(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを動作させて，ビーム・パルスがあるトータル・エネルギーを有する単一の出力ビームを生成し，
上記単一出力ビームを時間経過の中で複数のビームに分割し，
上記複数のビームを多層基板上の複数の孔位置に当てる，
種々同時性をもって多層基板に複数の孔をレーザ穿孔する方法であって，
上記多層基板の複数層のそれぞれを穿孔するために実際に必要とされるエネルギー量に応じて，上記単一出力ビームから形成される複数のビームの数を制御して同時穿孔される複数孔の数を制御し，
同時穿孔される上記複数孔の数の関数である上記トータル・エネルギーの第１の割合を占めるパルス・エネルギーを有する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームを用いて，少なくとも２つの複数孔の一の層を同時穿孔し，
その後，上記第１の割合と異なる，上記トータル・エネルギーの少なくとも第２の割合を占めるパルス・エネルギーをそれぞれが有する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームを用いて，上記複数孔のうちの少なくとも１つの孔について少なくとも１つの追加層を穿孔する，
方法。
【請求項２】
上記第２の割合が上記少なくとも１つの追加層が穿孔される上記複数孔の数の関数である，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レーザを動作させて，あるトータル・パワーを有する単一の出力ビームを生成し，
上記単一出力ビームを時間経過の中で複数のビームに分割し，
上記複数のビームを多層基板上の複数の孔位置に当てる，
種々同時性をもって多層基板に複数の孔をレーザ穿孔する方法であって，
上記多層基板の複数層のそれぞれを穿孔するために実際に必要とされるエネルギー量に応じて，上記単一出力ビームから形成される複数のビームの数を制御して同時穿孔される複数孔の数を制御し，
同時穿孔される上記複数孔の数の関数である上記トータル・パワーの第１の割合を占めるビーム・パワーを有する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームを用いて，少なくとも２つの複数孔の一の層を同時穿孔し，
その後，上記第１の割合と異なる，上記トータル・パワーの少なくとも第２の割合を占めるビーム・パワーをそれぞれが有する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームを用いて，上記複数孔のうちの少なくとも１つの孔について少なくとも１つの追加層を穿孔する，
方法。
【請求項４】
上記第２の割合が上記少なくとも１つの追加層が穿孔される上記複数孔の数の関数である，請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記単一出力ビームが，あるパルス繰返速度で生成された単一ビーム・パルス・エネルギーを有する複数のパルスを含み，
上記複数孔の上記一の層を穿孔する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームが，上記パルス繰返速度の第１の割合を占めるパルス繰返速度と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの上記第１の割合を占めるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含み，
上記複数孔のうちの少なくとも１つについて少なくとも１つの追加層を穿孔する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームが，上記パルス繰返速度の第２の割合を占めるパルス繰返速度と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの上記第２の割合を占めるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含む，
請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
上記複数孔の少なくとも１つについて少なくとも１つの追加層を穿孔する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームが，上記パルス繰返速度の約数と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの関数であるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含み，上記約数および関数が上記第２の割合に応じて選択される，請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記複数孔の上記一の層を穿孔する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームが，上記第１の割合に応じて選択された上記パルス繰返速度の第１の約数と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの第１の関数であるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含む，請求項５に記載の方法。
【請求項８】
上記複数孔の少なくとも１つについて少なくとも１つの追加層を穿孔する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームが，上記パルス繰返速度の第２の約数と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの第２の関数であるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含み，上記第２の約数および第２の関数が上記第２の割合に応じて選択される，請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
２００８年１月１０日付け米国仮特許出願第６１／０２０，２７３号「多重レーザ・ビーム位置決めおよびエネルギー配給システム」（Multiple Laser Beam Positioning and Energy Delivery System）を参照して，その開示内容をこの明細書中に参考として援用するとともに，その優先権を米国特許法施行規則（ＣＦＲ）第１．７８条（ａ）（４）項および（５）（ｉ）項に基づいて主張する。
【０００２】
本願は，同日出願され，この発明の譲受人に譲渡されたＰＣＴ特許出願「多重ミラー較正システム」（Multiple Mirror Calibration System）に関連し，その開示内容についてもこの明細書中に参考として援用する。
【０００３】
この発明は包括的には穿孔装置（drilling apparatus）に関し，具体的にはレーザ・ビームを用いた複数孔（multiple holes）の穿孔に関する。
【背景技術】
【０００４】
長年にわたって，基板のような対象物の穿孔，溶融，または切断等を目的に動作する製造システムにおいてレーザ・ビームが利用されている。このようなシステムでは製造時間を短縮するために多重レーザ・ビーム（multiple laser beams）を使用することができる。しかしながら，穿孔に多重ビームを使用する周知のシステムの動作の柔軟性を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
この発明は，種々同時性（様々な同時性）をもって（with varying simultaneity），基板にレーザ穿孔を行う改良されたシステムおよび方法を提供する。
【０００６】
この発明の好適な実施形態によると，レーザを動作させて，ビーム・パルスがあるトータル・エネルギー（a total energy）を有する，単一の出力ビーム（a single output beam）を生成し，上記単一出力ビームを時間経過の中で（to an extent which varies over time）複数のビームに分割し，上記複数のビームを基板上の複数の穿孔位置に当てる，種々同時性をもって基板にレーザ穿孔を行う方法であって，上記トータル・エネルギーの第１の割合（比率，部分，フラクション）（a first fraction）を占めるパルス・エネルギーを有する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームを用いて（using corresponding ones of the plural beams），複数孔の第１の部分（first parts of multiple holes）を同時穿孔し，その後，上記第１の割合と異なる，上記トータル・エネルギーの少なくとも第２の割合（比率，部分，フラクション）（a second fraction）を占めるパルス・エネルギーをそれぞれが有する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームを用いて，上記複数孔の少なくとも１つの孔の少なくとも１つの第２の部分（at least one second part of at least one of said multiple holes）を穿孔することを含む方法が提供される。
【０００７】
この発明の好適な実施形態によると，上記第１の割合は上記複数孔の数の関数（a function）である。
【０００８】
この発明の好適な実施形態によると，上記第２の割合は上記少なくとも第２の部分が穿孔された上記複数孔の数の関数である。
【０００９】
また，この発明の好適な実施形態によると，レーザを動作させて，あるトータル・パワー（a total power）を有する単一の出力ビームを生成し，上記単一出力ビームを時間経過の中で複数のビームに分割し，上記複数のビームを基板上の複数の穿孔位置に当てる，種々同時性をもって基板にレーザ穿孔を行う方法であって，上記トータル・パワーの第１の割合（比率，部分，フラクション）を占めるビーム・パワーを有する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームを用いて複数孔の第１の部分を同時穿孔し，その後，上記第１の割合と異なる，上記トータル・パワーの少なくとも第２の割合を占めるビーム・パワーをそれぞれが有する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームを用いて，上記複数孔の少なくとも１つの孔の少なくとも１つの第２の部分を穿孔する方法が提供される。
【００１０】
この発明の好適な実施形態によると，上記第１の割合は上記複数孔の数の関数である。
【００１１】
この発明の好適な実施形態によると，上記第２の割合は上記少なくとも第２の部分が穿孔された上記複数孔の数の関数である。
【００１２】
好適には，上記単一出力ビームが，あるパルス繰返速度で（at a pulse repetition rate）生成された単一ビーム・パルス・エネルギー（single beam pulse energies）を有する複数のパルス（pulses）を含み，複数孔の第１の部分を穿孔する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームが，上記パルス繰返速度と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの上記第１の割合を占めるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含む。また，上記複数孔の少なくとも１つの孔の少なくとも１つの第２の部分を穿孔する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームが，上記パルス繰返速度と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの少なくとも上記第２の割合を占めるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含む。あるいは，上記複数孔の少なくとも１つの孔の少なくとも１つの第２の部分を穿孔する上記複数のビームのうちの少なくとも１つのビームが，上記パルス繰返速度の約数（a sub-multiple of the pulse repetition rate）と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの関数であるパルス・エネルギー（pulse energies which are a function of the single beam pulse energies）とを有する複数のパルスを含み，上記約数および関数が上記第２の割合に応じて選択される。
【００１３】
この発明の好適な実施形態によると，上記単一の出力ビームは，あるパルス繰返速度で生成された単一ビーム・パルス・エネルギーを有する複数のパルスを含み，複数孔の第１の部分を穿孔する上記複数のビームのうちの対応する複数のビームは，上記第１の割合に応じて選択された上記パルス繰返速度の第１の約数と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの第１の関数であるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含む。また，上記複数孔の少なくとも１つの孔の少なくとも１つの第２の部分を穿孔する上記複数のビームの少なくとも１つのビームは，上記パルス繰返速度の第２の約数と，上記単一ビーム・パルス・エネルギーの第２の関数であるパルス・エネルギーとを有する複数のパルスを含み，上記第２の約数および第２の関数が上記第２の割合に応じて選択される。
【００１４】
この発明は，図面と併せて示した実施形態に関する以下の詳細な説明を参照すれば，より深い理解が得られる。図面の簡単な説明は，以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態による，多重穿孔装置の概略模式図である。
【図２Ａ】この発明の実施形態による，音響光学偏向器の異なる動作モードを示した概略模式図である。
【図２Ｂ】この発明の実施形態による，音響光学偏向器の異なる動作モードを示した概略模式図である。
【図２Ｃ】この発明の実施形態による，音響光学偏向器の異なる動作モードを示した概略模式図である。
【図３Ａ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｂ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｃ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｄ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｅ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｆ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｇ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｈ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図３Ｉ】この発明の実施形態による，第１の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ａ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｂ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｃ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｄ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｅ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｆ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｇ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｈ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図４Ｉ】この発明の実施形態による，第２の基板の穿孔過程における様々な段階を示した概略模式図である。
【図５】この発明の実施形態による，基板の穿孔のために処理ユニットで実施されるステップを示した概略フローチャートである。
【実施例】
【００１６】
図１を参照して，図１はこの発明の実施形態による多重穿孔装置20を模式的に示す概略図である。装置20は，典型的には上記装置のオペレータによって操作される処理ユニット36において，その全体が制御される。
【００１７】
処理ユニット36は典型的には汎用コンピュータ・プロセッサを備え，それがこの明細書に記載の機能（複数）を実行するためにソフトウェアにおいてプログラムされている。このソフトウェアは，たとえば，ネットワークを介して，電子的形態で上記プロセッサにダウンロードすることできる。これに代えてまたは加えて，光学記憶媒体，磁気記憶媒体，または電子記憶媒体といった有形媒体に上記ソフトウェアを設けてもよい。さらにはこれに代えて，上記プロセッサの機能の少なくとも一部について，専用ハードウェアまたはプログラマブル・ハードウェアによって実行してもよい。
【００１８】
装置20は，選択的に方向を変更することができるミラー群（選択的方向可変ミラー群）（a set of selectably directable mirrors）38を備え，各方向可変ミラーの方向が処理ユニット36によって生成されたコマンドまたは指令によって個別に制御される。この明細書中において，方向可変ミラー（複数）は「方向付け可能ミラー」（複数）（orientable mirrors）とも呼ばれ，ミラー（複数）に入射するビーム（複数）に対するステアリング・ミラー（複数）（steering mirrors）として機能する。装置20はレーザ穿孔設備（a laser drilling facility）として使用することができ，そこでは，上記多数の（multiple）方向付け可能ミラーは，可動テーブル42上に搭載された基板44に複数の孔を穿孔するために，上記装置における生産段階において各レーザ・サブビーム（respective laser sub-beams）の方向を合わせるために用いられる。上記基板44は単層基板または多層基板のいずれであってもよい。生産段階において，上記設備を穿孔以外の同様な工程，たとえば，材料の切断および／または加工にも用いることができることは理解されよう。以下の説明では，必要に応じて，基板の識別符号44に異なる文字を添えることによって異なる基板44を区別する。テーブル42は，処理ユニット36からの受信コマンドにしたがって直交するｘ，ｙ，およびｚ方向に移動可能である。
【００１９】
装置20はレーザ22を備え，このレーザ22は典型的には固体レーザであり，紫外線波長のパルス（複数）からなる単一ビーム24（a single beam 24 of pulses at ultra-violet wavelength）を生成する。上記ビームのパラメータ（複数）が，その全体的なエネルギーを含み，上記処理ユニット36からの指令にしたがって設定される。以下の説明では，一例として，レーザ22は固定繰返速度Ｆ［Ｈｚ］で単一ビーム24のパルス（複数）を生成し，各パルスがトータル・エネルギーＥｔ［Ｊ］を有するものとする。したがって上記ビームはＰ＝ＥｔＦ〔Ｗ〕の平均パワーを持つ。この発明の一実施形態において，上記ビームのパルス（複数）はおよそ30ｎｓの幅を持つ。上記パルス（複数）は固定繰返速度Ｆ≒100ｋＨｚで生成され，各パルスはトータル・エネルギーＥｔ≒100[μＪ]を有し，したがって上記ビームの平均パワーはＰ≒10［Ｗ］となる。通常，レーザ・パルスのほぼ全てのエネルギーが上記生産段階において使用される。
【００２０】
ビーム24は円筒状レンズ26を通過してそこで実質的に平行ビームに集光され，平行ビームが音響光学型偏向器（ＡＯＤ：Acousto-Optic Deflector）28に進む。ＡＯＤ28は処理ユニット36から高周波（ＲＦ：Radio-Frequency）の駆動入力を受取る。このＲＦ入力によって，入射平行レーザ・ビーム（the incident collimated laser beam）は回折されて一または複数のサブ・ビーム29となる。サブ・ビーム29は，通常，２次元面内において（in a two-dimensional plane）生成される。処理ユニット36は，ＡＯＤ28に対する上記ＲＦ入力のパラメータを変更することによって，上記サブ・ビームの数，および上記サブ・ビーム間のエネルギー分布を選択することができる。この発明の実施形態において用いることができるＡＯＤの一例は，仏国Saint-Remy-Les-ChevreuseのAA Optoelectronic社製のthe part MQ180-A0,2-UVである。
【００２１】
一または複数のサブ・ビーム29を生成するために，処理ユニット36はＡＯＤ28を多数の異なるモードにおいて動作させることができる。サブ・ビームは異なるモードで種々の特性を有するものになる。これらの異なる動作モード，および生成されるサブ・ビーム29の考え得る種々の特性（different possible characteristics of generated sub-beams 29）について，図２Ａ，図２Ｂ，および図２Ｃに関連して以下により詳しく説明する。
【００２２】
複数のサブ・ビーム29は中継レンズ30によって第１のミラー群32に送られる。ミラー群（Mirrors）32は，各入射ビームを，３次元サブ・ビーム群41として第２のミラー群34に向けて反射するように方向合わせされている（oriented）。分かりやすくするために，図１において，３次元のサブ・ビーム群のうちの一つのビームの経路39のみが示されている。以下の説明では，必要に応じて，サブ・ビーム群41の各ビームを添字によって区別する。したがって，図１に示すように，20個のミラー34および20個のミラー38が存在する場合，サブ・ビーム群41は20本のサブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，・・・，41Ｔを含む。以下の説明では，適切な場合には，区別が必要な要素（elements）にも対応する文字が添えられる。たとえば，はじめにサブ・ビーム41Ｂがサブ・ビーム29Ｂから生成される。サブ・ビーム41Ｂは，その後ミラー32Ｂおよび34Ｂによって順番に反射され，最後に方向合わせ可能ミラー38Ｂによって反射される。ミラー群32および34は，典型的には位置および方向が固定されており，ミラー群34からの反射された３次元サブ・ビーム群が互いに略平行となるように構成されている。
【００２３】
ミラー群34において反射された３次元サブ・ビーム群が，方向合わせ可能ミラー群38に送られる。ミラー群32，ミラー群34およびミラー群38の間にはビーム調整および中継用の光学素子（複数）が設けられおり，分かりやすくするために，図１では，レンズ35によって概略的に示されている。これらビーム調整および中継用の光学素子（複数）によって，ミラー群38において反射されたサブ・ビーム群は平行かつ幅狭（collimated and narrow）となる。これらの光学素子（複数）は処理ユニット36によって制御され，必要に応じて，直径が異なるサブ・ビーム群を生成する。以下の説明では，サブ・ビーム群41を生成する装置20の要素（構成），すなわち要素22，26，28，30，32，34および35をサブ・ビーム生成システム33とも呼ぶ。
【００２４】
ミラー群38の各ミラーは，マウント群中（in a set of mounts）の各ステアリング・アセンブリ（steering assembly）に結合されており，上記ステアリング・アセンブリをこの明細書中において調整可能マウント（adjustable mount）43と呼ぶ。上記マウント群の各マウント43は処理ユニット36によって個別に制御される。処理ユニット36は，特定のマウントの向き（the orientation），したがって上記マウントに結合された上記ミラーの向きを，そのマウントの特性にしたがう範囲内において方向付けする（direct）ことができる。上記マウント群およびこれに結合されたミラー群は，上記ミラー群によって反射されたサブ・ビーム群が可動テーブル42の表面とほぼ直交するように構成されている。典型的には，マウント群43はミラー群38が取付けられたガルバノメトリック要素（galvanometric elements）を用いて２軸ミラー・ステアリング（two-axis mirror steering）を実現する。
【００２５】
図２Ａ，図２Ｂおよび図２Ｃは，この発明の実施形態による，ＡＯＤ28の異なる３つの動作モード（three different modes of operation）を示す概略図である。最初の２つのモードは，上記例示したAA Optoelectronic社製ＡＯＤのようなＡＯＤによって実現することができる。全てのモードにおいて，入射レーザ・ビーム，ＡＯＤ内を進行する音響波の方向，および上記音響波によって生成される一または複数のサブ・ビームは，単一面内に存在する。
【００２６】
図２Ａに示す第１のモードにおいて，処理ユニット36は振幅Ａ１かつ周波数Ｆ１のＲＦ信号を生成する。上記ＲＦ信号は音響波（弾性液）（acoustic wave）を構成し，この音響波によってＡＯＤ２８は単一ピッチを有する回折格子として機能する。上記格子はレンズ26（図１）からの入射レーザ・ビーム24を角度α１だけ偏向し，単一のサブ・ビーム29を形成する。処理ユニット36は周波数Ｆ１の値を変化させることによって角度α１を変更することができる。また，上記サブ・ビーム中のパルス（複数）のエネルギーは振幅Ａ１を変化させることによって変更することができる。
【００２７】
第１のモードにおいて，ＡＯＤは，通常，最大でおよそ９０％のビーム伝達効率（η）のもとで動作し，したがってＡ１の値を変化させることによって上記単一サブ・ビームのパルス（複数）のエネルギーはＥ＝ηＥｔとなる。ここでＥｔはビーム24のパルス・エネルギー（the pulse energy）であり，η≦０．９である。残りのエネルギーは無偏向パルス・エネルギー（undeflected pulse energy）および低効率の高調波（low efficiency higher harmonics）である。上記無偏向パルス・エネルギーは，通常，ビーム・ダンプ（beam dump）によって吸収される。上記単一サブ・ビームのパルス（複数）の繰返速度はビーム24のパルス（複数）の繰返速度と同じであり，上記サブ・ビームの平均パワーはηＰとなる。ここでＰはビーム24の平均パワーである。
【００２８】
図２Ｂに示す第２のモードにおいて，処理ユニット36は２以上の異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，・・・を有する結合ＲＦ信号（combined RF signal）を生成する。第２の動作モードについては，D. L. Hechtの論文“Multifrequency acoustooptic deffraction”，IEEE Trans. Sonics Ultrasonics SU-24(1)，7-18(1977)に記載されている。
【００２９】
簡単にするために，図２Ｂにおいて，異なる２つの周波数の影響（効果）（effects）のみが示されている。処理ユニット36は，それぞれの振幅がＡ１，Ａ２，・・・である各周波数（each of the frequencies）を生成する。処理ユニット36がＲＦ信号の異なる周波数を生成することによって，ＡＯＤ28はマルチ・ピッチの回折格子（multi-pitched diffraction grating）として効果的に機能し，上記ＲＦ入力によって音響波がＡＯＤ内を進行する。この場合，入射レーザ・ビーム24は異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，・・・の数に対応する多数のサブ・ビーム29Ａ，29Ｂ，・・・に分割される。サブ・ビーム群のそれぞれのサブ・ビームの角度α１，α２，・・・はそれぞれ周波数Ｆ１，Ｆ２，・・・によって定まる。
【００３０】
各サブ・ビームのパルス（複数）のエネルギーＥａ，ＥｂはＥａ＝ηａＥｔおよびＥｂ＝ηｂＥｔと表すことができる（ηａ＜１，ηｂ＜１）。典型的には，上記ＡＯＤの特性によって出射ビームの全パルス・エネルギー（the total pulse energy of the exiting beams）を約７０％以下とすることができ，したがってここではＥａ＋Ｅｂ≦０．７Ｅｔとなる。この全体的な制約の範囲内において，処理ユニット36は，各ＲＦ周波数の振幅値，ここではＡ１およびＡ２を変化させることによって，上記サブ・ビームのそれぞれのパルス・エネルギーを変更することができる。第１のモードと同様に，任意の無偏向エネルギーはビーム・ダンプによって吸収させることができる。出射サブ・ビーム（複数）のパルス繰返速度は入射ビームのパルス繰返速度と同じであり，入射ビームの平均パワーがＰであれば，各サブ・ビームの平均パワーはＰａ＝ηａＰおよびＰｂ＝ηｂＰで与えられる。
【００３１】
図２Ｃに示す第３のモードにおいて，処理ユニット36は，ピッチが異なる２以上の格子となるようにＡＯＤ28を効果的に分割するＲＦ信号を生成する。この第３のモードを実現するためには，例示したＡＯＤのような「市販」の音響光学偏向器において通常利用可能な値から，ＡＯＤの動作範囲（the operating window）が拡張される必要がある。上記拡張によって，ＡＯＤ内に，「隣接」形態で（in a “side-by-side” manner）異なる格子（different gratings）を形成することができる。当業者であれば，必要以上の実験を行うことなく，上記拡張の量（the amount of the extension）および上記拡張を得るための要件（the requirements for producing the extension）を定めることができよう。
【００３２】
簡単にするために，第３のモードに関する以下の説明では，ＡＯＤ28が２つの格子となるように効果的に分割されるものとする。第３のモードのためのＲＦ信号は，それぞれの振幅がＡ１，Ａ２である２つの周波数成分Ｆ１およびＦ２を有する。上記第２のモードのＲＦ入力とは異なり，第３のモードのためのＲＦ入力は，第２のモードのように周波数成分を組合わせるのではなく，異なる周波数成分が交互に切替わる。
【００３３】
第３のモードにおいて，ＡＯＤ28の前段のビーム・スプリッタ（図２Ｃにおいて図示略）が入射ビーム24を２つのビーム24Ａおよび24Ｂに分割する。上記ビーム・スプリッタは典型的には光学ビーム・スプリッタであり，５０：５０といった任意の好適な分割比率を有することができる。これに代えて，典型的には上述した第２のモードにおいて動作するように構成された別のＡＯＤをビームスプリッタとして使用してもよい。ビーム24がパルス・エネルギーＥｔを有する場合，ビーム24Ａおよび24Ｂはそれぞれパルス・エネルギーａＥｔおよびｂＥｔを有する。ここで，ａおよびｂはａ，ｂ＜１を満たし，かつａ，ｂの値は上記ビーム・スプリッタに固有のものである。
【００３４】
各ビーム24Ａ，24Ｂは，第１のモードに関して上述した通り，異なる格子（a different grating）によってそれぞれのピッチにしたがって偏向される。第３の動作モードによって結果的に生成されるサブ・ビーム29Ｃおよび29Ｄは，それぞれＥｃ＝ａηａＥｔおよびＥｄ＝ｂηｂＥｔ（ηａ＜１，ηｂ＜１）で与えられるパルス・エネルギーＥｃおよびＥｄを有する。第１のモードと同様に，ηａおよびηｂの値は，それぞれＡ１およびＡ２の値を変化させることによって変更することができ，典型的には最大約０．９の値を有する。また，入射平均ビームパワーがＰであるときに，上記サブ・ビームの平均パワーはＰｃ＝ａηａＰおよびＰｄ＝ｂηｂＰで与えられる。
【００３５】
さらに，第１および第２のモードと同様に，第３のモードにおける任意の無偏向エネルギーはビーム・ダンプによって吸収させることができる。
【００３６】
ＡＯＤ28の上記３つの動作モードの説明において，ＡＯＤ28からのサブ・ビーム出力は，入射ビーム24と同じパルス繰返速度，すなわち同じ周波数を有する。しかしながら，このことは必要条件ではなく，この発明の一実施形態においては，上記サブ・ビーム出力の周波数が入力周波数の約数（a sub-multiple of the input frequency）となるように，処理ユニット36がＡＯＤへの上記ＲＦ入力を調整する。たとえば，図２Ａに示すシステムにおいて，処理ユニット36が，ビーム24のパルス繰返速度にしたがって，ＡＯＤ28への入力周波数をＦ１とＦ２との間で交互に切替えるようにしてもよい。これによって，ビーム24からのパルスの分散が角度α１とα２間で切替えられ，上記サブ・ビームのそれぞれにおけるパルス出力の周波数がビーム24のパルス周波数の半分となる。
【００３７】
ここで，上記パルス・エネルギー（複数）は入射パルス・エネルギー（複数）とほぼ同じであってもよい。しかしながら，上記サブ・ビーム（複数）におけるパルス（複数）の繰返速度が低下することに起因して，上記平均サブ・ビーム・パワーが上記平均入射ビーム・パワーから大幅に相違することになる。たとえば，上記入射ビームがパルス・エネルギーＥｔおよび平均パワーＰを有し，各サブ・ビームのパルス（複数）が等しいエネルギーηＥｔを有するようにＡ１およびＡ２の値が設定されている場合，パルスの繰返率が半分になることに起因して，上記サブ・ビーム（複数）の平均パワーはηＰ／２となる。
【００３８】
上記サブ・ビーム（複数）のパルス繰返速度を上記入射ビームのパルス繰返速度の約数に設定できるようにすることによって，特定材料の穿孔にさらなる柔軟性がもたらされる。上記パルス・エネルギーは，典型的には，上記材料に最も影響を及ぼすパラメータであるので，上記に例示したように，上記パルス・エネルギーを入射ビームとほぼ同等に保ちつつ上記サブ・ビームの平均パワーを低減すると，材料の穿孔時に都合が良い。たとえば，上記平均パワーを低くすることでパルス間の冷却時間が伸ばされる（reducing the average power provides extra cooling time between pulses）。
【００３９】
上述の種々サブ・ビームに加えて，処理ユニット36は，ＡＯＤへの上記ＲＦ入力のパラメータを調整して各パルスのエネルギーを効果的に設定することにより，任意の特定サブ・ビームの全体的なエネルギー・プロファイルを時間的に（over time）適合させる（tailor）ことができる。たとえば，上記第１のモードにおいて，処理ユニットは，Ａ１の急激な変化によってサブ・ビーム・パルス（複数）のエネルギーを急激に変化させるのではなく，多数のパルスにわたって上記エネルギーが線形的に減少するように構成してもよい。このような勾配を持つ線形的な減少（a ramped linear decrease）は，基板層から銅などの金属が意に反して除去されることを防止するために用いることができる。
【００４０】
ＡＯＤ28の動作に関する上記説明を考慮すると，任意の特定時間に同時利用されるレーザ・サブ・ビーム29の数を処理ユニット36によって変更可能なシステムが，装置20によって提供されることが分かる。さらに，処理ユニット36は，各サブ・ビーム29におけるパルス・エネルギーの割合（比率）（fraction）を選択することができ，全体的なエネルギー・プロファイルを各サブ・ビームの時間で調整することができ，かつ各サブ・ビーム29のパルス周波数を入射ビーム24と同じ周波数またはその約数に設定することができる。
【００４１】
以下の説明では，サブ・ビームの数，各サブ・ビームにおけるパルス・エネルギー，およびサブ・ビームの特性を装置20において種々変更することによって，異なる基板を効果的に穿孔する方法を示した様々な例を提供する。以下に示すように，ビーム数，パルス・エネルギーおよびビーム特性を種々変更することによって，異なる基板を穿孔するのに要する時間を最小化することができる。以下の説明では，処理ユニット36は，最大サブ・ビーム・パルス・エネルギーＥｍを有する任意の単一サブ・ビームと，Ｅｍ未満のパルス・エネルギーを有する複数のサブ・ビームとが，処理ユニット36によって生成できるものとする。
【００４２】
また，以下の説明では３層基板を一例として用いるが，当然に，必要に応じて変更を加えることによって，２層またはその他任意の層数を有する基板への穿孔または加工に適用することもできる。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｉは，この発明の実施形態による，基板44Ａの穿孔過程における（in a time progression of drilling）様々な段階の概略図である。図３Ａ〜図３Ｉは基板44Ａの概略断面であり，図３Ａが最初の段階に対応し，図３Ｉが最後の段階に対応している。上記基板は，穿孔が比較的困難な上側第１レイヤ102，穿孔が容易な第２レイヤ104，および穿孔されない第３レイヤ106を有するものとする。また，実質的に同様の，すなわち同一直径を有する４つの孔110，112，114および116が上記基板に穿孔されるものとする。ただし，２つの孔114および116は，第１プロセスにおいて仕上げられる上記２つの孔の下側境界（the lower bound）を，レイヤ104の上面108に有するものとする。その他２つの孔110および112については，相違する第２プロセスにおいて仕上げられる下側境界を有するものとする。
【００４４】
一例として，４つの孔110，112，114および116は，ミラー38Ａ，38Ｂ，38Ｃおよび38Ｄのそれぞれで反射された４つの分離した（独立の）（separate）サブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃおよび41Ｄによって穿孔されるものとする。上述したように，サブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃおよび41Ｄは，それぞれサブ・ビーム29Ａ，29Ｂ，29Ｃおよび29Ｄから形成される。
【００４５】
レイヤ102は穿孔が困難であるので，処理ユニット36はまず，一度に１つのサブ・ビームを用いて（using one sub-beam at a time）レイヤ102を穿孔する。各サブ・ビームは，パルス・エネルギーＥｍを有する。たとえば，各サブ・ビームはＡＯＤ28を第１のモード（図２Ａ参照）で動作させて，異なる周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３およびＦ４を順次ＡＯＤに供給することによって生成されるものとする。異なる周波数によって，サブ・ビーム29Ａ，29Ｂ，29Ｃ，そして29Ｄが順次生成され，それぞれサブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃ，および41Ｄを形成する。処理ユニット36は，ミラー38Ａ，38Ｂ，38Ｃおよび38Ｄにおいてそれぞれ反射されたサブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃおよび41Ｄを順次照射して，レイヤ102における孔110，112，114および116の各部位を穿孔する。図３Ａに示すように，孔110の位置のレイヤ102が最初に穿孔される。その後，図３Ｂ，図３Ｃおよび図３Ｄに示すように，孔112，114および116の位置のレイヤ102が順次穿孔される。パルス・エネルギーＥｍのサブ・ビームがそれぞれ用いられる。図３Ｅはレイヤ102に４つの孔が全て穿孔された後の基板44Ａの状態を示している。
【００４６】
レイヤ104は穿孔が容易であり，かつ４つの孔全てに対して穿孔のためのアクセスが可能となっているので，処理ユニット36は，図３Ｆに示すように，レイヤ102の穿孔時と同じ４つのサブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃおよび41Ｄを同時に動作させる。これらの４つのサブ・ビームは，利用可能なトータル・サブ・ビーム・エネルギーＥavailableを実質的に等しい割合（比率）１／４Ｅavailableで使用するものとする。これら４つのサブ・ビームは，処理ユニットによってＡＯＤ28を第２のモード（図２Ｂ参照）において動作させ，それぞれが振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＡ４を有する各周波数の結合周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３およびＦ４を有するＲＦ入力をＡＯＤに与えることによって同時に形成される。
【００４７】
振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３，およびＡ４は，各サブ・ビームのパルス・エネルギーがほぼ同等となるように選択されるが，上記第２のモードは上述の第１のモードと異なる特性を有するので，Ｅavailableが典型的にはＥｍ未満となることが分かる。上記４つのサブ・ビームがミラー38Ａ，38Ｂ，38Ｃおよび38Ｄを用いてレイヤ104を穿孔し，これら４つのサブ・ビームを用いた穿孔は，必要とされる適切な深さを有するレイヤ104の孔の穿孔が４本のサブ・ビーム全てについて完了するまで継続される。
【００４８】
図３Ｇに示す次の穿孔段階において，処理ユニット36は，ＡＯＤ28を第２または第３のモードで動作させることによって，孔114および116に対して，１／４Ｅavailableよりも大きな，ほぼ割合（比率）の等しいパルス・エネルギー（approximately equal fractional pulse energies）Ｅｆを持つサブ・ビーム41Ｃおよび41Ｄを動作させる。孔114および116の穿孔は孔が上面108に到達するまで継続される。一例では，この時点で，孔114および116の穿孔に最終仕上げが施される。この仕上げは，一例として，２つのサブ・ビームのエネルギーをＥｆから０まで低下させることによって施されるものとする。孔114および116に対する２つのサブ・ビームのエネルギーが低下するとき，処理ユニット36は，孔110および112に対するサブ・ビーム41Ａおよび41Ｂのパルス・エネルギーを０からＥｆまで上昇させて，孔110および112の穿孔を開始してもよい。エネルギーの低下および上昇は，上述の通り，処理ユニットによって適当なＲＦ入力をＡＯＤ28に与えることによって実現される。
【００４９】
図３Ｈに示すように，処理ユニットは，上面108に到達するまで，パルス・エネルギーＥｆを用いた孔110および112の穿孔を継続する。一例では，処理ユニット36は，上面108の必要に応じた仕上げが完了するまで，上記パルス・エネルギーをＥｆに維持するものとする。仕上げが完了したとき，処理ユニットは孔110および112の穿孔を終了する。完成した孔を図３Ｉに示す。
【００５０】
図４Ａ〜図４Ｉは，この発明の実施形態による，基板44Ｂの穿孔過程における様々な段階を示す概略図である。図４Ａ〜図４Ｉは基板44Ｂの概略断面であり，図４Ａが最初の段階に対応し，図４Ｉが最後の段階に対応する。
【００５１】
基板44Ｂは，穿孔が比較的困難な上側第１レイヤ202，穿孔が容易な第２レイヤ204，および穿孔されない第３レイヤ206を有するものとする。また，８つの孔209，210，212，214，216，218，220および222が上記基板に穿孔されるものとする。一例として，孔212，214，216，218，220および222が同一の直径Ｄ１を有し，孔209および210がＤ１よりも大きな同一直径Ｄ２を有するものとする。
【００５２】
一例において，８つの孔209，210，212，214，216，218，220および222は，ミラー38Ａ，38Ｂ，38Ｃ，38Ｄ，38Ｅ，38Ｆ，38Ｇおよび38Ｈでそれぞれ反射された８つの分離した（独立の）サブ・ビーム41Ａ，41Ｂ，41Ｃ，41Ｄ，41Ｅ，41Ｆ，41Ｇおよび41Ｈによって穿孔されるものとする。また，サブ・ビーム41Ａ，・・・，41Ｈはそれぞれサブ・ビーム29Ａ，・・・，29Ｈから形成される。
【００５３】
図４Ａに示すように，処理ユニット36はまず，ミラー38Ａによって方向が合わせられる，パルス・エネルギーＥ１および直径Ｄ２を持つサブ・ビーム41Ａを用いて，孔209を穿孔する。レイヤ202の穿孔はレイヤ204の上面208に到達するまで継続され，そこに到達すると処理ユニットは孔209の穿孔を停止する。
【００５４】
図４Ｂに示すように，処理ユニット36は次に，ミラー38Ｂによって方向が合わせられる，パルス・エネルギーＥ１および直径Ｄ２を有するサブ・ビーム41Ｂを用いて孔210を穿孔する。この穿孔は上面208に到達するまで継続され，そこに到達すると，処理ユニットは孔210の穿孔を停止し，かつ孔212および214の穿孔を開始する。
【００５５】
孔212および214は直径が小さいので，図４Ｃに示すように，処理ユニット36はこれらの両孔を同時に穿孔する。両孔を穿孔するために，処理ユニットは同じパルス・エネルギーＥ２および直径Ｄ１を有する２つのサブ・ビーム41Ｃおよび41Ｄを生成する。ここで，Ｅ２は，Ｅ１のある割合（一部）（a fraction）である。ユニット36は２つのミラー38Ｃおよび38Ｄを用いてこれらサブ・ビームを各孔に向ける。また，処理ユニットは，典型的にはＡＯＤ28の第２の動作モードを用いて２つのサブ・ビームを生成するので，これらサブ・ビームのパルス繰返速度はビーム24のパルス繰返速度と等しい。
【００５６】
あるいは，上記２つのサブ・ビームを，ＡＯＤ28に関して上述した一または複数の他の方法によって生成してもよい。たとえば，処理ユニットはＡＯＤ28を第１のモードで動作させて，２つの異なる入力周波数を切替えることもできる。この場合，２つのサブ・ビーム41Ｃおよび41Ｄは同じパルス・エネルギーを有するが，パルス繰返速度はビーム24のパルス繰返速度の１／２となる。
【００５７】
孔212および214の穿孔は各孔が上面208に到達するまで継続される。
【００５８】
図４Ｄに示すように，孔212および214が上面208に到達すると，処理ユニットは穿孔を停止しかつ孔216および218の穿孔を開始する。孔216および218を穿孔するために，処理ユニット36は２つのサブ・ビーム41Ｅおよび41Ｆを生成し，２つのミラー38Ｅおよび38Ｆを用いてこれらのサブ・ビームを方向を合わせる。これらのサブ・ビームの生成方法は，典型的にはサブ・ビーム41Ｃ，41Ｄに関して上述した通りである。孔216および218の穿孔は，各孔が上面208に到達するまで継続される。
【００５９】
図４Ｅに示すように，孔216および218が上面208に到達すると，処理ユニットは穿孔を停止し，孔220および222の穿孔を開始する。孔220および222を穿孔するために，処理ユニット36は２本のサブ・ビーム41Ｇおよび41Ｈを生成し，２つのミラー38Ｇおよび38Ｈを用いてこれらのサブ・ビームの方向を合わせる。これらのサブ・ビームの生成方法は，典型的にはサブ・ビーム41Ｃ，41Ｄに関して上述した通りである。孔220および222の穿孔は，各孔が上面208に到達するまで継続される。
【００６０】
この時点で，基板44Ｂのレイヤ202における８つの孔の全て穿孔が完了する。
【００６１】
図４Ｆに示すように，処理ユニットは次に，レイヤ204に対する孔209および210の穿孔を開始する。レイヤ204はレイヤ202よりも穿孔が容易であるので，処理ユニット36は，２つのサブ・ビーム41Ａおよび41Ｂを使用して，これら２つのサブ・ビームがＥ１よりも小さいほぼ同等のパルス・エネルギーを有するように設定する。処理ユニットは，レイヤ206の上面224に到達するまで孔209および210の穿孔を継続し，そこに到達するとサブ・ビーム41Ａおよび41Ｂをオフする。
【００６２】
図４Ｇに示すように孔209および210が完成したら，処理ユニット36は，必要に応じて，典型的には基板44Ｂの他の領域をその後に穿孔するために，ミラー38Ａおよび／または39Ｂの向きを再び合わせる（reorient）ことができる。
【００６３】
レイヤ204はレイヤ202よりも穿孔が容易である。このため，処理ユニット36は，典型的には孔212，214，216，218，220および222を，２つずつ３回に分けて穿孔するのではなく，３つずつ２回に分けて穿孔する。
【００６４】
図４Ｇに示すように，処理ユニット36はまず，孔212，214および216を穿孔する。処理ユニットは，これらの孔を穿孔するために，実質的には上述の通りで３つのサブ・ビーム41Ｃ，41Ｄおよび41Ｅを生成するが，これらのサブ・ビームのそれぞれは，Ｅ２のある割合（一部）（a fraction）である，同一のパルス・エネルギーＥ３を有する。あるいは，これら３つのサブ・ビームを，たとえば３つの異なる入力周波数の間で切替えるようにして，ＡＯＤ28に関して上述した一または複数のその他の方法によって生成してもよい。この場合，３つのサブ・ビーム41Ｃ，41Ｄおよび41ＥはＥ１とほぼ同等のパルス・エネルギーを有するが，パルス繰返速度はビーム24のパルス繰返速度の１／３となる。
【００６５】
孔212，214および216の穿孔が完了すると，必要に応じて，処理ユニット36は基板44Ｂのその他の領域を穿孔するために，ミラー38Ｃ，38Ｄおよび／または38Ｅの向きを合わせることができる。
【００６６】
図４Ｈに示すように，処理ユニット36はその後，レイヤ202の穿孔に用いたサブ・ビームのパラメータを適宜変更したサブ・ビーム41Ｆ，41Ｇおよび41Ｈを用いて，図４Ｇを参照して上述したプロセスとほぼ同様にして，孔218，220および222を穿孔する。これらの孔の穿孔が完了すると，処理ユニット36は，基板の他の領域をその後に穿孔するために，必要に応じてミラー38Ｆ，28Ｇおよび／または38Ｈの向きを合わせることができる。
【００６７】
図４Ｉは全ての孔が穿孔された基板44Ｂの最終状態を示している。
【００６８】
図５は，この発明の実施形態による，基板44を穿孔するために処理ユニット36において実行されるステップを示すフローチャート250である。このフローチャートの各ステップは，図３Ａ〜図３Ｉおよび図４Ａ〜図４Ｉを参照して上述した，複数孔の穿孔工程に対応している。
【００６９】
ビーム生成ステップ252において，処理ユニット36は，図１を参照して説明したように，レーザ22を動作させて，ビームのパルス（複数）のトータル・エネルギーがＥｔＪである単一の出力ビーム24を生成する。通常，パルス繰返速度は一定である。
【００７０】
ビーム分割ステップ254において，処理ユニット36は，ＲＦ入力をＡＯＤ28に供給することによって上記単一ビームを２つ以上のサブ・ビームに分割する。この単一ビームの分割は，図３Ｆおよび図４Ｃを参照して上記例示した通りである。上述のように，この分割によって，上記サブ・ビームのパルス・エネルギーを，ビーム24のトータル・エネルギーＥｔのある割合（比率，一部）（a fraction）とすることができる。
【００７１】
第１の穿孔ステップ256において，処理ユニット36は，図３Ｆおよび図４Ｃを参照して上述した通り，上記サブ・ビーム（複数）が複数孔のそれぞれの一部を同時に穿孔するように，上記サブ・ビーム（複数）を反射するミラー（複数）の向きを合わせる。
【００７２】
サブ・ビーム調整ステップ258において，処理ユニットは，上記サブ・ビーム（複数）の少なくとも１つのビームがステップ254のパルス・エネルギーと異なる割合のパルス・エネルギー（different fractional energy）を有するように，上記サブ・ビーム（複数）を調整（変更）する。
【００７３】
第２の穿孔ステップ260において，ユニット36は，調整された一または複数またはサブ・ビームを供給して各孔の穿孔を継続する。上記サブ・ビームの調整は，たとえば図３Ｇおよび図４Ｇを参照して説明した上記例示の通りである。
【００７４】
典型的には，処理ユニット36は，必要に応じてフローチャート250のすべてまたは一部のステップを繰返すことにより，特定基板の全ての孔を穿孔する。
【００７５】
当然のことながら，上述の実施形態は一例として挙げたものであって，この発明は，上記図示および説明した内容には何ら限定されない。むしろ，この発明の範囲には，上述した様々な特徴のコンビネーションおよびサブ・コンビネーション，ならびに上記説明の解釈によって当業者が想到し得る，従来技術に開示されていない変形例および改良例が含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005659020.tif 000004
【図２Ｃ】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５】
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