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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung einer Halbleiterscheibe
mit einer Fluorwasserstoff enthaltenden Lösung, Trocknung
und anschließenden Oxidation der Oberfläche der
Halbleiterscheibe mit einem ozonhaltigen Gas.
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Für
die Reinigung von Halbleiterscheiben, z. B. Siliciumscheiben, ist
eine Reihe von Reinigungsverfahren entwickelt worden. Eines dieser
Reinigungsverfahren basiert auf der Behandlung der Scheibenoberfläche
mit einer wässrigen Lösung von Fluorwasserstoff
(HF) und anschließend mit Ozon (O3).
Bei der Behandlung mit HF wird das native Oxid von der Oberfläche
entfernt. Daraufhin wird durch die Behandlung mit Ozon eine neue
Oxidschicht gebildet. Dadurch können fest haftende Partikel
und andere Verunreinigungen von der Scheibenoberfläche entfernt
werden. Die saure Behandlung in HF bewirkt auch eine sehr effektive
Entfernung von Metall-Ionen von der Scheibenoberfläche.
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US5714203 beschreibt ein
Verfahren, bei der eine Siliciumscheibe direkt aus einem mit einer HF-Lösung
gefüllten Flüssigkeitstank in eine Ozongas-Atmosphäre
gezogen wird. Dabei wird die Siliciumoberfläche in der
HF-Lösung vollständig vom Oberflächenoxid
befreit, und beim Herausziehen der Siliciumscheibe in die Ozon-Atmosphäre
wird die Siliciumscheibe gleichzeitig getrocknet und hydrophiliert,
d. h. es wird eine neue Oxidschicht auf der Oberfläche
erzeugt. Daher ist die Siliciumoberfläche außerhalb
des Flüssigkeitstanks immer durch eine Oxidschicht geschützt.
Das Verfahren hat den Nachteil, dass es bei Verwendung innerhalb
einer kompletten Badreinigungsanlage mit verschiedenen Reinigungslösungen
nur einmal oder wenige Male verwendet werden kann, da sonst die
Prozesskosten zu hoch werden (Kosten der zusätzlichen Tanks
und kumulative Prozesszeiten). Dieser Kostennachteil wird bei Siliciumscheiben
mit Durchmessern größer als 300 mm noch relevanter.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass es bei diesem Verfahren
zur unerwünschten Bindung von Fluor an die Siliciumoberfläche
kommt. Außerdem führt dieses Verfahren zu einer
erhöhten Mikrorauhigkeit und zur Entstehung von Haze und
Lichtstreudefekten (sog. „Localized Light Scatterers”,
LLS).
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Reinigungsverfahren
unter Verwendung von Fluorwasserstoff-Lösung und Ozon bereitzustellen,
das nicht zur Bindung von Fluor an die Oberfläche der Halbleiterscheibe,
zur Erhöhung der Mikrorauhigkeit und zur Entstehung von
Haze und Lichtstreudefekten führt und das sich – auch
bei mehrfacher Anwendung – durch kurze Prozesszeiten und
geringen Platzbedarf der Anlagen auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung
einer Halbleiterscheibe, bei dem die Halbleiterscheibe
- – in einem wenigstens teilweise mit einer Fluorwasserstoff
enthaltenden Lösung gefüllten Flüssigkeitsbehälter
behandelt wird, sodass sich auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe
befindliches Oxid auflöst,
- – entlang einer Transportrichtung aus der Lösung heraustransportiert
und getrocknet wird und
- – nach dem Trocknen mit einem ozonhaltigen Gas behandelt
wird, sodass die Oberfläche der Halbleiterscheibe oxidiert
wird,
wobei ein Teil der Oberfläche der Halbleiterscheibe bereits
mit dem ozonhaltigen Gas in Kontakt kommt, während ein
anderer Teil der Oberfläche der Halbleiterscheibe noch
mit der Lösung in Kontakt ist und wobei die Lösung
und das ozonhaltige Gas derart räumlich getrennt sind,
dass sie nicht miteinander in Kontakt kommen.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird die Halbleiterscheibe
mit einer in einem Flüssigkeitsbehälter befindlichen Fluorwasserstoff
enthaltenden Lösung behandelt. Die Halbleiterscheibe kann
dabei entweder komplett in die Lösung eingetaucht oder durch
sie hindurch transportiert werden. Im letzten Fall kann entweder
die gesamte Halbleiterscheibe gleichzeitig mit der Lösung
in Kontakt kommen, oder verschiedene Bereiche der Halbleiterscheibe
werden beim Transport durch den Flüssigkeitsbehälter
nacheinander in Kontakt mit der Lösung gebracht, ohne dass
zu irgendeinem Zeitpunkt die gesamte Halbleiterscheibe mit der Lösung
in Kontakt ist.
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Der
Flüssigkeitsbehälter kann mit Hilfsmitteln ausgestattet
sein, die die Reinigungswirkung verbessern:
Der Flüssigkeitsbehälter
kann Vorrichtungen zum Einbringen von Megaschall enthalten, sog.
Transducer. Megaschall unterstützt die Reinigungswirkung. Vorzugsweise
wird ein Winkel von 90° bis 170° zwischen Transportrichtung
und Megaschallfortbewegungsrichtung eingestellt, um der Verschleppung
von Partikeln in Transportrichtung der Halbleiterscheibe entgegenzuwirken.
Bei einem Winkel von 90° breitet sich der Megaschall senkrecht
zur Transportrichtung aus, bei einem Winkel von 170° weitgehend
entgegengesetzt zur Transportrichtung, wobei immer noch eine geringe
Komponente senkrecht zur Transportrichtung und damit senkrecht zur
Oberfläche der Halbleiterscheibe vorhanden ist.
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Eine
weitere Variante sieht das Erzeugen und Einbringen von Gasblasen
unterschiedlicher Größe und Dichte in den Flüssigkeitsbehälter
vor. Dies kann mit Hilfe von Pumpen, die Flüssigkeit und Gas
durchmischen oder von Mikrogasblasenerzeugungsvorrichtungen (sog.
Micro-Bubbler) geschehen. Eine Bewegung der Blasen entgegen der
Transportrichtung der Halbleiterscheibe ist vorteilhaft.
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Weiterhin
ist eine Einstellung der in der Flüssigkeit gelösten
Gasmenge innerhalb des Flüssigkeitsbehälters vorteilhaft,
wozu Einrichtungen zum gezielten Einleiten von Gasen (beispielsweise
Sauerstoff oder Stickstoff) oder zum gezielten Entgasen verwendet
werden können.
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Alle
genannten Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Reinigungswirkung
können für die Vorder- oder die Rückseite
der Halbleiterscheiben ergriffen werden, besonders bevorzugt aber
für beide Seiten.
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Die
Lösung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung
von Fluorwasserstoff (Flusssäure). Die Konzentration des
Fluorwasserstoffs beträgt vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.%
(Gewichtsprozent), falls die Halbleiterscheibe aus Silicium besteht.
Die Lösung kann weitere Bestandteile enthalten. Besonders
bevorzugt ist der Zusatz von Chlorwasserstoff (HCl), vorzugsweise
in einer Konzentration von 0,2 bis 5 Gew.%, besonders bevorzugt
1 bis 2 Gew.%. Dies führt beispielsweise dazu, dass Eisen
besser von der Oberfläche entfernt und dass Kupfer nicht
wieder an der Oberfläche adsorbiert wird. Insgesamt führt
der Zusatz von Chlorwasserstoff zu einer effektiveren Metallreinigung.
Vorzugsweise enthält die Lösung keine Tenside.
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Das
Trocknen der Halbleiterscheibe unmittelbar nach dem Heraustransportieren
aus der Fluorwasserstoff-Lösung kann durch einen Transport
in geneigtem Zustand erreicht werden. In diesem Fall fließt
die Lösung aufgrund der Schwerkraft von der Scheibenoberfläche
ab. Es ist auch möglich, die Halbleiterscheibe vertikal
aus der Fluorwasserstoff-Lösung herauszuziehen, sodass
die Lösung bereits beim Herausziehen der Halbleiterscheibe
vollständig von deren Oberfläche abläuft,
ohne dass weitere Maßnahmen zur Trocknung ergriffen werden.
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Bevorzugt
ist jedoch, dass die Trocknung der Halbleiterscheibe unterstützt
wird, indem ein Gas über eine oder mehrere Düsen
in einer zur Oberfläche der Halbleiterscheibe gerichteten
Strömung zugeführt wird. Vorzugsweise wird dafür
ein inertes Gas (beispielsweise Stickstoff oder ein Edelgas wie
Argon oder Mischungen davon) verwendet, besonders bevorzugt ist
aus Gründen der Verfügbarkeit und der Kosten Stickstoff
(N2). Die Zuführung des Gases erfolgt
z. B. mit Hilfe einer senkrecht zur Transportrichtung angebrachten
Reihe von Düsen in ausreichender Dichte, um eine vollständige
Trocknung zu ermöglichen. In Frage kommen zum Beispiel
sogenannte Flachstrahldüsen. Auch kann ein senkrecht zur
Transportrichtung angeordneter kontinuierlicher Schlitz verwendet
werden. Falls notwendig können mehrere Reihen von Düsen
oder mehrere Schlitze in Transportrichtung hintereinander angebracht
werden, um eine bessere Trocknungswirkung zu erreichen. Vorzugsweise
wird ein Winkel zwischen Gasstromrichtung und Scheibentransportrichtung
zwischen 90° (senkrecht) und 180° (antiparallel)
eingestellt, besonders bevorzugt zwischen 112° und 135°, um
die Lösung effektiver zurückzudrängen.
Es ist keine besondere hohe Gasströmungsgeschwindigkeit notwendig,
da sich die Flüssigkeit auf der hydrophoben Oberfläche
leicht bewegen lässt. Zusätzlich kann auch eine
Absaugung des Gases vorgesehen werden.
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Auch
das ozonhaltige Gas kann in analoger Weise über eine oder
mehrere Düsen in einer zur Oberfläche der Halbleiterscheibe
gerichteten Strömung zugeführt werden. Dies ist
ebenfalls bevorzugt. Alternativ kann anstelle mehrerer Schlitzdüsen
oder mehrerer Reihen von Düsen auch eine in Transportrichtung
gesehen längere Öffnung verwendet werden, um die
Zufuhr von Ozon zur Scheibenoberfläche zu erhöhen
und damit eine effektivere Oxidation zu erreichen.
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Vorzugsweise
befindet sich das ozonhaltige Gas in einem durch eine Trennwand
räumlich abgetrennten Bereich. In diesem Fall wird die
Halbleiterscheibe in trockenem Zustand in Transportrichtung durch
eine Öffnung in der Trennwand in diesen Bereich transportiert.
Die Öffnung ist vorzugsweise nur geringfügig größer
als der in Transportrichtung gesehene maximale Querschnitt der Halbleiterscheibe, um
eine Diffusion oder Konvektion von Ozon durch die Öffnung
zu minimieren.
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Es
werden vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen ergriffen,
um das Eindringen von Ozon in den Flüssigkeitsbehälter
und in den Bereich, in dem sich noch Fluorwasserstoff-Lösung
auf der Scheibenoberfläche befindet, zu verhindern. Beispielsweise
werden bei Verwendung von Gasdüsen zur Trocknung diese
Düsen zwischen dem Flüssigkeitsbehälter
und der Trennwand angebracht. Es kann zumindest (und vorzugsweise
zusätzlich zu den entgegen der Scheibentransportrichtung
gerichteten Düsen) eine Reihe von Düsen oder eine
Schlitzdüse vorgesehen sein, die einen Gasstrom in Richtung
der Öffnung erzeugt, sodass Gas durch die Öffnung
in den Ozon enthaltenden räumlichen Bereich strömt
und nicht umgekehrt. Beispielsweise kann der durch diese Düsen
erzeugte Gasstrom mit der Scheibentransportrichtung einen Winkel
zwischen 0° (parallel) und 90° (senkrecht) einschließen,
wobei Winkel zwischen 22° und 67° bevorzugt sind.
Werden für die Zuführung des ozonhaltigen Gases
ebenfalls senkrecht zur Scheibentransportrichtung angebrachte Reihen
von Düsen oder kontinuierliche Schlitzdüsen verwendet, so
werden diese auf der anderen Seite der Trennwand angebracht und
vorzugsweise so ausgerichtet, dass kein in Richtung der Öffnung
gerichteter Gasstrom erzeugt wird. Beispielsweise kann der durch diese
Düsen erzeugte Gasstrom mit der Scheibentransportrichtung
ebenfalls einen Winkel zwischen 0° (parallel) und 90° (senkrecht)
einschließen, wobei Winkel zwischen 22° und 67° bevorzugt
sind.
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Zusätzlich
kann die Trennung von ozonhaltigem Gas und Fluorwasserstoff-Lösung
durch eine geeignete Absaugung der beiden Gase (d. h. des zur Trocknung
eingesetzten Gases und des ozonhaltigen Gases zur Hydrophilierung)
unterstützt werden. So kann z. B. die Absaugung des ozonhaltigen
Gases mit einem größeren Unterdruck durchgeführt
werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren finden die Behandlung
mit Fluorwasserstoff-Lösung und die Behandlung mit ozonhaltigem
Gas in räumlich getrennten Bereichen statt. Jeder Bereich
der Oberfläche der Halbleiterscheibe wird erst mit Ozon in
Kontakt gebracht, wenn dieser Bereich vollständig getrocknet
ist und sich keine Fluorwasserstoff-Lösung mehr darauf
befindet. Es hat sich herausgestellt, dass nur dann Fluor an die
Oberfläche der Halbleiterscheibe gebunden wird, wenn Fluorwasserstoff
und Ozon gleichzeitig auf die Oberfläche einwirken. Durch
die erfindungsgemäße räumliche Trennung
von Fluorwasserstoff-Lösung und ozonhaltigem Gas kann deshalb
die Bindung von Fluor an die Scheibenoberfläche zuverlässig
vermieden werden.
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Es
hat sich außerdem herausgestellt, dass die Halbleiterscheibe
lokal verätzt werden kann, wenn sich Ozon in der Fluorwasserstoff-Lösung
löst, da die gleichzeitige Einwirkung von Ozon und Fluorwasserstoff
nicht nur zu einem Abtrag der Oxidschicht, sondern auch des Halbleitermaterials
selbst führt. Bei einer Vermischung von Ozon und Fluorwasserstoff
kommt es häufig zu lokal unterschiedlichen Oxidations-
und Oxidabtragsraten, die zu einem ungleichmäßigen
Materialabtrag und damit zu einer erhöhten Mikrorauhigkeit
und zur Entstehung von Haze und Lichtstreudefekten führen.
Auch dieses Problem ist durch die räumliche Trennung von
Ozon und Fluorwasserstoff gelöst.
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Beide
Risiken sind besonders groß, wenn eine hohe Ozon-Konzentration
vorliegt, was aber für eine effektive Hydrophilierung gewünscht
ist. Z. B. werden mit Hilfe eines Ozongenerators ein Ozongas-Fluss
von 200 Liter/Stunde und eine Ozongas-Konzentration zwischen 80
und 100 g/m3 erzeugt. Das Problem wird zusätzlich
verstärkt, wenn die Fluorwasserstoff-Lösung längere
Zeit verwendet wird, da sich im Laufe der Zeit immer mehr Ozon in der
Lösung löst. Eine längere Verwendung
ist jedoch aus Kostengründen erwünscht. Die Erfindung
ermöglicht durch die räumliche Trennung von Ozon
und Fluorwasserstoff sowohl den Einsatz hoher Ozonkonzentrationen
als auch eine längere Verwendung der Fluorwasserstoff-Lösung,
beispielsweise unter Filtration und Rezirkulation der Lösung.
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Trotz
der räumlichen Trennung von Fluorwasserstoff-Lösung
und ozonhaltigem Gas finden alle Schritte des Verfahrens auf engstem
Raum statt, sodass beim Heraustransportieren der Halbleiterscheibe
aus der Fluorwasserstoff-Lösung bereits ein erster (trockener)
Bereich der Scheibenoberfläche mit dem ozonhaltigen Gas
in Kontakt kommt, wenn sich andere Bereiche der Scheibenoberfläche
noch in Kontakt mit der Fluorwasserstoff-Lösung befinden. Auf
diese Weise werden gleichzeitig mehrere Effekte erzielt:
Die
Zeitdauer, während der die trockene Oberfläche der
Halbleiterscheibe hydrophob und daher sehr empfindlich gegen eine
erneute Kontamination mit Partikeln ist, ist sehr kurz, vorzugsweise
im Bereich von 1 bis 5 Sekunden. Daher ist die Gefahr gering, dass
die hydrophobe Oberfläche erneut mit Partikeln kontaminiert
wird. Die Partikelreinigungseffizienz steigt dadurch. Die Prozessdauer
ist insgesamt sehr kurz, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
verbessert. Eine für die Durchführung des verwendeten Verfahrens
bestimmte Vorrichtung ist äußerst platzsparend
zu realisieren. Dies führt nochmals zu einer verbesserten
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Auch bei wiederholter Anwendung
des Verfahrens steigen die Prozessdauer und der Platzbedarf nicht
so stark an, dass das Verfahren nicht mehr wirtschaftlich durchgeführt
werden könnte.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Vorrichtung für die
Behandlung von Halbleiterscheiben gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform.
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2 zeigt
einen vertikalen Schnitt in Längsrichtung durch die Vorrichtung
aus 1.
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3 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung für die
Behandlung von Halbleiterscheiben gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben:
Eine erste Ausführungsform der Erfindung
ist in
3 dargestellt. Dabei wird eine einzelne Halbleiterscheibe
5 vorzugsweise
in vertikaler Position in einen Flüssigkeitsbehälter
11 getaucht,
der mit einer Fluorwasserstoff enthaltenden Lösung
91 gefüllt
ist. Anschließend wird die Halbleiterscheibe
5 in
vorzugsweise senkrechter Transportrichtung
81 aus der Lösung
91 herausgezogen,
sodass die Lösung
91 bereits beim Herausziehen
der Halbleiterscheibe
5 vollständig von deren
Oberfläche abläuft, ohne dass weitere Maßnahmen
zur Trocknung ergriffen werden, was bevorzugt ist. Diese Vorgehensweise
entspricht der Lehre von
US5714203 .
Andererseits werden vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen
ergriffen, die verhindern, dass Ozon mit der Flusssäure-Lösung
in Kontakt kommt. Diese sind weiter unten beschrieben.
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Falls
erforderlich, kann auch bei dieser Ausführungsform ein
Gas 92 über eine oder mehrere Düsen 35 in
einer zur Oberfläche der Halbleiterscheibe 5 gerichteten
Strömung zugeführt werden, um die Trocknung der
Halbleiterscheibe 5 zu unterstützen. Die Zuführung
des Gases 92 erfolgt z. B. mit Hilfe einer oder mehrerer
senkrecht zur Transportrichtung 81 angeordneten Reihen
von Düsen oder einer oder mehrerer kontinuierlicher Schlitzdüsen.
Vorzugsweise wird ein Winkel zwischen Gasstromrichtung und Scheibentransportrichtung 81 zwischen
90° (senkrecht) und 180° (antiparallel) eingestellt,
besonders bevorzugt zwischen 112° und 135°, um
die Lösung effektiver zurückzudrängen.
Zusätzlich kann auch eine Absaugung des Gases 92 vorgesehen
werden.
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Das
ozonhaltige Gas 93 wird vorzugsweise über eine
oder mehrere Düsen 36 in einer zur Oberfläche
der Halbleiterscheibe 5 gerichteten Strömung zugeführt.
Auch für diesen Zweck können eine oder mehrere
senkrecht zur Transportrichtung 81 angeordnete Reihen von
Düsen oder eine oder mehrere Schlitzdüsen verwendet
werden. Alternativ kann anstelle mehrerer Schlitzdüsen
oder mehrerer Reihen von Düsen auch eine in Transportrichtung 81 gesehen
längere Öffnung verwendet werden, um die Zufuhr
von Ozon zur Scheibenoberfläche zu erhöhen und
damit eine effektivere Oxidation zu erreichen.
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Vorzugsweise
befindet sich das ozonhaltige Gas 93 in einem durch eine
horizontal angeordnete Trennwand 33 räumlich abgetrennten
Bereich. In diesem Fall wird die Halbleiterscheibe 5 in
trockenem Zustand in Transportrichtung 81 durch eine Öffnung 34 in
der Trennwand 33 in diesen Bereich transportiert. Die Öffnung 34 ist
vorzugsweise nur geringfügig größer als
der in Transportrichtung 81 gesehene maximale Querschnitt
der Halbleiterscheibe 5, um eine Diffusion oder Konvektion
von Ozon durch die Öffnung 34 zu minimieren. Bei
dieser Ausführungsform kann die Trennwand 33 entweder
gleichzeitig die obere Begrenzung (Deckel) des Flüssigkeitsbehälters 11 darstellen
oder zusätzlich oberhalb von der oberen Begrenzung des
Flüssigkeitsbehälters 11 angebracht sein.
Letztere Variante ist in 3 dargestellt. Die Düsen 36 zur
Zuführung des ozonhaltigen Gases 93 sind in jedem
Fall oberhalb, vorzugsweise unmittelbar oberhalb der Trennwand 33 angebracht.
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Es
werden vorzugsweise, wie oben allgemein für die Erfindung
beschrieben, zusätzliche Maßnahmen ergriffen,
um das Eindringen von Ozon in den Flüssigkeitsbehälter
und in den Bereich, in dem sich noch Fluorwasserstoff-Lösung
auf der Scheibenoberfläche befindet, zu verhindern.
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In
einer zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform, die
in
1 und
2 dargestellt ist, wird ein
Flüssigkeitsbehälter
11 eingesetzt, der
in zwei gegenüberliegenden Seitenwänden eine jeweils unterhalb
der Oberfläche der Fluorwasserstoff-Lösung
91 liegende
Eingangs-
31 und eine Ausgangsöffnung
32 aufweist.
Derartige Flüssigkeitsbehälter sind in
EP817246A2 beschrieben.
Der Flüssigkeitsbehälter
11 kann entweder
vollständig oder nur teilweise mit der Fluorwasserstoff-Lösung
91 gefüllt sein.
Die Halbleiterscheibe
5 wird entlang einer Transportrichtung
81 durch
Transportvorrichtungen
21,
22 durch den Flüssigkeitsbehälter
11 transportiert.
Insbesondere wird die Halbleiterscheibe
5 durch eine erste
Transportvorrichtung
21 in Transportrichtung
81 zur
Eingangsöffnung
31 des Flüssigkeitsbehälters
11 und
durch diese hindurch in den Flüssigkeitsbehälter
11 transportiert.
Danach wird sie durch den Flüssigkeitsbehälter
11 von
der Eingangsöffnung
31 zur Ausgangsöffnung
32 hindurch
transportiert und schließlich durch die zweite Transportvorrichtung
22 in
Transportrichtung
81 von der Ausgangsöffnung
32 des
Flüssigkeitsbehälters
11 wegtransportiert.
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Um
eine zuverlässige räumliche Trennung von ozonhaltigem
Gas 93 und Fluorwasserstoff-Lösung 91 zu
gewährleisten, wird vorzugsweise dafür gesorgt,
dass die Fluorwasserstoff-Lösung 91 nicht durch
die Ausgangsöffnung 32 austritt. Die Ausgangsöffnung 32 ist
daher vorzugsweise nur geringfügig größer
als der in Transportrichtung 81 gesehene maximale Querschnitt
der Halbleiterscheibe 5. Außerdem wird die Halbleiterscheibe 5 vorzugsweise in
im Wesentlichen horizontaler Lage transportiert. In diesem Fall
sind die Ein- 31 und Ausgangsöffnungen 32 im
wesentlichen horizontal angeordnete Schlitze, deren Höhe
vorzugsweise geringfügig größer ist als die
Dicke der Halbleiterscheibe 5 und deren Länge geringfügig
größer ist als die Breite der Halbleiterscheibe 5.
Bei einer horizontalen Anordnung der Ausgangsöffnung 32 lässt
sich das Austreten von Fluorwasserstoff-Lösung 91 leichter
verhindern.
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Zusätzlich
können die in
EP817246A2 beschriebenen
Maßnahmen ergriffen werden, um ein Austreten von Fluorwasserstoff-Lösung
91 aus
der Ausgangsöffnung
32 zu verhindern und ein Austreten der
Halbleiterscheibe
5 aus dem Flüssigkeitsbehälter
11 in
trockenem Zustand zu gewährleisten.
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Vorzugsweise
geschieht dies dadurch, dass ein Gas 92 über eine
oder mehrere Düsen 35 in einer zur Oberfläche
der Halbleiterscheibe 5 gerichteten Strömung zugeführt
wird, um die Trocknung der Halbleiterscheibe 5 zu unterstützen.
Die Zuführung des Gases 92 erfolgt z. B. mit Hilfe
einer oder mehrerer senkrecht zur Transportrichtung 81 angeordneten Reihen
von Düsen oder einer oder mehrerer kontinuierlicher Schlitzdüsen
(wie in 1 dargestellt). Vorzugsweise
wird ein Winkel zwischen Gasstromrichtung und Scheibentransportrichtung 81 zwischen
90° (senkrecht) und 180° (antiparallel) eingestellt,
besonders bevorzugt zwischen 112° und 135°, um
die Lösung effektiver zurückzudrängen.
Die Düsen 35 sind vorzugsweise in unmittelbarer
Nähe der Ausgangsöffnung 32 angebracht.
Zusätzlich kann auch eine Absaugung des Gases 92 vorgesehen
werden.
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Auch
das ozonhaltige Gas 93 wird vorzugsweise über
eine oder mehrere Düsen 36 in einer zur Oberfläche
der Halbleiterscheibe 5 gerichteten Strömung zugeführt.
Auch für diesen Zweck können eine oder mehrere
senkrecht zur Transportrichtung 81 angeordnete Reihen von
Düsen oder eine oder mehrere Schlitzdüsen (wie
in 1 dargestellt) verwendet werden.
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Vorzugsweise
befindet sich das ozonhaltige Gas 93 in einem durch eine
vertikal angeordnete Trennwand 33 räumlich abgetrennten
Bereich. In diesem Fall wird die Halbleiterscheibe 5 in
trockenem Zustand in Transportrichtung 81 durch eine Öffnung 34 in
der Trennwand 33 in diesen Bereich transportiert. Die Öffnung 34 ist
vorzugsweise nur geringfügig größer als
der in Transportrichtung 81 gesehene maximale Querschnitt
der Halbleiterscheibe 5, um eine Diffusion oder Konvektion
von Ozon durch die Öffnung 34 zu minimieren. Bei
dieser Ausführungsform ist die Trennwand 33 zusätzlich
zur seitlichen Begrenzung des Flüssigkeitsbehälters 11 angebracht. Die
Düsen 36 zur Zuführung des ozonhaltigen
Gases 93 sind in jedem Fall auf der vom Flüssigkeitsbehälter 11 abgewandten
Seite der Trennwand 33 angebracht. Die ggf. zur Unterstützung
der Trocknung der Halbleiterscheibe 5 eingesetzten Düsen 35 sind
in jedem Fall zwischen der seitlichen Begrenzung des Flüssigkeitsbehälters 11 und
der Trennwand 33 angebracht.
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Es
werden vorzugsweise zusätzliche Maßnahmen ergriffen,
um das Eindringen von Ozon in den Flüssigkeitsbehälter 11 und
in den Bereich, in dem sich noch Fluorwasserstoff-Lösung 91 auf
der Oberfläche der Halbleiterscheibe 5 befindet,
zu verhindern. Es kann zumindest (und vorzugsweise zusätzlich
zu den entgegen der Scheibentransportrichtung gerichteten Düsen 35)
eine Reihe von Düsen oder eine Schlitzdüse (nicht
dargestellt) vorgesehen sein, die einen Strom von Gas 92 in
Richtung der Öffnung 34 erzeugt, sodass Gas 92 durch
die Öffnung 34 in den Ozon enthaltenden räumlichen
Bereich strömt und nicht umgekehrt.
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Beispielsweise
kann der durch diese Düsen erzeugte Gasstrom mit der Transportrichtung 81 einen
Winkel zwischen 0° (parallel) und 90° (senkrecht)
einschließen, wobei Winkel zwischen 22° und 67° bevorzugt
sind. Werden für die Zuführung des ozonhaltigen
Gases 93 ebenfalls senkrecht zur Transportrichtung 81 angebrachte
Reihen von Düsen 36 oder kontinuierliche Schlitzdüsen 36 verwendet, so
werden diese auf der anderen Seite der Trennwand 33 angebracht
und vorzugsweise so ausgerichtet, dass kein in Richtung der Öffnung 34 gerichteter Strom
von ozonhaltigem Gas 93 erzeugt wird. Beispielsweise kann
der durch diese Düsen 36 erzeugte Gasstrom mit
der Scheibentransportrichtung ebenfalls einen Winkel zwischen 0° (parallel)
und 90° (senkrecht) einschließen, wobei Winkel
zwischen 22° und 67° bevorzugt sind. Eine geeignete
Absaugung des ozonhaltigen Gases 93 kann ebenfalls dazu
beitragen, eine Diffusion oder Konvektion des ozonhaltigen Gases 93 durch
die Öffnung 34 in der Trennwand 33 zu
vermeiden.
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Im
Flüssigkeitsbehälter 11 wird vorzugsweise
eine zur Transportrichtung 81 entgegengesetzte Strömung
der Fluorwasserstofflösung erzeugt, um der Verschleppung
von Partikeln zur Ausgangsöffnung 32 des Flüssigkeitsbehälters 11 entgegenzuwirken.
Dies kann durch entsprechend ausgerichtete Düsen (nicht
dargestellt) innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 erreicht
werden.
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Es
ist außerdem bevorzugt, dass die Fluorwasserstoff-Lösung 91 durch
die Eingangsöffnung 31 abfließt oder
innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 in
der Nähe der Eingangsöffnung 31 abgeführt
wird. Sie kann in diesem Fall gesammelt, filtriert und wieder in
den Flüssigkeitsbehälter 11 zurückgeführt
werden. Falls mehrere Flüssigkeitsbehälter in
Reihe geschaltet werden, wird die Fluorwasserstoff-Lösung vorzugsweise
für jeden Flüssigkeitsbehälter getrennt gesammelt,
filtriert und wieder in den betreffenden Flüssigkeitsbehälter
zurückgeführt. 2 stellt
schematisch eine zugehörige Auffangwanne 64 dar,
die die aus dem Flüssigkeitsbehälter 11 ablaufende
Fluorwasserstoff-Lösung 91 auffängt.
Von der Auffangwanne 64 kann die Fluorwasserstoff-Lösung 91 in
einen Vorratsbehälter 61 geleitet und über
eine Pumpe 62 und einen Filter 63 wieder in den
Flüssigkeitsbehälter 11 zurückgeführt
werden. Durch die Filtration und Rückführung kann
die Partikelkonzentration für eine lange Zeit auf einem
niedrigen Niveau gehalten werden. Die getrennte Sammlung, Filtration
und Rückführung für jeden Flüssigkeitsbehälter
ist vorteilhaft, da sich auf diese Weise in den letzten von den Halbleiterscheiben
durchlaufenen Flüssigkeitsbehältern eine besonders
niedrige Partikel- und Metallkonzentration aufrecht erhalten lässt.
So kann die Nutzungsdauer einer Flüssigkeitsfüllung
verlängert werden, bis ein erneuter Komplettaustausch der
Fluorwasserstoff-Lösung 91 erfolgt, ohne das Reinigungsergebnis
zu verschlechtern. Umgekehrt kann bei gleichen Zeitintervallen für
den Komplettaustausch das Reinigungsergebnis verbessert werden.
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Die
senkrecht zur Transportrichtung 81 der Halbleiterscheibe 5 gemessene
Breite des Flüssigkeitsbehälters 11 ist
vorzugsweise größer als seine in Transportrichtung 81 gemessene
Länge. Insbesondere ist der Flüssigkeitsbehälter 11 so
dimensioniert, dass dessen Breite größer ist als
die Breite der darin zu behandelnden Halbleiterscheibe 5,
sodass die Halbleiterscheibe 5 der Breite nach in dem Flüssigkeitsbehälter 11 Platz
findet. Vorzugsweise ist dagegen die Länge des Flüssigkeitsbehälters 11 in
Transportrichtung 81 der Halbleiterscheibe 5 kleiner
als die Länge der Halbleiterscheibe 5, sodass
sich die Halbleiterscheibe 5 in Richtung ihrer Länge
nie ganz innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 befinden
kann. Falls die Halbleiterscheibe 5 im Wesentlichen rund ist,
sind „Länge” und „Breite” der
Halbleiterscheibe 5 jeweils mit ihrem Durchmesser gleichzusetzen.
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Diese
bevorzugten Größenverhältnisse ermöglichen
es, auf innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 angeordnete
Führungselemente zu verzichten, da eine Halbleiterscheibe 5,
die durch den Flüssigkeitsbehälter 11 transportiert
wird, zu jedem Zeitpunkt von wenigstens einer der beiden an den
Flüssigkeitsbehälter 11 angrenzenden
Transportvorrichtungen 21, 22 gehalten und weitertransportiert
werden kann.
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Zu
Beginn des Verfahrens wird die Halbleiterscheibe 5 beispielsweise
aus einer Kassette entnommen und auf der ersten Transportvorrichtung 21 platziert.
Dies erfolgt vorzugsweise automatisch durch einen Roboter. Sie wird
anschließend vorzugsweise durch die erste Transportvorrichtung 21 senkrecht
zur Transportrichtung 81 fixiert und in Transportrichtung 81 zur
Eingangsöffnung 31 des ersten Flüssigkeitsbehälters 11 und
durch diese hindurch in den ersten Flüssigkeitsbehälter 11 transportiert.
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Während
sie von der Eingangsöffnung 31 zur Ausgangsöffnung 32 durch
den ersten Flüssigkeitsbehälter 11 hindurch
transportiert wird, kommt der innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 befindliche
Teil der Halbleiterscheibe 5 vorzugsweise ausschließlich mit
der Fluorwasserstoff-Lösung 91 in Kontakt, da
in dem Flüssigkeitsbehälter 11 vorzugsweise
keine Führungselemente vorhanden sind, die die Halbleiterscheibe 5 abstützen
und somit stellenweise von der Fluorwasserstoff-Lösung 91 abschirmen
würden. Dies ist dann möglich, wenn der Flüssigkeitsbehälter 11 wie
oben beschrieben in Transportrichtung 81 gesehen kleiner
ist als die Halbleiterscheibe 5, sodass die Halbleiterscheibe 5 während
ihres Transports durch den Flüssigkeitsbehälter 11 zu
jedem Zeitpunkt durch die erste 21 oder zweite Transportvorrichtung 22 oder
durch beide senkrecht zur Transportrichtung 81 fixiert
und gleichzeitig in Transportrichtung 81 weitertransportiert
werden kann. Während die Halbleiterscheibe 5 durch
den Flüssigkeitsbehälter 11 transportiert
wird, kann sie bereits von der zweiten Transportvorrichtung 22 übernommen
werden, so lange sie noch mit der ersten Transportvorrichtung 21 in Kontakt
ist. Die zweite, auf der gegenüberliegenden Seite des Flüssigkeitsbehälters 11 befindliche
Transportvorrichtung 22 fixiert vorzugsweise die Halbleiterscheibe 5 wiederum
senkrecht zur Transportrichtung 81 und transportiert sie
in Transportrichtung 81 von der Ausgangsöffnung 32 des
Flüssigkeitsbehälters 11 weg. Ist ein
zweiter Flüssigkeitsbehälter vorhanden, so transportiert
die Transportvorrichtung 22 die Halbleiterscheibe 5 zur
Eingangsöffnung des zweiten Flüssigkeitsbehälters
und durch diese hindurch in den zweiten Flüssigkeitsbehälter.
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Abhängig
von der erforderlichen Reinigungsleistung kann bei der zweiten Ausführungsform
der Erfindung eine beliebige Zahl von Reinigungseinheiten (Flüssigkeitsbehälter
mit entsprechenden Trocknungsvorrichtungen, Zuführungsvorrichtungen
für das ozonhaltige Gas und Transportvorrichtungen) in Reihe
geschaltet werden, wobei eine zu große Zahl zu Lasten der
Wirtschaftlichkeit geht und keine nennenswerte Verbesserung der
Reinigungsleistung mit sich bringt. Die Anzahl der Reinigungseinheiten
beträgt vorzugsweise mindestens zwei und höchstens zehn,
besonders bevorzugt sind vier bis acht gleichartige Reinigungseinheiten.
Werden mehrere Reinigungseinheiten eingesetzt, so sind diese entlang
eines Transportwegs angeordnet, auf dem die Halbleiterscheiben durch
die Vorrichtung transportiert werden. Der Transportweg muss nicht
unbedingt eine gerade Strecke sein, er kann generell oder an bestimmten
Stellen gekrümmt sein. Der Transportweg wird durch die
Flüssigkeitsbehälter und die vor dem ersten Flüssigkeitsbehälter,
zwischen jeweils zwei Flüssigkeitsbehältern und
nach dem letzten Flüssigkeitsbehälter befindlichen
Transportvorrichtungen definiert. Die Begriffe „vor” und „nach” sind
lediglich von der zeitlichen Abfolge abgeleitet, in der die Halbleiterscheiben
durch die einzelnen Flüssigkeitsbehälter transportiert
werden, sie werden aber für die Beschreibung einer räumlichen
Anordnung verwendet.
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Die
Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitsbehälter
ist stets weniger mit Partikeln und Metallen verunreinigt als die
im ersten Flüssigkeitsbehälter. In jedem weiteren
Flüssigkeitsbehälter sinkt die Partikel- und Metallkonzentration
weiter ab. Da mehrfach das Oxid an der Oberfläche der Halbleiterscheibe
entfernt und wieder eine neue Oxidschicht erzeugt wird und somit insgesamt
eine dickere Schicht von der Oberfläche der Halbleiterscheibe
abgetragen wird, wird die Metallreinigung ebenfalls verbessert.
Durch das Hintereinanderschalten mindestens zweier gleichartiger Reinigungsschritte,
die in zwei getrennten Flüssigkeitsbehältern ablaufen,
kann daher die Reinigungswirkung gegenüber dem Stand der
Technik bei einer insgesamt unveränderten Prozessdauer
deutlich verbessert werden. Das Hintereinanderschalten mehrerer
Flüssigkeitsbehälter – ohne die Wirtschaftlichkeit des
Verfahrens nennenswert zu beeinträchtigen – wird
erst durch diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht,
da aufgrund der geringen Länge der einzelnen Flüssigkeitsbehälter
der Platzbedarf insgesamt nicht oder nur unwesentlich ansteigt.
Gleichzeitig ermöglicht es die geringe Länge der
einzelnen Flüssigkeitsbehälter, die Halbleiterscheiben
ohne Führungselemente innerhalb der Flüssigkeitsbehälter
zu transportieren. Da die Halbleiterscheiben einzeln behandelt und
zudem innerhalb der Flüssigkeitsbehälter nicht
durch Führungs- oder Haltevorrichtungen abgeschirmt werden,
erhöht sich die Reinigungseffizienz nochmals – ohne
die Behandlungsdauer oder den Platzbedarf zu erhöhen. Das
erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich
betrieben werden, was sich positiv auf den Durchsatz auswirkt. Zudem
können Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheiben
in gleicher Art und Weise behandelt werden.
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Ein
weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sie ohne
nennenswerte Verlängerung der Prozessdauer auch auf Halbleiterscheiben
mit einem großen Durchmesser von 300 mm oder mehr, beispielsweise
450 mm, angewandt werden kann.
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Als
Transportvorrichtungen 21, 22 werden vorzugsweise
Transportrollen aus einem geeigneten Material (z. B. Polyvinylalkohol,
PVA) verwendet, welche, bevorzugt im feuchten Zustand, die Halbleiterscheibe 5 beidseitig
leicht drücken und mit Hilfe eines Motors in die Transportrichtung 81 weiter
bewegen. Der Flüssigkeitsbehälter 11 (bzw.
die mehreren Flüssigkeitsbehälter) wird bei dieser
Ausführungsform vorzugsweise weniger als halb so lang wie
die Halbleiterscheibe 5 dimensioniert, damit einzelne Rollenpaare
(eine Rolle über, die andere unterhalb der Halbleiterscheibe 5)
vor und nach dem Flüssigkeitsbehälter 11 bzw.
zwischen den mehreren Flüssigkeitsbehältern ausreichend
sind, um zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende Unterstützung
der Halbleiterscheibe 5 und dadurch einen kontaktlosen
Transport der Halbleiterscheibe 5 innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 11 zu
ermöglichen. Diese Ausführungsform ist in 2 beispielhaft
dargestellt. Eine Transportvorrichtung kann auch aus zwei oder mehr Rollenpaaren
bestehen, vorzugsweise wird jedoch jeweils genau ein Rollenpaar
vor und nach dem Flüssigkeitsbehälter 11 bzw.
zwischen jeweils zwei Flüssigkeitsbehältern eingesetzt.
Mindestens eine Rolle einer jeden Transportvorrichtung muss durch
einen Motor angetrieben werden, um die Halbleiterscheibe transportieren
zu können. Die anderen Rollen der Transportvorrichtung
können entweder ebenfalls durch einen Motor angetrieben
werden und die Halbleiterscheibe aktiv transportieren oder sie können nicht
angetrieben werden und die Halbleiterscheibe lediglich senkrecht
zur Transportrichtung fixieren.
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Alternativ
zu den Rollen können andere Transportmechanismen verwendet
werden. So können die Halbleiterscheiben auch durch mechanische Greifer
zu beiden Seiten des Flüssigkeitsbehälters weitergereicht
werden. Auch ein Transport über Wasserkissen ist möglich,
bei dem die Halbleiterscheiben auf einen Flüssigkeitsfilm
liegen und mit Hilfe von Düsen vorangetrieben werden.
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Nach
der (letztmaligen) Oxidation der Halbleiterscheibe wird diese vorzugsweise
berührungslos oder wenigstens mit möglichst geringer
Kontaktfläche entnommen. So kann die Halbleiterscheibe
z. B. mit Hilfe eines sogenannten Ultraschallgreifers entnommen
werden, mit dessen Hilfe die Halbleiterscheibe kontaktlos schwebt.
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Alle
beschriebenen Arten von Transportvorrichtungen können mit
konstanter oder variabler Geschwindigkeit betrieben werden. Die
Halbleiterscheiben werden vorzugsweise mit geringem Abstand unmittelbar
hintereinander transportiert.
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Die
Erfindung kann auf alle Arten von Halbleiterscheiben angewandt werden,
auf multi- oder polykristalline Halbleiterscheiben (die beispielsweise
für Photovoltaik-Anwendungen verwendet werden) ebenso wie
auf monokristalline Halbleiterscheiben (beispielsweise für
die Mikroelektronik). Die Halbleiterscheiben können aus
beliebigen Halbleitermaterialien bestehen, die durch Ozon oxidiert
und deren Oxide durch Fluorwasserstoff aufgelöst werden,
wie beispielsweise Silicium.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5714203 [0003, 0025]
- - EP 817246 A2 [0030, 0032]