JP2019507939A - 自由電子レーザ用電子源 - Google Patents

Abstract

ＥＵＶリソグラフィに用いられる、例えば自由電子レーザ用の電子源であって、負電位（１００，１０１）に接続されるように構成されたカソード（２０３）と、カソードに電子のバンチを放出させるために放射のパルスをカソードに向けるように構成されたレーザ（１１０）と、ＲＦ源に接続され、電子のバンチを加速するように構成されたＲＦブースタ（１８０）と、ＲＦ源によって提供されるＲＦ電圧に対して、ＲＦブースタにおける電子のバンチの到着の時刻を補正するように構成されたタイミング補正器（３０３，３１３，４００，４０１）と、を備える。タイミング補正器は、カソードからＲＦブースタへの電子のバンチのパスを包囲する補正電極（３０３，３１３）と、補正電極に補正電圧を印加するように構成された補正電圧源（４００，４０１）とを備えていてもよい。【選択図】 図５

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は２０１６年３月７日に提出された欧州出願第１６１５８９２８．８号の優先権を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本発明は、特に自由電子レーザ（ＦＥＬ）用の電子源に係る。本発明はとりわけリソグラフィシステムの放射源における使用に適したＦＥＬに関するが、これに限られるものではない。

[0003] リソグラフィ装置とは、基板上に所望のパターンを適用するように構成された機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用され得る。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えばマスク）から基板上に提供された放射感応性材料（レジスト）層にパターンを投影してもよい。

[0004] パターンを基板上に投影するためにリソグラフィ装置によって使用される放射の波長は、その基板上に形成されることのできるフィーチャの最小寸法を決定する。（例えば１９３ｎｍの波長を有する電磁放射を使用し得る）従来のリソグラフィ装置よりも小さなフィーチャを基板上に形成するためには、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射であるＥＵＶ放射を使用するリソグラフィ装置が用いられ得る。

[0005] ＥＵＶリソグラフィのスループットを向上させるためには、所望の波長の電力が増大されたＥＵＶ放射源を製造するのが望ましい。

[0006] 第１の態様によれば、
負電位に接続されるように構成されたカソードと、
カソードに電子のバンチを放出させるために放射のパルスをカソードに向けるように構成されたレーザと、
ＲＦ源に接続され、電子のバンチを加速するように構成されたＲＦブースタと、
ＲＦ源によって提供されるＲＦ電圧に対して、ＲＦブースタにおける電子のバンチの到着の時刻を補正するように構成されたタイミング補正器と、
を備える電子源が提供される。

[0007] さらなる一態様によれば、上述のような電子源を備えた自由電子レーザが提供される。

[0008] さらなる一態様によれば、
上述のような自由電子レーザと、
１つ以上のリソグラフィ装置と、
を備えるリソグラフィシステムが提供される。

[0009] さらなる一態様によれば、
カソードに電子のバンチを放出させるために放射のパルスをカソードに向けることと、
ＲＦ源に接続されたＲＦブースタを用いて電子のバンチを加速することと、
ＲＦ電圧の位相に対して、ＲＦブースタにおける電子のバンチの到着の時刻を補正することと、
を備える、放射ビームを生成する方法が提供される。

[0010] このようにすれば、自由電子レーザの出力放射の所望の波長帯の範囲内である割合が増大され得る。

[0011] 次に本発明の実施形態を、単なる例として、添付の概略的な図面を参照して説明する。

[0012] 本発明の一実施形態による自由電子レーザを備えるリソグラフィシステムを図示する。 [0013] 図１のリソグラフィシステムの一部を形成するリソグラフィ装置を図示する。 [0014] 図１のリソグラフィシステムの一部を形成し得る自由電子レーザの概略図である。 [0015] 自由電子レーザの従来のインジェクタサブシステムを図示する。 [0016] 一実施形態による自由電子レーザのインジェクタサブシステムを図示する。 [0017] 一実施形態による自由電子レーザのインジェクタサブシステムを図示する。 [0018] 平均バンチエネルギ対距離のグラフである。 [0019] バンチャにおけるエネルギ利得対到着の時刻のグラフである。 [0020] 一実施形態による自由電子レーザのインジェクタサブシステムを図示する。

[0021] 図１は、放射源ＳＯと、ビーム分割装置２０と、８つのリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８とを備えるリソグラフィシステムＬＳを示す。放射源ＳＯは自由電子レーザを備えており、極端紫外線（ＥＵＶ）放射ビームＢ_ＦＥＬ（主ビームと称され得る）を生成するように構成されている。主放射ビームＢ_ＦＥＬは複数の放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｈ（分岐ビームと称され得る）に分割され、その各々が、ビーム分割装置２０によって、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８のうちの異なる１つに向けられる。分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｈは連続して主放射ビームから分かれてもよく、各分岐放射ビームは前の分岐放射ビームの下流で主放射ビームから分かれる。その場合、分岐放射ビームは、例えば互いに略平行に伝搬し得る。

[0022] 放射線源ＳＯ、ビーム分割装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８はすべて、外部環境から隔離され得るように構築及び配置されていてもよい。放射源ＳＯ、ビーム分割装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８のうち少なくとも一部には、ＥＵＶ放射の吸収を最小化するように、真空が提供されてもよい。リソグラフィシステムＬＳの異なる部分は、異なる圧力の真空を備えていてもよい（すなわち、大気圧を下回る異なる圧力に保たれてもよい）。

[0023] 図２を参照すると、リソグラフィ装置ＬＡ１は、照明システムＩＬと、パターニングデバイスＭＡ（例えばマスク）を支持するように構成された支持構造ＭＴと、投影システムＰＳと、基板Ｗを支持するように構成された基板テーブルＷＴとを備える。照明システムＩＬは、リソグラフィ装置ＬＡ１によって受光された分岐放射ビームＢ_ａを、パターニングデバイスＭＡに入射する前に調整するように構成されている。投影システムは、放射ビームＢ_ａ’（今やマスクＭＡによってパターン付与されている）を基板Ｗ上に投影するように構成されている。基板Ｗは先に形成されたパターンを含んでいてもよい。その場合、リソグラフィ装置ＬＡ１は、パターン付与された放射ビームＢ_ａ’を、先に基板Ｗ上に形成されたパターンと整列させる。

[0024] 図２にはリソグラフィ装置のみが示されているが、リソグラフィシステムＬＳはマスク検査装置など他のツールを備え得ることが理解されるべきである。

[0025] リソグラフィ装置ＬＡ１によって受光された分岐放射ビームＢ_ａは、照明システムＩＬの内包構造体の開口８を通って、ビーム分割装置２０から照明システムＩＬ内に進入する。任意選択的には、分岐放射ビームＢ_ａは、開口８又はその付近に合焦されて中間焦点を形成してもよい。

[0026] 照明システムＩＬは、ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１を含んでいてもよい。ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１は、所望の断面形状及び所望の角度分布を有する放射ビームＢ_ａを、併せて提供する。ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１はそれぞれ、独立して移動可能なミラーのアレイを備えていてもよい。ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１は、異なる数の独立して移動可能なミラーを備えていてもよい。例えば、ファセット瞳ミラーデバイス１１は、ファセット視野ミラーデバイス１０の２倍の数のミラーを備えていてもよい。ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１のミラーは任意の適当な形状であってもよく、例えば概ねバナナ形状であってもよい。放射ビームＢ_ａは照明システムＩＬを通過し、支持構造ＭＴによって保持されるパターニングデバイスＭＡに入射する。パターニングデバイスＭＡは、放射ビームを反射及びパターニングして、パターン付与されたビームＢ_ａ’を形成する。照明システムＩＬは、ファセット視野ミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１に加えて又は代えて、他のミラー又はデバイスを含んでいてもよい。照明システムＩＬは、例えば、独立して移動可能なミラーのアレイを含んでいてもよい。独立して移動可能なミラーは、例えば幅１ｍｍ未満の寸法をとり得る。独立して移動可能なミラーは、例えばＭＥＭＳデバイスであってもよい。

[0027] パターニングデバイスＭＡからの反射に続き、パターン付与された放射ビームＢ_ａ’は投影システムＰＳに入る。投影システムＰＳは、基板テーブルＷＴによって保持される基板Ｗに放射ビームＢ_ａ’を投影するように構成された複数のミラー１３，１４を備える。投影システムＰＳはある縮小率を放射ビームに適用してもよく、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャよりも小さなフィーチャを有する画像を形成する。例えば、４という縮小率が適用されてもよい。図２の投影システムＰＳは２つのミラーを有しているが、投影システムは任意の数のミラー（例えば６つのミラー）を含んでいてもよい。

[0028] 放射源ＳＯは本発明の一実施形態による自由電子レーザＦＥＬを備えており、これはＥＵＶ放射のビームを生成するように動作可能である。任意選択的には、放射源ＳＯは、本発明の一実施形態による自由電子レーザＦＥＬを１つよりも多く備えていてもよい。

[0029] 放射源ＳＯは、自由電子レーザから受光した放射ビームの横断面の寸法及び／又は形状を変更するように配置された光学部品をさらに備えていてもよい。

[0030] 光学部品は、その自由電子レーザによって出力された放射ビームの横断面積を増大するように配置されたビーム拡張光学部品を備えていてもよい。有利なことには、これは、ビーム拡張光学部品の下流のミラーにかかる熱負荷を低減する。これにより、ビーム拡張光学部品の下流のミラーは、低スペックで、より少ない冷却で、したがってより安価となることができる。追加的又は代替的には、下流のミラーは法線入射に近付けることができる。ビーム分割装置２０は、主ビームＢ_ＦＥＬからの放射を複数の分岐放射ビームＢ_ａ〜Ｂ_ｈに沿って誘導する、ビームＢ_ＦＥＬのパス内に配置された複数の静的抽出ミラーを備えていてもよい。主ビームＢ_ＦＥＬの寸法を増大させると、ビームＢ_ＦＥＬのパス内にミラーが配置されなければならない精度が緩和される。したがって、これにより、分割装置２０による出力ビームＢ_ＦＥＬのより精確な分割が可能となる。

[0031] 放射源ＳＯは、自由電子レーザから受光した放射ビームの横断面の形状を変更するように配置された形状変更光学部品をさらに備えていてもよい。形状変更光学部品は、１つ以上の非点収差又は非球面光学素子を備えていてもよい。形状変更光学部品及びビーム拡張光学部品は、共通の光学素子を共有してもよい。

[0032] 自由電子レーザは電子源を備えており、この電子源はバンチ化された相対論的電子ビームと、相対論的電子のバンチを方向づける周期磁場とを生成するように動作可能である。周期磁場はアンジュレータによって生成され、電子に中心軸周りの揺動パス（oscillating path）を辿らせる。磁場によって引き起こされた加速の結果、電子は、概ね中心軸の方向で、電磁放射を自発的に放射する。相対論的電子はアンジュレータ内で放射と相互作用する。ある条件の下では、この相互作用は電子をバンチ化してマイクロバンチにさせ、アンジュレータ内の放射の波長で変調させて、中心軸に沿った放射のコヒーレントな放出が誘発される。

[0033] 図３を参照すると、自由電子レーザ（ＦＥＬ）の主な構成要素は、インジェクタ２１ａ，２１ｂ、第１及び第２の線形アクセラレータ２２ａ，２２ｂ、アンジュレータ２４、及びビームダンプ１００である。インジェクタ２１ａ，２１ｂ及び線形アクセラレータ２２ａ，２２ｂは、相対論的電子を生成するように併せて動作可能である。

[0034] インジェクタ２１ａ，２１ｂ（インジェクタサブシステムとも称され得る）は、第１のエネルギＥ_１を持った電子のバンチを有する初期電子ビームＥＢ_１を生成するように配置されている。冗長性のために２つのインジェクタが提供されているので、一方の使用時に他方が保守点検でき、そのため所望であれば片方を省略することが可能である。インジェクタ２１ａ，２１ｂは、例えば熱カソード又はフォトカソードのような電子源と、加速電場とを備える。好適には、初期電子ビームＥＢ_１は、例えば１ｍｍ×ｍＲａｄを下回る、又は０．５ｍｍ×ｍＲａｄを下回る、比較的低い正規化エミッタンスを有する。第１のエネルギＥ_１は、例えば約５〜２０ＭｅＶであってもよい。第１のエネルギＥ_１は、約１０〜１５ＭｅＶであってもよく、これは、初期電子ビームＥＢ_１のエミッタンスが１ｍｍ×ｍＲａｄを下回ったままであることを可能にし得るので、好適であろう。電子ビームカプラ２５、例えば双極磁石システムは、初期電子ビームＥＢ_１を第１の線形アクセラレータ２２ａ内に結合する。

[0035] 初期電子ビームＥＢ_１は、加速電子ビームＥＢ_２を形成するべく、第１の線形アクセラレータ２２ａによって加速される。一例においては、第１の線形アクセラレータ２２ａは、共通の軸に沿って軸方向に離間した複数の共振空洞と、１つ以上の無線周波数電源であってその間を電子のバンチが通過する際に各電子バンチを加速するように共通の軸に沿って電磁場を制御するように動作可能な無線周波数電源とを備えていてもよい。共振空洞は、超伝導無線周波数空洞であってもよい。有利なことには、これによって、比較的大きな電磁場を高デューティサイクルで印加すること、ビーム開口をより大きくしてウェイク場による損失をより少なくすること、及び、無線周波数エネルギのうち（空洞壁を通じて放散されるのではなく）ビームに伝達される部分を増加させることが可能になる。代替的には、共振空洞は、従来の電導（すなわち超電導ではない）無線周波数空洞であってもよく、例えば銅から形成されていてもよい。他の種類の線形アクセラレータもまた用いられ得る。

[0036] 加速電子ビームＥＢ_２はその後、機能を後述するビーム誘導デバイス２６と、ビーム誘導デバイス２６の影響を補償する第１のシケイン２７ａとを通過する。次いで、加速電子ビームＥＢ_２は、ビーム方向を約１８０度変化させて加速電子ビームＥＢ_２を第２の線形アクセラレータ２２ｂに届ける第１のアーク２８ａを通過する。第２の線形アクセラレータ２２ｂは第１の線形アクセラレータ２２ａと同様の構造を有していてもよく、加速電子ビームＥＢ_２を第２のより高いエネルギＥ_２までさらに加速する。自由電子レーザは、その全体的なレイアウトをより小型にするために、２つの線形アクセラレータを備えている。所望の場合には、第１及び第２の線形アクセラレータ２２ａ，２２ｂに代えて、単一のより長い線形アクセラレータが用いられてもよい。

[0037] 加速電子ビームＥＢ_２はその後、この加速電子ビームをアンジュレータ２４に届ける第２のアーク２８ｂを通過する。アンジュレータ２４は複数の磁石を備えており、これらの磁石は、周期磁場を生成するように動作可能であるとともに、インジェクタ２１及び線形アクセラレータ２２によって生成される相対論的電子を周期パスに沿ってガイドするように配置されている。その結果、電子は、概ねアンジュレータ２４の中心軸の方向で、電磁放射を放射する。電子が辿るパスは、電子が中心軸を周期的に横断する正弦曲線状で且つ平らなものであってもよいし、あるいは、電子が中心軸周りを回転する螺旋状のものであってもよい。揺動パスの種類は、自由電子レーザによって放出される放射の偏光に影響を及ぼし得る。例えば、電子を螺旋状のパスに沿って伝搬させる自由電子レーザは楕円形に偏光した放射を生成し得る。これは、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８による基板Ｗの露光に好適であろう。

[0038] アンジュレータ２４は複数の部分を備えており、各部分は周期的な磁石構造を備える。アンジュレータ２４はさらに、１対以上の隣接する部分の間に、例えば四極磁石など、加速電子ビームＥＢ_２を再合焦させるための機構を備えていてもよい。加速電子ビームＥＢ_２を再合焦させるための機構は、電子バンチの寸法を縮小してもよく、これは、アンジュレータ２４内での電子と放射との結合を向上させて、放射の放出の誘発を高め得る。

[0039] 電子は、アンジュレータ２４を通って移動するにつれ、放射の電場と相互作用し、放射とエネルギを交換する。概して、電子と放射との間で交換されるエネルギの量は、条件が共振条件に近くなければ、急速に増減する（oscillate）であろう。これは次の方程式によって求められる。

ただし、λ_ｅｍは放射の波長、λ_ｕはアンジュレータ周期、γは電子のローレンツ因子、Ｋはアンジュレータパラメータである。Ａはアンジュレータ２４のジオメトリに依存する。螺旋状のアンジュレータであればＡ＝１だが、平らなアンジュレータであればＡ＝２である。実用では、各電子バンチはエネルギの広がりを有するであろうが、この広がりは（エミッタンスの低い加速電子ビームＥＢ_２を生成することによって）可能な限り最小化され得る。アンジュレータパラメータＫは、典型的にはおよそ１であり、次の方程式によって求められる。

ただし、ｑ及びｍはそれぞれ電荷及び電子の質量であり、Ｂ_０は周期磁場の振幅であり、ｃは光の速度である。

[0040] 共振波長λ_ｅｍは、アンジュレータ２４を通って移動する電子によって自発的に放射された第１の調和波長に等しい。自由電子レーザＦＥＬは自己増幅誘導放出（SASE:self-amplified stimulated emission）モードで動作し得る。ＳＡＳＥモードでの動作は、アンジュレータ２４に進入する前の加速電子ビームＥＢ_２において低エネルギ拡散の電子バンチを必要とし得る。代替的には、自由電子レーザＦＥＬは、アンジュレータ２４内で誘導放出によって増幅され得るシード放射源を備えていてもよい。

[0041] アンジュレータ２４を通って移動する電子は放射の振幅を増大させ得る。すなわち、自由電子レーザＦＥＬは非ゼロ利得を有していてもよい。方程式（１）の共振条件が満足されると、自由電子レーザＦＥＬの利得はゼロになり得る。
最大利得は、条件が共振に近いがわずかに外れているときに実現され得る。

[0042] アンジュレータ２４内での電子と放射との間の相互作用は、加速電子ビームＥＢ_２における電子バンチ内でのエネルギの拡散を生み出す。アンジュレータ２４を出ていく電子ビームＥＢ_３は、エネルギの拡散を有する異なる電子ビームであるものと考えられてもよく、使用済み電子ビームと称され得る。使用済み電子ビームＥＢ_３におけるエネルギ拡散は、アンジュレータ２４の変換効率に依存する。量的には、使用済み電子ビームＥＢ_３におけるエネルギ拡散の幅は、アンジュレータ２４の変換効率と第２のエネルギＥ_２との積によって求められ得る。

[0043] アンジュレータ２４に進入する際に共振条件を満たす電子は、放射を放出（又は吸収）するにつれてエネルギを失う（又は得る）ので、共振条件はもはや満足されなくなる。よって、いくつかの実施形態においては、アンジュレータ２４はテーパ状になっていてもよい。すなわち、周期磁場及び／又はアンジュレータ周期λ_ｕは、電子のバンチがアンジュレータ２４を通って導かれる際に共振又はその付近に維持されるように、アンジュレータの長さに沿って変化してもよい。なお、アンジュレータ２４内での電子と放射との間の相互作用は、電子バンチ内でのエネルギの拡散を生み出す。アンジュレータ２４のテーパリングは、共振又はその付近での電子の数を最大化するように構成されていてもよい。例えば、電子バンチはピークエネルギでピークに達するエネルギ分布を有していてもよく、テーパリングは、このピークエネルギを有する電子がアンジュレータ２４を通って誘導される際に共振又はその付近で維持されるように構成され得る。有利なことには、アンジュレータのテーパリングは、変換効率を有意に高める能力を有する。テーパ状のアンジュレータの使用は、変換効率（すなわち、加速電子ビームＥＢ_２のエネルギのうち放射ビームＢ_ＦＥＬの放射に変換される部分）を２倍よりも多く増加させ得る。アンジュレータのテーパリングは、アンジュレータパラメータＫをその長さに沿って減少させることによって実現され得る。これは、アンジュレータ周期λ_ｕ及び／又はアンジュレータの軸に沿った磁場強度を電子バンチエネルギと一致させ、これらが共振条件又はその付近にあることを保証することによって実現され得る。このようにして共振条件を満たすことで、放出される放射の帯域幅が増大する。

[0044] 放射ビームＢ_ＦＥＬはアンジュレータ２４から伝搬する。放射ビームＢ_ＦＥＬはＥＵＶ放射を含む。自由電子レーザＦＥＬによって出力されるＥＵＶ放射のビームＢ_ＦＥＬは、略円形の横断面と、ガウス型強度プロファイルとを有し得る。ＥＵＶ自由電子レーザによって生成された放射ビームは、典型的には比較的小さなエタンデュを有する。特に、自由電子レーザＦＥＬによって生成されたＥＵＶ放射ビームＢ_ＦＥＬは、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）源又は放電生成プラズマ（ＤＰＰ）源（いずれも従来技術において既知のものである）によって生成されるであろうＥＵＶ放射ビームよりも有意に小さいエタンデュを有する。例えば、自由電子レーザＦＥＬによって生成された放射ビームＢ_ＦＥＬは、５００μｒａｄ未満、例えば１００μｒａｄ未満の発散度を有していてもよく、アンジュレータ２４を離れる際には例えば約５０μｍの直径を有し得る。

[0045] ８つのＥＵＶリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８の高いスループットを支援するためには、自由電子レーザＦＥＬの出力電力は、数十キロワット程度であり得る。こうした電力では、自由電子レーザＦＥＬによって生成された放射ビームＢ_ＦＥＬの初期直径が非常に小さいので、放射ビームＢ_ａ〜ｈの電力密度が重要になるであろう。

[0046] 自由電子レーザＦＥＬの出力電力が複数のＥＵＶリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８の高いスループットを支援するのに十分になるように、自由電子レーザＦＥＬはある特性を有し得る。例えば、第２の線形アクセラレータ２２ｂから出力される加速電子ビームＥＢ_２の第２のエネルギＥ_２は、約５００から１０００ＭｅＶであり得る。加速電子ビームＥＢ_２の電力は１から１００ＭＷ程度であり得る。加速電子ビームＥＢ_２の電力は、ＥＵＶ放射の出力ビームＢ_ＦＥＬの所望の電力とアンジュレータ２４の変換効率とによって規定されてもよい。自由電子レーザＦＥＬの所与の出力電力については、アンジュレータ２４の変換効率が高いほど、インジェクタ２１の電流は低くなるであろう。より高いアンジュレータの変換効率及びより低いインジェクタの電流が非常に望ましいであろう。

[0047] アンジュレータ２４を離れる使用済み電子ビームＥＢ_３は、ダンプ１００によって吸収されなければならない。ダンプ１００は、使用済み電子ビームＥＢ_３を吸収するのに十分な量の材料を備え得る。この材料は、放射能の誘導の閾値エネルギを有し得る。この閾値エネルギを下回るエネルギをもってダンプ１００に進入する電子は、ガンマ線シャワーを生じるのみで、有意なレベルの放射能を誘導しない。この材料は、電子衝撃による放射能の誘導に関して高い閾値エネルギを有していてもよい。例えば、ビームダンプはアルミニウム（Ａｌ）を備えていてもよく、これは約１７ＭｅＶの閾値エネルギを有する。ダンプ１００に進入する前に、使用済み電子ビームＥＢ_３の電子のエネルギを低減させるのが望ましい。これにより、ダンプ１００から放射性廃棄物を除去して捨てる必要が無くなるか又は少なくとも低減される。放射性廃棄物の除去には自由電子レーザＦＥＬが周期的にシャットダウンされることが必要であるし、放射性廃棄物の処分は費用が高くつくとともに深刻な環境への影響を有し得るから、これは有利である。

[0048] ダンプ１００に進入する前に、使用済み電子ビームＥＢ_３からはエネルギが抽出される。すなわち、電子は減速される。電子のエネルギは１０ＭｅＶを下回るまで、好適には５ＭｅＶを下回るまで減少され得る。有利なことには、このエネルギを下回る電子は、ビームダンプ１００において有意なレベルの放射能を誘導しない。自由電子レーザＦＥＬの動作時にはガンマ放射が存在するであろうが、電子ビームＥがオフにされると、ビームダンプ１００は安全に取り扱うことができる。

[0049] アンジュレータ２４を離れる電子は、第１及び第２の線形アクセラレータ２２ａ，２２ｂを用いて減速される。すなわち、インジェクタ２１から出力された電子を加速するために用いられる第１及び第２の線形アクセラレータ２２ａ，２２ｂは、減速にも用いられ得る。このような構成は、エネルギ回収型ＬＩＮＡＣ（ＥＲＬ）として知られている。

[0050] アンジュレータ２４を離れる電子バンチは、第２の線形アクセラレータ２２ｂの無線周波数（ＲＦ）場に対して約１８０度の位相差をもって電子バンチを第２の線形アクセラレータ２２ｂにもたらす第３のアーク２８ｃを通過する。コンバイナ２９が使用済み電子ビームＥＢ_３を加速電子ビームＥＢ_２と結合する。使用済み電子ビームＥＢ_３は第２の線形アクセラレータ２２ｂにおいて減速され、減速電子ビームＥＢ_４を形成する。

[0051] 第２の線形アクセラレータ２２ｂの出口では、加速電子ビームＥＢ_２を減速電子ビームＥＢ_４から分離することが必要である。加速電子ビームＥＢ_２と減速電子ビームＥＢ_４とは、同じパスに沿って第２の線形アクセラレータ２２ｂを通って伝搬する。スプレッダ３０が加速電子ビームＥＢ_２と減速電子ビームＥＢ_４とを分離する。加速電子ビームＥＢ_２は第２のアーク２８ｂに進み、その一方で減速電子ビームＥＢ_４は第４のアーク２８ｄを通過してコンバイナ２５（上記で言及した）に至る。コンバイナ２５は減速電子ビームＥＢ_４をバンチ化電子ビームＥＢ_１と結合し、これらを第１の線形アクセラレータ２２ａに進入させる。減速電子ビームＥＢ_４は第１の線形アクセラレータ２２ａの無線周波数（ＲＦ）場に対して約１８０度の位相差を有している。したがって、第１の線形アクセラレータ２２ａは、第２の線形アクセラレータと同じ機構によって、減速電子ビームＥＢ_４をさらに減速する。

[0052] 第１の線形アクセラレータ２２ａの出口で、減速電子ビームＥＢ_４は双極セパレータ２６を用いて加速電子ビームＥＢ_２から分離されるので、減速電子ビームはダンプ１００に送られることが可能であり、加速ビームＥＢ_２は第１のアーク２８ａを介して第２の線形アクセラレータに伝わる。双極セパレータは単純にビームパス全体に均一な磁場を印加して、加速及び減速電子ビームを屈曲させる。双極セパレータ２６によって引き起こされる電子ビームの偏向の度合いは、各ビームにおける電子のエネルギに依存する。したがって、加速電子ビームＥＢ_２は少量だけ偏向されるが、その一方で減速電子ビームはそれよりも大きい角度偏向され、したがって加速電子ビームＥＢ_２からすぐに物理的に分離されるとともに、さらに加速電子ビームＥＢ_２に影響を及ぼすことなくダンプ１００へと導かれ得る。代替的には、色消しビームセパレータ（achromatic beam separator）（エンゲ（Enge）又はプレッツェル磁石（Pretzel magnet）としても知られる）を用いて減速電子ビームＥＢ_４を加速電子ビームＥＢ_２から分離してもよい。

[0053] よって、電子バンチの「生涯」は、次のように要約されるであろう。インジェクタ２１ａ，２１ｂのうち一方において創出される、第１の線形アクセラレータ２２ａによって加速され第２の線形アクセラレータ２２ｂによって再び加速される、アンジュレータ２４において放射を生成する、第２の線形アクセラレータ２２ｂによって減速され、第１の線形アクセラレータ２２ａによって再び減速される、最終的にダンプ１００において吸収される。上記において、ビームパスの部分を接続するために用いられるシケイン及び階段などのアイテムの説明は、簡潔にするために省略されている。ＦＥＬを通って伝搬する電子ビームは、本明細書においては、アンジュレータを含めアンジュレータまでが上流の電子ビーム、及びその後が下流の電子ビームと称される。

[0054] 自由電子レーザは、特にパルスのタイミング、パルスエネルギ及び波長に関する安定性の厳しい要求を満たす放射をリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８に提供するのが非常に望ましい。出力ビームのこれらの特性は自由電子レーザの多くの異なる部分によって影響されるので、所望の仕様を実現するのは困難である。本発明の発明者たちは、出力ビームの中心又は平均波長及び縦方向位相空間（エネルギ拡散）に影響を及ぼす１つの要因は、インジェクタサブシステムのブースタの第１の空洞における電位のバンチの到着のタイミングであることを特定した。従来のインジェクタサブシステム２１が添付の図面の図４に図示されている。

[0055] インジェクタサブシステム２１は、カソード、例えばフォトカソード２０３を取り囲む真空チャンバ２０２を有するカソードモジュール２００を備えている。フォトカソード２０３は、真空チャンバ２０２の絶縁フィードスルー（dielectric feed-through）２０１を通る高圧送出線１０１を介して高圧電源１００に接続されている。真空チャンバ２０２はアノードとしても機能し、接地線１０２を介して高圧電源１００に接続されている。レーザ１１０が、パルスレーザビーム１１１を、真空チャンバ２０２の窓２０４を通してカソード２０３へと向ける。パルスレーザビーム１１１の放射のパルスは、フォトカソード２０３に、光電効果によって電子のバンチを放出させる。フォトカソード２０３の材料及びレーザビーム１１１の波長は、適宜選択される。フォトカソード２０３は、真空チャンバ２０２に対して、負電位、例えば１００から５００ｋＶの範囲内、おそらくは３００ｋＶまで高められるので、レーザビーム１１１のパルスによってフォトカソードから放出された電子のバンチは、フォトカソードから加速されて遠ざかる。

[0056] 電子のバンチは、ビームパイプ２２０，２２０を進み、バンチャ空洞１７１を備えたバンチ圧縮機１７０を通って、ＲＦブースタ１８０に至る。バンチャ空洞１７１には伝送線１２１を介してバンチャＲＦ源１２０が接続されている。バンチャ空洞１７１及びこのバンチャ空洞へのＲＦ供給は、電子のバンチがバンチ圧縮機１７０を通過する際に圧縮されるように構成されている。電子のバンチの後ろの電子のエネルギは、バンチの後ろの電子が追いつくように、バンチの前の電子に対して増大される。ＲＦブースタ１８０は、伝送線１３１，１３２を介してブースタＲＦ源１３０に接続されたブースタ空洞１８１，１８２を備えている。ＲＦブースタ１８０は、電子のバンチを、例えば約１０から１５ＭｅＶの第１のエネルギＥ_１まで加速するように構成されている。ブースタバンチ検出器１６１及び圧縮機バンチ検出器１６２は、それぞれバンチ圧縮機１７０及びＲＦブースタ１８０への入口における電子のバンチの到着時刻を測定する。ブースタバンチ検出器１６１及び圧縮機バンチ検出器１６２は、電極のバンチの電荷の中心のｘｙ位置も測定することができ、容量的に動作してもよい。ブースタバンチ検出器１６１及び圧縮機バンチ検出器１６２はタイミングコントローラ１６０に接続されている。このタイミングコントローラは低レベルＲＦシステム１４１，１４２と協働して、バンチ圧縮機１７０及びＲＦブースタ１８０の空洞の内部の様々なＲＦ場の位相及び振幅を同期及び安定化させるとともに、ＲＦ場をレーザ１１０によって放出されるパルスと同期させる。

[0057] なお、図４では、明瞭性のため、合焦用の電子光学部品など、様々な他の構成要素が省略されている。

[0058] 上述したように、第１の線形アクセラレータ２２ａ及び第２の線形アクセラレータ２２ｂ、ならびにやはり線形アクセラレータの一形態であるＲＦブースタ１８０における電子バンチの均一な加速を実現するには、電子のバンチが加速ＲＦ場との正しい位相関係で到着することが必要である。電極のバンチの到着時刻の変動は、ジッタとも称され得るもので、バンチ内の電子に付与されるエネルギの量に影響を及ぼし、ひいてはＦＥＬによって生成されるＥＵＶ放射の波長に影響を及ぼす。加速ＲＦ場の周波数は非常に高いので、電子のバンチの到着時刻の非常に小さな変動であっても、出力ＥＵＶ放射の波長に許容できない変動を引き起こし得る。

[0059] 本発明の発明者たちは、ＲＦブースタ１８０への入口における電子バンチの到着の時刻の変動の有意な原因は、高圧電源１００によってフォトカソード２０３に印加される電圧の変動であると判断した。フォトカソード２０３とＲＦブースタ１８０への入口との間の距離は、１ｍ程度であり得る。フォトカソード２０３と真空チャンバ２０２との間の電位差は１００から５００ｋＶ程度であり得るため、電子のバンチは相対論的速度まで加速されない。したがって、フォトカソード２０３と真空チャンバ２０２との間の電位差が変動すると、電子バンチの速度の変動と、ひいてはＲＦブースタ１８０への入口における到着の時刻の変動とを引き起こす。

[0060] よって、高圧供給１００がフォトカソード２０３と真空チャンバ２０２との間に高安定の電位差を提供するのが望ましい。しかしながら、技術水準の高圧供給は、１０^−３程度のピークツーピーク変動（すなわち１００ｋＶにつき約１００ボルトの変動）しか実現できない。電圧の変動は、ビームの動作が規則的でない場合には、増加しやすい。したがって、他の理由により必要とされ得るビームの周期的な中断は、ＲＦブースタ１８０における電子バンチの到着の時刻に、フォトカソード２０３と真空チャンバ２０２との間の時間依存的な電位差をもたらすであろう。そのため、本発明の発明者たちは、ＲＦブースタ１８０への入口における電子バンチの到着の時刻の補正が望ましいと判断した。

[0061] 図５は、本発明の一実施形態によるインジェクタサブシステム２１’を図示する。インジェクタサブシステム２１’のうち、図４のインジェクタサブシステム２１’におけるのと同一の部分は同じ符号によって示されており、簡潔のためこれ以上は説明されない。

[0062] インジェクタサブシステム２１’においては、フォトカソード２０３からＲＦブースタ１８０への電子のバンチのパスの周囲に、補正電極３０３が設けられている。補正電極３０３は、電極のバンチのタイミングを補正するタイミング補正器の一例である。補正電極３０３は絶縁フィードスルー３０２を介して補正電圧源３００に接続されており、この絶縁フィードスルーは真空チャンバ２０２から補正電圧源を隔離する。補正電極３０３は、望ましくはビームパスについて軸方向に対称である。補正電圧源３００はコントローラ３０１（例えばフィードバック及び／又はフィードフォワード制御システム）を介して低レベルＲＦ回路１４１に接続されており、この低レベルＲＦ回路は、レーザ１１０とブースタＲＦ源１２０とを同期させるほか、ブースタバンチ検出器１６１及び圧縮機バンチ検出器１６２によって到着時刻を測定するとともに、低レベルＲＦシステム１６０とインターフェイスする。

[0063] 補正電極３０３は、印加される補正電圧に従って、フォトカソード２０３からＲＦブースタ１８０への電極のバンチの移動時間を増加又は減少させる影響を有し得る。例えば、補正電極３０３が相対的に正である場合には、電子は補正電極に向かって加速され、速度を増す。補正電極３０３の内部には電場はないので、電子のバンチは一定の速度で補正電極３０３を通って伝搬する。補正電極３０３が相対的に正である場合には、出口において、電子はその元々の速度に減速されるであろう。逆に、補正電極３０３が相対的に負である場合には、電子は補正電極に接近すると減速され、一定の速度で補正電極を通過し、補正電極を離れると加速される。このように、補正電極３０３の正味の影響は、電子のエネルギ又は速度を変化させず、電子のバンチの移動時間のみを変化させることである。電子のバンチの移動時間に対する影響の大きさは、補正電極３０３に印加される電位差の大きさ及び補正電極の長さに依存する。補正電極３０３が長いほど、電子のバンチは増加又は減少された速度で長い移動時間を費やし、移動時間の変化は大きくなる。一実施形態においては、補正電極３０３は、５０ｍｍから３００ｍｍ、例えば１００ｍｍの長さを有し得る。

[0064] 図５の実施形態においては、補正電極３０３はフォト電極２０３とバンチ圧縮機１７０との間に位置している。したがって、バンチ圧縮機１７０における電子のバンチの到着の時刻を補正することが可能である。その場合、電子のバンチは、正確な時刻でＲＦブースタ１８０へと移動するであろう。

[0065] 図６は、本発明の一実施形態によるインジェクタサブシステム２１’’の代替的な一構成を図示する。ここでは、補正電極３１３がバンチ圧縮機１７０とＲＦブースタ１８０との間に位置している。補正電極３１３は、電極のバンチのタイミングを補正するタイミング補正器の一例である。したがって、補正電極３１３は、ＲＦブースタ１８０への入口における電子のバンチの到着の時刻に直接影響し得る。よって、補正電極３１３はさらに、異なる平均エネルギを有する電子のバンチに作用するバンチ圧縮機１７０によって引き起こされ得るバンチ時刻の変動を補償するために用いられることができる。本発明の一実施形態においては、圧縮機１７０の前に１つ、バンチ圧縮機１７０の後且つブースタの前に１つという、２つの補正電極が設けられる。インジェクタサブシステムの他の構成においては、１つ以上の補正電極は、どこでも適当な箇所に位置していてよい。

[0066] 図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の一実施形態の機能を説明するのに役立つものである。図７Ａは、電子バンチの電子の平均エネルギＵ対フォトカソード２０３からの距離ｚを示すグラフである。符号Ａ１はフォトカソードの出力の位置を示し、Ａ２は補正電極２１０の入口を示し、Ａ３は補正電極２１０の出口を示し、Ａ４はバンチ圧縮機１７０への入口を示し、Ａ５はバンチ圧縮機１７０の出力を示し、Ａ６はＲＦブースタ１８０への入力を示す。

[0067] 図７Ｂは、名目到着時刻ｔに対して、バンチャにおけるバンチのエネルギ利得Ｖ_ＲＦを示す。エネルギ利得Ｖ_ＲＦは到着の時刻に正弦的に関係しているので、正しい位相で到着する電子のバンチはエネルギを得ない。早く到着する電子のバンチがエネルギを失う一方で、遅く到着する電子のバンチはエネルギを得る。Ｂ_ｎは名目上の到着時刻で到着するバンチを表し、これはエネルギを得ない。Ｂ_ｌは、遅く到着しエネルギΔＥ_ｌを得るバンチを表す。Ｂ_ｌ＋ｃは、低い初期エネルギを有するが補正電極の影響によって正しいタイミングでバンチャに到着するバンチを表す。バンチＢ_ｌ＋ｃのエネルギ利得ΔＥ_ｌ＋ｃはゼロである。

[0068] 図７Ａにおいて、実線は、フォトカソード電位によって引き起こされた初期加速の後、一定のエネルギでバンチ圧縮機１７０及びＲＦブースタ１８０を通って進む名目バンチを示す。破線は、フォトカソードにおける電圧によって低い初期加速を与えられるバンチを示し、補正されることなく遅れてバンチャに到着する。したがって、バンチャはこのバンチのエネルギを増大させ、より高エネルギをもって且つ正しくないタイミングでブースタに到着させる。バンチャにおけるエネルギ利得は、初期に発生する遅延を埋め合わせない。バンチは、正しくないタイミングでブースタに到着するので、場の位相に応じ、多すぎるか又は少なすぎるエネルギを得て、エラーをもたらすであろう。このエラーは線形アクセラレータを通じて持続し、その結果、誤った波長のＥＵＶ放射が生成される。

[0069] 図７Ａの一点鎖線は、フォトカソード電位の変動により低エネルギを有するバンチを示すが、補正電極を介して補正が適用されている。見てわかるように、補正電極はその入口で電子のバンチを加速するので、電子はより高速で補正電極を通って移動し、初期の低いフォトカソード電位による時間の遅延を埋め合わせる。電子は補正電極の出口で減速され、正しいタイミングでバンチャに到着する。したがって、補正された電子のバンチは、バンチャにおいてはエネルギを得ない。バンチャからブースタへの移動時間の遅延が望ましくないほど大きい（すなわち、電子のバンチが、バンチャへの到着タイミングが正しいにもかかわらず、バンチャの後で名目より低いエネルギで移動する）場合には、第２の電極が設けられてもよい。この段階では、補正された電子のバンチは、名目よりも低いエネルギを有するかもしれないが、ブースタによって適用される加速は、入力側ではバンチのエネルギに弱くしか依存しないので、初期エネルギの誤差は、ブースタにおけるバンチの加速後には、無視できる程度である。

[0070] 図８は、本発明の別の一実施形態によるインジェクタサブシステム２１’’’を図示する。

[0071] 図８の実施形態においては、タイミング補正器が、非接地変圧器４０１と補正電圧源４００とを備えている。補正電圧源４００は、レーザ１１０とＲＦ供給１２０とを同期させる低レベルＲＦシステム１４１に接続されており、ブースタバンチ検出器１６１及び圧縮機バンチ検出器１６２からの信号を提供される。これらの入力に基づいたフィードフォワード及び／又はフィードバック制御構成が、非接地変圧器４０１を介して高圧供給線１０１に印加されるべき補正電圧を決定する。このようにすれば、フォトカソードの電位が補正され得るので、電子のバンチ５０１が正しいエネルギをもって放出される。バンチ圧縮機１７０に到着するバンチ５０２は、ＲＦブースタ１８０に到着するバンチ５０３と同様に、正しいタイミングを有する。

[0072] 説明したリソグラフィシステムＬＳの実施形態は８つのリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８を備えているが、本発明の一実施形態によるリソグラフィシステムは任意の数のリソグラフィ装置を備え得る。

[0073] 本発明の一実施形態によるリソグラフィシステムはさらに、１つ以上のマスク検査装置を備えていてもよい。ビーム分割装置２０は、主放射ビームＢ_ＦＥＬの一部をマスク検査装置に向けてもよい。マスク検査装置は、この放射を用いてマスクを照明してもよく、撮像センサを用いてマスクＭＡから反射された放射を監視する。マスク検査装置は、ビーム分割装置２０から分岐放射ビームを受けてその放射ビームをマスクに向けるように構成された光学部品（例えばミラー）を含んでいてもよい。マスク検査装置はさらに、マスクから反射された放射を収集して撮像センサにおいてマスクの画像を形成するように構成された光学部品（例えばミラー）を含んでいてもよい。マスク検査装置は、図２に示されるリソグラフィ装置ＬＡ１に類似のものであってもよく、基板テーブルＷＴが撮像センサに置換されている。いくつかの実施形態においては、リソグラフィシステムはいくらかの冗長性を見込んで、２つのマスク検査装置を備えていてもよい。これにより、一方のマスク検査装置が修理中又は保守作業中のときには、他方のマスク検査装置が用いられることが可能になり得る。よって、片方のマスク検査装置が常に使えるようになっている。マスク検査装置は、リソグラフィ装置よりも低電力の放射ビームを使用し得る。

[0074] 「ＥＵＶ放射」という用語は、５乃至２０ｎｍの範囲内、例えば１３乃至１４ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射を包含するものと考えられてもよい。ＥＵＶ放射は、１０ｎｍ未満、例えば、６．７ｎｍ又は６．８ｎｍなど、５〜１０ｎｍの範囲内の波長を有していてもよい。本発明は、ＥＵＶ波長範囲外の放射を生成するために用いられる自由電子レーザにも適用可能である。

[0075] リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８は、ＩＣの製造において用いられてもよい。代替的には、本明細書に記載のリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８には、他の用途があってもよい。考えられる他の用途は、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンス及び検出パターン、フラットパネル表示器、液晶表示器（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造を含む。

[0076] 上記では本発明の具体的な実施形態を記載したが、本発明は記載されたものとは異なって実施され得ることが察知されるであろう。上記の説明は例示的なものであり、限定するものではない。したがって、当業者には、記載された本発明の変更が、下記の特許請求の範囲を逸脱することなく行われ得ることがわかるであろう。

Claims (19)

1. 負電位に接続されるように構成されたカソードと、
   前記カソードに電子のバンチを放出させるために放射のパルスを前記カソードに向けるように構成されたレーザと、
   ＲＦ源に接続され、前記電子のバンチを加速するように構成されたＲＦブースタと、
   前記ＲＦ源によって提供されるＲＦ電圧に対して、前記ＲＦブースタにおける前記電子のバンチの到着の時刻を補正するように構成されたタイミング補正器と、
   を備える電子源。
2. 前記ＲＦブースタにおける前記電極のバンチの到着を検出するブースタバンチ検出器をさらに備え、前記タイミング補正器は前記ブースタバンチ検出器に応答する、請求項１の電子源。
3. 前記カソードと前記ＲＦブースタとの間で前記電子のバンチを縦方向で圧縮するバンチ圧縮機と、前記バンチ圧縮機における前記電極のバンチの到着を検出する圧縮機バンチ検出器とをさらに備え、前記タイミング補正器は前記圧縮機バンチ検出器に応答する、請求項１又は２の電子源。
4. 前記タイミング補正器は、前記カソードから前記ＲＦブースタへの前記電子のバンチのパスを包囲する補正電極と、前記補正電極に補正電圧を印加するように構成された補正電圧源とを備える、請求項１，２又は３の電子源。
5. 前記補正電極は前記カソードと前記バンチ圧縮機との間にある、請求項３に従属するときの請求項４の電子源。
6. 前記補正電極は前記バンチ圧縮機と前記ＲＦブースタとの間にある、請求項３に従属するときの請求項４の電子源。
7. ２つの補正電極があり、１つは前記カソードと前記バンチ圧縮機との間、１つは前記バンチ圧縮機と前記ＲＦブースタとの間にある、請求項３に従属するときの請求項４の電子源。
8. 前記又は各補正電極は前記パスについて回転対称である、請求項４から７のいずれか一項の電子源。
9. 前記又は各補正電極は円筒形である、請求項８の電子源。
10. 前記又は各電極の長さは、前記カソードと前記ＲＦブースタとの間の距離の５から２０パーセントの範囲内である、請求項８又は９の電子源。
11. 前記ブースタバンチ検出器及び／又は前記圧縮機バンチ検出器と前記補正電極の至近端との間の距離が前記補正電極の直径の２倍よりも大きい、請求項２又は３に従属するときの請求項８，９又は１０の電子源。
12. 前記タイミング補正器はさらに、前記ＲＦ電圧の位相と前記放射のパルスのタイミングとに基づいて前記バンチ圧縮機における前記電子のバンチの到着の時刻を補正するように構成されたコントローラを備える、請求項９の電子源。
13. 前記タイミング補正器は非接地変圧器を介して前記カソードに接続された補正電圧源を備える、請求項１から１２のいずれか一項の電子源。
14. 前記タイミング補正器はさらに、前記ＲＦ電圧の位相と前記放射のパルスのタイミングとに基づいて前記ＲＦブースタにおける前記電子のバンチの到着の時刻を補正するように構成されたコントローラを備える、請求項１から１３のいずれか一項の電子源。
15. 前記コントローラはフィードバック制御システムである、請求項１１の電子源。
16. 前記コントローラはフィードフォワード制御システムである、請求項１１又は１２の電子源。
17. 請求項１から１６のいずれか一項の電子源を備える自由電子レーザ。
18. 請求項１７の自由電子レーザと、
    １つ以上のリソグラフィ装置と、
    を備えるリソグラフィシステム。
19. 放射ビームの生成方法であって、
    カソードに電子のバンチを放出させるために放射のパルスを前記カソードに向けることと、
    ＲＦ源に接続されたＲＦブースタを用いて前記電子のバンチを加速することと、
    ＲＦ電圧の位相に対して、前記ＲＦブースタにおける前記電子のバンチの到着の時刻を補正することと、
    を備える方法。