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Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlschreiber, der nach dem Formstrahlprinzip arbeitet.
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Derartige Elektronenstrahlschreiber (Variable Shaped Beam Writer, VSB) werden benutzt, um auf einer ebenen, mit elektronenstrahlempfindlichem Resist beschichteten Oberfläche eines Substrates beliebige Figuren mit sehr hoher Präzision zu erzeugen. Dies geschieht dadurch, dass für jede der zu belichtenden Figuren die gesamte Figurenfläche zunächst in lückenlos aneinanderpassende Elementarfiguren, auch Stempel bezeichnet, zerlegt wird. Diese Elementarfiguren werden in geeigneter Reihenfolge nacheinander belichtet. Dabei – auch als Belichtungsschritt bezeichnet – werden zunächst Form, Position und Größe einer Elementarfigur voreingestellt, dann wird für eine festgelegte Zeit der über die gesamte Fläche der Elementarfigur homogene Elektronenstrahl eingeschaltet, danach wieder ausgeschaltet.
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Form und Größe einer Elementarfigur werden durch zwei Öffnungen in Blendenscheiben bestimmt – eine Öffnung in einer oberen Blendenscheibe und eine Öffnung in einer unteren Blendenscheibe. In den bekannten Elektronenstrahlschreibern kommen Blendenscheiben mit Öffnungen zum Einsatz, deren Ränder sich mit einfachen Polygonen beschreiben lassen. Die Öffnungen haben die Form von Ausstanzungen. Bei den bekannten Elektronenstrahlschreibern weisen die obere und die untere Blendenscheibe mehrere verschiedene Öffnungen in ausreichender Entfernung voneinander auf. Es sind Elektronenstrahlschreiber mit acht verschiedenen zur Belichtung genutzten Paaren von Öffnungen, geeignet angeordnet auf oberer und unterer Blendenscheibe, bekannt.
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Ein Elektronenstrahl mit hinreichend gleicher Intensität über einen kreisförmigen Querschnitt wird zunächst oberhalb der oberen Blendenscheibe so abgelenkt, dass er eine Öffnung in der oberen Blendenscheibe vollständig überdeckt. Der Elektronenstrahl passiert die Öffnung der oberen Blende.
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Zwischen oberer und unterer Blendenscheibe erfolgt eine einstellbare Ablenkung des Elektronenstrahls um einen solchen Betrag, dass das Abbild der Öffnung der oberen Blendenscheibe auf eine Öffnung der unteren Blendenscheibe oder auf einen Ausschnitt dieser Öffnung trifft.
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Abhängig von der Form und Größe der Öffnung der oberen Blende und der unteren Blende sowie von der Größe der Ablenkung entsteht in der Ebene des elektronenstrahlempfindlichen Resists eine Elementarfigur der Form, die – bis auf einen Verkleinerungsfaktor – der Schnittfläche der Projektionsbilder der Öffnungen von oberer und unterer Blende bei eingestellter Ablenkung entspricht (vgl.
US 6 232 612 B1 ).
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In den bekannten Elektronenstrahlschreibern kommen Blendenöffnungen der oberen und unteren Blendenscheiben zum Einsatz, mit denen Elementarfiguren folgender Form, Größe und Orientierung erzeugt werden können:
- – Rechtecke R mit horizontalen und vertikalen Kanten,
- – Rechtecke S mit um 45° geneigten Kanten,
- – rechtwinklige gleichschenklige Dreiecke D mit horizontalen und vertikalen Katheten oder mit horizontaler oder mit vertikaler Hypotenuse.
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Die maximalen Kantenlängen ergeben sich aus dem maximal nutzbaren Durchmesser eines homogenen Elektronenstrahls in Höhe der oberen Blendenscheibe sowie der Größe des Auslenkbereichs des Elektronenstrahls zwischen oberer und unterer Blende.
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Für Figuren, deren Ränder horizontal oder vertikal oder mit einer Neigung von 45° verlaufen, kann eine Zerlegung in von den bekannten Elektronenstrahlschreibern generierte Elementarfiguren erfolgen (mit einem maximal entstehenden Fehler von einem halben Schritt des Adress-Grid). Sind solche Figuren erheblich größer als die maximale Größe der Elementarfiguren, können zur Belichtung überwiegend Elementarfiguren mit ihrer maximalen Größe genutzt werden, ohne resultierende Genauigkeitseinschränkung. Die mittlere Fläche der belichteten Elementarfiguren ist groß, und damit ist eine schnelle Belichtung dieser Figuren gewährleistet.
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Für Figuren, deren Ränder nicht horizontal oder vertikal oder mit einer Neigung von 45° verlaufen, muss mit Hilfe der generierbaren Elementarfiguren eine Zerlegung in Elementarfiguren entlang der Figurränder ermittelt werden, die die erforderliche Genauigkeit des Kantenverlaufes als Belichtungsresultat gewährleistet. Dies führt zu einer Verringerung der Größe der einzusetzenden Elementarfiguren, damit zu einer wesentlichen Erhöhung der Anzahl der insgesamt zur Belichtung notwendigen Elementarfiguren und damit zu einer wesentlichen Erhöhung der notwendigen Belichtungszeit.
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Belichtungszeit und Anzahl der Elementarfiguren weisen im Durchschnitt ein proportionales Verhältnis auf.
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In 18 ist dargestellt, welche Elementarfiguren bei Nutzung eines bekannten Elektronenstrahlschreibers für die Belichtung einer 400 nm dicken um etwa 30° geneigten Linie erforderlich sind, bei einer Approximationsgenauigkeit von ±20 nm.
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Zusätzlich zu den beschriebenen Elementarfiguren können mit bekannten Elektronenstrahlschreibern Spezialfiguren erzeugt werden durch Blendenscheiben, welche ein vollständiges Abbild der zu erzeugenden Spezialfigur als Blendenöffnung (Charakterblenden) besitzen. Diese Spezialfiguren entstehen durch vollständige Überdeckung von einer oberen und einer unteren Blendenöffnung.
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Aus der
US 2008/0054196 A1 ist ein weiterer Elektronenstrahlschreiber bekannt, der nach dem Formstrahlprinzip arbeitet. Dieser enthält eine erste, zweite und dritte Blende mit jeweils rechteckigen Blendenöffnungen, um einen Einzel-Elektronenstrahl zu bilden, der ein Figurenmuster zeichnet. Jede der Blenden verfügt über einen Mechanismus, mit dem die jeweilige Blende um eine optische Achse um einen beliebigen Winkel von 0 bis 360 Grad gedreht werden kann. In der dritten Blende ist außerdem ein Mechanismus zur Variation der Öffnungsspaltbreite des rechteckigen Öffnungsquerschnitts vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Belichtungszeiten bei Elektronenstrahlschreibern unter Berücksichtigung der Approximationsgüte zu reduzieren. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Elektronenstrahlschreiber zur Belichtung von Elementarfiguren einer in Elementarfiguren zerlegten Figur auf einer mit einem elektronenstrahlempfindlichen Resist beschichteten Oberfläche, der mindestens aufweist eine obere Blendenscheibe und eine untere Blendenscheibe, jeweils mit mehreren Öffnungen und parallel zueinander liegend, einen Elektronenstrahl, der die Öffnungen der Blendenscheiben passiert und mindestens eine Ablenkeinrichtung für den Elektronenstrahl, wobei die abgebildeten Elementarfiguren der Schnittfläche der Projektionen der Öffnungen der Blendenscheiben entsprechen, vorgeschlagen, dass die Öffnungen der oberen und der unteren Blendenscheiben so ausgebildet sind, dass durch den diese Öffnungen passierenden Elektronenstrahl mindestens rechtwinklige Trapeze (rwT) und rechtwinklige ungleichschenklige Dreiecke (rwD) als Elementarfiguren generierbar sind.
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Der Querschnitt des Elektronenstrahls wird von den beiden passierten Öffnungen geformt und die erzeugten Elementarfiguren erhalten die Form des resultierenden Querschnitts.
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Bevorzugt werden drei Ablenkeinrichtungen für den Elektronenstrahl eingesetzt: Eine Ablenkeinrichtung oberhalb der oberen Blendenscheibe sowie eine zwischen der oberen und der unteren Blendenscheibe zur Generierung der Form der Elementarfigur, sowie eine Ablenkeinrichtung unterhalb der unteren Blendenscheibe zur Positionierung der Elementarfigur.
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Bevorzugt werden rechtwinklige ungleichschenklige Dreiecke mit verschiedenen Hypotenusen-Neigungswinkeln und rechtwinklige Trapeze mit verschiedenen Neigungen der geneigten Kante sowie jeweils mit variabler Größe generiert.
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Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Öffnungen der oberen und der unteren Blendenscheiben auch so ausgebildet, dass durch den diese Öffnungen passierenden Elektronenstrahl auch Rechtecke mit horizontalen und vertikalen Kanten und rechtwinklige gleichschenklige Dreiecke als Elementarfiguren generierbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung weist die obere Blendenscheibe beabstandete quadratischer Öffnungen zur Generierung der rechtwinkligen Trapeze (rwT) und ungleichschenkligen rechtwinkligen Dreiecke (rwD) auf, während die untere Blendenscheibe mehrere Öffnungen mit geraden Kanten besitzt, für die mindestens eine Kante pro Öffnung nicht parallel zur Projektion einer der Kanten der quadratischen Öffnungen der oberen Blendenscheibe auf die untere Blendenscheibe verläuft, somit eine Kante mit Neigung oder Steigung ist.
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Die Generierung von rechtwinkligen Trapezen (rwT) und von rechtwinkligen ungleichschenkligen Dreiecken (rwD) als Elementarfiguren mit dem Elektronenstrahlschreiber erfolgt so durch die Projektion einer quadratförmigen Öffnung der oberen Blendenscheibe auf einen Teil einer Öffnung der unteren Blendenscheibe, wobei diese Projektion einen Teil einer geraden Kante der Öffnung der unteren Blendenscheibe überdeckt, welche nicht parallel zur Projektion einer der Kanten der quadratförmigen Öffnung verläuft.
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Natürlich ist es auch möglich, die Anordnung der Blendenscheiben umgekehrt vorzunehmen, so dass die Generierung von rechtwinkligen Trapezen (rwT) und von rechtwinkligen ungleichschenkligen Dreiecken (rwD) als Elementarfiguren mit dem Elektronenstrahlschreiber durch die Projektion einer Öffnung in einer oberen Blendenscheibe auf einen Teil einer quadratförmigen Öffnung in der unteren Blendenscheibe erfolgt, wobei die Projektion einer der Kanten der Öffnung der oberen Blendenscheibe nicht parallel zu einer der Kanten der quadratförmigen Öffnung der unteren Blendenscheibe verläuft und ein Teil der Projektion dieser Kante der Öffnung der oberen Blendenscheibe in die Öffnung der unteren Blendenscheibe fällt.
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Wenn nachfolgend spezielle Ausgestaltungen der unteren Blendenscheibe in Bezug auf die obere benannt werden, dann gilt dies sinngemäß auch für eine obere Blendenscheibe, wenn die untere entsprechend ausgeführt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass jeweils mehrere Öffnungen der unteren Blendenscheibe so eng wie möglich benachbart als Gruppe von Öffnungen angeordnet sind. Dabei haben die Öffnungen der unteren Blendenscheibe mindestens einen solchen Abstand zueinander, dass bei jeder zulässigen Projektion einer quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe auf einen Teil einer Öffnung der unteren Blendenscheibe keine weitere Öffnung der unteren Blendenscheibe durch den Elektronenstrahl erfasst wird.
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Ein Verfahren zur Generierung von rechtwinkligen Trapezen und von rechtwinkligen ungleichschenkligen Dreiecken als Elementarfiguren mit einem Elektronenstrahlschreiber sieht die Projektion einer quadratischen Öffnung einer oberen Blendenscheibe auf eine Öffnung der unteren Blendenscheibe oder einen Teil dieser Öffnung vor, derart, dass bei dieser Projektion eine einzelne Kante der Öffnung der unteren Blendenscheibe, die eine Neigung zur Projektion einer Kante des Quadrates der oberen Blendenscheibe auf die untere Blendenscheibe aufweist, oder ein Abschnitt dieser Kante erfasst wird.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1a: den grundsätzlichen Aufbau des Elektronenstrahlschreibers,
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1b: eine umgekehrte Blendenscheibenanordnung,
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2: die vorgeschlagenen Elementarfiguren,
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3a: Blendenanordnung 1 und damit
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3b: generierbare Elementarfiguren,
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4a: Blendenanordnung 2 und damit
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4b, c: generierbare Elementarfiguren,
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5a: Blendenanordnung 3 und damit
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5b, c: generierbare Elementarfiguren,
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6a: Blendenanordnung 4 und damit
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6b, c: generierbare Elementarfiguren,
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7a: Blendenanordnung 5 und damit
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7b, c: generierbare Elementarfiguren,
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8a: Blendenanordnung 6 und damit
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8b: generierbare Elementarfiguren,
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9a: Blendenanordnung 7 und damit
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9b, c, d: generierbare Elementarfiguren,
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10a: Blendenanordnung 8 und damit
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10b, c, d: generierbare Elementarfiguren,
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11a: Blendenanordnung 9 und damit
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11b, c, d, e generierbare Elementarfiguren,
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12: Ansteuerung für Blendenanordnung 5 und 6,
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13a, b: Ansteuerung für Blendenanordnung 7,
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14a, b: Ansteuerung für Blendenanordnung 8,
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15: Ansteuerung für Blendenanordnung 9,
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16: Generierung einer Trapezkante durch Elementarfiguren,
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17: Belichtungsbeispiel Zahnrad,
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18: Verwendung von Elementarfiguren des Standes der Technik
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Die 1a und 1b zeigen den grundsätzlichen Aufbau des Elektronenstrahlschreibers zur Belichtung von Elementarfiguren 7 einer in Elementarfiguren 7 zerlegten 11 auf einer mit einem elektronenstrahlempfindlichen Resist 1 beschichteten Oberfläche. Der Elektronenstrahlschreiber weist auf eine obere Blendenscheibe 2 und eine untere Blendenscheibe 3, jeweils mit mindestens einer Öffnung 4, 5 und parallel zueinander liegend, einen Elektronenstrahl 6, der von einer Ablenkeinrichtung 8 auf eine der Öffnungen in der oberen Blendenscheibe 2 gelenkt wird, so dass sein Querschnitt diese Öffnung vollständig überdeckt und beim Passieren dieser Öffnung deren Form erhält, der dann von einer Ablenkeinrichtung 9 zwischen den Blendenscheiben 2, 3 so abgelenkt wird, dass ein Teil des Strahlquerschnitts in eine der Öffnungen der Blendenscheibe 3 fällt und ein weiterer Teil über den Rand dieser Öffnung hinausreicht und auf die Blendenscheibe trifft, so dass nach dem Passieren der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 der Strahlquerschnitt zu einem Teil die Form der Öffnung der oberen und zu einem Teil die Form der Öffnung der unteren Blendenscheibe besitzt.
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Die Öffnungen 4, 5 der oberen und der unteren Blendenscheiben sind so ausgebildet, dass durch den diese Öffnungen passierenden Elektronenstrahl mindestens rechtwinklige Trapeze rwT und rechtwinklige ungleichschenklige Dreiecke rwD als Elementarfiguren 7 generierbar sind.
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Die Ablenkeinrichtung 8 oberhalb der oberen Blendenscheibe 2 und die zwischen der oberen und der unteren Blendenscheibe angeordnete Ablenkeinrichtung 9 dienen der Generierung der Form der Elementarfigur 7, während die Ablenkeinrichtung 10 unterhalb der unteren Blendenscheibe 3 zur Positionierung der Elementarfigur 7 genutzt wird.
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Die Blendenscheiben 2, 3 erhalten dabei eine solche Form und Größe, dass möglichst viele verschiedene rechtwinklige Trapeze rwT und rechtwinklige ungleichschenklige Dreiecke rwD mit unterschiedlichen Neigungen und möglichst variabler Form und Größe entstehen, und die von ihnen generierten verschiedenen Neigungen möglichst gleichverteilt zwischen den Neigungen liegen, die von den aus dem Stand der Technik bekannten Elementarfiguren generiert werden.
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In der in 1a erfolgten Darstellung weist die obere Blendenscheibe 2 beabstandet quadratische Öffnungen 4 auf, die untere Blendenscheibe weist mehrere Öffnungen 5 mit geraden Kanten auf, wobei für eine oder mehrere dieser Öffnungen eine oder mehrere Kanten pro Öffnung nicht parallel zur Projektion einer der Kanten der Quadrate der oberen Blendenscheibe 2 verlaufen, nachfolgend als Kanten mit Neigung bzw. Steigung der Öffnungen 5 der unteren Blendenscheibe 3 bezeichnet.
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Andere Kanten der Öffnungen 5 der unteren Blendenscheibe 3 verlaufen parallel zur Projektion der Kanten des oder der Quadrate der oberen Blendenscheibe 2. Andere Kanten der Öffnungen der unteren Blendenscheibe 3 können nicht parallel zur Projektion der Kanten des oder der Quadrate der oberen Blendenscheibe 2 verlaufen.
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Der Randbereich einer 11 mit geeignet geneigter Kante lässt sich mit geeigneten der so generierten Elementarfiguren 7 so überdecken, dass
- – eine vorgegebene maximal erlaubte Abweichung am Figurrand nicht überschritten wird,
- – die Elementarfiguren exakt an große Rechtecke im Figurinneren passen,
- – die Anzahl der zur Überdeckung notwendigen Elementarfiguren 7 erheblich niedriger ist als mit einer beliebigen Kombination von Elementarfiguren des Standes der Technik.
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Neue Elementarfiguren 7 sind in 2 dargestellt und sollen nachfolgend charakterisiert werden.
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Als Bezugspunkt eines rwT wird der Eckpunkt mit rechtem Winkel an der längeren der beiden parallelen Kanten bezeichnet.
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Als Bezugspunkt eines rwD wird der Eckpunkt mit rechtem Winkel bezeichnet.
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Als Bezugskante eines rwT wird die vom Bezugspunkt ausgehende und zum spitzen Winkel gerichtete Kante bezeichnet.
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Als Bezugskante eines rwD wird die vom Bezugspunkt ausgehende kürzere von beiden Katheten bezeichnet.
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Als Höhe h eines rwT/rwD wird die Länge der Bezugskante des rwT/rwD bezeichnet.
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Als Breite b eines rwT wird die Länge der zur Bezugskante senkrechten Kante bezeichnet. Es gilt b ≤ q.
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Als Breite b eines rwD wird die Länge der zur Bezugskante senkrechten Kante bezeichnet. Sie ist abhängig von der Höhe h des rwD sowie der Neigung der Kante der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3.
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Als Orientierung eines rwT/rwD wird eine der acht möglichen Kombinationen von
- – Richtung der Bezugskante, ausgehend vom Bezugspunkt
- – Lage der Figur (links oder rechts von der Bezugskante)
bezeichnet.
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Als Neigung eines rwT/rwD wird das Verhältnis von Höhenänderung entlang der Schräge und der Breite des rwT/rwD bezeichnet.
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Als Steigung eines rwT/rwD wird das Verhältnis von Höhenänderung entlang der Schräge und der Breite des rwT/rwD bezeichnet, multipliziert mit (–1) falls das rwT/rwD rechts von der Bezugskante liegt (gesehen vom Bezugspunkt aus).
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Als Ursprungspunkt eines rwT/rwD werden die Auslenkungswerte xu, yu bezeichnet, für die das rwT maximaler Größe mit gleicher Orientierung und Neigung entsteht.
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Als neue Elementarfiguren 7 entstehen:
- – Rechtwinklige achsenparallele Trapeze rwT mit einer Länge l (0 < 1 ≤ q) der Kante zwischen den beiden rechten Winkeln (Breite des rwT), mit einer geeigneten Neigung s/q der dieser Kante gegenüberliegenden Kante zwischen 0 und 1, mit einer Länge h (0 < h ≤ q' – p) der längeren der beiden parallelen Kanten (Höhe des rwT) mit 0 ≤ p < q' – s). Es gibt Blendenanordnungen mit q' = q und Blendenanordnungen mit q' < q.
- – Rechtwinklige Dreiecke mit achsenparallelen Katheten rwD mit einer geeigneten Neigung s/q der Hypothenuse mit einer Länge q·f der (ev.) längeren Kathete (Breite des rwD) mit 0 < f ≤ 1, einer Länge s·f der (ev.) kürzeren Kathete (Höhe des rwD) mit 0 < f ≤ 1.
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Die dargestellten Figurentypen 1–7 sind wie folgt entstanden:
Typ 1: Der untere horizontale Rand der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 wird vollständig in das Innnere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 projiziert. Die Projektionslinien beider vertikalen Ränder der Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneiden die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb der Schnittpunkte fallen die Projektionslinien in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Der in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 fallende Abschnitt der Projektionslinie des linken vertikalen Randes der Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 hat die Länge q'. Bei q = q' schneiden sich die Projektionslinie des oberen horizontalen Randes und des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 sowie der Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 in einem Punkt. Das entstehende rwT hat die Breite q und die maximale generierbare Höhe q'.
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Die Abmessungen der Öffnungen der unteren Blendenscheibe 3 sind dazu stets wenigstens geringfügig größer als die Abmesssungen der Öffnungen der oberen Blendenscheibe 2.
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Typ 2: Der untere horizontale Rand der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 wird vollständig in das Innnere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 projiziert. Die Projektionslinien beider vertikalen Ränder der Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneiden die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb der Schnittpunkte fallen die Projektionslinien in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Es gibt keinen Schnittpunkt der Projektionslinie des oberen horizontalen Randes und der Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Das entstehende rwT hat die Breite q und eine beliebige Höhe h mit s < h < q.
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Typ 3: Die Projektionslinie des unteren horizontalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; links vom Schnittpunkt fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb des Schnittpunktes fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Es gibt keinen Schnittpunkt der Projektionslinie des rechten vertikalen Randes und der Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Das entstehende rwD hat eine beliebige Breite < q und eine von der Breite abhängige Höhe ≤ s.
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Typ 4: Die Projektionslinie des unteren horizontalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet den vertikalen linken Rand der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; rechts vom Schnittpunkt fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des rechten vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb des Schnittpunktes fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 trifft nicht die Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Länge des Abschnitts des linken vertikalen Randes der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 zwischen dem Schnittpunkt mit der Kante mit Neigung und dem Schnittpunkt mit der Projektionslinie des unteren Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 ist q'. Das entstehende rwT hat eine beliebige Breite < q und die feste Höhe q'.
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Der Unterschied der horizontalen Abmessungen der Öffnungen der oberen und unteren Blendenscheibe sollte durch eine geeignete zusätzliche Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen oberer und unterer Blendenscheibe kompensiert werden. Dies trifft auch zu auf die Figuren vom Typ 5, 6, 7.
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Typ 5: Die Projektionslinie des unteren horizontalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet den vertikalen rechten Rand der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; links vom Schnittpunkt fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb des Schnittpunktes fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des rechten vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 trifft nicht die Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Länge des Abschnitts des rechten vertikalen Randes der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 zwischen dem Schnittpunkt mit der Kante mit Neigung und dem Schnittpunkt mit der Projektionslinie des unteren Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 ist q' – s. Das entstehende rwT hat eine beliebige Breite < q und eine feste Länge q' – s der rechten vertikalen Kante. Mit Verringerung der Breite verringert sich die Höhe des rwT.
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Typ 6: Die Projektionslinie des unteren horizontalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet den vertikalen linken Rand der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; rechts vom Schnittpunkt fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des rechten vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb des Schnittpunktes fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3.
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Die Projektionslinie des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 trifft nicht die Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Länge des Abschnitts des linken vertikalen Randes der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 zwischen dem Schnittpunkt mit der Kante mit Neigung und dem Schnittpunkt mit der Projektionslinie des unteren Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 ist kleiner als q'. Das entstehende rwT hat eine Breite < q und eine Höhe < q'; mit sinkender Breite verringert sich die minimal mögliche Höhe des rwT.
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Der Figur-Typ 6 erlaubt die Generierung aller rwT mit der Form und Größe, wie sie als Figuren vom Typ 5 und vom Typ 7 erzeugt werden können. Mit einer Blendenanordnung, die die Nutzung des Typs 6 erlaubt, kann daher auf eine Generierung von Figuren mittels Typ 5 bzw. Typ 7 verzichtet werden.
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Typ 6': Einschränkung von Typ 6 mit maximaler Höhe s.
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Typ 7: Die Projektionslinie des unteren horizontalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet den vertikalen rechten Rand der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; links vom Schnittpunkt fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Projektionslinie des linken vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 schneidet die Kante mit Neigung der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3; unterhalb des Schnittpunktes fällt die Projektionslinie in das Innere der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3.
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Die Projektionslinie des rechten vertikalen Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 trifft nicht die Öffnung der unteren Blendenscheibe 3. Die Länge des Abschnitts des rechten vertikalen Randes der Öffnung der unteren Blendenscheibe 3 zwischen dem Schnittpunkt mit der Kante mit Neigung und dem Schnittpunkt mit der Projektionslinie des unteren Randes der quadratischen Öffnung der oberen Blendenscheibe 2 ist kleiner als q' – s. Das entstehende rwT hat eine Breite < q und eine Höhe < q'; mit sinkender Breite verringern sich die maximal mögliche Höhe des rwT sowie die minimal mögliche Höhe des rwT.
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Der Randbereich einer 11 mit geeignet geneigter Kante lässt sich mit geeigneten der so generierten Elementarfiguren 7 so überdecken, dass
- – eine vorgegebene maximal erlaubte Abweichung am Figurrand nicht überschritten wird
- – die Elementarfiguren 7 exakt an Rechtecke im Figurinneren passen und
- - die Anzahl der zur Überdeckung notwendigen Elementarfiguren 7 erheblich niedriger ist als mit einer beliebigen Kombination herkömmlicher Elementarfiguren.
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Mit den neuen Elementarfiguren 7 kann ein Elektronenstrahlschreiber den Randbereich von Figuren mit Kanten, die eine Neigung ähnlich der einer der Kanten einer der Öffnungen der unteren Blendenscheibe 3 haben, generieren,
- – mit erheblich weniger Stempeln als mit dem herkömmlichen Verfahren notwendig (bei gleicher Approximationsgenauigkeit)
- – mit erheblich höherer Approximationsgenauigkeit als mit dem herkömmlichen Verfahren (bei gleicher Stempelanzahl).
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Es werden zur Belichtung des Randbereichs rechtwinklige Trapeze rwT bzw. rechtwinklige Dreiecke rwD mit am besten zur Neigung der Figurkante passender Neigung benutzt.
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Mit Blendenanordnung 1 gemäß 3 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 6' erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die Neigung der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD beträgt ca. 1:2.
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Es wird eine Verdopplung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 8 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 2 gemäß 4 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3 und 6' erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die drei verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD betragen ca. 1:4, 2:4 und 3:4. Es wird eine Vervierfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 16 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 3 gemäß 5 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3 und 6' erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD können sich geringfügig von denen der Blendenanordnung gemäß 4 unterscheiden. Eine Anpassung der Neigungen kann die durch unterschiedliche Größe der Blendenöffnungen hervorgerufene unterschiedliche maximale Länge der schrägen Kanten so kompensieren, dass für alle 3 verschiedenen großen rwT/rwD der gleiche maximale Approximations-Fehler entsteht. Es wird eine Vervierfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 16 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 4 gemäß 6 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 4 und 5 erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die drei verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD betragen ca. 1:4, 2:4 und 3:4. Es wird eine Vervierfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 16 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 5 gemäß 7 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 5 erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die sechs verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD betragen ca. 1:7, 2:7, 3:7, 4:7, 5:7 und 6:7. Es wird eine Versiebenfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 28 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 6 gemäß 8 können nur rwD (Typ 3) erzeugt werden. Die drei verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwD betragen ca. 1:4, 2:4 und 3:4. Es wird eine Vervierfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 16 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 7 gemäß 9 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 4, 5, 7 erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung ist die maximale Höhe eines rwT etwas kleiner als die maximale Breite, d. h. q' < q. Die acht verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD betragen ca. 1:9, 2:9, 3:9, 4:9, 5:9, 6:9, 7:9, 8:9. Es wird eine Verneunfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 36 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 8 gemäß 10 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 4, 6 erzeugt werden. Mit dieser Blendenanordnung ist die maximale Höhe eines rwT etwas kleiner als die maximale Breite, d. h. q' < q. Die sieben verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD betragen ca. 1:8, 2:8, 3:8, 4:8, 5:8, 6:8, 7:8. Es wird eine Verachtfachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 32 erreicht.
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Mit Blendenanordnung 9 gemäß 11 können rwT/rwD vom Typ 1, 2, 3, 4, 6 sowie Rechtecke, rechtwinklige gleichschenklige Dreiecke mit horizontalen und vertikalen Katheten oder mit horizontaler oder mit vertikaler Hypotenuse, Fünfecke mit drei rechten Winkeln und zwei Winkeln von 135° sowie Drachenvierecke mit zwei rechten Winkeln und einem Winkel von 135° erzeugt werden, jeweils mit variabler Größe. Mit dieser Blendenanordnung sind die maximale Höhe eines rwT und dessen Breite gleich, d. h. q' = q. Die elf verschiedenen Neigungen der schrägen Kanten der mit dieser Blendenanordnung erzeugten rwT und rwD und Dreiecke D betragen ca. 1:11, 2:11, 3:11, 4:11, 5:11, 6:11, 7:11, 8:11, 9:11, 10:11, 11:11. Es wird eine Verelffachung der Anzahl exakt durch Elementarfiguren 7 generierbarer Lagen von Figurkanten von 4 auf 44 erreicht.
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12 zeigt die Ansteuerung von rwT und rwD für die Blendenanordnung 5 gemäß 7.
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Mit diesen Blendenscheiben 3 entstehen bei Überblendung mit einer Blendenscheibe 2 mit quadratischen Öffnungen der Kantenlänge q rwT bzw. rwD mit 6·8 verschiedenen Neigungen der schrägen Kante:
ca. 1:7, ca. 2:7, ca. ..., ca. 6:7
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Um einen gleichen maximal auftretenden Approximations-Fehler für alle von den 6·8 verschiedenen Blenden erzeugten rwT bzw. rwD zu erhalten, werden mit Simulationsrechnungen optimale Neigungen für die schrägen Kanten der Blendenöffnungen der unteren Blendenscheibe 3 ermittelt.
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Bei Auslenkungen ±A, ±A/3 bzw. ±A/3, ±A werden rwT maximaler Breite q und Höhe q generiert. Bei der Blendenanordnung 5 gemäß 7 ändert sich mit verringerter Auslenkung von yu die Höhe des adressierten rwT mit Breite q, bzw. es entsteht ein rwD mit variabler Länge der zum Mittelpunkt der Spezialblende gerichteten Kathete (Schrittweite wie Adress-Grid der Maschine) sowie aus der Länge dieser Kathete und der Neigung der Blende resultierender Länge der anderen Kathete. Bei maximaler Auslenkung yu entstehen bei der Vergrößerung der Auslenkung von xu rwT mit reduzierter Breite, bei gleichbleibender Länge der kürzeren von beiden parallelen Kanten.
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Bei der Blendenanordnung 6 gemäß 8 entsteht bei verringerter Auslenkung von xu ein rwD mit variabler Länge der zum Mittelpunkt der unteren Blendenscheibe 3 gerichteten Kathete (Schrittweite wie Adress-Grid der Maschine) sowie aus der Länge dieser Kathete und der Neigung der Blende resultierender Länge der anderen Kathete.
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13 zeigt die Ansteuerung von rwT und rwD für die Blendenanordnung 7 gemäß 9.
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Mit diesen Blendenscheiben 3 entstehen bei Überblendung mit einer Blendenscheibe 2 mit quadratischen Öffnungen mit einer Kantenlänge q rwT bzw. rwD mit 8·8 verschiedenen Neigungen der schrägen Kante:
ca. 1:9, ca. 2:9, ca. ..., ca. 8:9
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Um einen gleichen maximal auftretenden Approximations-Fehler für alle von den 8·8 verschiedenen Blenden erzeugten rwT bzw. rwD zu erhalten, werden mit Simulationsrechnungen optimale Neigungen für die schrägen Kanten der Blendenöffnungen der unteren Blendenscheibe 3 ermittelt.
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Mit Auslenkungen von xu und/oder yu können Breite und Höhe eines adressierten rwT geändert werden. Ausgehend vom Ursprungspunkt, ändert sich mit Auslenkung in Richtung der Bezugskante die Höhe des adressierten rwT (bei gleichbleibender Breite q), bzw. es entsteht ein rwD mit variabler Länge der zum Mittelpunkt der Spezialblende gerichteten Kathete (Schrittweite wie Adress-Grid der Maschine) sowie aus der Länge dieser Kathete und der Neigung der Blende resultierender Länge der anderen Kathete. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung senkrecht zur Bezugskante der Blende nach aussen rwT mit reduzierter Breite und mit (fester) maximaler Höhe. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung senkrecht zur Bezugskante der Blende nach innen rwT mit reduzierter Breite und mit (fester) minimaler Höhe. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung sowohl in Richtung der Bezugskante als auch senkrecht zur Bezugskante der Blende nach innen beliebig breite rwT (mit 0 < b ≤ q), für die die Länge der kürzeren der parallelen Kanten höchstens die Länge d hat.
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14 zeigt die Ansteuerung von rwT und rwD für die Blendenanordnung 8 gemäß 10.
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Mit diesen Blendenscheiben 3 entstehen bei Überblendung mit einer Blendenscheibe 2 mit quadratischen Öffnungen mit einer Kantenlänge q rwT bzw. rwD mit 7·8 verschiedenen Neigungen der schrägen Kante:
ca. 1:8, ca. 2:8, ca. ..., ca. 7:8
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Um einen gleichen maximal auftretenden Approximations-Fehler für alle von den 7·8 verschiedenen Blenden erzeugten rwT bzw. rwD zu erhalten, werden mit Simulationsrechnungen optimale Neigungen für die schrägen Kanten der Blendenöffnungen der unteren Blendenscheibe 3 ermittelt.
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Mit Auslenkungen von xu und/oder yu können Breite und Höhe eines adressierten rwT geändert werden.
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Ausgehend vom Ursprungspunkt, ändert sich mit Auslenkung in Richtung der Bezugskante die Höhe des adressierten rwT (bei gleichbleibender Breite q), bzw. es entsteht ein rwD mit variabler Länge der zum Mittelpunkt der Spezialblende gerichteten Kathete (Schrittweite wie Adress-Grid der Maschine) sowie aus der Länge dieser Kathete und der Neigung der Blende resultierender Länge der anderen Kathete.
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Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung senkrecht zur Bezugskante der Blende nach aussen rwT mit reduzierter Breite und mit (fester) maximaler Höhe. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung sowohl in Richtung der Bezugskante als auch senkrecht zur Bezugskante der Blende nach aussen beliebig breite und hohe rwT (mit 0 < b ≤ q und 0 < h ≤ q – c).
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15 zeigt die Ansteuerung von rwT und rwD für die Blendenanordnung 9 gemäß 11.
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Für acht der neun Gruppen von Öffnungen der Blendenscheibe 3 entstehen bei Überblendung mit einer Blendenscheibe 2 mit quadratischen Öffnungen mit einer Kantenlänge q rwT bzw. rwD mit 10·8 verschiedenen Neigungen der schrägen Kante:
ca. 1:11, ca. 2:11, ca. ..., ca. 10:11
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Mit einer der neun Gruppen von Öffnungen der Blendenscheibe 3 entstehen bei Überblendung mit einer Blendenscheibe 2 mit quadratischen Öffnungen mit einer Kantenlänge q rwT bzw. rwD mit 4 verschiedenen Neigungen 11:11 der schrägen Kante, sowie rechtwinklige Dreiecke mit senkrechter oder waagerechter Hypotenuse, Fünfecke mit drei rechten Winkeln und Drachenvierecke mit zwei rechten Winkeln, jeweils mit variabler Größe. Jede der neun Gruppen von Öffnungen der Blendenscheibe 3 erlaubt die Generierung von Rechtecken variabler Kantenlänge ≤ q.
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Um einen gleichen maximal auftretenden Approximations-Fehler für alle von den 84 verschiedenen Blenden erzeugten rwT bzw. rwD zu erhalten, werden mit Simulationsrechnungen optimale Neigungen für die schrägen Kanten der Blendenöffnungen der unteren Blendenscheibe 3 ermittelt.
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Mit Auslenkungen von xu und/oder yu können Breite und Höhe eines adressierten rwT geändert werden. Ausgehend vom Ursprungspunkt, ändert sich mit Auslenkung in Richtung der Bezugskante die Höhe des adressierten rwT (bei gleichbleibender Breite q), bzw. es entsteht ein rwD mit variabler Länge der zum Mittelpunkt der Spezialblende gerichteten Kathete (Schrittweite wie Adress-Grid der Maschine) sowie aus der Länge dieser Kathete und der Neigung der Blende resultierender Länge der anderen Kathete. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung senkrecht zur Bezugskante der Blende nach aussen rwT mit reduzierter Breite und mit (fester) maximaler Höhe. Ausgehend vom Ursprungspunkt, entstehen bei einer Auslenkung sowohl in Richtung der Bezugskante als auch senkrecht zur Bezugskante der Blende nach aussen beliebig breite und hohe rwT (mit 0 < b ≤ q und 0 < h ≤ q – c).
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16 zeigt die Anwendung der Elementarfiguren 7 (rwT/rwD) für eine trapezförmige 11 mit Blendenanordnung 8 gemäß 10 bzw. mit Blendenanordnung 9 gemäß 11.
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Für eine geneigte Trapezkante wird ermittelt, welche der generierbaren Elementarfiguren 7 den geringsten Neigungsunterschied zur Trapezkante hat. Falls dies ein rwT/rwD ist: Die Zerlegung entlang der geneigten Trapezkante beginnt an dem Ende, an dem die Bezugskante eines rwT bzw. rwD plaziert werden kann, mit optimal passender Größe eines rwT/rwD (Breite passend zur geforderten Approximationsgenauigkeit; bei geringer Trapez-Höhe eventuell kleinere als die maximal mögliche rwT-Höhe q). Es schließen sich ev. mehrere weitere rwT geringerer Höhe an, und am Ende ein rwD. Der Schrägen-Mittelpunkt des rwT bzw. des rwD wird jeweils auf der geneigten Trapez-Kante platziert.
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17 zeigt als Belichtungsbeispiel ein Zahnrad. Bei einer Approximationsgenauigkeit von ±20 nm sowie Nutzung von ungedrehten Rechtecken und rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecken (Stand der Technik) mit achsenparallelen Katheten werden zur Belichtung dieser Figur mit einem Aussendurchmesser von 450 μm ca. 48000 Stempel benötigt, davon ca. 20000 zur Rand-Approximation. Die Kantenneigungen am Figurrand sind offensichtlich nahezu gleichverteilt. Es ist beim Einsatz der neuen Elementarfiguren 7
- – für eine Approximationsgenauigkeit von ±20 nm
- – bei einer Kantenlänge der Öffnungen der oberen Blendenscheibe 2 von 650 nm
- – bei sechs Gruppen von Blendenöffnungen gemäß der Blendenanordnung 8 in 10
eine Reduzierung der Anzahl der zur Rand-Approximation notwendigen Stempel um 70% zu erwarten. Dies bedeutet eine Verringerung der Anzahl der insgesamt zur Belichtung notwendigen Stempel auf 34000, d. h. um fast 30%.
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Die Wirksamkeit der neuen Elementarfiguren 7 rwT/rwD wächst mit der maximal möglichen Größe der rwT/rwD.
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Die Wirksamkeit der neuen Elementarfiguren 7 rwT, rwD wächst mit der Anzahl der von Spezialblenden generierten unterschiedlichen Kantenneigungen: Mit einer größeren Anzahl von Blendenöffnungen 5 unterschiedlicher Kantenneigung verringert sich der maximal auftretende Approximations-Fehler. Es können größere rwT/rwD eingesetzt werden, und/oder ein zur Genauigkeitserhöhung notwendiger Übergang von rwT zu rwD reduzierter Größe ist nicht oder nur in geringerem Umfang notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Resist
- 2
- obere Blendenscheibe
- 3
- untere Blendenscheibe
- 4
- Öffnungen der oberen Blendenscheibe
- 5
- Öffnungen der unteren Blendenscheibe
- 6
- Elektronenstrahl
- 7
- Elementarfigur
- 8
- Ablenkeinrichtung für Elementarfigur-Form (obere Blendenscheibe)
- 9
- Ablenkeinrichtung für Elementarfigur-Form (untere Blendenscheibe)
- 10
- Ablenkeinrichtung für Elementarfigur-Position
- 11
- Figur
