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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zur Glättung einer gebogenen Probe, insbesondere eines gebogenen Halbleiterwafers. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Glättung einer gebogenen Probe, insbesondere eines gebogenen Halbleiterwafers.
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Halbleiterbauelemente wie Logik- und Speicherbauelemente werden in der Regel durch eine Abfolge von Verarbeitungsschritten hergestellt, die auf einer Probe angewendet werden. Die verschiedenen Merkmale und mehrere Strukturebenen der Halbleiterbauelemente werden durch diese Verarbeitungsschritte gebildet. Zum Beispiel ist die Lithographie ein Halbleiterherstellungsprozess, der die Erzeugung eines Musters („Patterns“) auf einem Halbleiterwafer beinhaltet. Weitere Beispiele für Halbleiterherstellungsprozesse sind beispielsweise chemisch-mechanisches Polieren und Ätzen, Ablagerung oder Ionenimplantation. Eine große Anzahl von Halbleiterbauelementen können auf einem einzigen Halbleiterwafer hergestellt und dann in einzelne Halbleiterbauelemente getrennt werden.
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Ein Wafer wird innerhalb eines Wafer-Verarbeitungswerkzeugs (z.B. Lithographie-Anlage, Ätzwerkzeug, Prüfwerkzeug, Messtechnik-Werkzeug) positioniert, indem der dünne Wafer auf eine Spannvorrichtung, insbesondere einen flachen Wafer-Chuck (Halterung), gespannt wird. Die Spannvorrichtung beziehungsweise der Wafer-Chuck ist ein Maschinenteil, das die Schnittstelle zwischen dem Wafer und dem Rest der Maschine bildet. Der Wafer wird innerhalb des Werkzeugs präzise positioniert, indem die Bewegungen des Wafer-Chuck, an dem der Wafer befestigt ist, genau gesteuert werden. Da die Wafer selbst sehr dünn sind (beispielsweise ca. 200 Mikrometer bis 1,5 Millimeter Dicke) und einen relativ großen Durchmesser (beispielsweise ca. 200 bis 300 Millimeter oder mehr) aufweisen, ist die Form eines Wafers in seinem ungezwungenen (d.h. nicht unterstützten) Zustand nicht besonders stabil, dies gilt insbesondere für die Ebenheit des Wafers. Während der Bearbeitung wird der Wafer über einen großen Teil seiner Rückseitenfläche an den Wafer-Chuck geklemmt. Indem der Wafer gezwungen wird, sich an die Form des Wafer-Chuck anzupassen, flacht der Wafer-Chuck den Wafer ab, so dass die Wafer-Bearbeitungs- und Prüfaufgaben erfolgreich abgeschlossen werden können.
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Es ist bekannt, neben mechanischer Klemmung, die Wafer durch Vakuum an die Spannvorrichtung beziehungsweise den Wafer-Chuck zu spannen. Wenn der Wafer auf die Spannvorrichtung beziehungsweise den Wafer-Chuck abgesenkt wird, kommt die Rückseite des Wafers mit dem Wafer-Chuck in Kontakt und deckt die in die Oberfläche des Wafer-Chuck eingearbeiteten Vakuumkanäle ab. Wenn der Wafer die Vakuumkanäle abdeckt, zieht das an den Kanälen anliegende Vakuum den Wafer effektiv auf die Oberfläche des Wafer-Chuck und hält den Wafer in der gespannten Position, solange das Vakuum an den Kanälen aufrechterhalten wird.
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Das Festklemmen des Wafers an der Oberfläche des Wafer-Chucks mit Vakuum ist problematisch, wenn der Wafer stark verbogen ist. In einigen Beispielen weisen Wafer mit 300 Millimeter Durchmesser Abweichungen in der Ebenheit von ca. 500 Mikrometer bis zu mehreren Millimetern (beispielsweise ca. 8-10 Millimeter) auf. Wenn ein Wafer stark verbogen ist, deckt der Wafer die Vakuumkanäle des Wafer-Chucks nicht gleichmäßig ab. Dies führt zu großen Vakuumleckagen, die die von jedem Vakuumkanal ausgeübte Klemmkraft reduzieren. In vielen Szenarien kann die reduzierte Spannkraft nicht die ausreichende Kraft erreichen, die erforderlich ist, um den Wafer aus seinem verformten Zustand auf den Wafer-Chuck zu ziehen. Folglich kann der Wafer-Chuck den Wafer nicht ausreichend einspannen, und eine weitere Bearbeitung des Wafers ist ohne zusätzlichen Eingriff nicht möglich. In einigen Szenarien ist ein erhöhter Vakuumfluss in der Lage, die großen Vakuumleckagen zu kompensieren und genügend Kraft zu erzeugen, um den Wafer erfolgreich zu spannen. Die Realisierung von hohen Vakuumströmungen ist jedoch sowohl aus Design- als auch aus Betriebsperspektive (beispielsweise erhöhte Designkomplexität und Kosten) oft unerwünscht. In einigen Szenarien reicht ein erhöhter Vakuumfluss nicht aus, um große Leckagen zu überwinden, die durch stark verbogene Wafer erzeugt werden. In diesen Szenarien muss der Wafer möglicherweise verworfen oder speziell (nach-) bearbeitet werden, um den Verzug zu reduzieren. Bei verbogenen Wafern kommen auch Vorrichtungen mit Luftabsaugkanälen, die nach dem Bernoulli-Prinzip arbeiten, zum Einsatz. Vorrichtungen nach dem Bernoulli-Prinzip sind jedoch in ihrer Saugkraft limitiert. Aus der U.S. Patentanmeldung
US 2015 / 0 240 358 A1 ist eine Spannvorrichtung sowie ein Verfahren zur Glättung einer gebogenen Probe bekannt, wobei ein Suszeptor einen Körper mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und einer äußeren Seitenfläche, die die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche verbindet, umfasst. Ferner umfasst der Suszeptor mindestens eine Tasche, die von der ersten Oberfläche ausgespart ist, um jeweils mindestens einen Wafer darin aufzunehmen, mindestens ein Tunnel, der sich jeweils unterhalb der Tasche befindet und sich von einer Körpermitte zur äußeren Seitenfläche erstreckt, mindestens einen Verbindungskanal, von dem jeder jede Tasche mit jedem Tunnel verbindet, und eine Versorgungsleitung, die mit dem Tunnel in der Mitte des Körpers verbunden ist und ein Gas von außen zuführt, damit das Gas von der Mitte des Körpers zur äußeren Seitenfläche strömen kann.
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Es besteht also die Gefahr, dass der Wafer mit den Halbleiterbauelementen nicht ausreichend auf der Halterung gehalten wird und verrutscht. Dabei können die Produktions- oder Messprozesse an der Probe, insbesondere dem Wafer und den Halbleiterbauelementen, nicht durchgeführt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannvorrichtung und ein Verfahren zur Glättung einer Probe, insbesondere eines Halbleiterwafers mit Halbleiterbauelementen, bereitzustellen, um das Einspannen stark verbogener Proben, insbesondere stark verbogener Halbleiterwafer mit Halbleiterbauelementen, zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine Spannvorrichtung und ein Verfahren zur Glättung einer gebogenen Probe gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 gelöst.
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In Anbetracht der bekannten Technologie und nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Spannvorrichtung zur Glättung einer gebogenen Probe bereitgestellt, wobei die Spannvorrichtung einen Spannkörper umfasst. Der Spannkörper umfasst eine an der Körperoberfläche ausgebildete flache Spannfläche. Die Spannfläche nimmt die gebogene Probe mindestens teilweise auf. Ein erster Kanal ist in dem Spannkörper ausgebildet. Der erste Kanal weist einen Kanaleingang und einen Kanalausgang auf, wobei der erste Kanal zwischen dem Kanaleingang und dem Kanalausgang zumindest eine den Spannkörper bis zur Spannfläche vollständig durchdringende Aussparung aufweist. Ein Hohlraum wird zwischen einer Unterfläche der gebogenen Probe und der Aussparung gebildet, wobei durch den Hohlraum ein gerichteter Luftstrom von dem Kanaleingang zu dem Kanalausgang fließt. Der Spannkörper weist mindestens einen zweiten Kanal mit einem Kanaleingang und einem Kanalausgang auf, wobei der Kanalausgang auf der Spannfläche ausgebildet ist, und wobei der zweite Kanal als ein Vakuum-Kanal ausgebildet ist
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In einem Aspekt ist die Spannvorrichtung ausgestaltet, derart, dass im Spannkörper mindestens zwei oder mehrere erste Kanäle ausgebildet sind.
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In einem Aspekt ist die Spannvorrichtung ausgestaltet, derart, dass der erste Kanal als ein Venturi-Kanal ausgebildet ist.
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In einem Aspekt ist die Spannvorrichtung ausgestaltet, derart, dass der Spannkörper aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus AlMg4.5Mn, ausgebildet ist.
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In einem Aspekt ist die Spannvorrichtung ausgestaltet, derart, dass diese eine mechanische Klemme zum Halten der Probe umfasst.
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In Anbetracht der bekannten Technologie und nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Glättung einer gebogenen Probe bereitgestellt. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte: Aufnehmen einer gebogenen Probe auf einer flachen Spannfläche eines Spannkörpers einer Spannvorrichtung; Einbringen eines gerichteten Luftstroms in einen Kanaleingang eines im Spannkörper ausgebildeten ersten Kanals, wobei der gerichtete Luftstrom vom Kanaleingang zum Kanalausgang fließt, Erzeugen einer Druckdifferenz durch den gerichteten Luftstrom, der durch einen Hohlraum fließt, wobei der Hohlraum zwischen zumindest eine den Spannkörper bis zur Spannfläche vollständig durchdringende Aussparung und der Unterfläche der auf der Spannfläche aufgenommenen gebogenen Probe gebildet wird; Glattziehen der gebogenen Probe durch die erzeugte Druckdifferenz; und Halten der glattgezogenen Probe durch einen an einem Kanaleingang eines zweiten Kanals angebrachten Vakuumsauger.
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In einem Aspekt umfasst das Verfahren weiter ein Halten der glattgezogenen Probe durch eine mechanische Klemme.
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Ferner wird die erfindungsgemäße Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Aspekte zur Glättung einer gebogenen Probe, insbesondere von gebogenen Wafern, insbesondere von gebogenen Wafern mit einer Wölbung von ca. 20 mm, verwendet.
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Ferner wird die erfindungsgemäße Spannvorrichtung nach einem der vorstehenden Aspekte zur Glättung einer gebogenen Probe und Halterung der glattgezogenen Probe zum Transport der Probe mit einem Roboterarm verwendet.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:
- 1 eine perspektivische Draufsicht einer Spannvorrichtung 100 nach einer ersten Ausführungsform;
- 2 die Spannvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform mit einer schematisch aufgelegten gebogenen Probe 1;
- 3 eine perspektivische Seitenansicht einer Spannvorrichtung 200 einer zweiten Ausführungsform mit einer gebogenen Probe 1;
- 4 eine Seitenaufrissansicht der Spannvorrichtung 100, 200 nach einer der Ausführungsformen mit der gebogenen Probe 1; und
- 5 ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Glättung einer gebogenen Probe 1.
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst Bezug nehmend auf 1. Darin ist eine perspektivische Draufsicht einer Spannvorrichtung 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst die Spannvorrichtung 100 zur Glättung einer gebogenen Probe 1 einen Spannkörper 2. Der Spannkörper 2 kann beispielsweise aus Aluminium, zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung, zum Beispiel aus AlMg4.5Mn, ausgebildet sein. Ferner kann beispielsweise das Material des Spannkörpers 2 eloxiert sein. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform darauf nicht beschränkt, so dass auch andere Materialien für den Spannkörper 2 verwendet werden können, falls benötigt und/oder gewünscht. Wie in 1 zu sehen ist, weist der Spannkörper 1 eine Körperoberfläche 2a auf. Auf der Körperoberfläche 2a ist eine im Wesentlichen flache Spannfläche 2b ausgebildet. Die flache Spannfläche 2b ist dazu ausgebildet, die gebogene Probe 1, insbesondere einen gebogenen Halbleiterwafer 1, mindestens teilweise aufzunehmen. Die Körperoberfläche 2a kann auch vollständig mit der Spannfläche 2b übereinstimmen, falls benötigt und/oder gewünscht.
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Wie in 1 zu sehen ist, weist der Spannkörper 2 mindestens einen ersten Kanal 3 auf. In der Ausführungsform in 1 weist der Spannkörper 2 jeweils zwei sich gegenüberliegende erste Kanäle 3 auf. Insbesondere sind zwei Paare von sich gegenüberliegenden ersten Kanälen 3 im Spannkörper 2 ausgebildet. Jeder der ersten Kanäle 3 weist mindestens einen Kanaleingang 3b und mindestens einen Kanalausgang 3a auf. Wie in 1 zu sehen ist, erstrecken sich die ersten Kanäle 3 geradlinig parallel zur Körperoberfläche 2a durch den Spannkörper 2. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform darauf nicht beschränkt, so dass der Spannkörper 2 auch ringförmige erste Kanäle 3 aufweisen kann, auch nicht geradlinig verlaufende erste Kanäle 3 aufweisen kann, falls benötigt und/oder erwünscht. Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, weist der erste Kanal 3 zwischen dem Kanaleingang 3b und dem Kanalausgang 3a zumindest eine den Spannkörper 2 bis zur Spannfläche 2b vollständig durchdringende Aussparung 4 auf. Wie in 2 schematisch zu sehen ist deckt die gebogene Probe 1 die ersten Kanäle 3 zumindest teilweise ab. Wie in 2 schematisch zu sehen ist deckt die gebogene Probe 1 die den Spannkörper 2 bis zur Spannfläche 2b vollständig durchdringende Aussparung 4 zumindest teilweise ab.
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4 zeigt eine Seitenaufrissansicht der Spannvorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform. Wie in 4 zu sehen ist, wird ein Hohlraum 10 zwischen einer Unterfläche 1a der auf der Spannfläche 2b liegenden gebogenen Probe 1 und der Aussparung 4 gebildet. Bei der Spannvorrichtung 100 wird ein Saugeffekt auf die gebogene Probe 1 durch den durch den ersten Kanal 3 gerichteten Luftstrom im Zusammenspiel mit der glattzuziehenden Probe 1 erreicht, wobei der Luftstrom in den ersten Kanal 3 eingeblasen wird und von dem Kanaleingang 3b zum Kanalausgang 3a gerichtet ist. Der gerichtete Luftstrom fließt dabei durch den zwischen Kanaleingang 3b und Kanalausgang 3a angeordnete Aussparung 4, wobei der durch den Hohlraum 10 strömende Luftstrom dabei eine Druckdifferenz erzeugt. Bei der Spannvorrichtung 100 wird die Saugkraft also im Zusammenspiel zwischen dem gerichteten Luftstrom im ersten Kanal 3 und der gewölbten Probe 1 erreicht. Durch die Wölbung der gebogenen Probe 1, die auf der Spannfläche 2b aufgenommen ist, wird dabei die benötigte Druckdifferenz erzeugt, um die gebogene Probe 1 auf der Spannfläche 2b glattzuziehen. Demzufolge nutzt die Spannvorrichtung 100 das sogenannte Venturi-Prinzip aus, um die gebogenen Probe 1 auf der Spannfläche 2b der Spannvorrichtung 100 glattzuziehen. Folglich ist der zumindest eine erste Kanal 3 als ein Venturi-Kanal ausgebildet. Die Spannvorrichtung 100 kann zur Glättung einer gebogenen Probe 1, insbesondere von gebogenen Halbleiterwafern 1, mit bis zu einer Wölbung von ca. 20 mm verwendet werden.
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Des Weiteren, wie in 1 zu sehen ist, kann der Spannkörper 2 nach der ersten Ausführungsform zusätzlich zu dem ersten Kanal 3 mindestens einen zweiten Kanal 5 umfassen. In der Ausführungsform in 1 weist der Spannkörper drei zweite Kanäle 5 auf. Jeder der zweiten Kanäle 5 weist mindestens einen Kanaleingang 5b und mindestens einen Kanalausgang 5a auf. Wie in 1 zu sehen ist, erstrecken sich die zweiten Kanäle 5 jeweils ringförmig durch den Spannkörper 2. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform darauf nicht beschränkt, so dass der Spannkörper 2 auch geradlinig verlaufende zweite Kanäle 5 aufweisen kann, falls benötigt und/oder erwünscht. Des Weiteren, wie in den 1 und 2 zu sehen ist, ist der Kanalausgang 5a auf der Spannfläche 2b des Spannkörpers 2 ausgebildet. Der zweite Kanal 5 ist als ein Vakuum-Kanal ausgebildet. Über jeweils am Kanaleingang 5b des zweiten Kanals 5 angelegten Vakuumsauger wird über den auf der Spannfläche 2b des Spannkörpers 2 befindlichen Kanalausgang 5a ein Vakuum erzeugt. Die Probe 1 deckt zumindest teilweise zumindest einen der Kanalausgänge 5a der zweiten Kanäle 5 ab, wobei eine Klemmkraft über die zweiten Kanäle 5 auf die durch die Druckdifferenz glattgezogene Probe 1 ausgeübt wird. Folglich kann die Spannvorrichtung 100 die durch das Venturi-Prinzip glattgezogene Probe 1 zusätzlich durch eine durch Vakuum erzeugte Klemmkraft halten. Des Weiteren könnte auch die gebogene Probe 1 durch das Venturi-Prinzip und durch das erzeugte Vakuum auf der Spannfläche 2b des Spannkörpers 2 glattgezogen werden. Des Weiteren kann die Spannvorrichtung 100 alternativ zu den zweiten Kanälen 5 oder zusätzlich zu den zweiten Kanälen 5 eine mechanische Klemme (nicht dargestellt) zum Halten der glattgezogenen Probe 1 aufweisen, falls benötigt und/oder gewünscht. Die Spannvorrichtung 100 zur Glättung der gebogenen Probe 1 durch das Venturi-Prinzip und die Halterung der glattgezogenen Probe 1 die Klemmkraft durch Vakuum kann ferner zum Transport der Probe 1 mit einem Roboterarm verwendet werden. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform darauf nicht beschränkt, so dass die Spannvorrichtung 100 lediglich erste Kanäle 3 aufweist, die als Venturi-Kanäle ausgebildet, falls benötigt und/oder gewünscht.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Spannvorrichtung 200 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die zweite Ausführungsform alle Merkmale der ersten Ausführungsform umfasst, so dass diese der Kürze halber nicht erneut im Detail beschrieben werden und mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet werden. Wie in 3 zu sehen ist, weisen jedoch im Gegensatz zu der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform die ersten Kanäle 3 sowohl geradlinige Kanäle 3 als auch ringförmige Kanäle 3 auf. Insbesondere, wie in 3 gezeigt ist, ist ein Paar von sich gegenüberliegenden geradlinig verlaufenden ersten Kanälen 3 im Spannkörper 2 ausgebildet. Ferner, wie in 3 gezeigt ist, ist ein Paar von sich gegenüberliegenden ringförmig verlaufenden ersten Kanälen 3 im Spannkörper 2 ausgebildet. 4 zeigt ebenfalls eine Seitenaufrissansicht der Spannvorrichtung 200 nach der zweiten Ausführungsform.
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5 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Glättung einer gebogenen Probe 1 nach der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zur Glättung einer gebogenen Probe 1 umfasst ein Aufnehmen 310 der gebogenen Probe 1 auf der flachen Spannfläche 2b des Spannkörpers 2 einer Spannvorrichtung 100, 200. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Einbringen beziehungsweise Einblasen 320 eines gerichteten Luftstroms in den Kanaleingang 3b des im Spannkörper 2 ausgebildeten ersten Kanals 3, wobei der gerichtete Luftstrom von dem Kanaleingang 3b zu dem Kanalausgang 3a fließt. Ferner umfasst das Verfahren ein Erzeugen 330 einer Druckdifferenz durch den gerichteten Luftstrom, der durch den Hohlraum 10 fließt, wobei der Hohlraum 10 zwischen zumindest der den Spannkörper 2 bis zur Spannfläche 2b vollständig durchdringenden Aussparung 4 und der Unterfläche 1a der auf der Spannfläche aufgenommenen gebogenen Probe gebildet wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Glattziehen 340 der gebogenen Probe 1 durch die erzeugte Druckdifferenz. Ferner umfasst das Verfahren ein Halten (350) der glattgezogenen Probe 1 durch einen an dem Kanaleingang 5b des zweiten Kanals 5 angebrachten Vakuumsauger. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Halten 360 der glattgezogenen Probe 1 durch die mechanische Klemme (nicht dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- gebogenen Probe
- 1a
- Unterfläche
- 2
- Spannkörper
- 2a
- Körperoberfläche
- 2b
- Spannfläche
- 3
- ersten Kanal
- 3a
- Kanalausgang
- 3b
- Kanaleingang
- 4
- Aussparung
- 5
- Zweiter Kanal
- 5a
- Kanalausgang
- 5b
- Kanaleingang
- 10
- Aussparung
- 100, 200
- Spannvorrichtung
