＭＢＥ法、ＨＷＥ法の場合）１ｂ、１ｃ
に、更に成長室２００が設けられる。そして原料供給開
始時点Ｔ1 で給排気制御機構４００を作動させ、供給側
開閉手段４０を開にし、また排気側開閉手段５０を閉に
し、該成長室２００に対して原料供給源から所定時間
（Ｔ1 〜Ｔ2）の間、原料の供給が行われる。そして、
成長室２００内で原料が均一に拡散する時間（Ｔ2 〜Ｔ
3 ）（例えばＭＯＣＶＤ法で５〜１０秒、ＭＢＥ法、Ｈ
ＷＥ法で５秒程度）待って、基板移動機構３００を駆動
することによってその上に配置された基板１０を成長室
２００内に導入し、該基板１０を所定時間（Ｔ3 〜
Ｔ4 ）成長室２００内に置くようにする。この状態で均
一な濃度の原料が基板１０に接することになり、厚み、
組成とも均一な結晶を成長させることが期待できる。次
に、給排気制御機構４００が作動して供給側開閉手段４
０が閉、排気側開閉手段５０が開となって排気が行われ
（Ｔ4 〜Ｔ5 ）、更に次の工程（Ｔ5 〜Ｔ6 ）で次の原
料が供給される。化合物半導体のように原料が２種類以
上あり、基板１０上以外の部分で原料相互が反応しない
ようにするのが望ましい場合は、異なる原料を同時に成
長室２００内に導入するのではなく、異なる時間（例え
ば時間Ｔ1 〜Ｔ2 と時間Ｔ5 〜Ｔ6 ）にそれぞれ別種の
原料を導入するようにする。
【００１３】図３はＭＯＣＶＤ法に適用したこの発明の
一実施例を示すものである。反応炉１ａ内に成長室２０
０ａが設けられ、該成長室２００ａに対してバルブ４１
ａを介して原料ガスが供給されるようになっている。更
に、図１での基板移動機構３００と給排気制御機構４０
０の一部を構成する円板状の回転板３０ａが、該回転板
３０ａの中心より外側に偏心して、上記成長室２００ａ
の下端開口部２１１が当接するように配置される。この
回転板３０ａには図６（ａ）、（ｂ）に示すように基板
１０を載置し得る基板嵌込凹部３３が設けられ、そこに
基板１０が嵌めこまれるとともに、排気口３１ａ及び密
閉部３２ａがそれぞれ回転方向に沿って配置される。
一実施例を示すものである。反応炉１ａ内に成長室２０
０ａが設けられ、該成長室２００ａに対してバルブ４１
ａを介して原料ガスが供給されるようになっている。更
に、図１での基板移動機構３００と給排気制御機構４０
０の一部を構成する円板状の回転板３０ａが、該回転板
３０ａの中心より外側に偏心して、上記成長室２００ａ
の下端開口部２１１が当接するように配置される。この
回転板３０ａには図６（ａ）、（ｂ）に示すように基板
１０を載置し得る基板嵌込凹部３３が設けられ、そこに
基板１０が嵌めこまれるとともに、排気口３１ａ及び密
閉部３２ａがそれぞれ回転方向に沿って配置される。
【００１４】この構成において、図２における原料供給
時Ｔ1 〜Ｔ2 には上記回転板３０ａの排気口３１ａが成
長室２００ａの下端に位置し、バルブ４１ａが給排気制
御機構４００によって開けられ原料ガスが成長室２００
ａ内に導入される。次に拡散時（Ｔ2 〜Ｔ3 ）では回転
板３０ａの密閉部３２ａが成長室２００ａの下端に位置
し、バルブ４１ａを閉じて成長室２００ａを密閉し原料
の拡散が行われる。また、成長時（Ｔ3 〜Ｔ4 ）には基
板１０が成長室２００ａの下端開口部２１１に位置する
ように回転板３０ａが回転され、原料ガスと基板１０が
接するようになる。更に排気時（Ｔ4 〜Ｔ5 ）には排気
口３１ａが上記開口部２１１に位置するように回転板３
０ａを回転させるように制御すると、図２で示した方法
を実現することができることになる。
時Ｔ1 〜Ｔ2 には上記回転板３０ａの排気口３１ａが成
長室２００ａの下端に位置し、バルブ４１ａが給排気制
御機構４００によって開けられ原料ガスが成長室２００
ａ内に導入される。次に拡散時（Ｔ2 〜Ｔ3 ）では回転
板３０ａの密閉部３２ａが成長室２００ａの下端に位置
し、バルブ４１ａを閉じて成長室２００ａを密閉し原料
の拡散が行われる。また、成長時（Ｔ3 〜Ｔ4 ）には基
板１０が成長室２００ａの下端開口部２１１に位置する
ように回転板３０ａが回転され、原料ガスと基板１０が
接するようになる。更に排気時（Ｔ4 〜Ｔ5 ）には排気
口３１ａが上記開口部２１１に位置するように回転板３
０ａを回転させるように制御すると、図２で示した方法
を実現することができることになる。
【００１５】図６（ｂ）は回転板３０ａの基板１０配置
部の断面を示すものであり、基板１０は回転板３０ａに
設けた基板嵌入凹部３３に嵌め込むようにしている。こ
れによって、基板１０の上面は回転板３０ａの上面と同
じ位置となるか又は低くなり、回転に支障は生じない。
図４はＭＢＥ法にこの発明を適用した場合の実施例を示
すものである。真空チャンバ１ｂ内に筒状の成長室２０
０ｂを配置し、該筒状の成長室２００ｂの上端開口部２
２１には上記図３の実施例で用いたと同様の回転板３０
ｂを、該回転板３０ｂに載置した基板１０が下を向くよ
うに配置される。成長室２００ｂの下端開口部２１１に
はシャッタ機構４１ｂが配置され、更に下端開口部２１
１の下方にクヌーセンセル３が配置される。この構成に
よって原料供給時（Ｔ1 〜Ｔ2 ）に回転板３０ｂの密閉
部３２ｂを成長室２００ｂの上端開口部２２１に当接す
るととにも、シャッタ機構４１ｂを開けて成長室２００
ｂ内にクヌーセンセル３より所定時間（Ｔ1 〜Ｔ2 ）の
間、原料を取り込む。次いで、シャッタ機構４１ｂを閉
じて、成長室２００ｂ内での拡散が充分に進み、原料分
子が成長室２００ｂの空間に均等に分散した時点（Ｔ2
〜Ｔ3 ）で基板１０が上記上端開口部２２１に位置する
ように回転板３０ｂを回転させる。その後所定の成長時
間（Ｔ3 〜Ｔ 4 ）を経て、回転板３０ｂの排気口３１ａ
が上記上端開口部２２１に位置するようにして、成長室
２００ｂ内の原料が排気される。尚、この実施例におい
て成長室２００ｂの壁部の温度が低いと上記拡散期間中
に原料分子は壁部に付着して、次の成長期間での成長効
率を下げるおそれがあるので、壁部は例えばヒータ３７
を用いて適当な温度で加熱される。
部の断面を示すものであり、基板１０は回転板３０ａに
設けた基板嵌入凹部３３に嵌め込むようにしている。こ
れによって、基板１０の上面は回転板３０ａの上面と同
じ位置となるか又は低くなり、回転に支障は生じない。
図４はＭＢＥ法にこの発明を適用した場合の実施例を示
すものである。真空チャンバ１ｂ内に筒状の成長室２０
０ｂを配置し、該筒状の成長室２００ｂの上端開口部２
２１には上記図３の実施例で用いたと同様の回転板３０
ｂを、該回転板３０ｂに載置した基板１０が下を向くよ
うに配置される。成長室２００ｂの下端開口部２１１に
はシャッタ機構４１ｂが配置され、更に下端開口部２１
１の下方にクヌーセンセル３が配置される。この構成に
よって原料供給時（Ｔ1 〜Ｔ2 ）に回転板３０ｂの密閉
部３２ｂを成長室２００ｂの上端開口部２２１に当接す
るととにも、シャッタ機構４１ｂを開けて成長室２００
ｂ内にクヌーセンセル３より所定時間（Ｔ1 〜Ｔ2 ）の
間、原料を取り込む。次いで、シャッタ機構４１ｂを閉
じて、成長室２００ｂ内での拡散が充分に進み、原料分
子が成長室２００ｂの空間に均等に分散した時点（Ｔ2
〜Ｔ3 ）で基板１０が上記上端開口部２２１に位置する
ように回転板３０ｂを回転させる。その後所定の成長時
間（Ｔ3 〜Ｔ 4 ）を経て、回転板３０ｂの排気口３１ａ
が上記上端開口部２２１に位置するようにして、成長室
２００ｂ内の原料が排気される。尚、この実施例におい
て成長室２００ｂの壁部の温度が低いと上記拡散期間中
に原料分子は壁部に付着して、次の成長期間での成長効
率を下げるおそれがあるので、壁部は例えばヒータ３７
を用いて適当な温度で加熱される。
【００１６】図５はホットウォール法をこの発明に適用
した場合の装置の概要を示すものである。クヌーセンセ
ル３がホットウォール４に置き換えられる以外図４のＭ
ＢＥ法と全く同じである。
した場合の装置の概要を示すものである。クヌーセンセ
ル３がホットウォール４に置き換えられる以外図４のＭ
ＢＥ法と全く同じである。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、成長室
内で均等に原料が拡散してから基板上にエピタキシャル
成長をさせるようにしているので、基板上に成長する結
晶の部分による厚み、あるいは組成の変化が少なくな
り、従って特性の均一な結晶が得られる。
内で均等に原料が拡散してから基板上にエピタキシャル
成長をさせるようにしているので、基板上に成長する結
晶の部分による厚み、あるいは組成の変化が少なくな
り、従って特性の均一な結晶が得られる。
【図１】本発明の装置概念図である。
【図２】本発明のタイミング図である。
【図３】本発明のＭＯＣＶＤ法に適用した場合の装置概
念図である。
念図である。
【図４】本発明をＭＢＥ法に適用した場合の装置概念図
である。
である。
【図５】本発明をＨＷＥ法に適用した場合の装置概念図
である。
である。
【図６】回転板の構成概念図である。
【図７】従来例概念図である。
【図８】従来例概念図である。
【図９】従来例概念図である。
１ａ 反応炉 １ｂ 真空チャンバ １０ 基板 ２００ 成長室 ３００ 基板移動機構 ４００ 給排気制御機構
Claims (2)
- 【請求項１】 気体状の原料を基板(10)に触れさせるこ
とによって、基板(10)上に原料に応じた種類の結晶を成
長させる気相成長方法において、有機金属気相成長法に
おける反応炉(1a)、又は分子線エピタキシャル成長法あ
るいはホットウォール法における真空チャンバ(1b)内に
成長室(200) を配置しておき、該成長室(200) 内に原料
を供給する工程、該上記成長室(200) 内に基板(10)を導
入し、原料に基板(10)を触れさせて結晶成長を行う工
程、基板(10)を成長室(200) 外に出して、該成長室(20
0) 内の原料を排出する工程を時分割的に行うことを特
徴とする気相成長方法。 - 【請求項２】 気体状の原料を基板(10)に触れさせるこ
とによって、基板(10)上に原料に応じた種類の結晶を成
長させる気相成長装置において、有機金属気相成長法に
おける反応炉(1a)、または分子線エピタキシャル成長法
あるいはホットウォール法における真空チャンバ(1b)内
に設けた少なくとも１つの成長室(200) と、該成長室(2
00) に対して基板(10)を導入、導出し得る基板移動機構
(300) と、上記成長室(200) に原料の供給及び排出の制
御が可能な給排気制御機構(400) とよりなる気相成長装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40423790A JP2815068B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 気相成長方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40423790A JP2815068B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 気相成長方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219394A JPH04219394A (ja) | 1992-08-10 |
| JP2815068B2 true JP2815068B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=18513928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40423790A Expired - Fee Related JP2815068B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 気相成長方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2815068B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3045115B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2000-05-29 | 日本電気株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-12-20 JP JP40423790A patent/JP2815068B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04219394A (ja) | 1992-08-10 |
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