(57)【要約】  イオン注入システムは、イオンビームを供給するイオン源と、イオン源が少なくとも部分的に配置されるキャビティを定めるターミナル構造体と、絶縁体系とを備える。絶縁体系は、ターミナル構造体を電気的に絶縁し、ターミナル構造体の少なくとも１つの外側表面近傍の領域内に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供する。イオン注入システムのガスボックスを電気的に絶縁するガスボックス絶縁体系も提供される。【選択図】図１
2009532826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを供給するイオン源と、
前記イオン源が少なくとも部分的に配置されるキャビティを定めるターミナル構造体と、
前記ターミナル構造体を電気的に絶縁する絶縁体系とを備え、
前記絶縁体系は、前記ターミナル構造体の少なくとも１つの外側表面近傍の領域内に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供する、
イオン注入システム。
【請求項２】
前記ターミナル構造体に少なくとも２００ｋＶの電圧を印加する加速電源をさらに備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記加速電源は、前記ターミナル構造体に６００ｋＶの電圧を印加する、請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記絶縁体系は、約７２ｋＶ／インチより大きい絶縁耐力を有する少なくとも１つの絶縁体を含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの絶縁体は、固体絶縁体を含む、請求項４に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
内部体積を定めるエンクロージャをさらに備え、前記ターミナル構造体は、前記内部体積内に配置され、前記固体絶縁体は、前記内部体積内において前記エンクロージャの内側表面と前記ターミナル構造体の前記少なくとも１つの外側表面との間に配置される、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記固体絶縁体は、底面と、前記底面の一方の端部に結合される第１の直立側壁と、前記底面の他方の端部に結合される第２の直立側壁と、前記第１および第２の直立側壁に結合される上面とを含み、前記底面、前記第１および第２の直立側壁、および、前記上面は、前記ターミナル構造体の対応する外側表面と接触する、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記固体絶縁体は、シンタクチックフォームを含む、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記固体絶縁体は、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩素化塩化ビニル樹脂（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、シリコーン、または、エポキシを含む、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記絶縁体系は、前記底面、前記第１および第２の直立側壁、および、前記上面のそれぞれの一部分により定められる第１の開口と、前記底面、前記第１の直立側壁、前記第２の直立側壁、および、前記上面のそれぞれの反対側の一部分により定められる第２の開口とを有し、前記絶縁体系は、前記第１および第２の開口を絶縁する空気をさらに含む、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
前記絶縁体系は、前記底面、前記第１および第２の直立側壁、および、前記上面のそれぞれの一部分により定められる開口を有し、前記固体絶縁体は、前記底面、前記第１および第２の直立側壁、および、前記上面のそれぞれの反対側の一部分に結合される後面直立壁をさらに含み、前記後面直立壁は、前記ターミナル構造体の対応する外側表面と接触し、前記絶縁体系は、前記開口を絶縁する空気をさらに含む、請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
前記固体絶縁体は、前記ターミナル構造体の前記少なくとも１つの外側表面の一部に結合され、前記絶縁体系は、前記ターミナル構造体の残りの部分のまわりに配置される空気を含む、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
前記外側表面の一部は、側壁と前記ターミナル構造体の上面との接合部、および、前記側壁と前記ターミナル構造体の底部との接合部を含む、請求項１２に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
前記固体絶縁体は、シンタクチックフォームを含む、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
前記固体絶縁体は、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩素化塩化ビニル樹脂（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、シリコーン、または、エポキシを含む、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
前記固体絶縁体は、内部キャビティを形成し、前記絶縁体系は、前記内部キャビティ内に配置されるガスをさらに含む、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
前記ガスは、加圧空気を含む、請求項１６に記載のイオン注入システム。
【請求項１８】
前記側壁の一部は、ドアを形成し、前記ドアが開くことにより、前記ターミナル構造体の前記キャビティへアクセスすることができる、請求項１３に記載のイオン注入システム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの絶縁体は、液体絶縁体を含む、請求項４に記載のイオン注入システム。
【請求項２０】
前記液体絶縁体は、油を含む、請求項１９に記載のイオン注入システム。
【請求項２１】
前記絶縁体系は、前記ターミナル構造体のまわりに配置された固体絶縁体と、前記固体絶縁体内に配置された前記液体絶縁体とをさらに含む、請求項１９に記載のイオン注入システム。
【請求項２２】
前記固体絶縁体は、紙を含み、前記液体絶縁体は、油を含む、請求項２１に記載のイオン注入システム。
【請求項２３】
前記ターミナル構造体を囲むエンクロージャをさらに備え、前記少なくとも１つの絶縁体は、前記エンクロージャおよび前記ターミナル構造体により定められるチャンバ内に配置される加圧ガスを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項２４】
前記加圧ガスは、加圧空気、二酸化炭素、または、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を含む、請求項２３に記載のイオン注入システム。
【請求項２５】
前記イオン源の下流に配置され、前記イオンビームから望ましくない種を除去する質量分析器と、前記イオン源にイオン化されるべきガスを供給するガスボックスとをさらに備え、前記ガスボックスは、前記キャビティ内に少なくとも部分的に配置される、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項２６】
前記ガスボックスを電気的に絶縁するガスボックス絶縁体系をさらに備え、前記ガスボックス絶縁体系は、約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい絶縁耐力を有する少なくとも１つの絶縁体を含む、請求項２５に記載のイオン注入システム。
【請求項２７】
前記ガスボックス絶縁体系の前記少なくとも１つの絶縁体は、前記ガスボックスの対応する外側表面と接触する少なくとも１つの面を有する固体絶縁体を含む、請求項２６に記載のイオン注入システム。
【請求項２８】
イオンビームを供給するイオン源と、
前記イオン源にイオン化されるべきガスを供給するガスボックスと、
前記イオン源および前記ガスボックスが少なくとも部分的に配置されるキャビティを定めるターミナル構造体と、
前記ターミナル構造体を電気的に絶縁するターミナル構造体絶縁体系と、
前記ガスボックスを電気的に絶縁するガスボックス絶縁体系と、
前記イオン源の下流に配置され、前記イオンビームから望ましくない種を除去する質量分析器と、
前記質量分析器の下流に配置され、ウェハを支持するための表面を有するプラテンを含むエンドステーションと、
を備えるイオン注入システムであって、
前記ターミナル構造体絶縁体系は、前記ターミナル構造体の少なくとも１つの外側表面近傍の領域内に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供し、
前記ガスボックス絶縁体系は、前記ガスボックスの対応する外側表面と接触する少なくとも１つの面を有する固体絶縁体を含む、
イオン注入システム。
【請求項２９】
前記ガスボックス絶縁体系の前記固体絶縁体は、底面、前記底面の一方の端部に結合された第１の直立側壁、前記底面のもう一方の端部に結合された第２の直立側壁、および、前記第１および第２の直立側壁に結合された上面を含み、前記底面、前記第１および第２の直立側壁、および、前記上面は、前記ガスボックスの対応する外側表面と接触する、請求項２８に記載のイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、イオン注入に関し、より詳しくは、イオン注入システムのターミナル構造体のための絶縁体系に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電性を変化させる不純物を半導体ウェハに導入するための標準的な技術である。望ましい不純物材料がイオン源においてイオン化され、イオンが加速されて所定のエネルギーを有するイオンビームを形成し、当該イオンビームは、ウェハの前面に向けられうる。ビーム内のエネルギーを有するイオンが半導体材料の大部分に浸透し、半導体材料の結晶格子内に入り込む。イオンビームは、ビーム走査、ウェハの移動、または、それらの組合せによってウェハ全体に分散されうる。
【０００３】
イオンビームのイオンには異なる運動エネルギーが与えられうる。注入するイオンの質量などの他の因子と同様に、付与されるエネルギーもイオンが半導体ウェハに注入される深さに影響を及ぼしうる。一般的に、他のすべてのパラメータが等しい場合、エネルギーが低いと注入は浅く、エネルギーが高いと注入は深くなる。
【０００４】
異なるイオン注入システムは、イオンビームのイオンに運動エネルギーを付与する１つ以上の方法を利用しうる。エネルギーを付与する１つの方法は、ＤＣ電位差によってイオンを加速させる直線ＤＣ加速である。電位差が大きいほど、多くのエネルギーが与えられる。その後、質量分析器がイオンビームを受け、受け取ったイオンビームから望ましくない種を除去しうる。他のマグネットは、ビームを平行化してウェハへと導く。直線ＤＣ加速など質量分析器の前にある加速は、前加速とも呼ばれ、一方、質量分析器の後、または、下流にあるさらなる加速は、後加速と呼ばれることもある。本願明細書中で使用する「上流」および「下流」は、イオンビーム輸送の方向で引き合いに出される。
【０００５】
直線ＤＣ加速は、１つ以上の電源を利用して直流電位を提供しうる。電源は、イオン源に結合された引出電源を含み、従来の１つのシステムにおいて約７０キロボルト（ｋＶ）の電圧を供給しうる。イオン源は、ターミナル構造体により定められるキャビティ内に少なくとも部分的に配置されうる。ターミナル構造体は、従来技術では、しばしば「ターミナル」または「高電圧ターミナル」ともよばれうる。ターミナル構造体は、独立した加速電源により２００ｋＶの電圧が印加にされうる。引出電源からの電圧７０ｋＶと加速電源からの電圧２００ｋＶとを結合させることにより、１価の荷電イオンでは２７０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）までのエネルギー、２価の荷電イオンでは５４０ｋｅＶまでのエネルギー、および、３価の荷電イオンでは８１０ｋｅＶまでのエネルギーが得られる。
【０００６】
この８１０ｋｅＶのエネルギーは、多くの用途に適しているが、さらに大きいエネルギーを必要とする用途もありうる。例えば、フラッシュメモリなどのいくつかの半導体メモリは、特に深い井戸構造を形成するための高エネルギーイオン注入システムを必要とする。それゆえ、従来の他の高エネルギーイオン注入システムは、１メガ電子ボルト（ＭｅＶ）以上のエネルギーを提供するように構成されうる。このような従来の高エネルギーイオン注入システムは、質量分析器の下流で加速器を利用しうる。質量分析器の下流にある加速器は、従来技術においては周知であるＤＣタンデム型加速器またはＲＦ線形加速器であってよい。ＤＣタンデム型加速器およびＲＦ線形加速器は、高エネルギーを提供するには有効であるが、質量分析器で質量が分析されたイオンの約５０％未満しか半導体ウェハの注入に利用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン注入システムは、イオン注入システムが開いているときにイオン注入システムの構成要素およびサブシステムを保護し、高電圧の危険性から作業者を保護するためのエンクロージャも含みうる。製造施設の空間コストを削減すべく、エンクロージャ、または、「設置面積」のサイズは制限することが望ましい。また、構成要素およびサブシステムの輸送は容易であることが望ましい。半導体の大量製造において用いられる従来の直線ＤＣ加速方法のほとんどは、ターミナル構造体をエンクロージャから絶縁するには空気だけが用いられ、設置面積の制約条件がターミナル構造体からエンクロージャまでの距離を制限するので、ターミナル構造体の電圧が２００ｋＶに制限されている。
【０００８】
したがって、イオン注入システムのターミナル構造体のための絶縁体系を提供することが望ましい。また、妥当なサイズのエンクロージャ設置面積を有するターミナル構造体を高電圧にすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の側面によれば、イオン注入システムが提供される。イオン注入システムは、イオンビームを供給するイオン源と、イオン源が少なくとも部分的に配置されるキャビティを定めるターミナル構造体と、ターミナル構造体を電気的に絶縁する絶縁体系とを含む。絶縁体系は、ターミナル構造体の少なくとも１つの外側表面近傍の領域内に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供する。
【００１０】
他の側面によれば、他のイオン注入システムが提供される。イオン注入システムは、イオンビームを供給するイオン源と、イオン源にイオン化されるべきガスを供給するガスボックスと、キャビティを定めるターミナル構造体とを含む。イオン源およびガスボックスは、キャビティ内に少なくとも部分的に配置される。イオン注入システムは、ターミナル構造体を電気的に絶縁するターミナル構造体絶縁体系をさらに含む。ターミナル構造体絶縁体系は、ターミナル構造体の少なくとも１つの外側表面近傍の領域内に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供する。イオン注入システムは、ガスボックスを電気的に絶縁するガスボックス絶縁体系をさらに含む。ガスボックス絶縁体系は、ガスボックスの対応する外側表面と接触する少なくとも一方の面を有する少なくとも1つの固体絶縁体を含む。イオン注入システムは、イオン源の下流に配置される質量分析器も含む。質量分析器は、イオンビームから望ましくないイオン種を除去する。イオン注入システムは、質量分析器の下流に配置されたエンドステーションをさらに含む。エンドステーションは、ウェハを支持する表面を有するプラテンを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示の理解をより深めるべく、添付の図面への参照がなされる。図面は、参照により本願明細書に組み込まれる。
【００１２】
【図１】イオン注入システムを示す概略ブロック図である。
【００１３】
【図２】図１のターミナル構造体を示す概略ブロック図である。
【００１４】
【図３】固体絶縁体で形成された４つの面を有する絶縁体系の第１の実施形態を示す透視図である。
【００１５】
【図４】図３をＡ−Ａラインで切断した第１の実施形態の断面図である。
【００１６】
【図５】固体絶縁体で形成された５つの面を有する絶縁体系の第２の実施形態の斜視図である。
【００１７】
【図６】図５をＡ−Ａラインで切断した第２の実施形態の断面図である。
【００１８】
【図７】絶縁体系の第３の実施形態の斜視図である。
【００１９】
【図８】図７をＡ−Ａラインで切断した第３の実施形態を示す断面図である。
【００２０】
【図８Ａ】図７をＢ−Ｂラインで切断した図７の絶縁体の一実施形態を示す断面図である。
【００２１】
【図８Ｂ】図７をＢ−Ｂラインで切断した図７の絶縁体の他の実施形態を示す断面図である。
【００２２】
【図９】液体絶縁体を有する絶縁体系の第４の実施形態を示す断面図である。
【００２３】
【図１０】加圧ガス絶縁体を有する絶縁体系の第５の実施形態を示す概略ブロック図である。
【００２４】
【図１１】１つの面を有する第１の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す斜視図である。
【００２５】
【図１２】２つの面を有する第２の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す斜視図である。
【００２６】
【図１３】３つの面を有する第３の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す斜視図である。
【００２７】
【図１４】４つの面を有する第４の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す斜視図である。
【００２８】
【図１５】５つの面を有する第５の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す分解斜視図である。
【００２９】
【図１６】図１５の第５の実施形態を示す組立斜視図である。
【００３０】
【図１７】図１６をＡ−Ａラインで切断した断面図である。
【００３１】
【図１８】６つの面を有する第６の実施形態におけるガスボックス絶縁体系を有する図１のガスボックスを示す分解斜視図である。
【００３２】
【図１９】図１８の第６の実施形態を示す組立斜視図である。
【００３３】
【図２０】図１９をＡ−Ａラインで切断した断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本願明細書中に記載される発明は、半導体ウェハに注入するイオン注入システムに関連する。しかしながら、本発明は、フラットパネルディスプレイなどの異なるワークピースに注入する他のイオン注入システムと共に用いられてもよい。したがって、本発明は、以下に記載される特定の実施形態に限定されない。
【００３５】
図１は、イオン注入システム１００を示すブロック図である。イオン注入システム１００は、イオンビーム１５２を供給するイオン源１０２を含む。イオン源１０２は、イオンを生成することができ、ガスボックス１０６からのガスを収容するイオンチャンバを含みうる。ガスボックス１０６は、イオンチャンバに、イオン化されるべきガスを供給しうる。ガスボックス１０６は、ソースガスに加え、電源などの従来技術において知られる他の構成要素も含みうる。電源は、アーク、フィラメント、および、ソース１０２を駆動するバイアス電源を含みうる。ガスボックス１０６は、絶縁トランスを介し電位を上げられる。ガスボックス１０６は、商用電源の配電のための分電盤も含みうる。このようにしてイオンはイオン源１０２内で形成されて、イオン源１０２から抽出される。イオン源の構造および動作は、当業者にはよく知られている。
【００３６】
イオン注入システム１００は、従来技術では「ターミナル」または「高電圧ターミナル」とも呼ばれることがあるターミナル構造体１０４も含む。ターミナル構造体１０４は、キャビティ１１０を定めることができ、イオン源１０２は、キャビティ１１０内に少なくとも部分的に配置されうる。イオン注入システム１００は、ターミナル構造体１０４を電気的に絶縁する絶縁体系１６２をさらに含みうる。絶縁体系１６２は、ターミナル構造体１０４の少なくとも１つの外側表面近傍の領域に約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供する。
【００３７】
一例を挙げると、絶縁体系１６２は、約７２ｋＶ／インチより大きい絶縁耐力を有する少なくとも１つの絶縁体１７１を含みうる。少なくとも１つの絶縁体１７１は、固体絶縁体、液体絶縁体、または、本願明細書中の実施形態でさらに詳細に説明されるような加圧ガスであってよい。絶縁体系１６２は、固体、液体、加圧ガス、および、空気の組合せも含みうる。イオン注入システム１００は、エンクロージャ１１２も含みうる。エンクロージャ１１２は、内部体積を定めることができ、ターミナル構造体１０４は、当該内部体積に配置されうる。
【００３８】
イオン注入システム１００の動作中は、いくつかの例では、ターミナル構造体１０４には少なくとも３００ｋＶの電圧が印加される。他の実施形態では、ターミナル構造体１０４には６００ｋＶの電圧が印加され、また、さらに他の例では、ターミナル構造体１０４には全く電圧が印加されないか、または、イオンビームの望ましいエネルギーのみに依存する公称値の電圧が印加される。絶縁体系１６２は、絶縁破壊なしにエンクロージャ１１２の電気的アースからターミナル構造体１０４を電気的に絶縁させるのに十分な絶縁耐力を有しうる。
【００３９】
ターミナル構造体１０４および関連する絶縁体系１６２は、当業者に知られる多くの異なるイオン注入システムに利用されうる。図１のイオン注入システム１００は、イオン注入システムの一実施形態であり、一例として挙げられるだけであって、限定することを意図しない。図１のイオン注入システム１００は、質量分析器１２０、分離アパーチャ１２２、スキャナ１２４、角度補正マグネット１２６、エンドステーション１２８、および、コントローラ１１８をさらに含みうる。
【００４０】
質量分析器１２０は、イオンを偏向させることにより、望ましい種のイオンに分離アパーチャ１２２を通過させ、望ましくない種は分離アパーチャ１２２を通過させないようにする分離マグネットを含みうる。一実施形態では、質量分析器１２０は、望ましい種のイオンを９０度偏向させ、望ましくない種のイオンをそれらの異なる質量によって異なる量だけ偏向させうる。分離アパーチャ１２２の下流に配置されるスキャナ１２４は、イオンビームを走査する走査電極および他の電極を含みうる。角度補正マグネット１２６は、望ましい種のイオンを偏向させることにより、分岐しているイオンビーム経路を実質的に平行なイオン軌道を有するほとんど平行化したイオンビーム経路に変える。一実施形態では、角度補正マグネット１２６は、望ましい種のイオンを４５度偏向させうる。
【００４１】
エンドステーション１２８は、望ましい種のイオンがウェハ１４０に注入されるように、イオンビーム経路内で１つ以上のウェハを支持する。ウェハ１４０は、プラテン１４２によって支持されうる。エンドステーション１２８は、従来技術において知られているような、ウェハ１４０をプラテン１４２に対しさまざまな保持領域から往復運動させるウェハハンドリング装置１５０などの他の構成要素およびサブシステムを含みうる。ウェハハンドリング装置１５０がウェハ１４０を保持領域からプラテンへと移動させると、ウェハ１４０は、静電力によってプラテンに固定される静電ウェハ固定、または、機械力によってプラテンに固定される機械固定などの既知の技術によってプラテン１４２に固定されうる。エンドステーション１２８は、従来技術で知られるように、プラテン１４２を望ましい方法で移動させるプラテン駆動システム１５２も含みうる。プラテン駆動システム１５２は、従来技術ではメカニカルスキャンシステムとも呼ばれうる。
【００４２】
コントローラ１１８は、イオン注入システム１００の構成要素からの入力データを受信してそれを制御する。説明を明確にすべく、コントローラ１０８からシステム１００の構成要素までの入出力経路は、図１には示していない。コントローラ１１８は、望ましい入出力機能を実行するようプログラムされうる汎用コンピュータを含んでもそれ自体であってもよく、あるいは、汎用コンピュータのネットワークを含んでもよい。コントローラ１１８は、また、特定用途向け集積回路などの他の電子回路、他の物理的に組み込まれたかまたはプログラム可能な電子デバイス、離散要素回路なども含みうる。コントローラ１１８は、タッチスクリーン、ユーザポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタなどの、ユーザによるコマンドおよびデータの入力を可能にし、および／または、イオン注入システム１００の監視を可能にするユーザインターフェースデバイスも含みうる。コントローラ１１８は、通信デバイスおよびデータ記憶装置も含みうる。
【００４３】
ウェハ１４０の表面に供給されるイオンビーム１５２は、走査されたイオンビームであってよい。他のイオン注入システムは、スポットビームまたはリボンビームを提供しうる。一例におけるスポットビームは、当該スポットビームの特性に依存する特定の直径のほぼ円形の断面を有しうる。リボンビームは、幅／高さのアスペクト比が大きく、少なくともウェハ１４０と同じ大きさであってよい。スキャナ１２４は、リボンビームまたは静止したスポットビームを用いるシステムには必要ないだろう。イオンビーム１５２は、ウェハ１４０に注入するために用いられうるエネルギーを有するイオンビームなどのいかなるタイプの荷電粒子ビームであってよい。ウェハ１４０は、一般的なディスク形状などのさまざまな物理的形状をとりうる。ウェハ１４０は、シリコンなどの任意のタイプの半導体材料、または、イオンビーム１５２を用いて注入される他のいかなる材料から形成される半導体ウェハでありうる。
【００４４】
図２を参照すると、図１のターミナル構造体１０４の概略ブロック図がより詳細に示されている。ターミナル構造体１０４により定められるキャビティ１１０内には、イオン源１０２、ガスボックス１０６、および、ターミナル構造体１０４内の構成要素の動作を制御するターミナル電子部品２０８が存在しうる。ターミナル電子部品２０８は、コントローラ１１８と通信することもできる。
【００４５】
引出電源２０４は、イオン源１０２と結合されうる。引出電源２０４は、イオンを加速させてイオン源１０２から抽出するためのＤＣ電圧レベル（Ｖｘ）を提供しうる。引出電源は、２０ｋＶ乃至１２０ｋＶの範囲のＤＣ電圧（Ｖｘ）を供給しうる。
【００４６】
また、加速電源２０２は、ターミナル構造体１０４とエンクロージャ１１２などの接地面との間に結合されることにより、ターミナル構造体１０４をグラウンドに対し正の電圧（Ｖａ）でバイアスしうる。加速電源２０２は、２００ｋＶ乃至１、０００ｋＶの範囲の最高電圧を有し、一実施形態では６００ｋＶでありうる付加ＤＣ電圧レベル（Ｖａ）を提供しうる。したがって、ターミナル構造体１０４には、いくつかの例では、２００ｋＶ乃至１、０００ｋＶであり、一実施形態では６００ｋＶである高電圧が印加されうる。他の例では、ターミナル構造体１０４には全く電圧が印加されないか、または、イオンビームの望ましいエネルギーだけに依存する公称値の電圧が印加されうる。説明を明確にすべく、１つの加速電源２０２だけが示されているが、望ましい最高電圧レベル（Ｖａ）を供給すべく２つ以上の電源が利用されてもよい。
【００４７】
ウェハ１４０は、グラウンド電位にあってよい。したがって、１価の荷電イオンの注入エネルギーは、加速電源からの加速電圧（Ｖａ）と引出電源からの引出電圧（Ｖｘ）との和（Ｖａ＋Ｖｘ）であるグラウンドに対するイオン源１０２の電位により得られる。例えば、引出電圧が８０ｋＶであり、加速電圧が６００ｋＶである場合、質量分析器１２０の下流にある加速器を使用しないで追加のエネルギーを供給するための１価の荷電イオンの注入エネルギーは、６８０ｋｅＶである。
【００４８】
図３は、４つの面をもつ固体絶縁体を有する絶縁体系１６２ａの第１の実施形態を示す斜視図である。４つの面は、底面３２０、底面３２０の一方の端部に結合される第１の直立側壁３２２、底面３２０のもう一方の端部に結合される第２の直立側壁３２４、および、上面３２６を含む。固体絶縁体は、７２ｋＶ／インチより大きい絶縁耐力を有しうる。４つの面のそれぞれは、モノリシック構造などの一体成形で形成されうる。あるいは、４つの面のそれぞれは、個別に形成されて接合されることにより、絶縁体系１６２ａの４面構造を形成してもよい。絶縁体系１６２ａを一体成形で形成することにより、４つの面の間の接合部に気泡などの空気が入るリスクが減少するだろう。
【００４９】
固体絶縁体は、これに限定されないが、ポリエチレン、または、低密度ポリエチレンを含みうる。ポリエチレンは、約５００ｋＶ／インチの絶縁耐力を有しうる。固体絶縁体は、一体成形プラスチックであってもよい。一実施形態では、一体成形プラスチックは、３インチの厚みが６００ｋＶの電圧降下を可能にするような２００ｋＶ／インチの絶縁耐力を有しうる。固体絶縁体は、また、シンタクチックフォームであってもよい。シンタクチックフォームは、中空のガラス球体、および／または、エポキシまたはシリコンなどの充填化合物のまわりに分散されるポリマーペレットを含みうる。シンタクチックフォームは、一体成形プラスチックの絶縁耐力より小さい、例えば、一実施形態では１００ｋＶ／インチの絶縁耐力を有しうる。したがって、６００ｋＶの電圧降下では、シンタクチックフォームの厚みは、約６インチは必要だろう。一体成形プラスチックおよびポリエチレンより厚くはなるが、シンタクチックフォームのほうが一体成形プラスチックおよびポリエチレンより安価で軽量でありうる。さらに、固体絶縁体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩素化塩化ビニル樹脂（ＣＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、シリコーン、繊維ガラス、または、エポキシも含みうる。
【００５０】
ターミナル構造体１０４は、絶縁体系１６２ａの４つの面のそれぞれがターミナル構造体１０４の対応する外側表面と接触するように、当該４つの面により定められた内部体積に配置されうる。ターミナル構造体１０４は、さまざまな外形を有してよく、一実施形態では、実質的に矩形の断面形状を有しうる。ターミナル構造体１０４は、これに限定されないが、金属材料などの導電材料を含むさまざまな材料で形成されうる。ターミナル構造体１０４は、キャビティ１１０を定義し、さまざまな構成要素は、破線で示されているイオン源１０２、および、ガスボックス１０６（図３には示されていない）を含むキャビティ１１０内に少なくとも部分的に配置されうる。
【００５１】
図４は、図３をＡ−Ａラインで切断した絶縁体系１６２ａの第１の実施形態を示す断面図である。グラウンド電位にあるエンクロージャ１１２も示されている。４つの面を有する絶縁体系の第１の直立側壁３２２および第２の直立側壁３２４は、ターミナル構造体１０４の対応する外側表面と接することにより、ターミナル構造体のそれぞれの面を絶縁しうる。絶縁体系１６２ａは、また、底面３２０、第１および第２の直立壁３２２、３２４、および、上面３２６のそれぞれの一部分により定められる第１の開口４４０も有しうる。さらに、絶縁体系１６２ａは、底面３２０、第１および第２の直立壁３２２、３２４、および、上面３２６のそれぞれの反対側の一部分により定められる第２の開口４４２も有しうる。これらの開口４４０および４４２の絶縁体として空気が用いられうる。空気を絶縁体として使用することにより、作業員がターミナル構造体１０４および内部の構成要素にアクセスできるようになる。
【００５２】
ターミナル構造体の外側後面４３０をエンクロージャ１１２の後面壁１１９から絶縁する絶縁体として空気を用いるので、後面壁１１９は、後面４３０から十分距離４１０を置いて配置される必要がある。距離４１０は、ターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルに少なくとも一部依存するはずである。距離４１０は、エンクロージャ１１２の後面壁１１９の電気的アースからターミナル１０４の後面４３０を電気的に絶縁するのに十分な大きさでなければならない空気は、想定された条件の下では、約７２ｋＶ／インチの絶縁耐力を有しうる。この絶縁耐力は、相対湿度、イオン注入システムの特定の場所の海抜（すなわち空気圧）、分離距離、および、電極の表面仕上げによって変化しうる。このような変化のための安全対策としては、３２ｋＶ／インチの空気の絶縁耐力がデザインルールとして用いられうる。例えば、ターミナル構造体１０４に最高６００ｋＶの電圧が印加される場合、距離４１０は、３２ｋＶ／インチの設計ルールを用いて１８．７５インチになるように選択されうる。
【００５３】
直立壁３２２および３２４（、底面３２０、および、上面３２６）の固体絶縁体の絶縁耐力は、壁３２２および３２４における電圧降下がターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルと等しくなるよう設計されうる。一実施形態では、直立壁３２２および３２４の固体絶縁体は、ターミナル構造体の対応する外側表面と接触しうる。直立壁３２２および３２４の固体絶縁体は、接地されたエンクロージャ１１２とも接触しうる。したがって、直立壁３２４の厚み４０８は、ターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルと、直立壁３２４に対し選択された特定の固体絶縁体の絶縁耐力とに基づき変化しうる。例えば、ターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルが６００ｋＶであり、直立壁の信頼できる絶縁耐力が２００ｖＶ／インチだとすると、壁は３インチの厚み４０８を有していなくてはならない。
【００５４】
電荷は、直立壁３２２、３２４の内側表面に沿って移動するので、内側表面は、移動する電荷のトラッキング長を効率よく長くする波状または波形の表面３８５によって形成されうる。１０ｋＶ／インチのトラッキング長を条件とすると、６００ｋＶの電圧が印加されたターミナル構造体１０４に関しては、側壁３２２および３２４の滑らかな内側表面の長さは、６０インチになるであろう。波状または波形の表面３８５は、この長さを３分の１にするか、または、約たった２０インチまでに減らしうる。底面３２０および上面３２６の内側表面も、波状または波形の表面で形成されうる。
【００５５】
図５は、５つの面をもつ固体絶縁体を有する絶縁体系１６２ｂの第２の実施形態を示す斜視図であり、図６は、図５をＡ−Ａラインで切断した第２の実施形態を示す断面図である。第１の実施形態と同様に、５つの面のそれぞれは、モノリシック構造などの一体成形で形成されることにより、接合部に空気が入る危険性を低くすることができる。または、５つの面のそれぞれは、個別に形成されて接合されることにより、５つの面を有する絶縁体系１６２ａを形成しうる。
【００５６】
図３および４の第１の実施形態と比較すると、図５および６の第２の実施形態の絶縁体系１６２ｂは、さらなる後面直立壁３２８（図６参照）を有する。後面直立壁３２８は、底面３２０の裏側、および、第１の直立壁３２２、第２の直立壁３２４、および、上面３２６の裏側に結合されうる。図４および５の第１の実施形態と同様の第２の実施形態の他の構成要素も同様に名付けられるので、説明を明確にすべく、繰り返しの記載は省略する。
【００５７】
第２の実施形態は、後面直立壁３２８を用いるので、エンクロージャ１１２の後面壁１１９は、後面直立壁３２８の外側表面と接触しうる。後面直立壁３２８の厚み６０８は、第１の直立壁３２４の厚み４０８と同様に選択されうる。すなわち、厚み６０８は、後面直立壁３２８における電圧降下がターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルと等しくなるように選択されうる。したがって、厚み６０８は、ターミナル構造体１０４の最高予測ＤＣ電圧レベルと、後面直立壁３２８に対して選択された特定の誘電体の絶縁耐力とに基づき変化しうる。
【００５８】
あるいは、絶縁体系１６２ｂの後面直立壁３２８は、エンクロージャ１１２の後面壁１１９とだけ接触し、後面直立壁３２８とターミナル構造体１０４との間にはエアギャップが形成されうる。しかしながら、後面直立壁３２８は、この場合のターミナル構造体１０４の電圧レベルを高くしすぎないために依然として必要であろう。
【００５９】
図７は、絶縁体系１６２ｃの第３の実施形態を示す斜視図であり、図８は、図７をＡ−Ａラインで切断した絶縁体系１６２ｃの第３の実施形態を示す断面図である。絶縁体系１６２ｃは、ターミナル構造体７０３の外側表面の一部分のまわりに配置された絶縁体７３２および７３４を含みうる。ターミナル構造体７０３の外側表面の残りの部分を絶縁するために空気が用いられうる。一般的に、固体絶縁体７３２および７３４は、例えば、端および隅など、過剰な電気応力を有するターミナル構造体７０３の外側表面における部分のまわりに配置されうる。他のターミナル構造体は、追加の固体絶縁体を必要とする垂直端部などの付加的な部分を有する。
【００６０】
ターミナル構造体７０３は、底面７０２、当該底面７０２に結合された４つの直立壁７０４、７０６、７０８、７１０、および、上面７１２を含みうる。４つの直立壁７０４、７０６、７０８、および、７１０は、１つの固体物質、または、複数の別個の物質から形成されうる。絶縁体７３２は、直立壁７０４、７０６、７０８、７１０と上面７１２との接合部のまわりに配置され、絶縁体７３４は、直立壁７０４、７０６、７０８、７１０と底面７０２との接合部のまわりに配置されうる。絶縁体７３２および７３４は、固体絶縁体でありうる。一実施形態では、絶縁体７３２、７３４は、実質的に管状の外形を有する。
【００６１】
固体絶縁体７３２および７３４は、これに限定されないが、ポリエチレン、シンタクチックフォーム（シリコーン、または、ガラスマイクロバルーンエポキシ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、塩素化塩化ビニル樹脂（ＣＰＶＣ）、または、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの図３の実施形態に関連して説明された任意の固体絶縁体を含みうる。一実施形態では、固体絶縁体７３２および７３４は、絶縁体７３２および７３４の断面全体が固体材料でありうる。例えば、図８Ａは、破線で図示されている側壁７０６と上面７１２との接合部を絶縁する絶縁体７３２ａの断面全体が固体絶縁材料である図７をＢ−Ｂラインに沿って切断した固体絶縁体７３２の一実施形態７３２ａを示す断面図である。または、絶縁体７３２は、図８Ｂの実施形態７３２ｂに示されるような内部キャビティ８５４を形成する外側の固体絶縁体８５２を有しうる。内部キャビティ８５４にはガスが充填されうる。一実施形態では、ガスは、加圧空気でありうる。いくつかの例では、二酸化炭素（ＣＯ２）または、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのガスが用いられ、このようなガスは、それらの加圧されない絶縁耐力に基づき、加圧されなくてよい。
【００６２】
イオン注入システムの作動中、ターミナル構造体７０３には、少なくとも２００キロボルト（ｋＶ）の電圧が印加されうる。一実施形態では、４つの直立壁の１つ以上は、作業員がターミナル構造体７０３の内部キャビティにアクセスすることを可能にするドアとして機能する少なくとも１つのヒンジ７２２およびロック機構７２４を有する部分７１８を含みうる。
【００６３】
図９は、液体絶縁体９０２を有する絶縁体系１６２ｄの第４の実施形態を示す断面図である。液密キャビティは、ターミナル構造体１０４の外側表面と、エンクロージャ９１２との間に形成されうる。液体絶縁体９０２は、この液密キャビティ内に配置されうる。
【００６４】
液体絶縁体９０２は、これに限定されないが、油を含みうる。紙９０４などの固体が液体絶縁体９０２内に配置されることにより、液体の誘電性を高めうる。まず、紙９０４がターミナル構造体１０４のまわりにぴったりと巻きつけられ、油などの液体絶縁体９０２が紙９０４のシート間の液密キャビティに圧入されうる。
【００６５】
図１０は、加圧ガス絶縁体を有する絶縁体系１６２ｅの第５の実施形態を示す概略ブロック図である。加圧ガスは、これに限定されないが、空気、二酸化炭素、または、六フッ化硫黄を含みうる。エンクロージャ１０１２は、選択されるガスの圧力に耐えうる適切な材料および構造で形成されうる。エンクロージャ１０１２は、ターミナル構造体１０４を囲みうる。したがって、チャンバは、エンクロージャ１０１２の内側表面、および、ターミナル構造体１０４の外側表面により定められうる。加圧ガスがチャンバ内に導入されることにより、当該加圧ガスによってエンクロージャ１０１２の電気的アースはターミナル構造体１０４から絶縁されうる。いくらかの圧力に対し、二酸化炭素は、空気よりわずかに高い絶縁耐力を有する。ガスの絶縁耐力は、対象の圧力範囲における圧力に対して線形であり、例えば、ガス圧が高まると、絶縁耐力も線形に上昇するので、ターミナル構造体１０４と接地されたエンクロージャ１０１２との間の距離を短くすることができる。
【００６６】
一実施形態に合致するターミナル構造体の絶縁体系は、イオン注入システムが高い注入エネルギーのために直線ＤＣ加速のみを利用する一方で、イオン注入システムのエンクロージャの設置面積のサイズを維持するかまたは減らすことを可能にしうる。これによって、ＤＣタンデム型加速器またはＲＦ線形加速器などの質量分析器の下流に配置される加速器は必要なくなるので、このような加速器に付随するコスト、複雑さ、および、非効率性の問題も解消されうる。
【００６７】
図１１を参照すると、第１の実施形態に従うガスボックス絶縁体系１１００ａを伴い図１のガスボックス１０６の斜視図が示されている。ガスボックス１０６は、４０ｋＶ乃至１２０ｋＶの電圧が印加されうる。一般的に、ガスボックス絶縁体系は、ガスボックス１０６の少なくとも１つの外側表面近傍の領域で約７２キロボルト（ｋＶ）／インチより大きい有効絶縁耐力を提供しうる。図１１では固体絶縁体として示されてはいるが、当該少なくとも１つの絶縁体は、ターミナル構造体の絶縁体系の実施形態で上記説明されたのと同様の液体絶縁体、加圧ガス、または、固体、液体、加圧ガスおよび、空気の組合せでありうる。例えば、図７、８、８Ａおよび８Ｂのターミナル構造体の絶縁体系と同様の固体絶縁体と空気との組合せが用いられうる。この場合、ガスボックス１０６の外側表面の、過剰な電気応力を有する端および隅などの部分のまわりに固体絶縁体物が配置され、そうでなければ空気が用いられうる。
【００６８】
図１１の第１の実施形態では、ガスボックス絶縁体系１１００ａは、ガスボックス１０６の対応する外側底面と接触する一方の面１１０２を有する固体絶縁体を含みうる。固体絶縁体の一方の面１１０２は、平らな形状を有し、ガスボックス１１０６が図１１に示されるように載置される底面として機能する。
【００６９】
固体絶縁体材料は、これに限定されないが、図３の実施形態に関連して詳述される任意の固体絶縁体を含みうる。特に、固体絶縁体物は、いくつか挙げると、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、シンタクチックフォーム、固体エポキシ、ＰＴＦＥ、ＣＰＶＣ、  ＰＶＤＦ、または、繊維ガラスでありうる。固体絶縁体の底面１１０２の厚みは、ガスボックス１０６の最高予測ＤＣ電圧と、選択された特定の固体絶縁体の絶縁耐力とに応じて選択されうる。
【００７０】
図１２は、第２の実施形態におけるガスボックス絶縁体系１１００ｂを有する図１のガスボックスを示す透視図である。ガスボックス絶縁体系１１００ｂは、底面１１０２と第１の直立側壁１１０４とを含む２つの面を有する固体絶縁体を含みうる。面１１０２、１１０４のそれぞれは、ガスボックス１０６の対応する外側表面と接触しうる。上述のターミナル構造体の絶縁体系と同様に、本実施形態、および、多数の面を有する実施形態の面１１０２、１１０４のそれぞれは、例えば、モノリシック構造などの一体成形で形成されることにより、接合部に空気が入る危険性を低くすることができる。または、面のそれぞれは、個別に形成されて接合されてもよい。
【００７１】
図１３は、第３の実施形態におけるガスボックス絶縁体系１１００ｃを有する図１のガスボックスを示す斜視図である。ガスボックス絶縁体系１１００ｃは、底面１１０２、第１の直立側壁１１０４、および、上面１１０６を含む３つの面を有する固体絶縁体を含みうる。面１１０２、１１０４、および１１０６のそれぞれは、ガスボックス１０６の対応する外側表面と接触しうる。
【００７２】
図１４は、第４の実施形態におけるガスボックス絶縁体系１１００ｄを有する図１のガスボックスを示す透視図である。ガスボックス絶縁体系１１００ｄは、底面１１０２、第１の直立側壁１１０４、第２の直立側壁１１０８、および、上面１１０６を含む４つの面を有する固体絶縁体を含みうる。面１１０２、１１０４、１１０６、および、１１０８のそれぞれは、ガスボックス１０６の対応する外側表面と接触しうる。
【００７３】
図１５は、第５の実施形態におけるガスボックス絶縁体系１１００ｅを有する図１のガスボックスを示す分解斜視図であり、図１６は、それの組立斜視図である。図１７は、図１６をＡ−Ａラインで切断した組立てられた絶縁体系を示す断面図である。第５の実施形態のガスボックス絶縁体系１１００ｅは、底面１１０２、第１の直立側壁１１０４、第２の直立側壁１１１０、上面１１０６、および、後面直立側壁１１０８（後面直立側壁１１０８は図１７で最もよく見える）を含む５つの面を有する固体絶縁体を含みうる。面１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０は、ガスボックス１０６の対応する外側表面と接触しうる。
【００７４】
５つの面１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０は、作業員がガスボックス１０６にアクセスできるようにする開口１１７０を形成する。底面１１０２および上面１１０６の長さ（１２）と同様に、第１および第２の直立側壁１１０４、１１１０の長さ（１２）は、ガスボックス１０６の長さ（１１）より長いので、ガスボックス１０６が開口１１７０に挿入されたとき、面１１０２、１１０６、１１０４、１１１０のそれぞれの部分は、ガスボックス１０６の端部より外側に延びている。この延長部により、電荷の移動が防止され、また、図示していないが、ガスボックスに近くない面１１０２、１１０６、１１０４、１１１０の表面を波状または波形にすることにより、延長部を短縮することができる。同様に、図示しないが、図１１乃至２０のすべてのガスボックスに近くない他の面の内側表面も波状または波形にすることにより、移動する電荷のトラッキング長を効果的に長くすることができる。
【００７５】
ガスボックス１０６近傍の面１１０２、１１０４、１０６、１１０８、１１１０の内側表面は、金属などの導電部分（図示せず）を有しうる。したがって、いくつかの実施形態では、ガスボックス１０６近傍の面の内側表面は、「金属化される」とも言う。ガスボックスに近くない面の他の部分は、金属化されず、波状または波形にされることによって移動する電荷のトラッキング長を長くすることができる。ガスボックス近傍のガスボックス絶縁体系の他の実施形態の内側表面も「金属化」されうる。さらに、ガスボックス１０６の外側表面も金属化されることにより、気泡なしの接地接続を実現しうる。
【００７６】
図１８は、第６の実施形態におけるガスボックス絶縁体系１１００ｆを有する図１のガスボックスを示す分解斜視図であり、図１９は、その組立斜視図である。図２０は、図１９をラインＡ−Ａで切断した組立てられた絶縁体系の断面図である。第６の実施形態のガスボックス絶縁体系１１００ｆは、底面１８０２、第１の直立側壁１８０４、第２の直立側壁１８１０、上面１８０６、および、後面直立側壁１８０８を含む５つの面を有する固体絶縁体を含みうる。面１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０のそれぞれは、ガスボックス１０６の対応する外側表面と接触しうる。
【００７７】
ガスボックス絶縁体系１１００ｆは、ガスボックスが５つの面１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０により形成される開口に挿入されたとき、当該ガスボックス１０６の上に載置されうる着脱可能なカバー１８３０も含みうる。着脱可能なカバー１８３０により、側壁１８０４、１８１０、底面１８０２、および、上面１８０６の長さ（１３）を第５の実施形態における長さ（１２）より短くすることができる。長さ（１３）は、ガスボックスの長さ（１１）よりわずかに長いので、ガスボックスは、ガスボックス絶縁体系１１００ｆにより形成されるキャビティ内に嵌合されうる。着脱可能なカバー１８３０は、５つの面を有する構造の対応する部分に嵌め込まれるとき、閉じたキャビティを形成する面の当該対応する部分と対になる部分を有しうる。例えば、部分１８３４は、上面１８０６と対になり、部分１８３８は、側壁１８１０と対になりうる。
【００７８】
これまで、少なくとも１つの例示的実施形態を説明してきたが、さまざまな変更、修正、および、改良が当業者によって直ちになされよう。そのような変更、修正、および、改良は、本開示の範囲内であると意図される。したがって、上記説明は、単なる例であって、限定を意図しない。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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