JP3322476B2 - Thin film patterning method - Google Patents
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Landscapes
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は薄膜のパターンニング方
法に関する。特に本発明はX線露光において使用される
X線露光用マスクの吸収体の形成方法に関する。本発明
においてはX線露光用マスクのサイドエッチング量が減
少され、パターン転写率が高いX線露光用マスクが形成
できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for patterning a thin film. In particular, the present invention relates to a method for forming an absorber of an X-ray exposure mask used in X-ray exposure. In the present invention, the amount of side etching of the X-ray exposure mask is reduced, and an X-ray exposure mask having a high pattern transfer rate can be formed.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体デバイスの薄膜形成技術において
は超微細加工が要求され、この超微細加工に適したX線
露光技術の開発が行われている。前記X線露光にはX線
を吸収し非加工体へのX線の透過を阻止する吸収体を備
えたX線露光用マスクが使用される。X線露光用マスク
の吸収体には一般的にW(タングステン)、Ti−W
(タングステンチタン)、Ta(タンタル)等の高融点
金属(又は遷移金属)薄膜が使用される。2. Description of the Related Art Ultra-fine processing is required in thin-film forming technology for semiconductor devices, and X-ray exposure techniques suitable for this ultra-fine processing are being developed. For the X-ray exposure, an X-ray exposure mask including an absorber that absorbs X-rays and blocks transmission of the X-rays to a non-processed object is used. Generally, W (tungsten), Ti-W is used as an absorber of an X-ray exposure mask.
A high melting point metal (or transition metal) thin film such as (tungsten titanium) or Ta (tantalum) is used.
【0003】前記X線露光用マスク、特にX線露光用マ
スクの吸収体の形成方法について、図13及び図14を
使用し説明する。A method for forming the X-ray exposure mask, particularly an absorber for the X-ray exposure mask, will be described with reference to FIGS.
【0004】まず、図13に示すように、第1工程とし
て基体10表面上にX線露光用マスクの吸収体である薄
膜12を形成し、前記薄膜12の表面上の所定領域にエ
ッチングマスク13を形成する。薄膜12にはW薄膜が
使用され、このW薄膜はスパッタ装置で堆積される。エ
ッチングマスク13には一般的にリフトオフ技術でパタ
ーンが形成されたCr(クロム)薄膜が使用される。前
記基体10はX線露光用マスクの吸収体を形成するため
の基板である。First, as shown in FIG. 13, as a first step, a thin film 12, which is an absorber of an X-ray exposure mask, is formed on the surface of a substrate 10, and an etching mask 13 is formed on a predetermined region on the surface of the thin film 12. To form As the thin film 12, a W thin film is used, and this W thin film is deposited by a sputtering apparatus. Generally, a Cr (chromium) thin film having a pattern formed by a lift-off technique is used as the etching mask 13. The base 10 is a substrate on which an absorber for an X-ray exposure mask is formed.
【0005】次に、図14に示すように、第2工程とし
て前記薄膜12にパターンニングを施す。パターンニン
グにはエッチングマスク13が使用され、エッチングマ
スク13から露出する薄膜12がエッチングで除去され
る。エッチングはSF6 をエッチングガスとする異方性
エッチングで行われる。この後、必要に応じてエッチン
グマスク13が除去され、エッチングされた薄膜12で
X線露光用マスクの吸収体が完成する。Next, as shown in FIG. 14, the thin film 12 is patterned as a second step. An etching mask 13 is used for patterning, and the thin film 12 exposed from the etching mask 13 is removed by etching. The etching is performed by anisotropic etching using SF 6 as an etching gas. Thereafter, if necessary, the etching mask 13 is removed, and the absorber of the mask for X-ray exposure is completed with the etched thin film 12.
【0006】前記異方性エッチングは電界で加速された
イオン及びFラジカルの双方でエッチングが進行する。
基体10の表面に対して垂直方向に電界を発生させれば
イオンは同一方向に加速され、W薄膜のエッチングされ
た側壁がほぼ垂直な形状でパターンニングが行われる。
つまり、異方性エッチングにおいて縦方向(垂直方向)
に高い異方性が得られる。In the anisotropic etching, etching proceeds with both ions and F radicals accelerated by an electric field.
If an electric field is generated in a direction perpendicular to the surface of the substrate 10, ions are accelerated in the same direction, and patterning is performed with the etched side wall of the W thin film being substantially vertical.
That is, in anisotropic etching, the vertical direction (vertical direction)
High anisotropy is obtained.
【0007】一方、Fラジカルは電界の影響を受けない
ので、縦方向及び横方向に等方性エッチングが進行す
る。従って、同図14に示すように、薄膜12には横方
向のエッチング(サイドエッチング)でエッチングマス
ク13の寸法よりも寸法が縮小されたアンダカットが発
生する。On the other hand, since F radicals are not affected by an electric field, isotropic etching proceeds in the vertical and horizontal directions. Therefore, as shown in FIG. 14, an undercut whose size is smaller than the size of the etching mask 13 occurs in the thin film 12 by lateral etching (side etching).
【0008】前記X線露光用マスクの吸収体の形成方法
においては薄膜12にアンダカットが発生し、エッチン
グマスク13から薄膜12に転写されるパターン寸法差
が大きい。つまり、パターン転写率が悪く、超微細加工
には不適切である。In the method of forming an absorber for an X-ray exposure mask, an undercut occurs in the thin film 12, and the pattern size difference transferred from the etching mask 13 to the thin film 12 is large. That is, the pattern transfer rate is poor, and is not suitable for ultrafine processing.
【0009】そこで、図15に示すように、一般的には
異方性エッチング中に薄膜12のエッチングされた側壁
に保護膜が形成され、サイドエッチングの進行が抑制さ
れる。保護膜はエッチングガスに混入された側壁保護膜
形成用ガスで形成される。側壁保護膜形成用ガスとして
は例えばCHF3 が使用され、W薄膜のエッチングされ
た側壁には有機高分子化合物と推定される薄膜からなる
保護膜が形成される。Therefore, as shown in FIG. 15, a protective film is generally formed on the etched side wall of the thin film 12 during anisotropic etching, and the progress of side etching is suppressed. The protective film is formed by a gas for forming a sidewall protective film mixed in the etching gas. For example, CHF 3 is used as a sidewall protective film forming gas, and a protective film made of a thin film presumed to be an organic polymer compound is formed on the etched side wall of the W thin film.
【0010】また、異方性エッチングにおいて基体10
を冷却し、薄膜12のアンダカットを減少するエッチン
グ方法が採用される。基体10は例えば−50度に冷却
される。In the anisotropic etching, the substrate 10
And an etching method for reducing the undercut of the thin film 12 is adopted. The base 10 is cooled to, for example, −50 degrees.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
X線露光用マスクの吸収体の形成方法においては以下の
点の配慮がなされていない。However, in the above-described method of forming an absorber for an X-ray exposure mask, the following points are not taken into consideration.
【0012】第1に、異方性エッチング中に薄膜12の
側壁に保護膜を形成する場合には異方性エッチングに特
別な側壁保護膜形成用ガスが使用される。この側壁保護
膜形成用ガスにはCHF3 が使用されるので、形成プロ
セス中、ガス取扱い中などでの安全性が低下する。しか
も、CHF3 のコストが高い。First, when forming a protective film on the side wall of the thin film 12 during anisotropic etching, a special gas for forming a side wall protective film is used for the anisotropic etching. Since CHF 3 is used as the gas for forming the side wall protective film, the safety during the forming process, during gas handling, and the like is reduced. Moreover, the cost of CHF 3 is high.
【0013】第2に、異方性エッチング中に基体10を
冷却する場合にはエッチング装置に冷却システムが必要
になる。このため、エッチング装置が複雑化されかつ大
型化され、エッチング設備費用が増大するので、結果的
にX線露光用マスクの制作費用が増大する。Second, when the substrate 10 is cooled during anisotropic etching, a cooling system is required in the etching apparatus. For this reason, the etching apparatus becomes complicated and large, and the cost of the etching equipment increases. As a result, the production cost of the mask for X-ray exposure increases.
【0014】本発明はこのような問題点を解決すること
を課題としてなされたものであり、本発明の目的は以下
の通りである。The present invention has been made to solve such problems, and the objects of the present invention are as follows.
【0015】(1)保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法を提供する。(1) To provide a thin film patterning method capable of performing patterning with high anisotropy without employing a protective film forming process and a cooling system and simplifying the thin film forming process.
【0016】(2)保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもX線吸収率が優
れたX線露光用マスクの形成方法を提供する。(2) An X-ray exposure mask which can perform patterning with high anisotropy without using a protective film forming process and a cooling system, can simplify the thin film forming process, and has an excellent X-ray absorptivity. A method of forming is provided.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は本発明者が行っ
た研究結果で得られた下記の事実に基づいてなされたも
のである。つまり、X線露光用マスクの吸収体として使
用されるW薄膜に積極的に窒素を混入し、非晶質構造の
WNXを形成し、このWNXをSF6でパターンニングし
た場合にFラジカルによるサイドエッチングが減少でき
る。The present invention has been made based on the following facts obtained as a result of research conducted by the present inventors. That, F radicals when actively mixing nitrogen into W thin film to be used as an absorber of the X-ray exposure mask, to form a WN X of amorphous structure was patterned with this WN X in SF 6 Side etching can be reduced.
【0018】従って、請求項1の薄膜パターンニング方
法は、以下の工程(1)及び(2)を備えたことをその
要旨とする。 (1)W又はWの混合物に薄膜を形成する系内で自然に
混入されるよりも多くかつ工程(2)でエッチングでき
る範囲において窒素、酸素のいずれかが10原子パーセ
ント以上30原子パーセント以下の範囲で混入され、非
晶質構造を有する薄膜を基体表面上に形成する工程。 (2)薄膜をパターンニングする系内で前記薄膜の一部
の領域に加速されたイオン及びラジカルの双方で異方性
エッチングを行い、前記薄膜をパターンニングする工
程。 Therefore, the thin film patterning method of claim 1
The method comprises the following steps (1) and (2):
Make a summary. (1) Naturally in a system for forming a thin film on W or a mixture of W
More than mixed and can be etched in step (2)
Within 10 atomic percent of either nitrogen or oxygen
In the range of 30 to 30 atomic percent
Forming a thin film having a crystalline structure on the substrate surface. (2) Part of the thin film in a system for patterning the thin film
In both ions and radicals accelerated to the region
Etching and patterning the thin film
About.
【0019】請求項2の薄膜パターンニング方法は、請
求項1に記載される発明において、前記Wに窒素が10
原子パーセント以上20原子パーセント以下の範囲で混
入された非晶質構造を有する薄膜が形成されることをそ
の要旨とする According to a second aspect of the present invention, there is provided a thin film patterning method comprising:
The invention according to claim 1, wherein the W is nitrogen.
Mix within the range of atomic percent to 20 atomic percent
That a thin film having an inserted amorphous structure is formed.
Summary of
【0020】請求項3の薄膜パターンニング方法は、請
求項2に記載される発明において、前記パターンニング
された薄膜がX線露光用マスクとして使用されることを
その要旨とする According to a third aspect of the present invention, there is provided a thin film patterning method comprising:
In the invention described in claim 2, the patterning is performed.
That the thin film is used as a mask for X-ray exposure
Make it the gist
【0021】請求項4の薄膜パターンニング方法は、請
求項1乃至請求項3に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件(1)乃至条件(3)で形成
されることをその要旨とする。 (1)前記薄膜が高周波マグネトロンスパッタで堆積さ
れる。 (2)前記高周波マグネトロンスパッタにおいてArに
N 2 、O 2 のいずれかが混合されたスパッタガスが使用さ
れ、W又はWの混合物の堆積中に窒素、酸素が混入され
る。 (3)基板温度が室温に設定される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a thin film patterning method comprising:
The invention according to any one of claims 1 to 3
The thin film is formed under the following conditions (1) to (3).
The gist is that it is done. (1) The thin film is deposited by high frequency magnetron sputtering
It is. (2) Ar in the high frequency magnetron sputtering
A sputter gas mixed with either N 2 or O 2 is used.
Nitrogen and oxygen during the deposition of W or a mixture of W
You. (3) The substrate temperature is set to room temperature.
【0022】請求項5の薄膜パターンニング方法は、請
求項1乃至請求項4に記載されるいずれかの発明におい
て、前記薄膜が以下の条件(1)乃至条件(3)でパタ
ーンニングされることをその要旨とする。 (1)前記薄膜がECRエッチングでエッチングされ
る。 (2)前記ECRエッチングにおいてSF 6 を主成分と
するエッチングガスが使用される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thin film patterning method comprising:
The invention according to any one of claims 1 to 4
The thin film is patterned under the following conditions (1) to (3).
It is the gist that it is learned. (1) The thin film is etched by ECR etching
You. (2) In the ECR etching, SF 6 is used as a main component.
An etching gas is used.
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【作用】本発明においては、第1に、パターンニング前
に予めW又はWの混合物に自然に混入されるよりも多く
の窒素、酸素が積極的に混入され、非晶質構造を有する
WNX、W混合物の窒化物、WOy又はW混合物の酸化物
からなる薄膜が形成される。この薄膜に適量に混入され
た窒素又は酸素はパターンニング時に発生するラジカル
でのエッチングの進行を抑制する。つまり、薄膜のパタ
ーンニングには加速されたイオンでのエッチングが支配
的になるので、パターンニングされた薄膜の側壁に発生
するアンダカットが減少され、パターンニングに高い異
方性が得られる。すなわち、薄膜のパターンニングにお
いては高い異方性が得られるので薄膜の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。一方、
薄膜に混入される窒素、酸素の量が増加するとセラミッ
ク状態になり、加速されたイオンでのエッチングができ
なくなるので、薄膜に混入される窒素、酸素の量はエッ
チングできる範囲に抑えられる。本発明においては前記
W又はWの混合物に窒素、酸素のいずれかが10原子パ
ーセント以上30原子パーセント以下の範囲で混入され
る。According to the present invention, firstly, more nitrogen and oxygen are positively mixed into the W or the mixture of W before the patterning is naturally performed, and the WN x having an amorphous structure is first obtained. , nitride of W mixture, a thin film made of an oxide of WO y or W mixture is formed. Nitrogen or oxygen mixed into the thin film in an appropriate amount suppresses the progress of etching by radicals generated during patterning. That is, since etching with accelerated ions becomes dominant in the patterning of the thin film, the undercut generated on the side wall of the patterned thin film is reduced, and high anisotropy is obtained in the patterning. That is, high anisotropy is obtained in patterning of the thin film, so that it is not necessary to form a protective film on the side wall of the thin film. Further, since high anisotropy is obtained at room temperature, a cooling system can be eliminated. on the other hand,
When the amount of nitrogen and oxygen mixed in the thin film increases, the thin film becomes in a ceramic state and cannot be etched by accelerated ions. Therefore, the amount of nitrogen and oxygen mixed in the thin film is suppressed to a range that can be etched. In the present invention, either W or a mixture of W is mixed with nitrogen or oxygen in a range of 10 atomic percent or more and 30 atomic percent or less.
【0025】さらに、本発明においては、第2に、前記
Wに窒素が10原子パーセント以上20原子パーセント
以下の範囲で混入された非晶質構造を有する薄膜が形成
される。この範囲で窒素が混入されたWNX薄膜はX線
吸収率に優れ、X線露光用マスクの吸収体として使用が
できる。すなわち、高い異方性で形成されパターン転写
率が高く、かつX線吸収率に優れたX線露光用マスクが
形成できる。Furthermore, in the present invention, secondly, a thin film having an amorphous structure in which nitrogen is mixed in the W in a range of 10 atomic percent to 20 atomic percent is formed. The WN x thin film containing nitrogen in this range has an excellent X-ray absorption rate and can be used as an absorber of an X-ray exposure mask. That is, it is possible to form an X-ray exposure mask that is formed with high anisotropy, has a high pattern transfer rate, and has an excellent X-ray absorption rate.
【0026】[0026]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について、図面
を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0027】本発明に係るX線露光用マスクの形成方法
について、図1乃至図3を使用し説明する。A method for forming an X-ray exposure mask according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【0028】まず、図1に示すように、第1工程として
基体1の表面上に薄膜2を形成する。この薄膜2はX線
露光用マスクの吸収体に使用される。薄膜2の形成には
高周波(RF)マグネトロンスパッタ装置が使用され、
以下の条件において薄膜2が形成される。First, as shown in FIG. 1, a thin film 2 is formed on the surface of a substrate 1 as a first step. This thin film 2 is used as an absorber of an X-ray exposure mask. A radio frequency (RF) magnetron sputtering device is used for forming the thin film 2.
The thin film 2 is formed under the following conditions.
【0029】(1)ターゲットにはX線露光用マスクの
吸収体に最適なWターゲットが使用される。(1) As a target, a W target optimal for an absorber of an X-ray exposure mask is used.
【0030】(2)スパッタガスにはArにN2を混入
した混合ガスが使用される。前記N2は堆積されるW薄
膜中に積極的に混入することを目的として、N2のAr
に対する混合比は0体積%を超え50体積%以下の範囲
に設定される。(2) As the sputtering gas, a mixed gas obtained by mixing N 2 with Ar is used. For the purpose of the N2 is to be mixed aggressively in W film deposited, of the N 2 Ar
Is set in the range of more than 0% by volume and 50% by volume or less.
【0031】(3)高周波パワー密度は3〜4W/cm2
(300W前後)に設定される。(3) High frequency power density is 3-4 W / cm 2
(Around 300 W).
【0032】(4)基体1の温度(基板温度)は室温に
設定される。(4) The temperature of the base 1 (substrate temperature) is set to room temperature.
【0033】(5)成膜圧力は1. 33〜4. 0Paに
設定される。(5) The film forming pressure is set to 1.33 to 4.0 Pa.
【0034】以上の条件においては窒素が混入された非
晶質構造(アモルファス構造)のWNX薄膜からなる薄
膜2が形成される。WNX薄膜はX線露光用マスクの吸
収体として適切な400〜800nm程度の膜厚で形成
される。WNX薄膜には高周波マグネトロンスパッタ装
置のチャンバ内、すなわち薄膜形成時の真空系内におい
てスパッタガスを除くガスや大気に含まれる窒素がW薄
膜中に自然に混入される量に比べて数倍〜数十倍以上の
窒素が混入される。本実施例においてWNX薄膜には1
0原子パーセント以上の窒素が混入される。The thin film 2 made of WN X thin film of amorphous structure which nitrogen is mixed in the above conditions (amorphous structure) is formed. WN X film is formed to a thickness of about appropriate 400~800nm as an absorber of the X-ray exposure mask. Chamber of the high-frequency magnetron sputtering apparatus in WN X film, i.e. several times to be compared to the amount of nitrogen contained in the gas and air except the sputtering gas in the vacuum system during film formation is mixed naturally in W films More than several tens of times
Nitrogen is mixed in. The WN X film in this Example 1
0 atomic percent or more of nitrogen is incorporated.
【0035】一方、WNX薄膜中の窒素の混入量が増加
しすぎるとWNX薄膜がセラミック状態になり、異方性
エッチングの加速されたイオンでのエッチングができな
くなる。従って、WNX薄膜にはエッチングができる範
囲において窒素が混入される。本実施例においてWNX
薄膜には30原子パーセント以下の窒素が混入される。On the other hand, when the mixed amount of nitrogen in the WN X film is excessively increased WN X film becomes a ceramic state, it can not be etched with accelerated ions of the anisotropic etching. Therefore, nitrogen is mixed into the WN x thin film in a range where etching can be performed. In this embodiment, WN X
The thin film contains 30 atomic percent or less of nitrogen .
【0036】さらに、WNX薄膜の膜厚及びX線露光で
使用されるX線の波長で値が変化するが、WNX薄膜の
膜厚が上記条件で形成される場合においてはWNX薄膜
に混入される窒素が20原子パーセントを超えるとX線
吸収率が許容範囲を超える。つまり、X線露光用マスク
の吸収体材料として不適切になるので、WNX薄膜に混
入される窒素は20原子パーセント以下に設定される。Furthermore, the value at the wavelength of X-rays used in a film thickness and X-ray exposure of the WN X film is changed, the WN X thin film when the film thickness of the WN X thin film is formed under the above conditions If the amount of nitrogen exceeds 20 atomic percent, the X-ray absorption exceeds the allowable range. In other words, since it becomes inappropriate as an absorber material for an X-ray exposure mask, the amount of nitrogen mixed into the WN x thin film is set to 20 atomic percent or less.
【0037】次に、図2に示すように、第2工程として
前記薄膜2の表面の一部の領域にエッチングマスク3を
形成する。エッチングマスク3には例えばリフトオフ技
術で形成されたCr薄膜が使用される。前記リフトオフ
技術においてCr薄膜の選択的形成(Cr薄膜パターン
の形成)には塗布されマスクパターンが描画されたレジ
ストが使用される。前記レジストとしては例えば東京応
化社製、商品名CEBR−1010が使用される。マス
クパターンの描画にはFIB(Focus IonBeem )法
が使用される。エッチングマスク3の最小加工寸法幅は
例えば0. 1μmで形成される。Next, as shown in FIG. 2, an etching mask 3 is formed in a part of the surface of the thin film 2 as a second step. As the etching mask 3, for example, a Cr thin film formed by a lift-off technique is used. In the lift-off technique, a resist coated and masked is used for selective formation of a Cr thin film (formation of a Cr thin film pattern). As the resist, for example, CEBR-1010 (trade name, manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.) is used. The FIB (Focus Ion Beem) method is used for drawing the mask pattern. The minimum processing size width of the etching mask 3 is, for example, 0.1 μm.
【0038】次に、図3に示すように、第3工程として
前記薄膜2に異方性エッチングを施し、前記薄膜2をパ
ターンニングする。薄膜2のパターンニングにはECR
(Electron Cyclotron Resonance)エッチング装置
が使用され、以下の条件において薄膜2がパターンニン
グされる。Next, as shown in FIG. 3, as a third step, the thin film 2 is subjected to anisotropic etching, and the thin film 2 is patterned. ECR for patterning thin film 2
(Electron Cyclotron Resonance) An etching apparatus is used, and the thin film 2 is patterned under the following conditions.
【0039】(1)マイクロ波パワーは300Wに設定
される。(1) The microwave power is set to 300W.
【0040】(2)高周波(RF)バイアスは80Wに
設定される。(2) The radio frequency (RF) bias is set to 80W.
【0041】(3)エッチングガスにはSF6 又はSF
6 を主成分とするエッチングガスが使用される。(3) SF 6 or SF is used as the etching gas
An etching gas containing 6 as a main component is used.
【0042】(4)ガス流量は0. 5sccmに設定され
る。(4) The gas flow rate is set to 0.5 sccm.
【0043】(5)ガス圧力は2×10-3Paに設定さ
れる。(5) The gas pressure is set to 2 × 10 −3 Pa.
【0044】(6)基体1の温度(基板温度)は室温に
設定される。(6) The temperature of the base 1 (substrate temperature) is set to room temperature.
【0045】以上の条件においてはECRエッチング装
置のチャンバ内、すなわち薄膜パターンニング時の真空
系内でエッチングガスからプラズマ状態のイオンが生成
される。プラズマ状態のイオンは電界で加速され、この
加速されたイオンで薄膜2の縦方向(膜厚方向)のエッ
チングが行われる。同時にエッチングガスから等方性エ
ッチング特に横方向のエッチングを行うFラジカルが生
成され、薄膜2は前記加速されたイオン及びFラジカル
の双方でエッチングが行われる。Under the above conditions, plasma ions are generated from the etching gas in the chamber of the ECR etching apparatus, that is, in the vacuum system at the time of thin film patterning. The ions in the plasma state are accelerated by the electric field, and the thin film 2 is etched in the vertical direction (thickness direction) with the accelerated ions. At the same time, F radicals for performing isotropic etching, particularly lateral etching, are generated from the etching gas, and the thin film 2 is etched by both the accelerated ions and F radicals.
【0046】本実施例においては予めW薄膜に積極的に
窒素が混入された非晶質構造のWNX薄膜で薄膜2が形
成され、この薄膜2が加速されたイオン及びFラジカル
の双方でエッチングされる。このようにパターンニング
された薄膜2の側壁には同図3に示すようにほとんどア
ンダカットが発生せず、基体1の表面に対して実質的に
垂直に薄膜2の側壁が形成される。In this embodiment, the W thin film is positively
The thin film 2 is formed of a WN x thin film having an amorphous structure mixed with nitrogen , and the thin film 2 is etched by both accelerated ions and F radicals. As shown in FIG. 3, almost no undercut occurs on the side wall of the thin film 2 patterned as described above, and the side wall of the thin film 2 is formed substantially perpendicular to the surface of the base 1.
【0047】次に、第4工程として前記エッチングマス
ク3が除去され、X線露光用マスクの吸収体が完成す
る。なお、本実施例においてはX線露光用マスクの吸収
体しか説明していないが、吸収体そのものでは機械的強
度が確保できないので実際には吸収体の周囲に枠体(支
持台)が形成される。前記枠体が形成されるとX線露光
用マスクが完成する。Next, as a fourth step, the etching mask 3 is removed, and an absorber for an X-ray exposure mask is completed. In this embodiment, only the absorber of the mask for X-ray exposure is described, but since the absorber itself cannot secure the mechanical strength, a frame (support) is actually formed around the absorber. You. When the frame is formed, an X-ray exposure mask is completed.
【0048】ここで、WNX薄膜に混入される窒素の量
とWNx薄膜のパターンニングされた側壁の形状との関
係について、走査型電子顕微鏡(SEM)写真及びその
写真から描写した解説用断面図を使用し説明する。WN
X薄膜はいずれも550nmの膜厚で形成され、エッチ
ングマスク3のパターン寸法はいずれも100nmで形
成される。[0048] Here, the relationship between nitrogen amount and WNx film patterning sidewall shape is mixed in WN X film, commentary sectional view depicting a scanning electron microscope (SEM) photograph and the photograph It is explained using. WN
Each of the X thin films is formed with a thickness of 550 nm, and the pattern dimensions of the etching mask 3 are all formed with 100 nm.
【0049】ピュアW薄膜のパターンニング 図4はパターンニングされたピュアW薄膜の走査型電子
顕微鏡写真であり、図5に解説用断面を示す。図4及び
図5に示すように、ピュアW薄膜においてはFラジカル
による横方向のエッチング量が大きく、ピュアW薄膜の
側壁にアンダカットが発生する。アンダカットが大きい
ので、折れ曲がったピュアW薄膜が存在する。 Patterning of Pure W Thin Film FIG. 4 is a scanning electron micrograph of the patterned pure W thin film, and FIG. 5 shows a cross section for explanation. As shown in FIGS. 4 and 5, in the pure W thin film, the amount of etching in the lateral direction due to F radicals is large, and an undercut occurs on the side wall of the pure W thin film. Since the undercut is large, a bent pure W thin film exists.
【0050】WNx薄膜のパターンニング1 図6はパターンニングされたWNx薄膜の走査型電子顕
微鏡写真であり、図7に解説用断面を示す。図6に示す
写真はN2が約2.9体積%の割合でAr:N2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたWNx
薄膜の断面形状を示す。図6及び図7に示すように、W
Nx薄膜においてはFラジカルによる横方向のエッチン
グが無視できない範囲にあり、アンダカットが若干改善
されているものの、WNx薄膜の断面形状としては適切
でない。しかも、アンダカットに起因するWNx薄膜の
断面形状のばらつきが存在する。The patterning FIG. 1 of WNx film 6 is a scanning electron micrograph of WNx thin film is patterned, a glossary for cross-section in FIG. Photograph shown in FIG. 6 Ar is a ratio N 2 of about 2.9 vol%: WNx the sputtering gas flow ratio is adjusted in N 2 is used formed
3 shows a cross-sectional shape of a thin film. As shown in FIG. 6 and FIG.
In the Nx thin film, the lateral etching due to F radicals is in a non-negligible range, and although the undercut is slightly improved, it is not appropriate as the cross-sectional shape of the WNx thin film. In addition, there is a variation in the cross-sectional shape of the WNx thin film due to the undercut.
【0051】WNx薄膜のパターンニング2 図8はパターンニングされたWNx薄膜の走査型電子顕
微鏡写真であり、図8に解説用断面を示す。図8に示す
写真はN2が約3.8体積%の割合でAr:N2の流量比
が調整されたスパッタガスが使用され形成されたWNx
薄膜の断面形状を示す。図8及び図9に示すように、W
Nx薄膜においてはFラジカルによる横方向のエッチン
グが抑制され、側壁のアンダカットがほとんど存在しな
い。つまり、WNx薄膜の側壁が基体1の表面に対して
実質的に垂直に形成され、しかもWNx薄膜の断面形状
にばらつきがない。WNx薄膜の断面形状としては最適
である。The patterning FIG. 2 of WNx film 8 is a scanning electron micrograph of WNx thin film is patterned, a glossary for section in FIG. Photograph shown in FIG. 8 Ar is a ratio N 2 of about 3.8 vol%: WNx the sputtering gas flow ratio is adjusted in N 2 was used to form
3 shows a cross-sectional shape of a thin film. As shown in FIG. 8 and FIG.
In the Nx thin film, lateral etching due to F radicals is suppressed, and there is almost no undercut on the side wall. In other words, the side walls of the WNx thin film are formed substantially perpendicular to the surface of the base 1, and there is no variation in the cross-sectional shape of the WNx thin film. It is optimal as the cross-sectional shape of the WNx thin film.
【0052】さらに、図12にWNX薄膜の膜密度とス
パッタガスに混合されるN2濃度との関係を示す。図1
2に示すWNX薄膜は成膜圧力が2.66Pa、高周波
パワー密度が3.82W/cm2、基板温度が室温、膜堆
積速度が20minの各々の条件下において形成され
る。WNX薄膜の形成においてスパッタガスに混入され
るN2濃度が3.8体積%以上になると膜密度が16.
2g/cm3以下に低くなり、X線吸収率が低下するので
X線露光用マスクの吸収体材料としては不適切になる。
従って、本実施例においてX線露光用マスクの吸収体と
してのWNX薄膜はスパッタガスのN2濃度を3.0〜
3.8体積%の範囲で設定することが好ましい。WNx
薄膜に混入される窒素濃度としては20原子パーセント
以下に相当する。FIG. 12 shows the relationship between the film density of the WN x thin film and the concentration of N 2 mixed with the sputtering gas. FIG.
WN X film is the film formation pressure shown in 2 2.66 Pa, RF power density is 3.82W / cm 2, the substrate temperature is room temperature, the film deposition rate is formed under the conditions of each of 20min. When N2 concentration to be mixed in the sputtering gas in the formation of WN X film is more than 3.8% by volume film density 16.
Since it is reduced to 2 g / cm 3 or less and the X-ray absorptivity is reduced, it becomes unsuitable as an absorber material for an X-ray exposure mask.
Therefore, in this embodiment, the WN x thin film as the absorber of the X-ray exposure mask has an N 2 concentration of the sputtering gas of 3.0 to 3.0.
It is preferable to set in the range of 3.8% by volume. WNx
The concentration of nitrogen mixed in the thin film corresponds to 20 atomic percent or less.
【0053】WNX薄膜のパターンニング3 図10はパターンニングされたWNx薄膜の走査型電子
顕微鏡写真であり、図11に解説用断面を示す。図10
に示す写真はN2が約5.7体積%の割合でAr:N2の
流量比が調整されたスパッタガスが使用され形成された
WNx薄膜の断面形状を示す。図10及び図11に示す
ように、WNX薄膜においてはFラジカルによる横方向
のエッチングがほぼ完全に抑制され、横方向のエッチン
グ速度がかなり遅くなる(窒素の混入量が増加するとエ
ッチングレートが遅くなる)ので、側壁のアンダカット
が存在しない。つまり、WNX薄膜の側壁が基体1の表
面に対して垂直に形成され、しかもWNX薄膜の断面形
状にばらつきがない。WNX薄膜の断面形状としては最
適であるが、X線吸収率が低下するのでX線露光用マス
クの吸収体材料としては不適切である。[0053] patterning 3 10 of WN X film is a scanning electron micrograph of WNx thin film is patterned, a glossary for cross-section in FIG. 11. FIG.
Photograph shown in the N 2 is Ar at a rate of about 5.7 vol%: shows the N 2 of sputtering gas flow ratio is adjusted is used formed WNx film cross-sectional shape. As shown in FIGS. 10 and 11, in the WN x thin film, lateral etching due to F radicals is almost completely suppressed, and the lateral etching rate becomes considerably slower (the etching rate becomes slower as the amount of mixed nitrogen increases). Therefore, there is no undercut of the side wall. That is, the side wall of the WN x thin film is formed perpendicular to the surface of the substrate 1, and there is no variation in the cross-sectional shape of the WN x thin film. Is optimal as a cross-sectional shape of the WN X film is, X-rays absorption rate is inappropriate as an absorber material for X-ray exposure mask so reduced.
【0054】以上の説明においてはX線露光用マスクの
吸収体としてWNX薄膜が使用されるが、本発明は吸収
体として同等の特性を有するWの混合物、具体的にはT
i−W薄膜に窒素を混入してもよい。また、X線露光用
マスクの吸収体として使用されるTa薄膜についても同
様に窒素を混入することが考えられる。In the above description, a WN x thin film is used as an absorber of an X-ray exposure mask, but the present invention relates to a mixture of W having the same characteristics as an absorber, specifically, T
Nitrogen may be mixed into the i-W thin film. Also, it is conceivable that nitrogen is similarly mixed into a Ta thin film used as an absorber of an X-ray exposure mask.
【0055】さらに、本発明においてはW薄膜等に混入
する窒素に代えて酸素が使用できる。つまり、本発明に
おいては、例えば予めWOy薄膜が形成され、このWOy
薄膜に加速されたイオン及びラジカルの双方でエッチン
グが行われる。Further, in the present invention, oxygen can be used in place of nitrogen mixed in the W thin film or the like. That is, in the present invention, for example, pre-WO y thin film is formed, the WO y
Etching is performed with both ions and radicals accelerated to the thin film.
【0056】このように本実施例においては以下の効果
が得られる。As described above, the present embodiment has the following advantages.
【0057】第1に、パターンニング前に予めW又はW
の混合物に自然に混入されるよりも多くの窒素、酸素が
積極的に混入され、非晶質構造を有するWNX、W混合
物の窒化物、WOy又はW混合物の酸化物からなる薄膜
2が形成される。この薄膜2に適量に混入された窒素又
は酸素はパターンニング時に発生するラジカルでのエッ
チングの進行を抑制する。つまり、薄膜2のパターンニ
ングには加速されたイオンでのエッチングが支配的にな
るので、パターンニングされた薄膜2の側壁に発生する
アンダカットが減少され、パターンニングに高い異方性
が得られる。すなわち、薄膜2のパターンニングにおい
ては高い異方性が得られるので薄膜2の側壁に保護膜を
形成する必要がなくなり、さらに室温において高い異方
性が得られるので冷却システムが不要にできる。前記薄
膜2の側壁に保護膜を形成する必要がなくなるとCHF
3の使用がなくなり、形成プロセスに安全性が高い窒素
又は酸素が使用できる。しかも、窒素又は酸素はコスト
が安い。一方、薄膜2に混入される窒素、酸素の量が増
加するとセラミック状態になり、加速されたイオンでの
エッチングができなくなるので、薄膜2に混入される窒
素、酸素の量はエッチングできる範囲に抑えられる。First, before patterning, W or W
Many nitrogen than is mixed naturally mixtures, oxygen is mixed aggressively, WN X having an amorphous structure, a nitride of W mixture, a thin film 2 comprising an oxide of WO y or W mixture It is formed. Nitrogen or oxygen mixed into the thin film 2 in an appropriate amount suppresses progress of etching by radicals generated during patterning. That is, since etching with accelerated ions becomes dominant in the patterning of the thin film 2, the undercut generated on the side wall of the patterned thin film 2 is reduced, and high anisotropy is obtained in the patterning. . That is, high anisotropy is obtained in the patterning of the thin film 2, so that it is not necessary to form a protective film on the side wall of the thin film 2, and further, since high anisotropy is obtained at room temperature, a cooling system can be eliminated. When it becomes unnecessary to form a protective film on the side wall of the thin film 2, CHF
3. The use of nitrogen or oxygen, which is safer in the forming process, can be used. Moreover, nitrogen or oxygen is inexpensive. On the other hand, the nitrogen to be mixed in the thin film 2, the amount of oxygen is increased becomes the ceramic state, can not be etched with accelerated ions, nitrogen mixed in the thin film 2
The amounts of element and oxygen can be suppressed to the extent that they can be etched.
【0058】第2に、前記Wに窒素が10原子パーセン
ト以上20原子パーセント以下の範囲で混入された非晶
質構造を有する薄膜2が形成される。この範囲で窒素が
混入されたWNX薄膜はX線吸収率に優れ、X線露光用
マスクの吸収体として使用ができる。すなわち、高い異
方性で形成されパターン転写率が高く、かつX線吸収率
に優れたX線露光用マスクが形成できる。Secondly, a thin film 2 having an amorphous structure in which nitrogen is mixed in the range of 10 atomic percent to 20 atomic percent in W is formed. The WN x thin film containing nitrogen in this range has an excellent X-ray absorption rate and can be used as an absorber of an X-ray exposure mask. That is, it is possible to form an X-ray exposure mask that is formed with high anisotropy, has a high pattern transfer rate, and has an excellent X-ray absorption rate.
【0059】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種
々変更できる。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified without departing from the scope of the invention.
【0060】例えば、本発明は前記薄膜2に窒素及び酸
素の双方を混入してもよい。また、本発明は、X線露光
用マスク以外にも光励起プロセスで使用されるステンシ
ルマスク、詳細にはこのステンシルマスクの吸収体に適
用できる。前記ステンシルマスクにおいては吸収体の腐
食の防止を目的として吸収体の表面に保護膜例えばAu
薄膜がコーティングされる。また、本発明は、単にエッ
チングマスクだけに適用できるのではなく、不純物導入
マスクにも適用できる。さらに、本発明は、X線露光用
マスク等のマスク以外に半導体デバイスで使用されるW
薄膜、Ti−W薄膜のパターンニングに適用できる。こ
れらの薄膜は配線、バリア層等に使用される。For example, in the present invention, the thin film 2 is coated with nitrogen and acid.
Both hydrogen may be mixed. Further, the present invention can be applied to a stencil mask used in a photoexcitation process other than the X-ray exposure mask, and more specifically, to an absorber of the stencil mask. In the stencil mask, a protective film such as Au is formed on the surface of the absorber for the purpose of preventing corrosion of the absorber.
A thin film is coated. Further, the present invention can be applied not only to an etching mask but also to an impurity introduction mask. Further, the present invention relates to a mask used for a semiconductor device other than a mask such as an X-ray exposure mask.
It can be applied to patterning of thin films and Ti-W thin films. These thin films are used for wiring, barrier layers, and the like.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果が得られる。As described above, according to the present invention,
The following effects can be obtained.
【0062】(1)保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化できる薄膜のパターンニング
方法が提供できる。(1) It is possible to provide a thin film patterning method capable of performing patterning with high anisotropy without employing a protective film forming process and a cooling system and simplifying the thin film forming process.
【0063】(2)保護膜形成プロセス及び冷却システ
ムを採用せずに高い異方性でパターンニングが行えかつ
薄膜形成プロセスが簡素化でき、しかもX線吸収率が優
れたX線露光用マスクの形成方法が提供できる。(2) An X-ray exposure mask which can perform patterning with high anisotropy without using a protective film forming process and a cooling system, can simplify the thin film forming process, and has an excellent X-ray absorptivity. A forming method can be provided.
【図1】本発明に係るX線露光用マスクの形成方法を説
明する第1工程におけるX線露光用マスクの断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view of an X-ray exposure mask in a first step for explaining a method of forming an X-ray exposure mask according to the present invention.
【図2】第2工程におけるX線露光用マスクの断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view of an X-ray exposure mask in a second step.
【図3】第3工程におけるX線露光用マスクの断面図で
ある。FIG. 3 is a sectional view of an X-ray exposure mask in a third step.
【図4】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a scanning electron micrograph of a thin film.
【図5】前記図4に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。FIG. 5 is a sectional view for explaining the scanning electron micrograph shown in FIG. 4;
【図6】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a scanning electron micrograph of a thin film.
【図7】前記図6に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。FIG. 7 is a sectional view for explanation of the scanning electron microscope photograph shown in FIG. 6;
【図8】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a scanning electron micrograph of a thin film.
【図9】前記図8に示す走査型電子顕微鏡写真の解説用
断面図である。FIG. 9 is a sectional view for explanation of the scanning electron micrograph shown in FIG. 8;
【図10】薄膜の走査型電子顕微鏡写真を示す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a scanning electron micrograph of a thin film.
【図11】前記図10に示す走査型電子顕微鏡写真の解
説用断面図である。FIG. 11 is a sectional view for explanation of the scanning electron micrograph shown in FIG. 10;
【図12】薄膜の膜密度とスパッタガスに混合されるガ
ス濃度との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a film density of a thin film and a gas concentration mixed with a sputtering gas.
【図13】従来のX線露光用マスクの形成方法を説明す
る第1工程におけるX線露光用マスクの断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of an X-ray exposure mask in a first step for explaining a conventional method for forming an X-ray exposure mask.
【図14】第2工程におけるX線露光用マスクの断面図
である。FIG. 14 is a sectional view of an X-ray exposure mask in a second step.
【図15】従来のX線露光用マスクの他の形成方法を説
明する所定工程におけるX線露光用マスクの断面図であ
る。FIG. 15 is a cross-sectional view of an X-ray exposure mask in a predetermined step illustrating another method for forming a conventional X-ray exposure mask.
1 基体 2 薄膜 3 エッチングマスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Thin film 3 Etching mask
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−22391(JP,A) 特開 平4−105320(JP,A) 特開 平7−135157(JP,A) 特開 平5−234961(JP,A) 特開 平5−136103(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23F 1/00 - 4/04 G03F 1/16 H01L 21/027 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-7-22391 (JP, A) JP-A-4-105320 (JP, A) JP-A-7-135157 (JP, A) JP-A-5-135 234961 (JP, A) JP-A-5-136103 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23F 1/00-4/04 G03F 1/16 H01L 21/027
Claims (5)
とを特徴とする薄膜パターンニング方法。 (1)W又はWの混合物に薄膜を形成する系内で自然に
混入されるよりも多くかつ工程(2)でエッチングでき
る範囲において窒素、酸素のいずれかが10原子パーセ
ント以上30原子パーセント以下の範囲で混入され、非
晶質構造を有する薄膜を基体表面上に形成する工程。 (2)薄膜をパターンニングする系内で前記薄膜の一部
の領域に加速されたイオン及びラジカルの双方で異方性
エッチングを行い、前記薄膜をパターンニングする工
程。1. A thin film patterning method comprising the following steps (1) and (2). (1) Nitrogen or oxygen in a range of more than 10 atomic percent and not more than 30 atomic percent within a range that is more than naturally mixed in a system for forming a thin film on W or a mixture of W and that can be etched in step (2) Forming a thin film having an amorphous structure mixed on the surface of the substrate. (2) A step of patterning the thin film by performing anisotropic etching with both accelerated ions and radicals on a partial region of the thin film in a system for patterning the thin film.
グ方法において、 前記Wに窒素が10原子パーセント以上20原子パーセ
ント以下の範囲で混入された非晶質構造を有する薄膜が
形成されることを特徴とする薄膜パターンニング方法。2. The thin film patterning method according to claim 1, wherein a thin film having an amorphous structure in which nitrogen is mixed in the W in a range of 10 atomic percent to 20 atomic percent is formed. Characterized thin film patterning method.
グ方法において、 前記パターンニングされた薄膜がX線露光用マスクとし
て使用されることを特徴とする薄膜パターンニング方
法。3. The thin film patterning method according to claim 2, wherein the patterned thin film is used as an X-ray exposure mask.
れかの薄膜のパターンニング方法において、前記薄膜が
以下の条件(1)乃至条件(3)で形成されることを特
徴とする薄膜パターンニング方法。 (1)前記薄膜が高周波マグネトロンスパッタで堆積さ
れる。 (2)前記高周波マグネトロンスパッタにおいてArに
N2、O2のいずれかが混合されたスパッタガスが使用さ
れ、W又はWの混合物の堆積中に窒素、酸素が混入され
る。 (3)基板温度が室温に設定される。4. The thin film patterning method according to claim 1, wherein the thin film is formed under the following conditions (1) to (3). Patterning method. (1) The thin film is deposited by high frequency magnetron sputtering. (2) In the high-frequency magnetron sputtering, a sputtering gas in which Ar is mixed with N 2 or O 2 is used, and nitrogen or oxygen is mixed during deposition of W or a mixture of W. (3) The substrate temperature is set to room temperature.
れかの薄膜パターンニング方法において、前記薄膜が以
下の条件(1)乃至条件(3)でパターンニングされる
ことを特徴とする薄膜パターンニング方法。 (1)前記薄膜がECRエッチングでエッチングされ
る。 (2)前記ECRエッチングにおいてSF6を主成分と
するエッチングガスが使用される。 (3)基板温度が室温に設定される。5. The thin film patterning method according to claim 1, wherein the thin film is patterned under the following conditions (1) to (3). Patterning method. (1) The thin film is etched by ECR etching. (2) In the ECR etching, an etching gas containing SF 6 as a main component is used. (3) The substrate temperature is set to room temperature.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081194A JP3322476B2 (en) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | Thin film patterning method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5081194A JP3322476B2 (en) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | Thin film patterning method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07258869A JPH07258869A (en) | 1995-10-09 |
| JP3322476B2 true JP3322476B2 (en) | 2002-09-09 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP5081194A Expired - Fee Related JP3322476B2 (en) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | Thin film patterning method |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3322476B2 (en) |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP5081194A patent/JP3322476B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH07258869A (en) | 1995-10-09 |
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