CN107624170A

CN107624170A - 测量设备和方法

Info

Publication number: CN107624170A
Application number: CN201680026211.XA
Authority: CN
Inventors: W·J·C·科伯特
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2018-01-23
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: EP3292440A1; NL2016405A; KR20180005213A; WO2016177493A1; EP3292440B1; US20180081279A1; JP6764876B2; CN107624170B; JP2018521444A; KR102561088B1; US10185230B2

Abstract

一种用于测量行进通过腔室(310)的电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性的测量设备，包括：围绕腔室布置的多个电极(302‑308)；多个光学传感器(322‑328)，其中多个电极被配置成向光学传感器提供信号以由此调制光学传感器的至少一个光学属性。设备进一步包括：至少一个激光源(330)，用于将包括一系列激光脉冲的激光束提供给多个光学传感器以获得表示光学传感器的所述至少一个光学属性的测量；和处理资源(320)，被配置成至少对来自光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行处理，以由此确定电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性，其中至少一个属性包括电荷和/或横向位置。

Description

测量设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年5月7日提交的EP 15166773.0的优先权，并且该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于测量电子束团或其他带电粒子群的一个或多个属性的设备和方法。电子束团可以是自由电子激光器(FEL)辐射源(例如配置成产生具有4nm至25nm范围内的波长的辐射的FEL辐射源)内的电子束团。辐射源可以例如配置成向光刻设备提供辐射，用于将来自图案形成装置的图案投影到衬底上。

背景技术

使用自由电子激光器(FEL)辐射源来产生期望波长的辐射是众所周知的，其中使包括电子束团的周期性序列的电子束通过波荡器以生成辐射。这样的源可以用来产生4nm至25nm范围内的辐射，例如极紫外(EUV)辐射或处于其他期望波长的辐射。

在已知FEL辐射源中，通过碰撞电离从电子束中的残余气体产生离子。

已知的FEL源包括用于使电子束团在通过波荡器之前(和之后)加速(和减速)的LINAC。可以使用能量回收LINAC，其通常设计成以接近零的平衡腔室负荷操作(例如，加速和减速射束中的电流匹配，并且加速和减速时提取和沉积的能量几乎匹配)。

可称为电子束团链的电子束团的序列可以包括在时间上间隔开、并具有不同能量、且处于加速和减速循环的不同阶段的电子束团的序列。重点在于所有束团在LINAC或多个LINAC中在横向方向(例如，在垂直于传播方向的平面中的横向位置)和纵向方向(例如，在束团的传播方向上在时间或距离上相继的束团之间的分离)两者上被精确地对齐。

束团的精确对齐对于确保在路径长度上积分的电场对于所有束团能量都是恒定/稳定的、以由此保证所生成的辐射的良好限定的能量而言可能是重要的。鉴于可以使用磁体执行的最终束团压缩，可以在束团上施加电子能量上的梯度，使得在束团前端的电子具有比束团末端的电子高的能量，以确保积分场对于束团中给定位置的每个电子都是恒定/稳定的。束团的精确对齐也是重要的，因为束团从LINAC的中心的任何偏离都会归因于磁场上的梯度而造成突跳。两种效应都可能对束团的传播有很大影响，并且结果对所生成的辐射的良率和稳定性有很大影响。

射束位置监测器是已知的，其可以用来确定电子束或电子束团序列或者任何其他合适的带电粒子束的横向位置。已知的射束位置监测器是基于横穿的射束的库伦场的电容式传感器的。四个电极可以围绕射束路径以90°的角间距间隔开。对于各象限，电极拾取信号。从信号可以基于在电极上诱导电荷来重建射束的2D横向位置。使用读出电子器件读取电极上的电荷。由于在测量的执行后的下降时间很慢并且由于电极上的反射会干扰信号，所以可能难以或不可能使用这样的已知射束位置监测器来测量两个相邻束团之间的位置上的差异。其他射束位置监测器也是已知的，其使用不同类型的电极和电极几何形状，例如具有以不同角间距定位的电极。

束团到达时间监测器也是已知的。已知的束团到达时间监测器测量束团相对于例如主时钟的到达的时间。在这样的已知监测器中，专用电极可以被联接到电光调制器晶体，而不是用于射束位置监测器的读出电子器件。四个这样的电极可以围绕射束路径以90°的角间距间隔开，其中每对相对的电极被联接到相应的电光调制器晶体。因此，使用两个电光调制器晶体从四个电极获得测量，其中每对相对的电极被联接到电光晶体中的相应的一个。由电极测量的电场是根据束团与电极的接近度变化的，不过在很多布置中两个相对电极的信号被组合以消除位置依赖性。监测器可以配置成提供具有高的带宽有限范围的精细读取信道和具有较低带宽与大的测量范围的粗略信道。

使用电光调制器晶体来测量束团的到达时间，当施加电场时电光调制器晶体改变其光学属性。变化的电场会改变晶体的属性。在一些情况中可以由光纤引导的脉冲飞秒激光器探测晶体。调整光学参考脉冲的定时，使得脉冲在其过零时对拾取信号进行采样。在该操作点，到达时间测量对束团电荷的固有依赖性降低。到达的时间从该参考点偏离的所有后续电子束团都会引起采样激光脉冲的调幅。具有不同电极类型和布置或者包括诸如R.F.腔室等的其他部件的其他束团到达时间监测器也是已知的。

使用弯曲的磁体和组合器/扩散器可以精确地调整束团在FEL辐射源中的位置。然而，准确的调整将要求准确的诊断以查看LINAC中的束团链是否正确地对齐。典型的已知射束位置监测器不能在不同能量之间进行区分并且可能积分在所有束团上的测量。

本发明的一个目的是提供一种用于测量例如辐射源中的电子束团或其他带电粒子束团的至少一个属性的改进的或至少备选的设备和方法。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于测量行进通过腔室的电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性的测量设备，包括：围绕腔室布置的多个电极；多个光学传感器，其中多个电极被配置成向光学传感器提供信号以由此调制光学传感器的至少一个光学属性；至少一个激光源，用于将包括一系列激光脉冲的激光束提供给多个光学传感器以获得表示光学传感器的所述至少一个光学属性的测量；和处理资源，被配置成至少对来自光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行处理，以由此确定电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性，其中至少一个属性包括：电荷和/或横向位置。

因此，可以获得束团链内的各个电子束团或其他各个带电粒子群的测量电荷和/或横向位置。这可以在自由电子辐射源的LINAC的背景下特别有用，其中不同能量的紧密间隔开的电子束团构成通过LINAC的电子束团链，并且其中不同能量的束团的电荷和/或位置上的变化可以最终对辐射源所产生的辐射具有显著影响。

横向位置可以包括在垂直于腔室的纵向方向和/或垂直于电子束团的期望路径的平面中的位置。各传感器可以包括至少一个感测部件，例如合适的电光调制器晶体和至少一个测量部件，例如二极管或其他电子部件或电路，以提供依赖于至少一个感测部件的所述至少一个光学属性的测量信号。

多个光学传感器可以包括多个电光调制器，光学传感器中的第一光学传感器可以包括电光调制器中的第一电光调制器，并且光学传感器中的第二光学传感器可以包括电光调制器中的第二电光调制器。多个光学传感器可以包括多个电光晶体。

至少一个属性可以包括横向位置，并且对来自光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行的处理可以包括：确定第一测量信号与第二测量信号之间的差异。

多个光学传感器可以包括至少一个另外的光学传感器，并且处理资源可以被进一步配置成对来自所述至少一个另外的光学传感器的至少一个另外的测量信号进行处理，以确定所述至少一个属性。

处理资源可以被配置成对来自光学传感器中的第三光学传感器的第三测量信号和来自光学传感器中的第四光学传感器的第四测量信号进行处理。

对第一测量信号和第二测量信号进行的处理可以是确定电子束团或其他带电粒子群在第一横向方向上的位置，且对第三测量信号和第四测量信号进行的处理可以是确定电子束团或其他带电粒子群在第二横向方向上的位置。

第二方向可以基本正交于第一方向。第一方向和第二方向可以在基本正交于电子束团或其他带电粒子群的路径的平面中。

电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性可以包括电子束团或其他带电粒子群的电荷，并且处理资源可以被配置成根据测量信号的总和来确定电荷。

测量信号的总和可以包括或表示至少第一和第二测量信号的总和。

测量信号的总和可以包括或表示至少第一、第二、第三和第四测量信号的总和。

从其获得第一测量信号的第一光学传感器可以从电极中的第一电极接收信号，并且从其获得第二测量信号的第二光学传感器可以从电极中的第二电极接收信号。

电极中的第一电极可以与电极中的第二电极基本在直径上相对。

从其获得第三测量信号的第三光学传感器可以从电极中的第三电极接收信号，并且从其获得第四测量信号的第四光学传感器可以从电极中的第四电极接收信号。

电极中的第三电极可以相对于电子束团或其他带电粒子群的路径与电极中的第四电极基本在直径上相对。

设备可以包括传播腔室。电极中的第一电极可以布置在传播腔室的一侧并且电极中的第二电极可以布置在传播腔室的相反侧。电极中的第一电极与电极中的第二电极可以以近似180度的角间距布置。电极中的第三电极与电极中的第四电极可以以近似180度的角间距布置。第一、第二、第三和第四电极可以布置成具有近似90度的角间距。除了第一、第二、第三和第四电极之外，设备还可以包括另外的电极。可以使用除近似90度或近似180度以外的角间距。来自另外的电极的信号可以例如用作校验、或用来获得改善的信噪比、或用来获得关于电子束团或其他带电粒子群的另外的信息。

激光源可以被配置成提供一系列激光脉冲，使得第一测量信号包括对于光学传感器中的第一光学传感器的局部最大信号，并且第二测量信号包括对于光学传感器中的第二光学传感器的局部最大信号。

光学传感器和电极可以被布置成使得在操作中光学传感器中的每个光学传感器从电极中的相应的单个电极接收信号。

设备可以进一步包括用于使激光束分裂的分束器，使得向光学传感器中的每个光学传感器提供同步的一系列激光脉冲。

激光源、分束器和光学传感器可以被布置成使得在操作中激光脉冲基本同时到达光学传感器中的每个光学传感器。

电子束团或其他带电粒子群可以是电子束团或其他带电粒子群的序列中的一个，电子束团或其他带电粒子群的序列可以包括各具有多个不同能量中的一个能量的电子束团或其他带电粒子群。

电子束团或其他带电粒子群的序列可以包括辐射源的电子束团或其他带电粒子群的序列，并且控制器可以被配置成对于具有多个能量中的选定的能量的电子束团或其他带电粒子群更改辐射源的操作参数。

控制器可以被配置成监测第一测量信号、第二测量信号和/或从第一测量信号和/或第二测量信号导出的参数中的至少一个，以由此标识横向位置和/或电荷被确定的电子束团或其他带电粒子群是否是选定的能量的电子束团或其他带电粒子群。操作参数可以包括定时参数。

序列的电子束团或其他带电粒子群的能量可以在100MeV至1000MeV的范围内。

处理资源可以被配置成对于一连串电子束团或其他带电粒子群确定所述至少一个属性并监测所述属性的值上的改变。

在可以独立提供的本发明的另一方面中，提供了一种测量行进通过腔室的电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性的方法，包括：从围绕腔室布置的多个电极获得信号；将信号提供给多个光学传感器，以由此调制光学传感器的至少一个光学属性；获得表示光学传感器的所述至少一个光学属性的测量；和至少对来自光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行处理，以由此确定电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性，其中至少一个属性包括：电荷和/或横向位置。

在可以独立提供的本发明的另一方面中，提供了一种辐射源，包括：电子源，用于生成成束的电子；至少一个线性加速器(LINAC)，用于使成束的电子加速和减速；波荡器，被配置成使得在操作中成束的电子穿过波荡器的传递生成处于期望波长的辐射；多个控向单元，用于沿着电子源、至少一个LINAC和波荡器之间的期望的电子束团路径引导成束的电子；和所要求保护的或本文中所描述的测量设备，其被布置成测量辐射源中的电子束团的至少一个属性。

在可以独立提供的本发明的另一方面中，提供了一种光刻系统，包括所要求保护的或本文中所描述的辐射源，和被布置成从辐射源接收辐射并使用辐射将来自图案形成装置的图案投影到衬底上的光刻设备。

如对于本领域技术人员来说显而易见的，上面或下面陈述的本发明的多个方面和/或特征可以与本发明的其他方面和/或特征组合。

附图说明

现在将参照随附示意图通过仅示例的方式来描述本发明的实施例，其中：

-图1是包括辐射源和多个光刻设备的光刻系统的示意性图示；

-图2是形成图1的光刻系统的一部分的光刻设备的示意性图示；

-图3是自由电子激光器的示意性图示；

-图4是包括辐射源的光刻系统的示意性图示，辐射源包含两个自由电子激光器；

-图5是光学系统的示意性图示；

-图6是另外的自由电子激光器的示意性图示；

-图7是包括两个能量回收多通LINAC的自由电子激光器辐射源的示意性图示；和

-图8是根据实施例的用于测量电子束团的属性的测量设备的示意图。

具体实施方式

图1示出光刻设备LS，包括：辐射源SO、分束设备20和多个光刻设备LA₁-LA₂₀。辐射源SO包括至少一个自由电子激光器，并且被配置为生成极紫外(EUV)辐射束B(其可以被称为主射束)。主辐射束B被分裂成多个辐射束B₁-B₂₀(其可以被称为分支射束)，多个辐射束B₁-B₂₀中的每一个辐射束通过分束设备20被引导到光刻设备LA₁-LA₂₀中的不同的一个。分支辐射束B₁-B₂₀可以连续地从主辐射束B中分裂出来，其中各分支辐射束在前一分支辐射束的下游从主辐射束B中分裂出来。分束设备可以例如包括一系列反射镜(未示出)，每个反射镜被配置成使主辐射束B的一部分分裂成分支辐射束B₁-B₂₀。

分支辐射束B₁-B₂₀在图1中被描绘为从主辐射束B中分裂出来，使得分支辐射束B₁-B₂₀在与主辐射束B的传播方向近似垂直的方向上传播。然而，在一些实施例中，分支辐射束B₁-B₂₀可以代替地被从主辐射束B中分裂出来，使得各分支辐射束B₁-B₂₀的传播方向与主辐射束的传播方向之间的角度基本小于90度。这可以允许分束设备的反射镜布置成使得主辐射束B以小于法向的入射角入射在反射镜上。这可以有利地减少由反射镜吸收的辐射量，并因而增加从反射镜反射并经由分支辐射束B₁-B₂₀提供给光刻设备LA₁-LA₂₀的辐射量。

光刻设备LA₁-LA₂₀可以全部被定位在相同的竖直水平面上。光刻设备LA₁-LA₂₀被定位所在的竖直水平面可以是与分束设备20被定位所在的且从辐射源SO接收主射束B所在的竖直水平面基本相同的竖直水平面。备选地，分束设备20可以将分支辐射束B₁-B₂₀中的至少一些引导到光刻设备LA₁-LA₂₀中的至少一些被定位所在的一个或多个不同的竖直水平面。例如，主辐射束B可以由基底或底层竖直水平面上的分束设备接收。分束设备20可以将至少一些分支辐射束B₁-B₂₀引导到被定位在分束设备上方并且光刻设备LA₁-LA₂₀中的至少一些被定位所在的竖直水平面。光刻设备LA₁-LA₂₀可以被定位在多个竖直水平面上，并且正因为这样分束设备20可以将分支辐射束B₁-B₂₀引导到不同的竖直水平面以便由光刻设备LA₁-LA₂₀接收。

辐射源SO、分束设备20和光刻设备LA₁-LA₂₀可以全部被构造和布置成使得它们可以与外部环境隔离。可以在辐射源SO、分束设备20和光刻设备LA₁-LA₂₀的至少一部分中提供真空，以便使EUV辐射的吸收最小化。光刻系统LS的不同部分可以设置有处于不同压力的真空(即，被保持在低于大气压力的不同压力处)。

图2是图1中示出的光刻系统LS的光刻设备LA₁的示意性描述。光刻设备LA₁包括照射系统IL、被配置成支撑图案形成装置MA(例如，掩模)的支撑结构MT、投影系统PS和被配置成支撑衬底W的衬底台WT。照射系统IL被配置成对由光刻设备LA₁接收的分支辐射束B₁在其入射在图案形成装置MA上之前进行调节。投影系统PS被配置成将分支辐射束B₁(现在由掩模MA图案化的)投影到衬底W上。衬底W可以包括先前形成的图案。在这种情况下，光刻设备使图案化的辐射束B₁与先前形成在衬底W上的图案对齐。

由光刻设备LA₁接收的分支辐射束B₁从分束设备20穿过照射系统IL的封闭结构中的开口8传递到照射系统IL中。可选地，分支辐射束B₁可以被聚焦以在开口8处或附近形成中间焦点。

照射系统IL可以包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起向辐射束B₁提供期望的截面形状和期望的角分布。辐射束B₁从照射系统IL传递，并且入射在由支撑结构MT保持的图案形成装置MA上。图案形成装置MA使辐射束反射并进行图案化，以形成图案化的射束B₁₁。除了琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11之外或代替它们，照射系统IL可以包括其他反射镜或装置。照射系统IL可以例如包括可独立移动的反射镜的阵列。可独立移动的反射镜可以例如测量小于1mm的跨度。可独立移动的反射镜可以例如是MEMS器件。

在从图案形成装置MA反射后，图案化的辐射束B₁₁进入投影系统PS。投影系统包括多个反射镜13、14，其被配置成将辐射束B₁₁投影到由衬底台WT保持的衬底W上。投影系统PS可以对辐射束施加减小因子，从而形成具有比图案形成装置MA上的相对应的特征小的特征的图像。例如可以施加4的减小因子。尽管投影系统PS在图2中具有两个反射镜13、14，但投影系统可以包括任何数量的反射镜(例如，六个反射镜)。

在一些实施例中，光刻系统LS可以包括一个或多个掩模检查设备(未示出)。掩模检查设备可以包括被配置成接收来自分束设备20的分支辐射束B₁-B₂₀，并将分支辐射束引导在掩模MA处的光学器件(例如，反射镜)。掩模检查设备可以进一步包括被配置成收集从掩模反射的辐射并在成像传感器处形成掩模的图像的光学器件(例如，反射镜)。在成像传感器处接收的图像可以用来确定掩模MA的一个或多个属性。掩模检查设备可以例如与图2中示出的光刻设备LA₁相似，其中衬底台WT用成像传感器取代。

在一些实施例中，光刻系统LS可以包括可用来测量掩模MA的一个或多个属性的一个或多个航拍图像测量系统(AIMS)。AIMS可以例如被配置成接收来自分束设备20的分支辐射束B₁-B₂₀并使用分支辐射束B₁-B₂₀来确定掩模MA的一个或多个属性。

辐射源SO包括可操作成产生EUV辐射束的自由电子激光器FEL。可选地，辐射源SO可以包括超过一个的自由电子激光器FEL。

自由电子激光器包括：电子源，其可操作成产生聚束的相对论电子束；和周期性磁场，成束的相对论电子被引导穿过该周期性磁场。周期性磁场由波荡器产生并引起电子遵循围绕中心轴线的振荡路径。作为由磁场引起的加速度的结果，电子大体在中心轴线的方向上自发地辐射电磁辐射。相对论电子与波荡器内的辐射相互作用。在某些条件下，该相互作用引起电子聚束到一起成为微束团、以波荡器内的辐射的波长进行调制、并激发沿着中心轴线的辐射的相干发射。

图3是自由电子激光器FEL的示意性描述，自由电子激光器FEL包括电子源21、线性加速器22、控向单元23和波荡器24。电子源21可以备选地被称为注入器。

电子源21可操作成产生电子束E。电子源21可以例如包括光阴极或热离子阴极和加速电场。电子束E是包括一系列的成束电子的聚束电子束E。电子束E由线性加速器22加速到相对论能量。在示例中，线性加速器22可以包括：多个射频腔室，其被沿着公共轴线轴向间隔开；以及一个或多个射频电源，其可操作成在成束的电子穿过它们之间时沿着公共轴线控制电磁场以便使各束电子加速。腔室可以是超导射频腔室。有利地，这允许：以高的占空比施加相对大的电磁场；较大射束孔径，从而造成归因于尾波场的较少损耗；和被传输到射束中的射频能量的比例(与通过腔室壁消散的射频能量对照)增加。备选地，腔室可以是常规导电的(即，不是超导的)，并且可以由例如铜形成。也可以使用其他类型的线性加速器。例如，线性加速器22可以包括激光加速器，其中电子束E通过聚焦的激光束，并且激光束的电场引起电子加速。

离开线性加速器22的相对论电子束E进入控向单元23。控向单元23可操作成更改相对论电子束E的轨迹，以便将来自线性加速器22的电子束E引导到波荡器24。控向单元23可以例如包括被配置成在控向单元23中生成磁场的一个或多个电磁体和/或永久磁体。磁场在电子束E上施加力，该力起到更改电子束E的轨迹的作用。电子束E在离开线性加速器22时的轨迹通过控向单元23来更改，以便将电子引导到波荡器24。

在其中控向单元23包括一个或多个电磁体和/或永久磁体的实施例中，磁体可以被布置成形成磁偶极子、磁四极、磁六极和/或被配置成将力施加至电子束E的任何其他种类的多极磁场布置中的一个或多个。控向单元23可以另外或备选地包括一个或多个带电板，其被配置成在控向单元23中创建电场使得力被施加至电子束E。一般情况下，控向单元23可以包括可操作成将力施加至电子束E以更改其轨迹的任何设备。

控向单元23将相对论电子束E引导到波荡器24。波荡器24可操作成沿着周期性路径引导相对论电子，使得电子束E与波荡器24内的辐射相互作用，以便激发相干辐射的发射。一般地，波荡器24包括多个磁体，其可操作成产生引起电子束E遵循周期性路径的周期性磁场。作为结果电子大体在波荡器24的中心轴线的方向上发射电磁辐射。波荡器24可以包括多个部分(未示出)，每个部分包括周期性磁体结构。电磁辐射可以在各波荡器部分的开始处形成束团。波荡器24可以进一步包括用于使电子束E重新聚焦的机构，诸如例如在一对或多对相邻部分之间的四极磁体。用于使电子束E重新聚焦的机构可以减小电子束团的大小，这可以改善电子与波荡器24内的辐射之间的耦合，从而增加了辐射的发射的激发。

在电子移动通过波荡器24时，它们与波荡器24中的电磁辐射的电场相互作用，从而与辐射交换能量。一般情况下，电子与辐射之间交换的能量的量将迅速振荡，除非条件接近由如下公式给出的谐振条件：

其中λ_em是辐射的波长、λ_u是波荡器周期、γ是电子的洛伦兹因子并且K是波荡器参数。A依赖于波荡器24的几何形状：对于螺旋波荡器A＝1，而对于平面波荡器A＝2。在实践中，各束电子将具有能量的扩散，不过该扩散可以尽可能地被最小化(通过产生具有低发射率的电子束E)。波荡器参数K典型近似为1并且由如下公式给出：

其中q和m分别是电子的电荷和质量、B₀是周期性磁场的幅度并且c是光速。

谐振波长λ_em等于由移动通过波荡器24的电子自发辐射的一次谐波波长。自由电子激光器FEL可以以自放大自发发射(SASE)模式操作。以SASE模式的操作可能要求电子束E中的电子束团在其进入波荡器24之前的低能量扩散。备选地，自由电子激光器FEL可以包括种子辐射源，其可以通过波荡器24内的受激发射来放大。

移动通过波荡器24的电子可以引起辐射的幅度增加，即，自由电子激光器FEL可以具有非零增益。当满足谐振条件时或当条件接近但稍微偏离谐振时可以实现最大增益。

进入波荡器24时满足谐振条件的电子将在其发射(或吸收)辐射时损耗(或赢得)能量，使得不再满足谐振条件。因而，在一些实施例中波荡器24可以呈锥形缩小。也就是，周期性磁场的幅度和/或波荡器周期λ_u可以沿着波荡器24的长度是变化的，以便使成束的电子在它们被引导通过波荡器24时保持处于或接近谐振。注意，电子与波荡器24内的辐射之间的相互作用在电子束团内产生能量的扩散。波荡器24的锥形缩小可以布置成使处于或接近谐振时的电子的数量最大化。例如，电子束团可以具有在峰值能量处达到高峰的能量分布，并且锥形缩小也可以被布置成使具有该峰值能量的电子在它们被引导通过波荡器24时保持处于或接近谐振。有利地，波荡器的锥形缩小具有显著增加转换效率的能力。锥形缩小的波荡器的使用可以将转换效率(即，电子束E的能量中的被转换到辐射束B中的辐射的部分)增加到超过2倍。波荡器的锥形缩小可以通过沿其长度减小波荡器参数K来实现。这可以通过使波荡器周期λ_u和/或沿着波荡器的轴线的磁场强度B₀和/或限定了所产生的辐射的极化且由波荡器几何形状限定的参数(往往表示为A)与电子束团能量匹配来实现，以确保电子束团处于或接近谐振条件。以该方式满足谐振条件增加了发射辐射的带宽。

在离开波荡器24之后，电磁辐射被作为辐射束B’发射。辐射束B’包括EUV辐射并且可以形成辐射束B中的被提供给分束设备20(图1中描绘)且形成被提供给光刻设备LA_1-20的分支辐射束B_1-20的全部或一部分。

在图3中描绘的自由电子激光器的实施例中，离开波荡器24的电子束E’进入第二控向单元25。第二控向单元25更改离开波荡器24的电子束E’的轨迹，以便将电子束E’往回引导穿过线性加速器22。第二控向单元25可以与控向单元23相似，并且可以例如包括一个或多个电磁体和/或永久磁体。第二控向单元25不影响离开波荡器24的辐射束B’的轨迹。控向单元25因而使电子束E’的轨迹从辐射束B’中解耦。在一些实施例中，电子束E’的轨迹可以在达到第二控向单元25之前从辐射束B’的轨迹中被解耦(例如，使用一个或多个磁体)。

第二控向单元25将离开波荡器24之后的电子束E’引导到线性加速器22。已穿过波荡器24的电子束团可以相对于线性加速器22中的加速场(例如，射频场)以近似180度的相位差进入线性加速器22。电子束团与线性加速器22中的加速场之间的相位差引起电子由场减速。减速的电子E’将其能量中的一些传递回到线性加速器22中的场，由此增加了使从电子源21到达的电子束E加速的场的强度。因而该布置将给予线性加速器22中的电子束团的能量中的一些回收(当电子束团由线性加速器加速时)，以便使从电子源21到达的后续电子束团加速。这样的布置可以被称作能量回收LINAC。

由线性加速器22减速的电子E’由射束收集器26吸收。控向单元23可以操作成使已由线性加速器22减速的电子束E’的轨迹从已由线性加速器22加速的电子束E的轨迹中解耦。这可以允许减速的电子束E’由射束收集器26接收，而加速的电子束E被引导到波荡器24。

备选地，自由电子激光器FEL可以包括与控向单元23分离且被配置成使加速的电子束E的轨迹在控向单元23的上游从减速的电子束E’的轨迹中解耦的分束单元(未示出)。

备选地，加速的电子束E的轨迹可以通过生成基本恒定的磁场而从减速的电子束E’的轨迹中解耦。加速的电子束E与减速的电子束E’之间能量上的差异引起两个电子束的轨迹由恒定磁场以不同的量更改。两个电子束的轨迹因而将变成彼此解耦。

射束收集器26可以例如包括大量的水或具有用于通过高能量电子轰击进行的放射性同位素生成的高阈值的材料。例如，射束收集器26可以包括具有用于近似15MeV的放射性同位素生成的阈值的铝。通过使线性加速器22中的电子束E’在入射在射束收集器26上之前减速，当由射束收集器26吸收时电子具有的能量的量被减小。这降低了诱导的辐射和射束收集器26中产生的二次粒子的水平。这去除了或至少降低了从射束收集器26中去除和处置放射性废物的需要。这是有利的，因为放射性废物的去除要求自由电子激光器FEL定期关闭，并且放射性废物的处置可能是昂贵的并且可能具有严重的环境影响。

当作为减速器操作时，线性加速器22可以操作成将电子E’的能量降低到低于阈值能量。低于该阈值能量的电子可能无法在射束收集器26中诱导任何显著水平的放射。

在优选实施例中，可以使用与线性加速器22分离的减速器(未示出)，以使已穿过波荡器24的电子束E’减速。除了由线性加速器22减速之外或者代替由线性加速器22减速，电子束E’可以由减速器减速。例如，第二控向单元25可以在电子束E’由线性加速器22减速前将电子束E’引导穿过减速器。另外或备选地，电子束E’可以在已由线性加速器22减速之后并且在由射束收集器26吸收之前穿过减速器。备选地，电子束E’可以在离开波荡器24之后不穿过线性加速器22，并且可以在由射束收集器26吸收之前由一个或多个减速器减速。

可选地，自由电子激光器FEL可以包括一个或多个束团压缩器(未示出)。束团压缩器可以布置在线性加速器22的下游或上游。束团压缩器被配置成将电子束E中的电子聚束，并将电子束E中的现有成束电子空间压缩。一个类型的束团压缩器包括与电子束E平行指向的加速场。电子束E中的电子与所提供的场相互作用，并与附近的其他电子聚束。对于束团中的电子所施加的能量差异转化成与非相对论情况不同的传播时间。因此在与这样的束团压缩器相距某一距离处，可以将射束纵向压缩。另一类型的束团压缩器包括磁性弯角(chicane)，其中电子在通过弯角时所遵循的路径的长度依赖于其能量。该类型的束团压缩器可以用来压缩已在线性加速器22中由多个导体加速的一束电子，多个导体的电位以例如射频振荡。

波荡器的增益长度限定了光放大的特征标度。增益长度随着穿过波荡器发送的束团中的较高电荷密度而缩短。因此将束团径向和纵向压缩可以是有益的。同时，对于压缩的束团，束团发射率劣化速率增加。也就是，归一化的发射率在射束线中传播每米地增长，并且归因于尾波场和相干同步辐射的较高损耗与较短束团相关联。因此，在控向单元23与波荡器24之间放置束团压缩器可以是最有益的。

图3中示出的自由电子激光器FEL被容纳在建筑物31内。建筑物31可以包括在自由电子激光器FEL处于操作中的情况下、基本不传输自由电子激光器FEL中所生成的辐射的壁。例如，建筑物31可以包括厚的混凝土壁(例如，近似4米厚的壁)。建筑物31的壁可以进一步设置有辐射屏蔽材料，诸如例如铅和/或被配置成吸收中子和/或其他辐射类型的其他材料。为建筑物31的壁提供辐射吸收材料可以有利地允许建筑物31的壁的厚度减小。然而，向壁添加辐射吸收材料可能会增加构造建筑物31的成本。可添加到建筑物31的壁中以便吸收辐射的相对便宜的材料可以例如是一层泥土。

除了提供具有辐射屏蔽属性的建筑物31的壁之外，建筑物31还可以被配置成防止由自由电子激光器FEL生成的辐射污染建筑物31下面的地下水。例如，建筑物31的基部和/或地基可以设置有辐射屏蔽材料或者可以充分地厚，以防止辐射污染建筑物31下面的地下水。在实施例中，建筑物31可以至少部分被定位在地下。在这样的实施例中，地下水可能包围建筑物31的外部以及在建筑物31下面的部分。因而辐射屏蔽可以围绕建筑物31的外部设置，以便防止辐射污染包围建筑物31的地下水。

除了在建筑物31的外部屏蔽辐射之外或作为在建筑物31的外部屏蔽辐射的备选方案，也可以在建筑物31的内侧提供辐射屏蔽。例如，可以在建筑物31的内侧在靠近自由电子激光器FEL的发射大量辐射的部分的位置处提供辐射屏蔽。

建筑物31具有宽度W和长度L。建筑物31的宽度W和长度L部分由电子束E穿过自由电子激光器FEL所遵循的环路32的大小来确定。环路32具有长度33和宽度35。

环路32的长度33由线性加速器22的长度和波荡器24的长度来确定。例如可能要求线性加速器22的给定长度，以便将电子束E加速到使得电子在波荡器24中发射EUV辐射的足够高的能量。例如，线性加速器22可以具有大于约40米的长度。在一些实施例中，线性加速器22可以具有高达约80米的长度。另外，可能要求波荡器24的给定长度，以便在波荡器24中激发相干辐射的发射。例如，波荡器24可以具有大于约40米的长度。在一些实施例中，波荡器24可以具有高达约60米的长度。

环路的宽度由控向单元23调整电子束E的轨迹所采用的曲率半径来确定。控向单元23中的电子束E的曲率半径可以例如取决于电子束E中的电子的速度和控向单元23中生成的磁场的强度。控向单元23中生成的磁场的强度上的增加将减小电子束E的曲率半径，而电子的速度上的增加将增加电子束E的曲率半径。电子束E穿过控向单元23的曲率半径可以例如近似为12米。在一些实施例中，电子束E穿过控向单元23的曲率半径可以小于12米。例如，电子束E穿过控向单元23的曲率半径可以近似为7米。

电子束E穿过自由电子激光器FEL所遵循的环路32可以具有大于约60米的长度33。在一些实施例中，环路32可以具有高达约120米的长度33。环路32可以具有大于约12米的宽度35。在一些实施例中，环路32可以具有高达约25米的宽度35。

建筑物31也可以容纳其他部件。例如，电气柜37可以容纳在建筑物31内，电气柜37包含向例如波荡器24、控向单元23、25和/或自由电子激光器FEL的其他部件供给电力的电气部件。如图3中所示紧靠近波荡器24提供电气柜37可以是有利的。然而，电气柜37可以相对于自由电子激光器FEL的部件被定位在其他位置。

另外，包含被配置成向自由电子激光器FEL的部件提供低温冷却的设备的低温冷却柜39可以被容纳在建筑物31内。低温冷却可以例如被提供到线性加速器22，并且可以冷却线性加速器22的超导腔室。紧靠近线性加速器22提供低温冷却柜39可以是有利的。这可以减少低温冷却柜39与线性加速器22之间的任何能量损耗。

可能期望在电子束E穿过自由电子激光器FEL所遵循的环路32的外侧提供电气柜37和低温冷却柜39(如图3中所示)。在环路32的外侧提供机柜37、39可以允许容易访问机柜，例如以监测、控制、维护和/或修理容纳在机柜37、39内的部件。如将从图3中领会的，将机柜37、39定位在环路32的外侧可以增加在建筑物31内容纳自由电子激光器FEL的部件所要求的建筑物31的最小宽度W。建筑物31也可以容纳图3中未示出的也可以确定建筑物31的尺寸的其他部件。

如图3中所示，壁47被定位在电子束穿过自由电子激光器FEL所遵循的环路32与电气柜37之间。壁47也可以被定位在环路32与低温冷却柜39之间。壁47可以屏蔽电气柜37和低温柜39免受由自由电子激光器FEL中的电子束E所生成的辐射的影响。这保护机柜37、39中的部件不被辐射损坏，并且可以允许维护人员在自由电子激光器FEL处于操作中的情况下访问机柜37、39，而不暴露于危险的辐射水平中。

在图3中描绘的实施例中，机柜37、39被示出为被容纳在与电子束穿过自由电子激光器FEL所遵循的环路32相同的建筑物31中，同时由壁47屏蔽免受环路32的影响。容纳在机柜39内的低温冷却部件可能会生成振动，该振动可能会转移到自由电子激光器FEL的部件并且可能不利地影响自由电子激光器FEL的对振动敏感的部件。为了防止由低温冷却部件生成的振动转移到自由电子激光器的敏感部件，建筑物31的其中容纳有低温冷却柜39的部分可以与建筑物的其中容纳有敏感部件的部分机械隔离。例如，低温冷却柜39可以与线性加速器22、控向单元23和波荡器24机械隔离。为了提供机械隔离，建筑物31的其中容纳有低温冷却柜39的部分可以例如具有与建筑物的其中容纳有线性加速器22、控向单元23和波荡器24的部分分离的地基。

备选地，低温冷却柜39和/或电气柜37可以容纳在与建筑物31分离的一个或多个建筑物中。这可以确保机柜37、39与由电子束E产生的辐射屏蔽，并且自由电子激光器FEL的敏感部件与低温冷却柜39机械隔离。

光刻系统LS可以包括单个自由电子激光器FEL。自由电子激光器FEL可以将EUV辐射束供给到分束设备20，该分束设备20向多个光刻设备提供分支辐射束。辐射源SO可以包括光学系统，该光学系统包括专用光学部件，专用光学部件被配置成将从自由电子激光器FEL输出的辐射束B’引导到光刻系统LS的分束器20。由于EUV辐射一般由所有物质良好地吸收，所以一般使用反射光学部件(而不是透射部件)，以便使损耗最小化。光学系统的专用光学部件可以修改由自由电子激光器FEL产生的辐射束的属性，使得它适合由光刻设备LA₁-LA₂₀的照射系统IL和/或掩模检查设备接受。

备选地，辐射源SO可以包括多个自由电子激光器(例如，两个自由电子激光器)，其可以各将EUV辐射束提供给也形成辐射源SO的一部分的光学系统。光学系统可以接收来自多个自由电子激光器中的每一个的辐射束，并且可以将辐射束组合成复合辐射束，该复合辐射束被提供给分束设备20，以便向光刻设备LA₁-LA₂₀提供分支辐射束B₁-B₂₀。

图4是包括辐射源SO的光刻系统LS的示意性描绘，辐射源SO包括第一自由电子激光器FEL’和第二自由电子激光器FEL”。第一自由电子激光器FEL’输出第一EUV辐射束B’并且第二自由电子激光器FEL”输出第二EUV辐射束B”。第一自由电子激光器FEL’被容纳在第一建筑物31’内。第二自由电子激光器FEL”被容纳在第二建筑物31”内。

第一和第二辐射束B’、B”由光学系统40吸收。光学系统40包括被布置成接收第一辐射束B’和第二辐射束B”且输出主辐射束B的多个光学元件(例如，反射镜)。在第一和第二自由电子激光器两者都在操作中时，主辐射束B是包括来自第一和第二辐射束B’、B”两者的辐射的复合辐射束。复合辐射束被提供给分束设备20，该分束设备20向光刻设备LA₁-LA₂₀提供分支辐射束B₁-B₂₀。

图4中所描绘的布置可以允许自由电子激光器中的一个在辐射被连续提供给光刻设备LA₁-LA₂₀的情况下关闭，在图4所描绘的布置中设置两个自由电子激光器来提供辐射束B’、B”以形成主辐射束B。例如，可以使自由电子激光器中的一个停止操作，以便例如允许自由电子激光器被修理或经受维护。在该情况下，另一个自由电子激光器可以继续提供由光学系统40接收的辐射束。在自由电子激光器中的仅一个向光学系统40提供辐射的情况下，光学系统40可操作成形成主辐射束B，主辐射束B包括来自向光学系统40提供辐射的自由电子激光器的辐射。即使当使自由电子激光器中的一个停止操作时，这也允许光刻设备LA₁-LA₂₀的连续操作。

图5是根据本发明的实施例的光学系统40的实施例的示意性描绘，光学系统40布置成接收来自自由电子激光器FEL’、FEL”中的每一个的辐射束B’、B”且输出输出辐射束B。由光学系统40输出的辐射束B由分束设备20(见图1)接收。

光学系统40包括四个光学元件：与自由电子激光器中的第一自由电子激光器FEL’相关联的第一和第二光学元件132、134；和与自由电子激光器中的第二自由电子激光器FEL”相关联的第一和第二光学元件136、138。光学元件132、134、136、138被布置成更改来自自由电子激光器FEL’、FEL”的辐射束B’、B”的截面的大小和形状。

特别地，第一光学元件132、136是凸面镜，其起到增加来自自由电子激光器FEL’、FEL”的辐射束B’、B”的截面积的作用。尽管图5中第一光学元件132、136看起来在x-y平面中是基本平坦的，但它们在该平面中和z方向上都可以是凸的。由于第一光学元件132、136是凸的，所以它们将增加EUV辐射束B’、B”的发散度，由此减小了在它们下游的反射镜上的热负荷。因而第一光学元件132是布置成增加从第一自由电子激光器FEL’接收的辐射束B’的截面积的发散光学元件。第一光学元件136是布置成增加从第二自由电子激光器FEL接收的辐射束B”的截面积的发散光学元件。这可以允许下游的反射镜是较低规格的、具有较少冷却并因而不太昂贵。另外或备选地，它可以允许下游反射镜更接近法向入射。在实践中，由辐射源SO输出的辐射束B可以通过在光束B的路径中连续布置的多个不间断的、静态、刀锋反射镜分裂。增加射束B的大小(例如通过使用如第一光学元件132、136那样的凸面镜)降低了反射镜必须位于射束B路径中的准确度。因而，这允许由分裂设备20进行的输出射束B的更准确的分裂。

第二光学元件134、138是凹的，并且在形状上与第一光学元件互补，使得离开第二光学元件134、138的射束具有基本为零的发散度。因而，在第二光学元件134、138的下游，射束基本是准直的。再次，尽管图5中第二光学元件134、138看起来在x-y平面中是基本平坦的，但它们实际上在该平面中和z方向上都是凹的。

对于由分束设备20接收的输出射束B可能优选具有与自由电子激光器FEL’、FEL”输出的射束不同的形状和/或强度分布。例如，对于在分束设备20内的不间断的刀锋提取反射镜，矩形形状可能比圆形射束优选。因而，除了增加辐射束B’、B”的截面积之外，光学元件132、134、136、138也可以起到更改辐射束B’、B”的截面形状的作用。特别地，光学元件132、134、136、138可以是散光或非球面的，并且可以被成形为以便确保离开第二光学元件134、138的辐射束B’、B”在形状上比自由电子激光器FEL’、FEL”产生的辐射束B’、B”更矩形。例如光学元件可以被成形为使得离开第二光学元件134、138的射束B’、B”为大体矩形但具有圆角，不过其他形状也是可能的。这样的矩形形状的两个尺寸可以与两个垂直方向上(诸如例如x-y平面中和z方向上)的光学元件的曲率半径有关。有利地，这允许用于将输出辐射束B分裂成进入光刻设备LA₁-LA₂₀之前的分支辐射束B₁-B₂₀(见图1)的反射镜是同样的或者至少非常相似。这从制造的角度来看尤其有益。

当自由电子激光器FEL’、FEL”中的两者都接通时，光学系统40可操作成将它们的辐射束B’、B”组合以形成复合辐射束B。在该实施例中，这通过使第一自由电子激光器FEL’的第一和第二光学元件132、134与第二自由电子激光器FEL”的第一和第二光学元件136、138在x方向上偏移、使得离开第二光学元件134、138的射束B’、B”两者彼此相邻且互相平行来实现。特别地，第一自由电子激光器FEL’的第一和第二光学元件132、134布置在第二自由电子激光器FEL”的第一和第二光学元件136、138的“下游”(相对于激光束B’、B”的传播方向)。

在这样的布置中，光学系统40可操作成将两个辐射束B’、B”组合以形成复合辐射束。复合射束是由光学系统40输出的输出辐射束B。应领会的是，图5仅仅是示例性的并且光学系统40可以以除图5所示以外的方式实施。

再次参见图4，建筑物31’、31”被配置成基本防止由操作中的自由电子激光器生成的辐射(除辐射束B’、B”以外)传播到建筑物31’、31”之外。因而将第一和第二自由电子激光器容纳在分离的建筑物内允许在自由电子激光器中的一个上安全地执行维护和/或修理而另一个自由电子激光器继续操作。例如，可以使第一电子激光器FEL’停止操作，以便允许第一自由电子激光器FEL’被修理或经受维护。在这段时间期间，第二自由电子激光器FEL”可以继续操作，以便向光学系统40和光刻设备LA₁-LA₂₀提供辐射。因而将归因于第二自由电子激光器FEL”的操作而在第二建筑物31”中生成辐射。然而危险的辐射水平归因于由第二建筑物31’的壁提供的辐射屏蔽而不会离开第二建筑物31”并且不会进入第一建筑物31’。因而维护人员可以安全地进入第一建筑物以便修理或执行对第一自由电子激光器FEL’的维护。

现在参照图6简要描述另外的传递FEL辐射源。图6的单次传递FEL辐射源与图3的相似，并且包括呈注入器221形式的电子源、用于将来自注入器221的电子束团合并成电子束团流的合并器部件219、包括一系列LINAC模块的LINAC 222、波荡器224和用于提取减速的电子束团并将其朝向射束收集器226引导的分拆器部件225。辐射源还包括图6中未示出的控向单元，其可操作成沿着电子束团路径227从注入器221开始、穿过LINAC 222(在那里电子束团被加速)、穿过波荡器224、往回穿过LINAC 222(在那里电子束团被减速)并接着到收集器226引导电子束团。

图6的单次传递FEL辐射源220的部件中的每一个与图3的辐射源的相对应的部件相似或相同，并且两个辐射源以相似方式操作。

在FEL辐射源220的操作中，各电子束团在加速阶段期间穿过LINAC 222一次并在减速阶段期间穿过一次，并因此FEL辐射源可以被称为单次传递FEL辐射源。

该情况中的电子束团的加速阶段可以被认为包括来自入口的电子束团到LINAC222的第一次传递直到电子束团进入到波荡器224中，即使应领会的是加速阶段期间电子束的能量上的增加主要发生在电子束团穿过LINAC的传递期间。该情况中的电子束团的减速阶段可以被认为包括来自波荡器224的出口的电子束团的最后一次传递直到电子束团从LINAC 222离开，即使应领会的是减速阶段期间电子束团的能量上的减小主要发生在电子束团穿过LINAC 222的传递期间。

转向两次传递而不是单次传递配置，图7中示意性地图示出根据实施例的两次传递传递FEL辐射源240。

图7的两次传递分裂加速FEL辐射源240包括呈注入器241形式的电子源、用于将来自注入器241的电子束团合并成电子束团流的合并器部件239、各包括一系列LINAC模块的一对LINAC 242a、242b、波荡器244和用于提取减速的电子束团并将其朝向射束收集器246引导的分拆器部件245。辐射源还包括可操作成将电子束团沿着电子束团路径247引导的图6中未示出的控向单元。

图7的单次传递FEL辐射源240的部件中的每一个与图3或图6的FEL辐射源的相对应的部件相似或相同。辐射源242被配置成以如下方式操作：使得对于LINAC 242a、242b中的每一个，加速和减速电子束团在时间上紧密间隔地并相对于射频场异相180度地穿过LINAC，使得在加速和减速束团之间有效地交换能量并且LINAC作为能量回收LINAC操作。

在FEL辐射源240的操作中，各电子束团在加速阶段期间穿过LINAC 242a、242b中的每一个两次，并在减速阶段期间穿过两次，并因此FEL辐射源可以被称为两次传递传递FEL辐射源。

该情况中的电子束团的加速阶段可以被认为包括来自入口的电子束团到LINAC242a的第一次传递直到电子束团进入到波荡器244中，即使应领会的是加速阶段期间电子束的能量上的增加主要发生在电子束团穿过LINAC 242a、242b的传递期间。该情况中的电子束团的减速阶段可以被认为包括来自波荡器244的出口的电子束团的最后一次传递直到电子束团从LINAC 244a离开，即使应领会的是减速阶段期间电子束团的能量上的减小主要发生在电子束团穿过LINAC242a、242b的传递期间。

图7中示意性地示出电子束团路径247，并用附图标记a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8指示出用于离开注入器241的电子束团的电子束团路径247上的某些序列点。电子束团在点a1至a8之间传递，也穿过LINAC 242a、242b和波荡器244，如可以通过遵循图7的路径247经由点a1至a8理解的。电子束团路径包括许多环路，使得各电子束团穿过LINAC超过一次，如可以从图7看到的。在操作中，包括不同能量(例如，在100MeV至1000MeV范围内的能量)的相继电子束团的重复束团链穿过LINAC 242a、242b。

在一个实施例中，电子束团重复频率可以是大约1.5GHz，但是其他实施例中可以具有任何其他合适的值，例如在100MHz至2GHz范围内。电子束团可以例如具有在10fsr.m.s.至10ps r.m.s(当在电子源处测量时)范围内的电子束团持续时间，但在备选实施例中可以具有其他合适的持续时间。

现在描述用于在电子束团穿过LINAC(例如图7的设备的LINAC 242b)时电子束团的电荷或位置的测量设备。形成测量设备的一部分的拾取设备包括围绕腔室310布置的电极302、304、306、308，电子束团在操作中穿过腔室310。拾取设备还包括用于电极和用于电气连接的外壳(未示出)，电气连接被布置成将来自电极302、304、306、308的信号提供给包括电光晶体的电光调制器322、324、326、328。电光调制器322、324、326、328是马赫-曾德尔型电光调制器(Mach-Zender type electro-optic modulator)，但在备选实施例中可以使用任何合适类型的电光调制器。

图8中示意性地示出电光调制器322、324、326、328和电极302、304、306、308。测量设备还包括飞秒激光器330，其将飞秒激光束提供给分束器332，分束器332将射束分裂成四个分离的探测射束。各探测射束通过相应的光纤波导(为清楚起见未示出)或经由光学部件的任何其他合适布置被引导到电光调制器322、324、326、328中的相应的一个。呈控制器320形式的处理资源被连接至激光器330和分束器332布置，并监测来自电光调制器322、324、326、328的测量信号，测量信号是通过采样激光束的归因于它们与电光调制器322、324、326、328的相互作用而进行的调制获得的。图8的实施例中的设备被布置成使得各探测射束的脉冲同时到达它们相应的电光调制器322、324、326、328。在一些实施例中，在为了确保分裂的射束同时到达电光调制器必要的情况下，使用附加的延迟部件(例如，可精确调整的光学延迟线)。四个分离的射束的使用使得能够实现在两个方向(例如，x和y方向)上的位置的测量。在一些实施例中，在期望测量唯一维度上的位置的情况下，使用两个射束而不是四个射束。

在该情况下，控制器320包括形成测量设备的一部分的专用控制电路，但在其他实施例中控制器或其他处理资源可以包括软件和硬件的任何合适的组合，例如安装在PC或其他通用计算机上的软件。在一些实施例中，控制器320或其他处理资源包括一个或多个ASIC或FPGA。

控制器320被配置成对来自电光调制器的测量信号进行处理，以由此确定穿过了电极302、304、306、308之间的腔室的电子束团的至少一个属性。至少一个属性可以包括电子束团的电荷和/或横向位置。

首先考虑横向位置的确定，在图8的实施例中，控制器320接收来自电光调制器322、324、326、328中的每一个的相应测量信号。

电极302、304、306、308中的每一个具有与其连接的相应的分离的电光调制器322、324、326、328。在操作中，各电光调制器322、324、326、328由从飞秒激光器330获得的其相应的分裂探测射束探测，并因此每一个由来自飞秒激光器330的相同的激光脉冲同时有效地探测。

在图8的实施例中，飞秒激光器330的操作与电子束团穿过腔室的传递同步，使得各电光调制器322、324、326、328基本在电光调制器信号周期的最大值处(例如基本在电子束团的传递引起由各电光调制器生成最大信号时的时刻)由激光脉冲探测。可以例如通过使激光脉冲的定时逐渐变化来执行校准程序，直到获得在最大点处的测量信号。

在良好校准的设置中，从连接至两个相对的电极的电光调制器获得的测量信号(例如，从连接至相对的电极302、306的电光调制器322、326获得的测量信号)的最大值的差异是产生这些测量信号的电子束团在腔室中(例如，在射束管中)的横向位置的量度。

在图8的实施例中，控制器320确定就电极302、306而言获得的测量信号之间的差异。该差异表示电子束团在电极的平面中相对于电极302、306之间的线的横向位置。例如，在适当校准的设置中，如果就电极302、306而言获得的测量信号中没有差异，则这可以指示出电子束团与电极302、306等距。

控制器320还确定就相对的电极304、308而言从电光调制器324、328获得的测量信号之间的差异。该差异表示电子束团在电极的平面中相对于电极304、308之间的线的横向位置。

通过将两个差异测量组合，控制器320能够确定电子束团在测量时关于电极302、304、306、308的平面的位置。在该实施例中，电子束团的期望位置处于电极302、304、306、308的平面的中心，并且可以响应于电子束团的位置被确定不在该中心点来调整辐射源的操作参数。

除确定电子束团的横向位置之外或代替确定电子束团的横向位置，控制器320也可以对来自电光调制器322、324、326、328的测量信号进行处理，以确定电子束团的电荷。在一个操作模式中，控制器320对来自电光调制器322、324、326、328中的每个的对应测量信号求和，以确定表示电子束团的电荷的参数。

可以将测量信号的总和视为依赖于束团的总电荷与束团相对于电极302、304、306、308的平面的纵向位置两者。然而，如果最初设置了测量设备(例如，通过使激光脉冲的定时适当地变化)以确保测量信号是最大值，则可以假设测量时电子束团处于与电极302、304、306、308的平面基本一致的纵向位置，并因此可以将测量信号的总和视为表示束团的总电荷。作为进一步的说明，如果采取了其中两个传感器(传感器1和传感器2)在相同纵向平面中彼此相对的实施例，并且从传感器1获得了幅度A的测量信号并同时从传感器2获得了幅度B的测量信号，那么如果设备被校准使得A+B等于(或正比于)束团的总电荷，则可以将测量时束团的横向位置视为等于(或正比于)(A-B)/(A+B)。

在一个操作模式中，控制器320被配置成重复地获得与穿过了电极302、304、306、308的平面的相同能量的电子束团对应的测量信号，例如，通过以与电子束团的期望或预期重复频率匹配的重复频率获得测量信号。控制器320监测测量信号的总和，并且如果假设束团的电荷是恒定的，则可以将随时间的推移在测量信号的总和上的变化视为指示出电子束团的定时正漂移远离期望的定时。例如，可以将测量信号的总和上的减小视为指示出电子束团在测量的时刻尚未到达电极302、304、306、308的平面，或者已经穿过电极302、304、306、308的平面。

因此，给定恒定电荷的情况下，测量的总和在时间上漂移的幅度可以指示出与束团到达时间上的变化对应的相位差。因此，设备可以单独地或者与电荷和/或横向位置的确定同时地用于束团到达时间监测。

在图8的实施例中，被测量的电子束团是穿过LINAC的电子束团的序列中的一个。在其中设备被用来测量图7的设备的LINAC 242b中的电子束团的情况中，序列的各相继束团具有四个不同能量中的一个能量，并且各束团处于加速阶段中或者减速阶段中，并且已从与点a1、a3、a5或a7对应的弧中的一个到达LINAC。

在图8的实施例中不可能从单个测量来确定束团的能量，例如在图7的设备的LINAC 242b中的电子束团的测量的情况下确定束团拥有四个预期能量中的哪一个。然而，给定来自主时钟的激光脉冲的已知重复频率和来自第一测量的相位的情况下，也可以测量相同能量的其他束团。例如，通过以对于特定能量值的电子束团的预期重复频率(或该频率的合适分数)重复进行测量，可以确保这些测量中的每一个是相同能量的电子束团(即使特定能量是未知的)。

在一个操作模式中，控制器320更改辐射源的至少一个操作参数，以便影响特定能量的电子束团的至少一个属性，并接着监测从电光调制器获得的测量，以便确定至少一个操作参数的更改是否影响了测量。如果参数的更改确实影响测量，那么可以由控制器320自动地或者由操作员得出结论：正使用电光调制器测量的电子束团是受到了操作参数(多个)的更改影响的那个电子束团。

操作参数的更改可以包括例如与点a1、a3、a5或a7(或点a2、a4、a6或a8)对应的弧中的一个或多个中的电子束光学器件的设置的调整。如果用于与电子束能量中的特定一个对应的弧的电子束光学器件的设置的调整在使用电光调制器获得的测量上产生了显著更改(例如，归因于电子束团定时上的变化引起的测量的幅度的变化)，则可以得出结论：它是正被测量的那个能量的电子束团。

可以更改任何合适的操作参数，例如，可能影响特定能量的电子束团穿过LINAC的传递的定时的任何合适的操作参数。例如，操作参数可以包括弯曲磁体的操作参数，和/或使用组合器/扩散器来控制电子束团的传递。

控制器320可以通过将一个或多个指令直接发送至辐射源的相关部件或者通过向控制辐射源的操作的另外的控制器发送指令或请求来直接更改辐射源的至少一个操作参数。

关于图7的两次传递辐射源中的电子束团的测量描述了图8的设备的操作。然而，图8的实施例和其他实施例也可以用来测量其他辐射源(例如图3或图6的单次传递辐射源)中的电子束团。虽然已描述了用以测量穿过FEL辐射源的LINAC的电子束团的实施例的使用，但这样的实施例也可以在任何其他合适的情况下用来测量电子束团，并且实施例不限于LINAC或辐射源中的电子束的测量。

已描述了其中使用电极来测量穿过电极之间的腔室的电子束的属性的实施例。电极可以例如在一些实施例中位于电子束传播室(例如LINAC的射束管)的内侧，或者在一些实施例中可以位于这样的室的壁的外侧或嵌入壁中。

可以在根据实施例的测量设备中使用任何合适的部件，例如任何合适类型的激光器、分裂器、拾取设备电极和电光调制器。例如，在实施例中，激光器、分裂器、拾取设备电极和/或电光调制器是与A.Angelovski等人在物理评论专题-加速器和射束15,112803-1至112803-8(2012)上发表的“用于自由电子激光器的束团到达时间监测器的高带宽拾取设计”或M.K.Bock等人在日本京都IPAC’10会议记录WEOCMH02中发表的“具有闪烁飞秒分辨率的束团到达时间监测器的最新进展”(A.Angelovski et al,“High bandwidth pickupdesign for bunch arrival-time monitors for free electron laser”,PhysicalReview Special Topics–Accelerators and Beams 15,112803-1to 112803-8(2012)orM.K.Bock et al,“Recent Developments of the Bunch Arrival Time Monitor withFemtosecond Resolution at Flash”,Proceedings of IPAC’10,Kyoto,Japan,WEOCMH02)中所描述的那些相同或相似类型的。

实施例可以使用由飞秒激光器探测的电光晶体来提供快速单个/射束位置测量。实施例可以使用由飞秒激光器探测的电光晶体来提供快速单个束团电荷测量。实施例可以使用由飞秒激光器探测的电光晶体来提供同时的束团位置和束团到达时间测量。

尽管已关于电子束团的一个或多个属性的确定描述了实施例，但根据备选实施例的设备和方法可以用来确定其他类型的带电粒子、例如正电子、质子或离子的群的一个或多个属性(例如，电荷和/或横向或其他位置)。此外，尽管已关于辐射源的LINAC中的测量描述了实施例，但根据备选实施例的设备和方法可以在任何其他合适环境、系统或布置中用来确定电子束或其他带电粒子群的一个或多个属性。例如，实施例可以用来确定朝靶射击的电子束和正电子束(或其他带电粒子群)的属性。

尽管已关于单个束团链的相继电子束团的属性的确定描述了实施例，但实施例的设备和方法可以用来执行能够在其间具有相位差的重叠的束团链之间进行区分的测量。例如，通过对提供给光学传感器的激光脉冲的操作的定时和频率进行的合适选择，可以调节实施例以确定具有特定重复频率的电子束团或其他带电粒子群的属性。

虽然上面已描述了本发明的具体实施例，但应领会的是本发明可以以除所描述的以外的方式来实践。以上描述旨在说明性的而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所描述的本发明进行修改，而不脱离下面所提出的权利要求的范围。

Claims

1.一种用于测量行进通过腔室的电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性的测量设备，包括：

围绕所述腔室布置的多个电极；

多个光学传感器，其中所述多个电极被配置成向所述光学传感器提供信号以由此调制所述光学传感器的至少一个光学属性；

至少一个激光源，用于将包括一系列激光脉冲的激光束提供给所述多个光学传感器以获得表示所述光学传感器的所述至少一个光学属性的测量；以及

处理资源，被配置成至少对来自所述光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自所述光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行处理，以由此确定所述电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性，其中所述至少一个属性包括：

电荷和/或横向位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个光学传感器包括多个电光调制器，所述光学传感器中的所述第一光学传感器包括所述电光调制器中的第一电光调制器，并且所述光学传感器中的所述第二光学传感器包括所述电光调制器中的第二电光调制器。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述至少一个属性包括横向位置，并且对来自所述光学传感器中的所述第一光学传感器的所述第一测量信号和来自所述光学传感器中的所述第二光学传感器的第二测量信号进行的所述处理包括：确定所述第一测量信号与所述第二测量信号之间的差异。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述多个光学传感器包括至少一个另外的光学传感器，并且所述处理资源被进一步配置成对来自所述至少一个另外的光学传感器的至少一个另外的测量信号进行处理，以确定所述至少一个属性。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述处理资源被配置成对来自所述光学传感器中的第三光学传感器的第三测量信号和来自所述光学传感器中的第四光学传感器的第四测量信号进行处理。

6.根据权利要求5所述的设备，其中对所述第一测量信号和所述第二测量信号进行的所述处理是确定所述电子束团或其他带电粒子群在第一横向方向上的位置，且

对所述第三测量信号和所述第四测量信号进行的所述处理是确定所述电子束团在第二横向方向上的位置。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第二方向基本正交于所述第一方向。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述电子束团或其他带电粒子群的所述至少一个属性包括所述电子束团或其他带电粒子群的电荷，并且所述处理资源被配置成根据测量信号的总和来确定所述电荷。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述测量信号的总和包括或表示至少所述第一测量信号和所述第二测量信号的总和。

10.根据从属于权利要求5的权利要求9所述的设备，其中所述测量信号的总和包括或表示至少所述第一测量信号、所述第二测量信号、所述第三测量信号和所述第四测量信号的总和。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中从其获得所述第一测量信号的所述第一光学传感器从所述电极中的第一电极接收信号，并且从其获得所述第二测量信号的所述第二光学传感器从所述电极中的第二电极接收信号。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述电极中的所述第一电极与所述电极中的所述第二电极基本在直径上相对。

13.根据权利要求5或从属于权利要求5的权利要求6至12中的任一项所述的设备，其中从其获得所述第三测量信号的所述第三光学传感器从所述电极中的第三电极接收信号，并且从其获得所述第四测量信号的所述第四光学传感器从所述电极中的第四电极接收信号。

14.根据权利要求5或从属于权利要求5的权利要求6至13中的任一项所述的设备，其中所述电极中的所述第三电极相对于电子束团路径与所述电极中的所述第四电极基本在直径上相对。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述激光源被配置成提供所述一系列激光脉冲，使得所述第一测量信号包括对于所述光学传感器中的所述第一光学传感器的局部最大信号，并且所述第二测量信号包括对于所述光学传感器中的所述第二光学传感器的局部最大信号。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述光学传感器和所述电极被布置成使得在操作中所述光学传感器中的每个光学传感器从所述电极中的相应的单个电极接收信号。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述设备进一步包括用于使所述激光束分裂的分束器，使得向所述光学传感器中的每个光学传感器提供同步的一系列激光脉冲。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述激光源、所述分束器和所述光学传感器被布置成使得在操作中激光脉冲基本同时到达所述光学传感器中的每个光学传感器。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述电子束团或其他带电粒子群是电子束团或其他带电粒子群的序列中的一个，所述电子束团或其他带电粒子群的序列包括各自具有多个不同能量中的一个能量的电子束团或其他带电粒子群。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述电子束团或其他带电粒子群的序列是辐射源的电子束团或其他带电粒子群的序列，并且所述辐射源的控制器被配置成对于具有所述多个能量中的选定的能量的电子束团或其他带电粒子群更改所述辐射源的操作参数。

21.根据权利要求20所述的设备，其中所述控制器被配置成监测所述第一测量信号、所述第二测量信号和/或从所述第一测量信号和/或所述第二测量信号导出的参数中的至少一个，以由此标识横向位置和/或电荷被确定的所述电子束团或其他带电粒子群是否是所述选定的能量的电子束团或其他带电粒子群。

22.根据权利要求19至21中的任一项所述的设备，其中所述序列的电子束团的能量在100MeV至1000MeV的范围内。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中所述处理资源被配置成对于一连串电子束团确定所述至少一个属性并监测所述属性的值上的改变。

24.一种测量行进通过腔室的电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性的方法，包括：

从围绕所述腔室布置的多个电极获得信号；

将所述信号提供给多个光学传感器，以由此调制所述光学传感器的至少一个光学属性；

获得表示所述光学传感器的所述至少一个光学属性的测量；以及

至少对来自所述光学传感器中的第一光学传感器的第一测量信号和来自所述光学传感器中的第二光学传感器的第二测量信号进行处理，以由此确定所述电子束团或其他带电粒子群的至少一个属性，其中所述至少一个属性包括：

电荷和/或横向位置。

25.一种辐射源，包括：

电子源，用于生成成束的电子；

至少一个线性加速器(LINAC)，用于使所述成束的电子加速和减速；

波荡器，被配置成使得在操作中所述成束的电子穿过所述波荡器的传递生成处于期望波长的辐射；

多个控向单元，用于沿着所述电子源、所述至少一个LINAC和所述波荡器之间的期望的电子束团路径引导所述成束的电子；以及

根据权利要求1至23中的任一项所述的测量设备，被布置成测量所述辐射源中的电子束团的至少一个属性。

26.一种光刻系统，包括：根据权利要求25所述的辐射源，以及被布置成从所述辐射源接收辐射并使用所述辐射将来自图案形成装置的图案投影到衬底上的光刻设备。