(57)【要約】      （修正有）【課題】媒体保持部の熱的損傷を防止し、適切な量のプラズマ媒体を供給することができるプラズマ光源を提供する。【解決手段】プラズマ光源は、プラズマを発生すると共にプラズマを閉じ込める一対の同軸状電極を備える。同軸状電極は、中心電極１２と、中心電極１２の外周を囲むように設けられた外部電極とを有する。中心電極１２の側面には媒体保持部１８が設けられている。媒体保持部１８は凹部１９を有する。凹部１９はその周囲の表面１８ａよりも多量のプラズマ媒体６を保持し、レーザー装置のレーザー光４２は凹部に照射される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と、前記中心電極及び前記外部電極の間を絶縁する絶縁体とを有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、
前記中心電極の側面に設けられ、前記プラズマのプラズマ媒体を保持する媒体保持部と、
各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、
前記媒体保持部においてアブレーションを行うと共に前記放電電圧によるプラズマシートを発生させるためのレーザー光を照射するレーザー装置と
を備え、
前記媒体保持部は、前記プラズマ媒体を保持する少なくとも１つの凹部を有し、
前記レーザー光は前記凹部に照射される
ことを特徴とするプラズマ光源。
【請求項２】
前記凹部は、前記中心電極の周方向に延伸した溝状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極端紫外光を生成するプラズマ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路の更なる微細化を図るため、極端紫外光がフォトリソグラフィにおける次世代の照射光として注目されている。極端紫外光の生成方式としては、高エネルギー密度プラズマを利用したものが知られている。この方式では、プラズマ光源において高温プラズマが生成され、その輻射光として極端紫外光が放射される。高温プラズマは主に、パルスレーザーの照射を用いるレーザー生成プラズマ（ＬＰＰ：Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式、又はパルス放電を用いる放電プラズマ（ＤＰＰ：Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｍａ）方式によって生成される。
【０００３】
特許文献１は、ＤＰＰ方式のプラズマ光源を開示している。このプラズマ光源では、初期放電にプラズマの媒体を導入するため、レーザー光のアブレーション（以下、レーザーアブレーションと称する）を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４７２３１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フォトリソグラフィでは露光時間の制御が極めて重要である。そのため、十分な強度及び輝度の光を確保するだけでなく、これらを安定に得る必要がある。つまり、ＤＰＰ方式のプラズマ光源においては毎回の放電を確実に行い、パルス状のプラズマを連続的に生成することが肝要である。また、極端紫外光を得るにはプラズマの高温化が必須である。
【０００６】
ところで、極端紫外光を放出するプラズマを生成する場合、その媒体（以下、プラズマ媒体と称する）としてＬｉ等の低融点金属を用いることが考えられる。Ｌｉは約１３．５ｎｍの波長の極端紫外光を放出する。低融点金属をプラズマに供給するためには、当該低融点金属の中性ガス又はイオンを生成する必要がある。この方法の１つとして、上述のレーザーアブレーションがある。レーザーアブレーションでは、プラズマ媒体を含む材料で形成した照射領域にレーザー光を照射する。レーザー光のエネルギーは非常に大きいため、プラズマ媒体は蒸発し、中性ガス又はイオンとなって空間に放出される。
【０００７】
レーザーアブレーションの照射領域では、低融点金属が液体の状態で保持される。具体的には、照射領域にプラズマ媒体保持部（以下、単に媒体保持部と称する）としての凹凸面又は多孔質面を設け、液状の低融点金属の表面張力を利用して、当該低融点金属を保持する。一方、照射領域に付与されるエネルギーは非常に大きい。そのため、アブレーションの直後の照射領域では、低融点金属の量が一時的に減少し、その後の低融点金属の流動により、元の状態（量）に回復する。しかしながら、レーザー照射は１ｋＨｚ程度の早い周期で繰り返されるため、充填が完了する前に、レーザー光が再び照射される可能性がある。この場合、高エネルギーのレーザー光が媒体保持部にも照射され、照射された媒体保持部はレーザー光のエネルギーによる損傷を被る。媒体保持部が損傷した場合、その後の低融点金属の保持が不十分になり、プラズマへのプラズマ媒体の供給が不足する可能性がある。プラズマ媒体の供給が不足すると、所望の高温プラズマが得られなくなり、得られる極端紫外光の強度が低下する。
【０００８】
上記の事情を鑑み、本発明は、媒体保持部の熱的損傷を防止することで適切な量のプラズマ媒体を供給し、所望の極端紫外光を安定に得ることが可能なプラズマ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様はプラズマ光源であって、単一の軸線上に延びる棒状の中心電極と、前記中心電極の外周を囲むように設けられた外部電極と、前記中心電極及び前記外部電極の間を絶縁する絶縁体とを有し、対称面を挟んで互いに対向配置され、極端紫外光を放射するプラズマを発生すると共に前記プラズマを閉じ込める一対の同軸状電極と、前記中心電極の側面に設けられ、前記プラズマのプラズマ媒体を保持する媒体保持部と、各前記同軸状電極に対して放電電圧を印加する電圧印加装置と、前記媒体保持部においてアブレーションを行うと共に前記放電電圧によるプラズマシートを発生させるためのレーザー光を照射するレーザー装置とを備え、前記媒体保持部は、前記プラズマ媒体を保持する少なくとも１つの凹部を有し、前記レーザー光は前記凹部に照射されることを要旨とする。
【００１０】
前記凹部は、前記中心電極の周方向に延伸した溝状に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、媒体保持部の熱的損傷を防止することで適切な量のプラズマ媒体を供給し、所望の極端紫外光を安定に得ることが可能なプラズマ光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ光源の概略構成図（断面図）である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ光源用の電気系統を示す図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る媒体保持部とレーザー光の照射位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るプラズマ光源の概略構成図（断面図）であり、図２は当該プラズマ光源の電気系統を示す図である。これらの図に示すように、本実施形態のプラズマ光源は、一対の同軸状電極１０、１０と、各同軸状電極１０に対して個別に設けられるリザーバ２０と、電圧印加装置３０と、レーザー装置４０とを備える。なお、図１において右側の同軸状電極１０は、左側の同軸状電極１０と同一の構成であるため、詳細な図示を省略する。
【００１５】
本実施形態のプラズマ光源では、図示しない真空槽内に一対の同軸状電極１０が設けられる。一対の同軸状電極１０は、対称面１を挟んで互いに対向配置される。一方、真空槽内は、プラズマ３の発生に適した温度及び圧力に保持される。また、放電前の各同軸状電極１０には、電圧印加装置３０により同極性の放電電圧が印加される。
【００１６】
まず、本実施形態のプラズマ光源の動作を説明する。
図１に示すように、放電電圧が印加された状態で、各同軸状電極１０における媒体保持部１８の凹部１９（図４参照）には、レーザー装置４０のレーザー光４２が同時に照射される。その直後、中心電極１２と各外部電極１４の間で初期放電が発生する。その後、中心電極１２の全周に亘って放電が分布する面状放電２が得られる。面状放電２の形成により、各同軸状電極１０において、媒体保持部１８からＬｉを含むガス又はイオンが放出される。なお、面状放電とは、２次元的に広がる面状の放電電流のことであり、電流シート又はプラズマシートとも呼ばれる。
【００１７】
図１に示すように、面状放電２は、自己磁場によって電極から排出される方向（対称面１に向かう方向）に移動する。このときの面状放電２は、軸線Ｚ−Ｚから見て略環状に分布する。面状放電２は同軸状電極１０の先端に達すると、面状放電２の放電電流の出発点は強制的に中心電極１２の円周側面から先端部１２ａに移行する。換言すれば、放電電流は先端部１２ａから集中的に流れ出す。この電流集中によるピンチ効果によって先端部１２ａ周辺の電流密度は急激に上昇し、一対の面状放電２の間に挟まれていた先端部１２ａ周辺のＬｉを含むプラズマ媒体６は高密度、高温になる。
【００１８】
さらに、この現象は対称面１を挟んだ各同軸状電極１０で進行するため、プラズマ媒体６は、一方の同軸状電極１０から他方の同軸状電極１０に向かって押し出される。その結果、プラズマ媒体６は、軸線Ｚ−Ｚ（中心軸Ｚ）沿う両方向からの電磁的圧力を受けて各同軸状電極１０が対向する中間位置（即ち、中心電極１２の対称面１）に移動し、プラズマ媒体６を成分とする単一のプラズマ３が形成される。
【００１９】
上述の通り、面状放電２が発生している間は各中心電極１２の先端部１２ａに各面状放電２の電流が集中する。従って、先端部１２ａ周辺には、プラズマ３に対して軸線Ｚ−Ｚに向かうピンチ効果が働き、プラズマ３の高密度化及び高温化が進行する。即ち、プラズマ媒体６の電離が進行する。その結果、プラズマ３からは極端紫外光を含むプラズマ光８が放射される。この状態において、電圧印加装置３０は、プラズマ３の発光エネルギーに相当するエネルギーを供給し続ける。このエネルギー供給により、高いエネルギー変換効率でプラズマ光８を長時間に亘って発生させることができる。
【００２０】
本実施形態のプラズマ光源の構成について詳述する。
図１に示すように、一対の同軸状電極１０、１０は、図示しない真空槽内において対称面１を挟んで対称な位置関係で設置される。即ち、各同軸状電極１０は対称面１を中心として、一定の間隔を隔てて互いに対向するよう設置される。一対の同軸状電極１０、１０は、極端紫外光を放射するプラズマ３を発生すると共に、両者の間に当該プラズマ３を閉じ込める。
【００２１】
各同軸状電極１０は、中心電極１２と、複数の外部電極１４と、絶縁体１６とを備える。中心電極１２と外部電極１４の間には、後述の媒体保持部１８から極端紫外光を放射するプラズマ媒体６が導入される。本実施形態のプラズマ媒体６は、液体の状態で中心電極１２の側面に露出可能な低融点金属（低融点合金）であり、その組成は、必要な紫外線の波長に応じて選択される。例えば、１３．５ｎｍの紫外光が必要な場合はＬｉやＳｎ等を含み、６．７ｎｍの紫外光が必要な場合はＢｉ等を含む。
【００２２】
図１および図３に示すように、中心電極１２は、各同軸状電極１０に共通する単一の軸線Ｚ−Ｚを中心軸（以下、この軸を中心軸Ｚと称する）として、この中心軸Ｚ上に延びる棒状の導電体である。中心電極１２は、対称面１に面する先端部１２ａと、先端部１２ａの後方（即ち、中心軸Ｚに添って対称面１から離れる方向）に設けられる媒体保持部１８と、媒体保持部１８の後方に設けられる基部１２ｂとから一体的に構成され、リザーバ２０から対称面１に向けて突出している。基部１２ｂの内部にはプラズマ媒体６の流路１２ｃが形成されている。流路１２ｃは、リザーバ２０内の空間２０ａに連通し、媒体保持部１８に接続している。
【００２３】
先端部１２ａ及び基部１２ｂは、高温プラズマに対して耐熱性を有する材料を用いて形成される。このような材料は、例えばタングステンやモリブデン等の高融点金属である。対称面１に対向する先端部１２ａの端面は、半球状の曲面になっている。ただし、この形状は必須ではなく、端面に凹部（図示せず）を設けてもよく、或いは単なる平面でもよい。また、基部１２ｂは、先端部１２ａほど高温に晒されないので、その材料は上述の高融点金属に限られず、熱伝導率の高い銅などでもよい。
【００２４】
媒体保持部１８は、プラズマ３のプラズマ媒体６を中心電極１２の側面に保持及び露出させるプラズマ媒体領域である。即ち、媒体保持部１８は、リザーバ２０から流路１２ｃを介して供給されるプラズマ媒体６を液体の状態で保持すると共に、このプラズマ媒体６を中心電極１２の側面に露出させる。このような機能を持たせるため、媒体保持部１８は穴径１０〜１００μｍ程度の多孔質部材で形成される。つまり、換言すれば、液状のプラズマ媒体６は媒体保持部１８の表面１８ａから滲出する。なお、この多孔質部材は高融点金属で形成されており、中心電極１２と同一の材料で構成してもよい。また、媒体保持部１８は、中心軸Ｚの周方向に亘って全体的に形成してもよく、後述の凹部１９の形成に干渉しない限り、レーザー光４２の照射位置とその周辺のみに形成してもよい。なお、媒体保持部１８の直径は、中心電極１２の先端部１２ａの直径と同一若しくは若干小さい。例えば、媒体保持部１８の直径は、先端部１２ａの直径よりも１ｍｍ程度小さくてもよい。図４に示すように、媒体保持部１８の直径が、先端部１２ａの直径よりも小さい場合、媒体保持部１８から滲出したプラズマ媒体６の液面が、先端部１２ａの側面とほぼ一致する。
【００２５】
図４に示すように、媒体保持部１８の表面１８ａには凹部１９が形成されている。凹部１９は、例えば、中心電極１２の周方向に延伸した溝状に形成される。媒体保持部１８から面状放電２へのプラズマ媒体６の供給を考慮すると、凹部１９は、媒体保持部１８の中央よりも後方（即ち対称面１から離れる方向）に形成することが望ましい。媒体保持部１８自体は多孔質部材で形成されているので、液状のプラズマ媒体６は凹部１９内にも滲出し、凹部１９内に充填される。従って、凹部１９は、その周囲の表面１８ａと比べてより多くのプラズマ媒体６を保持する。換言すれば、凹部１９は、プラズマ媒体６を液だれさせずに多量のプラズマ媒体６を保持する。なお、凹部１９の深さ及び幅は、凹部１９におけるプラズマ媒体６の液面の高さが、その周囲の表面１８ａにおけるプラズマ媒体６の液面の高さと略同一になるように設定される。凹部１９の深さ及び幅は例えば、深さ１ｍｍ、幅０．５ｍｍである。また、後述するように、凹部１９には、レーザー装置４０のレーザー光４２が照射される。従って、凹部１９の幅は、媒体保持部１８の表面１８ａの高さにおけるレーザー光４２のスポット径（即ちレーザーアブレーションが生じる領域の大きさ）を考慮し、このスポット径以上に設定してもよい。
【００２６】
凹部１９の形状は図４に示す溝状の形状に限られない。例えば、レーザー光４２が照射される部分のみに形成してもよい。この場合、例えば、凹部１９は円形の開口を有するように形成される。さらに、凹部１９の深さは一定でなくてもよい。例えば、凹部１９の底面は、中心軸Ｚに向けて凹んだ曲面でもよい。
【００２７】
図１に示すように、外部電極１４は、中心電極１２の中心軸Ｚと平行に延びる棒状の導電体である。外部電極１４は、中心電極１２と同じく、高温プラズマに対して耐熱性をもつ材料を用いて形成される。対称面１に対向する外部電極１４の端面は曲面、平面の何れでもよい。また、図３に示すように、中心電極１２と一定の間隔を隔てながら、中心電極１２の周方向に沿って角度θ毎に配置されている。換言すると、各外部電極１４は中心電極１２と平行に配置され、中心電極１２の周囲を囲んでいる。図３に示す例では、６本の外部電極１４が中心電極１２の周りで６０°毎に配置されている。
【００２８】
図３に示すように、各外部電極１４はその軸方向に垂直な面において、中心電極１２との距離が最短となる点Ｇを１点だけ含む断面を有する。このような形状の断面は、例えば円である。外部電極１４の断面形状は、この円形に限られず、少なくとも中心電極１２に対向する面が、中心電極１２に向かって突出する曲面を有していればよい。また、何れの場合も、点Ｇが中心電極１２の周りで角度θ毎に配置される。
【００２９】
各外部電極１４は中心電極１２の周方向に沿って等間隔に配列することが望ましい。例えば、加工や組み立ての観点から、各外部電極１４は中心電極１２に対して回転対称な位置に設置することが望ましい。しかしながら、本発明はこのような配列に限定されるものではない。また、外部電極１４の本数も６本に限定されず、中心電極１２及び外部電極１４の大きさや形状、両者の間隔などに応じて適宜設定される。
【００３０】
中心電極１２の周りに複数の外部電極１４にこのように配置することで、面状放電２の初期放電（例えば沿面放電）を、各外部電極１４と中心電極１２との間で発生させることができる。即ち、各点Ｇを放電経路に含む初期放電を優先的に発生させることで、当該初期放電を中心電極１２の全周に亘って発生させることが可能になり、環状の面状放電２の形成が容易になる。
【００３１】
絶縁体１６は例えばセラミックを用いて形成され、中心電極１２と外部電極１４の各基部を支持して両者の間隔を規定すると共にその間を電気的に絶縁する。絶縁体１６は例えば円盤状に形成され、中心電極１２及び外部電極１４が貫通する貫通孔を有する。
【００３２】
リザーバ２０は、その内部にプラズマ媒体６を貯留するための空間２０ａを有する。空間２０ａは、中心電極１２の流路１２ｃと連通している。リザーバ２０にはヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、プラズマ媒体６を溶解し、液体の状態で保持する。ヒータ２２は、例えば、熱媒体（油）循環式のヒータや電熱式のヒータで構成される。ヒータ２２によって空間２０ａ内で溶解したプラズマ媒体６は、流路１２ｃを介して媒体保持部１８に流出する。
【００３３】
次に、本実施形態のプラズマ光源における電気系統について説明する。図２に示すように、プラズマ光源は各同軸状電極１０に接続する電圧印加装置３０を備える。電圧印加装置３０は、各同軸状電極１０に同極性の放電電圧を印加する。
【００３４】
電圧印加装置３０は、高圧電源３２を備える。高圧電源３２の出力側は、同軸状電極１０の中心電極１２に接続し、この中心電極１２に対応する外部電極１４よりも高い正の放電電圧を印加する。従って、外部電極１４が接地されている場合は、中心電極１２の電位は正になる。
【００３５】
そこで、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電圧の放電エネルギーを外部電極１４毎に蓄積するエネルギー蓄積回路３４を備えている。エネルギー蓄積回路３４は、例えば図２に示すように中心電極１２と各外部電極１４との間を個別に接続する複数のコンデンサＣで構成される。各コンデンサＣは、高圧電源３２の各出力側及び各コモン側に接続される。
【００３６】
このように、放電エネルギーを蓄積するコンデンサＣを外部電極１４毎に設けることで、全ての外部電極１４において放電を発生させることができる。即ち、最初に発生した放電によって多くの放電エネルギーが消費されることを防止でき、中心電極１２の全周に亘って発生する理想的な面状放電２を得ることができる。
【００３７】
さらに、本実施形態の電圧印加装置３０は、放電電流が帰還することを阻止する放電電流阻止回路３６を備えてもよい。放電電流阻止回路３６は、例えば図２に示すように各外部電極１４と電圧印加装置３０（具体的には高圧電源３２のコモン側）との間を接続するインダクタＬで構成される。インダクタＬは、放電電流に対して十分に高いインピーダンスを有するため、中心電極１２及び外部電極１４を経由した放電電流を、その発生源であるエネルギー蓄積回路３４に戻すことができる。つまり、各コンデンサＣに蓄積された放電エネルギーが、当該コンデンサＣに直結した外部電極１４以外の外部電極１４に供給されることを防止するため、中心電極１２の周方向における放電の発生分布に偏りが生じることを防止できる。
【００３８】
本実施形態のプラズマ光源はレーザー装置４０を備える。レーザー装置４０は、各同軸状電極１０の中心電極１２の媒体保持部１８にレーザー光４２を照射することで、プラズマ媒体６を放出させるアブレーションを行うと共にプラズマ３の初期放電（即ち、面状放電２）を発生させる。レーザー装置４０は例えばＹＡＧレーザーであり、アブレーションを行うために基本波の二倍波を短パルスのレーザー光４２として出力する。レーザー光４２の１回あたりの出力時間は１００ｎｓ程度、その周期は例えば１ｍｓ程度である。
【００３９】
レーザー光４２は媒体保持部１８の凹部１９に照射される。具体的には図１に示すように、レーザー光４２は、ビームスプリッタ（ハーフミラー）４４によって分岐し、ミラー４６等によって光路を変えられて、各中心電極１２の媒体保持部（プラズマ媒体領域）１８に照射される。レーザー光４２が照射された媒体保持部１８の凹部１９では、アブレーションによってプラズマ媒体６が中性ガス又はイオンとなって放出される。
【００４０】
上述のアブレーションが発生したとき、その発生領域のプラズマ媒体６は非常に短期間（数μｓ）の間に蒸発する。一方、プラズマ媒体６は、その表面張力によって媒体保持部１８から滲出する。従って、蒸発した領域へのプラズマ媒体６の充填速度は比較的遅く、レーザー光４２の照射の周期が短くなると、プラズマ媒体６の充填が不十分となり、媒体保持部１８の構成材料が露出する可能性が高くなる。凹部１９は、その充填不足を補うために形成される。即ち、凹部１９は、アブレーションによって蒸発する量よりも十分に多量のプラズマ媒体６を蓄えることで、媒体保持部１８の露出を防止し、且つ、プラズマ媒体６の蒸発を一定量以上に維持する。また、媒体保持部１８の露出が防止されることで、レーザー光４２による媒体保持部１８の熱的損傷も防止できる。
【００４１】
なお、上記放電の発生箇所は、レーザー光４２の照射領域及びその近傍に制限される可能性がある。従って、レーザー装置４０は、各中心電極１２の中心軸Ｚに対して対称な位置にレーザー光４２を照射することが好ましい（図１及び図４参照）。これは、誘発された放電の領域が、中心電極１２の軸を基点に１８０度以上の開き角があった実験結果に基づいている。なお、複数のレーザー光の同時照射は、光路長の調整により容易に達成できる。
【００４２】
本実施形態のプラズマ光源では、媒体保持部１８の表面に凹部１９が形成され、この凹部１９にレーザー光４２が照射される。従って、凹部１９に充填されていたプラズマ媒体６がアブレーションによって放出される。凹部１９は、その周囲の表面１８ａよりも多量のプラズマ媒体６を保持し、その量はアブレーション時のプラズマ媒体６の蒸発量よりも十分に多い。従って、媒体保持部１８の露出を防止し、且つ、プラズマ媒体６の蒸発を一定量以上に維持する。また、媒体保持部１８の露出が防止されることで、レーザー光４２による媒体保持部１８の熱的損傷も防止できる。媒体保持部１８の熱的損傷を防止できるので、媒体保持部１８の寿命が長くなり、プラズマ媒体６の安定な保持と、適切な量の蒸発が長期に可能になる。その結果、一定の強度の極端紫外光を所望の露光時間に亘って安定に得ることができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４４】
１  対称面
２  面状放電
３  プラズマ
６  プラズマ媒体
８  プラズマ光
１０  同軸状電極
１２  中心電極
１４  外部電極
１６  絶縁体
１８  媒体保持部
１９  凹部
２０  リザーバ
３０  電圧印加装置
４０  レーザー装置
４２  レーザー光
【図１】
2014229367.tif 000003
【図２】
2014229367.tif 000004
【図３】
2014229367.tif 000005
【図４】
2014229367.tif 000006