CN110944439B - 基于电子储存环的高平均功率极紫外光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极紫外光源装置，包括：电子源(2)，该电子源提供电子束流；注入段(3)，该注入段加速所述电子束流以形成具有一定能量一定长度的电子束流；储存环(4)，所述储存环被设计为能约束电子束流做环形运动；其中，所述注入段(3)将所述电子束流在加速后注入到所述储存环(4)内，其中，所述储存环(4)还包括：一个或多个辐射段，每个所述辐射段包括激光调制段(5)、束团压缩段(61)、辐射波荡器、束团拉伸段(62)、激光反调制段(7)；一个或多个增能段(8)，所述增能段被设计用于为所述储存环(4)中的电子束流补充能量。

Description

基于电子储存环的高平均功率极紫外光源装置

技术领域

本发明涉及一种极紫外(EUV)光源装置，尤其是一种高平均功率的 EUV光源装置。该EUV光源装置尤其适用于纳米芯片光刻应用等领域。

背景技术

随着人类社会信息化、智能化的深入发展，芯片制造技术成为一个国家的核心竞争力的重要体现。目前芯片技术已经向纳米尺度推进，基于极紫外 (EUV)光源的光刻技术(简称EUV光刻技术)成为纳米芯片制造产业的关键核心，其中EUV光源功率是限制EUV光刻机用于大规模商业生产的主要技术限制。

目前世界范围内的EUV光刻机技术主要为荷兰ASML公司垄断，其 EUV光源工作在波长13.5纳米，通过一台20kW/40kW的二氧化碳气体激光器轰击液态锡产生等离子体从而产生13.5纳米的EUV光，这一技术路线被称为“光生等离子体技术”(Laser-producedplasma，LPP)。其最新产品 NXE3400B输出EUV功率250W，束长脉冲飞秒(fs)长度，重复频率1-100kHz。该功率水平刚好达到商用标准，还远不能满足整个芯片工业的需求。另外，该光源运行成本高、效率低、稳定性差、只能脉冲方式工作。芯片工业界迫切需要基于新原理的EUV光源出现。

科学界提出了多种区别于LPP-EUV光源的概念，其中可行性较高的是基于加速器驱自由电子激光(FEL)方案，其基本原理是：利用加速器产生的具有一定能量的相对论电子束，与波荡器(周期性排布的磁铁阵列)相互作用，辐射产生频率满足共振关系的高功率EUV光。加速器驱动的EUV激光源用于光刻，相比于LPP，自由电子激光极紫外光(FEL-EUV)的主要优点是平均功率大、光束质量好、可拓展新的更短波长的光刻技术。理论上 FEL-EUV光源的平均功率可达到kW量级，而LPP技术因为气体激光器的功率限定也很难将功率进一步加大到1kW以上。

尽管基于加速器的FEL-EUV光源极具潜力，也是目前国际加速器领域的研究热点之一，但目前的FEL-EUV装置概念中，还没有一个成熟的，可以同时满足高功率相干、连续波、造价可接受、同时物理上可行的EUV光源方案与总体装置设计。其困难主要在于：为了产生高平均功率、高转换效率的EUV光源，必须产生高重复频率驱动FEL的电子束，并尽可能使得电子束和波荡器多次作用，提高束流的利用率。目前加速器按照束线方式主要分为直线加速器、环形加速器和能量回收性加速器。直线加速器为了实现高的重复频率，必然要采用超导技术以承担高重频束流带来热负载，因此造价高昂，同时由于束流直线通过波荡器只利用一次，束流的利用率很低。能量回收加速器可以提高束流利用效率，但束流注入段部分依然需要采用高重频的超导技术，增加了造价成本。因此从造价成本上环形加速器成为首选。但是另一方面，获得高功率相干FEL-EUV的关键之一是必须要从加速器物理设计中获得束长小于辐射波长的电子束微聚束(对于13.5纳米的EUV波长，相干辐射所需的驱动电子束为束长纳米量级长度的微聚束)，只有纳米量级长度的微聚束的形成才能在波荡器辐射段中产生相干的高功率EUV辐射。而环形加速器由于自身的束流物理问题，如束流在偏转磁铁中的量子激发效应等，难以稳定存储纳米量级长度的微聚束。

美国专利申请US20180241172A1(“基于储存环的EUV光源”)提出了基于环形加速器的EUV光源概念，基本思路是，采用现有的环设置，束流每次在环中经过特殊设计的辐射波荡器(波荡器参数K<1)，在辐射的同时自调制产生纳米量级长度的微聚束，后经过环对束流的弥散作用，将自调制产生的微聚束抹平，实现束流每次进入波荡器前的束流恢复，但该方案涉及微聚束过程中的能散等参数变差等问题，难以实现纳米量级长度的微聚束在环中的循环稳定运行问题，因而难以实现稳定的EUV辐射出光。

综上所述，目前的kW量级极紫外(EUV)光源存在空白，基于加速器的FEL-EUV光源具有极大潜力，但尚没有一个可以同时满足高功率相干、连续波、造价可接受，同时物理可行的完整的EUV光源方案与总体装置设计。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种造价相对可接受且物理上可行的、高功率相干、连续或准连续输出的极紫外光源。

上述技术问题通过根据本发明的一种极紫外光源装置来解决，该极紫外光源装置，包括：电子源，该电子源提供电子束流；注入段，该注入段加速所述电子束流以形成具有一定能量的一定长度的电子束流；储存环，所述储存环被设计为能约束电子束流做环形运动；其中，所述注入段将所述电子束流在加速后注入到所述储存环内，其特征在于，所述储存环还包括：一个或多个辐射段，每个所述辐射段包括：激光调制段，例如激光调制波荡器，该激光调制段适于接收所述储存环中运行的电子束流并对所接收到的所述储存环中运行的电子束流进行激光调制而产生具有能量-时间啁啾的第一调制电子束流；束团压缩段，该束团压缩段适于在所述激光调制段的下游接收并压缩所述第一调制电子束流而形成并输出微聚束电子束流，所述微聚束电子束流中的高能量和低能量的电子具有集中的时间相位；辐射波荡器，该辐射波荡器适于在所述束团压缩段的下游接收所述微聚束电子束流并产生相干的高功率极紫外光；束团拉伸段，该束团拉伸段适于在所述辐射波荡器的下游将来自所述辐射波荡器的微聚束电子束流拉伸而形成具有能量-时间啁啾的第二调制电子束流；激光反调制段，例如激光反调制波荡器，该激光反调制段适于在所述束团拉伸段下游将所述第二调制电子束流通过激光反调制消除能量-时间啁啾；一个或多个增能段，所述增能段被设计用于为所述电子束流补充在所述辐射段及所述储存环中的其它位置损失的能量。

储存环约束电子做环形运动，这可理解为横向聚焦，而激光调制形成的 micro-bucket则起到纵向聚焦的作用。根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述储存环设计为，使注入所述储存环内的所述电子束流在所述储存环内运行一周或多周后先达到由于激光调制形成的micro-bucket的纵向聚焦以及量子激发和辐射阻尼的作用而形成一个个分立的微束团的稳定状态，再被引入到所述储存环的辐射段内。

进一步地，所述储存环设计为，使得所述电子束流在达到上述稳定状态后在辐射段外形成10至100纳米量级长度的微束团。

优选的是，经过所述束团压缩段的压缩，具有所述微束团的所述第一调制电子束流形成具有纳米量级长度的微聚束的所述微聚束电子束流，所述辐射波荡器利用纳米量级长度的微聚束产生极紫外光辐射，所述第二调制电子束流通过激光反调制消除能量-时间啁啾还原为10至100纳米量级长度的微束团。

根据本发明的极紫外光源装置的另一种实施形式，所述储存环设计为，使注入储存环内的电子束流直接被引入到所述储存环的辐射段内，使得所述第一调制电子束流为所述电子束流的激光调制束，所述微聚束电子束流是所述激光调制束经压缩而得到的束团微结构，所述第二调制电子束流是拉伸还原所述束团微结构而形成的所述电子束流的激光调制束。

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述束团拉伸段与束团压缩段设计为使所述第二调制电子束流具有与所述第一调制电子束流在能量－时间相位上关于所述微聚束电子束流对称的能量-时间啁啾，所述激光反调制段具有与所述激光调制段相同的激光相位。

替代的是，亦可以考虑，所述束团拉伸段与束团压缩段设计为使所述第二调制电子束流还原为具有与所述第一调制电子束流在能量－时间相位上相同的能量-时间啁啾，所述激光反调制段具有与所述激光调制段相反的激光相位。

辐射波荡器之后的束团拉伸段与激光反调制段的引入，使得束流纵向分布在出光前被调制，出光后被恢复，且保证束流在环中满足周期性运行条件。

根据本发明的极紫外光源装置的一种优选实施形式，所述极紫外光源装置的储存环还包括增能段，该增能段被设计用于为电子束流补充在所述辐射段及所述储存环中的其它位置损失的能量，从而使电子束流在所述储存环中保持稳定运行状态。

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述增能段为感应直线加速单元。所述极紫外光源装置优选还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器对所述感应直线加速单元供电。

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述增能段为微波射频腔加速单元。微波射频腔加速单元在传统储存环中主要的作用是补充能量及纵向聚焦，这里主要利用其补充能量的功能。与直线感应加速器对比，其优点是技术成熟，缺点是加速束流的占空比低，因为正弦波只有部分相位能实现补充能量的功能。

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，增能段被设计为持续地或周期性地为电子束流补充能量。由于储存环中运行的能量为百MeV量级，而电子束流每一周运行损失的能量在十keV量级，因而既可以任选地将增能段设计为持续地为通过的电子束流补充能量，也可以任选地每运行若干周后才补充一次能量。

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述注入段是直线加速单元，优选为感应直线加速单元。在感应直线加速单元的情况下，所述脉冲发生器也为所述注入段的感应直线加速单元供电。替代的是，所述注入段亦可以是环形加速单元，所述脉冲发生器也为所述注入段的环形加速单元供电。通过脉冲发生器对注入段的感应直线加速单元或环形加速单元、增能段的感应直线加速单元统一供电，使得高占空比连续束流的加速成为可能，从而促成连续波极紫外光(EUV)的辐射。这种布置同时也可大大降低整个装置的设计复杂度和成本。

通过将增能段(感应直线加速单元)与激光调制单元相结合，实现了储存环中电子束微束团的产生与稳定运行，它们替代并分离了传统环形加速器中RF高频腔的加速与稳相功能。原则上单独采用激光调制单元即可同时实现聚束与补充能量，但考虑到产生激光的能量转化效率较低，优先采用单独的能量补充单元(增能段)。相比于传统环中的微波射频腔的正弦加速电压，本发明采用的直线感应加速单元可实现长脉冲直流加速电压，使得储存环可以大部分甚至全部布满束流，实现高占空比束流，从而实现连续的 EUV出光。在本发明的储存环中，电子在激光调制波荡器中的纵向运动满足与传统RF腔中一样的单摆方程，产生纵向聚焦(稳相)，在相空间中会形成与传统RF bucket类似的micro-bucket，区别在于bucket的周期由微波波长变到了光波波长。电子束在量子激发和辐射阻尼的共同作用下在每个 micro-bucket里面的同步相位附近形成一个个的稳态微束团。例如，采用1 微米左右的调制激光对电子束进行调制，可形成短于100纳米的稳态微束团。

图2示意地表示了在micro-bucket里形成的电子束微束团。相空间中相对同步粒子一定范围内的粒子在储存环中运行的过程不会被丢掉，而是围绕着同步相位做振荡，该范围内的粒子称为稳相区Z。考虑到量子寿命，一般束长应短于稳相区长度的1/10。采用100纳米量级的激光(波长如176纳米、 266纳米等)取代高频微波，能够产生并容纳10纳米量级长度的微束团101，每个微束团101之间的间隔为激光波长λ。此前注入环中的束流为高占空比直流电子束，与上述稳相作用产生的微束团101相区分。如图6所示，称其整体为电子束宏脉冲100，占空比D接近1。

如图6所示，感应直线加速单元的加速电压占空比决定了该极紫外光源装置中电子束宏脉冲的占空比，由于可产生占空比接近1的加速电压，因此可以持续加速占空比接近1的宏脉冲，实现真正的EUV准连续出光。

根据本发明的极紫外光源装置的一种优选实施形式，在所述储存环内设有多个所述辐射段，每个所述辐射段产生相干的高功率极紫外光。

根据本发明的极紫外光源装置的一种优选实施形式，在所述储存环内设有多个所述增能段，各所述增能段被设计为适当地为电子束流补充能量。可以在储存环中的多个位置插入辐射段与增能段的组合而不影响储存环的稳定运行，同时支持多个EUV光源束线的输出；

根据本发明的极紫外光源装置的一种实施形式，所述束团压缩段可以是磁压缩器或dog-leg段或在磁压缩器或dog-leg段中间插入有四极铁的装置，或任何能够使输入的电子束流中的高能量和低能量的电子具有集中的时间相位的磁铁结构，束团拉伸段也可以是磁压缩器或dog-leg段或在磁压缩器或dog-leg段中间插入有四极铁的装置，或类似功能的磁铁结构。尽管例举的磁压缩器或dog-leg段都是在z和delta上操作，但本申请并不局限于此，而是可以扩展到能够使输入的电子束流中的高能量和低能量的电子具有集中的时间相位的任何磁铁结构。

图3A、图3B、图4A和图4B示意地说明了经过激光调制器后产生的例如10纳米量级长度的微束团在辐射单元内的变化。辐射单元包括辐射波荡器及其前后对称的色散段，一般为磁压缩器(chicane)或者dog-leg段(例如磁压缩器的一半结构)，分别用于束长压缩与束长拉伸。微束团进入激光调制段5后引入能量-时间啁啾，色散段设计使得不同能量粒子路径不一，从而实现对束长的操控。束长压缩时尾部粒子追赶头部粒子，束长拉伸时尾部粒子远离头部。束长压缩段的设计经优化后例如可使束长压缩5～50倍左右，微束团在辐射波荡器之前通过色散段压缩束长而形成微聚束电子束流，微聚束电子束流中的高能量和低能量的电子就具有集中的时间相位，束长例如从10到100纳米量级变为纳米量级，满足驱动极紫外光(EUV)波长的相干辐射发光条件，可产生高功率的极紫外光(EUV)辐射。辐射后的纳米量级长度的微聚束能量损失，经过对称的束长拉伸色散段后，束长恢复至10 到100纳米量级，再次经过激光反调制段后，把之前正啁啾的电子束团放在负的激光相位上，从而抵消能量-时间啁啾。后续进入直流感应加速器后，纵向相空间(电子束在能量-时间空间上的分布)状态得以恢复。与图3A、图3B相比，图4A和图4B采用了反色散段来代替色散段(这里的色散是指在色散段实现的尾部粒子追赶头部粒子，而反色散则是指尾部粒子进一步远离头部粒子)，因此在激光反调制段中也要作用于相反的激光相位，也就是说，反色散段后是以负啁啾的电子束团放在正的激光相位上，从而抵消能量 -时间啁啾。

综上所述，本发明给出了一个可以同时满足高功率相干、连续波、造价可接受、物理可行的EUV光源方案与总体装置设计，可以填补kW量级EUV 光源的空白。

在本发明中，从环物理的可行性考虑，将环形加速器中的纳米量级长度的微聚束的产生分为两步：束长压缩为纳米量级长度的微聚束用于在辐射波荡器中产生相干的高功率EUV辐射，而在储存环中辐射段以外周期性地稳定运行的则是束长为10到100纳米量级长度的微束团。

类似地，亦可以考虑将注入储存环内的电子束流直接被引入到所述储存环的辐射段内而在未经稳相作用的情况下得到束团微结构，然后在辐射波荡器中利用束团微结构在调制激光的高次谐波产生相干的高功率EUV辐射，在这种情况下，束团微结构中仅有少部分能够被用来产生EUV辐射，但束团微结构本身相比于经过稳相结构形成的微束团在电子束流中占比更大，因此也能够实现希望的连续或准连续EUV辐射。在上述两种设计中相同的是，电子束流同样在进入辐射波荡器之前经过调制和色散而使电子束流中的高能量和低能量的电子具有集中的时间相位，并在产生相干的高功率EUV辐射之后经过色散和调制恢复为能够在储存环中稳定运行的电子束流。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的极紫外光源装置的第一实施例的系统框图并以示意图形式说明了电子束流在装置中的能量-时间分布变化，示出了电子束流在整个循环周期中的纵向分布示意图；

图2示意地表示了利用激光调制聚束在环中形成的稳态电子束微束团；

图3A、图3B、图4A和图4B示意地说明了经过激光调制器后产生的 10到100纳米量级长度的微束团在辐射单元内的变化过程；

图5以示意图形式说明了根据本发明的极紫外光源装置的第二实施例中电子束流在装置中的能量-时间分布变化。

图6是感应直线加速单元的供电输入电压波形示意图。

图7A至图7D示出了根据本发明的极紫外光源装置在装置布局方面的四种的实施例。

图8A至图8D分别与图3A、图3B、图4A和图4B对应地单独示出了微束团在辐射单元内的变化过程。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明做进一步阐述。

图1示出了根据本发明的极紫外光源装置的第一实施例的系统框图。电子源(通常是直流电子枪或热阴极电子枪)2发出的电子产生高占空比的电子束，经注入段(例如环形加速器或直线加速器)3加速后，能量提高至例如400MeV并注入储存环4。储存环4中束流在激光调制段5的稳相作用下，形成布满储存环4的束长为10到100纳米量级长度的电子束微束团101，微束团101进入辐射单元6，纳米量级长度的微束团在辐射单元6的辐射波荡器中产生相干EUV光。经过辐射单元6后的束流经激光反调制段7恢复纵向分布，同时重新在储存环4内的增能段、在此是感应直线加速单元中对损失的能量进行补充，恢复状态后进行周期性循环。在该极紫外光源装置的运行过程中，脉冲发生器产生高占空比的电压波形，给系统中的感应加速装置供电，包括作为注入段3的感应直线加速单元和储存环4中的感应直线加速单元，当电子源2采用直流高压枪的情况，也包括给电子源2供电。

例如，当采用波长176纳米的激光作为调制激光，使注入到储存环4的连续电子束调制后变为10纳米的电子束团，在本实施例中的储存环4中，可在辐射段产生束长为2纳米的电子微聚束，微聚束中包含电子个数N为 4000，连续束运行模式下对应的电子束平均电流为1安培。辐射单元6中，采用的辐射波荡器工作参数K＝1.2，辐射波荡器磁铁周期1厘米，总长2.5 米。模拟计算表明，在较为宽松的横向尺寸要求下，束流在辐射波荡器中可产生的相干EUV辐射平均功率均可实现高于1kW。

图1也示意地说明了电子束流在装置中的能量-时间分布变化，示出了电子束流在整个循环周期中的纵向分布示意图。电子源(电子枪)2产生低能直流电子束L，经注入段3加速后成为高能直流电子束S并进入储存环4，在激光的稳相作用下形成为10到100纳米量级长度的微束团101，一旦微束团101形成，束流的辐射效应增强，考虑辐射单元6中束流的变化，如上文结合图3所解释，激光调制引入能量-时间啁啾，色散段将束长进一步压缩至纳米量级，形成纳米量级长度的高能微聚束103，纳米量级长度的微聚束进入辐射波荡器后产生相干极紫外光(EUV)辐射，束流损失能量，变为纳米量级长度的损能微聚束103’。此后，再经过包括色散段拉伸及激光反调制段(激光反调制波荡器)7消除啁啾的恢复性操作，形成损能微束团101’，储存环4中的感应直线加速单元对能量进行补充，恢复为高能的10到100 纳米量级长度的微束团101。高能的10到100纳米量级长度的微束团在环物理设计上能够实现周期性循环，从而使该极紫外光源装置持续产生高功率的连续极紫外光(EUV)辐射。

图5以示意图形式说明了根据本发明的极紫外光源装置的第二实施例中电子束流在装置中的能量-时间分布变化。此实施例与第一实施例的区别在于，电子束流(coastingbeam：区别于一个个分立的束团的长条形束团) 在储存环4内并没有形成一个个分立的微束团再进入辐射单元，而是直接利用激光调制段5的激光调制与色散段的压缩产生纳米量级长度的微聚束，在调制激光的高次谐波辐射产生相干极紫外光(EUV)辐射，也即自由电子激光和储存环中的高次谐波操作。但区别于自由电子激光的高次谐波产生和储存环中传统的相干高次谐波产生(CHG)，这里需要考虑储存环的周期性运行条件，也即需要保证纳米级微束团能一圈接一圈地重复出现。故相应地，在经过辐射波荡器之后需要将束流恢复到无微聚束无能量调制的初始状态。在束团压缩段61之前通过激光调制段5形成了第一调制电子束流112，在束团拉伸段62之后则提供给激光反调制段7第二调制电子束流114。在这一实施例中，由于不用在进入辐射段之前就形成一个个分立的微束团，故对辐射段之外的加速器磁铁设计要求相应降低。

图6以示意图形式示出了高占空比的感应直线加速单元输入电压-时间波形示意图。三条曲线分别从上到下示出脉冲发生器1产生的电流上升时间 I、感应直线加速单元的加速电压U以及占空比D。图中脉冲发生器1产生的电流上升时间足够长，下降沿陡峭，即恢复时间短。电流上升时间的倒数对应感应直线加速单元中产生的恒定加速电压，占空比与被加速的宏脉冲束流一致，均接近于1。

无论是采用第一实施例还是第二实施例的方案，储存环4中都必须对束流进行恢复性操作，包括色散段拉伸以及激光反调制消除束流能量-时间啁啾，以使得电子束流满足环物理中的周期性条件，从而保证电子束流可以循环稳定运行，支持真正的连续出光。激光调制的稳相作用与整个环中的微束团形成过程亦可以省略，直接利用高次谐波产生技巧如HGHG，EEHG，PEHG 等”，形成纳米量级长度的微束团，在辐射波荡器中产生调制激光的高次谐波辐射产生极紫外光(EUV)辐射。

图7A至图7D则在装置布局方面给出了四种可能的实施例。图7A和图7B的实施例采用了直线加速器作为注入段3对电子源2产生的电子束进行加速，然后注入储存环4中。图7A的储存环4中包括由一个辐射段9以及一个增能段8组成的一个EUV束线，在其中产生EUV辐射。图7B的储存环4中则包括多个EUV束线(即多组辐射段9和增能段8的组合)。图 7C和图7D的实施例采用了环形加速器作为注入段3对电子源2产生的电子束进行加速，然后注入储存环4中，相比图7A和图7B中采用直线加速器的布局可节约装置空间。图7C的储存环4中包括由一个辐射段9以及一个增能段8组成的一个EUV束线，在其中产生EUV辐射。图7D的储存环4中则包括多个EUV束线(即多组辐射段9和增能段8的组合，但在图7D中未示出增能段8)。作为增能段的感应直线加速单元对电子束在环中损失的能量进行补充。应当理解，在该极紫外光源装置的储存环布置有多个辐射段和/或多个增能段的情况下，辐射段和增能段的数目可以相等也可以不相等。

图3A、图3B、图4A和图4B示出了在根据本发明的极紫外光源装置中不同地组合色散、反色散以及激光调制、激光反调制的可能性。这里的色散是指在色散段实现的尾部粒子追赶头部粒子，而反色散则是指尾部粒子进一步远离头部粒子。

图3A中电子束流经激光调制段5引入能量-时间啁啾，通过束团压缩段 61中的色散将束长进一步压缩至纳米量级，形成纳米量级长度的高能微聚束103，纳米量级长度的微聚束进入辐射波荡器60后产生相干极紫外光(EUV) 辐射，束流损失能量，变为纳米量级长度的损能微聚束。此后，再通过束团拉伸段62中的拉伸及激光反调制段7消除啁啾的恢复性操作，形成损能微束团，然后以储存环4中的感应直线加速单元进行能量补充，使之恢复为在环物理设计上能够实现周期性循环的高能的10到100纳米量级长度的微束团。

图3B中电子束流经激光调制段5类似地引入能量-时间啁啾，通过束团压缩段61中的色散将束长进一步压缩至纳米量级，形成纳米量级长度的高能微聚束103，纳米量级长度的微聚束进入辐射波荡器60后产生相干极紫外光(EUV)辐射，束流损失能量，变为纳米量级长度的损能微聚束。与图 8A所示实施形式不同的是，此后，再通过束团拉伸段62中的反拉伸及激光反调制段7消除啁啾的恢复性操作，形成损能微束团，然后以储存环4中的感应直线加速单元进行能量补充，使之恢复为在环物理设计上能够实现周期性循环的高能的10到100纳米量级长度的微束团。

图4A中电子束流经激光调制段5的与图3A所示激光相位不同的激光调制引入能量-时间啁啾，通过束团压缩段61中的反色散将束长进一步压缩至纳米量级，形成纳米量级长度的高能微聚束，纳米量级长度的微聚束103 进入辐射波荡器60后产生相干极紫外光(EUV)辐射，束流损失能量，变为纳米量级长度的损能微聚束。此后，再通过束团拉伸段62中的反拉伸及激光反调制段7消除啁啾的恢复性操作，形成损能微束团，然后以储存环4 中的感应直线加速单元进行能量补充，使之恢复为在环物理设计上能够实现周期性循环的高能的10到100纳米量级长度的微束团。

图4B中电子束流经类似于图4A所示的激光调制段5引入能量-时间啁啾，通过束团压缩段61中的反色散将束长进一步压缩至纳米量级，形成纳米量级长度的高能微聚束，纳米量级长度的微聚束103进入辐射波荡器60 后产生相干极紫外光(EUV)辐射，束流损失能量，变为纳米量级长度的损能微聚束。此后，再通过束团拉伸段62中的拉伸及激光反调制段7消除啁啾的恢复性操作，形成损能微束团，然后以储存环4中的感应直线加速单元进行能量补充，使之恢复为在环物理设计上能够实现周期性循环的高能的10 到100纳米量级长度的微束团。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但是本领域的普通技术人员可以理解：在不背离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换、变型以及任意组合，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

附图标记列表

1 脉冲发生器

2 电子源

3 注入段

4 储存环

5 激光调制段

6 辐射单元

7 激光反调制段

8 增能段

L 低能直流电子束

S 高能直流电子束

S_H 高能环束流

S_L 损能环束流

Z 稳相区

λ 激光波长

D 占空比

60 辐射波荡器

61 束团压缩段

62 束团拉伸段

100 宏脉冲

101 微束团

102 第一调制电子束流

103 微聚束电子束流

104 第二调制电子束流

111 未达到自动稳相的直流电子束

112 第一调制电子束流

113 微聚束电子束流

114 第二调制电子束流

Claims (14)

1.一种极紫外光源装置，包括：

电子源(2)，该电子源提供电子束流；

注入段(3)，该注入段加速所述电子束流以形成具有一定能量一定长度的电子束流；

储存环(4)，所述储存环被设计为能约束电子束流做环形运动；

其中，所述注入段(3)将所述电子束流在加速后注入到所述储存环(4)内，其特征在于，所述储存环(4)还包括：

一个或多个辐射段，每个所述辐射段包括：

激光调制段(5)，该激光调制段适于接收所述储存环(4)中运行的电子束流并对所接收到的所述储存环(4)中运行的电子束流进行激光调制而产生具有能量-时间啁啾的第一调制电子束流(102,112)；

束团压缩段(61)，该束团压缩段适于在所述激光调制段(5)的下游接收并压缩所述第一调制电子束流(102,112)而形成并输出微聚束电子束流；

辐射波荡器，该辐射波荡器适于在所述束团压缩段(61)的下游接收所述微聚束电子束流并产生相干的高功率极紫外光；

束团拉伸段(62)，该束团拉伸段适于在所述辐射波荡器的下游将来自所述辐射波荡器的微聚束电子束流拉伸而形成具有能量-时间啁啾的第二调制电子束流(104,114)；

激光反调制段(7)，该激光反调制段适于在所述束团拉伸段(62)下游将所述第二调制电子束流(104,114)通过激光反调制消除能量-时间啁啾；

一个或多个增能段(8)，所述增能段被设计用于为所述储存环(4)中电子束流补充在所述辐射波荡器及所述储存环中的其它位置损失的能量。

2.根据权利要求1所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述储存环(4)设计为，使注入所述储存环(4)内的电子束流在所述储存环(4)内运行一周或多周后先达到由于激光调制形成的micro-bucket的纵向聚焦以及量子激发和辐射阻尼的作用而形成一个个分立的微束团的稳定状态，再被引入到所述储存环(4)的辐射段内。

3.根据权利要求2所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述储存环(4)设计为，使得所述储存环(4)中的电子束流在达到所述稳定状态后在辐射段外形成10至100纳米量级长度的微束团。

4.根据权利要求3所述的极紫外光源装置，其特征在于，

经过所述束团压缩段(61)的压缩，具有所述微束团的所述第一调制电子束流(102,112 )形成具有纳米量级长度的微聚束的所述微聚束电子束流(103,113 )，所述辐射波荡器利用该微聚束产生极紫外光辐射，所述第二调制电子束流(104,114 )通过激光反调制消除能量-时间啁啾而还原为10至100纳米量级长度的微束团。

5.根据权利要求1所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述储存环(4)设计为，使注入所述储存环(4)内的电子束流直接被引入到所述储存环(4)的辐射段内，使得

所述第一调制电子束流(102, 112)是所述电子束流的激光调制束，

所述微聚束电子束流(103, 113)是所述激光调制束经压缩而得到的束团微结构，

所述第二调制电子束流(104, 114)是拉伸还原所述束团微结构而形成的电子束流的激光调制束。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述束团拉伸段(62)与束团压缩段(61)设计为使所述第二调制电子束流(104,114)具有与所述第一调制电子束流(102,112)在能量-时间相位上关于所述微聚束电子束流对称的能量-时间啁啾，所述激光反调制段(7)具有与所述激光调制段(5)相同的激光相位。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述束团拉伸段(62)与束团压缩段(61)设计为使所述第二调制电子束流(104,114)还原为具有与所述第一调制电子束流(102,112)在能量-时间相位上相同的能量-时间啁啾，所述激光反调制段(7)具有与所述激光调制段(5)相反的激光相位。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述储存环(4)的所述增能段(8)为感应直线加速单元，所述极紫外光源装置还包括脉冲发生器(1)，所述脉冲发生器对所述感应直线加速单元供电。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述储存环(4)的所述增能段(8)为微波射频腔。

10.根据权利要求8所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述注入段(3)是直线加速单元。

11.根据权利要求10所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述注入段(3)是感应直线加速单元，所述脉冲发生器(1)也向作为所述注入段(3)的感应直线加速单元供电。

12.根据权利要求8所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述注入段(3)是环形加速单元，所述脉冲发生器(1)也向作为所述注入段(3)的环形加速单元供电。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述增能段(8)被设计为持续地或周期性地为电子束流补充能量。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的极紫外光源装置，其特征在于，所述束团压缩段(61)和所述束团拉伸段(62)分别是磁压缩器或dog-leg段或在磁压缩器或dog-leg段中间插入有四极铁的装置。

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