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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Reinigen von Halbleiterwafern
und insbesondere Techniken zum Aufbringen von Fluiden auf eine Reinigungsbürste und
zum Verbessern des Durchsatzes und der Effektivität der Waferreinigung.
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2. Beschreibung
der verwandten Technik
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Bei
Verfahren zur Fertigung von Halbleiterchips ist es bekannt, dass
ein Bedarf an der Reinigung eines Wafers besteht, wenn ein Fertigungsvorgang
durchgeführt
worden ist, der unerwünschte Rückstände auf
der Oberfläche
des Wafers hinterlässt.
Beispiele für
einen derartigen Fertigungsvorgang umfassen Plasmaätzen (z.B.
Wolframrückätzen (WEB))
und chemisch-mechanisches Polieren (CMP). Wenn das unerwünschte Rückstandsmaterial und
die Partikel auf der Oberfläche
des für
nachfolgende Fertigungsvorgänge
vorgesehenen Wafers verbleiben, können diese unter anderem zu
Defekten, wie beispielsweise Kratzern auf dem Wafer und fehlerhaften
Reaktionen zwischen metallisierten Bauelementen, führen. In
einigen Fällen
können
derartige Defekte dazu führen,
dass Bauelemente auf dem Wafer nicht mehr funktionsfähig sind.
Um unangemessene Kosten für
das Wegwerfen von Wafern mit nicht funktionsfähigen Bauelementen zu vermeiden,
ist es daher erforderlich, den Wafer nach der Durchführung von
Fertigungsvorgängen,
die unerwünschte
Rückstände auf
der Oberfläche
des Wafers hinterlassen, angemessen und effizient zu reinigen.
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1A zeigt
eine schematische Ansicht eines Waferreinigungssystems 50 von
oben. Das Reinigungssystem 50 umfasst typischerweise eine
Ladestation 10, in die eine Anzahl von in einer Kassette 14 untergebrachten
Wafern eingelegt werden kann, um durch das System gereinigt zu werden.
Wenn die Wafer in die Ladestation 10 eingelegt wurden,
kann ein Wafer 12 der Kassette 14 entnommen werden und
in eine erste Bürstenstation 16a transportiert werden,
in der der Wafer 12 mit ausgewählten Chemikalien und Wasser
(z.B. deionisiertem (DI) Wasser) geschruppt wird. Der Wafer 12 wird
dann zu einer zweiten Bürstenstation 16b transportiert.
Nachdem der Wafer in der Bürstenstation 16 geschruppt worden
ist, wird der Wafer in eine Spin-, Spül- und Trocknungs-Station (SRD-Station) 20 transportiert,
in der die Oberfläche
des Wafers mit DI-Wasser besprüht
und trocken geschleudert wird. Während
des Spülvorganges
in der SRD-Station dreht sich der Wafer mit ungefähr 100 Umdrehungen
pro Minute oder mehr. Nachdem der Wafer die SRD-Station 20 durchlaufen
hat, wird der Wafer zu einer Entladestation 22 transportiert.
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1B zeigt
eine vereinfachte Ansicht eines Reinigungsverfahrens, das in einer
Bürstenstation 16 durchgeführt wird.
In der Bürstenstation 16 wird
der Wafer 12 zwischen einer oberen Bürste 30a und einer
unteren Bürste 30b platziert,
wobei seine Oberseite 12a nach oben zeigt. Der Wafer 12 kann
durch Rollen (nicht dargestellt) zum Rotieren gebracht werden, so
dass die rotierenden Bürsten 30a und 30b die gesamte
Oberseite und Unterseite des Wafers 12 in geeigneter Weise
reinigen können.
Unter gewissen Umständen
muss die Unterseite des Wafers ebenfalls gereinigt werden, da Kontaminationen
von der Unterseite zur Oberseite 12a wandern können. Obwohl
sowohl die Oberseite 12a als auch die Unterseite des Wafers 12 mit
den Bürsten 30 geschruppt
werden, handelt es sich bei der Oberseite 12a, die von der
oberen Bürste 30a geschruppt
wird, um die primäre
Oberfläche,
auf die die Reinigung abzielt, da die integrierten Schaltkreis-Bauelemente
auf der Oberseite 12a hergestellt werden. Um den Wafer 12 effektiver
zu reinigen, kann eine Reinigungslösung unter Verwendung eines
Tropfenverteilers 13a auf die obere Bürste 30a aufgebracht
werden. In diesem Beispiel ist der Tropfenverteiler 13a an
einer Tropfsteuerung 13 angeschlossen, die ihrerseits mit
einer Fluidquelle 24 verbunden ist. Die Fluidquelle 24 pumpt
Fluid (z.B. eine beliebige Reinigungschemikalie oder DI-Wasser)
durch die Fluidsteuerung 13, die die Menge von Fluid regelt,
das in den Tropfenverteiler 13a fließt. Nachdem der Tropfenverteiler 13a das Fluid
von der Fluidsteuerung 13 erhal ten hat, lässt er einen
ungleichmäßigen Tropfen 32 auf
die obere Bürste 30a fallen.
Wie nachstehend erläutert
werden wird, ist beobachtet worden, dass dieser ungleichmäßige Tropfen 32 Probleme
bei den Reinigungsvorgängen
verursachen kann.
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1C zeigt
eine Schnittansicht der in 1B dargestellten
Bauelemente. Wenn der Wafer 12 auf der unteren Bürste 30b platziert
worden ist, wird die obere Bürste 30a auf
den Wafer 12 abgesenkt. Wenn die obere Bürste 30a auf
den Wafer 12 abgesenkt wird, beginnt die Tropfensteuerung 13 mit der
Zufuhr des Fluids zu dem Tropfenverteiler 13a, der den
ungleichmäßigen Tropfen
auf die obere Bürste 30a fallen
lässt.
Während
dieser Zeit drehen sich die obere und die untere Bürste 30a und 30b,
um die mechanische Schruppwirkung zu entfalten.
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1D zeigt
eine detailliertere Seitenansicht der in 1B dargestellten
Waferreinigungskonstruktion. Im Allgemeinen ist es ein Ziel, dass
das dem Tropfenverteiler 13a zugeführte Fluid in Form von Fluid-"Tröpfchen" gleichmäßig über die
gesamte Länge
der Bürste 30a abgegeben
wird. Um dies zu erreichen, ist es eine allgemein übliche Praxis,
das Fluid dem Tropfenverteiler 13a mit reduzierten Fließgeschwindigkeiten
und Drücken
zuzuführen.
Zu diesem Zweck führt
die Fluidquelle 24 das Reinigungsfluid über die Tropfensteuerung 13 zu,
die die Menge des in das nahe gelegene Ende 31a des Tropfenverteilers 13a eingespritzten
Fluids reguliert. Wenn das Fluid in das nahe gelegene Ende 31a hineinfließt, hat das
Fluid leider das Bestreben, aus dem Tropfenverteiler an diesem Ende
schneller herauszulaufen als an dem entfernt gelegenen Ende 31b.
Dieser unterschiedliche Fluidausstoß tritt auf, weil das meiste
des Fluids von den Tropföffnungen
an dem nahe gelegenen Ende 31a abgegeben wird, bevor das
Fluid die Tropföffnungen
an dem entfernt liegenden Ende 31b erreichen kann. Daher
würden,
wenn der Tropfenverteiler 13a vollkommen horizontal wäre, mehr
Tropfen 32a aus dem nahe gelegenen Ende als Tropfen 32b aus
dem entfernt liegenden Ende abgegeben werden. Gemäß dem Stand
der Technik wurde der Tropfenverteiler 13a manchmal mit
einem Verteilerwinkel ⌀ 42
leicht nach unten geneigt angeordnet, um es zu ermöglichen,
dass mehr Fluid das entfernt liegende Ende 31b erreicht.
Der Verteilerwinkel 42 wird bestimmt, indem der optimale
Winkel des Tropfenverteilers 13a ermittelt wird, der die
gleiche Tropfmenge sowohl am nahe gelegenen Ende 31a als
auch am entfernt liegenden Ende 31b erzeugt. Dieser Verteilerwinkel 42 wird
relativ zu einer Y-Achse 40a und einer X-Achse 40b gemessen.
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Während der
Tropfenverteiler 13a die Tropfen 32a aus dem entfernt
liegenden Ende und die Tropfen 32b aus dem nahe gelegenen
Ende auf die obere Bürste 30a abgibt,
drehen sich die Bürsten 30, um
den Wafer 12 zu schruppen.
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Leider
kann das Einstellen des Tropfenverteilers 13a zum Erzeugen
der richtigen Menge der Fluidzufuhr ein sehr zeitraubender und schwieriger Vorgang
sein. Durch Vermutungen und Versuche müssen zahlreiche Verteilerwinkel ⌀ 42 ausprobiert werden,
um die optimale Strömungsgeschwindigkeit für das Reinigungsfluid
zu ermitteln. Sogar nachdem die optimale Strömungsgeschwindigkeit ermittelt wurde,
kann es erforderlich sein, den Tropfenverteiler jedes Mal erneut
einzustellen, wenn die Reinigungsvorrichtung an einen anderen Platz
gebracht worden ist. Dieses Problem tritt auf, da jeder andere Platz (sogar
ein anderer Platz in dem gleichen Raum) einen Bodenwinkel haben
kann, der sich von dem des vorherigen Platzes unterscheidet. Wenn
die Reinigungsvorrichtung häufig
bewegt werden muss, was oft vorkommt, kann die Notwendigkeit einer
ständigen
Neueinstellung daher zu großen
Zeitverlusten führen
und die Durchsatzrate für
die Waferreinigung reduzieren. Zusätzlich können weitere Probleme bei der
Aufrechterhaltung des Verteilerwinkels ⌀ 42 auftreten, wenn der Tropfenverteiler
durch einen Schlag oder Stoß gegen
die Reinigungsvorrichtung bewegt wurde, da sogar eine leichte Bewegung
des Tropfenverteilers die Wirkung haben kann, dass der Verteilerwinkel ⌀ 42 verändert wird.
Der Tropfenverteiler 13a des Standes der Technik muss daher
weit häufiger
neu eingestellt werden als wünschenswert
oder praxisgerecht ist.
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1E zeigt
eine detailliertere Schnittansicht des Tropfenverteilers 13a,
der den ungleichmäßigen Tropfen 32 durch
eine Tropföffnung 13b abgibt. Wie
es allgemein üblich
ist, wird die Tropföffnung 13b hergestellt,
indem ein Loch in den Tropfenverteiler 13a gebohrt wird.
Leider sind Bohrvorgänge
dafür bekannt,
dass sie Bohrspäne 13c in
den und um die Bohröffnungen 13b herum
hinterlassen. Diese Späne
können
möglicherweise
als Partikel auf die Wafer gelangen und Schäden an den Schaltungen verursachen
oder die Fluidströmung
verlangsamen und so ein ungleichmäßiges Versprühen des
Fluids entlang des Tropfenverteilers 13a verursachen. Um
eventuelle Bohrspäne 13c und
ungleichmäßige Fluidzufuhr zu
kompensieren, ist es allgemein üblich,
das Fluid dem Tropfenverteiler 13a mit hohen Drücken und Fließgeschwindigkeiten
zuzuführen.
Es wird angenommen, dass hierdurch die Verteilung des Flu ids über alle
Tropföffnungen 13b entlang
des Tropfenverteilers 13a verbessert wird. Diese Zufuhr
mit hohen Drücken
und Geschwindigkeiten neigt folglich jedoch dazu, Hochdruckstrahlen 32' erzeugen.
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Obwohl
die Verteilung der Fluide aus den Tropföffnungen 13b verbessert
wird, haben die Hochdruckstrahlen 32' den nachteiligen Effekt, dass die
empfindliche Oberfläche
der Bürste 30a beschädigt wird.
In einigen Fällen
konnte bereits nach relativ wenigen Reinigungsvorgängen festgestellt
werden, dass die Bürste 30a etwas
zerrissen oder ausgefranst war. Folglich hat die Lösung, die
Geschwindigkeit und den Druck der Fluidzufuhr einfach zu erhöhen, zusätzlich zu
den Problemen einer ungleichmäßigen Fluidzufuhr
weitere Probleme verursacht.
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Aufgrund
dieser mit dem vorliegenden Tropfenverteiler 13a verbundenen
Probleme wurden zusätzliche
Vorrichtungen, wie Druckregler, Druckmesser und Durchflussmessgeräte als Bestandteil
der Tropfsteuerung 13 bei weitgehend erfolglosen Versuchen,
einen zu starken Sprühstrahl
zu verhindern, verwendet. Leider können auch bei einer scheinbar ordnungsgemäßen Tropfsteuerung
unvorhergesehene Schwankungen des Fluiddruckes auftreten, die zum
Hochdruckstrahl 32' führen können und
von denen bekannt ist, dass sie die obere Bürste 30a und/oder
den Wafer 12 beschädigen.
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Es
ist offensichtlich, dass die Verwendung des zuvor beschriebenen
Tropfenverteilers übermäßig ineffizient
ist. Ein derartiger Tropfenverteiler hat den Nachteil, dass mehr
Zeit für
seine Einrichtung benötigt
wird und dass eine große
Menge Wartungszeit erforderlich ist, um den Tropfenverteiler in
dem perfekten Verteilwinkel ⌀ 42 zu halten. Darüber hinaus
muss das Aufbringen des Fluids aufgrund der möglichen Beschädigung der
Bürsten
und Wafer, die durch die die Strömung
verändernden
Effekte der Schwankungen des Fluiddruckes und der Bohrspäne 13c verursacht
werden, sorgfältig überwacht
werden. Die Verwendung des Tropfmechanismus' des Standes der Technik kann daher
zu einem niedrigeren Durchsatz bei der Waferreinigung führen und/oder Beschädigungen
an den Bürsten
oder Wafern verursachen.
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Angesichts
der vorstehenden Ausführungen gibt
es einen Bedarf an einem Tropfenverteiler, der die Probleme des
Standes der Technik überwindet, indem
er das Trop fen des Reinigungsfluids verbessert und die Effizienz
sowie den Durchsatz bei der Reinigung der Wafer erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Allgemein
gesagt, erfüllt
die vorliegende Erfindung diesen Bedarf, indem sie einen Tropfenverteiler
zur Verwendung bei Wafer-Reinigungsvorgängen gemäß Patentanspruch 1 bereitstellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Tropfenverteiler zur Verwendung bei Wafer-Reinigungsvorgängen in
eine Reinigungsstation integriert, die eine erste Bürste und
eine zweite Bürste aufweist.
Der Tropfenverteiler erstreckt sich über die Länge der ersten Bürste. An
dem Tropfenverteiler ist eine Vielzahl von Tropfdüsen angebracht.
Jede der Vielzahl von Tropfdüsen
ist mit gegenseitigem Abstand zueinander angeordnet und über die
Länge des
Tropfenverteilers verteilt. Jede der Tropfdüsen hat einen zwischen einem
ersten und einem zweiten Ende gebildeten Durchlass. Eine Saphir-Öffnung ist in
diesem Durchlass ausgebildet und an dem ersten Ende der Tropfdüse angeordnet.
Die Saphir-Öffnung ist
abgewinkelt, um einen Fluidstrom in den Durchlass zu erzeugen, der
in Richtung auf das zweite Ende umgelenkt wird, um einen oder mehrere
gleichmäßige Tropfen über der
ersten Bürste
zu bilden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Herstellen einer Tropfdüse zur Verwendung bei Wafer-Reinigungsvorgängen nach
Patentanspruch 11 vorgesehen.
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Die
vorliegende Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Am bemerkenswertesten
ist, dass die Effektivität
und der Durchsatz der Waferreinigung durch die Konstruktion eines
Tropfenverteilers, der eine stetige Ausgabe von gleichmäßigen Tropfen
ermöglicht,
verbessert werden können.
Die beanspruchte Erfindung löst
das Problem des unterschiedlichen Durchflusses der Reinigungschemikalien,
das Probleme wie Beschädigungen
an Bürsten
und/oder Wafern verursacht.
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Der
vorliegende Tropfenverteiler muss nicht in einem bestimmten Verteilerwinkel
angeordnet werden, um das Reinigungsfluid ordnungsgemäß auf die richtige
Art und Weise aufzubringen. Dieser Fortschritt vermeidet die Notwendigkeit
einer kontinuierlichen Neueinstellung der Tropfenverteilersysteme, um
den perfekten Verteilerwinkel zu erhalten und beizubehalten. Dieses
Merkmal reduziert die für
die Wartung des Tropfenverteilers aufgewendete Zeit und ermöglicht einen
höheren
Durchsatz bei der Waferreinigung. Darüber hinaus ist der vorliegende Tropfenverteiler
nahezu störungsfest
in Bezug auf Schwankungen bei dem aufgetropften Reinigungsfluid,
die durch geringe Druckänderungen
verursacht werden. Aufgrund der Ausgestaltung der Tropfdüse werden
ferner auch Durchflussänderungen,
die für gewöhnlich von
den Bohrspänen
hervorgerufen wurden, eliminiert. Der Tropfenverteiler ermöglicht daher neue
Tropfsysteme, um die Art des bevorzugten Auftropfens bei dem Waferreinigungsvorgang
problemlos zu erzielen und beizubehalten.
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Andere
Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, die
in beispielhafter Weise die Prinzipien der Erfindung erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung ist aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen problemlos zu verstehen. Um diese Beschreibung zu vereinfachen,
sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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1A zeigt
eine schematische Darstellung eines Waferreinigungssystems in der
Draufsicht.
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1B zeigt
eine vereinfachte Ansicht eines in einer Bürstenstation durchgeführten Reinigungsvorganges.
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1C zeigt
eine Schnittansicht der in 1B dargestellten
Elemente.
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1D zeigt
eine detailliertere Seitenansicht der in 1B dargestellten
Waferreinigungskonstruktion.
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1E zeigt
eine detailliertere Schnittansicht des Tropfenverteilers, der den
ungleichmäßigen Tropfen
durch eine Öffnung
abgibt.
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2A und 2B zeigen
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Reinigungssystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3A zeigt
eine Schnittansicht einer Tropfdüse
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3B zeigt
eine Schnittansicht eines Tropfenverteilers gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3C zeigt
eine Explosionsansicht des Verteilers mit der Saphir-Öffnung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3D zeigt
eine Ansicht einer alternativen Öffnung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Tropfenverteilers mit einer Vielzahl von
Tropfdüsen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
ein Reinigungssystem, bei dem der Tropfenverteiler mit einer Vielzahl
von Tropfdüsen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird eine Erfindung für
ein Verfahren und für
Systeme offenbart, die ein verbessertes Verfahren zum Erreichen
einer gleichmäßigen Versorgung
mit Chemikalien über
die Bürsten
eines Waferreinigungssystems zur Verfügung stellen. In der folgenden
Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten beschrieben,
um für
ein umfassendes Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich,
dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle diese speziellen
Einzelheiten ausgeführt
werden kann. In anderen Fällen
sind hinreichend bekannte Verfahrensschritte nicht im Einzelnen
beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
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Die 2A und 2B zeigen
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines Reinigungssystems 120.
Das Reinigungssystem 120 umfasst typischerweise eine Ladestation 100,
in die eine Vielzahl von Wafern eingesetzt werden kann, um durch
das System gereinigt zu werden. Wenn der Wafer 12 in die
Ladestation 100 eingesetzt worden ist, kann der Wafer 12 der
Ladestation 100 entnommen und zu einer ersten Bürstenstation 102a transportiert
werden, in der der Wafer 12 mit ausgewählten Chemikalien und Wasser
(z.B. deionisiertem Wasser) geschruppt wird, bevor er zu einer zweiten
Bürstenstation 102b überführt wird.
In den Bürstenstationen
gibt es einen Tropfenverteiler mit einer Tropfdüse gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Merkmale des Tropfenverteilers und der Tropfdüse werden
nachstehend in näheren
Einzelheiten beschrieben.
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Nachdem
der Wafer 12 in den Bürstenstationen 102 geschruppt
wurde, wird der Wafer 12 in eine Spin-, Spül- und Trockenstation
(SRD-Station) 104 überführt, in
der deionisiertes (DI) Wasser auf die Oberfläche des Wafers gesprüht und der
Wafer trocken geschleudert wird. Nachdem der Wafer die SRD-Station 104 durchlaufen
hat, wird der Wafer 12 zu einer Entladestation 106 transportiert.
Das Reinigungssystem 120 ist so ausgebildet, dass es von
der Systemelektronik 108 programmiert und gesteuert werden
kann. Natürlich
ist dieses Reinigungssystem lediglich beispielhafter Natur und jede
andere Art von Reinigungssystem, bei der die Bürstentechnologie zusammen mit
Tropfenverteilern verwendet wird, profitiert ebenfalls von den Vorteilen
der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann das System eine
unabhängige
Bürstenstation
zum horizontalen oder vertikalen Schruppen der Wafer sein, oder
es kann sich um einen Bestandteil eines kombinierten chemisch-mechanischen
Polier-(CMP-) und
Reinigungssystems handeln.
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3A zeigt
eine Schnittansicht einer Tropfdüse 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Tropfdüse 200 ist so ausgebildet,
dass sie eine konsistentere Abgabe von gleichmäßigeren Tropfen ermöglicht.
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In
einer Ausführungsform
hat die Tropfdüse 200 ein
erstes Ende 201a und ein zweites Ende 201b. Die
Tropfdüse 200 hat
ein rohrförmiges
Segment 201c, das mit einem Düsenkopf 200c verbunden
ist. Die Tropfdüse 200 umfasst
einen Durchlass zwischen dem ersten Ende 201a und dem zweiten Ende 201b,
durch den Fluid befördert
werden kann. Im Allgemeinen wird ein Durchlass 205 durch
ein eine Innenfläche 200' aufweisendes
zylindrisches Formteil gebildet. In einer Ausführungsform hat das erste Ende 201a der
Tropfdüse 200 vorzugsweise eine
abgewinkelte Wand 200a. Es ist selbstverständlich,
dass der Winkel der abgewinkelten Wand 200a in Abhängigkeit
von den Erfordernissen des Fluidstroms oder anderen Kalibrierungsparametern
verändert
werden kann. Die Tropfdüse 200 hat
außerdem
eine Düsenaußenwand 200b.
Um die Tropfdüse 200 in
einem Tropfenverteiler (wie nachstehend gezeigt ist) befestigen
zu können,
ist die Düsenaußenwand
vorzugsweise mit einem Gewinde (nicht dargestellt) versehen.
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Eine
Saphir-Öffnung 202 ist
an dem ersten Ende 201a in die abgewinkelte Wand 200a eingesetzt.
Da ein Durchlass 200'' im Winkel mit
der abgewinkelten Wand 200a verläuft, ist die Saphir-Öffnung 202 ebenfalls
abgewinkelt, um in den Durchlass 200'' hinein
zu passen. Somit umfasst die Saphir-Öffnung 202 eine Öffnungsinnenfläche 202', die einen
abgewinkelten Weg in den Durchlass 205 bildet. Dieser abgewinkelte
Weg dient zum Erzeugen eines abgewinkelten Fluidstroms, der an einer
Strömungskontaktfläche 206 gegen
die Innenfläche 200' der Tropfdüse gerichtet
ist.
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Die
Reinigungsfluide können
alkalische Lösungen,
säurehaltige
Lösungen
(z.B. HF) und andere Fluide enthalten. Das Saphirmaterial kann ebenfalls mit
Durchlässen
(z.B. Löchern)
versehen sein, die mit sehr engen Toleranzen ausgebildet sind und
die nach ihrer Herstellung eine sehr saubere hindernisfreie Oberfläche (z.B.
eine glatte Oberfläche)
hinterlassen. Für
einen Fachmann ist es ferner selbstverständlich, dass die Saphir-Öffnung 202 unterschiedlich
ausgerichtet sein kann, solange die sich ergebende Konfiguration
einen abgewinkelten Fluidstrom ergibt, der auf die Innenfläche 200' der Tropfdüse gerichtet
ist.
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Wenn
das an der Öffnung
eintretende Fluid 204' in
die Tropfdüse 200 gelangt,
fließt
es zunächst durch
die Saphir-Öffnung 202.
Wenn der sich ergebende abgewinkelte Strom die Saphir-Öffnung 202 verlässt und
in den inneren Durchlass 205 der Tropfdüse 200 eintritt, fängt er an,
sich auszudehnen und wird durch eine Strömungsgrenze 206a und
eine Strömungsgrenze 206b begrenzt.
Dieser ursprüngliche
Strom trifft dann auf die Strömungskontaktfläche 206,
die von einem Abschnitt der Innenfläche 200' der Tropfdüse gebildet wird. Da der ursprüngliche Strom
die Strömungskontaktfläche 206 in
einem Winkel trifft, wird der ursprüngliche Strom von der Strömungskontaktfläche 206 umgelenkt
und in Richtung auf das zweite Ende 201b der Tropfdüse 200 umgelenkt.
Wenn diese Umlenkung stattfindet, verliert der ursprüngliche Strom
an Geschwindigkeit und dehnt sich aus, um einen ersten umgelenkten
Strahl mit einer Strahlgrenze 208a und einer Strahlgrenze 208b zu
bilden. Wenn diese Ausdehnung stattfindet, berühren Teile des ersten umgelenkten
Strahles mit Strahlgrenzen 208a und 208b Teile
des hineinströmenden
ursprünglichen
Strahles mit den Grenzen 206a und 206b. Dieser
Kontakt dient zur Verringerung der Geschwindigkeiten sowohl des
ursprünglichen
Strahles als auch des ersten umgelenkten Strahles.
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Der
erste umgelenkte Strahl trifft dann auf die Strahlkontaktfläche 208.
Zu diesem Zeitpunkt hat sich der erste umgelenkte Strahl ausgedehnt,
so dass die Fläche
der Strahlkontaktfläche 208 größer ist
als die der Strahlkontaktfläche 206.
Wenn dieser Kontakt stattfindet, wird der erste umgelenkte Strahl ein
zweites Mal in Richtung auf das zweite Ende 201b der Tropfdüse 200 umgelenkt.
Wenn die Umlenkung stattfindet, verliert der erste umgelenkte Strahl
an Geschwindigkeit, und ein zweiter sich langsamer bewegender umgelenkter
Strahl wird erzeugt. Diese Geschwindigkeitsabnahme verursacht eine weitere
Ausdehnung der Strahlgrenzen, so dass eine Strahlgrenze 210a und
eine Strahlgrenze 210b gebildet werden. Wenn sich der zweite
umgelenkte Strahl ausdehnt, kommt er in Kontakt mit dem hineinströmenden ersten
umgelenkten Strahl. Dieser Kontakt reduziert die Geschwindigkeit
sowohl des ersten umgelenkten Strahles als auch des zweiten umgelenkten
Strahles noch weiter.
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Der
zweite umgelenkte Strahl trifft dann auf eine Strahlkontaktfläche 210.
Aufgrund der Ausdehnung des Strahles beim Hindurchfließen ist
die Strahlkontaktfläche 210 wiederum
größer als
die Strahlkontaktfläche 208.
Wenn dieser Kontakt stattfindet, wird der Strahl erneut in einem
Winkel in Richtung auf das zweite Ende 201b der Tropfdüse 200 umgelenkt,
um einen dritten umgelenkten Strahl zu bilden. Wenn diese Umlenkung
stattfindet, wird die Geschwindigkeit des Strahles erneut verringert,
und eine weitere Ausdehnung des Strahles findet statt. Diese Ausdehnung
bildet eine Strahlgrenze 212a und eine Strahlgrenze 212b.
Wenn diese Strahlausdehnung stattfindet, kommt der dritte umgelenkte Strahl
außerdem
in Kontakt mit dem hineinströmenden
zweiten umgelenkten Strahl. Wenn dieser Kontakt stattfindet, wird
die Geschwindigkeit sowohl des zweiten umgelenkten Strahles als
auch des dritten umgelenkten Strahles vermindert.
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Jede
Umlenkung des Strahles führt
daher zu einer Abnahme der Geschwindigkeit des Fluids. Diese Strahlumlenkungen
werden fortgesetzt, bis das Fluid den Rand eines Düsenkopfes 200c an
dem zweiten Ende 201b erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat sich
die Geschwindigkeit des Fluids erheblich verringert. Diese Geschwindigkeitsabnahme
führt zu
einer Ansammlung des Fluids in Richtung auf das zweite Ende 201b der
Tropfdüse 200,
wodurch in Richtung auf das erste Ende 201a wirkende Gegenkräfte 207 erzeugt
werden. Die Erzeugung dieser Gegenkräfte 207 dient dazu,
das durch den Durchlass 205 der Tropfdüse 200 strömende Fluid
weiter zu verlangsamen. Aus diesem Grund bilden sich langsam gleichmäßige Tröpfchen an
der Öffnung
des Düsenkopfes 200c,
die ein kontrolliertes, stetiges und gleichmäßiges Tropfen erzeugen.
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Bei
diesem Beispiel ist der Tropfdüsenkopf 200c so
ausgebildet, dass er einen größeren Umfang als
die Außenwand 200b der
Düse hat.
Der Düsenkopf 200c wird
ebenfalls vorzugsweise an der Fläche 200c' der Tropfdüse 200 gesteuert,
was die Bildung der gleichmäßigen Tropfen
weiter unterstützt.
Beispielsweise trägt
der Durchmesser D263 zu der Bildung eines gleichmäßigen Tröpfchens
bei, indem er eine Fläche
für die
Aufnahme des gleichmäßigen Tropfens
an dem Düsenkopf 200c bildet.
Der gleichmäßige Tropfen
vergrößert sich,
bis seine Masse dazu führt,
dass er sich von der Fläche 200c' löst. Zusätzlich trägt auch
ein Winkel θ 265
zu der Bildung der gleichmäßigen Tropfen
bei, indem er verhindert, dass Fluid die Düse hinauf wandert. Es sollte
zur Kenntnis genommen werden, dass die Tropfdüse in einer Vielfalt von Formen
und Größen ausgebildet werden
kann, um ähnliche
Tropfen zu erzeugen. Zusätzlich
kann die Tropfdüse 200 ohne
den Tropfdüsenkopf 200c ausgebildet
werden. Die aktuelle Gestaltung der Tropfdüse 200 hängt in erster
Linie von der Viskosität
des Fluids, der Tropfrate und der Umgebung ab, in der sie installiert
werden soll. Die Tropfdüse
wird auch vorzugsweise aus einem Material konstruiert, das mit den
chemischen Eigenschaften des Fluids kompatibel ist, wie beispielsweise
Teflon® oder
Polyethylenterephthalat (PET). PET-Materialien sind für ihre hohe
Reinheit bekannt und sind relativ einfach zu bearbeiten. In einer
Ausführungsform kann
die Länge
L260 der Tropfdüse 200 zwischen ungefähr 0,02
Zoll und ungefähr
1 Zoll variieren und ist vorzugsweise ungefähr 0,437 Zoll lang. Diese Abmessung
kann im Allgemeinen zu jeder Länge
abgeändert
werden, mit der es möglich
ist, eine oder mehrere Strahlumlenkungen von der Tropfdüseninnenfläche 200' zu ermöglichen.
Dies stellt sicher, dass ein gleichmäßigerer Tropfen gebildet wird.
In dieser Ausführungsform
hat der Durchmesser D262 des Durchlasses der Tropfdüse 200 eine
Größe von ungefähr 0,02
Zoll bis ungefähr
0,1 Zoll und ist vorzugsweise ungefähr 0,062 Zoll groß. Natürlich kann
diese Abmessung in Abhängigkeit
von der Viskosität
und der erwünschten
Fluidströmung
verändert
werden. Ferner ist die Saphir-Öffnung
abgewinkelt, wenn sie in die Düseninnenfläche 200'' eingesetzt ist. Dieser Winkel
kann weit variiert werden. Beispielsweise kann der Winkel θ 264 ungefähr 15 Grad
bis ungefähr 75
Grad betragen und ist vorzugsweise ungefähr auf 45 Grad eingestellt.
Im Allgemeinen muss es einen Winkel geben, solange zwei oder mehr
Strahlumlenkungen an der Innenfläche 200' der Tropfdüse erzeugt
werden.
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3B zeigt
eine Schnittansicht eines Tropfenverteilers 220 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform hat der Tropfenverteiler 220 eine
Verteilerinnenfläche 220a und
eine Verteileraußenfläche 220b.
Die Tropfdüse 200 ist
an dem Tropfenverteiler 220 durch ein Gewinde 200d befestigt.
Es sollte bemerkt werden, dass die Tropfdüse 200 in einer Vielzahl
anderer Möglichkeiten
an dem Tropfenverteiler 220 befestigt werden kann, wie
beispielsweise durch Einpressen der Tropfdüse 200 in den Tropfenverteiler 220.
In einer Ausführungsform
ist die Tropfdüse 200 vorzugsweise
so ausgerichtet, dass das erste Ende 201a in einen Innenbereich 203 des
Tropfenverteilers 220 hinein ragt. Obwohl jeder geeignete
Durchmesser für
den inneren Teil des Tropfenverteilers 220 verwendet werden
kann, kann ein ungefähr
0,250 Zoll bis 1,00 Zoll, vorzugsweise ungefähr 0,375 Zoll, großer Durchmesser
verwendet werden. Dadurch, dass sich die Tropfdüse 220 in den Innenbereich 203 hinein
erstreckt, ist es unwahrscheinlicher, dass Bohrspäne 220c (die
durch das Bohren des Loches erzeugt werden) das von der Fläche 202' der Öffnung gebildete
Loch verstopfen. Der Innenbereich 203 des Tropfenverteilers 220 hat
vorzugsweise eine von der Innenfläche 204a des Verteilers
gebildete zylindrische Form. Wenn das Reinigungsfluid in den Tropfenverteiler 220 hinein
gepumpt wird, wird der Innenbereich 203 von einem Verteilerfluid 204 gefüllt. Ein Teil
des Verteilerfluids 204 fließt in die Saphir-Öffnung 202 als Öffnungseinlass-Fluid 204'. Das Öffnungseinlass-Fluid 204' durchläuft dann
die zahlreichen Umlenkungsvorgänge
wie oben unter Bezug auf 3A beschrieben
worden ist, und ein gleichmäßiger Tropfen 204a wird
von dem Düsenkopf 200c ausgegeben.
In einem realen Tropfenverteiler 220 gib es natürlich in
Wirklichkeit mehrere Tropfdüsen 200,
wie nachstehend erläutert
werden wird.
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3C zeigt
eine Explosionsansicht der Saphir-Öffnung 202. In dieser
Ausführungsform
umfasst die Saphir-Öffnung 202 die
im Allgemeinen zylinderförmig
ausgebildete Öffnungsinnenfläche 202'. An einem Ende
der Saphir-Öffnung 202 ist
die Innenfläche 202' nach außen abgewinkelt,
so dass eine abgewinkelte Fläche 202'' gebildet wird. Die abgewinkelte Fläche 202'' ist so ausgebildet, dass sie in
den Durchlass 205 der Tropfdüse 200 führt. Im
Betrieb fließt
das Öffnungseinlass-Fluid 204' daher in die
Saphir-Öffnung 202 hinein
und verlässt
diese auf einer von den Strömungsgrenzen 206a und 206b begrenzten
Seite. In einer Ausführungsform
ist der äußere Durchmesser
D266 der Saphir-Öffnung 202 vorzugsweise
ungefähr
0,087 Zoll groß.
Es sollte bemerkt werden, dass der Durchmesser der Öffnungsinnenfläche 202' variiert werden
kann, um bei Bedarf unterschiedliche Strömungsraten zu erzeugen. Die
Abmessungen der Öffnungsinnenfläche 202' werden eng
an eine gewünschte
Toleranz angepasst, so dass fast alle Saphir-Öffnungen 202 einer
bestimmten Größe nahezu
identisch sind. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Öffnungsinnenfläche 202' einen Durchmesser
haben, der bei ungefähr 0,010
liegt. Die Länge
L268 der Saphir-Öffnung 202 beträgt in diesem
Beispiel ungefähr
0,047 Zoll. Natürlich
kann die Länge
L268 in Abhängigkeit
von den gewünschten
Tropfcharakteristiken variiert werden. 3D zeigt
eine Ansicht einer alternativen Öffnung 202''.
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In
dieser Ausführungsform
ist die alternative Öffnung 202'' ebenfalls aus einem Saphir-Material hergestellt.
Die Öffnungsinnenfläche 202' der alternativen Öffnung 202'' behält eine gleichmäßige Form bei
und ist nicht nach außen
in den Durchlass 205 der Tropfdüse 200 abgewinkelt.
In einer Ausführungsform
beträgt
der Durchmesser der alternativen Öffnung 202'' ebenfalls ungefähr 0,087
Zoll. Es sollte bemerkt werden, dass der Durchmesser der Öffnungsinnenfläche 202' variiert werden
kann, um bei Bedarf unterschiedliche Strömungsraten zu erzeugen. Die
Abmessungen der Öffnungsinnenfläche 202' werden eng
an eine gewünschte
Toleranz angepasst, so dass fast alle Saphir-Öffnungen 202 einer bestimmten
Größe nahezu
identisch sind. In noch einer weiteren Ausführungsform beträgt die Länge L268
der alternativen Öffnung 202'' vorzugsweise ungefähr 0,047
Zoll. Die Länge
L268 der alternativen Öffnung 202'' kann in Abhängigkeit von den gewünschten
Tropfcharakteristiken variiert werden. Das Öffnungseinlass-Fluid 204' fließt in die
alternative Öffnung 202'' hinein und verlässt diese
auf der anderen von den Strömungsgrenzen 206a und 206b begrenzten
Seite. Die glatte Oberfläche
ermöglicht
somit die Erzeugung eines gleichförmigeren Eintrittspunktes für das Fluid
und führt
zu kontrollierteren Tröpfchen
aus jeder der Tropfdüsen 200,
die in einen Tropfenverteiler 220 integriert sein können.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Tropfenverteilers 220 mit einer
Vielzahl der Tropfdüsen 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine Fluidquelle 258 durch
eine Leitung 252 mit einem Druckregler 256 verbunden.
Ein Druckmesser 254 wird dann an einen Teil der Leitung 252 angeschlossen, die
den Druckregler 256 mit einem Ende des Tropfenverteilers 220 verbindet.
Eine Vielzahl der Tropfdüsen 200 ist
an dem Tropfenverteiler 220 befestigt, wie oben unter Bezug
auf 3B erläutert
worden ist. In einer Ausführungsform
besitzt der Tropfenverteiler 220 vorzugsweise eine zylindrische
Struktur, die aus einem Teflon®-Material oder einem anderen
Material, das mit den Reinigungschemikalien kompatibel ist, konstruiert
ist.
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In
dieser Ausführungsform
liefert die Fluidquelle 258 im Allgemeinen Fluid zu dem
Druckregler 256, in dem der Druck des zu dem Tropfenverteiler strömenden Fluids
gesteuert werden kann. Ein Druckmesser 254 überwacht
den Fluiddruck in der Leitung 252. Durch die Verwendung
sowohl des Druckreglers 256 als auch des Druckmessers 254 kann
der Fluiddruck (und die sich ergebende Tropfrate) des Reinigungsfluids
reguliert werden. Das Fluid strömt
dann von der Leitung 252 in den Tropfenverteiler 220.
Wenn sich das unter Druck stehende Fluid im Inneren des Tropfenverteilers 220 befindet,
strömt es
gleichmäßig in eine
Vielzahl von Tropfdüsen 200. Da
der Tropfenverteiler 220 mit unter Druck stehendem Fluid
gefüllt
werden kann, ist die Strömung
des Fluids in alle Tropfdüsen 200 hinein
im Wesentlichen gleich. Wie oben beschrieben worden ist, tropfen
die gleichmäßigen Tropfen 204a aus
den Tropfdüsen 200 mit
einer konstanten und kontrollierten Geschwindigkeit, nachdem das
Fluid die Tropfdüsen 200 passiert
hat. Die Strömung
des Fluids durch den Tropfenverteiler 220 kann in vorteilhafter
Weise lediglich durch die Verwendung des Druckmessers 254 und
des Druckreglers 256 geregelt werden, ohne dass die Notwendigkeit
besteht, einen Durchflussmesser oder zusätzliche Geräte einzusetzen.
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5 zeigt
ein Reinigungssystem, bei dem der Tropfenverteiler 220 mit
einer Vielzahl von Tropfdüsen 200 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Leitung 252 ist an
einem Ende des Tropfenverteilers 220 angeschlossen. In
einer Ausführungsform
ist der Tropfenverteiler 220 vorzugsweise über der
oberen Bürste 30a platziert,
so dass das Reinigungsfluid auf die obere Bürste 30a aufgetropft
werden kann. Es sollte bemerkt werden, dass der Tropfenverteiler 220 mit jeder
Ausrichtung angeordnet werden kann, die einen gleichmäßigen Auftrag
von Reinigungsfluid auf die obere Bürste 30a (oder auf
jede andere Bürste, die
unter dem Tropfenverteiler 220 platziert ist) ermöglicht.
Der Wafer 12 wird auf der Oberseite der unteren Bürste 30b und
unterhalb der oberen Bürste 30a platziert.
Die Leitung 252 transportiert Fluid in den Tropfenverteiler 220 hinein.
Das Fluid strömt durch
die Tropfdüsen 200 und
wird in Form der gleichmäßigen Tropfen 204a ausgegeben.
Wenn die gleichmäßigen Tropfen 204a mit
einer gleichmäßigen Rate
auf die obere Bürste 30a aufgetragen
werden, können
sich die Bürsten 30 drehen,
um so den Wafer 12 zu schruppen. Daher trägt der Tropfenverteiler 220 genau
die richtige Menge Reinigungsfluid mit der gewünschten Rate auf die obere
Bürste 30a auf,
was zu einer optimalen Reinigung des Wafers 12 führt.
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Obwohl
diese Erfindung anhand von einigen bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte zur Kenntnis genommen werden, dass sich
ein Fachmann beim Lesen der vorstehenden Beschreibung und beim Studium
der Zeichnungen verschiedene Änderungen,
Zusätze,
Austauschmöglichkeiten
und Entsprechungen innerhalb des Umfanges der Ansprüche vorstellen
kann.