(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の複数点において、電子線マイクロアナライザーにより入射電子線の励起で発生するＸ線を測定して得られる多点分析のＸ線強度データのデータ処理において、
入射電子線の加速電圧に基づいて前記試料中に含まれる元素毎にＸ線発生領域を推定する工程と、
前記工程で推定したＸ線発生領域において、当該Ｘ線発生領域に対する測定対象部分の比率に基づいて測定条件について補正ファクターを求め、
前記求めた補正ファクターを、測定条件を共通とする前記試料上の測定対象点に適用して測定されたＸ線強度データを補正し、測定対象部分から発生するＸ線のＸ線強度を求める工程とを備えることを特徴とする、電子線マイクロアナライザーの測定データ補正方法。
【請求項２】
試料上の複数点において、電子線マイクロアナライザーにより入射電子線の励起で発生するＸ線を測定して得られる多点分析のＸ線強度データのデータ処理において、
薄膜および下地を含む試料において当該薄膜を測定対象部分とし、
入射電子線の加速電圧に基づいて前記試料中に含まれる元素毎にＸ線発生領域を推定する工程と、
前記推定したＸ線発生領域に対する前記測定対象部分の比率に基づいて測定されたＸ線強度データを補正し、前記測定対象部分から発生するＸ線のＸ線強度を求める工程とを備え、
前記測定対象部分の比率は、前記推定したＸ線発生領域内における下地に対する薄膜の膜厚比であることを特徴とする、電子線マイクロアナライザーの測定データ補正方法。
【請求項３】
試料上の複数点において、電子線マイクロアナライザーにより入射電子線の励起で発生するＸ線を測定して得られる多点分析のＸ線強度データのデータ処理において、
前記試料内の微小部を測定対象部分とし、
入射電子線の加速電圧に基づいて前記試料中に含まれる元素毎にＸ線発生領域を推定する工程と、
前記推定したＸ線発生領域に対する前記測定対象部分の比率に基づいて測定されたＸ線強度データを補正し、前記測定対象部分から発生するＸ線のＸ線強度を求める工程とを備え、
前記測定対象部分の比率は、前記推定したＸ線発生領域に対する前記微小部の体積比であることを特徴とする、電子線マイクロアナライザーの測定データ補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線励起により発生する特性Ｘ線を利用して元素分析を行う電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）において、微小部分析や薄膜分析で得られる測定データを補正して測定精度を高めるデータ補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線マイクロアナライザーは、電子線を試料に照射し、発生する特性Ｘ線を検出して微小部の元素の定性・定量分析を行う機能の他に、同時に発生する電子や光の信号を利用して幾何学的形状や電気的特性・結晶状態などを分析する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の機能を備え、さらに、多種類の電子線、Ｘ線、光、内部起電力など試料から発生する多種多様の情報を用いて、元素間の結合状態を解明したり、試料の内部特性・構造解析を行う機能を備えた局所総合分析装置となっている。また、特性Ｘ線の分光検出を行うために、電子線マイクロアナライザーはＷＤＸ（波長分散型）及びＥＤＸ（エネルギー分散型）を備えている。
【０００３】
電子線で励起された特性Ｘ線を分析する場合、試料中においてＸ線が発生する発生領域を考慮する必要がある。特に、試料が薄膜や微小組織を構成している場合には、Ｘ線の発生領域が下地や周辺組織に及ぶため、正確な定量分析を行うにはこの下地や周辺組織からのＸ線の寄与分を補正する必要がある。
従来、点分析において、Ｘ線発生領域をシミュレートしたりＸ線発生関数を求めることによって、目的とする薄膜や微小組織から発生する特性Ｘ線の発生量を算出し、これによって元素の定量分析を行っている。
【０００４】
Ｘ線発生領域をシミュレートする手法としては、例えばモンテカルロ法やＴＥＰ法を用い、種々のモデル化によって入射電子の拡散領域や信号発生領域を求めるものが提案されている。また、Ｘ線発生関数は、発生した特性Ｘ線の試料による吸収を考慮して、実際に検出されるＸ線強度をＸ線の発生深さの関数として求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来行われているＸ線分析は、試料が薄膜や微小部の場合に測定精度の点で十分といえないという問題がある。
線分析やマッピング分析等の多点分析の測定精度は、点分析の測定精度と比較して十分なものとはいい難いという問題がある。
点分析は試料上に照射する電子線を固定して特定に１点における分析を行うのに対して、線分析は入射電子あるいは試料を動かして、直線上での元素の分布変化や組成等を分析するものであり、マッピング分析（面分析）は電子線を二次元的に走査して面上での元素の分布変化や組成等を分析するものである。
【０００６】
点分析については、前記したように、Ｘ線発生領域をシミュレートしたりＸ線発生関数を求めることによって特性Ｘ線の発生量を補正することが行われており、同手法を線分析やマッピング分析に適用することも考えられる。しかしながら、点分析に用いられる補正を線分析やマッピング分析に適用した場合には、演算量が膨大となり、測定時間や装置の規模を考慮すると非実用的である。
そのため、補正が施されない線分析やマッピング分析では、下地や周辺組織からＸ線が混入し、定性的にも定量的にも正確性を欠いた分析となる。例えば、本来濃度が低い元素であっても、下地からのＸ線が含まれることによって多めに測定されたり、あるいは、本来濃度が高いにも関わらず、Ｘ線発生領域を大きくとったことによって、見かけ上少なめに測定される場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、電子線マイクロアナライザーによる薄膜や微小部の元素分析において、測定データの測定精度を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定条件に基づいて各元素毎にＸ線発生領域を求め、測定されたＸ線強度データをＸ線発生領域によって補正することによって、第１に線分析やマッピング分析等の多点分析の測定精度を高める。また、複数の分光器を備える場合には、測定されたＸ線強度データをＸ線取出し角度と分光器の位置に基づいて補正することによって、第２に微小部の分析形状の分布の測定精度を高める。
【０００９】
本発明の第１の態様は、電子線マイクロアナライザーにより試料上の直線あるいは二次元の走査し、入射電子線の励起で発生するＸ線を測定して得られる線分析あるいはマッピング分析のＸ線強度データのデータ処理において、入射電子線の加速電圧に基づいて試料中に含まれる元素毎にＸ線発生領域を推定する工程（以下、第１の工程という）と、推定したＸ線発生領域内の測定対象部分の比率に基づいて測定されたＸ線強度データを補正し、測定対象部分から発生するＸ線のＸ線強度を求める工程（以下、第２の工程という）とによって測定データを補正する。
【００１０】
第１の工程は、測定されるＸ線強度データの発生源の範囲をＸ線発生領域として推定するものである。例えば、試料が薄膜部分と下地部分とから構成される場合、Ｘ線発生領域は薄膜部分と下地部分の両方を含む可能性がある。薄膜部分及び下地部分の膜厚が既知であれば、推定したＸ線発生領域と比較することによって、Ｘ線の発生源が薄膜部分のみか、あるいは薄膜部分と下地部分の両方であるかの判定、及び薄膜部分と下地部分の両方である場合にはその比率を推定することができる。
【００１１】
第２の工程は、第１の工程で推定したＸ線発生領域に基づいて測定されたＸ線強度データを補正し、測定対象部分を発生源とするＸ線強度データを求めるものである。例えば、薄膜部分を測定対象部分としたとき、第１の工程で推定したＸ線発生領域内の内で測定対象部分である薄膜部分の比率に基づいて測定されたＸ線強度データを補正することによって、測定されたＸ線強度データの中で測定対象部分から発生するＸ線のＸ線強度を求めることができる。
【００１２】
この測定データの補正は、線分析あるいはマッピング分析等の多点分析のＸ線強度データに対して単純で容易ではあるが効果的な補正をすることができ、従来のように各点毎にＸ線発生領域のシミュレートやＸ線発生関数の算出など複雑かつ厄介な補正計算を行う必要がないため、多点分析のＸ線強度データの補正を行うことができる。
【００１３】
Ｘ線発生領域に対する測定対象部分の比率の第１の態様は、試料が薄膜部分と下地部分を備える構成であるとき、推定したＸ線発生領域内における下地部分に対する薄膜部分の膜厚比、及び下地部分の組成比で定まる。
例えば、薄膜部分の膜厚をｄ、下地部分の膜厚をＤとしたとき、測定されたＸ線強度データを補正する補正係数は（ｄ／（ｄ＋Ｄ））とすることができ、膜厚比ｄ／Ｄから定めることができる。また、下地部分の組成比から、下地部分に含まれる測定対象元素の比率を求めることができ、Ｘ線強度データに寄与する割合を求めることができる。
【００１４】
Ｘ線発生領域に対する測定対象部分の比率の第２の態様は、推定したＸ線発生領域に対する微小部の体積比とすることができる。微小部の体積は電子線マイクロアナライザーのＳＥ像やＢＳＥ像から得られる形状測定によって求める微小部の形状及び大きさに基づいて定めることができる。
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において分光器を複数備える場合であり、Ｘ線取出し角度及び分光器の位置に応じてＸ線発生領域を補正するものである。
【００１５】
さらに、本発明は、比率、及び又はＸ線取出し角度及び分光器の位置による補正係数を、Ｘ線強度を補正する補正ファクターとして測定条件毎に予め求めておき、この補正ファクターを測定条件を共通とする一連の分析において共通する補正ファクターとして用いることによって、線分析やマッピング分析等の多点分析、及び測定条件を同一とする複数の測定対象について、共通のデータ処理を適用することができ、処理操作を簡略化し、処理時間を短縮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の測定データ補正方法における処理の流れを説明する概略図である。図１において、電子線マイクロアナライザーによって線分析あるいはマッピング分析等の多点分析を行うと、特性Ｘ線の検出からＸ線強度データ（ａ）が得られ、また、反射電子や背面散乱電子の検出からＳＥ像やＢＳＥ像の像データ（ｂ）が得られる。
Ｘ線強度データ（ａ）からは、測定対象部分に含まれる元素毎の分布状態を求めることができる。一方、像データ（ｂ）からは、試料の表面形状を求めることができる。
【００１７】
本発明の測定データ補正方法では、Ｘ線強度補正処理（ｅ）において、測定されたＸ線強度データ（ａ）に対して入力データ（ｃ）やＸ線発生領域（ｄ）や像データ（ｂ）を用いてＸ線強度データ（ａ）を補正し、測定対象部分を発生源とするＸ線強度データ（ｆ）を求める。入力データ（ｃ）としては試料情報や電子線のビーム条件や取出し角度があり、試料情報及び電子線のビーム条件からＸ線発生領域（ｄ）を求めることができる。なお、試料情報としては、例えば、薄膜の膜厚、下地の膜厚、組成があり、ビーム条件としては加速電圧がある。
【００１８】
図２は本発明の測定データ補正方法を適用した電子線マイクロアナライザーの構成例である。図２において、通常、電子線マイクロアナライザーは電子線マイクロアナライザー本体１，ＸＹステージ駆動制御手段２，多点分析手段３，及びデータ保存手段４を備え、ＸＹステージ駆動制御手段２によって試料Ｓを走査し、多点分析手段３によって得られたＸ線強度データに基づいて線分析やマッピング分析等の多点分析を行い、データ保存手段４にデータを保存している。なお、電子線マイクロアナライザー本体１は、電子線を試料Ｓに照射する電子線源１ａ，試料Ｓを支持する共に電子線に対する位置を変更するステージ機構１ｂ，試料Ｓから発生する特性Ｘ線を波長毎に検出するＸ線分光器１ｃ及びＸ線検出器１ｄ，反射電子を検出するＳＥ検出器１ｅ、背面散乱電子を検出するＢＳＥ検出器１ｆ等を備える。
【００１９】
本発明の測定データ補正方法では、前記した電子線マイクロアナライザーの構成に加えて、入力手段５，補正係数算出手段６，及びデータ補正手段７を備える。入力手段５は試料情報や電子線のビーム条件や取出し角度等の補正係数の算出に用いるデータを入力し、補正係数算出手段６は入力データに基づいてＸ線発生領域を求め、測定されたＸ線強度データを補正するための補正係数を算出する。
【００２０】
データ補正手段７は、多点分析手段３あるいはデータ保存手段４から測定されたＸ線強度データを入力し、このＸ線強度データを補正係数算出手段６から入力した補正係数を用いて補正し、補正後のＸ線強度データをデータ保存手段４に格納する。また、データ補正手段７は、ＳＥ検出器１ｅやＢＳＥ検出器１ｆから入力した微小部の像データの基づいて得られる微小部の形状や大きさに基づいて、Ｘ線強度データを補正することもできる。
なお、図２では、入力手段５，補正係数算出手段６，及びデータ補正手段７を従来の電子線マイクロアナライザー部分に付加する構成として示しているが、該各手段は、電子線マイクロアナライザーが備える入力手段を兼用したり、演算手段の処理内容を追加することによって構成することもできる。
【００２１】
次に、本発明の測定データ補正方法の一手順について図３のフローチャート、図４〜図１０の概略説明図を用いて説明する。
はじめに、入力手段５からＸ線発生領域及び補正係数ｋの算出に要する各種のデータを入力する。入力データとしては、例えば、試料が薄膜の場合には、試料表面の薄膜部分の膜厚ｄ、下地部分の膜厚Ｄ、測定対象の元素の種類、下地部分の組成、電子ビームの加速電圧Ｖ、Ｘ線取出し角度β等がある（ステップＳ１）。
【００２２】
補正係数算出手段６は、入力された電子ビームの加速電圧Ｖや測定対象の元素の種類に基づいて、各元素毎にＸ線発生領域を求める。このＸ線発生領域は、種々のモデルに基づく算出式によって求めることができる。Ｘ線発生領域を算出するモデルとして、例えばＣａｓｔａｉｎｇのモデルやＳｏｅｊｉｍａのモデルが知られており、入射電子線が到達する最大深さ、最大エネルギー損失深さ、完全拡散深さ、拡散半径、表面での横の広がり、有効深さ、拡散角等が求められる。なお、拡散角は入射電子線の９０％あるいは９９％が拡散する角度として求めることができる。
【００２３】
図４は、Ｃａｓｔａｉｎｇ及びＳｏｅｊｉｍａが与えるＸ線発生領域の簡易な最大深さＲｃ及び実効的な深さＲｓ、横の広がりＲｗ（なお、ＲはＲｃあるいはＲｓ）を概略的に示しており、それぞれ以下に示す式で表される。
Ｒｃ＝０．０３３・（Ａ・Ｖ1.7／ρＺ）
Ｒｓ＝（１／４０）・（Ａ・Ｖ1.7／ρＺ）
Ｒｗ＝（１．１γ／（１＋γ））・Ｒ
なお、上記式の単位はμｍであり、Ａは原子量、Ｚは原子番号、ρは密度、Ｖは加速電圧（ｋＶ）、γ＝０．１８７Ｚ2/3である。
したがって、上記モデルあるいは式によって、各元素毎のＸ線発生領域を求めることができる（ステップＳ２）。
【００２４】
電子線マイクロアナライザーによって試料を測定し、線分析あるいはマッピング分析等の多点分析を行い、特性Ｘ線を検出することによってＸ線強度データを測定し、また、反射信号や背面散乱電子の検出からＳＥ像やＢＳＥ像の像データを測定し（ステップＳ３）、該像データを画像処理して、微小部の形状や大きさを求める。ここで求める測定対象部分である微小部の形状や大きさは、測定したＸ線強度データに対して微小部からの寄与量を推定するデータ補正に用いる（ステップＳ４）。
【００２５】
次に、ステップＳ２で求めたＸ線発生領域とステップＳ４で求めた微小部とを比較してＸ線強度データを補正するか否かを判定し、補正を要する場合には補正係数ｋを求める。図５，図６，図７はＸ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
図５はＸ線発生領域１２の深さＲが薄膜部分１０の膜厚ｄよりも小さく、下地部分１１まで達していない場合を示し、図５（ａ）はＸ線発生領域１２の横の広がり２Ｒｗが微小部１３の幅Ｗよりも小さい場合であり、図５（ｂ）はＸ線発生領域１２の横の広がり２Ｒｗが微小部１３の幅Ｗよりも大きい場合である。
【００２６】
図５（ａ）において、Ｘ線発生領域１２は微小部１３内に含まれるため、測定されるＸ線（図中の矢印で示す）は微小部１３からのみ発生するＸ線とすることができ、補正を要しない。また、図５（ｂ）において、Ｘ線発生領域１２は微小部１３外を含んでいる。このとき、微小部１３以外の薄膜部分１０が測定対象の元素を含まないとすると、測定されるＸ線（図中の矢印で示す）は微小部１３からのみ発生するＸ線とすることができ、補正を要しない。
【００２７】
図６はＸ線発生領域１２の深さＲが薄膜部分１０の膜厚ｄよりも大きく、下地部分１１まで達している場合を示し、図６（ａ）はＸ線発生領域１２の横の広がり２Ｒｗが微小部１３の幅Ｗよりも小さい場合であり、図６（ｂ）はＸ線発生領域１２の横の広がり２Ｒｗが微小部１３の幅Ｗよりも大きい場合である。
図６（ａ）において、Ｘ線発生領域１２は薄膜部分１１と下地部分１１にまたがり、薄膜部分１１においてＸ線発生領域１２は微小部１３内に含まれる。そのため、測定されるＸ線（図中の矢印で示す）の内で微小部１３から発生するＸ線は、Ｘ線発生領域１２中の薄膜部分１０とすることができ、補正をする必要がある。
【００２８】
この補正に要する補正係数ｋは、Ｘ線発生領域の体積Ｖｒと薄膜部分の体積Ｖｓとの比で求めることができる。図７は体積比を求めるモデルを示しており、図７（ａ）は球体モデル例であり、図７（ｂ）は円筒モデル例である。
球体モデル例の場合には、薄膜部分を求める補正係数ｋｓはｋｓ＝Ｖｓ／Ｖｒで求めることができ、下地部分を求める補正係数ｋｍはｋｍ＝Ｖｍ／Ｖｒで求めることができる。なお、Ｖｍは下地部分におけるＸ線発生領域の体積であり、Ｖｒ＝Ｖｓ＋Ｖｍである。また、円筒モデル例の場合には、薄膜部分を求める補正係数ｋｓはｋｓ＝ｄ／Ｒで求めることができ、下地部分を求める補正係数ｋｍはｋｍ＝（Ｒ−ｄ）／Ｒで求めることができる。
【００２９】
一方、図６（ｂ）において、Ｘ線発生領域１２は薄膜部分１１と下地部分１１にまたがり、薄膜部分１１においてＸ線発生領域１２は微小部１３外を含んでいる。そのため、測定されるＸ線（図中の矢印で示す）の内で微小部１３から発生するＸ線は、Ｘ線発生領域１２中の薄膜部分１０の内のさらに微小部１３とすることができ、補正をする必要がある。円筒モデル例による補正係数ｋｓは、例えば、ｋ＝Ｗ2ｄ／４Ｒｗ2Ｒで表される。
【００３０】
また、図８は、微小部１３の幅がＸ線発生領域の横の広がりよりも十分に大きい場合であり、図８（ａ）はＸ線発生領域１２の深さＲが薄膜部分１０の膜厚ｄよりも小さく、下地部分１１まで達していない場合を示し、図８（ｂはＸ線発生領域１２の深さＲが薄膜部分１０の膜厚ｄよりも大きく、下地部分１１まで達している場合を示している。
図８（ａ）の場合には、図５（ａ）と同様に補正が不要である。また、図８（ｂ）の場合には、図６（ａ）と同様の補正係数によって補正することができる。
【００３１】
図９は線分析あるいはマッピング分析において、Ｘ線発生領域１２が微小部１３の境界部分にある場合を示している。このとき、薄膜部分１０において微小部１３以外の部分には測定対象の元素が含まれないとすると、補正係数ｋは、Ｘ線発生領域の体積Ｖｒ（＝Ｖｓ１＋Ｖｓ２＋Ｖｍ）に対するＸ線発生領域１２内の微小部１３の体積Ｖｓ１の比（＝Ｖｓ１／Ｖｓ）とすることができる。なお、Ｖｓ２はＸ線発生領域１２内の微小部１３以外の体積を示している（ステップＳ５，６）。
ステップＳ３で求めたＸ線強度データに対して、ステップＳ６で求めた補正係数ｋを乗じることによって、微小部からのＸ線強度データを求めることができる（ステップＳ７）。
【００３２】
また、複数の分光器を用いてＸ線強度データを求めている場合には、Ｘ線取出し角度及び分光器の位置に応じてＸ線発生領域を補正する。図１０は、Ｘ線取出し角度及び分光器の位置の関係を説明するための概略図である。図１０（ａ）は分光器の位置を簡易化して示しており、Ｘ線発生領域の深さをＲ、Ｘ線取出し角度をβ、分光器のＸ線取出し方向に対する角度をψとしたとき、Ｘ線発生領域の横方向の幅Ｒは分光器上においてＲｃｏｓβ／ｓｉｎψとなる。電子線マイクロアナライザーでは、測定波長に応じてＸ線取出し角度や分光器の配置位置を変更する場合（図１０（ｂ））、検出されるＸ線発生領域の形状はそれぞれ異なることになる。そこで、本発明では、Ｘ線取出し角度や分光器の配置位置によるＸ線発生領域の歪みを補正する補正係数ｌを演算あるいは測定データから求めておき、使用するＸ線取出し角度や分光器の配置位置に応じた補正係数ｌを読み出し、前記工程で求めたＸ線強度データを補正する（ステップＳ９）。
上記補正を測定対象とする元素毎に行うことによって、元素分布を求めることができる（ステップＳ１０）。
【００３３】
前記工程で用いた補正係数ｋやＸ線取出し角度及び分光器の位置による補正係数ｌは、Ｘ線強度を補正する補正ファクターとして測定条件毎に予め求めておくことができる。これによって、測定条件を共通とする一連の分析において共通する補正ファクターを用いることができ、線分析やマッピング分析等の多点分析、及び測定条件を同一とする複数の測定対象について共通のデータ処理に適用することができる。
【００３４】
なお、前記で示した補正係数の算出例は一例に過ぎず、採用したＸ線発生領域のモデルに応じてより詳細に算出することができる。
また、本発明による測定データ補正方法は、線分析やマッピング分析等の多点分析に限らず、点分析についても適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明の測定データ補正方法によれば、試料が薄膜や微小部の場合の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定データ補正方法を説明する概略図である。
【図２】本発明の測定データ補正方法を適用した電子線マイクロアナライザーの構成例である。
【図３】本発明の測定データ補正方法の一手順を説明するフローチャートである。
【図４】Ｘ線発生領域の簡易なモデルを説明する概略図である。
【図５】Ｘ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
【図６】Ｘ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
【図７】Ｘ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
【図８】Ｘ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
【図９】Ｘ線発生領域と微小部との関係を説明するための概略図である。
【図１０】Ｘ線取出し角度及び分光器の位置の関係を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１…電子線マイクロアナライザー、１ａ…電子線源、１ｂ…ステージ機構、１ｃ…Ｘ線分光器、１ｄ…Ｘ線検出器、１ｅ…ＳＥ検出器、１ｆ…ＢＳＥ検出器、２…ＸＹステージ駆動制御手段、３…多点分析手段、４…データ保存手段、５…入力手段、６…補正係数算出手段、７…データ補正手段、ａ…Ｘ線強度データ、ｂ…像データ、ｃ…入力データ、ｄ…Ｘ線発生領域、ｅ…Ｘ線強度補正処理、ｆ…補正Ｘ線強度データ、ｓ…試料、Ｒ…Ｘ線発生領域の深さ。
【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９】
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【図１０】
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