(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱空間を囲う壁体と、
該壁体内部で筒状に配置された発熱体と、
前記発熱体の筒状端部で、前記加熱空間の中心部から前記加熱空間の周縁部までを覆うように配置され、該発熱体からの熱線を反射する複数の反射体と、
該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部と、
少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体と
を備える加熱装置。
【請求項２】
前記発熱体の前記筒状端部の一つが前記壁体の一つである天井壁体側に位置し、前記複数の反射体は、前記天井壁体側に配置される請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記複数の反射体は、前記天井壁体側に凸となるように湾曲している請求項２記載の加熱装置。
【請求項４】
基板を処理する反応容器と、
この反応容器の外周に配置され前記反応容器内の前記基板を加熱する加熱装置とを備え、
この加熱装置は、前記反応容器を取り囲むように筒状に配置された発熱体、及び前記反応容器内の基板の中心部から前記反応容器の周縁部を超える大きさで、前記発熱体の筒状端部に配置され、該発熱体の熱線を反射する複数の反射体を有し、
この複数の反射体を移動させて前記熱線の反射状態を変更させるための移動機構と、
前記基板の周縁部と中心部との面内偏差に基づきこの移動機構を制御する制御装置とを備え、
前記移動機構は、該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部、及び、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体とを有する基板処理装置。
【請求項５】
内部の加熱空間に反応容器を設け、
前記反応容器を取り囲むように筒状に配置された発熱体の筒状端部で前記反応容器内の基板の中心部から前記反応容器の周縁部を超える大きさで複数の反射体を設け、
該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部、及び、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体を有する移動機構を設けた加熱装置において、
前記反応容器内に基板を搬入する工程と、
前記移動機構により前記基板の周縁部と中心部との面内偏差に基づき移動し、前記基板の周縁部と中心部との面内偏差を低減させるように前記発熱体からの熱線の反射状態が変更される工程と、
前記発熱体と前記複数の反射体から反射される熱線とで前記反応容器内を加熱し前記基板を処理する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造技術、特に、被処理基板を処理室に収容して発熱体により加熱した状態で処理を施す熱処理技術に関し、加熱装置、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に従来の加熱装置を用いた処理炉５００の概略断面図を示す。加熱装置は、略円筒形状で上端が蓋された金属製のケーシング５０１と、このケーシング５０１の内側に設けられた略円筒形状の断熱材５０２と、この断熱材５０２の内壁に設けられた発熱線５０３とを有する。この加熱装置の内側に、均熱管５０４及び処理室を形成する反応管５０５が設けられ、この反応管５０５中でウエハ５０６に所望の熱処理が施される。
【０００３】
近年、メタル配線プロセス(Ｃｕアニールなど)で、プロセス温度の低温化(３００℃以下)と、さらなるスループット向上が求められている。よって、ウエハの昇降温時間の短縮が重要とされている。しかし、かかる要請に図１に記載の如き加熱装置で応じると、現状のヒータは中高温領域で使用できるように大容量の断熱材を持っているため、昇降温特性が悪く、スループットの向上が困難であった。したがって、熱容量が少なく、高応答性の加熱装置が必要とされている。
【０００４】
また、特許文献１に係る基板処理装置では、発熱体に複数のピンを貫通させ、このピンから加熱空間に冷却ガスを送り込むことで、急激な冷却を可能としている。そして、冷却特性に着目することで、加熱装置の応答性を向上させている。
【０００５】
近年、ウエハ処理の微細化に伴い、ウエハの面内偏差（ウエハ面内における温度偏差や膜厚偏差等）をさらに少なくする必要がある。そこで、特許文献２では、処理室の上端部に反射鏡を設け、周部ヒータの輻射熱線をウエハの中央部に集光させることで、面内偏差を低減させている。
【０００６】
しかし、反射鏡の姿勢が固定されており、ウエハ中央部の温度調整はウエハ周部と独立に調整できず、面内偏差の問題は解消されていない。
【０００７】
特許文献３に係る熱処理装置では、基板より上方に基板周縁部に設けたヒータからの放射熱を基板に向けて反射させる反射体を移動可能に設けている。しかし、反射体を基板に対し上下動させて熱処理温度を調節しているに過ぎず、面内偏差の問題を解消するものではない。
【０００８】
特許文献４に記載の熱処理装置では、基板と対向する位置に紫外線ランプを設置し、基板と該ランプとの間に反射体を移動又は反射面の角度を変更可能に複数設けて、基板上への紫外線を均一に照射している。しかし、面内偏差に関して開示も示唆もされていない。
【０００９】
また、特許文献５に記載の熱処理装置では、最上段の基板の周縁部と基板の中心部の温度を測定可能な温度センサを設け、この温度センサの情報により異なる位置に複数の加熱手段を制御している。しかし、複数の加熱手段の制御は煩雑となり、面内偏差を十分に解消させるに至っていない。
【特許文献１】ＷＯ２００７／０２３８５５
【特許文献２】特開２００５−３２８８３号
【特許文献３】特開平７−３２１０５９号
【特許文献４】特開２００６−１１４８４８号
【特許文献５】特開２００４−１１９５１０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、処理される基板の面内偏差をさらに低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る加熱装置は、加熱空間を囲う壁体と、該壁体内部で筒状に配置された発熱体と、前記発熱体の筒状端部で、前記加熱空間の中心部から前記加熱空間の周縁部までを覆うように配置され、該発熱体からの熱線を反射する複数の反射体と、該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部と、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体とを備えたことにある。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明に係る基板処理装置の特徴によれば、面内偏差に基づき移動機構により反射状態を変更させるので、さらに基板の面内偏差を低減させることが可能になった。
【００１３】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態としての第一の実施形態を説明する。
【００１５】
図２〜７に示すように、基板処理装置１は、大略、処理室３０８を形成する反応容器３０９と、この反応容器の外周に配置された加熱装置３と、主制御装置４とを備えている。
【００１６】
加熱装置３は、大略、天井部１０、円筒状の中間部１１、下部１２及び端子ケース１３を有し、中間部１１には発熱体２０が支持されている。天井部１０には下面と側面に開口するエルボ状の排気導路８１が形成され、さらにその下部に反射装置９０を有している。中間部１１は、発熱体２０を支持するインナシェル５０を絶縁状態でアウタシェル６０により包囲し、さらに外周を化粧パネル７０で包囲している。インナシェル５０とアウタシェル６０とは導電性の材料から構成されており、例えば、ステンレス材等の金属材から構成されている。
【００１７】
中間部１１の上部と吸気アタッチメント７ｘとの間には冷却ガス導入ダクト７ｙが取り付けられる。吸気アタッチメント７ｘの開口には開閉バルブ７ａとして例えばバタフライバルブが装着され、流路が開閉できるようになっている。吸気アタッチメント７ｘは冷却ガス供給ライン７に接続される。インナシェル５０及びアウタシェル６０の間に円筒状の冷却媒体流通通路としての気道１４が形成される。冷却ガス導入ダクト７ｙは環状に略均等に配置された複数のパイプ６１により気道１４と連通している。一方、排気導路８１には強制排気を行う排気ブロア８ａを備えた強制排気ライン８が接続され、加熱装置３の内部空間である加熱空間の強制排気が行われる。そして、冷却ガス供給ライン７から導入された空気若しくは不活性ガス等のガスは気道１４及び後述の複数の碍子孔から加熱空間１８に冷却ガスとして供給され、強制排気ライン８から排気される。
【００１８】
反応容器３０９は、加熱空間１８に順次同心に配置される均熱管３１５及び反応管３１０を備え、この反応管３１０内に処理室３０８が形成される。この処理室３０８にはウェーハ３０５を水平多段に保持するボート３００が収納される。このボート３００は図示しないボートエレベータにより、処理室内３０８へ装入、引出し可能である。
【００１９】
反応管３１０内には反応ガス導入管５ｘ及び排気管６ｘが連通される。反応ガス導入管５ｘには流量制御器５ａが設けられ、排気管６ｘには圧力制御器６ａが設けられる。反応ガスが所定流量で導入されると共に前記反応管３１０内が所定圧力に維持される様に、排出口６ｙから内部ガスが排気され、排気管６ｘを通じて処理室外に排出される。
【００２０】
他の冷却ガス供給ライン５ｙは、均熱管３１５と反応管３１０との間に形成される均熱管内空間３１７に連通される。前記冷却ガス供給ライン５ｙには流量制御器５ｂが設けられる。また、吸気アタッチメント７ｘには開閉バルブ７ａが設けられる。強制排気ライン８には排気装置としての排気ブロア８ａが設けられる。すなわち、均熱管内空間３１７と加熱空間１８の双方に対して冷却ガスを適宜導入・調整することが可能である。
【００２１】
発熱体２０は中間部１１の円筒の軸心方向に対し、所要のゾーンＺ１〜Ｚ５に複数段に区分けされ、ゾーン制御が可能となっている。各ゾーンには各ゾーンの加熱温度を検出する温度検出器が設けられている。なお、発熱体２０は各ゾーンそれぞれの成形パターンを同じにすることにより、発熱量を各ゾーンとも均一にする様にしてもよい。
【００２２】
基板処理装置１の各部は主制御装置４によって制御され、例えば、反応管３１０内で処理されるウェーハ３０５の処理状態は、主制御装置４によって制御される。この主制御装置４は、温度モニタ部４ａ、加熱制御部（加熱制御装置）４ｂ、反射制御部４ｃ、第一流量制御部４ｄ、反応管３１０内の圧力を制御する圧力制御部４ｅ、第二流量制御部４ｆ、排気制御部４ｇ及び前記ボートエレベータ等の機構部を制御する駆動制御部４ｈを備えている。
【００２３】
温度モニタ部４ａは第一〜第三温度検出器ＴＣ１〜ＴＣ３の温度を検出する。ここで、第一温度検出器ＴＣ１は発熱体２０近傍で各ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に設けられる。第二温度検出器ＴＣ２は反応管３１０内の周部における前記各ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に設けられる。さらに、第３温度検出器ＴＣ３は反応管３１０より上方若しくは反応管３１０の上部中央を含む範囲に設けられている。
【００２４】
加熱制御部４ｂは、温度モニタ部４ａの検出結果に基づき各ゾーンＺ１〜Ｚ５の発熱体２０の発熱量を制御する。また、反射制御部４ｃは、温度モニタ部４ａの検出結果に基づき反射装置９０の駆動装置としてのアクチュエータ９９を制御する。そして、下面が鏡面仕上げされた反射体（リフレクタ）９１を適宜傾斜させて発熱体２０から反応管３１０の上部中央に対する集光度を変更し、同部分の温度制御を行う。
【００２５】
第一流量制御部４ｄは流量制御器５ａを制御し、圧力制御部４ｅは圧力制御器６ａを制御し、反応ガスの導入と圧力を制御する。また、第二流量制御部４ｆは流量制御器５ｂを制御し、排気制御部４ｇは開閉バルブ７ａ及び排気ブロア８ａを制御し、冷却ガスの導入と排出とを制御する。
【００２６】
図４に図２中のＡ部の拡大図を示す。発熱体（ヒータ素線）２０は、アルミナ等の絶縁素材としての吊り碍子３０によりインナシェル５０に固定されている。前記発熱体２０には急速加熱が可能である発熱材料、例えばＦｅ−Ａｌ−Ｃｒ合金が用いられ、発熱表面積が大きくなる様に、断面は平板形状等の形状が採用され、面状発熱体として構成されている。発熱体２０は上下に蛇行状の折返部２１，２２を有しており、中間部は上折返部２１と下折返部２２とをそれぞれ半ピッチずらして接続する素線部２３と、各素線部２３間に位置する隙間２４から構成されている。また、発熱体２０の上部は吊り碍子３０に保持される折曲部２０ａとして折り曲げ加工がなされている。インナシェル５０内面は鏡面仕上げされており、発熱体の素線部２３裏面から輻射される熱線を前記内面で反射させ、隙間２４から加熱空間１８に向かって放射する。
【００２７】
絶縁材料としての吊り碍子３０はアルミナ等の耐熱絶縁材料よりなる上碍子３１及び下碍子３２からなり、上金具３３と下金具３４で発熱体２０の上部における折曲部２０ａを挟んで、ピン３５で溶着固定されている。下金具３４は二カ所の折曲部においてボルト３６によりインナシェル５０に取り付けられる。
【００２８】
インナシェル５０には中央に貫通孔４０ａを有し気道１４内の冷却ガスをインナシェル５０内部に供給する複数の急冷パイプ４０がインナシェル５０の内壁から加熱空間１８側に向かって突出するように設けられている。急冷パイプ４０はアルミナ等の絶縁耐熱材料により形成されている。この急冷パイプ４０は、隙間２４において発熱体２０を貫通する貫通部４０ｄと、この貫通部４０ｄが発熱体２０を貫通する貫通方向Ｖに交差する方向にこの貫通部４０ｄよりも突出する突出部としての略円形の鍔４０ｂ、４０ｃにより発熱体２０の中腹の動きを制限する。すなわち、一対の鍔４０ｂ、４０ｃ間の貫通部４０ｄに溝を形成する。さらに発熱体２０の下端を下段の吊り碍子３０の上端位置に重なる位置に設け、発熱体２０の下端の急冷パイプ４０の突出方向に対する動きを制限する。
【００２９】
インナシェル５０の裏面には冷却媒体流通通路としての水冷管５９が設けられている。この水冷管５９は、インナシェル５０の外面に軸心方向に螺旋状に巻き付けられて溶着される。例えば給・排水経路５９ａ，５９ｂを介して冷却水等の冷却媒体を流すことによりインナシェル５０の温度上昇を防ぎ、ほぼ一定に保つ。
【００３０】
インナシェル５０の外側には複数の接続碍子５１を介して絶縁状態でアウタシェル６０が取り付けられる。接続碍子５１は絶縁性と耐熱性を有するアルミナ材で製作されているため、不測に発熱体２０とインナシェル５０とが接触し、インナシェル５０に電流が伝わる等により例えば短絡しても、接続碍子５１により電流がアウタシェル６０に伝わることはない。
【００３１】
接続碍子５１の内側はインナシェル５０に対し第一のボルト５２で固定される。一方、接続碍子５１の外側はアウタシェル６０に対し絶縁耐熱材料としての環状中空状のカラー５３を介して第二のボルト５４で固定される。カラー５３はアウタシェルの取付孔を貫通して設けられ、アウタシェル６０の肉厚よりも厚く形成され、第二のボルト５４の頭部下面と接続碍子５１外面との間にクリアランス（隙間）を設けている。インナシェル５０が熱膨張によって膨らんでも、その変形分をこのクリアランスにより吸収し、アウタシェル６０に熱応力が作用することを防ぎ、アウタシェル６０の変形を防止している。
【００３２】
アウタシェル６０のさらに外側には柱６２を介して最外殻である側壁外層としての化粧パネル７０が設けられている。この化粧パネル７０はフランジを有する柱６２を介してアウタシェル６０と例えば金属製のリべット６２ａにより固定アウタシェル６０の上部には円筒状の前記気道１４に連通する開口６１ａが設けられ、この開口６１ａにパイプ６１の一端が溶接される。パイプ６１は化粧パネル７０を貫通し、その他端が冷却ガス導入ダクト７ｙに連通している。なお、柱６２、化粧パネル７０は導電性を有する材料から構成されており、例えば、ステンレス材料等の金属材料から構成されている。このため、化粧パネル７０とアウタシェル６０とは柱６２を介して導電する状態で接続されている。なお、アウタシェル６０や化粧パネル７０に対する導電を上述の如く防ぐことで基板処理装置全体への導電を防止し、作業時の感電等や基板処理装置内の電装品が破損することを防いでいる。
【００３３】
図４に示すように、インナシェル５０は上下に複数分割されている。分割された上側のシェルとこれに隣接する下側のシェルとの間には隙間５０ｓが設けられている。そして、インナシェル５０のうち上側のシェルである上側シェルに設けられた第一フランジ５０ｔと下側シェルの水冷管５９との間にセラミックファイバー等の断熱部材よりなる断熱ブランケット５０ａを介在させ、隙間５０ｓからの熱逃げを防ぎ、熱的に上下のシェルを分断している。
【００３４】
図７に示すように、中間部１１の下部では、インナシェル５０の外側に張り出した第二フランジ５０ｘとアウタシェル６０の内側に張り出した第三フランジ６０ｘとの間に断熱及び絶縁部材としての断熱ブランケット５０ｙを介在させてある。これにより、インナシェル５０とアウタシェル６０との間は絶縁されると共に断熱ブランケット５０ｙにより気密状態が保たれる。また、第三フランジ６０ｘと底蓋７２ａとの間に断熱部材としての断熱ブランケット６０ｙを設け、インナシェル５０内部空間の気密を保っている。中間部１１と天井部１０との間にも同趣旨の構造が採用され、絶縁状態と気密状態が保たれる。最下段の発熱体２０の下部は発熱体２０の中腹の動きを制限する急冷パイプ４０とは別に設けられた急冷パイプ４２により支持されている。
【００３５】
近年、ウエハ処理の微細化が進み、ウエハの面内偏差をさらに低減させる必要が生じてきた。特に、ボート３００の上部に位置するウエハ３０５は、天井ユニット１０からの放熱の影響で、ウエハ３０５中心部の温度が周縁部に比べて低くなり易い。これでは、ウエハの中心部と周縁部での均一な熱処理が行なえない。また、ＣＶＤ処理では、処理ガスはボートの周縁部から供給されるため、ボート中心部での処理ガス濃度が低下し、ウエハ中心部の膜厚が周縁部に比べてさらに薄くなる問題を生じていた。
【００３６】
このため、ＣＶＤ処理では、処理ガス濃度の低下に伴う反応速度の低下を補うために、ウエハ中心部の温度を周縁部に比べて高くする要請があった。そして、この問題を解決するために、上記従来技術の如く反射体を固定的に設け、周部発熱体の熱線をボート中心部に集光させ、ウエハ中心部の加熱量を増やすことで、ウエハ面内の温度偏差を調整するという手法も考えられる。
【００３７】
しかし、ヒータの昇温時と安定時ではヒータ出力が異なるため、単一の反射体角度では、ウエハ面内偏差を適切に制御できない。昇温時は安定時に比べて大きな出力を出すため、反射体の角度を安定時の状態で調整すると、昇温時には中央部が周部よりも高温となる。逆に、反射体の角度を昇温時の状態で調整すると、安定時(アニール処理、成膜処理)に中央部が周部よりも低温になる。
【００３８】
また、プロセス・シーケンスによっては、プロセス時間の削減のため昇温終盤からウエハ処理を開始するものもある。従って、ウエハの面内偏差を随時コントロールする必要がある。
【００３９】
図８，９に示すように、天井部１０における本発明の反射装置９０は、ウエハ面内温度に応じてこの反射体９１を移動機構９２により移動させることにより反射体９１の角度を調整し、ウエハ面内偏差を低減させる。
【００４０】
天井ユニット１０は加熱空間１８の雰囲気を排出するための排気導路８１を有する。天井ユニット１０も下部１２の構造と同様に、フランジと断熱クッション（断熱ブランケット）との組合せで、インナシェル５０との絶縁性・気密性を確保すると同時に、インナシェル５０の膨張収縮を吸収する構造としてある。
【００４１】
天井ユニット１０の下部には発熱体２０から輻射される熱線（光）を反射する反射装置９０が設けられている。この反射装置９０は、熱線を反射する複数の湾曲した板状の反射体（リフレクタ）９１を移動機構９２とアクチュエータ９９により傾斜させ、反射方向を変更することで温度制御を行う。
【００４２】
反射体９１は底面視で三角形を呈すると共に、側面視で略円弧状の形状をなし、図８及び９に示す如く、ウエハ３０５の中心部から周縁部を越える大きさで湾曲している。すなわち、反射体９１は加熱空間１８の中心部から加熱空間１８の周縁部近傍までを覆うように設けられる。好ましくは、図８及び９に示す如く、ウエハ３０５の中心部から周縁部を越える大きさで天井壁体側に凸となるように湾曲しているとよい。これにより、反射体９１の先端部と周縁部との間のほぼ全面で熱線の反射に利用することができ、熱線の反射効果を増大させ、熱線の集光状態を向上させることが可能となる。しかも、熱線の反射効果によって、天井部１０の断熱効果をも向上させることができる。なお、好ましくは、反射体９１をウエハ３０５の中心部から発熱体２０が保持される円周位置に直交する鉛直方向位置まで延在されるとよい。このように構成することにより、反射面が増大し、より一層反射効果を増大させ、熱線の集光状態を向上させ、しかも天井部１０の断熱効果をも向上させることができる。
【００４３】
この複数の反射体９１を隙間９１ａを隔てて環状に配置してある。上述の如く、反射体９１は、三角形状（扇状）に形成してあるので、複数の反射体９１を環状に容易に配置することができる。なお、好ましくは、複数の反射体９１を同一形状で形成し、実質的に円周方向に均等配置するとよい。これにより、隙間９１ａにより、加熱空間１８からの排気の流れを円周方向で均等に分けることができ、円周方向でのウエハ面内での温度差を減少させることが可能となる。なお、好ましくは、隙間９１ａの円周方向の幅も均等の大きさとするとより一層均等に排気の流れを円周方向で分けることができ、ウエハ面内の温度差を減少させることが可能となる。
【００４４】
移動機構９２は、可動部としてのシャフト９３で上下移動可能に支持されている中央板９４に各反射体９１の一端側となる頂点を支持し、各反射体９１の他端側となる周部を支軸体としての二本のボルト９５により支持してなる。これにより、シャフト９３で環状に配置された複数の反射体９１の角度を同時に調整することが可能となり、いずれの角度に調整しても加熱空間１８の周方向で均一な反射状態とすることができる。しかも、角度調整はシャフト９３を駆動させればよく、移動機構９２の構造が簡素となる。また、シャフト９３を中心にウエハ３０５に対し点対称に熱線の反射を行うことができ、ウエハ全体を均一に加熱することができる。
【００４５】
アクチュエータ９９は反射制御部４ｃからの信号に基づきシャフト９３を上下移動させ、シャフト９３の位置で反射体９１の角度を調整することにより、反射体９１による反射状態を制御することができる。なお、好ましくは、複数の反射体９１の一端が接続される中央板９４は、最も下方に移動した際に、複数の反射体９１の他端側が接続されるボルト９５より鉛直方向下方に位置可能なように設けるとよい。これにより、天井部１０が鉛直方向に大きくならずにすむため、加熱装置に基板処理装置の鉛直方向の大きさを増大させなくて済む。
【００４６】
加熱空間１８内の雰囲気は、先の隙間９１ａ又は反射体９１の周縁を経て、ヒータの周辺に等配されている４つの第一の開口８２から吸気される。そして、ヒータの中心軸線上にある第二の開口８３で纏められた後、排気口８１ａから加熱装置３の外部に排出される。なお、好ましくは、隙間９１ａの幅は、第一の開口８２における開口面の直径より小さく、すなわち隙間９１の方が狭小とするとよい。これにより、第一の開口８２は、図９に示すように、上述の複数の隙間９１ａの一部に対向して設けられている箇所であっても、隙間９１ａからの排気量を抑制することができ、加熱空間１８からの排気の流れを円周方向で均等に分けることができる。
【００４７】
反応容器３０９には、ＳｉＣや石英材からなる均熱管３１５、ＳｉＣや石英材からなる反応容器としての反応管３１０が設置される。この反応管３１０内に基板保持具としてのボート３００に載置された基板としてのウエーハ３０５が配置される。
【００４８】
反応管３１０内の周縁部には先の第二温度検出器ＴＣ２としての温度センサ３３０が設置され、温度検出体としての熱電対の接点が前記各ゾーンＺ１〜Ｚ５毎に設置される。また、反応管３１０内には、先端がＬ型に曲げられた先の第三温度検出器ＴＣ３としてのＬ型温度センサ３２０が設置される。Ｌ型温度センサ３２０は、反応管３１０内のボート３００より上方でＬ型に屈曲されている。Ｌ型温度センサ３２０は、ウエハ(ボート天板)の中心に位置する部分に温度検出体としての熱電対接点３２１が配置され、周縁に位置する部分に温度検出体としての熱電対接点３２２が設けられ、ウエハ(ボート天板)の中心部と周縁部の温度を検出することができる。
【００４９】
温度センサ３３０により検知された温度に基づき、発熱体制御部４ｂが発熱体出力を各ゾーン毎に制御する。また、Ｌ型温度センサ３２０によって検知された中心部と周縁部の温度データは、温度モニタ部４ａに送信される。反射制御部（制御装置）４ｃは、この中心部と周縁部の温度データから現在のウエハの面内偏差（温度偏差）を計算し、目標値の面内偏差との差に応じてアクチュエータ９９に信号を送り、シャフト９３を動作させて反射体９１の角度を変更し、フィードバック制御を行う。なお、好ましくは、Ｌ型温度センサ３２０によって検知された中心部と周縁部の温度との偏差があらかじめ設定された面内偏差の許容範囲内より大きい場合に、面内偏差を小さくするようシャフト９３を動作させて反射体９１の角度を変更し、フィードバック制御を行うようにするとよい。これにより、ウエハの中心部への集光状態を自動で変化させることができ、ウエハの面内偏差を最適に制御することができる。
【００５０】
次に、上記基板処理装置１の動作について説明する。
ウェーハ３０５の処理は、このウェーハ３０５が装填された前記ボート３００がボートエレベータにより前記反応管３１０に装入され、前記加熱装置３の加熱により所定温度迄急速加熱される。この加熱装置３により前記ウェーハ３０５を所定温度に加熱した状態で前記反応ガス導入管５ｘより反応ガスが導入され、前記排気管６ｘを介して排気ガスが排出され、前記ウェーハ３０５に所要の熱処理がなされる。
【００５１】
通常、前記ボート３００の装入前は所要の温度、例えば５５０℃に保温しておき、このボート３００が装入された後はウェーハ処理温度、例えば８５０℃迄昇温保持される。尚、装入前の温度、処理温度は基板処理装置での処理内容に応じて適切な温度が選択される。
【００５２】
前記発熱体２０の各段の発熱体２０は温度モニタ部４ａによって独立したゾーン毎に測定され、発熱体２０及び反射装置９０により温度制御される。各ゾーンの発熱体２０は連続した１つの発熱体であるので、この発熱体２０に異常があった場合、例えば断線があった場合も直ちに発見でき、各段の発熱体の劣化状態も容易に把握することができる。
【００５３】
処理が完了すると、ウェーハ出炉温度、例えば５５０℃迄急速冷却される。このウェーハ３０５処理後の冷却は、前記流量制御器５ａ及びエアバルブ７ａが開かれ、空気或は窒素ガス等不活性ガスが冷却ガスとして前記冷却ガス供給ライン５ｙ、７より供給される。前記冷却ガス供給ラインから供給された冷却ガスは急冷パイプ４０の貫通孔４０ａを通じて加熱空間１８に流入し、発熱体２０を外面、内面の両側から急速に冷却する。
【００５４】
このような冷却パイプ４０を用いた構成では、ヒータの冷却速度、延いてはウェーハの冷却速度を向上させることができ、ウェーハ処理のスループットを向上させることができる。また、冷却パイプ４０は発熱体押さえと冷却ガス供給管とを兼ねているため、別途ヒータ冷却用のガス管を設ける必要がなく、それ故、ヒータ内壁における発熱体面積を向上させることができる。さらに、冷却パイプ４０の貫通孔４０ａの開口部は発熱体２０よりも内側にて開口しているので、冷却ガスにより発熱体２０が局所的に冷却されることを防止する。その結果、発熱体２０の局所的な変形、捩れ、亀裂を抑制し、延いては、発熱体２０の断線、反応管３１０との接触を防止できる。
【００５５】
円筒状の気道１４に導入される冷却ガスは、容積の大きな冷却ガス導入ダクト７ｙを経て分散されることで、気道１４に均一に冷却ガスが流入し、冷却むらの発生が防止される。その後、冷却ガスは、複数のパイプ６１、気道１４、複数の急冷パイプ４０を介して加熱空間１８に吹き込まれ、加熱空間１８を上昇して排気導路８１より排気される。インナシェル５０内面は加熱空間１８を上昇する冷却ガスにより冷却され、均熱管３１５及び反応管３１０は加熱空間１８及び均熱管内空間３１７を上昇する冷却ガスにより急速に冷却される。これらにより反応管３１０内のウェーハ３０５は急速冷却される。発熱体２０にＦｅ−Ｃｒ−Ａｌやカーボン、ＳｉＣ等の発熱体を採用することで、急速加熱、高温加熱が可能となり、更に冷却ガスによる加熱装置３の冷却により急速冷却が可能となっている。
【００５６】
冷却が完了すると、ボートエレベータによりボート３００が降下され、このボート３００から処理済のウェーハ３０５が払出される。尚、減圧処理の場合は、反応室を大気圧迄復帰させた後、ボート３００が降下される。
【００５７】
本明細書は以下の発明をも含むものとする。
１）前記制御装置は、前記反応容器内の基板の周縁部（周縁）の温度を検出する第１の温度検出体と前記反応容器内の基板の中心部（中心）の温度を検出する第２の温度検出体との検出結果に基づき前記基板の周縁部と中心部との温度偏差を求め、この求めた温度偏差に基づき前記移動機構を制御するものである基板処理装置。
【００５８】
２）前記反射体はこの加熱装置内の上部に設けられている前記基板処理装置。
【００５９】
３）反応容器内に基板を搬入する基板搬入工程と、この反応容器内を加熱装置により加熱して基板を処理する基板処理工程と、基板を前記反応容器内から搬出する基板搬出工程とを備え、前記基板処理工程において、前記基板の周縁部と中心部との面内偏差に基づき制御装置が移動機構を制御し前記反応容器内の熱線を反射する反射体を移動させて前記熱線の反射状態を変更する半導体装置の製造方法。
【００６０】
４）前記基板処理工程において、前記制御装置は、前記反応容器内の基板の周縁部の温度を検出する第１の温度検出体と前記反応容器内の基板の中心部の温度を検出する第２の温度検出体との検出結果に基づき前記基板の周縁部と中心部との温度偏差を求め、この求めた温度偏差に基づき前記移動機構を制御する半導体装置の製造方法。
【００６１】
５）筒状に形成された側壁と、複数の隙間を有する板状の発熱体とを備え、側壁の内面は熱線を反射可能に仕上げられ、前記側壁の筒状の内面に沿って発熱体を設け、発熱体の素線部表面は加熱空間に向かって熱線を輻射し、前記素線部裏面から輻射される熱線は前記内面により反射され前記隙間を通過して前記加熱空間に輻射される加熱装置、基板処理装置及び発熱体の保持構造。この構造では、素線部２３の幅に比較して隙間２４の幅を十分にとり、内面からの反射による熱線を有効活用できる幅としてある。この筒状の中心軸に沿って隙間を形成し、中心軸上側を前記保持部材により支持すると、輻射熱を尤も有効に活用すると共に発熱体の面密度を向上させることができるし、発熱体の線量を減少させて熱応答性を向上させることができる。また、筒状の内面を凹曲面とすることで、反射された熱線が隙間を通過して加熱空間内に輻射される効率を向上させることができ、この凹曲面は円弧面であることが望ましい。
【００６２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００６３】
上記実施形態において、反射体の制御は、Ｌ型温度センサ３２０によって検知された中心部と周縁部の温度データを用いて、ウエハの面内偏差を計算し、目標値の面内偏差との差に応じて反射体９１の角度を変更するフィードバック制御を行っていた。しかし、反射体の制御は、フィードバック制御に限られるものではなく、プログラムにより制御することも可能である。
【００６４】
ウエハ処理（温度の昇降やガスの制御等）は、レシピと呼ばれるプログラムにより制御される。このレシピは、昇温、安定、降温等の複数のイベントよりなり、各イベントは「実行時間」「ヒータ温度」「バルブ開閉時間」「ガス流量」等のプロセス条件から構成されている。このプロセス条件に反射体の角度を調整する「反射体角度情報」を追加し、プログラム制御を行うようにしてもよい。例えば、「昇温イベント時には、リフレクタ角度をＡ状態」、「安定（処理、成膜）イベント時には、リフレクタ角度をＢ状態」となるように設定する。
【００６５】
上述したように、ヒータの昇温時と安定時ではヒータ出力が異なり、昇温時はウエハ全体を均一に素早く加熱するために安定時に比べて大きな出力が必要となる。安定時は、昇温時に比べて小さい出力となるため、天井部１０の排気導路８１によりウエハ中央部の温度がウエハ周部より低温となりやすく、ウエハの面内偏差が生じやすい。そこで、昇温イベント時には、図１０に示すように、シャフト９３をウエハ全体を素早く加熱する角度に設定し、ウエハ全体を均一に加熱する。一方、安定イベント時は、図１１に示すように、ウエハ中央部に熱線を集中する角度に設定する。昇温時は熱輻射量が多いので、輻射熱を分散させたとしても、ウエハ中央部の面内偏差は生じにくくなりウエハ全体を加熱することにより加熱速度を促進させる。一方、安定時は熱輻射量が少ないので、輻射熱をウエハ中央部に集光させ、面内偏差を生じにくくさせる。このように、イベントに応じた反射体角度を設定することで、面内偏差を低減することができる。
【００６６】
また、イベントにおいて、反射体角度は１の状態に限られず、複数の状態となるように設定することも可能である。例えば、昇温イベントの前半時は、図１０に示すように、ウエハ全体を広く均一に素早く加熱するように輻射熱を分散させる角度に設定する。また、後半時は、図１１に示すように、ウエハ中央近傍に集光するように角度に設定する。このように、より緻密な角度調整も可能である。
【００６７】
このような角度の条件設定は、製品ウエハを処理する前の基板処理装置の稼動初期段階（立ち上げ時）や基板処理装置のメンテナンス後（直後）にＬ型温度センサ３２０を用いて行ってもよい。また、試験用ウエハで成膜（アニール）テストを行い、成膜具合（アニール具合）を基に、角度条件を設定しても構わない。なお、昇温イベントを例に説明したが、安定時や降温時等のイベントにおいても、各イベントに応じて上述の如く設定すればよい。
【００６８】
上記実施形態では、ウエハ面内偏差を計算するために、２つの温度検出体としての熱電対接点(接点３２１と接点３２２)を用いたが、温度検出体は種々の改変が可能である。例えば、温度センサ３３０のゾーンＺ１の温度検出体とＬ型温度センサ３２０（例えば、接点３２１等を含む）とを用いてもよい。また、３点以上の温度検出体を用いてウエハ面内偏差を算出しても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、ボート３００の上にウエハ面内を測定するための熱電対接点を設けたが、その位置も種々の改変が可能である。例えば、ボート３００の天板に熱電対接点を貼り付けても良いし、天板内に埋め込んでも良い。さらに、ボート３００とウエハ３０５の間に熱電対接点を設けても良いし、ウエハに熱電対接点を貼り付けても良い。
【００７０】
例えば、制御装置が、あらかじめウエハ面内における中心部と周縁部との膜厚偏差を求めた結果を記憶し、この膜厚偏差に基づき、反射体を移動させて発熱体の熱線の反射具合を調整し、膜厚偏差を無くすように移動機構を制御してもよい。なお、好ましくは、予めウエハに成膜した結果、ウエハ面内における中心部と周縁部との膜厚の偏差を計算し、予め設定された面内偏差の許容範囲内より大きい場合に内面偏差を小さくするようにシャフト９３を動作させると良い。
【００７１】
上記実施形態では、第二、第三温度検出器ＴＣ２，ＴＣ３として温度センサ３２０，３３０を設けた。しかし、これらの第二、第三温度検出器ＴＣ２，ＴＣ３としては、温度検出体としての各熱電対接点が独立の温度センサを用いても構わない。
【００７２】
温度検出体は熱電対の接点のみならず、放射温度計などでもよく、温度を検出できるものであればその形式や構成は問わない。
【００７３】
反射体９１の形状や移動機構９２は種々の改変が可能である。例えば、反射体９１の周縁側を上下させたり、反射体９１の水平位置を変更することにより、反射体９１による反射状態を変更することが可能である。但し、反射体９１の中央を中間部１１の軸心に沿って移動させる上記実施形態は、機構が簡素となる点、周縁部の発熱体２０からの熱線をウエハ中央部に集光させるための反射体９１先端部と周縁部との間を反射に利用することができる点、反射をシャフト９３を中心とする点対称的に行える点で優れている。
【００７４】
反射体の形状は、例えば図１２に示すように、反射体９１’は平坦面を形成すると共に屈曲させて一部に斜面を形成してある。また、屈曲は一カ所に限られず複数箇所設けても構わない。なお、反射体の一端側を保持する中央板の形状等も反射体の形状等に合わせて改変可能である。
【００７５】
反射装置９０は、筒状に配置された発熱体２０の筒状端部に配置すれば良く、加熱装置３の上部のみならず下部に設けてもよい。但し、下部はボートを移動させるために開口することが必要であり、また、上部には排気口が設けられて温度が低下し易いことから、上部に設けることが望ましい。
【００７６】
反応容器は、均熱管及び反応管の双方を備えるように説明したが、均熱管を備えずに反応管のみであってもよい。その他、２重管のみならず、１管や３重管以上の管数に構成されていてもよい。
【００７７】
上記熱処理は酸化処理や拡散処理及び拡散だけでなくイオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローおよびアニール処理等に限らず、成膜処理等の熱処理であってもよい。基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、光ディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。バッチ式熱処理装置および枚葉式熱処理装置に限らず、ヒータユニットを備えた半導体製造装置全般に適用することができる。上記インナシェル５０及び反射体９１の鏡面仕上げ部は、ステンレス鋼の研磨により鏡面とする他、金、白金等の貴金属によるメッキを施しても構わない。
【００７８】
本発明の実施形態は上記の如く構成されるが、さらに包括的には次に列挙するような構成を備えてもよい。
本発明に係る加熱装置は、加熱空間を囲う壁体と、該壁体内部で筒状に配置された発熱体と、前記発熱体の筒状端部で、前記加熱空間の中心部から前記加熱空間の周縁部までを覆うように配置され、該発熱体からの熱線を反射する複数の反射体と、該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部と、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体とを備える。係る場合、前記複数の反射体は環状に配置されており、前記可動部は前記環状の中央で前記複数の反射体に接続され、前記可動部の動作により、前記支軸体を支軸として前記複数の反射体の可動を調整可能に構成するとよい。前記発熱体の前記筒状端部の一つが前記壁体の一つである天井壁体側に位置し、前記複数の反射体は、前記天井壁体側に配置されても構わない。
また、前記複数の反射体間には隙間を形成するとよい。前記反射体は、前記環状の中央を基部とした三角形状に形成しても構わない。前記複数の反射体は実質的に円周方向に均等配置されている。前記複数の反射体は、前記天井壁体側に凸となるように湾曲しているとよい。
前記壁体は筒状の側壁体と該側壁体の上端側に配置される天井壁体とで少なくとも形成されており、前記発熱体は前記側壁体に保持され、前記可動部は前記天井壁体に保持しても構わない。係る場合、前記天井壁体には、前記加熱空間内を排気する排気口に連通する開口が設けられており、前記複数の反射体間に形成されている隙間のうちの少なくとも一つは前記開口における開口面の直径より狭小であるとよい。前記壁体には、前記加熱空間内を排気する排気口が設けられており、この排気口は前記可動部を中心として円周方向に配置された複数の開口と連通してあり、前記反射体は三角形状に形成されており、該三角形状の基部を中央として前記複数の反射体が環状に隙間を形成して配置されており、該隙間のうちの少なくとも一つは前記開口における開口面の直径より狭小である。前記可動部の動作により前記支軸体を支軸として前記発熱体に対する前記複数の反射体における反射面の角度を変化させることで前記熱線の反射状態を変化させる移動機構を具備するとよい。前記反射体は前記加熱空間の中心部から前記加熱空間の周縁部近傍までを覆う大きさで湾曲して形成されているとよい。
また、前記複数の反射体は、前記側壁体の軸心位置から前記発熱体が保持される円周位置に直交する鉛直方向位置までそれぞれ延在させても構わない。前記反射体は、前記天井壁体側が凸となるように湾曲させるとよい。
本発明の基板処理装置は、上記態様の前記加熱装置の内部の加熱空間に内部で基板を処理する反応容器を設けてある。係る場合、前記基板の周縁部と中心部との温度もしくは膜厚の偏差が所定の偏差より大きい場合に前記可動部を動作させる制御部をさらに備えてもよく、前記反応容器内の基板の周縁部の温度を検出する第１の温度検出体と前記反応容器内の基板の中心部の温度を検出する第２の温度検出体との検出結果に基づき、前記基板の周縁部と中心部の温度偏差を求め、この求めた温度偏差が所定の偏差より大きい場合に前記可動部を動作させる制御部をさらに備えても構わない。また、前記反射体は前記基板の中心部から前記基板の周縁部を越える大きさで湾曲して形成することが望ましい。本発明の基板処理装置の他の態様は、基板を処理する反応容器と、この反応容器の外周に配置され前記反応容器内の前記基板を加熱する加熱装置とを備え、この加熱装置は、前記反応容器を取り囲むように筒状に配置された発熱体、及び前記反応容器内の基板の中心部から前記反応容器の周縁部を超える大きさで、前記発熱体の筒状端部に配置され、該発熱体の熱線を反射する複数の反射体とを有し、この複数の反射体を移動させて前記熱線の反射状態を変更させるための移動機構と、前記基板の周縁部と中心部との面内偏差に基づきこの移動機構を制御する制御装置とを備え、前記移動機構は、該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部、及び、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体とを有することにある。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、内部の加熱空間に反応容器を設け、前記反応容器を取り囲むように筒状に配置された発熱体の筒状端部で前記反応容器内の基板の中心部から前記反応容器の周縁部を超える大きさで複数の反射体を設け、該複数の反射体それぞれの前記中心部に位置する一端側に接続され該複数の反射体を可動させる可動部、及び、少なくとも前記複数の反射体それぞれの他端側に接続され、前記可動部が動作する際に前記反射体の動きを支軸として規制する複数の支軸体を有する移動機構を設けた加熱装置において、前記反応容器内に基板を搬入する工程と、前記移動機構により前記基板の周縁部と中心部との面内偏差に基づき移動し、前記基板の周縁部と中心部との面内偏差を低減させるように前記発熱体からの熱線の反射状態が変更される工程と、前記発熱体と前記複数の反射体から反射される熱線とで前記反応容器内を加熱し前記基板を処理する工程とを有する。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、例えば、半導体集積回路装置(半導体デバイス)が作り込まれる半導体ウエハに酸化処理や拡散処理、イオン打ち込み後のキャリア活性化や平坦化のためのリフローやアニール及び熱ＣＶＤ反応による成膜処理などに使用される基板処理装置に利用することができる。本発明は、このような基板処理装置のうち、特に低温領域でプロセスに対して有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来の加熱装置を用いた処理炉の概略断面図である。
【図２】本発明における基板処理装置の概略を示す縦断面図である。
【図３】図２の天井部近傍における横断面図である。
【図４】図２におけるＡ部拡大図である。
【図５】図３におけるＢ部拡大図である。
【図６】図２におけるＣ部拡大図である。
【図７】図２におけるＤ部拡大図である。
【図８】図２における天井部の拡大図である。
【図９】図８におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図１０】昇温開始当初の反射体の状態の一例を示す図２におけるＤ部拡大図である。
【図１１】昇温完了直前の反射体の状態の一例を示す図２におけるＤ部拡大図である。
【図１２】本発明に係る他の実施形態の反射体形状を示す図８におけるＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
1：基板処理装置，3：加熱装置，4：主制御装置，4a：温度モニタ部，4b：加熱制御部，4c：反射制御部，4d：第一流量制御部，4e：圧力制御部，4f：第二流量制御部，4g：排気制御部，4h：駆動制御部，5a：流量制御器，5b：流量制御器，5x：反応ガス導入管，5y：冷却ガス供給ライン，6a：圧力制御器，6x：反応ガス排気管，7：冷却ガス供給ライン，7a：開閉バルブ，7ｂ：急冷パイプ，７x：吸気アタッチメント，７y：冷却ガス導入ダクト，8：強制排気ライン，8a：排気ブロア，10：天井部，11：中間部，12：下部，13：端子ケース，14：気道（冷却媒体流通通路），18：加熱空間，20：発熱体，20a：折曲部，21：上折返部，22：下折返部，23：素線部，24：隙間，30：吊り碍子，31：上碍子，32：下碍子，33：上金具，34：下金具，34a：隙間，35：ピン，36：ボルト，40：急冷パイプ，40a：貫通孔，40b：鍔，40c：鍔，40d：貫通部，42：急冷パイプ，50：インナシェル（側壁内層），50s：隙間，50t：第一フランジ，50u：断熱ブランケット，50x：第二フランジ，50y：断熱ブランケット，51：接続碍子，52：第一のボルト，53：カラー，54：第二のボルト，55a：開口（第一の開口），55b：箱（隔壁体），55c：鍔，55x：ねじ，59：水冷管，60：アウタシェル（側壁中層），60x：第三フランジ，60y：断熱ブランケット，61：パイプ，61a：開口，62：柱，62a：リベット，65：開口（第二の開口），65a：隙間，70：化粧パネル（側壁外層），71：ネジ，72a：底蓋，72b：コイルウケ，81：排気導路，81a：排気口，82：第一の開口，83：第二の開口，90：反射装置，91：反射体，91a：隙間，92：移動機構，93：シャフト，94：中央板，95：ボルト，99：アクチュエーター，100：取付構造，101：温度センサ（温度検出器），102：熱電対接点（温度検出体），103：保護管，103x：隙間，103y：隙間，104：碍子管，105：内鍔，106：外鍔，107：碍子，108：端子，109a：金属管，109b：止めねじ，111：第一パッキン，111a：孔，112：第二パッキン，112a：孔，120a〜c：ねじ，121：温度センサ（温度検出器），125：内鍔，126：外鍔，127：内箱，128：外箱，129：パッキン，131：温度センサ（温度検出器），132：温度センサ（温度検出器），133：保護管，135a〜ｃ：鍔，300：ボート，305：ウエハ，308：処理室，309：反応容器，310：反応管，315：均熱管，317：均熱管内空間，320：L型温度センサ（温度検出器），321：接点（温度検出体），322：接点（温度検出体），330：温度センサ（温度検出器），Z1〜Z5：ゾーン，Ｈ１〜Ｈ３：貫通孔，Ｒ：円弧方向，Ｖ：貫通方向
【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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【図１１】
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【図１２】
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