(57)【要約】  紫外線（ＵＶ）波長またはディープＵＶ波長で光を取り込むためのセンサは、多層反射防止膜（ＡＲＣ）を含む。２層ＡＲＣでは、第１の層が、基板または回路層のどちらかの上に形成され、第２の層が、第１の層の上に形成され、入射光ビームとして光を受光する。特に、第１の層の厚さは第２の層の少なくとも２倍であり、それによってＡＲＣでの電荷トラップに起因する基板表面での電場を最小限に抑える。４層ＡＲＣでは、第３の層が第２の層の上に形成され、第４の層が第３の層の上に形成される。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取り込むためのセンサであって、
基板と、
前記光を検出するために前記基板上に形成される回路層と、
反射防止膜（ＡＲＣ）と
を備え、前記反射防止膜は、
前記基板および前記回路層の内の１つの上に形成される第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、入射光ビームとして前記光を受光する第２の層と、
を含み、
前記第１の層の厚さが、前記第２の層の少なくとも２倍であり、それによって前記ＡＲＣでの電荷トラップに起因する基板表面での電場を最小限に抑え、
前記第１の層および前記第２の層が、異なる屈折率を有し、前記光の反射を削減する
センサ。
【請求項２】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１１３から１２３ｎｍの厚さであり、前記第２の層が窒化ケイ素であり、３６から４６ｎｍの厚さである請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第１の層が約１１８ｎｍの厚さであり、前記第２の層が約４１ｎｍの厚さである請求項２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１１１から１２１ｎｍの厚さであり、前記第２の層が酸化ハフニウムであり、３９から４９ｎｍの厚さである請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記第１の層が約１１６ｎｍの厚さであり、前記第２の層が約４４ｎｍの厚さである請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、２３１から２４１ｎｍの厚さであり、第２の層が窒化ケイ素で、３７から４７ｎｍの厚さである請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記第１の層が約２３６ｎｍの厚さであり、前記第２の層が約４２ｎｍの厚さである請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記センサが、前記センサの裏面を介して紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記センサが、前記センサの前面を介して紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記基板が薄膜化された薄膜基板であり、前記センサが、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１に記載のセンサ。
【請求項１１】
光を取り込むためのセンサであって、
基板と、
前記光を検出するために前記基板上に形成される回路層と、
反射防止膜（ＡＲＣ）と
を備え、前記反射防止膜は、
前記基板および前記回路層の内の１つの上に形成される第１の層と、
前記第１の層の上に形成される第２の層と、
前記第２の層の上に形成される第３の層と、
前記第３の層の上に形成される第４の層と、
を含み、
前記第２の層、前記第３の層、および前記第４の層が、入射光ビームとして前記光を受け取り、
前記第１の層の厚さが、前記第２の層、前記第３の層、および前記第４の層のどれかの少なくとも２倍であり、それによって前記ＡＲＣでの電荷トラップに起因する基板方面での電場を最小限に抑え、
前記第１の層および前記第３の層が、同じ屈折率を有し、前記第２の層および前記第４の層が、少なくとも類似する屈折率を有し、前記第１の層および前記第２の層が異なる屈折率を有し、前記第１の層、前記第２の層、前記第３の層、および前記第４の層が、前記光の反射を削減する
センサ。
【請求項１２】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１１０から１２０ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が窒化ケイ素で、４８から５８ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、４４から５４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が窒化ケイ素で、２７から３７ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記第１の層が約１１５ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約５３ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約３２ｎｍの厚さである
請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、７５から８５ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が窒化ケイ素で、２５から３５ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、３９から４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が窒化ケイ素で、２４から３４ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記第１の層が約８０ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約３０ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約２９ｎｍの厚さである
請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１１から１２１ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が酸化ハフニウムで、４２から５２ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、４４から５４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が酸化ハフニウムで、４５から５５ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記第１の層が約１１６ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約４７ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約５０ｎｍの厚さである
請求項１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、７６から８６ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が酸化ハフニウムで、２７から３７ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、３９から４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が酸化ハフニウムで、２７から３７ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記第１の層が約８１ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約３２ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約３２ｎｍの厚さである
請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１１１から１２１ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が酸化ハフニウムで、４２から５２ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、４４から５４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が酸化ハフニウムで、４３．５から５３．５ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記第１の層が約１１６ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約４７ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約４８．５ｎｍの厚さである
請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、２３１から３４１ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が酸化ハフニウムで、４２から５２ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、４４から５４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が酸化ハフニウムで、４３．５から５３．５ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記第１の層が約２３６ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約４７ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約４８．５ｎｍの厚さである
請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記第１の層が二酸化ケイ素で、１６４から１７４ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が酸化ハフニウムで、２７から３７ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が二酸化ケイ素で、３９から４９ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が酸化ハフニウムで、２７から３７ｎｍの厚さである
請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記第１の層が約１６９ｎｍの厚さであり、
前記第２の層が約３２ｎｍの厚さであり、
前記第３の層が約４４ｎｍの厚さであり、
前記第４の層が約３２ｎｍの厚さである
請求項２４に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記センサが、前記センサの裏面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記センサが、前記センサの前面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記基板が薄膜化された薄膜センサであり、前記センサが紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項１１に記載のセンサ。
【請求項２９】
光を取り込むためのセンサ用の反射防止剤を形成する方法であって、
前記センサの基板および回路層の内の１つの上に第１の層を形成することと、
前記第１の層の上に第２の層を形成することであって、前記第２の層が、前記光を入射光ビームとして受光する、形成することと、
を含み、
前記第１の層の厚さが、前記第２の層と少なくとも２倍であり、それによって前記ＡＲＣでの電荷トラップに起因する基板表面での電場を最小限に抑え、
前記第１の層および前記第２の層が、異なる屈折率を有し、前記光の反射を削減する
方法。
【請求項３０】
前記センサが、前記センサの裏面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＵＤＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記センサが、前記センサの前面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＵＤＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板が薄膜化された薄膜基板であり、前記センサが、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＵＤＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
光を取り込むためのセンサ用の反射防止膜（ＡＲＣ）を形成する方法であって、
前記センサの基板および前記回路網の内の１つの上に第１の層を形成することと、
前記第１の層の上に第２の層を形成することと、
前記第２の層の上に第３の層を形成することと、
前記第３の層の上に第４の層を形成することと、
を含み、
前記第１の層の厚さが、前記第２の層、前記第３の層、および前記第４の層のどれかの少なくとも２倍であり、それによって前記ＡＲＣ内の電荷トラップに起因する基板表面での電場を最小限に抑え、
前記第１の層および前記第３の層が同じ屈折率を有し、前記第２の層及び前記第４の層が少なくとも類似する屈折率を有し、前記第１の層および前記第２の層が異なる屈折率を有し、前記第１の層、前記第２の層、前記第３の層、および前記第４の層が、前記光の反射を削減する
方法。
【請求項３４】
前記センサが、前記センサの裏面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＵＤＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記センサが、前記センサの前面を介して、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＵＤＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記基板が薄膜化された薄膜基板であり、前記センサが、紫外線（ＵＶ）波長およびディープ紫外線（ＤＵＶ）波長の内の１つを受け取るように構成される請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止膜（ＡＲＣ）に関し、特に、高スループット検査システムでのセンサ用のＡＲＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像センサは、集積回路（ＩＣ）検査の分野でいたるところで用いられている。他の要件の中で、センサは、ＩＣ表面から反射される光を取り込み、それによって欠陥検出およびＩＣ層測定を可能にするように設計されている。センサの量子効率（ＱＥ）とは、センサによって実際に取り込まれる光の割合を測ったものである。したがって、１００％のＱＥは、センサに入射する全ての光が取り込まれることを意味する。センサの有効ＱＥを低下させることになる反射を削減するために、センサの表面に１つまたは複数のコーティングを使用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、１９８９年４月１８日にＪａｎｅｓｉｃｋらに交付された米国特許第４，８２２，７４８号は、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサの裏面のオーバシン（過剰な薄膜化）を行い、次いでセンサ表面で高品質の酸化膜を成長させ、それによって酸化膜の直下に空乏領域を残すことを説明している。この点で、薄膜化された写真感光材の裏側を、強い紫外線放射に曝し、空乏の蓄積層を生成することができる。Ｊａｎｅｓｉｃｋによると、この技法は、ＣＣＤ画像センサのＱＥを大幅に増加する。このＱＥの増加は、薄膜コーティングがセンサの表面反射率に影響を与え、ＱＥ等の関連付けられた電子特性だけではなく、センサ表面の状態にも影響を与えることを示しており、これらの電気特性は、ＵＶ照射の下では動的に変化することがある。
【０００４】
２００７年１月１８日に公開され、２００５年７月１８日にＲｈｏｄｅｓによって出願された米国出願第２００７／００１２９６２号は、基板内の受光素子の表面に使用される多層コーティングを説明する。すなわち、Ｒｈｏｄｅｓは、基板内のフォトダイオードを覆うために反射防止膜（ＡＲＣ）を形成することを教示している。例示的なＡＲＣは、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、（オキシ）窒化ケイ素（ＳｉＯxＮy）、または組み合わせ（ＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯxＮy／Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯxＮy／Ｓｉ3Ｎ4／ＳｉＯwＮz、ＳｉＯxＮy／Ｓｉ3ＯcＮ2／ＳｉＯqＮu）を含む。下層の酸化物層（例えば、ＲＴＯまたは炉酸化物または絶縁体）は、ＡＲＣとシリコン基板の間の応力を最小限に抑えるだけではなく、ＡＲＣがパターン化され、エッチングされるときに停止層としても働く。Ｒｈｏｄｅｓは、ＡＲＣの厚さは、検出されている入射波長近くの反射を排除するために選ぶ必要があると教示している。例えば、可視スペクトルの場合、Ｒｈｏｄｅｓは、２００と１０００オングストロームの間となるＡＲＣの厚さを教示している。Ｒｈｏｄｅｓは、ＡＲＣの上に付着されるスペーサ絶縁体層をエッチングし、トランジスタ制御ゲートの側壁およびＡＲＣを形成する。Ｒｈｏｄｅｓによると、この構成は、ｐ−ウェルとｎ−ウェルの間のシャロートレンチアイソレーションでの「ヘッジ」を排除できる。
【０００５】
２００５年５月２６日に公開され、２００３年１１月２０日にＷａｌｓｃｈａｐらによって出願された米国出願第２００５／０１１００５０号は、平坦化層とＡＲＣの両方を有する画像センサ素子を説明している。平坦化層は、フォトレジスト、ポリアミド、スピン音ガラス、ベンゾシクロブテン、一種の架橋重合体等の重合体、または副層のセット等である場合がある。Ｗａｌｓｃｈａｐは、画像センサ素子からのピクセル構造の表面粗さだけに基づいて平坦化層の厚さを決定している。対照的に、ＡＲＣ層の厚さについては、Ｗａｌｓｃｈａｐは、光路長の差異が、ＡＲＣがそのために設計される光の波長の１／２に等しくなるように決定している。したがって、ＡＲＣ層の上部で反射される光と、ＡＲＣ／素子界面で反射される光とは、干渉により相殺される。
【０００６】
前記参考文献に示されるように、ＡＲＣの配置および最適化は、特定の波長に対して最適化される。特に、大部分のＡＲＣは、詳細な化学的性質およびコーティング内での電荷トラッピングによって影響を及ぼされない表面に塗布される。つまり、ＡＲＣは、紫外線（ＵＶ）光によって損傷を受け、その中に電荷トラップを形成することがある。これらのトラップは、界面における表面静電状態を変更し、センサの効率に望ましくない低減をもたらす。
【０００７】
ＵＶおよびＤＵＶ照射の下で安定した表面を作り出すことに対する多大な関心が何十年も存在してきたが、多くは天文学の用途によって動機付けられてきた。これらの用途は、一般に、低い照射レベルを有し、通常は数秒から数時間という長い露光時間を必要とし、ＵＶ光のセンサ上への相対的に低い総露光を生じさせる。高速検査の本用途の場合、読み出し時間ははるかに短く、通常は１ミリ秒未満であり、センサ寿命を通しての相対する総露光は何桁も大きくなることがある。安定性の要件は、これらの極端な条件下でははるかに厳しくなる。
【０００８】
したがって、その性能に影響を及ぼすことなく、センサの表面に直接的に塗布できる１つまたは複数の材料に対するニーズが生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
紫外（ＵＶ）または遠紫外（以下、ディープＵＶとも言う）波長で光を取り込むためのセンサが説明される。このセンサは、基板、光を検出するための基板上に形成される回路層、および（背面照明センサの場合）基板上に、または（前面照明センサの場合）回路層の上に形成される多層反射防止膜（ＡＲＣ）を含む。２層ＡＲＣの一実施形態では、第１の層は、基板（または回路層）上に形成することができ、第２の層は、その第１の層の上に形成することができ、入射光ビームとして光を受光することができる。とりわけ、第１の層の厚さは、第２の層の少なくとも２倍であり、それによってＡＲＣにおける電荷トラッピングに起因する基板表面での電場を最小限に抑える。光の反射を最小限に抑えるために、第１の層および第２の層は異なる屈折率を有する。
【００１０】
一実施形態では、第１の層は、１１３から１２３ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１１８ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、３６から４６ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４１ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。別の実施形態では、第１の層は、厚さ１１１から１２１ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１１６ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、厚さ３９から４９ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４４ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合がある。さらに別の実施形態では、第１の層は、厚さ２３１−２４１ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約２３６ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、厚さ３７−４７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ４２ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。
【００１１】
センサは、２つ以上の層を含むＡＲＣを含むことができる。例えば、４つの層を有するＡＲＣも説明される。この実施形態では、第３の層は第２の層上に形成することができ、第４の層は第３の層の上に形成できる。この場合、第２の層、第３の層、および第４の層は、入射光ビームとして光を受光する。第１の層の厚さは、第２の層、第３の層、および第４の層のどれかの少なくとも２倍である。第１の層および第３の層は、同じ屈折率を有してよく、第２の層および第４の層は、製造を簡略にするために同じ／類似した屈折率を有してよいが、第１の層および第２の層は、効果的なコーティング設計を提供するために、通常、異なる屈折率を有する必要がある。第１の層、第２の層、第３の層、および第４の層の結合された効果は、入射光の反射を削減する。
【００１２】
４層ＡＲＣの一実施形態では、第１の層は、１１０から１２０ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１１５ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、４８から５８ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約５３ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合があり、第３の層は、４４から５４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４９ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は２７から３７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約３２ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。
【００１３】
４層ＡＲＣの別の実施形態では、第１の層は、７５から８５ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約８０ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、２５から３５ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ３０ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合があり、第３の層は、３９から４９ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４４ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、２４から３４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約２９ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。
【００１４】
４層ＡＲＣのさらに別の実施形態では、第１の層は、１１１から１２１ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１１６ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、４２から５２ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４７ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合があり、第３の層は、４４から５４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４９ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、４５から５５ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約５０ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合がある。
【００１５】
４層ＡＲＣのさらに別の実施形態では、第１の層は、７６から８６ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約８１ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、２７から３７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約３２ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合があり、第３の層は、３９から４９ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４４ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、２７から３７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約３２ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合がある。
【００１６】
４層ＡＲＣのさらに別の実施形態では、第１の層は、１１１から１２１ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１１６ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、４２から５２ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４７ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合があり、第３の層は、４４から５４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４９ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、４３．５から５３．５ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４８．５ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。
【００１７】
４層ＡＲＣのさらに別の実施形態では、第１の層は、２３１から３４１ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約２３６ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、４２から５２ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４７ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合があり、第３の層は、４４から５４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４９ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、４３．５から５３．５ｎｍの厚さ範囲（厚さ約４８．５ｎｍ）を有する窒化ケイ素である場合がある。
【００１８】
４層ＡＲＣのさらに別の実施形態では、第１の層は、１６４から１７４ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約１６９ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第２の層は、２７から３７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約３２ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合があり、第３の層は３９から４９ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約４４ｎｍ）を有する二酸化ケイ素である場合があり、第４の層は、２７から３７ｎｍの厚さ範囲（例えば、厚さ約３２ｎｍ）を有する酸化ハフニウムである場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】センサを例示する図である。
【００２０】
【図２Ａ】基板上に形成される多層反射防止膜を例示する図である。
【図２Ｂ】基板上に形成される多層反射防止膜を例示する図である。
【００２１】
【図３Ａ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｂ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｃ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｄ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｅ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｆ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｇ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｈ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｉ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【図３Ｊ】多層ＡＲＣセンサの一例における強度反射対波長を描くグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
反射防止膜（ＡＲＣ）は、鏡面反射を削減するために表面上に付着される薄い誘電体膜である。図１は、シリコン基板１０１上に形成される回路層１１０を含むセンサ１００の一例を示す。ケイ素は空気と反応するため、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層１０２（例えば、自然酸化物）がシリコン基板１０１上で生じる。近ＵＶおよびＵＶ照射を用いる作用では、光はシリコン基板１０１（したがって、また二酸化ケイ素層）の中に浸透するが、回路層１１０には到達しない。回路層１１０は、シリコン基板１０１を貫通する光によって生じる電子を収集する。
【００２３】
入射光ビーム１０３（例えば、試験されている集積回路から反射される光）が、ビーム１０５によって示されるように、二酸化ケイ素層１０２およびシリコン基板１０１の境界によって屈折される。この屈折に加えて、入射ビーム１０３およびビーム１０５のある部分も、ビーム１０４および１０６によって示されるように、これらの境界によって反射される。ビーム１０６は、ビーム１０９および１０７によって示されるように、今度は、材料境界で反射され、屈折される。ビーム１０７は、ビーム１０および１０８によって示されるように、今度は材料境界で、反射され、屈折される。図１Ａに示される屈折／反射角度および層の厚さは縮尺どおりではなく、単一の入射光ビームが、シリコン基板１０１および二酸化ケイ素層１０２の境界で、複数回、屈折され、反射されることがあることを明示するために使用されるに過ぎないことに留意されたい。したがって、例えばビーム１０８に基づいて、他の屈折および反射が発生することがあるが、簡単にするために示されていない。
【００２４】
理想的には、センサ１００を出射するビーム（例えば、ビーム１０４、１０６、１０７、および１０８）の合計は、センサ１００内の二次的なビーム（例えば、ビーム１０９および１１０）と振幅で等しくなるが、位相では反対になる。出射ビームが入射二次ビームによって事実上相殺されるとき、回路層１１０は、（ビーム１０５を介して）入射ビーム１０３から最大の光を受光できる。
【００２５】
シリコン基板１０１は高屈折率を有し、その結果、高い表面反射率（〜５０％）を生じさせる。ＳｉＯ2層１０２を欠くときには、光の５０％が失われているため、ＩＣを照明するための対応する光レベルを強めなければならないだろう。しかしながら、ＵＶ波長またはＤＵＶ波長で光レベルを強めると、すでに高価な素子に高額な費用が上乗せされることがある。幸いなことに、ＳｉＯ2層１０２は低い屈折率を有する。したがって、ＳｉＯ2層１０２の適切な厚さを使用することによって、センサ１００からの正味出射反射光を最小限に抑えることができる。ただし、ＳｉＯ2の単一の層は、ＵＶ波長範囲で高性能のＡＲＣを生成するには十分ではない。
【００２６】
残念なことに、ＵＶ光とＤＵＶ光の両方ともに光化学作用がある場合がある。つまり、それが当たる表面物質を変性することがある。すなわち、ＵＶ／ＤＵＶ光の中の光子のエネルギーは、物質の中の化学結合を破壊し、荷電粒子をトラップ状態に励起するほど高い。この効果は、ＳｉＯ2層１０２で帯電領域を生じさせることができる。それが、今度はシリコン基板１０１の表面近くに電場を生じさせる。この電場が電子を表面に引っ張り、光を検出するために電子が収集されるのを妨げることがある。最先端のセンサは、ＵＶスペクトルでの素子量子効率（ＱＥ）を最適化するために、シリコン基板近傍の電場の注意深い設計を使用している。したがて、これらの帯電領域は、センサの性能に悪影響を及ぼすことがある。
【００２７】
本発明の一態様に従って、電荷トラッピングに起因する基板表面での電場を最小限に抑え、センサの寿命を最大限にするために、多層コーティングが使用できる。図２Ａは、２層反射防止膜の一例を示す。すなわち、第１の層２０２Ａおよび第２の層２０３Ａを含む反射防止膜（ＡＲＣ）が、センサの基板２０１Ａ上に形成できる。この構成（つまり、回路層−基板−ＡＲＣ）は、背面照明センサに使用できる。他の実施形態では、ＡＲＣは回路層（つまり、ＡＲＣ−回路層‐基板）上に形成され、前面照明センサで使用できることに留意されたい。
【００２８】
前面照明センサは業界で一般的であり、センサでは「標準」と見なされている。前面照明センサでは、光は、基板に進入する前に、回路層のワイヤおよび素子を直接、またはこれらの周辺を通る。背面照明センサでは、光は、最初に、（通常は、非常に薄い膜厚に薄膜化されている）基板に進入し、短い可視波長の場合およびＵＶ波長の場合、回路層には到達しない。例えば、図１は、背面照明センサ１００を示し、光はシリコン基板１０１に入るが、回路層１１０を貫通しない。したがって、背面照明ＵＶセンサは、回路層に対する悪影響を最小限に抑えることができるという点で有利である。背面照明センサの表面が、前面正面センサよりも、より滑らかで、より均一であることに留意されたい。したがって、一般に、背面照明センサのＡＲＣの方が、前面照明センサよりもよりよい性能を示し、光の散乱を少なくすることができる。
【００２９】
一実施形態では、第１の層２０２Ａは、例えば自然酸化物等の高品質の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、または半導体および光学部品コーティング業界で周知の生産方法を使用して付着された二酸化ケイ素である。かかる方法は、例えば、高度電子機器用のゲート酸化物を構築するために使用される。第１の層２０２Ａの厚さは、あまり堅牢ではない物質とシリコン基板２０１Ａの繊細な表面との間に安全な距離を提供し、それによって背面照明センサに基板保護を提供することができる。さらに、いずれのセンサ実施形態の場合も、この距離により、ＡＲＣ内の電荷トラッピングに起因する基板表面での電場を実質的に最小限に抑えることができる。背面照明センサの実施形態では、この基板表面は、基板２０１Ａと第１の層２０２Ａの間の界面である。前面照明センサの実施形態では、この基板表面は、基板と回路層の間の界面である。
【００３０】
特に、第１の層２０２Ａは、別の光学設計にとって最適と見なされるよりも厚く作られている。例えば、基板保護および電場の最小化に基づいた光学設計は、第１の層２０２Ａの最適な厚さが５０ナノメートル（ｎｍ）であることを示している。ただし、追加の層、つまり第２の層２０３のため、第１の層２０２Ａは、実際には、例えば１００ｎｍ以上等、著しく厚く作られている。したがって、第１の層２０２Ａの厚さは、実際には純粋に光学的な設計の観点からは準最適と見なされている。
【００３１】
第２の層２０３Ａの例示的な材料は、例えば、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、およびフッ化マグネシウムを含む。特に、第１の層２０２Ａ用の高品質二酸化ケイ素コーティングは、例えば、窒化ケイ素コーティングと比べてはるかに低いトラップ電荷の影響を示すことができる。第２の層２０３Ａは第１の層２０２Ａよりも高いトラップ電荷傾向を示すため、基板表面での電場は、さらに（つまり、特別に厚い第１の層２０２Ａと組み合わせて）最小限に抑えることができる。したがって、厚い低トラップ電荷層２０２Ａ上に形成される第２の層２０３Ａは、１枚または複数の従来の反射防止膜を備えた既知のセンサに比較して、高い露光の下でセンサの寿命時間を延ばすことができる利点がある。寿命時間が長くなるということは、定期的な保守が少なくなくてすみ、製品の寿命時間を通した運転経費が少なくなることを意味する。さらに、高価なＵＶおよびディープＵＶ（ＤＵＶ）光に対する初期感度の改善により、照明システム（例えば、レーザシステム）の費用の削減、および／または検査システムの一層の高速化の余地が生じる。
【００３２】
被覆されていない研磨面の通常の入射反射率は、以下の等式によって表すことができる。
Ｒ  ＝  （（Ｎ０−Ｎｓ）／（Ｎ０＋Ｎｓ））22
上式では、Ｎ０は、入射照射する物質（通常は空気）の屈折率であり、Ｎｓは所与の波長での基板物質の屈折率であることに留意されたい。ケイ素の場合、４００ｎｍ波長光での屈折率は〜５．６であり、空気の場合、屈折率は〜１．０であるため、反射率はほぼ５０％である。理想的な単一層ＡＲＣ１０２は、次式で表わされる屈折率を有する必要がある。
Ｎｌ2  ＝  Ｎ０＊Ｎｓ
上式では、ＮｌはＡＲＣ層の屈折率である。屈折率〜１．５のＳＩＯ2の単一層は、ＵＶ波長での反射率を削減することができるが、屈折率はこの条件を満たすには程遠いため、それを排除することはできない。ＡＲＣ性能を最適化するには、より多くの層および／または材料が必要である。
【００３３】
第１の層２０２Ａおよび第２の層２０３Ａの例示的な材料に関して、窒化ケイ素は、二酸化ケイ素よりも高い屈折率を有する。窒化ケイ素は、ケイ素の光学的マッチングにより適した〜２．１の屈折率を有する。しかしながら、窒化ケイ素はケイ素表面に直接堆積されてＵＶまたはＤＵＶ光に露光されると、窒化ケイ素は容易に電荷をトラップすることがあり、ケイ素表面の状態に悪影響を及ぼすことがある。これらの損傷効果は、基板と窒化ケイ素層の間に二酸化ケイ素の層を挟むことによって軽減できる。
【００３４】
一実施形態では、第１の層２０２Ａおよび第２の層２０３Ａの厚さは、それらの層の材料および照明波長が決定された後に「調整」できる。すなわち、いったん材料が指定されてから、次に層の厚さとして、何種類かの限られた厚さが調整に用いられる。この調整により、多層反射防止膜（ＡＲＣ）コーティングセンサにとって最善の光学性能が提供される。
【００３５】
図３Ａは、（第１の層２０２Ａに相当する）１１８ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第２の層２０３Ａに相当する）４１ｎｍの窒化ケイ素の層を有する、例示的な多層（２層）ＡＲＣの強度反射（「１」は、１００％の反射を示し、「０」は０％の反射を示す）対波長を描くグラフ３１０を示す。波形３１１によって示されるように、この例示的なセンサは、強度反射が０．１０（１０％）未満であることによって示されるように、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ａは、１１３と１２３ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ａは、３６と４６ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有するものとできる。
【００３６】
図３Ｂは、（第１の層２０２Ａに相当する）１１６ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第２の層２０３Ａに相当する）４４ｎｍの酸化ハフニウムの層を有する例示的な多層ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３２０を示す。波形３２１によって示されるように、この例示的なセンサも、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ａは、１１１と１２１ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ａは３９と４９ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有するものとできる。
【００３７】
図３Ｃは、（第１の層２０２Ａに相当する）２３６ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第２の層２０３Ａに相当する）４２ｎｍの窒化ケイ素の層を有する例示的な多層ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３３０を示す。波形３３１によって示されるように、この例示的なセンサも、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ａは、２３１と２４１ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２３０Ａは、３７と４７ｎｍｎ間の厚さの窒化ケイ素を有するだろう。
【００３８】
より厚い第１の層（例えば、２００ｎｍ以上の二酸化ケイ素）は、複数の照明波長で有利に反射防止特性を提供できる。例えば、図３ＣのＡＲＣは、３つの照明波長範囲で、つまり（可視波長での）〜２７０ｎｍ未満、３２５と３８５ｎｍの間、および〜５００ｎｍで反射を有利に削減できる。（図３Ｂの同じターゲット波長近くのあまり狭くない幅に比較して）３５５ｎｍターゲット波長近くの狭い幅は、照明が完全に０度の通常入射でない場合に、照明の有用な許容角度だけではなく、製造公差も削減できるだろうことに留意されたい。
【００３９】
多層ＡＲＣセンサの他の実施形態に従って、２つ以上の層が使用できる。例えば、図２Ｂは、シリコン基板２０１Ｂ上に形成される少なくとも４つの層、つまり第１の層２０２Ｂ、第２の層２０３Ｂ、第３の層２０４Ｂ、および第４の層２０５Ｂを含むＡＲＣを示す。一実施形態では、ＡＲＣは、一つおきの層が同じである、偶数の層を含むことがある。例えば、第１の層２０２Ｂおよび第３の層２０４Ｂは、例えば二酸化ケイ素等の同じ材料から形成できる。同様に、第２の層２０３Ｂおよび第４の層２０５Ｂは、例えば窒化ケイ素または酸化ハフニウム等の同じ材料から形成できる。
【００４０】
図３Ｄは、（第１の層２０２Ｂに相当する）１１５ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）５３ｎｍの窒化ケイ素の層、（第３の層２０４に相当する）４９ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）３２ｎｍの窒化ケイ素の層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３４０を示す。波形３４１によって示されるように、この例示的なセンサは、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、１１０と１２０ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、４８と５８ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有し、第３の層２０４は、４４と５４ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、２７と３７ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有するだろう。
【００４１】
図３Ｅは、（第１の層２０２Ｂに相当する）８０ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）３０ｎｍの窒化ケイ素の層、（第３の層２０４に相当する）４４ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）２９ｎｍの窒化ケイ素の層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３５０を示す。波形３５１によって示されるように、この例示的なセンサは、２６６ｎｍの波長に対して最適化されている。ネオジウムでドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザが、この例示的なセンサを補完できる（つまり、３５５ｎｍは１０６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの第３の高調波であり、２６６ｎｍは基本レーザ周波数の第４の高調波である）ことに留意されたい。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、７５と８５ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは２５と３５ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有し、第３の層２０４は、３９と４９ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、２４と３４ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有するだろう。
【００４２】
図３Ｆは、（第１の層２０２Ｂに相当する）１１６ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）４７ｎｍの酸化ハフニウムの層、（第３の層２０４に相当する）４９ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）５０ｎｍの酸化ハフニウムの層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３６０を示す。波形３６１によって示されるように、この例示的なセンサは、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、１１１と１２１ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、４２と５２ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有し、第３の層２０４は、４４と５４ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、４５と５５ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有するだろう。
【００４３】
図３Ｇは、（第１の層２０２Ｂに相当する）８１ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）３２ｎｍの酸化ハフニウムの層、（第３の層２０４に相当する）４４ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）３２ｎｍの酸化ハフニウムの層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３７０を示す。波形３７１によって示されるように、この例示的なセンサは、２６６ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、７６と８６ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、２７と３７ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有し、第３の層２０４は、３９と４９ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、２７と３７ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有するだろう。
【００４４】
図３Ｈは、（第１の層２０２Ｂに相当する）１１６ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）４７ｎｍの酸化ハフニウムの層、（第３の層２０４に相当する）４９ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）４８．５ｎｍの酸化ハフニウムの層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３８０を示す。波形３８１によって示されるように、この例示的なセンサは、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、１１１と１２１ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、４２と５２ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有し、第３の層２０４は、４４と５４ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、４３．５と５３．５ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有するだろう。
【００４５】
図３Ｉは、（第１の層２０２Ｂに相当する）２３６ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）４７ｎｍの酸化ハフニウムの層、（第３の層２０４に相当する）４９ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）４８．５ｎｍの窒化ケイ素の層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３９０を示す。波形３９１によって示されるように、この例示的なセンサは、３５５ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、２３１と２４１ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、４２と５２ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有し、第３の層２０４は、４４と５４ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、４３．５と５３．５ｎｍの間の厚さの窒化ケイ素を有するだろう。
【００４６】
図３Ｊは、（第１の層２０２Ｂに相当する）１６９ｎｍの二酸化ケイ素の層、（第２の層２０３Ｂに相当する）３２ｎｍの酸化ハフニウムの層、（第３の層２０４に相当する）４４ｎｍの二酸化ケイ素の層、および（第４の層２０５に相当する）３２ｎｍの酸化ハフニウムの層を有する、例示的な多層（４層）ＡＲＣセンサの強度反射対波長を描くグラフ３９５を示す。波形３９６によって示されるように、この例示的なセンサは、２６６ｎｍの波長に対して最適化されている。他のＡＲＣ実施形態では、第１の層２０２Ｂは、１６４と１７４ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第２の層２０３Ｂは、２７と３７ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有し、第３の層２０４は、３９と４９ｎｍの間の厚さの二酸化ケイ素を有し、第４の層２０５は、２７と３７ｎｍの間の厚さの酸化ハフニウムを有するだろう。
【００４７】
例証となる実施形態は添付図を参照して本明細書で詳細に説明されてきたが、本発明がそれらの正確な実施形態に制限されないことが理解されるべきである。それらは、網羅的であること、または本発明を開示されている正確な形式に制限することを意図されていない。したがって、当業者に多くの変型および変形が明らかになるだろう。
【００４８】
例えば、ケイ素を使用して基板を形成できるが、他の材料も使用できる。多層ＡＲＣが前面照明センサに使用されるときに、各ＡＲＣ層の厚さが、回路層内のワイヤおよび素子を説明するために調整され得ることに留意されたい。
【００４９】
さらに、２６６ｎｍおよび３５５ｎｍ等の照明波長が本書に説明されているが、他のＡＲＣ実施形態が、２５７ｎｍ、２１３ｎｍ、１９８ｎｍ、および１９３ｎｍを含む。もとより、これらに限定されるものではない他の波長に調整され得ることもさらに留意されたい。
【００５０】
さらに、特定の材料が、使用される照明波長に応じて、著しく異なる特徴を有し、それはどのような実装にも考慮に入れられる必要があることにも留意されたい。例えば、窒化ケイ素は、本来、１９３ｎｍで半透明であるため、その波長のために調整されたＡＲＣを形成するために使用されないだろう。
【００５１】
なおさらに、二酸化ケイ素は第１の層について（および４層ＡＲＣの場合、第３の層についても）本明細書で説明されているが、他の実施形態は第１の層（および４層ＡＲＣの場合、第３の層）に異なる誘電材料を提供してよいことにも留意されたい。層堆積方法だけではなく、この誘電材料も、トラップ状態の数および帯電の程度に劇的な影響を与えることがある。
【００５２】
したがって、本発明の範囲が、続く特許請求の範囲およびその同等物によって定義されることが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【国際調査報告】
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2012529182.tif 000017