JPH0422985B2 - - Google Patents
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- JPH0422985B2 JPH0422985B2 JP62041749A JP4174987A JPH0422985B2 JP H0422985 B2 JPH0422985 B2 JP H0422985B2 JP 62041749 A JP62041749 A JP 62041749A JP 4174987 A JP4174987 A JP 4174987A JP H0422985 B2 JPH0422985 B2 JP H0422985B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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- C23C14/24—Vacuum evaporation
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- 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
- C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
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- 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
- C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
- C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はマイクロ波電界を加えるとともに、外
部磁場を加え、それらの相互作用を用いて炭素ま
たは炭素を主成分とした物体を形成するためのプ
ラズマ反応装置であつて、かかる物体の生成に伴
い装置の内壁に付着した不要物を酸素、水素また
は酸素化合物によりエツチングし内壁を清浄にす
ることにより量産化の効率を高める方法に関す
る。
部磁場を加え、それらの相互作用を用いて炭素ま
たは炭素を主成分とした物体を形成するためのプ
ラズマ反応装置であつて、かかる物体の生成に伴
い装置の内壁に付着した不要物を酸素、水素また
は酸素化合物によりエツチングし内壁を清浄にす
ることにより量産化の効率を高める方法に関す
る。
従来、薄膜のエツチング手段としてECR(電子
サイクロトロン共鳴)を用い、10-3〜10-5Torr
の低い圧力条件下で少なくとも電子がサイクロト
ロン共鳴をするために1周するに十分な低い圧力
で活性種を作り、その発散磁場を利用してこの共
鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、そこ
で弗化物気体または塩化物気体の如きハロゲン元
素を用いて被膜特にアモルフアス構造を有する被
膜をエツチングする方法が知られている。
サイクロトロン共鳴)を用い、10-3〜10-5Torr
の低い圧力条件下で少なくとも電子がサイクロト
ロン共鳴をするために1周するに十分な低い圧力
で活性種を作り、その発散磁場を利用してこの共
鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、そこ
で弗化物気体または塩化物気体の如きハロゲン元
素を用いて被膜特にアモルフアス構造を有する被
膜をエツチングする方法が知られている。
しかしかかるハロゲン元素の反応性気体を用い
たエツチング方法においては、そのエツチング用
気体として弗化物または塩化物を用いている。こ
のため装置が劣化し、特に排気オイルが劣化する
欠点を有していた。
たエツチング方法においては、そのエツチング用
気体として弗化物または塩化物を用いている。こ
のため装置が劣化し、特に排気オイルが劣化する
欠点を有していた。
そのため、かかる弗化物気体または塩化物気体
を用いず炭素または炭素を主成分とする物体、特
にそれらの基板上での成膜後、この基板を除去し
てその後このプラズマCVD装置の内壁に付着し
た不要物をかかる装置の内壁を腐食等で損傷させ
ることなく除去する方法が求められていた。
を用いず炭素または炭素を主成分とする物体、特
にそれらの基板上での成膜後、この基板を除去し
てその後このプラズマCVD装置の内壁に付着し
た不要物をかかる装置の内壁を腐食等で損傷させ
ることなく除去する方法が求められていた。
本発明はかかる要望を満たすもので、特にプラ
ズマCVD装置の内壁、基板ホルダ上に不本意に
付着している炭素を主成分とする付着物をかかる
装置をまつたく劣化させることない気体即ち酸素
または酸化物気体(NO、NO2、N2O、H2O等)
によりエツチングを行うものである。この目的の
ために、マイクロ波電力の電界強度が最も大きく
なる領域をECR条件とする875ガウス(マイクロ
波周波数2.45GHzの場合)またはその近傍の酸素
の活性状態が持続している位置をこの磁場の強さ
を変えることにより可変し、この強いプラズマの
発生している面を全内壁に渡つて移設し、装置の
内壁および基板ホルダ上の不要炭素(炭素を主成
分とするすべてを以下単に炭素という)を除去す
るものである。
ズマCVD装置の内壁、基板ホルダ上に不本意に
付着している炭素を主成分とする付着物をかかる
装置をまつたく劣化させることない気体即ち酸素
または酸化物気体(NO、NO2、N2O、H2O等)
によりエツチングを行うものである。この目的の
ために、マイクロ波電力の電界強度が最も大きく
なる領域をECR条件とする875ガウス(マイクロ
波周波数2.45GHzの場合)またはその近傍の酸素
の活性状態が持続している位置をこの磁場の強さ
を変えることにより可変し、この強いプラズマの
発生している面を全内壁に渡つて移設し、装置の
内壁および基板ホルダ上の不要炭素(炭素を主成
分とするすべてを以下単に炭素という)を除去す
るものである。
即ち、まずこのプラズマCVD装置により炭素
を作製する工程につき記す。
を作製する工程につき記す。
被形成面を有する基板を装置内に挿入配設す
る。
る。
この基板を真空下に保持し、600〜1000℃例え
ば850℃に加熱する。更にここに水素を導入し、
空間の圧力を徐々に上げ1×10-1〜3×102torr
とし、さらにメタン、エチレン、アセチレンの如
き炭化水素気体を水素に対し0.1〜5%の濃度、
例えばメタン/水素=1.5%に混入する。そして
マイクロ波と磁場を加える。すると、この空間の
活性水素はこれまでのECR CVD法に比べて102
〜105程度の高濃度にすることができる。すると
かかる高い圧力において初めて活性水素の濃度が
きわめて濃くできるためアモルフアス構造の部分
をエツチング除去しダイヤモンド構造を主として
有する炭素を作ることができる。この後このマイ
クロ波導入を中止し、磁場を除去して反応炉内を
大気により大気圧とする。冷却後、iカーボン
(ダイヤモンド粒とアモルフアスとの混合物また
はダイヤモンド粒を主成分とする炭素が形成され
た基板を除去して、基板ホルダを再び反応炉内に
配設する。さらにこれら全体を真空引きし、酸素
(O2)を導入する。この反応炉内の圧力を0.1〜
10torrとし、マイクロ波と磁場を加え活性酸素を
作る。そしてこのプラズマ反応炉の内壁の基板上
に炭素を形成する際、同時に不本意に形成された
不要物の炭素をエツチングして除去する。
ば850℃に加熱する。更にここに水素を導入し、
空間の圧力を徐々に上げ1×10-1〜3×102torr
とし、さらにメタン、エチレン、アセチレンの如
き炭化水素気体を水素に対し0.1〜5%の濃度、
例えばメタン/水素=1.5%に混入する。そして
マイクロ波と磁場を加える。すると、この空間の
活性水素はこれまでのECR CVD法に比べて102
〜105程度の高濃度にすることができる。すると
かかる高い圧力において初めて活性水素の濃度が
きわめて濃くできるためアモルフアス構造の部分
をエツチング除去しダイヤモンド構造を主として
有する炭素を作ることができる。この後このマイ
クロ波導入を中止し、磁場を除去して反応炉内を
大気により大気圧とする。冷却後、iカーボン
(ダイヤモンド粒とアモルフアスとの混合物また
はダイヤモンド粒を主成分とする炭素が形成され
た基板を除去して、基板ホルダを再び反応炉内に
配設する。さらにこれら全体を真空引きし、酸素
(O2)を導入する。この反応炉内の圧力を0.1〜
10torrとし、マイクロ波と磁場を加え活性酸素を
作る。そしてこのプラズマ反応炉の内壁の基板上
に炭素を形成する際、同時に不本意に形成された
不要物の炭素をエツチングして除去する。
すなわち本発明は従来より知られたマイクロ波
を用いてプラズマCVD法に磁場の力を加え、マ
イクロ波の電場と磁場との相互作用、好ましくは
ECR(エレクトロンサイクロトロン共鳴)条件又
はホイツスラー共鳴条件を含む相互作用を用いて
炭素を形成する。さらに本発明はかかる炭素の形
成に際して用いられたマイクロ波と磁場を用い、
反応炉内の不要物をエツチング除去する。
を用いてプラズマCVD法に磁場の力を加え、マ
イクロ波の電場と磁場との相互作用、好ましくは
ECR(エレクトロンサイクロトロン共鳴)条件又
はホイツスラー共鳴条件を含む相互作用を用いて
炭素を形成する。さらに本発明はかかる炭素の形
成に際して用いられたマイクロ波と磁場を用い、
反応炉内の不要物をエツチング除去する。
また本発明の構成において、マイクロ波と磁場
との相互作用により高密度プラズマを発生させた
後、基板表面上まで至る間に高エネルギを持つ光
(例えば紫外光)を照射し、活性種にエネルギを
与え続けると、マイクロ波電界の最大となる領域
即ち高密度プラズマ発生領域より1〜50cmもの離
れた位置においても高エネルギ状態に励起された
エツチング用水素が存在し、より大面積にアモル
フアスまたはダイヤモンド構造の粒子または膜の
炭素のエツチングを行うことが可能となつた。
との相互作用により高密度プラズマを発生させた
後、基板表面上まで至る間に高エネルギを持つ光
(例えば紫外光)を照射し、活性種にエネルギを
与え続けると、マイクロ波電界の最大となる領域
即ち高密度プラズマ発生領域より1〜50cmもの離
れた位置においても高エネルギ状態に励起された
エツチング用水素が存在し、より大面積にアモル
フアスまたはダイヤモンド構造の粒子または膜の
炭素のエツチングを行うことが可能となつた。
以下に実施例を示し、さらに本発明を説明す
る。
る。
第1図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイ
クロ波プラズマ装置を示す。
クロ波プラズマ装置を示す。
同図において、この装置は減圧状態に保持可能
なプラズマ発生空間1、加熱空間3、補助空間
2、磁場を発生する電磁石5,5′およびその電
源25、マイクロ波発振器4、排気系を構成する
ターボ分子ポンプ8、ロータリーポンプ14、圧
力調整バルブ11、赤外線加熱ヒータ20、およ
びその電源23、赤外線反射面21、基板ホルダ
10′、基板10、マイクロ波導入窓15、ガス
導入系6,7、水冷系18,18′より構成され
ている。
なプラズマ発生空間1、加熱空間3、補助空間
2、磁場を発生する電磁石5,5′およびその電
源25、マイクロ波発振器4、排気系を構成する
ターボ分子ポンプ8、ロータリーポンプ14、圧
力調整バルブ11、赤外線加熱ヒータ20、およ
びその電源23、赤外線反射面21、基板ホルダ
10′、基板10、マイクロ波導入窓15、ガス
導入系6,7、水冷系18,18′より構成され
ている。
まず基板10をホルダ10′上に設置する。こ
のホルダは高熱伝導性を有し、かつマイクロ波お
よび磁場をできるだけ乱さないためにセラミツク
の窒化アルミニユームを用いた。この基板ホルダ
を赤外線ヒータ20より放物反射面21レンズ系
22を用いて集光し加熱する。(例えば800℃)次
に水素6を100SCCMさらにメタンを1.5SCCM混
入しガス系7を通して高密度プラズマ発生領域2
へと導入し、外部より2.45GHzの周波数のマイク
ロ波を500Wの強さで加える。さらに、磁場約2K
ガウスを磁石5,5′より印加し、高密度炭素プ
ラズマをプラズマ発生空間1にて発生させる。
のホルダは高熱伝導性を有し、かつマイクロ波お
よび磁場をできるだけ乱さないためにセラミツク
の窒化アルミニユームを用いた。この基板ホルダ
を赤外線ヒータ20より放物反射面21レンズ系
22を用いて集光し加熱する。(例えば800℃)次
に水素6を100SCCMさらにメタンを1.5SCCM混
入しガス系7を通して高密度プラズマ発生領域2
へと導入し、外部より2.45GHzの周波数のマイク
ロ波を500Wの強さで加える。さらに、磁場約2K
ガウスを磁石5,5′より印加し、高密度炭素プ
ラズマをプラズマ発生空間1にて発生させる。
そして空間の圧力はプラズマ状態を保持しつつ
1×10-1〜3×102torr好ましくは3〜300torr例
えば10torrの圧力に変化させることができる。こ
の空間の圧力を高くすることにより、単位空間あ
たりの水素ラジカルの濃度を大きくし、炭素特に
結晶化炭素、即ちダイヤモンドの成長速度を大き
くできる。
1×10-1〜3×102torr好ましくは3〜300torr例
えば10torrの圧力に変化させることができる。こ
の空間の圧力を高くすることにより、単位空間あ
たりの水素ラジカルの濃度を大きくし、炭素特に
結晶化炭素、即ちダイヤモンドの成長速度を大き
くできる。
次に基板の冷却、マイクロ波および磁場の導入
を中止し、炭素の形成された基板を外部に取り出
す。さらに再びこの反応炉内に基板ホルダを導入
しこれら全体を500〜1000℃に加熱しつつ酸素を
導入する。さらに0.1〜10torrとした後、マイク
ロ波および磁場を被膜形成時と同じようにして加
える。マイクロ波電力の電界強度が最も大きくな
る領域をECR条件とする875ガウス(マイクロ波
周波数2.45HzGの場合)またはその近傍の酸素の
活性状態が持続している位置をこの磁場の強さを
変えることにより可変し、この強いプラズマの発
生している面を全内壁に渡つて移設した。
を中止し、炭素の形成された基板を外部に取り出
す。さらに再びこの反応炉内に基板ホルダを導入
しこれら全体を500〜1000℃に加熱しつつ酸素を
導入する。さらに0.1〜10torrとした後、マイク
ロ波および磁場を被膜形成時と同じようにして加
える。マイクロ波電力の電界強度が最も大きくな
る領域をECR条件とする875ガウス(マイクロ波
周波数2.45HzGの場合)またはその近傍の酸素の
活性状態が持続している位置をこの磁場の強さを
変えることにより可変し、この強いプラズマの発
生している面を全内壁に渡つて移設した。
すると炭素形成の際不本意に形成された反応炉
内壁に付着した炭素を装置全体に渡つて除去する
ことができた。
内壁に付着した炭素を装置全体に渡つて除去する
ことができた。
第1図において、磁場は2つのリング状の磁石
5,5′を用いたヘルムホルツコイル方式を採用
した。さらに、4分割した空間30に対し電場・
磁場の強度を調べた結果を第2図に示す。
5,5′を用いたヘルムホルツコイル方式を採用
した。さらに、4分割した空間30に対し電場・
磁場の強度を調べた結果を第2図に示す。
第2図Aにおいて、横軸(X軸)は空間20の
横方向(反応性気体の放出方向)であり、縦軸
(R軸)は磁石の直径方向を示す。図面における
曲線は磁場の等電位面を示す。そしてその線に示
されている数字は磁石5が約2000ガウスの時に得
られる磁場の強さを示す。磁石5の強度を調整す
ると、電極・磁場の相互作用を有する空間100
(875±185ガウス)で大面積において磁場の強さ
を基板の被形成面の広い面積にわたつて概略均一
にさせることができる。図面は等磁場面を示し、
特に線26が875ガウスとなる共鳴条件を生ずる
等磁場面である。
横方向(反応性気体の放出方向)であり、縦軸
(R軸)は磁石の直径方向を示す。図面における
曲線は磁場の等電位面を示す。そしてその線に示
されている数字は磁石5が約2000ガウスの時に得
られる磁場の強さを示す。磁石5の強度を調整す
ると、電極・磁場の相互作用を有する空間100
(875±185ガウス)で大面積において磁場の強さ
を基板の被形成面の広い面積にわたつて概略均一
にさせることができる。図面は等磁場面を示し、
特に線26が875ガウスとなる共鳴条件を生ずる
等磁場面である。
さらにこの共鳴条件を生ずる空間100は第2
図Bに示す如く、電場が最大となる領域となるよ
うにしている。第2図Bの横軸は第2図Aと同じ
く反応性気体の流れる方向を示し、縦軸は電場
(電界強度)の強さを示す。
図Bに示す如く、電場が最大となる領域となるよ
うにしている。第2図Bの横軸は第2図Aと同じ
く反応性気体の流れる方向を示し、縦軸は電場
(電界強度)の強さを示す。
すると電界領域100以外に領域100′も最
大となる領域に該当する。しかしにここに対応す
る磁場(第2図A)はきわめて等磁場面が多く存
在している。即ち領域100′には基板の被形成
面の直径方向(第2図Aにおける縦軸方向)での
膜厚のばらつきが大きくなり、26′の共鳴条件
を満たすECR条件部分で速やかなる被膜のエツ
チングができるのみである。
大となる領域に該当する。しかしにここに対応す
る磁場(第2図A)はきわめて等磁場面が多く存
在している。即ち領域100′には基板の被形成
面の直径方向(第2図Aにおける縦軸方向)での
膜厚のばらつきが大きくなり、26′の共鳴条件
を満たすECR条件部分で速やかなる被膜のエツ
チングができるのみである。
マイクロ波の出力を500Wの場合0.3μ/分のエ
ツチング速度であつた。しかしこの出力を
1.2KWとすると、そのエツチング速度を約3倍
にすることができた。またエツチング圧力を
0.1torrより30torrとより高い圧力とするとよりエ
ツチング速度を大きくできる。しかし実験的には
30torr以上にするとプラズマ状態の連続的な保持
が困難であり、実用上は使いにくくなつてしまつ
た。
ツチング速度であつた。しかしこの出力を
1.2KWとすると、そのエツチング速度を約3倍
にすることができた。またエツチング圧力を
0.1torrより30torrとより高い圧力とするとよりエ
ツチング速度を大きくできる。しかし実験的には
30torr以上にするとプラズマ状態の連続的な保持
が困難であり、実用上は使いにくくなつてしまつ
た。
第3図は第2図における基板10の位置におけ
る円形空間の磁場Aおよび電場Bの等磁場、等電
場の図面である。第3図Bより明らかなごとく、
電場は最大25KV/mにまで達せしめ得ることが
わかる。
る円形空間の磁場Aおよび電場Bの等磁場、等電
場の図面である。第3図Bより明らかなごとく、
電場は最大25KV/mにまで達せしめ得ることが
わかる。
本発明において、エツチングは弗化物または塩
化物の如きハロゲン化物気体ではなく、酸化物気
体を用い、反応炉の内壁、基板ホルダ等を全く損
傷させない。そしてこの酸素または酸化物気体に
より被形成面以外の領域に作られてしまつた炭素
を酸素と反応させ二酸化炭素とし、気体化し除去
するものである。その結果、成膜毎に固い炭素の
反応炉内壁の湿式によるエツチングを不要とする
ことができる。
化物の如きハロゲン化物気体ではなく、酸化物気
体を用い、反応炉の内壁、基板ホルダ等を全く損
傷させない。そしてこの酸素または酸化物気体に
より被形成面以外の領域に作られてしまつた炭素
を酸素と反応させ二酸化炭素とし、気体化し除去
するものである。その結果、成膜毎に固い炭素の
反応炉内壁の湿式によるエツチングを不要とする
ことができる。
また、容易に装置内全体の不要炭素をエツチン
グできるという効果を持つ。
グできるという効果を持つ。
第1図は本発明で用いる磁場・電場相互作用を
用いたマイクロ波CVD装置の概略を示す。第2
図はコンピユータシミユレイシヨンによる磁場お
よび電場特性を示す。第3図は電場・磁場相互作
用をさせた位置での磁場および電場の特性を示
す。 1……プラズマ発生空間、10,10′……基
板および基板ホルダ、4……マイクロ波発振器、
5,5′……外部磁場発生器、20……基板加熱
ヒータ、100……最大電場となる空間。
用いたマイクロ波CVD装置の概略を示す。第2
図はコンピユータシミユレイシヨンによる磁場お
よび電場特性を示す。第3図は電場・磁場相互作
用をさせた位置での磁場および電場の特性を示
す。 1……プラズマ発生空間、10,10′……基
板および基板ホルダ、4……マイクロ波発振器、
5,5′……外部磁場発生器、20……基板加熱
ヒータ、100……最大電場となる空間。
Claims (1)
- 1 炭素を主成分とする物体を基板上に形成した
後のプラズマ反応装置内に酸素または酸素と水素
との混合物気体を導入し、かつマイクロ波及び磁
場を加えることにより前記装置内にECR条件を
満たす共鳴領域を形成し、前記磁場の強度を可変
することにより前記共鳴領域を、前記装置内全体
に移動させながら不要部分に付着形成された炭素
を主成分とする物体をエツチングして除去するこ
とを特徴とするプラズマ反応室内を清浄にする方
法。
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
JP62041749A JPS63210275A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | プラズマ反応装置内を清浄にする方法 |
KR1019880001866A KR900008506B1 (ko) | 1987-02-24 | 1988-02-23 | 화학진공증착(cvd)용 반응실내부의 불용탄소생성물의 제거방법 |
US07/159,856 US4816113A (en) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | Method of eliminating undesirable carbon product deposited on the inside of a reaction chamber |
DE8888301597T DE3867867D1 (de) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | Verfahren zum beseitigen von unerwuenschten kohlenstoffablagerungen im inneren einer cvd-reaktionskammer. |
CN88101465A CN1016972B (zh) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | 一种除去沉积在化学气相沉积反应器反应室内的不须要的碳产物的方法 |
EP88301597A EP0280539B1 (en) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | A method of removing undesired carbon deposits from the inside of a cvd reaction chamber |
JP63319139A JPH0814022B2 (ja) | 1987-02-24 | 1988-12-16 | 不要物の除去方法 |
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---|---|---|---|
JP62041749A JPS63210275A (ja) | 1987-02-24 | 1987-02-24 | プラズマ反応装置内を清浄にする方法 |
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ID=12617072
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---|---|---|---|
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---|---|
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JP (1) | JPS63210275A (ja) |
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