(57)【要約】      （修正有）【課題】インゴットからウエハーを切断する場合に、切断速度が比較的遅い、ワイヤーが切れ易い、切代が大きくなる、という問題を解消する方法、装置を提供する。【解決手段】インゴット１０２を切断しウエハーを切り出すに当たり、切断面に直交する回転軸を中心にインゴット１０２を回転させ、ワイヤー１０１又は回転刃による放電加工によりインゴットを切断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴットを切断しウェハーを切り出すにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、ことを特徴とする切断装置。
【請求項２】
ワイヤー又は回転刃による放電加工により、前記インゴットを切断する、ことを特徴とする請求項１記載の切断装置。
【請求項３】
前記ワイヤーの送り方向と、前記ワイヤーと前記インゴットの接触部におけるインゴット回転方向が順方向である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の切断装置。
【請求項４】
前記インゴットの切断部から出る切子を排出するための手段を備えた、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項５】
前記ワイヤー放電加工による切断箇所の前記インゴットの切子を排出するための回転円盤を備えている、ことを特徴とする請求項４記載の切断装置。
【請求項６】
前記回転円盤は、前記インゴットの切代において、前記インゴットの切子を排出する回転方向に回転し、前記ワイヤー放電加工による切断箇所の前記インゴットの切子を排出する、ことを特徴とする請求項５記載の切断装置。
【請求項７】
前記切子を排出するための吸引する手段を備えている、ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項８】
前記インゴットから切断されるウェハー下部を支持する支持部材を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項９】
前記支持部材は、前記インゴット及びウェハーを回転させながら支持する、ことを特徴とする請求項８に記載の切断装置。
【請求項１０】
前記ワイヤー又は回転刃と前記インゴットの接触部を光照射する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項１１】
前記回転刃は外刃又は内刃方式である、ことを特徴とする請求項２記載の切断装置。
【請求項１２】
前記回転刃表面にスリットを備えている、ことを特徴とする請求項１１記載の切断装置。
【請求項１３】
前記回転刃は、金属層の表面、裏面に電気絶縁層を有し、スリット部では、前記電気絶縁層が除去されているか、スリット部以外よりも薄く設定されている、ことを特徴とする請求項１２記載の切断装置。
【請求項１４】
回転軸を共通に複数の回転刃を備えている、ことを特徴とする請求項２記載の切断装置。
【請求項１５】
プラズマ中に活性フロン系分子やフッ素イオンが生成する絶縁流体中で放電加工する請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項１６】
前記回転刃は、硬質材料粉末を含む、ことを特徴とする請求項１４記載の切断装置。
【請求項１７】
前記複数の回転刃には、それぞれ個別に電源が接続される、ことを特徴とする請求項１４記載の切断装置。
【請求項１８】
放電加工が行われる絶縁流体を含む部位を気密とし、前記絶縁流体からのガスの大気中への拡散を防ぐことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項１９】
前記絶縁流体の温度を制御する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１８記載の切断装置。
【請求項２０】
前記絶縁流体からのガスを再び凝固させる手段を装置内に備えたことを特徴とする請求項１９記載の切断装置。
【請求項２１】
前記インゴットは、ウェハーの切り出しの前に、前記インゴットの断面が同一径となるように円柱状に加工される、ことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項２２】
インゴットを切断しウェハーを切り出すにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、ことを特徴とする切断方法。
【請求項２３】
ワイヤー又は回転刃による放電加工により、前記インゴットを切断する、ことを特徴とする請求項２２記載の切断方法。
【請求項２４】
前記ワイヤーの送り方向と、前記ワイヤーと前記インゴットの接触部におけるインゴット回転方向が順方向である、ことを特徴とする請求項２２又は２３記載の切断方法。
【請求項２５】
前記インゴットの切断部から出る切子を排出する、ことを特徴とする請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載の切断方法。
【請求項２６】
前記ワイヤー放電加工による切断箇所の前記インゴットの切子を回転円盤で排出する、ことを特徴とする請求項２５記載の切断方法。
【請求項２７】
前記切子を排出するために吸引する、ことを特徴とする請求項２５又は２６記載の切断方法。
【請求項２８】
前記インゴットから切断されるウェハー下部を支持する、ことを特徴とする請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載の切断方法。
【請求項２９】
絶縁物からなる回転刃に沿ってワイヤーが送られ、回転刃をインゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、ことを特徴とする切断装置。
【請求項３０】
前記ワイヤーの送り方向と、前記ワイヤーと前記インゴットの接触部におけるインゴット回転方向が順方向である、ことを特徴とする請求項２９記載の切断装置。
【請求項３１】
インゴットを切断しウェハーを切り出すにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、ことを特徴とする切断装置。
【請求項３２】
フロン系絶縁流体中での放電加工で発生する有毒ガスを除去する手段を備えた請求項１５記載の切断装置。
【請求項３３】
放電加工用のワイヤーの断面形状がリボン形状とされ、ワイヤー表面のうち断面長辺側の表面に絶縁材料を備えている、ことを特徴とする請求項２、３、３０のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項３４】
放電加工用のワイヤーの断面形状がリボン形状とされ、前記ワイヤー表面のうち断面長辺側の表面に絶縁材料を備えている、ことを特徴とする切断装置。
【請求項３５】
前記ワイヤー又は回転刃による放電加工により、インゴットを切断し、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、ことを特徴とする請求項３４記載の切断装置。
【請求項３６】
前記ワイヤーは高融点金属を含む請求項３４又は３５記載の切断装置。
【請求項３７】
断面がリボン形状のワイヤーの断面短辺側で放電が生じる、請求項３４乃至３６のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項３８】
断面形状がリボン形状の前記ワイヤー両端部が接合された請求項３４乃至３７のいずれか１項に記載の切断装置。
【請求項３９】
前記ワイヤー両端の接合部では、放電を止める請求項３８記載の切断装置。
【請求項４０】
前記リボン形状のワイヤーを循環させ、前記ワイヤー両端の接合部では、放電を止める請求項３８記載の切断装置。
【請求項４１】
前記リボン形状のワイヤーの送り方向を切断対象に対して一方向及び／又はその逆方向とし、前記ワイヤーの送り方向のうちの一方向について放電を行う請求項４０記載の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切断装置と方法に関し、特にインゴットを切断してウェハーを切り出す装置に適用して好適な構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照して、インゴットからウェハーをワイヤー放電加工で切断する例を説明する。ワイヤー１０１は一本であり、ワイヤー１０１が矢印方向に送られ、同時に、インゴットを支持している架台が動いて、実質的にワイヤー１０１が切断方向に動いて、最終的にウェハーへの切断が行われる。放電加工による切断は、ワイヤー１０１とインゴット１０２が近くなると、そこで放電が生じ、それによってインゴットとワイヤーの一部分がプラズマになり、インゴットから蒸発したり熱応力によって割れたりして、インゴットから小さな切子となって最終的に切断が行われる。
【０００３】
したがって、放電が生じる場所は、ワイヤー１０１に沿って線上にインゴット１０２と接触した線状の多くの点で生じる。すなわち、線状全体では、一度には、放電は生ぜず、点のみで放電が生じる。
【０００４】
また、一般に、放電加工は、水中か油中で行われている（特許文献１等）。これは、電気絶縁流体の放電破壊が生じることによって切断加工が行われるためである。ただし、気中で行われる場合がある。
【０００５】
この加工は、非接触で切断ができる。切り出しているウェハーに発生する力学的な力は大きくないため、ウェハーを薄く切断できる可能性がある。
【０００６】
なお、特許文献１には、密閉容器に注入した高絶縁性オイルの上方空間に不活性ガスを充填し、高絶縁性オイルに浸漬したワイヤーと半導体結晶棒との間で放電させて半導体結晶棒を切断する方法として、高絶縁性オイルを加熱しその温度を１５０℃以上に保持し、半導体結晶棒の抵抗率を低下させた状態で切断する構成が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、インゴットをワイヤーで切断時、溝加工時、ワークに与えるダメージを小さく抑え、切断加工面を結晶面に正確に一致させる切断装置、方法が開示されている。またインゴット切断については特許文献３−５等も参照される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２１７０３６号公報
【特許文献２】特開２００４−６６７３４号公報
【特許文献３】特開２００３−３３２２７３号公報
【特許文献４】特開２００６−７５９５２号公報
【特許文献５】特開２００７−２３７３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
放電加工による切断は、
切断速度が比較的遅い、
ワイヤーが切れ易い、
という問題点がある。
【００１０】
切代を狭くするために細いワイヤーを使うが、細いワイヤーは断線しやすい。
【００１１】
さらにインゴットからウェハーを切り出す場合、切代を狭くしたいが、同じ太さのワイヤーでも、運転条件などによっては、切代が大きく異なることがある。
【００１２】
インゴットからウェハーへの切断する場合の複数の重要な課題である。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、切断速度が比較的遅い、ワイヤーが切れ易い、切代が大きくなるという問題を解消する切断装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願で開示される発明は、前記課題を解決するため、概略以下の構成とされる。
【００１５】
本発明の１つの側面によれば、インゴットを切断しウェハーを切り出すにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する、切断装置が提供される。
【００１６】
本発明において、ワイヤー又は回転刃による放電加工により、前記インゴットを切断する。
【００１７】
本発明において、前記ワイヤーの送り方向と、前記ワイヤーと前記インゴットの接触部におけるインゴット回転方向が順方向（同一方向を含む、逆方向でない）である。
【００１８】
本発明において、前記インゴットの切断部から出る切子を排出するための手段を備える。
【００１９】
本発明において、前記ワイヤー放電加工による切断箇所の前記インゴットの切子を排出するための回転円盤を備えた構成としてもよい。前記回転円盤は、前記インゴットの切代において、前記インゴットの切子を排出する回転方向に回転し、前記ワイヤー放電加工による切断箇所の前記インゴットの切子を排出する。
【００２０】
本発明において、前記切子を排出するための吸引する手段（吸引パイプ）を備えた構成としてもよい。
【００２１】
本発明において、前記インゴットから切断される（切り落とされる）ウェハー下部を支持する支持部材を備えた構成としてもよい。前記支持部材は、前記インゴット及びウェハーを回転させながら支持する構成としてもよい。
【００２２】
本発明において、前記ワイヤー又は回転刃と前記インゴットの接触部を光照射する手段を備えた構成としてもよい。
【００２３】
本発明において、前記回転刃は外刃であってもよい。あるいは内刃方式であってもよい。前記回転刃は、ダイヤモンド、シリコンカーバイド等の硬質材料の粉末を含む構成としてもよい。
【００２４】
本発明において、前記回転刃表面にスリットを備えた構成としてもよい。本発明において、前記回転刃は、金属層の表面、裏面に電気絶縁層を有し、スリット部では、前記電気絶縁層が除去されている。あるいは、スリット部では、前記電気絶縁層は、スリット部以外よりも薄く設定されている構成としてもよい。
【００２５】
本発明において、回転軸を共通に複数の回転刃を備えた構成としてもよい。
【００２６】
本発明において、プラズマ中に活性フロン系分子やフッ素イオンが生成する絶縁流体中で放電加工するようにしてもよい。
【００２７】
本発明においては、放電加工が行われる絶縁流体を含む部位を気密とし、前記絶縁流体からのガスの大気中への拡散を防ぐ構成としてもよい。本発明において、絶縁流体の温度を制御する冷却手段を備える。あるいは、絶縁流体からのガスを再び凝固させる手段を装置内に備えた構成としてもよい。
【００２８】
本発明において、前記インゴットは、ウェハーの切り出しの前に、前記インゴットの断面が同一径となるように円柱状に加工してもよい。
【００２９】
本発明によれば、インゴットを切断しウェハーを切り出すにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する切断方法が提供される。本発明において、ワイヤー又は回転刃による放電加工により、前記インゴットを切断する。本発明に係る方法において、前記ワイヤーの送り方向と、前記ワイヤーと前記インゴットの接触部におけるインゴット回転方向が順方向である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、切断速度が比較的遅い、ワイヤーが切れ易い、切代が大きくなるという問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】放電加工機によるインゴットからウェハーの切断を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明する図である。
【図６】本発明の第４の実施例を説明する図である。
【図７】本発明の第５の実施例を説明する図である。
【図８】本発明の第５の実施例の回転刃の構成を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施例の回転刃（外刃）表面の溝構造を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施例の回転刃（外刃）表面の溝構造断面を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施例の回転刃（内刃）を説明する図である。
【図１２】本発明の第７の実施例の構成（マルチ外刃）を示す図である。
【図１３】本発明の第８の実施例の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施例のリボン断面形状を示す図である。
【図１５】本発明の第９の実施例のリボン断面形状を示す図である。
【図１６】本発明の第９の実施例のリボン送り機構の一例を示す図である。
【図１７】本発明の第１０の実施例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施例について図面を参照して以下に説明する。
【実施例】
【００３３】
図２は、本発明の一実施例を説明するための図である。インゴット１０２をその長手方向に対して直交する面で切断するにあたり、前記インゴットを切断面に直交する回転軸を中心に回転させ、放電加工により前記インゴットを切断する。
【００３４】
インゴット１０２を回転しながらワイヤー１０１を図２のように送り、ワーク（インゴットを支持している構造系：図２では不図示）を動かして切断する。ワイヤー１０１とインゴット１２が接触する部分が一カ所になる。
【００３５】
図１に示した例では、ワイヤー１０１が送られて行くが、ワイヤー１０１の上流で放電が行われた後、下流でも、ワイヤー１０１の当該放電箇所からかなり近い場所で放電が起こることがある。すると、当該部分のワイヤー１０１の損傷が大きくなり、最終的には切れることが何度か実験で観察された。
【００３６】
ワイヤー放電加工は、ある意味では、確率過程として捉えることができる。ワイヤーの損傷を管理することは原理的に困難であり、ある確率で切れることが予測される。
【００３７】
実験によれば、ワイヤー送りを遅くすると、ワイヤーは頻繁に切れ、速くすると切れにくくなる。しかし、ワイヤー送りを速くすると、ワイヤーが多く必要になるので、経済性が悪化する。
【００３８】
ワイヤー送りを同じ速さにして、切断速度を上げるとワイヤー断線が生じやすくなることや、ワイヤーの顕微鏡で放電による損傷を観察して確認できる。
【００３９】
このように、ワイヤーと加工物が線接触すると、ワイヤーが切れ易いことが理解できる。
【００４０】
したがって、この問題を避けるためには、ワイヤーとインゴットが接触する部分を一カ所（点接触）にすることによって、放電によるワイヤーの損傷を管理することができる。すなわち、ワイヤーの同一箇所や極めて近い場所での放電を複数回生じさせないようにすることができる。
【００４１】
この結果、ワイヤー切断が生じる確率を大幅に低減して、安定な放電加工を行うことが期待される。
【００４２】
更に、点接触のため切子が排出されやすい。
【００４３】
図２に示すように、ワイヤー送りと方向とインゴット接触部でのインゴット接線方向の動きは、同じ方向（順方向）となるように揃えると良い。これは、発生した切子が、絶縁流体について動き、絶縁流体はインゴットとワイヤーの動きに沿って動くことから、接触点でのワイヤーの動き方向とインゴットの動き方向が一致した方が、スムーズな切子排出が行われやすいためである。
【００４４】
図示されないが、放電加工による切断装置には、ワイヤー送りや、切断方向にインゴットもしくはワイヤー全体を移動させるための制御を行う制御システムが具備される。
【００４５】
次に、切断の高速化（速く切ること）について説明する。更に、切代を狭くすることの対策について説明する。
【００４６】
図３に示すような、切子の排出を助けるための回転円盤を１０４を用いて切子の排出を補助する。
【００４７】
ワイヤー１０１の直径が大きいと切代幅が大きくなる。これまで、実験では２００ミクロン以下で行ってきた。切代には水や油などの絶縁流体が入り込んでくるが、隙間が狭いので、その間に入り込んだ絶縁流体はそれが接触している物体の動きとほぼ同じ動きをする。このため、ワイヤー１０１と被加工物であるインゴット１０２の点接触しているところで発生した切子は、インゴット１０２の回転方向につられて動くので、切子の動きの矢印として示すような動きをする。切子をそのままにしておくと、切子が回り込んで、再び、切断加工を行っている点接触している点まで回り込んで来ることが予測される。切子が、再度、放電加工している所に到達すると、放電のエネルギーが切子にも吸収されるために、切断速度が落ち、また、インゴットの他の場所にも放電しやすくして、切代が大きくなるためである。
【００４８】
実験では、ウェハー・サンプル上に取り着いた切子が増えると、切代が大きくなった。
【００４９】
切代が大きくなると、電源からのエネルギーは同じであるから、実際の切断速度は低下する。
【００５０】
そこで、切子が再度放電加工点に到達する前に、回転円盤１０４を用いて、切代の間に挿入して、切子を排出する。
【００５１】
回転円盤１０４は、インゴット１０２の切断の進行に応じて、インゴット１０２の未切断部分との距離を一定に保つために動く。
【００５２】
回転円盤１０４は、切断を行うワイヤー１０１と同期させる制御系が配設される。なお、図３には、回転円盤軸の動作方向が示してある。
【００５３】
図４は、切代１０６とインゴット１０２、回転円盤１０４の位置を、ワイヤー１０１の送り側から見た図である。ワイヤー１０１は、図に対して垂直方向に移動し、切断方向はインゴット１０２の回転軸方向になる。そして、ワイヤー１０１の反対側には切子排出用の回転円盤１０４が配設され、切断の進行にしたがって、回転円盤進行方向の矢印方向に進み、ワイヤー１０１とインゴット１０２が接触している箇所から発生する切子を排出する。
【００５４】
なお、回転円盤１０４は切子の排出用であるため、厚さは切代より薄くなることが必要である。回転方向は排出が行いやすい方でとされる。
【００５５】
更に、回転円盤１０４はインゴット１０２の未切断部分及びインゴット１０２自体と接触しないように制御することが望ましい。これによって、切断速度が上がるとともに、切代が減ることが予測される。
【００５６】
次に、切子排出を容易にするために吸引パイプの導入と放電を維持し易くするための光の導入を行う。
【００５７】
図５は、本発明の別の実施例を示す。まず、切子が出てくる場所は広く分布することは今までの実験ではなかった。
【００５８】
このため、切子の出てくる場所に切子を吸引するパイプ１０７の口を置き、切子を吸引する装置を設置する。一般に、絶縁流体中に不純物が混ざると、例えば純水では電気抵抗率が減少し、放電加工がうまくいかなる。
【００５９】
したがって、切子をそのまま絶縁流体中に置いておくことはまずいので、切子が出て来るところに吸引パイプの口を置き、絶縁流体と一緒に切子を吸引し、切子が広く絶縁流体中に分布しないようにする。
【００６０】
そして、吸引した後は、フィルターを通じて切子を吸着させ、純水や絶縁油などは元に戻すようにすると、運転コストが低減できる。
【００６１】
次に、図５において、光ガイド１０８で示されていることについて説明を行う。一般に半導体インゴットは、電気抵抗率が高いので、放電加工には向いていないと考えられていた。
【００６２】
しかし、半導体のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると、光電導性が誘引され、電気伝導が著しく良くなることが知られている。本願発明者は、この性質を利用してＳｉＣの放電加工を行い、これまで、複数の論文や学会発表及び特許出願（特許文献３）をしている。
【００６３】
簡単な解析ですぐに分かるが、大きな電極をインゴットに取り付け、放電加工を行うと、放電時には、全体の抵抗の大部分がワイヤー近傍のインゴットの狭い領域に集中する。これは、この部分の電流密度が著しく高くなるからである。したがって、光照射による電気伝導性の向上には、ワイヤーに近接するインゴットに照射することが、最も効果的になる。
【００６４】
更に、今までの光照射実験では、光を照射することによって発生するプラズマが安定することも、大きな効果として挙げられる。
【００６５】
一般に放電加工で用いるようなプラズマは「Ｚピンチ」と呼ばれ、プラズマが極めて不安定である。このため、放電加工を行う場合でも、切子やワイヤー表面の傷などは、一定しているといえない。しかし、光を照射することによって、プラズマ放電が安定になり、加工表面状態が改善される。
【００６６】
なお、この実施例では、光ガイド１０８として、図に示しているが、切代よりも光ガイドの太さは細い必要があり、光ファイバーなどが利用される。
【００６７】
また、小型ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が開発されており、光ガイドの他にＬＥＤを切代の間に入れ込み、切断を行っている部分近くに配置して照射するようにしてもよい。
【００６８】
なお、切断の進行によって、切子が出てくる場所が変わってくることや、切断加工を行っている場所が変わるため、光照射を行う光ガイドや吸引パイプの吸引口がそれに応じて移動していく制御機構を設ける。
【００６９】
切断の最後に、ウェハーを切り落とすときの注意が必要となる。ウェハーは一定の重さを有する。インゴットからウェハーを切り落としていくと、未切断部分（切り出されるウェハーを支持する部分）が次第に小さくなってくる。その部分に印加される重力による応力が大きくなり、場合によっては、ウェハーが割れることが、今までの実験で何度か観察されてきた。
【００７０】
本実施例においては、ウェハーの中心が最後に切り落とす場所になるため、ここでウェハーが割れるようなことになると、極めて深刻な問題になる。
【００７１】
そこで、本実施例では、図６に示すような構成をとる。シリコンウェハー支持棒１０９を備えている。ウェハーを切り落とすための未切断部分が少なくなったら、インゴット１０２の回転を止め、回転円盤１０４（図４、図５参照）を取り除き、ウェハー自身の重さを支えるために、ウェハー下部にシリコン（Ｓｉ）ウェハー支持棒１０９を設け、ウェハーの荷重をこれによって支持するようにする。なお、この構成以外にも、ウェハーの自重を支持する任意の手法を用いてもよいことは勿論である。
【００７２】
このようにして、ウェハー自重を支持すると、未切断部分に大きな応力が発生しないようにすることができる。このため、切り落とし時にウェハー中心部で割れが発生することを予防できる。
【００７３】
更に、このようなウェハー割れに対応する方法としては、インゴット全体を水中や油中に沈めるようにしてもよい。
【００７４】
これによって、ウェハーやインゴットには浮力が発生するため、空気中での未切断部分に印加される応力よりは低くなっているからである。
【００７５】
例えば、シリコンの密度は２．６ｇ／ｃｍ＾３（＾は冪乗記号  ｃｍ＾３は立方ｃｍ）であり、水の密度は１．０ｇ／ｃｍ＾３であるため、実効的な重さは、空気中より４０％程度低くなり、その分だけ応力も減少する。更に、水より密度の高い絶縁流体を用いれば、この応力は更に低くできる。これについては、後で述べる。
【００７６】
なお、未切断部分の大きさが５ｍｍ程度以下になれば、今までの経験では、インゴットを回転することなしに、切断加工を行うことにする。これによって、ウェハーの支持構造が容易になるからである。尚、この時はワイヤーとインゴットが線状に接触するが、その長さが５ｍｍ以下と短くなっているので、最初に述べたような問題は生じないと考えられる。
【００７７】
ここで、再度ワイヤーが切れる問題に戻る。
【００７８】
切代を狭くするために、細いワイヤーを用いると、ワイヤーが切れる（切れやすい）という問題が再度浮上する。
【００７９】
この対策として、図７に示すように、ワイヤーを用いないで回転刃１１０を用いる。インゴット１０２は回転している。
【００８０】
すると、インゴット１０２と回転刃１１０は点接触するので、この部分でプラズマが発生して放電加工による切断が行われる。この場合には、刃先を「丸のこぎり」のように刃先加工する必要はない。
【００８１】
そして、切断が進むに連れ、回転刃１１０を全体としてインゴット１１５の方に動かしていく。
【００８２】
こうすることで、ワイヤーが切れるという心配は全く無くなる。回転刃として厚さ３０ｕｍ（マイクロメートル）程度のものが利用できる（ワイヤーのように断線の心配は無い）。３０ｕｍのワイヤーでは断線に絶えず注意することが必要となる。
【００８３】
以下の議論では、回転刃もインゴットも絶縁流体中に設置されることを前提に進める。なお、図７には示していないが、接触部を光照射するために光ガイド等を備える。
【００８４】
更に、図３で述べたような切子排出のための回転円盤を持ち込む必要もなくなる。
【００８５】
図７に示したように、インゴット１０２の切断部の回転接線方向と、回転刃の接線方向を一致させることが重要になるであろう。切子を排出させる効果は。図３に比べて良くなるものと思料される。これは、図３の例では、インゴットの未切断部分の回転方向が図の上部に向かうが、回転円盤１０４の回転方向は。図の下部に向かうため、それぞれ方向が異なる。
【００８６】
このような場合には、絶縁流体の流れが複雑になり、それに応じて切子の運動は極めて複雑になり、安定して同じ方向に切子が排出され難いことも想定されるが、図７では、どちらも接触点の回転接線方向が揃っているので、切子の排出が自然に行われる。
【００８７】
更に、回転刃１１０を利用すると、ワイヤーを用いる場合よりも、切代が狭くなることも期待できる。ワイヤーを用いると、ワイヤーを支持する部分が切断部を挟んで２カ所設けられる。この部分（ワイヤーを支持する部分）は、加工精度を出すために、極めて重要な部分である。通常は、１ミクロン以下の精度である。同時に電流を流すための「パワーリード」と呼ばれる電車のパンタグラフのような構造が用いられる。
【００８８】
しかし、この２点で支持する部分はインゴットの回転による交差がない空間に設置する必要があり、２点の支持点間距離はインゴットの断面直径より長くする必要がある。
【００８９】
一方、ワイヤーには、放電加工によるプラズマによって、絶えず小さな力が加わっているため、ワイヤーは微少振動している。
【００９０】
一方、ワイヤーの２点支持間隔が長くなると、同じ微少な力が印加されても、微少振動の振幅は大きくなる。このため、この振幅分だけ切代が広くなることが想定される。
【００９１】
実際、ワイヤーの材料を弾性係数の低い銅合金を利用する場合と、モリブデンＭｏのような硬い弾性係数の高いワイヤーでは、同じ放電条件で切断加工を行っても切代は４０％以上狭くなることが実験で観察されている。
【００９２】
これは、ワイヤーに放電プラズマによる外力が印加されても微少振動する振幅が、Ｍｏワイヤーでは小さいためと考えている。
【００９３】
一方、図７のような回転刃１１０では、断面が円のワイヤーに比べて、回転刃１１０の断面方向には、一方向（回転刃の断面方向）に著しく太くなっていることと等価であるため、ワイヤーに比べてはるかに、この様な外力による振動は小さくなるものと考えられる。結果として、切代が狭くなる、なお、切り落としの際には、図６と同様に、ウェハーの自重の支持対策を行う必要がある。
【００９４】
この場合には、切り落としだけ、図６のようにワイヤーを用いてもよいし、回転刃をそのまま利用する場合もある。ただし、どちらもインゴットの回転は止めて行うことになる。丸刃は必要に応じて回転し、場合によっては回転を止めても良い。このような運転条件はインゴットや絶縁流体ほかの色々な条件を検討して決定する。
【００９５】
また、細くなった切断部の応力を見積もるために、ウェハー支持棒とウェハーの間にセンサーを挿入して、ウェハー重量を測定することもウェハーの管理を行うようにしてもよい。
【００９６】
更に、本発明において用いられる回線刃は、ダイヤモンド回転刃もあるが、基本的には、非接触で切断することや、プラズマによって切るため、回転刃の回転速度は、ダイヤモンドソーに比べて著しくゆっくりしたものになる。よって、インゴットに大きな影響を与えることは、少ないと考えている。また、刃先加工は原則不要である。これは、従来の実験でワイヤー送り速度程度の周回速度があればよいと考えられるからである。なお、回転刃の材料は、基本的に電気が流れることができればよい。近時、ELID(Electrolytic In-process Dressing)研削において、電導性砥石の中にダイヤモンドの粉末を混ぜた材料が使われているが、本実施例において、これを回転刃として利用しても良い。
【００９７】
次に、図７の回転刃１１０の構造について述べる。これは、前述したように、「のこぎりの刃」の様な構造は不要であるが、図８に示すような刃厚方向の構造を用いると、放電加工がスムーズに行うことができる。回転刃は、ダイヤモンド、シリコンカーバイド等の硬質材料の粉末を含む構成としてもよい。硬質材料粉末はシリコンでは僅かに削る。
【００９８】
放電加工を行う部分は、電気が流れる必要があるため、金属層が露出している必要があるが、切り終わったインゴットの部分とは放電が生じて欲しくないため、回転刃１１０の表面に電気絶縁層１１１を備えている。電気絶縁層１１１として、回転刃自身の表面を酸化して絶縁層を形成したり、レジスト（＝絶縁剤）を塗布して形成してもよい。レジスト（＝絶縁剤）は半導体プロセスで用いられるものを利用してもよい。
【００９９】
これによって、切り終えたウェハー表面に余分な放電による傷を付けることながなくなり、同時に、回転刃１１０に余分な傷を付けることなく、放電を行うためのエネルギーを切断以外に使うことが無くなる。
【０１００】
なお、図８に記載されている、厚さなどのパラメータについては、現在実験を行っているパラメータを参考にした値であり、この半分以下の厚さで行うことも想定している。
【０１０１】
一般的には、電圧は、パルス的にしか印加されないので、通常の電気絶縁よりは薄くできる。
【０１０２】
なお、図８において、電気絶縁層１１３は金属層１１２に比べて薄く、金属層１１２表面に乗っている電気絶縁層１１３は、放電加工によって金属層１１２の部分が、切子として回転刃から剥がれていくと、一緒に剥がれていく。したがって、この電気絶縁層１１３が薄ければ、この層だけが残ることはないものと思料される。
【０１０３】
このような回転刃１１０の構造としては、図９に示すように、刃表面に部分的に薄い部分（スリット１１４）を作るようにしてもよい。これは、「のこぎりの刃」等にもあるように、切子を排出するための溝である。したがって、スリット幅は切子の寸法よりも広くなくてはならない。
【０１０４】
図１０は、スリット（溝）１１４を備えた回転刃１１０の断面を示す図である。スリット（溝）１１４は電気絶縁層１１３が取り除いて構成されている。したがって、これから、電気絶縁層１１３の厚さは切子の大きさより厚くなくてはならない。これは、金属層１１２を薄くすると、回転刃１１０の強度が落ちるが、切断加工に重大な影響を与える場合には、図１０のような構造とする必要がある。
【０１０５】
電気絶縁層１１３を除くことによって、この部分で放電が発生することが無いようにする必要があることは、最初に、電気絶縁層１１３を取り付けた理由から明らかであろう。
したがって、スリット１１４の部分の電気絶縁層１１３を完全に除くのではなくて、電気絶縁層１１３を部分的に薄くするようにしてもよい。
【０１０６】
また、電気絶縁層１１３とスリット１１４の長さなど空間的な周期は、回転刃１１０とインゴット１０２の回転速さ、及び放電電源のパルス間隔などによって、総合的に決定される。
【０１０７】
直線状のスリット１１４を切子排出するための溝として示してきたが、必ずしも直線だけで構成する必要はない。
【０１０８】
また、多数の小さな穴を、回転刃全体に設けても良い。
【０１０９】
放電加工によって、この小さな穴に切子が入り込み、回転してインゴット断面から外に出たときに排出するようにしてもよい。もちろん、このような構造を同時に一緒に用いても良い。
【０１１０】
回転刃１１０は、外刃（回転刃の外側周回でインゴットを切ることを示している）を利用しているが、通常、シリコンなどの半導体材料インゴットを切断する場合には、内刃方式を用いることが多い。
【０１１１】
図１１を参照して説明する。この場合、回転刃１１０は大型となり、インゴット１０２を囲むようにして、回転刃１１０の内側で切断加工を行う。インゴット１０２は、前記実施例と同様に回転する。
【０１１２】
そして、インゴット１０２と回転刃１１０の回転方向は、図示の如く、接触点での接線方向の動きが同じ方向に揃えることによって、切子の排出を容易にする。
【０１１３】
また、インゴット１０２を切り落とす時には、ワイヤーや回転外刃を用いたようにウェハーの自重を支える構造物が必要になる。なお、図示されていないが、接触部を光照射するために、光ガイドなどを備えた構成としてもよい。前述したように、切子排出のためにスリット溝や小さな穴を回転刃に配設してもよい。また、切子排出用に吸引パイプ口を切子排出方向に取り付け、フィルターで切子を除いてから絶縁流体に戻すようにしてもよい。
【０１１４】
内刃方式の場合、回転刃の外側でインゴットは当たらない部分は刃厚を太くすることができる。したがって、回転刃を安定して回転することができる。ダイヤモンドソーのように放電加工に比べて切断する際に大きな外力が掛かるような切断装置では、回転刃の安定が重要であり、内刃方式が用いられる。放電加工であるため、運転条件によっては、外刃方式でも十分に対応できる可能性は高い。
【０１１５】
上記実施例では、ワイヤーが一本か回転刃は一つであるが、マルチワイヤー構成、回転刃を複数枚利用した構成にも適用できることは勿論である。図１２に、回転刃を複数枚利用した構成の一例を示す。この実施例では、一つの回転刃軸１１１に、複数の回転刃１１０が取り付けられており、複数の回転刃１１０を一緒に回転しながら、切断加工を行う。この場合、一つの回転刃に一つの放電加工を行う電源を一つ取り付けるようにする。但し、インゴット１０２は、アース電位として共通になる。これによって、一つの電源を用いるより安定して放電加工を行うことができる。
【０１１６】
放電加工でのマルチワイヤーによるシリコンインゴットの切断は、特許文献４、５等があるが、この方法ではワイヤー線が一本であり、何度もインゴットを切断するために使われることなどから、ワイヤー断線が重大な課題となる。図１２の構成では、そのような問題はほぼ検討する必要が無くなり、安心して切断加工を行うことができる。なお、それぞれの放電加工を行っている部分に光照射を行うことは、図示されていないが、必要に応じて行う。
【０１１７】
また、それぞれの切子の排出部に吸引パイプ口を設置し、切断加工の進行に応じて、移動制御させる制御機構を備える。これは、放電加工部分に光照射を行う機構についても同様である。ウェハーの切り落とし（切断）についても、図６に示すようにウェハー指示棒１０９などが用いられる。更に、この例では、外刃方式で示しているが、内刃方式として、同様なマルチ回転刃を用いても良いことは勿論である。
【０１１８】
次に、絶縁流体について説明する。従来の放電加工では、純水か絶縁油を用いている。そして、ＳｉＣ等の放電加工では、一部ガスを用いている。ガスを用いて放電加工でシリコンやＳｉＣインゴットを切断する場合、アルゴンガスを主として、一部を水素やメタンなどの還元性ガスを混合することは、放電加工を進める上で、良好な結果を得てきている。これは、主に加工対象が高温になるため、空気中の酸素による酸化を防ぐことができるからである。
【０１１９】
そして、アルゴンガスにフロン系ガスを混合すると、切断速度が数倍に速くなった。これは、プラズマによって、フロンガスが分解され、化学的活性フロン系分子やフッ素イオンが生成され、これが切断を進行させるためと考えている。このような現象は、ウェハーのプラズマ・エッチング等でも観察されており、エッチング速度を高くするために、フロン系ガスを混入させることがある。この場合、表面プロセスとして用いられており、面粗度も通常の放電加工より高くなる。
【０１２０】
液中での放電加工でも、プラズマ中に活性フロン系分子やフッ素イオンが生成されれば、加工速度が速くなり、面粗度が向上することが期待できる。さて、このようなことが期待できる溶液について説明する。
【０１２１】
一例を下記に示す。これは、住友スリーエム社が発売しているハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）で、商品名  ノベックと呼ばれる製品である。これは、電子部品の洗浄や消火液として利用されている。現在４つのタイプがあり、化学式は、
Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３，
Ｃ４Ｆ９ＯＣ２Ｈ５，
Ｃ４Ｆ１３ＯＣＨ３，
Ｃ３ＨＦ６−ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ−Ｃ３ＨＦ６
である。
【０１２２】
沸点は６１℃から１３１℃、
密度は１．４３ｇ／ｃｍ＾３から１．６６ｇ／ｃｍ＾３
まである。
【０１２３】
したがって、水よりも大きな浮力がインゴットに作用する。電気抵抗率もほぼ水と同等かそれ以上であるため、放電加工に用いることができる。比誘電率は６〜７程度であるため、水よりは一桁以上低いので、回転刃を用いる方式でも、向かい合う面積の増大による浮遊キャパシタンスの増大による放電加工に供しない電流の増加を抑えることができる（なお、詳細は住友スリーエム社のホームページ等が参照される）。
【０１２４】
あるいは、パーフルオロコンバウンド（商品名  フッ素系不活性液体、フロリナート）というフッ素系不活性液体を用いてもよい（http://www.mmm.co.jp/emsd/product/pdt_01_02.html）。水に比べて電気抵抗率が極めて高く、絶縁耐力が高い。このため、高い電圧まで印加できる。また、比誘電率が2以下のためノベックに比べて1/4であり、水に比べると1/40となる。電力消費低減に貢献する。
【０１２５】
このようなハイドロフルオロエーテルが絶縁流体として用いられる。また、このような液体の特性を、放電加工中に一定に保つために、液温を制御する装置が配設される。なお、絶縁流体を安定に用いるためには、切子をフィルターで濾過することや、大気中への拡散を防ぐために、放電加工装置を密閉する構造を取るようにする。またフィルターには、プラズマ発生によりＨＦＥの分解物ができることから、これを吸着する作用も有する。なお、この製品は、人への毒性は低く、火事の際には消化剤として利用できることが認可されている。地球環境問題として話題になっているオゾン破壊係数はゼロであり、温暖化係数も今まで電子部品に用いられてきたフロン系ガスなどに比べて低いため、利用が認められている。絶縁流体がある部分を気密とし絶縁流体からのガスが大気に拡散しないようにする構成としてもよい。
【０１２６】
なお、沸点が１００℃以下の絶縁液体もあり、このような液体は蒸気圧も高い。水や油を利用していたときのように、装置全体が解放されて使うと、大気中に多くの絶縁液体ガスが混入することになる。これを避けるために、装置全体を密閉系にするか負圧を印加することが望ましい。
【０１２７】
更に、本実施例においては、装置を囲ったケース内に、液体からのガスを再凝縮させるために、冷凍機ヘッドを備え、回収するシステムを備えた構成としてもよい。
【０１２８】
本発明の別の実施例について説明する。
【０１２９】
図１３は、本発明の別の実施例の構成を示す図である。図１３に示す例では、絶縁物で作られた回転円盤に沿って切断を行うワイヤーが流れていき、それによってインゴットを切断する。図１３では、ワイヤーは上部から送られてきてプーリーを通じて送られる方向が変わり、回転円盤に沿って回り放電加工を行う。その後、外に送り出される。そして、円盤を作る絶縁物としては、セラミック等が用いられる。また、回転円盤がワイヤーをガイドし易いように、溝などが円盤の円周上に作られている。このようにすると、回転刃が放電によって摩耗することがない。
【０１３０】
また、インゴットが大きくなり、ワイヤーを支持するガイドの間隔が長くなっても、ワイヤーが振動することは少なくなる。さらに、この回転刃は導電性ではないので、表面を絶縁処理する必要はなくなる。フロン系液体を利用して加工を行うと有毒ガスが発生することがある。
【０１３１】
本実施例において、この有毒ガスを、大気中に漏れることなく回収する装置が設置される。そして、回収後、有毒ガス処理プロセスに送られる。
【０１３２】
図１４は、本実施例の構成を示す図である。本実施例では、放電ワイヤーをリボン形状にする。放電加工機の放電ワイヤーの断面は一般に円である。円の場合、どちらの方向にも曲げることができるが、細くなると断線しやすい。シリコンインゴットやＳｉＣインゴットは高価であることから、切代が狭い方が良い。このため、細いワイヤーを使うと、断線が頻繁に生じる。したがって、切代は狭く、断線し難いワイヤーを使うことが求められる。この問題の一つの解決方法としては、リボン形状のワイヤーを利用することである。
【０１３３】
図１４に示す例では、リボン断面は厚さは５０ミクロン（μｍ）であるが、幅は３００ミクロン（μｍ）である。切代に対応する側は５０ミクロンであるため、切代が狭く、断面は大きいので、切れ難いワイヤーとなる。このようなリボン形状のワイヤーを利用すると、上記の問題は解決する。
【０１３４】
しかしながら、幅が広い３００ミクロン側は、切断加工を行うインゴットと面する。このため、ここで放電が生じると、切代が広くなるので３００ミクロン側の表面に絶縁層を付ける対策も必要になることがある。
【０１３５】
図１５に、対策の一例を断面図で示す。絶縁層の材料としてはエナメル等が用いられる。これは、薄く数ミクロンの厚さで表面に塗るだけで絶縁層になるので加工は容易である。また、この絶縁層はリボンが放電加工による損傷で減肉していったときに自動的に取れていくものと思料されるので、放電加工を行う上で大きな問題になることはない。
【０１３６】
また放電加工を行うとワイヤーも損傷を受けて減っていくが、図１５に示したように、アークプラズマが発生する場所は５０ミクロン側になるので、何度でも利用できる。ワイヤー加工よりもリボン加工の方は高価になるので、このように、何度も利用することは、経済性の点でも好適とされる。
【０１３７】
図１６は、本発明の別の実施例として、リボン加工の例を示す図である。一般の放電加工では、ワイヤーは放電加工部を一度通しただけで捨てるワンスルー（ｏｎｅ  ｔｈｒｏｕｇｈ）である。
【０１３８】
これに対して、本実施例では、図１５に示すように、５０ミクロン側で放電が生じ、損傷が生じてもまだ３００ミクロンと厚いことから、原理的に何度も利用できる。図１６に示した例は、ワイヤー（リボン）を循環させ、インゴットを固定しているが、インゴットを回転させるようにしてもよい。インゴットを回転させることで、リボンとの接触部が点になり、放電加工を容易化する。
【０１３９】
更に、このような構造は、リボン材料を銅合金などからタングステンやモリブデンに変えることによって特性は更に向上する。銅合金の場合、一度放電が生じると、ワイヤーに大きな損傷が生じる。一般の放電加工において、特殊な場合には、高融点金属であるタングステンやモリブデンが使われている。高融点金属であるタングステン等を利用すると、表面の損傷は、銅合金製ワイヤーに比べて小さい。
【０１４０】
本実施例においても、リボン材料として高融点金属を用いた場合、数多く通しても安定して切断加工ができる。
【０１４１】
リボン形状の場合、断面積が大きくなるため、張力を大きくすることができる。切断加工をする際に位置決めの精度を上げることができる。あるいは、切代がワイヤー振動によって広がることを防ぐことができる。
【０１４２】
本実施例のリボンは両端部を接合することが望ましい。一般にワイヤーの場合にはワンスルー（ｏｎｅ  ｔｈｒｏｕｇｈ）のため端部には、特段の注意が払われていない。帯ノコギリ等では両端部が接合し輪を構成しているものもある。インゴット切断用のダイヤモンドソーでも同様である。
【０１４３】
なお、接合部は強度が十分でない場合がある。そこで、放電加工時、接合部がインゴットの内部に入っているときには、一時的に放電を止める制御を行う。接合部がインゴットの内部に入っているとき、切断加工は行われない。インゴットとリボンの相対位置を一時的に変えないようにする制御が行われる。
【０１４４】
本実施例の変形として、リボン両端部の接合が困難な場合、放電加工装置のワイヤー送り機構を改良し、リボン両端部を接合しない場合であっても、リボン両端部が接合されている場合と同じ状況でワイヤー（リボン）を送るような機構を備えてもよいことは勿論である。
【０１４５】
更に、接合部を設けないときには、図１７に示すように、リボンを往復運動することによって切断を行う。この場合は何度も同じ場所を通ることになるので、高融点金属を利用する。リボンは直線状であり、図１６のように曲がり部が存在しない。このため疲労劣化が少ない。但し、リボンを直線状にするために張力を印加する。
【０１４６】
また、直線状に誘導するためのガイドを設けることが必要とされ、図１７では切断加工部を一点（点状）とするためにインゴットをリボンの動きに合わせて回転するようにした例である。回転は往復運動となる。かかる構成には、切断制御を容易化し、切子の排出も容易化する。なお、一方向に移動するときに放電を行い、切断するように制御しても良い。図１７においてリボンが右から左に動くときだけ放電を行い、リボンが左から右に動くときには放電を止めるようにしてもよい。一方、インゴットの回転は同一向きに回転するような制御を行うようにしてもよい。この場合には、右から左に回転を行う。
【０１４７】
上記リボンを利用した切断装置は、複数のリボンを備え複数のリボンを用いて同時にウエハー加工する放電加工装置にも適用できることは勿論である。
【０１４８】
なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０１  ワイヤー
１０２  インゴット
１０３  インゴット回転軸
１０４  回転円盤
１０５  回転円盤軸
１０６  切代
１０７  パイプ
１０８  光ガイド
１０９  シリコンウェハー支持棒
１１０  回転刃
１１１  回転刃軸
１１２  金属層
１１３  電気絶縁層
１１４  スリット
【図１】
2010046792.tif 000003
【図２】
2010046792.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010046792.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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