DE19939687A1 - Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsdosis für ein Layout - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsdosis für ein Layout

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsdosis für ein Layout bei der Elektronen-Flächenstrahlbelichtung, vorzugsweise zum Zweck der Korrektur des "Proximity"-Effektes. Das Layout umfaßt dabei mehrere Belichtungsfiguren mit unterschiedlichen Strukturbreiten und Strukturabständen. DOLLAR A Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist vorgesehen, daß die Layout-Gesamtfläche S 1 in mehrere disjunkte Teilflächen F x (x = 1...n) aufgeteilt wird, die sich hinsichtlich der Strukturbreiten und der Strukturabstände unterscheiden, daß weiterhin Bewertungskriterien K x (x = 1...n) für die auf die einzelnen Teilflächen F x zu richtende Strahlendosis ermittelt werden, jeder Teilfläche F x ein solches Bewertungskriterium K x zugeordnet wird und die Flächenstrahlbelichtung unter Berücksichtigung dieser Bewertungskriterien K x vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsdosis für ein Layout bei der Elektronen-Flächenstrahlbelichtung, vorzugsweise zum Zweck der Korrektur des "Proximity"-Effektes. Das Layout umfaßt dabei mehrere Belichtungsfiguren mit unterschiedlichen Strukturbreiten und Strukturabständen.
Ein bei der Elektronen-Flächenstrahlbelichtung immer wieder zu lösendes Problem ergibt sich aus dem sogenannten "Proximity"-Effekt, der seinen Ursprung in der unerwünschten Erscheinung hat, daß jeder betrachtete Layoutpunkt durch Strahlung aus seiner unmittelbaren Nachbarschaft beeinflußt wird. Dadurch sind die Layoutpunkte in der Regel nicht einer homogenen Strahlendosis unterworfen, sondern einem "Dosisgebirge", durch welches das zu belichtende Layout verzerrt wird.
Das führt dazu, daß verhältnismäßig kleine und schmale zu belichtende Gebiete innerhalb des Layouts zu wenig effektive Strahlendosis erhalten und sich deshalb bei der nachfolgenden Resistentwicklung diese Flächen verkleinern bzw. sich ihre Kantendefinition verschlechtert. Das aber wirkt dem stetigen Bestreben der Mikroelektronikindustrie nach immer feineren Layoutstrukturen entgegen, denn die erforderliche Präzision kann so nicht erreicht werden.
In bisher bekannten Verfahren wird versucht, den "Proximity"-Effekt auszugleichen, indem man die Orte bestimmt, die von einer geringeren effektiven Dosis betroffen sind, um diese dann während der Belichtung mit einer höheren Strahlendosis anzusteuern.
Diesbezüglich hat sich in der Praxis das CFA-Verfahren (Conditional-Figur- Assignment), das häufig auch als INTRA-Proximity-Korrekturverfahren bezeichnet wird, durchgesetzt. Das CFA-Verfahren unterscheidet und klassifiziert einzelne Belichtungsfiguren, aus denen sich das Layout zusammensetzt, und weist jeder Figur einen sogenannten "Dosisindex" zu. Dieser Index ist ein Äquivalent zur Belichtungsintensität. Es wird also eine Bewertung der Belichtungsfiguren vorgenommen, der beispielsweise Breite, Länge und Umfang als Bewertungskriterien zugrunde gelegt werden.
Ein wesentlicher Mangel des CFA-Verfahrens besteht allerdings darin, daß die Umgebung der Belichtungsfiguren nicht in die "Proximity"-Korrektur einbezogen wird. Man erreicht mit dieser Verfahrensweise lediglich für einzelne freistehende Belichtungsfiguren des Layouts eine hinreichend genaue Korrektur des "Proximity"-Effektes.
Bei einem komplexen Layout, in dem sich viele Belichtungsfiguren gegenseitig berühren und somit eine verhältnismäßig große Belichtungsfläche bilden, erhalten schmale Innenfiguren eine unangemessen hohe Strahlendosis. Die Belichtung der im Layout außenliegenden Figuren mit derselben Strahlendosis führt dann zu einer Layoutverzerrung, die eine Verschlechterung der Struktur-Maßtreue (CD-Genauigkeit) zur Folge hat. Mit steigenden Ansprüchen an die Auflösung und Genauigkeit der Strukturen reicht deshalb das CFA-Verfahren nicht mehr aus.
Insbesondere seit mikroelektronische Layouts unter Anwendung der sogenannten OPC-Korrektur hergestellt werden, sind an Grundbelichtungsfiguren häufig kleine Eckrechtecke mit Sub-CD-Maß feststellbar, die in der Folge bei der Tonwertumkehr des Layouts verstärkt die vorbeschriebenen Effekte hervorrufen.
Weiterhin ergibt das CFA-Verfahren nachteiligerweise auch noch in Gebieten teilweiser Bedeckung zu hohe Korrekturdosen, was vor allem für Gitterstrukturen (lines & spaces) typisch ist.
Bekannt ist auch der Einsatz mathematischer Mittel, die genutzt werden, um den "Proximity"-Effekt komplett zu beheben oder um die Nachteile des CFA- Verfahrens auszugleichen. Hierzu sind Rechenprogramme entwickelt worden, mit denen versucht wird, für alle Layoutpunkte möglichst gleiche effektive Strahlendosen zu erzeugen.
Zu diesem Zweck wird das Gesamtlayout in immer kleinere Belichtungsflächen unterteilt, denen dann unterschiedliche Dosiswerte zur Ansteuerung zugeordnet werden. Je höher die geforderte Genauigkeit ist, in um so mehr und um so kleinere Belichtungsfiguren ist das Layout aufzuteilen. Das aber wirkt den Vorteilen des Flächenstrahl-Belichtungsverfahrens entgegen und führt zu längeren Produktionszeiten.
Hinzu kommt, daß die entsprechenden Rechenprogramme sehr viele Informationen verarbeiten müssen und, abgesehen von der zu langen Rechendauer, außerdem Rechenkapazität erfordern, die in der Regel nicht verfügbar ist. Deshalb ist der Einsatz solcher Programme zwar in Entwicklungsphasen bzw. im Labor sinnvoll, jedoch in Vorfertigungsprozessen der Mikroelektronik nicht erstrebenswert.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die nachteilige gegenseitige Beeinflussung benachbarter Belichtungsfiguren zu vermindern. Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß die Layout-Gesamtfläche S1 in mehrere disjunkte Teilflächen Fx (x = 1 . . . n) aufgeteilt wird, die sich hinsichtlich der Strukturbreiten und der Strukturabstände unterscheiden, daß weiterhin Bewertungskriterien Kx (x = 1 . . . n) für die auf die einzelnen Teilflächen Fx zu richtende Strahlendosis ermittelt werden, jeder Teilfläche Fx ein solches Bewertungskriterium Kx zugeordnet wird und die Flächenstrahlbelichtung unter Berücksichtigung dieser Bewertungskriterien Kx vorgenommen wird.
Mit diesem Verfahren sind deutliche Qualitätsverbesserungen erzielt worden. Es lassen sich auf diese Weise u. a. komplexe Maskenlayouts mit wesentlich höherer Auflösung und Genauigkeit herstellen, als das bisher nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren möglich war.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Aufteilung der Layout-Gesamtfläche S1 in drei disjunkte Teilflächen F1, F2 und F3 vorgesehen, wobei der Teilfläche F1 ein Bewertungskriterium K1 für schwachbedeckte, der Teilfläche F2 ein Bewertungskriterium K2 für teilbedeckte und der Teilfläche F3 ein Bewertungskriterium K3 für vollbedeckte Gebiete des Layout zugeordnet wird. Die Bezeichnungen vollbedeckte, teilbedeckte und schwachbedeckte Gebiete werden hierbei verwendet für Gebiete, die sich hinsichtlich der Strahlendosis unterscheiden, mit der diese Gebiete bearbeitet werden.
Zum Zwecke der Aufteilung der Layout-Gesamtfläche in die disjunkten Teilflächen F1, F2 und F3 ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß aus einem der Layout-Gesamtfläche S1 entsprechendem Datensatz D1 durch sizing, einem an sich bekannten Verfahren zur Kantenverschiebung, mit zunächst -a/2 und danach +a/2 ein Datensatz D2 gewonnen und zwischengespeichert wird. Der Betrag a ist hierbei eine Konstante, die der Mindeststrukturbreite entspricht, ab der keine Dosiskorrekturen mehr erforderlich sind. Als Sizing mit negativem Vorzeichen (z. B. -a/2) seien in diesem Zusammenhang Kantenverschiebungen zu verstehen, die zum Inneren einer Fläche bzw. einer Belichtungsfigur hin gerichtet sind.
Der Datensatz D2 entspricht einer Hilfsfläche S2, die im weiteren dazu verwendet wird, die Teilfläche F3 aus der Layout-Gesamtfläche auszuschneiden. Diesbezüglich werden die Datensätze D1 und D2 durch BOOLsches AND verknüpft und auf diese Weise ein Datensatz D3 gewonnen, welcher der Teilfläche F3 entspricht. Damit ist gewährleistet, daß die Teilfläche F3 nur Strukturbreiten b enthält, die größer als die vorgegebene Mindeststrukturbreite a sind. Die Teilfläche F3 entspricht den Anteilen am Layout, die bei der Belichtung mit der normalen Bestrahlungsdosis bedeckt werden. Unter dem Begriff "normale Bestrahlungsdosis" sei die Dosis zu verstehen, die branchenüblicherweise für eine unkorrigierte Belichtung vorgesehen wird.
Der Datensatz D3 wird zur weiteren Verwendung gespeichert. Durch BOOLsche Verknüpfung D1 MINUS D3 wird nun ein Datensatz D4 gewonnen und zwischengespeichert, welcher einer Hilfsfläche S4 entspricht, in der nur Strukturbreiten b enthalten sind, die kleiner sind als die vorgegebenen Mindeststrukturbreite a. Die Hilfsfläche S4 entspricht damit den Gebieten des Layouts, in denen sowohl teilweise als auch schwach zu bedeckende Gebiete enthalten sind.
In der Folge wird der Datensatz D1 nochmals einem sizing unterworfen, und zwar zunächst mit +a/2, dann mit -a und danach mit +a/2 und dabei ein Datensatz D5 gewonnen und zwischengespeichert, der einer Hilfsfläche S5 entspricht. Aus den Hilfsflächen S4 und S5 wird nun das Gebiet gewonnen, in dem nur noch Strukturbreiten b enthalten sind, die kleiner sind als die Mindeststrukturbreite a und bei denen die Abstände c der Strukturen ebenfalls kleiner sind als die Mindeststrukturbreite a. Dies erfolgt durch BOOLsche Verknüpfung der Datensätze D4 und D5. Der dabei ermittelte Datensatz D6 entspricht der Teilfläche F2, die nun ausschließlich die teilbedeckten Gebiete beinhaltet.
Aus der BOOLschen MINUS-Verknüpfung der gespeichert zur Verfügung stehenden Datensätze D4 und D6 wird schließlich ein Datensatz D7 ermittelt und gespeichert, welcher der Teilfläche F1 entspricht. Die Teilfläche F1 enthält nur Strukturbreiten b, die zwar kleiner sind als die Mindeststrukturbreite a, bei denen die Strukturabstände c jedoch größer sind als die Mindeststrukturbreite a. Die Teilfläche F1 umfaßt somit die schwachbedeckten Gebiete.
Nachdem die Teilflächen F1, F2 und F3 auf diese Weise festgelegt worden sind, werden nun Bewertungskriterien K1, K2 und K3 zugeordnet.
Das Bewertungskriterium K3, das der Teilfläche F3 zugeordnet wird, entspricht dabei der üblichen Standardbewertung für Belichtungsfiguren mit Strukturbreiten b < a. Das heißt, für die Belichtungsfiguren innerhalb dieses Layoutabschnittes wird keine Dosiskorrektur vorgenommen, die zur Abweichung von der normalen Bestrahlungsdosis führt.
Das Bewertungkriterium K1, welches der Teilfläche F1 zugeordnet wird, wird nach den üblichen Kriterien für kleinere, einzeln stehende Belichtungsfiguren vorgenommen und hat entsprechende Dosisfaktoren zur Folge.
Das der Teilfläche F2 zuzuordnende Bewertungskriterium K2 sieht gegenüber dem Bewertungskriterium K1 abgeschwächte Dosisfaktoren vor.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Beispiel für eine Layout-Gesamtfläche
Fig. 2 ein Beispiel für die Hilfsfläche S2
Fig. 3 ein Beispiel für die Hilfsfläche S4 mit teilweise und schwachbedeckten Gebieten
Fig. 4 ein Beispiel für die Hilfsfläche S5
Fig. 5 ein Beispiel für die Teilfläche F2 mit teilweise bedeckten Gebieten
Fig. 6 die Darstellung der Teilflächen F1, F2 und F3 im Layout
Fig. 7 die Darstellung der Teilflächen F1, F2 und F3 mit eingezeichneten Belichtungsfiguren
Fig. 8 Zuordnungsübersicht
Die Verfahrensschritte zur Aufteilung des Gesamt- bzw. Ursprungslayouts in beispielsweise drei Teilflächen F1, F2 und F3 werden wie folgt vorgenommen:
Nach der Festlegung einer Mindeststrukturbreite a, beispielsweise 3 Mikrometer, wird zunächst die in Fig. 1 dargestellte Layout-Gesamtfläche S1 einer als "sizing", "Kantenverschiebung", "isotrope Vorverzerrung" oder auch "biasing" bekannten Maßnahme unterzogen.
Bei einem ersten Schritt, einem sizing mit -a/2, verschwinden alle zu belichtenden Strukturen, die eine Strukturbreite b < a haben. In Fig. 1 sind dies die Strukturen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 auf der linken Bildhälfte sowie die Strukturen 7, 8, 9, 10 und 11 auf der rechten Seite.
Nachfolgend wird nun mittels sizing um +a/2 das Layout restauriert, wobei im Ergebnis die oben bezeichneten Strukturen, die den schwach- und teilbedeckten Gebieten entsprechen, jetzt fehlen und so eine Hilfsfläche S2 entsteht, wie sie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist.
Ein dieser Hilfsfläche S2 entsprechender Datensatz D2 wird durch BOOLsche Operation 'AND' mit dem Ursprungslayout verknüpft (D1 AND D2), wodurch vom Ursprungslayout die vollbedeckten Gebiete übrig bleiben und sauber ausgeschnitten werden. Diese werden in einem Datensatz D3 gespeichert, welcher der Teilfläche F3 entspricht. Die Teilfläche F3 enthält also Gebiete mit Strukturen, die bei der späteren Belichtung der normalen Bestrahlungsdosis, der Normdosis 1.0 unterworfen werden, da in ihr nur noch Strukturbreiten b < a vorkommen.
Der gespeicherte Datensatz D3 wird nun dazu benutzt, mittels BOOLscher Operation D1 MINUS D3 die Differenzflächen zum Ursprungslayout zu ermitteln und diese in einem Datensatz D4 zu speichern, wobei durch D4 eine Hilfsfläche S4 definiert ist, in der alle Strukturen mit Breiten b < a enthalten sind.
In Fig. 3 ist die auf diese Weise übrig gebliebene Hilfsfläche S4 dargestellt, die die schwach- und teilbedeckten Gebiete enthält. Die oben bezeichneten Strukturen 1, 3, 4 und 10 sind solche schwachbedeckten Gebiete, und die Strukturen 2, 5, 6, 7, 8, 9 und 11 werden als teilbedeckte Gebiete des Layouts bezeichnet.
Mit einem nächsten Verfahrensschritt ist nun die Trennung der schwachbedeckten und der teilbedeckten Gebiete herbeizuführen. Zu diesem Zweck sollen zunächst die teilbedeckten Gebiete und vollbedeckten Gebiete ermittelt werden. Dies geschieht anhand des Ursprungslayouts S1 wie folgt:
Es wird ein sizing mit zunächst +a/2 und anschließend mit -a/2 vorgenommen, wodurch die als teilbedeckt klassifizierte Struktur 2 und auch das Array aus den Strukturen 5 (vgl. Fig. 1) zu jeweils größeren, diese Strukturen umschließenden Gebiete verschmelzen. Hieran anschließend wird ein sizing von wiederum -a/2 vorgenommen und danach zum Zweck der Größen- Restauration ein erneutes sizing von +a/2 vollzogen, um die einzeln stehenden schmalen Strukturen zu eliminieren; im Beispiel sind das die Strukturen 1,3,4 und 10, welche dabei verschwinden. Zweckmäßigerweise kann der zweimal auszuführende sizing-Schritt von -a/2 zu einem einzigen sizing von -a zusammengefaßt werden.
Als Zwischenergebnis erhält man die beispielhaft in Fig. 4 dargestellte Hilfsfläche S5, mit deren Hilfe aus den gespeicherten Daten D5 und D4 durch Anwendung der BOOLschen Funktion D4 AND D5 ein Datensatz D6 gewonnen und gespeichert wird, der der Teilfläche F2 entspricht.
Betrachtet man zum Beispiel in Fig. 4 die durch Verschmelzung entstandenen Rechtecke 12 und 13 in der Hilfsfläche S5, erkennt man, daß die AND- Operation aus der Hilfsfläche S4 genau wie gewünscht die Struktur 2 und die Struktur 5 extrahiert, die aus dem Ursprungslayout (vgl. Fig. 1) stammen und zu den teilbedeckten Gebieten gehören. In Fig. 5 sind alle zur Teilfläche F2 gehörenden Strukturen dargestellt, die im Datensatz D6 gespeichert sind. Anschließend wird mit BOOLscher Operation D4 MINUS D6 von der Hilfsfläche S4 die Teilfläche F2 subtrahiert, so daß auf diese Weise die in der Hilfsfläche S4 noch vorhandenen teilbedeckten Gebiete entfernt werden. Übrig bleiben somit die schwachbedeckten Gebiete in Form einzeln stehender schmaler Strukturen, die schließlich in einem Datensatz D7 gespeichert werden, der die Teilfläche F1 beschreibt.
Die drei so gewonnenen Teilflächen F1, F2, F3 sind in Fig. 6 wie folgt dargestellt:
F1 schwachbedeckt b < a; c < a schwarz
F2 teilbedeckt b < a; c < a schraffiert unter 135 Grad
F3 vollbedeckt b < a schraffiert unter 45 Grad
Sind die Teilflächen F1, F2, F3 separiert, dann können sie weiter in Belichtungsfiguren gegliedert und diese Belichtungsfiguren innerhalb der Teilflächen F1, F2, F3 gesondert geeigneten Dosisbewertungen unterzogen werden.
Fig. 7 zeigt das Layout mit eingezeichneten Belichtungsfiguren. Die zur Teilfläche F3 gehörenden Belichtungsfiguren erhalten keine Dosiserhöhung; ihnen wird die normale Belichtungsdosis entsprechend Dosisfaktor 1.0 zugeordnet.
Hingegen wird für die in der Teilfläche F1 vorhandenen Belichtungsfiguren in bekannter Weise eine CFA-Bewertung durchgeführt, indem zum Beispiel mit kleiner werdender Figurbreite der Dosisfaktor immer mehr erhöht wird. Werte von Dosisfaktoren im Bereich 1.0 bis 2.0 reichen zur Korrektur solch schmaler, einzeln stehender Belichtungsfiguren aus.
Für die Belichtungsfiguren, die die Teilfläche F2 umfaßt, wird vorzugsweise zwar ebenso eine CFA-Bewertung durchgeführt, dabei jedoch (unter Berücksichtigung gleicher geometrischer Kriterien entsprechend der Figurbreite) eine Klassierung so vorgenommen, daß hier abgeschwächte Dosisfaktoren, etwa im Bereich 1.0 bis 1.5, zur Anwendung kommen.
In Fig. 8 sind in einer Übersicht die Zuordnungen der der voll-, teil- und schwachbedeckten Gebiete zu den Teilflächen F1, F2, F3 und den Hilfsflächen S1, S2, S4 und S5 sowie die Strukturkriterien dargestellt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung der Bestrahlungsdosis für ein Layout bei der Elektronen-Flächenstrahlbelichtung, vorzugsweise zum Zweck der Korrektur des Proximity-Effektes, wobei das Layout mehrere Belichtungsfiguren mit unterschiedlichen Strukturbreiten und Strukturabständen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Layout-Gesamtfläche S1 in mehrere disjunkte Teilflächen Fx (x = 1 . . . n) aufgeteilt wird, die sich hinsichtlich der Strukturbreiten und der Strukturabstände unterscheiden,
  • - Bewertungskriterien Kx (x = 1 . . . n) für die auf die einzelnen Teilflächen Fx zu richtende Strahlungsdosis ermittelt werden und jeder Teilfläche Fx ein solches Bewertungskriterium Kx zugeordnet wird und
  • - die Flächenstrahlbelichtung unter Berücksichtigung dieser Bewertungskriterien Kx vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilung der Layout-Gesamtfläche S1 in drei disjunkte Teilflächen F1, F2 und F3 vorgenommen und der Teilfläche F1 ein Bewertungskriterium K1 für schwachbedeckte, der Teilfläche F2 ein Bewertungskriterium K2 für teilbedeckte und der Teilfläche F3 ein Bewertungskriterium K3 für vollbedeckte Gebiete des Layouts zugeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - aus einem der Layout-Gesamtfläche S1 entsprechendem Datensatz D1 durch sizing (Kantenverschiebung) mit zunächst -a/2 und danach +a/2, worin a eine vorgegebene Mindeststrukturbreite ist, ein Datensatz D2 gewonnen und zwischengespeichert wird,
  • - aus der BOOLschen Verknüpfung D1 AND D2 ein Datensatz D3 gewonnen und gespeichert wird, welcher der Teilfläche F3 entspricht,
  • - danach durch BOOLsche Verknüpfung D1 MINUS D3 ein Datensatz D4 gewonnen und zwischengespeichert wird,
  • - der Datensatz D1 einem sizing mit zunächst +a/2, dann -a und danach +a/2 unterzogen und dabei ein Datensatz D5 gewonnen und zwischengespeichert wird,
  • - nun aus der BOOLschen Verknüpfung D4 AND D5 ein Datensatz D6 gewonnen und gespeichert wird, welcher der Teilfläche F2 entspricht und
  • - schließlich durch BOOLsche Verknüpfung D4 MINUS D6 ein Datensatz D7 ermittelt und gespeichert wird, welcher der Teilfläche F1 entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewertungskriterium K3 der üblichen Standardbewertung für Belichtungsfiguren mit Strukturbreiten b < a entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewertungskriterium K1 zutreffend für kleinere, einzeln stehende Figurflächen nach einfachen geometrischen Kriterien pro Belichtungsfigur festgelegt wird, vorzugsweise so, daß der Dosisfaktor für Belichtungsfiguren mit kleiner werdender Strukturbreite immer mehr erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewertungskriterium K2 in Abhängigkeit von der Geometrie der in der Teilfläche F2 enthaltenen Belichtungsfiguren festgelegt wird.
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EP1249734A3 (de) * 2001-04-11 2007-02-21 Fujitsu Limited Verfahren zur Umwandlung von Rechteckdaten in Gitterdaten für eine Belichtungsmaske für geladene Teilchen und Belichtungsmethode für geladene Teilchen

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