(57)【要約】【課題】従来に比べて排気リングのコンダクタンスを向上させることができ、排気効率の向上を図ることのできる真空処理装置及び排気リングを提供する。【解決手段】半導体ウエハＷが載置される載置台２の周囲には、環状に構成された排気リング１３が設けられている。この排気リング１３には、開口面積の異なる複数種の排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、形成されており、これらの排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、排気リング１３の内側部に設けられた排気孔１４ａから、中間部に設けられた排気孔１４ｂ、最外周部に設けられた排気孔１４ｃと、外側に行くほど徐々にその開口面積（孔の直径）が大きくなるように配列されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、
前記真空処理室内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、
前記載置台の下方から前記真空処理室内を排気する排気機構と、
前記載置台の周囲を囲むように環状に形成され、複数の排気孔が設けられた排気リングと
を具備した真空処理装置であって、
前記排気リングが、開口面積の異なる複数種の前記排気孔を具備し、かつ、前記排気リングの外周部に配置された前記排気孔の開口面積が、前記排気リングの内周部に配置された前記排気孔の開口面積より大きくなるよう前記排気孔が配設されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空処理装置であって、
前記排気リングに、開口面積が異なる少なくとも３数種の前記排気孔が、前記排気リングの内周部から外周部に向けて前記排気孔の開口面積が徐々に大きくなるよう配設されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の真空処理装置であって、
前記排気リングが、前記排気孔の開口面積に応じて同心円状に段階的に異なる板厚とされていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の真空処理装置であって、
前記排気リングに、前記真空処理室内で発生したプラズマのリークを防止するための磁石が設けられていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項５】
請求項４項記載の真空処理装置であって、
前記磁石が、当該磁石の磁極が前記排気リングの周方向に沿うように配置され、かつ、円周方向に沿って等間隔で複数個配置されていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の真空処理装置であって、
前記排気孔が、円孔から構成され、最外周部に配置された開口面積の一番大きな前記排気孔の直径が、５〜２０ｍｍとされていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載の真空処理装置であって、
前記真空処理室内にプラズマを発生させて、前記被処理基板にエッチング処理を施すことを特徴とする真空処理装置。
【請求項８】
真空処理装置の真空処理室内に配置され、被処理基板が載置される載置台の周囲を囲むように環状に形成され、複数の排気孔が設けられた排気リングであって、
開口面積の異なる複数種の前記排気孔を具備し、かつ、外周部に配置された前記排気孔の開口面積が、内周部に配置された前記排気孔の開口面積より大きくなるよう前記排気孔が配設されていることを特徴とする排気リング。
【請求項９】
請求項８記載の排気リングであって、
開口面積が異なる少なくとも３数種の前記排気孔が、内周部から外周部に向けて前記排気孔の開口面積が徐々に大きくなるよう配設されていることを特徴とする排気リング。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の排気リングであって、
前記排気孔の開口面積に応じて同心円状に段階的に異なる板厚とされていることを特徴とする排気リング。
【請求項１１】
請求項８〜１０いずれか１項記載の排気リングであって、
前記真空処理室内で発生したプラズマのリークを防止するための磁石が設けられていることを特徴とする排気リング。
【請求項１２】
請求項１１項記載の排気リングであって、
前記磁石が、当該磁石の磁極が前記排気リングの周方向に沿うように配置され、かつ、円周方向に沿って等間隔で複数個配置されていることを特徴とする排気リング。
【請求項１３】
請求項８〜１２いずれか１項記載の排気リングであって、
前記排気孔が、円孔から構成され、最外周部に配置された開口面積の一番大きな前記排気孔の直径が、５〜２０ｍｍとされていることを特徴とする排気リング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プラズマエッチング処理等の所定の真空処理を半導体ウエハ等の被処理基板に施す真空処理装置及び排気リングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置やＬＣＤの製造工程等では、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理基板に真空雰囲気下で所定の処理、例えば、成膜処理やエッチング処理等を施す真空処理装置が多用されている。
【０００３】
このような真空処理装置のうち、例えば、平行平板型のプラズマエッチング装置では、真空処理室（プラズマ処理室）内に下部電極を兼ねた載置台（サセプタ）が設けられており、この載置台の上部には、上部電極として作用する所謂シャワーヘッドが設けられている。
【０００４】
そして、シャワーヘッドからシャワー状に供給された所定の処理ガスを、載置台とシャワーヘッドとの間に印加した高周波電力によってプラズマ化し、このプラズマを載置台上に載置された被処理基板に作用させてプラズマエッチング処理を行うよう構成されている。
【０００５】
また、上記のプラズマエッチング装置では、プラズマ処理室内を、プラズマエッチング処理に適した所定の真空度に排気するため、排気機構が設けられている。このような排気機構においては、載置台上に載置された被処理基板の周囲にできるだけ均一な処理ガスの流れを形成し得る構成として、被処理基板面内における処理の均一性を向上させることが要求される。
【０００６】
このため、載置台の周囲に多数の排気孔を有する環状の排気リングを配置し、この排気リングの下方から、排気を行うよう構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、プラズマエッチング装置では、上記の排気リングによって、プラズマ処理室内からのプラズマのリークを防止するようになっており、このため、排気孔の径は、例えば、１．５ｍｍ等の比較的小さな径とされている。
【０００８】
そして、例えば、図６に示すように、環状の板材に、上記のような大きさの同一径の細孔からなる排気孔１００を、放射状に多数（例えば、１万個以上）配置して、排気リング１０１が構成されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−２４５２９５号公報（第５−６頁、第１−２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来から、プラズマエッチング装置等の真空処理装置では、載置台の周囲に環状の排気リングを配置することによって、処理ガスの流れの均一化を図っている。また、かかる排気リングによって、プラズマ処理室内からのプラズマのリークを防止することも行われている。
【００１１】
しかしながら、このような排気リングの使用により、排気効率が低下するため、さらに排気リングのコンダクタンスを向上させて、排気効率の向上を図ることが望まれている。
【００１２】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて排気リングのコンダクタンスを向上させることができ、これによって排気効率の向上を図ることのできる真空処理装置及び排気リングを提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、真空処理室と、前記真空処理室内に配置され、被処理基板が載置される載置台と、前記載置台の下方から前記真空処理室内を排気する排気機構と、前記載置台の周囲を囲むように環状に形成され、複数の排気孔が設けられた排気リングとを具備した真空処理装置であって、前記排気リングが、開口面積の異なる複数種の前記排気孔を具備し、かつ、前記排気リングの外周部に配置された前記排気孔の開口面積が、前記排気リングの内周部に配置された前記排気孔の開口面積より大きくなるよう前記排気孔が配設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の真空処理装置であって、前記排気リングに、開口面積が異なる少なくとも３数種の前記排気孔が、前記排気リングの内周部から外周部に向けて前記排気孔の開口面積が徐々に大きくなるよう配設されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の真空処理装置であって、前記排気リングが、前記排気孔の開口面積に応じて同心円状に段階的に異なる板厚とされていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の真空処理装置であって、前記排気リングに、前記真空処理室内で発生したプラズマのリークを防止するための磁石が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４項記載の真空処理装置であって、前記磁石が、当該磁石の磁極が前記排気リングの周方向に沿うように配置され、かつ、円周方向に沿って等間隔で複数個配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか１項記載の真空処理装置であって、前記排気孔が、円孔から構成され、最外周部に配置された開口面積の一番大きな前記排気孔の直径が、５〜２０ｍｍとされていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１〜６いずれか１項記載の真空処理装置であって、前記真空処理室内にプラズマを発生させて、前記被処理基板にエッチング処理を施すことを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明は、真空処理装置の真空処理室内に配置され、被処理基板が載置される載置台の周囲を囲むように環状に形成され、複数の排気孔が設けられた排気リングであって、開口面積の異なる複数種の前記排気孔を具備し、かつ、外周部に配置された前記排気孔の開口面積が、内周部に配置された前記排気孔の開口面積より大きくなるよう前記排気孔が配設されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項８記載の排気リングであって、開口面積が異なる少なくとも３数種の前記排気孔が、内周部から外周部に向けて前記排気孔の開口面積が徐々に大きくなるよう配設されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項８又は９記載の排気リングであって、前記排気孔の開口面積に応じて同心円状に段階的に異なる板厚とされていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項８〜１０いずれか１項記載の排気リングであって、前記真空処理室内で発生したプラズマのリークを防止するための磁石が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１２の発明は、請求項１１項記載の排気リングであって、前記磁石が、当該磁石の磁極が前記排気リングの周方向に沿うように配置され、かつ、円周方向に沿って等間隔で複数個配置されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１３の発明は、請求項８〜１２いずれか１項記載の排気リングであって、前記排気孔が、円孔から構成され、最外周部に配置された開口面積の一番大きな前記排気孔の直径が、５〜２０ｍｍとされていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係る真空処理装置（プラズマエッチング装置）全体の概略構成を模式的に示すものである。同図において、符号１は、材質が例えば表面に陽極酸化被膜（アルマイト）が形成されたアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、真空処理室（プラズマ処理室）を構成する円筒状の処理チャンバを示している。
【００２８】
上記処理チャンバ１は、接地電位に接続されており、処理チャンバ１の内部には、材質が例えば表面に陽極酸化被膜（アルマイト）が形成されたアルミニウム等から略円板状に構成され、下部電極を兼ねた載置台（サセプタ）２が設けられている。
【００２９】
この載置台２の半導体ウエハＷ載置面には、静電チャック３が設けられている。この静電チャック３は、静電チャック用電極３ａを、例えば、ポリイミド等の絶縁性材料からなる絶縁膜３ｂ中に介在させた構成とされている。
【００３０】
上記載置台２は、セラミックなどの絶縁板４を介して真空チャンバ１内に支持されており、静電チャック３の静電チャック用電極３ａには直流電源５が接続されている。
【００３１】
また、載置台２上には、半導体ウエハＷの周囲を囲むように、環状に形成されたフォーカスリング６が設けられている。
【００３２】
また、載置台２の内部には、温度制御のための熱媒体としての絶縁性流体を循環させるための熱媒体流路７と、ヘリウムガス等の温度制御用のガスを半導体ウエハＷの裏面に供給するためのガス流路８が設けられている。
【００３３】
そして、熱媒体流路７内に所定温度に制御された絶縁性流体を循環させることによって、載置台２を所定温度に制御し、かつ、この載置台２と半導体ウエハＷの裏面との間にガス流路８を介して温度制御用のガスを供給してこれらの間の熱交換を促進し、半導体ウエハＷを精度良くかつ効率的に所定温度に制御することができるようになっている。
【００３４】
また、載置台２のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線１０が接続されている。この給電線１０には整合器１１を介して、高周波電源（ＲＦ電源）１２が接続され、高周波電源１２からは、所定の周波数の高周波電力が供給されるようになっている。
【００３５】
また、上述したフォーカスリング６の外側には、環状に構成された排気リング１３が設けられている。この排気リング１３には、図２にも示すように、開口面積の異なる複数種（本実施形態では３種）の排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、形成されており、これらの排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、排気リング１３の内側部に設けられた排気孔１４ａから、中間部に設けられた排気孔１４ｂ、最外周部に設けられた排気孔１４ｃと、外側に行くほど徐々にその開口面積が大きくなるように配列されている。なお、本実施形態では、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが円孔から構成されており、開口面積の大小は、円孔の直径の大小と同じである。
【００３６】
上記のように、排気リング１３に、開口面積の異なる複数種の排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃを、外側に行くほど徐々にその開口面積（円孔の直径）が大きくなるように配置することにより、図６に示した従来の排気リング１０１のように、同じ開口面積、つまり同じ直径の排気孔１００を配置した場合に比べて、排気孔間のスペースを有効利用することができる。
【００３７】
すなわち、図６に示されるように、同じ直径の排気孔１００を径方向に直線状に配列すると、外周部において径方向に隣接する排気孔１００との間隔が広くなり、排気効率の観点からは、無駄なスペース（デッドスペース）が大きくなる。これに対して、図２に示されるように、外側に行くほど徐々にその開口面積（円孔の直径）が大きくなるように、開口面積が異なる排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置すれば、外周部においても、径方向に隣接する排気孔１４ｃと排気孔１４ｃとの間隔が広くなることはなく、排気リング１３上のスペースを有効に利用することができる。
【００３８】
これによって、排気リング１３全体としての開口面積を大きくすることができ、排気リング１３全体としてのコンダクタンスを増加させ、排気効率を向上させることができる。
【００３９】
なお、上記排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの直径を大きくすれば、コンダクタンスを増加させることができるが、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの直径を大きくし過ぎると、プラズマが排気リング１３の下方へリークする可能性が増大する。また、このようなプラズマのリークは、排気リング１３の板厚をある程度厚くすれば、防止することができるが、排気リング１３の板厚さを厚くすると、コンダクタンスは低下してしまう。
【００４０】
そこで、上記のような排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの直径と、排気リング１３の板厚とを変化させて、コンダクタンスとプラズマのリーク防止性能との関係を計算により求めた結果、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの大きさは、最外周部の開口面積が一番大きな排気孔１４ｃの直径が、例えば、５〜２０ｍｍ程度となるよう設定することが好ましい。この場合、上述したとおり、排気リング１３の板厚が薄過ぎると、上記の排気孔１４ｃ等を通じて、プラズマが排気リング１３の下方へリークする可能性が増大する。このため、排気リング１３の板厚は、例えば、５〜２０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４１】
例えば、最外周部の開口面積が一番大きな排気孔１４ｃの直径を１０ｍｍ、排気リング１３の板厚を１５ｍｍとした場合、図６に示された排気リング１０１  （排気孔１００の直径が１．５ｍｍ、板厚が２ｍｍ）の場合に比べて、コンダクタンスを２倍以上とすることができ、かつ、プラズマのリーク防止性能についても向上させることができる。
【００４２】
なお、上記のように、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの開口面積が夫々異なるため、プラズマのリークを防止するのに必要となる排気リング１３の板厚は、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ毎に、夫々異なったものになる。すなわち、例えば、開口面積が比較的小さな排気孔１４ａについては、開口面積の大きな排気孔１４ｃ等に比べて、プラズマのリークを防止するのに必要となる排気リング１３の板厚は薄くなる。
【００４３】
このため、排気リング１３の板厚を、図３に示すように、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの夫々の部分で、適切な厚さとなるように、段階的に板厚を変えるよう構成することもできる。このような構成とすれば、プラズマのリークを防止しつつ、さらに排気リング１３のコンダクタンスを向上させることができ、排気効率の向上を図ることができる。
【００４４】
また、プラズマのリークを防止するには、例えば、図４に示すように、排気リング１３に、所定間隔（図４に示す例では３０度間隔）で複数（図４に示す例では１２個）の磁石５０を配置し、排気リング１３近傍に磁場を形成することも有効である。なお、図４中に矢印で磁極の向きを示すように、磁石５０の磁極は、排気リング１３の周方向に沿って配置された状態となっている。
【００４５】
このように、排気リング１３近傍に磁場を形成することによって、プラズマ中の荷電粒子の軌道を曲げ、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ内の排気リング１３内壁部に衝突させることにより、プラズマのリークを防止することができる。
【００４６】
かかる構成を採用した場合、図４に示されるように、排気リング１３に設けることのできる排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの数は、磁石５０を配置するスペースが必要となるため、磁石５０を設けない場合に比べて減少する。
【００４７】
しかしながら、磁石５０を設けた場合、プラズマのリークを防止するために必要となる排気リング１３の板厚を、磁石５０を設けない場合に比べて薄くすることができる。このため、全体としては、磁石５０を設けない場合に比べて排気リング１３のコンダクタンスを向上させることができ、排気効率を向上させることができる。
【００４８】
また、図２，４に示した、排気リング１３では、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃを、径方向に沿って直線状に配置しているが、例えば、図５に示すように、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃを周方向にずらして、直線状ではなく千鳥状に配置することもできる。かかる構成を採用することによって、より排気リング１３上の無駄なスペース（デッドスペース）を少なくすることができる。
【００４９】
なお、図２，４，５に示した、排気リング１３では、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが円形の孔によって構成されているが、排気孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの形状は、円形に限られるものではなく、例えば、多角形形状等、他の形状としても良い。
【００５０】
上記構成の排気リング１３の下方には、排気ポート１５が設けられており、この排気ポート１５に接続された排気系１６の真空ポンプ等により、排気リング１３を介して、処理チャンバ１内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【００５１】
一方、載置台２の上方の処理チャンバ１の天壁部分には、シャワーヘッド１７が、載置台２と平行に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド１７は接地されている。したがって、これらの載置台２およびシャワーヘッド１７は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。
【００５２】
上記シャワーヘッド１７は、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、且つその上部にガス導入部１９を有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙２０が形成されている。ガス導入部１９にはガス供給配管２１が接続されており、このガス供給配管２１の他端には、ガス供給系２２が接続されている。このガス供給系２２は、ガス流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３、例えばエッチング用の処理ガス等を供給するための処理ガス供給源２４等から構成されている。
【００５３】
一方、処理チャンバ１の外側周囲には、処理チャンバ１と同心状に、環状の磁場形成機構（リング磁石）２５が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１７との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構２５は、回転機構２６によって、その全体が、処理チャンバ１の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【００５４】
次に、上記のように構成されたプラズマエッチング装置によるプラズマエッチング処理の手順について説明する。
【００５５】
まず、処理チャンバ１に設けられた図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブに隣接して配置されたロードロック室（図示せず）を介して、搬送機構（図示せず）により半導体ウエハＷを処理チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。
【００５６】
そして、搬送機構を処理チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じる。また、静電チャック３の静電チャック用電極３ａに、直流電源５から所定電圧の直流電圧を印加することによって、半導体ウエハＷを吸着保持する。
【００５７】
この後、排気系１６の真空ポンプにより、上述した排気リング１３を介して、処理チャンバ１内の処理空間を所定の真空度、例えば、１．３３Ｐａ〜１３３Ｐａに排気しつつ、処理ガス供給系２２から、処理チャンバ１内に所定の処理ガスを供給する。
【００５８】
そして、この状態で、高周波電源１２から整合器１１を介して、所定周波数、例えば、十数ＭＨｚ〜百数十ＭＨｚの高周波を、載置台２に印加し、載置台２とシャワーヘッド１７との間に空間にプラズマを発生させ、プラズマによる半導体ウエハＷのエッチングが行う。
【００５９】
このエッチング処理の間、排気リング１３を介して、処理チャンバ１内の処理空間の排気を行うことにより、載置台２に載置された半導体ウエハＷの周囲から均一に排気が行われ、半導体ウエハＷの周囲に均一な処理ガスの流れが形成されることによって、半導体ウエハＷの全面に亘り、面内均一性の高い均一な処理を施すことができる。また、排気リング１３のコンダクタンスが高いため、排気効率が向上して、所望の真空度で良好な処理を施すことができ、かつ、プラズマのリークが発生することも防止できる。
【００６０】
そして、半導体ウエハＷに所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源１２からの高周波電力の供給を停止することによって、プラズマエッチング処理を停止し、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを処理チャンバ１外に搬出する。
【００６１】
なお、上記の実施形態では、本発明を半導体ウエハＷにプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、例えば成膜装置等、あらゆる真空処理装置に適用することができる。また、被処理基板についても、半導体ウエハＷに限らず、例えば、ＬＣＤ基板の真空処理等にも同様にして適用できることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の真空処理装置及び排気リングによれば、従来に比べて排気リングのコンダクタンスを向上させることができ、排気効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の真空処理装置の全体概略構成を示す図。
【図２】図１の真空処理装置の要部概略構成を示す図。
【図３】図１の真空処理装置の要部概略構成の変形例を示す図。
【図４】図１の真空処理装置の要部概略構成の変形例を示す図。
【図５】図１の真空処理装置の要部概略構成の変形例を示す図。
【図６】従来の真空処理装置の要部概略構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……処理チャンバ、２……載置台、３……静電チャック、１３……排気リング、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……排気孔、１５……排気ポート、１６……排気系。
【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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