GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Muster
von Ausrichtungsschlüsseln auf einem Halbleiterwafer,
die sich zum automatischen und genaueren sowie
rascheren Ausrichten von Testsonden und Lasersystemen
mit den Geometrien von Chips auf dem Wafer verwenden
lassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Wenn ein Halbleiterchip zum ersten Mal getestet wird,
so erfolgt der Test in der Waferform; d. h. zum
Zeitpunkt des ersten Tests befinden sich viele Chips auf
einem einzigen Wafer. Das Testen erfolgt durch
Ausrichten einer Sondenkarte, die so viele Sondennadeln
aufweist, wie der Chip Anschlußstellen besitzt. Die
Sondennadeln sind mit der Testvorrichtung elektrisch
verbunden und gestatten der Testvorrichtung eine
Verbindung mit dem getesteten Chip.
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Die Ausrichtung erfolgt entweder durch manuelles
(visuelles) Abtasten des Wafers mit Hilfe eines
Mikroskops oder durch Betrachten des Wafers auf einem
Videomonitor, während der Wafertisch automatisch in der
X- und Y-Richtung (den seitlichen Richtungen) bewegt
wird und während gleichzeitig der Tisch zur axialen
Rotation des Wafers eingestellt wird, um
rotationsmäßige Ausrichtungsfehler zu korrigieren. Dieser
Vorgang
ist mühsam und fehleranfällig, da er sich
ausschließlich auf das menschliche Urteil verläßt.
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In den letzten Jahren ist es allgemein üblich
geworden, Schmelzverbindungen als Teil bestimmter
Chipausbildungen vorzusehen, um zum Zeitpunkt des ersten
Testens eine Auswahl oder Nicht-Auswahl von bestimmten
Schaltungen auf dem Chip zu ermöglichen. Diese Praxis
hat dazu geführt, daß man dem vorstehend genannten
Ausrichtungsproblem noch größere Aufmerksamkeit
schenkt, so daß ein Laserstrahl mit einer bestimmten
Schmelzverbindung eng ausgerichtet werden kann, um
dadurch ein Durchbrennen der ausgewählten
Schmelzverbindung durch Beaufschlagung derselben mit
Laserenergie zu ermöglichen.
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Das Laser-"Reparatur"-System ist in der Lage,
bestimmte stark reflektierende Geometrien (ein
Schlüsselmuster) auf einem Wafer mit einer Genauigkeit von ca.
150 um von der tatsächlichen Anordnungsstelle zu
erkennen. Die Ausrichtung des Laserkoordinatensystems oder
des Wafertisches erfolgt dann mit diesem
Ausrichtungsschlüsselmuster. Das Verfahren des Standes der Technik
besteht in der Plazierung der Schlüsselmuster in dem
zwischen Chips auf dem Wafer liegenden Ritzgitter.
Während dieses Verfahren die Verwendung von wertvoller
"nutzbarer Fläche" des Chips vermeidet, sind häufig
die auf diese Weise plazierten Schlüssel nicht
ausreichend, um eine Versetzungskorrektur sowohl in X-
als auch in Y-Richtung, eine Theta-Rotationskorrektur,
eine Maßstabsvergrößerungskorrektur in X-Richtung
sowie eine Maßstabsvergrößerungskorrektur in Y-Richtung
zu ermöglichen.
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VLSI-Schaltkreise bzw. Schaltkreise mit sehr hohem
Integrationsgrad werden mittels Wafer-Steppern bzw.
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Scheibenrepeatern hergestellt. Das heißt, daß jede
Abbildung eines Retikels auf dem Wafer eine
Translations- und/oder eine Rotations-Fehlausrichtung in
bezug auf ein virtuelles absolutes Gitter aufweisen
kann. Ein solches Retikel enthält aus mehreren Gründen
normalerweise wenigstens zwei (oder mehr) Chips in
einem Cluster bzw. einer Chipgruppe. Wenn das Retikel
mehr als einen Chip enthält, sind erstens weniger
Positioniervorgänge zum schrittweisen Positionieren der
Chips auf dem Wafer erforderlich. Zweitens kann bei
Vorhandensein von mehr als einem identischen Chip an
einem einzigen Retikel ein Maskenvergleichsgerät
verwendet werden, das einen beliebigen Maskenfehler durch
Vergleichen eines Videobilds des einen Chips mit dem
nächsten Chip in dem Retikel auffinden kann. Jegliche
Unterschiede lassen sich gesetzmäßig auf Zufallsfehler
zurückführen. Bei einer solchen Cluster-Anordnung kann
ein Chip verschiedene Ritzgitter auf unterschiedlichen
Seiten des Chips aufweisen. Wenn z. B. zwei Chips in
einem Retikel vorhanden sind, ist eine vollständige
Ritzlinie zwischen den beiden Chips in der Mitte des
Retikels und eine halbe Ritzlinie an der rechten, der
linken, der oberen und der unteren Seite des Retikels
vorhanden. In Richtung auf den Rand des Retikels sowie
anstatt der halben Ritzlinie könnte der eine Chip auch
eine volle Ritzlinie aufweisen, während der andere
Chip gar keine Ritzlinie besitzt.
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In Fällen, in denen Chips über einen Wafer hinweg in
sich wiederholender Weise schrittweise positioniert
werden, bildet die volle Ritzlinie rechts von dem Chip
gleichzeitig die linke volle Ritzlinie des unmittelbar
daneben positionierten Chips. Die Ritzlinie zwischen
den Chips ist genau dieses: eine Ritzlinie mit einer
Breite, die gerade ausreicht, um einen Wafer zum
voneinander Trennen der Chips zu ritzen. Im Gegensatz
dazu muß die in Richtung auf den Rand des Retikels
liegende Ritzlinie die Ausrichtungsschlüssel für die
Ausrichtung des Scheibenrepeaters enthalten. Die
beiden Chips des Retikels sind zueinander
selbstausgerichtet, jedoch muß dieser Cluster aus zwei Chips
mit dem entsprechenden Bild auf dem Wafer exakt
ausgerichtet werden. Die Ritzlinie um den Umkreis bzw.
Umfang des Retikels kann daher eine andere Breite als
die Ritzlinie in der Mitte des Retikels aufweisen.
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Der Unterschied zwischen den
Retikelausrichtungsschlüsseln und den Laserausrichtungsschlüsseln wird
nun deutlich. Die Retikelausrichtungsschlüssel sind
nur einmal pro Retikel erforderlich, doch die
Laserausrichtungsschlüssel sind für jeden Chip
erforderlich. Es ist absolut unmöglich, die
Laserausrichtungsschlüssel in dem Ritzgitter anzuordnen, wenn das
Ritzgitter in der Mitte des Retikels eine andere Breite
als das Ritzgitter im Umfang des Retikels aufweist.
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Im Stand der Technik gibt es zwei teure Wege zur
Lösung des Problems. Erstens kann man das Ritzgitter in
der Mitte des Retikels so breit machen wie das größere
Gitter am Umfang des Retikels (das größer ist, da es
die Retikelausrichtungsschlüssel enthält). Dadurch
wird Siliziumfläche verschwendet, während das
nachfolgend noch erläuterte Problem der
Laserschlüsselkorrelation nicht gelöst wird. Zweitens könnte man die
Ritzung am Rand (oder Umfang) des Retikels so
ausbilden, daß sie einer sich vollständig
herumerstreckenden Ritzlinie mit voller Breite entspricht, so daß
beim schrittweisen ,Positionieren des Retikels eine
eine volle Breite aufweisende Ritzlinie eine andere
solche Ritzlinie berührt. Dieses Verfahren würde die
Laserausrichtungsschlüssel zu dem Chip in Korrelation
bringen, jedoch gäbe es an jeder Ecke aneinander
angrenzende Schlüssel, von denen einer zum linken Chip
und einer zum rechten Chip gehört, wobei es leicht
passieren könnte, daß das automatische
Ausrichtungssystem fälschlicherweise den einen Schlüssel für den
anderen hält. Ein weiteres Problem bei letzterer
Verfahrensweise besteht (wie oben) darin, daß zuviel
Siliziumfläche verschwendet wird.
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Da viele fortschrittliche Scheibenrepeater eine
Ausrichtung von einer Stelle zur nächsten vornehmen, ist
die Blindpositionierungsgenauigkeit recht schlecht und
beträgt z. B. 3 um bei der Blindpositionierung von einem
Retikelbild zum nächsten. Bei jedem
Laserausrichtungsschlüssel-Plazierungsverfahren, bei dem die
Ausrichtung in der rechten Ritzung des Retikels als
linker Ausrichtungsschlüssel für den Chip auf der
rechten Seite dient, handelt es sich bei der Laser-
oder Prüfsondenausrichtungsgenauigkeit um die
eingebaute Ungenauigkeit plus der
Blindpositionierungsungenauigkeit des Scheibenrepeaters. Diese
Gesamtungenauigkeit beeinträchtigt nicht nur die X- und Y-
Versetzung, sondern auch das Vergrößerungsansprechen,
und führt in den meisten Fällen dazu, daß die zu
reparierende Schmelzverbindung verfehlt wird.
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Ein System zum Steuern der Ausrichtung eines
Laserstrahls zur exakten Belichtung von Verbindungsstellen
auf einem Halbleiterchip ist in der JP 59-172741
beschrieben. Dieses Dokument beschreibt zwei auf dem
Chip vorgesehene Ausrichtungsmarkierungen, die
parallel zu den Ritzlinien des Chips verlaufende
Bezugsränder aufweisen. Die beiden
Ausrichtungsmarkierungen reichen jedoch nicht aus, um vollständige
Information hinsichtlich der Ausrichtung des
Laserstrahls, wie z. B. Versetzung, Rotation sowie X- und Y-
Vergrößerung, zu schaffen.
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In der US 4 406 949 ist die Verwendung von
Targetbzw. Zielstrukturen für die Ausrichtung eines
Laserstrahls beschrieben. Die Targetstrukturen befinden
sich jedoch zwischen benachbarten Plättchen auf einem
Wafer. Es kann daher eine Fehlausrichtung zwischen den
Targetstrukturen und den Plättchen auftreten, die zu
einer Fehlausrichtung des Laserstrahls führen würde.
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Die vorstehend genannten Nachteile und Probleme bei
Schlüsselsystemen des Standes der Technik werden durch
das Schlüsselsystemmuster der Erfindung durch
Plazieren einer Gruppe aus drei Sätzen von neuartigen
Schlüsselmustern innerhalb der Chipfläche des
Siliziums gelöst. Dies gestattet die Erzeugung der Schlüssel
als Teil der Datenbasis für die Chipmasken.
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Die Erfindung schafft daher ein System von
Ausrichtungsschlüsseln auf jedem einer Mehrzahl von
Halbleiterchips auf einem Wafer, wobei jeder der mehreren
Halbleiterchips auf dem Wafer definiert ist durch
einen Satz von vier Ritzlinien, die einen rechteckigen
Umkreis um den Halbleiterchip bilden, wobei das System
aufweist: eine erste Schlüsseleinrichtung, die auf
jedem der Halbleiterchips innerhalb des Umkreises und
relativ nahe bei einer ersten Ritzlinie der vier
Ritzlinien angeordnet ist; sowie eine zweite
Schlüsseleinrichtung, die auf jedem der Halbleiterchips innerhalb
des Umkreises und relativ nahe bei einer zweiten
Ritzlinie der vier Ritzlinien angeordnet ist, wobei die
erste und die zweite Ritzlinie im wesentlichen
parallel zueinander sind-und sich an einander
gegenüberliegenden Randbereichen des Halbleiterchips befinden
und jede Schlüsseleinrichtung dazu ausgelegt ist,
Strahlung von einem Abtaststrahl zu reflektieren,
gekennzeichnet durch eine dritte Schlüsseleinrichtung,
die auf jedem der Halbleiterchips innerhalb des
Umkreises und relativ nahe bei der ersten Ritzlinie
angeordnet ist, wobei die erste und die dritte
Schlüsseleinrichtung derart angeordnet sind, daß eine durch
einen entsprechenden Bereich der ersten und der
dritten Schlüsseleinrichtung gezogene gerade Linie im
wesentlichen parallel zu der ersten Ritzlinie ist, und
daß die erste, die zweite und die dritte
Schlüsseleinrichtung je ein erstes Paar reflektierender,
paralleler Streifen und ein zweites Paar reflektierender,
paralleler Streifen umfassen, wobei das erste Paar
paralleler Streifen parallel zu der ersten und der
zweiten Ritzlinie ist und das zweite Paar paralleler
Streifen rechtwinklig zu dem ersten Paar paralleler
Streifen ist und jeder Streifen zwei Meßränder für die
Detektion durch einen Abtaststrahl schafft.
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Die Schlüsselmuster werden soweit wie möglich
innerhalb der Chipfläche sowie so nahe wie möglich bei den
Reparatur-Schmelzverbindungen plaziert. Diese Technik
schafft eine 100%ige Korrelation zwischen den
Laserausrichtungsschlüsseln und der Chipstruktur, ob es
sich bei dieser Struktur nun um eine Laserreparatur-
Schmelzverbindung oder um ein Bondverbindungsfläche
handelt.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in
der Plazierung von Laserschlüsseln auf einem
Halbleiterwafer innerhalb des Chipumkreises bzw.
Chipumfangs.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der
Plazierung von Laserschlüsseln auf einem Halbleiterwafer
innerhalb des Chipumkreises sowie so nahe wie möglich
bei den Reparatur-Schmelzverbindungen auf dem Chip.
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Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der
Plazierung von Laserschlüsseln auf einem
Halbleiterwafer innerhalb des Chipumkreises und so nahe wie
möglich bei den Reparatur-Schmelzverbindungen auf dem
Chip sowie in der Anordnung derselben in Gruppen aus
drei Sätzen von Schlüsseln zur Schaffung einer X-,
einer Y- und einer Rotations-Versetzung sowie von X-
und Y-Skalierinformation für einen Prüfsonden- oder
Laserreparaturstrahl.
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Die Erfindung ist nach Betrachtung der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen deutlicher zu verstehen. In den
Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Satz von Schlüsseln,
die das verbesserte Schlüsselmuster der
Erfindung bilden;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf ein einzelnes Paar von
Schlüsselstreifen; und
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Fig. 2A eine graphische Darstellung des elektrischen
Ansprechens eines Laserprüfsondensystems, das
mit der Position der Schlüsselstreifen der
Fig. 2 koordiniert ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht eine bevorzugte
Ausführungsform des Schlüsselmusters der Erfindung. Drei
Sätze von Schlüsselmustern 10, 12, und 14 sind
vorzugsweise in Form von Metallstreifen an relativ weit
voneinander beabstandeten Stellen auf dem Chip sowie
innerhalb des Chipumkreises (nicht gezeigt)
angeordnet. (Fig. 1 ist selbstverständlich nicht
maßstabsgetreu
dargestellt, da die Muster 10, 12, 14 dann
nicht mehr erkennbar wären.) Die Mustersätze 10, 12
und 14 sollten sich so nahe wie möglich bei Reparatur-
Schmelzverbindungsstellen auf dem Chip befinden, um
die maximal mögliche Genauigkeit beim automatischen
Lokalisieren dieser Schmelzverbindungsstellen zu
schaffen.
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Innerhalb jedes Satzes von Schlüsselmustern 10, 12 und
14 gibt es vier Streifen, wie sie typischerweise bei
den Bezugszeichen 16, 18, 20 und 22 dargestellt sind.
Die Streifen 16 und 18 bilden ein vertikales
paralleles Paar von Streifen, und die Streifen 20 und 22
bilden ein horizontales Paar von Streifen. Bei Bewegung
26 eines Lasersensors über ein Paar Schlüsselstreifen,
z. B. 16 und 18, wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Signal
24 erzeugt, wie es in Fig. 2A dargestellt ist. Die
Amplitude (auf der Abszisse 27 des Diagramms der Fig.
2A) des Signals 24 stellt die Intensität des
reflektierten Lichts dar, und die Ordinate 29 stellt die
Zeit (und den Raum) dar, welche der Strahl entlang der
X-Achse zurückgelegt hat. Dasselbe Ergebnis ergibt
sich gleichermaßen bei der Y-Achse.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Längenabmessungen
der Streifen 16 bis 22 ausreichend lang sind, um einer
gewissen Fehlausrichtung des Lasersystems Rechnung zu
tragen. Es spielt keine Rolle, ob der Laserstrahl die
Streifen 16 und 18 auf der Linie 26 oder auf der Linie
28 kreuzt. Außerdem ist zu erkennen, daß dann, wenn
die Linie 26 oder 28 nicht senkrecht zu den Streifen
26 und 18 ist, wie-dies bei der Linie 28A zu sehen
ist, das System so weit selbstkorrigierend ist wie die
tatsächliche Positionsgenauigkeit der Bestimmung der
Stelle des X&sub0;-Punkts 31 auf der X-Achse. Die
Berechnung des X&sub0;-Punkts 31 erfolgt unter Betrachtung der
Zeit, zu der das Signal 24 einen Schwellenwertpegel 30
kreuzt (siehe Fig. 2A). Diese Zeiten lassen sich als X&sub1;,
X&sub2;, X&sub3; und X&sub4; darstellen, wobei es sich in Wirklichkeit
um räumliche Abstände handelt, die jedoch proportional
zu der Kreuzungszeit sind, wenn man davon ausgeht, daß
sich der Strahl mit einer konstanten Rate bewegt.
Diese Berechnung sieht folgendermaßen aus:
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X&sub0; = (X&sub1; + X&sub2; + X&sub3; + X&sub4;)/4 (1).
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Die Gleichung (1) ergibt klar den Wert (oder die
Position) von X&sub0;, selbst wenn der Schwellenwertpegel 30
nach oben oder unten variiert und z. B. auf den Pegel
30A sinkt. Wenn die Abtastbahn 26 oder 28 nicht
rechtwinklig zu den Streifen 16 und 18 ist, wird diese
Tatsache ebenfalls durch die Gleichung (1) automatisch
korrigiert. Die Geometrien der Muster sind derart, daß
diese automatischen Korrekturen in das System
eingebaut sind.
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Wenn zum Beispiel der Abtaststrahl die Steifen 16 und
18 in einem Winkel kreuzt, wie dies bei der Linie 28A
gezeigt ist, ist die Zeit (und der Abstand) zwischen
den Punkten 32 und 34 identisch mit der Zeit (und dem
Abstand) zwischen den Punkten 36 und 38, wobei es sich
bei den genannten Punkten um die Kreuzungspunkte
handelt. Diese Fehler heben einander auf, und die
Berechnung des Punkts 40 auf der Ordinatenlinie X&sub0; 31 ist
immer noch genau.
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Falls sich die Schwellenwertpegel-Linie 30 an die bei
der Linie 30a liegende Stelle (oder an irgendeinen
anderen plausiblen Pegel) verschieben sollte, und zwar
aufgrund einer langfristigen Verschiebung bei
Verstärkern oder aufgrund anderer Erscheinungen, bleibt
das Ergebnis immer noch das gleiche: Die Genauigkeit
der Lage von X&sub0; ist aufgrund der Symmetrie der Streifen
sowie des Sensorsystems und seiner Schaltungen genauso
exakt.
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Die Schlüsselmusterstreifen werden zum Bestimmen der
absoluten Position (innerhalb der Toleranzen des
Systems) von Xa, Ya, Xb, Yb, Xc und Yc in Fig. 1 in
derselben Weise, wie dies vorstehend in Gleichung (1)
erläutert wurde, zum Bestimmen der absoluten Position
von X&sub0; in Fig. 2 verwendet. Sobald diese absoluten
Positionen erreicht sind, ist zu erkennen, daß sich auch
andere nützliche Information ableiten läßt, und zwar:
Positionsinformation Funktion (nachfolg. Punkt) Versetzung Theta (Rotation) X-Vergrößerung Y-Vergrößerung
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1. Xa und Ya lassen sich als grundlegender
Koordinatenpunkt verwenden, von dem aus sich alle Punkte
auf dem Chip festlegen lassen.
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2. Die Distanz Xb minus Xc sollte einer bekannten
Größe entsprechen, wenn der Chip hinsichtlich
seiner Rotationsstellung nicht versetzt ist, wobei
diese Differenz jedoch größer ist als die bekannte
Distanz, wenn der Chip aus einer
"Quadrat"-Position verdreht wird.
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3. Der Wert von Xb minus Xa ist ein Maß für die X-
Vergrößerung (Skalierung).
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4. Der Wert von Yc minus Ya (oder Yb) ist ein Maß für
die Y-Vergrößerung (Skalierung), sobald Ya und Yb
einander gleich gemacht sind oder sobald Ya
mathematisch derart korrigiert ist, daß es Yb gleich
ist.
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Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf ein
bevorzugtes sowie weitere Ausführungsbeispiele
ausführlich dargestellt und beschrieben worden, wobei es
sich für den Fachmann jedoch versteht, daß
verschiedene Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung der Prinzipien der
Erfindung, wie sie vorstehend erläutert wurden, möglich
sind, ohne daß man dabei den Rahmen der Erfindung, wie
er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist,
verläßt. Die beigefügten Ansprüche sollen somit alle
solchen gleichartigen Variationen mitumfassen, die im
Rahmen der Erfindung in ihrer beschriebenen Form
möglich sind, ohne den Rahmen der Ansprüche zu verlassen.