JPH0122980B2 - - Google Patents
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- JPH0122980B2 JPH0122980B2 JP56198703A JP19870381A JPH0122980B2 JP H0122980 B2 JPH0122980 B2 JP H0122980B2 JP 56198703 A JP56198703 A JP 56198703A JP 19870381 A JP19870381 A JP 19870381A JP H0122980 B2 JPH0122980 B2 JP H0122980B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/10—Reaction chambers; Selection of materials therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
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- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
- C30B31/16—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
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- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/005—Oxydation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
技術分野
本発明は高温高圧の条件下でシリコン半導体デ
バイス等の物体(試料)を酸化又はアニーリング
するために用いられる装置の分野に関する。 背景技術 シリコン半導体デバイス等の物体を収容し酸化
を行なうための装置は市販されており一般に高圧
反応器と呼ばれている。高圧反応器は半導体デバ
イス等を収容するための容器を有し、容器内に適
当な気体が高圧で導入される。加熱素子の形の
「炉」が温度を上昇させるために容器の近くに設
けられる。高温高圧の下で気体の作用によりデバ
イスに所望の酸化が行なわれる。 中で気体が半導体と反応する石英管と炉との組
合わせから成る従来技術を記載した例は、米国特
許第3345223号;第3354004号;第3322501号;第
Re28402号;第3557286号明細書である。これら
の文献は直線状の反応管と炉とを開示している
が、単一気体流、逆行閉止部(retrograde
closure)改良された炉構造及び他の本発明の特
徴を含まない。 発明の目的 本発明の目的は、装置内の至る所で本質的に一
様な圧力を自動的に与える単一気体流路を有する
改良された高圧反応器を提供する事である。 本発明の他の目的は、圧力容器内の気体が反応
管に戻るのを防ぐために圧力容器内の反応管に逆
行閉止部を有する改良された高圧反応器を提供す
る事である。 本発明の他の目的は、2つの同心加熱素子を有
する改良された加熱炉を有する改良された高圧反
応器を提供する事である。 本発明の他の目的は、反応器から排出される気
体が反応器に入る気体を予備加熱するために用い
られる改良された高圧反応器を提供する事であ
る。 本発明の他の目的は、反応器内の物体を動かす
ための磁気的に結合された機構を有する改良され
た高圧反応器を提供する事である。 発明の開示 第1図を参照すると、例えば鋼鉄から作られた
圧力容器10を有し、その中に石英製の反応管1
2が設置された高圧反応器あるいは酸化装置が示
されている。反応管の内部には、酸化もしくはア
ニール等を行なうべき物体を保持するためのウエ
ハ・ボート14が置かれる。ウエハ・ボート14
はロツド16に接続され、それによつて動かす事
ができる。 2つの別個に制御され、同心的に配置された炉
即ち加熱素子18及び20が反応管12を取り囲
む。炉18及び20の各々は端部及び中心に3つ
の加熱素子を有する。圧力容器10の一端はウエ
ハ・ボート14に接近するために蝶番式の扉が設
けられている。反応管12の一端は、反応管12
内及び圧力容器10内の圧力を同じ値に維持する
ために反応管から出る気体のドリフト速度対拡散
送度比を高くするための逆行閉止部22を有す
る。 逆行閉止部22は第2図に、より詳細に示され
ており、詳細は後述する。反応管12の他端は細
長い管24を経て圧力容器10の壁を貫通し、気
体源26に接続される。気体源26は加圧気体ボ
ンベ26―1,26―2,26―3及び26―4
から成る供給源として描かれているが、圧縮器等
の任意の適当な気体源を用いる事ができる。 ウエハ・ボート14に一端が接続されたロツド
16には磁性体片28が取り付けられている。一
対の磁石30及び32が、管24及び後述する圧
力容器10用の気体排出管である周囲の管34の
外側に配置される。磁石30及び32はモータ
(図示せず)に接続され、図面内で左右に動かさ
れる。磁石30及び32に磁気的に結合された磁
性体片28はこの左右の動きに追従する。磁性体
片はロツド16を介してウエハ・ボート14に接
続されているので、磁石のモータを制御する操作
員の意のままにウエハ・ボート14は反応管12
内で左右に動かされる。 反応管12内の例えば1000℃に至る高温は、外
部リード36に接続された電気的加熱素子から成
る炉18及び20によつて発生される。熱損失又
は熱伝達は対流により圧力の増加と共に大きくな
る事が知られている。もしいくつかの従来の高圧
反応器のように1つの炉しか用いなければ、炉と
圧力容器の外壁との間の温度差により対流による
熱損失が起きるであろう。これは甚だしい温度の
不均一を生じ、そして過度の電力の使用を必要と
する。第1図の装置においては内側の炉18の周
囲に第2の炉20が設けられ、少し低い温度に維
持される。従つて小さな温度差しか存在せず、炉
18からの熱損失も小さい。又圧力容器10全体
を囲む壁温度制御システムが設けられ、第1図の
ように空気等の温度制御された流体が圧力容器1
0上を通過される。この空気あるいは温度制御流
体は高温に保たれるが、この温度は反応管12の
壁の温度よりも低い。例えばもし第2の炉の温度
が500〜1000℃の範囲内であれば、外側の炉20
と圧力容器の壁との間の温度差が大き過ぎないよ
うにそして外側の炉20と圧力容器の壁との間の
対流による熱損失が減少するように冷却流体は
300℃で導入され得る。従つて反応管12からの
熱損失は最小化される。 温度の効率化の機構に加えて、第1図の装置は
単一気体流技術が用いられた独特の圧力機構を有
する。より具体的には石英反応管12内の気体圧
力と圧力容器10内の気体圧力は事実上同一の圧
力に保たれ、単一あるいは唯一の気体圧力源によ
つて制御される。従来技術の装置は内側の反応管
及び外側の圧力容器に別個の圧力調整器を用いて
いた。反応管の破壊を防止するために外側の圧力
容器内の圧力は内側の反応管内の圧力よりも小さ
くてはならないので、従来技術の装置で2つの別
個の調整器を用いる事は外側の圧力容器に関する
圧力調整器が故障した場合に破壊が生じる可能性
を与えた。この可能性は、本発明の単一圧力気体
流機構を用いれば避けられる。 第1図を参照すると、源26からの気体は通常
の弁38及びフイルタ40及び接続器41を経て
装置に入る。気体は接続器41を経て直接内側の
管24内に導入され、圧力の下で反応管12に流
入する。次に気体は反応管12の端部にある逆行
閉止部22を流出して、外側の圧力容器10内に
入る。逆行閉止部22は気体が反応管12から圧
力容器10内に流出する事を許すが、圧力容器1
0から反応管12内に逆流する事は許さないよう
に設計される。逆行閉止部22の詳細は後で第2
図を参照して説明する。気体は次に外側の圧力容
器10から第1図の構造の左側を通り管34に入
り、排出口42を経て装置外に出る。気体は、管
34の中を出て行く時、管24の上を通り、到来
する気体を予備加熱するのに役立つ。排出管路は
通常の背圧調整器44及び調整のための可変リー
ク46を含む。同様に通常の安全弁48及びゲー
ジ50が、フエイル・セーフ破壊板52と共に、
圧力容器10に設けられる。圧力スイツチ56よ
つて制御される通常のソレノイド弁54は動作の
終了時に装置から圧力を逃がすために設けられ
る。また通常の熱電対リード58は装置内の種々
の場所における温度を測定するために設けられ
る。 第2図を参照すると、逆行閉止部22のより詳
細な図が示されている。反応管12の開口端には
円筒状のキヤツプ素子22―1があつて、反応管
12の外壁上を逆に伸びている。第2の円筒状キ
ヤツプ素子22―2は反応管12の壁に固定さ
れ、キヤツプ素子22―1上を逆に伸びている。 典型的な構造では反応管12は内径91mm外径96
mmである。キヤツプ素子22―1は内径103mm外
径107mmで、キヤツプ素子22―2は内径108mm外
径114mmである。従つて反応管12から来た気体
は3つの断面積の減少する領域、即ち π912/4=65cm2 π1032/4−π962/4=11cm2 π1082/4−π1072/4=1.7cm2 を通過する。同心素子の典型的な直線的重なり距
離は20cmである。第2図の構造は第3図のように
説明することができる。 逆行閉止部22の目的は圧力容器10から反応
管12への気体の逆流を阻止する事である。これ
は圧力容器10中の気体は炉18及び20中の及
びその周囲の充填材料により汚染されるが、反応
管12中の気体は高純度でなければならないから
である。 そのような逆流を防止し且つ依然として単一気
体流を維持し得るために、気体が反応管12から
圧力容器12に移動する時の気体のドリフト速度
VDRは気体の拡散速度VDよりも大きくなければな
らない。 そのような条件が第2図及び第3図に示す逆行
閉止部の構造によつて満たされる事は、以下のパ
ラメータの表を参照することによつて確証され
る。以下の表中の計算は5/min及び1/
minの流速に関して与えられる。
バイス等の物体(試料)を酸化又はアニーリング
するために用いられる装置の分野に関する。 背景技術 シリコン半導体デバイス等の物体を収容し酸化
を行なうための装置は市販されており一般に高圧
反応器と呼ばれている。高圧反応器は半導体デバ
イス等を収容するための容器を有し、容器内に適
当な気体が高圧で導入される。加熱素子の形の
「炉」が温度を上昇させるために容器の近くに設
けられる。高温高圧の下で気体の作用によりデバ
イスに所望の酸化が行なわれる。 中で気体が半導体と反応する石英管と炉との組
合わせから成る従来技術を記載した例は、米国特
許第3345223号;第3354004号;第3322501号;第
Re28402号;第3557286号明細書である。これら
の文献は直線状の反応管と炉とを開示している
が、単一気体流、逆行閉止部(retrograde
closure)改良された炉構造及び他の本発明の特
徴を含まない。 発明の目的 本発明の目的は、装置内の至る所で本質的に一
様な圧力を自動的に与える単一気体流路を有する
改良された高圧反応器を提供する事である。 本発明の他の目的は、圧力容器内の気体が反応
管に戻るのを防ぐために圧力容器内の反応管に逆
行閉止部を有する改良された高圧反応器を提供す
る事である。 本発明の他の目的は、2つの同心加熱素子を有
する改良された加熱炉を有する改良された高圧反
応器を提供する事である。 本発明の他の目的は、反応器から排出される気
体が反応器に入る気体を予備加熱するために用い
られる改良された高圧反応器を提供する事であ
る。 本発明の他の目的は、反応器内の物体を動かす
ための磁気的に結合された機構を有する改良され
た高圧反応器を提供する事である。 発明の開示 第1図を参照すると、例えば鋼鉄から作られた
圧力容器10を有し、その中に石英製の反応管1
2が設置された高圧反応器あるいは酸化装置が示
されている。反応管の内部には、酸化もしくはア
ニール等を行なうべき物体を保持するためのウエ
ハ・ボート14が置かれる。ウエハ・ボート14
はロツド16に接続され、それによつて動かす事
ができる。 2つの別個に制御され、同心的に配置された炉
即ち加熱素子18及び20が反応管12を取り囲
む。炉18及び20の各々は端部及び中心に3つ
の加熱素子を有する。圧力容器10の一端はウエ
ハ・ボート14に接近するために蝶番式の扉が設
けられている。反応管12の一端は、反応管12
内及び圧力容器10内の圧力を同じ値に維持する
ために反応管から出る気体のドリフト速度対拡散
送度比を高くするための逆行閉止部22を有す
る。 逆行閉止部22は第2図に、より詳細に示され
ており、詳細は後述する。反応管12の他端は細
長い管24を経て圧力容器10の壁を貫通し、気
体源26に接続される。気体源26は加圧気体ボ
ンベ26―1,26―2,26―3及び26―4
から成る供給源として描かれているが、圧縮器等
の任意の適当な気体源を用いる事ができる。 ウエハ・ボート14に一端が接続されたロツド
16には磁性体片28が取り付けられている。一
対の磁石30及び32が、管24及び後述する圧
力容器10用の気体排出管である周囲の管34の
外側に配置される。磁石30及び32はモータ
(図示せず)に接続され、図面内で左右に動かさ
れる。磁石30及び32に磁気的に結合された磁
性体片28はこの左右の動きに追従する。磁性体
片はロツド16を介してウエハ・ボート14に接
続されているので、磁石のモータを制御する操作
員の意のままにウエハ・ボート14は反応管12
内で左右に動かされる。 反応管12内の例えば1000℃に至る高温は、外
部リード36に接続された電気的加熱素子から成
る炉18及び20によつて発生される。熱損失又
は熱伝達は対流により圧力の増加と共に大きくな
る事が知られている。もしいくつかの従来の高圧
反応器のように1つの炉しか用いなければ、炉と
圧力容器の外壁との間の温度差により対流による
熱損失が起きるであろう。これは甚だしい温度の
不均一を生じ、そして過度の電力の使用を必要と
する。第1図の装置においては内側の炉18の周
囲に第2の炉20が設けられ、少し低い温度に維
持される。従つて小さな温度差しか存在せず、炉
18からの熱損失も小さい。又圧力容器10全体
を囲む壁温度制御システムが設けられ、第1図の
ように空気等の温度制御された流体が圧力容器1
0上を通過される。この空気あるいは温度制御流
体は高温に保たれるが、この温度は反応管12の
壁の温度よりも低い。例えばもし第2の炉の温度
が500〜1000℃の範囲内であれば、外側の炉20
と圧力容器の壁との間の温度差が大き過ぎないよ
うにそして外側の炉20と圧力容器の壁との間の
対流による熱損失が減少するように冷却流体は
300℃で導入され得る。従つて反応管12からの
熱損失は最小化される。 温度の効率化の機構に加えて、第1図の装置は
単一気体流技術が用いられた独特の圧力機構を有
する。より具体的には石英反応管12内の気体圧
力と圧力容器10内の気体圧力は事実上同一の圧
力に保たれ、単一あるいは唯一の気体圧力源によ
つて制御される。従来技術の装置は内側の反応管
及び外側の圧力容器に別個の圧力調整器を用いて
いた。反応管の破壊を防止するために外側の圧力
容器内の圧力は内側の反応管内の圧力よりも小さ
くてはならないので、従来技術の装置で2つの別
個の調整器を用いる事は外側の圧力容器に関する
圧力調整器が故障した場合に破壊が生じる可能性
を与えた。この可能性は、本発明の単一圧力気体
流機構を用いれば避けられる。 第1図を参照すると、源26からの気体は通常
の弁38及びフイルタ40及び接続器41を経て
装置に入る。気体は接続器41を経て直接内側の
管24内に導入され、圧力の下で反応管12に流
入する。次に気体は反応管12の端部にある逆行
閉止部22を流出して、外側の圧力容器10内に
入る。逆行閉止部22は気体が反応管12から圧
力容器10内に流出する事を許すが、圧力容器1
0から反応管12内に逆流する事は許さないよう
に設計される。逆行閉止部22の詳細は後で第2
図を参照して説明する。気体は次に外側の圧力容
器10から第1図の構造の左側を通り管34に入
り、排出口42を経て装置外に出る。気体は、管
34の中を出て行く時、管24の上を通り、到来
する気体を予備加熱するのに役立つ。排出管路は
通常の背圧調整器44及び調整のための可変リー
ク46を含む。同様に通常の安全弁48及びゲー
ジ50が、フエイル・セーフ破壊板52と共に、
圧力容器10に設けられる。圧力スイツチ56よ
つて制御される通常のソレノイド弁54は動作の
終了時に装置から圧力を逃がすために設けられ
る。また通常の熱電対リード58は装置内の種々
の場所における温度を測定するために設けられ
る。 第2図を参照すると、逆行閉止部22のより詳
細な図が示されている。反応管12の開口端には
円筒状のキヤツプ素子22―1があつて、反応管
12の外壁上を逆に伸びている。第2の円筒状キ
ヤツプ素子22―2は反応管12の壁に固定さ
れ、キヤツプ素子22―1上を逆に伸びている。 典型的な構造では反応管12は内径91mm外径96
mmである。キヤツプ素子22―1は内径103mm外
径107mmで、キヤツプ素子22―2は内径108mm外
径114mmである。従つて反応管12から来た気体
は3つの断面積の減少する領域、即ち π912/4=65cm2 π1032/4−π962/4=11cm2 π1082/4−π1072/4=1.7cm2 を通過する。同心素子の典型的な直線的重なり距
離は20cmである。第2図の構造は第3図のように
説明することができる。 逆行閉止部22の目的は圧力容器10から反応
管12への気体の逆流を阻止する事である。これ
は圧力容器10中の気体は炉18及び20中の及
びその周囲の充填材料により汚染されるが、反応
管12中の気体は高純度でなければならないから
である。 そのような逆流を防止し且つ依然として単一気
体流を維持し得るために、気体が反応管12から
圧力容器12に移動する時の気体のドリフト速度
VDRは気体の拡散速度VDよりも大きくなければな
らない。 そのような条件が第2図及び第3図に示す逆行
閉止部の構造によつて満たされる事は、以下のパ
ラメータの表を参照することによつて確証され
る。以下の表中の計算は5/min及び1/
minの流速に関して与えられる。
【表】
従つて到来する気体のドリフト度VDRは拡散速
度VDよりも非常に大きく、たとえ単一気体流が
用いられ圧力容器内及び反応管内の圧力がほとん
ど等しくても、圧力容器から反応管への不純な気
体の逆流は存在しない。 第1図及び第2図の逆行閉止部は、反応管12
からの気体の経路に関して蛇行した調節板を形成
する2つの素子22―1及び22―2を含む。も
し他の実施例で必要もしくは所望ならば、素子2
2―1及び22―2よりも大きな直径の同様の素
子を素子22―2の上に同心的に取り付け、圧力
容器10に至る前に気体が通過するための面積の
減少した段を更に設ける事もできる。 以上説明して来たのは、単一気体流機構、改良
された炉構造、ウエハ・ボートを動かすための磁
気的に接続された機構、圧力容器から反応管への
逆流を防止する逆行閉止部、及び排出される気体
が流入する気体を予備加熱する同心の気体入出管
を有する新規且つ独得の高圧反応器である。
度VDよりも非常に大きく、たとえ単一気体流が
用いられ圧力容器内及び反応管内の圧力がほとん
ど等しくても、圧力容器から反応管への不純な気
体の逆流は存在しない。 第1図及び第2図の逆行閉止部は、反応管12
からの気体の経路に関して蛇行した調節板を形成
する2つの素子22―1及び22―2を含む。も
し他の実施例で必要もしくは所望ならば、素子2
2―1及び22―2よりも大きな直径の同様の素
子を素子22―2の上に同心的に取り付け、圧力
容器10に至る前に気体が通過するための面積の
減少した段を更に設ける事もできる。 以上説明して来たのは、単一気体流機構、改良
された炉構造、ウエハ・ボートを動かすための磁
気的に接続された機構、圧力容器から反応管への
逆流を防止する逆行閉止部、及び排出される気体
が流入する気体を予備加熱する同心の気体入出管
を有する新規且つ独得の高圧反応器である。
第1図は本発明の1実施例の図、第2図は第1
図の装置の一部22の図、第3図は第2図の構造
の説明図である。 10……圧力容器、12……反応管、14……
ウエハ・ボート、18,20……加熱器の第1、
第2の炉、22……逆行閉止部。
図の装置の一部22の図、第3図は第2図の構造
の説明図である。 10……圧力容器、12……反応管、14……
ウエハ・ボート、18,20……加熱器の第1、
第2の炉、22……逆行閉止部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 試料を収容する反応管が加熱器によつて囲ま
れた状態で圧力容器内に封入されている酸化反応
用あるいはアニール処理用の反応装置において、 上記試料と反応する気体を供給するための、上
記反応管の一端に接続された唯一の加圧気体供給
源と、 上記気体が上記反応管から上記圧力容器に入る
事を可能にすると共に、上記圧力容器中の気体が
上記反応管に戻るのを防止するように、上記反応
管の他端に取り付けられた逆行閉止部と、 上記圧力容器中の気体を外部に排出するために
上記圧力容器の上記一端寄りの位置に設けられた
排出口と、 を有する反応装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/251,591 US4351805A (en) | 1981-04-06 | 1981-04-06 | Single gas flow elevated pressure reactor |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63260714A Division JPH01132127A (ja) | 1981-04-06 | 1988-10-18 | 反応装置 |
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---|---|
JPS57173947A JPS57173947A (en) | 1982-10-26 |
JPH0122980B2 true JPH0122980B2 (ja) | 1989-04-28 |
Family
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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-
1981
- 1981-04-06 US US06/251,591 patent/US4351805A/en not_active Expired - Fee Related
- 1981-12-11 JP JP56198703A patent/JPS57173947A/ja active Granted
-
1982
- 1982-03-12 EP EP82101965A patent/EP0062174B1/en not_active Expired
- 1982-03-12 DE DE8282101965T patent/DE3275106D1/de not_active Expired
-
1988
- 1988-10-18 JP JP63260714A patent/JPH01132127A/ja active Granted
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