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Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung in einer
Abdichtvorrichtung, die für die Verwendung in
Teilchenstrahllithographiesystemen geeignet ist.
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Der Stand der Technik umfaßt das US-Patent Nr. 4 524 261 von
Petric et al mit dem Titel "Localized Vacuum Processing
Apparatus" (im folgenden als das '261-Patent bezeichnet) und
das US-Patent Nr. 4 528 451 von Petric et al mit dem Titel "Gap
Control System For Localized Vacuum Processing" (im folgenden
als das '451-Patent bezeichnet).
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Die Verwendung und die Vorteile eines sogenannten lokalisierten
Vakuumbearbeitungsgeräts in einem
Teilchenstrahllithographiesystem zum Behandeln eines Werkstücks, wie z. B. eines
Halbleiterwafers oder einer Maske, durch einen Teilchenstrahl sind
in dem '261-Patent offenbart, und die Notwendigkeit zum Steuern
der Lückenhöhe (Größe) zwischen der Spitze des lokalisierten
Vakuumbearbeitungsgeräts und dem Werkstück sind in dem '451-
Patent offenbart.
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Das lokalisierte Vakuumbearbeitungsgerät nach dem '261-Patent
umfaßt ein pfannenförmiges Gehäuseteil, in dem ein unteres
Plattenteil und ein oberes Plattenteil so ineinandergefügt
sind, daß mittig angeordnete, sich öffnende Hülsen eines jeden
Teils konzentrisch angeordnet sind. Das pfannenförmige
Gehäuseteil enthält Kanäle, die mit Vakuumpumpen verbunden sind, um
Zonen von radial nach innen sich erhöhendem Vakuum an den
Hülsenöffnungen zu erzeugen, wobei die innerste Öffnung in dem
Gehäuseteil unter dem höchsten Vakuum sich befindet. Auf diese
Weise ist nur das Gebiet auf dem Werkstück in der Nahe der
Hülsen einem Vakuum unterworfen, während der Rest auf der
Werkstückoberfläche sich bei Umgebungsdruck befindet. Die Lücke
zwischen den Spitzen der Hülsen und der Werkstückoberfläche ist
wichtig, und in dem '451-Patent ist ein Fühler- und
Rückkopplungssteuersystem zum andauernden Überwachen und Verändern der
Lückenweite offenbart, damit diese sich innerhalb eines
ausgewählten Bereichs durch Bewegen des Werkstücks nach oben und
nach unten während der Werkstückbearbeitung befindet. In dem
'261-Patent, wie auch in dem '451-Patent, wird das Werkstück in
Querrichtung zu dem Teilchenstrahl und zu dem lokalisierten
Vakuumbearbeitungsgerät bewegt, um die Oberfläche auf eine
ansonsten herkömmliche Weise zu bearbeiten.
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Das lokalisierte Vakuumbearbeitungsgerät nach dem '261-Patent
benötigt große Vakuumpumpen, um relativ große Gebiete zu
evakuieren, weil die Kanäle nur in dem äußeren Rand des äußeren
Gehäuseteils angeordnet sind und weil die Gaskanäle zum
Verbinden der Anschlüsse mit den Hülsenöffnungen durch die
ineinandergelegten oberen und unteren Plattenteile gebildet werden,
die sich über das gesamte innere Hohlraumgebiet des äußeren
Gehäuseteils erstrecken. Die Stärke des erhaltbaren Vakuums war
relativ gering, in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5;
Torr), und die Lückenweite war relativ groß, in der
Größenordnung von nicht weniger als 20 um.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte differentiell gepumpte Abdichtvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
differentiell gepumpte Abdichtvorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Eine solche Abdichtvorrichtung (auch als eine differentiell
gepumpte Abdichtvorrichtung bezeichnet) hat bessere
Pumpenwirksamkeiten durch Erhöhen der Gaskanalkapazitäten in der
Vorrichtung,
wodurch durch ein Erhalten von höheren Vakuumleitwerten
die Verwendung von Vakuumpumpen mit geringerer Kapazität
ermöglicht wird, es wird eine sehr viel geringere Lücke zwischen dem
Werkstück und der Abdichtvorrichtung geschaffen (in der
Größenordnung von 12 bis 15 um, + oder - 3 um) und es kann ein Vakuum
von 1,33·10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) erzielt werden, was eine zehnfache
oder bessere Erhöhung zu dem nach dem Stand der Technik
verwendeten Vakuum ist.
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Dies wird durch die erfindungsgemäße differentiell gepumpte
Abdichtvorrichtung erzielt, die eine Vorstufendüse, eine
Mittelstufendüse und eine Hochstufendüse umfaßt, von denen jede
eine mittig gelegene, sich öffnende Hülse aufweist. Jede Düse
ist als ein Sektor eines geraden Kreiszylinders ausgebildet und
angeordnet, wobei diese Anordnung die Bildung von großen
Durchgangswegen (Vakuumkammern und Kanäle) schafft zum Verbinden der
Hülsenöffnungen einer jeden Düse direkt mit den Vakuumpumpen,
um dadurch höhere Vakuumleitwerte zu schaffen, die
Pumpenwirksamkeiten zu erhöhen und ein höheres Vakuum zu erzeugen.
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Wie dem Fachmann nach dem Studium der Zeichnungen und der
ausführlichen, im folgenden gegebenen Beschreibung offensichtlich
sein wird, wird ein besserer Vakuumleitwert in dieser
differentiell gepumpten Abdichtvorrichtung erhalten, weil, wenn die
Luft einmal in die beschränkten Hülsenöffnungen eingetreten
ist, diese Luft sofort in die großen Durchgangswege auf dem Weg
zu den Vakuumpumpen eintritt.
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Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen. In den
Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines die vorliegende
Erfindung beinhaltenden
Teilchenstrahllithographiesystems,
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Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der
differentiell gepumpten Abdichtvorrichtung nach der Fig.
1,
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Fig. 3 eine isometrische Explosionsansicht von drei Düsen der
differentiell gepumpten Abdichtvorrichtung in einem
nicht zusammengefügten Zustand,
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Fig. 4 eine isometrische Ansicht der zusammengefügten
differentiell gepumpten Abdichtvorrichtung,
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Fig. 5 eine Draufsicht auf die zusammengebaute differentiell
gepumpte Abdichtvorrichtung,
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Fig. 6 eine Seitenquerschnittsansicht der differentiell
gepumpten Abdichtvorrichtung, die entlang der Linie 6-6 nach
der Fig. 5 genommen wurde, und
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Fig. 7 eine Seitenquerschnittsansicht der differentiell
gepumpten Abdichtvorrichtung, die entlang der Linie 7-7 der
Fig. 5 genommen wurde.
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Die Fig. 1 stellt in Blockdiagrammform ein
Teilchenstrahllithographiesystem 10 zum Bearbeiten eines Werkstücks 12, wie
z. B. eines Halbleiterwafers oder einer Maske dar. Dieses
Teilchenstrahllithographiesystem 10 enthält auch eine
differentiell gepumpte Abdichtvorrichtung 14 nach dieser Erfindung, die
im folgenden einfach "die Abdichtvorrichtung" genannt wird, die
an dem Ausgang einer Strahlsäule 16 angebracht ist. Die
Strahlsäule 16 enthält eine Elektronen oder Ionisationsteilchenquelle,
Verkleinerungsoptiken und Projektions- und Ablenkoptiken, die
einen letztendlich fokussierten Strahl 20 erzeugen, und sie
kann auch Illuminations- und Formgebungsoptiken enthalten, wenn
ein geformter Strahl verwendet wird. Ein inneres Rohr 22
(strichliert gezeigt) befindet sich innerhalb der Säule 16 und
wird von dem Strahl 20 durchlaufen und unter hohem Vakuum durch
eine Hochvakuumpumpe 24 gehalten, die an die Säule 16 gekoppelt
ist. Der Strahl 20 tritt durch die Abdichtvorrichtung 14
hindurch und trifft auf das Werkstück 12. Das Werkstück 12 ist auf
einem beweglichen Schlitten 26 gehaltert und in Position
gebracht, welcher in einer X-Y-Richtung durch ein X- und Y-
Achsenantriebssystem 30 in Querrichtung verfahren wird, und die
Position des Schlittens wird durch X- und Y-Positionssensoren
32 festgestellt, bei denen es sich typischerweise um
Laserinterferometer handelt. Die X- und Y-Achse bestimmen eine
horizontale Ebene, während die Z-Achse mit der Strahlachse
zusammenfällt. Das vollständige Lithographiesystem 10 enthält weiter
einen Computer (Steuereinheit) und eine zugeordnete Elektronik,
die den Strahl, das Antriebssystem, das Vakuumsystem und das
Waferhandhabungssystem steuert und die Daten der Muster
speichert und Strahlsteuersignale bereitstellt.
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Die Beziehung zwischen der Abdichtvorrichtung 14 und dem
Werkstück 12 wird in der Fig. 2 dargestellt. Die Abdichtvorrichtung
14 enthält eine Vielzahl von konisch geformten Hülsen 34, 36
und 40, die in der Fig. 2 teilweise gezeigt sind, die in einer
im allgemeinen ebenen Spitze 42 enden, die während der
Bearbeitung geringfügig oberhalb des Werksstücks 12 positioniert
ist. Die Position der Spitze 42 in bezug auf das Werkstück 12
wird als eine Lücke G bezeichnet und ist für den Betrieb der
Abdichtvorrichtung 14 und die dadurch erhaltene abgestufte
Dichtung von Bedeutung. Wie oben erwähnt wurde, hat die
Abdichtvorrichtung 14 einen erhöhten Vakuumleitwert, und sie
schafft eine Lücke in der Größenordnung von 12 bis 15 um bei +
oder - 3 um, was geringer ist als bei der Ausführung nach dem
Stand der Technik, und ein hohes Vakuum in der Größenordnung
von 1,33·10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr), was niedriger ist als das nach
dem Stand der Technik. Wie gezeigt, bestimmen die Hülsen 34, 36
und 40 eine Vielzahl von Öffnungen. Die erste Öffnung 44 ist
ringförmig und mit einer Vorstufenvakuumpumpe 46 gekoppelt, die
den Druck um die beiden inneren Hülsen auf ein geringes
Vakuumniveau in der Größenordnung von 1,33·10&spplus;² Pa (1,0 Torr)
verringert. Die zweite Öffnung 48, die innerhalb der ersten Öffnung
44 ist, ist ringförmig und mit einer Vakuumpumpe 50 einer
zweiten Stufe gekoppelt, die den Druck auf ein mittleres
Vakuumniveau in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;¹ Pa (10&supmin;³ Torr)
verringert. Die dritte und innerste Öffnung 52 ist an eine
zweite Hochvakuumpumpe 54 gekoppelt. Diese Öffnung 52 wird
unter einem Hochvakuum entsprechend dem Vakuum in dem inneren
Rohr 22 gehalten, das in der Größenordnung von 1,33·10&supmin;&sup4; Pa
(10&supmin;&sup6; Torr) ist, und der Strahl 20 wird über den Bereich des
Werkstücks 12 innerhalb der innersten Öffnung 52 gerastert,
wenn das Werkstück 12 sich relativ zu der Öffnung bewegt.
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Die Bauweise der Abdichtvorrichtung, die die Verringerung des
Vakuums und die geringere Lückenweite erzielt, wird im
einzelnen in den Fig. 3-7 gezeigt. Die Abdichtvorrichtung 14 ist
in den Fig. 4-7 in zusammengebauter Form gezeigt, während
die einzelnen Elemente der Abdichtvorrichtung 14 voneinander
getrennt in der Fig. 3 gezeigt werden.
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Wie gezeigt, umfaßt die Abdichtvorrichtung 14 drei Sektoren
eines Kreiszylinders (als ein gerader Kreiszylinder gezeigt),
die hierbei als eine Vorstufendüse R (mit ungefähr 180º), als
eine Mittelstufendüse M (mit ungefähr 90º) und eine
Hochstufendüse H (mit ungefähr 90º) bezeichnet sind. Der Begriff
"ungefahr" wird hier verwendet, um zu bedeuten, daß jeder der
Düsensektoren in seiner Winkelerstreckung sich verändern kann,
solange insgesamt 360º für den Kreiszylinder eingehalten werden,
und die Begriffe "Vorstufen-", "Mittelstufen-" und
"Hochstufen-" werden verwendet, um die Stärke des Vakuums in jeder
Düse zu beschreiben.
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Wenn sie, wie in den Fig. 4-7, zusammengefügt ist, bestimmt
die Abdichtvorrichtung 14 eine kreisförmige, mit einer Öffnung
versehene Oberseite 56, die relativ dünn ist im Vergleich zu
einem integralen, nach unten weisenden Zylinder 58 eines
geringeren äußeren Durchinessers. Der letztere endet in der sich
öffnenden Hülse 34, die eine abgeschnittene konische Form
aufweist und integral mit dem nach unten weisenden Zylinder 58
ist.
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Wie man am besten in der Fig. 3 sieht, besteht die
Vorstufendüse R aus einem 180º-Sektor mit im wesentlichen drei Teilen:
einem relativ flachen Oberseitenteil 56 R mit einem davon
abwärts weisenden zylindrischen Teil 58 R, die beide 180º
aufweisen, und der konischen Hülse 34 mit 360º, wie in den Fig.
6 und 7 gezeigt ist. Diese Hülse 34 streckt sich geringfügig
nach unten über den nach unten weisenden zylindrischen Teil 58
R, wie bei 60, und ist relativ flach und dünn, wobei ihre
Öffnung 44, bei der es sich um die größte der drei Öffnungen
handelt, ihren Mittelpunkt auf der Mittellinie der
Abdichtvorrichtung 14 hat.
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Die Wand des nach unten weisenden zylindrischen Teils 58 R ist
mit einem relativ großen, radial angeordneten Kanal 62
versehen, der sich in den Bereich der Hülse 34 öffnet (vergleiche
Fig. 5 und 6). Wie aus der folgenden Beschreibung
offensichtlich wird, schafft dieser große Kanal 62 einen direkten
und unbehinderten Zugang zu der Öffnung 44, wenn die
Abdichtvorrichtung vollständig zusammengebaut ist. Das Oberteil der
Hülse 34 ist zudem mit einem Ausrichtring oder einer Rippe 64
mit 180º versehen, der dazu verwendet wird, die anderen Düsen
während des Zusammenbaus der Abdichtvorrichtung 14 an ihrem
Platz zu halten.
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Die Mittelstufendüse M, die getrennt in der Fig. 3 gezeigt ist,
besteht im wesentlichen aus vier Teilen, wobei sie jedoch nur
einen 90º-Sektor darstellt. Diese Düse M hat ein relativ
flaches Oberteil 56 M mit einem davon nach unten gehenden
zylindrischen Teil 58 M und einem inneren zylindrischen
integralen Zylinderteil 66, das in die Hülse 34 endet, die
ebenfalls konisch ist, wobei ihre Öffnung 48 auf der Mittellinie
der Abdichtvorrichtung 14 liegt. Das zylindrische Teil 66 weist
eine dünne Wand auf und besitzt einen Durchmesser, der geringer
ist als der Durchmesser des nach unten weisenden zylindrischen
Teils 58 M, um in die innere Wand des nach unten gehenden
zylindrischen Teils 58 R der Vorstufendüse R zu passen. Die
Öffnung 48 liegt auf der Mittellinie der Abdichtvorrichtung 14
und ist kleiner als die Öffnung der Vorstufendüse R und
konzentrisch zu der konischen Hülse 34 der Vorstufendüse R, wenn
diese zusammengesetzt sind. Das innere zylindrische Teil 66 hat
einen ausgenommenen Bereich 70, dessen Breite und Tiefe
ermöglicht, daß die Hochstufendüse H darin eingefügt werden kann.
Die Wand des nach unten gehenden zylindrischen Teils 58 M ist
mit einem relativ großen, radial ausgerichteten Kanal 72
versehen, der sich in den inneren Zylinder 66 hin öffnet, um einen
direkten und unbehinderten Zugang zu Öffnung 48 zu schaffen.
Die untere Wand des nach unten gehenden zylindrischen Teils 58
M hat einen nach unten vorstehenden Ring 74, dessen innerer
Durchmesser größer ist als der Ausrichtring 64 an der
Vorstufendüse R, um den Zusammenbau zu erleichtern.
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Die Hochstufendüse H, die getrennt in der Fig. 3 gezeigt ist,
ist ebenfalls ein Sektor von 90º und umfaßt im wesentlichen
drei Teile: ein Oberteil 56 H mit einem nach unten gehenden
zylindrischen Teil 58 H und dem konischen Hülsenteil 40 mit
360º. Dieses Hülsenteil 40 hat den höchsten Verjüngungsgrad und
endet in der Öffnung 52, die die kleinste der drei Öffnungen
ist. Der nach unten gehende Teil 58 H ist ebenfalls mit einem
relativ großen, radial ausgerichteten Kanal 76 versehen, der
direkt zu der Öffnung 52 führt. Die untere Wand des nach unten
gehenden zylindrischen Teils 58 H hat einen nach unten
vorstehenden Ring 50, dessen innerer Durchmesser größer ist als
der Ausrichtring 64 an der Vorstufendüse R, um den Zusammenbau
zu erleichtern.
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Wie nach dem Stand der Technik wird die Abdichtvorrichtung 14
zusammengebaut und hartverlötet, um die Düsensektoren
miteinander zu verbinden.
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Wenn die Mittelstufendüse M auf den ausrichtenden Ring 64
gelegt ist, so daß die konische Hülse 36 zu der konischen Hülse
34 der Vorstufendüse R konzentrisch ist, ist das zylindrische
innere Hülsenteil 66 von einer inneren zylindrischen Wand 82
des nach unten gehenden zylindrischen Teils 58 R im Abstand,
wodurch eine Vorvakuumkammer von 360º gebildet wird, die mit
der Hülsenöffnung 44 mit 360º und dem relativ großen radialen
Kanal 62 in Verbindung steht.
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Danach wird die Hochstufendüse H auf dem ausrichtenden Ring 64
in der Ausnehmung angeordnet, so daß die konische Hülse 40 mit
den anderen konischen Hülsen ausgerichtet ist. Bei einer
derartigen Zusammenfügung bildet die innere vertikale zylindrische
Wand 84 des inneren zylindrischen Teils 66 mit der äußeren Wand
86 der konischen Hülse 40 eine sich verjüngende mittlere
Vakuumkammer mit 270º, die mit der Hülsenöffnung 48 und mit dem
relativ großen Kanal 72 in Verbindung steht. Die mittlere
Vakuumkammer verjüngt sich aufgrund der Anordnung der Wände 84
und 86.
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Wenn die Hochstufendüse an ihrem Platz ist, wird die sich
verjüngende Hochvakuumkammer aus 360º durch die innere Wand 90 der
Hülse 40 gebildet, die mit der Hülsenöffnung 52 mit 360º und
mit dem relativ großen Kanal 76 in Verbindung steht.
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Aus dem vorhergehenden kann man sehen, daß in die ziemlich
eingeschränkten Hülsenöffnungen und die schmale Lücke eintretende
Luft sofort in Durchgänge eintreten wird, die sowohl in
horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung groß sind,
wie in der Fig. 7 durch die Pfeile 72 gezeigt ist, wodurch
somit ein hoher Vakuumleitwert erzeugt wird, der bei einer im
Vergleich zum Stand der Technik verwendeten geringen Lücke das
Vakuum innerhalb der Abdichtvorrichtung erhöht und die
Verwendung von kleineren Vakuumpumpen erlaubt.
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Es sei bemerkt, daß, während die Abdichtvorrichtung nach dem
Stand der Technik höher (ungefähr 3,05 cm (1,2 Inches)) und
breiter (ungefähr 8,25 cm (3,25 Inches)) als die
Abdichtvorrichtung nach dieser Erfindung ist (die 1,27 cm (0,5 Inches)
hoch und 3,40 cm (1,34 Inches) breit ist), jeder Anschluß und
Durchgangsweg der erfindungsgemäßen Abdichtvorrichtung höher
als nach der Abdichtvorrichtung nach dem Stand der Technik ist,
weil die Anschlüsse und Durchgangswege der Abdichtvorrichtung
nach dem Stand der Technik vertikal Übereinandergestapelt sind
und etwas der Höhe durch die Dicke der ineinandergesetzten
oberen und unteren Plattenteile aufgebraucht wird. Obwohl nur
drei Anschlußdüsen R, M und H in der vorzugsweisen
Ausführungsform gezeigt sind, können auch mehr als drei Düsen unter
Verwendung der Lehre nach dieser Erfindung vorgesehen sein. Die
einzige Begrenzung besteht in der Ausgewogenheit des
erhaltbaren Vakuumleitwerts und der Größe der Durchgangswege und
Kanäle innerhalb eines 360º-Aufbaus.
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Obwohl hier die gegenwärtig als bevorzugt betrachtete
Ausführungsform der Erfindung beschrieben und gezeigt wurde, wird der
Fachmann erkennen, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen
hierbei gemacht werden können, ohne von dem Grundgedanken der
Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen bestimmt ist,
abzuweichen.