KR910009106B1 - 기록후 직접 판독 가능한 4중층 광학기록 매체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Description

기록후 직접 판독 가능한 4중층 광학기록 매체 및 그 제조방법
제1도는 본 발명의 4중층 광학 DRAW 매체의 횡단면도.
제2도는 본 발명의 또다른 4중층 광학 DRAW 매체의 횡단면도.
제3도는 정보가 융삭작용에 의해 형성되는 피트 및 버블, 즉 낮은 전력레벨에서 형성되는 융기부로서 기록되는 제1도의 4중층 광학 DRAW 매체의 횡단면도.
제4도는 본 발명의 4중층 광학 DRAW 매체에 의해 여러 기록 전력레벨에서 얻어지는 C/N비를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,20 : 4중층 광학 DRAW 매체 12,22,23 : 반사판 또는 반사층
14,24 : 광학 스페이서층 16,26 : 트리거층
18,28 : 광흡수층 32,34 : 피트
36 : 버블
본 발명은 레이저로부터 방출된 광 비임과 같은 접속 및 변조된 광 비임으로 기록 가능한 광학기록 매체에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 기록매체는 정보를 표시하는 피트 또는 버블과 같은 이산 특징을 나타내는 광 비임으로부터 에너지를 흡수하는 광흡수층을 갖는다. 상기 정보가 광학 재생을 위해 직접 이용될 수 있기 때문에 상기 매체를 광학 DRAW(Direct-Read-After-Write) 매체라고 부른다.
양호한 광학기록 매체는 3중층 구조를 갖는데, 이 3중층 구조는 광학적으로 편평한 기판위에 있는 반사층과 이 반사층에 겹쳐있는 광학 스페이서층과 그리고 상기 광학 스페이서층에 겹쳐지는 광흡수층으로 구성된다. 여기서 기판자체가 반사되는 것이라면 이것은 반사층으로 이용될 수 있다. IEEE 스펙트럼지 1978년 8월호 제15권 페이지 20 내지 28에 바토리니 씨등에 의해 기고된 ″광학 디스크 시스템 이메이지″라는 논문의 페이지 26의 제7도에는 3중층 광학 DRAW 매체가 예시되어 있다. 이러한 3중층 및 이것들의 두께는 소모반사를 최소로 하고 그리고 광 흡수층에서의 집속된 광 비임의 흡수를 최대로 하게끔 선택되며 예시된 광흡수층은 티타늄이나 아니면 유기염료로 대신할 수도 있다.
벨씨에게 허여된 미합중국 특허 제4,216,501호에 있어서의 광 흡수층은 높은 흡수성 및 오랜 안정성을 위하여 티타늄 혹은 로듐과 같은 물질로 선택된다. 상기 광학 스페이서층은 산화로부터 반사면을 투명하게 보호하기 위해 실리콘 디옥사이드와 같은 유전물질로 구성된다.
광학 스페이서층 물질이 광흡수층 물질의 융점보다 낮은 300℃의 온도에서 녹을때 훨씬 더 높은 신호대 잡음비를 제공하는 3중층 광학 DRAW 매체가 벨씨에게 허여된 미합중국 특허 제4,285,056호에 예시되어 있다. 상기 특허에는 두가지 메카니즘이 예시되어 있는데 그 하나는 집속 및 변조된 광 비임으로부터의 열이 광학 스페이서 물질을 분해 및 승화시키고 그 밖에 증기압을 급격히 증가시켜 트랩된 가스 압력이 버블을 광흡수층내에 형성하게끔 할 수 있는 것이다. 그리고 다른 하나의 메카니즘은 광학 스페이서 물질이 광흡수층 물질과 함께 융해되게끔 함으로 말미암아 상기 양층내의 물질은 예시된 호울 또는 피트의 선단 주위로 올라오게끔 초래되는 것이다. 광학 스페이서층을 위해서는 마그네슘 플루오르화물 및 납 플루오르화물이 유용하게 사용된다.
티타늄과 같은 고 융해 광흡수층과 그리고 이 광흡수층 물질보다 최소한 300℃ 정도 낮은 온도에서 녹는 유기물질로 된 광학 스페이서층을 가진 3중층 광학 DRAW 매체가 벨씨에게 허여된 미합중국 특허 제4,300,227호에 예시되어 있다. 이것은 실리콘 디옥사이드 또는 플루오르화물과 같은 무기물 광학 스페이서층을 가진 매체와 비교하므로 임계기록 전력에 있어서 약 2배 또는 그 이상의 감소 요인을 유발한다.
상기 언급된 3중층 광학 DRAW 매체가 비록 아르곤 레이저 및 헬륨/네온 레이저 기록시스템으로 사용하는데 효과적이라 하더라도 그것은 현재 양호한 광원인 즉, 값싸고 저전력 소모를 가지며 그리고 매우 빠른 변조속도를 가지는 레이저 다이오드에 입각한 기록 시스템을 위해서는 만족스럽지 않다.
어떤 레이저 이건간에 그리고 그 불연속 특성이 피트 또는 버블이든간에 그 궁극적인 대상은 기록된 정보의 기억이 연장된 후 재생될때 이 재생신호는 본질적으로 기록된 신호와 동일한데 즉 그 증거로서 높은 신호대 잡음비 또는 반송파대 잡음(C/N)비로서 동일한 것을 알 수 있다.
3중층 광학 DRAW 매체는 부착 보조 서빙(Subbing)층 또는 투명 보호면층과 같은 부가층을 가지고 있는데, 단지 3개의 층만이 피트 또는 버블을 나타내는데 수반되기 때문에 상기 매체가 ″3중층 매체″라고 불리운다.
본 발명은 상기 언급된 3중층 매체와 유사한 유형의 레이저로 기록 가능한 광학 DRAW 매체에 관한 것으로서 이것은 광학적으로 스무스한 반사판과 이 반사판에 겹쳐 있는 광학 스페이서층과 이 광학 스페이서층에 겹쳐있는 광흡수층으로 구성된다. 종래의 몇몇 광학 DRAW 매체에서처럼 본 발명의 광학 스페이서층은 바람직하게 최소한 1800°K의 융점을 갖는다. 본 발명의 광학 DRAW 매체는 광흡수층 및 광학 스페이서층에 인접한 트리거층을 포함하는 4중층으로 구성된 것이 종래의 기록 매체와 다른 점인데, 상기 트리거층은 광학 스페이서층 보다 얇은 두께를 가지며 증기압이 신속하게 증가하는 광학 스페이서층의 융점보다 낮은 온도로 가열될때 상기 광흡수층내의 버블 또는 피트의 정보를 실행 또는 팽창시킨다. 트리거층은 실질상 증기압을 증가시키는 것외에도 광학 스페이서층의 융점 보다 낮은 온도로 가열할때 신속하게 사용하여 피트 또는 버블이 광학 스페이서층을 방해하지 않고 형성될 수 있다.
바람직한 트리거층 물질은 기록감도를 높이기 위한 낮은 융삭온도(예를 들어 200℃)를 가진 오르가노(organo) 물질, 즉 오르가노 금속물질이다. 양호한 융삭 온도는 200℃ 내지 500℃이며 이것은 저전력 레이저 다이오드의 기록 시스템의 사용을 가능하게 한다.
본 발명에 있어서의 새로운 4중층 DRAW 매체에 버블 또는 피트의 형성여부는 기록전력 레벨 및 펄스지속 시간에 의해 먼저 결정된다. 버블을 생성하기 위한 비교적 낮은 기록 전력 레벨에서 이 기록전력 레벨의 작은 임시 변화는 버블형상 또는 이 버블에 형성하는 임시구멍 내의 변화에 있어서 감소된 C/N비로서 초래될 수 있다. 한편, 이러한 변화가 피트가 형성되는 고전력 레벨에서는 비교적 불합리하므로 대개 피트를 형성하는 전력 레벨에서 동작시키는 것이 바람직하다. 새로운 광학 DRAW 매체는 종래 기술에서 버블을 형성하기 위해 사용한 기록전력에서만 피트가 형성되는 것을 알 수 있다.
종래 기술에서처럼 본 발명의 광흡수층 및 트리거층과 그리고 광학 스페이서층의 두께는 간섭적으로 비반사조건을 바람직하게 제공하도록 선택된다. 또한, 반사판, 즉 반사층의 반사면에 대한 유효두께도 본 기술에 주지된 것처럼 정해진다. 그리고 트리거층의 유효두께는 그것이 투명한지 또는 반투명한지의 여부에 달려있다.
700 내지 900nm 영역의 파장을 가진 레이저 다이오드로 사용하기 위한 상기 매체의 대표적인 양호한 두께는 다음과 같다. 즉 광흡수층 3 내지 20nm, 트리거층 5 내지 50nm, 광학 스페이서층 50 내지 225nm, 트리거층의 두께는 적어도 10nm 정도가 바람직하며, 이것은 광학 스페이서층의 1/15의 두께도 되지 않는다. 바람직한 고 C/N비에서 버블 또는 피트 둘중 하나가 형성되는데 필요한 압력을 발생하기 위해서는 10nm 두께의 물질이 제공되어야 한다. 에너지 소모를 최소로 하기 위해서는 10 내지 30nm의 두께가 바람직하며 그리고 트리거층이 유기체일때는 실질상 상부 한계를 위해 50nm도 고려될 수 있는데 왜냐하면 그것은 유기물질을 더 큰 두께로 증착하는 것이 늦어지기 때문이다. 한편, 광학 스페이서층을 위해 선택되는 실리콘 디옥사이드와 같은 유기물질을 증착하는 것이 빨라진다.
트리거층을 위해 유용한 물질은 그 중합된 형태에 있어서, 바람직하게 폴리-메틸메타-크릴레이트 및 폴리카보네이트와 같은 하이드로카아본 중합체와, 폴리비닐 플루오라이드와 같은 플루오로카아본 중합체와 그리고 티타네이트와 같은 오르가노 금속과 그리고 벤질트리클로로실란(스핀 코우팅에 의해 증착됨) 및 헥사메틸디실란(글로우 방전에 의해 증착됨) 그리고 옥타 페닐시클로 테트라실란(전자비임 또는 열 증기 증착)과 같은 실란을 포함한다. 또한 디에틸 스쿼릴륨(diethylsquarlivm)(열증기 증착)과 같은 염료도 유용하며 아울러 무기물도 사용될 수 있다.
광 흡수층을 위해 바람직한 물질은 크로뮴 및 크로뮴 합금이다. 그리고 다른 유용한 물질은 게르마늄, 코발트, 티타늄 및 로듐과 같은 다름 금속과 그리고 벨씨의 미합중국 특허 제4,195,313호에 사용된 것처럼 플루오레세인(florescem)과 같은 무기염료와 그리고 카아본, 카바이드, 보론(boron), 실리콘, 실리사이드(silicide) 및 유럽특허출원 제EP58496호(마피트씨등에 의한)에 기재된 다른 굴절물질도 포함한다.
광학 스페이서층을 위해 바람직한 물질은 전자비임 증착되는 SiO2및 Al2O3이며 이것들은 뛰어난 주변 안정도를 제공한다. 다른 무기물질은 산화물, 질화물 및 Al, Ge, Zr, Si, Ti, Ce, Ta, La, Cr, Y, Cy, Er, Gd, Hf, Sm, Bi, Pb, Zu, Li, Mg, Sb, Pr 및 Nd의 플루오르화물을 포함한다. 또한 주변 안정도가 높은 교차결합된 유기물질이 사용될 수도 있다.
본 발명은 새로운 광학 DRAW 매체에 기판이 구리 또는 알루미늄과 같은 산화 금속반사층일때 특히 중요하다. 금속반사층은 통상적으로 전자증착 또는 진공증착에 의해 인가되며 최소한 입사광의 50퍼센트를 반사시킨다. 알루미늄을 사용할때는 최소한 50nm의 두께가 바람직하다.
RCA 리뷰우지 1979년 9월호 제40권의 페이지 345 내지 362에 벨씨등에 의해 기고된 ″캡슐화된 티타늄 3중층을 갖는 광학기록 매체″라는 제하의 논문에 제안된 다음의 새로운 4중층 DRAW 매체가 광흡수층위에 보호 오버코우트(Over Coat)를 가지며 또한 오버코우트 및 광흡수층 사이에 열장벽이 있을 수도 있다.
이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
제1도에 도시한 광학기록매체(10)는 광학적으로 편평한 반사면(13)을 가진 금속기판(12)를 가지며 상기 반사면(13)은 트리거층(16)으로 덮혀있는 광학 스페이서층(14)으로 덮혀있고 그리고 상기 트리거층은 광흡수층(18)으로 덮혀있다.
제2도에 도시된 광학기록 매체는 유리기판(22), 부착보조 서빙층(21), 반사층(23), 광학 스페이서층(24)과 광흡수층(28)을 가진다.
제3도는 정보가 피트(232),(34) 또는 버블(36)중 어느 하나로 기록되는 제1도의 매체(20)를 도시한 것이다. 기록 매체의 마이크로 스코우픽 시험은 피트가 트리거층(16) 피트 32에 도시한 것처럼 내에 있거나 혹은 상기 트리거층이 인택트(intact) 즉 부분적인 인택트를 유지하는 지의 여부를 나타내지는 않는다. 보통, 정보가 한 전력 레벨 및 지속시간에만 기록되기 때문에 단일 기록 매체는 피트 또는 버블만으로 기록된다.
기판(12) 및 (22)은 유리, 플라스틱 또는 금속과 같은 여러가지 물질로 형성되며 바람직한 물질은 기록 및 재생동안 반경변위 변화를 최소로 하기 위한 안정된 치수로 되어야 한다. 상기 기판의 바람직한 물질은 폴리메틸메타 크릴레이트인데, 왜냐하면 매우 경제적이며 상기 기판 표면상에 그로우브(groove) 및 포멧 코우드를 제공하게끔 쉽사리 재생될 수 있기 때문이며 다른 물질을 통해서도 더욱 양호한 안정도를 얻을 수 있기 때문이다. 기판은 광학적으로 스무스한 표면을 가지므로 재생동안 잡음을 최소화시킨다.
[본 발명을 성취하기 위한 모우드]
[실시예 1]
4중층 광학 DRAW 매체는 30cm의 직경과 광학적으로 스무스하고 중합적으로 서브(Subbed)된 표면을 가진 폴리메틸메타 크릴레이트 디스크를 사용하여 구성된다. 알루미늄 반사층에는 에어코 테메스칼(Airco Temescal) CV8 전원 및 STIH-270-2MB 4포켓 전자총을 포함하는 바리안(Varian) 3118 시스템을 사용한 전자 비임증발법으로 전압 및 전류가 인가된다. 약 8.3KV의 비임전압 및 약 0.3A의 비임전류를 사용하면, 약 100nm 두께의 알루미늄이 증착된다. 따라서, 배경 작동압력은 약 10-6토르(1.3×10-4Pa)가 되어 약 3nm/sec의 증착율이 얻어진다.
8.3KV의 비임전압 및 0.02A의 비임전류를 인가시키는 전자 비임 증발법은 반사층 위에 약 60nm의 두께의 광학 스페이서층을 증착하기 위하여 활용한다. 여기서 배경작동 압력은 약 5×10-6토르(6×10-4)이며, 약 0.4nm/sec의 증착율이 얻어진다. 그리고 RF 플라스마 장치는 광학 스페이서층위에 폴리메틸메타 크릴레이트로된 트리거층을 약 17nm의 두께로 플라스마(Plasma) 증착하기 위하여 사용된다. 단량체는 약 90중량 퍼센트의 메틸메타 크릴레이트 증기 및 약 10중량 퍼센트의 아크릴산 증기의 혼합물을 공급한다. 상기 단량체에 있어서, 약 120와트의 플라스마 중합전력이 약 0.11W/cm2의 전력밀도와 대응되게끔 활용되었다. 여기서는 약 3.5nm/min의 증착율이 얻어지며, 배경 작동압력은 약 10-4토르(1.3×10-2Pa)가 된다.
다시, 약 8.3KV의 비임전압 및 약 0.03A의 비임전류를 인가시키기 위한 전자비임 증발법이 사용되는데 이것은 트리거층위에 크로뮴으로 된 약 5nm 두께의 광흡수층을 증착시키기 위한 것이다. 여기서, 배경작동압력은 약 10-6토르(1.3×10-4Pa)이며 약 0.1nm/sec의 증착율이 얻어진다.
기록실험은 0.6수치의 애퍼어쳐 집속렌즈를 지닌 레이저 다이오드 광원을 사용하여 900rpm으로 회전하는 상기 4중층 광학 DRAW 매체상에 수행된다. 5MHZ 구형파 신호가 100nS 펄스를 사용한 105nm의 반경에서 기록되어질때, 3mw의 입사광 피크 전력 레벨에서 광흡수층내에 피트가 형성된다. 제4도는 여러가지 입사광 피크 전력 레벨에서 기록한 후 얻어지는 C/N비를 나타낸다.
각각의 기록전력 레벨, 즉 3, 3.5, 4, 5, 6, 7 및 8mw에서 기록되는 광학 DRAW 매체의 전자 주사 마이크로 스코우프 시험은 이미 정의된 개구, 즉 피트를 나타내며 이것의 선단은 융삭 데브리스(debris)로부터 매우 스무스하며 자유롭다.
기록 매체가 50℃ 및 85퍼센트의 상대습도에서 500시간 동안 유지된 후에, 재생상의 C/N비가 재 시험되며 제4도의 고유값에서 불변한다(시험 편차내에서)는 것이 알려졌다.
[비교실시예]
3중량 광학 DRAW 매체는 트리거층이 생략된 것을 제외하곤 실시예 1과 같이 구성되며 광학 스페이서층의 두께가 간섭적으로 동일한 비반사 조건을 유지하기 위하여 약 77nm로 증가된다.
상기 매체에 있어서, 실시예 1의 기록 매체를 사용한 3mw의 기록전력 레벨에서 얻어지는 것과 같은 동일한 C/N비를 얻기 위하여 이용가능한 10mw 이상의 입사광 피크 전력레벨이 요구된다.
[실시예 2]
4중층 광학 DRAW 매체는 반사층이 100nm 두께로 증착되는 구리인 것을 제외하곤 실시예 1과 같이 구성된다. 상기 매체가 8mw의 입사광 피크 전력 레벨에서 기록될때 50dB을 초과하는 C/N비가 재생시에 얻어진다.
[실시예 3]
4중층 광학 DRAW 매체는 크로뮴 광흡수층이 약 15nm의 두께로 증착되는 것을 제외하곤 실시예 1과 같이 구성된다. 이러한 매체에 있어서는 2.5에서 3.5mw까지의 입사광 피크 전력 레벨에서 광흡수층내에 버블이 형성되며, 전력 레벨이 3.5mw 이상일때 피트가 형성된다.
[실시예 4]
4중층 광학 DRAW 매체는 기판이 중합적으로 서브된 폴리메틸메타 크릴레이트의 작은 일부분이며 그리고 광학 스페이서층이 50nm의 두께로 전자비임 증착되는 Al2O3인 것을 제외하곤 실시예 1과 같이 구성된다. 상기 매체는 매우 스무스한 선단을 가진 이미 정의된 피트를 형성하기 위하여 3mw의 입사광 피크 전력 레벨에서 레이저 다이오드 광원으로부터의 100ns 펄스를 사용하여 기록한다.
[실시예 5]
중합적으로 서브된 폴리메틸메타 크릴레이트의 또 다른 작은 부분 기판이 실시예 1의 절차에 의한 4중층 광학 DRAW 매체로 개조되는데 상기 매체에 있어서 트리거층이 n부타놀내의 5퍼센트 용액으로부터 20nm 두께로 2,000rpm의 회전속도에서 스핀피복되는(pin-coated) 벤질-트리-클로로-실란인 것은 제외된다. 이러한 코우팅은 크로뮴 광흡수층을 증착하기 전에 20분동안 50℃에서 건조된다.
상기 매체가 3mw의 기록 전력에서 레이저 다이오드를 사용하여 50ns 펄스로서 기록될때 스무스한 선단을 가진 이미 정의된 피트가 크로뮴층내에 형성된다.
[실시예 6]
4중층 광학 DRAW 매체는 트리거층이 n 부타놀(butanol)내의 2퍼센트 용액으로부터 20nm의 두께로 스핀피복되는 테트라-n-부틸티타네이트(tetra-n-butyltitanate)인 것을 제외하곤 실시예 5와 같이 구성된다.
상기 매체가 실시예 5에서처럼 기록될때 스무스한 선단을 가진 이미 정의된 피트가 크로뮴내에 형성된다.

Claims (13)

  1. 광학적으로 스무스한 반사판(12,22)과, 이 반사판에 겹쳐있는 광학 스페이서층(14,24)과, 그리고 상기 광학 스페이서층에 겹쳐있는 광 흡수층(18,28)을 구비하여 집속 및 변조된 레이저 비임에 의해 나타나는 광흡수층내의 이산특징 형태로 정보를 기록한 후 직접 판독 가능한 광학기록 매체에 있어서, 상기 광학 스페이서층 및 이 광학 스페이서층의 두께보다 얇은 광흡수층에 인접한 트리거층은 광학 스페이서층의 융점이하의 온도로 가열될때 상기 광흡수층내의 버블 또는 피트의 정보를 신속하게 실행 또는 높이기 위해 팽창되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 트리거층이 유기물질로 구성된 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기물질 200℃ 내지 500℃의 활성온도 범위내에 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유기물질이 하이드로 카아본 중합체, 플루오로 카아본 중합체 그리고 클로로카아본 중합체로부터 선택되도록 구성된 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 트리거층이 중합 실란 또는 중합 티타네이트로 구성된 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 트리거층이 염료인 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광흡수층은 3 내지 20nm 범위 두께로 구성되며, 상기 광학 스페이서층은 50 내지 225nm 범위의 두께로 구성되고 그리고 상기 트리거층은 5 내지 50nm 범위의 두께로 구성되는데, 특히 700 내지 900nm 범위의 파장을 가진 레이저 다이오드를 사용하여 기록되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 트리거층의 두께는 10 내지 30nm 범위로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  9. 제1항에 있어서, 광학 스페이서층(24) 밑에 있는 반사층(23)에 의해 즉시 반사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 판독 가능한 4중층 광학 기록 매체.
  10. 광학적으로 스무스한 반사판(12,22) 및 광학 스페이서층(14,24)과 그리고 광흡수층(18,28)을 연속적으로 증착하는 단계를 구비하여 광학 기록 매체(10)를 기록한 후 직접 판독하는 방법에 있어서, 상기 스페이서층 위에 상기 스페이서층의 두께보다 얇게 구성된, 트리거층(16,26)을 증착하는 단계를 포함하는데, 상기 트리거층은 상기 광학 스페이서층의 융점보다 낮은 온도로 가열될때 광흡수층내의 버블 또는 피트의 정보를 신속하게 실행 또는 향상시키는 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 기록 매체(10)를 기록한 후 직접 판독하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 디스크형상의 기판은 그의 축상에서 회전될 동안 광흡수층상의 변조된 레이저 다이오드 비임을 접속하기 위해 이산특징의 정보를 발생하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이산특징이 피트로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 트리거층이 200℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 가열될때 증기압을 신속하게 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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