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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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Aus
der
US 7 265 816 B2 und
der
US 2006/0083996
A1 sind jeweils Beleuchtungsoptiken zur Ausleuchtung eines
in einer Objektebene liegenden Objektfeldes mit Beleuchtungslicht
einer Strahlungsquelle offenbart, bei denen die Beleuchtungsoptik
ein optisches Strahlbeeinflussungselement enthält, das mehrere Strahlbeeinflussungsbereiche
zur Erzeugung verschiedener Beleuchtungszustände für das Objektfeld aufweist.
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Die
Leistungsfähigkeit
von Projektionsbelichtungsanlagen für die mikrolithografische Herstellung von
Halbleiterbauelementen und anderen fein strukturierten Bauteilen
wird wesentlich durch die Abbildungseigenschaf ten 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 Seitenlange
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
Intensitätsverteilung
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 24p 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.