(57)【要約】【課題】半導体基板上に積層した上部構造層に光入射用の開口部を設けた光検出器の製造において、上部構造層の上面のシリコン窒化膜を保護するために塗布されるポリイミド膜が開口部に厚く溜まり除去しにくい。【解決手段】上部構造層８６の表面に平滑化膜１４０を塗布し、開口部１１６の開口端の角部１４２を滑らかに覆う。平滑化膜１４０をエッチングし、平滑化膜１４０の膜厚が薄い開口端にて露出する角部１４２を当該エッチング処理で削る。これにより開口部１１６の開口端を拡大する。平滑化膜１４０を剥離後、ポリイミド膜を塗布する。開口端の拡大により、ポリイミド膜が開口部１１６内に厚く溜まることが防止され、開口部１１６からの除去が容易となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層された上部構造層をエッチングして開口部を形成する開口部形成工程と、
前記上部構造層の表面に、前記開口部の開口端の角部にて厚みが薄くなる平滑化膜を堆積する平滑膜堆積工程と、
前記平滑化膜及び前記上部構造層を共に浸食可能なエッチング処理を施して、当該平滑化膜から露出する前記角部を除去し、前記開口端を広げる開口端拡大工程と、
前記開口端拡大工程での前記エッチング処理にて残存した前記平滑化膜を剥離する平滑化膜剥離工程と、
前記平滑化膜剥離工程後に前記上部構造層の表面に表面被覆膜を塗布する表面被覆工程と、
前記表面被覆膜上にエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記表面被覆膜をエッチングし前記開口部から除去する表面被覆膜エッチング工程と、
を有することを特徴とする集積回路製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の集積回路製造方法において、
前記上部構造層は、その上面に積層されたシリコン窒化膜を有し、
前記表面被覆膜は、前記シリコン窒化膜の応力緩和の機能を有するポリイミドで形成され、
前記表面被覆膜エッチング工程は、ウェットエッチング法により行われること、
を特徴とする集積回路製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の集積回路製造方法において、
前記平滑化膜は、前記開口端の前記角部において、当該開口部の内部から前記開口端の外側まで広がるフレア形状の表面を形成し、
前記開口部拡大工程は、前記平滑化膜の表面形状に応じて前記角部の除去面をフレア形状に形成すること、
を特徴とする集積回路製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の集積回路製造方法において、
前記平滑化膜剥離工程は、ドライエッチング法により前記平滑化膜を剥離すること、を特徴とする集積回路製造方法。
【請求項５】
前記基板である半導体基板に受光部と回路部とが隣接配置される集積回路を製造する請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の集積回路製造方法において、
前記上部構造層は、その上面に積層されたシリコン窒化膜と、前記回路部を構成する金属配線及び層間絶縁膜とを含んで構成され、
前記開口部は、前記受光部の位置に対応して設けられ、当該受光部への光入射窓を形成すること、
を特徴とする集積回路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の上に集積回路を形成する製造方法に関し、特に、基板上に積層した層間絶縁膜等の上部構造層に開口部を有する構造において、上部構造層の上に保護膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記録媒体として、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）といった光ディスクが大きな位置を占めるようになってきた。これら光ディスクの再生装置は、光ピックアップ機構により光ディスクのトラックに沿ってレーザ光を照射し、その反射光を検知する。そして、反射光強度の変化に基づいて記録データが再生される。
【０００３】
光ディスクから読み出されるデータレートは非常に高いため、反射光を検知する光検出器は、応答速度の速いＰＩＮフォトダイオードを用いた半導体素子で構成されている。当該半導体素子の受光部にて発生した微弱な光電変換信号は増幅器にて増幅され、後段の信号処理回路へ出力される。ここで、光電変換信号の周波数特性の確保やノイズの重畳を抑制する観点から、受光部と増幅器との間の配線長をできるだけ短くするように構成される。この観点と、光検出器の製造コスト低減の観点とから、受光部と増幅器等を含む回路部とは同一の半導体チップ上に形成することが好適である。
【０００４】
図５は、同一半導体基板に受光部と回路部とが隣接配置された光検出器の受光部近傍の模式的な断面図である。受光部４に対応する領域の半導体基板２にはＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）８の構造が形成され、回路部６に対応する領域にはトランジスタ等の回路素子が形成される。
【０００５】
図５の光検出器は２層配線構造であり、半導体基板２上の上部構造層１０として、層間絶縁膜１２、それぞれアルミニウム（Ａｌ）膜からなる配線層１４及び遮光層１６、そして、シリコン酸化膜１８及びシリコン窒化膜２０が積層される。層間絶縁膜１２は、ＳＯＧ（Spin on Glass）、ＢＰＳＧ（Borophosphosilicate Glass）、ＴＥＯＳ（Tetra-ethoxy-silane）といった材料を用いて形成される。シリコン窒化膜２０は、シリコン酸化膜１８と共にその下層に対する保護膜を構成する。上部構造層１０のうち受光部４に対応する領域は、ＰＩＮフォトダイオード８への光の入射効率を高めるためにエッチバックされ、当該領域に開口部３０が形成される。
【０００６】
さらに上部構造層１０の上には、ポリイミドが堆積され、ポリイミド膜３２が形成される。このポリイミド膜３２は、シリコン窒化膜２０に対する保護膜として機能する。ポリイミド膜３２を設けることにより、例えば、シリコン窒化膜２０のクラックの発生を抑制することができ、また耐湿性が向上する。
【０００７】
図６は、図５に示す光検出器の従来の製造方法を説明する模式図であり、主要な工程における断面図を示している。ＰＤ８等を形成した半導体基板２上に上部構造層１０を積層し、受光部４に対応する部分に開口部３０を形成する（図６（ａ））。
【０００８】
開口部３０の形成後、ポリイミドをスピンコート法により塗布し、ポリイミド膜４０を形成する（図６（ｂ））。
【０００９】
このポリイミド膜４０の上に、フォトレジスト膜を塗布・成膜する。このフォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、回路部６上を覆い、かつ受光部４に対応する領域に開口が形成されたフォトレジスト膜４２を形成する（図６（ｃ））。
【００１０】
そして、フォトレジスト膜４２をエッチングマスクとしてポリイミド膜４０をエッチングして、開口部３０内の部分を除去する。これにより、上部構造層１０の上面を覆うポリイミド膜３２が形成される。しかる後、フォトレジスト膜４２を除去することによって、図５に示す構造が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ポリイミド膜４０は、フォトレジスト膜４２と同じ有機膜である。そのためドライエッチングによるとポリイミド膜４０をエッチングする際にフォトレジスト膜４２までエッチングされ易い。したがって、開口部３０からポリイミド膜４０を除去するエッチングは、ウェットエッチング法により行うのが好適である。このエッチング工程において、開口部３０内にポリイミド膜４０の残渣やストリエーションを生じやすいという問題があった。図７は、ポリイミド膜４０のエッチング後の状態を示す模式的な断面図であり、例えば、この図に示すように開口部３０の底部のコーナーにポリイミドの残渣４４が生じ得る。特に、開口部３０のアスペクト比、つまり開口部３０の広さに対する深さの比が大きくなるほど、ポリイミド膜４０は開口部３０を厚く埋めやすく、上記問題が顕著となり得る。また、受光部４に対応して開口部３０を設ける光検出器においては、開口部３０内のポリイミドの残渣やストリエーションは、ＰＤ８への入射光量のむらを生じるという問題があった。
【００１２】
このように、基板上に積層され開口部を設けられた上部構造層の上面に表面被覆膜を形成する際に、当該表面被覆膜の性状によっては、開口部が厚く埋まったり、使用できるエッチング法に制約がある。そのため、開口部から当該表面被覆膜を好適に除去し、上部構造層の上面に選択的に表面被覆膜を形成することが難しくなり得るという問題があった。
【００１３】
一方、ポリイミド膜等の表面被覆膜の塗布厚を薄くすれば、開口部内の残渣等は生じにくくなるが、当該表面被覆膜に期待され得る上部構造層の上面に対する保護機能が確保されにくくなるという問題を生じる。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、開口部の形成後に堆積された表面被覆膜を当該開口部から好適に除去可能とする集積回路製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る集積回路製造方法は、基板上に積層された上部構造層をエッチングして開口部を形成する開口部形成工程と、前記上部構造層の表面に、前記開口部の開口端の角部にて厚みが薄くなる平滑化膜を堆積する平滑膜堆積工程と、前記平滑化膜及び前記上部構造層を共に浸食可能なエッチング処理を施して、当該平滑化膜から露出する前記角部を除去し、前記開口端を広げる開口端拡大工程と、前記開口端拡大工程での前記エッチング処理にて残存した前記平滑化膜を剥離する平滑化膜剥離工程と、前記平滑化膜剥離工程後に前記上部構造層の表面に表面被覆膜を塗布する表面被覆工程と、前記表面被覆膜上にエッチングマスクを形成するエッチングマスク形成工程と、前記エッチングマスクを用いて前記表面被覆膜をエッチングし前記開口部から除去する表面被覆膜エッチング工程と、を有する方法である。
【００１６】
上記本発明は、前記上部構造層がその上面に積層されたシリコン窒化膜を有し、前記表面被覆膜を前記シリコン窒化膜の応力緩和の機能を有するポリイミドで形成し、前記表面被覆膜エッチング工程をウェットエッチング法により行う場合に用いることができる。
【００１７】
上記本発明は、前記平滑化膜により、前記開口端の前記角部において、当該開口部の内部から前記開口端の外側まで広がるフレア形状の表面を形成し、前記開口部拡大工程において、前記平滑化膜の表面形状に応じて前記角部の除去面をフレア形状に形成する構成とすることができる。
【００１８】
また、上記本発明の前記平滑化膜剥離工程において、ドライエッチング法により前記平滑化膜を剥離するようにすることができる。
【００１９】
本発明に係る集積回路製造方法は、前記基板である半導体基板に受光部と回路部とが隣接配置され、前記上部構造層が、その上面に積層されたシリコン窒化膜と、前記回路部を構成する金属配線及び層間絶縁膜とを含んで構成され、前記開口部が、前記受光部の位置に対応して設けられ、当該受光部への光入射窓を形成する集積回路の製造に用いることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、開口端の角にて厚みが薄くなる平滑化膜の表面形状を利用して、開口部の角部を削ることにより、表面被覆膜の塗布に際して、表面被覆膜が開口部に停留しにくくなる。これにより、表面被覆膜が開口部から良好にエッチング除去されやすくなる。また、開口部から良好に表面被覆膜を除去可能としつつ、上部構造層の上での表面被覆膜の厚みを増すことが可能となり、当該表面被覆膜による上部構造層表面に対する保護機能の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００２２】
本実施形態は、ＣＤやＤＶＤといった光ディスクの再生装置の光ピックアップ機構に搭載される光検出器である。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る光検出器である半導体素子の概略の平面図である。本光検出器５０はシリコンからなる半導体基板に形成され、受光部５２と回路部５４とを含んで構成される。受光部５２は、例えば、２×２に配列された４つのＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）５６を含み、光学系から基板表面へ入射する光を２×２の４区画に分割して受光する。回路部５４は、例えば、受光部５２の周囲に配置される。回路部５４は例えば、トランジスタ等の回路素子を含み、これら回路素子を用いて、受光部５２からの出力信号に対する増幅回路やその他の信号処理回路を受光部５２と同一の半導体チップに形成することができる。なお、図１には示されていないが、回路部５４には、回路素子に接続される配線や受光部５２を構成する拡散層に接続される配線が配置される。これら配線は、半導体基板上に積層されるＡｌ膜をパターニングして形成される。
【００２４】
図２は、図１に示す直線Ａ−Ａ’を通り半導体基板に垂直な断面での受光部５２及び回路部５４の構造を示す模式的な断面図である。
【００２５】
本光検出器５０は、ｐ型不純物が導入されたｐ型シリコン基板であるＰ-sub層７０の一方主面に、Ｐ-sub層７０より不純物濃度が低く高比抵抗を有するエピタキシャル層７２が積層された半導体基板６０を用いて形成される。Ｐ-sub層７０は各ＰＤ５６に共通のアノードを構成し、例えば、基板裏面から接地電位を印加される。分離領域７４は、接地電位を印加され、Ｐ-sub層７０と共にアノードを構成する。
【００２６】
エピタキシャル層７２は、受光部５２ではＰＤ５６のｉ層を構成する。受光部５２において、エピタキシャル層７２の表面には、上述の分離領域７４及びカソード領域７８が形成される。
【００２７】
半導体基板６０の表面にはゲート酸化膜や局所酸化膜（ＬＯＣＯＳ）を構成するシリコン酸化膜が形成され、ゲート酸化膜の上にはＭＯＳＦＥＴ等のゲート電極が例えば、ポリシリコンやタングステン（Ｗ）等を用いて形成される。さらにその上を覆って基板表面にシリコン酸化膜８４が形成される。
【００２８】
シリコン酸化膜８４を形成後、半導体基板上には、配線構造や保護膜等からなる上部構造層８６が形成される。本光検出器５０は２層配線構造であり、配線構造として、半導体基板６０上に、第１層間絶縁膜９２、第１Ａｌ層９４、第２層間絶縁膜９６、第２Ａｌ層９８、第３層間絶縁膜１００が順次積層される。第１Ａｌ層９４及び第２Ａｌ層９８はそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされ、回路部５４に配線が形成される。また、層間絶縁膜は、ＳＯＧ、ＢＰＳＧ、ＴＥＯＳといった材料を用いて形成される。
【００２９】
回路部５４の配線構造の上には、遮光のためのＡｌ層１１０が積層され、さらに、保護膜としてシリコン酸化膜１１２及びシリコン窒化膜１１４が順次積層される。
【００３０】
受光部５２に対応する領域には、上部構造層８６をエッチングして形成される開口部１１６が設けられる。このように受光部５２において開口部１１６を設けることにより、ＰＤ５６への光の透過率が向上し、レーザ反射光による光電変換信号の振幅の確保が図られる。
【００３１】
本光検出器５０の開口部１１６の下部は垂直に近い角度で立つ側壁１１８を有する。これに対し、開口部１１６の上部は開口端に向けて末広がりの形状の面（フレア形状面１２０）を有する。例えば、開口部１１６の下部の側壁１１８の高さ範囲内に、第１Ａｌ層９４や第２Ａｌ層９８が配置される構成では、配線を受光部４に近づけて配置することが可能であり、ＰＤ５６への配線の接続が容易となる。
【００３２】
上部構造層８６の上面にはポリイミド膜１２２が積層される。ポリイミド膜１２２は、シリコン窒化膜１１４を覆い、シリコン窒化膜１１４の応力を緩和してクラックの発生を抑制する。また、ポリイミド膜１２２は、シリコン窒化膜１１４の防湿機能を補って、上部構造層８６の耐湿性を向上させる。
【００３３】
図３及び図４は、本実施形態に係る光検出器の製造方法を説明する模式図であり、主要な工程における断面図を示している。ＰＤ５６、回路素子及びシリコン酸化膜８４を形成した半導体基板６０上に上部構造層８６を構成する各層を順次積層する（図３（ａ））。上部構造層８６の各構成層の積層は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を用いて行うことができる。なお、上部構造層８６のうち各Ａｌ層は、パターニングされ受光部５２上から除去される。
【００３４】
次に上部構造層８６の最上層のシリコン窒化膜１１４上に、フォトレジストを例えば、スピンコート法により塗布しフォトレジスト膜を成膜する。フォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、受光部５２に対応する位置に開口１３２を有するフォトレジスト膜１３０を形成する（図３（ｂ））。
【００３５】
このフォトレジスト膜１３０をエッチングマスクとして上部構造層８６をエッチバックし、受光部５２に対応する位置に開口部１１６を形成する（図３（ｃ））。このエッチングは、例えば、ドライエッチングを用いて異方的に行うことができ、これにより、開口部１１６はその開口端から底面まで垂直に近い角度で立つ側壁１３４で囲まれた形状に形成される。
【００３６】
開口部１１６を形成するエッチバックが完了すると、フォトレジスト膜１３０を除去する。そして、下地の凹凸を平滑化する性質を有する平滑化膜１４０を塗布する（図３（ｄ））。例えば、平滑化膜１４０は、日産化学工業株式会社から提供される半導体リソグラフィ用反射防止膜材ＸＨＲｉＣなどをスピンコートして形成することができる。
【００３７】
平滑化膜１４０は開口部１１６の開口端の角部１４２を滑らかに覆う。すなわち、角部１４２が直角に近い角度で鋭く曲がるのに対し、平滑化膜１４０はそれより緩やかに曲がり、開口部１１６の内部から開口端の外側にかけてフレア形状の表面１４４を形成する。その結果、角部１４２を覆う平滑化膜１４０の膜厚は、開口端より外側に離れた位置にて上部構造層８６の上に積層される平滑化膜１４０の膜厚や開口端より内側に離れた位置の開口部１１６の底面上に積層される平滑化膜１４０の膜厚に比べて薄くなる。
【００３８】
次に、平滑化膜１４０の表面からエッチング処理を進める。このエッチング処理の方法及び条件は、開口端以外にて比較的厚く積層された平滑化膜１４０が当該エッチング処理により完全に除去される前に、開口端において平滑化膜１４０のエッチングが完了し、さらに角部１４２にまでエッチングが進むように定められる。そのため、例えば、エッチング方法等は、平滑化膜１４０とその下に現れるシリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１２とを同程度のエッチングレートで浸食可能なように設定される。
【００３９】
このエッチング処理によって上部構造層８６の角部１４２が削られ、除去面１４６が形成される。例えば、平滑化膜１４０、シリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１２のエッチングレートを同程度に設定して上記エッチング処理を行うことにより、開口端での平滑化膜１４０の表面１４４のフレア形状を除去面１４６に転写して、図２に示すフレア形状面１２０を形成することができる。
【００４０】
角部１４２が除去された後、当該エッチング処理は停止され、その状態にて残存する平滑化膜１４０は別途の方法で選択的に除去される。例えば、ドライエッチングにより平滑化膜１４０を上部構造層８６の上面及び開口部１１６の内部から剥離除去する（図４（ａ））。
【００４１】
このようにして開口端が拡大された開口部１１６が上部構造層８６に形成される。この上部構造層８６の表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、表面被覆膜となるポリイミド膜１５０を形成する（図４（ｂ））。ここで塗布するポリイミドとしては、例えば、日立化成デュポンマイクロシステムズ株式会社が提供する非感光性ポリイミド「ＰＩＸ／ＰＩＱ」シリーズなどを用いることができる。
【００４２】
開口端を拡大した後の開口部１１６の側壁１１８は、拡大前の側壁１３４より高さが低くなる。この開口端の拡大と側壁の低下とは開口部１１６のアスペクト比を実効的に引き下げる効果を有する。そのため、ポリイミド膜１５０は、開口部１１６に停留しにくくなり、開口部１１６内外での膜厚差の抑制が図られる。
【００４３】
このポリイミド膜１５０の上に、フォトレジスト膜を塗布・成膜する。このフォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、上部構造層８６の表面のシリコン窒化膜１１４を覆い、かつ受光部５２に対応する領域に開口が形成されたフォトレジスト膜１５２を形成する（図４（ｃ））。
【００４４】
そして、フォトレジスト膜１５２をエッチングマスクとしてポリイミド膜１５０をウェットエッチングする。これにより、開口部１１６内のポリイミド膜１５０が除去され、シリコン窒化膜１１４を覆うポリイミド膜１２２が形成される（図４（ｄ））。しかる後、フォトレジスト膜１５２を除去することによって、図２に示す構造が得られる。
【００４５】
ポリイミド膜１５０の開口部１１６内の膜厚は上部構造層８６の上面での膜厚程度に抑制され得る。そのため、当該ポリイミド膜１５０はそのエッチング処理にて開口部１１６内から良好に除去することが可能であり、残渣やストリエーションという問題を生じにくい。また、開口部１１６の底面からポリイミド膜が一様に除去されることにより、受光部５２に配置される各ＰＤ５６への入射光透過率が均等になり、各ＰＤ５６の光検出精度が向上する。
【００４６】
ちなみに、上述の製造方法では、開口端の拡大範囲は、当初の開口端の角部で平滑化膜の表面がテーパーを有する範囲、つまりフレア形状が拡がる範囲に基づいて定まる。すなわち、拡大された開口端の形状は、当初の開口端の形状に基づいてセルフアラインで設定される。このように、別途、エッチングマスクを要せず、その目合わせの必要もないため、簡素なプロセスで加工精度の確保が図られる。
【００４７】
角部１４２を削るエッチング処理における平滑化膜１４０と上部構造層８６とのエッチングレートを上述のように同程度に設定した場合、平滑化膜１４０の滑らかなフレア形状が転写された除去面１４６を形成することが可能である。一方、平滑化膜１４０、その下に現れるシリコン窒化膜１１４及びシリコン酸化膜１１２のエッチングレートに差がある場合には、必ずしも平滑化膜の表面形状が除去面１４６に好適に転写されるとは限らない。しかし、その場合においても、開口部の拡大は可能であり、ポリイミド膜１５０が開口部１１６内に厚く溜まることを防止し、その後のエッチングで開口部１１６内からポリイミド膜１５０を良好に除去することが可能となる。
【００４８】
以上、光検出器に関する実施形態により本発明を説明したが、本発明の適用は、基板内にＰＤ５６のような受光素子が形成される場合に限られず可能である。すなわち、基板上に類似の構造を有する他の集積回路にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る光検出器である半導体素子の概略の平面図である。
【図２】本発明の実施形態である光検出器の受光部及び回路部の構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態の光検出器の製造方法を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施形態の光検出器の製造方法を説明する模式図である。
【図５】同一半導体基板に受光部と回路部とが隣接配置された光検出器の受光部近傍の模式的な断面図である。
【図６】図５に示す光検出器の従来の製造方法を説明する模式図である。
【図７】図５に示す光検出器の従来の製造方法の問題点を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
５０  光検出器、５２  受光部、５４  回路部、５６  ＰＩＮフォトダイオード、６０  半導体基板、７０  Ｐ-sub層、７２  エピタキシャル層、７４  分離領域、７８  カソード領域、８４，１１２    シリコン酸化膜、８６  上部構造層、９２  第１層間絶縁膜、９４  第１Ａｌ層、９６  第２層間絶縁膜、９８  第２Ａｌ層、１００  第３層間絶縁膜、１１０  遮光Ａｌ層、１１８，１３４  側壁、１２０  フレア形状面、１２２，１５０  ポリイミド膜、１４０  平滑化膜、１４２  角部、１４６  除去面。
【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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