(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工物表面をより少ない回数の走査で所望のプロファイルに効率良く加工するエッチングノズル及びエッチング装置を提供する。【解決手段】エッチングノズル４１は、被加工物に対して相対的に移動させながら、エッチング液を内側管４２の内側開口４４から被加工物表面に供給し、かつ外側管４３の外側開口４５から吸引回収することによりエッチング加工を行う。外側開口４５の外周縁形状は、エッチングノズルの移動方向に沿った第１方向の寸法と該移動方向に直交する第２方向の寸法とを有し、第１方向の寸法を第２方向に沿って、被加工物の加工前における断面プロファイルと目的の断面プロファイルとの差である加工プロファイルに対応するように変化させる。【選択図】図１
2010232498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側開口を有する内側管と、前記内側管の外側に配置されて前記内側管との間に外側開口を画定する外側管とを備え、前記内側開口及び前記外側開口を被加工物の表面に対向させて該被加工物に対して相対的に移動させながら、エッチング剤を前記内側開口から前記被加工物表面に供給しつつ前記外側開口から吸引回収することにより、前記被加工物表面を、前記被加工物の加工前における断面プロファイルと目的の断面プロファイルとの差である加工プロファイルに従ってエッチングするためのエッチングノズルであって、
前記外側開口の外周縁形状が、前記エッチングノズルの移動方向に沿った第１方向の寸法と、前記エッチングノズルの移動方向に直交する第２方向の寸法とを有し、前記第２方向の寸法の範囲内で変化する前記加工プロファイルの変化に対応させて、前記第１方向の寸法を前記第２方向に沿って変化させたことを特徴とするエッチングノズル。
【請求項２】
前記外側開口の前記第１方向の寸法を前記第２方向に沿って線形的に変化させたことを特徴とする請求項１記載のエッチングノズル。
【請求項３】
前記外側開口の前記第１方向の寸法を前記第２方向に沿って部分的に変化させたことを特徴とする請求項１記載のエッチングノズル。
【請求項４】
前記外側開口の前記第２方向の少なくとも一方の端部付近において、該外側開口の前記第１方向の寸法を前記第２方向に沿って変化させたことを特徴とする請求項３記載のエッチングノズル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載のエッチングノズルと、前記エッチングノズルの前記内側管にエッチング剤を供給するための供給手段と、前記エッチングノズルの前記外側管からエッチング剤を回収するための回収手段と、前記エッチングノズルを被加工物に対して相対的に移動させるための移動手段とを備えることを特徴とするエッチング装置。
【請求項６】
前記エッチングノズルの前記内側管に供給されかつ前記外側管から回収される前記エッチング剤を貯留するためのリザーバーと、前記リザーバーの前記エッチング剤を前記内側管に循環させる手段とを更に備えることを特徴とする請求項５記載のエッチング装置。
【請求項７】
前記リザーバーのエッチング剤を所望の温度に設定しかつ／又は維持するための手段を更に備えることを特徴とする請求項６記載のエッチング装置。
【請求項８】
前記移動手段が、前記エッチングノズルを前記被加工物に対して直線的に移動させることを特徴とする請求項４又は５記載のエッチング装置。
【請求項９】
前記移動手段が、前記エッチングノズルを前記被加工物に対して円周方向に移動させることを特徴とする請求項４又は５記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の表面に向けてエッチング剤を供給することにより該表面をエッチングするためのエッチングノズル及びエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶のような圧電材料やシリコンのような半導体材料のウエハ、ガラス材料の基板等の被加工物の表面を加工するために、ラッピングやポリッシング等の機械加工法が広く採用されている。しかしながら、一般に機械加工法は、被加工物の表面形状や厚さ、平面度を数μｍ以下、場合によっては数μｍ以下の高精度に加工することが困難である。
【０００３】
機械加工以外の表面加工方法の１つとして、反応性ガス、プラズマにより発生するラジカル等の励起活性種、イオンビーム等を用いるドライエッチングがある。一般にドライエッチングは、反応性の強いガスを取り扱ったりプラズマやイオンを発生させるために高価で複雑な装置又は設備を必要とし、高コストである。特にプラズマエッチング法は、プラズマの発生による高熱で被加工物の温度が変化するので、エッチング速度が一定せず、加工精度が低下する虞がある。また、イオンビームエッチング法は、被加工物の表面がイオンの衝撃により変質する虞があり、そのような変質層を除去するために後処理が必要になる場合がある。
【０００４】
更に別の表面加工方法として、エッチング液をエッチング剤として用いるウエットエッチングがある。一般的なウエットエッチングは、被加工物をエッチング液に浸漬してその表面を加工するので、作業が容易かつ低コストであり、エッチング速度が速いという利点を有する。この場合、被加工面全体が一様にエッチングされるので、元の表面の凹凸が実質的にそのまま加工後の表面に転写される。そのため、μｍオーダーからサブμｍオーダー、更にｎｍオーダーの高い形状精度や平面度が要求されたり、部分的に高精度の表面加工が必要な場合には、これを実現することが困難になる虞がある。
【０００５】
ウエットエッチングにより半導体基板の平坦度の向上を図ると共に、加工後のダメージを発生しない半導体基板の平坦化方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この方法は、不活性のエッチャントに浸漬した半導体基板の主面の一部にノズルから活性のエッチャントを当て、該ノズルと同心の排出用パイプで反応後のエッチャントを直ちに排出しつつ、半導体基板とノズルとを相対移動させて、予め測定しておいた基板の厚さの大きい部分を所定量だけ局所的にエッチングする。
【０００６】
また、エッチング等のウエット処理方法のために、ウエット処理液の導入通路と排出通路とをそれらの端部で交差させ、この交差部に開口部を基板に向けて設けたノズル構成体を有する液体供給ノズルが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。このノズルを用いたウエット処理では、供給したウエット処理液が開口部を介して基板に接触しかつ該基板上から外部に漏れることなく、減圧ポンプによって排出通路から排出されるので、従来より少ない使用量のウエット処理液で高い清浄度を得ることができる。
【０００７】
半導体ウエハ等の部分エッチングを簡単かつ容易に行うことができる別のエッチング装置が知られている（例えば、特許文献３を参照）。このエッチング装置は、ウエハを保持しかつ所定位置に移動させるウエハ支持部と、ウエハの下方に位置してその下面に開口端を対向させる薬液管とを備え、該薬液管に薬液をその開口端に液面が表面張力で上方に凸の曲面を形成するように供給し、ウエハの所定エッチング部位を接触させてエッチング加工する。薬液に浸されたエッチング部位は、エッチング加工後に切り替えて薬液管に純水を供給し、その開口端から漏れ出させることによって洗浄される。
【０００８】
また、半導体基板の大面積を効率良くエッチング加工し、所望の箇所を局所的にエッチング加工することもできるウエットエッチング装置及び方法が知られている（例えば、特許文献４を参照）。このエッチング装置は、半導体基板の被加工面と平行に対向させる加工面に少なくとも１つの開口を設け、かつその開口面積を被加工面の面積に対して０．１％〜８５％としたエッチングヘッドを備える。このエッチングヘッドは、加工面の開口からエッチング液を供給して毛細管効果により加工面と被加工面との間に浸透させ、表面張力によりエッチングヘッド又は半導体基板の端部でエッチング液の浸透を終端させかつこれを保持することによって、半導体基板をエッチング加工する。エッチング処理後の被加工面は、エッチングヘッドの加工面の開口から水を切替えて供給することにより、洗浄される。また、被加工面に供給したエッチング液は、別個の回収機構を設けることにより、エッチング処理後に回収することができる。
【０００９】
既に本願発明者は、二重パイプ構造のノズルによりエッチング剤の供給と回収とを同時に行うことにより、マスクを用いることなく局所的なエッチング加工を可能にするローカルウエットエッチング法を提案している（例えば、非特許文献１、特許文献５を参照）。この方法は、エッチング剤の供給手段を被加工物の表面に沿って相対的に移動させつつ、被加工物表面の各点について予め測定した加工前のプロファイルと目的のプロファイルとの差から求めた加工深さに応じてエッチング剤を供給して被加工物表面をエッチングし、かつ該表面付近の液体及び気体を吸引除去する。
【００１０】
この方法の第１の態様では、エッチング剤の供給手段を複数並べた供給手段集合体を所定の速度で被加工物の表面に沿って移動させ、各供給手段毎にエッチング剤の温度及び／又は流量を制御して被加工物表面に供給する。この方法の第２の態様では、被加工物表面上の各点の加工深さにより定まる速度でエッチング剤の供給手段を移動させつつエッチング剤を所定の流量で供給し、該エッチング剤の流量以上の吸引量で、被加工物表面表面付近の液体及び気体を吸引除去する。いずれの態様によっても、様々な被加工物の表面を数ｎｍ〜数μｍの精度で所望の形状（プロファイル）に加工又は仕上げしたり被加工物の厚さを均一化することができる。
【００１１】
また、特許文献５によれば、所定の成分及び濃度のエッチング剤を所定の流量で供給する場合に、被加工物のエッチング量即ち加工深さは、その表面がエッチング剤に晒される時間に比例する。供給手段の移動中に被加工物表面上の１点がエッチング剤に晒される時間は、その点における供給手段の速度に逆比例するから、供給手段の速度は、各点における加工深さに応じて決定されることが開示されている。
【００１２】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、前記ローカルウエットエッチング法においてエッチング剤の供給手段として使用するのに適したエッチングノズルの基本的構成を示している。同図において、エッチングノズル１は、同軸に配置した内側管２と外側管３とを有し、内側管２の内側開口４及び該内側管と外側管３との間に画定される外側開口５を被加工物６の表面６ａに向けて配置する。エッチング液７は、前記内側管の供給通路８を介して内側開口４から被加工物表面６ａに供給され、該表面付近の気体や固体と共に外側開口５から前記外側管の回収通路９を介して吸引除去される。これにより、エッチング液を被加工物表面から十分に除去して、該表面及びその周辺部分を余分にエッチングする虞を解消している。
【００１３】
図１０（Ｃ）は、ノズル１を被加工物６に対して静止させた状態でその表面６ａを単位時間加工した場合に形成される単位加工痕１０を示している。単位加工痕１０は、外側開口５の外径により画定される円柱形状を有し、その大きさによって加工の空間分解能が決定される。また、単位加工痕とエッチングノズルの滞在時間とのコンボリューションによって加工量が決まり、目的加工量と単位加工痕とのデコンボリューションによってエッチングノズルの走査速度分布が求められる。単位加工痕の面積を小さくすれば、空間分解能が高くなり、大きくすれば加工の能率が高くなる。
【００１４】
更に本願発明者は、前記ローカルウエットエッチング法に適した別の様々なノズル構造を提案している（例えば、特許文献５を参照）。図１１（Ａ）に示すエッチングノズル１１は、図１０（Ａ）（Ｂ）と同じ構造のノズル単体１２を複数横一列に連続して配置したノズル集合体からなる。ノズル単体１２は、それぞれ同軸に配置した内側管１３と外側管１４とを有する。エッチング液は、各内側管１３の内側開口１５から被加工物の表面に供給されて該表面を横方向に細長くエッチングし、該内側管と外側管１４との間に画定される外側開口１６から吸引回収される。
【００１５】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のエッチングノズルの変形例を示している。このノズル１７は、横一列に連続して配置した複数の内側管１８と、それらを囲繞するように配置した１つの外側管１９とを備える。エッチング液は、各内側管１８の内側開口２０から被加工物の表面に供給されて該表面を横方向に細長くエッチングし、該内側管と外側管１９との間に画定される外側開口２１から吸引回収される。図１１（Ａ）及び（Ｂ）のノズル１１，１７は、ノズル単体１２又は内側管１８の配列方向を幅方向としてこれと直交する向きに移動させることによって、１回の走査で被加工物表面の広幅な領域を一度に加工することができる。
【００１６】
図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）のエッチングノズルの別の変形例を示している。このノズル２２は、図１０（Ａ）（Ｂ）と同じ構造のノズル単体２３を複数束ねて概ね正六角形に配置したノズル集合体からなる。ノズル単体２３は、それぞれ同軸に配置した内側管２４と外側管２５とを有する。エッチング液は、各内側管２４の内側開口２６から被加工物の表面に供給されて該表面をエッチングし、該内側管と外側管２５との間に画定される外側開口２７から吸引回収される。このようにノズル２２全体に複数の外側管２５を分散して配置することによって、被加工物表面からエッチング液及び気体を効率良く吸引することができる。
【００１７】
図１２（Ａ）は、前記ローカルウエットエッチング法に適したエッチングノズルの更に別の構成を示している。このノズル２８は、横方向に細長い概ね矩形の内側管２９とその外側に配置された外側管３０とを有する。内側管２９は、横方向に延長する直線状の内側開口３１を有し、外側管３０との間には、横方向に細長い矩形環状の外側開口３２が画定されている。エッチング液は、内側開口３１から被加工物の表面に供給されて該表面を横方向に細長い矩形状にエッチングし、外側開口３２から吸引回収される。ノズル２８は、その横方向と直交する向きに移動させることによって、１回の走査で被加工物の広幅な表面を加工することができる。
【００１８】
ノズル２８は、図１２（Ｂ）に示すように、外側開口３２の横幅を被加工物３３の横幅よりも幾分広く構成することができる。この場合、同図に矢印で示すように、ノズル２８をその幅方向と直交する向きに移動させることによって、１回の走査で被加工物３３の表面を全幅に亘って一様に加工することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１１−４５８７２号公報
【特許文献２】特開平１０−１６３１５３号公報
【特許文献３】特開２００４−６５１８号公報
【特許文献４】特開２００８−２１９２０号公報
【特許文献５】特開２００７−２００９５４号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】高井宏之，「数値制御ローカルウェットエッチング法による高精度光学素子の作成」，２００８年度精密工学会春季学術講演会講演論文集，社団法人精密工学会，２００８年３月，Ｎ３６，ｐ．１０８１−１０８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように前記ローカルウエットエッチング法は、使用するエッチングノズルにより形成される単位加工痕の大きさによって空間分解能が決定され、単位加工痕の面積は、加工ノズルの外側開口によって決定される。また、エッチング加工量は、エッチング剤が被加工物の表面に滞在する時間即ち該表面がエッチング剤に晒される時間の積算量に比例する。従って、被加工物の加工深さがエッチングノズルの移動方向に沿って変化する場合は、該ノズルの移動方向の送りピッチを調整・制御することによって、被加工物表面を所望のプロファイルに加工することができる。
【００２２】
被加工物の加工深さは、エッチングノズルの移動方向と直交する向き即ち該ノズルの幅方向に沿って変化する場合もある。例えば厚さ勾配を有するウエハのように、被加工物の表面がノズルの幅方向に傾斜している場合、この傾斜面を水平に加工することを要求されることがある。また、ポリッシング加工したウエハは、周縁部が内側の部分よりも厚くなり易く、そのような場合には、周縁部をより多く削除して全体を均一な厚さに加工することが必要である。
【００２３】
このような場合、エッチングノズルの空間分解能、特に幅方向の分解能を十分に高くすれば、同様に被加工物表面を所望のプロファイルに加工することができる。そのために、例えば図１０のエッチングノズル１は、外側管３の内径即ち外側開口５の外径を十分に小さくすれば良い。しかしながら、幅方向の分解能を高くすると、それだけノズルの幅方向の送りピッチが小さくなり、走査回数が多くなるので、工数が増えて作業効率及び生産性が低下する。
【００２４】
図１１（Ｂ）及び図１２のエッチングノズル１７，２８は、外側開口２１，３２の横幅が大きく、その全幅に亘って加工痕の深さが一定である。このようなノズルで傾斜面を水平に加工しようとすると、その傾斜に応じてノズルの幅方向の送りピッチを小さくし、走査を繰り返し重ねて行わなければならない。そのため、ノズルの走査回数が非常に多くなり、工数が増えて作業効率及び生産性が低下するだけでなく、ノズルの走査を高精度に正確に制御するための高度な技術及び制御装置が必要になる。
【００２５】
図１１（Ａ）及び（Ｃ）のエッチングノズル１１，２２は、幅方向に沿って各ノズル単体に供給するエッチング剤の流量及び／又は温度を調整することによって、該エッチングノズルの横幅の範囲内で加工深さを変化させることが可能である。しかしながら、加工精度を上げるためには、ノズル単体の管径をより細くしなければならず、より大きな面積を加工するためには、ノズル単体の本数をより多くしなければならない。このようなエッチングノズルは、構造が複雑化し、高コストになるという問題を生じる。更に、エッチングノズル全体を移動させながら、個々のノズル単体のエッチング剤流量及びその温度を高精度に調整するためには、非常に高度な制御技術が要求される。
【００２６】
また、一般に水晶デバイスに使用される水晶ウエハは、半導体ウエハに比して板厚が薄く、より高い平面度を要求されることが多い。特に最近は、水晶デバイスの高周波化に伴って、水晶ウエハがより大型化、薄肉化する傾向がある。そのため、水晶ウエハのエッチング加工は、その取扱いが難しいだけでなく、従来技術に関連して上述したような半導体基板の加工技術をそのまま適用することは困難であり、水晶ウエハ固有の要求に対応し得る加工技術が求められている。
【００２７】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に前記ローカルウエットエッチング法のように、被加工物の表面に対するエッチング剤の供給と回収とを同時に行うウェットエッチングに使用するのに適した二重パイプ構造を有し、様々なプロファイルを有する被加工物の表面を、できる限り少ない回数の、好ましくは１回の走査で所望のプロファイルに効率良く加工し得るエッチングノズルを提供することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、そのようなエッチングノズルを備えることによって、被加工物の表面をウェットエッチングで所望のプロファイルに効率良く加工し得るエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、上記目的を達成するために、内側開口を有する内側管と、該内側管の外側に配置されて内側管との間に外側開口を画定する外側管とを備え、内側開口及び外側開口を被加工物の表面に対向させて該被加工物に対して相対的に移動させながら、エッチング剤を内側開口から被加工物表面に供給しつつ、外側開口から吸引回収することにより、該被加工物表面を、被加工物の加工前における断面プロファイルと目的の断面プロファイルとの差である加工プロファイルに従ってエッチングするためのエッチングノズルであって、
外側開口の外周縁形状が、ノズルの移動方向に沿った第１方向の寸法と、ノズルの移動方向に直交する第２方向の寸法とを有し、該第２方向の寸法の範囲内で変化する前記加工プロファイルの変化に対応するように、第１方向の寸法を第２方向に沿って変化させたことを特徴とする。
【００３０】
このようなエッチングノズルでは、被加工物の加工断面形状が外側開口の外周縁形状によって決定される。従って、被加工物の加工プロファイルの変化に対応させて、外側開口の外周縁形状の第１方向の寸法を第２方向に沿って変化させることによって、好ましくはエッチングノズルの１回の走査で又はより少ない回数の走査で、様々な断面プロファイルを有する被加工物の表面を、所望のプロファイルに効率良く加工することができる。
【００３１】
或る実施例では、エッチングノズルの外側開口の第１方向の寸法を第２方向に沿って線形的に変化させることにより、被加工物の加工プロファイルが第２方向に沿って一様に傾斜している場合に、被加工物表面をより少ない回数の走査で所望のプロファイルに効率良く加工することができる。
【００３２】
別の実施例では、エッチングノズルの外側開口の第１方向の寸法を第２方向に沿って部分的に変化させることにより、被加工物の加工プロファイルがエッチングノズルの外側開口の横幅の範囲内で部分的に変化している場合に、その変化に対応して被加工物表面をより少ない回数の走査で所望のプロファイルに効率良く加工することができる。
【００３３】
特にポリッシング加工後のウエハのように、被加工物の周縁部の厚さがその内側の部分よりも厚い場合には、エッチングノズルの外側開口の第２方向の少なくとも一方の端部付近において、該外側開口の第１方向の寸法を第２方向に沿って変化させることにより、同様に被加工物表面をより少ない回数の走査で所望のプロファイルに効率良く加工することができる。
【００３４】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明のエッチングノズルと、該ノズルの内側管にエッチング剤を供給するための供給手段と、エッチングノズルの外側管からエッチング剤を回収するための回収手段と、エッチングノズルを被加工物に対して相対的に移動させるための移動手段とを備えるエッチング装置が提供される。これにより、様々なプロファイルを有する被加工物の表面をウェットエッチングによって所望のプロファイルに効率良く加工することができる。
【００３５】
或る実施例では、エッチングノズルの内側管に供給されかつ外側管から回収されるエッチング剤を貯留するためのリザーバーと、該リザーバーのエッチング剤を内側管に循環させる手段とを更に備えることにより、エッチング剤の使用量を少なくしかつ加工コストを低減すると共に、エッチング剤が環境に及ぼし得る影響を抑制することができる。
【００３６】
別の実施例では、リザーバーのエッチング剤を所望の温度に設定しかつ／又は維持するための手段を更に備えることにより、被加工物の表面に供給されるエッチング剤の温度を調整制御することができる。
【００３７】
別の実施例では、移動手段によってエッチングノズルを被加工物に対して相対的に直線的に移動させることができ、それによって例えば厚さ勾配を有する矩形ウエハのような被加工物をその辺縁方向に沿って効率良く加工することができる。
【００３８】
更に別の実施例によれば、移動手段によってエッチングノズルを被加工物に対して相対的に回転させて円周方向に移動させることができ、それによって例えば円形ウエハのような被加工物をその円周方向に沿って効率良く加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（Ａ）図は本発明によるエッチングノズルの第１実施例の縦断面図、（Ｂ）図は該ノズルの開口部を示す端面図。
【図２】第１実施例のノズルを用いたエッチング装置の概略構成図。
【図３】第１実施例のノズルにより被加工物に形成される加工痕の断面図。
【図４】（Ａ）図は第１実施例のノズルにより加工されるウエハの断面図、（Ｂ）図は該ノズルの走査要領を説明する平面図。
【図５】（Ａ）図は本発明によるエッチングノズルの第２実施例の縦断面図、（Ｂ）図は該ノズルの開口部を示す端面図。
【図６】第２実施例のノズルにより被加工物に形成される加工痕の断面図。
【図７】（Ａ）図は第２実施例のノズルにより加工されるウエハの断面図、（Ｂ）図は該ノズルの走査要領を説明する平面図。
【図８】（Ａ）図は円形ウエハを加工するための基本的構成を有するエッチングノズルの縦断面図、（Ｂ）図は該ノズルの端面図。
【図９】（Ａ）図は本発明によるエッチングノズルの第３実施例の縦断面図、（Ｂ）図は該ノズルの外側開口の外周縁形状を示す図。
【図１０】（Ａ）図は従来のエッチングノズルの構成を示す縦断面図、（Ｂ）図は該ノズルの開口部を示す端面図、（Ｂ）図はその単位加工痕を示す縦断面図。
【図１１】（Ａ）図は従来のエッチングノズルの別の構成を示す端面図、（Ｂ）図はその変形例を示す端面図、（Ｃ）図は別の変形例を示す端面図。
【図１２】（Ａ）図は従来のエッチングノズルの別の構成を示す端面図、（Ｂ）図は該ノズルの走査要領を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるエッチングノズルの第１実施例の構成を概略的に示している。本実施例のエッチングノズル４１は、内側管４２とその外側に配置した外側管４３とからなる２重パイプ構造を備える。内側管４２はその先端に内側開口４４が設けられ、外側管４３は前記内側管との間に外側開口４５を画定している。内側開口４４は、前記内側管内部の供給通路４６を介してエッチング剤の供給源に接続され、外側開口４５は、前記外側管内部の回収通路４７を介してエッチング剤の回収装置に接続される。
【００４１】
外側開口４５は、左右方向の中心線に関して対称であり、互いに平行をなす左側の長辺及び右側の短辺と上側及び下側の斜辺とからなる等脚台形の外周縁形状を有する。内側開口４４も、前記外側開口に概ね相似する等脚台形の外周縁形状を有する。本実施例の内側管４２及び外側管４３は、同様に前記外側開口に概ね相似する等脚台形の断面外形形状を有する。しかし、別の実施例では、その断面外形形状を等脚台形以外の様々な形状にすることができる。
【００４２】
本実施例では、エッチングノズル４１の移動方向Ａに沿った向きを第１方向とし、それに直交する向きを第２方向とする。外側開口４５は、その左右方向即ち第２方向に細長く形成され、その全幅に亘って第１方向の寸法Ｌが第２方向に沿って線形に変化している。エッチングノズル４１は、内側開口４４及び外側開口４５を被加工物４８の表面に対向させ、かつ前記外側開口の左右方向の中心線と直交する向きを移動方向Ａ即ち第１方向に一致させるように配置する。
【００４３】
エッチング液は、前記ノズルを移動方向Ａに沿って移動させつつ、供給通路４６を介して内側開口４４から被加工物４８の表面に供給され、該表面をエッチングする。その後エッチング液は、前記表面付近の気体や固体と共に外側開口４５から回収通路４７を介して吸引除去される。
【００４４】
図２は、本発明によるエッチング装置の実施例の構成を概略的に示している。本実施例のエッチング装置５１は、図１（Ａ）（Ｂ）のエッチングノズル４１と、エッチング液５２を貯留するためのリザーバー５３とを備える。リザーバー５３は、管路５４によりエッチングノズル４１の回収通路４７と接続されている。吸引ポンプ５４によりリザーバー５３内を減圧することによって、被加工物表面４８ａを処理した後のエッチング液を外側開口４５から回収通路４７を通して吸引し、前記リザーバーに回収することができる。
【００４５】
リザーバー５３は更に、管路５６によってエッチングノズル４１の供給通路４７と接続されている。管路５６には、送液ポンプ５７、流量調節バルブ５８及び流量計５９が設けられており、リザーバー５３のエッチング液を供給通路４７に流量を制御して供給する。このようにして、エッチング剤をエッチングノズル４１に供給し、被加工物４８の処理後に回収して再度前記エッチングノズルに供給する循環システムが構成される。別の実施例では、前記リザーバーとは別個にエッチング液の供給源を設けることができる。
【００４６】
また、リザーバー５３には、温度センサー付きヒーター６０が設けられ、該ヒーターに接続された温度コントローラ６１によって前記リザーバー内のエッチング液を所望の温度に設定しかつ／又は維持する。このような温度制御機構により、被加工物表面４８ａに供給されるエッチング液の温度を、エッチングノズル４１の移動速度も考慮しつつ、加工深さに応じて調整制御することができる。
【００４７】
エッチング装置５１は、エッチングノズル４１を被加工物４８に対して相対的に移動させるための移動手段（図示せず）を備える。或る実施例では、前記移動手段が、エッチングノズル４１を直線的に若しくは円周方向に移動させることができ、又は広い面積を加工するために互いに直交するＸＹ方向に移動させることができる。別の実施例では、前記移動手段が、被加工物４８を直線的に移動させ若しくは回転させることができ、又はＸＹテーブル等に固定して直交するＸＹ方向に移動させることができる。また別の実施例では、エッチングノズル４１をＸ方向に移動させ、それと直交するＹ方向に被加工物４８を移動させることができる。
【００４８】
図３は、第１実施例のエッチングノズル４１を被加工物４８に対して相対的に一定の速度で移動させつつ、その表面４８ａをエッチングしたときに、該被加工物表面に形成される加工溝６２の断面形状を示している。加工溝６２は、底面６２ａが、前記第２方向に沿って一定の角度で傾斜した断面形状に形成される。
【００４９】
被加工物表面４８ａの各点は、該点が平面上前記ノズルの外側開口４５外周縁の範囲内に含まれている間、エッチング剤に晒される。外側開口４５の外周縁は、上述したように等脚台形状を有し、その全幅に亘って第１方向の寸法Ｌが第２方向に沿って線形に変化している。エッチング加工量は、被加工物の表面がエッチング剤に晒される時間の積算量に比例するから、被加工物表面の各点は、第１方向の寸法Ｌに比例してエッチング剤に晒される時間が長くなり、エッチング加工量が多くなる。従って、加工溝底面６２ａの傾斜は、前記外側開口の第１方向の寸法Ｌの変化の傾きによって決定される。
【００５０】
第１実施例のエッチングノズル４１は、例えば傾斜面を水平にエッチング加工するのに適している。図４（Ａ）（Ｂ）は、厚さ勾配を有するウエハ６３の表面６３ａを水平面に加工する要領を示している。ここで、図４（Ａ）に示すように、加工前の傾斜した表面６３ａの断面プロファイルと、想像線６４で示す水平面である目的の断面プロファイルとの差が加工プロファイルとなる。本実施例では、加工プロファイルが、図中左側から右側に緩やかに傾斜する楔形状をなしている。
【００５１】
図４（Ｂ）は、水平に配置したウエハ６３の表面６３ａを下方から見た図である。同図において、ウエハ表面６３ａの傾斜方向と直交する向きをエッチングノズル４１の主走査方向Ｘとし、前記傾斜方向を副走査方向Ｙとする。
【００５２】
エッチングノズル４１は、ウエハ６３の図中下側の端部から上側の端部に向けて直線的に一定の速度で移動させつつ、エッチング液を供給してウエハ表面６３ａのエッチングを行う。エッチングノズル４１の１回の走査によって、ウエハ６３の表面６３ａには直線状の加工溝６５が形成される。加工溝６５は、図４（Ａ）に示すように、目的の断面プロファイル６４と同じ深さで水平な底面を有する。
【００５３】
エッチングノズル４１の移動速度は、前記加工プロファイルに基づいて加工深さとエッチングレートとから決定される。エッチングレートは、必要な場合に、使用するエッチング液の種類、濃度、流量、温度等を調整して制御することができる。１回の走査で十分な加工量を得られない場合には、前記ノズルを繰り返し重ねて走査することによって、所望の深さの加工溝６５を形成することができる。
【００５４】
前記ウエハの上側の端部に到達すると、エッチングノズル４１をＹ方向に図中右側へ移動させる。Ｙ方向の送り量は、前記ノズルの外側開口４３の最大幅Ｗにより決定される。更に前記ノズルをウエハ６３の上端から下端に向けて直線的に加工溝６５と平行に一定の速度で移動させ、該ウエハの下端に到達すると、同じ送り量でＹ方向に図中右側へ移動させ、再び前記ウエハの下端から上端に向けて直線的に一定の速度で移動させる。このようにウエハ表面６３ａの加工したい領域全面をエッチングノズル４１で走査しつつ、エッチング液を供給して前記表面をエッチングすることにより、ウエハ６３に目的の断面プロファイル６４を形成することができる。
【００５５】
図５（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるエッチングノズルの第２実施例の構成を概略的に示している。本実施例のエッチングノズル７１は、同様に内側管７２とその外側に配置した外側管７３とからなる２重パイプ構造を備える。内側管７２はその先端に内側開口７４が設けられ、外側管７３は前記内側管との間に外側開口７５を画定している。内側開口７４は、前記内側管内部の供給通路７６を介してエッチング剤の供給源に接続され、外側開口７５は、前記外側管内部の回収通路７７を介してエッチング剤の回収装置に接続される。
【００５６】
外側開口７５は、上下方向及び左右方向の中心線に関して対称であり、直線状の左右両辺が互いに平行をなし、上下各辺が中央部分では互いに平行で、それから左右両端に向けて線形に拡がる向きに傾斜した概ね鼓形の外周縁形状を有する。内側開口７４も、前記外側開口に概ね相似する鼓形の外周縁形状を有する。本実施例の内側管７２及び外側管７３は、その断面外形形状が同様に前記外側開口に概ね相似する鼓形をなしているが、それ以外の様々な形状にすることができる。
【００５７】
本実施例も、エッチングノズル７１の移動方向Ａに沿った向きを第１方向とし、それに直交する向きを第２方向とする。外側開口７５は、その左右方向即ち第２方向に細長く形成され、第１方向の寸法Ｌが第２方向に沿ってその中央部分において一定で、該中央部分から左右両端に向けて線形に大きくなる向きに変化している。エッチングノズル７１は、内側開口７４及び外側開口７５を被加工物７８の表面に対向させ、かつ前記外側開口の上下方向の中心線を移動方向Ａ即ち第１方向に一致させるように配置する。
【００５８】
エッチング液は、前記ノズルを移動方向Ａに沿って移動させつつ、供給通路７６を介して内側開口７４から被加工物７８の表面に供給され、該表面をエッチングする。その後エッチング液は、前記表面付近の気体や固体と共に外側開口７５から回収通路７７を介して吸引除去される。
【００５９】
第２実施例のエッチングノズル７１は、第１実施例のエッチングノズル４１に置き換えて図２のエッチング装置に用いることができる。図６は、第２実施例のエッチングノズル７１を被加工物７８に対して相対的に一定の速度で移動させつつ、その表面７８ａをエッチングしたときに、該被加工物表面に形成される加工溝７９の断面形状を示している。加工溝７９は、底面７９ａが、前記第２方向に沿って中央部分が一定の深さで、該中央部分から左右両端に向けて一定の角度で深くなるように傾斜した断面形状に形成される。
【００６０】
第１実施例において上述したように、被加工物表面７８ａの各点は、該点が平面上前記ノズルの外側開口７５外周縁の範囲内に含まれている間、エッチング剤に晒され、エッチング加工量は、エッチング剤が被加工物の表面がエッチング剤に晒される時間の積算量に比例する。外側開口７５の外周縁が上述した鼓形状を有するので、加工溝底面７９ａは、その左右両端付近の傾斜が、外側開口７５の第１方向の寸法Ｌの変化の傾きによって決定される。
【００６１】
第２実施例のエッチングノズル７１は、例えば幅方向に沿って中央部分が平坦でかつ左右両側が傾斜して高くなった面の全体を平坦にエッチング加工するのに適している。上述したように、ポリッシング加工した後の水晶ウエハは、その辺縁付近の板厚が内側の部分よりも厚い。図７（Ａ）（Ｂ）は、そのように内側部分が平坦でかつ左右辺縁付近が傾斜して高くなった断面形状のウエハ８０を、その表面８０ａ全面を平坦にかつ該ウエハ全体の板厚を均一にするように加工する要領を示している。ここで、図７（Ａ）に示すように、加工前の表面８０ａの断面プロファイルと、想像線８１で示す平坦面である目的の断面プロファイルとの差が加工プロファイルとなる。本実施例では、加工プロファイルが、図６に示す加工溝７９の断面形状を上下反転させた形状をなす。
【００６２】
図７（Ｂ）は、水平に配置したウエハ８０の表面８０ａを下方から見た図である。同図から分かるように、エッチングノズル７１は、外側開口７５の幅即ち第２方向の寸法がウエハ８０の幅よりも僅かに大きく、かつ該外側開口の幅の範囲内に前記ウエハの全幅が収まるように配置する。エッチングノズル７１をウエハ８０の図中下側の端部から上側の端部に向けて直線的に一定の速度で移動させつつ、エッチング液を供給してウエハ表面８０ａのエッチングを行う。
【００６３】
前記ノズルの外側開口７５は、第１方向の寸法Ｌが一定である前記中央部分の位置及び幅をウエハ８０の平坦な前記内側部分と一致させ、かつ前記中央部分から左右両端に向けて第１方向の寸法Ｌの変化の傾きを前記ウエハの左右辺縁付近の傾斜に対応させた外周縁形状を有する。これにより、エッチングノズル７１の１回の走査によって、ウエハ８０の表面８０ａを目的の平坦面に加工することができる。
【００６４】
エッチングノズル４１の移動速度は、前記加工プロファイルに基づいて加工深さとエッチングレートとから決定される。エッチングレートは、必要な場合に、使用するエッチング液の種類、濃度、流量、温度等を調整して制御することができる。また、１回の走査で十分なエッチング加工量を得られない場合には、前記ノズルを繰り返し重ねて走査することによって、ウエハ８０を所望の深さの平坦面に加工することができる。
【００６５】
上記各実施例では、エッチングノズルを被加工物の表面に沿って直線的に移動させる場合を説明した。しかしながら、本発明のエッチングノズルは、被加工物に対して相対的に回転させ、或る点を中心として円周方向に移動させながら、該被加工物の表面をエッチング加工することができる。例えば、円形ウエハの表面をエッチング加工する場合には、エッチングノズルを円周方向に移動させることが好ましい。
【００６６】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、円形ウエハ９０の表面９０ａをエッチングするための基本的構成を有するエッチングノズルを概略的に示している。同図において、エッチングノズル９１は、同様に内側管９２とその外側に配置した外側管９３とからなる２重パイプ構造を備える。内側管９２はその先端に内側開口９４が設けられ、外側管９３は前記内側管との間に外側開口９５を画定している。内側開口９４は、前記内側管内部の供給通路９６を介してエッチング剤の供給源に接続され、外側開口７５は、前記外側管内部の回収通路９７を介してエッチング剤の回収装置に接続される。
【００６７】
図８（Ｂ）に示すように、外側開口９５は、図中右側の点Ｏを中心に所定の角度θ（ラジアン）で開いた上側及び下側の半径部９５ａ，９５ｂとそれらを連結する円弧部とからなる概ね扇形の外周縁形状を有する。内側開口９４も、前記外側開口に概ね相似する扇形の外周縁形状を有する。同図において、内側管９２及び外側管９３は、その断面外形形状が同様に前記外側開口に概ね相似する扇形をなしているが、それ以外の様々な形状にすることができる。
【００６８】
エッチングノズル９１は、外側開口９５の前記扇形の中心点Ｏを中心として回転させて円周方向Ａに沿って移動させる。この場合、前記ノズルの移動方向即ち円周方向Ａを第１方向とし、それに直交する半径方向を第２方向とする。外側開口７５の外周縁形状は、第２方向の寸法を中心点Ｏからの距離即ち半径で表し、第１方向の寸法を中心点Ｏを中心とする円弧長さで表すことができる。即ち、中心点Ｏからの距離Ｒの位置にある下側半径部９５ｂ上の点における外側開口７５の第１方向の寸法Ｌは、常にＬ＝Ｒ・θとなる。
【００６９】
エッチングノズル９１は、中心点Ｏを円形ウエハ９０の中心位置に整合させ、内側開口９４及び外側開口９５をウエハ表面９０ａに対向させて配置する。外側開口９５は、前記円弧部が円形ウエハ９０の外周縁より僅かに外側に位置する大きさを有する。従って、前記ノズルを３６０°回転させると、円形ウエハ９０の表面９０ａ全面を走査することができる。エッチング液は、前記ノズルを円周方向Ａに沿って移動させつつ、供給通路９６を介して内側開口９４からウエハ表面９０ａに供給され、該表面をエッチングする。その後エッチング液は、前記表面付近の気体や固体と共に外側開口９５から回収通路９７を介して吸引除去される。
【００７０】
ウエハ表面９０ａ上の或る点Ｐにおけるエッチングノズル９１の移動速度Ｖは、その回転角速度をωとすると、該点Ｐの中心点Ｏからの距離即ち半径をｒとして、Ｖ＝ｒ・ωとなる。点Ｐがエッチング液に晒される時間は、該点Ｐを通過する前記ノズルの外側開口の第１方向の寸法Ｌを前記ノズルの移動速度Ｖで割ることによって算出される。このとき、Ｒ＝ｒであるから、点Ｐがウエハ表面９０ａの如何なる位置にあっても、エッチング液に晒される時間ｔは、ｔ＝Ｒ・θ／ｒ・ω＝θ／ωとなり、一定である。
【００７１】
上述したように、エッチング加工量は、被加工物の表面がエッチング剤に晒される時間の積算量に比例する。従って、ウエハ９０の表面９０ａは均一な深さに加工される。これにより得られる断面プロファイル９６と元の表面９０ａの断面プロファイルとの差が、加工プロファイルとなる。上述したように、前記ウエハ表面がエッチング液に晒される時間ｔは、エッチングノズル９１の外側開口９５の開き角θの関数であるから、前記加工ファイルに対応してθを決定することにより、前記ノズルの１回の走査でウエハ表面９０ａを目的の断面プロファイルに加工することができる。
【００７２】
本発明によれば、このような基本的構成に基づいて、半径方向に断面形状が変化する被加工物の表面を所望の断面プロファイルに加工することができる。図９（Ａ）（Ｂ）は、ポリッシング加工後のように板厚が半径方向に変化する円形ウエハ１００の表面１００ａを平坦で均一な厚さに加工するのに適した、本発明によるエッチングノズルの第３実施例の構成を概略的に示している。
【００７３】
本実施例のエッチングノズル１０１は、同様に内側管１０２とその外側に配置した外側管１０３とからなる２重パイプ構造を備える。内側管１０２はその先端に内側開口１０４４が設けられ、外側管１０３は前記内側管との間に外側開口１０５を画定している。内側開口１０４は、前記内側管内部の供給通路１０６を介してエッチング剤の供給源に接続され、外側開口１０５は、前記外側管内部の回収通路１０７を介してエッチング剤の回収装置に接続される。
【００７４】
図９（Ａ）に示すように、ウエハ表面１００ａは、全周に亘って半径方向の中央位置付近から中心に向けて隆起しかつ外周縁に向けて傾斜した断面プロファイルを有する。同図に想像線１０６で示す平坦面が目的の断面プロファイルであり、これと元の表面１００ａの断面プロファイルとの差が加工プロファイルとなる。
【００７５】
図９（Ｂ）に示すように、外側開口１０５は、図中右側の点Ｏを中心に開いた上側及び下側の半径部１０５ａ，１０５ｂとそれらを連結する円弧部とからなる概ね扇形の外周縁形状を有する。下側半径部１０５ｂが点Ｏから真直ぐに延長しているのに対し、上側半径部１０５は、点Ｏから前記円弧部まで湾曲した曲線状に延長している。上側半径部１０５の湾曲形状は、ウエハ１００の前記加工プロファイルに対応して決定される。
【００７６】
また、外側管１０３の断面外形形状は、図８の場合と同様に、上側及び下側の半径部分が真直ぐに延長する扇形をなしているが、それ以外の様々な形状にすることができる。図示しないが、内側管１０２の断面外形形状及び内側開口１０４の外周縁形状は、前記外側開口に概ね相似する扇形に形成することができ、又はそれ以外の様々な形状にすることができる。
【００７７】
図８のエッチングノズル９１と同様に、エッチングノズル１０１は、外側開口１０５の前記扇形の中心点Ｏを中心として回転させて円周方向Ａに沿って移動させる。前記ノズルの移動方向即ち円周方向Ａを第１方向とし、それに直交する半径方向を第２方向とする。外側開口１０５の外周縁形状は、第２方向の寸法を中心点Ｏからの距離即ち半径で表し、第１方向の寸法を中心点Ｏを中心とする円弧長さで表すことができる。
【００７８】
エッチングノズル１０１は、中心点Ｏを円形ウエハ１００の中心位置に整合させ、内側開口１０４及び外側開口１０５をウエハ表面１００ａに対向させて配置する。外側開口１０５は、前記円弧部が前記ウエハの外周縁より僅かに外側に位置する大きさを有する。従って、前記ノズルを３６０°回転させると、ウエハ表面１００ａの全面を走査することができる。エッチング液は、前記ノズルを円周方向Ａに沿って移動させつつ、供給通路１０６を介して内側開口１０４からウエハ表面１００ａに供給されて、該表面をエッチングする。その後エッチング液は、前記表面付近の気体や固体と共に外側開口１０５から回収通路１０７を介して吸引除去される。
【００７９】
図８のエッチングノズル９１に関連して上述したように、そのエッチング加工量は、外側開口９５の扇形の開き角θによって決定される。本実施例では、図９（Ａ）に示すように、ウエハ１００の板厚が最も薄い半径ｒ0 の位置における加工深さをｄmin とすると、この位置に対応するエッチングノズル１０１の外側開口１０５の第２方向の位置において、該外側開口の点Ｏを中心とした開き角は最小値θmin となり、従って該位置における第１方向の寸法は最小値Ｌmin ＝ｒ0 ・θmin となる。開き角の最小値θmin は、加工深さの最小値ｄmin 及びエッチングレートによって決定される。
【００８０】
本実施例の場合、ウエハ表面１００ａ上の任意の点Ｐにおけるエッチング加工量は、その点に対応する外側開口１０５の第１方向の寸法によって変化する。
【００８１】
ウエハ表面１０ａ上の任意の点Ｐにおける加工深さｄは、該ウエハの板厚の変動に対応する加工深さの変動量をΔｄとすると、ｄ＝ｄmin ＋Δｄで表される。点Ｐに対応するエッチングノズル１０１の外側開口１０５の第２方向の位置において、第１方向の寸法はＬ＝Ｌmin ＋ΔＬで表される。ここで、ΔＬは、加工深さの変動量Δｄに対応する第１方向の寸法の変動量である。第１方向の寸法の変動量ΔＬは、加工深さの最小値ｄmin に対する第１方向の寸法の最小値Ｌmin の比率から、Δｄに基づいて算出することができる。
【００８２】
外側開口１０５の第２方向の任意の位置における第１方向の寸法Ｌは、その位置における第２方向の寸法即ち半径Ｒと、点Ｏを中心とした開き角θとによって、Ｌ＝Ｒ・θで表される。この第２方向の任意の位置における開き角θは、第１方向の寸法の変動量ΔＬに対応する開き角の変動量をΔθとすると、θ＝θmin ＋Δθで表される。従って、開き角の変動量は、Δθ＝ΔＬ／Ｒで表される。この関係式に基づいて、上側半径部１０５ａの湾曲形状は、容易に形成することができる。このように外側開口１０５の外周縁形状を決定することによって、エッチングノズル１０１の１回の走査でウエハ表面１００ａを目的の断面プロファイル１０６に加工することができる。
【００８３】
別の実施例では、外側開口１０５の下側半径部１０５ｂを上記実施例の上側半径部１０５ａと同じ湾曲形状とし、かつ上側半径部１０５ａを直線状に形成することができる。また別の実施例では、外側開口１０５の上側及び下側半径部１０５ａ，１０５ｂの両方を湾曲形状にすることができる。この場合にも、外側開口１０５の第１方向の寸法Ｌを第２方向に沿って上記実施例と同様に設定することによって、目的の加工形状を得ることができる。
【００８４】
第３実施例のエッチングノズル１０１も、第１及び第２実施例と同様に、図２に示すエッチング装置５１に装着することができる。この場合、エッチングノズル１０１の移動手段は、被加工物に対して相対的に回転させて円周方向に移動させるように構成する。この移動手段は、被加工物を固定してエッチングノズル１０１を移動させ、又は前記エッチングノズルを固定して被加工物を移動させたり、両方とも移動させるようにすることができる。
【００８５】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、第１及び第２実施例のエッチングノズルは、いずれも被加工物の加工プロファイルに対応して、外側開口の第１方向の寸法が第２方向に沿って線形に変化している。しかしながら、被加工物の加工プロファイルが湾曲している場合には、その湾曲に対応して外側開口の第１方向の寸法を第２方向に沿って湾曲するように変化させることによって、同様に所望の加工形状を得ることができる。また、本発明は、水晶ウエハだけでなく、それ以外の圧電材料、シリコン等の半導体材料又はガラス材料のウエハ、様々な形態の被加工物について同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１，１１，１７，２２，２８，４１，７１，９１，１０１…エッチングノズル、２，１３，１８，２４，２９，４２，７２，９２，１０２…内側管、３，１４，１９，２５，３０，４３，７３，９３，１０３…外側管、４，１５，２０，２６，３１，４４，７３，９３，１０３…内側開口、５，１６，２１，２７，３２，４５，７５，９５，１０５…外側開口、６，３３，４８，７８…被加工物、６ａ，４８ａ，６３ａ，７８ａ，８０ａ，９０ａ，１０ａ…表面、７，５２…エッチング液、８，４６，７６…供給通路、９，４７，７７…回収通路、１０…単位加工痕、１２，２３…ノズル単体、５１…エッチング装置、６２，７９…加工溝、６２ａ，７９ａ…底面、６３，８０，９０，１００…ウエハ、６４，８１，９６，１０６…断面プロファイル、９５ａ，９５ｂ，１０５ａ，１０５ｂ…半径部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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