微光刻投射曝光装置的照明系统.pdf

一种微光刻投射曝光装置的照明系统包含空间光调制器(58)，其改变瞳面(38)中的强度分布。调制器(58)包含反射镜(64)的阵列(62)，反射镜(64)将照到的投射光(34)反射到取决于施加到反射镜的控制信号的方向。棱镜(60)朝向空间光调制器(58)导引投射光(34)，并具有投射光(34)照射两次的双通表面(76)，即，第一次为离开棱镜(60)时且在被反射镜(64)反射之前，第二次为进入棱镜(60)时且在被反射镜(64)反射之后。提供瞳干扰抑制装置，当投射光(34)第一次照到双通表面(76)时，降低投射光(34)的反射，和/或避免反射造成的光部分(78)贡献于瞳面(38)中的强度分布。

权利要求书一种微光刻投射曝光装置的照明系统，包含：
a)光源（30），被配置为产生投射光（34）；
b)瞳面（28）；
c)空间光调制器（58），被配置为改变所述瞳面（38）中的强度分布，所述空间光调制器（58）包含反射元件（64）的阵列（62），所述反射元件被配置为将照射的投射光（34）反射到取决于施加到所述反射元件的控制信号的方向；
d)光束折迭单元，包含至少一个棱镜（60），其中所述光束折迭单元朝向所述空间光调制器（58）引导所述光源（30）产生的所述投射光（34）；
其中所述至少一个棱镜（60）具有所述投射光（34）照射两次的双通表面（76），第一次为离开所述至少一个棱镜（60）时且在所述投射光（34）被所述反射元件反射之前，第二次为进入所述至少一个棱镜（60）时且在所述投射光（34）被所述反射元件反射之后，
其特征在于：
瞳干扰抑制装置，其被配置为：
‑当所述投射光第一次照到所述双通表面（76）时，降低所述投射光的反射；和/或
‑避免这样的反射造成的光部分（78）贡献于所述瞳面（38）中的强度分布。
如权利要求1所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含施加于所述双通表面（76）上的抗反射涂层（80）。
如权利要求1或2所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含施加于所述双通表面（76）的衍射结构（82）。
如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含确保所述投射光（34）在第一次照到所述双通表面（76）上时的入射角（αi）等于布鲁斯特角的装置。
如权利要求4所述的照明系统，其中当所述投射光（34）第一次照到所述双通表面（76）上时，至少80%的所述投射光（34）为p偏振状态。
如权利要求4或5所述的照明系统，包含偏振单元（84），其将所述投射光（34）照到所述偏振单元（84）上时所具有的偏振初始状态转变成p偏振状态。
如权利要求6所述的照明系统，其中所述偏振单元（84）包含半波板（88）、1/4波板（88）、以及具有非均匀厚度的至少两个双折射板（90、92）。
如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含液体（94），其填充形成于所述双通表面（76）与所述空间光调制器（58）的所述反射元件（64）之间的间隙。
如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述至少一个棱镜（60）包含第一反射面（72）以及第二反射面（74），并且其中所述瞳干扰抑制装置包含确保所述双通表面（76）与所述第一和第二反射面（72、74）形成不同角度的装置，使得所述双通表面（76）处的反射造成的光部分不到达所述瞳面（38）。
如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含确保所述双通表面（76）被设置为离所述空间光调制器（58）一距离的装置，使得所述投射光（34）第一次照射的所述双通表面（76）上的区域与所述投射光（34）第二次照射的所述双通表面（76）的区域完全分离。
如前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述瞳干扰抑制装置包含遮蔽器（98），其被配置为插入在所述投射光（34）在所述至少一个棱镜（60）与所述瞳面（38）之间的光路中的一位置，使得所述遮蔽器（98）阻挡所述双通表面（76）处的反射造成的光部分（78），从而所述光部分（78）不到达所述瞳面（38）。
如权利要求11所述的照明系统，其中所述遮蔽器包含光强度传感器，其被配置为检测照射其上的投射光的强度。

说明书微光刻投射曝光装置的照明系统
技术领域
本发明一般涉及微光刻投射曝光装置的照明系统，尤其是涉及包含用作空间光调制器(spatial light modulator)的反射元件的阵列的照明系统。
背景技术
微光刻(亦称为光学光刻或简称为光刻)为制造集成电路、液晶显示器、以及其他微结构器件的技术。微光刻工艺结合刻蚀工艺用于在已经形成于基底(例如硅晶片)上的薄膜叠层(stack)上图案化(pattern)特征(feature)。在制造各层时，晶片首先涂布光刻胶(photoresist)，光刻胶为对辐射敏感的材料，其中辐射诸如为深紫外线光(deep ultraviolet，DUV)或极紫外线光(extreme ultraviolet，EUV)。接着，顶部具有光刻胶的晶片在投射曝光装置中曝光于投射光。此装置将含有图案的掩模(mask)投射到光刻胶上，使得仅在由掩模图案所决定的某些位置曝光光刻胶。曝光后，显影光刻胶，以产生对应掩模图案的像。然后，刻蚀工艺将图案转移到晶片上的薄膜叠层。最后，移除光刻胶。以不同的掩模重复这样的工艺，产生多层微结构的组件。
投射曝光装置典型包含照射掩模的照明系统、对准掩模的掩模台(maskstage)、投射物镜(projection objective)、以及对准涂有光刻胶的晶片的晶片对准台(wafer alignment stage)。照明系统照射掩模上可具有例如矩形或曲形狭缝的形状的场。
理想上，照明系统以具有良好限定的强度(intensity)与角分布(angulardistribution)的投射光来照射掩模上的照明场的各点。角分布一词描述朝掩模上特定点聚集的光束的总光能量，在构成光束的各方向的光线中是如何分布的。
照射到掩模上的投射光的角分布通常适配于要投射到光刻胶的图案种类。举例而言，相对较大尺寸的特征可能需要与小尺寸特征不同的角分布。投射光最常用的角分布为传统、环形、双极、以及四极照明设置(illuminationsetting)。这些术语是指照明系统的系统瞳面(pupil surface)中的强度分布。例如，对于环形照明设置而言，在系统瞳面中仅照射环形区域。因此，在投射光的角分布中仅有小范围的角度，所以所有光线以类似的角度倾斜地照射到掩模。
现有技术已知有不同方法来修改掩模平面中投射光的角分布，以便达到所需的照明设置。为了达到在掩模平面(mask plane)中产生不同角分布的最大灵活性(flexibility)，已提出使用反射镜阵列(mirror array)或其他的空间光调制器来照射瞳面。
于EP 1 262 836 A1中，反射镜阵列被实施为微机电系统(micro‑electromechanical system，MEMS)，其包含超过1000个显微反射镜(microscopic mirror)。各反射镜可绕两个正交倾斜轴倾斜。因此，照到此类反射镜装置上的辐射几乎可反射到半球的任何期望方向。设置在反射镜阵列与瞳面间的聚光器透镜(condenser lens)，将反射镜所产生的反射角转换(translate)成瞳面中的位置。此已知的照明系统可以多个光点来照射瞳面，其中各光点与一个特定反射镜关联且可通过倾斜此反射镜而自由地在瞳面上移动。
类似的照明系统可由US2006/0087634A1、US 7,061,582B2、以及WO2005/026843A2得知。
然而，在照明系统中利用反射镜阵列还需要某程度上重新设计照明系统。举例而言，使用反射镜阵列需要额外的光束折迭装置(beam folding means)，例如棱镜(prism)或平面折迭镜(plane folding mirror)，以使照明系统的整体尺寸保持较小。
在此背景中，US 2009/0116093A1提出使用特殊棱镜，其包含第一表面及第二表面，照到其的投射光被以全内反射(total internal reflection)的方式反射。第一表面将投射光朝向投射光离开棱镜并照到反射镜阵列上的表面反射。从反射镜阵列反射的投射光经由此表面再次进入棱镜，并照到第二表面。从第二表面将投射光导向设置在棱镜与照明系统的瞳面之间的聚光器透镜。因此，除了光耦合出棱镜并耦合入棱镜而使投射光通过该表面两次外，该棱镜类似于传统的K棱镜。在传统K棱镜中，形成于第一反射面与第二反射面之间的棱镜角(prism angle)不同，而使此表面也以全内反射来反射所有的光。
使用棱镜而非反射镜达到光束折迭的目的是有利的，因为目前反射镜的反射涂层针对典型用于微光刻照明系统的波长具有的反射率基本不超过95%，而全内反射的处理导致几乎100%的反射率。
然而，结果在于，在前述US 2009/0116093A1所公开的照明系统的瞳面中，光强度分布常常让人不满意。具体而言，在瞳面中对强度分布有不想要的光贡献(light contribution)。这些光贡献干扰了照射掩模得投射光的角光分布。
发明内容
因此，本发明的目的在于改善包含反射式空间光调制器与光束折迭单元的照明系统，使得防止或至少显著降低瞳面中强度分布的不想要的光贡献。
根据本发明，此目的的达成通过微光刻投射曝光装置的照明系统，其包含用于产生投射光的光源，以及瞳面。照明系统还包含空间光调制器，用于改变瞳面中的强度分布。空间光调制器包含反射元件的阵列，所述反射元件被配置为将照射的投射光反射到取决于施加到所述反射元件的控制信号的方向。光束折迭单元包含至少一个棱镜，其将光源产生的投射光导引向空间光调制器。该至少一个棱镜具有让投射光照射两次的双通表面(double passsurface)，即，第一次为离开该至少一个棱镜时且在投射光被所述反射元件反射之前，第二次为进入该至少一个棱镜时且在投射光被所述反射元件反射之后。根据本发明，照明系统还包含瞳干扰抑制装置(pupil perturbationsuppressing means)，其被配置为当投射光第一次照到双通表面上时，降低投射光的反射；以及/或者避免这种反射造成的光部分(light portion)贡献于瞳面中的强度分布。
本发明基于如下发现：干扰瞳面中的期望强度分布的光部分是由投射光在双通表面的反射所造成的。若光以非零入射角通过双通表面而离开棱镜，则少部分的光被反射。通常此类反射少到在照明系统中并不重要，因为反射光会被照明系统的一些组件吸收，从而其降低可用于掩模照明的光量，但却不会干扰掩模的照明。
然而，在光束折迭单元的至少一棱镜中使用双通表面的情况中，在双通表面处反射的光通常不会照射到照明系统的一些吸收组件上，而是会被导引向瞳面。更具体而言，反射的光会从棱镜射出为准直的光(collimated light)，其刚好被后续的聚光器聚焦到瞳面中心。
对瞳面中心(即光轴上)的强度分布的这种不想要的光贡献，在某些非传统照明设置(例如环形、双极、或四极照明设置)状况下尤其有不利的影响。对于这些照明设置而言，根本不应照射瞳面中心。但对需要照射瞳面中心的传统照明设置而言，来自双通表面反射的光的贡献也可能因为干涉效应而牺牲瞳照明的质量。
为了抑制瞳照明的这种干扰，本发明提出降低投射光在双通表面的反射，和/或避免此类反射造成的光部分贡献于瞳面中的强度分布。
在一个实施例，瞳干扰抑制装置包含抗反射涂层，其施加于双通表面上。虽然此类抗反射涂层通常吸收某些量的光，但是降低反射的正面效应胜于使用抗反射涂层造成的小光损失。
在另一实施例中，瞳干扰抑制装置包含衍射结构，其被施加于双通表面。通过适当地确定衍射结构的尺寸，可达到双通表面反射的光将经历相消干涉(destructive interference)而降低反射。
根据另一实施例，瞳干扰抑制装置包含确保投射光在第一次照射到双通表面时的入射角等于布鲁斯特角(Brewster angle)的装置。此方法利用以下事实：若以布鲁斯特角照射时，p偏振状态的光不会在光学表面上反射。即使照到双通表面的光不具有优选的偏振状态，此方法也会降低约50％的反射光量。对p偏振状态的光而言，当第一次照到双通表面时，愈高的偏振度导致上述的降低增加。因此，当第一次照到双通表面时，优选至少80％，更优选至少95％的投射光是p偏振状态。理想上100%的投射光是p偏振状态，因为如此在双通表面就完全不会有光被反射。
在偏振系统中可提供偏振单元，该偏振系统将投射光在照到偏振单元时的偏振初始状态转变成p偏振状态。此类偏振单元可包括半波板(half‑waveplate)、1/4波板(quarter‑wave plate)、以及具有非均匀厚度的至少两个双折射板(birefringent plate)。利用此类偏振单元，任何任意空间分布的限定偏振状态都可被转换成p偏振状态。
根据又一实施例，瞳干扰抑制装置包含液体，其填充形成于双通表面与空间光调制器的反射元件之间的间隙。这样的液体显著降低双通表面上的反射，因为其使得在双通表面处的折射率比接近于1。若液体的折射率等于该至少一个棱镜的折射率，则在双通表面根本不会发生反射。
根据另一实施例，至少一个棱镜包含第一反射面以及第二反射面。瞳干扰抑制装置包含确保双通表面与第一反射面及第二反射面形成不同角度的装置，使得于双通表面反射造成的光部分不会到达瞳面。双通表面的倾斜配向(oblique orientation)破坏该至少一个棱镜的对称性，此对称性是该至少一个棱镜的双通表面反射的光被导引向瞳面中心的基本原因。
根据又一实施例，瞳干扰抑制装置包含确保双通表面设置在离空间光调制器一段距离的装置，该距离使得投射光第一次照到双通表面上的区域与投射光第二次照到双通表面上的区域完全分离。由于不想要的反射仅发生在投射光第一次照射的双通表面的区域上，所以此区域与投射光第二次照到的区域在空间上的分离可避免反射的光到达棱镜的、被空间光调制器反射的投射光传播通过的部分。
根据又一实施例，瞳干扰抑制装置包含遮蔽器(obscurator)，其被配置为插入在投射光在棱镜与瞳面之间的光路中的位置处，使得遮蔽器阻挡双通表面反射造成的光部分到达瞳面。此手段仅对瞳面中心为黑暗的照明设置有用，其在最后可能阶段（即紧挨在到达瞳面之前）移除不想要的光部分。
遮蔽器可包含光强度传感器，其被配置为检测照到其上的投射光的强度。然后，否则将通过遮蔽器上的吸收而损失的投射光或至少部分投射光，被用于提供关于投射光强度的信息。在本文中，应注意照明系统通常含有光强度传感器，用于监控光源所产生的投射光强度。这种光强度传感器必须分出小量但不可忽视的投射光量。然而，若在本发明的背景中使用此类光强度传感器作为遮蔽器，则遮蔽器不产生额外的光损失，或至少是减低额外光损失。使用监测器光强度传感器作为遮蔽器，仅需要传感器位置上的光强度与光源所产生的强度成比例，或至少已知这两个强度之间的相依关系。通常可满足此条件。
根据本发明的第二方面，通过微光刻投射曝光装置的照明系统实现上述目的，其包含用于产生投射光的光源，以及瞳面。照明系统还包含空间光调制器，用于改变瞳面中的强度分布。空间光调制器包含反射元件的阵列，所述反射元件将照射的投射光反射到取决于施加到所述反射元件的控制信号的方向。提供光束折迭单元，其包含至少一个棱镜。光束折迭单元将光源产生的投射光导引向空间光调制器。该至少一个棱镜具有让投射光照射两次的双通表面，即，第一次为离开该至少一个棱镜时且在投射光被所述反射元件反射之前，第二次为进入该至少一个棱镜时且在投射光被所述反射元件反射之后。根据此第二方面，照明系统还包含光强度检测器，其检测在光源与要照射的掩模之间的位置处的投射光的总强度。此照明系统还包含控制单元，其根据光强度检测器测量的总强度来控制空间光调制器。
根据本发明的此第二方面，没有采取任何手段来避免因双通表面的反射造成的光部分到达瞳面。而是接受瞳面中的强度分布的这些贡献，但在计算上将这些贡献考虑在内。更具体而言，控制空间光调制器的反射元件，使得在瞳面中获得的实际强度分布等于期望的强度分布。通常这会需要一些反射元件不将光朝向瞳面中心导引(如没有这种不想要的反射时所必须的)，因为这些反射已经贡献于此区域的照明。在此上下文中，假设因双通表面上不想要的反射造成的光部分的强度与光强度检测器所检测的光的总强度成比例。然而，应注意，此方法仅对传统照明设置或应照射瞳面中心的非传统照明设置有良好的作用。
代替假设总光强度与源自双通表面上不想要的反射的贡献的强度成比例关系，也可通过在系统瞳面中设置光强度检测器而直接在瞳面处测量这些贡献的强度。光强度检测器可于投射操作中断时插入到光束路径中，或可利用例如半透明镜将小部分的光从光束路径中耦合出来。
附图说明
参考以下详细说明配合附图可更易于理解本发明的各种特征及优点，其中：
图1为根据本发明的投射曝光装置的极简化透视图；
图2为照明系统的子午截面图，该照明系统为图1所示的装置的一部分；
图3为图2所示的空间光调制单元的放大子午截面图，其包含施加于双通表面上的抗反射涂层；
图4为根据本发明第二实施例的空间光调制单元的放大子午截面图，其包含双通表面上的衍射结构；
图5为根据第三实施例的空间光调制单元的放大子午截面图，其中投射光在布鲁斯特角下照射到双通表面上；
图6为根据第四实施例的空间光调制单元的放大子午截面图，其包含填充双通表面与空间光调制器的反射镜之间的间隙的液体；
图7为根据第五实施例的空间光调制单元的放大子午截面图，其中倾斜地设置双通表面；
图8为根据第六实施例的空间光调制单元的放大子午截面图，其中增大了双通表面与空间光调制器之间的距离；以及
图9为根据第七实施例的照明系统的子午截面图，其中光遮蔽器被用于避免反射的光部分到达瞳面的中心。
具体实施方式
I.投射曝光装置的一般架构
图1为投射曝光装置10的极简化透视图，投射曝光装置10包含产生投射光束的照明系统12。投射光束照射含有微小结构18的掩模16上的场14。在此实施例中，照明场(illuminated field)14具有环段(ring segment)的形状。然而，也可以考虑其他形状的照明场14，例如矩形。
投射物镜20将照明场14内的结构18成像到由基底24支撑的感光层22，例如光刻胶。基底24可由硅晶片形成，并设置于晶片台(wafer stage)(未显示)上，使得感光层22的顶表面精确地位于投射物镜20的像平面(image plane)中。掩模16利用掩模台(未显示)定位于投射物镜20的物平面(object plane)中。由于投射物镜20具有放大率β，且|β|<1，所以将照明场14内的结构18的缩小像14’投射到感光层22上。
在投射期间，掩模16及基底24沿着扫瞄方向移动，扫瞄方向与图1所示的Y方向相同。然后，照明场14在掩模16上扫描，从而可连续地投射比照明场14大的结构区域。这种类型的投射曝光装置通常称为“步进扫描工具(step‑and‑scan tool)”或简称“扫描曝光机(scanner)”。基底24与掩模16间的速度比等于投射物镜20的放大率β。若投射物镜20反转像(β<0)，则掩模16与基底24在相反方向上移动，如图1的箭头A1及A2所示。然而，本发明也可用在步进曝光机工具(stepper tool)中，其中在掩模的投射期间，掩模16与基底24不移动。
II.照明系统的一般性架构
图2为图1的照明系统12的子午截面图。为清晰之故，图2的图示极简化且未依比例绘示。这尤其隐含着仅由一个或非常少的光学元件表示不同的光学单元。实际上，这些单元可包含明显更多的透镜及其他光学元件。
照明系统12包含壳体28及光源30，在此实施例中，光源30实施成准分子激光器(excimer laser)。光源30发射具有约193nm波长的投射光。也可考虑其他类型的光源30及其他的波长，例如248nm或157nm。
于所示实施例中，光源30所发射的投射光进入扩张光束的光束扩张单元(beam expansion unit)32。光束扩张单元32可包含数个透镜或可被实施成例如反射镜布置。从光束扩张单元32射出的投射光几乎为准直光束34。
然后投射光束34进入空间光调制单元36，其用于在瞳面38产生可变的强度分布。下面参考图3至图9将更详细说明空间光调制单元36的各种实施例。
在空间光调制单元36与瞳面38之间设置聚光器40，其将从空间光调制单元36射出的光线的不同方向转变为瞳面38的不同位置。在其他实施例中，省略聚光器40，使得空间光调制单元36直接照射远场(far field)中的瞳面38。
在瞳面38中或紧邻其附近设置光学积分器(optical integrator)42，其包含两个光栅元件(optical raster element)44、46，光栅元件44、46可包含例如圆柱透镜(cylindrical lens)或蝇眼透镜(fly's eye lens)的阵列。光学积分器42产生多个二次光源(secondary light source)，各个二次光源经由另一聚光器48照射设置场光阑(field stop)52的中间场平面(intermediate field plan)50。此另一聚光器48帮助将由二次光源射出的光束迭加在中间场平面50中。由于此迭加，获得中间场平面50的非常均匀照明。场光阑52可包含多个可移动片(moveable blade)，并在期望的程度上确保掩模16上的照明场14的尖锐边缘。
场光阑物镜(field stop objective)54在中间场平面50与设置掩模16的掩模平面56之间提供光学共轭(optical conjugation)。因此，通过场光阑物镜54将场光阑52尖锐地成像到掩模16。
III.空间光调制单元
下面将说明空间光调制单元36的各种实施例。如将变得清楚的，空间光调制单元36主要在与其结合的瞳干扰抑制装置(pupil perturbation suppressingmeans)方面彼此不同。
1.第一实施例‑抗反射涂层
图3为图2所示的空间光调制单元36的放大子午截面图。空间光调制单元36包含空间光调制器58及棱镜60。
空间光调制器58包含反射镜阵列62，反射镜阵列62继而包含多个小的单独（individual）反射镜64，这些反射镜64可绕两个倾斜轴彼此独立地倾斜，该两个倾斜轴优选彼此垂直对准。反射镜阵列62可实现为微机电系统(MEMS)，尤其是数字微镜装置(digital micro‑mirror device，DMD)。
空间光调制器58还包含反射镜控制单元(mirror control unit)66，其控制反射镜64的倾斜移动并连接到照明系统12的整体系统控制(overall systemcontrol)(未显示)。用于设定反射镜64的期望倾斜角的致动器(actuator)，从反射镜控制单元66接收控制信号，使得各个单独反射镜64能将照射光线反射可响应于控制信号而变化的反射角。于所示实施例中，存在单独反射镜64可取向的连续范围的倾斜角。在其他实施例中，致动器被配置为使得仅可设定有限数目的离散倾斜角。
取代反射镜阵列62，可使用其他反射元件的阵列，这些其他反射元件被配置为将照射的投射光反射到取决于施加到反射元件的控制信号的方向。这种元件可包含例如光电单元(electro‑optical cell)或声光单元(acousto‑opticalcell)。于这样的单元中，可分别通过将适当材料暴露于电场或超音波而改变折射率。可利用这些效应产生将照射光引导到各个方向的折射率光栅(indexgrating)。
棱镜60虽然具有不同功能但是通常具有K棱镜的形状。更具体而言，棱镜60具有一对相对的平表面(flat surface)，即入光面(light entry surface)68和出光面(light exit surface)70。棱镜60还包含两个平反射面，即第一反射面72和第二反射面74。两个反射面72、74相对于彼此设置成具有棱镜角β。与两个反射面72、74相对，平表面76在垂直于入光面68和出光面70布置的平面上延伸。为了以下变得明显的原因，下面将此表面称为双通表面76。
在所示实施例中，棱镜60由对投射光有高透射率的材料构成。对具有波长193nm的投射光而言，氟化钙(CaF2)可用作光学材料，因氟化钙比熔融二氧化硅(fused silica)或其他玻璃具有更高的透射率。降低透射损失不仅在投射曝光装置10的吞吐量（throughput）方面重要，也避免因吸收投射光而在棱镜60内部产生的热所造成的问题。
棱镜60可由单片材料(single piece ofmaterial)制成，也可由单独更小的棱镜组合而成。举例而言，图3所示的棱镜60的上半部与下半部可由两个单独棱镜所形成，各个单独棱镜包含反射面72或74之一。再者，棱镜60可具有附加的边缘与表面。举例而言，可完全省略投射光不通过的那些部分，以降低光学材料的成本。
在下文中，将解释空间光调制单元36的功能。
至少基本准直的投射光束34以基本垂直于其入光面68的方式进入棱镜60，然后在第一反射面72通过全内反射而被完全反射。全内反射的发生是因为两个反射面72、74间形成的棱镜角β被选择为使得投射光在第一反射面72上的入射角等于或大于临界角(critical angle)αc。对于氟化钙(λ=193nm时n ≈1.50)，临界角αc约为42°。
被第一反射面72反射后，投射光34照到双通表面76上。在此表面上，入射角小于临界角αc，使得大部分的投射光34离开棱镜而照到反射镜阵列62的可倾斜反射镜64上。反射镜64反射照射的投射光到取决于反射镜控制单元66提供到反射镜64的控制信号的方向。一般而言，反射镜64的倾斜角不会超过几度，从而大部分被反射镜64反射的光能通过双通表面76进入棱镜60。由于这是投射光第二次通过表面76，所以此表面76于此称为双通表面。
现在在棱镜60内朝第二反射面74传播的投射光，现在会具有取决于已反射了光的反射镜64的倾斜角的传播方向。然而，这些方向仍在使得第二反射面74上的入射角等于或大于临界角αc的范围内。因此，已经通过双通表面76进入棱镜60的投射光在第二反射面74上完全反射，并被导引向出光面70。投射光34从此表面70在各个方向上离开棱镜60和空间光调制单元36。如上所述，聚光器40会接着将各个方向转变为照明系统12的瞳面38中的不同位置。
在空间光调制单元36的功能的前述说明中，已提及当投射光第一次照射双通表面76时，最大部分的投射光通过双通表面76。然而，这暗示小部分的投射光会在双通表面76上反射。在图3中，由虚线78指示的光线表示这样的反射的光部分。由于棱镜60的对称性，在双通表面76上反射的光会以投射光照射第一反射面72的入射角照射第二反射面74。因此，反射的光部分78会以平行于到来的投射光束34的方向从棱镜60射出。如图2所示，聚光器40接着会将平行反射的光部分聚焦到瞳面38的中心。那里，因双通表面76上的反射造成的光部分会产生光点，并因此干扰瞳面38中的强度分布。
因双通表面76上的反射造成的并贡献于瞳面38中的强度分布的光部分，对照射掩模16的投射光的角向光分布具有不利的影响。这对于光不应该垂直照到掩模16上的照明设置而言尤其正确，其隐含着瞳面38的中心必须完全是黑暗的。但对于瞳面38的中心应被照明的照明设置而言，来自反射光的这种影响也因为干涉而可能具有不利的影响。在下文中，这些不利的影响称为瞳干扰(pupil perturbation)。
在图3所示的空间光调制单元36的实施例中，通过至少施加在双通表面76的、投射光34第一次照射的部分上的抗反射涂层80，来降低投射光第一次照到双通表面76上时投射光的反射。因此，抗反射涂层80至少在某程度上抑制了瞳干扰，否则在第一次照到双通表面76上时反射的投射光78可能造成该瞳干扰。
2.第二实施例‑衍射结构
图4所示的空间光调制单元36与图3所示的空间光调制单元36的差异仅在于：由施加到双通表面76的衍射结构82来取代抗反射涂层80。确定衍射结构82的尺寸，使得衍射结构82上反射的光相消干涉。这实质降低了投射光34在第一次照到双通表面76上时的反射。
3.第三实施例‑布鲁斯特角
在图5所示的空间光调制单元36的实施例中，棱镜角β增加到以下程度：投射光34第一次照到双通表面76时的入射角αi等于布鲁斯特角αp。若氟化钙用作棱镜60的材料，且投射光的波长λ为193nm，则棱镜的折射率n1为1.5015。假设周围介质的折射率为n0且n0=1，则通过arctan(n0/n1)给出的布鲁斯特角αp约为33.66°。若p偏振光以布鲁斯特角αp照到双通表面76，则完全抑制了反射。若照射的投射光34是非偏振或圆去偏振的(circulardepolarized)，则可被分解成一半的s偏振和一半的p偏振光，从而反射甚至也降低50%。一般而言，p偏振度越高，双通表面76处的反射越小。
在所示实施例中，空间光调制单元36包含偏振单元(polarizing unit)84，其设置在光束扩张单元32与棱镜60的入光面68之间。偏振单元84将投射光34在照到偏振单元84时所具有的偏振初始状态转变成p偏振状态。为此，偏振单元84包含半波板86、1/4波板88、以及具有非均匀厚度分布的两个双折射板90、92。利用板的这种布置，可将线性或椭圆状偏振态的任何任意空间分布转变成p偏振状态。
若制成棱镜60的光学材料是双折射性的，则偏振单元84也可将此考虑进去。举例而言，若棱镜60是由本征双折射的氟化钙所制成，则晶格(crystallattice)的取向(orientation)必须是已知的，使得可针对各光线计算并考虑因本征双折射所造成的阻滞(retardance)。在此情况中，也可考虑将棱镜60分成两个或更多个更小的棱镜，其晶格设置为使得在各片棱镜中所产生的阻滞至少在某程度上可彼此补偿。
棱镜60的出光面70后方，可设置另一偏振单元84’，其将投射光34被反射镜64反射并再次传播通过棱镜60之后所具有的偏振状态转变成任何期望的偏振状态。另一偏振单元84’也可包含半波板86’、1/4波板88’、以及具有非均匀厚度的两个双折射板90’、92’。
4.第四实施例‑液体
图6显示包含液体94的空间光调制单元36，液体94填充形成于双通表面76与反射镜64之间的间隙。为此，空间光调制单元36包含包围此间隙并确保液体94维持在位置中的壳体96。液体94可利用泵(pump)(未显示)在壳体96内部循环。此外，可提供温度控制器，其确保液体94有固定温度。
若液体94为高折射率液体，则液体94与棱镜60的材料的折射率比可趋近1，从而在双通表面76处没有光被反射。即使具有折射率约为1.4的水用作液体94，并且具有折射率约为1.50的氟化钙用作棱镜60的材料，折射率比也非常接近1，从而显著降低了投射光第一次照到双通表面76上的反射。
5.第五实施例‑倾斜双通表面
图7显示空间光调制单元36的第五实施例，其中不采用任何降低双通表面76处的反射的手段。然而，阻止因这种反射造成的光部分到达瞳面38。
为此，此实施例的空间光调制单元36包含具有双通表面76的棱镜60，其中双通表面76与第一反射面72和第二反射面74形成不同角度。更具体而言，形成于双通表面76与第一反射面72之间的角度小于形成于双通表面76与第二反射面74之间的角度。通过适当地选择这些角度，可实现投射光在第一次照到双通表面76时反射的投射光不会到达瞳面38。
在图7中，虚线78a、78b表示因双通表面76处的反射所造成的光部分。反射光线78a以大入射角照到第二反射面74上，使得反射光线78a在离开棱镜60后可被阻挡（block）在光路外。另一光线78b以大入射角照到出光面70上，使得可以全内反射方式反射该另一光线78b。因此，光线78a、78b都不贡献于瞳面38中的强度分布。
6.第六实施例‑空间分离
在图8所示的空间光调制单元36的实施例中，也不采用任何降低双通表面76处的反射的手段，但阻止因这种反射造成的光部分到达瞳面38。
在此实施例中，空间光调制器58的反射镜阵列62设置成与双通表面76相隔较大距离。此较大距离具有如下效应：投射光34第一次照到双通表面76的区域与投射光34第二次照到双通表面76的区域完全分离。然后，双通表面76处反射的光部分78不能照到第二反射面74上，而是在第一反射面72处反射且不能到达瞳面38。
7.第七实施例‑瞳遮蔽器
图9为根据另一实施例的照明系统12的、类似图2的子午截面示意图。在此实施例中，也没有采用任何降低双通表面76处的反射的手段。
在图9中，因这种反射所造成的光部分由虚线78表示。为了阻止这些光部分贡献于瞳面38中的强度分布，光遮蔽器(light obscurator)98被直接设置在瞳面38之前。在此实施例中，光遮蔽器98被配置为小圆板(circular plate)，其吸收所有照射的投射光。利用三条以120°的角度分开的细线100将光遮蔽器98维持在瞳面38的中心位置中。可利用适当的操纵器将这些线100与遮蔽器98从光路中移开。
若照明系统12应产生瞳面38的中心必须完全为黑暗的照明设置，则将遮蔽器98插入到光路中，使得遮蔽器98阻挡因双通表面76处的反射造成的光部分78。
若照明系统12应产生瞳面38的中心也必须被照射的照明设置，则将遮蔽器98从光路中移开。然后，允许因双通表面76处反射造成的光部分78贡献于瞳面38中的强度分布。在计算上（computationally）将此贡献考虑在内，且反射镜控制单元66确保将投射光引导到瞳面38的中心的反射镜64少于没有光部分78时会需要的反射镜。
遮蔽器98可包含且尤其是可完全由光强度传感器所形成，光强度传感器被配置为检测照射到其上的投射光的强度。然后，光强度传感器的输出信号可被用于监控光源30所产生的投射光的强度。这仅需要在遮蔽器98的位置的光强度与光源30所产生的强度具有已知的相依关系。
应理解，也可以各种方式组合上述实施例中考虑的用于抑制因双通表面处的反射造成的瞳干扰的手段。一般而言，若采用降低双通表面76处的反射的手段，则仍会有一些反射的光部分78(尽管非常小)最终可能到达瞳面38。为完全消除这些反射的光部分所造成的瞳干扰，对于需要完全黑暗的瞳面中心的照明设置，可将光遮蔽器98插入到光束路径中。
以上已以举例方式说明了优选实施例。由所提供的公开，本领域技术人员不仅会理解本发明及其伴随的优点，也会发现所公开的结构与方法的各种明显改变与修改。因此，申请人意欲覆盖落入本发明精神与范围的所有这种改变与修改，如权利要求及其等同所限定的。