JPH05251415A - 表面処理方法及び装置 - Google Patents
表面処理方法及び装置Info
- Publication number
- JPH05251415A JPH05251415A JP5063392A JP5063392A JPH05251415A JP H05251415 A JPH05251415 A JP H05251415A JP 5063392 A JP5063392 A JP 5063392A JP 5063392 A JP5063392 A JP 5063392A JP H05251415 A JPH05251415 A JP H05251415A
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- JP
- Japan
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- ultraviolet light
- hydrogen
- light source
- surface treatment
- chamber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 より良好な光処理技術を提供する。
【構成】 この装置は、エキシマレーザの光源120
と、試料片110が置かれたチャンバー130とを有す
る。光源120には、活性な原子状の水素を発生させる
為に必要な光子エネルギーを有する波長270nm以下
のエキシマレーザが用いられている。チャンバー130
は、合成石英またはMgF2 結晶でできたUV透過窓1
30aから光源120の光を入射し、試料片110の表
面に照射されるようになっている。また、チャンバー1
30には、雰囲気ガスである水素H2を導入するととも
に内部に溜ったガスを排気するようになっている。
と、試料片110が置かれたチャンバー130とを有す
る。光源120には、活性な原子状の水素を発生させる
為に必要な光子エネルギーを有する波長270nm以下
のエキシマレーザが用いられている。チャンバー130
は、合成石英またはMgF2 結晶でできたUV透過窓1
30aから光源120の光を入射し、試料片110の表
面に照射されるようになっている。また、チャンバー1
30には、雰囲気ガスである水素H2を導入するととも
に内部に溜ったガスを排気するようになっている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体などの材料表面
の超清浄化を行うための表面処理方法及びその装置に関
する。
の超清浄化を行うための表面処理方法及びその装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体産業を初めとした先端分野
ではサブミクロン単位まで微細化が進み、それに伴なう
微細加工では、デバイスにダメージを与えることなく高
精細な加工が可能な、洗浄、デポンジション、エッチン
グなど各種表面処理技術が必要となっている。例えば、
洗浄技術においては、加工寸法の10分の1程度の異物
の混入も許されないため、それにともなって超精密な洗
浄技術が不可欠となっている。これらの超精密な洗浄で
は、従来の溶剤や超音波洗浄だけでは不十分で、近年、
酸素と紫外光を用いた光洗浄技術は、分子レベルまでの
有機膜の除去が可能な為注目され実用化され始めてい
る。
ではサブミクロン単位まで微細化が進み、それに伴なう
微細加工では、デバイスにダメージを与えることなく高
精細な加工が可能な、洗浄、デポンジション、エッチン
グなど各種表面処理技術が必要となっている。例えば、
洗浄技術においては、加工寸法の10分の1程度の異物
の混入も許されないため、それにともなって超精密な洗
浄技術が不可欠となっている。これらの超精密な洗浄で
は、従来の溶剤や超音波洗浄だけでは不十分で、近年、
酸素と紫外光を用いた光洗浄技術は、分子レベルまでの
有機膜の除去が可能な為注目され実用化され始めてい
る。
【0003】酸素(O2 )−紫外光を利用した光洗浄で
は、低圧水銀ランプの185nm,254nmの紫外光
が利用され、反応メカニズムとしては以下のようにな
る。
は、低圧水銀ランプの185nm,254nmの紫外光
が利用され、反応メカニズムとしては以下のようにな
る。
【0004】 ランプによる紫外光の発生(波長 1
85nm,254nm) 紫外光によるオゾン,活性酸素の発生 03 :オゾ
ン,0* :活性酸素 O2 +hν(185nm)→O+O←→O+O2 →O3 O3 +hν(254nm)→O* +O2 ←→O+O2 →O3 紫外光による化合物の結合切断、活性酸素との反応
による揮発生分子の生成、分解気化成分の除去 hν+O* +Cn Hm Ox →C02 ↑+H2 O↑+O2 ↑ (ここで、hνは波長185nm〜254nmの光)こ
の方法は無溶媒、非接触で洗浄できるので、不純物汚染
が少ないなどの利点を有するほか、反応メカニズムから
除去物を気化して除去する為、パーティクル(異物)の
発生が少ないなどの長所がある。
85nm,254nm) 紫外光によるオゾン,活性酸素の発生 03 :オゾ
ン,0* :活性酸素 O2 +hν(185nm)→O+O←→O+O2 →O3 O3 +hν(254nm)→O* +O2 ←→O+O2 →O3 紫外光による化合物の結合切断、活性酸素との反応
による揮発生分子の生成、分解気化成分の除去 hν+O* +Cn Hm Ox →C02 ↑+H2 O↑+O2 ↑ (ここで、hνは波長185nm〜254nmの光)こ
の方法は無溶媒、非接触で洗浄できるので、不純物汚染
が少ないなどの利点を有するほか、反応メカニズムから
除去物を気化して除去する為、パーティクル(異物)の
発生が少ないなどの長所がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の光洗浄
では、有機物など分解気化する成分の除去に限られ、金
属,無機物等気化しにくいものは除去できない。また、
有機物の除去についても、一般に除去速度が遅く、サブ
ミクロンオーダー以下の薄膜除去に用途が限られる。特
に、酸素と紫外光を利用した表面処理法は、基本的には
酸素原子の酸化作用を利用した処理法であるので、金属
表面の処理に用いた場合、有機物の除去とともに金属表
面を酸化して酸化膜が形成される結果絶縁性などの問題
が生じてしまうという欠点を有する。
では、有機物など分解気化する成分の除去に限られ、金
属,無機物等気化しにくいものは除去できない。また、
有機物の除去についても、一般に除去速度が遅く、サブ
ミクロンオーダー以下の薄膜除去に用途が限られる。特
に、酸素と紫外光を利用した表面処理法は、基本的には
酸素原子の酸化作用を利用した処理法であるので、金属
表面の処理に用いた場合、有機物の除去とともに金属表
面を酸化して酸化膜が形成される結果絶縁性などの問題
が生じてしまうという欠点を有する。
【0006】これらの欠点を改善する方法として酸素の
かわりに水素を用いた水素(H2 )−紫外光を利用した
光洗浄技術が考えられている。この水素−紫外光を用い
た光洗浄技術の例として特開昭61−87338に記載
されている。この特開昭61−87338記載の方法
は、加熱と紫外光でSi水素化物を離脱させる方法であ
る。即ち、加熱して昇温しSi原子を熱振動させ、ま
た、Si表面の吸着によって生じたSi水素化物とSi
原子との原子間結合を紫外光で切断することでSi水素
化物を解離させて洗浄するものである。この方法は、加
熱による熱的なダメージを与える可能性がある。そのた
め、この方法を用い得る範囲は限定されたものになる。
かわりに水素を用いた水素(H2 )−紫外光を利用した
光洗浄技術が考えられている。この水素−紫外光を用い
た光洗浄技術の例として特開昭61−87338に記載
されている。この特開昭61−87338記載の方法
は、加熱と紫外光でSi水素化物を離脱させる方法であ
る。即ち、加熱して昇温しSi原子を熱振動させ、ま
た、Si表面の吸着によって生じたSi水素化物とSi
原子との原子間結合を紫外光で切断することでSi水素
化物を解離させて洗浄するものである。この方法は、加
熱による熱的なダメージを与える可能性がある。そのた
め、この方法を用い得る範囲は限定されたものになる。
【0007】このように、水素(H2 )−紫外光を利用
した光処理技術は現在研究開発途上であり、より良好な
方法が求められている。
した光処理技術は現在研究開発途上であり、より良好な
方法が求められている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の表面処理方法は、処理対象(シリコン基
板,ガラス,金属など)を水素雰囲気中に置き、水素分
子を解離させる紫外光を処理対象に照射することを特徴
とする。
に、本発明の表面処理方法は、処理対象(シリコン基
板,ガラス,金属など)を水素雰囲気中に置き、水素分
子を解離させる紫外光を処理対象に照射することを特徴
とする。
【0009】また、本発明の表面処理装置は、処理対象
が置かれた水素雰囲気のチャンバーと、水素分子を解離
させる紫外光を発生するとともに処理対象に照射する光
源とを備えることを特徴とする。
が置かれた水素雰囲気のチャンバーと、水素分子を解離
させる紫外光を発生するとともに処理対象に照射する光
源とを備えることを特徴とする。
【0010】本発明の表面処理方法及び装置の紫外光の
光源については、波長270nm以下のエキシマレーザ
(KrF(248nm),ArF(193nm),F2
(157nm)のエキシマレーザなど)であることを特
徴としても良い。
光源については、波長270nm以下のエキシマレーザ
(KrF(248nm),ArF(193nm),F2
(157nm)のエキシマレーザなど)であることを特
徴としても良い。
【0011】
【作用】本発明の表面処理方法及び装置では、水素中で
紫外光を照射することによって原子状の水素(H* )が
発生し、この活性な原子状の水素が反応種として処理対
象の表面処理に用いられる。即ち、活性な原子状の水素
と、処理対象の表面に付着した有機物などが反応し、ま
た、紫外光によって反応が促進される。これによって処
理対象の表面付着物が分解気化し除去される。
紫外光を照射することによって原子状の水素(H* )が
発生し、この活性な原子状の水素が反応種として処理対
象の表面処理に用いられる。即ち、活性な原子状の水素
と、処理対象の表面に付着した有機物などが反応し、ま
た、紫外光によって反応が促進される。これによって処
理対象の表面付着物が分解気化し除去される。
【0012】波長270nm以下のエキシマレーザを用
いる場合、原子状の水素の発生とともに光子エネルギー
の大きい紫外光の照射によって、より反応が活発になっ
て併用効果が伴う。
いる場合、原子状の水素の発生とともに光子エネルギー
の大きい紫外光の照射によって、より反応が活発になっ
て併用効果が伴う。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1には、本発明の表面処理方法を用いた装置の一実施
例が示されている。この装置は、エキシマレーザの光源
120と、試料片110が置かれたチャンバー130と
を有する。光源120には、活性な原子状の水素を発生
させる為に必要な光子エネルギーを有する波長270n
m以下のエキシマレーザ即ちKrF(248nm),A
rF(193nm),F2 (157nm)などのエキシ
マレーザが用いられている。チャンバー130は、合成
石英またはMgF2 結晶でできたUV透過窓130aか
ら光源120の光を入射し、試料片110の表面に照射
されるようになっている。また、チャンバー130に
は、雰囲気ガスである水素H2 を導入するとともに内部
に溜ったガスを排気するようになっている。
図1には、本発明の表面処理方法を用いた装置の一実施
例が示されている。この装置は、エキシマレーザの光源
120と、試料片110が置かれたチャンバー130と
を有する。光源120には、活性な原子状の水素を発生
させる為に必要な光子エネルギーを有する波長270n
m以下のエキシマレーザ即ちKrF(248nm),A
rF(193nm),F2 (157nm)などのエキシ
マレーザが用いられている。チャンバー130は、合成
石英またはMgF2 結晶でできたUV透過窓130aか
ら光源120の光を入射し、試料片110の表面に照射
されるようになっている。また、チャンバー130に
は、雰囲気ガスである水素H2 を導入するとともに内部
に溜ったガスを排気するようになっている。
【0014】試料片110の表面における反応メカニズ
ムはつぎの反応式に示される。
ムはつぎの反応式に示される。
【0015】 H2 +hν(270nm以下の紫外光)→H* (H* :原子状の水素) H* +Cn Hm Ox →Ca Hb +H2 O↑+CO2 ↑ 水素中で紫外光を照射することにより、上記のような原
子状の水素H* が発生し、これが活性である為に、表面
反応をし、また、紫外光によって表面反応が促進する。
子状の水素H* が発生し、これが活性である為に、表面
反応をし、また、紫外光によって表面反応が促進する。
【0016】図1に示すような装置にて、試料片110
としてガラス片、金属片を用いて表面処理効果を調べ
た。表面の洗浄処理効果は、紫外線照射前、及び照射後
の純水との接触角θを比較する事により行なった。また
金属片についてはオージェ分析により表面の酸化状態も
あわせて測定した。このとき、KrF,ArFなどのエ
キシマレーザ(ピークパワー5MW/cm2 )の試料片
110でのエネルギー照射密度75mJ/cm2 で行っ
た。
としてガラス片、金属片を用いて表面処理効果を調べ
た。表面の洗浄処理効果は、紫外線照射前、及び照射後
の純水との接触角θを比較する事により行なった。また
金属片についてはオージェ分析により表面の酸化状態も
あわせて測定した。このとき、KrF,ArFなどのエ
キシマレーザ(ピークパワー5MW/cm2 )の試料片
110でのエネルギー照射密度75mJ/cm2 で行っ
た。
【0017】図2,3はその結果を雰囲気ガスを比較し
て示したもので、図2は試料片110にガラス板を、図
3は金属板を用いたものである。これらの図からわかる
ようにガラス板、金属板とも紫外光照射時間の経過とと
もに、光洗浄効果による接触角の低下が見られる。ま
た、雰囲気ガスでは空気、純酸素に比べてH2 を使用し
た方がより著しい洗浄効果がみられた。また、アルミニ
ウム金属板を用いた光洗浄では、O2 −紫外光洗浄では
60秒照射後では1000A°の酸化膜被膜の形成が見
られたが、H2 −紫外光洗浄ではほとんど酸化膜の形成
は見られず、紫外光照射前の表面状態を維持していた。
このように、良好な表面処理が行われている。
て示したもので、図2は試料片110にガラス板を、図
3は金属板を用いたものである。これらの図からわかる
ようにガラス板、金属板とも紫外光照射時間の経過とと
もに、光洗浄効果による接触角の低下が見られる。ま
た、雰囲気ガスでは空気、純酸素に比べてH2 を使用し
た方がより著しい洗浄効果がみられた。また、アルミニ
ウム金属板を用いた光洗浄では、O2 −紫外光洗浄では
60秒照射後では1000A°の酸化膜被膜の形成が見
られたが、H2 −紫外光洗浄ではほとんど酸化膜の形成
は見られず、紫外光照射前の表面状態を維持していた。
このように、良好な表面処理が行われている。
【0018】この方法は、還元性を有するH2 を利用し
た処理方法であるので、金属表面を酸化することが無
く、広く有機膜の除去に利用し得る。また、有機膜の除
去速度は酸素O2 よりも速く、また、酸素O2 の場合よ
りも解離エネルギーが高い為、酸素O2 ではエネルギー
的にできない分子結合の解離もできる為応用範囲が広い
ものになっている。
た処理方法であるので、金属表面を酸化することが無
く、広く有機膜の除去に利用し得る。また、有機膜の除
去速度は酸素O2 よりも速く、また、酸素O2 の場合よ
りも解離エネルギーが高い為、酸素O2 ではエネルギー
的にできない分子結合の解離もできる為応用範囲が広い
ものになっている。
【0019】半導体工業においては、特にハロゲン化シ
リコンなどによるエピタキシャル技術が知られており、
またシラン系ガスの光分解プロセスも多く研究された例
がある。これらにおいて、光照射の果す役割は、ハロゲ
ンによる表面反応の補助的なものとなっている。即ち、
表面温度上昇効果やハロゲン化水素の分解を加速するこ
とによるもので、本発明のように、水素原子自体の結合
活性を直接利用してはいない。本発明では、水素が直接
紫外光によって分解され、活性水素原子として表面酸化
物の還元を行なっており、これが有効に作用しているの
である。
リコンなどによるエピタキシャル技術が知られており、
またシラン系ガスの光分解プロセスも多く研究された例
がある。これらにおいて、光照射の果す役割は、ハロゲ
ンによる表面反応の補助的なものとなっている。即ち、
表面温度上昇効果やハロゲン化水素の分解を加速するこ
とによるもので、本発明のように、水素原子自体の結合
活性を直接利用してはいない。本発明では、水素が直接
紫外光によって分解され、活性水素原子として表面酸化
物の還元を行なっており、これが有効に作用しているの
である。
【0020】水素分子を分解する際、プラズマグロー効
果を行うのはイオンも発生して表面ダメージないし荷電
も起すので好ましくない。本発明では、270nm以下
の波長のエキシマレーザー光により発生せしめた水素原
子源が充分強力な表面反応作用がなされることに立脚し
ており、半導体表面装置に極めて有効である。
果を行うのはイオンも発生して表面ダメージないし荷電
も起すので好ましくない。本発明では、270nm以下
の波長のエキシマレーザー光により発生せしめた水素原
子源が充分強力な表面反応作用がなされることに立脚し
ており、半導体表面装置に極めて有効である。
【0021】このように、本発明では、H2 は還元性を
有するために酸化などの問題を生じることが無いこと、
また原子状の水素(H* )の場合、とり出しうるエネル
ギーは436KJ/mo1,これに対してO* の場合は
139KJ/mo1なのでH* の方がずっと活性であ
り、反応範囲が広いとともに反応速度も早く、洗浄効果
は大きいことが予想される。
有するために酸化などの問題を生じることが無いこと、
また原子状の水素(H* )の場合、とり出しうるエネル
ギーは436KJ/mo1,これに対してO* の場合は
139KJ/mo1なのでH* の方がずっと活性であ
り、反応範囲が広いとともに反応速度も早く、洗浄効果
は大きいことが予想される。
【0022】また、前述の従来技術の例では、使用する
紫外光が水素分子のH−H結合エネルギーを解離し、原
子状水素(H* )を生成するに必要なエネルギー436
kj/mo1に対応する光子エネルギーを有する270
nm以下の波長の紫外光を利用しておらず十分な効果は
期待できない。Hg−Xeランプなどの200〜420
nmの紫外光を利用した応用例が記述されているが、こ
れらのインコヒーレント光源では、レンズ等で集光した
としても照射面強度はmW/cm2 〜W/cm2 レベル
で光洗浄光源としては不十分である。これに対し、本発
明では、エキシマレーザではKrF(248nm),A
rF(193nm),F2 (157nm)と原子状水素
の生成に必要な光子エネルギを上回っており(270n
m以下の短波長の高エネルギーが必要)、また、照射面
強度もコヒーレント光源であるためにレンズ等で集光す
ることによってkW/cm2 〜MW/cm2 が容易に得
られるため(インコヒーレント光源の105 〜108 オ
ーダーの高密度照射が可能)非常に有効である。
紫外光が水素分子のH−H結合エネルギーを解離し、原
子状水素(H* )を生成するに必要なエネルギー436
kj/mo1に対応する光子エネルギーを有する270
nm以下の波長の紫外光を利用しておらず十分な効果は
期待できない。Hg−Xeランプなどの200〜420
nmの紫外光を利用した応用例が記述されているが、こ
れらのインコヒーレント光源では、レンズ等で集光した
としても照射面強度はmW/cm2 〜W/cm2 レベル
で光洗浄光源としては不十分である。これに対し、本発
明では、エキシマレーザではKrF(248nm),A
rF(193nm),F2 (157nm)と原子状水素
の生成に必要な光子エネルギを上回っており(270n
m以下の短波長の高エネルギーが必要)、また、照射面
強度もコヒーレント光源であるためにレンズ等で集光す
ることによってkW/cm2 〜MW/cm2 が容易に得
られるため(インコヒーレント光源の105 〜108 オ
ーダーの高密度照射が可能)非常に有効である。
【0023】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【0024】例えば、H2 雰囲気ガスとしては、H2 −
N2 (25%−75%)希釈ガスでもよいが特にN2 の
効果は無く、H2 単独の効果とみなせる。またH2 混合
ガスではH2 濃度が高いほど効果的となる為、純水素ガ
スが好ましい。また希釈ガスとしては不活性ガスとして
知られているAr,Neなどの希ガスも使用できる。
N2 (25%−75%)希釈ガスでもよいが特にN2 の
効果は無く、H2 単独の効果とみなせる。またH2 混合
ガスではH2 濃度が高いほど効果的となる為、純水素ガ
スが好ましい。また希釈ガスとしては不活性ガスとして
知られているAr,Neなどの希ガスも使用できる。
【0025】
【発明の効果】以上の通り本発明の表面処理方法及び装
置によれば、活性な原子状の水素と紫外光によって処理
対象の表面付着物が分解気化し除去される。そのため、
処理対象やその表面にダメージを与えることなく乾式で
処理をすることができ、より良好な洗浄などを行うこと
ができる。
置によれば、活性な原子状の水素と紫外光によって処理
対象の表面付着物が分解気化し除去される。そのため、
処理対象やその表面にダメージを与えることなく乾式で
処理をすることができ、より良好な洗浄などを行うこと
ができる。
【図1】実施例の構成図。
【図2】実施例の効果の比較のグラフ。
【図3】実施例の効果の比較のグラフ。
110…試料片,120…光源,130…チャンバー。
Claims (4)
- 【請求項1】 処理対象を水素雰囲気中に置き、水素分
子を解離させる紫外光を前記処理対象に照射することを
特徴とする表面処理方法。 - 【請求項2】 前記紫外光の光源は、波長270nm以
下のエキシマレーザであることを特徴とする請求項1記
載の表面処理方法。 - 【請求項3】 処理対象が置かれた水素雰囲気のチャン
バーと、 水素分子を解離させる紫外光を発生するとともに前記処
理対象に照射する光源とを備えることを特徴とする表面
処理装置。 - 【請求項4】 前記紫外光の光源は、波長270nm以
下のエキシマレーザであることを特徴とする請求項3記
載の表面処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063392A JPH05251415A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 表面処理方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5063392A JPH05251415A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 表面処理方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251415A true JPH05251415A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12864374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5063392A Pending JPH05251415A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 表面処理方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251415A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003055820A1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-10 | Hideo Onuki | Method for adhering transparent articles and quartz glass plate prepared through adhesion and device using the same |
| WO2021241020A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | ウシオ電機株式会社 | 還元処理方法 |
-
1992
- 1992-03-09 JP JP5063392A patent/JPH05251415A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2003055820A1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-10 | Hideo Onuki | Method for adhering transparent articles and quartz glass plate prepared through adhesion and device using the same |
| CN100341811C (zh) * | 2001-12-27 | 2007-10-10 | 小贯英雄 | 透明材料的粘合方法、粘合石英玻璃片和使用该石英玻璃片的设备 |
| WO2021241020A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | ウシオ電機株式会社 | 還元処理方法 |
| JP2021188092A (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-13 | ウシオ電機株式会社 | 還元処理方法 |
| CN115427609A (zh) * | 2020-05-29 | 2022-12-02 | 优志旺电机株式会社 | 还原处理方法 |
| KR20220159439A (ko) * | 2020-05-29 | 2022-12-02 | 우시오덴키 가부시키가이샤 | 환원 처리 방법 |
| US20230211385A1 (en) * | 2020-05-29 | 2023-07-06 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Reduction treatment method |
| CN115427609B (zh) * | 2020-05-29 | 2025-01-10 | 优志旺电机株式会社 | 还原处理方法 |
| US12544808B2 (en) | 2020-05-29 | 2026-02-10 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Reduction treatment method |
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