(57)【要約】      （修正有）【課題】気密パッケージデバイス、および少なくとも１つのデバイスをウェハレベルで気密パッケージングするための方法を提供する。【解決手段】（１）少なくとも部分的に形成されたデバイスを複数有する基板ウェハを用意する（１０２）ステップ、（２）基板ウェハ上の少なくとも部分的に形成されたデバイスのうちの異なるデバイスの周りに分離壁を形成する（１０４）ステップ、および（３）分離壁にキャップウェハをウェハボンディング（１０６）して、複数の気密パッケージを形成するステップ、によって、複数のデバイスがウェハレベルで気密パッケージングされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハレベルで複数のデバイスを気密パッケージングするための方法であって、
少なくとも部分的に形成されたデバイスを複数有する基板ウェハを用意するステップと、
前記基板ウェハ上の前記少なくとも部分的に形成されたデバイスのうちの異なるデバイスの周りに分離壁を形成するステップと、
前記分離壁にキャップウェハをウェハボンディングして、複数の気密パッケージを形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも部分的に形成されたデバイスが少なくとも１つの部分的に形成されたデバイスを含み、前記方法は、さらに、
前記分離壁を形成した後、前記少なくとも１つの部分的に形成されたデバイスの形成を仕上げるステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの部分的に形成されたデバイスの形成を仕上げるステップが、ＭＥＭＳリリースプロセスを実行するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ウェハボンディングを実行した後、前記基板ウェハを薄化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板ウェハにウェハ貫通ビアを形成するステップをさらに含み、前記ウェハ貫通ビアは、前記少なくとも部分的に形成されたデバイスの電極と一致するように配置される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも部分的に形成されたデバイスが実装される前記基板ウェハの表面と反対側の前記基板ウェハの表面上にメタライズパターンを形成するステップをさらに含み、該メタライズパターンは、前記基板ウェハの前記ウェハ貫通ビアによって前記電極に電気的に接続される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記分離壁および前記キャップウェハの少なくとも一方の上で共晶はんだを融解させることによって、前記キャップウェハが前記分離壁に結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記分離壁が共晶はんだによって形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも部分的に形成されたデバイスが、少なくとも１つの部分的に形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）および少なくとも１つの部分的に形成された集積回路（ＩＣ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
（ｉ）基板ウェハ上に形成されたデバイスと、（ｉｉ）該デバイスの電極と一致するように配置された少なくとも１つのウェハ貫通ビアとを有する基板ウェハと、
前記基板ウェハ上の前記デバイスの周りの分離壁と、
前記基板ウェハとキャップウェハとの間に前記デバイスを気密封止するように、前記基板ウェハ上の前記分離壁にウェハボンディングされたキャップウェハであって、前記デバイスに接続するためのビアを有さないキャップウェハと、
を備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高周波（ＲＦ）集積回路（ＩＣ）は典型的に、個別に（すなわち、それらがウェハからダイシングされた後、個々に）パッケージされる。個別パッケージングに使用されるいくつかの例示的なタイプとして、プラスチック射出成形パッケージおよびセラミックキャビティパッケージがある。通常、種々のタイプのパッケージ（およびパッケージングプロセス）の価格と性能の間には相関があり、より高い周波数または気密性のパッケージおよびプロセスは、より低い周波数または非気密性のパッケージおよびプロセスより高コストになる。
【０００２】
ＩＣを個別にパッケージングすることは労働集約的であり、従って高価になる。加えて、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）をベースとするスイッチのような脆弱なデバイスの個別パッケージングは、機能パッケージデバイスの損傷、損失、および結果としての低歩留まりにつながり得る。従って、個別パッケージング方法（およびパッケージ）は典型的に、脆弱なデバイスのパッケージングには適さない。
【０００３】
ウェハボンディングを使用するウェハレベルパッケージングが過去に提案されているが、パッケージ内に封入された部品への電気的接続を形成することは一般的に難しい。例えば、導電性金属シールの下を通過する信号線で運ばれる信号は、劣化および損失を被るおそれがあり、信号品質は非金属シールを使用することによって改善することができるが、非金属シールを用いて気密封止パッケージを形成することは難しい。
【０００４】
米国特許出願公開第２００６／０１７５７０７Ａ１号に開示された通り、キャップウェハに接続孔を形成することができ、キャップウェハとデバイスウェハとの間に形成されたパッケージ内に含有されたデバイスに対して電気的接続を行なうことを目的として、導電性接続ロッドを接続孔に形成することができる。しかし本方法は、キャップウェハおよびデバイスウェハの位置合わせのみならず、キャップウェハの比較的複雑な処理も必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１７５７０７Ａ１号
【特許文献２】米国特許出願第１１／８４７，２３９号
【０００６】
本発明の例示的実施形態を図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ウェハレベルで少なくとも１つのデバイスを気密にパッケージングするための例示的方法を示す図である。
【図２】図１に示した方法によって処理される基板ウェハの例示的平面図である。
【図３】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図４】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図５】図１に示した方法によって処理される基板ウェハの例示的平面図である。
【図６】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図７】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図８】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図９】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図１０】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図１１】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図１２】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【図１３】図２および５に示した基板ウェハの例示的断面を示し、図１に示した方法に従った基板ウェハの処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
予備的事項として、以下の説明において、様々な図面に現われる同様の参照符号は、同様の要素／特徴を指すことに留意されたい。
【０００９】
図１は、ウェハレベルで複数のデバイスを気密にパッケージングするための例示的方法１００を示す。方法１００は、複数の少なくとも部分的に形成されたデバイスを上に有する基板ウェハを用意することから始まる（ブロック１０２）。基板ウェハを「用意する」ことは、例えば、基板ウェハを形成するか、入手するか、配置するうちの１つ以上を含むことができる。
【００１０】
例示的基板ウェハ２００の平面図を図２に示し、基板ウェハ２００上に少なくとも部分的に形成されたデバイス２０２の１つの断面図を図３に示す。例として、基板ウェハ２００上の「デバイス」の各々は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、集積回路（ＩＣ）、または他の超小型電子デバイスの形を取ることができる。本明細書で使用する場合、用語「デバイス」は、トランジスタまたは抵抗器のような単一部品、または１つ以上の共同機能または個別機能を果たす一群の部品の両方を含む意味である。共同機能を果たす部品群の一例として、単一のＭＥＭＳを形成する部品群がある。個別機能を果たす部品群の一例としては、２つの個別に動作可能なＭＥＭＳを形成する部品群がある。
【００１１】
本明細書で使用する場合、「少なくとも部分的に形成されたデバイス」２０２、２０４は、（１）気密にパッケージングされる基板ウェハ２００の片面に完全に形成されて動作可能である部品を有するデバイス（デバイスへの接続がウェハの反対側（またはパッケージングされない側）の面に形成されているか否かにかかわらず）、および（２）気密にパッケージングされる基板ウェハ２００の片面に部分的にしか形成されておらず、またはまだ動作不能である部品を有するデバイス、の両方を含む意味である。これは、例えば、ＭＥＭＳリリースプロセスの完了を除き、完全に形成されたＭＥＭＳのようなデバイスを含む。
【００１２】
基板ウェハを用意した後（ブロック１０２）、方法１００は、基板ウェハ上における分離壁の形成に続く（ブロック１０４）。分離壁４００、５００は、図４および５に示すように、少なくとも部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のうちの異なるデバイスの周りに形成される。典型的に、分離壁４００、５００は基板ウェハ２００上のデバイス２０２、２０４の各々の周りに形成されるが、そうすることが必要でない場合もある。
【００１３】
分離壁４００、５００を形成した後、キャップウェハが分離壁にウェハボンディングされる（ブロック１０６）。一実施形態では、キャップウェハは、分離壁およびキャップウェハの少なくとも一方で共晶はんだを融解させることによって、分離壁にウェハボンディングすることができる。すなわち、ウェハボンディングの前に、分離壁上または内、キャップウェハ上、または分離壁およびキャップウェハの両方の上に共晶はんだが存在してよい。共晶はんだは、熱および圧力の一方または両方によって融解することができる。別の実施形態では、キャップウェハは、例えば分離壁およびキャップウェハの少なくとも一方の上で純金を加熱および圧縮することによって形成される熱圧着を介して、分離壁にウェハボンディングすることができる。さらに別の実施形態では、キャップウェハは、例えばキャップウェハおよび分離壁を加熱し、キャップウェハと分離壁の間に高電界を印加する（それは通常、キャップウェハと基板ウェハの間に高電界を印加することによって行なわれる）ことによって形成される陽極接合を介して、分離壁にウェハボンディングすることができる。典型的に、陽極接合は、ガラスから成るかガラスを含有する材料（キャップウェハおよび分離壁）のような非導電性材料間に形成される。キャップウェハ９００と分離壁４００との間の例示的ウェハボンディングを図９に示す。
【００１４】
方法１００によって、複数の気密パッケージ（hermetic package）が形成される。
【００１５】
次に、方法１００およびその変形例について、図２〜１３に示す例示的プロセスステップおよび装置に関連してさらに詳細に説明する。
【００１６】
図２は、部分的に形成されたデバイス２０２および２０４のような部分的に形成されたデバイスを複数有する例示的基板ウェハ２００の平面図を示す。基板ウェハ２００は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、またはサファイアウェハのそれを含め、種々の形態を取ることができる。場合により、各ランディングパッド２０６、２０８が部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のそれぞれを取り囲むように、グリッド状のランディングパッド２０６、２０８を基板ウェハ２００上に形成することができる。一部の実施形態では、図２に示す個々のランディングパッド２０６、２０８は、ランディンググリッドに置き換えることができ、部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のうち、隣接し合うデバイスは、それらの間に延びるランディンググリッドの一部分を共有する。例として、ランディングパッド２０６、２０８またはランディンググリッドは、チタン、白金、および金の層上に形成された構造的金パッドを含むことができる。
【００１７】
図３は、部分的に形成されたデバイス２０２の１つの断面を示す。例として、部分的に形成されたデバイス２０２は、静止電極３０２、カンチレバー電極３０４、および作動電極３０６を有するＭＥＭＳリレー３００である。一実施形態では、電極３０２、３０４、３０６は、チタン、白金、および金の層上に形成された構造的金部品を含むことができる。使用中に、電極３０６に制御信号が印加されると、カンチレバー電極３０４が静止電極３０２に接触し、それによって電極３０２と３０４の間に導電路が形成される。犠牲レジスト３０８が存在するため、カンチレバー電極３０４は移動することができないので、ＭＥＭＳリレー３００は部分的に形成されたとみなされる。
【００１８】
図３、４、および７〜１３に示す部分的に形成されたＭＥＭＳリレー３００は、単なる例示であることが留意される。代替的に、部分的に形成されたＭＥＭＳリレー３００は、方法１００の実行の様式に実質的に影響を及ぼすことなく、別の完全に形成されたデバイスまたは部分的に形成されたデバイスに置き換えることができる。部分的に形成されたＭＥＭＳリレー３００は、別のタイプのＭＥＭＳ、ＩＣ、または何らかの他の形の超小型電子デバイスに置き換えることもできる。
【００１９】
図４は、ＭＥＭＳリレー３００の周りに形成された分離壁４００の断面を示す。図示する通り、分離壁４００はオプションのランディングパッド２０６上に形成することができる。しかし、オプションのランディングパッド２０６が存在しない場合、分離壁４００は基板ウェハ２００上に直接形成することができる。図５は、部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のうちの異なるデバイスの周りに複数の分離壁４００、５００を形成することができることを示す。一部の実施形態では、分離壁は、部分的に形成されたデバイス２０２、２０４の各々の周りに形成することができる。他の実施形態では、分離壁は、部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のいくつかの周りにのみ形成することができる。代替的に、部分的に形成されたデバイス２０２、２０４のうちの隣り合うデバイスが共通の分離壁を共用するように、接続されたグリッド状の分離壁を形成することができる。
【００２０】
分離壁４００、５００は種々の方法で形成することができ、そのうちのいくつかを以下で詳述する。
【００２１】
一部の実施形態では、分離壁４００、５００は、少なくとも部分的に形成されたデバイス２０２が実装された基板ウェハ２００の表面にフォトレジスト７００を塗布し、パターン形成することによって、形成することができる。図７を参照されたい。フォトレジスト７００のパターン形成により、分離壁４００、５００が形成される基板ウェハ２００の領域（すなわちランディングパッド２０６、２０８）が露出される。次いで、基板ウェハ２００の露出した領域にめっきすることによって、分離壁４００、５００を形成することができ（図８）、その後フォトレジスト７００は除去することができる（図４および５）。一部の実施形態では、めっきプロセスは電気めっきプロセスとすることができる。
【００２２】
他の実施形態では、分離壁４００、５００は、少なくとも部分的に形成されたデバイス２０２が実装された基板ウェハ２００の表面にフォトレジスト７００を塗布し、かつパターン形成することによって形成することができる。図７を参照されたい。再び、フォトレジスト７００のパターン形成により、分離壁４００、５００が形成される基板ウェハ２００の領域が露出される。次いで、物理蒸着によって分離壁４００、５００を形成することができ、その後フォトレジスト７００は除去することができる。本実施形態では、フォトレジスト７００の除去により、分離壁４００、５００の形成中にフォトレジスト７００上に堆積した材料は、フォトレジスト７００と共に剥離される。
【００２３】
分離壁４００、５００の例示的組成物については後述する。
【００２４】
分離壁４００、５００の形成後に、任意の部分的に形成されたデバイス２０２の形成を必要に応じて仕上げることができる。図６に示す通り、例として、部分的に形成されたデバイス２０２のさらなる処理は、ＭＥＭＳリリースプロセス（例えば犠牲レジスト３０８を除去するプロセス）を実行することを含むことができる。
【００２５】
図９および１０は、基板ウェハ２００上（図９）、および分離壁４００上（図１０）にキャップウェハ９００を配置するステップを示す。キャップウェハ９００は、ＭＥＭＳリレー３００（または代替デバイス）に接続するためのビアを有さない。その結果、キャップウェハ９００と基板ウェハ２００との正確な位置合せは不要である。すなわち、気密パッケージングまたはＭＥＭＳリレー３００（もしくは他のデバイス）の機能性に影響を及ぼすことなく、キャップウェハ９００は基板ウェハ２００に対して回転するか、または基板ウェハ２００に対して多少偏位することができる。好ましくは、キャップウェハ９００は、デバイス３００に対面するウェハの表面に任意の窪みも有さない（または、基板ウェハ２００上のデバイス３００もしくは他のデバイスと位置合せする必要のある任意の窪みを少なくとも有さない）。
【００２６】
キャップウェハ９００および基板ウェハ２００は、同一材料または異なる材料から形成することができる。例えば、キャップウェハ９００はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコン（Ｓｉ）、またはサファイアウェハとすることができる。または、一部の実施形態で、キャップウェハ９００は、ガラスのような半透明または透明な材料から形成することができる。
【００２７】
分離壁４００、５００上にキャップウェハ９００を配置した後、キャップウェハ９００は分離壁４００、５００にウェハボンディングされる。図１０を参照されたい。一実施形態では、キャップウェハは共晶はんだを融解することによって分離壁に結合される。前述の通り、キャップウェハ９００を分離壁４００、５００の上に配置する前に、分離壁４００、５００上または内、キャップウェハ９００上、または分離壁４００、５００およびキャップウェハ９００の両方の上に共晶はんだが存在することができる。
【００２８】
一部の実施形態では、分離壁４００、５００は、金およびスズの混合物（ＡｕＳｎ）、金およびインジウムの混合物（ＡｕＩｎ）、またはインジウムおよびスズの混合物（ＩｎＳｎ）のような共晶はんだから形成することができる。加えて、または代替的に、キャップウェハ９００を共晶はんだで被覆することができる。さらに別の実施形態では、かつキャップウェハ９００を共晶はんだで被覆する代わりに、基板ウェハ２００上の分離壁４００、５００のパターン（図５を参照）を反映するパターン状に共晶はんだをキャップウェハ９００に塗布することができる。これは、キャップウェハ９００が半透明または透明である場合、およびパッケージされたデバイスの可視性を所望する場合に、特に有用である。分離壁４００、５００のパターンを反映するパターン状に共晶はんだをキャップウェハ９００に塗布する場合、キャップウェハおよび基板ウェハ９００、２００の正確な位置合せが不要であるので、共晶はんだは分離壁４００、５００のパターンを「緩慢に」反映するパターン状に塗布することができる。
【００２９】
１つの有用な実施形態では、分離壁４００、５００は、８０／２０の（重量）比で混合されたＡｕおよびＳｎの混合物によって形成される。別の有用な実施形態では、分離壁４００、５００は、より厚い金の下層に、より薄いＡｕＳｎの上層を被せることによって形成される。他の有用な実施形態では、分離壁４００、５００は、次の混合物のいずれかから形成される。
８０％Ａｕ／２０％Ｓｎ；
１００％Ｉｎ；
９７％Ｉｎ／３％Ａｇ（銀）；または
５８％Ｂｉ（ビスマス）／４２％Ｓｎ
【００３０】
分離壁４００、５００の上記の例示的組成物は限定ではなく、包括的でもない。
【００３１】
分離壁４００、５００の上記組成物により、キャップウェハ９００は、例えば次のものを含む接着層９０２（図９〜１３）で被覆することができる。
Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ；
Ｔｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ；
Ｔｉ／Ａｕ；または
Ｃｒ（クロム）／Ａｕ
代替的に、キャップウェハ９００は共晶はんだで被覆することができる。一部の実施形態では、これはスパッタ堆積によって行なうことができる。
【００３２】
キャップウェハおよび基板ウェハ９００、２００の結合は、例えば図１０に示す構造の一部または全部を加熱するか、キャップウェハおよび基板ウェハ９００、２００を相互に向かって押圧するか、または結合すべき界面に電流を通す（陽極接合の場合）かのうちの１つ以上を使用するプロセスによって達成することができる。このように、例えば共晶はんだまたは金を融解させ、気密パッケージ内にＭＥＭＳリレー３００（または他のデバイス）を密封することができ、あるいはガラス面のような非導電性結合面間に例えば化学結合を形成することができる。一部の環境では、ウェハボンディングが実行される直前に、共晶はんだ上の酸化物をドライエッチング（またはＨ２プラズマエッチング）することが望ましい。
【００３３】
キャップウェハおよび基板ウェハ９００、２００をウェハボンディングした後に、場合により、基板ウェハ２００を図１１に示すように薄化することができる。その後、基板ウェハ２００にウェハ貫通ビア１２００、１２０２を形成することができる。図１２を参照されたい。ウェハ貫通ビア１２００、１２０２は、キャップウェハと基板ウェハ９００、２００の間にパッケージングされる種々のデバイスの電極３０２、３０４と一致するように配置される。その後、パッケージデバイスが形成された表面の反対側の基板ウェハ２００の表面に、メタライズパターン１３００、１３０２を形成することができる。図１３を参照されたい。メタライズパターン１３００、１３０２は、基板ウェハ２００のウェハ貫通ビア１２００、１２０２を用いて、デバイス３００の電極３０２、３０４への電気接続を提供する。
【００３４】
図１２および１３に示すウェハ貫通ビア１２００、１２０２およびメタライズ１３００、１３０２を形成する例示的方法は、「Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｃｈｉｐ  Ｖｉａ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ  ｆｏｒ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」と称するＥｈｌｅｒｓその他の米国特許出願（２００７年８月２９日に出願された米国特許出願第１１／８４７，２３９号）に記載されている。
【００３５】
ウェハ２００上の複数のデバイス２０２、２０４を気密にパッケージングし、デバイス２０２、２０４と外界との間で信号を伝送するためにウェハ貫通ビア１２００、１２０２およびメタライズ１３００、１３０２を形成した後、気密パッケージデバイスを相互に分離することができる。一部の実施形態では、これはソーイングによって行なうことができる。
【００３６】
方法１００（図１）の特定の実現によっては、方法１００は、他のウェハレベルパッケージング方法に勝る１つ以上の利点をもたらすことができる。例えば方法１００は、デバイスの周波数特性を改善することができる（すなわち、デバイスの個別パッケージングに対して）。方法１００はまた、部分的には方法１００がデバイスのパッケージングを、並行して、より少ない部品取扱い回数で行なうので、多くの個別パッケージング方法と比較して、より低コストでデバイスをパッケージングすることができる。キャップウェハは複雑な処理ステップにさらされる必要がない結果、かつキャップウェハは基板ウェハと慎重に位置合せする必要がないので、低コストも達成される。さらに、方法１００は、キャップウェハと基板ウェハとの間の金属結合を通して気密性をもたらす。
【符号の説明】
【００３７】
２００  基板ウェハ
２０２  デバイス
２０６  ランディングパッド
３００  ＭＥＭＳリレー
３０２  静止電極
３０４  カンチレバー電極
３０６  作動電極
４００  分離壁
９００  キャップウェハ
９０２  接着層
１２００、１２０２  ウェハ貫通ビア
１３００、１３０２  メタライズパターン
【図１】
2009188402.tif 000003
【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】
2009188402.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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