(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、前記チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された枚葉式の気相成長装置において、
前記支持台は、前記基板の中心を軸に、遠心力によって前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動が生じる回転数で回転し、
前記支持台には、前記基板の中心を軸に回転した際に前記基板にかかる遠心力によって生じる前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、前記基板を取り囲むように配置された複数の第１の凸部が設けられ、且つ、前記基板と接触する面に複数の第２の凸部が設けられ、その第２の凸部の頂面で前記基板を支持されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記第１の凸部は、先端部分がＲ状に形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記第１の凸部は、先端部分が球状に形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記第１の凸部は、前記基板の中心方向に向かって延び、前記第１の凸部の中心方向に向かう長さが前記所定のガスにより前記基板表面に成膜される膜の膜厚の２倍以上の寸法に形成されることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記第２の凸部は、３個から１０個であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記第２の凸部は、高さが０．１ｍｍから０．５ｍｍ、幅が０．５ｍｍから３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記第２の凸部の頂面は、平坦、円弧状又は細かい凹凸状であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項８】
チャンバ内には、支持台上に載置された基板が収容され、前記チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された枚葉式の気相成長装置を用い、
前記支持台を、前記基板の中心を軸に、遠心力によって前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動が生じる回転数で回転させ、
前記支持台に、前記基板の中心を軸に回転した際に前記基板にかかる遠心力によって生じる前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、前記基板を取り囲むように配置された複数の第１の凸部を設け、且つ、前記基板と接触する面に複数の第２の凸部を設け、その第２の凸部の頂面で前記基板を支持して、前記第１の流路から、成膜するためのガスを供給してエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に係り、例えば、エピタキシャル成長装置におけるシリコンウェハ等の基板を支持する支持部材（支持台）の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
超高速バイポーラ、超高速のＣＭＯＳ等の半導体デバイスの製造において、不純物濃度や膜厚の制御された単結晶のエピタキシャル成長技術は、デバイスの性能を向上させる上で不可欠のものとなっている。
シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられており、場合によっては減圧化学気相成長（ＬＰ−ＣＶＤ）法が用いられている。反応容器内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置し、反応容器内を常圧（０．１ＭＰａ（７６０Ｔｏｒｒ））雰囲気或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で前記半導体基板を加熱し回転させながらシリコン源とボロン化合物、ヒ素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元反応を行なって、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、或いはヒ素（Ａｓ）がドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長させることにより製造する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、エピタキシャル成長技術は、パワー半導体の製造、例えば、ＩＧＢＴ（インシュレートゲートバイポーラトランジスタ）の製造にも用いられる。ＩＧＢＴ等のパワー半導体では、例えば、数１０μｍ以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜が必要となる。
【０００４】
図２４は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図２５は、図２４に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
シリコンウェハ２００の支持部材となるホルダ２１０（サセプタともいう。）には、シリコンウェハ２００の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ２００が収まるように載置される。かかる状態でホルダ２１０を回転させることによりシリコンウェハ２００を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したシリコンウェハ２００の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されているホルダ２１０にシリコンウェハ２００を載置して回転させると、その遠心力からシリコンウェハ２００は、ウェハ面と平行な方向に移動し、ザグリ穴の側面の一部分に寄ってしまう。ここで、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワー半導体の製造に必要な数１０μｍ以上、例えば、５０μｍ以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜（Ｎベース膜）を形成する場合、上述したホルダ２１０では、シリコンウェハ２００の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜とホルダ２１０のザグリ穴の側面に堆積した膜とが接触し、くっ付いて（接着して）しまい、シリコンウェハ２００を搬送する際にシリコンウェハ２００がホルダ２１０に貼り付いてしまうといった現象が発生する問題があった。最悪の場合、シリコンウェハ２００を搬送するために取り出そうとするとシリコンウェハ２００が割れてしまうといった問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点を克服し、基板の支持部への貼り付きを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置において、
支持台には、前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、前記基板を取り囲むように配置された複数の第１の凸部が設けられ、基板裏面と接触する面で基板を支持することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成により、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、基板の側面と接触する部分が複数の第１の凸部のいずれかとなるため、例え、基板の側面部分に成長した膜と凸部の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、本発明における凸部は、先端部分がＲ状に形成されることを望ましい。
【００１１】
先端部分がＲ状に形成されることにより基板の側面との接触を点接触或いは線接触にすることができる。その結果、接触領域を小さくすることができる。
【００１２】
或いは、本発明における凸部は、先端部分が球状に形成されることを特徴とする。
【００１３】
先端部分が球状に形成されることにより基板の側面との接触を点接触にすることができる。その結果、さらに、接触領域を小さくすることができる。
【００１４】
さらに、本発明における第１の凸部は、基板の中心方向に向かって延び、第１の凸部の中心方向に向かう長さが前記所定のガスにより基板表面に成膜される膜の膜厚の２倍以上の寸法に形成されることを特徴とする。
【００１５】
第１の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してくる膜と凸部以外部分の基板側に成長してくる膜との膜厚は同程度となる。よって、凸部の中心方向に向かう長さが所定のガスにより基板表面に成膜される膜の膜厚の２倍以上の寸法に形成されることにより、第１の凸部以外の位置において、基板の側面から成長してきた膜と第１の凸部以外の部分の基板側に成長してきた膜との接触を回避することができる。
【００１６】
本発明の他の態様の気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置において、
支持台には、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束するリングが設けられていることを特徴とする。
【００１７】
上述したリングを設けることで、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、基板の側面と接触する部分がリングの内側の先端部分となるため、例え、基板の側面部分に成長した膜とＲ状の面に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。
【００１８】
本発明の他の態様の気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、前記チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置において、
支持台は、基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する面が基板側に向かって基板を取り囲むように複数個所で凸のＲ状に形成され、基板裏面と接触する面で基板を支持することを特徴とする。
【００１９】
基板に対し基板面と同方向の移動を拘束する面が基板側に向かって凸のＲ状に形成されることから、基板が基板面と同方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、基板の側面と接触する部分がＲ状の面の先端部分となるため、例え、基板の側面部分に成長した膜とＲ状の面に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができる。
【００２０】
さらに、本発明の他の態様の気相成長装置では、上述した特徴の他に、ガス濃度低減と基板温度増加を条件に加えることも好適である。かかる構成により基板の支持部への貼り付きをさらに低減することができる。
【００２１】
本発明の他の態様の気相成長装置は、
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置において、
支持台には、基板と接触する面に複数の第２の凸部が設けられ、その第２の凸部の頂面で基板が支持されていることを特徴とする。
このようにすることにより、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、５０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となった。
【００２２】
ここで、第２の凸部は、３個から１０個であることが望ましく、１０より多くなると基板裏面における接触面積が多くなり、従来との差異が殆ど無くなっています。また、３個未満になれば、基板自身が不安定となり、エピタキシャル成長には好ましくない。
【００２３】
第２の凸部は、高さが０．１ｍｍから０．５ｍｍ、幅が０．５ｍｍから３ｍｍであることが望ましい。この数値は成膜装置によって変ることもある。
【００２４】
また、第２の凸部の頂面は、平坦、円弧状又は細かい凹凸状であって良く、極力接触面が少ない方が望ましい。
【００２５】
本発明の他の態様の気相成長装置は
チャンバ内には支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された枚葉式の気相成長装置において、
前記支持台は、前記基板の中心を軸に、遠心力によって前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動が生じる回転数で回転し、
支持台には、前記基板の中心を軸に回転した際に前記基板にかかる遠心力によって生じる基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、基板を取り囲むように配置された複数の第１の凸部が設けられ、且つ、基板と接触する面に複数の第２の凸部が設けられ、その第２の凸部の頂面で基板を支持されていることを特徴とする。
このように構成することにより、基板の側面及び裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、６０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となった。
【００２６】
また、本発明の一態様の気相成長方法は、
チャンバ内には、支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置を用い、
支持台に、基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、基板を取り囲むように配置された複数の凸部を設け、基板裏面と接触する面で基板を支持して、第１の流路から、成膜するためのガスを供給してエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の他の態様の気相成長方法は、
チャンバ内には、支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置を用い、
支持台に、基板に対し基板面と同方向の移動を拘束するリングを設け、基板裏面と接触する面で基板を支持して、第１の流路から、成膜するためのガスを供給してエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の他の態様の気相成長方法は、
チャンバ内には、支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された気相成長装置を用い、
支持台に、基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する第１の面が基板側に向かって基板を取り囲むように複数個所で凸のＲ状に形成され、基板裏面と接触する第２の面で基板を支持して、第１の流路から、成膜するためのガスを供給してエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の他の態様の気相成長方法は、
チャンバ内には、支持台上に載置された基板が収容され、チャンバには成膜するためのガスを供給する第１の流路及びガスを排気する第２の流路が接続された枚葉式の気相成長装置を用い、
前記支持台を、前記基板の中心を軸に、遠心力によって前記基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動が生じる回転数で回転させ、
支持台に、前記基板の中心を軸に回転した際に前記基板にかかる遠心力によって生じる基板に対し基板面と同方向の実質的に水平な方向の移動を拘束する、基板を取り囲むように配置された複数の第１の凸部を設け、且つ、基板と接触する面に複数の第２の凸部を設け、その第２の凸部の頂面で基板を支持して、第１の流路から、成膜するためのガスを供給してエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、例え、基板の側面部分に成長した膜と凸部の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができるので、基板の支持部への貼り付きを低減することができる。或いは、基板の側面部分に成長した膜とＲ状の面の先端に堆積した膜とが接触しても接触領域を小さくすることができるので、基板の支持部への貼り付きを低減することができる。
さらに、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、５０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
【図２】エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。
【図３】エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
【図４】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
【図５】図４に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図６】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
【図７】図６に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図８】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
【図９】図８に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図１０】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
【図１１】図１０に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図１２】シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
【図１３】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
【図１４】図１３に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図１５】シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
【図１６】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
【図１７】図１６に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図１８】シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
【図１９】凸部を形成していないホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
【図２０】本実施の形態における凸部を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
【図２１】各ホルダ形状におけるシリコンエピタキシャル膜の膜厚とホルダへの貼り付き具合との関係の一例を示す図である。
【図２２】実施の形態２におけるホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
【図２３】図２２に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図２４】ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
【図２５】図２４に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
【図２６】ホルダ（支持台）にシリコンウェハが支持された状態の他の例を示す上面図である。
【図２７】図２６の第２の凸部を拡大して示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図１において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置１００は、支持台の一例となるホルダ（サセプタとも言う。）１１０、チャンバ１２０、シャワーヘッド１３０、真空ポンプ１４０、圧力制御弁１４２、アウトヒータ１５０、インヒータ１６０、回転部材１７０を備えている。チャンバ１２０には、ガスを供給する流路１２２とガスを排気する流路１２４が接続されている。そして、流路１２２は、シャワーヘッド１３０に接続されている。図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない（以下、各図面において同様である）。
【００３３】
ホルダ１１０は、外周が円形に形成され、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から所定の深さに掘り込まれた面で基板の一例となるシリコンウェハ１０１の裏面と接触してシリコンウェハ１０１を実質的に水平に支持する。そして、シリコンウェハ１０１に対しシリコンウェハ１０１面と同方向の移動を拘束する複数の第１の凸部１１２がシリコンウェハ１０１を取り囲むように形成されている。第１の凸部１１２は、根元となる面からホルダ１１０の中心に向かって凸に延びるように形成される。
【００３４】
ホルダ１１０は、図示していない回転機構によりシリコンウェハ１０１面と直交するシリコンウェハ１０１面の中心線を軸に回転させられる回転部材１７０上に配置される。そして、ホルダ１１０は、回転部材１７０と共に回転することで、シリコンウェハ１０１を回転させることができる。
【００３５】
ホルダ１１０の裏面側には、アウトヒータ１５０とインヒータ１６０が配置されている。アウトヒータ１５０によりシリコンウェハ１０１の外周部とホルダ１１０とを加熱することができる。そして、インヒータ１６０は、アウトヒータ１５０の下部に配置され、インヒータ１６０によりシリコンウェハ１０１の外周部以外を加熱することができる。インヒータ１６０とは別に、ホルダ１１０へと熱が逃げやすいシリコンウェハ１０１の外周部の加熱にアウトヒータ１５０を設け、２重ヒータとすることで、シリコンウェハ１０１の面内均一性を向上させることができる。
【００３６】
そして、ホルダ１１０、アウトヒータ１５０、インヒータ１６０、シャワーヘッド１３０、回転部材１７０は、チャンバ１２０内に配置される。回転部材１７０は、チャンバ１２０内から図示していない回転機構へとチャンバ１２０外に延びている。シャワーヘッド１３０は、チャンバ１２０内からチャンバ１２０外へと配管が延びている。
【００３７】
そして、反応容器となるチャンバ１２０内を常圧或いは真空ポンプ１４０により所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で、シリコンウェハ１０１をアウトヒータ１５０とインヒータ１６０とで加熱し、ホルダ１１０の回転によりシリコンウェハ１０１を所定の回転数で回転させながら、シャワーヘッド１３０からシリコン源となる原料ガスをチャンバ１２０内に供給する。そして、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ１０１の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ１２０内の圧力は、例えば、圧力制御弁１４２を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよい。或いは常圧で用いる場合には、真空ポンプ１４０若しくは圧力制御弁１４２がない構成でも構わない。シャワーヘッド１３０では、チャンバ１２０外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド１３０内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ１０１上に供給することができる。さらに、ホルダ１１０や回転部材１７０の圧力を内外同一（シリコンウェハ１０１の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ）にすることで、原料ガスが回転部材１７０の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内（シリコンウェハ１０１の表面側雰囲気）に漏れることを防止することができる。
【００３８】
図２は、エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。
図２に示すように、エピタキシャル成長装置システム３００は、筺体により全体が囲まれている。
図３は、エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
エピタキシャル成長装置システム３００内では、カセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１０或いはカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１２に配置されたカセットにセットされたシリコンウェハ１０１が、搬送ロボット３５０によりロードロック（Ｌ／Ｌ）チャンバ３２０内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ３３０内に配置された搬送ロボット３３２によりＬ／Ｌチャンバ３２０からシリコンウェハ１０１がトランスファーチャンバ３３０内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ１０１がエピタキシャル成長装置１００のチャンバ１２０内に搬送され、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ１０１表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ１０１は、再度、搬送ロボット３３２によりエピタキシャル成長装置１００からトランスファーチャンバ３３０内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ１０１は、Ｌ／Ｌチャンバ３２０に搬送された後、搬送ロボット３５０によりＬ／Ｌチャンバ３２０からカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１０或いはカセットステージ（Ｃ／Ｓ）３１２に配置されたカセットに戻される。図３に示すエピタキシャル成長装置システム３００では、エピタキシャル成長装置１００のチャンバ１２０とＬ／Ｌチャンバ３２０とが２台ずつ搭載されており、スループットを向上させることができる。
【００３９】
図４は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図５は、図４に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に形成された第１の凸部１１２は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ１１０中心に向かって延びており、その先端は、平面に形成されている。ここでは、８個の凸部１１２が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１２に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１２のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１２を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部１１２の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域が小さいため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きを低減することができる。ここでは、８個の凸部１１２が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない。凸部１１２の数が多いほど、シリコンウェハ１０１のセンターリング精度を向上させることができる。逆に、第１の凸部１１２の数が少ないほど、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第１の凸部１１２の先端部分に堆積した膜との接触領域を小さくすることができる。
【００４０】
図６は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図７は、図６に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に形成された凸部１１３は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ１１０中心に向かって延びており、その先端は、上面から見た場合にＲ状の曲面に形成されている。ここでは、８個の第１の凸部１１３が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１３に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１３のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１３を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、第１の凸部１１３の先端がＲ状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ１０１の側面と接触する場合でも線接触或いは点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第１の凸部１１３の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、８個の凸部１１３が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない点は、第１の凸部１１２の数の説明と同様なので説明を省略する。
【００４１】
図８は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図９は、図８に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に複数個所で形成された第１の凸部１１７は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面と接続する側面からなだらかな曲線でつながりながらホルダ１１０中心に向かって続いて延びており、その先端は、上面から見た場合にＲ状の曲面に形成されている。ここでは、８個の第１の凸部１１７が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１７に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１７のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１７を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。その他は、図６、図７と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
図１０は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図１１は、図１０に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に形成された凸部１１４は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ１１０中心に向かって延びており、その先端は、断面を見た場合にＲ状の曲線に形成されている。言い換えれば、ホルダ１１０の表面側から裏面側に向けて曲面に形成されている。ここでは、８個の凸部１１４が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１４に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１４のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１４を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、第１の凸部１１４の先端がＲ状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ１０１の側面と接触する場合でも線接触或いは点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と第１の凸部１１４の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、８個の凸部１１４が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない点は、凸部１１２の数の説明と同様なので説明を省略する。
【００４３】
図１２は、シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
図１２に示すように、シリコンウェハ１０１の側面先端と第１の凸部１１４の先端とが同じ高さになるように凸部１１４を形成することが望ましい。例えば、図１２における寸法Ｘ１は、シリコンウェハ１０１の厚さの１／２が望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｘ１＝０．３６２５ｍｍが望ましい。しかし、これに限るものではなく、Ｘ１≒０．３６２５ｍｍでも構わない。また、寸法Ｘ２は、シリコンウェハ１０１の厚さと同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｘ２＝０．７２５〜１．５ｍｍが望ましい。また、寸法Ｒ１は、シリコンウェハ１０１の厚さの１／２と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｒ１＝３６２５〜０．７５ｍｍが望ましい。
【００４４】
図１３は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図１４は、図１３に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に形成された凸部１１５は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面と接続する側面からホルダ１１０中心に向かって延びており、その先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、８個の凸部１１５が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１５に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の第１の凸部１１５のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１５を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、凸部１１５の先端が球状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ１０１の側面と接触する場合でも点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部１１５の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、８個の凸部１１５が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない点は、凸部１１２の数の説明と同様なので説明を省略する。
【００４５】
図１５は、シリコンウェハ外周部と第１の凸部とを示す断面図である。
図１５に示すように、シリコンウェハ１０１の側面先端と第１の凸部１１５の先端とが同じ高さになるように凸部１１５を形成することが望ましい。例えば、図１５における寸法Ｘ３は、シリコンウェハ１０１の厚さの１／２が望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｘ３＝０．３６２５ｍｍが望ましい。しかし、これに限るものではなく、Ｘ３≒０．３６２５ｍｍでも構わない。また、寸法Ｘ４は、シリコンウェハ１０１の厚さと同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｘ４＝０．７２５〜１．５ｍｍが望ましい。また、寸法Ｒ２は、シリコンウェハ１０１の厚さの１／２と同等、或いは若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Ｒ２＝０．３６２５〜０．７５ｍｍが望ましい。
【００４６】
図１６は、ホルダにシリコンウェハが支持された状態の他の一例を示す上面図である。
図１７は、図１６に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０に形成された第１の凸部１１６は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面に球を溶着することで形成される。よって、シリコンウェハ１０１側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。ここでは、８個の凸部１１６が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１６に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１６のいくつかに接触するだけなので、第１の凸部１１６を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。さらに、ここでは、凸部１１６の先端が球状の曲面に形成されているため、シリコンウェハ１０１の側面と接触する場合でも点接触にすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部１１６の先端部分に堆積した膜とが接触しても、さらに接触領域を小さくすることができるため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きをさらに低減することができる。ここでは、８個の凸部１１６が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない点は、凸部１１２の数の説明と同様なので説明を省略する。
【００４７】
図１８は、シリコンウェハ外周部と凸部とを示す断面図である。
図１８に示すように、シリコンウェハ１０１の側面先端と第１の凸部１１６の先端とが同じ高さになるように凸部１１６を形成することが望ましい。例えば、図１８における寸法Φ１は、シリコンウェハ１０１の厚さより埋め込む分だけ若干大きな値とすることが望ましい。具体的には、例えば、直径２００ｍｍのシリコンウェハの場合、厚さｔが０．７２５ｍｍなので、Φ１＝１〜１．５ｍｍが望ましい。また、寸法Ｘ５は、球体の凸部１１６の位置決めができる程度に掘り込んでいればよい。具体的には、Ｘ５＝０．１３７５〜０．６３７５ｍｍが望ましい。
【００４８】
図１９は、第１の凸部を形成していないホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図２０は、本実施の形態における第１の凸部を形成したホルダを用いた場合の成膜後の状態を説明するための図である。
図１９に示すように、第１の凸部を形成していないホルダを用いた場合、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜４０２とホルダのザグリ穴の側面に堆積したデポ膜４０４とが接触し、くっ付いて（接着して）しまい、シリコンウェハがホルダに貼り付いてしまう。これに対し、図２０（ａ）に示すように、本実施の形態における凸部を形成したホルダを用いた場合、凸部以外の位置では、シリコンウェハの側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜４０２とホルダの底面および側面に堆積したデポ膜４０４とを接触させないようにすることができる。ここで、図２０（ｂ）に示すように、シリコンウェハの中心方向に向かって延びる凸部の中心方向に向かう長さＬは、原料ガスによりシリコンウェハ表面に成膜される膜の膜厚の２倍以上の寸法に形成されるようにすることが望ましい。凸部以外の位置において、シリコンウェハの側面から成長してくる膜と前記凸部以外部分のシリコンウェハ側に成長してくる膜との膜厚は同程度となる。よって、前記凸部の中心方向に向かう長さＬが成膜される膜の膜厚の２倍以上の寸法に形成されることにより、前記凸部以外の位置において、シリコンウェハの側面から成長してきたシリコンエピタキシャル膜４０２と前記凸部以外の側面部分からシリコンウェハ側に成長してきたデポ膜４０４との接触を回避することができる。例えば、シリコンエピタキシャル膜を１２０μｍ成膜する場合、寸法Ｌを２４０μｍ以上、すなわち、０．２４ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００４９】
図２１は、各ホルダ形状におけるシリコンエピタキシャル膜の膜厚とホルダへの貼り付き具合との関係の一例を示す図である。
ここでは、シリコン源として、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）を水素（Ｈ２）で２５％に希釈したガスを３４Ｐａ・ｍ３／ｓ（２０ＳＬＭ）、キャリアガスとして、Ｈ２を８５Ｐａ・ｍ３／ｓ（５０ＳＬＭ）をシャワーヘッド１３０から供給した。すなわち、ガス全体でのＳｉＨＣｌ３濃度を７．２％とした。そして、インヒータ１６０を１１００℃、アウトヒータ１５０を１０９８℃に設定した。また、シリコンウェハの回転数は、５００ｍｉｎ−１（５００ｒｐｍ）とした。チャンバ内圧力は、９．３×１０４Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）とした。
図２１に示すように、本実施の形態における第１の凸部を設けずに、凸部を形成していないホルダを用いた場合（単なるザグリ穴の場合）、シリコンエピタキシャル膜を２８μｍ成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、４０μｍ成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。一方、本実施の形態における凸部の先端を平面にした凸部（シリコンウェハとの接触幅３ｍｍ）を設けた場合、シリコンエピタキシャル膜を６３μｍ成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、１００μｍ成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。さらに、本実施の形態における凸部の先端をＲ状或いは球状にした凸部（シリコンウェハとは点接触）を設けた場合（点接触１）、シリコンエピタキシャル膜を７０μｍ成膜した場合にはシリコンウェハがホルダに貼り付かなかったが、９０μｍ成膜した場合にはシリコンウェハとホルダとの間に軽微な貼り付きが起こった。
【００５０】
以上のように、本実施の形態における第１の凸部を設けることにより凸部を設けない場合に比べ、許容できる膜厚を厚くすることができる。さらに、凸部を設ける場合でも面接触より点接触にすることにより、許容できる膜厚をより厚くすることができる。
【００５１】
さらに、プロセス条件を変更する、言い換えれば、シリコン源となるトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）の濃度を下げ、シリコンウェハの温度を上げることで、許容できる膜厚をさらに厚くすることができる。具体的には、Ｈ２を８５Ｐａ・ｍ３／ｓ（５０ＳＬＭ）増量し、ガス全体でのＳｉＨＣｌ３濃度を７．２％から４．２％に下げた。そして、インヒータ１６０を１２００℃、アウトヒータ１５０を１１２６℃に上げた。かかるプロセス条件を変更し、本実施の形態における凸部の先端をＲ状或いは球状にした凸部（シリコンウェハとは点接触）を設けた場合（点接触２）、シリコンエピタキシャル膜を１２０μｍ成膜した場合でもシリコンウェハがホルダに貼り付かなかった。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１では、第１の凸部を設けて、前記基板の側面部分に成長した膜とホルダ側に堆積した膜との接触領域を小さくしたが、実施の形態２では、効果は劣るが、従来よりは接触領域を小さくしたホルダの形状について説明する。
図２２は、実施の形態２におけるホルダにシリコンウェハが支持された状態の一例を示す上面図である。
図２３は、図２２に示すホルダにシリコンウェハが支持された状態の断面を示す断面図である。
ホルダ１１０には、シリコンウェハ１０１の径より大きいザグリ穴が形成され、かかるザグリ穴に断面が円形に形成されたリング１１８を配置する。言い換えれば、ホルダ１１０は、シリコンウェハ１０１に対しシリコンウェハ１０１面と同方向の移動、すなわち、実質的に水平な方向を拘束する面がシリコンウェハ１０１側に向かって凸のＲ状に形成されたリング１１８を備えている。
そして、リング１１８の内側に、シリコンウェハ１０１を配置する。ホルダ１１０とリング１１８は溶着してもよい。かかる構成により、シリコンウェハ１０１側面に向かうその先端は、球状の曲面に形成されている。よって、ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１がシリコンウェハ面と平行な方向に移動してある方向に寄ってしまう場合でも、シリコンウェハ１０１の側面の一部がリング１１８の先端部分に線接触で接触させることができる。よって、上述した凸部やリング１１８を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜とリング１１８の先端部分に堆積した膜とが接触しても、接触領域が小さいため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きを従来にくらべ低減することができる。
【００５３】
図２６は、ホルダ（支持台）１１０にシリコンウェハ１０１が支持された状態の一例を示す上面図で、第１の凸部１１２、第２の凸部１２１が個々に複数設けて一例を示したものである。この例では、第１の凸部が８個、第２の凸部が４個設けて例を示してある。できれば、第１の凸部が８個であれば、第２の凸部も８個の方が望ましく、３個から１０個位あれば、充分である。
【００５４】
図２７は、第２の凸部１２１の一部を拡大して示した斜視図である。本実施形態の場合の第２の凸部１２１は、厚さ０．１ｍｍ、幅１ｍｍの場合であるが、その大きさは、成長するシリコンエピタキシャル膜にも依存し、また、シリコンウェハ１０１の大きさにも依存する。
【００５５】
さらに、第２の凸部の頂部は、球状でも、細かい凹凸であっても良いが、シリコンウェハ１０１との接触面積が少ない方が望ましい。
【００５６】
このように第２の凸部を設けることにより、基板の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、例えばＩＧＢＴの絶縁分離用のトレンチ（溝）を埋め込む３０μｍ程度のエピタキシャル成長が可能で、また、ＩＧＢＴのｎ−ベースの厚さである５０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となった。また、パワーＭＯＳにおいて、高耐圧化を図るために、トレンチ（溝）に、３０μｍ以上のｐ型の半導体層を埋め込む時のも使用可能である。
【００５７】
具体的には、ホルダ１１０に形成された凸部１１２は、シリコンウェハ１０１の裏面が接触する面（第２の凸部）と接続する側面からホルダ１１０中心に向かって延びており、その先端は、平面に形成されている。ここでは、８個の凸部１１２が均等に配置されている。ホルダ１１０が回転し、その遠心力からシリコンウェハ１０１が８個の凸部１１２に取り囲まれた領域内をシリコンウェハ面と平行な方向、すなわち、実質的に水平な方向に移動したとしてもシリコンウェハ１０１の側面の一部が８個の凸部１１２のいくつかに接触するだけなので、凸部１１２を設けずにホルダ１１０の側面の広い領域で接触する場合に比べ、接触面積を小さくすることができる。
その結果、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部１１２の先端部分に堆積した膜とが接触しても接触領域が小さいため、シリコンウェハ１０１のホルダ１１０への貼り付きを低減することができる。
ここでは、８個の凸部１１２が均等に配置されているが、これに限るものではなく、３個以上であれば構わない。凸部１１２の数が多いほど、シリコンウェハ１０１のセンターリング精度を向上させることができる。逆に、凸部１１２の数が少ないほど、シリコンウェハ１０１の側面部分に成長したシリコンエピタキシャル膜と凸部１１２の先端部分に堆積した膜との接触領域を小さくすることができる。
さらに、シリコンウェハ１０１と接触する面に複数（本実施形態では４個）の第２の凸部１２１が設けられ、その第２の凸部１２１の頂面でシリコンウェハ１０１が支持されている。
【００５８】
このように第１の凸部の他、第２の凸部を設けることにより、シリコンウェハ１０１の裏面における支持台と貼り付きも殆どなくなり、ｎ−ベースの厚さである６０μｍ以上のエピタキシャル成長も可能となった。
【００５９】
なお、当然ながら、ＩＧＢＴに限らず、パワー半導体で、高耐圧を必要とする、パワーＭＯＳの他、電車などのスイッチング素子として使用される、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）や一般的なサイリスタ（ＳＣＲ）の厚いベースのエピタキシャル層形成に適用可能である。
【００６０】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置の一例として、エピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、試料面に所定の膜を気相成長させるための装置であれば構わない。例えば、ポリシリコン膜を成長させる装置であっても構わない。また、上述した各実施の形態では、複数の第１の凸部がシリコンウェハ１０１を取り囲むように円周方向に対して均等に配置されているが、均等でなくても構わない。シリコンウェハ１０１が実質的に水平な方向に移動したときに、どの移動位置でもシリコンウェハ１０１の側面がホルダ１１０の側面に当たらずに複数の凸部のいくつかで拘束されればよい。
【００６１】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、エピタキシャル成長装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
【００６２】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、及び支持部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６３】
１００  エピタキシャル成長装置
１０１，２００  シリコンウェハ
１１０，２１０  ホルダ
１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７  第１の凸部
１１８  リング
１２０  チャンバ
１２１  第２の凸部
１２２，１２４  流路
１３０  シャワーヘッド
１４０  真空ポンプ
１４２  圧力制御弁
１５０  アウトヒータ
１６０  インヒータ
１７０  回転部材
３００  エピタキシャル成長装置システム
３１０，３１２  カセットステージ
３２０  Ｌ／Ｌチャンバ
３３０  トランスファーチャンバ
３３２，３５０  搬送ロボット
４０２  シリコンエピタキシャル膜
４０４  デポ膜
【図１】
0005133298.tif 000002
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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