(57)【要約】【課題】微小ボールを１個単位でピックアップできる装置を提供する。【解決手段】ボールピックアップ装置１は、１個の微小ボールＢをピックアップするヘッド２１とボールＢを貯留する容器１０からなる。ヘッド２１には、ボールＢを吸引保持する吸着孔２０ｄが先端２０ａに設けられている。容器１０は、気体を吹出す気体吹出口４２が内部Ｓの側面１７ａに、ヘッド２１の先端２０ａが上面１１ａに、配設される構造である。ヘッド２１の先端面２０ａと容器１０内部Ｓの上面１１ａはほぼ同じ高さである。ボールＢは、気体吹出口４２から吹出した気体によりボール容器１０内を飛び回り、ヘッド２１の吸着孔２０ｄに吸引保持される。吸着孔２０ｄの吸引力等により周りに付着した余分なボールＢは、気体により吹き飛ばされる等して除去される。ボールＢを吸引保持したヘッド２１は、ボールＢを搭載すべき箇所へ移動し、基板９１の所定位置に搭載する。【選択図】図１
2007273936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小ボールが浮遊可能な浮遊空間と、
その浮遊空間に露出した面と、
微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を前記浮遊空間に向けて前記露出した面とほぼ一致するようにセット可能な吸引管とを有するボールピックアップ装置。
【請求項２】
請求項１において、内部に、微小ボールを溜める貯留空間と、その上に形成される前記浮遊空間とを備え、上部に開口が設けられた容器を有し、
前記露出した面は、前記容器の上部の内面であり、
前記吸引管は、その先端を、前記容器の上部に設けられた開口を介し、前記浮遊空間に向けて前記容器の上部の内面とほぼ一致するようにセット可能である、ボールピックアップ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記吸引管の先端が前記浮遊空間に向かい前記容器の上部の内面と実質的に一致する第１のポジションと、前記吸引管の先端が前記容器の上部の内面よりも当該容器の外界側に外れる第２のポジションとの間で、前記容器および／または前記吸引管を移動可能な移動手段をさらに有する、ボールピックアップ装置。
【請求項４】
請求項２または３において、微小ボールを前記浮遊空間において浮遊させるための気体を前記容器の内部に供給する気体供給手段をさらに有する、ボールピックアップ装置。
【請求項５】
請求項４において、前記気体供給手段は、前記容器の内部の上半分の範囲にセットされた吹出ノズルを備えている、ボールピックアップ装置。
【請求項６】
請求項４において、前記容器は、気体を排出するための口を備えており、
前記排出するための口は、
第１の直径となる部分を含む孔と、
前記第１の直径となる部分と対向する部分であって、前記第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、前記孔に挿入された部材とを含んでおり、
前記第１の直径と第２の直径との差は、公差を含めて微小ボールの直径未満である、ボールピックアップ装置。
【請求項７】
複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間と、
その浮遊空間に露出した面と、
微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を前記浮遊空間に向けた状態で、その先端のポジションを前記露出した面に対して変動自在な吸引管とを有するボールピックアップ装置の制御方法であって、
前記吸引管の先端を前記浮遊空間に向かい前記露出した面と実質的に一致するように前進させ、前記浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させ、微小ボールをピックアップすることと、
前記浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めることとを含む、ボールピックアップ装置の制御方法。
【請求項８】
請求項７において、さらに、
前記吸引管の先端を前記露出した面から後退させて、ピックアップされた微小ボールを搬送することを含む、ボールピックアップ装置の制御方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記ボールピックアップ装置は、
内部に、微小ボールを溜める貯留空間と、その上に形成される前記浮遊空間とを備えた容器と、
気体を前記容器の内部に吹き出させるための手段とをさらに有し、
前記露出した面は、前記容器の上部の内面であり、
前記ピックアップするステップは、前記吸引管の先端を前進させた後、前記容器の内部に気体を吹き出させることで、微小ボールを前記浮遊空間において浮遊させることを含む、ボールピックアップ装置の制御方法。
【請求項１０】
内部に、複数の微小ボールを貯留可能な貯留空間と、その貯留空間に連なる、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを備えるとともに、その浮遊空間に露出した面を備える容器と、
微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を前記浮遊空間に向けて前記露出した面とほぼ一致するようにセット可能な吸引管とを有する装置を用いた、微小ボールの１個単位のピックアップ方法であって、
前記吸引管の先端が前記浮遊空間に向かい前記露出した面とほぼ一致するように前記容器および前記吸引管の相対位置を変化させ、
前記容器の内部に複数の微小ボールを強制的に浮遊させ、
前記吸引管の先端に微小ボールを吸着させ、
前記容器の複数の微小ボールの浮遊を止め、
前記吸引管の先端が前記露出した面よりも当該容器の外界側に外れるように前記容器および前記吸引管の相対位置を変化させることを含む、ピックアップ方法。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれかに記載のボールピックアップ装置と、
基板を支持する基板支持機構とを有し、
前記吸引管の先端に保持された微小ボールを前記基板に搭載可能なボール搭載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田ボールなどの導電性ボールを含む微小ボールをピックアップできるボールピックアップ装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を始めとする半導体デバイスあるいは光学デバイスなどを実装する際、電気的な接続を得るために、微小な導電性ボールが用いられている。導電性ボールを半導体ウエハや回路基板などの基板（ワークピース）の所定の位置にマウントする方法の１つとしては、多数の開口を備えたマスクを用いて多数の導電性ボールを基板の所定の位置に配置する方法が知られている。これに続いて、基板に対する導電性ボールの搭載状況を判定し、導電性ボールの配置漏れがある場合は、その位置に対して個別に導電性ボールを配置する。この搭載抜けの補填を含む作業をリペアと称する。リペアを行なう際には、吸引管などを用いて、微小な導電性ボールを１つだけピックアップする必要がある。
【０００３】
特許文献１には、トレイに収納されたはんだボールを吸引吸着させるノズルを備えた装置が開示されている。ノズルは、外側円筒部の内側に内側円筒部を引き込ませた二重構造であって、外側円筒部と内側円筒部とによって、ノズルの先端部に、はんだボールよりもわずかに大径で、はんだボールの径よりもわずかに浅い凹部が形成されている。また、トレイには、ノズルが進入する部分に、ゴム製のシャッターが設けられている。シャッターには、中央部分から外側部分に向かう放射状の切り込みが形成されている。この装置では、ノズルからエアを吸引し、はんだボールをノズルの先端部の凹部に吸着させる。このとき、エアの吸引力により、ノズルの先端部にブドウの房状に複数のはんだボールが吸着されるため、シャッターによってはんだボールをすり切るようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１９８１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの目的は、半田ボールなどの導電性ボールを含む微小ボールを１個単位で基板の所定の位置に搭載するための装置、特に、半導体デバイス、光学デバイス、集積回路装置、あるいは表示装置などを製造する際に、基板上に搭載される導電性の微小ボールの搭載抜けを補充（補填）するボール搭載装置（リペア装置）に好適に用いることができるボールピックアップ装置およびその制御方法を提供することである。
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、エアの吸引力により、ノズルの先端部にブドウの房状に吸着された不要なボール（余剰ボール）を、ゴム製のシャッターですり切るようになっている。このようなシャッターによる分離は、製造誤差、組み立て誤差、経時変化などの要因により、分離性能に大きな変化が発生しやすく、信頼性を確保することが難しい。半導体デバイス、光学デバイス、集積回路装置、あるいは表示装置などを製造する際に、基板上に搭載される導電性の微小ボールの搭載抜けを補充（補填）する目的では、導電性ボールがピックアップできないと、作業性が低下する一方、予期しない余分なボールがピックアップされてしまうと、それだけで様々な工程を経て製造されたデバイスの価値がなくなる。したがって、余剰のボールを高い確率で、確実に排除することは重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、微小ボールが浮遊可能な浮遊空間と、その浮遊空間に露出した面と、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を浮遊空間に向けて露出した面とほぼ一致するようにセット可能な吸引管とを有するボールピックアップ装置である。このボールピックアップ装置によれば、吸引管の先端と露出した面とをほぼ一致させた状態で、その先端に浮遊空間において浮遊している微小ボールを吸着させる。このため、吸引管の周面などに不要なボール（余剰ボール）が吸着される可能性を大幅に低減でき、発明者らの実験によると、吸引管の周面などに不要なボール（余剰ボール）が吸着される可能性をほぼ排除できる。
【０００７】
さらに、浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させ、微小ボールをピックアップし、その後、浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めることにより、ピックアップされた個単位のボールと、ピックアップされなかったボールとを選別できる。したがって、余剰ボールを吸引管からすり切るための機構を省略することができる。このため、シャッター機構などの信頼性に左右されることがなくなり、ピックアップされた余剰のボールを排除するというプロセス自体を省略することが可能となる。このことは、簡易な構成により、余剰ボールがピックアップされる可能性を高い確率で排除できることを意味し、微小ボールを一個単位で確実にピックアップできる。
【０００８】
したがって、本発明の他の一態様は、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間と、その浮遊空間に露出した面と、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を浮遊空間に向けた状態で、その先端のポジションを露出した面に対して変動自在な吸引管とを有するボールピックアップ装置の制御方法であって、以下の工程を含むものである。
（ａ１）吸引管の先端を浮遊空間に向かい露出した面と実質的に一致するように前進させ、浮遊空間に複数の微小ボールを浮遊させ、微小ボールをピックアップすること。
（ａ２）浮遊空間における複数の微小ボールの浮遊を止めること。
【０００９】
このボールピックアップ装置が、内部に、微小ボールを溜める貯留空間と、この貯留空間と隣接する浮遊空間とを備える容器を有している場合、露出した面は、浮遊空間に面した容器の内面である。微小ボールを浮遊させる方法は、吸引、気体の吹出し、無重力化、帯電など幾つか考えられるが、浮遊を停止させたときに、微小ボール（ピックアップされていない微小ボール）を貯留空間に戻すためには、重力を用いることが最も好ましい。したがって、容器の下側を貯留空間とし、この貯留空間から最も離れた容器の上部の内面を露出した面にすることにより、さらに確実に、ピックアップされた個単位のボールと、ピックアップされなかったボールとを選別できる。
【００１０】
したがって、ボールピックアップ装置は、内部に、微小ボールを溜める貯留空間と、その上に形成される浮遊空間とを備え、上部に開口が設けられた容器を有し、露出した面は、容器の上部の内面であり、吸引管は、その先端を、容器の上部に設けられた開口を介し、浮遊空間に向けて容器の上部の内面とほぼ一致するようにセット可能であることが好ましい。
【００１１】
また、ボールピックアップ装置は、吸引管の先端が浮遊空間に向かい容器の上部の内面と実質的に一致する第１のポジションと、吸引管の先端が容器の上部の内面よりもこの容器の外界側に外れる第２のポジションとの間で、容器および／または吸引管を移動可能な移動手段をさらに有することが好ましい。１個単位でピックアップされた微小ボールを移動手段により種々の用途に利用できる。たとえば、１個単位でピックアップされた微小ボールは、基板の搭載抜けを補充（補填）するボール搭載装置（リペア装置）に適用でき、移動手段および吸引管は、ボール搬送手段としても用いることができる。移動手段および吸引管をボール搬送手段として用いる場合には、移動手段は吸引管を移動させるものであることがさらに好ましい。
【００１２】
すなわち、本発明の他の一態様は、本発明に含まれるボールピックアップ装置と、基板を支持する基板支持機構とを有し、吸引管の先端に保持された微小ボールを基板に搭載可能なボール搭載装置である。
【００１３】
本発明の一形態にかかるボールピックアップ装置では、微小ボールを浮遊空間において浮遊させるために吸引、気体の吹出し、無重力化、帯電などが考えられる。容器の内部に気体を供給し、微小ボールを浮遊させる方法は、吸引管を、微小ボールを１個単位で吸引保持することを目的とする構成に特化でき、無重力化のために容器を動かす構成を省略でき、また、帯電除去のための構成を省略できる。
【００１４】
したがって、本発明の一形態にかかるボールピックアップ装置は、微小ボールを浮遊空間において浮遊させるための気体を容器の内部に供給する気体供給手段をさらに有することが好ましい。微小ボールが酸化しやすい導電性ボールなどの場合には、気体供給手段によって容器の内部に供給する気体は、窒素ガスや不活性ガスなどであることが好ましい。湿度などが適切に制御された空気によるエアブローを採用することも可能である。
【００１５】
気体供給手段は、容器の内部の上半分の範囲にセットされた吹出ノズルを備えていることが好ましい。気体の供給部である吹出しノズルの位置を露出した面に近づけることにより、微小ボールをピックアップできる確率がさらに向上する。これは、複数の微小ボールが吸引管の先端にピックアップされやすい状態で浮遊空間に舞い上がるためと考えられる。
【００１６】
このボールピックアップ装置の容器は、気体を排出するための口を備えていることが好ましい。排出するための口は、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、孔に挿入された部材とを含み、第１の直径と第２の直径との差は、公差を含めて微小ボールの直径未満であることがさらに好ましい。第１の直径を備えた孔の内周に沿って、微小ボールの直径よりも小さな幅のスリットを形成できるので、排気用に充分な開口面積を確保でき、また、微小ボールの排出を確実に防止できる。
【００１７】
微小ボールとしては、たとえば、直径が１ｍｍ以下、具体的には、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボール、または銅ボールなどが挙げられるが、近年、半導体デバイスあるいは光学デバイスなどは、集積化が進んでおり、ハンドリングが要求される微小な導電性ボールは、ますます小径になってきている。このため、場合によっては、数１０〜数１００μｍ程度の微小ボールをピックアップすることが要求される。したがって、排気するための口もまた、数１０〜数１００μｍ程度、場合によっては、数μｍ程度の精度が要求される。しかしながら、容器の壁などに形成された、直径数μｍ〜数百μｍ程度の微細な径の孔により、充分な開口面積を得るためには、多くの孔を形成する必要がある。これに対し、容器の壁などに第１の直径となる部分を含む孔を設け、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含む部材を孔の内部に挿入し、孔と部材との間のクリアランスを排気口とすることにより、微細な幅の排気口を簡単に形成することができる。
【００１８】
ボールピックアップ装置の一形態は、容器の上部を外面側からカバーで覆い、容器とカバーとの間に排気経路を形成するものである。この場合、容器の上部に孔を形成し、カバーから突出したピン（円筒部材）を容器の孔に挿入することにより、排気経路を簡単に構成できる。
【００１９】
貯留空間の上に形成される浮遊空間において、個々の微小ボールを、露出した面となる、容器の上部の内面近傍まで舞い上がった状態で保持するための１つの好ましい形態は、吹出しノズルを容器の内部の上半分の範囲に設けるとともに、容器の上部に微小な複数の排気口を所定の間隔で設けることであると考えられる。したがって、上述のようなカバーを設ける構成は、好ましい構成の一つであると言える。
【００２０】
ボールピックアップ装置が、微小ボールを浮遊させるための気体を容器の内部に吹き出させるものである場合には、吸引管をセットすることにより、容器内部から無駄に微小ボールが排出されるのを防止できる。したがって、ボールピックアップ装置の制御方法は、ピックアップする際に、吸引管の先端を、露出した面と実質的に一致するように前進させた後、容器の内部に気体を吹き出させることで、微小ボールを浮遊空間において浮遊させることが望ましい。
【００２１】
また、本発明のさらに他の形態は、内部に、複数の微小ボールを貯留可能な貯留空間と、その貯留空間に連なる、複数の微小ボールが浮遊可能な浮遊空間とを備えるとともに、その浮遊空間に露出した面を備える容器と、微小ボールを１個単位で吸引保持可能な先端を備え、その先端を浮遊空間に向け、露出した面とほぼ一致するようにセット可能な吸引管とを有する装置を用いた、微小ボールの１個単位のピックアップ方法である。このピックアップ方法は、以下のステップを含む。
（ｂ１）吸引管の先端が浮遊空間に向かい露出した面とほぼ一致するように容器および吸引管の相対位置を変化させる。
（ｂ２）容器の内部に複数の微小ボールを強制的に浮遊させる。
（ｂ３）吸引管の先端に微小ボールを吸着させる。
（ｂ４）容器の内部における複数の微小ボールの浮遊を止める。
（ｂ５）吸引管の先端が露出した面よりもこの容器の外界側に外れるように容器および吸引管の相対位置を変化させる。
【００２２】
このピックアップ方法によれば、吸引管の先端に、浮遊空間において浮遊している複数の微小ボールから微小ボールを１個単位で良好に吸着させ、微小ボールを１個単位で使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に、リペア用のボール搭載装置（以下、リペア装置という）の一例を側面図により示してある。図２に、リペア装置に含まれるボールピックアップ装置の一例を平面図により示してある。図３に、図２のボールピックアップ装置において、吸引管の先端を容器の上部である上壁の内面に合わせた状態を、吸引管の先端近傍を拡大して断面図により示してある。図４に、図２のボールピックアップ装置において、吸引管を引き上げている途中の状態を、吸引管の先端近傍を拡大して断面図により示してある。なお、図４は、後述する図１１の吸引管の先端近傍の拡大図でもある。
【００２４】
リペア装置９０は、ボールピックアップ装置１と、基板（ワークピース）９１を支持する基板支持機構９２とを有している。このリペア装置９０は、たとえば、８インチあるいは１２インチ程度の半導体ウエハを基板９１として、この半導体ウエハ９１の搭載面である上面９１ａの所定の位置に微小ボールＢを個別に搭載することが可能な装置である。このリペア装置９０は、半導体ウエハ９１の上面９１ａのうち、微小ボールＢが搭載されるべき場所であって、微小ボールＢが搭載されていないボール抜け位置に対し、吸引管２０の先端２０ａに保持された微小ボールＢを個別に搭載可能である。ボールピックアップ装置１は、吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸着保持させるための装置である。
【００２５】
微小ボールＢは、たとえば、導電性微小ボール（導電性微小粒子）であり、直径３０〜３００μｍ程度の半田ボール、金ボール、または銅ボールが含まれる。なお、この明細書で開示する技術は、スペーサなどの微小ボール、樹脂（プラスチック）あるいはセラミックなどからなる非導電性の微小ボール、非導電性の微小ボールの表面に、メッキなどの処理によって金属膜を施した微小ボールなどを、基板にマウントする際にも用いることができる。また、この明細書で開示する技術は、たとえば直径が１ｍｍ以下、さらには、数１０〜数１００μｍ程度のボールをハンドリングする技術として有効である。
【００２６】
以下に、ボールピックアップ装置１を詳しく説明する。図１および図２に示すように、ボールピックアップ装置１は、容器１０と、先端２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な吸引管２０を有するヘッド２１と、容器１０と基板支持機構９２との間において吸引管２０を移動させるための移動装置３０と、微小ボールＢを浮遊させるための気体を容器１０の内部に供給するガス供給装置４０と、容器１０の内部の気体を吸引することで吸引管２０の先端２０ａに吸引力を与えるための吸引装置５０と、これらの装置を制御するための制御部６０と、容器１０を上方から覆うカバー７０とを備えている。
【００２７】
容器１０は、内部Ｓに、微小ボールＢを溜めるための貯留空間Ｓ１と、微小ボールＢが浮遊可能な浮遊空間Ｓ２とを備えている。貯留空間Ｓ１と浮遊空間Ｓ２とは連通した空間であり、本例においては容器１０の内部の空間Ｓのうち、微小ボールＢが浮遊していない状態で溜まっている部分が貯留空間Ｓ１であり、その上部の浮遊可能な空間が浮遊空間Ｓ２である。したがって、容器１０の上壁（上部）１１の内面１１ａが、浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出した面となる。容器１０の上壁１１は、吸引管２０をセット可能な円筒状の開口１２を有している。
【００２８】
ヘッド２１は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な大きさの先端２０ａを備える吸引管２０と、この吸引管２０を支持する支持部材２２とを有している。吸引管２０は全体として下側の先端２０ａが細くなった円錐台状であり、先端２０ａは平坦（水平）であって、先端２０ａの外形が円形状である。吸引管２０は、その内部に、ガスを吸引するための円筒状の管路２０ｂを有している。この吸引管２０は、管路２０ｂの先端における径（内径）Ｄ２が微小ボールＢの外径Ｒよりも細く、吸引装置５０によって管路２０ｂの先端からガスを吸引することにより、吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢを１個単位で吸着させることが可能となっている。
【００２９】
移動装置３０は、吸引管２０の先端２０ａが浮遊空間Ｓ２に向かった状態で、先端２０ａの位置が容器１０の上壁１１の内面１１ａと実質的に一致する第１のポジションと、吸引管２０の先端２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側（外側あるいは上側）に外れる第２のポジションとの間で、吸引管２０を備えるヘッド２１を移動させるためのものである。移動装置３０は、さらに、吸引管２０を備えるヘッド２１を、ボールピックアップ装置１と、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションとの間で、移動させる機能も備えている。
【００３０】
このリペア装置９０においては、吸引管２０は、図１および図３に示すポジション、すなわち、先端２０ａを浮遊空間Ｓ２に向け、容器１０の上部に設けられた開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に臨む容器１０の上壁１１の内面１１ａとほぼ一致する第１のポジションにセットされる。次に、吸引管２０は、図４に示すような吸引管２０を引き上げている途中の状態を経て、吸引管２０の先端２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側に外れる第２のポジションに移動される。さらに、吸引管２０は、第２のポジションを経て、図１に仮想線で示すポジション、すなわち、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションに移動される。微小ボールＢを所望の位置に搭載した後は、さらに、微小ボールＢをピックアップする必要があれば、吸引管２０は、図３に示した第１のポジションにセットされる。
【００３１】
図３に示すピックアップ装置１の各サイズを決定するためには、以下のような点を考慮することが望ましい。まず、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１が微小ボールＢの直径Ｒ以下であると、吸引管２０を引き上げる際に、吸引管２０の先端２０ａに吸着している微小ボールＢが開口１２の縁に接触して落下してしまう。また、吸引管２０の管路２０ｂの直径Ｄ２が微小ボールＢの直径Ｒ以上であると、吸引管２０の管路２０ｂの内部に微小ボールＢが入り込んでしまう。また、上壁１１の開口１２を介して吸引管２０の先端２０ａを上壁１１の内面１１ａとほぼ一致するようにセットするためには、吸引管２０の先端２０ａの直径Ｄ３は、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１以下とする必要がある。
【００３２】
本例においては、微小ボールＢの直径Ｒ、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１、吸引管２０の先端２０ａの直径Ｄ２、および吸引管２０の管路２０ｂの直径Ｄ３は、以下のような関係となるように設定されている。
Ｄ１＞Ｄ３＞Ｒ＞Ｄ２    …（１）
【００３３】
また、図１、図３、および図４に示すように、吸引管２０は円錐台状で、先端２０ａに向かって径が小さくなるようなテーパー状の周面２０ｃを有している。このテーパー状の周面２０ｃの勾配は、当該周面２０ｃと上壁１１の開口１２を規定する壁面とが接触するまで吸引管２０を前進させたときに、吸引管２０の先端２０ａが上壁１１の内面１１ａとほぼ一致する状態となるように設定されている。
【００３４】
吸引管２０にテーパー状の周面２０ｃを設けることは、吸引管２０のセット位置を決定しやすくするだけでなく、吸引管２０をセットしたときに、吸引管２０と上壁１１との間（壁面２０ｃと開口１２を規定する壁面との間）に、微小ボールＢが漏れるような（通過するような）空隙を形成しないためにも好ましい。すなわち、吸引管２０をセットした状態において、吸引管２０と上壁１１との間に微小ボールＢの直径Ｒ以上の空隙が存在すると、微小ボールＢがこの空隙を介して流出するおそれがある。なお、吸引管２０をセットしたときに、吸引管２０と上壁１１との間に完全に空隙が無い状態にする必要は通常ない。空隙が微小ボールＢの直径Ｒ未満であれば、微小ボールＢの流出は防止でき、空隙は排気口の一部として利用できる。
【００３５】
直径Ｒが１００μｍ程度の半田ボールを１個単位でピックアップするためには、各サイズの一例は、次のようなものが挙げられる。上壁１１の開口１２の直径Ｄ１は２７０μｍ、吸引管２０の管路２０ｂの直径Ｄ２は５０μｍ、吸引管２０の先端２０ａの直径Ｄ３は１５０μｍ。なお、上壁１１の開口１２の直径Ｄ１、吸引管２０の先端２０ａの直径Ｄ２、および吸引管２０の管路２０ｂの直径Ｄ３の寸法は、これらに限定されるものではない。各サイズは、微小ボールＢの直径Ｒ、種類などを鑑みて任意に決定することができる。
【００３６】
ガス供給装置４０は、微小ボールＢを浮遊空間Ｓ２において強制的に浮遊させるためのガスを容器１０の内部Ｓに供給するためのものであって、吹出すために加圧されたガスを供給するガス供給部４１と、容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にガスを噴出するようにセットされた吹出ノズル４２とを備えている。このボールピックアップ装置１では、吹出ノズル４２は、浮遊空間Ｓ２に露出する面である、容器１０の上壁１１の内面１１ａに沿って、水平方向にガスを吹出すように、容器１０の周壁（側壁）１７にセットされている。また、本例では、微小ボールＢとして半田ボールを用いているため、半田ボールＢの酸化を促進しないように、ガス供給部４１から窒素ガスを吹出すようにしている。なお、ガス供給部４１から吹出すガスは、不活性ガス、例えば、アルゴン、ヘリウムなどであってもよいが、窒素ガスは好適な例である。また、使用する微小ボールＢによっては、湿分除去などの調整を済ませた空気をガス供給部４１から吹出しても良い。
【００３７】
容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にセットされた吹出ノズル４２から内部Ｓに窒素ガスを導入（ブロー）することにより、貯留空間Ｓ１に溜められた複数の微小ボールＢを、この貯留空間Ｓ１の上の浮遊空間Ｓ２に舞い上がらせることができる。浮遊空間Ｓ２においては、微小ボールＢがばらばらな状態で、容器１０の上部の内面１１ａの近傍まで舞い上がり、１個単位で吸引管２０の先端２０ａにキャッチされる。これは、容器１０の内部Ｓの上半分の範囲にセットされた吹出ノズル４２から、容器１０の内部Ｓにガスをブローすることにより、容器１０の内部Ｓの上側の気圧が下がり、それにより微小ボールＢが容器１０の上側に舞い上げられるためと考えられる。そして、そのような状態で浮遊している微小ボールＢが１個単位で吸引管２０にキャッチされ易い。
【００３８】
容器１０の内部Ｓに供給された窒素ガスは、容器１０の上壁１１の四方に配置された排出口（排気口）１３から排出される。この容器１０は、さらに、容器１０とカバー７０との間に、排気経路１４を備えている。
【００３９】
図５に、排気口１３の近傍を縦断面図により示してある。図６に、排気口１３の近傍を横断面図により示してある。カバー７０は、容器１０の上壁１１の上側に設置されるものであり、容器の上壁１１の四隅の丸孔１５に対向する位置に丸孔７１が形成され、その丸孔７１にピン（円筒部材）１６が取り付けられている。したがって、容器１０の上にカバー７０を配置すると、カバー７０から突き出たピン１６が、容器１０の丸孔１５のそれぞれに挿入され、丸孔１５とピン１６とのクリアランスの部分が排出口１３として利用される。
【００４０】
図５および図６に示すように、四隅の排出口１３は、それぞれ、第１の直径Ｒ１を有する丸孔１５と、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２を有し、丸孔１５の内部に設置あるいは挿入されたピン１６とを含む。丸孔１５の第１の直径Ｒ１とピン１６の第２の直径Ｒ２との差は、公差を含めて微小ボールＢの直径Ｒ未満である。したがって、万一、ピン１６が丸孔１５の一方に偏り、ピン１６と丸孔１５とが接した状態になっても、最大で微小ボールＢの直径Ｒよりも狭い幅の隙間が形成されるだけである。したがって、丸孔１５の内周、すなわち、ピン１６の外周に沿って形成される隙間（スリット）１３の幅は、微小ボールＢの直径Ｒより狭くなり、微小ボールＢが排出口１３にはまり込んだり、排出口１３を通って流出することを防止できる。一方、このタイプの排出口１３は、丸孔１５の内周に沿って形成されるので、丸孔１５の径を適当に調整することにより開口面積を確保することが可能である。したがって、微小ボールＢを浮遊するために容器１０にブローされるガスを滞りなく排出するのに充分な開口面積の排出口１３を形成でき、排気経路１４にガスを排気できる。
【００４１】
したがって、微小ボールＢの直径Ｒおよび丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差（公差を含む、クリアランスＣが均等であれば、その２倍）Ｃtotalは、以下のような関係となるように設定されている。
Ｒ＞２×Ｃ＝Ｃtotal…（２）
【００４２】
丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差Ｃtotalが、微小ボールＢの直径Ｒ以上であると、丸孔１５とピン１６との組立て結果によっては、排気口１３を通って微小ボールＢが流出するおそれがある。このボールピックアップ装置１は、直径Ｒが１００μｍ程度の半田ボールＢを１個単位でピックアップするためのものである。したがって、丸孔１５の直径Ｒ１とピン１６の直径Ｒ２との差（公差を含む）Ｃtotalが１００μｍ未満、好ましくは、８０μｍ以下となるように設定されている。
【００４３】
次に、このボールピックアップ装置１を備えるボール搭載装置（リペア装置９０）の動作の一例について説明する。リペア装置９０は制御ユニット６０により操作される。制御ユニット６０は、ヘッド２１、移動装置３０、ガス供給装置４０、吸引装置５０などの動作を制御するものである。制御ユニット６０は、吸引管２０の先端２０ａが浮遊空間Ｓ２に向かい容器１０の上壁１１の内面１１ａとほぼ一致するように吸引管２０を第１のポジションに前進させる機能と、ガス供給装置４０により容器１０の内部Ｓに気体（窒素ガス）を吹き出させる機能とを含む。ガスブローすることにより、貯留空間Ｓ１に溜められていた複数の微小ボールＢを浮遊空間Ｓ２において強制的に浮遊させることができる。制御ユニット６０は、さらに、吸引力を働かせて吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢを吸着させる（ピックアップする）機能を含む。これにより、浮遊空間Ｓ２に強制的に浮遊させた複数の微小ボールＢのうちから微小ボールＢを１個単位で吸着できる。さらに、制御ユニット６０は、ガス供給装置４０による容器１０の内部Ｓへの気体（窒素ガス）の吹き出しを停止する機能を含む。これにより、吸引管２０の先端２０ａに吸着されたボールＢを他のボールから選別できる。さらに、制御ユニット６０は、吸引管２０の先端２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりも容器１０の外界側に外れるように吸引管２０を第２のポジションに後退させる機能と、基板支持機構９２に支持された基板９１の上面９１ａの所望の場所に吸引管２０によりピックアップされた微小ボールＢを搭載するためのポジションに搬送する機能とを含む。これらにより、基板９１のボール抜け位置にボールを搭載することができる。
【００４４】
図７に、リペア方法の一例を説明するためのフローチャートを示してある。図７中の破線で囲まれた領域がボールピックアップ方法の一例を示している。まず、ステップ１０１において、基板支持機構９２に支持されている基板９１のボール搭載状況を判断し、微小ボールＢの搭載抜けがある場合には、その抜けの部分に微小ボールＢを搭載するためのリペア作業を開始する。なお、基板支持機構９２に支持されている基板９１のボール搭載状況の判断は、基板９１の上方に配置した検査用カメラなどを用いて行われる。また、ボール抜け位置に、個別にボールＢを搭載する前に、必要に応じてフラックスを塗布するなどの作業を含めてもよい。
【００４５】
まず、微小ボールＢの１個単位でピックアップする処理を実行する。ステップ１０２において、吸引管２０を移動装置３０により動かし、図８に示すように、その先端２０ａを、容器１０の上壁１１の開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に向けて進める。そして、先端２０ａを、浮遊空間Ｓ２に露出した、容器１０の上壁１１の内面１１ａと実質的に一致する、第１のポジションにセットする。ステップ１０３において、吸引装置５０により吸引管２０の先端２０ａからガスの吸引を開始する。吸引管２０の先端２０ａを浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出した面１１ａとほぼ（実質的に）一致させるとは、製品公差、駆動装置（移動装置）３０の誤差などは許容され、吸引管２０の先端２０ａを，露出した面１１ａと一致させる意図で移動した結果であれば、種々の状態を含むものである。
【００４６】
先端２０ａが第１のポジションにセットされると、ステップ１０４において、ステップ１０３と同時にまたは前後して、ガス供給装置４０により、容器１０の内部Ｓへ窒素ガスを吹き出させる。吹出ノズル４２から吹き出された窒素ガスは、図９に矢印で示すように、容器１０の内部Ｓを、内部Ｓに露出した内面１１ａに沿って流れる。吸引管２０の先端２０ａ付近を内面１１ａに沿って流れる気体の流速は、吸引管２０の先端２０ａに１個吸着保持されたはんだボールＢを吹き飛ばさない流速であり、且つ吸引管２０の先端２０ａに付着した余分なはんだボールＢを吹き飛ばす流速である。好ましい流速は、はんだボールＢが吸引管２０に１個吸着される範囲の値である。具体的には、ボール径、吸引力、吹出ノズル４２の位置、吹出ノズル４２の個数や流速等のパラメータを変えて実験し求められる。このようなことから、吸引管２０の先端面２０ａが、内面１１ａよりはんだボールＢの直径Ｒの数倍程度突出していても、吸引管２０の先端２０ａにはんだボールＢを１個確実に吸着保持できる。また、吸引管２０の先端２０ａが、内面１１ａよりはんだボールＢの半径程度窪んでいる場合も同様である。即ち、容器１０の側面１７ａから吹出す気体は、はんだボールＢを浮遊させる作用を有する他に、吸引管２０の先端２０ａに余分なはんだボールＢを吸着させない作用と、吸引管２０の先端２０ａに付着した余分なはんだボールＢを除去する作用とを有している。この窒素ガスは、排気口１３および排気経路１４を介して、容器１０の外部（容器１０の外界）に排出される。
【００４７】
このような窒素ガスの流れに起因して、図９に示すように、貯留空間Ｓ１に溜められていた複数の微小ボールＢは、浮遊空間Ｓ２に舞い上がり、浮遊する。浮遊空間Ｓ２を浮遊している複数の微小ボールＢのうち、吸引管２０の先端２０ａ近傍に浮遊することになった微小ボールＢのうちの１つが、吸引管２０の先端２０ａにピックアップされる。
【００４８】
なお、この過程の詳細な状況の解析は途上である。発明者らの実験によると、先端２０ａの位置を、空間に露出する内面１１ａに一致させることにより、先端２０ａの面積に関わらず、１個の微小ボールＢをほぼ確実にキャッチできる。また、容器１０の内部に気体をブローする際に、吹き出し口（吹出しノズル）４２を容器１０の下側に配置して貯留空間Ｓ１に直に気体をブローするよりは、吹き出し口（吹出しノズル）４２を容器１０の上側に配置してブローを行い、容器１０の内部Ｓの気圧の変化あるいは微小ボールＢに浮力を与えるようにして浮遊させた方がキャッチできる確率が高い。さらに、微小ボールＢの径Ｒあるいは重量などの条件により、最適なブロー量は若干変化するようであり、径が大きなボールをピックアップする際はブロー量を若干多くすることが好ましいと判断されている。
【００４９】
所定の時間、容器１０の内部Ｓへの窒素ガスの吹き出しを行った後、ステップ１０５において、容器１０の内部Ｓへの窒素ガスの吹き出しを停止する。図１０に示すように、吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢが吸着されて、それ以外の微小ボールＢは貯留空間Ｓ１に戻るので、１個の微小ボールＢを他のボールから選別してピックアップすることができる。
【００５０】
ステップ１０６において、吸引管２０を移動装置３０により引き上げ、吸引管２０の先端２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａから後退させた第２のポジションに移動させる。なお、現在のところ、発明者らの実験によると、吸引管２０の先端２０ａには、微小ボールＢが１個単位で吸着されている。万一、吸引管２０の先端２０ａに、複数の微小ボールＢが付着した場合に備えて、上壁１１の開口１２端の寸法Ｄ１を適当な値にセットし、吸引管２０の先端２０ａが容器１０の上壁１１の開口１２を通過する際に不要なボール（余剰ボール）が削ぎ落とされるようにすることも有効である。
【００５１】
ステップ１０２〜１０６のボールをピックアップする処理により、図１１に示すように、吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢが１個単位で吸着された状態で、この微小ボールＢを、他の微小ボールＢとは分けて、吸引管２０と共に上壁１１の開口１２よりも上方に引き上げることができる。したがって、微小ボールＢを１個単位で基板９１に搭載できる。
【００５２】
ステップ１０７において、吸引管２０を、その先端２０ａが容器１０の上壁１１の内面１１ａよりもこの容器１０の外界側に外れる第２のポジションから、基板支持機構９２に支持された基板９１の上であって、基板９１の上面９１ａの所望の場所に微小ボールＢを搭載可能なポジションに移動させる。ステップ１０８において、吸引管２０の吸引を停止する。これにより、吸引管２０の先端２０ａに１個単位で吸着されていた微小ボールＢが基板９１の上面９１ａの所望の位置に搭載（マウント）される。さらにリペアが必要な箇所があれば、ステップ１０１に戻って、上記の処理を繰り返す。
【００５３】
このように、本例のボールピックアップ装置１は、１個の微小ボールＢをピックアップするヘッド２１と、ボールＢを貯留する容器１０とを含む。ヘッド２１には、ボールＢを吸引保持する吸着孔２０ｄがその先端２０ａに設けられている。また、容器１０は、気体を吹出す気体吹出口４２が内部Ｓの側面１７ａに、そしてヘッド２１の先端２０ａがその上面１１ａに、配設される構造となっている。ヘッド２１の先端面２０ａと容器１０内部Ｓの上面１１ａはほぼ同じ高さである。ボールＢは、気体吹出口４２から吹出した気体によってボール容器１０内を飛び回り、ヘッド２１の吸着孔２０ｄに吸引保持される。吸着孔２０ｄの吸引力等によりその周りに付着した余分なボールＢは、気体により吹き飛ばされる等して除去される。ボールＢを吸引保持したヘッド２１は、ボールＢを搭載すべき箇所へ移動し、吸引保持したボールＢを基板９１の所定位置に搭載する。
【００５４】
以上のように、本例のボールピックアップ装置１は、微小ボールＢが浮遊可能な浮遊空間Ｓ２と、その浮遊空間Ｓ２に臨む（面した）露出面（容器１０の上壁１１の内面）１１ａと、吸引管２０とを備えており、この吸引管２０は、微小ボールＢを１個単位で吸引保持可能な先端２０ａを浮遊空間Ｓ２に向けて露出面１１ａとほぼ一致するようにセット可能となっている。このため、余剰ボールを吸引管２０からすり切る機構を用いることなく、微小ボールＢを１個単位で良好にピックアップすることができる。したがって、ピックアップ装置１の構成を簡易にでき、さらに微小ボールＢの損傷を最小限に止めることができ、すり切る機構の精度などに依存することなく確実に微小ボールを１個単位でピックアップできる。
【００５５】
また、このボールピックアップ装置１によれば、内部Ｓに、微小ボールＢを溜める貯留空間Ｓ１と、その上に形成される浮遊空間Ｓ２とを備え、上部（上壁）１１に開口１２が設けられた容器１０を有している。そして、吸引管２０の先端２０ａは、容器１０の上部１１に設けられた開口１２を介し、浮遊空間Ｓ２に向けて容器１０の上部１１の露出面１１ａとほぼ一致するようにセット可能である。したがって、貯留空間Ｓ１に溜められた微小ボールＢを、この貯留空間Ｓ１の上に形成される浮遊空間Ｓ２に舞い上がらせた状態で、吸引管２０の先端２０ａに微小ボールＢを吸着させることができる。したがって、微小ボールＢを１個単位でより良好にピックアップすることができる。
【００５６】
このボールピックアップ装置１においては、容器１０によりほぼ閉じた空間を形成し、その一部を微小ボールＢが浮遊する空間Ｓ２として利用している。例えば、吸引管により吸引することにより微小ボールを浮遊させることも可能であり、この場合は、閉じた空間でなくても浮遊空間を形成できる可能性がある。また、露出した面は、浮遊空間に臨む面であれば、容器１０の上壁１１の内面１１ａに限定されるものではない。また、露出した面は、必ずしも、フラットで平坦な壁面でなくてもよい。すなわち、浮遊空間Ｓ２にドーム状の部材が面しているような構成では、露出面は、ドーム状の部材の内面１１ａ（湾曲面）であってもよい。
【００５７】
強制的に浮遊させるためのガスを容器１０の内部Ｓに供給するシステムであると、吸引管の吸引能力とは独立に、貯留空間Ｓ１に貯留されている微小ボールＢを、浮遊空間Ｓ２において容器１０の上部１１の露出した面１１ａの近傍まで良好に舞い上がらせることができ、吸引管の吸引能力を、微小ボールを保持し、所望の場所で適切に離脱させるのに適したものにすることができる。容器１０を上下に揺動することにより内部を一時的に無重力化して微小ボールＢを浮遊させることも可能である。また、微小ボールＢが帯電するものであれば、静電場により浮遊させることも可能である。ガスを使用した浮遊方法は、適当な時間だけ微小ボールを浮遊させるのに適している。また、ガスを使用した浮遊方法を用いると、静電気などの、ピックアップしたボールを基板に搭載したりする際に障害となりやすい条件を除去する装置を省略できる。
【００５８】
ボールピックアップ装置１において、容器１０から気体を排出するための排出口は、上記に限定されず、微細な複数の孔を排出する口として設けても良く、また、容器１０内の気体は、メッシュなどの微小ボールが通過しない多孔部材を介して排出しても良い。第１の直径Ｒ１となる部分を含む孔１５と、第１の直径Ｒ１となる部分と対向する部分であって、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２となる部分を含む部材１６との組み合わせによる排出口１３は、穴１５の内側に沿って、連続した開口を形成できるので、メッシュなどに比べると開口面積を確保し易い。
【００５９】
また、本例では、第１の直径Ｒ１を有する丸孔１５と、第１の直径Ｒ１よりも小さい第２の直径Ｒ２を有し、丸孔１５の内部Ｓに設置された（挿入された）円筒部材１６とによって、排出口（排気口）１３を構成しているが、排出口（排気口）は、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分を含み、孔の内部に設置された（挿入された）部材とを有したものであれば良い。
【００６０】
すなわち、排出口（排気口）の構成は、丸孔と円筒部材の組み合わせに限定されるものではなく、たとえば、容器の内側に向かって径が小さくなるような円錐台形状の空間を形成する孔と、この孔に挿入可能な円錐台形状の部材とを含む排出口（排気口）であっても良く、円柱状の孔と、太鼓のように中央が膨らんだ挿入部材との組み合わせであっても良い。
【００６１】
いずれの場合においても、孔と部材との間の最も近接している部分のクリアランスが、排出口（排気口）からの排出量を決定する。したがって、第１の直径となる部分を含む孔と、第１の直径となる部分と対向する部分であって、第１の直径よりも小さい第２の直径となる部分とのクリアランスを制御することによって、排出口（排気口）から排出されるガスの量を決定することができる。
【００６２】
さらに、排出口（排気口）１３は、容器１０の上壁１１ではなく、周壁１７などに設けてもよい。また、排出口（排気口）は、開口（孔）のみによって形成してもよい。
【００６３】
ボールピックアップ装置１により１個単位で選別された微小ボールは、リペア目的ではなく、基板に導電性ボールを搭載するために利用しても良い。その他に、液晶ディスプレイを製造する際のスペーサ用のボールを搭載するため、微小ボールを用いた微細構造を含む製品を製造するためなどに、ピックアップ装置は適用可能である。
【００６４】
また、吸引管と容器との位置を変更するための移動装置は、容器と吸引管との相対位置を変化させるものであればよい。したがって、移動手段は、吸引管のみならず、容器を移動するものであっても良く、双方を移動するものであっても良い。また、容器と吸引管との位置を決める移動装置は、そのような動きを行なう専用の装置でも良く、上記例のようにボール搭載のためのボール搬送手段と兼用されていても良い。さらに、吸引管の移動を手動で行なうものであっても良い。
【００６５】
ボールピックアップ装置１および搭載装置９０の制御は、制御ユニット６０において、プログラムにより制御されているが、そのような制御用のプログラム（プログラム製品）は、ＲＯＭなどの適当な記録媒体に記録して提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】ボール搭載装置（リペア装置）の一例を示す側面図。
【図２】ボールピックアップ装置の一例を示す平面図。
【図３】吸引管の先端を容器の上壁（上部）の内面（露出面）に合わせた状態を、当該吸引管の先端近傍を拡大して示す断面図。
【図４】吸引管を引き上げている途中の状態を、当該吸引管の先端近傍を拡大して示す断面図。
【図５】排気口の近傍を示す縦断面図。
【図６】排気口の近傍を示す横断面図。
【図７】ボールピックアップ方法を含むボール搭載方法（リペア方法）の一例を説明するためのフローチャート。
【図８】図２に示したボールピックアップ装置の一部を、吸引管の先端を容器の上壁（上部）の内面（露出面）に合わせた状態で示す断面図。
【図９】図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図８に続き、ガスの吹き出しを開始した状態で示す断面図。
【図１０】図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図９に続き、ガスの吹き出しを停止した状態で示す断面図。
【図１１】図２に示したボールピックアップ装置の一部を、図１０に続き、吸引管を引き上げている途中の状態で示す断面図。
【符号の説明】
【００６７】
１    ボールピックアップ装置、  １０    容器
１１    上壁（上部）、  １１ａ    上壁の内面（上部の露出面）
１２    開口、  １３    排出口（排気口）
１５    丸孔（孔）、  １６    ピン（部材）
２０    吸引管、  ２０ａ    （吸引管の）先端
３０    移動装置（移動手段）
４０    ガス供給装置（気体供給手段）、  ４２    吹出ノズル
９０    リペア装置（ボール搭載装置）、  ９１    半導体ウエハ（基板）
９２    基板支持機構、  Ｂ    微小ボール
【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】
2007273936.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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