JP3100192B2 - プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 - Google Patents
プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置Info
- Publication number
- JP3100192B2 JP3100192B2 JP03221788A JP22178891A JP3100192B2 JP 3100192 B2 JP3100192 B2 JP 3100192B2 JP 03221788 A JP03221788 A JP 03221788A JP 22178891 A JP22178891 A JP 22178891A JP 3100192 B2 JP3100192 B2 JP 3100192B2
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- JP
- Japan
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- plasma
- spectroscope
- etching
- light
- entrance slit
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体プロセスのプラ
ズマエッチング（ドライエッチ）過程におけるプラズマ
エッチャーのエンドポイントを検出するための検出装置
に関するものである。
ズマエッチング（ドライエッチ）過程におけるプラズマ
エッチャーのエンドポイントを検出するための検出装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマエッチャーは、図１に示すよう
に、チャンバ１内に反応ガスを流しながら半導体ウエハ
１０をはさみ込んだ電極１０ａ，１０ｂに高周波電圧を
かけウエハ上でガスをプラズマ化することにより、効率
良く、微細パターンのエッチングを行なわせる装置であ
る。
に、チャンバ１内に反応ガスを流しながら半導体ウエハ
１０をはさみ込んだ電極１０ａ，１０ｂに高周波電圧を
かけウエハ上でガスをプラズマ化することにより、効率
良く、微細パターンのエッチングを行なわせる装置であ
る。
【０００３】現在プラズマエッチャーが最も良く用いら
れている行程は、ＳｉＯ2 膜のエッチングである。この
ＳｉＯ2 膜のエッチングについて説明する。Ｓｉ基板上
に形成されたＳｉＯ2 膜にホトレジストで所望のパター
ンを焼付け、現像されたウエハ５を電極１０ａ，１０ｂ
間にセットする。電極１０ａには、ウエハ５上でガスを
プラズマ化しやすくするために、多数の微細孔１２が形
成されている。そしてチャンバ１内にＣＦ4 とＡｒの混
合ガスを流しながら電極１０ａ，１０ｂに高周波電圧を
かけると、レジストが取り除かれた部分のＳｉＯ2 が ＣＦ4 ＋ＳｉＯ2 →ＳｉＦ4 ↑＋ＣＯ2↑ の反応を起し徐々にエッチングされていく。
れている行程は、ＳｉＯ2 膜のエッチングである。この
ＳｉＯ2 膜のエッチングについて説明する。Ｓｉ基板上
に形成されたＳｉＯ2 膜にホトレジストで所望のパター
ンを焼付け、現像されたウエハ５を電極１０ａ，１０ｂ
間にセットする。電極１０ａには、ウエハ５上でガスを
プラズマ化しやすくするために、多数の微細孔１２が形
成されている。そしてチャンバ１内にＣＦ4 とＡｒの混
合ガスを流しながら電極１０ａ，１０ｂに高周波電圧を
かけると、レジストが取り除かれた部分のＳｉＯ2 が ＣＦ4 ＋ＳｉＯ2 →ＳｉＦ4 ↑＋ＣＯ2↑ の反応を起し徐々にエッチングされていく。
【０００４】ここで問題になるのは、反応時間の制御で
ある。時間が不足すると図２に示す点線アの様にＳｉＯ
2 が除去し切れずに残り、時間が長すぎると点線イの様
にレジストの下までエッチングが進行していわゆるオー
バエッチの状態になってしまう。これらは、いずれも製
品の品質にとって致命的な欠陥となりかねないものであ
る。
ある。時間が不足すると図２に示す点線アの様にＳｉＯ
2 が除去し切れずに残り、時間が長すぎると点線イの様
にレジストの下までエッチングが進行していわゆるオー
バエッチの状態になってしまう。これらは、いずれも製
品の品質にとって致命的な欠陥となりかねないものであ
る。
【０００５】そこで考えられたのが、反応によって発生
するガス（ここではＣＯ2 ）のプラズマ発光強度をモニ
タしながら反応時間を制御するという方法である。ＣＯ
2 ガスのスペクトル強度は、反応時間とともにおおむね
図３の様に変化する。すなわち、エッチングの開始から
その進行とともに徐々に減少する領域があり、エッチン
グの終了近くで急激に落ちる部分があり、さらにオーバ
ーエッチの状態まで徐々に弱くなっていく領域がある。
従って、このスペクトル強度の変化が急峻に生じる時点
を目安に反応終了時間を制御すれば最適なエッチング状
態が得られることになる。
するガス（ここではＣＯ2 ）のプラズマ発光強度をモニ
タしながら反応時間を制御するという方法である。ＣＯ
2 ガスのスペクトル強度は、反応時間とともにおおむね
図３の様に変化する。すなわち、エッチングの開始から
その進行とともに徐々に減少する領域があり、エッチン
グの終了近くで急激に落ちる部分があり、さらにオーバ
ーエッチの状態まで徐々に弱くなっていく領域がある。
従って、このスペクトル強度の変化が急峻に生じる時点
を目安に反応終了時間を制御すれば最適なエッチング状
態が得られることになる。
【０００６】これは、図１に示したチャンバ１の側壁に
石英ガラスの窓（ビューポート）１５を設け、そこから
集光レンズ２０を用いてチャンバ内のプラズマ光を導き
出すことにより達成される。集光レンズ２０によるプラ
ズマ集束光は、分光器３０の入射スリット３２に投影さ
れ、図示されていないグレーティング、光検出器等を介
してプラズマ光のスペクトルが測定されるようになって
いる。
石英ガラスの窓（ビューポート）１５を設け、そこから
集光レンズ２０を用いてチャンバ内のプラズマ光を導き
出すことにより達成される。集光レンズ２０によるプラ
ズマ集束光は、分光器３０の入射スリット３２に投影さ
れ、図示されていないグレーティング、光検出器等を介
してプラズマ光のスペクトルが測定されるようになって
いる。
【０００７】前述したＳｉＯ2 のエッチングの場合は、
ＣＯ2 ガスの発光スペクトル（４４０．２nm、又は４８
２．５nm）が用いられる。このＣＯ2 ガスの発光スペク
トルを分光器３０によって検出し、これを制御回路４０
を介して高周波電源等にフィードバックして高周波電源
を切断し、エッチングを終了させる。
ＣＯ2 ガスの発光スペクトル（４４０．２nm、又は４８
２．５nm）が用いられる。このＣＯ2 ガスの発光スペク
トルを分光器３０によって検出し、これを制御回路４０
を介して高周波電源等にフィードバックして高周波電源
を切断し、エッチングを終了させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述したプラズマエッ
チャーの電極１０ａ，１０ｂの間隔は、５mm程度しかな
いのが一般的である。従って、図４に示すように、ビュ
ーポート１５から見るプラズマの発光面は幅５mmの横長
の帯のようなものになる。
チャーの電極１０ａ，１０ｂの間隔は、５mm程度しかな
いのが一般的である。従って、図４に示すように、ビュ
ーポート１５から見るプラズマの発光面は幅５mmの横長
の帯のようなものになる。
【０００９】これが、集光レンズ２０によって入射スリ
ット３２（幅０．５mm程度）上に投影されると、集光レ
ンズの倍率が２〜３倍として、光の幅は２．５mm〜１．
７mmと極めて細いものとなってしまう。このため、光の
帯をスリット上にしっかり投影するためには、分光器の
姿勢を注意深く制御しなければならない。
ット３２（幅０．５mm程度）上に投影されると、集光レ
ンズの倍率が２〜３倍として、光の幅は２．５mm〜１．
７mmと極めて細いものとなってしまう。このため、光の
帯をスリット上にしっかり投影するためには、分光器の
姿勢を注意深く制御しなければならない。
【００１０】従来はまず、分光器の選択波長を比較的強
いスペクトルが発生するＡｒの波長に合わせ、その出力
が最大となるように分光器の姿勢を決めてから、選択波
長をＣＯ2 のスペクトルに合わせ直した後、モニタを開
始するなどの手段を高じる必要があり、不便であった。
いスペクトルが発生するＡｒの波長に合わせ、その出力
が最大となるように分光器の姿勢を決めてから、選択波
長をＣＯ2 のスペクトルに合わせ直した後、モニタを開
始するなどの手段を高じる必要があり、不便であった。
【００１１】また、集光レンズの焦点をウエハの手前側
に合わせるか、ウエハの中心に合わせるかによって、エ
ッチングのエンドポイントの制御が微妙に異なるため、
モニタの開始時に集光レンズのピント合わせが必要にな
る。従来、このピント合わせは、設計値を頼りにビュー
ポートから集光レンズの先端までの距離を測定し、集光
レンズの繰り出し量を決めていた。このため、焦点合わ
せの作業は煩わしく、また必ずしも正確ではなかった。
に合わせるか、ウエハの中心に合わせるかによって、エ
ッチングのエンドポイントの制御が微妙に異なるため、
モニタの開始時に集光レンズのピント合わせが必要にな
る。従来、このピント合わせは、設計値を頼りにビュー
ポートから集光レンズの先端までの距離を測定し、集光
レンズの繰り出し量を決めていた。このため、焦点合わ
せの作業は煩わしく、また必ずしも正確ではなかった。
【００１２】この発明は、前記問題点を解決するために
成されたものであり、分光器（プラズマエッチャーのエ
ンドポイント検出装置）の姿勢を容易に制御することを
可能にし、集光レンズの焦点合わせを容易にすることを
目的としている。
成されたものであり、分光器（プラズマエッチャーのエ
ンドポイント検出装置）の姿勢を容易に制御することを
可能にし、集光レンズの焦点合わせを容易にすることを
目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のプラズマエッチャーのエンドポイント検出
装置は、プラズマエッチャーのチャンバ内で発生するプ
ラズマ光を集光レンズにより分光器の入射スリットに集
光させ、エッチングによる化学反応で発生したガスのプ
ラズマ発光スペクトルを分光して取出し、その変化をモ
ニタしながらエッチング終了時間を制御するプラズマエ
ッチャーのエンドポイント検出装置において、前記集光
レンズと入射スリットとの間に、この入射スリットの位
置と異なる位置にもプラズマ光を集光させる光学部材を
配置し、このプラズマ光が集光する平面の、前記入射ス
リットと共役な位置に、入射スリットと対応した形状の
印が付されたフォーカシングマットを配置すると共に、
前記集光レンズを光軸に沿って移動可能にしたことを特
徴としている。
に、本発明のプラズマエッチャーのエンドポイント検出
装置は、プラズマエッチャーのチャンバ内で発生するプ
ラズマ光を集光レンズにより分光器の入射スリットに集
光させ、エッチングによる化学反応で発生したガスのプ
ラズマ発光スペクトルを分光して取出し、その変化をモ
ニタしながらエッチング終了時間を制御するプラズマエ
ッチャーのエンドポイント検出装置において、前記集光
レンズと入射スリットとの間に、この入射スリットの位
置と異なる位置にもプラズマ光を集光させる光学部材を
配置し、このプラズマ光が集光する平面の、前記入射ス
リットと共役な位置に、入射スリットと対応した形状の
印が付されたフォーカシングマットを配置すると共に、
前記集光レンズを光軸に沿って移動可能にしたことを特
徴としている。
【００１４】
【作用】プラズマエッチャーと分光器との間に、ビュー
ファインダー付きの集光レンズを配置し、このビューフ
ァインダーを覗きながら分光器の姿勢を制御し、かつ集
光レンズの焦点合わせを行う。
ファインダー付きの集光レンズを配置し、このビューフ
ァインダーを覗きながら分光器の姿勢を制御し、かつ集
光レンズの焦点合わせを行う。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を図５を参照して具体的に説明
する。なお、この図では本発明の特徴部分のみが示され
ており、プラズマエッチャー等の構成については、図１
に示されているものと同一である。
する。なお、この図では本発明の特徴部分のみが示され
ており、プラズマエッチャー等の構成については、図１
に示されているものと同一である。
【００１６】図１に示されている、プラズマエッチャー
のチャンバ１と分光器３０との間に図５に示されている
ビューファインダー付き集光レンズ（以下、円筒部材）
５０を配置する。図５（Ａ）はこの円筒部材５０の平面
図を、図５（Ｂ）はこの円筒部材５０の内部の構成およ
び光の経路の側面図を、図５（Ｃ）は円筒部材５０の内
部に取付けられているミラーの形状を、それぞれ示して
いる。
のチャンバ１と分光器３０との間に図５に示されている
ビューファインダー付き集光レンズ（以下、円筒部材）
５０を配置する。図５（Ａ）はこの円筒部材５０の平面
図を、図５（Ｂ）はこの円筒部材５０の内部の構成およ
び光の経路の側面図を、図５（Ｃ）は円筒部材５０の内
部に取付けられているミラーの形状を、それぞれ示して
いる。
【００１７】円筒部材５０は、分光器３０にねじ等によ
って固定された内側円筒部材５５とこの内側円筒部材５
５の外周面に沿って矢印方向に摺動する外側円筒部材５
１とを備えている。
って固定された内側円筒部材５５とこの内側円筒部材５
５の外周面に沿って矢印方向に摺動する外側円筒部材５
１とを備えている。
【００１８】この外側円筒部材５１の内部には、集光レ
ンズ２０が固定されており、プラズマエッチャーからの
プラズマ光を後述するフォーカスマット５７および分光
器３０の入射スリット３２に集光させる。本実施例で
は、この集光レンズ２０は、石英の平凸レンズでφ３０
mm，ｆ５０mmであり、Ｆナンバーは１．７と充分明るい
レンズが用いられている。外側円筒部材５１の外周面に
は、切欠部５２が形成されており、この切欠部５２内に
後述するフォーカスマット５７を保持する枠５６が位置
し、外側円筒部材５１は枠５６をガイドとして、図示さ
れていない駆動機構によって矢印方向に摺動可能となっ
ている。かくして、外側円筒部材５１を矢印方向に摺動
させることによって、ピント調節が可能となっている。
ンズ２０が固定されており、プラズマエッチャーからの
プラズマ光を後述するフォーカスマット５７および分光
器３０の入射スリット３２に集光させる。本実施例で
は、この集光レンズ２０は、石英の平凸レンズでφ３０
mm，ｆ５０mmであり、Ｆナンバーは１．７と充分明るい
レンズが用いられている。外側円筒部材５１の外周面に
は、切欠部５２が形成されており、この切欠部５２内に
後述するフォーカスマット５７を保持する枠５６が位置
し、外側円筒部材５１は枠５６をガイドとして、図示さ
れていない駆動機構によって矢印方向に摺動可能となっ
ている。かくして、外側円筒部材５１を矢印方向に摺動
させることによって、ピント調節が可能となっている。
【００１９】前記内側円筒部材５５の外周面には、前記
外側円筒部材５１の切欠部５２内に位置するように枠５
６が固定されており、この枠５６内にフォーカスマット
５７が保持されている。このフォーカスマット５７に
は、入射スリット３２と共役な位置および方向が判別で
きる中心線５７ａが罫書かれている。本実施例では、長
手方向の罫書き線５７ａが入射スリット３２の長手方向
およびプラズマ光の帯の長手方向に対応している。この
枠５６およびフォーカスマット５７によってビューファ
インダーが構成されている。
外側円筒部材５１の切欠部５２内に位置するように枠５
６が固定されており、この枠５６内にフォーカスマット
５７が保持されている。このフォーカスマット５７に
は、入射スリット３２と共役な位置および方向が判別で
きる中心線５７ａが罫書かれている。本実施例では、長
手方向の罫書き線５７ａが入射スリット３２の長手方向
およびプラズマ光の帯の長手方向に対応している。この
枠５６およびフォーカスマット５７によってビューファ
インダーが構成されている。
【００２０】また、内側円筒部材５５の内部には、この
フォーカスマット５７にプラズマ光を集光させるように
ほぼ４５°傾斜したミラー６０が固定されている。この
ミラー６０には、（Ｃ）に示すように、光軸を中心に穴
６２が形成されている。この穴６２の大きさは、分光器
３０が必要とする光量を充分満たすだけの大きさであれ
ば良い。すなわち、穴６２の大きさは、分光器３０の実
質的開口を満たす光束（分光器のグレーティングを充分
にカバーするだけの光束）が通過し得る大きさであれば
良い。本実施例では、集光レンズ２０のＦ１．７に対し
て、穴６２はＦ３．５に設定されており、穴６２を通過
したプラズマ光は分光器３０が必要とする光量を充分満
たしている。この場合、穴６２を通過し得ない光は、ミ
ラー６０の穴６２の輪帯領域６３で反射され、前記フォ
ーカスマット５７に集光される。
フォーカスマット５７にプラズマ光を集光させるように
ほぼ４５°傾斜したミラー６０が固定されている。この
ミラー６０には、（Ｃ）に示すように、光軸を中心に穴
６２が形成されている。この穴６２の大きさは、分光器
３０が必要とする光量を充分満たすだけの大きさであれ
ば良い。すなわち、穴６２の大きさは、分光器３０の実
質的開口を満たす光束（分光器のグレーティングを充分
にカバーするだけの光束）が通過し得る大きさであれば
良い。本実施例では、集光レンズ２０のＦ１．７に対し
て、穴６２はＦ３．５に設定されており、穴６２を通過
したプラズマ光は分光器３０が必要とする光量を充分満
たしている。この場合、穴６２を通過し得ない光は、ミ
ラー６０の穴６２の輪帯領域６３で反射され、前記フォ
ーカスマット５７に集光される。
【００２１】従って、ビューファインダーを覗きなが
ら、プラズマ光の帯が長手方向の罫書き線にしっかり重
なるように分光器３０の姿勢を調節固定すれば、入射ス
リット３２にプラズマ光を正しく、容易に投影すること
ができる。また、ピント合わせもビューファインダーを
覗きながら容易にかつ正確に行うことができる。
ら、プラズマ光の帯が長手方向の罫書き線にしっかり重
なるように分光器３０の姿勢を調節固定すれば、入射ス
リット３２にプラズマ光を正しく、容易に投影すること
ができる。また、ピント合わせもビューファインダーを
覗きながら容易にかつ正確に行うことができる。
【００２２】また、本実施例では、集光レンズ２０の後
方に、分光器のＦナンバーに相当する穴を開けたミラー
６０を配置しているために、分光器に対する光量損失を
全く伴わず、かつカメラのはね上げミラーのような複雑
なミラー駆動機構を必要としない。さらに穴を開けたミ
ラーを用いているために、ガラスの厚みによる收差の影
響も考慮する必要がない。もちろん、本発明では、穴を
開けたミラーの代わりに穴が形成されていないハーフミ
ラーなどを用いて、プラズマ光をフォーカスマットおよ
び分光器の入射スリットに導くようにしても良い。さら
に、本発明は、図５に示した実施例に限定されることは
ない。例えば、ミラー、フォーカスマット等の位置関係
については種々の変形が可能である。
方に、分光器のＦナンバーに相当する穴を開けたミラー
６０を配置しているために、分光器に対する光量損失を
全く伴わず、かつカメラのはね上げミラーのような複雑
なミラー駆動機構を必要としない。さらに穴を開けたミ
ラーを用いているために、ガラスの厚みによる收差の影
響も考慮する必要がない。もちろん、本発明では、穴を
開けたミラーの代わりに穴が形成されていないハーフミ
ラーなどを用いて、プラズマ光をフォーカスマットおよ
び分光器の入射スリットに導くようにしても良い。さら
に、本発明は、図５に示した実施例に限定されることは
ない。例えば、ミラー、フォーカスマット等の位置関係
については種々の変形が可能である。
【００２３】
【発明の効果】以上、本発明によれば、集光レンズの鏡
筒にビューファインダーを付加したことにより、エンド
ポイント検出装置をプラズマエッチャーのビューポート
前方に固定する際、その姿勢制御および集光レンズのピ
ント合わせを極めて簡単かつ正確に行うことが可能にな
る。
筒にビューファインダーを付加したことにより、エンド
ポイント検出装置をプラズマエッチャーのビューポート
前方に固定する際、その姿勢制御および集光レンズのピ
ント合わせを極めて簡単かつ正確に行うことが可能にな
る。
【図１】プラズマエッチャーおよびエンドポイント検出
装置の全体的構成を示す概略図である。
装置の全体的構成を示す概略図である。
【図２】ＳｉＯ2 のエッチング状態を示す図である。
【図３】プラズマエッチング行程におけるＣＯ2 のスペ
クトル強度と時間との関係を示すグラフである。
クトル強度と時間との関係を示すグラフである。
【図４】プラズマエッチャーのビューポートから見るプ
ラズマの発光面と分光器の入射スリットとの関係を示す
図である。
ラズマの発光面と分光器の入射スリットとの関係を示す
図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）を含み（Ａ）はビューファイン
ダー付き集光レンズの平面図、（Ｂ）はその内部の構成
および光の経路の側面図、（Ｃ）はその内部に取付けら
れているミラーの形状を示す図である。
ダー付き集光レンズの平面図、（Ｂ）はその内部の構成
および光の経路の側面図、（Ｃ）はその内部に取付けら
れているミラーの形状を示す図である。
１…チャンバ、２０…集光レンズ、３０…分光器、３２
…入射スリット、５７…フォーカスマット、６０…ミラ
ー。
…入射スリット、５７…フォーカスマット、６０…ミラ
ー。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−35723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−147417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−236515（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−62944（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−321094（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマエッチャーのチャンバ内で発生
するプラズマ光を集光レンズにより分光器の入射スリッ
トに集光させ、エッチングによる化学反応で発生したガ
スのプラズマ発光スペクトルを分光して取出し、その変
化をモニタしながらエッチング終了時間を制御するプラ
ズマエッチャーのエンドポイント検出装置において、 前記集光レンズと入射スリットとの間に、この入射スリ
ットの位置と異なる位置にもプラズマ光を集光させる光
学部材を配置し、このプラズマ光が集光する平面の、前
記入射スリットと共役な位置に、入射スリットと対応し
た形状の印が付されたフォーカシングマットを配置する
と共に、前記集光レンズを光軸に沿って移動可能にした
ことを特徴とするプラズマエッチャーのエンドポイント
検出装置。 - 【請求項２】 前記光学部材は、一部に穴の開いたミラ
ーであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエ
ッチャーのエンドポイント検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03221788A JP3100192B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03221788A JP3100192B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562942A JPH0562942A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3100192B2 true JP3100192B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=16772215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03221788A Expired - Lifetime JP3100192B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | プラズマエッチャーのエンドポイント検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3100192B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3221376B2 (ja) * | 1997-11-07 | 2001-10-22 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| KR101335011B1 (ko) * | 2012-10-09 | 2013-12-02 | 한국생산기술연구원 | 스캐닝 줌 렌즈를 갖는 분광 분석기 |
-
1991
- 1991-09-02 JP JP03221788A patent/JP3100192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0562942A (ja) | 1993-03-12 |
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