(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成すべきバンプの大きさに合わせた大きさの導電性材料ボールをバンプを形成すべき電極との接合性が良い導電性材料により形成し、前記導電性材料ボールを導電性材料ボール供給部に層状に配列し、前記の配列された導電性材料ボール層から、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極に対応する位置に配されたボール保持具を有する導電性材料ボール移送手段により、前記導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持してバンプを形成すべき半導体素子上に移送し、前記ボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記のバンプを形成すべき半導体素子の素子電極上に位置決めし、前記位置決め状態で、加温、衝撃力、押圧力の内の少なくとも１つと、超音波振動との組合せによって前記導電性材料ボールを前記素子電極に接合してバンプを形成するバンプ形成方法であって、前記導電性材料ボール供給部はその底部に複数の凹部を有し、導電性材料ボールを前記各凹部に収容し、これら導電性材料ボールの上部が露出するようにして一層に配列することを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
導電性材料ボールは、主物質の外側を別物質で被覆する多層構造とする請求項１に記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
多層構造の導電性材料ボールは、最外層が相互に付着しにくい材質である請求項２に記載のバンプ形成方法。
【請求項４】
半導体素子を装置内に搬入する搬入手段と、装置内で半導体素子を移送する半導体素子移送手段と、バンプを形成した半導体素子を装置から搬出する搬出手段と、バンプを形成する半導体素子を固定するバンプ形成ステージと、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極の位置に対応するボール保持具を有し、バンプ形成用の導電性材料ボールを複数の凹部に上部が露出するように一層に配列して収容する導電性材料ボール供給部と、前記一層に配列された導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持して前記バンプ形成ステージに固定された半導体素子上に移送する導電性材料ボール移送手段と、前記導電性材料ボール移送手段のボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記バンプ形成ステージ上に固定された半導体素子の素子電極上に位置決めする位置決め部と、前記の位置決め状態で前記導電性材料ボールを前記半導体素子の素子電極上に接合する接合手段とを有し、前記接合手段は前記導電性ボール移送手段に超音波振動を与える超音波ユニットであることを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバンプ形成装置において、導電性材料ボール移送手段と導電性材料ボール供給部との間に、導電性材料ボールを前記導電性材料ボール供給部から受け取り前記導電性材料ボール移送手段に渡す導電性材料ボール受け渡し手段を付加することを特徴とするバンプ形成装置。
【請求項６】
位置決め部は、画像処理による認識手段を有する請求項４または５に記載のバンプ形成装置。
【請求項７】
認識手段は、導電性材料ボール移送手段による導電性材料ボールの保持状態を認識する請求項６に記載のバンプ形成装置。
【請求項８】
導電性材料ボール移送手段は、ボール保持具以外の位置に導電性材料ボールが付着しているのを認識手段が認識した場合に、付着している導電性材料ボールを除去する除去手段を有する請求項６に記載のバンプ形成装置。
【請求項９】
導電性材料ボール移送手段は、保持している導電性材料ボールの数が不足していることを認識手段が認識した場合に、前工程に戻って導電性材料ボールを保持し直す請求項６に記載のバンプ形成装置。
【請求項１０】
導電性材料ボール移送手段は、静電気を帯電しない材質で構成される請求項４に記載のバンプ形成装置。
【請求項１１】
導電性材料ボール供給部は、静電気を帯電しない材質で構成される請求項４に記載のバンプ形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回路基板に実装する半導体素子の素子電極にバンプを形成するバンプ形成方法とその装置とに関し、特に、導電性材料ボールによるバンプ形成方法とその装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子を回路基板に実装する方法として、半導体素子を、回路基板上の電極にフェイスダウン実装する、ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装方法の採用が増加している。
【０００３】
このＦＣＢ実装方法におけるバンプ形成方法としては、従来から、ワイヤーボンダーを使用し、ＳＢＢ（Ｓｔｕｄ  Ｂｕｍｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法で金線によってバンプを形成するのが主流である。
【０００４】
従来例の金線によるバンプ形成方法とその装置を図１２、図１３に基づいて説明する。
【０００５】
従来例の金線によるバンプ形成装置の斜視図である図１２と、従来例の金線によるバンプ形成方法の動作を示す図１３とにおいて、半導体素子移送手段６が、トレイ５に詰められて搬送されてきた半導体素子３を吸着して、昇温されたバンプ形成ステージ２の上に移送し、移送されてきた半導体素子３をバンプ形成ステージ２に固定する。超音波ユニット１０に保持され超音波による振動がかかる構造になっているキャピラリー１４に金線１６が通されている。
【０００６】
バンプを形成するには、先ず、キャピラリー１４に通されている金線１６の先端を図示しないスパーク手段によって溶かして球形１６ａに形成する。キャピラリー１４が、キャピラリー１４に保持された金線１６の先端に形成された球形１６ａを半導体素子３の素子電極１２に押圧する。超音波ユニット１０によって超音波による振動が加えられ、前記球形１６ａは、温度と圧力と超音波による振動とによって素子電極１２に１ｓｔボンディングされる。キャピラリー１４を上昇させ、金線１６でループを作るように僅かに横にずらしながら下降させて前記の１ｓｔボンディング位置の横に押圧して金線１６を切り取り、２ｎｄボンディングして金線１６によるバンプ１６ｂを形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来例に構成では、各素子電極上にバンプを一連の動作毎に１個ずつしか形成できないので、生産のタクトタイムが遅く、最近のように、一つの半導体素子に３００個以上の素子電極がある場合にはバンプ形成に長時間かかり、生産性が低いという問題点がある。
【０００８】
又、バンプの高さにバラツキが発生するので、後工程で、バンプの高さを揃えるレベリング処理が必要になる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決し、半導体素子の複数の素子電極上に１回の一連の動作で同時にバンプを形成し、且つ、レベリング処理が不要なバンプ形成方法とその装置の提供を課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプ形成方法は、上記の課題を解決するために、形成すべきバンプの大きさに合わせた大きさの導電性材料ボールをバンプを形成すべき電極との接合性が良い導電性材料により形成し、前記導電性材料ボールを導電性材料ボール供給部に層状に配列し、前記の配列された導電性材料ボール層から、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極に対応する位置に配されたボール保持具を有する導電性材料ボール移送手段により、前記導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持してバンプを形成すべき半導体素子上に移送し、前記ボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記のバンプを形成すべき半導体素子の素子電極上に位置決めし、前記位置決め状態で、加温、衝撃力、押圧力の内の少なくとも１つと、超音波振動との組合せによって前記導電性材料ボールを前記素子電極に接合してバンプを形成するバンプ形成方法であって、前記導電性材料ボール供給部はその底部に複数の凹部を有し、導電性材料ボールを前記各凹部に収容し、これら導電性材料ボールの上部が露出するようにして一層に配列することを特徴とする。
【００１１】
本発明のバンプ形成装置は、上記の課題を解決するために、半導体素子を装置内に搬入する搬入手段と、装置内で半導体素子を移送する半導体素子移送手段と、バンプを形成した半導体素子を装置から搬出する搬出手段と、バンプを形成する半導体素子を固定するバンプ形成ステージと、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極の位置に対応するボール保持具を有し、バンプ形成用の導電性材料ボールを複数の凹部に上部が露出するように一層に配列して収容する導電性材料ボール供給部と、前記一層に配列された導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持して前記バンプ形成ステージに固定された半導体素子上に移送する導電性材料ボール移送手段と、前記導電性材料ボール移送手段のボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記バンプ形成ステージ上に固定された半導体素子の素子電極上に位置決めする位置決め部と、前記の位置決め状態で前記導電性材料ボールを前記半導体素子の素子電極上に接合する接合手段とを有し、前記接合手段は前記導電性ボール移送手段に超音波振動を与える超音波ユニットであることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明のバンプ形成方法は、形成すべきバンプの大きさに合わせた大きさの導電性材料ボールを、バンプを形成すべき電極との接合性が良い導電性材料により形成して使用するので、バンプ形成に使用する導電性材料の選択範囲が広くなる。
【００１３】
また前記導電性材料ボールを導電性材料ボール供給部の底部に設けた複数の凹部に上部が露出するようにして一層に配列しているので、導電性材料ボール移送手段による導電性材料ボールの吸着による取り出しが、確実かつ容易になる。
【００１４】
前記の配列された導電性材料ボール層から、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極に対応する位置に配されたボール保持具を有する導電性材料ボール移送手段により、前記導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持してバンプを形成すべき半導体素子上に移送し、前記ボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記のバンプを形成すべき半導体素子の素子電極上に位置決めし、前記位置決め状態で、加温、衝撃力、押圧力の内の少なくとも１つと超音波振動との組合せによって前記導電性材料ボールを前記素子電極に接合してバンプを形成することにより、半導体素子の多数の素子電極に１回の一連の動作で同時にバンプを形成することができ、生産のタクトタイムを大幅に短縮することができ、且つ、バンプの高さを揃えることができる。
【００１５】
本発明のバンプ形成方法において、導電性材料ボールを、主物質の外側を別物質で被覆する多層構造とし、必要により、最外層を相互に付着しにくい材質とすると、導電性材料ボールの選択範囲が広がり、作業性が向上する。
【００１６】
本発明のバンプ形成装置は、半導体素子を装置内に搬入する搬入手段と、装置内で半導体素子を移送する半導体素子移送手段と、バンプを形成した半導体素子を装置から搬出する搬出手段とを有するので、半導体素子を搬入し、加工し、搬出することができる。
【００１７】
バンプを形成する半導体素子を固定するバンプ形成ステージと、バンプを形成すべき半導体素子の各素子電極の位置に対応するボール保持具を有し、バンプ形成用の導電性材料ボールを前記ボール保持具に吸着により取り出し保持して前記バンプ形成ステージに固定された半導体素子上に移送する導電性材料ボール移送手段と、前記導電性材料ボール移送手段のボール保持具に保持されている前記導電性材料ボールを前記バンプ形成ステージ上に固定された半導体素子の素子電極上に位置決めする位置決め部と、前記の位置決め状態で前記導電性材料ボールを前記半導体素子の素子電極上に接合する接合手段とを有し、前記接合手段は前記導電性ボール移送手段に超音波振動を与える超音波ユニットであるので、半導体素子の多数の素子電極に１回の一連の動作で同時にバンプを形成することができ、生産のタクトタイムを大幅に短縮することができ、且つ、バンプの高さを揃えることができる。
【００１８】
またバンプを形成する導電性材料ボールを複数の凹部に上部が露出するように一層に配列して収容する導電性材料ボール供給部を有しているので、導電性材料ボール移送手段による導電性材料ボールの吸着による取り出しが、確実かつ容易になる。
【００１９】
本発明のバンプ形成装置において、導電性材料ボール移送手段と導電性材料ボール供給部との間に、導電性材料ボールを前記導電性材料ボール供給部から受け取り前記導電性材料ボール移送手段に渡す導電性材料ボール受け渡し手段を付加すると、受け渡し手段の受取り動作と、導電性材料ボール移送手段のバンプ形成動作とが並行して行われ、同一のタクトタイムで、導電性材料ボールの移送個数の確認を確実に行うことができる。
【００２１】
又、本発明のバンプ形成装置において、導電性材料ボール移送手段に、除去手段を設けると、ボール保持具以外の位置に導電性材料ボールが付着しているのを除去することができる。
【００２２】
又、本発明のバンプ形成装置において、導電性材料ボール移送手段と、導電性材料ボール供給部とを、静電気を帯電しない材質で構成すると、静電気により導電性材料ボールの動きが妨げられることを防止できる。
【００２３】
【実施例】
本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第１実施例を図１〜図９に基づいて説明する。
【００２４】
半導体素子３の移送方法とその手段は、バンプを形成すべき半導体素子３が詰められた半導体素子トレー５が搬入手段２２ａによってバンプ形成装置に搬入され、半導体素子移送手段６が、前記搬入された半導体素子トレー５に詰められた半導体素子３を１個ずつ吸着して、順次、ヒータを内蔵するバンプ形成ステージ２上に移送する。
【００２５】
バンプ形成ステージ２は半導体素子３をバンプ形成ステージ２上に固定する。
【００２６】
バンプ形成が終了すると、再び、前記半導体素子移送手段６が、バンプが形成された半導体素子３をバンプ形成ステージ２上から吸着して、搬出手段２２ｂ上にある半導体素子トレー５ａに移送する。半導体素子トレー５ａが一杯になると、搬出手段２２ｂが半導体素子トレー５ａを搬出する。
【００２７】
バンプを形成する金製の金属ボール９の移送方法とその手段は、金属ボール９を吸着して移送する金属ボール移送手段１が、図３に示すように、金属ボール供給部８に１層に配列されている金属ボール９を吸着し、図４に示すように、前記のヒータを内蔵し所定温度に加温されたバンプ形成ステージ２上に固定されている半導体素子３上に移送する。尚、金属ボール移送手段１は、超音波ユニット１０の先端に保持されている。
【００２８】
上記の場合、金属ボール９の材質は、半導体素子３の素子電極１２の材質との組合せによって決まり、後述のように、加温と衝撃力と押圧力と超音波振動との２つ以上の組合せによって素子電極に接合する金属を選択する。例えば、素子電極がアルミニウムの場合には金を使用する。但し、金を使用する場合には、金属ボール供給部８内において、金属ボール９同士が付着することがあるので、図９に示すように、金属ボール９を２重構造とし、例えば、内部の主物質１９を金、外部の別物質２０を樹脂にして金属ボール９どうしの付着を防止する。勿論、バンプを形成するボールは、加温と衝撃力と押圧力と超音波振動等によって、半導体素子３の素子電極１２に接合する材質であれば、金属以外の物質で構成しても良い。金属ボール９の大きさは、形成すべきバンプの大きさに合わせて設定する。
【００２９】
前記金属ボール移送手段１は、図２に示すように、下面の所定位置に吸着穴１１が設けられ、上部に取付けられた吸引チューブ４による空気吸引によって、金属ボール９を吸着する構造になっている。そして、前記吸着穴１１の所定位置は、図４に示すように、バンプを形成すべき半導体素子３の素子電極１２の位置に対応するように設定されている。更に、吸着穴１１の周縁にはテーパー部１１ａを設けて、金属ボール９の吸着を安定させ、且つ、バンプ形成後にバンプが抜け易いようにしており、吸着穴１１の直径とテーパー部１１ａの形状は、形成すべきバンプの形状と大きさと金属ボール９の大きさとに合わせて調整する。又、金属ボール９が金属ボール移送手段１に静電気で付着しないように、金属ボール移送手段１と金属ボール供給部８とは、帯電防止剤を使用する等して静電気が発生しない材質にしておく。又、金属ボール移送手段１は、図２に示すように、吸着穴１１の部分が少し突き出しており、吸着穴１１以外の部分には、金属ボール供給部８に１層に配列された金属ボール９が付着しないようにするのが望ましい。
【００３０】
勿論、吸着穴１１は穴である必要は無く、金属ボール９を保持することができるボール保持具であれば良い。
【００３１】
又、金属ボール９を金属ボール供給部８に１層に配列する理由は、図３に示すように、１層に並んでいると、金属ボール移送手段１の所定位置に配置された各吸着穴１１が確実に金属ボール９を吸着できるのに対して、配列された金属ボールが２層以上に重なると並んでいる各金属ボール９の上面が揃わず、金属ボール移送手段１の吸着が不安定になるからである。又、図６に示すように、金属ボール供給部８の底部に、金属ボール移送手段１の吸着穴１１のピッチに合わせて溝８ａを設け、前記溝８ａに金属ボール９が１つずつ並ぶようにしても良い。又、図７に示すように、金属ボール供給部８の底部に、切り込み８ｂを所定ピッチで設け、前記切り込み８ｂに金属ボール９が１つずつ並ぶようにしても良い。又、図８に示すように、金属ボール供給部８の底部に、波形凹部８ｃを所定ピッチで設け、前記波形凹部８ｃに金属ボール９が１つずつ並ぶようにしても良い。又、図８に示すように、金属ボール供給部８に加振手段１７を取付け、振動によって、金属ボール９を、１層に並べたり、前記溝８ａや切り込み８ｂや波形凹部８ｃにはめ込むようにすることができる。尚、前記の加振には、金属ボール移送手段１側の超音波ユニット１０の加振を利用できる。
【００３２】
金属ボール移送手段１の位置決め方法とその手段は、図１に示す認識手段７、７が、バンプ形成ステージ２上に固定された半導体素子３の位置と、金属ボール移送手段１が金属ボール９を過不足なく吸着しているか否かを確認する。先ず、下側にある認識手段７の確認により、金属ボール移送手段１の吸着穴１１以外の部分に金属ボール９が付着しておれば、付着している金属ボール９をエアーブロー等の方法により除去手段２１によって除去する。各吸着穴１１に吸着している金属ボール９が不足しておれば、金属ボール移送手段１は前工程に戻って再吸着する。次いで、図４に示すように、金属ボール移送手段１を半導体素子３の素子電極１２の上に位置決めする。金属ボール移送手段１は、バンプを形成すべき半導体素子３の素子電極に対応する所定位置に吸着穴１１を有するので、この位置決めによって、前記各吸着穴１１が吸着している各金属ボール９は夫々が対応すべき素子電極位置に位置決めされる。
【００３３】
又、金属ボール９を半導体素子３の素子電極に接合する接合方法とその手段は、半導体素子３を固定するバンプ形成ステージ２が内蔵するヒータによる半導体素子３の加温と、金属ボール移送手段１を先端に保持している超音波ユニット１０の超音波による加振と、金属ボール移送手段１が吸着保持している金属ボール９を半導体素子３の素子電極に当接させる際の衝撃と、金属ボール移送手段１による押圧とである。これらの加温と超音波による加振と衝撃と押圧とを使用すると、図５に示すように、複数の金属ボール９を半導体素子３の各素子電極１２上にバンプ１３として同時に接合することができ、且つ、接合されたバンプ１３は、金属ボール移送手段１の吸着穴１１とテーパー部１１ａとによって決まる形に形成され、それらの高さが揃う。
【００３４】
尚、前記の加温と衝撃と押圧と超音波振動とは、半導体素子３の素子電極１２の材質・大きさや金属ボール９の材質・直径等によって調整すれば良い。
【００３５】
次に、本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第２実施例を図１０に基づいて説明する。
【００３６】
本実施例が第１実施例と異なるのは、図１０に示すように、金属ボール移送手段１の吸着穴１１部分が、キャピラリー１４で構成されていることだけであり、他は、第１実施例と同様である。各キャピラリー１４は、キャピラリー固定部材１５で固定されて、吸引チューブ４に接続されている。図１０に示すように、キャピラリー１４を使用すると、余分の金属ボール９が金属ボール移送手段１に付着することを完全に防止でき、且つ、キャピラリー１４の使用によって、超音波ユニット１０の超音波加振による接合効果が増大する。
【００３７】
本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第３実施例を図１１に基づいて説明する。
【００３８】
本実施例が第１実施例と異なるのは、図１１に示すように、金属ボール供給部８と金属ボール移送手段１との間に、受け渡し手段１８を介在させることだけであり、他は、第１実施例と同様である。受け渡し手段１８は、水平を維持して上下方向に移動する支持軸２１の回りを上下方向に１８０°回動する。そして、下方を向き下方に下降して金属ボール供給部８から金属ボール９を受け取り、上昇し１８０°回転して上方を向き、金属ボール９を、金属ボール移送手段１に渡す。受け渡し手段１８が金属ボール供給部８から金属ボール９を受け取る機構は、第１実施例の金属ボール移送手段１の機構と同様のものを使用すれば良い。このようにすると、受け渡し手段１８の受取り動作と、金属ボール移送手段１のバンプ形成動作とが並行して行われるので、同一のタクトタイムで、金属ボール９の移送個数の確認を確実に行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明のバンプ形成方法とその装置は、導電性材料ボールを使用することにより、バンプ形成に使用する導電性材料の選択範囲が広くなるという効果を奏する。
【００４０】
又、半導体素子の多数の素子電極に１回の一連の動作で同時にバンプを形成することができ、生産のタクトタイムを大幅に短縮することができ、且つ、バンプの高さを揃えることができ従来技術で行っているバンプの高さを揃える工程を省略できるという効果を奏する。
【００４１】
又、導電性材料ボールを、主物質の外側を別物質で被覆する多層構造とし、必要により、最外層を相互に付着しにくい材質にすることにより、導電性材料ボールの選択範囲が更に広がり、作業性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第１実施例の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例の金属ボール移送動作を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の金属ボール移送動作を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例の金属ボール位置決め動作と接合動作とを示す図である。
【図５】本発明の第１実施例が形成したバンプを示す図である。
【図６】本発明の第１実施例の金属ボール供給部の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例の金属ボール供給部の他の例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施例の金属ボール供給部の他の例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例の二重構造の金属ボールの断面図である。
【図１０】本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第２実施例の要部を示す斜視図である。
【図１１】本発明のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の第３実施例の要部を示す側面図である。
【図１２】従来例のバンプ形成方法を使用するバンプ形成装置の斜視図である。
【図１３】従来例のバンプ形成方法の動作を示す図である。
【符号の説明】
１  金属ボール移送手段（導電性材料ボール移送手段）
２  バンプ形成ステージ
３  半導体素子
４  吸引チューブ
５  半導体素子トレイ
５ａ  半導体素子トレイ
６  半導体素子移送手段
７  認識手段
８  金属ボール供給部（導電性材料ボール供給部）
８ａ  溝
８ｂ  切り込み
８ｃ  波形
９  金属ボール（導電性材料ボール）
１０  超音波ユニット（接合手段）
１１  吸着穴
１１ａ  テーパー部
１２  素子電極
１３  バンプ
１４  キャピラリー
１５  キャピラリー固定部材
１７  加振装置
１８  受け渡し手段
１９  主物質
２０  別物質
２１  支持軸
２２ａ  搬入手段
２２ｂ  搬出手段
【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】
0003571398.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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