(57)【要約】【課題】平坦でないワーク被成膜面であっても膜厚分布のばらつきを抑えることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を提供する。【解決手段】処理室１０内に生起されたプラズマ中で、凹凸を有するワーク３０に成膜を行うプラズマ成膜装置であって、処理室１０内に設けられ、ワーク３０を保持可能なワーク保持部１２と、処理室１０内でワーク保持部１２に対向して設けられ、ワーク３０の凹部３２の内側に位置させることが可能な凸部２３を有する電極２１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に生起されたプラズマ中で、凹部を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、
前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、
前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凹部の内側に位置させることが可能な凸部を有する電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
処理室内に生起されたプラズマ中で、凸部を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、
前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、
前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凸部を内側に位置させることが可能な凹部を有する電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項３】
処理室内に生起されたプラズマ中で、凹凸を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、
前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、
前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凹部の内側に位置させることが可能な凸部と、前記ワークの凸部を内側に位置させることが可能な凹部とを有する電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記電極の前記凸部の表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項５】
処理室内に生起されたプラズマ中でワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、
前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、
各々が前記ワーク保持部側への突出量を可変に、前記ワーク保持部に対向して設けられた複数の電極と、
を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記電極は中空状に形成され、前記電極の内部を通じて、前記処理室内で前記ワーク保持部に保持された前記ワークの近傍にガス供給可能であることを特徴とする請求項５記載のプラズマ成膜装置。
【請求項７】
処理室内に設けられたワーク保持部にワークを保持し、
各々が前記ワーク保持部側への突出量を可変に前記ワーク保持部に対向して設けられた複数の電極の前記突出量を前記ワークの形状に合わせて個々に設定した状態で、前記電極に電力を印加して前記処理室内にプラズマを生起し前記ワークに成膜を行うことを特徴とするプラズマ成膜方法。
【請求項８】
前記電極は中空状に形成され、前記電極の内部を通じて、前記処理室内で前記ワーク保持部に保持された前記ワークの近傍にガスを供給することを特徴とする請求項７記載のプラズマ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内に生起されたプラズマ中でワークに対して成膜を行うプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関し、特に凹凸のあるワークに対する成膜に適したプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用ヘッドランプのランプリフレクターの製造工程において、リフレクターの内側表面に反射膜としてのアルミニウム等の金属膜を成膜した後、その金属膜上にプラズマ重合によって保護膜を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９５６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、プラズマ重合は、成膜対象物であるワークを保持するワーク保持部を一方の電極とし、このワーク保持部に対向する電極（上部電極とする）を他方の電極とした対向電極間で放電を起こして原料ガスをプラズマ化させ重合反応を行わせる。従来、上部電極としては平板形状もしくは棒状のものが使われており、例えばランプリフレクターのように被成膜面に凹凸があるワークについては、上部電極に対する対向距離に差がある凹部と凸部とで成膜レートにばらつきが生じ、膜厚分布がばらつくといった問題があった。特に凹部の内側の奥に膜が付き難いことが問題となっていた。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、平坦でないワーク被成膜面であっても膜厚分布のばらつきを抑えることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、処理室内に生起されたプラズマ中で、凹部を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凹部の内側に位置させることが可能な凸部を有する電極と、を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置が提供される。  
また、本発明の他の一態様によれば、処理室内に生起されたプラズマ中で、凸部を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凸部を内側に位置させることが可能な凹部を有する電極と、を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置が提供される。  
また、本発明のさらに他の一態様によれば、処理室内に生起されたプラズマ中で、凹凸を有するワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、前記処理室内で前記ワーク保持部に対向して設けられ、前記ワークの凹部の内側に位置させることが可能な凸部と、前記ワークの凸部を内側に位置させることが可能な凹部とを有する電極と、を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置が提供される。  
また、本発明のさらに他の一態様によれば、処理室内に生起されたプラズマ中でワークに成膜を行うプラズマ成膜装置であって、前記処理室内に設けられ、前記ワークを保持可能なワーク保持部と、各々が前記ワーク保持部側への突出量を可変に、前記ワーク保持部に対向して設けられた複数の電極と、を備えたことを特徴とするプラズマ成膜装置が提供される。  
また、本発明のさらに他の一態様によれば、処理室内に設けられたワーク保持部にワークを保持し、各々が前記ワーク保持部側への突出量を可変に前記ワーク保持部に対向して設けられた複数の電極の前記突出量を前記ワークの形状に合わせて個々に設定した状態で、前記電極に電力を印加して前記処理室内にプラズマを生起し前記ワークに成膜を行うことを特徴とするプラズマ成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、平坦でないワーク被成膜面であっても膜厚分布のばらつきを抑えることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図。
【図２】同プラズマ成膜装置における電極の凸部の他の具体例を示す模式図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図。
【図５】同第３実施形態における電極のフィードスルーを示す模式図。
【図６】本発明の第４実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図。
【図７】図４の装置を、図４とは異なるワーク形状のものに適用した形態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図である。本実施形態に係るプラズマ成膜装置は、気密容器１１、電極２１、ワーク保持部１２などを備える。
【００１１】
気密容器１１の内部には処理室１０が形成されている。図示の例では、気密容器１１の上部壁にガス導入口１５が形成され、側壁部に排気口１６が形成されている。ガス導入口１５はガス供給管、ガス供給源などのガス供給系に接続され、排気口１６は排気管、真空ポンプなどの真空排気系に接続されている。ガス導入量と排気量の制御により、処理室１０内を所望のガスによる所望の圧力下にすることができる。
【００１２】
処理室１０の底部にはワーク保持部１２が設けられている。ワーク保持部１２は、気密容器１１の底部壁を貫通するロッド部１３を有する。気密容器１１の底部壁におけるロッド部１３が貫通する部分には、処理室１０内の気密状態を確保しつつロッド部１３の上下動（昇降）を可能にするフィードスルー１４が設けられている。ロッド部１３は処理室１０の外部で駆動機構に連結され、その駆動機構の駆動によりワーク保持部１２は処理室１０内を昇降することができる。
【００１３】
本実施形態における成膜対象物であるワーク３０は、例えば自動車等のランプリフレクターであり凹凸を有する。ワーク３０は、全体としては半球形もしくは椀状に形成され、その内表面に複数のリブ状の凸部３１が形成され、それら凸部３１の間が凹部３２となる。凸部３１は、デザインや補強などの理由から設けられ、また凹部３２に光源を配置する構成では凸部３１はライトガイドとして設けられることもある。
【００１４】
処理室１０の上部には、ワーク保持部１２に対向して電極２１が設けられている。電極２１およびワーク保持部１２は、処理室１０内に放電を生じさせる対向電極として機能し、電極２１は処理室１０の外部に設けられた電源２５に接続され、ワーク保持部１２及び気密容器１１の壁部は接地されている。また、電極２１と電源２５との間には、インピーダンス整合用のマッチングボックス（図示せず）が接続されている。
【００１５】
電極２１は、板状のベース部２２と凸部２３とを有する。ベース部２２の一方の面側は、絶縁部材２４を介して気密容器１１の上部壁に取り付けられている。ベース部２２の他方の面側は処理室１０内に臨んでワーク保持部１２に対向している。そのベース部２２の他方の面側に凸部２３が設けられている。ベース部２２及び凸部２３は、金属材料からなる。なお、本明細書で「金属」とは純金属に限らず合金も含む。ベース部２２と凸部２３とは、一体に形成してもよいし、別体のものを結合させてもよい。
【００１６】
絶縁部材２４および電極２１におけるベース部２２の周囲は遮蔽体１７で覆われ、その部分の膜付着を防ぐ構造となっている。
【００１７】
次に、本実施形態に係るプラズマ成膜装置を用いたワーク３０への成膜について説明する。本実施形態では、成膜材料の元素を含む原料ガスとして例えばモノマーガスを処理室１０内に導入し、そのモノマーガスをプラズマ化させて、気相中またはワーク３０表面で重合反応を起こさせて、ワーク３０表面にポリマー（高分子）膜を形成する例を挙げて説明する。
【００１８】
例えばランプリフレクターであるワーク３０の内側表面にはすでにアルミニウム等の金属膜が反射膜として形成されており、本実施形態では、その反射膜の上にポリマー膜を形成する。このポリマー膜は、反射膜を腐食等から保護する保護膜として機能する。なお、保護膜以外にも、ワーク３０表面に親水性、撥水性（疎水性）、装飾性、その他光学的特性、電気的特性を付与する膜を成膜してもよい。
【００１９】
ワーク３０は、凸部３１及び凹部３２が設けられた被成膜面を電極２１に対向させた状態でワーク保持部１２の上に保持される。電極２１の凸部２３は、ワーク保持部１２側に向けて突出しており、ワーク保持部１２上に保持されたワーク３０の凹部３２の内側に位置させることが可能となっている。
【００２０】
処理室１０内にワーク３０を搬出入するときは、ワーク３０の凹部３２内に電極２１の凸部２３が入り込まない位置までワーク保持部１２が下方に下げられている。その状態でワーク３０がワーク保持部１２上にセットされる。このとき、電極２１の凸部２３の下にワーク３０の凹部３２が位置するようにワーク３０は位置決めされる。そして、ワーク保持部１２が上昇することで、図１に示すように、ワーク３０の凹部３２の内側に電極２１の凸部２３が入り込む。電極２１の凸部２３は、ワーク３０の凸部３１には接触しない状態で、ワーク３０の凹部３２の内壁面（底面及び側壁面）に対向する。
【００２１】
その状態で、ガス導入口１５よりモノマーガスを処理室１０内に導入し、電源２５から電極２１に高周波電圧を印加すると、電極２１とワーク保持部１２とを対向電極とする放電が生じ、モノマーガスがプラズマ化される。このプラズマ化により生成したイオンまたはラジカルが重合反応を起こして、ワーク３０において電極２１に対向している被成膜面にポリマー膜が形成される。
【００２２】
一般に、対向電極間の放電により生成したプラズマ中の電子は接地されたチャンバ壁やワーク保持部側に引き寄せられ、正イオンまたはラジカルは、ワーク保持部に対向する電極（上部電極とする）の負の電位に引き寄せられる。したがって、上部電極近傍に、成膜に寄与するイオンやラジカルが集まるため、上部電極に近い部分ほど成膜レートが高い傾向がある。
【００２３】
ここで、成膜対象物であるワークが例えば半導体ウェーハ、樹脂基板、ガラス基板などであり、被成膜面が平坦（目視でのマクロ的に見て平坦）である場合には、上部電極として平板電極を使っても、上部電極とワーク被成膜面との距離は面方向でばらつきがなく、よって成膜レートすなわち膜厚の面方向分布も均一にできる。
【００２４】
しかし、ワークに凹凸（目視でのマクロ的に見た凹凸）がある場合に、平板電極を使うと、電極により近い凸部に対しては成膜レートが高く膜厚が比較的厚くなり、電極に対してより離れた凹部（特にその底面）に対しては成膜レートが低く膜厚が比較的薄くなる傾向にある。すなわち、凹凸のある被成膜面全体に均一な厚さでの成膜が困難であり、場合によっては凹部に膜が付かないことや、極薄く付く程度にとどまりピンホール等の欠陥を生じさせるといったことも懸念される。
【００２５】
これに対して本実施形態では、ワーク３０に対向する電極２１に凸部２３を設け、その凸部２３をワーク３０の凹部３２の内側に入り込ませた状態で放電およびプラズマを起こさせる。したがって、ワーク３０の凹部３２内にも、成膜に寄与する十分な量のイオンやラジカルを存在させることができ、その凹部３２の内壁面でもしくはその近傍で効率よく重合反応を生じさせて成膜レートの低下を抑制することができる。この結果、ワーク凹部３２における相対的な膜厚低下を抑制して、凹凸を有するワーク３０の被成膜面全体にわたって膜厚の均一化を図ることができ、膜厚ばらつきによる機能的、構造的、意匠的な不具合を防ぐことができる。
【００２６】
電極２１の凸部２３の形状は、例えば棒状、角柱状、円柱状、板状など任意であり、ワーク保持部１２に保持されたワーク３０の凹部３２の内側に入り込ませて、その凹部３２内壁面に対して離間した状態で対向できればよい。
【００２７】
また、図２に示すように、電極２１の凸部２３の表面に凹凸を形成し、その表面積の拡大を図ってもよい。この形態によれば、ワーク３０の凹部３２の内側にて、成膜に寄与するイオンやラジカルを引き寄せるための面積が大きくなり、より多くのイオンやラジカルを凹部３２内に存在させることができる。この結果、凹部３２内の成膜レートをより向上でき、例えば凹部３２の内壁面の面積が比較的大きな場合や凹部３２が深い場合であっても確実に所望の厚さの膜を成膜することができる。
【００２８】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図である。なお、前述した実施形態と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
本実施形態では、電極４１におけるワーク３０に対向する部分に、ワーク３０の凹凸に合わせて凹凸を形成している。すなわち、電極４１は、ワーク３０の凹部３２に対応した凸部４２と、ワーク３０の凸部３１に対応した凹部４３を有する。電極４１の凸部４２はワーク３０の凹部３２の内側に位置させることが可能であり、逆に、電極４１の凹部４３の内側にはワーク３０の凸部３１を位置させることが可能である。
【００３０】
そして、図３に示すように、電極４１の凸部４２をワーク３０の凹部３２の内側に入り込ませた状態で、且つワーク３０の凸部３１を電極４１の凹部４３の内側に入り込ませた状態で、電極４１に例えば高周波電圧を印加して処理室１０内に放電およびプラズマを起こさせる。
【００３１】
これにより、前述した実施形態と同様、ワーク３０の凹部３２の内壁面への成膜レートを向上させることはもちろん、本実施形態においては、ワーク３０の凸部３１における凹部３２に面しない反対側の側壁面３１ａに対しても電極４１がすぐ近くで対向しているため、その凸部３１の側壁面３１ａへの成膜レートも向上させることができる。さらに、本実施形態では、電極４１において、ワーク３０の凹状の曲面部に対向する部分が、そのワーク３０の凹状曲面の曲率に合わせて凸状の曲面状に形成されている。
【００３２】
すなわち、本実施形態によれば、電極４１におけるワーク３０の被成膜面に対向する部分が全体にわたって、ワーク３０の形状に合わせて凹凸および曲面状に形成されている。このため、ワーク３０の被成膜面全体にわたって電極４１との対向距離のばらつきが小さく、結果として、被成膜面近傍におけるイオンやラジカルの場所の違いによる存在量のばらつきを抑えて、被成膜面全体に均一な厚さでの成膜が可能となる。
【００３３】
また、電極４１の表面全体がワーク３０の被成膜面に対してすぐ近くで対向しているため、成膜に寄与するイオンやラジカルを効率的に電極４１とワーク３０の被成膜面との間に集めることができ、相対的に被成膜面以外の他の部分におけるイオンやラジカルの存在量を少なくすることができ、チャンバー内壁面や遮蔽体１７などへの膜付着量を少なくすることができる。この結果、チャンバー内壁面や遮蔽体１７などに付着した膜が剥がれ落ちることによるワーク汚染を抑制でき、また処理室内クリーニング等のメンテナンス回数も減らすことができる。
【００３４】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図である。なお、前述した実施形態と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
本実施形態では、処理室１０の上部に板状の電極ベース部５２が設けられ、その電極ベース部５２に対して複数の電極５１が保持されている。電極ベース部５２及び各電極５１は金属材料からなり、相互に電気的に導通している。電極ベース部５２は電源２５に接続され、電極ベース部５２に高周波電圧が印加されると、各電極５１に対しても高周波電圧が印加される。
【００３６】
電極ベース部５２は、絶縁部材２４を介して気密容器１１の上部壁に取り付けられている。各電極５１は、図５に例示するようなフィードスルー５３を介して、電極ベース部５２に保持されている。
【００３７】
フィードスルー５３は筒状に形成され、その内部に電極５１が上下動可能に通されている。各電極５１は棒状または板状に形成され、各電極５１の下端部は処理室１０内に突出し、ワーク保持部１２上に保持されたワーク３０に対向可能となっている。各電極５１の上端部は気密容器１１の外部に突出している。フィードスルー５３にはＯリング５４、５５が装着され、その内周面に電極５１の外周面が密着している。その状態で各電極５１は上下動可能であり、すなわち、各電極５１は処理室１０内の気密状態を維持したまま上下動可能となっている。
【００３８】
各電極５１を上下動させることによって、各電極５１の処理室１０内への突出量を変えることができる。そして本実施形態では、ワーク３０の形状に合わせて各電極５１の突出量を調整している。すなわち、ワーク３０の凹部３２の上に位置する電極５１は凹部３２の内側に入り込む位置まで下降させ、ワーク３０の凸部３１の上に位置する電極５１については凸部３１に当たらないように突出量を小さくしている。
【００３９】
このようにワーク３０の形状に合わせて各電極５１の突出量を調整することで、ワーク３０の被成膜面全体にわたって電極５１との対向距離のばらつきを小さくでき、結果として、被成膜面近傍におけるイオンやラジカルの場所の違いによる存在量のばらつきを抑えて、被成膜面全体に均一な厚さでの成膜が可能となる。
【００４０】
本実施形態の構成によれば、複数の電極５１の処理室１０内への突出量を個々に調整できるため、あらゆるワーク形状に対応可能であり、形状の異なるワークごとに電極を作り変える必要がない。
【００４１】
各電極５１を上下動させるにあたっては、処理室１０の外部に突出している部分を手動で操作してもよいし、油圧や空圧シリンダ駆動、電動モーターを使用した電気制御によって動かしてもよい。いずれにしても、フィードスルー５３によって処理室１０内の気密状態を維持したまま各電極５１の上下動を行えるため、処理室１０内を大気開放させる必要がなく、装置のダウンタイムを抑制して効率的な生産を行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態は、凹凸を有するワークに対してだけでなく、例えば図７に示すように、被成膜面が曲面状に形成されたワーク７０に対しても有効である。この場合にも、ワーク７０の被成膜面全体にわたって電極５１との対向距離のばらつきを小さくでき、被成膜面全体に均一な厚さでの成膜が可能となる。
【００４３】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態に係るプラズマ成膜装置の構成を例示する模式図である。なお、上記図４に示す第３実施形態と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
本実施形態においても、処理室１０の上部に板状の電極ベース部５２が設けられ、その電極ベース部５２に対して複数の電極６１が、処理室１０内の気密状態を維持したまま上下動可能に保持されている。
【００４５】
さらに、本実施形態では、各電極６１は中空状に形成され、各電極６１の内部を通じて、処理室１０内でワーク保持部１２に保持されたワーク３０の被成膜面の近傍にガス供給可能となっている。
【００４６】
例えば、各電極６１は、処理室１０の外部でフレキシブルチューブ６２を介して、各電極６１に共通に設けられたガス導入室（もしくはガス滞留室）６５に接続されている。ガス導入室６５には、ガス導入口６６を介して図示しないガス供給源から原料ガスが導入される。なお、各電極６１へのガス導入機構としては、共通のガス導入室のようなものを設けずに個々の電極６１ごとにガス供給源に接続させてもよい。また、複数の電極６１のすべてをガス供給可能な構造にすることに限らず、ガス供給系につながらずに単に電極として機能するものも混在していてもよい。なお、少なくとも、膜が付きにくいワーク３０の凹部３２に入り込んだ電極６１にはガス導入機構を設けることが望ましい。
【００４７】
本実施形態によれば、ワーク３０の形状に合わせて各電極６１の突出量を調整することで、ワーク３０の被成膜面全体にわたって電極６１との対向距離のばらつきを小さくできることに加えて、ワーク被成膜面の全面にわたってその近傍に均一に効率よくガス供給することができるので、ガス分布のばらつきに起因した成膜レートのばらつきも抑制することができる。結果として、被成膜面全体に、より均一な厚さでの成膜が可能となる。
【００４８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、それらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４９】
成膜対象物であるワークは、自動車用のランプリフレクターに限らず、他用途に用いられるランプリフレクターであってもよく、さらにはランプリフレクターにも限ることはなく、膜厚にばらつきが生じやすい凹凸を有するワークに本発明は有効である。
【００５０】
処理室内に導入されるガス種やワークに形成される膜種も前述した実施形態に限られるものではなく、ポリマー膜の形成以外にも、その他の絶縁膜、金属膜、半導体膜の成膜にも適用可能である。すなわち、処理室内で原料ガスをプラズマ化させ、原料ガスの分解、重合、還元、酸化などの化学反応を起こさせてワーク表面に膜を形成するプラズマ成膜に本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…処理室、１２…ワーク保持部、２１，４１，５１，６１…電極、２３，４２…電極の凸部、４３…電極の凹部、３０…ワーク、３１…ワークの凸部、３２…ワークの凹部
【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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