JPH0831358A - Ｅｃｒイオンラジカル源 - Google Patents
Ｅｃｒイオンラジカル源Info
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- JPH0831358A JPH0831358A JP6183922A JP18392294A JPH0831358A JP H0831358 A JPH0831358 A JP H0831358A JP 6183922 A JP6183922 A JP 6183922A JP 18392294 A JP18392294 A JP 18392294A JP H0831358 A JPH0831358 A JP H0831358A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波の作用でガスを励起し、イオン又
はラジカルを発生させるイオンラジカル源は、壁面は金
属でできており、アンテナも金属でできている。プラズ
マにより壁面とアンテナがスパッタリングされる。壁面
はスパッタ粒子によって汚染され度々清掃しなければな
らない。アンテナもスパッタされて痩せてくる。又イオ
ンビームやラジカルも不純物を含むようになる。チャン
バの汚染を避けアンテナの消耗を回避して、高いスルー
プットの装置を得ること。 【構成】 プラズマ生成室の内壁面と、アンテナの外側
にセラミックを被覆する。セラミックで覆われるので、
スパッタリングされにくく、チャンバの内面が金属によ
って汚染されないので、清掃の必要がない。アンテナも
消耗せず長寿命になる。
はラジカルを発生させるイオンラジカル源は、壁面は金
属でできており、アンテナも金属でできている。プラズ
マにより壁面とアンテナがスパッタリングされる。壁面
はスパッタ粒子によって汚染され度々清掃しなければな
らない。アンテナもスパッタされて痩せてくる。又イオ
ンビームやラジカルも不純物を含むようになる。チャン
バの汚染を避けアンテナの消耗を回避して、高いスルー
プットの装置を得ること。 【構成】 プラズマ生成室の内壁面と、アンテナの外側
にセラミックを被覆する。セラミックで覆われるので、
スパッタリングされにくく、チャンバの内面が金属によ
って汚染されないので、清掃の必要がない。アンテナも
消耗せず長寿命になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、アンテナからマイク
ロ波をプラズマ生成室に導入し、原料ガスを励起しプラ
ズマあるいはラジカルとするイオンラジカル源に関す
る。プラズマの場合は電子と正イオンの集合になるの
で、引出し電極に電圧を印加する事により、イオンビー
ムとして外部に引出し被処理物に当てる。ラジカルの場
合は中性であるから、圧力の差によって外部に引出し被
処理物に当てる。目的により、イオン源としてもラジカ
ル源としても利用できる装置であるからイオンラジカル
源と呼ぶ。薄膜形成、基板クリーニング、スパッタリン
グ等に用いることができる。
ロ波をプラズマ生成室に導入し、原料ガスを励起しプラ
ズマあるいはラジカルとするイオンラジカル源に関す
る。プラズマの場合は電子と正イオンの集合になるの
で、引出し電極に電圧を印加する事により、イオンビー
ムとして外部に引出し被処理物に当てる。ラジカルの場
合は中性であるから、圧力の差によって外部に引出し被
処理物に当てる。目的により、イオン源としてもラジカ
ル源としても利用できる装置であるからイオンラジカル
源と呼ぶ。薄膜形成、基板クリーニング、スパッタリン
グ等に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波イオンラジカル源は、
真空に引くことのできるプラズマ生成室（チャンバ）
と、プラズマ生成室にマイクロ波を導入するアンテナ
と、プラズマ生成室の外壁に設けられ軸方向に磁場を形
成する磁石あるいはコイルとを含む。チャンバの原料ガ
ス導入口から原料ガスをチャンバに導入し、これをマイ
クロ波により励起する。縦磁場は電子サイクロトロン共
鳴を起こさせて、励起を盛んにし、プラズマ生成を増強
する事ができる。プラズマの中には、正イオン、電子、
中性のラジカル等が含まれる。開口に設けた電極と、生
成室開穴部の間に電圧を印加する事によりイオンをビー
ムとして引き出す事ができる。生成室と外部との間に圧
力差を設けると、ラジカルを取り出す事ができる。
真空に引くことのできるプラズマ生成室（チャンバ）
と、プラズマ生成室にマイクロ波を導入するアンテナ
と、プラズマ生成室の外壁に設けられ軸方向に磁場を形
成する磁石あるいはコイルとを含む。チャンバの原料ガ
ス導入口から原料ガスをチャンバに導入し、これをマイ
クロ波により励起する。縦磁場は電子サイクロトロン共
鳴を起こさせて、励起を盛んにし、プラズマ生成を増強
する事ができる。プラズマの中には、正イオン、電子、
中性のラジカル等が含まれる。開口に設けた電極と、生
成室開穴部の間に電圧を印加する事によりイオンをビー
ムとして引き出す事ができる。生成室と外部との間に圧
力差を設けると、ラジカルを取り出す事ができる。
【０００３】イオン源として、フィラメントを用いるイ
オン源は熱電子放出によって原料ガスを電離する。通常
フィラメントを用いたバケット型イオン源に比べてマイ
クロ波イオン源は、プラズマの生成密度が高く高密度の
イオンビームを引き出す事ができる。プラズマ密度は１
０11〜１０12個／ｃｍ3 の程度のものが容易に得られ
る。バケット型に比べて１桁高い密度のプラズマを生成
することができる。イオン源とする場合は、例えばＡ
ｒ、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ2 を原料ガスとする。ラジカル源
とする場合は、例えばＮ2 、Ｏ2 、Ｃｌ2 を原料ガスと
する。アンテナは、チャンバの内部に突き出ている。
オン源は熱電子放出によって原料ガスを電離する。通常
フィラメントを用いたバケット型イオン源に比べてマイ
クロ波イオン源は、プラズマの生成密度が高く高密度の
イオンビームを引き出す事ができる。プラズマ密度は１
０11〜１０12個／ｃｍ3 の程度のものが容易に得られ
る。バケット型に比べて１桁高い密度のプラズマを生成
することができる。イオン源とする場合は、例えばＡ
ｒ、Ｎ2 、Ｏ2 、ＣＯ2 を原料ガスとする。ラジカル源
とする場合は、例えばＮ2 、Ｏ2 、Ｃｌ2 を原料ガスと
する。アンテナは、チャンバの内部に突き出ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高密度のプラズマを生
成できるのはこの装置の利点である。しかし反面次のよ
うな欠点がある。アンテナは金属であるし、プラズマ生
成室の内壁も金属である。イオンが高いエネルギーを持
って壁面やアンテナに衝突すると、アンテナ、内壁から
金属粒子がたたき出される。これをスパッタリングとい
う。高密度のプラズマを形成すると、プラズマによるス
パッタリング作用も大きくなる。
成できるのはこの装置の利点である。しかし反面次のよ
うな欠点がある。アンテナは金属であるし、プラズマ生
成室の内壁も金属である。イオンが高いエネルギーを持
って壁面やアンテナに衝突すると、アンテナ、内壁から
金属粒子がたたき出される。これをスパッタリングとい
う。高密度のプラズマを形成すると、プラズマによるス
パッタリング作用も大きくなる。
【０００５】例えば質量の大きいＡｒガスを原料として
プラズマにすると、スパッタリングが盛んになり、アン
テナは細くなり生成室の壁面が汚れる。またプラズマに
内壁やアンテナを構成する金属が混ざる。これはイオン
ビームまたはラジカルに不純物として含まれるので、イ
オンビーム、ラジカルの純度を下げる。Ａｒ、Ｏ2 、Ｎ
2 を原料ガスとする場合は、約２時間で内壁が汚れてく
る。この場合は運転を停止し、生成室を開いて清掃しな
ければならない。Ｏ2 をプラズマにする場合は壁やアン
テナが酸化され、変色する。
プラズマにすると、スパッタリングが盛んになり、アン
テナは細くなり生成室の壁面が汚れる。またプラズマに
内壁やアンテナを構成する金属が混ざる。これはイオン
ビームまたはラジカルに不純物として含まれるので、イ
オンビーム、ラジカルの純度を下げる。Ａｒ、Ｏ2 、Ｎ
2 を原料ガスとする場合は、約２時間で内壁が汚れてく
る。この場合は運転を停止し、生成室を開いて清掃しな
ければならない。Ｏ2 をプラズマにする場合は壁やアン
テナが酸化され、変色する。
【０００６】次にアンテナから金属がスパッタリングさ
れるので、アンテナが痩せてくる。１０時間〜２０時間
でアンテナが消耗する。この場合も生成室を開いてアン
テナを取り替える必要がある。さらにアンテナや壁面に
スパッタ粒子が付着すると、アンテナと金属の壁の間が
短絡する。すると、もはやマイクロ波が生成室に入らな
くなる。アンテナや壁面の金属のスパッタリングを防
ぎ、アンテナを長寿命にし、イオンビームやラジカルに
不純物が含まれないようにしたイオンラジカル源を提供
することが本発明の目的である。
れるので、アンテナが痩せてくる。１０時間〜２０時間
でアンテナが消耗する。この場合も生成室を開いてアン
テナを取り替える必要がある。さらにアンテナや壁面に
スパッタ粒子が付着すると、アンテナと金属の壁の間が
短絡する。すると、もはやマイクロ波が生成室に入らな
くなる。アンテナや壁面の金属のスパッタリングを防
ぎ、アンテナを長寿命にし、イオンビームやラジカルに
不純物が含まれないようにしたイオンラジカル源を提供
することが本発明の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマラジカ
ル源は、生成室の内壁とアンテナにセラミックを被覆す
る。被覆の方法は、内壁の場合は、適当な寸法のセラミ
ックの板を内壁に張り付けるか、あるいはセラミックを
溶射する事によってなされる。アンテナは細い金属を曲
げたものや直線状であるので、セラミックを表面に被覆
するか或はセラミックパイプを被せる。セラミックとし
てはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒
化アルミ（ＡｌＮ）、石英等を用いる事ができる。
ル源は、生成室の内壁とアンテナにセラミックを被覆す
る。被覆の方法は、内壁の場合は、適当な寸法のセラミ
ックの板を内壁に張り付けるか、あるいはセラミックを
溶射する事によってなされる。アンテナは細い金属を曲
げたものや直線状であるので、セラミックを表面に被覆
するか或はセラミックパイプを被せる。セラミックとし
てはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒
化アルミ（ＡｌＮ）、石英等を用いる事ができる。
【０００８】
【作用】金属に比べて、セラミックはスパッタ率が著し
く低い。つまり高速のイオンが衝突しても原子が表面か
ら飛び出さない。従って高密度のプラズマが存在して
も、イオンやラジカルの衝突により、セラミックの表面
から原子がスパッタリングされない。本発明はアンテナ
と生成室の内壁の両方にセラミックを被覆しているの
で、アンテナからのスパッタリングも、壁面からのスパ
ッタリングも殆どなくなる。ハロゲンなどの反応性ガス
に対してもセラミックはよく耐える。酸素によって酸化
されない。高温でも溶けないし、変質もしない。セラミ
ックの被覆により、壁面のスパッタリング、アンテナの
スパッタリングが起こらなくなる。壁面が汚れず従来の
ように２時間毎に清掃する必要がない。またスパッタリ
ングが起こらずアンテナが痩せないのでアンテナの寿命
が延びる。スパッタリング粒子がプラズマに混ざらない
ので、プラズマを汚染しない。
く低い。つまり高速のイオンが衝突しても原子が表面か
ら飛び出さない。従って高密度のプラズマが存在して
も、イオンやラジカルの衝突により、セラミックの表面
から原子がスパッタリングされない。本発明はアンテナ
と生成室の内壁の両方にセラミックを被覆しているの
で、アンテナからのスパッタリングも、壁面からのスパ
ッタリングも殆どなくなる。ハロゲンなどの反応性ガス
に対してもセラミックはよく耐える。酸素によって酸化
されない。高温でも溶けないし、変質もしない。セラミ
ックの被覆により、壁面のスパッタリング、アンテナの
スパッタリングが起こらなくなる。壁面が汚れず従来の
ように２時間毎に清掃する必要がない。またスパッタリ
ングが起こらずアンテナが痩せないのでアンテナの寿命
が延びる。スパッタリング粒子がプラズマに混ざらない
ので、プラズマを汚染しない。
【０００９】セラミックを被覆する事により、マイクロ
波がチャンバに入らないようになるのではないかという
心配があるかも知れない。セラミックは絶縁物であり、
これが電圧を引き受けてしまうので、プラズマの空間に
電圧がかからないかに思えるからである。しかしそうで
ない。セラミックの層は十分に薄い。さらにマイクロ波
は高い周波数を持つので、セラミック層表面には誘導電
荷として電荷が誘起される。セラミック層は容量の大き
いコンデンサとみなす事ができるが、マイクロ波に対し
て大きい交流抵抗を与えない。マイクロ波はチャンバの
中に定在波を形成するが、これはセラミックの被覆のな
い時とほぼ同じ電界強度、電界分布になる。
波がチャンバに入らないようになるのではないかという
心配があるかも知れない。セラミックは絶縁物であり、
これが電圧を引き受けてしまうので、プラズマの空間に
電圧がかからないかに思えるからである。しかしそうで
ない。セラミックの層は十分に薄い。さらにマイクロ波
は高い周波数を持つので、セラミック層表面には誘導電
荷として電荷が誘起される。セラミック層は容量の大き
いコンデンサとみなす事ができるが、マイクロ波に対し
て大きい交流抵抗を与えない。マイクロ波はチャンバの
中に定在波を形成するが、これはセラミックの被覆のな
い時とほぼ同じ電界強度、電界分布になる。
【００１０】
【実施例】実施例を示す図面により本発明を説明する。
図１において、プラズマ生成室１は真空に引くことので
きるチャンバである。ガス導入部２から、生成室１の内
部にプラズマにするべき原料ガスが導入される。生成室
１の後方には、絶縁物３によって支持されるマイクロ波
導入部４がある。これは外部のマイクロ波源（図示しな
い）に接続されている。マイクロ波導入部４は先端が凹
部になっており、ここにアンテナの端が差し込まれてい
る。
図１において、プラズマ生成室１は真空に引くことので
きるチャンバである。ガス導入部２から、生成室１の内
部にプラズマにするべき原料ガスが導入される。生成室
１の後方には、絶縁物３によって支持されるマイクロ波
導入部４がある。これは外部のマイクロ波源（図示しな
い）に接続されている。マイクロ波導入部４は先端が凹
部になっており、ここにアンテナの端が差し込まれてい
る。
【００１１】この例ではアンテナ５は？の字形に曲げら
れている。しかしアンテナの形状は任意である。直線で
もよいし、螺旋状に巻いていても良い。導入されたガス
は、マイクロ波の作用によりプラズマ６になる。プラズ
マ生成室（真空チャンバ）１の前方には開口があり、こ
こに引出電極７、対向電極８が設けられている。これら
は中心に通し穴のある電極板である。イオンビームを引
き出す場合は、引出電極７に高電圧をかけ、対向電極８
に低電圧を印加する。電圧の差により正イオンを引き出
す。ラジカルを引き出す場合は、電圧をかけない。内外
の圧力の差によって外部に出るようにする。
れている。しかしアンテナの形状は任意である。直線で
もよいし、螺旋状に巻いていても良い。導入されたガス
は、マイクロ波の作用によりプラズマ６になる。プラズ
マ生成室（真空チャンバ）１の前方には開口があり、こ
こに引出電極７、対向電極８が設けられている。これら
は中心に通し穴のある電極板である。イオンビームを引
き出す場合は、引出電極７に高電圧をかけ、対向電極８
に低電圧を印加する。電圧の差により正イオンを引き出
す。ラジカルを引き出す場合は、電圧をかけない。内外
の圧力の差によって外部に出るようにする。
【００１２】イオンビーム又はラジカルは、対象物に衝
突する。対象物の置かれる空間も真空に保たれるが、そ
の空間と、プラズマ生成室とは絶縁物９により、イオン
ビ−ムの場合は電気的に遮断される。プラズマ生成室１
の外周には永久磁石１０が平行になるように配置され
る。これはチャンバの内部に縦方向に静磁場を形成す
る。この磁場により、サイクロトロン運動する電子がマ
イクロ波をＥＣＲ共鳴吸収するようになっている。以上
の構成は従来のイオンラジカル源と同様である。
突する。対象物の置かれる空間も真空に保たれるが、そ
の空間と、プラズマ生成室とは絶縁物９により、イオン
ビ−ムの場合は電気的に遮断される。プラズマ生成室１
の外周には永久磁石１０が平行になるように配置され
る。これはチャンバの内部に縦方向に静磁場を形成す
る。この磁場により、サイクロトロン運動する電子がマ
イクロ波をＥＣＲ共鳴吸収するようになっている。以上
の構成は従来のイオンラジカル源と同様である。
【００１３】本発明はさらに、プラズマ生成室１（チャ
ンバ）の内壁面に、セラミック製の被覆１１を設けてい
る。これは薄いセラミック板を壁の内面に貼り付けたも
のである。あるいはセラミックを溶射して形成したもの
であってもよい。さらにアンテナ５の表面にも、セラミ
ック被覆１２が形成されている。アンテナは細い針金で
あるが、ここにアルミナの被膜を形成している。
ンバ）の内壁面に、セラミック製の被覆１１を設けてい
る。これは薄いセラミック板を壁の内面に貼り付けたも
のである。あるいはセラミックを溶射して形成したもの
であってもよい。さらにアンテナ５の表面にも、セラミ
ック被覆１２が形成されている。アンテナは細い針金で
あるが、ここにアルミナの被膜を形成している。
【００１４】アンテナからマイクロ波が導入され、ガス
導入部２からは、プラズマにすべき原料ガスが導入され
る。マイクロ波の電界により電子が振動する。電子は永
久磁石１０が作る磁力線に捕捉され磁力線の周りを螺旋
運動する。螺旋運動の周期とマイクロ波の周期が同じで
あるので、電子はマイクロ波エネルギ−を効率的に吸収
し加速され、ガスの分子に衝突し、これを電離し正イオ
ンと電子にする。あるいは電子をより高い準位に上げて
活性な中性ラジカルに励起する。高密度のプラズマがチ
ャンバ１の内部に発生する。プラズマの粒子が壁面に衝
突することもある。しかし壁面はセラミックでできてい
るから壁面から粒子がスパッタされない。セラミックは
壁面を保護する。さらにまた、プラズマ粒子がアンテナ
にも衝突するが、セラミックで覆われているからアンテ
ナからもスパッタ粒子が発生しない。壁面からもアンテ
ナからもスパッタ粒子が出ないので、これによりチャン
バが汚れるということもない。
導入部２からは、プラズマにすべき原料ガスが導入され
る。マイクロ波の電界により電子が振動する。電子は永
久磁石１０が作る磁力線に捕捉され磁力線の周りを螺旋
運動する。螺旋運動の周期とマイクロ波の周期が同じで
あるので、電子はマイクロ波エネルギ−を効率的に吸収
し加速され、ガスの分子に衝突し、これを電離し正イオ
ンと電子にする。あるいは電子をより高い準位に上げて
活性な中性ラジカルに励起する。高密度のプラズマがチ
ャンバ１の内部に発生する。プラズマの粒子が壁面に衝
突することもある。しかし壁面はセラミックでできてい
るから壁面から粒子がスパッタされない。セラミックは
壁面を保護する。さらにまた、プラズマ粒子がアンテナ
にも衝突するが、セラミックで覆われているからアンテ
ナからもスパッタ粒子が発生しない。壁面からもアンテ
ナからもスパッタ粒子が出ないので、これによりチャン
バが汚れるということもない。
【００１５】アンテナはセラミックによって保護されス
パッタされないので、痩せてきて消耗するということが
ない。スパッタ粒子が発生しないので、プラズマに不純
物が混ざらない。高純度のプラズマを得ることができ
る。
パッタされないので、痩せてきて消耗するということが
ない。スパッタ粒子が発生しないので、プラズマに不純
物が混ざらない。高純度のプラズマを得ることができ
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、プラズマ生成室の内壁とアン
テナの両方にセラミックの被覆をかぶせているので、プ
ラズマによって、内壁やアンテナがスパッタリングされ
ない。生成室の壁面が汚れないので、たびたび壁面を清
掃する必要はない。従来は２時間ごとにチャンバを清掃
する必要があった。また２０時間でアンテナが消耗し
た。しかし本発明により、１００時間は清掃しなくても
よいようになった。アンテナの消耗も１００時間以内で
は殆ど検知できない。通常の運転は長くても連続１０時
間の程度である。本発明は通常の使い方をする場合、メ
ンテナンスのために作業を中断する必要がない。
テナの両方にセラミックの被覆をかぶせているので、プ
ラズマによって、内壁やアンテナがスパッタリングされ
ない。生成室の壁面が汚れないので、たびたび壁面を清
掃する必要はない。従来は２時間ごとにチャンバを清掃
する必要があった。また２０時間でアンテナが消耗し
た。しかし本発明により、１００時間は清掃しなくても
よいようになった。アンテナの消耗も１００時間以内で
は殆ど検知できない。通常の運転は長くても連続１０時
間の程度である。本発明は通常の使い方をする場合、メ
ンテナンスのために作業を中断する必要がない。
【００１７】これによりイオン源或はプラズマ源として
のスループットが著しく向上する。アンテナがスパッタ
されてやせ細るということもなくなるので、アンテナの
寿命が飛躍的に延びる。さらに引き出されたイオンビー
ムやラジカルの不純物濃度が低くなった。
のスループットが著しく向上する。アンテナがスパッタ
されてやせ細るということもなくなるので、アンテナの
寿命が飛躍的に延びる。さらに引き出されたイオンビー
ムやラジカルの不純物濃度が低くなった。
【図１】本発明の実施例に係るＥＣＲイオンラジカル源
の概略縦断面図。
の概略縦断面図。
１ プラズマ生成室 ２ ガス導入部 ３ 絶縁物 ４ マイクロ波導入部 ５ アンテナ ６ プラズマ ７ 引出電極 ８ 対向電極 ９ 絶縁物 １０ 永久磁石 １１ セラミック被覆 １２ セラミック被覆
Claims (1)
- 【請求項１】 真空に引くことができるチャンバである
プラズマ生成室と、プラズマ生成室にガスを導入するた
めに設けられるガス導入部と、プラズマ生成室にマイク
ロ波を導入するためにプラズマ生成室の内部に設けられ
るアンテナと、プラズマ生成室の開口に設けられる引出
電極と、開口の外側であって、引出電極に対向するよう
に設けられる対向電極と、プラズマ生成室の外部に設け
られ生成室の内部に軸方向の磁場を発生させるための磁
石とを含み、プラズマ生成室の内壁がセラミックによっ
て被覆され、アンテナがセラミックによって被覆されて
いることを特徴とするＥＣＲイオンラジカル源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6183922A JPH0831358A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Ｅｃｒイオンラジカル源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6183922A JPH0831358A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Ｅｃｒイオンラジカル源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831358A true JPH0831358A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16144165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6183922A Pending JPH0831358A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Ｅｃｒイオンラジカル源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831358A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1125903A (ja) * | 1997-07-04 | 1999-01-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 金属−セラミック複合サンプラー及びスキマー |
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-
1994
- 1994-07-12 JP JP6183922A patent/JPH0831358A/ja active Pending
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