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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats. Im Besonderen umfasst die Vorrichtung
zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
eine Digitalkamera mit einem Objektiv und einem CCD-Chip, wobei das
Objektiv eine optische Achse definiert, die auf dem CCD-Chip senkrecht
steht. Ferner ist eine Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen, die über der Oberfläche des
Halbleitersubstrats angeordnet ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme eines Gesamtbildes
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats. Im besonderen betrifft die Erfindung
ein Verfahren zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer Oberfläche eines
Halbleitersubstrats, mit einer Digitalkamera mit einem Objektiv
und CCD-Chip, wobei das Objektiv eine optische Achse definiert,
die auf dem CCD-Chip senkrecht steht und mit einer Beleuchtungseinrichtung,
die über
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
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Im
Patent Abstracts of Japan; Publikationsnummer 10 284576 ist eine
Förderanordnung
für einen
Wafer offenbart. Unmittelbar über
dem Wafer ist eine CCD-Kamera angeordnet, mit der ein zweidimensionales
Bild des gesamten Wafers aufgenommen werden kann. Die optische Achse
der CCD- Kamera steht
senkrecht auf dem Wafer, was sich nachteilig auf die Bildaufnahme
auswirkt, da auch Reflexionen von der Waferoberfläche auf
den CCD-Chip abgebildet werden.
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Im
Patent Abstracts of Japan; Publikationsnummer 08 247957 ist eine
Vorrichtung zur Defekterkennung auf Wafern offenbart. Die Lichtquellen
sind derart angeordnet, dass eine schräge Beleuchtung der Waferoberfläche erfolgt.
Ebenso ist eine CCD-Kamera vorgesehen, die ein Bild des Wafers aufnimmt.
Auch hier ist die optische Achse der CCD-Kamera senkrecht zur Oberfläche des
Wafers angeordnet.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0 977 029 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Inspektion
von Mustern auf Halbleitersubstraten. Ein Beleuchtungssystem und
eine CCD-Kamera sind über
der Oberfläche
des Wafers angeordnet. Die Anordnung des Beleuchtungssystems und
der CCD-Kamera ist
derart, dass deren optischen Achsen in gleicher Weise gegenüber der
Normalen der Oberfläche
des Wafers geneigt sind. Die Aufnahme eines Übersichtsbildes der gesamten
Oberfläche
eines Wafers ist hier nicht vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der die Aufnahme eines Gesamtbildes einer Oberfläche eines
Halbleitersubstrats möglich
ist, ohne dass hierbei Reflexionen oder ungleichmäßige Beleuchtung
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats die Bildaufnahme negativ beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
ist ferner eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen,
mit dem das Gesamtbild eines Halbleitersubstrats aufgenommen werden
kann, ohne dass hierbei Reflexionen oder ungleichmäßige Beleuchtungsbedingungen
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats die Aufnahme stören.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
18 gelöst.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats eine Digitalkamera mit einem Objektiv
und einen CCD-Chip umfasst, und dass die optische Achse der Optik
der Digitalkamera mit der Oberfläche
des Halbleitersubstrats einen Winkel von kleiner als 90° einschließt. Es ist
besonders vorteilhaft, wenn der Winkel den die optische Achse mit
der Oberfläche
des Halbleitersubstrats einschließt zwischen 60° und 50° liegt. In
besonderer Weise ist es vorteilhaft, wenn der Winkel 52° beträgt. Hinter
dem Halbleitersubstrat ist gegenüber
der Beleuchtungseinrichtung ein Diffuserschirm angeordnet, der das Halbleitersubstrat
teilweise umgibt. Es ist eine erste Schiene vorgesehne, an der die
Digitalkamera und die Beleuchtungseinrichtung verstellbar angebracht sind.
Ferner ist eine zweite Schiene vorgesehen, an der der Diffuserschirm
verstellbar angebracht ist. Die Anordnung der Digitalkamera und
der Beleuchtungseinrichtung an der ersten Schiene ist derart, dass
die Digitalkamera über
der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist.
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Ferner
ist die Beleuchtungseinrichtung mit mehreren verstellbaren Blechen
versehen, die einen Abstrahlkegel der Beleuchtungseinrichtung festlegen,
der derart ausgestaltet ist, dass kein direktes Licht von der Beleuchtungseinrichtung
auf die Oberfläche
des Halbleitersubstrats fällt.
An der zweiten Schiene ist der Diffuserschirm angebracht, der die Form
eines Halbzylinders aufweist und das Halbleitersubstrat etwa zur
Hälfte
umgibt. Ebenso ist der Abstand des Diffuserschirms zum Rand des
Halbleitersubstrats veränderbar
ausgebildet.
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Das
Verfahren ist in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass zunächst das
Anordnen der optischen Achse des Objektivs der Digitalkamera derart erfolgt,
dass diese mit der Oberfläche
des Halbleitersubstrats einen Winkel kleiner als 90° einschließt. Danach
erfolgt das Verstellen der Beleuchtungseinrichtung mit mehreren
verstellbaren Blechen derart, dass durch die Beleuchtungseinrichtung
ein Abstrahlkegel festgelegt wird, sodass kein direktes Licht von
der Beleuchtungseinrichtung auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats
fällt.
Das mit der Digitalkamera aufgenommene Bild wird elektronisch derart
korrigiert, dass das Bild der Oberfläche des Halbleitersubstrats
auf einem Display dem Benutzer verzerrungsfrei dargestellt wird.
Der Benutzer kann auf dem verzerrungsfreien Gesamtbild der Oberfläche des
Halbleitersubstrats auf dem Display mit dem Cursor eine gewünschte Position
bzw. Messposition auswählen, an
der er eine genauere Untersuchung wünscht.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus der Vorrichtung zur Aufnahme
eines Gesamtbildes einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats;
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3 eine
Seitenansicht der Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer
Oberfläche
eines Halbleitersubstrats;
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4 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer
Oberfläche
eines Halbleitersubstrats;
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5 eine
vergrößerte Ansicht
der Beleuchtungseinrichtung für
die Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer Oberfläche eines
Halbleitersubstrats;
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6 eine
Ansicht der Vorrichtung zur Aufnahme eines Gesamtbildes einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
zusammen mit einem Rechner und einem Display; und
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7 eine
schematische Darstellung der Aufnahme der Oberfläche eines Halbleitersubstrats in
der verzerrten Form.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung 2 zur Aufnahme
eines gesamten Übersichtsbildes
einer Oberfläche 4 eines
Halbleitersubstrats 6. Das Halbleitersubstrat 6 ist
in der Regel ein Wafer und somit rund ausgebildet. Das Halbleitersubstrat
kann auch eine Maske oder ein Wafer mit einer Vielzahl von mikromechanischen
Bauteilen sein. Ist das Halbleitersubstrat 6 rund ausgebildet,
so definiert es einen Mittelpunkt 8, durch den eine auf
der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 senkrecht stehende Zentrumsachse 10 verläuft. Links
von der Zentrumsachse 10 ist ein CCD-Chip 12 einer
Digitalkamera 11 (siehe 2) angeordnet.
Auf der gleichen Seite ist unterhalb des CCD-Chips 12 eine
Beleuchtungseinrichtung 14 vorgesehen. Auf der rechten Seite
der Zentrumsachse 10 ist ein Diffuserschirm 16 angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 14 strahlt einen Lichtkegel 15 unter
einem Winkel β ab,
so dass dieser Lichtkegel 15 ausschließlich auf den Diffuserschirm 16 trifft.
Wie aus den nachfolgenden Figuren ersichtlich ist, ist vor dem CCD-Chip 12 ein
Objektiv 5 (siehe 3) vorgesehen,
das eine optische Achse 7 definiert. Die optische Achse 7 steht
auf dem CCD-Chip 12 der Digitalkamera 11 senkrecht.
Die Digitalkamera 11 ist derart angeordnet, dass die optische
Achse 7 durch den Mittelpunkt 8 des Halbleitersubstrats 6 verläuft und
mit der Oberfläche 4 des Halbleitersubstrats 6 einen
Winkel α einschließt. Der Winkel α ist dabei
kleiner als 90°.
In einer bevorzugten Ausführungsform
liegt der Winkel α zwischen
45° und
60°. Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Winkel α 52°. Der Winkel α, zwischen
der optischen Achse 7 und der Oberfläche 4 des Halbleitersubstrats 6,
ist immer derart bemessen, dass die Reflexion der optischen Achse 7 von
der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 immer auf den Diffuserschirm 16 trifft.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 2 zur Aufnahme
einer gesamten Oberfläche 4 eines
Halbleitersubstrats 6. An einer ersten Schiene 18 ist
die Digitalkamera 11 und die Beleuchtungseinrichtung 14 angebracht.
Dabei befindet sich die Digitalkamera 11 über der
Beleuchtungseinrichtung 14. Die Digitalkamera 11 und
die Beleuchtungseinrichtung 14 können an der ersten Schiene 18 entlang
eines Doppelpfeils 19 in deren Lage zueinander verändert werden.
Die Digitalkamera 11 besitzt ein Anschlusskabel 22, über das
die aufgenommenen Bilddaten an einen Computer 30 (siehe 6) weitergegeben
werden. Gegenüber
der Anordnung aus Digitalkamera 11 und Beleuchtungseinrichtung 14 ist der
Diffuserschirm 16 vorgesehen. Der Diffuserschirm 16 ist
an einer zweiten Schiene 20 entlang eines Doppelpfeils 21 verstellbar
angebracht. Der Diffuserschirm 16 ist im wesentlichen in
der Form eines Halbzylinders ausgebildet. Der Diffuserschirm 16 definiert
eine erste Vorderkante 16a und eine zweite Vorderkante 16b,
die in einem Halterahmen 23 befestigt sind. Ebenso definiert
der Diffuserschirm 16 ein oberes Kreissegment 16d und
ein unteres Kreissegment 16c. Am unteren Kreissegment 16c ist
eine Verstelleinheit 25 vorgesehen, um den Diffuserschirm 16 gegen
ein Stützelement 24 zu
drücken,
um dadurch eine bessere Formstabilität des Diffuserschirms 16 zu
erreichen.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Vorrichtung 2 zur Aufnahme eines
gesamten Bildes der Oberfläche 4 eines
Halbleitersubstrats 6. Die Digitalkamera 11 ist
mit einem Objektiv 5 versehen, das eine optische Achse 7 definiert.
Wie bereits erwähnt ist
die Digitalkamera 11 derart angeordnet, dass die optische
Achse durch den Mittelpunkt 8 des Halbleitersubstrats 6 verläuft. An
der ersten Schiene 18 ist die Digitalkamera 11 oberhalb
der Beleuchtungseinrichtung 14 angeordnet. Gegenüber der
ersten Schiene 18 ist eine zweite Schiene 20 vorgesehen, an
der der Diffuserschirm 16 verstellbar angebracht ist. Der
Diffuserschirm 16 ist an der zweiten Schiene 20 derart
angeordnet, dass sich das untere Kreissegment 16c des Diffuserschirms 16 über dem
Niveau der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 befindet.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf die Vorrichtung 2 zur Aufnahme eines
gesamten Übersichtsbildes
einer Oberfläche 4 eines
Halbleitersubstrats 6. In dieser Darstellung ist das Halbleitersubstrat 6 als eine
Scheibe ausgebildet. Der Diffuserschirm 16 zusammen mit
dem Halterahmen 23 umschließt das Halbleitersubstrat 6 etwa
zur Hälfte.
Wie bereits mehrfach beschrieben ist gegenüber dem Halbleitersubstrat 6 und
dem Diffuserschirm 16 ist die Digitalkamera 11 und
die Beleuchtungseinrichtung 14 angeordnet.
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5 zeigt
eine Ansicht der Beleuchtungseinrichtung 14. Die Beleuchtungseinrichtung 14 ist
an einer Halteschiene 29 befestigt, mit der sie der ersten Schiene 18 verschiebbar
befestigt wird. Die Beleuchtungseinrichtung 14 umfasst
einen Lampengrundkörper 31,
der die Lampe 32 trägt.
Am Lampengrundkörper 31 ist
ein unteres Blech 33, ein erstes Seitenblech 34,
ein zweites Seitenblech 35 und ein oberes Blech 36 befestigt.
In der in 5 gezeigten Darstellung ist
das obere Blech 36 weggelassen, um somit einen besseren
Eindruck vom Aufbau der Beleuchtungseinrichtung 14 zu erhalten.
Die Beleuchtungseinrichtung 14 definiert eine Zentrumsachse 40,
die die Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung 14 festlegt.
Das untere Blech 33, das erste Seitenblech 34,
das zweite Seitenblech 35 und das obere Blech 36 sind
jeweils mit Schrauben 37 am Lampengrundkörper 31 befestigt.
Das untere Blech 33, das erste Seitenblech 34,
das zweite Seitenblech 35 und das obere Blech 36 haben
jeweils mehrere Langlöcher 38 ausgebildet,
durch die die Schrauben 37 geführt sind. Durch Lösen der
Schrauben 37 kann jedes der Bleche 33, 34, 35 und 36 parallel
zur Zentrumsachse 40 verstellt werden. Durch diese Verstellung
ist es möglich
den von der Beleuchtungseinrichtung 14 ausgehenden Lichtkegel 15 entsprechend der
Bedingungen der Vorrichtung 2 zu gestalten und zu formen.
Das erste und das zweite Seitenblech 34 und 35 Weisen
jeweils einen abgewinkelten Bereich 26 auf, wobei die abgewinkelten
Bereiche 26 aufeinander zu weisen.
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6 zeigt
die 3 beschriebene Anordnung der Vorrichtung 2 in
Verbindung mit einem Computer 30. Die von der Kamera 11 aufgenommenen
Bilddaten werden über
ein Kabel 22 an den Computer 30 übertragen.
Das Bild der Oberfläche 4 des Halbleitersubstrats 6 wird
dem Benutzer auf einem Display 41 visualisiert. Über eine
Eingabeeinheit 44 kann der Benutzer eine definierte Stelle
auf der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 auswählen, um hier eine genauere
Untersuchung bzw. Messung durchzuführen. Das auf dem Display 41 dargestellte
Bild der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 ist verzerrungsfrei. Die Digitalkamera 11 nimmt
das Gesamtbild der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 mit einer Verzerrung auf. Diese Verzerrung
muss vor der Darstellung auf dem Display 41 korrigiert
werden. Hierzu ist im Computer 30 ein entsprechender Prozessor 42 vorgesehen.
Der Benutzer kann das verzerrungsfreie Bild der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats 6 in einem Speicher 43 des
Computers 30 ablegen. Obwohl sich die Beschreibung auf
einen Computer 30 allein bezieht, ist es für einen
Fachmann selbstverständlich,
dass der Prozessor 42 und der Speicher 43 auch
Teil eines gesamten Netzwerks in einer Fabrik für die Halbleiterherstellung
sein können.
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7 zeigt
die verzerrte Aufnahme der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 6.
Das Halbleitersubstrat 6 ist hier ein Wafer, auf dem mehrere Dyes 50 strukturiert
sind. Das verzerrte Bild der Oberfläche 4 des Halbleitersubstrats 6 wird
dem Benutzer auf dem Display 41 des Computers 30 dargestellt.
Für die
Transformation des verzerrt aufgenommenen Halbleitersubstrats 6 ist
es notwendig ein Viereck 51 zu bestimmen, das das verzerrte
Bild des Halbleitersubstrats 6 umschließt. Nach der Transformation
des verzerrten Bildes des Halbleitersubstrats in einen Kreis, der
einer Aufnahme durch eine Kamera entsprechen würde, die in der Zentrumsachse
des Halbleitersubstrats 6 angeordnet oder zumindest zu dieser
parallel ist. Das Viereck 51 wird durch eine untere Seite 51a,
eine obere Seite 51b, eine linke Seite 51c und
eine rechte Seite 51d definiert. Das Viereck 51 ist
in mehrere Gitterlinien unterteilt, von denen eine erste Gruppe 54 parallel
zu der linken Seite 51c und der rechten Seite 51d ausgerichtet
ist. Ferner ist eine zweite Gruppe 55 von Gitterlinien
vorgesehen, die parallel zur unteren Seite 51a und oberen
Seite 51b angeordnet sind. Auf dem Display 41 des
Computers 30 wird dem Benutzer das verzerrte Bild der Oberfläche 4 des
Halbleitersubstrats angezeigt. Der Benutzer passt dann das Viereck 51 derart
an das Halbleitersubstrat 6 an, dass die untere Seite 51a,
die obere Seite 51b, die linke Seite 51c und die
rechte Seite 51d das Halbleitersubstrat tangieren. Hierzu
ist das Viereck 51 mit mehreren Stützpunkten 52 versehen,
die entsprechend durch den Benutzer verändert werden können, um
eine Angleichung des Vierecks 51 an den äußeren Rand
des Halbleitersubstrats 6 zu erreichen. Ebenso können die
Gitterlinien der ersten Gruppe 54 und die Gitterlinien
der zweiten Gruppe 55 verschoben werden, damit diese parallel
zu den Strukturen des Wafers bzw. Halbleitersubstrats 6 liegen.
Die Transformation vom verzerrten Bild des Halbleitersubstrats 6 zu
einem nichtverzerrten Bild des Halbleitersubstrats 6 wird
dann im Computer 30 mittels einer Transformationsfunktion
durchgeführt. Diese
Transformationsfunktion kann der Intel-Image Processing Library
entnommen werden. Nach der erfolgten Transformation wird der Wafer
bzw. das Halbleitersubstrat derart auf dem Display 41 dargestellt als
wäre er
mit einer Digitalkamera 11 senkrecht und nicht verdreht
aufgenommen worden. Durch diese Transformation ist eine sehr genaue
(< 0,5 mm) Zuordnung
zwischen den Pixelkoordinaten des CCD-Chips und den Tischkoordinaten eines
Tisches 60 möglich
(siehe 3), auf dem das Halbleitersubstrat 6 aufgelegt
ist. Der Tisch 60 ist in zwei senkrecht zueinanderstehenden
Raumrichtungen, wie zum Beispiel X und Y, verschiebbar ausgebildet.
-
- 2
- Vorrichtung
- 4
- Oberfläche
- 5
-
- 6
- Halbleitersubstrat
- 7
- optische
Achse
- 8
- Mittelpunkt
- 10
- Zentrumsachse
- 11
- Digitalkamera
- 12
- CCD-Chip
- 14
- Beleuchtungseinrichtung
- 15
- Lichtkegel
- 16
- Diffuserschirm
- 16a
- erste
Vorderkante
- 16b
- zweite
Vorderkante
- 16c
- unteres
Kreissegment
- 16d
- oberes
Kreissegment
- 18
- erste
Schiene
- 19
- Doppelpfeil
- 20
- zweite
Schiene
- 21
- Doppelpfeil
- 22
- Anschlusskabel
- 23
- Halterahmen
- 24
- Stützelement
- 25
- Verstelleinheit
- 26
- abgewinkelter
Bereich
- 29
- Halteschiene
- 30
- Computer
- 31
- Lampengrundkörper
- 32
- Lampe
- 33
- unteres
Blech
- 34
- erstes
Seitenblech
- 35
- zweites
Seitenblech
- 36
- oberes
Blech
- 37
- Schrauben
- 38
- Langlöcher
- 39
- Abstrahlkegel
- 40
- Zentrumsachse
- 41
- Display
- 42
- Prozessor
- 43
- Speicher
- 50
- Dyes
- 51
- Viereck
- 51a
- untere
Seite
- 51b
- obere
Seite
- 51c
- linke
Seite
- 51d
- rechte
Seite
- 52
- Stützpunkte
- 54
- erste
Gruppe
- 55
- zweite
Gruppe
- 60
- Tisch