JPH0494121A - Dry etching method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、銅もしくは銅合金薄膜のエツチング方法に係
り、特に半導体装置の製造工程の中で電極配線形成のた
めのエツチング工程において、銅もしくは銅合金薄膜を
方向性を持たせつつ高速度で工、チングする方法に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for etching copper or a copper alloy thin film. The present invention relates to a method for processing and etching copper alloy thin films at high speed while giving them directionality.
従来、基板上にw4薄膜による電極配線を形成する場合
のw4薄膜の加工法としては、tRF1i膜上を部分的
にマスク材料で覆い、酸性あるいはアルカリ性の溶液に
浸し化学反応によりエツチングする湿式エツチング法や
、反応性のガスを用いるドライエツチング法が行われて
いる。湿式エツチング法ではエツチングに方向性がなく
等友釣にエツチングされるため微細なエツチングは困難
であった。Conventionally, when forming electrode wiring using a W4 thin film on a substrate, the W4 thin film processing method is a wet etching method in which the tRF1i film is partially covered with a mask material, immersed in an acidic or alkaline solution, and etched by a chemical reaction. Alternatively, a dry etching method using a reactive gas is used. In the wet etching method, fine etching is difficult because the etching has no directionality and etches uniformly.
一方、ドライエツチング法は、方向性を持ったエツチン
グ法として知られ、例えば、G、C,Schimart
zとP、M、5chaibleによる論文(「リアクテ
ィブイオン エツチング オブ カッパー フィルムズ
」、ジャーナル オブ エレクトロケミカルソサイエテ
ィ、130巻、1777頁、1983年。(”Reac
tive Ion Etching of Coppe
r Fi1ms’、Journal ofEiectr
ochemical 5ociety、130.177
7(1983))および本願出願人による論文(「リア
クティブ イオン エツチング オブ カッパー フィ
ルムズイン5iC1a アンドN2 ミックスチャ−
」、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フ
ィシ、7クスレタ一28巻1070頁1989年。(”
Reactive Ion Etching of C
opper Films in 5iC1aand N
z Mixture 、 Jpn−J、 Appl、
Phys、 Lett、 28、1070(1989)
)がある。On the other hand, the dry etching method is known as a directional etching method, for example, G, C, Schimart etching.
Paper by Z and P. M. 5chable ("Reactive Ion Etching of Copper Films", Journal of the Electrochemical Society, Vol. 130, p. 1777, 1983. ("Reac
tive Ion Etching of Coppe
r Fi1ms', Journal of Eiectr
chemical 5ociety, 130.177
7 (1983)) and a paper by the applicant (``Reactive Ion Etching of Copper Films in 5iC1a and N2 Mixtures''
”, Japanese Journal of Applied Physics, Volume 7, Volume 28, Page 1070, 1989. (”
Reactive Ion Etching of C
opper Films in 5iC1aandN
z Mixture, Jpn-J, Appl,
Phys, Lett, 28, 1070 (1989)
).
上記のG、C,Schwartzらの論文により示され
た四塩化炭素とアルゴンとの混合ガス系では、微細な線
間の銅膜がエツチングしに<<、高い電力密度でエツチ
ングするので下地との選択比が小さい、マスク材料とし
て有機レジストが使用できない等の問題点があった。In the mixed gas system of carbon tetrachloride and argon shown in the paper by G. C. Schwartz et al., the copper film between the fine lines is etched at a high power density, resulting in poor contact with the underlying layer. There were problems such as a low selectivity and the inability to use an organic resist as a mask material.
一方、本願出願人が提案した四塩化珪素と窒素の混合ガ
ス系による方法はこれらの問題点を解決し、基本的には
微細加工を可能とし、有機レジストをマスクとして使用
でき、マスクとの選択性も得られる銅薄膜のエツチング
方法であった。On the other hand, the method using a mixed gas system of silicon tetrachloride and nitrogen proposed by the applicant solves these problems, basically enables microfabrication, allows the use of an organic resist as a mask, and allows selection of the mask. It was a method of etching copper thin films that also provided high properties.
〔発明が解決しようとするa!題]
しかしながら、上記の本願出願人が先に提案した四塩化
珪素と窒素との混合ガス系では、エツチング速度が毎分
200オングストロ一ム程度と遅く、半導体装置の製造
工程において高いスループットを望めないという問題点
があった。[The invention aims to solve a! However, in the mixed gas system of silicon tetrachloride and nitrogen previously proposed by the applicant, the etching rate is slow at about 200 angstroms per minute, and high throughput cannot be expected in the manufacturing process of semiconductor devices. There was a problem.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであ
り、エツチング速度を向上し、なおかつ方向性エツチン
グを可能とする銅もしくは銅合金薄膜のエツチング方法
を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for etching a copper or copper alloy thin film, which improves the etching rate and also enables directional etching.
この目的を達成するために本発明においては、エツチン
グ速度を向上し、かつ方向性エツチングを維持するため
にシリコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガスを含む塩
素系の混合ガスを用いる。To achieve this objective, the present invention uses a chlorine-based mixed gas containing a silicon compound gas and a nitrogen hydride gas to increase the etching rate and maintain directional etching.
また、被エツチング物の基板を配置する電極を加熱する
ことにより、前記基板を反応生成物が揮発可能な温度、
標準的には280℃に加熱する。In addition, by heating the electrode on which the substrate to be etched is placed, the substrate is heated to a temperature at which the reaction products can volatilize.
Typically heated to 280°C.
本発明のエツチング方法においては、銅はエツチングガ
スである塩素系ガスが放電により分解して出来た塩素ラ
ジカルと反応して塩化銅となるが、塩化銅が揮発可能な
温度まで基板は加熱されているので、塩化銅の揮発が進
みエツチングが進行する。またシリコン化合物ガスが分
解して生ずるシリコンラジカルと窒素水素化物ガスが分
解して生ずる窒素ラジカルが反応することにより、基板
表面には窒化珪素膜が形成されるが、基板に垂直入射す
るイオンが銅表面の窒化珪素膜を除去するので、エツチ
ングが進行する。しかしマスク材料で覆われたパターン
の側壁はイオンが当たらないので、窒化珪素膜で覆われ
銅もしくは銅合金薄膜の方向性エツチングが可能となる
。In the etching method of the present invention, copper reacts with chlorine radicals generated by decomposition of a chlorine gas, which is an etching gas, by electric discharge to form copper chloride, but the substrate is heated to a temperature at which the copper chloride can volatilize. As a result, copper chloride volatilizes and etching progresses. In addition, a silicon nitride film is formed on the substrate surface by the reaction between silicon radicals produced by the decomposition of silicon compound gas and nitrogen radicals produced by the decomposition of nitrogen hydride gas. Etching progresses as the silicon nitride film on the surface is removed. However, since ions do not hit the sidewalls of the pattern covered with the mask material, directional etching of the copper or copper alloy thin film becomes possible because it is covered with the silicon nitride film.
銅との反応種である塩素ラジカルを増すことによりエツ
チング速度が向上することは、本願発明者が行なった次
の実験より明らかである。It is clear from the following experiment conducted by the inventor of the present invention that the etching rate is improved by increasing the number of chlorine radicals that react with copper.
実験は熱酸化シリコン膜上に形成した銅薄膜を基板加熱
機構を有する反応性イオンエツチング装置を用いてエツ
チングすることにより行った。エツチングガスとして塩
素、四塩化珪素、窒素の混合ガスを用い、四塩化珪素、
窒素の流量をそれぞれ20. 80SCCM、圧力2P
a、RFパワー=100Wとしながら、塩素添加量を変
化させエツチング速度と添加量の関係を調べた。実験結
果は、第1図に示すように、塩素添加量を増加するとエ
ツチング速度は飛躍的に高まる。しかしながらこの塩素
を添加したガス系では、有機レジスト/窒化チタン膜を
マスクとした銅薄膜のパターン側壁グの際、銅薄膜の塩
化とエツチングがパターン内部まで進行するため方向性
エツチングは困難となる。The experiment was carried out by etching a copper thin film formed on a thermally oxidized silicon film using a reactive ion etching device with a substrate heating mechanism. Using a mixed gas of chlorine, silicon tetrachloride, and nitrogen as the etching gas, silicon tetrachloride,
The nitrogen flow rate was set to 20. 80SCCM, pressure 2P
a. While setting the RF power to 100 W, the amount of chlorine added was varied to examine the relationship between the etching rate and the amount added. As shown in FIG. 1, the experimental results show that as the amount of chlorine added increases, the etching rate increases dramatically. However, in this chlorine-added gas system, when pattern sidewalls of a copper thin film are etched using an organic resist/titanium nitride film as a mask, directional etching becomes difficult because chlorination and etching of the copper thin film progresses to the inside of the pattern.
従って塩素ラジカルからパターン側壁を保護するため、
より強固は窒化珪素膜で覆う必要が生じる。四塩化珪素
と窒素の分解により形成される窒化珪素膜では側壁保護
効果は十分でなく、このため窒素水素化物ガスを添加し
て窒化珪素膜の生成を促進させる。Therefore, to protect the pattern sidewalls from chlorine radicals,
For stronger coverage, it is necessary to cover with a silicon nitride film. A silicon nitride film formed by decomposing silicon tetrachloride and nitrogen does not have a sufficient sidewall protection effect, so nitrogen hydride gas is added to promote the formation of the silicon nitride film.
第2図は上記の四塩化珪素、窒素および塩素からなる混
合ガスに窒素水素化物ガスのひとつであるアンモニアを
添加した場合のエツチング速度と添加量の関係を表した
ものである。アンモニア添加量を増すに従いエツチング
速度は低下し、窒化珪素膜の生成が促進されていること
がわかる。この窒化珪素膜形成の促進により加工側壁は
塩素ラジカルから十分に保護され銅薄膜の方向性エツチ
ングが促進される。FIG. 2 shows the relationship between the etching rate and the amount added when ammonia, which is one of the nitrogen hydride gases, is added to the above-mentioned mixed gas consisting of silicon tetrachloride, nitrogen and chlorine. It can be seen that as the amount of ammonia added increases, the etching rate decreases, and the formation of a silicon nitride film is promoted. By promoting the formation of the silicon nitride film, the processed sidewalls are sufficiently protected from chlorine radicals and directional etching of the copper thin film is promoted.
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第3図は本発明に係るエツチングを行う装置の一例の概
略図である。同図において、lはエツチング電極、2は
被エツチング基板、3は対向!極、4は被エツチング基
板2を固定するための静電チャ・7り用基板台、5はエ
ツチング電極加熱用ヒータ、6は対向電極加熱用ヒータ
、7はエツチングチャンバ、8はガス導入系、9はマツ
チングボックス、10は高周波電源、11はエツチング
チャンバ7内を所定のエツチングガス圧に減圧する真空
排気口を示す。FIG. 3 is a schematic diagram of an example of an etching apparatus according to the present invention. In the figure, l is the etching electrode, 2 is the substrate to be etched, and 3 is the opposite! 4 is an electrostatic charger/substrate stand for fixing the substrate 2 to be etched, 5 is a heater for heating the etching electrode, 6 is a heater for heating the counter electrode, 7 is an etching chamber, 8 is a gas introduction system, 9 is a matching box, 10 is a high frequency power source, and 11 is a vacuum exhaust port for reducing the pressure inside the etching chamber 7 to a predetermined etching gas pressure.
第4図はエツチングに用いた被エツチング基板の断面図
である。同図において、12はシリコンウェハであり、
このシリコンウェハ12上には通常半導体素子が形成さ
れているが、図では省略した。13はシリコン基板から
電極を絶縁するための二酸化シリコン膜であり、ここで
はCVD法により形成した。14.16は窒化チタン膜
であり、ここでは反応性スパッタ法により形成した。1
5は銅薄膜でありスパッタ法によりlI!mの厚さに形
成した。17は有機レジストであり、耐熱性向上のため
遠紫外光によるキュア処理と高温ヘークとを行った。FIG. 4 is a sectional view of the substrate to be etched used for etching. In the figure, 12 is a silicon wafer;
Semiconductor elements are normally formed on this silicon wafer 12, but are omitted in the figure. Reference numeral 13 denotes a silicon dioxide film for insulating the electrode from the silicon substrate, and here it was formed by the CVD method. 14 and 16 are titanium nitride films, which were formed here by reactive sputtering. 1
5 is a copper thin film made by sputtering. It was formed to a thickness of m. No. 17 is an organic resist, which was subjected to a curing treatment using deep ultraviolet light and a high-temperature hake to improve its heat resistance.
次に第3図の装置を用いて第4図に示した銅薄膜のエツ
チングを行う方法について説明する。Next, a method for etching the thin copper film shown in FIG. 4 using the apparatus shown in FIG. 3 will be described.
被エツチング基板2は静電チャック用基板台4を介して
エツチング電極1上に固定される。エツチング電極l及
び対向電極3はそれぞれ予めヒータ5,6により加熱さ
れており、被エツチング基板2は電極からの熱伝導によ
って所定の温度、標準的には280℃に加熱される。そ
の後、ガス導入系8より流量制御されたエツチングガス
、例えばシリコン化合物ガスとして四塩化珪素、窒素水
素化物ガスとしてアンモニアを含むガス、すなわち四塩
化珪素: 2 Q 5CC11,アンモニア:1105
CC窒素: 80SCCM、塩素: 20SCCHの
混合ガスを導入して真空排気口11を通した排気により
エツチングチャンバ7内を所定のガス圧、例えば2Pa
に保持し、エツチング電極1に高周波電源10により、
例えば200Wの高周波電力を印加する。A substrate 2 to be etched is fixed onto an etching electrode 1 via an electrostatic chuck substrate stand 4. The etching electrode 1 and the counter electrode 3 are heated in advance by heaters 5 and 6, respectively, and the substrate 2 to be etched is heated to a predetermined temperature, typically 280° C., by heat conduction from the electrodes. Thereafter, an etching gas whose flow rate is controlled from the gas introduction system 8, for example, a gas containing silicon tetrachloride as a silicon compound gas and ammonia as a nitrogen hydride gas, that is, silicon tetrachloride: 2 Q 5 CC11, ammonia: 1105
A mixed gas of CC nitrogen: 80 SCCM and chlorine: 20 SCCH is introduced, and the inside of the etching chamber 7 is brought to a predetermined gas pressure, for example, 2 Pa, by exhausting through the vacuum exhaust port 11.
and the etching electrode 1 is heated by a high frequency power source 10.
For example, a high frequency power of 200W is applied.
するとエツチング電極1と対向電i3の間にグロー放電
を生じ、ガスはプラズマ化され活性化し、塩素ラジカル
が生成されるとともに、エツチング電極1側には加速さ
れたイオンが垂直に照射される。これによって、基板2
上の窒化チタン膜14゜銅薄膜15および窒化チタン膜
I6はイオン衝撃と塩素ラジカルとの相乗効果により工
・ノチングされる。Then, a glow discharge is generated between the etching electrode 1 and the counter electrode i3, the gas is turned into plasma and activated, chlorine radicals are generated, and the etching electrode 1 side is vertically irradiated with accelerated ions. With this, the board 2
The upper titanium nitride film 14.degree. copper thin film 15 and titanium nitride film I6 are etched and notched by the synergistic effect of ion bombardment and chlorine radicals.
第5図は被エツチング基板のエツチング後の断面形状を
示したものである。第5図(alのアンモニアを添加し
ない四塩化珪素、窒素、塩素の混合ガスではアンダーカ
ットを生じ微細加工は困難であったが、第5図(′b)
に示すようにアンモニアを添加することで側壁保護膜形
成が促進され、このためアンダーカットは防止されほぼ
垂直の断面形状をもつパターンが得られた。この時、銅
薄膜のエツチング速度は約1000人/5hin、であ
り、従来の四塩化珪素と窒素との混合ガスの場合に比較
して4〜5倍の速度でパターン形成が可能であった。FIG. 5 shows the cross-sectional shape of the substrate to be etched after etching. Figure 5 (al) A mixed gas of silicon tetrachloride, nitrogen, and chlorine without the addition of ammonia caused undercuts, making microfabrication difficult;
As shown in Figure 3, the addition of ammonia promoted the formation of a sidewall protective film, thereby preventing undercuts and resulting in a pattern with a nearly vertical cross-sectional shape. At this time, the etching rate of the copper thin film was about 1000 etchings per 5 h, making it possible to form a pattern at a rate 4 to 5 times faster than in the case of a conventional mixed gas of silicon tetrachloride and nitrogen.
このように本実施例のエツチング方法では、従来の四塩
化珪素と窒素との混合ガスによるエツチング方法に比較
して十分高速なエツチングが可能であり、かつアンダカ
ノトのない方向性エツチングが達成される。As described above, the etching method of this embodiment enables sufficiently high-speed etching compared to the conventional etching method using a mixed gas of silicon tetrachloride and nitrogen, and achieves directional etching without undercuts.
本実施例では銅薄膜のエツチングについてのみ示したが
、本発明は銅薄膜のみのエツチングに限定されるもので
はなく、例えばAl−Cu膜等の銅を構成成分として含
む銅合金膜のエツチングにおいても適用される。Although this example shows only the etching of a thin copper film, the present invention is not limited to the etching of only a thin copper film, but can also be applied to the etching of a copper alloy film containing copper as a constituent, such as an Al-Cu film. Applicable.
また、シリコン化合物ガスには実施例に示す四塩化珪素
以外に、例えばモノシラン、ジシラン。In addition to silicon tetrachloride shown in the examples, the silicon compound gas includes, for example, monosilane and disilane.
ジクロルシラン、トリクロルシラン等のガスも用いられ
、窒素水素化物ガスとしては実施例に示すアンモニア以
外に、ヒドラジン等のガスも適用される。Gases such as dichlorosilane and trichlorosilane are also used, and as the nitrogen hydride gas, in addition to ammonia shown in the examples, gases such as hydrazine are also applicable.
以上説明したように本発明によれば、銅もしくは銅合金
薄膜をエツチングする際エツチングガスに少なくともシ
リコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガスを含む混合ガ
スを用いることにより、高速度でなおかつアンダーカッ
トのない方向性を持った銅もしくは銅合金配線パターン
が容易に得られ、高スループツトのエツチングが達成さ
れる効果がある。As explained above, according to the present invention, when etching a copper or copper alloy thin film, by using a mixed gas containing at least a silicon compound gas and a nitrogen hydride gas as an etching gas, etching can be performed at high speed and in a direction without undercuts. This method has the effect that a copper or copper alloy wiring pattern with high properties can be easily obtained and high throughput etching can be achieved.
第1図、第2゛図は本発明のドライエツチング方法に基
づいた実験の結果を示すものであって、第1図は四塩化
珪素と窒素の混合ガスに塩素を添加した時の銅薄膜のエ
ツチング速度と塩素添加量の関係を示す特性図、第2図
は四塩化珪素、窒素および塩素の混合ガスにアンモニア
を添加した時の銅薄膜のエツチング速度とアンモニア添
加量の関係を示す特性図、第3図は本発明の一実施例を
行う装置の概略図、第4図はエツチングに用いた被工・
7チング物の基板の断面を示す図、第5図は本発明によ
る加工形状の断面を示す図である。
l・・・エソチンク7J、極、2・・・被エツチング基
板、3・・・対向電極、4・・・静電チャック用基板台
、5・・・エツチング電極加熱用ヒータ、6・・・対向
電極加熱用ヒータ、7・・・エツチングチャンバ、8・
・・ガス導入系、9.。
・マツチングボックス、10・・・高周波電源、11・
・・真空排気口、12・・・シリコンウェハ、13・・
・二酸化シリコン膜、14・・・窒化チタン膜、15・
・・銅薄膜、16・・・窒化チタン膜、17・・・有機
レジスト膜。
特許出願人 日本電信電話株式会社Figures 1 and 2 show the results of experiments based on the dry etching method of the present invention. A characteristic diagram showing the relationship between the etching rate and the amount of chlorine added. Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the etching rate of a copper thin film and the amount of ammonia added when ammonia is added to a mixed gas of silicon tetrachloride, nitrogen and chlorine. Fig. 3 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out an embodiment of the present invention, and Fig. 4 shows the workpiece and
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a processed substrate according to the present invention. l... Ethochink 7J, pole, 2... Substrate to be etched, 3... Counter electrode, 4... Substrate stand for electrostatic chuck, 5... Heater for heating the etching electrode, 6... Opposing Electrode heating heater, 7... Etching chamber, 8.
...Gas introduction system, 9. .・Matching box, 10...High frequency power supply, 11・
...Vacuum exhaust port, 12...Silicon wafer, 13...
・Silicon dioxide film, 14...Titanium nitride film, 15.
... Copper thin film, 16 ... Titanium nitride film, 17 ... Organic resist film. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (1)
スク材で被覆し、前記基板を対向電極型反応性イオンエ
ッチング装置の一方の電極上に配置し、前記電極上に配
置した基板を加熱し、前記エッチング装置内にエッチン
グガスを導入して対向電極間に高周波電力を印加してグ
ロー放電を発生させることにより前記銅もしくは銅合金
薄膜をエッチングする方法において、エッチングガスに
少なくともシリコン化合物ガスおよび窒素水素化物ガス
を含む混合ガスを用いることを特徴とするドライエッチ
ング方法。The copper or copper alloy thin film coated on the substrate is partially covered with a mask material, the substrate is placed on one electrode of a counter electrode type reactive ion etching apparatus, and the substrate placed on the electrode is heated. , a method of etching the copper or copper alloy thin film by introducing an etching gas into the etching apparatus and applying high frequency power between opposing electrodes to generate glow discharge, the etching gas containing at least a silicon compound gas and nitrogen; A dry etching method characterized by using a mixed gas containing hydride gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21042990A JPH0494121A (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Dry etching method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21042990A JPH0494121A (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Dry etching method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0494121A true JPH0494121A (en) | 1992-03-26 |
Family
ID=16589174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21042990A Pending JPH0494121A (en) | 1990-08-10 | 1990-08-10 | Dry etching method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0494121A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6251792B1 (en) | 1990-07-31 | 2001-06-26 | Applied Materials, Inc. | Plasma etch processes |
US6401652B1 (en) | 2000-05-04 | 2002-06-11 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor inductive coil antenna with flat surface facing the plasma |
US6488807B1 (en) | 1991-06-27 | 2002-12-03 | Applied Materials, Inc. | Magnetic confinement in a plasma reactor having an RF bias electrode |
US6518195B1 (en) | 1991-06-27 | 2003-02-11 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor using inductive RF coupling, and processes |
JP2015166160A (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-24 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid jet head, liquid jet device, and method for manufacturing liquid jet head |
-
1990
- 1990-08-10 JP JP21042990A patent/JPH0494121A/en active Pending
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US6518195B1 (en) | 1991-06-27 | 2003-02-11 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor using inductive RF coupling, and processes |
US6401652B1 (en) | 2000-05-04 | 2002-06-11 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor inductive coil antenna with flat surface facing the plasma |
JP2015166160A (en) * | 2014-03-04 | 2015-09-24 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid jet head, liquid jet device, and method for manufacturing liquid jet head |
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