JPH0658753A - Measured length correction method - Google Patents
Measured length correction methodInfo
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- JPH0658753A JPH0658753A JP20907592A JP20907592A JPH0658753A JP H0658753 A JPH0658753 A JP H0658753A JP 20907592 A JP20907592 A JP 20907592A JP 20907592 A JP20907592 A JP 20907592A JP H0658753 A JPH0658753 A JP H0658753A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体表面の荒さ・段差
(ステップ)等の情報を含む三次元的表面形状観察装置
を実観察に供する際に、測定装置によらず汎用的に、表
面に垂直な方向の絶対的な距離を10-10 から10-9m
の分解能で校正する測長校正法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a three-dimensional surface shape observing apparatus including information such as roughness and step (step) of a solid surface for actual observation. The absolute distance in the direction perpendicular to is 10 -10 to 10 -9 m
It relates to the length measurement calibration method for calibrating with the resolution of.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に表面形状を観察するには、触針計
に代表される接触型形状観察装置、光干渉や原子間力を
利用した非接触型形状観察装置が用いられており、距離
校正用標準試料も準備されている。その標準試料は他の
分析手法、例えば走査型電子顕微鏡により形状が確認さ
れており、形状は1mmの幅に数千本引かれた回折格子が
代表的であるが、表面と平行な方向での二次元的な幅は
数ミクロン(10-6m)からサブ・ミクロン(10
-7m)であり、表面に垂直な方向(高さ)での大きさは
それと同程度もしくは1桁小さい。このような手法で校
正された装置を用いて、二次元方向の大きさが10-10
から10-8m、高さ10-10 から10-9mの構造を測長
するときには、前述した標準試料を用いて校正された駆
動機構もしくは検出機構を数桁小さい領域まで外挿して
用いている。また、高さ方向の標準試料として、格子状
に形状加工されたシリコン酸化膜もあるが、その高さは
10-8m台である。2. Description of the Related Art Generally, in order to observe a surface shape, a contact type shape observing apparatus typified by a stylus meter and a non-contact type shape observing apparatus utilizing optical interference or atomic force are used. Standard samples are also prepared. The shape of the standard sample has been confirmed by another analysis method, for example, a scanning electron microscope. The shape is typically a diffraction grating in which several thousand pieces are drawn in a width of 1 mm, but in the direction parallel to the surface. The two-dimensional width ranges from a few microns (10 -6 m) to sub-microns (10
-7 m), and the size in the direction (height) perpendicular to the surface is the same or smaller by one digit. Using a device calibrated by such a method, the size in the two-dimensional direction is 10 -10.
From 10 to 10 -8 m and height from 10 -10 to 10 -9 m, the driving mechanism or detection mechanism calibrated using the standard sample mentioned above is extrapolated up to several orders of magnitude smaller area. There is. Further, as a standard sample in the height direction, there is a silicon oxide film processed into a lattice shape, but its height is on the order of 10 −8 m.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】接触型表面形状観察装
置、および非接触型表面形状観察装置において、数桁大
きい構造から外挿された領域で測長する際には、駆動機
構もしくは検出機構の精度を評価することができなかっ
た。例えば、走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡で
は検出機構の駆動に電歪(ピエゾ)素子が一般的に用い
られているが、その動作の非線形性により、このような
外挿手法を10-10 から10-9mの大きさまで適用する
ことは困難であることが知られている。測定表面に平行
な二次元方向の校正には特殊な結晶(走査型トンネル顕
微鏡ではグラファイト、原子間力顕微鏡では雲母)の原
子像から得られる原子間隔をX線回折法、電子線回折法
等の他の手法で得られる値から校正することができる。
一方、表面に垂直な方向では、ある結晶面に平行な面間
隔を測定することが必要であり、表面形状観察装置で検
出器として用いられている探針やレーザービーム等を用
いて、十分広い平面(テラス)を有する標準試料表面を
測定しなければならない。しかも、測定結果が検出手段
の装置関数と表面形状の重ね合わせとして与えられるこ
とを考慮すると、そのテラスの凹凸が校正しようとする
大きさより十分小さい凹凸から構成されることが必要で
あるが、結晶学的に規定されない人工的試料の平坦面の
荒さを、高さ10-10 から10-9m程度以下とすること
は不可能である。また、10-8m台のシリコン酸化膜を
利用した高さ校正用試料もあるが、10-10 から10-9
m台の厚さを有する酸化膜を精度良く形成するのは困難
であるとともに、一般的にシリコンおよび酸化したシリ
コンの表面の凹凸が10-10 から10-9m台以上あるこ
とを考慮すると酸化膜を利用する校正は不可能である。
したがって、表面垂直方向の高さ10-10 から10-9m
の距離を標準試料を用いて直接的に校正することができ
なかった。In the contact type surface shape observing apparatus and the non-contact type surface shape observing apparatus, when the length is measured in an area extrapolated from a structure which is several orders of magnitude larger, a drive mechanism or a detection mechanism is used. The accuracy could not be evaluated. For example, scanning tunneling microscopy, although electrostrictive (piezo) elements are generally used to drive the detection mechanism in the atomic force microscope, the nonlinearity of its operation, such extrapolation method 10 -10 It is known to be difficult to apply up to a size of 10 -9 m. For calibration in a two-dimensional direction parallel to the measurement surface, the atomic spacing obtained from the atomic image of a special crystal (graphite in a scanning tunneling microscope, mica in an atomic force microscope) can be determined by X-ray diffraction, electron diffraction, etc. It can be calibrated from values obtained by other methods.
On the other hand, in the direction perpendicular to the surface, it is necessary to measure the plane spacing parallel to a certain crystal plane, and it is sufficiently wide by using a probe or laser beam used as a detector in the surface shape observation device. A standard sample surface with a flat surface (terrace) must be measured. Moreover, considering that the measurement result is given as the superposition of the device function of the detection means and the surface shape, it is necessary that the unevenness of the terrace is composed of unevenness sufficiently smaller than the size to be calibrated. It is impossible to set the roughness of the flat surface of the artificial sample, which is not defined theoretically, to a height of 10 -10 to 10 -9 m or less. There is also a sample for height calibration that uses a silicon oxide film on the order of 10 -8 m, but from 10 -10 to 10 -9
Considering that it is difficult to form an oxide film having a thickness on the order of m with high accuracy, and that the surface irregularities of silicon and oxidized silicon are generally on the order of 10 -10 to 10 -9 m or more, oxidation is considered. Calibration using membranes is not possible.
Therefore, the vertical height of the surface is 10 -10 to 10 -9 m
Could not be directly calibrated with a standard sample.
【0004】さらに、一般に表面形状観察装置の使用者
が入手できる各種標準試料は原器(絶対基準)ではな
く、原器と同様な手法で作製、もしくは原器を複製した
ものであり、標準としての保証精度は低下する。Further, various standard samples generally available to the user of the surface shape observing apparatus are not prototypes (absolute standards), but are prepared by a method similar to that of the prototypes or duplicates of the prototypes. The guaranteed accuracy of is reduced.
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、原器および複製を使用せず、結晶学的に規定される
すなわち普遍的な物理量を利用することにより、全ての
試料が絶対標準となり得、高さ10-10 から10-9mの
距離を直接的に校正できる測長校正法を提供することを
目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and all the samples are absolute standards by utilizing crystallographically defined, ie, universal physical quantities without using prototypes and replicas. Therefore, it is an object of the present invention to provide a length measurement calibration method capable of directly calibrating a distance of 10 -10 to 10 -9 m in height.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決するために、接触型もしくは非接触型表面形状
観察装置において、表面に垂直方向に測定される距離の
絶対値を、単一元素もしくは複数元素からなる結晶の表
面に存在する結晶学的に定義される階段状の段差を用い
て校正することを特徴とするものであり、結晶学的に規
定される階段状の段差構造を有する試料を、接触型表面
形状観察装置、または非接触型表面形状観察装置を用い
て測定し、表面に垂直な方向の距離を結晶学的な距離に
より校正することにより達成される。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a contact type or non-contact type surface shape observing device in which the absolute value of the distance measured in the direction perpendicular to the surface is set to a single value. It is characterized in that it is calibrated using a stepwise step defined in crystallography that exists on the surface of a crystal consisting of elements or multiple elements. This can be achieved by measuring the sample having a contact surface profile observation apparatus or a non-contact surface profile observation apparatus, and calibrating the distance in the direction perpendicular to the surface by the crystallographic distance.
【0007】[0007]
【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例について
説明する。なお、実施例は例示であって、本発明の精神
を逸脱しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうる
ことは言うまでもない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Needless to say, the embodiments are merely examples, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
【0008】図1は、第1の例であり、シリコン表面の
階段状構造を示す。ここに示す構造は、シリコン基板1
の表面にステップ6,7,8が特定の方向に一様に分布
し、テラス2,3,4,5の幅(ステップ間の距離)は
ほぼ均一である。このような構造は、例えば[−21
1]方向に傾斜したシリコン(111)表面の場合、真
空中で表面を清浄化処理した後、試料に電流を階段を登
る方向に通電し摂氏850度程度で保持することにより
形成される(Jpn.J.Appl.Phys.vo
l.29 p.L2254 1990年)。この表面を
実用に供する表面形状観察装置で測定すると、図2
(a)に示すような図1と同様な形状が観察される。こ
の形状において点Aと点A′を結ぶ複数のステップを横
切る方向の断面を表すと図2(b)のようになる。ここ
でA1,A3,A5およびA2,A4,A6はそれぞれ
ステップの上側および下側の頂点を表している。AとA
1を結ぶ直線(A−A1)、同様に(A2−A3),
(A4−A5),(A6−A′)は結晶学的に定義され
る平坦な表面(テラス)を表している。したがって、そ
れぞれのテラスの間隔、すなわちテラスに垂直な方向の
距離dが結晶学的に定義される面間隔となる。そこで、
距離dに相当する実際に測定された値がd′であれば、
d′をdと換算する。もしくはハードウェアおよびソフ
トウェアを含む装置関数を調整して測定値d′がdとな
るようにすることにより絶対的な距離校正を行うことが
できる。シリコン(111)の場合dは、0.31ナノ
メートル(nm=1x10-9m)に相当する。ただし、
これは理想的に雑音の無い装置・試料系に対するもの
で、一般的にはテラス断面(A−A1)に雑音成分が含
まれる。それを適当な数値演算処理等を用いて直線的な
テラスとして近似して、平均的なステップ高さdを求め
ることにより校正することもできる。この際、校正値の
誤差が装置関数に起因する誤差を含むことは言うまでも
ない。FIG. 1 is a first example and shows a stepped structure on the silicon surface. The structure shown here is a silicon substrate 1.
Steps 6, 7, and 8 are uniformly distributed in a specific direction on the surface of the, and the widths of the terraces 2, 3, 4, and 5 (distance between steps) are substantially uniform. Such a structure is, for example, [-21
In the case of a silicon (111) surface inclined in the 1] direction, it is formed by cleaning the surface in a vacuum and then applying a current to the sample in the direction of climbing stairs and holding it at about 850 degrees Celsius (Jpn. . J. Appl. Phys. Vo
l. 29 p. L2254 1990). When this surface is measured by a surface shape observation device for practical use, it is shown in FIG.
A shape similar to that shown in FIG. 1 as shown in FIG. FIG. 2B shows a cross section in the direction crossing a plurality of steps connecting the points A and A ′ in this shape. Here, A1, A3, A5 and A2, A4, A6 represent the upper and lower vertices of the step, respectively. A and A
A straight line connecting 1 (A-A1), similarly (A2-A3),
(A4-A5) and (A6-A ') represent a crystallographically defined flat surface (terrace). Therefore, the spacing between the terraces, that is, the distance d in the direction perpendicular to the terraces is the crystallographically defined plane spacing. Therefore,
If the actually measured value corresponding to the distance d is d ', then
Convert d'to d. Alternatively, absolute distance calibration can be performed by adjusting a device function including hardware and software so that the measured value d ′ becomes d. In the case of silicon (111), d corresponds to 0.31 nanometer (nm = 1 × 10 −9 m). However,
This is ideally for a noise-free apparatus / sample system, and generally a terrace cross section (A-A1) contains a noise component. It can also be calibrated by approximating it as a linear terrace by using an appropriate numerical calculation process or the like and obtaining an average step height d. In this case, it goes without saying that the error of the calibration value includes the error caused by the device function.
【0009】同様な第2の例として、先に示したシリコ
ン表面を、例えば真空中で表面を清浄化処理した後、試
料に電流を階段を登る方向に通電し摂氏1150度程度
で保持することにより、図3に示すように、局所的にス
テップを集合させた構造が形成される(Jpn.J.A
ppl.Phys. vol.29 p.L22541
990年)。この表面を実用に供する表面形状観察装置
で測定し、断面形状を求めると図4(a)のような構造
が得られる。B1,B5はステップの上側の頂点であ
り、B2,B6はステップの下側の頂点であり、B3,
B7はステップ集合帯の上側の頂点であり、B4,B8
はステップ集合帯の下側の頂点である。ここで、図3で
はSB,図4(a)ではB3−B4およびB7−B8が
ステップの集合した領域である。また、B1−B2およ
びB5−B6に示されるような図2(b)のA1−A2
に相当するステップが平坦なテラスB−B3,B4−B
7に含まれることがある。それらでは、図2(b)に示
したのと同様な方法で距離校正を行うことができる。ま
た、B3−B4のようなステップが集合した領域を拡大
して示すと、図4(b)のようになっており、それぞれ
のステップの高さd1,d2,d3等が求められる。こ
のd1等が結晶学的に定義される結晶面間隔またはそれ
の整数倍に相当する。したがって、このような構造を用
いることで、例えばシリコン(111)であれば、0.
31nmのみならず、0.62nm,0.93nm等の
値を得ることができ、複数の状態の測定により装置関数
を校正することができる。なお、この場合も雑音成分を
含む測定に対して、数値処理等の近似により校正を行う
ことができる。また、図1および図3の形状のいずれを
用いるかは、校正対象とする表面形状観察装置の特性に
合わせて選択できる。As a second similar example, the surface of the above-mentioned silicon is cleaned, for example, in a vacuum, and then a current is applied to the sample in the direction of climbing steps to hold it at about 1150 degrees Celsius. As a result, as shown in FIG. 3, a structure in which steps are locally aggregated is formed (Jpn. JA.
ppl. Phys. vol. 29 p. L22541
990). When this surface is measured by a surface shape observation device for practical use and the cross-sectional shape is obtained, a structure as shown in FIG. 4A is obtained. B1, B5 are the upper vertices of the step, B2, B6 are the lower vertices of the step, B3
B7 is the upper vertex of the step assembly zone, and B4 and B8
Is the lower vertex of the step assembly zone. Here, SB in FIG. 3 and areas B3-B4 and B7-B8 in FIG. 4A are a set of steps. In addition, A1-A2 of FIG. 2B as shown by B1-B2 and B5-B6
Terraces B-B3, B4-B with flat steps corresponding to
May be included in 7. With these, distance calibration can be performed by a method similar to that shown in FIG. Also, when an area in which steps such as B3-B4 are gathered is enlarged and shown, it is as shown in FIG. 4B, and the heights d1, d2, d3, etc. of the respective steps are obtained. The d1 and the like correspond to crystallographically defined crystal plane intervals or integer multiples thereof. Therefore, by using such a structure, for example, in the case of silicon (111), 0.
Not only 31 nm, but values such as 0.62 nm and 0.93 nm can be obtained, and the device function can be calibrated by measuring a plurality of states. Also in this case, the measurement including the noise component can be calibrated by approximation such as numerical processing. Further, which of the shapes shown in FIG. 1 and FIG. 3 is used can be selected according to the characteristics of the surface shape observing device to be calibrated.
【0010】第3の例として、ある結晶構造を有する材
料を適当な溶液等に浸すことにより、局所的に侵食(エ
ッチング)された構造を形成することができる。この
際、図5に示すように、材料の結晶性に依存した形状を
呈し、その侵食部を挟む位置C−C′の断面は図6のよ
うな階段構造からなる凹状形態を示す。ここに含まれる
段差構造のステップ高さもまた結晶学的に定義されるた
め図2(b)、図4(a),(b)と同様に高さ校正を
行うことができる。また、このような表面形状は、図1
および図3のような構造を形成するのに真空装置を必要
とするのに対して、化学的な処理によって得られること
から、比較的容易に準備することができる利点を有す
る。As a third example, a locally eroded (etched) structure can be formed by immersing a material having a certain crystal structure in an appropriate solution or the like. At this time, as shown in FIG. 5, the material has a shape depending on the crystallinity of the material, and the cross section of the position C-C 'sandwiching the eroded portion has a concave shape having a step structure as shown in FIG. Since the step height of the step structure included here is also defined crystallographically, the height can be calibrated as in FIGS. 2B, 4A, and 4B. Moreover, such a surface shape is shown in FIG.
And while a vacuum device is required to form the structure shown in FIG. 3, it has an advantage that it can be prepared relatively easily because it is obtained by a chemical treatment.
【0011】第4の例としては、ペロブスカイト構造に
代表されるような層状に成長する材料を構成することに
より、図7に示すような階段状の凸構造を得ることがで
きる。これは図5の凹構造を反転させたものに対応し、
その断面構造は図8に示すような形状を呈する。ここに
含まれる段差構造のステップ高さもまた結晶学的に定義
されるため前述したように高さ校正を行うことができ
る。As a fourth example, a stepwise convex structure as shown in FIG. 7 can be obtained by forming a layered material typified by a perovskite structure. This corresponds to the inverted structure of FIG. 5,
Its cross-sectional structure has a shape as shown in FIG. Since the step height of the step structure included here is also defined crystallographically, the height can be calibrated as described above.
【0012】なお、第3および第4の例のそれぞれのス
テップ高さは、図4(b)で述べたように結晶学的に定
義される面間隔の整数倍として校正されることがあり、
それに応じた校正を行える。The step height of each of the third and fourth examples may be calibrated as an integer multiple of the crystallographically defined interplanar spacing, as described with reference to FIG.
Calibration can be performed accordingly.
【0013】以上、述べたように表面形状を変化させる
ことにより特徴的な構造を形成された試料を標準とする
方法(第1,2の例)、局所的に表面を剥離させること
により形成した試料を標準として用いる方法(第3の
例),膜を成長させることにより形成される基板上に蒸
着した構造を標準として用いる方法(第4の例)を述べ
たが、いずれもステップ高さが結晶学的に定義される面
間隔およびその整数倍からなることを特徴としている。
さらに、これらの試料は原器およびその複製を使用しな
いため、何時でもどのような測定環境でも絶対標準をな
りうる。As described above, the method in which the sample having the characteristic structure formed by changing the surface shape is used as a standard (first and second examples), the surface is locally peeled. The method using the sample as the standard (third example) and the method using the structure deposited on the substrate formed by growing the film as the standard (fourth example) have been described. It is characterized by the crystallographically defined interplanar spacing and its integral multiples.
Furthermore, since these samples do not use the prototype and its replicas, they can be absolute standards at any time and in any measurement environment.
【0014】[0014]
【発明の効果】表面の荒れを問題とする多様な分野で
は、加工技術の高度化、および要求条件の高度化により
表面垂直方向の高さ10-10 から10-9mの距離を測定
しなければならない状況にあるが、従来の技術では装置
および測定結果の絶対的な校正ができなかった。原器お
よび複製を使用せず、結晶学的に規定されるすなわち普
遍的な物理量を利用した本発明を用いれば、全ての試料
が絶対標準となり得、高さ10-10 から10-9mの距離
を直接的に校正できる。したがって、本発明により、表
面形状観察装置の設計および製造者、さらには使用者
が、複製を用いたりまた外挿等の手段による二次的な校
正を行うことができなくなり、第三者の評価も絶対的な
ものとなることが期待できる。EFFECTS OF THE INVENTION In various fields in which surface roughness is a problem, a height of 10 −10 to 10 −9 m in the vertical direction of the surface must be measured due to sophistication of processing technology and sophistication of requirements. Although it is a situation that must be met, the conventional technique has not been able to perform absolute calibration of the device and measurement results. With the present invention utilizing a crystallographically defined or universal physical quantity, without the use of prototypes and replications, all samples can be absolute standards, with heights of 10 -10 to 10 -9 m. You can calibrate the distance directly. Therefore, according to the present invention, the design and manufacturer of the surface shape observing apparatus, and further the user cannot perform secondary calibration by means of copying or extrapolation, and evaluation by a third party becomes impossible. Can be expected to be absolute.
【図1】本発明実施例の第1の例に係る段差(ステッ
プ)が階段状に均一に分布したシリコン表面の様子を示
す外観構成図である。FIG. 1 is an external configuration diagram showing a state of a silicon surface in which steps (steps) are uniformly distributed in a stepwise manner according to a first example of the present invention.
【図2】(a)は図1の試料を表面形状観察装置で測定
した結果の様子を示す外観構成図であり、(b)は
(a)のA−A′に沿った断面図である。2A is an external configuration diagram showing a result of measuring the sample of FIG. 1 with a surface shape observation device, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. .
【図3】本発明実施例の第2の例に係る段差(ステッ
プ)を局所的に集合させたシリコン表面の様子を示す外
観構成図である。FIG. 3 is an external configuration diagram showing a state of a silicon surface in which steps (steps) are locally gathered according to a second example of the present invention.
【図4】(a)は図3の試料を表面形状観察装置で測定
した結果の断面図であり、(b)は(a)のステップ集
合領域部分を拡大して示す断面図である。4A is a cross-sectional view of a result of measuring the sample of FIG. 3 with a surface shape observation device, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing an enlarged step gathering region portion of FIG.
【図5】本発明実施例の第3の例に係る局所的に表面を
侵食した形状の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a shape in which a surface is locally eroded according to a third example of the embodiment of the present invention.
【図6】図5の試料を表面形状観察装置で測定した結果
のC−C′方向に沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of the result of measuring the sample of FIG. 5 with a surface shape observation device.
【図7】本発明実施例の第4の例に係る階段形状を呈す
る材料を基板上に成長させた試料を示す外観構成図であ
る。FIG. 7 is an external configuration diagram showing a sample in which a material having a step shape according to a fourth example of the present invention is grown on a substrate.
【図8】図7の試料を表面形状観察装置で測定した結果
の断面図である。8 is a cross-sectional view of a result of measuring the sample of FIG. 7 with a surface shape observation device.
1…シリコン基板、2〜5…テラス、6〜8…ステッ
プ。1 ... Silicon substrate, 2-5 ... Terrace, 6-8 ... Step.
Claims (1)
置において、表面に垂直方向に測定される距離の絶対値
を、単一元素もしくは複数元素からなる結晶の表面に存
在する結晶学的に定義される階段状の段差を用いて校正
することを特徴とする測長校正法。1. In a contact-type or non-contact type surface shape observing device, an absolute value of a distance measured in a direction perpendicular to the surface is crystallographically defined as existing on the surface of a crystal composed of a single element or a plurality of elements. Calibration method that is characterized in that it is calibrated using the stepped steps that are used.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4209075A JP3052974B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Measurement calibration method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4209075A JP3052974B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Measurement calibration method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0658753A true JPH0658753A (en) | 1994-03-04 |
JP3052974B2 JP3052974B2 (en) | 2000-06-19 |
Family
ID=16566846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4209075A Expired - Lifetime JP3052974B2 (en) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | Measurement calibration method |
Country Status (1)
Country | Link |
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