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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
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Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Eine solche Projektionsbelichtungsanlage weist eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv auf. Im Mikrolithographieprozess wird das Bild einer mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Im Betrieb einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage besteht der Bedarf, definierte Beleuchtungssettings, d. h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung, gezielt einzustellen. Hierzu ist außer der Verwendung diffraktiver optischer Elemente (sogenannter DOE's) auch der Einsatz von Spiegelanordnungen, z. B. aus
WO 2005/026843 A2 , bekannt. Solche Spiegelanordnungen umfassen eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel.
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Es sind ferner verschiedene Ansätze bekannt, in der Beleuchtungseinrichtung zur Optimierung des Abbildungskontrastes gezielt bestimmte Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene und/oder im Retikel einzustellen.
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Sowohl in der Beleuchtungseinrichtung als auch im Projektionsobjektiv ist es bekannt, für eine kontrastreiche Abbildung insbesondere eine tangentiale Polarisationsverteilung einzustellen. Unter „tangentialer Polarisation” (oder „TE-Polarisation”) wird eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind. Hingegen wird unter „radialer Polarisation” (oder „TM-Polarisation”) eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Systemachse orientiert sind. Entsprechend wird unter einer quasi-tangentialen bzw. einer quasi-radialen Polarisationsverteilung eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die vorstehenden Kriterien zumindest näherungsweise erfüllt sind.
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Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf
WO 2005/069081 A2 ,
WO 2005/031467 A2 ,
US 6,191,880 B1 ,
US 2007/0146676 A1 ,
WO 2009/034109 A2 ,
WO 2008/019936 A2 ,
WO 2009/100862 A1 ,
DE 10 2008 009 601 A1 ,
DE 10 2004 011 733 A1 und
EP 1 306 665 A2 verwiesen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welches in vergleichsweise einfacher Weise eine flexible Variation der in der Projektionsbelichtungsanlage eingestellten Polarisationsverteilung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine optische Systemachse, eine Pupillenebene, eine um die optische Systemachse drehbare Lambda/2-Platte sowie eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen aufweist, weist folgende Schritte auf:
- – Beleuchten eines ersten Bereichs der Pupillenebene in einer ersten Drehstellung der Lambda/2-Platte und einer ersten Einstellung der Spiegelanordnung mit wenigstens einem ersten Lichtpuls; und
- – Beleuchten eines zweiten Bereichs der Pupillenebene in einer zweiten Drehstellung der Lambda/2-Platte und einer zweiten Einstellung der Spiegelanordnung mit wenigstens einem zweiten Lichtpuls, wobei der zweite Bereich von dem ersten Bereich verschieden ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer Beleuchtungseinrichtung, welche sowohl eine drehbare Lambda/2-Platte als auch eine Spiegelanordnung mit unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen aufweist, die Einstellung eines gewünschten polarisierten Beleuchtungssettings (d. h. einer gewünschten Intensitäts- und Polarisationsverteilung in der Pupillenebene) dadurch zu realisieren, dass die betreffende Intensitäts- und Polarisationsverteilung über eine Mehrzahl von Beleuchtungsschritten zusammengesetzt wird, welche sich hinsichtlich der jeweils gerade gewählten Kombination aus Drehstellung der Lambda/2-Platte und Einstellung der Spiegelelemente der Spiegelanordnung voneinander unterscheiden.
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Dabei kann jeder einzelne dieser Beleuchtungsschritte entweder einen einzigen Lichtpuls (insbesondere Laserspot) oder auch eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Lichtpulsen bzw. Laserspots umfassen. Dadurch, dass zwischen den betreffenden Beleuchtungsschritten die Drehstellung der Lambda/2-Platte sowie auch die Einstellung der Spiegelanordnung (hinsichtlich der jeweils aktuellen Verstellung ihrer Spiegelelemente) unabhängig voneinander geändert werden können, ermöglicht die Erfindung es hierbei, Intensitäts- und Polarisationsverteilung unabhängig voneinander einzustellen, wobei sich die in Summe über die einzelnen Beleuchtungsschritte resultierende Intensitätsverteilung allein über die jeweiligen Einstellungen der Spiegelanordnung, die Polarisationsverteilung hingegen über die jeweiligen Kombinationen aus Drehstellung der Lambda/2-Platte einerseits mit Einstellung der Spiegelanordnung andererseits bestimmt wird.
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Im Ergebnis kann so in flexibler Weise und unter geringem konstruktivem Aufwand (insbesondere ohne aufwendig zu fertigende polarisationsbeeinflussende optische Elemente, sondern lediglich unter Bereitstellung einer geeigneten Drehmechanik zur Drehung der Lambda/2-Platte) eine flexible Einstellung gewünschter polarisierter Beleuchtungssettings erzielt werden, wobei es sich lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) bei der letztlich (d. h. in Summe) eingestellten Intensitätsverteilung beispielsweise um ein annulares Beleuchtungssetting, ein Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungssetting oder auch um ein Freiform-Beleuchtungssetting mit beliebiger Anordnung und Geometrie von in der Pupillenebene erzeugten beleuchteten Bereiche bzw. Beleuchtungspole handeln kann. Infolge der Einstellbarkeit von Intensitätsverteilung und Polarisationsverteilung unabhängig voneinander kann ferner die betreffende, in Summe erzeugte Intensitätsverteilung mit einer beliebigen gewünschten Polarisationsverteilung, insbesondere etwa einer zumindest näherungsweise tangentialen, radialen oder gemischt tangential-radialen Polarisationsverteilung kombiniert werden.
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Unter einer „gemischt tangential-radialen Polarisationsverteilung” (welche auch als TE/TM-Polarisationsverteilung oder TM/TE-Polarisationsverteilung bezeichnet werden kann) wird hierbei eine Polarisationsverteilung verstanden, welche einen (kontinuierlichen oder schrittweisen) Übergang zwischen einer tangentialen und einer radialen Polarisationsverteilung aufweist. Mit anderen Worten weist eine solche Polarisationsverteilung im Übergang zwischen Orten in der Pupille, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind, und Orten, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd parallel zum auf die optische Systemachse gerichteten Radius orientiert sind, Orte auf, in denen die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren zwischen diesen beiden „extremen” Positionen liegen und kontinuierlich oder schrittweise über die Pupille von der tangentialen zur radialen Ausrichtung übergehen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Drehbewegung der Lambda/2-Platte zur Variation von deren Drehstellung einerseits und die Verstellung der Spiegelelemente zur Variation der Einstellung der Spiegelanordnung miteinander synchronisiert, wobei der letztlich im Lithographieprozess erzeugte Durchsatz umso größer ist, je schneller die synchronisierte Verstellung der Spiegelelemente des MMA einerseits bzw. Drehung der Lambda/2-Platte andererseits erfolgt.
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Die Erfindung betrifft weiter auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung und einem Projektionsobjektiv, wobei die Beleuchtungseinrichtung aufweist:
- – eine optische Systemachse;
- – eine um diese optische Systemachse drehbare Lambda/2-Platte;
- – eine Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen; und
- – eine Ansteuerungseinheit, welche eine synchronisierte Ansteuerung der Drehbewegung der Lambda/2-Platte und der Verstellung von Spiegelelementen der Spiegelanordnung ermöglicht.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann.
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Im Weiteren wird zunächst unter Bezugnahme auf 6 ein prinzipieller möglicher Aufbau einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage erläutert, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren realisiert werden kann.
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Die Projektionsbelichtungsanlage gemäß 6 weist eine Beleuchtungseinrichtung 10 sowie ein Projektionsobjektiv 20 auf. Die Beleuchtungseinrichtung 10 dient zur Beleuchtung einer Struktur tragenden Maske (Retikel) 30 mit Licht von einer Lichtquelleneinheit 105, welche beispielsweise einen ArF-Excimerlaser für eine Arbeitswellenlänge von 193 nm sowie eine ein paralleles Lichtbündel erzeugende Strahlformungsoptik umfasst. Generell sind die Beleuchtungseinrichtung 10 sowie das Projektionsobjektiv 20 bevorzugt für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm, weiter insbesondere weniger als 160 nm, ausgelegt.
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Gemäß der Erfindung ist Bestandteil der Beleuchtungseinrichtung 10 insbesondere eine optische Einheit mit einer Spiegelanordnung 130 sowie einer Lambda/2-Platte 110, welche um die optische Systemachse OA drehbar ist und im Ausführungsbeispiel bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung vor der Spiegelanordnung 130 angeordnet ist. Die Spiegelanordnung 130 weist – wie z. B. in 1 schematisch angedeutet – eine Mehrzahl von Spiegelelementen 130a, 130b, 130c, ... auf, die zur Veränderung einer Winkelverteilung des von der Spiegelanordnung 130 reflektierten Lichtes unabhängig voneinander verstellbar sind. Die Spiegelelemente 130a, 130b, 130c, ... können jeweils individuell über eine in 6 angedeutete Ansteuerungseinheit 140, z. B. in einem Winkelbereich von –2° bis +2°, insbesondere –5° bis +5°, weiter insbesondere –10° bis +10°, verkippt werden. Die Ansteuerungseinheit 140 ermöglicht ferner eine mit der Verstellung der Spiegelelemente 130a, 130b, 130c, ... synchronisierte Drehung der Lambda/2-Platte 110.
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In Lichtausbreitungsrichtung vor der Spiegelanordnung 130 ist eine Mikrolinsenanordnung 120 vorgesehen, welche eine Vielzahl von Mikrolinsen zur gezielten Fokussierung auf die Spiegelelemente 130a, 130b, 130c, ... sowie zur Verringerung oder Vermeidung einer Ausleuchtung von „toter Fläche” und eines Lichtverlusts zwischen den Spiegelelementen 130a, 130b, 130c, ... aufweist.
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In Lichtausbreitungsrichtung nach der optischen Einheit 11 befindet sich im Strahlengang eine Lichtmischeinrichtung (nicht dargestellt), welche z. B. in für sich bekannter Weise eine zur Erzielung einer Lichtmischung geeignete Anordnung aus mikrooptischen Elementen aufweisen kann, sowie eine Linsengruppe 14, hinter der sich eine Feldebene mit einem Retikel-Maskierungssystem (REMA) befindet, welches durch ein in Lichtausbreitungsrichtung nachfolgendes REMA-Objektiv 15 auf die Struktur tragende, in einer weiteren Feldebene angeordnete Maske (Retikel) 30 abgebildet wird und dadurch den ausgeleuchteten Bereich auf dem Retikel begrenzt. Die Struktur tragende Maske 30 wird mit dem Projektionsobjektiv 20 auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenes Substrat 40 bzw. einen Wafer abgebildet. Das Projektionsobjektiv 20 kann insbesondere für den Immersionsbetrieb ausgelegt sein. Ferner kann es eine numerische Apertur NA größer als 0.85, insbesondere größer als 1.1, aufweisen.
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Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der wie in 6 dargestellt ausgeführten Projektionsbelichtungsanlage unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in 1–5 erläutert.
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Dabei zeigen 1–4 jeweils das gleiche optische System (mit Lichtquelle 105, Lambda/2-Platte 110, Mikrolinsenanordnung 120, Spiegelanordnung 130 sowie einer lediglich exemplarisch eingezeichneten Linse 140) zu unterschiedlichen Zeitpunkten (t = t1 bis t = t4) und jeweils unterschiedlicher Drehstellung der Lambda/2-Platte 110 einerseits und Einstellung der Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 andererseits. Die Polarisationsrichtung bzw. Schwingungsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors ist jeweils durch die eingezeichneten Doppelpfeile symbolisiert.
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Gemäß 1 befindet sich zum Zeitpunkt t = t1 die Lambda/2-Platte 110 in einer solchen Position, dass die (mit „fa” bezeichnete) Orientierung der schnellen Achse der Doppelbrechung parallel zur Polarisationsrichtung des von der Lichtquelle 105 auf die Lambda/2-Platte 110 auftreffenden Lichtes ist mit der Folge, dass die Polarisationsrichtung nicht durch die Lambda/2-Platte 110 verändert wird. Zugleich wird das über die Mikrolinsenanordnung 120 auf die Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 fokussierte Licht durch geeignete Einstellung dieser Spiegelelemente auf die in y-Richtung im rechts oben eingezeichneten Koordinatensystem einander gegenüberliegenden Beleuchtungspole 151, 152 in der Pupillenebene PP gelenkt. Die in 1 gezeigte Einstellung kann entweder für einen einzigen Licht- bzw. Laserpuls oder auch für eine Gruppe von zeitlich aufeinanderfolgenden Licht- bzw. Laserpulsen gewählt werden.
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Die Darstellung von 2 unterscheidet sich von derjenigen aus 1 lediglich dadurch, dass zu einem späteren Zeitpunkt t = t2 infolge einer Variation der Drehstellung der Lambda/2-Platte 110 einerseits und der Einstellung der Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 andererseits andere Bereiche der Pupillenebene PP, nämlich die um –45° zu den Beleuchtungspolen 151, 152 verdrehten Beleuchtungspole 153 und 154 mit Licht anderer Polarisationsrichtung beleuchtet werden. Genauer weist in der gemäß 2 gewählten Drehstellung der Lambda/2-Platte 110 deren schnelle Achse der Doppelbrechung einen Winkel von 22.5° zur (in x-Richtung im links unten eingezeichneten Koordinatensystem verlaufenden) ursprünglichen Polarisationsrichtung auf. Die sich nach Lichtaustritt aus der Lambda/2-Platte 110 ergebende Polarisationsrichtung ergibt sich durch Spiegelung der ursprünglichen Polarisationsrichtung an der schnellen Achse „fa” der Doppelbrechung in der Lambda/2-Platte 110 und ist somit wie in 2 angedeutet um einen Winkel von 45° zur ursprünglichen Polarisationsrichtung bzw. x-Richtung verdreht, wodurch sich die ebenfalls in 2 gezeigte Polarisationsrichtung in den Beleuchtungspolen 153, 154 in der Pupillenebene PP ergibt.
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3 zeigt in zu 1 und 2 analoger Darstellungsweise das gleiche optische System zu einem Zeitpunkt t = t3, zu welchem die Lambda/2-Platte 110 eine solche Drehstellung einnimmt, dass die schnelle Achse „fa” der Doppelbrechung einen Winkel von 45° zur ursprünglichen Polarisationsrichtung (x-Richtung) aufweist, so dass die Polarisationsrichtung nach Durchtritt durch die Lambda/2-Platte 110 um einen Winkel von 90° gedreht ist (nunmehr also in y-Richtung verläuft). Zugleich wird infolge wiederum geänderter Einstellung der Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 das in dieser Weise polarisierte Licht nunmehr in die (in x-Richtung im rechts oben eingezeichneten Koordinatensystem) einander gegenüberliegenden Bereiche bzw. Beleuchtungspole 155, 156 gelenkt.
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4 zeigt in analoger Darstellungsweise zu einem Zeitpunkt t = t4 einen Zustand des optischen Systems, in welchem die Drehstellung der Lambda/2-Platte 110 derart geändert ist, dass deren schnelle Achse „fa” der Doppelbrechung nunmehr unter einem Winkel von 67.5° zur ursprünglichen Polarisationsrichtung verläuft, mit der Folge, dass die Polarisationsrichtung des Lichtes nach Austritt aus der Lambda/2-Platte 110 nun um einen Winkel von 135° zur ursprünglichen Polarisationsrichtung verdreht ist. Zugleich wird infolge wiederum geänderter Einstellung der Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 das in solcher Weise polarisierte Licht nunmehr in die um weitere 45° zur x-Richtung im rechts oben eingezeichneten Koordinatensystem verdrehten Bereiche bzw. Beleuchtungspole 157, 158 in der Pupillenebene PP gelenkt.
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5 zeigt schließlich die – in Summation über die Zeitpunkte t1 bis t4 – erzielte resultierende Intensitäts- und Polarisationsverteilung („Gesamtpupille P5”), welche sich durch Zusammenführung der einzelnen Intensitäts- und Polarisationsverteilungen („Subpupillen P1–P4”) aus 1 bis 4 ergibt. Wie aus 5 ersichtlich ist, entspricht die in dieser Weise „in Summe” bzw. unter Ausnutzung des „zeitlichen Freiheitsgrades” erhaltene Intensitäts- und Polarisationsverteilung im konkreten Ausführungsbeispiel einem annularen Beleuchtungssetting mit näherungsweise tangentialer Polarisationsverteilung.
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Selbstverständlich lassen sich durch geeignete Kombinationen von Drehstellung der Lambda/2-Platte 110 einerseits und Einstellung der Spiegelelemente 130a–130d der Spiegelanordnung 130 andererseits auch beliebige andere Intensitäts- und Polarisationsverteilungen (einschließlich sogenannter Freiform-Beleuchtungssettings mit beliebiger Anordnung und Geometrie der innerhalb der Beleuchtungseinrichtung ausgeleuchteten Bereiche bzw. Beleuchtungspole) erzeugen. Dabei können auch unpolarisiert beleuchtete Pupillenbereiche dadurch geschaffen werden, dass diese Bereiche mit wenigstens zwei Lichtanteilen mit zueinander orthogonalen Polarisationszuständen gleicher Intensität beleuchtet werden.
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Im Ergebnis wird durch das vorstehend beschriebene Verfahren mit nur sehr geringem konstruktivem Aufwand (nämlich lediglich unter Bereitstellung einer mit einer geeigneten Drehmechanik versehenen Lambda/2-Platte in Kombination mit einer Spiegelanordnung) eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Erzeugung unterschiedlicher Intensitäts- und Polarisationsverteilungen in der Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung erzielt.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/026843 A2 [0003]
- WO 2005/069081 A2 [0006]
- WO 2005/031467 A2 [0006]
- US 6191880 B1 [0006]
- US 2007/0146676 A1 [0006]
- WO 2009/034109 A2 [0006]
- WO 2008/019936 A2 [0006]
- WO 2009/100862 A1 [0006]
- DE 102008009601 A1 [0006]
- DE 102004011733 A1 [0006]
- EP 1306665 A2 [0006]