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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren für einen SiC-Ingot und eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DES IN BEZIEHUNG STEHENDEN STANDS DER TECHNIK
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Bauelemente, wie zum Beispiel integrierte Schaltkreise (ICs), Large Scale Integrations (LSIs) und Leuchtdioden (LEDs) werden durch Aufbringen einer funktionalen Schicht auf die Vorderseite eines aus Silizium (Si), Saphir (Al2O3) oder ähnlichem ausgebildeten Wafers und Unterteilung der funktionalen Schicht durch eine Vielzahl sich kreuzender Trennlinien (Straßen) ausgebildet. Darüber hinaus werden Leistungsbauelemente, LEDs und Ähnliches durch Stapeln einer Funktionsschicht auf einer vorderen Fläche eines aus Siliziumkarbid (SiC) ausgebildeten Wafers und Unterteilung der Funktionsschicht durch eine Vielzahl sich schneidender Straßen ausgebildet. Der mit den Bauelementen ausgebildete Wafer wird entlang der Straßen durch eine Schneidvorrichtung oder eine Laserbearbeitungsvorrichtung bearbeitet, um in einzelne Bauelementchips unterteilt zu werden, und die so unterteilten Bauelementchips werden für elektrische Vorrichtungen wie Mobiltelefone und Personalcomputer verwendet.
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Der mit den Bauelementen ausgebildete Wafer wird im Allgemeinen durch dünnes Schneiden eines zylindrischen Ingots mit einer Drahtsäge ausgebildet. Eine vordere Fläche und eine hintere Fläche des so geschnittenen Wafers werden so poliert, dass sie Spiegelflächen sind (siehe z. B. das
japanische Patent Nr. 2000-94221 ). Wenn jedoch der Ingot mit einer Drahtsäge geschnitten wird und die vordere Fläche und die hintere Fläche des so geschnittenen Wafers poliert werden, wird der größte Teil (70 % bis 80 %) des Ingots verworfen, was unwirtschaftlich ist. Insbesondere im Fall des SiC-Ingots ist der Ingot ziemlich hart, und es ist schwierig, den Ingot mit einer Drahtsäge zu schneiden. Dementsprechend lange dauert es, den Ingot zu schneiden, und die Produktivität ist gering. Außerdem ist der Stückpreis des Ingots hoch, und es gibt das Problem einer effizienten Herstellung von Wafern.
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In Anbetracht der vorstehenden Umstände hat der vorliegende Anmelder eine Technologie vorgeschlagen, bei der ein Laserstrahl mit einer solchen Wellenlänge, die durch SiC hindurchgeht, auf einen SiC-Ingot aufgebracht wird, wobei ein Brennpunkt des Laserstrahls innerhalb des SiC-Ingots positioniert ist, um ein Abziehband an einer geplanten Schnittebene auszubilden, und bei welcher der Wafer entlang der geplanten Schnittebene, die mit dem Abziehband ausgebildet ist, von dem SiC-Ingot abgezogen wird (siehe z. B. das
japanische Patent Nr. 2016-111143 ).
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Dotierungsmenge an Stickstoffatomen (N) wird in dem Wachstumsprozess des SiC-Ingots kontrolliert, und der elektrische Widerstandswert des SiC-Ingots wird innerhalb eines zulässigen Bereichs eingestellt. Der elektrische Widerstandswert des SiC-Ingots weist jedoch Schwankungen auf, auch wenn er innerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Daher besteht zum Zeitpunkt des Ausbildens des Abziehbands durch Aufbringen eines Laserstrahls auf den SiC-Ingot das Problem, dass ein ordnungsgemäßes Abziehband aufgrund der Schwankungen des elektrischen Widerstandswerts des SiC-Ingots nicht ausgebildet werden kann.
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Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein SiC-Ingot-Bearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, ein ordnungsgemäßes Abziehband in einem SiC-Ingot herzustellen.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines SiC-Ingots mit einer Endfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Widerstandswert-Messschritt zum Messen eines elektrischen Widerstandswerts der Endfläche des SiC-Ingots, einen Laserstrahl-Ausgabe-Einstellschritt zum Einstellen der Ausgabe eines Laserstrahls in Übereinstimmung mit dem in dem Widerstandswert-Messschritt gemessenen elektrischen Widerstandswert, einen Abziehband-Ausbildungsschritt, bei dem in dem Fall, in dem eine c-Ebene relativ zu der Endfläche des SiC-Ingots geneigt ist, und in dem Fall, in dem eine Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der ein Abweichungswinkel zwischen der Endfläche des SiC-Ingots und der c-Ebene ausgebildet ist, als eine X-Achsenrichtung festgelegt ist, während eine Richtung senkrecht zu der X-Achsenrichtung als eine Y-Achsenrichtung festgelegt ist, während ein Laserstrahl mit einer solchen Wellenlänge, die durch den SiC-Ingot hindurchgeht, mit einem Brennpunkt des Laserstrahls in einer Tiefe positioniert, die mit der Dicke eines auszubildenden Wafers korrespondiert, auf den SiC-Ingot aufgebracht wird, der SiC-Ingot und der Brennpunkt in einen relative Bearbeitungsvorschub in der X-Achsenrichtung gebracht werden, um ein bandförmiges Abziehband auszubilden, in dem sich ein Riss entlang der c-Ebene von einem Teil aus erstreckt, in dem SiC in Si und Kohlenstoff (C) getrennt ist, und einen Zustellschritt zum relativen Zustellen des SiC-Ingots und des Brennpunkts in der Y-Achsenrichtung umfasst, um die Abziehbänder in der Y-Achsenrichtung nebeneinander anzuordnen.
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Vorzugsweise wird vor dem Abziehband-Ausbildungsschritt ein Ausbildungsschritt einer flachen Fläche durch Schleifen der Endfläche des SiC-Ingots durchgeführt.
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In Übereinstimmung einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die ein Abziehband in einem SiC-Ingot ausbildet, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung einen Haltetisch, der den SiC-Ingot hält, und eine Laserstrahl-Aufbringeinheit einschließt, die, in dem Fall, in dem eine c-Ebene relativ zu einer Endfläche des SiC-Ingots, der von dem Haltetisch gehalten wird, geneigt ist, und in dem Fall, in dem eine Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der ein Abweichungswinkel zwischen der Endfläche des SiC-Ingots und der c-Ebene ausgebildet ist, als eine X-Achsenrichtung festgelegt ist, während eine Richtung senkrecht zu der X-Achsenrichtung als eine Y-Achsenrichtung festgelegt ist, einen Lichtkondensor zum Aufbringen eines Laserstrahls mit einer solchen Wellenlänge, dass sie durch den SiC-Ingot hindurch auf den SiC-Ingot übertragen wird, wobei ein Brennpunkt des Laserstrahls in einer Tiefe positioniert ist, die mit der Dicke eines auszubildenden Wafers korrespondiert, aufweist und ein bandförmiges Abziehband ausbildet, in dem sich ein Riss entlang der c-Ebene von einem Teil aus erstreckt, in dem SiC in Si und C getrennt ist, einen X-Achsen-Zuführmechanismus, der den Haltetisch und den Lichtkondensor in einen relative Bearbeitungsvorschub in der X-Achsenrichtung versetzt, einen Y-Achsen-Zuführmechanismus, der den Haltetisch und den Lichtkondensor in eine relative Zustellung in der Y-Achsenrichtung versetzt, und ein Widerstandswert-Messinstrument, das einen elektrischen Widerstandswert der Endfläche des SiC-Ingots misst.
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Vorzugsweise schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung eine Steuerungseinheit ein, welche die Leistungsausgabe des Laserstrahls in Übereinstimmung mit dem von dem Widerstandswert-Messinstrument gemessenen elektrischen Widerstandswert einstellt.
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In Übereinstimmung mit dem SiC-Ingot-Bearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann ein ordnungsgemäßes Abziehband in dem SiC-Ingot ausgebildet werden.
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In Übereinstimmung mit der Laserbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein ordnungsgemäßes Abziehband in dem SiC-Ingot ausgebildet werden.
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Weise ihrer Umsetzung werden durch ein Studium der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil des Aufbaus der in 1 veranschaulichten Laserbearbeitungsvorrichtung zeigt;
- 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand eines SiC-Ingots und der Pulsenergie eines Laserstrahls darstellt, um in dem SiC-Ingot ein ordnungsgemäßes Abziehband auszubilden;
- 4A ist eine Vorderansicht des SiC-Ingots;
- 4B ist eine Draufsicht auf den SiC-Ingot;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Ausbildungsschritt einer flachen Fläche durchgeführt wird;
- 6 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Widerstandswert-Messschritt ausgeführt wird;
- 7A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Abziehband-Ausbildungsschritt ausgeführt wird;
- 7B ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Abziehband-Ausbildungsschritt ausgeführt wird; und
- 8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Abziehschritt durchgeführt wird.
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AUSFÜHRLICHE ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bearbeitung von SiC-Ingots und einer Laserbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 eine bevorzugte Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eingerichteten Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben. Die Laserbearbeitungsvorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet wird, schließt eine Halteeinheit 4, die einen SiC-Ingot hält, und einen Lichtkondensor 6 ein, der einen Laserstrahl mit einer solchen Wellenlänge auf den SiC-Ingot aufbringt, dass er durch den SiC-Ingot hindurchgeht, wobei ein Brennpunkt des Laserstrahls in einer Tiefe positioniert ist, die mit der Dicke eines auszubildenden Wafers korrespondiert. Ferner schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 wenigstens eine Laserstrahl-Aufbringeinheit 8, die ein bandförmiges Abziehband ausbildet, in dem sich ein Riss entlang einer C-Ebene von einem Teil erstreckt, in dem SiC in Si und C getrennt wird, einen X-Achsen-Zuführmechanismus 10, der die Halteeinheit 4 und den Lichtkondensor 6 in einen relative Bearbeitungsvorschub in einer X-Achsen-Richtung bringt, einen Y-Achsen-Zuführmechanismus 12, der die Halteeinheit 4 und den Lichtkondensor 6 in einen relativen Zustellvorgang in einer Y-Achsen-Richtung versetzt, und ein Widerstandswert-Messinstrument 14 ein, das den elektrischen Widerstandswert einer Endfläche des SiC-Ingots misst. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform schließt ferner eine Steuerungseinheit 16 (siehe 2) ein, die die Ausgabe des Laserstrahls in Übereinstimmung mit dem elektrischen Widerstandswert einstellt, der von dem Widerstandswert-Messinstrument 14 gemessen wird. Es ist zu beachten, dass die X-Achsenrichtung eine Richtung ist, die durch einen Pfeil X in 1 angezeigt wird, und die Y-Achsenrichtung eine Richtung ist, die durch einen Pfeil Y in 1 angezeigt wird und die senkrecht zur X-Achsenrichtung ist. Eine durch die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung definierte Ebene ist im Wesentlichen horizontal.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Halteeinheit 4 eine in X-Achsenrichtung bewegliche Platte 20, die so auf einem Sockel 18 montiert ist, dass sie in X-Achsenrichtung beweglich ist, eine in Y-Achsenrichtung bewegliche Platte 22, die so auf der in X-Achsenrichtung beweglichen Platte 20 montiert ist, dass sie in Y-Achsenrichtung beweglich ist, einen kreisförmigen Haltetisch 24, der drehbar auf einer oberen Fläche der in Y-Achsenrichtung beweglichen Platte 22 montiert ist, und einen nicht dargestellten Haltetischmotor, der den Haltetisch 24 dreht.
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Die Laserstrahl-Aufbringeinheit 8 schließt ein Gehäuse 26 ein, das sich von einer oberen Fläche der Basis 18 nach oben und dann im Wesentlichen horizontal erstreckt. Wie in 2 dargestellt, sind in dem Gehäuse 26 ein Laseroszillator 28, der einen gepulsten Laser mit einer solchen Wellenlänge oszilliert, dass er durch den SiC-Ingot hindurchgeht, ein Dämpfungsglied 30, das die Ausgabe eines gepulsten Laserstrahls LB, der von dem Laseroszillator 28 emittiert wird, einstellt, und ein Spiegel 32, der den gepulsten Laserstrahl LB, dessen Ausgabe durch das Dämpfungsglied 30 eingestellt wurde, reflektiert, um den gepulsten Laserstrahl LB zu dem Lichtkondensor 6 zu leiten, eingebaut.
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Wie in 1 veranschaulicht, ist der Lichtkondensor 6 der Laserstrahl-Aufbringeinheit 8 an der Unterseite eines Kopfendes des Gehäuses 26 angebracht. Darüber hinaus schließt die Laserstrahl-Aufbringeinheit 8 einen nicht veranschaulichten Brennpunktposition-Einstellmechanismus ein. Es ist ausreichend, dass der Brennpunktposition-Einstellmechanismus beispielsweise eine Kugelspindel, die mit dem Lichtkondensor 6 verbunden ist und sich in vertikaler Richtung erstreckt, und einen Motor, der die Kugelspindel dreht, einschließt und so aufgebaut ist, dass er die Position des Brennpunkts des vom Laseroszillator 28 emittierten gepulsten Laserstrahls LB in der vertikalen Richtung einstellt.
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Für den Fall, dass eine c-Ebene relativ zur Endfläche des von der Halteeinheit 4 gehaltenen SiC-Ingots geneigt ist, und für den Fall, dass eine Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der ein Abweichungswinkel zwischen der Endfläche des SiC-Ingots und der c-Ebene ausgebildet ist, als X-Achsenrichtung festgelegt ist, während eine Richtung senkrecht zur X-Achsenrichtung als Y-Achsenrichtung festgelegt ist, der Lichtkondensor 6 so konfiguriert ist, dass er einen gepulsten Laserstrahl LB mit einer solchen Wellenlänge aufbringt, dass er durch den SiC-Ingot hindurch auf den SiC-Ingot übertragen wird, wobei ein Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls LB in einer Tiefe positioniert ist, die mit der Dicke eines auszubildenden Wafers korrespondiert.
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Wie in 1 dargestellt, ist eine Abbildungseinheit 34, die den von der Halteeinheit 4 gehaltenen SiC-Ingot abbildet, an einer unteren Fläche eines Kopfendes des Gehäuses 26 an einer in X-Achsenrichtung vom Lichtkondensor 6 beabstandeten Position angebracht. Darüber hinaus ist eine Anzeigeeinheit 36, die ein von der Abbildungseinheit 34 aufgenommenes Bild anzeigt, an einer oberen Fläche des Gehäuses 26 angeordnet.
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Der X-Achsen-Zuführmechanismus 10 weist eine Kugelumlaufspindel 38, die sich in X-Achsen-Richtung entlang der Oberseite der Basis 18 erstreckt, und einen Motor 40 auf, der die Kugelumlaufspindel 38 dreht. Ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt der Kugelspindel 38 ist mit der in X-Achsrichtung beweglichen Platte 20 verbunden. Der X-Achsen-Zuführmechanismus 10 wandelt eine Drehbewegung des Motors 40 in eine geradlinige Bewegung um und überträgt die geradlinige Bewegung über die Kugelumlaufspindel 38 auf die in X-Achsenrichtung bewegliche Platte 20, um dadurch die in X-Achsenrichtung bewegliche Platte 20 relativ zum Lichtkondensor 6 entlang von Führungsschienen 18a auf der Basis 18 in einen Bearbeitungsvorschub in X-Achsen-Richtung zu versetzen.
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Der Y-Achsen-Zuführmechanismus 12 weist eine Kugelumlaufspindel 42, die sich in Y-Achsenrichtung entlang einer oberen Fläche der in X-Achsenrichtung beweglichen Platte 20 erstreckt, und einen Motor 44 auf, der die Kugelumlaufspindel 42 dreht. Ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt der Kugelumlaufspindel 42 ist mit der in Y-Richtung beweglichen Platte 22 verbunden. Der Y-Achsen-Zuführmechanismus 12 wandelt eine Drehbewegung des Motors 44 in eine geradlinige Bewegung um und überträgt die geradlinige Bewegung über die Kugelspindel 42 auf die in Y-Achsenrichtung bewegliche Platte 22, um dadurch die in Y-Achsenrichtung bewegliche Platte 22 entlang von Führungsschienen 20a auf der in X-Achsenrichtung beweglichen Platte 20 relativ zum Lichtkondensor 6 in eine schrittweise Zustellung in Y-Achsenrichtung zu bringen.
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Wie in 1 veranschaulicht, ist das Widerstandswert-Messinstrument 14 an der Unterseite des Kopfendes des Gehäuses 26 an einer Position angebracht, die in Richtung der X-Achse von der Abbildungseinheit 34 beabstandet ist. Als Widerstandswert-Messinstrument 14 kann ein bekanntes Widerstandsmessinstrument in berührungsloser oder kontaktbehafteter Ausführung (z. B. „CE-80P-PN Wirbelstrom-Widerstandsmessinstrument (berührungslos)“, vertrieben von NAPSON CORPORATION) verwendet werden. Der vom Widerstandswert-Messinstrument 14 gemessene Wert kann der elektrische Widerstand (mΩ) oder der spezifische Widerstand (mQcm) sein. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem das Widerstandswert-Messinstrument 14 vom Kontakttyp ist, eine Hubeinheit zum Anheben und Absenken des Widerstandswert-Messinstruments 14 dem Gehäuse 26 hinzugefügt wird.
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Die Steuerungseinheit 16, die einen Computer enthält, schließt eine Central Processing Unit (CPU), die eine arithmetische Verarbeitung in Übereinstimmung mit einem Steuerungsprogramm durchführt, einen Read Only Memory (ROM), der das Steuerungsprogramm und Ähnliches speichert, und einen Readable/Writable Random Access Memory (RAM), der die Ergebnisse der arithmetischen Verarbeitung und Ähnliches speichert, die nicht veranschaulicht sind, ein. In dem Read Only Memory der Steuerungseinheit 16 ist beispielsweise eine Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand des SiC-Ingots und der Pulsenergie des Laserstrahls zur Ausbildung eines ordnungsgemäßen Abziehbands in dem SiC-Ingot, wie in 3 dargestellt, vorläufig gespeichert.
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In Bezug auf die in 3 dargestellte Beziehung wird beispielsweise in dem Fall, in dem der elektrische Widerstand der Endfläche des SiC-Ingots 22 mΩcm beträgt, ein ordnungsgemäßes Abziehband in dem SiC-Ingot ausgebildet, wenn die Pulsenergie des auf den SiC-Ingot aufgebrachten Laserstrahls 20 µJ beträgt. Wenn die Pulsenergie jedoch in dem Fall kleiner als 20 µJ ist, in dem der elektrische Widerstand 22 mΩcm beträgt, wachsen die Risse im Abziehband nicht ausreichend, und der Wafer kann nicht zuverlässig vom SiC-Ingot abgezogen werden. Andererseits, wenn die Impulsenergie in dem Fall größer als 20 uJ ist, in dem der elektrische Widerstand 22 mΩcm beträgt, und obwohl der Wafer mit dem Abziehband als Startpunkt in ordnungsgemäßer Weise von dem SiC-Ingot abgezogen werden kann, wachsen die Risse im Abziehband mehr als nötig, und die Schleifmengen zum Zeitpunkt des Schleifens der Abziehfläche des SiC-Ingots und der Abziehfläche des Wafers zu einem flachen Zustand nach dem Abziehen des Wafers vom SiC-Ingot nehmen zu, was zu einem Anstieg des Materialverlusts führt.
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Das Verhältnis zwischen dem elektrischen Widerstand des SiC-Ingots und der Pulsenergie des Laserstrahls zum Ausbilden eines ordnungsgemäßen Abziehbandes im SiC-Ingot, wie in 3 dargestellt, wird nach Bedarf, z. B. auf der Grundlage der Ergebnisse eines vorab durchgeführten Experiments, als ein Verhältnis eingestellt, mit dem der Wafer vom SiC-Ingot mit dem Abziehband als Startpunkt ordnungsgemäß abgezogen werden kann und der Materialverlust vergleichsweise gering ist.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist die Steuerungseinheit 16 elektrisch mit dem Widerstandswert-Messinstrument 14 verbunden, und ein Signal bezüglich des vom Widerstandswert-Messinstrument 14 gemessenen elektrischen Widerstandswertes wird vom Widerstandswert-Messinstrument 14 an die Steuerungseinheit 16 gesendet. Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit 16 auch elektrisch mit dem Dämpfer 30 der Laserstrahl-Aufbringeinheit 8 verbunden. Die Steuerungseinheit 16 steuert den Dämpfer 30 in Übereinstimmung mit dem vom Widerstandswert-Messinstrument 14 gesendeten elektrischen Widerstandswert, um dadurch die Leistung des gepulsten Laserstrahls LB so einzustellen, dass ein ordnungsgemäßes Abziehband in dem SiC-Ingot ausgebildet werden kann.
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Wie in 1 dargestellt, schließt die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform ferner eine Abzieheinheit 50, die den Wafer von dem SiC-Ingot mit dem Abziehband als Startpunkt abzieht, und eine Schleifeinheit 52 ein, die die Endfläche des SiC-Ingots schleift, sodass eine ebene Fläche ausgebildet wird.
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Die Abzieheinheit 50 schließt ein Gehäuse 54, das an einem Endabschnitt der Führungsschienen 18a an der Basis 18 angeordnet ist, einen Arm 56, der sich in der X-Achsen-Richtung von einem Basisende aus erstreckt, das von dem Gehäuse 54 in der Weise unterstützt wird, dass es nach oben und nach unten hebbar ist, und eine nicht veranschaulichte Armhubeinheit ein, die den Arm 56 nach oben und nach unten hebt. Es ist ausreichend, dass die Armhubeinheit eine mit dem Arm 56 verbundene, sich in vertikaler Richtung erstreckende Kugelspindel und einen Motor einschließt, der die Kugelspindel in Drehung versetzt. An einem Kopfende des Arms 56 ist zusätzlich ein Motor 58 vorgesehen, und mit einer Unterseite des Motors 58 ist ein Saugstück 60 um eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Achse drehbar verbunden. Das Saugstück 60 ist an seiner Unterseite mit mehreren nicht veranschaulichten Sauglöchern ausgebildet, und das Saugstück 60 ist mit einem nicht veranschaulichten Saugmittel verbunden. Außerdem ist in das Saugstück 60 eine nicht veranschaulichtes Ultraschallschwingungen-Aufbringmittel zum Aufbringen von Ultraschallschwingungen auf die untere Fläche in das Saugstück 60 eingebaut.
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Die Schleifeinheit 52 schließt eine mit dem Gehäuse 26 verbundene Montagewand 62, eine Hubplatte 64, die an einer einseitigen Fläche der Montagewand 62 so angebracht ist, dass sie nach oben und unten gehoben werden kann, und eine Hubeinheit 66 ein, die die Hubplatte 64 nach oben und unten hebt. Die Hubeinheit 66 schließt eine Kugelspindel 68, die sich in vertikaler Richtung entlang der einseitigen Fläche der Montagewand 62 erstreckt, und einen Motor 70 ein, der die Kugelspindel 68 in Drehung versetzt. Ein nicht veranschaulichter Mutterabschnitt der Kugelspindel 68 ist mit der Hubplatte 64 verbunden. In der Hubeinheit 66 wird eine Drehbewegung des Motors 70 in eine geradlinige Bewegung umgewandelt, und die geradlinige Bewegung wird über die Kugelspindel 68 auf die Hubplatte 64 übertragen, sodass die Hubplatte 64 entlang von Führungsschienen 62a, die zusätzlich an der einseitigen Fläche der Montagewand 62 vorgesehen sind, nach oben und unten gehoben wird.
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An einer einseitigen Fläche der Hubplatte 64 ist eine in Y-Achsrichtung projizierte Stützwand 72 befestigt. An der Stützwand 72 ist eine Spindel 74 um eine in vertikaler Richtung verlaufende Achse drehbar unterstützt, und ein Spindelmotor 76, der die Spindel 74 dreht, ist an einer oberen Fläche der Stützwand 72 angebracht. Bezugnehmend auf 5 in Verbindung mit 1 ist eine scheibenförmige Scheibenhalterung 78 an einem unteren Ende der Spindel 74 befestigt, und eine ringförmige Schleifscheibe 82 ist mit Bolzen 80 an einer unteren Fläche der Scheibenhalterung 78 befestigt. An einem äußeren Umfangsabschnitt einer Unterseite der Schleifscheibe 82 sind mehrere Schleifsteine 84 befestigt, die in einem ringförmigen Muster in Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind.
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4A zeigt einen zylindrischen SiC-Ingot 86, der aus SiC ausgebildet ist. Der SiC-Ingot 86 weist eine kreisförmige erste Endfläche 88, eine kreisförmige zweite Endfläche 90 auf der der ersten Endfläche 88 gegenüberliegenden Seite, eine Umfangsfläche 92, die sich zwischen der ersten Endfläche 88 und der zweiten Endfläche 90 befindet, eine c-Achse (<0001>-Richtung), die sich von der ersten Endfläche 88 zu der zweiten Endfläche 90 erstreckt, und eine c-Ebene ({0001}-Ebene) senkrecht zu der c-Achse auf.
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In dem SiC-Ingot 86 ist die c-Ebene relativ zur ersten Endfläche 88 geneigt (die c-Achse ist zu einer Senkrechten 94 der ersten Endfläche 88 geneigt), und zwischen der ersten Endfläche 88 und der c-Ebene ist ein Abweichungswinkel α (z. B. α = 1°, 3° oder 6°) ausgebildet. Die Richtung, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, ist in den 4A und 4B durch einen Pfeil A gekennzeichnet. Darüber hinaus ist die Umfangsfläche 92 des SiC-Ingots 86 mit einer ersten Ausrichtungsebene 96 und einer zweiten Ausrichtungsebene 98 ausgebildet, die beide rechteckig sind und die Kristallorientierung angeben. Die erste Ausrichtungsebene 96 ist parallel zu einer Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, und die zweite Ausrichtungsebene 98 ist senkrecht zu der Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist. Wie in 4B dargestellt, ist in der Draufsicht eine Länge L2 der zweiten Ausrichtungsebene 98 kürzer als eine Länge L1 der ersten Ausrichtungsebene 96 (L2 < L1).
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Als Nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform des SiC-Ingot-Bearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hier wird das SiC-Ingot-Bearbeitungsverfahren unter Verwendung der oben genannten Laserbearbeitungsvorrichtung 2 beschrieben. Bei dem SiC-Ingot-Bearbeitungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst der SiC-Ingot 86 mit der zweiten Endfläche 90 nach unten gerichtet an einer oberen Fläche des Haltetisches 24 durch ein Haftmittel (z.B. ein Epoxidharz-Haftmittel) nach Bedarf fixiert. Es ist zu beachten, dass die obere Fläche des Haltetischs 24 mit mehreren Sauglöchern ausgebildet sein kann und dass der SiC-Ingot 86 durch Erzeugung einer Saugwirkung an der oberen Fläche des Haltetischs 24 gehalten werden kann.
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Nachdem der SiC-Ingot 86 auf dem Haltetisch 24 fixiert wurde, wird ein Schritt zum Ausbilden einer flachen Fläche ausgeführt, bei dem eine Endfläche des SiC-Ingots 86 geschliffen wird, um eine flache Fläche auszubilden, es sei denn, die Endfläche des SiC-Ingots 86 ist vorher flach ausgebildet.
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In dem Ausbildungsschritt einer flachen Fläche wird zunächst der Haltetisch 24 durch den X-Achsen-Zuführmechanismus 10 unter der Schleifscheibe 82 der Schleifeinheit 52 positioniert. Als Nächstes wird der Haltetisch 24, wie in 5 dargestellt, durch den Haltetischmotor mit einer vorbestimmten Drehzahl (z. B. 300 U/min) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Zusätzlich wird die Spindel 74 durch den Spindelmotor 76 mit einer vorgegebenen Drehzahl (z. B. 6.000 U/min) von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Anschließend wird die Spindel 74 durch die Hubeinheit 66 abgesenkt, um die Schleifsteine 84 in Kontakt mit der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 zu bringen. Danach wird die Spindel 74 mit einer vorgegebenen Schleifvorschubgeschwindigkeit (z. B. 0,1 µm/s) abgesenkt. Dadurch kann die erste Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 so geschliffen werden, dass zu so einem Ausmaß eine ebene Fläche ausgebildet wird, die den Einfall eines Laserstrahls nicht behindert.
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Nachdem der Ausbildungsschritt einer flachen Fläche durchgeführt wurde, wird ein Widerstandswert-Messschritt zum Messen des elektrischen Widerstandswerts der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 durchgeführt. Im Widerstandswertmessschritt wird zunächst der Haltetisch 24 durch den X-Achsen-Zuführmechanismus 10 unter dem Widerstandswert-Messinstrument 14 positioniert, und die erste Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 wird dazu gebracht, dem Widerstandswert-Messinstrument 14 zugewandt zu sein, wie in 6 veranschaulicht. Anschließend wird der elektrische Widerstandswert der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 durch das Widerstandswert-Messinstrument 14 gemessen. Dann wird ein Signal bezüglich des vom Widerstandswert-Messinstrument 14 gemessenen elektrischen Widerstandswerts an die Steuerungseinheit 16 gesendet. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem das Widerstandswert-Messinstrument 14 vom Kontakttyp ist, nachdem die erste Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 dazu gebracht wurde, dass sie dem Widerstandswert-Messinstrument 14 zugewandt ist, das Widerstandswert-Messinstrument 14 durch die Hubeinheit abgesenkt wird, um eine nicht veranschaulichte Messsonde des Widerstandswert-Messinstruments 14 in Kontakt mit der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 zu bringen, und der elektrische Widerstandswert der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 gemessen wird.
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Nachdem der Widerstandswert-Messschritt durchgeführt wurde, wird ein Schritt zur Einstellung der Laserstrahlleistung ausgeführt, bei dem die Leistung des Laserstrahls entsprechend dem im Widerstandswert-Messschritt gemessenen elektrischen Widerstandswert eingestellt wird. In dem Laserstrahl-Ausgabe-Einstellschritt wird, basierend auf der Übereinstimmung (z. B. der in 3 dargestellten Übereinstimmung) zwischen dem elektrischen Widerstandswert des SiC-Ingots 86 und der Pulsenergie des Laserstrahls LB, der Dämpfer 30 der Laserstrahl-Aufbringeinheit 8 durch die Steuerungseinheit 16 in Übereinstimmung mit dem vom Widerstandswert-Messinstrument 14 gesendeten elektrischen Widerstandswert gesteuert, um dadurch die Ausgabe des gepulsten Laserstrahls LB einzustellen, der auf den SiC-Ingot 86 aufgebracht werden soll.
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Nachdem der Laserstrahlausgabe-Einstellschritt durchgeführt wurde, wird in dem Fall, in dem die c-Ebene relativ zu der Endfläche des SiC-Ingots 86 geneigt ist, und in dem Fall, in dem die Richtung senkrecht zu der Richtung A, in welcher der Abweichungswinkel α zwischen der Endfläche des SiC-Ingots 86 und der c-Ebene ausgebildet ist, als die X-Achsenrichtungen festgelegt ist, während die Richtung senkrecht zu der X-Achsenrichtung als die Y-Achsenrichtung festgelegt ist, ein Abziehband-Ausbildungsschritt durchgeführt, in dem, während ein gepulster Laserstrahl LB mit einer solchen Wellenlänge, dass er durch den SiC-Ingot 86 hindurchgeht, auf den SiC-Ingot 86 aufgebracht wird, wobei der Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls LB in einer Tiefe positioniert ist, die mit der Dicke eines auszubildenden Wafers korrespondiert, der SiC-Ingot 86 und der Brennpunkt in einen relative Bearbeitungsvorschub in der X-Achsenrichtung gebracht werden, um ein bandförmiges Abziehband auszubilden, in dem sich ein Riss entlang der c-Ebene von einem Teil aus erstreckt, in dem das SiC in Si und C getrennt ist.
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In dem Abziehband-Ausbildungsschritt wird der SiC-Ingot 86 zunächst von der Abbildungseinheit 34 von oben abgebildet. Als Nächstes wird der Haltetisch 24 auf der Grundlage des von der Bildgebungseinheit 34 aufgenommenen Bilds des SiC-Ingots 86 durch den X-Achsen-Zuführungsmechanismus 10, den Y-Achsen-Zuführungsmechanismus 12 und den Haltetischmotor so bewegt und gedreht, dass die Ausrichtung des SiC-Ingots 86 auf eine vorbestimmte Ausrichtung eingestellt wird und dass die Positionen des SiC-Ingots 86 und des Lichtkondensors 6 auf einer XY-Ebene eingestellt werden. Zum Zeitpunkt der Einstellung der Ausrichtung des SiC-Ingots 86 auf die vorbestimmte Ausrichtung, wird die zweite Ausrichtungsebene 98, wie in 7A dargestellt an die X-Achsenrichtung angepasst, sodass die Richtung senkrecht zu der Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, und die X-Achsenrichtung miteinander übereinstimmen, und die Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, und die Y-Achsenrichtung aneinander angepasst sind.
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Als Nächstes wird der Lichtkondensor 6 durch den Brennpunktposition-Einstellmechanismus nach oben und unten gehoben, sodass ein Brennpunkt FP (siehe 7B) des gepulsten Laserstrahls LB von der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 aus in einer Tiefe positioniert wird, die mit der Dicke des auszubildenden Wafers korrespondiert. Anschließend wird, während der Haltetisch 24 in einen Bearbeitungsvorschub in der X-Achsen-Richtung versetzt ist, die mit der Richtung senkrecht zur Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, übereinstimmt, mit einer vorbestimmten Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit durch den X-Achsen-Zuführmechanismus 10 gebracht wird, ein gepulster Laserstrahl LB mit einer solchen Wellenlänge, dass er durch den SiC-Ingot 86 hindurchgeht, vom Lichtkondensor 6 auf den SiC-Ingot 86 aufgebracht. Als Ergebnis wird, wie in 7B dargestellt, SiC durch Aufbringen des gepulsten Laserstrahls LB in Si und C getrennt, und der als Nächstes aufgebrachte gepulste Laserstrahl LB wird in dem zuvor ausgebildeten C absorbiert, sodass SiC in einer Kettenreaktion in Si und C getrennt wird. Außerdem ist in der X-Achsen-Richtung ein Abziehband 104 ausgebildet, in dem sich Risse 102 entlang der C-Ebene von einem Teil 100 erstrecken, in dem SiC in Si und C getrennt ist.
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Ein solcher Abziehband-Ausbildungsschritt kann z. B. unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die unten beschriebene Defokussierung der Bewegungsumfang ist, wenn der Lichtkondensor 6 aus einem Zustand, in dem der Brennpunkt FP des gepulsten Laserstrahls LB an der oberen Fläche des SiC-Ingots 86 positioniert ist, in Richtung der oberen Fläche des SiC-Ingots 86 bewegt wird.
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Elektrischer Widerstandswert des SiC-Ingots: 16 bis 22 mΩcm
- Pulsenergie des Laserstrahls: 20 bis 180 µJ Wellenlänge: 1.064 nm
- Mittlere Ausgabeeistung: 0,6 bis 5,4 W
- Wiederholfrequenz: 30 kHz
- Pulsbreite: 3 ns
- Bearbeitungsvorschub: 165 mm/s
- Defokussierung: 188 µm
- Position des Abziehbandes von der oberen Fläche des SiC-Ingots: 500 µm
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Als Nächstes wird ein Zustellschritt ausgeführt, bei dem der SiC-Ingot 86 und der Brennpunkt FP in einen relativen Zustellvorgang in der Y-Achsenrichtung versetzt werden, um die Abziehbänder 104 in Y-Achsenrichtung nebeneinander anzuordnen. Bei dem Zustellschritt wird der Haltetisch 24 durch den Y-Achsen-Zuführmechanismus 12 so bewegt, dass der SiC-Ingot 86 in der Y-Achsen-Richtung, die mit der Richtung A, in der der Abweichungswinkel α ausgebildet ist, übereinstimmt, in einem schrittweisen Zustellvorgang relativ zum Brennpunkt FP um einen vorgegebenen Zustellbetrag Li versetzt wird.
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Dann werden der Abziehband-Ausbildungsschritt und der oben beschriebene Zustellschritt abwechselnd wiederholt, sodass die sich in der X-Achsenrichtung erstreckenden Abziehbänder 104, wie in 7B dargestellt, in Abständen des vorbestimmten Zustellbetrages Li in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet werden. Es ist zu beachten, dass die Zustellmenge Li in einem solchen Bereich eingestellt ist, dass sie die Breite der Risse 102 nicht überschreitet, und dass die Risse 102 in den Abziehbändern 104, die in Y-Achsen-Richtung nebeneinander liegen, so hergestellt sind, dass sie sich in vertikaler Richtung gesehen überlappen, sodass das Abziehen des Wafers in dem unten beschriebenen Abziehschritt erleichtert wird.
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Nachdem mehrere Abziehbänder 104 im Inneren des SiC-Ingots 86 ausgebildet sind (in einer Tiefe, die mit der Dicke des auszubildenden Wafers korrespondiert), wird ein Abziehschritt zum Abziehen des Wafers vom SiC-Ingot 86 mit den Abziehbändern 104 als Startpunkte durchgeführt.
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Im Abziehschritt wird zunächst der Haltetisch 24 durch den X-Achsen-Zuführmechanismus 10 unter dem Saugstück 60 der Abzieheinheit 50 positioniert. Als Nächstes wird der Arm 56 durch die Armhubeinheit abgesenkt, um die untere Fläche des Saugstücks 60, wie in 8 dargestellt, in engen Kontakt mit der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 zu bringen. Anschließend wird das Saugmittel betätigt, um die untere Fläche des Saugstücks 60 an der ersten Endfläche 88 des SiC-Ingots 86 anzubringen. Als Nächstes wird das Mittel zum Aufbringen von Ultraschallschwingungen betätigt, um Ultraschallschwingungen auf die untere Fläche des Saugstücks 60 aufzubringen, und das Saugstück 60 wird durch den Motor 58 gedreht. Infolgedessen kann ein Wafer 106 mit den Abziehbändern 104 als Startpunkten abgezogen werden.
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Nach der Durchführung des Abziehschritts werden der Ausbildungsschritt einer flachen Fläche, der Widerstandswert-Messschritt, der Laserausgabe-Einstellschritt, der Abziehband-Ausbildungsschritt, der Zustellschritt und der oben beschriebene Abziehschritt wiederholt, sodass mehrere Wafer 106 aus dem SiC-Ingot 86 ausgebildet werden können.
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Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der elektrische Widerstandswert der Endfläche des SiC-Ingots 86 gemessen, und die Ausgabe des gepulsten Laserstrahls LB wird in Übereinstimmung mit dem gemessenen elektrischen Widerstandswert eingestellt, sodass ordnungsgemäße Abziehbänder 104 in dem SiC-Ingot 86 ausgebildet werden können.
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Es ist zu beachten, dass, während ein Beispiel, bei dem der Wafer 106 aus dem SiC-Ingot 86 durch Ausbilden der Abziehbänder 104 in dem SiC-Ingot 86 ausgebildet ist, oben beschrieben wurde, bei der vorliegenden Erfindung ein Abziehband in dem SiC-Wafer ausgebildet sein kann, und beispielsweise eine Schicht des SiC-Wafers mit einer Dicke von etwa 1 mm in zwei Schichten von SiC-Wafern mit einer Dicke von etwa 0,5 mm geteilt werden kann. In diesem Fall korrespondiert die eine Schicht des SiC-Wafers vor der Trennung mit dem SiC der vorliegenden Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und alle Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind daher von der Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000094221 [0003]
- JP 2016111143 [0004]
