JP2956575B2 - 単結晶育成用抵抗発熱体 - Google Patents
単結晶育成用抵抗発熱体Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＺ法による単結
晶の育成に使用される円筒形状の抵抗発熱体に関する。
晶の育成に使用される円筒形状の抵抗発熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの素材として使用される
棒状のシリコン単結晶は、ＣＺ法による結晶育成によっ
て製造されることが多い。ＣＺ法によるシリコン単結晶
の育成では、周知の通り、坩堝内にチャージされた固体
原料を、坩堝の外周側に配置した円筒形状の抵抗発熱体
により加熱して溶解し、その加熱を続けながら坩堝内の
原料融液から単結晶を引上げる。
棒状のシリコン単結晶は、ＣＺ法による結晶育成によっ
て製造されることが多い。ＣＺ法によるシリコン単結晶
の育成では、周知の通り、坩堝内にチャージされた固体
原料を、坩堝の外周側に配置した円筒形状の抵抗発熱体
により加熱して溶解し、その加熱を続けながら坩堝内の
原料融液から単結晶を引上げる。
【０００３】原料溶解およびその後の原料融液の温度管
理に使用される抵抗発熱体は、通常は図１に示すような
カーボンヒータである。このカーボンヒータ１０は、縦
向きの円筒体の中心を挟んで対向する二ケ所で、電極２
０，２０により支持される２電極支持型である。２つの
支持位置を結ぶ線の両側に位置する２つの半円筒部に
は、上端から下方に向かうスリット１１ａと下端から上
方に向かうスリット１１ｂとが周方向に交互に設けられ
ている。これにより、カーボンヒータ１０の両側の半円
筒部には、隣接する２つのスリット１１ａ，１１ｂに挟
まれたセグメント１２を、蛇行状に連結した通電路がそ
れぞれ形成される。周方向四ケ所で支持される４電極支
持型のカーボンヒータも用いられる。
理に使用される抵抗発熱体は、通常は図１に示すような
カーボンヒータである。このカーボンヒータ１０は、縦
向きの円筒体の中心を挟んで対向する二ケ所で、電極２
０，２０により支持される２電極支持型である。２つの
支持位置を結ぶ線の両側に位置する２つの半円筒部に
は、上端から下方に向かうスリット１１ａと下端から上
方に向かうスリット１１ｂとが周方向に交互に設けられ
ている。これにより、カーボンヒータ１０の両側の半円
筒部には、隣接する２つのスリット１１ａ，１１ｂに挟
まれたセグメント１２を、蛇行状に連結した通電路がそ
れぞれ形成される。周方向四ケ所で支持される４電極支
持型のカーボンヒータも用いられる。
【０００４】シリコン単結晶に関しては、大径ウェーハ
の要求に伴って急速に大径化が進んでおり、現在は６〜
８インチが主流であるが、将来的には１２インチ以上の
超大径単結晶が求められている。単結晶の直径が大きく
なると、これを育成する装置およびその構成部材が相似
的に大型化し、カーボンヒータは８インチ育成の場合で
さえ直径が２５インチを超えている。このような大型の
カーボンヒータも肉厚は２５ｍｍ程度と薄く、これにス
リットが形成されるため、機械的強度は非常に低い。そ
のためカーボンヒータは、図２に示すように、自重によ
る変形を生じ、２電極支持の場合は楕円化し、４電極支
持の場合は四角化する。このような変形は坩堝周方向の
加熱温度分布を不均一にしたり周囲の部品との接触を招
く原因になり、１２インチ以上の超大径単結晶の育成で
はこれらが大きな問題になる。
の要求に伴って急速に大径化が進んでおり、現在は６〜
８インチが主流であるが、将来的には１２インチ以上の
超大径単結晶が求められている。単結晶の直径が大きく
なると、これを育成する装置およびその構成部材が相似
的に大型化し、カーボンヒータは８インチ育成の場合で
さえ直径が２５インチを超えている。このような大型の
カーボンヒータも肉厚は２５ｍｍ程度と薄く、これにス
リットが形成されるため、機械的強度は非常に低い。そ
のためカーボンヒータは、図２に示すように、自重によ
る変形を生じ、２電極支持の場合は楕円化し、４電極支
持の場合は四角化する。このような変形は坩堝周方向の
加熱温度分布を不均一にしたり周囲の部品との接触を招
く原因になり、１２インチ以上の超大径単結晶の育成で
はこれらが大きな問題になる。
【０００５】そして、このようなカーボンヒータの変形
を抑える対策として、特開平４−１６０７８８号公報に
はスリットに電気的絶縁材を充填することが示されてい
る。
を抑える対策として、特開平４−１６０７８８号公報に
はスリットに電気的絶縁材を充填することが示されてい
る。
【０００６】単結晶の育成に使用されるカーボンヒータ
に関しては又、中心軸方向の加熱温度分布を積極的に制
御したいという要望がある。これはカーボンヒータの上
方への放熱が顕著なため、その軸方向温度分布は高温部
が下方に偏ったものとなり、これが単結晶の酸素濃度の
上昇などの原因になるからである。つまり、酸素濃度の
上昇を防ぐためには、ヒータの下部より上部を高温にし
た方が都合がよいのである。
に関しては又、中心軸方向の加熱温度分布を積極的に制
御したいという要望がある。これはカーボンヒータの上
方への放熱が顕著なため、その軸方向温度分布は高温部
が下方に偏ったものとなり、これが単結晶の酸素濃度の
上昇などの原因になるからである。つまり、酸素濃度の
上昇を防ぐためには、ヒータの下部より上部を高温にし
た方が都合がよいのである。
【０００７】そして特開平５−４３３８５号公報には、
そのような温度分布制御型カーボンヒータの従来例とし
て、セグメント上部の厚さや幅を小さくしたものが示さ
れ、発明例としてセグメント上部に貫通孔を設けたもの
が示されている。
そのような温度分布制御型カーボンヒータの従来例とし
て、セグメント上部の厚さや幅を小さくしたものが示さ
れ、発明例としてセグメント上部に貫通孔を設けたもの
が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】スリットに電気的絶縁
材を充填したカーボンヒータは、確かに高強度で大型の
場合も変形を生じ難いが、中心軸方向の加熱温度分布を
制御するということに関しては対応が全く不可能であ
る。一方、セグメント上部の厚さや幅を小さくするもの
は、中心軸方向の加熱温度分布を制御することはできて
も、強度は従来一般のカーボンヒータよりも更に低くな
る。セグメント上部に貫通孔を設けたセグメントは、セ
グメント上部の厚さや幅を小さくするものより高強度と
されているが、従来一般のカーボンヒータよりも高強度
となることは有り得ない。
材を充填したカーボンヒータは、確かに高強度で大型の
場合も変形を生じ難いが、中心軸方向の加熱温度分布を
制御するということに関しては対応が全く不可能であ
る。一方、セグメント上部の厚さや幅を小さくするもの
は、中心軸方向の加熱温度分布を制御することはできて
も、強度は従来一般のカーボンヒータよりも更に低くな
る。セグメント上部に貫通孔を設けたセグメントは、セ
グメント上部の厚さや幅を小さくするものより高強度と
されているが、従来一般のカーボンヒータよりも高強度
となることは有り得ない。
【０００９】本発明の目的は、従来一般のものより高強
度であって、しかも中心軸方向の加熱温度分布を制御す
ることができる単結晶育成用抵抗発熱体を提供すること
にある。
度であって、しかも中心軸方向の加熱温度分布を制御す
ることができる単結晶育成用抵抗発熱体を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶育成用抵
抗発熱体は、ＣＺ法による単結晶の育成に使用される円
筒形状の抵抗発熱体であって、一端から他端側に向かう
スリットと他端から一端側に向かうスリットとが周方向
に交互に形成されており、且つ一端側および／または他
端側におけるスリットの開放端部を挟んで対向する両側
のセグメント端部間に、抵抗発熱体部材からなるブリッ
ジが架設されている点に構成上の特徴がある。
抗発熱体は、ＣＺ法による単結晶の育成に使用される円
筒形状の抵抗発熱体であって、一端から他端側に向かう
スリットと他端から一端側に向かうスリットとが周方向
に交互に形成されており、且つ一端側および／または他
端側におけるスリットの開放端部を挟んで対向する両側
のセグメント端部間に、抵抗発熱体部材からなるブリッ
ジが架設されている点に構成上の特徴がある。
【００１１】両側のセグメント端部間にブリッジを架設
することにより、セグメント間のスリットの拡縮変形が
阻止され、ヒータの変形が抑えられる。また、両側のセ
グメントによって形成されるＵ字状通電路にブリッジが
並列に挿入され、ブリッジに電流が分流してブリッジ自
ら発熱するので、その発熱量の調整によりヒータの軸方
向加熱温度分布が制御される。
することにより、セグメント間のスリットの拡縮変形が
阻止され、ヒータの変形が抑えられる。また、両側のセ
グメントによって形成されるＵ字状通電路にブリッジが
並列に挿入され、ブリッジに電流が分流してブリッジ自
ら発熱するので、その発熱量の調整によりヒータの軸方
向加熱温度分布が制御される。
【００１２】両側のセグメントによって形成されるＵ字
状通電路への十分な通電を確保するため、ブリッジの電
気抵抗値はＵ字状通電路の電気抵抗値より大であり、そ
の２倍以上が望ましい。
状通電路への十分な通電を確保するため、ブリッジの電
気抵抗値はＵ字状通電路の電気抵抗値より大であり、そ
の２倍以上が望ましい。
【００１３】ブリッジは、当該抵抗発熱体を素材から切
り出すときにその切り出しにより一体形成することがで
きる。また当該抵抗発熱体とは別の抵抗発熱部材を両側
のセグメント端部間に介在させることにより形成するこ
とができる。一体型のブリッジは形成が容易である。別
の抵抗発熱部材を用いた場合は、その材質の比抵抗値の
選択により、高抵抗を維持しつつ断面積を大きくできる
ので、特に高い機械的強度が得られる。
り出すときにその切り出しにより一体形成することがで
きる。また当該抵抗発熱体とは別の抵抗発熱部材を両側
のセグメント端部間に介在させることにより形成するこ
とができる。一体型のブリッジは形成が容易である。別
の抵抗発熱部材を用いた場合は、その材質の比抵抗値の
選択により、高抵抗を維持しつつ断面積を大きくできる
ので、特に高い機械的強度が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図示
例に基づいて説明する。図３は本発明を実施した抵抗発
熱体の１例についてその主要部を示す平面図および立面
図、図４は同発熱体の等価回路を従来の抵抗発熱体の場
合と比較して示す模式図、図５は同発熱体の軸方向温度
分布を従来の抵抗発熱体の場合と比較して示すグラフで
ある。
例に基づいて説明する。図３は本発明を実施した抵抗発
熱体の１例についてその主要部を示す平面図および立面
図、図４は同発熱体の等価回路を従来の抵抗発熱体の場
合と比較して示す模式図、図５は同発熱体の軸方向温度
分布を従来の抵抗発熱体の場合と比較して示すグラフで
ある。
【００１５】本発熱体は、シリコン単結晶の育成に使用
される２電極支持型のカーボンヒータである。このカー
ボンヒータ１０は、図１に示す従来のカーボンヒータと
同様に、両側の半円筒部において上端から下方に向かう
スリット１１ａと下端から上方に向かうスリット１１ｂ
を周方向に交互に形成し、隣接する２つのスリット１１
ａ，１１ｂに挟まれたセグメント１２を蛇行状に連結し
た基本構造になっている。
される２電極支持型のカーボンヒータである。このカー
ボンヒータ１０は、図１に示す従来のカーボンヒータと
同様に、両側の半円筒部において上端から下方に向かう
スリット１１ａと下端から上方に向かうスリット１１ｂ
を周方向に交互に形成し、隣接する２つのスリット１１
ａ，１１ｂに挟まれたセグメント１２を蛇行状に連結し
た基本構造になっている。
【００１６】下端から上方に向かうスリット１１ｂの上
端部（開放端部）にはブリッジ１３が設けられている。
該ブリッジ１３により、スリット１１ｂの上端部（開放
端部）を挟んで対向する両側のセグメント１２，１２の
端部同士が機械的に連結されると共に電気的に接続され
る。
端部（開放端部）にはブリッジ１３が設けられている。
該ブリッジ１３により、スリット１１ｂの上端部（開放
端部）を挟んで対向する両側のセグメント１２，１２の
端部同士が機械的に連結されると共に電気的に接続され
る。
【００１７】ブリッジ１３は、ここでは当該カーボンヒ
ータ１０をカーボン素材から切り出すときに、その切り
出しにより形成されたカーボンの一体形成部である。従
って、その電気抵抗値は周方向に直角な断面積に依存
し、その断面積を小さくするほど高抵抗となる。そし
て、ここでのブリッジ１３は、その抵抗値を大きくする
と共に、内側に配置される坩堝の加熱効率を上げるため
に、スリット１１ｂの上端内周部に設けられている。
ータ１０をカーボン素材から切り出すときに、その切り
出しにより形成されたカーボンの一体形成部である。従
って、その電気抵抗値は周方向に直角な断面積に依存
し、その断面積を小さくするほど高抵抗となる。そし
て、ここでのブリッジ１３は、その抵抗値を大きくする
と共に、内側に配置される坩堝の加熱効率を上げるため
に、スリット１１ｂの上端内周部に設けられている。
【００１８】２電極支持型のカーボンヒータの場合、従
来のものは図４（Ａ）に示されるように、複数のセグメ
ント（抵抗Ｒ１）を蛇行状に直列接続して形成した半円
筒状の通電路（抵抗Ｒ１＋Ｒ１＋…）を２個並列に接続
した等価回路となる。これに対し、本カーボンヒータで
は、図４（Ｂ）に示されるように、ブリッジ（抵抗Ｒ
２）の両側に位置する２つのセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路（抵抗Ｒ１＋Ｒ１）にブリッジ（抵抗
Ｒ２）を並列に接続し、これを直列に接続して半円筒状
の通電路が形成される。
来のものは図４（Ａ）に示されるように、複数のセグメ
ント（抵抗Ｒ１）を蛇行状に直列接続して形成した半円
筒状の通電路（抵抗Ｒ１＋Ｒ１＋…）を２個並列に接続
した等価回路となる。これに対し、本カーボンヒータで
は、図４（Ｂ）に示されるように、ブリッジ（抵抗Ｒ
２）の両側に位置する２つのセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路（抵抗Ｒ１＋Ｒ１）にブリッジ（抵抗
Ｒ２）を並列に接続し、これを直列に接続して半円筒状
の通電路が形成される。
【００１９】ここで、ブリッジの電気抵抗値（Ｒ２）を
Ｕ字状通電路の抵抗値（Ｒ１＋Ｒ１）より十分に大きく
しておくと、電流の一部がブリッジに流れ、残りがＵ字
状通電路に流れる。これにより、ブリッジの両側に位置
する２つのセグメントが発熱すると共に、ブリッジも発
熱する。
Ｕ字状通電路の抵抗値（Ｒ１＋Ｒ１）より十分に大きく
しておくと、電流の一部がブリッジに流れ、残りがＵ字
状通電路に流れる。これにより、ブリッジの両側に位置
する２つのセグメントが発熱すると共に、ブリッジも発
熱する。
【００２０】従って、本カーボンヒータでは軸方向の加
熱温度分布が、高温部が従来より上方に移動したものと
なる。スリットの幅を一定とすれば、ヒータ周方向に直
角なブリッジの断面積を変更することにより、軸方向の
加熱温度分布が制御される。また、両側のセグメントが
ブリッジにより機械的に連結されスリット内から支持さ
れる。従って、ヒータの変形（楕円化）も抑制される。
熱温度分布が、高温部が従来より上方に移動したものと
なる。スリットの幅を一定とすれば、ヒータ周方向に直
角なブリッジの断面積を変更することにより、軸方向の
加熱温度分布が制御される。また、両側のセグメントが
ブリッジにより機械的に連結されスリット内から支持さ
れる。従って、ヒータの変形（楕円化）も抑制される。
【００２１】
【実施例】内径が２７インチ、高さが４５０ｍｍ、厚さ
が２５ｍｍ、セグメント数が２４、スリット幅が１８ｍ
ｍ、セグメントの断面積が１９００ｍｍ2 である２電極
支持型のカーボンヒータにおいて、上端から下方に向か
うスリットの上端内周部にブリッジを一体形成した。ブ
リッジのヒータ周方向に直角な断面積は９ｍｍ2 であ
り、その電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路の電気抵抗値の７倍である。
が２５ｍｍ、セグメント数が２４、スリット幅が１８ｍ
ｍ、セグメントの断面積が１９００ｍｍ2 である２電極
支持型のカーボンヒータにおいて、上端から下方に向か
うスリットの上端内周部にブリッジを一体形成した。ブ
リッジのヒータ周方向に直角な断面積は９ｍｍ2 であ
り、その電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路の電気抵抗値の７倍である。
【００２２】図５に示されるように、軸方向の加熱温度
分布は、ブリッジを設けない従来ヒータの場合と比べ
て、高温部が上方へ移動するものとなった（実施例
１）。ブリッジの断面積を１５ｍｍ2 とした場合は、高
温部が上方へ更に移動した（実施例２）。この場合のブ
リッジの電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路の電気抵抗値の４倍である。
分布は、ブリッジを設けない従来ヒータの場合と比べ
て、高温部が上方へ移動するものとなった（実施例
１）。ブリッジの断面積を１５ｍｍ2 とした場合は、高
温部が上方へ更に移動した（実施例２）。この場合のブ
リッジの電気抵抗値は両側のセグメントによって形成さ
れるＵ字状通電路の電気抵抗値の４倍である。
【００２３】それぞれの場合についてヒータの変形量を
調査した。変形量は図２（Ａ）に示されるａとｂの差
（ａ−ｂ）で表わした。表１に示すように、ブリッジを
設けることにより変形（楕円化）が抑制される。その効
果はブリッジの断面積の大きい場合の方が大である。
調査した。変形量は図２（Ａ）に示されるａとｂの差
（ａ−ｂ）で表わした。表１に示すように、ブリッジを
設けることにより変形（楕円化）が抑制される。その効
果はブリッジの断面積の大きい場合の方が大である。
【００２４】
【表１】
【００２５】上記例はブリッジをヒータの上端部に設け
たものであるが、下端部に設けることもできる。その場
合は、ヒータの軸方向の加熱温度分布は、高温部が下方
へ移動するものとなる。この場合もヒータの機械的強度
は実質的に同じである。また上端部および下端部にブリ
ッジを設けることもできる。ヒータ材質については、カ
ーボン以外のものを用いることができる。
たものであるが、下端部に設けることもできる。その場
合は、ヒータの軸方向の加熱温度分布は、高温部が下方
へ移動するものとなる。この場合もヒータの機械的強度
は実質的に同じである。また上端部および下端部にブリ
ッジを設けることもできる。ヒータ材質については、カ
ーボン以外のものを用いることができる。
【００２６】カーボンヒータの場合にブリッジをカーボ
ンより比抵抗が大きい材料で形成することにより、高抵
抗値を維持しつつその断面積が増大するので、ヒータの
変形が一層効果的に抑制される。４電極支持型の抵抗発
熱体に本発明が適用可能なことは言うまでもない。
ンより比抵抗が大きい材料で形成することにより、高抵
抗値を維持しつつその断面積が増大するので、ヒータの
変形が一層効果的に抑制される。４電極支持型の抵抗発
熱体に本発明が適用可能なことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の単結晶育
成用抵抗発熱体は、スリットの開放端部に抵抗発熱部材
からなるブリッジを設けることにより、機械的強度を高
めるので、単結晶の大径化に伴って育成装置が大型化さ
れた場合も、発熱体の変形による加熱温度分布の不均一
や周囲の部品との接触を効果的に防ぎ、その単結晶の大
径化に寄与する。また、中心軸方向の加熱温度分布を制
御することができるので、単結晶の品質向上等にも寄与
する。
成用抵抗発熱体は、スリットの開放端部に抵抗発熱部材
からなるブリッジを設けることにより、機械的強度を高
めるので、単結晶の大径化に伴って育成装置が大型化さ
れた場合も、発熱体の変形による加熱温度分布の不均一
や周囲の部品との接触を効果的に防ぎ、その単結晶の大
径化に寄与する。また、中心軸方向の加熱温度分布を制
御することができるので、単結晶の品質向上等にも寄与
する。
【図１】従来のカーボンヒータの構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】カーボンヒータの変形を示す平面図である。
【図３】本発明を実施した抵抗発熱体の１例についてそ
の主要部を示す平面図および立面図である。
の主要部を示す平面図および立面図である。
【図４】同発熱体の等価回路を従来の抵抗発熱体の場合
と比較して示す模式図である。
と比較して示す模式図である。
【図５】同発熱体の軸方向温度分布を従来の抵抗発熱体
の場合と比較して示すグラフである。
の場合と比較して示すグラフである。
１０ カーボンヒータ（抵抗発熱体） １１ａ，１１ｂ スリット １２ セグメント １３ ブリッジ ２０ 電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ＣＺ法による単結晶の育成に使用される
円筒形状の抵抗発熱体であって、一端から他端側に向か
うスリットと他端から一端側に向かうスリットとが周方
向に交互に形成されており、且つ一端側および／または
他端側におけるスリットの開放端部を挟んで対向する両
側のセグメント端部間に、抵抗発熱部材からなるブリッ
ジが架設されていることを特徴とする単結晶育成用抵抗
発熱体。 - 【請求項２】 両側のセグメント端部間に架設されたブ
リッジの電気抵抗値が、その両側のセグメントによって
形成されるＵ字状通電路の電気抵抗値の２倍以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成抵抗発熱
体。 - 【請求項３】 前記ブリッジが、当該抵抗発熱体を素材
から切り出すときに、その切り出しにより形成された一
体形成部であることを特徴とする請求項１または２に記
載の単結晶育成用抵抗発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142896A JP2956575B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶育成用抵抗発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7142896A JP2956575B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶育成用抵抗発熱体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09235178A JPH09235178A (ja) | 1997-09-09 |
| JP2956575B2 true JP2956575B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=13460243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7142896A Expired - Fee Related JP2956575B2 (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 単結晶育成用抵抗発熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2956575B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010053081A (ko) * | 1998-06-26 | 2001-06-25 | 헨넬리 헬렌 에프 | 결정 성장 장치용 전기 저항 히터 및 그 사용 방법 |
| JP4161655B2 (ja) | 2002-09-13 | 2008-10-08 | 信越半導体株式会社 | 結晶製造用ヒーター及び結晶製造装置並びに結晶製造方法 |
| CN103703170B (zh) | 2011-06-06 | 2017-04-26 | Gtat公司 | 用于晶体生长装置的加热器组件 |
| JP6459406B2 (ja) * | 2014-11-04 | 2019-01-30 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素単結晶の製造装置および炭化珪素単結晶の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP7142896A patent/JP2956575B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09235178A (ja) | 1997-09-09 |
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