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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die elektrochemische
Behandlung einer Oberfläche
eines Substrats, das zur Herstellung von Mikrostrukturbauelementen
verwendet wird, etwa von Schaltungselementen integrierter Schaltungen
unter Anwendung eines Reaktors und einer bewegbaren Elektrodenanordnung
oder Fluidapplikationsanordnung, wobei die zu behandelnde Oberfläche in einer linearen
Bewegung abgetastet wird.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
vielen technischen Gebieten ist die elektrochemische Behandlung
einer Substratoberfläche, etwa
das Abscheiden von Metallschichten auf und/oder das Entfernen von
Metall von der Substratoberfläche
eine häufig
eingesetzte Technik. Beispielsweise hat sich zum effizienten Abscheiden
relativ dicker Metallschichten auf einer Substratoberfläche das
Plattieren in Form des Elektroplattierens oder stromlosen Plattierens
als eine geeignete und kosteneffiziente Technik erwiesen, und somit
wurde das Elektroplattieren ein attraktives Abscheideverfahren in
der Halbleiterindustrie. In ähnlicher
Weise wird das Entfernen von Metall von freiliegenden Substratoberflächen häufig auf
der Grundlage einer elektrochemischen Behandlung ausgeführt, was
auch als elektrochemisches Ätzen
bezeichnet wird.
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Im
Allgemeinen kann das elektrochemische Abscheiden oder das Entfernen
von Metallen, etwa das Elektroplattieren oder das elektrochemische Ätzen, auf
der Grundlage eines geeigneten Elektrolyts bewerkstelligt werden,
das entsprechende Metallionen enthält, die an der Substratoberfläche elektrisch neutralisiert
werden, die als die Kathode dient, wodurch sich das Abscheiden von
Metallatomen auf der elektrisch negativen Oberfläche ergibt. Die abgeschiedene
Metallmenge ist proportional zum Stromfluss durch das Elektrolyt
entsprechend dem Faradayschen Gesetz. In ähnlicher Weise kann während des
elektrochemischen Ätzens
die Substratoberfläche
als eine Verbrauchsanode dienen, wobei das Metall der Substratoberfläche, die
mit der Elektrolytlösung
in Kontakt ist, ionisiert wird und in Lösung geht. Abhängig von
der Chemie des Metalls und des Salzes in der Lösung scheiden sich die entsprechenden
Metallionen auf einer entsprechenden Kathode ab, wie dies zuvor für das elektrochemische
Abscheiden beschrieben ist oder diese fallen als Niederschlag aus
oder bleiben in Lösung.
Während
der vergangenen Jahre wurde Kupfer ein bevorzugter Kandidat bei
der Herstellung von Metallisierungsschichten in modernen integrierten
Schaltungen auf Grund der überlegenen
Eigenschaften des Kupfers und der Kupferlegierungen in Bezug auf
die Leitfähigkeit
und die Widerstandsfähigkeit
gegen Elektromigration im Vergleich zu beispielsweise dem häufig eingesetzten Aluminium.
Da Kupfer nicht effizient durch physikalisches Dampfabscheiden,
beispielsweise durch Sputter-Abscheidung, mit einer Schichtdicke
in der Größenordnung
von 1 μm
und mehr abgeschieden werden kann, wird gegenwärtig das Elektroplattieren
von Kupfer und Kupferlegierungen als bevorzugtes Abscheidevahren
bei der Herstellung von Metallisierungsschichten eingesetzt. Durch
Anwendung des Kupfer-Damaszener-Verfahrens, d. h. das Ausbilden von
Metallisierungsschichten durch Füllen
von Kontaktlöchern
und Gräben,
die zuvor in einer dielektrischen Schicht strukturiert werden, mit
Metall auf der Grundlage eines elektrochemischen Abscheideprozesses,
wurde viel Erfahrung auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung in
Bezug auf elektrochemische Prozesse und Chemikalien gewonnen. Es
wurde erkannt, dass die elektrochemischen Prozesse die Fähigkeit
besitzen, dass sie bei vielen anderen Gelegenheiten auf dem Gebiet
der Halbleiterherstellung angewendet werden können. Somit können zusätzlich zur
Metallabscheidung unter Anwendung elektrolytischer oder stromloser
Prozesse das elektrochemische Ätzen,
elektrophoretische Abscheidung, Anodisieren, das Elektropolieren,
und dergleichen ebenso in diversen Fertigungsphasen eingesetzt werden.
Im Allgemeinen kann das elektrochemische Abscheiden in eine Abscheidung „durch
Maske" und in eine
ganzflächige
Abscheidung unterteilt werden, wobei jedes Schema entsprechende
elektrochemische Prozessanlagen und Strategien erfordert. Zum Beispiel
ist das Kupfer-Damaszener-Schema eines der gegenwärtig wichtigsten
ganzflächigen
Abscheideverfahren, in denen das Metall ganzflächtig über einer strukturierten Oberfläche abgeschieden
wird, wobei nach dem Abscheiden überschüssiges Material
auf der Grundlage von Einebnungsverfahren, etwa CMP (chemisch-mechanisches
Polieren), Elektroätzen und
dergleichen entfernt wird, um damit die isolierten Metallgebiete
bereitzustellen. Ein typischer Prozess, der das Abscheiden durch
Maske repräsentiert,
ist die für
die Einbringung eines Chips in ein Gehäuse erforderliche elektrochemische
Abscheidung. Der Prozess zur Herstellung von Lothöckern für das direkte
Verbinden der Lothöcker
mit entsprechenden Lotflächen
auf einem Trägermaterial
gewinnt immer mehr an Bedeutung auf Grund der Vorteile, die durch diese
Gehäusetechnik
geboten werden. Beispielsweise kann eine erhöhte Eingangs/Ausgangs-Kapazität für die gleiche
Chipfläche
im Vergleich zum Drahtbonden erreicht werden, bei dem die Bondflächen im
Wesentlichen auf den Rand des Chips beschränkt sind. Die Lothöcker werden
typischerweise auf einem geeigneten Metallisierungsschichtstapel gebildet,
der manchmal auch als Höckerunterseitenmetallisierung
bezeichnet wird, die für
die gewünschte
Haftung elektrischen Eigenschaften während des Abscheideprozesses
und während
des Betriebs des Bauelements sorgt. Z. B. werden Titan und Wolfram häufig in
Verbindung mit Kupfer und Chrom für Höckerunterseitenmetallisierungsschichten
verwendet, wobei eine im Wesentlichen reine Kupferschicht als die
letzte Schicht vorgesehen wird, auf der das Lotmaterial abgeschieden
werden kann, um damit eine äußerst stabile
intermetallische Verbindung beim Aufschmelzen des abgeschiedenen
Lotmaterials zu bilden. Während
der elektronischchemischen Abscheidung des Lotmaterials dient die
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
auch als eine Stromverteilungsschicht und eine Saatschicht für die geeignete Ingangsetzung
des elektrochemischen Prozesses. Durch Herstellen einer Abscheidemaske,
etwa einer Lackmaske, kann das Abscheiden des Lotmaterials auf gut
definierte Bereiche auf der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
beschränkt
werden, wodurch auch die lateralen Abmessungen der Lothöcker definiert
werden. Nach der elektrochemischen Abscheidung des Lotmaterials
muss die zusammenhängende
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht von
entsprechenden Stellen entfernt werden, um damit die elektrisch
isolierten Lothöcker
zu schaffen. Zu diesem Zweck können
die kupferbasierten Metalle der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
effizient auf der Grundlage elektrochemischer Ätzverfahren entfernt werden,
während
die Haftschicht, etwa die Titan/Wolframschicht anspruchsvolle nasschemische
und/oder trockenchemische Ätzverfahren
erfordert.
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Das
elektrochemische Entfernen des Kupfermaterials oder anderer Saatschichten
ist u. a. ein wichtiger Aspekt, der die schließlich erreichte Gleichmäßigkeit
der Lotkugeln nach dem Aufschmelzen der Lothöcker bestimmt. Während des
Aufschmelzprozesses definiert das kupferbasierte Material, das nach
dem elektrochemischen Ätzen
beibehalten wurde, eine Insel aus benetzendem Material für das flüssige Lotmaterial,
wodurch auch die laterale Abmessung und damit die Höhe der Lotkugel
sowie das Ausmaß an
Haftung bestimmt werden. D. h., während des Aufschmelzprozesses
ergibt das geschmolzene Lotmaterial eine metallische Verbindung
mit der kupferbasierten Benetzungsoberfläche, wobei der entsprechende
Prozess im Wesentlichen auf den Bereich der benetzenden Oberfläche beschränkt ist, wodurch
eine Lotkugel, die fest mit der benetzenden Oberfläche verbunden
ist, mit einer im Wesentlichen runden Form außerhalb der benetzenden Oberfläche geschaffen wird,
was durch Schwerkraft und die Oberflächenspannung des geschmolzenen
Lotmaterials bewirkt wird. Somit erfordert eine genaue Definition
der lateralen Abmessung der benetzenden Oberfläche während des elektrochemischen Ätzprozesses
eine präzise
und gleichmäßige Unterätzung" während des Ätzprozesses,
wobei der Lothöcker
als eine Ätzmaske
dient.
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Somit
erfordert das selektive Entfernen der einen oder mehreren Saatschichten
der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
eine genaue Steuerung der Gleichmäßigkeit der Abtragsrate innerhalb einzelner
Substrate und über
viele Substrate hinweg, um damit eine zuverlässige elektrische Verbindung der
Lotkugeln mit entsprechenden Anschlussflächen eines Gehäuses während der
Einbringung in ein Gehäuse
zu erhalten, da bereits der Ausfall einer einzelnen Verbindung einer
Lotkugel mit einer Anschlussfläche
von hunderten oder tausenden von Verbindungen zu einem nicht funktionierenden
Bauteil führen kann.
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Eine
spezielle Art einer elektrochemischen Ätzanlage ist ein Reaktor, in
welchem Elektrolytstrahlen und eine Abtast- bzw. eine bewegbare
Kathode mit definierten lateralen Abmessungen verwendet werden,
die relativ zur Substratoberfläche
bewegt wird, wodurch die Steuerung der Abtragsrate verbessert wird.
Es wurde erkannt, dass das gleichzeitige Entfernen von Material
der leitenden Saatschicht über
die gesamte Substratoberfläche
hinweg zur ausgeprägten
Prozessungleichmäßigkeiten
führen kann,
da Schichtbereiche, die näher
an der Stromquelle angeordnet sind, effizienter entfernt werden
im Vergleich zu entfernteren Schichtbereichen, wodurch möglicherweise
die entfernteren Bereiche isoliert und damit von dem erforderlichen
Stromfluss abgeschnitten werden, bevor diese Schichtbereiche vollständig entfernt
werden. Durch Abtasten bzw. Führen
einer Kathode mit kleineren Abmessungen über das Substrat hinweg, während eine
Elektrolytlosung in den Spalt, der zwischen der abtastenden Kathode
und der zu ätzenden
Oberfläche
gebildet wird, zugeführt wird,
können
gut definierte Prozessbedingungen lokal auf der Grundlage der Spaltbreite,
der Abtastgeschwindigkeit, der Prozessspannung oder dem Strom und
dergleichen eingestellt werden, wobei der lokal beschränkte Prozessbereich
für eine
verbesserte Gleichmäßigkeit,
eine geringere Stromkapazität für die Stromquelle,
eine erhöhte
Prozessflexibilität und
dergleichen sorgt, da beispielsweise die Abtastgeschwindigkeit als
ein effizienter Prozessparameter zum Einstellen der Gesamtprozesseffizienz
des elektrochemischen Ätzprozesses
verwendet werden kann.
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Beispielsweise
wird in einigen Systemen für das
elektrochemische Ätzen
ein im Wesentlichen rechteckiger Ätzbalken oder eine Schaufel
in linearer Bewegung über
die zu ätzende
Substratoberfläche geführt, die
in einem geeigneten Substrathalter so montiert ist, dass sie nach
unten in einen Behälter zeigt,
der Elektrolytlösung
aufnimmt, die dem Oberflächenbereich
mittels entsprechender Öffnungen
zugeführt
wird, die in der bewegbaren Kathode vorgesehen sind. Die Kathode
ist an einer Antriebsanordnung angebracht, die in einigen verfügbaren Systemen
zwei Linearmotoren aufweist, die entsprechend an einer Seite des
Elektrolytbehälters
ausgebildet sind und den linearen Abtastweg definieren. Die Linearmotoren
mit magnetischen Schienen sind mit einer gemeinsamen Ansteuerung
verbunden, um damit einen synchronen Betrieb der Motoren zu erreichen, der
für eine
steuerbare und gleichmäßige Bewegung des Ätzbalkens
entlang des Abtastweges erforderlich ist. Während des Betriebs konventioneller
Systeme, etwa wie es zuvor beschrieben ist, können die mechanischen Komponenten
der am Anlagenrahmen und damit an dem Behälter an der Unterseite der
Anlage angebrachten Antriebsanordnungen, etwa die Führungsschienen,
Kugellager, und dergleichen durch Prozessfluide kontaminiert werden,
die durch Öffnungen
in dem Rahmen oder dem Behälter
austreten, wodurch eine Beeinträchtigung
dieser Komponenten hervorgerufen wird, was zu erhöhten Prozessungleichmäßigkeiten
führen
kann, da eine Ungleichmäßigkeit
der mechanischen Antwort des Antriebssystems mit den Linearmotoren
zu einer nicht gesteuerten Ätzrate
während
des Abtastprozesses führen
kann. Daher sind häufige
Wartungsaktivitäten und
das Ersetzen von Antriebskomponenten erforderlich, um damit die
Gesamtausbeuteverluste innerhalb akzeptabler Prozessgrenzen zu halten.
Jedoch sind die Anlagenauslastung und der Gesamtprozessdurchsatz
deutlich in konventionellen elektrochemischen Ätzanlagen mit einer Abtastelektrode
eingeschränkt.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation ist es erforderlich, das Anlagenverhalten
in elektrochemischen Prozessen zu verbessern, um damit eines oder
mehrere der oben genannten Probleme zu vermeiden oder deren Auswirkungen
zu reduzieren.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet elektrochemischer
Prozesse, die auf der Grundlage von Prozessanlagen mit einer bewegbaren
Elektrodenanordnung, die über
eine zu behandelnde Substratoberfläche geführt wird, ausgeführt werden.
Zu diesem Zweck wird ein entsprechendes Antriebssystem vorgesehen,
dass mit der bewegbaren E lektrodenanordnung verbunden ist, um damit
in präziser
Weise die Relativbewegung zwischen der zu behandelnden Oberfläche und
der Elektrodenanordnung zu steuern, um damit den erforderlichen
Elektrolytstrom in Verbindung mit einem geeigneten elektrischen
Feld zum in Gang setzen der elektrochemischen Behandlung einzurichten.
Zu diesem Zweck ist das Antriebssystem geeignet ausgestaltet, um
einen gewünschten
großen
Bereich an Abtastgeschwindigkeiten entsprechend den Prozesserfordernissen
bereitzustellen, um damit die Abdeckung eines weiten Bereichs an
Prozessbedingungen zu ermöglichen.
Zum Beispiel ist in einem anschaulichen Aspekt der vorliegenden
Erfindung das Antriebssystem so ausgebildet, dass es in Verbindung
mit einer Prozessanlage zum Ausführen
elektrochemischer Ätzprozesse
eingesetzt wird, wobei eine oder mehrere metallische Schichten zwischen
entsprechenden Höckerstrukturen
zu entfernen sind, die auf unterschiedlichen Produktsubstraten mit
einem weiten Bereich entsprechender Hockerabstände ausgebildet sind, wodurch
ein hohes Maß an
Flexibilität
bei der Anpassung entsprechender Abtastgeschwindigkeitsprofile an
die jeweilige spezielle Produktart erforderlich ist. Folglich umfasst
das Antriebssystem mindestens einen Elektromotor, der den gewünschten weiten
Bereich an Betriebsgeschwindigkeit in Verbindung mit dem erforderlichen
Drehmoment bereitstellt, um damit in zuverlässiger Weise die entsprechende
Elektrodenanordnung entlang dem linearen Abtastweg mit den erforderlichen
hohen Grad an Gleichmäßigkeit
zu führen.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Antriebssystem für eine Prozessanlage
zum Ausführen
elektrochemischer Prozesse einen Rahmen, der ausgebildet ist, einen
Substrathalter aufzunehmen, der gestaltet ist, um ein Substrat an
einer vordefinierten Prozessposition im Inneren des Rahmens in Position
zu halten. Des weiteren umfasst das Antriebssystem eine bewegbare
Elektrodenanordnung, die ausgebildet ist, dass sie über die
vordefinierte Prozessposition entlang eines linearen Abtastweges
geführt
wird. Ferner ist eine Antriebsanordnung vorgesehen, die einen elektrischen
Drehmotor und eine damit verbundene Kraftübertragung aufweist, wobei die
Kraftübertragung
sich entlang einer äußeren Seitenwand
des Rahmens erstreckt, während
die Antriebsanordnung mit der bewegbaren Elektrodenanordnung verbunden
ist. Schließlich
umfasst das Antriebssystem eine Steuereinheit, die mit dem Elektromotor
verbunden ist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, den Motor
auf der Grundlage eines Steuerungsregimes zum lokalen Beibehalten
einer vordefinierten Abtastgeschwindigkeit entlang des linearen Abtastweges
zu steuern.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Antriebssystem für eine Prozessanlage
zum Ausführen
elektrochemischer Prozesse einen Rahmen, der ausgebildet ist, einen
Substrathalter aufzunehmen, der so gestaltet ist, dass ein Substrat
an einer vordefinierten Prozesssituation im Inneren des Rahmens
in Position gehalten wird. Ferner ist eine bewegbare Elektrodenanordnung
vorgesehen und ausgebildet, dass sie über die vordefinierte Prozessposition
hinweg entlang des linearen Abtastwegs geführt wird. Ferner besitzt eine
Antriebsanordnung einen ersten Elektromotor und eine erste damit
verbundene Kraftübertragung,
wobei die erste Kraftübertragung
sich entlang einer ersten äußeren Seitenwand des
Rahmens erstreckt und über
einer Höhenposition
des Substrats angeordnet ist, wenn das Substrat in der vordefinierten
Prozessposition angeordnet ist. Die Antriebsanordnung ist mit der
bewegbaren Elektrodenanordnung gekoppelt. Ferner ist eine Steuereinheit
mit dem ersten Elektromotor verbunden und ausgebildet, den ersten
Elektromotor auf der Grundlage eines Steuerungsregimes anzusteuern,
um eine vordefinierte Abtastgeschwindigkeit entlang des linearen
Abtastweges lokal beizubehalten.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrochemische Ätzprozessanlage
zum Bearbeiten von Substraten von Mikrostrukturbauelementen einen
Rahmen, der ausgebildet ist, ein Substrat aufzunehmen und dieses
in einer vordefinierten Prozessposition in Position zu halten. Die
Prozessanlage umfasst ferner eine bewegbare Elektrodenanordnung,
die von einer Antriebsanordnung angetrieben wird, die einen Elektromotor
und eine Kraftübertragung
aufweist, die einen linearen Abtastweg definiert, wobei zumindest
die Kraftübertragung
auf einem Höhenniveau
angeordnet ist, das über
dem Höhenniveau
der vordefinierten Prozessposition liegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
ein Antriebssystem zeigt, das in Verbindung mit einer Prozessanlage zum
Ausführen
elektrochemischer Prozesse verwendet werden kann, etwa einem elektro chemischen Prozess
auf der Grundlage einer linear bewegten Elektrodenanordnung, die über die
zu behandelnde Substratoberfläche
hinweggeführt
wird, gemäß einer anschaulichen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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1b schematisch
eine perspektivische Ansicht des Rahmens und der entsprechenden
damit verbundenen Antriebsanordnung des Antriebssystems aus 1a gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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1c und 1d schematisch
eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht des Rahmens mit der
Antriebsanordnung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigen;
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1e schematisch
einen Elektromotor mit großem
Drehmoment zeigt, der an dem Rahmen angebracht ist, ohne dass das
Innere des Rahmens kontaktiert wird, gemäß einer anschaulichen Ausführungsform;
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1f schematisch
eine detaillierte Ansicht eines Teils der Kraftübertragung und eines Schienensystems
zum Verbinden der bewegbaren Elektrodenanordnung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
zeigt;
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1g schematisch
ein Element zeigt, das mit einer Führungsschiene verbunden ist
und einen kontinuierlichen Bereich zur Verbindung der bewegbaren
Elektrodenanordnung gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
zeigt;
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1h schematisch
ein induktives Positionssensorsystem gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen
zeigt;
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2a und 2b schematisch
eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht eines Rahmens mit
einer Antriebsanordnung gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen; und
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3a und 3b schematisch
eine Prozessanlage zeigen, die für
die elektrochemische Behandlung von Substraten verwendet wird, um
darauf und darin Mikrostrukturbauelemente herzustellen, wobei ein
Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
offenbarten anschaulichen Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrochemische Prozesse, in denen
eine Substratoberfläche mit
einer Elektrolytlösung
in Kontakt gebracht wird, um damit eine elektrochemische Reaktion
zum Abscheiden oder Entfernen von Material von der zu behandelnden
Oberfläche
in Gang zu setzen. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen
wird der elektrochemische Prozess auf der Grundlage eines lokal
geschaffenen elektrischen Feldes in Gang gesetzt, das über die
Substratoberfläche
gemäß einem vordefinierten
Abtastschema geführt
wird. Zu diesem Zweck wird eine bewegbare Elektrodenoberfläche, die
in einigen anschaulichen Ausführungsformen auch
für den
erforderlichen Elektrolytfluss sorgt, über die Substratoberfäche gemäß einem
linearen Abtastweg geführt,
wobei im Gegensatz zu konventionellen Elektrodenanordnungen mit
linearer Bewegung, die Wahrscheinlichkeit für eine Kontamination entsprechender
Komponenten der Antriebsanordnung deutlich reduziert ist, wodurch
eine bessere Gleichmäßigkeit
der Abtastbewegung über
die Substratoberfläche hinweg
erreicht wird. Ferner kann die Antriebsanordnung für ein hohes
Maß an
Flexibilität
beim Einstellen der Abtastgeschwindigkeit gemäß einem spezifizierten Sollabtastgeschwindigkeitsprofil
sorgen, das Geschwindigkeitsänderungen
für einzelne
Substrate unterstützen
kann, um damit das variierende Maß an Abdeckung durch die bewegbare
Elektrodenanordnung in Bezug auf die im Wesentlichen scheibenförmige Substratoberfläche zu berücksichtigen, und/oder
wobei auch ein weiterer Bereich an möglichen Abtastgeschwindigkeiten
für eine
Vielzahl unterschiedlicher Substratarten möglich ist, wobei jede Art eine
unterschiedliche Sollabtastgeschwindigkeit oder ein unterschiedliches
Sollabtastgeschwindigkeitsprofil erfordern kann. Auf der Grundlage
dieser verbesserten Gestaltungsmerkmale kann somit das Leistungsverhalten
in Bezug auf den Substratdurchsatz entsprechender elektrochemischer
Prozessanlagen verbessert werden, da die Anlagenauslastung entsprechender
elektrochemischer Prozessanlagen durch das Maß an Flexibilität beim Implemen tieren entsprechender
Prozessrezepte für
eine Vielzahl unterschiedlicher Produktarten bestimmt sein kann,
wie sie typischerweise in komplexen Fertigungsumgebungen von Mikrostrukturbauelementen,
etwa integrierten Schaltungen, angetroffen werden. Beispielsweise
kann eine entsprechende Prozesskammer für eine elektrochemische Behandlung
von Substratoberflächen,
die für
alle Abtastgeschwindigkeitsprofile von beliebigen in der Fertigungsumgebung
zu bearbeitende Produktarten ausgelegt ist, eine positive Auswirkung
auf die Investitionskosten und damit auf die Gesamtproduktkosten
ausüben.
Ferner kann auch ein hoher Durchsatz einer entsprechenden Prozesskammer
positiv zu geringen Produktionskosten beitragen, da weniger entsprechende
Prozesskammer in einem entsprechenden Anlagenbasisrahmen einzurichten
sind, wodurch das Ausmaß an
Automation reduziert wird, das in den Anlagenbasisrahmen, beispielsweise
für die
automatische Substrathandhabung und dergleichen erforderlich ist.
Andererseits können
in äußerst effektiven
elektrochemischen Prozessanlagen, die Prozesskammer mit hohem Durchsatz
enthalten, deutliche Durchsatzverluste auftreten, wenn entsprechende
Wartungs- und Standzeiten der Prozessanlage auftreten. Somit kann
die vorliegende Erfindung auch für
deutliche Vorteile in Bezug auf die Prozessgleichmäßigkeit
und die Reduzierung von Wartungszeiten und Stillstandszeiten auf
Grund der verbesserten Konfiguration des entsprechenden Antriebssystems
sorgen, wodurch zu einer insgesamt höheren Produktionsausbeute und
einen höheren
Durchsatz beigetragen wird.
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Es
sollte beachtet werden, dass in anschaulichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auf einen elektrochemischen Ätzprozess
auf der Grundlage einer bewegbaren Elektrodenanordnung Bezug genommen
wird, um damit zuverlässig entsprechende
Metallschichten von strukturierten Oberflächenbereichen zu entfernen,
etwa um eine oder mehrere Saatschichten oder Höckerunterseitenmetallisierungsschichten
zu entfernen, die für
entsprechende Lothöcker
verwendet werden, wie dies zuvor erläutert ist, da hier äußerst effiziente
Metallabtragungsprozesse mit einem hohen Maß an Prozessflexibilität auf Grund
der variierenden Abstände
von Lothöckern
innerhalb einzelner Substrate und zwischen unterschiedlichen Produktarten
erforderlich sind. Folglich können
die entsprechenden Antriebssysteme in Prozessanlagen vorteilhaft
bei elektrochemischen Ätzprozessen
und in besonderen Ausführungsformen
für die
Bildung entsprechender benetzender Oberflächen von Lothöckern eingesetzt werden.
Wie jedoch vorher erläutert
ist, können
elektrochemische Prozesse auch das Abscheiden von Metallmaterial
beinhalten oder können
eine Kombination aus Metallabscheidung und Metallentfernung beinhalten,
abhängig
von den Prozesser fordernissen, wobei die entsprechende Abscheide-
oder Abtragungsumgebung an einem beschränkten Oberflächenbereich
auf der Grundlage einer bewegbaren Elektrodenanordnung bereitgestellt
werden kann. Sofern daher in der Beschreibung oder in den angefügten Ansprüchen dies
nicht anders dargestellt ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht
auf elektrochemische Ätzprozesse
eingeschränkt
betrachtet werden.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch ein Antriebssystem 100, das in Verbindung mit
einer elektrochemischen Prozessanlage eingesetzt werden kann, die
in einer anschaulichen Ausführungsform
eine Anlage zum Ausführen
elektrochemischer Ätzprozesse
repräsentiert.
Das Antriebssystem 100 umfasst einen Rahmen 110,
der in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine mechanische
Struktur repräsentiert,
die mit einem entsprechende Reaktorkessel oder Behälter der
elektrochemischen Ätzanlage
zu verbinden ist, während
in anderen anschaulichen Ausführungsformen
der Rahmen 110 als eine im Wesentlichen behälterartige
Anordnung für
die Bereitstellung oder für
die Aufnahme entsprechender Prozessfluide, etwa Elektrolyte, deionisiertes
Wasser, und dergleichen ausgebildet ist. Unabhängig von dem Aufbau des Rahmens 110 können die
Abmessungen und die Konfiguration so ausgelegt werden, dass ein
entsprechender Substrathalter (nicht gezeigt) im Inneren des Rahmens 110 so
positioniert werden kann, dass ein entsprechendes Substrat 101, das
durch gestrichelte Linien angezeigt ist, in einer speziellen Prozessposition
gehalten werden kann, um damit die gesteuerte Prozessumgebung zu
definieren, die für
die Behandlung der entsprechenden Substratoberfläche erforderlich ist. Es sollte
beachtet werden, dass der Rahmen 110 ausgebildet sein kann,
Substrate mit geeigneter Größe aufzunehmen, etwa
Substrate mit einem Durchmesser von 200 mm, 300 mm und größer, abhängig von
der Größe, die
in der entsprechenden Fertigungsumgebung, in der das Antriebssystem 100 verwendet
wird, eingesetzt wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
ist der Rahmen 110 so konfiguriert, dass unterschiedliche Substratgrößen bearbeitet
werden können,
da das Antriebssystem 100 für ein hohes Maß an Prozessflexibilität sorgen
kann, beispielsweise in Bezug auf das Anpassen entsprechender Abtastgeschwindigkeitsprofile,
das Aktivieren entsprechender Elektrodenbereiche, und dergleichen,
um damit in geeigneter Weise eine elektrische Feldverteilung an
der Oberfläche
des Substrats 101 zu erzeugen.
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Das
Antriebssystem 100 umfasst ferner eine bewegbare Elektrodenanordnung 130,
die in Form einer im Wesentlichen rechteckigen Anordnung vorgesehen
sein kann, die entlang eines im Wesentlichen linearen Abtastwegs 131 geführt wird,
wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Elektrodenanordnung 130 ausgebildet
ist, entsprechende Prozessfluide, etwa ein Elektrolyt, Wasser, Gaskomponenten,
und dergleichen an der Oberfläche
des Substrats 101 bereitzustellen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
ist die bewegbare Elektrodenanordnung 130 so gestaltet,
dass das entsprechende elektrische Feld und der Elektrolytstrom
in einer im Wesentlichen horizontalen Weise eingerichtet werden,
d. h. die entsprechende Oberfläche
des Substrats 101 ist über
oder unter der bewegten Elektrodenanordnung 130 positioniert.
In einer anschaulichen Ausführungsform
ist, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, die Elektrodenanordnung 130 unter
dem Substrat 101 bewegbar angeordnet, wenn das Substrat
in der entsprechenden Prozessposition gehalten wird. Wie nachfolgend
detaillierter beschrieben ist, kann die bewegbare Elektrodenanordnung 130 entsprechende
Komponenten, etwa Fluidverteilungsleitungen, elektrisch leitende
Bereiche, entsprechende Verbindungselemente zum Verbinden der Anordnung 130 mit
einer externen Leistungsquelle, entsprechende Verbindungen zum Zuführen erforderlicher
Prozessfluide, und dergleichen aufweisen. Es sollte beachtet werden,
dass die im Wesentlichen balkenförmige
Konfiguration der Anordnung 130 lediglich anschaulicher
Natur ist und das andere Formen verwendet werden können, solange
die gewünschte
Fluidverteilung und Verteilung des elektrischen Feldes auf der Substratoberfläche während des
Bewegens entlang dem Abtastweg 131 gewährleistet ist.
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Das
Antriebssystem 100 kann ferner eine Antriebsanordnung 120 aufweisen,
die mechanisch mit der bewegbaren Elektrodenanordnung 130 verbunden
ist, wobei die Antriebsanordnung 120 mindestens einen elektrischen
Drehmotor 121 aufweist, der die erforderliche mechanische
Leistung zum Erzeugen des erforderlichen Abtrastgeschwindigkeitsprofils
entlang des Abtastweges 131 liefert. Zu diesem Zweck ist
der Elektromotor 121 mechanisch mit einer Kraftübertragung 122 verbunden,
die entlang dem Abtastweg 131 an einer äußeren Seitenwand 111 des
Rahmens 110 angeordnet ist. In einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst die Kraftübertragung
einen Gewindeantrieb mit einem Gewindestab, der drehbar mit dem
Elektromotor 121 verbunden ist, um damit eine Drehbewegung
in eine im Wesentlichen lineare Bewegung eines entsprechenden Gewindeelements 123 umzuwandeln,
das zusätzlich
an einer entsprechenden Führungsschiene (nicht
gezeigt) angebracht sein kann, um damit für eine präzise Linearbewegung zu sorgen.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen
ist die Antriebsanordnung 120 an dem Rahmen 110 bei
einem Höhenniveau
angeordnet, das über
einem Höhenniveau liegt,
das durch die Prozessposition des Substrats 101 definiert
ist, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Somit kann
durch Vorsehen einer drehenden elektrischen Maschine als Antriebsquelle
für die
bewegbare Elektrodenanordnung 130 ein weiter Bereich an
Prozessdrehmomenten und Abtastgeschwindigkeiten auf Grund der entsprechenden
Betriebseigenschaften von Elektromotoren abgedeckt werden. Beispielsweise
sind entsprechende Servomotoren verfügbar, die ein hohes Drehmoment über einen
ausgedehnten Drehzahlbereich liefern, wobei zusätzlich ein hohes Maß an Steuerbarkeit
bereitgestellt wird. Z. B. können
entsprechende bürstenlose Gleichstrommotoren,
Hochleistungsgleichstrommotoren und/oder Induktionsmotoren als Synchronmotoren
oder Asynchronmotoren in Verbindung mit entsprechenden Motorsteuereinheiten
für den
Elektromotor 121 verwendet werden. Somit können die
entsprechenden Motoreigenschaften so ausgewählt werden, dass das gewünschte Drehmoment
und der Geschwindigkeitsbereich abgedeckt werden, ohne dass entsprechende
Abmessungen des Motors 121 zu berücksichtigen sind, da im Gegensatz
zu konventionellen Systemen, die Linearmotoren verwenden, der Elektromotor 121 stationär ist und
mit einem beliebigen geeigneten Gewicht und einer Größe außerhalb
des Rahmens 110 angebracht werden kann. Des weiteren kann
der Elektromotor 121 mit einem geeigneten Gehäuse versehen
sein, um damit eine im Wesentlichen eingekapselte Konfiguration
vorzusehen, die somit für
eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer
Kontamination interner Komponenten des Motors 121 sorgt,
woraus sich ein hohes Maß an
Zuverlässigkeit
ohne nennenswerte Wartungserfordernisse ergibt. Da der Elektromotor 121 sowie entsprechende
mechanische Komponenten der gesamten Antriebsanordnung 130 so
positioniert sein können,
dass die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination durch entsprechende
Prozessfluide deutlich kleiner ist im Vergleich zu konventionellen
Systemen, die Antriebskomponenten aufweisen, die in der Nähe entsprechender Öffnungen
zum Zuführen
von Prozessfluiden liegen, können
entsprechende Wartungsaktivitäten
oder das Ersetzen mechanischer Komponenten deutlich reduziert werden.
Des weiteren können
robuste Materialien, etwa rostfreier Strahl und dergleichen, effizient
für die
mechanischen Komponenten der Kraftübertragung 122 eingesetzt
werden, wodurch ebenso eine positive Auswirkung auf das Funktionsverhalten
der Antriebsanordnung erreicht wird, selbst wenn ein gewisses Maß an Kontamination
auftritt.
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In
einigen anschaulichen Ausführungsformen
umfasst die Antriebsanordnung 120 ferner einen Positionssensor 125,
der eine entsprechendes Positionssignal ausgibt, das die Abso lutposition
der bewegbaren Elektrodenanordnung 130 entlang dem Abtastweg 131 angibt.
In einer anschaulichen Ausführungsform
umfasst der Positionssensor 125 ein entsprechendes System
zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit des Motors 121 in
Verbindung mit mindestens einer Komponente, die mindestes eine Absolutposition
der Anordnung 130 angibt. Z. B. kann ein präziser Lagegeber
in dem Elektromotor 121 enthalten sein, um in präziser Weise
die Winkelposition des Rotors zu bestimmen, wobei ein oder mehrere entsprechende
Positionssensoren, etwa induktive Positionssensoren 125a ein
zusätzliches
Positionssignal bereitstellen, wenn die Elektrodenanordnung 130 an
dem einen oder mehreren Sensoren 125a positioniert ist.
In diesem Falle kann das mindestens eine Signal, das von dem Sensor 125a bereitgestellt wird,
eine Absolutposition für
mindestens eine spezifische Abtastposition der Anordnung 130 angeben, während der
entsprechende Lagegeber in effizienter Weise ermöglicht, im Wesentlichen eine
kontinuierliche entsprechende Bewegung und damit die Position der
Elektrodenanordnung 130 entlang dem Abtastweg 131 zu überwachen.
Es sollte beachtet werden, dass ein entsprechender Lagegeber nicht
notwendigerweise als eine separate Komponente des Motors 121 vorgesehen
ist, sondern stattdessen als eine elektronische Steuerungskomponente
vorgesehen sein kann, wobei motorinterne Eigenschaften eingesetzt
werden, etwa induzierte Phasenspannungen von gerade nicht eingeschalteten
Phasenspulen in Gleichstrommotoren, Synchronmotoren und dergleichen.
Die entsprechenden Positionssensoren 125a können weggelassen
werden, wenn andere Sensorsignale erzeugt wurden, um damit mindestens
eine Absolutposition der Anordnung 130 anzugeben. Beispielsweise
kann der Abtastweg 131 mechanisch mittels eines entsprechenden
Stoppelements oder der gleichen beschränkt werden, wobei ein entsprechendes
Sensorsignal für
eine entsprechende Endposition auf der Grundlage eines entsprechenden Drehmomentsignals
oder Stromsignals erhalten werden kann, das von dem Elektromotor 121 abgegeben wird.
D. h., wenn sich die Anordnung 130 zu der entsprechenden
Endposition bewegt, kann ein entsprechender Anstieg des Drehmoments
oder Stromes detektiert werden und für das Angeben einer Absolutposition
der Anordnung 130 verwendet werden. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen
umfasst der Positionssensor 125 ein entsprechendes Sensorarray,
das entlang der gesamten Länge
oder zumindest eines ausgedehnten Bereiches des Abtastweges 131 angeordnet
ist, um ein Positionssignal entsprechend der tatsächlichen
Position der Elektrodenanordnung 130 bereitzustellen, unabhängig von mechanischen
Ungenauigkeiten, die in der Antriebsanordnung 120 auftreten,
etwa ein gewisses Maß an
Schlupf, und dergleichen.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform wird
ein entsprechendes Sensorelement, das sich entlang dem Abtastweg 131 erstreckt,
in Form eines induktiven Positionssensors vorgesehen, der beispielsweise
geeignet geformte Sensorspuren aufweist, die eine positionsabhängige Spannung
in einem entsprechenden Empfängerelement
induzieren, das synchron mit der Elektrodenanordnung 130 entlang
dem entsprechenden Abtastweg 131 geführt wird. Durch Vorsehen eines
im Wesentlichen kontaktfreien Positioniersystems, das in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
auf induktiven Positionssensoren beruht, kann die Gesamtrobustheit
und damit die Zuverlässigkeit
der Antriebsanordnung 120 verbessert werden, wobei insbesondere
durch Kontamination hervorgerufene Fehler, wie sie in optischen
Positionssensoren auftreten, die typischerweise in konventionellen
Positionssensorsystemen eingesetzt werden, eine deutlich geringere
Auswirkung auf das Funktionsverhalten des Systems 120 ausüben.
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Das
Antriebssystem 100 umfasst ferner eine Steuereinheit 140,
die funktionsmäßig mit
dem Elektromotor 121 verbunden ist, um damit eine entsprechende
Betriebsspannung und/oder Strom zum Bewegen der Elektrodenanordnung 130 gemäß einer gewünschten
Abtastgeschwindigkeit oder einem gewünschten Abtastgeschwindigkeitsprofil
bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist in der Steuereinheit 140 beispielsweise
in einer entsprechenden Speichereinrichtung und dergleichen ein
entsprechender Solldatensatz zum Erzeugen geeigneter Steuerspannungen
eingerichtet, um damit eine entsprechende Betriebsspannung oder
einen Strom für
den Motor 121 einzustellen. In anderen Fällen werden
entsprechende Sollwerte für
die Abtastgeschwindigkeit für
diverse Produktarten der Steuereinheit 140 mittels einer externen
Quelle zugeführt,
etwa durch ein übergeordnetes
Steuerungssystem, einen Bediener, und dergleichen. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
empfängt
die Steuereinheit 140 auch entsprechende motorinterne Informationen,
etwa Strom, Spannung und/oder Drehmomentwerte, die aktuell in dem
Motor 121 vorherrschen, die Drehzahl des Motors 121,
d. h. die Anzahl der Umdrehungen, und dergleichen, wobei diese Informationen
verwendet werden können,
um den Funktionsstatus des Motors 121 so zu bestimmen,
dass in geeigneter Weise entsprechende Schalter angesteuert werden,
wenn beispielsweise komplexe Steuerungsschemata für bürstenlose
Gleichstrommotoren, Synchronmotoren, Asynchronmotoren, Reluktanzmotoren,
und dergleichen betrachtet werden. Wie zuvor erläutert ist, können die
entsprechenden motorinternen Informationen auch zum Bestimmen der
aktuellen Position der Antriebsanordnung 130 und damit
der aktuellen Abtastgeschwindigkeit verwendet werden, die somit
mit der entsprechenden Sollabtastgeschwindigkeit ver glichen werden
kann, um damit in geeigneter Weise die Motorspannung oder den Strom
für den
Motor 121 einzustellen. In anderen Fallen können die
entsprechenden Positionssignale, die von den Positionssensoren 125 und/oder 125a bereitgestellt
werden, zum Bestimmen der aktuellen Position und Geschwindigkeit
verwendet werden, um damit eine Abweichung von den entsprechenden
Sollwerten abzuschätzen,
um eine entsprechende Motorspannung oder Strom bereitzustellen,
um damit die tatsächliche Abtastgeschwindigkeit
bei der Sollabtastgeschwindigkeit zu halten, die auch in Abhängigkeit
der tatsächlichen
Absolutposition variieren kann. D. h., abhängig von der Position der Elektrodenanordnung 130 in
Bezug auf das Substrat 101 kann die Abtastgeschwindigkeit
so angepasst werden, dass eine bessere Gleichförmigkeit des elektrischen Feldes
geschaffen wird, was zu einer besseren Gleichmäßigkeit des entsprechenden
elektrochemischen Prozesses führt.
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1b zeigt
schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils des Antriebssystems 100. Wie
gezeigt, umfasst der Rahmen 110 die Antriebsanordnung 120 mit
dem Elektromotor 121, der in der gezeigten Ausführungsform
die einzige Antriebsquelle zum Bewegen der Elektrodenanordnung 130 entlang
dem Abtastweg 131 repräsentiert.
In der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Kraftübertragung 122 das
Element 123, das wiederum mit einem entsprechenden Element 127a verbunden
ist, das entlang einer Führungsschiene 126a bewegbar
ist, die für
eine präzise
lineare Bewegung der Elemente 123 und 127a sorgt.
Das Element 127a ist wiederum mechanisch mit der Elektrodenanordnung 130 verbunden,
die mit einem weiteren Element 127b verbunden ist, das
entlang einer entsprechenden Führungsschiene 126b bewegbar
ist. Somit kann die einzelne Antriebsquelle, d. h. der Motor 121,
die mechanische Leistung auf die Elektrodenanordnung 130 über die Kraftübertragung 122, 123 übertragen,
die wiederum in präziser
Weise durch die entsprechenden Komponenten 126a, 127a an
einer Seite des Rahmens 110 und durch entsprechende Komponenten 127b, 126b an
der gegenüberliegenden
Seite des Rahmens 110 geführt sind. Wie gezeigt ist,
werden die entsprechenden mechanischen Komponenten der Antriebsanordnung 120 an
einem Höhenniveau
vorgesehen, das über
der entsprechenden freiliegenden Oberfläche der Elektrodenanordnung 130 liegt,
die im Wesentlichen eine entsprechende Höhenposition eines zu behandelnden
Substrats bestimmt, mit Ausnahme eines entsprechenden Spalts, der
zwischen der Elektrodenanordnung 130 und der entsprechenden
Substratoberfläche
zu bilden ist. Somit ist die Wahrscheinlichkeit für ein Kontaminieren
der mechanischen Komponenten der Antriebsanordnung 120 verringert,
während
gleichzeitig eine hohe mechanische Präzision in Verbindung mit einem
weiten Bereich an Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Abtastgeschwindigkeit
und das Drehmoment bereitgestellt werden.
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1c zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Teils des Antriebssystems 100,
wie es in 1b gezeigt ist. Wie dargestellt,
umfasst die Elektrodenanordnung 130 eine entsprechende
Oberfläche
mit jeweiligen Fluidöffnungen 132,
um damit ein entsprechendes Elektrolyt während des Bewegens der Elektrodenanordnung 130 über das
Substrat 101 hinweg auszugeben, wobei das Substrat über der
Elektrodenanordnung 130 zu positionieren ist. Wie aus 1c ersichtlich
ist, wird ein mechanischer Aufbau erreicht, wobei eine einzelne
Antriebsquelle, d. h. der Motor 121, für eine äußerst gleichmäßige Abtastgeschwindigkeit
sorgt, da eine Kontamination mechanischer Komponenten, etwa von
Kugellagern, die in den entsprechenden Elementen 127b, 127a,
vorgesehen sind, und dergleichen, deutlich reduziert ist.
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Auf
Grund der starren mechanischen Kopplung der Elemente 127b und 127a mit
dem Elektromotor 121 kann ein erhöhter mechanischer Widerstand,
selbst wenn dieser in einer nicht symmetrischen Weise in Bezug auf
die Komponenten 126b, 127b und 126a und 127a auftritt,
effizient durch den weiten Betriebsbereich des Elektromotors 121 hinsichtlich
des Drehmoments und der Umdrehungsgeschwindigkeit aufgefangen werden.
Somit kann ein zuverlässiger
Betrieb des Antriebssystems 100 selbst unter anspruchsvollen
Prozessbedingungen gewährleistet
werden, wobei zusätzlich
der aktuelle Motorstatus zum Einhalten des erforderlichen Abtastgeschwindigkeitsprofils
für Diagnosezwecke
genutzt werden kann, um damit den Betriebsstatus des Antriebssystems 100 zu
bewerten. Wenn beispielsweise ein erhöhter Motorstrom erforderlich
ist, um eine spezifizierte Abtastgeschwindigkeit zu erreichen, kann
die Steuereinheit 140 einen entsprechenden kontaminierten
Zustand mechanischer Komponenten erkennen, wobei dennoch ein zuverlässiger kontinuierlicher
Betrieb des Systems 100 gewährleistet ist, solange der
entsprechende Motorstrom, der zum Kompensieren von erhöhten mechanischen
Widerständen
erforderlich ist, innerhalb der Spezifikationen des Elektromotors 121 und
der Steuereinheit 140 liegt.
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1d zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des System 100, wie
es in 1b gezeigt ist, wobei die Elektrodenanordnung 130 mit
ihrer oberen Oberfläche
mit den entsprechenden Öffnungen 132 (sieh 1c)
an einem ersten Höhenniveau
H1 positioniert ist, das tiefer ist im Vergleich zu einem Höhenniveau
H2, das eine Oberfläche
eines Substrats ent spricht, wenn dieses in der entsprechenden Prozessposition
angeordnet ist. D. h., die Elektrodenanordnung 130 und
ein entsprechendes Substrat, wenn es an dem Höhenniveau H2 positioniert ist,
definierenden einen entsprechenden Betriebsspalt 135, in
welchem der Elektrolytstrom und das entsprechende elektrische Feld
während
des Betriebs einer entsprechenden Prozessanlage eingerichtet werden,
wenn die Elektrodenanordnung 130 über das Substrat geführt wird.
Somit können
entsprechende Prozessfluide der Anordnung 130 über entsprechende
Zufuhrleitungen 133, 134 zugeführt werden und bleiben in einem
unteren Bereich des Rahmens 110 während des Bearbeitens eines
Substrats, wodurch die Wahrscheinlichkeit für eine Kontamination mechanischer Komponenten
der Antriebsanordnung 120 deutlich reduziert wird, da die
entsprechenden Komponenten an einem dritten Höhenniveau H3 über den
entsprechenden Höhenniveaus
H1, H2 angeordnet sind, die im Wesentlichen den Gebieten entsprechen,
an denen das Vorhandensein von Chemikalien während es entsprechenden elektrochemischen
Prozesses am wahrscheinlichsten ist.
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1e zeigt
schematisch eine perspektivische Ansicht des Elektromotors 121,
der an dem Rahmen 110 durch eine geeignete Halterung 128 angebracht
ist, wobei diese Konfiguration zusätzlich zu einer geringeren
Wahrscheinlichkeit für
eine Kontamination durch Chemikalien auch eine erhöhte Flexibilität bei der
Auswahl einer geeigneten Antriebsquelle bietet, da die Abmessungen
des Elektromotors 121 weniger kritisch sind im Vergleich
zu konventionellen Lösungen,
in denen Linearmotoren innerhalb des entsprechenden Schienensystems
vorzusehen sind. Somit kann eine geeignete Leistung, Drehgeschwindigkeit
und ein Drehmoment durch entsprechendes Auswählen eines geeigneten Elektromotors
bereitgestellt werden, der mit der Kraftübertragung 122 über eine
entsprechende mechanische Kupplung und/oder durch eine weitere Getriebeeinheit
und dergleichen verbunden werden kann.
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1f zeigt
schematisch einen Teil der Kraftübertragung 122 und
des entsprechenden Elements 127a, das damit verbunden ist.
Wie aus 1f ersichtlich ist, kann die
Drehbewegung, die von dem Gewindeantrieb 122 geliefert
wird, effizient mittels dem Element 123 in eine Linearbewegung
umgesetzt werden, wobei das Element mit dem Element 127a verbunden
und damit von diesen geführt
ist, um damit eine Linearbewegung mit geringem mechanischen Widerstand
und minimalen mechanischen Schlupf bereitzustellen.
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1g zeigt
schematisch eine perspektivische Ansicht des Elements 127a mit
einem entsprechenden Bereich 127c, der in Form eines im
Wesentlichen kontinuierlichen Materialstücks ohne entsprechende Verbindungsteile,
etwa Bolzen und Schrauben, bereitgestellt ist, wodurch ein hohes
Maß an
mechanischer Steifigkeit geschaffen wird, was sich wiederum in einer
sehr gleichmäßigen Bewegung
der Elektrodenanordnung 130 ausdrückt, die mit dem Element 127a und
den entsprechenden kontinuierlichen Bereich 127c mittels
eines entsprechenden Kontaktabschnitts 127d verbunden ist.
Wie gezeigt, kann die Elektrodenanordnung 130 an dem Kontaktabschnitt 127d mittels
geeigneter Elemente, etwa Schrauben und dergleichen befestigt werden.
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1h zeigt
schematisch einen oder mehrere induktive Positionssensoren, etwa
die Positionssensoren 125a (siehe 1a), in
denen die Absolutposition entlang des Abtastwegs 131 erfasst
werden kann, zumindest an einer speziellen Position, wobei eine
im Wesentlichen kontinuierliche Überwachung der
Elektrodenanordnung 130 auf der Grundlage entsprechender
Verfahren eingerichtet werden kann, wie dies zuvor mit Bezug zu 1a beschrieben
ist.
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Der
Betrieb des Antriebssystems 100, wie es in den 1a bis 1g gezeigt
ist, wird mit Bezug zu den 3a und 3b beschrieben,
wenn auf eine entsprechende elektrochemische Ätzanlage mit einem Antriebssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen wird.
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2a zeigt
schematisch ein Antriebssystem 200 gemäß noch weiterer anschaulicher
Ausführungsformen.
Hier ist ein entsprechender Rahmen 210, der den gleichen
Aufbau aufweisen kann, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Rahmen 110 beschrieben
ist, mit einer Antriebsanordnung 220 verbunden, die einen
ersten Teil 220a und einen zweiten Teil 220b aufweist.
Der erste und der zweite Teil 220a, 220b besitzen
eine im Wesentlichen symmetrische Konfiguration und weisen jeweils
einen entsprechenden Elektromotor 221a, 221b auf,
die mit entsprechenden Kraftübertragungen 222a, 222b verbunden sind.
Die entsprechenden Teile 220a, 220b sind mit einer
entsprechenden Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden, die ausgebildet
ist, die entsprechenden Motoren 221a, 221b in
geeigneter Weise anzusteuern, um damit eine im Wesentlichen gleichmäßige Abtastgeschwindigkeit
der Elektrodenanordnung 230 entsprechend einer spezifizierten
Sollabtastgeschwindigkeit oder einem Sollabtastgeschwindigkeitsprofil
bereitzustellen. In der gezeigten Ausführungsform sind die entsprechenden
Kraftübertragungen 222a, 222b ausgebildet,
die Drehgeschwindigkeit der Motoren 221a, 221b in
eine Linearbewegung umzusetzen, wie dies zuvor mit Bezug zu der
Kraftübertragung 122 der
Antriebsanordnung 120 beschrieben ist. Es sollte beachtet
werden, dass die entsprechenden Führungskomponenten, etwa die
Führungsschienen 126a, 126b und
die Elemente 127a, 127b, die in der 1b gezeigt
sind, auch in die entsprechenden Teile 220a, 220b der
Antriebsanordnung integriert sein können. Wie ersichtlich ist,
sind die entsprechenden Teile 220a, 220b der Antriebsanordnung
an einer Höhenposition
angeordnet, die deutlich über
einer entsprechenden Höhenposition
liegt, die durch die Elektrodenanordnung 230 definiert
ist, wodurch ebenso die Wahrscheinlichkeit für eine Kontamination durch
Prozesschemikalien reduziert ist, wie dies auch zuvor beschrieben
ist.
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2b zeigt
schematisch eine entsprechende Draufsicht des Antriebssystems 200,
wobei jede der Antriebsanordnungen 220a, 220b einen
entsprechenden Positionssensor 225a, 225b aufweist.
Wie zuvor mit Bezug zu Positionssensoren 125, 125a erläutert ist,
können
die Motoren 221, 221b in Verbindung mit zusätzlichen
Sensorelementen eingesetzt werden, um entsprechende Positionsinformationen zu
gewinnen, oder es können
entsprechende Absolutpositionssensoren beispielsweise in Form entsprechender
Spuren 225c zum Modifizieren einer positionsabhängigen induzierten
Spannung eines zusammen mit der Elektrodenanordnung 230 bewegten Elements
vorgesehen sein, wobei die entsprechenden induzierten Spannungen
die Absolutposition der Elektrodenanordnung 230, d. h.
jedes Bereichs, der mit den entsprechenden Elementen 223a, 223b verbunden
ist, angeben. Z. B. können
die entsprechenden Spuren 225c, die in den Positionssensoren 225a vorgesehen
sind, zu einer entsprechenden induzierte Spannung in einem entsprechenden
Empfängerelement
führen,
wobei die induzierte Spannung darin codiert die erforderliche Positionsinformation
aufweist, die somit in einer im Wesentlichen kontaktfreien und damit
zuverlässigen
Weise übertragen
wird. Auf diese Weise kann die tatsächliche Position der Elemente 223a, 223b und
damit der entsprechenden Bereiche der Elektrodenanordnung 230,
die an beiden Seiten des Rahmens 210 damit verbunden sind,
in präziser
Weise bestimmt und für
ein geeignetes Steuern der entsprechenden Motore 221a, 221b eingesetzt werden.
Somit kann eine zuverlässige
und gleichmäßige Bewegung
der Elektrodenanordnung 230 erreicht werden, unabhängig von
der Breite des Rahmens 210, d. h. der Abmessung senkrecht
zur Bewegungsrichtung, wodurch ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug
auf das Bearbeiten von Substraten mit größerem Durchmesser, etwa 300
mm Substrate, 450 mm Substrate, und dergleichen geschaffen wird. Durch
Vorsehen zumindest der beiden Teile 220a, 220b zum
Erzeugen der entsprechenden Linearbewegung der Elektrodenanordnung 230 wird eine
unabhängige
Erkennung mechanischer Abweichungen an entsprechenden Seiten der
Elektrodenanordnung 230 ermöglicht, die durch Kontamination,
Abnutzung mechanischer Komponenten, und dergleichen hervorgerufen
werden. Wie zuvor erläutert
ist, kann beispielsweise der entsprechende Motorstatus bewertet werden,
um damit den in der jeweiligen Kraftübertragung 222a, 222b auftretenden
mechanischen Widerstand abzuschätzen,
um somit wertvolle Diagnoseinformationen in Bezug auf den mechanischen
Status der Antriebsanordnung zu gewinnen, wobei dennoch die Möglichkeit
zum geeigneten Kompensieren des Auftretens von nicht symmetrischen
mechanischen Widerständen
gegeben ist. D. h., insbesondere für Substrate mit großem Durchmesser
kann die Länge des
entsprechenden Abtastweges sowie die Länge der Elektrodenanordnung 230 zu
unterschiedlichen und variierenden mechanischen Kräften führen, die auf
die diversen Teile 220a, 200b entlang des gesamten
Abtastweges einwirken. Ferner kann das für die entsprechenden Sollabtastgeschwindigkeiten
erforderliche Drehmoment im Wesentlichen durch zwei geteilt werden,
wobei dennoch jeder der Motore 221a, 221b ausreichend
Ressourcen für
das individuelle Kompensieren einer Änderung des mechanischen Widerstandes
aufweist, der an dem einzelnen Kraftübertragungen 221a, 222b angetroffen
wird, wodurch eine äußerst synchrone
Bewegung gewährleistet
ist. Folglich kann ein weiter Bereich an Betriebsbedingungen mit
einer geringeren Größe der einzelnen
Elektromotore abgedeckt werden, wobei die entsprechenden individuell
bereitgestellten Positionsinformationen sowie die Statusanalyse
einzelner Motoren verbesserte Diagnosemöglichkeiten in Bezug auf die
Gesamtstatus des Antriebssystems 200 bieten.
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3a zeigt
schematisch eine Prozessanlage 350 zum Ausführen elektrochemischer
Prozesse an einer freiliegenden Oberfläche 301s eines Substrats 301,
das in einer anschaulichen Ausführungsform
ein Substrat repräsentiert,
um darauf oder darin Mikrostrukturbauelemente, etwa integrierte
Schaltungen und dergleichen herzustellen. Die Prozessanlage 350 umfasst
einen Reaktor 360 und eine Reaktorkopfanordnung 370,
die mit einem Hebemechanismus 380 verbunden ist, der zum
Antreiben der Reaktorkopfanordnung 370 in vertikaler Richtung
ausgebildet ist, wie dies durch den Pfeil 381 angegeben
ist. Beispielsweise kann der Hebemechanismus 380 die Kopfanordnung 370 in
eine erste Position bringen, in der das Substrat 301 von
der Anordnung 370 aufgenommen wird, beispielsweise auf
der Grundlage geeigneter Robotersysteme und dergleichen. Der Einfachheit
halber sind derartige Transportmechanismen zum Einladen oder Ausladen
des Substrats 301 in oder aus der Kopfanordnung 370 in 3a nicht gezeigt.
Der Reaktor 360 besitzt ein Antriebssystem 300,
das eine bewegbare Elektrodenanordnung 330 enthält, die
mit einer entsprechenden Antriebsanordnung 320 verbunden
ist, die wiederum mit einem entsprechenden Rahmen 310 verbunden
ist. Das Antriebssystem 300 ist so ausgestaltet, wie dies
zuvor mit Bezug zu den Antriebsanordnungen 100 und 200 beschrieben
ist. Somit bietet das Antriebssystem 300 eine bessere Zuverlässigkeit
und Flexibilität
auf Grund der entsprechenden Konfiguration, etwa auf Grund der erhöhten Höhenposition
entsprechender mechanischer Komponenten, und dergleichen, wie dies
zuvor beschrieben ist.
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Während des
Betriebs der Prozessanlage 350 wird das Substrat 301 in
die Kopfanordnung 370 eingeladen, wenn diese in einer entsprechenden
Einladeposition angeordnet ist, wobei eine entsprechende mechanische
Befestigung auf der Grundlage von Vakuum oder Endpunktelementen
erreicht wird, die das Substrat 301 an dessen Randgebiet
kontaktieren, und dergleichen. Danach wird der Hebemechanismus 380 betrieben,
um die Reaktorkopfanordnung 370 in den Reaktor 360 abzusenken.
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3b zeigt
schematisch die Prozessanlage 350, wenn die Reaktorkopfanordnung 370 und
damit das Substrat 301 unter entsprechenden Prozessbedingungen
positioniert sind, die die geeignete Prozessumgebung zum Initiieren
des eigentlichen elektrochemischen Prozesses schaffen. Somit ist,
wie gezeigt ist, in der Prozessposition die Substratoberfläche 301s an
einem Höhenniveau
angeordnet, das tiefer liegt im Vergleich zu einem entsprechenden
Höhenniveau,
an welchem entsprechende Komponenten der Antriebsanordnung 320 angeordnet
sind. Während
der weiteren Bearbeitung des Substrats 301 wird somit die
Wahrscheinlichkeit der Kontamination durch Chemikalien verringert.
Wenn der elektrochemische Prozess in Gang gesetzt wird, wird ein entsprechendes
Elektrolyt 390 in einen Spalt 391 eingeführt, der
zwischen der Elektrodenanordnung 330 und der Oberfläche 301s gebildet
ist. D. h., der entsprechende Spalt 391 wird durch den
Oberflächenbereich 301s und
durch den entsprechenden gegenüberliegenden
Oberflächenbereich
der Elektrodenanordnung 330 definiert. Das Elektrolyt 390 wird
auf der Grundlage geeigneter Zufuhrmechanismen mit entsprechenden
Zufuhrleitungen, Pumpen, etc. zugeführt, wobei der Einfachheit
halber diese in 3b nicht gezeigt sind. Wie zuvor
erläutert
ist, können
entsprechende Fluidverteilungsleitungen und Öffnungen zu einem im Wesentlichen
gleichmäßigen Elektrolytstrom
von der Elektrode 330 zu der Oberfläche 301s führen. Während der
Zufuhr des Elektrolyts 390 wird auch ein entsprechender
Stromfluss eingerichtet, indem die Elektrodenanordnung 330 und
die Substratoberfläche 301s mit
einer entsprechenden Stromquelle verbunden werden, wobei für einen
elektrochemischen Ätzprozess
die Elektrode 330 als eine Kathode dient, während die
Substratoberfläche 301s als
eine Anode dient, deren Material verbraucht wird, d. h. in dem Elektrolyt 390 gelöst wird,
wie dies zuvor erläutert
ist. Das Antriebssystem 300 sorgt für eine geeignete Abtastgeschwindigkeit
entlang dem Abtastweg, wobei die entsprechende Abtastgleichmäßigkeit
sich direkt in eine entsprechende Gleichmäßigkeit der Abtragsrate an
einem entsprechenden Substratbereich, der aktuell von der Elektrodenanordnung 330 abgedeckt
wird, überträgt. Auf
Grund des verbesserten mechanischen Aufbaus und des verbesserten
Steuerungsmechanismus des Antriebssystems 300, das den
gleichen Aufbau aufweisen kann, wie dies zuvor mit Bezug zu den
Antriebssystemen 100 und 200 beschrieben ist,
wird ein besseres Ätzverhalten
erreicht.
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In
einer anschaulichen Ausführungsform
repräsentiert
die Oberfläche 301s eine
Metalloberfläche
eines Halbleitersubstrats, wobei mehrere Lothöcker auf einer entsprechenden
Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
ausgebildet sind, wovon ein Bereich auf der Grundlage eines elektrochemischen Ätzprozesses
zu entfernen ist. Folglich kann die entsprechende Prozessgleichmäßigkeit
einen deutlichen Einfluss auf die Größe der entsprechenden benetzenden
Flächen
ausüben,
die unter den entsprechenden Lothöckern verbleiben, wodurch wiederum die
schließlich
erreichte Größe nach
dem Aufschmelzen der entsprechenden Lothöcker bestimmt wird. Somit wird
auf Grund der verbesserten Steuerbarkeit des elektrochemischen Ätzprozesses
für das
Entfernen unerwünschter
Bereiche der Höckerunterseitenmetallisierungsschicht
die schließlich
erreichte Höhengleichmäßigkeit
der sich ergebenden Lotkugeln deutlich verbessert, wodurch Ausbeuteverluste
während
einer sehr späten
Fertigungsphase entsprechender Halbleiterbauelemente verringert
werden. Des weiteren bietet die hohe Zuverlässigkeit des entsprechenden
Antriebssystems 300 einen höheren Durchsatz und eine bessere
Anlagenverfügbarkeit, da
entsprechende Wartungsperioden deutlich im Vergleich zu konventionellen
Systemen reduziert werden können,
wobei gleichzeitig ein erweiteter Bereich an Betriebsbedingungen
von einer einzelnen Prozessanlage abgedeckt werden kann. Beispielsweise erfordern
unterschiedliche Produktarten typischerweise unterschiedliche Höckerarchitekturen
auf der entsprechenden Kontaktebene, wodurch wiederum deutlich unterschiedliche
Abtastgeschwindigkeitsprofile erforderlich sein können, die
nunmehr effizient durch die Anlage 350 auf Grund der Möglichkeit
bereitgestellt werden können,
Elektromotoren mit hohem Drehmoment im Vergleich zu entsprechenden
Linearmotoren verwenden zu können,
die typischerweise einen geringeren Bereich an Drehmoment und Abtastgeschwindigkeit
bieten. Des weiteren besitzen die ent sprechenden mechanischen Komponenten
eine deutlich besserte Zuverlässigkeit, wodurch
ebenso zu geringem Wartungsaufwand beigetragen wird, was direkt
die Herstellungskosten beeinflusst.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.