(57)【要約】【課題】エネルギーの活用効率が高く、メンテナンス作業性及び安全性に優れた配管を提供する。【解決手段】気密構造の処理室１０１内に処理ガスを導入して、被処理物Ｗを処理する際に配管１内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置１００の排気路１０８〜１１１に用いられる配管１であり、流路本体１１と、流路本体１１の内面１１ａ全体に着脱可能に設けられた面状発熱シート１４と、流路本体１１の外面に設けられ空隙部１５ａを有する断熱体１５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】
気密構造の処理室内に処理ガスを導入して、被処理物を処理する際に排気流路内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置の排気流路構造において、
前記排気流路を構成する流路本体と、前記流路本体の内面全体に着脱可能に設けられた面状発熱シートと、前記流路本体の外面に設けられ空隙部を有する断熱体と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項２】
前記面状発熱シートは、絶縁性シートに発熱抵抗体が蛇行して埋設され、面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項３】
前記断熱体の外面に筒体が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項４】
前記断熱体の空隙部が、真空に維持されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項５】
前記断熱体の空隙部に、空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスが充填されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項６】
前記断熱体は、ハニカム構造からなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【請求項７】
前記断熱体は、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の半導体製造装置の排気流路構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理装置などの各種半導体製造装置の配管やバルブその他の排気流路の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの製造工程では、成膜処理、エッチング、アッシングなど種々の真空処理が行われるが、このような真空処理を行った場合、例えば成膜処理では反応副生成物が、またエッチングでは処理ガスとウェハ表面から削り取られた成分との反応生成物が、真空室の排気口から排気路を通じて排出され、この排気路が所定温度に加熱されていないと、排気路内壁にこれらが付着してしまう。
【０００３】
このため、特許文献１では、排気路を介して真空ポンプが接続された気密構造の処理室内に、処理ガスを導入してウェハを処理する真空処理装置において、排気路の少なくとも一部に、排気路の内面の温度を排気路内の圧力に応じた排気物の昇華温度以上となるように加熱するテープヒータを設け、このテープヒータにより排気路の長さ方向の温度勾配を真空ポンプ側に向かって温度が低くなるように設定することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先行技術では排気路の配管の外面にテープヒータを巻いているので、配管の内面の温度を目的とする温度に維持することが困難であり、また配管や周囲に熱を奪われるのでエネルギーロスも大きい。
【０００５】
さらに、排気路の配管をメンテナンスする際には、テープヒータを取り外す必要があるので作業負荷が大きく、また配管にテープヒータを巻き付けているので配管径が大きくなりハンドリングにも問題がある。また、テープヒータが露出しているので作業者が誤って触らないような防止策も必要となる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２０４８６６号掲載公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エネルギーの活用効率が高く、メンテナンス作業性及び安全性に優れた配管を提供することを目的とする。
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明によれば、気密構造の処理室内に処理ガスを導入して、被処理物を処理する際に排気流路内に発生する反応副生成物の付着を防止する半導体製造装置の排気流路構造において、前記排気流路を構成する流路本体と、前記流路本体の内面全体に着脱可能に設けられた面状発熱シートと、前記流路本体の外面に設けられ連続した空隙部を有する断熱体と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置の排気流路構造が提供される。
【０００９】
本発明では、処理ガスの排気流路を構成する流路本体の内面に面状発熱シートを設けているので、排気流路を通過するガスの温度をこの面状発熱シートにより直接的に制御することができる。これにより、面状発熱シートによる熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【００１０】
さらに、排気流路を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が流路本体内に付着するのが防止されるので、排気流路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【００１１】
また、面状発熱シートを流路本体の内面に設けているので、配管径を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。
【００１２】
さらに本発明では、流路本体の外面に、空隙部を有する断熱体が設けられているので、流路本体の熱が空隙部によって遮断され、その結果、排気流路の外面が低温となり作業者が排気流路を触っても火傷などを負うことはない。
【００１３】
（２）本発明において、面状発熱シートは絶縁性シートに発熱抵抗体が蛇行して埋設され、面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていることがより好ましい。
【００１４】
このように面状発熱シート全体としてバックリング力が付与されていると、シートを丸めて流路本体の内面に挿入することで、接着剤等を用いることなく面状発熱シートが流路本体の内面に圧接される。また、離脱も容易であることから、面状発熱シートの交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【００１５】
（３）本発明において、前記断熱体の外面に筒体を設けることもできる。こうすることで、断熱性や排気流路の強度がより向上する。
【００１６】
（４）本発明において、断熱体の空隙部を真空に維持するか、あるいはこの空隙部に空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填することがより好ましい。
【００１７】
熱伝導率は温度と圧力とによって変化する物性値であることから、圧力を低くすることにより熱伝導率を小さくすることができる。したがって、断熱体の空隙部を雰囲気圧力より低い真空に維持することにより、断熱効果をより高めることができる。なお、本発明に係る真空とは、絶対真空を意味するものではなく、雰囲気圧力より低い圧力状態を意味する広い概念である。
【００１８】
また、断熱体の空隙部を真空に維持する以外にも、ここに空気の熱伝導率と同等かそれ以下の熱伝導率を有するガスを充填することにより断熱体の断熱効果をより高めることができる。空気の熱伝導率は２００℃において１８．１ｍＷ／ｍＫであるので、断熱体の空隙部に充填して好ましいガスとしては、空気そのものの他、アルゴンガス（熱伝導率は２００℃において１２．６ｍＷ／ｍＫ）、窒素ガス（熱伝導率は２００℃において１８．３ｍＷ／ｍＫ）、二酸化炭素ガス（熱伝導率は２５０℃において１２．９ｍＷ／ｍＫ）及びこれらの混合ガスを例示することができる。
【００１９】
（５）本発明において、連続した空隙部が設けられた断熱体をハニカム構造で構成することがより好ましい。ハニカム構造は、流路本体との接触面積が小さいぶん断熱効果に寄与する他、流路本体の強度的補強体としても機能する。
【００２０】
（６）本発明において、空隙部を有する断熱体を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成することがより好ましい。発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成された断熱体は気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る配管を示す斜視図、図２は本発明の実施形態に係る配管を示す断面図、図３は本発明の実施形態に係る面状発熱シートを示す斜視図、図４は本発明の配管を適用した半導体製造装置の一例を示すブロック図である。
【００２２】
最初に本発明の配管が適用される半導体装置の一例を、図４を参照しながら説明する。本例では、アルミニウムのドライエッチング装置（本発明に係る半導体製造装置に相当する。）の排気配管に本発明を適用したものである。
【００２３】
同図に示すように、ドライエッチング装置１００は、エッチングチャンバ１０１、ターボモレキュラポンプ１０２、断熱バルブ１０３、トラップ装置１０４、ドライポンプ１０５及び除害処理装置１０６を備えている。被処理物である半導体ウェハＷは、エッチングチャンバ１０１の所定位置にセットされ、ターボモレキュラポンプ１０２及びドライポンプ１０５から成る真空ポンプでエッチングチャンバ１０１内を真空引きした状態で、エッチングチャンバ１０１のガス供給部１０７から例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ３ ）等の反応ガスが供給される。これにより、半導体ウェハＷに所望パターンのアルミニウム・エッチングが施される。そして、このときドライポンプ１０５から排出される排ガスを除害ガス処理装置１０６で浄化したのち、排気される。
【００２４】
同図に示すターボモレキュラポンプ１０２と断熱バルブ１０３とは配管１０８にて接続され、断熱バルブ１０３とトラップ装置１０４とは配管１０９にて接続され、トラップ装置１０４とドライポンプ１０５とは配管１１０にて接続され、ドライポンプ１０５と除害ガス処理装置１０６とは配管１１１にて接続されている。
【００２５】
このアルミエッチング装置において、図５の昇華曲線に示すように反応副生成物である塩化アルミニウムは、たとえば大気圧において１００℃前後の温度を下回ると固体化して配管などの内面などに付着しやすくなる。このため、エッチングチャンバ１０１から除害ガス処理装置１０６に至るガス流路、特に配管１０８，１０９，１１０，１１１の内面に反応副生成物が付着するのを防止するために、これらの配管１０８，１０９，１１０，１１１に本実施形態の配管１を用いている。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本実施形態の配管１は流路本体１１を有し、たとえば内径が４６．１ｍｍ、板厚が１．０ｍｍのステンレス製である。この流路本体１１の内面１１ａには、図３（Ａ）に示すたとえば厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの面状発熱シート１４を巻いたものが着脱可能に設けられている。
【００２７】
面状発熱シート１４は、ポリイミド樹脂などから構成される絶縁性シート１４ａにタングステン、コバルト、ステンレスなどの材料により構成された発熱抵抗体１４ｂを埋め込んだもので、発熱抵抗体１４ｂに流す電流を制御することで発熱温度が調節される。
【００２８】
特に本実施形態に係る面状発熱シート１４は、図３（Ａ）に示すように、タングステン、コバルト、ステンレスなどの剛性を有する材料を絶縁性シート１４ａに対し、面状発熱シート１４を丸める方向Ｘに蛇行して埋設しているので、同図（Ｂ）に示すようにこれを丸めると面状発熱シート１４全体にバックリング力が生じ、これにより接着剤等を用いることなく流路本体１１の内面に密着保持させることができる。また、この面状発熱シート１４は自己バックリング力のみによって流路本体１１の内面に保持されているので、少しの力でこれを離脱することができ、面状発熱シート１４の交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【００２９】
また、面状発熱シート１４が流路本体１１の内面１１ａに設けられているので、面状発熱シート１４の内面が排気ガスの流路に接することになる。すなわち、本例では、反応副生成物を含んだ排気ガスは面状発熱シート１４に直接接しながら流下するので、この面状発熱シート１４の温度制御を適切に行えば、反応副生成物が固体化して付着するおそれがなくなる。仮に、反応副生成物が固体化しても面状発熱シート１４に付着するので、この面状発熱シート１４のみを交換すればよい。したがって、流路本体１１や後述する第１筒体１５及び第２筒体１６をそのまま使用することができる。
【００３０】
なお、面状発熱シート１４の制御温度は、適用する半導体製造装置の排気ガスに含まれる反応副生成物の物性によって適宜選択する。たとえば、本例のアルミエッチング装置では塩化アルミニウムが反応副生成物となるので図５に示す昇華曲線を用いて適切な温度に制御する。また、同図に示すようにＬＰＣＶＤ装置窒化膜プロセスでは塩化アンモニウムが反応副生成物となり、ＰＥＣＶＤ装置窒化膜プロセスでは種々のアンモニウム化合物が反応副生成物となるので、それぞれの物質の昇華曲線を参照しながら適切な温度に制御する。
【００３１】
図１及び図２に戻り、流路本体１１の外面１１ｂの全体には、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなる第１断熱体１５が設けられている。この第１断熱体１５は、図６に示すように３０μｍ〜１００μｍのステンレス製コア箔１５ｂの表面に、波形に形成された同じくステンレス製箔１５ｃをロウ付けや溶接で接合したもので、配管１の長手方向に沿って連続した複数の空隙部１５ａが形成されるように、波形状のハニカム構造に形成されている。第１断熱体１５は、流路本体１１の外面に、たとえば溶接などの締結手段を用いて固定することができるが、これに代えて、テープ状の第１断熱体１５を流路本体１１の外面に螺旋状に巻き付けても良い。
【００３２】
第１断熱体１５の外側には、たとえば板厚が０．５ｍｍのステンレス製第１筒体１２が設けられており、既述した第１断熱体１５がその内面に位置する。こうして、流路本体１１及び第１筒体１２の間にハニカム構造の第１断熱体１５が介装されることにより、まず第１に断熱体１５の空隙部１５ａの存在により断熱効果が発揮されるとともに、第１断熱体１５を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーなど、比表面積が大きい材料により構成することで、より断熱効果を高めることができる。
【００３３】
本例の配管１では、さらに以下のように構成されている。すなわち、第１筒体１２の外面１２ｂに、既述した第１断熱体１５と同じく発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーからなる、上述した第１断熱体１５と同じハニカム構造の第２断熱体１６が設けられている。この第２断熱体１６も、同図に示すように配管１の長手方向に沿って連続した複数の空隙部１６ａが形成されるように、波形状のハニカム構造に形成されている。この第２断熱体１６も、第１筒体１２の外面に、たとえば溶接などの締結手段を用いて固定することができるが、これに代えて、テープ状の第２断熱体１６を第１筒体１２の外面に螺旋状に巻き付けても良い。
【００３４】
さらに、第２断熱体１６の外側には、たとえば板厚が０．５ｍｍのステンレス製第２筒体１３が設けられており、既述した第２断熱体１６がその内面に位置する。こうして、第１筒体１２及び第２筒体１３の間にハニカム構造の第２断熱体１６が介装されることにより、まず第１に断熱体１６の空隙部１６ａの存在により断熱効果が発揮されるとともに、第２断熱体１６を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーなど、比表面積が大きい材料により構成することでより断熱効果を高めることができる。
【００３５】
次に作用を説明する。
上述した本実施形態に係る配管１を図４に示すドライエッチング装置１００の配管１０８，１０９，１１０，１１１に適用し、さらに各配管の第１断熱体１５及び第２断熱体１６のそれぞれに設けられた空隙部１５ａ，１６ａのそれぞれに真空ポンプなどを接続して、この空隙部１５ａ，１６ａ内を真空に維持する。あるいは、配管１を製作する際に空隙部１５ａ，１６ａ内を真空引きして密封してもよい。この場合の真空とは、絶対真空を意味する狭義の真空ではなく、大気圧よりも低圧状態が維持できればよい。図５に示すように、低圧になればなるほど反応副生成物の昇華温度が低くなり、これにより面状発熱シート１４の設定温度を低くすることができるとともに、反応副生成物の面状発熱シート１４の内面１４ａへの付着もし難くなるからである。
【００３６】
また、各配管の第１断熱体１５及び第２断熱体１６のそれぞれに設けられた空隙部１５ａ，１６ａ内を真空に維持することに代えて、この空隙部１５ａ、１６ａ内に空気、あるいは空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填してもよい。空気の熱伝導率は２００℃において１８．１ｍＷ／ｍＫであるので、第１及び第２断熱体１５，１６の空隙部１５ａ，１６ａに充填して好ましいガスとしては、安全性等を考慮すれば、空気そのものの他、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス及びこれらの混合ガスである。
【００３７】
また、面状発熱シート１４の温度を、内部を通過するガスの圧力に応じて適切な温度に制御する。たとえば、図５に示す昇華曲線によれば、反応副生成物である塩化アルミニウムは、ガス圧が１Ｔｏｒｒの場合、約１００℃で昇華するが、ガス圧が高くなると昇華温度も上昇し、逆にガス圧が低くなると昇華温度が降下する。したがって、ドライエッチング装置１００の各配管１０８〜１１１を通過するガス圧に応じて、反応副生成物である塩化アルミニウムが昇華して固体化しない温度に面状発熱シート１４を制御する。
【００３８】
このように、本例の配管１を図４に示すドライエッチング装置１００の配管１０８〜１１１（の少なくとも何れか）に採用すれば、配管内を通過するガスの温度をこの面状発熱シート１４により直接的に制御することができる。これにより、面状発熱シート１４による熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【００３９】
さらに、配管内を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が配管１０８〜１１１の内面に付着するのが防止されるので、半導体製造装置１００の排気路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【００４０】
また、面状発熱シート１４を配管１０８〜１１１の内面に自己バックリング力を利用して設けているので、着脱作業性に優れているとともに、配管系を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。
【００４１】
さらに本実施形態では、配管１の流路本体１１と第１筒体１５との間及び第１筒体１２と第２筒体１３との間に、それぞれ、全体に連続した空隙部１５ａ，１６ａが設けられた第１断熱体１５及び第２断熱体１６を有するので、配管の最外面となる第２筒体１３の外面は充分低温となって、作業者が配管を触っても火傷などを負うこともない。
【００４２】
また、本例では、第１断熱体１５及び第２断熱体１６の空隙部１５ａ，１６ａを真空に維持するか、あるいはこの空隙部１５ａ，１６ａに空気の熱伝導率以下の熱伝導率を有するガスを充填しているので、熱伝導率を小さくすることができ、断熱効果がより高くなる。
【００４３】
さらに、第１断熱体１５及び第２断熱体１６を波形のハニカム構造にしているので、断熱効果に寄与する他、配管の流路本体１１と筒体１２，１３との間の強度的補強体としても機能し、配管自体の強度を高めることもできる。
【００４４】
また、第１断熱体１５及び第２断熱体１６を発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成しているので、気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【００４５】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００４６】
たとえば、上述した実施形態では、配管１の筒体として２つの筒体、すなわち第１筒体１２と第２筒体１３とを設けるとともに、流路本体１１と第１筒体１２との間に第１断熱体１５を設け、第１筒体１２と第２筒体１３との間に第２断熱体１６を設けたが、このうち、第１筒体１２と第２筒体１３と第２断熱体１６を省略することもできる。
【００４７】
すなわち、流路本体１１と、この流路本体１１の内面１１ａに着脱可能に設けられた面状発熱シート１４と、流路本体１１の外側に設けられた第１断熱体１５とを有する配管によっても、上述した各種の効果が発揮される。
【００４８】
また、上述した実施形態では配管に適用した例のみを挙げたが、本発明の基本的構造は配管の他、真空遮断弁、真空圧力制御弁などの各種弁や、トラップにも適用することができる。
【００４９】
たとえば、図７は本発明の排気流路構造を図４に示す断熱バルブ１０３に適用した一例である。バルブ本体１０３ａには、入口１０３ｂ及び出口１０３ｃが形成され、ベローズ１０３ｄの先端に形成された弁体１０３ｅがアクチュエータ１０３ｆにより弁座１０３ｇを開閉する。本例では、このバルブ本体１０３ａの内面に面状発熱シート１４を設けるとともに、バルブ本体１０３ａの外面にハニカム構造の断熱体１５が設けられている。
【００５０】
バルブ本体１０３ａの内面に面状発熱シート１４を設ける場合、上述した配管１の例と同様に、面状発熱シート１４の自己バックリング力を利用して接着剤等を用いることなく密着保持させることができる。また、バルブ本体１０３ａの外面に上述した第１断熱体１５や第２断熱体と同じ構造の断熱体１５を設け、その空隙部１５ａを真空に維持したり、空隙部１５ａに空気、アルゴンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス及びこれらの混合ガスを流しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
（１）請求項１記載の発明によれば、面状発熱シートによる熱が周囲の部材に奪われることなく効率的に活用され、エネルギーロスを低減することができる。また、発熱エネルギーを効率的に活用できる結果、スタートアップ時の目標温度到達時間が短縮されるとともに、稼働時における目標温度復帰時間も短縮される。
【００５２】
さらに、排気路を通過するガスの温度を適切に制御できる結果、反応副生成物が配管内に付着するのが防止されるので、排気路のメンテナンス頻度を低下させることができ、メンテナンスコストを削減することができる。
【００５３】
また、配管系を小さくでき、ハンドリング作業性も向上する。さらに、排気流路の外面は低温となり作業者が配管を触っても火傷などを負うことはない。
【００５４】
（２）請求項２記載の発明によれば、接着剤等を用いることなく面状発熱シートが流路本体の内面に圧接され、また、離脱も容易であることから、面状発熱シートの交換などのメンテナンス作業性が向上する。
【００５５】
（３）請求項３〜５記載の発明によれば、断熱効果をより高めることができる。
【００５６】
（４）請求項６記載の発明によれば、断熱効果に寄与する他、排気流路の流路本体の強度的補強体としても機能するので、排気流路自体の強度を高めることができる。
【００５７】
（５）請求項７記載の発明によれば、発泡金属、発泡セラミックスまたは発泡エラストマーで構成された断熱体は気孔率がきわめて大きく、その結果比表面積が大きいので、断熱効果がより一層高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る配管を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る配管を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る面状発熱シートを示す斜視図である。
【図４】本発明を適用した半導体製造装置の一例を示すブロック図である。
【図５】反応副生成物の昇華曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る断熱体の一例を示す部分斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る断熱バルブを示す断面図である。
【符号の説明】
１…配管
１１…流路本体
１１ａ…流路本体の内面、１１ｂ…流路本体の外面
１２…第１筒体
１２ａ…第１筒体の内面、１２ｂ…第１筒体の外面
１３…第２筒体
１３ａ…第２筒体の内面、１３ｂ…第２筒体の外面
１４…面状発熱シート
１５…第１断熱体
１５ａ…第１断熱体の空隙部
１６…第２断熱体
１６ａ…第２断熱体の空隙部
１００…ドライエッチング装置（半導体製造装置）
１０１…エッチングチャンバ（処理室）
１０２…ターボモレキュラポンプ
１０３…断熱バルブ
１０４…トラップ装置
１０５…ドライポンプ
１０６…除害ガス処理装置
１０７…ガス供給部
１０８，１０９，１１０，１１１…配管
【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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