(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、
ガス供給配管が接続されたガス導入口と、前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板と、前記シャワー板の前記載置面に対して反対側に設けられ前記ガス導入口から導入された処理ガスを拡散させて前記ガス吐出孔から前記処理室内に吐出させるためのガス拡散用空隙とを具備したガス供給機構と、
前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備した処理装置において、
前記ガス導入口から導入された処理ガスを、前記光透過窓と同軸的に形成された環状のガス流路内に拡散させた後、前記ガス拡散用空隙に供給するよう構成したことを特徴とする処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の処理装置において、
前記環状のガス流路は、前記ガス拡散用空隙側に複数のガス供給孔を設けた環状バッフル板を有することを特徴とする処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の処理装置において、
前記環状のガス流路は、外側環状ガス流路と内側環状ガス流路を有し、前記外側環状ガス流路と前記内側環状ガス流路は連通されていることを特徴とする処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の処理装置において、
前記ガス導入口が、前記外側環状ガス流路と前記内側環状ガス流路のうちのいずれか一方側に接続され、前記ガス供給孔が他方側に対応する前記環状バッフル板の位置に設けられたことを特徴とする処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか一項記載の処理装置において、前記光透過窓にガス吐出孔を設けたことを特徴とする処理装置。
【請求項６】
被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板を具備したガス供給機構と、
前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備した処理装置において、
前記光透過窓にガス吐出孔を設け、前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理が施されるよう構成されたことを特徴とする処理装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の処理装置において、
前記光透過窓に設けられたガス吐出孔が、前記シャワー板に設けられたガス吐出孔と同一径かつ同一ピッチで形成されていることを特徴とする処理装置。
【請求項８】
請求項５記載の処理装置において、
前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理が施されるよう構成されたことを特徴とする処理装置。
【請求項９】
被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、
前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、
前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板を具備したガス供給機構と、
前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備し、
前記光透過窓にガス吐出孔が設けられた処理装置を用いた処理方法であって、
前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理を施すことを特徴とする処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板の処理の状態を光学的に検出する検出機構を具備した処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、処理ガスのプラズマを発生させ、このプラズマの作用によって、所望部位の処理を行う処理装置が多用されている。
【０００３】
また、近年においては、被処理基板の処理の状態、例えば、エッチングされる膜の膜厚等を光学的に検出する検出機構を備え、この検出機構によって膜厚等を検出しながら処理を行い、所望の処理を行えるようにした処理装置の開発も行われている。
【０００４】
図６は、このような処理装置の概略構成を示すもので、同図に示すように、処理装置は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、処理室を構成する円筒状の真空チャンバを具備している。
【０００５】
上記真空チャンバ１の内部には、被処理基板としての半導体ウエハＷを、被処理面を上側に向けて略水平に支持する載置台（サセプタ）２が設けられている。この載置台２は、下部電極を兼ねており、マッチングボックス３を介して高周波電源４に接続されている。この載置台２には、通常、半導体ウエハＷを吸着保持するための静電チャック、半導体ウエハＷを所定温度に温調するための温度制御機構（いずれも図示せず）等が設けられている。
【０００６】
一方、載置台２の上方の真空チャンバ１の天壁部分には、載置台２の半導体ウエハＷの載置面と対向するように、複数のガス吐出孔５を具備したシャワー板６が設けられており、このシャワー板６の裏面側には、ガス拡散用空隙７が設けられている。
【０００７】
また、真空チャンバ１の天壁部には、ガス供給配管８が接続されたガス導入口９が設けられており、このガス導入口９の下方には、ガス導入口９より大径の円形溝９ａが連設されており、この円形溝９ａの下側開口部を塞ぐように、図７にも示すように円板状に形成され、複数のガス供給孔１０が設けられたバッフル板１１が配設されている。
【０００８】
そして、ガス供給配管８から供給された所定の処理ガスを、ガス導入口９からバッフル板１１のガス供給孔１０を介して、シャワー板６の裏面側のガス拡散用空隙７内に導入し、このガス拡散用空隙７内で処理ガスを拡散させて、各ガス吐出孔５からできるだけ均一に、半導体ウエハＷに向けて吐出させるように構成されている。
【０００９】
また、シャワー板６の中央部及びこれに対応した真空チャンバ１の天壁部には、光透過性部材からなる光透過窓１２，１３が設けられている。そして、これらの光透過窓１２，１３を介して、真空チャンバ１の外側に設けられた検出機構、例えば膜厚検出機構１４により、半導体ウエハＷの処理状態（膜厚）を検出できるように構成されている。なお、この膜厚検出機構１４には、膜厚検出機構１４を移動させて半導体チップの所望部位の膜厚を測定するための駆動機構１４ａが設けられている。
【００１０】
また、真空チャンバ１の底部には、図示しない真空排気機構に接続された排気ポート１５が設けられており、真空チャンバ１内を所定の真空雰囲気に設定可能とされている。さらに、真空チャンバ１の側壁部の外側には、環状に構成された磁場形成機構１６が設けられており、真空チャンバ１内に所定の磁場を形成できるようになっている。また、この磁場形成機構１６には、図示しない駆動機構が設けられており、磁場形成機構１６を、真空チャンバ１の廻りで回転させることができるよう構成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した構成の処理装置では、ガス導入口９から導入された処理ガスを、バッフル板１１、ガス拡散用空隙７、シャワー板６等の構成によって分散させ、半導体ウエハＷに向けて均一に処理ガスが供給されるように工夫されている。
【００１２】
しかしながら、上述したとおり、半導体ウエハＷの膜厚を検出する膜厚検出機構１４等が設けられた処理装置では、半導体ウエハＷの中央部の膜厚を検出する必要があるため、この膜厚検出機構１４のための光透過窓１２，１３を真空チャンバ１の中央部に設けなければならず、ガス導入口９を真空チャンバ１の中央部から偏心した位置に配置しなければならない。このため、ガス導入口９の直下の位置において、半導体ウエハＷの処理速度が他の部分より速くなり、処理の面内均一性が悪化するという問題があった。
【００１３】
また、半導体ウエハＷの中央部上方には、光透過窓１２，１３が設けられているため、この部分では、半導体ウエハＷに向けて処理ガスが供給されず、このため半導体ウエハＷの中央部分の処理速度が低下する傾向もあり、より一層処理の面内均一性が悪化するという問題もあった。
【００１４】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて処理の面内均一性を向上させることができ、均一な処理を行うことのできる処理装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１記載の発明は、被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、ガス供給配管が接続されたガス導入口と、前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板と、前記シャワー板の前記載置面に対して反対側に設けられ前記ガス導入口から導入された処理ガスを拡散させて前記ガス吐出孔から前記処理室内に吐出させるためのガス拡散用空隙とを具備したガス供給機構と、前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備した処理装置において、前記ガス導入口から導入された処理ガスを、前記光透過窓と同軸的に形成された環状のガス流路内に拡散させた後、前記ガス拡散用空隙に供給するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の処理装置において、前記環状のガス流路は、前記ガス拡散用空隙側に複数のガス供給孔を設けた環状バッフル板を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２記載の処理装置において、前記環状のガス流路は、外側環状ガス流路と内側環状ガス流路を有し、前記外側環状ガス流路と前記内側環状ガス流路は連通されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３記載の処理装置において、前記ガス導入口が、前記外側環状ガス流路と前記内側環状ガス流路のうちのいずれか一方側に接続され、前記ガス供給孔が他方側に対応する前記環状バッフル板の位置に設けられたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれか一項記載の処理装置において、前記光透過窓にガス吐出孔を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板を具備したガス供給機構と、前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備した処理装置において、前記光透過窓にガス吐出孔を設け、前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理が施されるよう構成されたことを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項５又は６記載の処理装置において、前記光透過窓に設けられたガス吐出孔が、前記シャワー板に設けられたガス吐出孔と同一径かつ同一ピッチで形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項５記載の処理装置において、前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理が施されるよう構成されたことを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明は、被処理基板を収容し、所定の処理を行う処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理基板が載置される載置台と、前記載置台の上方に当該載置台の載置面と対向するように設けられ複数のガス吐出孔を有するシャワー板を具備したガス供給機構と、前記シャワー板の中央部に位置するように設けられた光透過窓を介して前記被処理基板の処理状態を光学的に検出する検出機構とを具備し、前記光透過窓にガス吐出孔が設けられた処理装置を用いた処理方法であって、前記光透過窓に設けられたガス吐出孔の配列方向と、前記被処理基板に形成された半導体チップの配列方向が所定角度傾いた状態で当該被処理基板に処理を施すことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明をエッチング処理に適用した実施形態の概略構成を模式的に示すものであり、図６に示した処理装置と対応する部分には、同一符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２６】
同図に示すように、本実施形態の処理装置では、円筒容器状に構成された真空チャンバ１の上部開口を気密に閉塞し、天井部を構成する円板状の蓋部材１ａの内側面に、環状溝２２が形成されている。この環状ガス溝２２の下部には、図２にも示すように、環状に構成された環状バッフル板２１が設けられており、環状溝２２内と環状バッフル板２１との間に、エッチングガスが流通するための環状ガス流路２０が形成されている。
【００２７】
上記環状ガス流路２０は、環状ガス流路２０の中心に光透過性窓１２，１３が位置する位置関係（同軸的）となるように配設されており、同心状に近接して形成された外側環状ガス流路２０ａと、内側環状ガス流路２０ｂの二重溝構造とされている。そして、これらの外側環状ガス流路２０ａと内側環状ガス流路２０ｂとの間に、環状バッフル板２１との間に通路２３を形成するための凸部２４が形成されている。
【００２８】
また、上記外側環状ガス流路２０ａの部分に、ガス供給配管８が接続されたガス導入口９が設けられており、内側環状ガス流路２０ｂに対応する環状バッフル板２１の部分に、複数のガス供給孔２５が設けられている。なお、これらのガス導入口９とガス供給孔２５との位置関係は、例えば、内側環状ガス流路２０ｂの部分に、ガス供給配管８が接続されたガス導入口９を設け、外側環状ガス流路２０ａに対応する環状バッフル板２１の部分に、ガス供給孔２５を設けるように、上記とは逆にしても良い。
【００２９】
上記のガス供給孔２５は、環状バッフル板２１の円周方向に沿って所定ピッチで設けられており、本実施形態では、図２に示されるように、２列に千鳥状に設けられている。なお、このようなガス供給孔２５の配列及び数等は、各ガス供給孔２５からできるだけ均一に処理ガスが供給されるような配列及び数であれば、どのようにしても良い。
【００３０】
また、上記のように、本実施形態では、環状ガス流路２０を、外側環状ガス流路２０ａと内側環状ガス流路２０ｂの二重溝構造とし、これらの間に通路２３を設けた構成となっているが、環状バッフル板２１に設けられたガス供給孔２５のコンダクタンス等との関係から、環状ガス流路２０内で充分なガスの拡散が行われる場合は、これを二重溝構造とすることなく、一つの環状ガス流路としても良い。
【００３１】
さらに、本実施例形態では、膜厚検出機構１４のために設けられた光透過窓１２，１３のうち、シャワー板６に設けられた光透過窓１２には、複数のガス吐出孔２６が設けられている。
【００３２】
図３に示すように、これらのガス吐出孔２６は、シャワー板６に設けられたガス吐出孔５と同一径、かつ同一ピッチで設けられており、半導体ウエハＷの中心付近においては、これらのガス吐出孔２６から半導体ウエハＷに向けて処理ガスを供給するように構成されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、ガス吐出孔２６の配列方向（図中矢印Ａで示す。）が、半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列方向（図中矢印Ｂで示す。）と所定角度θずれる方向となるように、ガス吐出孔２６の位置及び半導体ウエハＷを載置台２に配置する際のアライメント方向が制御されるよう構成されている。
【００３４】
以上のように構成された本実施例形態では、ガス供給配管８からガス導入口９を介して供給された処理ガスは、まず、外側環状ガス流路２０ａ内に流入し、この外側環状ガス流路２０ａ内で円周方向に拡散した後、通路２３を通って内側環状ガス流路２０ｂ内に流入し、この内側環状ガス流路２０ｂ内からガス供給孔２５を通ってシャワー板６の裏面側のガス拡散用空隙７内に流入するようになっている。
【００３５】
したがって、処理ガスがガス拡散用空隙７内に流入した際には、既に処理ガスが環状ガス流路２０に沿ってある程度拡散された状態となっており、さらに、ガス拡散用空隙７内で拡散して、各ガス吐出孔５から半導体ウエハＷに向けて吐出するようになっているので、充分に拡散した状態で、均一に半導体ウエハＷに処理ガスを供給することができる。
【００３６】
また、半導体ウエハＷに処理ガスを供給する際に、シャワー板６に設けられたガス吐出孔５に加えて、光透過窓１２に設けられたガス吐出孔２６から処理ガスを供給するようになっているので、半導体ウエハＷの中心部においても、半導体ウエハＷのその他の部位と同様に、処理ガスを均一に供給することができる。
【００３７】
また、ガス吐出孔２６の配列方向と、半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列方向とが所定角度θずれる方向となるように、ガス吐出孔２６の位置及び半導体ウエハＷを載置台２に配置する際のアライメント方向が制御されるよう構成されている。これにより、膜厚検出機構１４によって、半導体ウエハＷの膜厚を測定する際に、仮に、膜厚検出機構１４による膜厚測定用の光の光路とガス吐出孔２６とが重なって膜厚測定ができなくなったような場合も、駆動機構１４ａによって膜厚検出機構１４を移動させ、半導体ウエハＷの隣接する半導体チップ等において膜厚測定を行うことができる。
【００３８】
なお、ガス吐出孔２６の配列方向と、半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列方向とが同一方向になっていると、仮にガス吐出孔２６のピッチと、半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列ピッチとが同一となった場合に、駆動機構１４ａによって膜厚検出機構１４を隣接する半導体チップ上に移動させ、隣接する半導体チップで膜厚を測定しようとしても、この隣接する半導体チップ上の膜厚測定部位にもガス吐出孔２６が重なってしまい、膜厚測定を行えなくなる可能性が生じる。図４に上記述べた状態を図示する。３１は半導体ウエハＷ上の１つのチップを表している。
【００３９】
上記のようなガス吐出孔２６の配列方向と、半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列方向との関係は、図５に図示したように、固定されたガス吐出孔２６の配列方向に対して、載置台２に配置される半導体ウエハＷのアライメント方向を予めずらしておくことによっても行うことができ、また、載置台２に配置される半導体ウエハＷのアライメント方向が決まっている場合は、予めガス吐出孔２６の配列方向が半導体ウエハＷにおける半導体チップ配列方向と所定角度ずれるように、シャワー板６を固定しておくことによっても行うことができる。
【００４０】
ところで、上記駆動機構１４ａは、膜厚検出機構１４を駆動して移動させるための機構であるが、例えば、メンテナンス等の際には、この駆動機構１４ａ及び膜厚検出機構１４を真空チャンバ１の上方から所定の退避位置へ移動させる必要がある。このため、駆動機構１４ａは図示しないＺ方向移動機構及びＸ方向移動機構により、図１において矢印で示すようにＺ方向（上下方向）及びＸ方向（水平方向）に移動可能に構成されている。
【００４１】
そして、駆動機構１４ａ及び膜厚検出機構１４を真空チャンバ１の上方の測定位置から退避位置へ移動させる際には、まずこれらを上方（Ｚ方向）に移動させ、その後に水平方向（Ｘ方向）に移動させないと、周囲に設けられた構造物に接触する危険性がある。同様に、駆動機構１４ａ及び膜厚検出機構１４を退避位置から真空チャンバ１の上方の測定位置へ移動させる際には、まずこれらを水平方向（Ｘ方向）に移動させ、その後に下方（Ｚ方向）に移動させないと、周囲に設けられた構造物に接触する危険性がある。
【００４２】
このため、上記Ｚ方向移動機構及びＸ方向移動機構には、それぞれストッパー機構が設けられており、Ｘ方向移動機構上の所定位置（測定位置の上方）に来た時のみストッパー機構が外れてＺ方向に移動可能となり、Ｚ方向移動機構上の所定位置（上昇位置）に来た時のみストッパー機構が外れてＸ方向に移動可能となるように構成されている。
【００４３】
次に、上記処理装置におけるエッチング処理の手順について説明すると、まず、図示しないゲートバルブを開放し、このゲートバルブを介して、搬送機構等により半導体ウエハＷを真空チャンバ１内に搬入し、載置台２上に載置する。そして、図示しない静電チャック等によって半導体ウエハＷを載置台２上に吸着保持するとともに、搬送機構を真空チャンバ１外へ退避させた後、ゲートバルブを閉じる。
【００４４】
この後、排気ポート１５を通じて図示しない真空ポンプにより真空チャンバ１内を排気する。
【００４５】
真空チャンバ１内が所定の真空度になった後、真空チャンバ１内には、ガス供給配管８を介して、所定の処理ガスが所定流量で導入され、真空チャンバ１内が所定の圧力、例えば１．３３〜１３３Ｐａ（１０〜１０００ｍＴｏｒｒ）に保持される。
【００４６】
そして、この状態で高周波電源４から、載置台２に、所定周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。
【００４７】
この場合に、下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワー板６と載置台２との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構１６による磁場が形成され、この状態でプラズマによる処理が行われる。
【００４８】
このエッチングの際、前述したとおり、処理ガスが半導体ウエハＷの全面に均一に供給されるので、半導体ウエハＷの全面に渡って均一なエッチング処理が行われる。
【００４９】
そして、膜厚検出機構１４によって、半導体ウエハＷの中心付近の所定部位における所定膜の膜厚を測定しつつ、エッチングを行い、この膜厚が所定の膜厚値となって、所定のエッチング処理が実行されたことが検出されると、高周波電源４からの高周波電力の供給を停止し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷを真空チャンバ１外に搬出する。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、膜厚検出機構１４のための光透過窓１２，１３が中心部に設けられていても、半導体ウエハＷの全面に渡って均一に処理ガスを供給することができ、半導体ウエハＷの全面に渡って均一に処理を施すことができる。
【００５１】
なお、上記の実施形態では、下部電極である載置台２に高周波電力を供給するタイプの処理装置について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、上部電極に高周波電力を供給するタイプのものや上部電極と下部電極の双方に高周波電圧を印加するタイプのものについても同様にして適用することができる。また、エッチング装置及びエッチング方法に限らず、例えば、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ処理方法等についても同様にして適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の処理装置及び処理方法によれば、従来に比べて処理の面内均一性を向上させることができ、均一な処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一実施形態の概略構成を示す図。
【図２】図１の処理装置の要部構成を示す図。
【図３】図１の処理装置の要部構成を示す図。
【図４】半導体ウエハ上のチップとガス吐出孔の位置の関係を示す図。
【図５】本発明の望ましい形態である半導体ウエハ上のチップとガス吐出孔の位置の関係を示す図。
【図６】従来の処理装置の概略構成を示す図。
【図７】図６の処理装置の要部構成を示す図。
【符号の説明】
Ｗ……半導体ウエハ、１……真空チャンバ、２……載置台、５……ガス吐出孔、６……シャワー板、７……ガス拡散用空隙、８……ガス供給配管、９……ガス導入口、１２，１３……光透過窓、１４……膜厚検出機構、２０……環状ガス流路、２０ａ……外側環状ガス流路、２０ｂ……内側環状ガス流路、２１……バッフル板、２２……環状溝、２３……通路、２５……ガス供給孔、２６……ガス吐出孔。
【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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