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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage.
Ferner betrifft die Erfindung ein optisches Strahlbeeinflussungselement
zum Einsatz in einer derartigen Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem
mit einer derartigen Beleuchtungsoptik, eine Projektionsbelichtungsanlage
mit einem derartigen Beleuchtungssystem, ein Herstellungsverfahren
für ein mikro- bzw. nanostrukturiertes Bauelement unter
Einsatz einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage sowie ein
mit diesem Herstellungsverfahren hergestelltes Bauelement.
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Eine
Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage
ist bekannt aus der
US
2006/0072095 A1 , der
US 2007/0211231 A1 , der
US 2007/0058151 A1 sowie
der
US 2006/0158624
A1 .
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Die
Leistungsfähigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen für
die mikrolithografische Herstellung von Halbleiterbauelementen und
anderen fein strukturierten Bauteilen wird wesentlich durch die
Abbildungseigenschaften der Projektionsobjektive bestimmt. Darüber
hinaus werden die Bildqualität, die Flexibilität
der Verfahrensführung, der mit der Anlage erzielbare Wafer-Durchsatz
und andere Leistungsmerkmale wesentlich durch Eigenschaften des
dem Projektionsobjektiv vorgeschalteten Beleuchtungssystems, also
der Beleuchtungsoptik und der Strahlungsquelle, mitbestimmt. Die
Beleuchtungsoptik sollte in der Lage sein, das Licht einer primären
Lichtquelle, beispielsweise eines Lasers, mit möglichst hohem
Wirkungsgrad zu präparieren und dabei in einem Objekt-
bzw. Beleuchtungsfeld des Beleuchtungssystems eine möglichst
gleichmäßige Intensitätsverteilung zu
erzeugen. Zudem soll es möglich sein, am Beleuchtungssystem
verschiedene Beleuchtungsmodi einzustellen, um beispielsweise die Beleuchtung
entsprechend der Strukturen der einzelnen abzubildenden Vorlagen,
also von Masken oder Retikeln, zu optimieren. Üblich sind
Einstellungsmöglichkeiten zwischen unterschiedlichen konventionellen
Beleuchtungssettings mit verschiedenen Kohärenzgraden sowie
Ringfeldbeleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbeleuchtung. Die nicht-konventionellen
Beleuchtungssettings zur Erzeugung einer schiefen Beleuchtung können
u. a. der Erhöhung der Tiefenschärfe durch Zweistrahlinterferenz
sowie der Erhöhung des Auflösungsvermögens
dienen. Die Erzeugung verschiedener Beleuchtungszustände
für das Objektfeld durch die mindestens zwei Strahlbeeinflussungsbereiche
des optischen Strahlbeeinflussungselements kann von einer Lichtschwächung
unabhängig sein. Dies ist dann der Fall, wenn die Erzeugung
in den Strahlbeeinflussungsbereichen diffraktiv, refraktiv oder
reflektiv geschieht.
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Für
Mehrfachbelichtungen können schnelle Wechsel des Beleuchtungssettings
erwünscht sein, um in kurzen Zeiten eine Maske im Objektfeld
mit zwei unterschiedlichen Beleuchtungssettings zu beleuchten. Die
Möglichkeiten herkömmlicher Beleuchtungsoptiken
mit variabel einstellbaren Pupillenformungseinrichtungen sind in
dieser Hinsicht begrenzt, insbesondere wenn für den Wechsel
zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings relativ lange Verfahrwege
für die Massen der verschiebbaren optischen Komponenten
zurückgelegt werden müssen. Bei einem Einsatz
von auswechselbaren Pupillenfiltern muss Lichtverlust in Kauf genommen
werden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsoptik für
eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage bereit zu stellen,
die einen schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings,
möglichst innerhalb von Sekundenbruchteilen und im Wesentlichen
ohne Lichtverlust, ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Beleuchtungsoptik für eine Mikrolithografie-Projektionsbelichtungsanlage
zur Ausleuchtung eines in einer Objektebene liegenden Objektfeldes mit
Beleuchtungslicht einer Strahlungsquelle,
- – wobei
die Beleuchtungsoptik ein optisches Strahlbeeinflussungselement
aufweist, das unterteilt ist in mindestens zwei Strahlbeeinflussungsbereiche
zur von einer Lichtschwächung unabhängigen Erzeugung
verschiedener Beleuchtungszustände für das Objektfeld,
- – wobei das optische Strahlbeeinflussungselement verlagerbar
ist zwischen
-- einer ersten Strahlbeeinflussungsstellung,
in der ein erster der Strahlbeeinflussungsbereiche mit einem Bündel
des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist,
-- mindestens einer
weiteren Strahlungsbeeinflussungsstellung, in der ein der Strahlbeeinflussungsbereiche
mit dem Bündel des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist,
- – wobei jeder der Strahlbeeinflussungsbereiche eine
mit Beleuchtungslicht beaufschlagbare Fläche aufweist,
die eine lange und eine kurze Seitenlänge hat, wobei das
optische Strahlbeeinflussungselement senkrecht zur langen Seitenlänge verlagerbar
ist.
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Das
erfindungsgemäße Strahlbeeinflussungselement hat
mehrere Strahlbeeinflussungsbereiche, wobei über eine Verlagerung
des Strahlbeeinflussungselements vorgegeben werden kann, welcher
der verschiedenen Strahlbeeinflussungsbereiche mit dem Beleuchtungslichtbündel
beaufschlagt wird. Da die Strahlbeeinflussungsbereiche verschiedene
Beleuchtungszustände für das Objektfeld herbeiführen,
kann auf diese Weise ein Wechsel zwischen den Beleuchtungszuständen
erzielt werden. Die Strahlbeeinflussungsbereiche haben eine strahlbeeinflussende
Wirkung, die von einer Lichtschwächung unabhängig
ist. Beispiele für eine derartige, von der Schwächung
des Beleuchtungslichts unabhängige strahlbeeinflussende
Wirkung sind eine reflektive, eine refraktive und eine diffraktive
Wirkung. Bei den Strahlbeeinflussungsbereichen handelt es sich also
nicht um Filter für das Beleuchtungslicht. Das Strahlbeeinflussungselement
kann zwei Strahlbeeinflussungsbereiche oder auch mehr als zwei Strahlbeeinflussungsbereiche
aufweisen, z. B. drei, vier, fünf, acht, zehn oder noch
mehr Strahlbeeinflussungsbereiche. Aufgrund der Gestaltung der mit
Beleuchtungslicht beaufschlagbaren Fläche der Strahlbeeinflussungsbereiche
mit einer langen und einer kurzen Seitenlänge kann durch
eine Verlagerung des Strahlbeeinflussungselements senkrecht zur
langen Seitenlänge ein kurzer Verlagerungsweg realisiert werden,
was wiederum zu kleinen Schaltzeiten führt. Ein Aspektverhältnis
zwischen der langen und der kurzen Seitenlänge kann größer
sein als 1,5, größer sein als 2, größer
sein als 3, größer sein als 4, größer sein
als 5 oder auch größer sein als 8 oder 10.
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Das
optische Strahlbeeinflussungselement kann ein optisches Strahlformungselement
aufweisen, das unterteilt ist in mindestens zwei Strahlformungsbereiche
zur Erzeugung verschiedener Strahlwinkelverteilungen des Beleuchtungslichts,
- – wobei das Strahlformungselement
verlagerbar ist zwischen
-- einer ersten Strahlformungsstellung,
in der ein erster der Strahlformungsbereiche mit dem Bündel
des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist,
-- mindestens einer
weiteren Strahlformungsstellung, in der ein weiterer der Strahlformungsbereiche
mit dem Bündel des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist.
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Alternativ
kann das optische Strahlbeeinflussungselement ein optisches Polarisationsformungselement
aufweisen, das unterteilt ist in mindestens zwei Polarisationsformungsbereiche
zur Erzeugung verschiedener Polarisationsverteilungen des Beleuchtungslichts,
- – wobei das optische Polarisationsformungselement
verlagerbar ist zwischen
-- einer ersten Polarisationsstellung,
in der ein erster der Polarisationsformungsbereiche mit dem Bündel
des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist,
-- mindestens einer
weiteren Polarisationsstellung, in der ein weiterer der Polarisationsformungsbereiche
mit dem Bündel des Beleuchtungslichts beaufschlagt ist.
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Derartige
Strahlbeeinflussungselemente erlauben selektive Vorgaben von Beleuchtungssettings.
Dies kann für anspruchsvolle Belichtungsaufgaben, insbesondere
für definierte Mehrfachbelichtungen ein und derselben Objektstruktur
genutzt werden.
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Das
optische Strahlbeeinflussungselement kann in einer zur Objektebene
konjugierten Feldebene der Beleuchtungsoptik angeordnet sein. Eine
derartige Anordnung führt zu einer reinen Beleuchtungswinkelbeeinflussung
des Strahlbeeinflussungselements. Alternativ ist es möglich,
das Strahlbeeinflussungselement auch benachbart oder beabstandet
zu einer zur Objektebene konjugierten Feldebene anzuordnen. Das
Strahlbeeinflussungselement kann dann sowohl Beleuchtungsparameter über
das Objektfeld als auch die Form des Objektfeldes beeinflussen,
wobei der Schwerpunkt dann auf der Beeinflussung der Intensitätsverteilung über
das Objektfeld liegen kann. Weiterhin ist es möglich, das Strahlbeeinflussungselement
in einer zu einer Pupillenebene einer der Beleuchtungsoptik nachgelagerten
Projektionsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage optisch konjugierten
Pupillenebene anzuordnen. In diesem Falle kann das optische Strahlbeeinflussungselement
eine reine Beeinflussung einer Beleuchtungswinkelverteilung herbeiführen.
Schließlich ist es möglich, das Strahlbeeinflussungselement
auch benachbart oder beabstandet zu einer derartigen Pupillenebene
anzuordnen. Das Strahlbeeinflussungselement kann dann wiederum sowohl
Beleuchtungsparameter über das Objektfeld als auch die
Form des Objektfeldes sowie die Intensitätsverteilung über
das Objektfeld beeinflussen, wobei dann der Schwerpunkt der Beeinflussung
auf der Beleuchtungswinkelbeeinflussung liegen kann.
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Das
optische Strahlbeeinflussungselement kann als diffraktives optisches
Element ausgebildet sein, wobei die Strahlbeeinflussungsbereiche
als diffraktive Strahlbeeinflussungsbereiche ausgebildet sind. Derartige
Strahlbeeinflussungsbereiche erlauben eine definierte Strahlbeeinflussung,
wobei auch komplizierte Beleuchtungssettings, z. B. Multipol-Settings
realisiert werden können.
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Die
Strahlbeeinflussungsbereiche können eine unterschiedliche
polarisierende Wirkung für das Beleuchtungslicht haben.
Dies ermöglicht eine nochmalige Auflösungsverbesserung
bei bestimmten abzubildenden Objektgeometrien. Ein polarisierender Strahlbeeinflussungsbereich
kann als diffraktives optisches Element ausgebildet sein. Polarisierende
diffraktive optische Elemente sind bekannt aus der
US 2007/0 058 151 A1 und
der
US 2006/0
158 624 A1 .
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Mindestens
einer der Strahlbeeinflussungsbereiche kann eine depolarisierende
Wirkung haben. Dies kann eine für bestimmte Belichtungsaufgaben unerwünschte
Vorzugsrichtung vermeiden. Ein depolarisierender Strahlbeeinflussungsbereich
ist bekannt aus der
US
6,466,303 B1 .
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Die
Polarisationsformungsbereiche können aus optisch aktivem
Material ausgeführt sein. Hierbei kann es sich um einen
optischen Rotator oder um ein optisch doppelbrechendes Material
handeln. Eine Ausführung der Polarisationsformungsbereiche
aus optisch aktivem Material ermöglicht eine präzise
Polarisationseinstellung.
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Die
Polarisationsformungsbereiche können transmissiv und aus
Material unterschiedlicher Dicke ausgeführt sein. Über
die Dickenwahl lässt sich die jeweilige polarisierende
Wirkung des Polarisationsformungsbereichs vorgeben.
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Das
optische Strahlbeeinflussungselement kann angetrieben linear verlagerbar
und/oder um eine Schwenkachse angetrieben verlagerbar sein, wobei
im Falle der schwenkbaren Verlagerbarkeit die Strahlformungsbereiche
als Sektorabschnitte in Umfangsrichtung um die Schwenkachse angeordnet sein
können. Derartige Verlagerungsanordnungen des Strahlbeeinflussungselements
lassen sich mit vergleichsweise niedrigem konstruktivem Aufwand realisieren.
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Die
Vorteile eines optischen Strahlbeeinflussungselements zum Einsatz
in einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik entsprechen
denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße
Beleuchtungsoptik bereits erläutert wurden.
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Die
Vorteile eines Beleuchtungssystems mit einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungsoptik und einer Strahlungsquelle entsprechen denen der
erfindungsgemäßen Beleuchtungsoptik. Als Strahlungsquelle
kann eine DUV-Quelle oder auch eine EUV-Quelle zum Einsatz kommen.
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Das
Beleuchtungslichtbündel kann durch die formende Wirkung
des Beleuchtungssystems in der Ebene des optischen Strahlbeeinflussungselements von
einer längeren und einer kürzeren Bündelquerschnitts-Dimension
aufgespannt sein, wobei das optische Strahlbeeinflussungselement
in Richtung der kürzeren Bündelquerschnitts-Dimension
verlagerbar ist. Das Verhältnis aus der längeren
und der kürzeren Bündelquerschnitts- Dimension
kann größer sein als 2. Die Strahlbeeinflussungsbereiche
des optischen Strahlbeeinflussungselements können in Richtung der
kürzeren Bündelquerschnitts-Dimension eine Ausdehnung
haben, die maximal 10% größer ist als die kürzere
Bündelquerschnitts-Dimension. Diese Ausgestaltungen ermöglichen
besonders kurze Schaltzeiten des Strahlbeeinflussungselements zum Wechsel
von Beleuchtungssettings. Schaltzeiten im Bereich von Millisekunden
lassen sich dann realisieren.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen
Beleuchtungssystem hat eine Projektionsoptik zur Abbildung des in
der Objektebene liegenden Objektfeldes in ein Bildfeld in einer Bildebene,
einen Retikelhalter zur Halterung eines abzubildende Strukturen
tragenden Retikels im Objektfeld und einen Waferhalter zur Halterung
eines Wafers im Bildfeld, wobei bevorzugt der Retikelhalter und
der Waferhalter bei der Projektionsbelichtung synchronisiert zueinander
senkrecht zur Strahlrichtung des Beleuchtungslichts in einer Verlagerungsrichtung
verlagerbar sind. Die Vorteile einer solchen Projektionsbelichtungsanlage
entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäßen
Komponenten bereits erläutert wurden.
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Die
Strahlformungsbereiche können rechteckig sein, wobei die
Verlagerungsrichtung des Retikel- bzw. des Waferhalters im Wesentlichen
parallel zu den langen Seitenlängen der insbesondere rechteckigen
Strahlbeeinflussungsbereiche verläuft. Dies gewährleistet
eine definierte Beaufschlagung der einzelnen Objektfeldpunkte während
der Projektionsbelichtung.
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Die
Vorteile eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung strukturierter
Bauelemente mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen
eines Wafers, auf den zumindest teilweise eine Schicht aus einem
lichtempfindlichen Material aufgebracht ist,
- – Bereistellen eines Retikels, das abzubildende Strukturen
aufweist,
- – Bereitstellen einer erfindungsgemäßen
Projektionsbelichtungsanlage,
- – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf
einen Bereich der Schicht des Wafers mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage,
und
eines mit diesem Verfahren hergestellten Bauelements entsprechen
denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße
Beleuchtungsoptik und erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage
erläutert wurden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 stark
schematisch im Meridionalschnitt optische Hauptgruppen einer Projektionsbelichtungsanlage
für die Mikrolithografie;
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2 stark
schematisch eine Ausführung eines modular aufgebauten Beleuchtungssystems
für die Projektionsbelichtungsanlage nach 1,
wobei optische Komponenten innerhalb der Module sichtbar dargestellt
sind;
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3 eine
Aufsicht auf ein Strahlbeeinflussungselement mit mehreren Strahlbeeinflussungsbereichen
zur Erzeugung verschiedener Beleuchtungszustände für
ein Objektfeld der Projektionsbelichtungsanlage;
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4 einen
Ausschnitt des Strahlbeeinflussungselements nach 3 mit
zwei Strahlbeeinflussungsbereichen, wobei durch diese beiden Strahlbeeinflussungsbereiche
erzeugte Fernfeldverteilungen zusätzlich schematisch dargestellt
sind;
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5 in
einer zu 4 ähnlichen Darstellung
ebenfalls zwei Strahlbeeinflussungsbereiche eines Strahlbeeinflussungselements,
wobei deren strahlbeeinflussende Wirkung einschließlich
einer polarisationsbeeinflussenden Wirkung zusätzlich schematisch
dargestellt ist;
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6 in
einem Ausschnitt einer zu 2 ähnlichen
Darstellung ein Strahlbeeinflussungselement mit einem optischen
Strahlformungselement und einem optischen Polarisationsformungselement; und
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7 eine
Aufsicht auf eine weitere Ausführung eines optischen Strahlbeeinflussungselements.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage 1 ist, was ihre optischen
Hauptgruppen angeht, schematisch in der 1 im Meridionalschnitt
dargestellt. Diese schematische Darstellung zeigt die optischen
Hauptgruppen als refraktive optische Elemente. Genauso gut können
die optischen Hauptgruppen auch als diffraktive oder reflektive
Komponenten oder als Kombinationen oder Unterkombinationen von refraktiven/diffraktiven/reflektiven
Zusammenstellungen optischer Elemente ausgebildet sein.
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Zur
Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird in der Zeichnung
durchgehend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. In der 1 verläuft
die x-Achse senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein. Die y-Achse
verläuft in der 1 nach oben. Die z-Achse verläuft
in der 1 nach rechts und parallel zu einer optischen
Achse 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1. Die
optische Achse 2 kann, wie bei nachfolgend beschriebenen
Figuren noch dargestellt, ggf. ein- oder mehrfach gefaltet sein.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 1 hat eine Strahlungsquelle 3,
die Nutzlicht in Form eines Beleuchtungs- bzw. Abbildungsstrahlenbündels 4 erzeugt.
Das Nutzlicht 4 hat eine Wellenlänge im tiefen Ultraviolett
(DUV), beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 200 nm. Alternativ
kann das Nutzlicht auch eine Wellenlänge im EUV-Bereich,
insbesondere im Bereich zwischen 5 und 30 nm, haben.
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Eine
Beleuchtungsoptik 5 der Projektionsbelichtungsanlage 1 führt
das Nutzlicht 4 von der Strahlungsquelle 3 hin
zu einer Objektebene 6 der Projektionsbelichtungsanlage 1.
In der Objektebene 6 ist ein durch die Projektionsbelichtungsanlage 1 abzubildendes
Objekt in Form eines Retikels 7 angeordnet. Das Retikel 7 ist
in der 1 gestrichelt angedeutet. Das Retikel 7 wird
von einem nicht dargestellten Retikelhalter der Projektionsbelichtungsanlage 1 gehalten.
Belichtet wird ein beispielsweise rechteckiges Objektfeld in der
Objektebene 6.
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Die
Beleuchtungsoptik 5 zusammen mit der Strahlquelle 3 wird
auch als Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 bezeichnet.
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Als
erste optische Hauptgruppe umfasst die Beleuchtungsoptik 5 zunächst
eine Pupillenformungsoptik 8. Diese dient dazu, in einer
nachgelagerten Pupillenebene 9 der Beleuchtungsoptik 5 eine definierte
Intensitatsverteilimg des Nutzlichts 4 zu erzeugen. Die
Pupillenformungsoptik 8 bildet die Strahlungsquelle 3 in
eine Mehrzahl sekundärer Lichtquellen ab. Die Pupillenformungsoptik 8 kann
zusätzlich auch eine feldformende Funktion haben. In der
Pupillenformungsoptik 8 kann, wie nachfolgend noch erläutert,
ein diffraktives optisches Element zum Einsatz kommen. Als pupillenformende
optische Elemente können in der Pupillenformungsoptik 8 alternativ
oder zusätzlich auch Facettenelemente oder Wabenelemente
zum Einsatz kommen. Die Pupillenebene 9 ist optisch konjugiert
zu einer weiteren Pupillenebene 10 eines Projektionsobjektivs 11 der
Projektionsbelichtungsanlage 1, das der Beleuchtungsoptik 5 zwischen
der Objektebene 6 und einer Bildebene 12 nachgelagert
ist.
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In
der Bildebene 12 ist ein Wafer 13 angeordnet und
in der 1 gestrichelt angedeutet. Das Objektfeld in der
Objektebene 7 wird vom Projektionsobjektiv 11 in
ein Bildfeld auf dem Wafer 13 in der Bildebene 12 abgebildet.
Der Wafer 13 wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten
Waferhalter der Projektionsbelichtungsanlage 1 gehalten.
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Bei
der Projektionsbelichtung werden das Retikel 7 und der
Wafer 13 synchronisiert zueinander in der y-Richtung gescannt.
Auch ein sogenannter Stepper-Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 ist
möglich, bei dem das Retikel 7 und der Wafer 13 synchronisiert
zueinander in der y-Richtung zwischen zwei Belichtungen schrittweise
verlagert werden. Die y-Richtung stellt also eine Objektverlagerungsrichtung
der Projektionsbelichtungsanlage 1 dar.
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Der
hinter der Pupillenformungsoptik 8 angeordneten Pupillenebene 9 nachgeordnet
ist eine Feldlinsengruppe 14 als weitere optische Hauptgruppe
der Beleuchtungsoptik 5. Die Feldlinsengruppe 14 hat
eine objektfeldformende Funktion. Teil der Feldlinsengruppe 14 kann
ein weiteres diffraktives feldformendes Element sein. Auch ein Mikrolinsen-Array kann
Teil der Feldlinsengruppe 14 sein. Hinter der Feldlinsengruppe 14 ist
eine Zwischenbildebene 15 angeordnet, die zur Objektebene 6 konjugiert
ist. In der Zwischenbildebene 15 liegt eine Blende 16 zur Vorgabe
einer randseitigen Begrenzung des auszuleuchtenden Objektfeldes
in der Objektebene 6. Die Blende 16 wird auch
als REMA-(Retikel Masking-System zum Abblenden des Retikels 7)
Blende bezeichnet.
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Die
Zwischenbildebene 15 wird durch eine Objektivgruppe 17,
die auch als REMA-Linsengruppe bezeichnet wird, in die Objektebene 6 abgebildet.
Die Objektivgruppe 17 stellt eine weitere optische Hauptgruppe
der Beleuchtungsoptik 5 dar. In der Objektivgruppe 17 ist
eine weitere Pupillenebene 18 der Beleuchtungsoptik 5 angeordnet.
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2 zeigt
eine Ausführung der Beleuchtungsoptik 5 teilweise
stärker im Detail. Zur Pupillenformungsoptik 8 gehört
zunächst eine Strahlaufweitungsoptik, die als Galilei-Teleskop
mit Linsen 19, 20 ausgeführt ist. Ein
typischer Aufweitungsfaktor dieser Aufweitungsoptik 19, 20 beträgt
2 bis 5. Nach der Aufweitungsoptik 19, 20 trifft
das Nutzlicht 4 auf ein Zeilen-Array 21 aus diffraktiven
optischen Elementen (DOEs) 22. Das Array 21 stellt
ein optisches Strahlbeeinflussungselement dar, wobei die einzelnen DOEs 22 Strahlbeeinflussungsbereiche
des Strahlbeeinflussungselements 21 zur Erzeugung verschiedener
Beleuchtungszustände für das Objektfeld darstellen.
Vor dem Array 21 ist das Nutzlicht 4 linear parallel
zur Zeichenebene der 2 polarisiert (p-pol). Das bei
der Anordnung nach 2 aktuell durchstrahlte DOE 22 führt
zu einer Polarisationsdrehung des Nutzlichts 4. Nach dem
Array 21 ist das Nutzlicht 4 linear senkrecht
zur Zeichenebene der 2 polarisiert (s-pol).
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3 zeigt
einen momentanen Beleuchtungszustand des Strahlbeeinflussungselements 21. In 3 wird
von den acht dargestellten Strahlbeeinflussungsbereichen 22,
die in der x-Richtung nebeneinander angeordnet sind, der dritte
Strahlbeeinflussungsbereich 22 von links mit dem Nutzstrahlungsbündel 4 beaufschlagt.
Die Strahlbeeinflussungsbereiche 22 haben jeweils eine
mit dem Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 beaufschlagbare
Fläche mit einer langen Seitenlänge, die in der
y-Richtung verläuft, und einer kurzen Seitenlänge,
die in der x-Richtung verläuft. Die Strahlbeeinflussungsbereiche 22 sind einander
in der x-Richtung direkt benachbart angeordnet. Die Strahlbeeinflussungsbereiche 22 sind rechteckig
und haben bei der dargestellten Ausführungsform ein y/x-Aspektverhältnis
von etwa 5,5. Auch andere Aspektverhältnisse, beispielsweise
im Bereich zwischen 2 und 10, sind möglich. Das Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 ist
in der Ebene des Strahlbeeinflussungselements 21 ebenfalls
rechteckig und aufgespannt von einer längeren Bündelquerschnitts-Dimension,
die in y-Richtung verläuft, und einer kürzeren
Bündelquerschnitts-Dimension, die in x-Richtung verläuft.
Das Verhältnis aus der längeren Bündelquerschnitts-Dimension
und der kürzeren Bündelquerschnitts-Dimension
ist bei der dargestellten Ausführung etwa 8. Auch andere
Aspektverhältnisse sind möglich, die größer
sein können als 5 oder größer sein können
als 2. Vom Nutzstrahlungsbündel 4 wird genau eines
der DOEs 22, also genau ein Strahlbeeinflussungsbereich,
beaufschlagt.
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Die
Strahlbeeinflussungsbereiche 22 haben aufgrund ihres Aufbaus
als DOEs eine von einer Schwächung des Nutzstrahlungsbündels 4 unabhängige
strahlbeeinflussende Wirkung. Die Beeinflussung des Nutzstrahlungsbündels 4 erfolgt
also durch das Strahlbeeinflussungselement 21 nicht durch
eine Filterung des Nutzstrahlungsbündels 4. In
der 2 sind die DOEs 22 als transmissive DOEs
angedeutet. Alternativ ist es auch möglich, die DOEs 22 als
reflektive DOEs auszuführen.
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Das
Strahlbeeinflussungselement 21 kann in einer zur Objektebene 6 konjugierten
Feldebene der Beleuchtungsoptik 5 angeordnet sein. Alternativ
ist es möglich, das Strahlbeeinflussungselement 21 auch
in einer Zwischenebene zwischen einer zur Objektebene konjugierten
Feldebene und einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 5 anzuordnen.
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Die
Strahlbeeinflussungsbereiche 22 des Strahlbeeinflussungselements 21 haben
in x-Richtung eine Ausdehnung x0, die nicht
mehr als 10% größer ist als die kürzere
Bündelquerschnitts-Dimension xB des
Nutzstrahlungsbündels 4 in der Ebene des Strahlbeeinflussungselements 21.
Dies stellt sicher, dass das Nutzstrahlungsbündel 4,
eine korrekte Justierung des Strahlbeeinflussungselements 21 vorausgesetzt,
genau einen der Strahlbeeinflussungsbereiche 22 beaufschlagen
kann, ohne dass Nutzlichtanteile auch die direkt benachbarten Strahlbeeinflussungsbereiche 22 unerwünscht
mit beaufschlagen.
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Das
Strahlbeeinflussungselement 21 ist in einer Schaltrichtung 23,
die parallel zur x-Richtung verläuft, verlagerbar. Ein
Schalt-Verlagerungsweg mit einem Betrag von x0 führt
dazu, dass anstelle des in der 3 beaufschlagten
Strahlbeeinflussungsbereichs 22 ein benachbarter der Strahlbeeinflussungsbereiche 22 mit
dem Nutzstrahlungsbündel 4 beaufschlagt ist. Das
Längenverhältnis zwischen den Dimensionen x0 und xB führt
dazu, dass bei gegebener kürzerer Bündelquerschnitts-Dimension
xB mit einem kurzen Schaltweg des Strahlbeeinflussungselements 21 in
der Schaltrichtung 23 ein Wechsel in der Beaufschlagung
der Strahlbeeinflussungsbereiche 22 erreicht werden kann.
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Für
die Verlagerung in der Schaltrichtung 23 ist das Strahlbeeinflussungselement 21 mechanisch mit
einem angetriebenen Halteelement 24 verbunden, das in den 2 und 3 schematisch
dargestellt ist. Ein Antriebsmotor des Halteelements 24 steht über
eine Signalleitung 25 (vgl. 3) mit einer zentralen
Steuereinrichtung 26 der Projektionsbelichtungsanlage 1 in
Verbindung.
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4 zeigt
die strahlbeeinflussende Wirkung einer ersten Ausführung
der Strahlbeeinflussungsbereiche 22. Dargestellt sind zwei
ausgewählte Strahlbeeinflussungsbereiche 22a und 22b des Strahlbeeinflussungselements 21 in
leicht vergrößerter Darstellung. Die Strahlbeeinflussungsbereiche 22a, 22b haben
eine rein strahlformende Wirkung, beeinflussen die Polarisation
des einfallenden Nutzstrahlungsbündels 4 also
nicht.
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Dargestellt
sind in der 4 neben den beiden Strahlbeeinflussungsbereichen 22a, 22b auch die
strahlbeeinflussende Wirkung von diesem charakterisierende Fernfeldlichtverteilungen.
Der Strahlbeeinflussungsbereich 22a, der in der 4 links dargestellt
ist, erzeugt eine Fernfeldlichtverteilung 27a in Form eines
y-Dipols. Entsprechend resultiert bei einer Beaufschlagung des Strahlbeeinflussungsbereichs 22a durch
das Nutzstrahlungsbündel 4 eine y-Dipolbeleuchtung
des Retikels 7 in der Objektebene 6.
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Der
Strahlbeeinflussungsbereich 22b, der in der 4 rechts
dargestellt ist, erzeugt eine Fernfeldlichtverteilung 27b in
Form eines x-Dipols. Entsprechend resultiert bei einer Beaufschlagung
des Strahlbeeinflussungsbereichs 22b durch das Nutzstrahlungsbündel 4 eine
x-Dipolbeleuchtung des Retikels 7 in der Objektebene 6.
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Alternativ
oder zusätzlich kann das Strahlbeeinflussungselement 21 auch
Polarisationsformungsbereiche aufweisen, deren rechteckige Ausdehnung in
der Ebene des Strahlbeeinflussungselements 21 genauso ist,
wie diejenige der Strahlbeeinflussungsbereiche 22. 5 zeigt
in einer zu 4 ähnlichen Darstellung
derartige Polarisationsformungsbereiche 28 am Beispiel
zweier Polarisationsformungsbereiche 28a und 28b.
Die beleuchtungsformende Wirkung der Polarisationsformungsbereiche 28a, 28b entspricht
derjenigen der Strahlbeeinflussungsbereiche 22a und 22b.
Hinsichtlich der beleuchtungsformenden Wirkung erzeugt der Polarisationsformungsbereich 28a also
einen y-Dipol 27a und der Polarisationsformungsbereich 28b erzeugt
einen x-Dipol 27b. Zusätzlich erzeugt der in der 5 links
dargestellt Polarisationsformungsbereich 28a eine Polarisation xpol des Nutzlichts 4 in der x-Richtung
und der Polarisationsformungsbereich 28b eine Polarisation
ypol des Nutzlichts 4 in der y-Richtung.
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Die
Polarisationsformungsbereiche 28 können aus optisch
aktivem Material ausgeführt sein, also beispielsweise als
optischer Rotator oder aus einem optisch doppelbrechenden Material.
Zur Erzeugung unterschiedlicher polarisierender Wirkungen können
die Polarisationsformungsbereiche 28a, 28b aus
dem gleichen Material, aber mit in Strahlrichtung des Nutzlichts 4 unterschiedlicher
Dicke ausgeführt sein. Dies gilt dann, wenn die Polari sationsformungsbereiche 28 als
für das Nutzlicht 4 transmissive Bereiche ausgeführt
sind. Hierbei kann eine lineare oder auch eine zirkulare Doppelbrechung
ausgenutzt werden.
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Entsprechende
Polarisationsformungsbereiche 28 können auch eine
depolarisierende Wirkung haben, einfallendes polarisiertes Nutzlicht 4 also
so beeinflussen, dass dieses nach den Polarisationsformungsbereichen 28 depolarisiert
ist.
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Nach
dem Strahlbeeinflussungselement 21 propagiert das Nutzlicht 4 durch
eine Linse 29 (vgl. 2) und ein
Zoom-Axikon 30, mit dem eine stufenlose Feineinstellung
von durch das Strahlbeeinflussungselement 21 vorgegebenen
Beleuchtungswinkeln im Objektfeld möglich ist. Die optischen
Komponenten 19, 20, 21, 29 und 30 sind
Bestandteile der Pupillenformungsoptik 8 der Beleuchtungsoptik 5. Nach
dem Zoom-Axikon 30 wird das Nutzlicht 4 von einem
90°-Spiegel 31 reflektiert und durchtritt dann ein
Rasterelement 32 in Form eines Wabenkondensors. Die optischen
Komponenten 29 bis 32 sind in einem Zoom-Axikon-Modul 33 baulich
zusammengefasst.
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Nach
dem Rasterelement 32 durchtritt das Nutzlicht 4 eine
Feldlinse 34, die Bestandteil eines Einkoppelmoduls 35 der
Beleuchtungsoptik 5 ist. Die optischen Komponenten 32 und 34 sind
Bestandteile der Feldlinsengruppe 14 der Beleuchtungsoptik 5.
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Nach
dem Einkoppelmodul 35 ist die REMA-Blende 16 angeordnet.
Dieser nachgeordnet ist ein weiterer 90°-Spiegel 36,
dem die Objektivgruppe 17 mit zwei dargestellten Linsen 37, 38 nachgeordnet ist.
Die optischen Komponenten 16, 36, 37 und 38 gehören
zu einem REMA-Modul 39 der Beleuchtungsoptik 5.
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Beim
Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 mit der Beleuchtungsoptik 5 kann
eine Doppelbelichtung (double patterning) des Retikels 7 erzeugt werden.
Hierzu wird zunächst die Beaufschlagung eines ersten Strahlbeeinflussungsbereichs 22 des Strahlbeeinflussungselements 21 durch
entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors des Halte elements 24 durch
die Steuereinrichtung 26 vorgegeben. Das Retikel 7 wird
dann mit dem entsprechend geformten Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 beaufschlagt.
Anschließend wird das Strahlbeeinflussungselement 21 über
einen Schalt-Steuerbefehl der Steuereinrichtung 26 über
den Antriebsmotor des Halteelements 24 in der Schaltrichtung 23 so
verlagert, dass nun ein zweiter, ausgewählter Strahlformungsbereich 22 des
Strahlformungselements 21 mit dem Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 beaufschlagt
wird, wobei das Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 entsprechend
geformt wird. Es folgt dann eine zweite Belichtung des bereits belichteten
Abschnitts des Retikels 7 im Objektfeld in der Objektebene 6. Der
zweite ausgewählte Strahlformungsbereich 22 ist
in der Regel ein dem zunächst beaufschlagten Strahlformungsbereich 22 direkt
benachbarter Strahlformungsbereich. Prinzipiell ist es möglich,
bei der Verlagerung des Strahlbeeinflussungselements 21 einen
Strahlbeeinflussungsbereich 22 oder mehrere Strahlbeeinflussungsbereiche 22 zu überspringen.
Die beiden Belichtungen mit zur Beleuchtung mit unterschiedlicher
Beleuchtungswinkelverteilung entsprechend geformtem Beleuchtungsstrahlungsbündel 4 können
schnell aufeinander folgen, wobei das Strahlbeeinflussungselement 21 beispielsweise schnell
hin- und hergeschaltet wird.
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6 zeigt
eine weitere Ausführung eines Strahlbeeinflussungselements 40.
Dieses hat neben einem Strahlformungselement 41 mit Strahlformungsbereichen 22 entsprechend
denen, die vorstehend im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläutert
wurden, noch ein Polarisationsformungselement 42 mit Polarisationsformungsbereichen 43a und 43b.
Die Polarisationsformungsbereiche 43 stellen ebenfalls
Strahlbeeinflussungsbereiche dar und haben eine rein polarisierende,
nicht aber strahlformende Wirkung. Der in der 6 rechts
dargestellte Polarisationsformungsbereich 43b dreht die
Polarisation des einfallenden Nutzlichts 4 um 90°.
Dargestellt ist die Situation, in der p-polarisiertes, also parallel
zur Zeichenebene der 6 einfallendes Nutzlicht 4 nach
Durchtritt durch den Polarisationsformungsbereich 43b s-polarisiert,
also senkrecht zur Zeichenebene der 6 polarisiert
ist. Der Polarisationsformungsbereich 43a hat beispielsweise
eine depolarisierende Wirkung, so dass das p-polarisiert einfallende
Nutzlicht 4 bei Durchtritt durch den Polari sationsformungsbereich 43a depolarisiert
wird und eine depolarisierte Beleuchtung des Objektfeldes in der
Objektebene 6 resultiert.
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In
der Strahlrichtung (z-Richtung) des Beleuchtungsstrahlungsbündels 4 sind
das Polarisationsformungselement 42 und das Strahlformungselement 41 direkt
hintereinander angeordnet. Der Abstand zwischen diesen beiden Elementen 42, 41 kann
einige Millimeter betragen. Alternativ ist es möglich,
die beiden Elemente 42, 41 an voneinander stärker
getrennten Positionen innerhalb der Beleuchtungsoptik 5 anzuordnen.
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Das
Strahlformungselement 41 einerseits und das Polarisationsformungselement 42 andererseits
können unabhängig voneinander in Schaltrichtungen 23f und 23p verlagert
werden, die parallel zur x-Richtung verlaufen. Hierzu sind jeweils
Halteelemente 24f und 24 vorgesehen,
deren Antriebe in nicht dargestellter Weise mit der Steuereinrichtung 26 in Signalverbindung
stehen.
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Mit
Hilfe des Strahlbeeinflussungselements 40 ist eine unabhängige
Vorgabe der Beleuchtungswinkel einerseits und der Beleuchtungspolarisationen
andererseits in der Objektebene 6 möglich.
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Mit
Hilfe des Antriebs des Halteelements 24p kann
das Polarisationsformungselement 42 auch ganz aus dem Strahlengang
des Nutzlichts 4 herausgefahren werden, so dass eine unpolarisierende
Wirkung erzielt wird.
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7 zeigt
eine weitere Variante eines Strahlbeeinflussungselements 44.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme
auf die 1 bis 6 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Anstelle
rechteckiger Strahlbeeinflussungsbereiche 22 haben Strahlbeeinflussungsbereiche 45 des
Strahlbeeinflussungselements 44 die Form von Sektorabschnitten,
die in Um fangsrichtung um eine Schwenkachse 46 des Strahlbeeinflussungselements 44 angeordnet
sind. Eine Schaltrichtung 47 des Strahlbeeinflussungselements 44 verläuft
entsprechend in Umfangsrichtung um die Schwenkachse 46.
Die Strahlbeeinflussungsbereiche 45 haben eine strahlbeeinflussende
Wirkung, wie vorstehend im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungen
der Strahlbeeinflussungsbereiche 22, 28 und 43 nach
den 2 bis 6 erläutert.
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Das
Strahlbeeinflussungselement 44 ist über ein nicht
dargestelltes Halteelement mit einem Antriebsmotor um die Schwenkachse 46 antreibbar. Dieses
Halteelement steht wiederum mit der Steuereinrichtung 26 der
Projektionsbelichtungsanlage 1 in Signalverbindung.
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Ein
Schaltwechsel zwischen den Strahlbeeinflussungsbereichen 45 ist
wiederum angesteuert über die Steuereinrichtung 26 möglich,
wie vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungen nach den 2 bis 6 erläutert.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der
Strahlbeeinflussungselemente sind diffraktive Strahlbeeinflussungsbereiche
vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich zu den diffraktiven Strahlbeeinflussungsbereichen
können auch reflektive oder refraktive Strahlbeeinflussungsbereiche
vorgesehen sein. Schließlich ist es möglich, alternativ oder
zusätzlich zu derartigen Strahlbeeinflussungsbereichen
auch das Nutzlicht 4 schwächende Strahlbeeinflussungsbereiche,
also beispielsweise Graufilter für das Nutzlicht 4,
einzusetzen. Die refraktiven, reflektiven oder filternden Strahlbeeinflussungsbereiche
können hinsichtlich ihrer beaufschlagbaren Fläche
dimensioniert sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen
erläutert, also insbesondere eine lange und eine kurze
Seitenlänge aufweisen, wobei das optische Strahlbeeinflussungselement
mit diesen Strahlbeeinflussungsbereichen dann ebenfalls senkrecht
zur langen Seitenlänge verlagerbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0072095
A1 [0002]
- - US 2007/0211231 A1 [0002]
- - US 2007/0058151 A1 [0002, 0013]
- - US 2006/0158624 A1 [0002, 0013]
- - US 6466303 B [0014]