(57)【要約】【課題】ワイヤボンディングを実行したときに、ループ高さを低くする。【解決手段】本実施形態のワイヤボンディング装置は、キャピラリと、ボンディングステージと、前記ボンディングステージに対して前記キャピラリを相対移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部とを有する。前記制御部は、キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより第１のパッドに１回目のボンディングを行い、第２のパッドが設けられた基板の上面における前記第２のパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成する。そして、前記制御部は、前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様に、前記移動機構を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリと、キャピラリを保持するボンディングヘッドと、ボンディングステージと、前記ボンディングステージに対して前記キャピラリを相対移動させる移動機構と、前記キャピラリを超音波振動させる超音波ホーンと、開閉可能に設けられ、開いた状態で前記キャピラリに挿通されたワイヤの送り出しを可能とし、閉じた状態で前記ワイヤの送り出しを不可とするクランパと、前記移動機構、前記超音波ホーンおよび前記クランパを制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより第１のパッドに１回目のボンディングを行い、
第２のパッドが設けられた基板の上面における前記第２のパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成し、
前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様に、前記移動機構を制御するものであって、
前記制御部は、前記ワイヤの接続部を形成する際に、前記キャピラリの下端部のキャピラリフェイス部と前記基板の上面との間に前記ワイヤを挟んで押圧変形させる様に、前記移動機構を制御し、更に、
前記ボンディング用の接続部を形成する際には、前記クランパを開いた状態にして行い、この後、前記クランパを閉じた状態にして、前記キャピラリを上昇させ、前記キャピラリを前記第２のパッドの上方まで移動させ、前記キャピラリを下降させて前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドに当接させ、そして、前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様に、前記移動機構と前記クランパを制御する、
ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
キャピラリと、ボンディングステージと、前記ボンディングステージに対して前記キャピラリを相対移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより第１のパッドに１回目のボンディングを行い、
第２のパッドが設けられた基板の上面における前記第２のパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成し、
前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様に、前記移動機構を制御する
ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ワイヤの接続部を形成するに際して、前記キャピラリの下端部のキャピラリフェイス部と前記基板の上面との間に前記ワイヤを挟んで押圧変形させる様に、前記移動機構を制御することを特徴とする請求項２記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
開閉可能に設けられ、開いた状態で前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの送り出しを可能とし、閉じた状態で前記ワイヤの送り出しを不可とするクランパを備え、
前記制御部は、前記ボンディング用の接続部を形成する際には、前記クランパを開いた状態にして行い、この後、前記クランパを開いた状態のままで、前記キャピラリを上昇させ、前記キャピラリを前記第２のパッドの上方まで移動させ、前記キャピラリを下降させて前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドに当接させ、そして、前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディング後には、前記クランパを閉じた状態にする様、前記移動機構と前記クランパを制御することを特徴とする請求項２または３記載のワイヤボンディング装置。
【請求項５】
開閉可能に設けられ、開いた状態で前記キャピラリに挿通された前記ワイヤの送り出しを可能とし、閉じた状態で前記ワイヤの送り出しを不可とするクランパを備え、
前記制御部は、前記ボンディング用の接続部を形成する際には、前記クランパを開いた状態にして行い、この後、前記クランパを閉じた状態にして、前記キャピラリを上昇させ、前記キャピラリを前記第２のパッドの上方まで移動させ、前記キャピラリを下降させて前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドに当接させ、そして、前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様、前記移動機構と前記クランパを制御することを特徴とする請求項２または３記載のワイヤボンディング装置。
【請求項６】
キャピラリと、ボンディングステージと、前記ボンディングステージに対して前記キャピラリを相対移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより第１のパッドに１回目のボンディングを行い、
第２のパッドが設けられた半導体チップの上面における前記第２のパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成し、
前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドまたは前記第２のパッド上に設けられたバンプにボンディングする様に、前記移動機構を制御する
ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項７】
キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより、回路基板に設けられた半導体チップの電極パッドに１回目のボンディングを行い、
ボンディングパッドが設けられた前記回路基板の上面における前記ボンディングパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成し、
前記ワイヤの接続部を前記ボンディングパッドにボンディングする
ことを特徴と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】
本発明の実施形態は、ワイヤボンディング装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板上に半導体チップを接着し、半導体チップの上面に設けられた電極パッドと、回路基板の上面に設けられたボンディングパッドとを、ワイヤボンディングにより接続する構成が知られている。この構成の場合、キャピラリから下方へ突出されたワイヤの先端にボールを形成し、このボールを半導体チップの電極パッド上に当接させることによりボンディング（１ｓｔボンディング）する。次に、キャピラリからワイヤを繰り出しながら、キャピラリを上昇させ、更に、横方向へ移動させて回路基板のボンディングパッドの真上に位置させた後、下降させ、ワイヤをボンディングパッド上に当接させると共に該ワイヤに対してキャピラリを介して荷重と超音波、回路基板側に設けられたヒーターを介して熱を加えることによりボンディング（２ｎｄボンディング）する。
【０００３】
上記構成の場合、半導体チップの電極パッドおよび回路基板のボンディングパッドにボンディングされたワイヤのループ部分の形状は、ほぼ山形となる。このワイヤのループ部分の高さ、即ち、半導体チップの電極パッドの上面から上記ループ部分の最も高い部分までの高さを、ループ高さと定義する。近年、上記ループ高さを低くすることが要望されている。
【０００４】
しかし、上記したワイヤボンディングを実行する場合、２ｎｄボンディングの際に、回路基板のボンディングパッド上にワイヤを当接させてボンディングしようとするときに、キャピラリからワイヤが若干下方へ垂れているため、回路基板のボンディングパッド上に当接する前に上記垂れているワイヤが回路基板の表面に接触してしまう。この接触により、応力が生じてワイヤが跳ね上がるため、上記ループ高さが高くなってしまうという不具合があった。例えば、ループ高さを４０〜５０μｍ程度に設定したい場合に、上記ワイヤの跳ね上がりにより、ループ高さが１０％程度高くなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３４６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、ワイヤボンディングを実行したときに、ループ高さを低くすることができるワイヤボンディング装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のワイヤボンディング装置は、キャピラリと、ボンディングステージと、前記ボンディングステージに対して前記キャピラリを相対移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部とを有する。前記制御部は、キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより第１のパッドに１回目のボンディングを行い、第２のパッドが設けられた基板の上面における前記第２のパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成する。そして、前記制御部は、前記ワイヤの接続部を前記第２のパッドにボンディングする様に、前記移動機構を制御することを特徴とする。
【０００８】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、キャピラリに挿通されたワイヤを、前記キャピラリにより、回路基板に設けられた半導体チップの電極パッドに１回目のボンディングを行う。そして、ボンディングパッドが設けられた前記回路基板の上面における前記ボンディングパッドに近い部位に前記ワイヤを前記キャピラリにより接触させて押圧変形させることによりボンディング用の接続部を形成する。更に、前記ワイヤの接続部を前記ボンディングパッドにボンディングすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態を示すワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その１）
【図２】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その２）
【図３】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その３）
【図４】ワイヤを回路基板上に接触させた状態を示す拡大縦断側面図
【図５】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その４）
【図６】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その５）
【図７】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その６）
【図８】ワイヤをボンディングパッド上にボンディングさせた状態を示す拡大縦断側面図
【図９】ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図（その７）
【図１０】ワイヤボンディング装置の概略構成を示す図
【図１１】変形実施形態を示すボンディングパッド周辺の上面図
【図１２】異なる変形実施形態を示すもので、ワイヤボンディング方法を説明する縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態のワイヤボンディング装置について、図１ないし図１０を参照して説明する。
【００１２】
まず、ワイヤボンディング装置の構成について、図１０を参照して説明する。ワイヤボンディング装置２１は、ワイヤ８を挿通可能なキャピラリ７と、キャピラリ７を保持するボンディングヘッド２２と、ボンディングヘッド２２を介してキャピラリ７を超音波振動させる超音波ホーン２３と、ボンディングアーム２２ａを介してボンディングヘッド２２を回転させてキャピラリ７を垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させるアーム駆動モータ２４と、ボンディング対象の回路基板１が載置されるボンディングステージ２５と、ボンディングヘッド２２を水平方向（ＸＹ軸方向）に移動させるＸＹ移動機構２６と、ワイヤボンディング装置２１を統括的に制御する制御部２７と、を備えている。
【００１３】
超音波ホーン２３は、超音波振動を発生する振動子２３ａを有する。ボンディングステージ２５は、回路基板１に熱を加えて回路基板１の温度を所望の温度に設定するためのヒータ（図示しない）を有する。ＸＹ移動機構２６は、ボンディングヘッド２２をＸ軸方向に移動させるＸ軸リニアモータ２６ａと、ボンディングヘッド２２をＹ軸方向に移動させるＹ軸リニアモータ２６ｂとを有する。この場合、ボンディングアーム２２ａ（アーム駆動モータ２４）およびＸＹ移動機構２６は、移動機構を構成する。
【００１４】
制御部２７は、超音波ホーン２３、アーム駆動モータ２４、ＸＹ移動機構２６、ボンディングステージ２５のヒータを制御してワイヤボンディングを行わせるものである。制御部２７は、作業者からの各種制御情報の入力を受け付ける入力部２８と、制御部２７の各種制御情報を表示する出力部２９と、各種プログラムが格納されるメモリ３０と、ボンディング制御を行うＣＰＵ３１と、が設けられている。ＣＰＵ３１は、メモリ３０より読み込まれたプログラムを実行し、超音波ホーンＩ／Ｆ３２、アーム駆動モータＩ／Ｆ３３、Ｘ軸リニアモータＩ／Ｆ３４、Ｙ軸リニアモータＩ／Ｆ３５およびヒータＩ／Ｆ３６を介して超音波ホーン２３、アーム駆動モータ２４、Ｘ軸リニアモータ２６ａ、Ｙ軸リニアモータ２６ｂおよびボンディングステージ２５のヒータの各動作を制御する。後述するボンディング方法は、このプログラムによって制御されたキャピラリ７を含むボンディング装置１の加工点を制御することにより実現する。
【００１５】
さて、図１に示すように、回路基板１の上面には、半導体チップ２が半導体チップ実装用接着剤３を介して接着されていると共に、ボンディングパッド（第２のパッド）４が設けられている。半導体チップ２の上面には、電極パッド（第１のパッド）５が設けられている。半導体チップ２の上面には保護絶縁膜１５が設けられている。保護絶縁膜１５は、例えばポリイミドを用いる。保護絶縁膜１５には電極パッド５が露出するように開口部が設けられている。電極パッド５は、例えばＡｌとＣｕとの合金、またはＡｌとＳｉ、Ｃｕとの合金を用いる。電極パッド５の上面の高さは、保護絶縁膜１５の上面の高さよりも低くなるように構成されている。
【００１６】
また、回路基板１は、例えばガラスエポキシ基板を用いる。回路基板１の上面のうちのボンディングパッド４を除く部分は、レジスト膜６で覆われている。ボンディングパッド４は、例えばＣｕを用い、その表面には例えばＡｕの薄膜が形成されている。また、ボンディングパッド４の上面の高さは、レジスト膜６の上面の高さよりも低くなるように構成されている。
【００１７】
キャピラリ７には、例えば金線等からなるワイヤ８が挿通されている。キャピラリ７の上方には、ワイヤ８を自由に繰り出し可能にする状態（開いた状態）とワイヤ８の繰り出しを阻止する状態（閉じた状態）とを切り替えるクランパ（図示しない）が設けられている。クランパの開閉動作は、前記制御部２７により制御される構成となっている。キャピラリ７は、前記ボンディングヘッド２２に支持されており、前述したように、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられていると共に、水平方向（ＸＹ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１８】
また、ワイヤボンディング装置２１には、キャピラリ７の下端部から下方へ突出したワイヤ８の先端部にボンディング用のボール９を形成するための火花放電を発生させる火花放電発生装置（図示しない）が備わっている。火花放電発生装置は、前記制御部２７により駆動制御される構成となっている。
【００１９】
次に、上記構成のワイヤボンディング装置２１により、半導体チップ２の上面の電極パッド５と、回路基板１の上面のボンディングパッド４とをワイヤボンディングして接続する方法（工程）について説明する。
【００２０】
まず、図１に示すように、半導体チップ２の電極パッド５上にワイヤ８を周知の方法で１回目のボンディング（１ｓｔボンディング）を行う。この場合、例えば、クランパを閉じた状態でキャピラリ７の下端部から延びているワイヤ８の先端部に火花放電によりボール９を形成し、次に、クランパを開いた状態で、キャピラリ７を電極パッド５の上方に移動させた後、下降させて、上記ボール９を電極パッド５上にボンディングする。このボンディング時には、回路基板１を介して熱を加える。
【００２１】
この後、図１に示すように、クランパを開いた状態で、キャピラリ７を上昇させた後、回路基板１の上面におけるボンディングパッド４に近い部分であってキャピラリ７を仮に接触させて押圧する仮接触部分１０の上方（真上）に移動させる。続いて、図２および図３に示すように、クランパを開いた状態で、キャピラリ７を下降させて、ワイヤ８を上記仮接触部分１０上に接触（当接）させて押圧する。この接触時には、キャピラリ７を介して押圧力、回路基板１を介して熱を加える。これにより、図４に示すように、キャピラリ７の下端部のキャピラリフェイス部７ａによりワイヤ８が加圧変形されて接続部１１が形成される。この場合、キャピラリ７のキャピラリフェイス部７ａと回路基板１（レジスト膜６）の上面との間にワイヤ８を挟んで押圧変形させることにより、接続部１１を形成する。
【００２２】
次に、図５に示すように、クランパを開いた状態で、キャピラリ７を上昇させた後、図６に示すように、クランパを開いた状態で、キャピラリ７をボンディングパッド４の上方（真上）に水平移動させる。続いて、図７に示すように、クランパを開いた状態で、キャピラリ７を下降させて、上記ボンディングパッド４上に当接させて押圧する。この当接する際には、クランパを開いた状態にし、キャピラリ７を介して押圧力及び超音波、回路基板１を介して熱を加える。これにより、図８に示すように、キャピラリ７の下端部のキャピラリフェイス部７ａによりワイヤ８の接続部１１がボンディングパッド４上にボンディングされる、即ち、２回目のボンディング（２ｎｄボンディング）が行われる。この後、クランパを閉じた状態で、キャピラリ７を上昇させると、図９に示すように、ワイヤ８は、ボンディングパッド４にボンディングされた接続部１１部分（薄肉部分）で切断される。
【００２３】
上記した構成の本実施形態によれば、回路基板１のボンディングパッド４上にワイヤボンディングする前に、回路基板１の仮接触部分１０上にキャピラリ７によりワイヤ８を接触させて押圧変形させて、ワイヤ８の接続部１１を形成した。この場合、上記接続部１１を形成する際には、図１及び図２に示すように、キャピラリ７からワイヤ８が若干下方へ垂れているため、回路基板１の仮接触部分１０上に接触する前に上記垂れているワイヤ８が回路基板１の表面に接触してしまう。この接触により、応力が生じてワイヤ８が跳ね上がるため、ワイヤ８のループ高さｈが高くなってしまう（図３参照）。
【００２４】
この後、回路基板１のボンディングパッド４上にワイヤボンディングするために、図５、図６、図７に示すように、キャピラリ７を上昇させ、ボンディングパッド４の上方（真上）に移動させ、更に、下降させて、ワイヤ８の接続部１１を上記ボンディングパッド４上に当接させて押圧し、接続部１１をボンディングパッド４にボンディングする。この場合、キャピラリ７のキャピラリフェイス部７ａにワイヤ８の接続部１１が当接した状態で、キャピラリ７が上述したように移動するため、ワイヤ８が引っぱられてワイヤ８のループ高さｈが低くなる。
【００２５】
更に、ワイヤ８の接続部１１をボンディングパッド４にボンディングする際に、キャピラリ７のキャピラリフェイス部７ａにワイヤ８の接続部１１が当接した状態であって、ワイヤ８がキャピラリ７の下端部から垂れていないため、ワイヤ８が回路基板１の表面に接触することがなくなる。このため、応力が生じ難く、ワイヤ８が跳ね上がることが少なくなるから、ワイヤ８のループ高さｈを低い状態のまま保持することができる（図７参照）。例えば、ワイヤ８のループ高さを４０〜５０μｍ程度に設定したい場合に、ワイヤ８の跳ね上がりが少なくなるので、ループ高さを上記４０〜５０μｍ程度にほぼ正確に設定することが可能となる。
【００２６】
また、上記実施形態の場合、キャピラリ７によりワイヤ８を回路基板１の上面に仮に接触させる位置、即ち、仮接触部分１０の位置は、図１ないし図３に示すように、ボンディングパッド４に近い部位であって半導体チップ２の電極パッド５側（図３中の左方）の部位であるが、この部位に限られるものではない。
【００２７】
例えば、変形実施形態を示す図１１において、回路基板１のボンディングパッド４の右端よりも右側（即ち、半導体チップ２の電極パッド５側）の領域に、具体的には、図１１中の１点鎖線Ｐよりも右側の領域に、上記仮接触部分１０を配置すれば良い。好ましくは、上記１点鎖線Ｐよりも右側の領域（矢印で示す範囲の領域）におけるボンディングパッド４に近い部位に、上記仮接触部分１０を配置することが良い。
【００２８】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用しても良い。
上記実施形態では、回路基板１の仮接触部分１０上にキャピラリ７によりワイヤ８を接触させて押圧変形させて、ワイヤ８の接続部１１を形成した後も、クランパを開いた状態のままで、キャピラリ７を上昇、移動及び下降、押圧させたが、これに代えて、ワイヤ８の接続部１１を形成した後は、クランパを閉じ、クランパを閉じた状態で、キャピラリ７を上昇、移動及び下降、押圧させても良い。このように構成すると、キャピラリ７の移動時にワイヤ８の送り出しがなくなるから、ワイヤ８のループ高さｈをより一層確実に低くすることができる。
【００２９】
また、上記実施形態では、回路基板１のボンディングパッド４上にワイヤ８を２ｎｄボンディングする際に、そのボンディング前に、キャピラリ７を下降させてワイヤ８を回路基板１の仮接触部分１０上に接触させて押圧する。これに代えて、半導体チップ２の電極パッド５上にワイヤ８を２ｎｄボンディングする際に、上記ワイヤ８の仮接触を実行しても良い。具体的には、回路基板１のボンディングパッド４上にワイヤ８を１ｓｔボンディングした後、半導体チップ２の電極パッド５上にワイヤ８を２ｎｄボンディングする前に、キャピラリ７によってワイヤ８を半導体チップ２の上面の保護絶縁膜１５上における電極パッド５に近い部分である仮接触部分上に接触（当接）させて押圧変形させる。これにより、キャピラリ７のキャピラリフェイス部７ａによりワイヤ８が加圧変形されて接続部が形成される。この後、そのワイヤ８の接続部を半導体チップ２の電極パッド５上にボンディングする。この構成によれば、応力によるワイヤ８の跳ね上がりが生じないから、安定して低いループ高さを設定することが可能である。
【００３０】
また、半導体チップ２の電極パッド５上にワイヤ８を２ｎｄボンディングする際、電極パッド５上に直接ワイヤ８を２ｎｄボンディングする他、変形実施形態を示す図１２に示すように、電極パッド５上に設けられたバンプ３７を介して２ｎｄボンディングしても良い。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
図面中、１は回路基板、２は半導体チップ、ボンディングパッド、５は電極パッド、７はキャピラリ、８はワイヤ、９はボール、１０は仮接触部分，１１は接続部、２４はアーム駆動モータ、２５はボンディングステージ、２６はＸＹ移動機構、２７は制御部である。
【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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