(57)【要約】【課題】  白傷欠陥の発生および重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】  表面側に光電変換素子および電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、該方法は、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方に、ＢＯＸ酸化層を形成する工程と、前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程と、前記活性層用ウェーハを薄膜化する工程とを具え、前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、所定の凹部を設け、該凹部に、複数のポリシリコンプラグを埋設して複合層を形成する工程をさらに具えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に光電変換素子および電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、
該方法は、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方に、ＢＯＸ酸化層を形成する工程と、
前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程と、
前記活性層用ウェーハを薄膜化する工程と
を具え、
前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、複数の所定の凹部を設け、該凹部に、ポリシリコンプラグを埋設して複合層を形成する工程をさらに具えることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記複合層と、他方のウェーハとの間に、単一酸化層を有する請求項１に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記支持基板用ウェーハは、Ｃを含有するｎ型半導体材料からなる請求項１または２に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記活性層用ウェーハは、ｎ型半導体層からなる活性層用基板上に、Ｓｉからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハである請求項１、２または３に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記支持基板用ウェーハのＣ濃度は、1×1016〜1×1017atoms/cm3の範囲である請求項３または４に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、前記支持基板用ウェーハおよび前記活性層用ウェーハの少なくとも一方の、前記張り合わせ面となるべき面とは反対の面に、ポリシリコン膜を形成する工程をさらに具える請求項１〜５のいずれか一項に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、それぞれのウェーハに対して６００〜８００℃の熱処理を施す工程をさらに有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の後、かつ前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、所定の有機物を吸着させる工程をさらに具える請求項１〜７のいずれか一項に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記有機物は、有機炭素化合物である請求項８に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法に関し、特に、携帯電話やデジタルビデオカメラ等に用いられる裏面照射型の固体撮像素子用ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルビデオカメラには、半導体を用いた高性能固体撮像素子が搭載されている。この固体撮像素子に要求される性能としては、高画素であることおよび動画の撮像が可能であること等が挙げられるが、この動画の撮像を実現するためには、高速演算素子およびメモリ素子との結合が必要となることから、System on Chip（SoC）が容易なＣＭＯＳイメージセンサが用いられ、このＣＭＯＳイメージセンサの微細化が伸展している。
【０００３】
しかしながら、前記ＣＭＯＳイメージセンサの微細化に伴って、必然的に、光電変換素子であるフォトダイオードの開口率が減少する結果、光電変換素子の量子効率が低下し、撮像データのＳ／Ｎ比の向上が困難になるという問題がある。このため、光電変換素子表面側にインナーレンズを挿入し入射光量を増加させる方法等が試みられているが、現在、顕著なＳ／Ｎ比の改善は実現できていない。
【０００４】
そのため、入射光量を増加させることで、画像データのＳ／Ｎ比を向上させるべく、前記光電変換素子の裏面から光を入射する試みがなされている。前記素子の裏面からの光入射は、表面からの入射と比較して、前記素子表面での反射及び回折や、前記素子の受光面積による制約がないことが最大のメリットである。一方、裏面から光を入射する場合、前記光電変換素子の基板である、シリコンウェーハの光吸収を抑制しなければならず、固体撮像素子全体としての厚みを５０μｍ未満にする必要がある。その結果、固体撮像素子の加工及びハンドリングが困難であることから生産性が極めて悪いことが問題となる。
【０００５】
上記の技術課題を克服することを目的として、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているような、裏面照射型固体撮像素子が挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１３０８９号公報
【特許文献２】特開２００７−５９７５５号公報
【０００７】
特許文献１には、支持基板を張り合わせて強度を確保してから半導体基板を薄膜化し、また、支持基板を薄膜化して貫通配線を形成するので、簡便、容易に、照射面の反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子を製造することができる固体撮像素子の製造方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、半導体基板の内部応力及び歪を小さくできるとともに、薄膜化された半導体基板表面への色フィルタやマイクロレンズなどのプロセス加工を高精度になし得るようにした固体撮像装置およびその製造方法が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の固体撮像素子は、いずれも、その基板（ウェーハ）のゲッタリング能力が低いため、白傷欠陥が発生するという問題や、製造プロセスにおいて、重金属汚染が発生するという問題があり、裏面照射型の固体撮像素子を実用化するためには、それらの問題を解決する必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、白傷欠陥の発生および重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）表面側に光電変換素子および電荷転送トランジスタを含む複数の画素を有し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、該方法は、支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方に、ＢＯＸ酸化層を形成する工程と、前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程と、前記活性層用ウェーハを薄膜化する工程とを具え、前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、複数の所定の凹部を設け、該凹部に、ポリシリコンプラグを埋設して複合層を形成する工程をさらに具えることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１２】
（２）前記複合層と、他方のウェーハとの間に、単一酸化層を有する上記（１）に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１３】
（３）前記支持基板用ウェーハは、Ｃを含有するｎ型半導体材料からなる上記（１）または（２）に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１４】
（４）前記活性層用ウェーハは、ｎ型半導体層からなる活性層用基板上に、Ｓｉからなるエピタキシャル膜を形成してなるエピタキシャルウェーハである上記（１）、（２）または（３）に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１５】
（５）前記支持基板用ウェーハのＣ濃度は、1×1016〜1×1017atoms/cm3の範囲である上記（３）または（４）の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１６】
（６）前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、前記支持基板用ウェーハおよび前記活性層用ウェーハの少なくとも一方の、前記張り合わせ面となるべき面とは反対の面に、ポリシリコン膜を形成する工程をさらに具える上記（１）〜（５）のいずれか一に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１７】
（７）前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、それぞれのウェーハに対して６００〜８００℃の熱処理を施す工程をさらに有する上記（１）〜（６）のいずれか一に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１８】
（８）前記ＢＯＸ酸化層を形成する工程の後、かつ前記支持基板用ウェーハと、前記活性層用ウェーハとを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、所定の有機物を吸着させる工程をさらに具える上記（１）〜（７）のいずれか一に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１９】
（９）前記有機物は、有機炭素化合物である上記（８）に記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法によれば、白傷欠陥の発生および重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を説明するためのフローチャートであり、図２(a)，(b)は、それぞれ本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法において用いられる支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの断面を模式的に示した図である。また、図３(a)〜(c)は、図１(c)のポリシリコンプラグの形状の例を模式的に示した平面図である。
【００２２】
図１に示すように、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法は、支持基板用ウェーハ１０（図１(a)）および活性層用ウェーハ２０（図１(d)）の少なくとも一方に、ＢＯＸ酸化層３０を形成する工程（図１(ｂ)）と、前記支持基板用ウェーハ１０と、前記活性層用ウェーハ２０とを張り合わせる工程（図１(e)）と、前記活性層用ウェーハ２０を薄膜化する工程（図１(f)）とを具え、前記支持基板用ウェーハと１０、前記活性層用ウェーハ２０とを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層３０の、他方のウェーハとの張り合わせ面３０ａに、所定の凹部４０を設け、該凹部４０に、複数のポリシリコンプラグ５０を埋設して複合層６０を形成する工程（図１(c)）をさらに具えることを特徴とし、この方法により、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１００(図１(f))を形成すれば、前記ポリシリコンプラグ５０が、重金属のゲッタリングシンクとして働き、重金属をゲッタリングする働きをすることにより、前記ウェーハ１００を裏面照射型固体撮像素子に用いた場合に、従来の撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生および重金属汚染を有効に抑制することが可能となる。なお、図１では、一例として、支持基板用ウェーハ１０のみにＢＯＸ酸化層３０を形成し、このＢＯＸ酸化層３０の、活性層用ウェーハ２０との張り合わせ面３０ａに、所定の凹部４０を設け、該凹部４０に、複数のポリシリコンプラグ５０を埋設して複合層６０を形成しているが、これは本実施形態の一例を示しているだけであって、前記ＢＯＸ酸化層３０は、前記活性層用ウェーハ２０に形成してもよいし、前記支持層用ウェーハ１０および前記活性層用ウェーハ２０の両方に形成してもよい。
【００２３】
（支持基板用ウェーハ）
図２(a)に示される前記支持基板用ウェーハ１０は、ゲッタリング能力強化の点から炭素（Ｃ）を含有するｎ型半導体材料からなるのが好ましく、比抵抗は、1〜20Ω・cmであるのが好ましい。
【００２４】
さらに、前記支持基板用ウェーハ１０のＣ濃度は、1×1016〜1×1017atoms/cm3の範囲であるのが好ましい。1×1016atoms／cm3未満では、Ｃ濃度が低く、ゲッタリング能力を十分に発揮できず、白傷欠陥および重金属汚染の抑制を十分にできないおそれがあるためであり、1×1017atoms／cm3を超える場合、酸素析出物のサイズが50nm未満となり重金属をゲッタリング可能な歪エネルギーを保持できないためである。
【００２５】
（活性層用ウェーハ）
前記活性層用ウェーハ２０は、図２(b)に示されるように、ｎ型半導体層からなる活性層用基板２１上に、Siからなるエピタキシャル膜２２を形成してなるエピタキシャルウェーハ２０であるのが好ましい。また、前記活性層用基板２１は、ゲッタリング能力強化の点からＣを含有し、比抵抗が、3〜15Ω・cmであるのが好ましい。Ｃを含有するｎ型半導体材料からなる活性層用基板２１上に形成した前記エピタキシャル膜２２は、Ｃを含有する前記活性層用基板２１のゲッタリング効果により、欠陥が少なく高品質のエピタキシャル膜２２を得ることができるからであり、このエピタキシャル膜２２を前記複合層６０上に形成すれば、固体撮像素子を製造した際、白傷欠陥および重金属汚染の発生の抑制効果がさらに向上されるためである。
【００２６】
さらに、前記活性層用基板２１のＣ濃度は、1×1016〜1×1017atoms/cm3の範囲であるのが好ましい。前記支持基板用ウェーハ１０のＣ濃度と同様に、1×1016atoms／cm3未満では、Ｃ濃度が低く、ゲッタリング能力を十分に発揮できないため、エピタキシャル膜２２に発生する白傷欠陥および重金属汚染の抑制を十分にできないおそれがあるためであり、1×1017atoms／cm3を超える場合、前記酸素析出物のサイズが極小となるためゲッタリングに必要な歪エネルギーを保持することが困難となり、ゲッタリング能力が低下する恐れがあるためである。
【００２７】
さらにまた、前記支持基板用ウェーハ１０がＣを含有する場合、この含有されるＣ原子は、前記複合層６０との界面直下に、高濃度炭素領域として存在するのが好ましい。この高濃度炭素領域とは、前記支持基板用ウェーハ１０中のＣ濃度が局所的に大きくなった領域のことをいい、この高濃度炭素領域が、ゲッタリングシンクとしての役目を有効に果たすため、白傷欠陥の発生および重金属汚染に対する抑制効果をさらに向上させることができるためである。
【００２８】
なお、前記支持基板用ウェーハ１０および前記活性層用ウェーハ２０に、所定量のＣを含有させる方法としては、シリコン基板中にＣ原子をドーピングする方法や、イオン注入の方法等が挙げられる。また、前記支持基板用ウェーハ１０および前記活性層用ウェーハ２０中に、Ｏ原子を含有させることもできる。Ｏ原子を含有させることで、ゲッタリング効果のために含有させたＣ原子が、エピタキシャル膜２２へと拡散するのを抑制することができるため有効である。
【００２９】
また、図には示されていないが、本発明による製造方法では、ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、前記支持基板用ウェーハ１０および前記活性層用ウェーハ２０の少なくとも一方の、前記張り合わせ面となるべき面とは反対の面に、ポリシリコン膜を形成する工程をさらに具えるのが好ましい。前記ポリシリコン膜を形成すれば、ゲッタリングシンクとしての役目を果たすため、さらなるゲッタリング効果の向上が望めるからである。
【００３０】
（複合層）
前記ＢＯＸ酸化層３０は、Ｗｅｔ酸化により形成されるのが好ましい。緻密な膜が形成でき貼り合わせに適した界面を形成できるためである。
【００３１】
また、前記ＢＯＸ酸化層３０の、他方のウェーハ２０との張り合わせ面３０ａに設けられる前記凹部４０は、前記ＢＯＸ酸化層３０を貫通せず、ドライエッチングにより形成されるのが好ましい。凹部の形状精度を高精度に実現するためである。また、前記凹部４０の形状は任意の形状とすることができ、例えば、図３に示すように、島状（図３(a)）、ライン状（図３(b)）およびテクスチャ状（図３(c)）とすることができる。
【００３２】
前記凹部４０に埋設されるポリシリコンプラグ５０は、前記凹部４０にポリシリコンを埋め込むことにより形成される。前記ポリシリコンプラグ５０の厚さｄは、前記複合層６０の厚さＤの50〜70％とするのが好ましい。前記厚さｄが50％未満だと、ポリシリコンによるゲッタリング能力が低下するおそれがあり、また、70％を超えても、ポリシリコン形成に時間がかかり、生産効率が低くなるためである。また、前記ポリシリコンプラグ５０の総上部面積ｓは、前記支持基板用ウェーハ１０の上部面積Ｓの70〜90％とするのが好ましい。前記面積ｓが70％未満だと、ゲッタリング能力が低下するおそれがあり、90％を超えると、ポリシリコンプラグと活性総基板との貼り合わせ強度が低下するおそれがあるためである。
【００３３】
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法は、ＢＯＸ酸化層を形成する工程の前に、それぞれのウェーハ１０，２０に対して600〜800℃の熱処理を施す工程をさらに有するのが好ましい。この熱処理によれば、酸素析出が促進されるため、高密度な酸素析出物の形成が可能になるためである。
【００３４】
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法は、図１には示されていないが、前記ＢＯＸ酸化層３０形成工程後、かつ前記支持基板用ウェーハ１０と、前記活性層用ウェーハ２０とを張り合わせる工程の前に、前記ＢＯＸ酸化層３０の、他方のウェーハとの張り合わせ面に、所定の有機物を吸着させる工程をさらに具えるのが好ましい。前記有機物を貼り合わせ面に吸着させて貼り合わせを行えば、貼り合わせの際の熱処理により、前記有機物が前記貼り合わせ界面において高濃度炭素領域を形成するため、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１００のさらなるゲッタリング能力の向上が望めるためである。
【００３５】
さらに、前記有機物は、有機炭素化合物、例えば、Ｎメチルピロリドンまたはポリビニルピロリドン等とするのが好ましい。上記いずれかの有機炭素化合物を用いれば、前記高濃度炭素領域の形成を簡便に行うことができるためである。
【００３６】
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法は、図１には示されていないが、前記複合層６０と、他方のウェーハとの間に、単一酸化層を有するのが好ましい。前記複合層６０に埋設されたポリシリコンプラグ５０と、前記活性層用ウェーハ２０との分離を容易にするためである。
【００３７】
なお、上述したところは、この発明の一例を示したにすぎず、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハをサンプルとして作製し、性能を評価したので、以下で説明する。
（実施例１）
実施例１は、図１および図２に示すように、支持基板用ウェーハ１０(図１(a)および図２(a))に、Ｗｅｔ酸化によりＢＯＸ酸化層３０を形成し（図１(b)）、このＢＯＸ酸化層３０に、ドライエッチングにより複数の円柱形状の凹部４０を形成し、これら凹部４０に、ＣＶＤ法により複数のポリシリコンプラグを埋設して複合層を形成した（図１(c)）。また、活性層用基板２１上に、ＣＶＤ法によりＳｉからなるエピタキシャル膜２２を形成してなるエピタキシャルウェーハを活性層用ウェーハ２０として用意した(図１(d)および図２(b))。
【００３９】
その後、前記支持基板用ウェーハ１０と、前記活性層用ウェーハ２０とを貼り合わせた後(図１(d))、前記活性層用ウェーハ２０を、研磨および化学エッチングにより薄膜化することにより、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１００を作製した（図１(f)）。
【００４０】
（実施例２）
実施例２は、前記ポリシリコンプラグの厚さを変化させたこと以外は、実施例１と同様の方法により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを作製した。
【００４１】
（実施例３）
実施例３は、前記ポリシリコンプラグの総上部面積を変化させたこと以外は、実施例１と同様の方法により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを作製した。
【００４２】
（実施例４）
実施例４は、前記ポリシリコンプラグの総上部面積を変化させたこと以外は、実施例２と同様の方法により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを作製した。
【００４３】
（比較例１）
前記シリコンプラグ５０を形成しないこと以外は、実施例１と同様の方法により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを作製した。
【００４４】
（評価方法）
上記実施例１〜４および比較例１で作製した各サンプルについて評価を行った。評価方法を以下に示す。
【００４５】
（１）白傷欠陥
上記実施例１〜４および比較例１で作製した各サンプルを用いて裏面照射型固体撮像素子を作製し、その後、該裏面照射型固体撮像素子について、半導体パラメータ解析装置を用いて、フォトダイオードの暗時リーク電流を測定し画素データ（白傷欠陥の個数データ）に変換することで、単位面積（１cm2）あたりの白傷欠陥の個数を測定し、白傷欠陥の発生の抑制について評価した。以下に評価基準を示し、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個以下
○：５個超え、５０個以下
×：５０個超え
【００４６】
（２）重金属汚染
得られたサンプルについて、スピンコート汚染法により、サンプルの表面をニッケル（1.0×1012atoms/cm2）で汚染させた後、９００℃で１時間熱処理を施し、その後、サンプルの表面を選択エッチングすることによりサンプル表面の欠陥密度（個/cm2）を測定した。評価結果は以下の通りであり、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個未満
○：５個以上、５０個未満
×：５０個以上
【００４７】
【表１】
2010062414.tif 000003
【００４８】
表１の結果から、実施例１〜４は、比較例１に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染について抑制できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法によれば、白傷欠陥の発生および重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法のフローチャートである。
【図２】(a)支持基板用ウェーハの断面を示す模式図である。(b)活性層用ウェーハの断面を示す模式図である。
【図３】ポリシリコンプラグの形状の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０    支持基板用ウェーハ
２０    活性層用ウェーハ
２１    活性層用基板
２２    エピタキシャル膜
３０    ＢＯＸ酸化層
４０    凹部
５０    ポリシリコンプラグ
６０    複合層
１００  裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ
Ｄ      複合層の厚さ
ｄ      ポリシリコンプラグの厚さ
Ｓ      支持基板用ウェーハの上部面積
ｓ      ポリシリコンプラグの上部面積
【図１】
2010062414.tif 000004
【図２】
2010062414.tif 000005
【図３】
2010062414.tif 000006