TW201636684A - 輻射光束擴展器 - Google Patents

Abstract

一種輻射光束擴展器包含一發散光學件及一會聚光學件。該發散光學件包含用於接收一輻射光束及增加該輻射光束之一發散度之一或多個鏡。該會聚光學件包含一或多個鏡，該一或多個鏡經配置以接收該輻射光束且減小該輻射光束之該發散度。該發散光學件及/或該會聚光學件之該一或多個鏡中的至少一者具備一致動器，該致動器經配置以控制該鏡之一曲率。此配置允許該發散光學件及/或該會聚光學件之光功率獨立於輻射光束入射於該發散光學件或該會聚光學件之該等鏡上所成之角而受控制。此情形允許該輻射光束擴展器獨立於該發散光學件及該會聚光學件之該等鏡之定向及相對位置而控制該發散光學件及該會聚光學件之後的該輻射光束之發散度。

Description

輻射光束擴展器

本發明係關於用於接收輸入輻射光束、使輻射光束之截面積增加及輸出該輻射光束作為輸出輻射光束的輻射光束擴展器。輻射光束擴展器可(例如)形成微影系統之部分。

微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)製造中。微影裝置可(例如)將圖案自圖案化器件(例如，光罩)投影至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。

由微影裝置使用以將圖案投影至基板上之輻射之波長判定可形成於彼基板上之特徵的最小大小。相比於習知微影裝置(其可例如使用具有193nm波長之電磁輻射)，使用為具有4nm至20nm範圍內之波長之電磁輻射的EUV輻射之微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。

微影系統可包含一或多個輻射源、一光束遞送系統及一或多個微影裝置。一或多個輻射源可包含一自由電子雷射。可能需要擴展輻射光束之截面積，(例如)以便減小微影系統內之一或多個光學元件之熱負荷。

本發明之一目標為預防或減輕先前技術之技術的至少一個問題。

根據本發明之第一態樣，提供一種輻射光束擴展器，其包含：一發散光學件，其用於接收一輻射光束及增加該輻射光束之一發散度，該發散光學件包含一或多個鏡；及一會聚光學件，其經配置以接收該輻射光束且減小該輻射光束之該發散度，該會聚光學件包含一或多個鏡；其中該發散光學件及/或該會聚光學件之該一或多個鏡中之至少一者具備一致動器，該致動器經配置以控制該鏡之一曲率。

本發明之第一態樣允許該發散光學件及/或該會聚光學件之光功率獨立於一輻射光束入射於該發散光學件或該會聚光學件之該等鏡上所用之角而受控制。此情形允許該輻射光束擴展器獨立於該發散光學件及該會聚光學件之該等鏡之定向及相對位置而控制該發散光學件及該會聚光學件之後的該輻射光束(其可被稱作輸出輻射光束)之發散度。

該輻射光束擴展器可進一步包含：一感測器裝置，其可操作以判定該發散光學件及該會聚光學件之後的該輻射光束之該發散度；及一控制器，其可操作以回應於由該感測器裝置判定之該發散度而控制該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的曲率。

藉由此配置，感測器裝置、控制器及發散光學件及/或會聚光學件之鏡中之一或多者之每一者的致動器形成回饋迴路，該回饋迴路可自動地控制輸出輻射光束之發散度。

該控制器可經配置以控制該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該曲率，使得在該發散光學件及該會聚光學件之後，該輻射光束經準直。

該發散光學件及該會聚光學件中之每一者之該一或多個鏡中的一或多者可具備一致動器，該致動器可操作以使該鏡圍繞一或多個旋轉軸線旋轉以便控制該鏡之定向。

此配置允許該等鏡之該等定向受控制，此情形可用以校正輸入 輻射光束之位置誤差及/或指向誤差。輸入輻射光束之位置誤差可定義為輻射光束之位置與沿著輻射光束之光學路徑之給定點處之標稱位置的偏離。輸入輻射光束之指向誤差可定義為輻射光束之方向與沿著輻射光束之光學路徑之給定點處之標稱方向的偏離。發散光學件及會聚光學件之個別鏡之定向及曲率可獨立地受控制之此配置為特別有利的，如現在所描述。

包含具有固定曲率之鏡之簡單光束擴展器可用以產生具有增加之截面的經準直輻射光束。然而，由於掠入射鏡之光功率取決於鏡之曲率及入射輻射光束之掠入射角兩者，因此發散光學件及會聚光學件之鏡的旋轉將在離開光束擴展器之光束中引入非所要的發散度或會聚度。因此，包含具有固定曲率之鏡的簡單光束擴展器不可用以校正輻射光束之指向誤差及/或位置誤差。根據本發明之實施例之輻射光束擴展器允許對發散光學件及會聚光學件之鏡之定向及曲率的同時且獨立之控制。此情形允許輻射光束擴展器之發散度、位置及方向由使用相對較少數目個鏡之輻射光束擴展器而控制。此情形減小輻射光束擴展器之成本及吸收損失。

感測器裝置可能可操作以判定輻射光束在其離開會聚光學件之後的位置及/或方向。控制器可能可操作以回應於由感測器裝置判定之位置及/或方向而控制發散光學件及會聚光學件之鏡中之一或多者的定向，以便控制輻射光束在其離開會聚光學件之後的位置及/或方向。

藉由此配置，感測器裝置、控制器及發散光學件及/或會聚光學件之鏡中一或多者中之每一者的致動器形成回饋迴路，該回饋迴路可自動地控制輸出輻射光束之位置及方向。

回應於由該感測器裝置判定之該發散度、位置及/或方向，該控制器可經配置以同時控制：(i)該發散光學件及/或該會聚光學件之該 等鏡中之一或多者的該定向；及(ii)該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該曲率。

此情形提供對輻射光束在其離開會聚光學件之後的發散度、位置及/或方向之同時控制。

發散光學件之一或多個鏡之一個以上曲率可為可控制的，使得發散光學件可操作以獨立地控制輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中之第一方向及第二方向上的發散度。

類似地，會聚光學件之一或多個鏡之一個以上曲率可為可控制的，使得會聚光學件可操作以獨立地控制輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中之第一方向及第二方向上的發散度。

發散光學件及會聚光學件之鏡之一個以上曲率的獨立調整允許該等光學件之焦距在第一方向及第二方向中之每一者上獨立地變化。此情形提供對輸出輻射光束之發散度的控制而不必更改發散光學件及會聚光學件之鏡之定向及/或相對位置。發散光學件及會聚光學件中至少一者之光功率的此調整相較於發散光學件及會聚光學件之相對移動提供對輸出輻射光束之發散度的更準確控制。第一方向可大體上垂直於第二方向。

發散光學件增加輻射光束在第一方向及第二方向兩者上之發散度。投影於由輻射光束之傳播路徑及第一方向界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第一虛擬源。投影於由輻射光束之傳播路徑及第二方向界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第二虛擬源。輸出輻射光束在第一(第二)方向上之發散度可取決於第一(第二)虛擬源之相對位置及會聚光學件在第一(第二)方向上之焦點。

發散光學件可包含：第一鏡，其用於接收輻射光束及增加輻射光束在第一方向上之發散度；及第二鏡，其經配置以接收來自第一鏡 之輻射光束且增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中之第二方向上之發散度，其中第一鏡及第二鏡中每一者之曲率係可獨立調整的。

第一鏡可具有凸起之類柱面反射表面，該反射表面在第一主方向上具有第一曲率且在第二主方向上具有零曲率。

第二鏡可具有凸起之類柱面反射表面，該反射表面在第一主方向上具有第二曲率且在第二主方向上具有零曲率。

會聚光學件可包含凹入之類環面鏡，該凹入之類環面鏡在第一方向上具有第三曲率且在第二方向上具有第四曲率。

會聚光學件可包含：第一凹入之類柱面鏡，其在第一方向上具有第三曲率；及第二凹入之類柱面鏡，其在第二方向上具有第四曲率。

根據本發明之第二態樣，提供一種用於一微影系統之輻射系統，該輻射系統包含：一輻射源，其可操作以產生一輻射光束；及根據本發明之第一態樣的光束擴展器，其經配置以自輻射源接收輻射光束且使輻射光束之截面積增加以便提供輸出光束。

輻射源可能可操作以產生散光輻射光束，該散光輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的兩個相互垂直方向中之每一者上具有不同發散度。

輻射光束之截面可為橢圓形，輻射光束之截面具有長軸及短軸。

輻射光束在長軸之方向上可具有第一發散度，且在短軸之方向上具有第二發散度。

輻射源及輻射光束擴展器可經配置，使得輻射光束之長軸與第一方向及第二方向中之一方向對準，且輻射光束之長軸與第一方向及第二方向中之另一方向對準。

根據本發明之第三態樣，提供一種微影系統，其包含：根據本發明之第二態樣之輻射系統；一或多個微影工具；及光束遞送系統，其經配置以將經擴展輻射光束之至少一部分遞送至一或多個微影工具中之至少一者。

根據本發明之第四態樣，提供一種輻射光束擴展器，其包含：發散光學件，其用於接收輻射光束及增加輻射光束之發散度，該發散光學件為散光的，使得該發散光學件使輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中之第一方向及第二方向上的發散度增加不同量；會聚光學件，其經配置以接收輻射光束且減小輻射光束之發散度，該會聚光學件為散光的，使得該會聚光學件使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度減小不同量；感測器裝置，其可操作以判定發散光學件及會聚光學件之後的輻射光束之發散度；及控制器；其中發散光學件及會聚光學件中之至少一者係可調整的，使得該至少一者在第一方向及第二方向中之每一者上之光功率係可獨立調整的，且其中控制器可操作以回應於由感測器裝置判定之發散度而控制彼光學件在第一方向及/或第二方向上之光功率。

藉由回應於由感測器裝置判定之發散度而控制發散光學件及/或會聚光學件在第一方向及/或第二方向上之光功率，控制器能夠控制輻射光束在其離開會聚光學件之後的發散度。

發散光學件及會聚光學件之後的輻射光束可由輻射光束擴展器輸出，且可被稱作輸出輻射光束。發散光學件及會聚光學件中之至少一者在第一方向及第二方向中之每一者上之光功率的獨立調整允許彼光學件之焦距在彼等方向上獨立地變化。此情形提供對輸出輻射光束之發散度之控制而不必相對於會聚光學件移動發散光學件。發散光學件及會聚光學件中至少一者之光功率的調整相較於發散光學件及會聚光學件之相對移動提供對輸出輻射光束之發散度的更準確控制。

發散光學件增加輻射光束在第一方向及第二方向兩者上之發散度。投影於由輻射光束之傳播路徑及第一方向界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第一虛擬源。投影於由輻射光束之傳播路徑及第二方向界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第二虛擬源。輸出輻射光束在第一(第二)方向上之發散度可取決於第一(第二)虛擬源之相對位置及會聚光學件在第一(第二)方向上之焦點。

第一方向可大體上垂直於第二方向。

控制器可經配置以控制發散光學件及會聚光學件中之至少一者在該第一方向及/或第二方向上之光功率，使得在發散光學件及會聚光學件之後，輻射光束經準直。

應瞭解，輻射光束經準直意謂輻射光束之發散度大約為零。此情形可藉由如下處理來達成：控制發散光學件及/或會聚光學件之光功率，使得：第一虛擬源與會聚光學件之焦點在第一方向上重合；且第二虛擬源與會聚光學件之焦點在第二方向上重合。為了使第一(第二)虛擬源被視為與會聚光學件之焦點在第一(第二)方向上重合，輸出輻射光束在第一(第二)方向上之發散度應足夠小，使得輸出輻射光束可被視為在彼方向上經準直。

發散光學件及會聚光學件中之每一者可為可旋轉的。

應瞭解，發散光學件或會聚光學件可包含複數個光學元件。說此光學件(包含複數個光學元件)可旋轉可意謂複數個光學元件中之一或多者係可旋轉的。複數個光學元件中之每一者可為可獨立旋轉的，以便使輻射光束在光學元件上之入射角變化。

感測器裝置可能可操作以判定輻射光束在其離開會聚光學件之後的位置及/或方向。控制器可能可操作以回應於由感測器裝置判定之位置及/或方向而控制發散光學件及會聚光學件中之一或多者的定 向，以便控制輻射光束在其離開會聚光學件之後的位置及/或方向。

此情形允許輻射光束之指向誤差及位置誤差的校正。舉例而言，發散光學件相對於會聚光學件之定向的變化允許輻射光束在其離開會聚光學件之後的方向受控制。另外，發散光學件及會聚光學件之定向之變化一起允許輻射光束在其離開第三光學元件之後的位置受控制。

請注意，發散光學件及/或會聚光學件之定向之變化將更改輻射光束在發散光學件及/或會聚光學件(或其包含之光學元件中之每一者)上之入射角。又，此情形可使發散光學件及/或會聚光學件之焦距變化。因此，只要發散光學件及/或會聚光學件之定向被更改，控制器便可能可操作以獨立地更改發散光學件及/或會聚光學件中之至少一者之光功率，(例如)以便確保輻射光束在其離開會聚光學件之後的發散度保持不改變。

控制器可經配置以同時控制：發散光學件及/或會聚光學件之定向；及發散光學件及/或會聚光學件中之至少一者在第一方向及/或第二方向上之光功率；回應於由感測器裝置判定之發散度、位置及/或方向以控制輻射光束在其離開會聚光學件之後的發散度、位置及/或方向。

發散光學件可包含：第一光學元件，其用於接收輻射光束及增加輻射光束在第一方向上之發散度；及第二光學元件，其經配置以接收來自第一光學元件之輻射光束且增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的第二方向上之發散度，其中第一光學元件及第二光學元件中之每一者之光功率係可獨立調整的。

使用兩個不同光學元件(第一光學元件及第二光學元件)來增加光束在兩個不同方向(第一方向及第二方向)上之發散度的益處為，其提供對由輻射光束擴展器輸出之輻射光束在兩個不同方向上之發散度的 獨立控制。

第一光學元件可包含在第一方向上具有第一曲率之第一凸面鏡。

第二光學元件可包含在第二方向上具有第二曲率之第二凸面鏡。

會聚光學件可包含一或多個凹面鏡。

舉例而言，會聚光學件可包含散光鏡，該散光鏡在第一方向上具有第三曲率且在第二方向上具有第四曲率。此配置為有利的，此係由於單一鏡形成會聚鏡，而輻射光束擴展器提供對輻射光束之發散度的控制。

替代地，會聚光學件可包含：在第一方向上具有第三曲率之第一凹面鏡；及在第二方向上具有第四曲率之第二凹面鏡。有利地，此配置提供輻射光束擴展器，其允許對輻射光束之發散度及直徑的控制。

根據本發明之第五態樣，提供一種用於一微影系統之輻射系統，該輻射系統包含：一輻射源，其可操作以產生一輻射光束；及根據本發明之第四態樣的光束擴展器，其經配置以自輻射源接收輻射光束且使輻射光束之截面積增加以便提供輸出光束。

輻射源可能可操作以產生散光輻射光束，該散光輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的兩個相互垂直方向中之每一者上具有不同發散度。

輻射光束之截面可為橢圓形，輻射光束之截面具有長軸及短軸。

輻射光束在長軸之方向上可具有第一發散度，且在短軸之方向上具有第二發散度。

輻射源及輻射光束擴展器可經配置，使得輻射光束之長軸與第 一方向及第二方向中之一方向對準，且輻射光束之長軸與第一方向及第二方向中之另一方向對準。

輻射源可包含自由電子雷射。

根據本發明之第六態樣，提供一種微影系統，其包含：本發明之第五態樣之輻射系統；一或多個微影工具；及光束遞送系統，其經配置以將經擴展輻射光束之至少一部分遞送至一或多個微影工具中之至少一者。

如熟習此項技術者將易於顯而易見的，上文或下文所闡明之本發明之各種態樣及特徵可與本發明之各種其他態樣及特徵組合。

8‧‧‧開口

10‧‧‧琢面化場鏡器件

11‧‧‧琢面化光瞳鏡器件

13‧‧‧鏡

14‧‧‧鏡

21‧‧‧注入器

22‧‧‧線性加速器

23‧‧‧聚束壓縮器

24‧‧‧波盪器

26‧‧‧電子減速器

27‧‧‧光束截止器

100‧‧‧輻射光束擴展器

102‧‧‧傳播路徑

104‧‧‧信號

200‧‧‧輻射光束擴展器

212‧‧‧橢圓

214‧‧‧橢圓

216‧‧‧橢圓

218‧‧‧圓

250‧‧‧輻射光束擴展器

262‧‧‧橢圓

264‧‧‧橢圓

266‧‧‧橢圓

268‧‧‧橢圓

270‧‧‧圓

300‧‧‧類柱面鏡

302‧‧‧反射表面

304‧‧‧後表面

306‧‧‧虛擬線源

350‧‧‧凹入之類環面鏡

352‧‧‧反射表面

400‧‧‧鏡

402‧‧‧反射表面

404‧‧‧後表面

406‧‧‧對置側

408‧‧‧對置側

412‧‧‧致動器

414‧‧‧致動器

420‧‧‧箭頭

500‧‧‧鏡

502‧‧‧樞軸

504‧‧‧線性致動器

506‧‧‧點

A‧‧‧點

A1‧‧‧致動器

A2‧‧‧致動器

A3‧‧‧致動器

A4‧‧‧致動器

AB‧‧‧線/標稱輸入路徑

B‧‧‧點

B₁‧‧‧輻射光束

B_a‧‧‧分支輻射光束

B_a'‧‧‧經圖案化輻射光束

B_b‧‧‧分支輻射光束

BC‧‧‧線/距離

BDS‧‧‧光束遞送系統

B_FEL‧‧‧輻射光束

B_in‧‧‧輸入輻射光束

B_n‧‧‧分支輻射光束

B_out‧‧‧輸出輻射光束

C‧‧‧點

CD‧‧‧距離

CN‧‧‧控制器

D‧‧‧點

DE‧‧‧線

E‧‧‧聚束式電子射束/點

F‧‧‧點

FEL‧‧‧自由電子雷射

FG‧‧‧線/標稱輸入路徑

G‧‧‧點

GH‧‧‧線/標稱輸入路徑/距離

H‧‧‧點

I‧‧‧點

IJ‧‧‧線/距離

IL‧‧‧照明系統

J‧‧‧點

JK‧‧‧線

K‧‧‧點

K₂‧‧‧恆定曲率

LA_a‧‧‧微影裝置

LA_b‧‧‧微影裝置

LA_n‧‧‧微影裝置

LS‧‧‧微影系統

M1‧‧‧鏡

M2‧‧‧鏡

M3‧‧‧鏡

M4‧‧‧鏡

M5‧‧‧彎曲鏡/第一鏡

M6‧‧‧彎曲鏡/第二鏡

M7‧‧‧彎曲鏡/第三鏡

M8‧‧‧彎曲鏡/第四鏡

MA‧‧‧圖案化器件

MT‧‧‧支撐結構

P1‧‧‧平面

P2‧‧‧平面

P3‧‧‧平面

P4‧‧‧平面K₁恆定曲率

PS‧‧‧投影系統

R1‧‧‧第一軸線

R2‧‧‧第二軸線

R3‧‧‧第三軸線

R4‧‧‧第四軸線

R5‧‧‧第一軸線

R6‧‧‧第二軸線

R7‧‧‧第三軸線

R8‧‧‧第四軸線

RB‧‧‧極紫外線(EUV)輻射光束

RB'‧‧‧輸出輻射光束

S‧‧‧感測器裝置

s₁‧‧‧控制信號

s₂‧‧‧控制信號

s₃‧‧‧控制信號

s₄‧‧‧控制信號

SO‧‧‧輻射源

W‧‧‧基板

WT‧‧‧基板台

β‧‧‧掠入射角

現將參看隨附示意性圖式僅借助於實例來描述本發明之實施例，其中：- 圖1為包含根據本發明之一實施例的輻射光束擴展器之微影系統的示意性說明；- 圖2為可形成圖1之微影系統之部分的微影裝置之示意性說明；- 圖3為可形成圖1之微影系統之部分的自由電子雷射之示意性說明；- 圖4為形成圖1之微影系統之部分的輻射光束擴展器之示意性說明；- 圖5為圖4之輻射光束擴展器之第一實施例；- 圖6a為可形成圖5之輻射光束擴展器之部分的凸起之類柱面鏡在第一平面中的截面圖；- 圖6b為可形成圖5之輻射光束擴展器之部分的凸起之類柱面鏡在第二平面中的截面圖；- 圖7為可形成圖5之輻射光束擴展器之部分的凹入之類環面鏡的透視圖； - 圖8說明當輻射光束沿著標稱路徑傳播通過圖5之輻射光束擴展器時的輻射光束之形狀；- 包含圖9a及圖9b之圖9為用於旋轉鏡之機構的示意性說明；- 圖10為用於更改鏡之曲率之機構的示意性說明；- 圖11為圖4之輻射光束擴展器之第二實施例；且- 圖12說明當輻射光束沿著標稱路徑傳播通過圖11之輻射光束擴展器時的輻射光束之形狀。

圖1展示根據本發明之一項實施例的微影系統LS。微影系統LS包含輻射源SO、輻射光束擴展器100、光束遞送系統BDS及複數個微影裝置LA_a至LA_n(例如，八個微影裝置)。輻射源SO經組態以產生極紫外線(EUV)輻射光束RB。

輻射光束擴展器100經配置以自輻射源接收輻射光束RB從而使其截面積增加，且輸出所接收輻射光束作為輸出輻射光束RB'(其可被稱作主光束)。

有利地，此情形減小輻射光束擴展器100下游之鏡上的熱負荷，該等鏡包括光束遞送系統BDS及微影裝置L_Aa至L_An內之鏡。此情形可允許輻射光束擴展器100下游之鏡具有較低規格、需較少冷卻且因此較不昂貴。另外或替代地，其可允許下游鏡較接近正入射。舉例而言，輻射光束擴展器100可能可操作以將輻射光束RB自約1mm之直徑擴展至具有大於1cm之直徑的輻射光束RB'。

視情況，輻射光束擴展器100可能可操作以補償由輻射源SO輸出之輻射光束RB之位置及方向上的變化。即，輻射光束擴展器100可能可操作以輸出具有大體上恆定之位置及方向的主光束RB'，與由輻射源SO輸出之輻射光束RB之位置及方向上的變化無關。雖然輻射光束擴展器100可能不能完全消除主光束RB'之位置及方向上的變化，但該 輻射光束擴展器可能可操作以至少減小由於由輻射源SO輸出之輻射光束RB之位置及方向上的變化而引起之此等變化。

視情況，輻射光束擴展器100可能可操作以補償由輻射源SO輸出之輻射光束RB之形狀的變化。即，輻射光束擴展器100可能可操作以輸出具有大體上恆定之形狀的主光束RB'，與由輻射源SO輸出之輻射光束RB之形狀的變化無關。雖然輻射光束擴展器100可能不能完全消除主光束RB'之形狀的變化，但該輻射光束擴展器可能可操作以至少減小由於由輻射源SO輸出之輻射光束RB之形狀的變化而引起之此等變化。

光束遞送系統BDS包含光束分裂光學件，且視情況亦可包含額外光束擴展光學件及/或光束成形光學件。主輻射光束RB'分裂成複數個輻射光束B_a至B_n(該複數個輻射光束可被稱作分支光束)，該複數個輻射光束B_a至B_n中之每一者係藉由光束遞送系統BDS引導至微影裝置LA_a至LA_n中之不同微影裝置。

在一實施例中，分支輻射光束B_a至B_n各自被引導穿過各別衰減器(未圖示)。每一衰減器可經配置以在分支輻射光束B_a至B_n傳遞至其對應的微影裝置LA_a至LA_n前調整各別分支輻射光束B_a至B_n之強度。

輻射源SO、輻射光束擴展器100、光束遞送系統BDS及微影裝置LA_a至LA_n可全部經建構且經配置，使得前述各者可與外部環境隔離。真空可提供於輻射源SO、光束遞送系統BDS及微影裝置LA_a至LA_n之至少部分中，以便使EUV輻射之吸收最小化。微影系統LS之不同部件可具備處於不同壓力之真空(亦即，保持處於低於大氣壓力之不同壓力下)。

參看圖2，微影裝置LA_a包含照明系統IL、經組態以支撐圖案化器件MA(例如，光罩)之支撐結構MT、投影系統PS及經組態以支撐基板W之基板台WT。照明系統IL經組態以在由微影裝置LA_a接收之分支 輻射光束B_a入射於圖案化器件MA上之前調節該分支輻射光束B_a。投影系統PS經組態以將輻射光束B_a'(現由圖案化器件MA圖案化)投影至基板W上。基板W可包括先前形成之圖案。在此種狀況下，微影裝置將經圖案化輻射光束B_a'與先前形成於基板W上之圖案對準。

由微影裝置LA_a接收之分支輻射光束B_a穿過照明系統IL之圍封結構中之開口8自光束遞送系統BDS而進入照明系統IL中。視情況，分支輻射光束B_a可經聚焦以在開口8處或附近形成中間焦點。

照明系統IL可包括琢面化場鏡器件10及琢面化光瞳鏡器件11。琢面化場鏡器件10及琢面化光瞳鏡器件11一起向輻射光束B_a提供所要截面形狀及所要角分佈。輻射光束B_a自照明系統IL傳遞且入射於由支撐結構MT固持之圖案化器件MA上。圖案化器件MA反射且圖案化輻射光束以形成經圖案化光束B_a'。除琢面化場鏡器件10及琢面化光瞳鏡器件11以外或代替琢面化場鏡器件10及琢面化光瞳鏡器件11，照明系統IL亦可包括其他鏡或器件。舉例而言，照明系統IL可包括可獨立移動之鏡的陣列。可獨立移動之鏡可(例如)量測為橫向小於1mm。可獨立移動之鏡可(例如)為微機電系統(MEMS)器件。

在自圖案化器件MA之重導向(例如，反射)之後，經圖案化輻射光束B_a'進入投影系統PS。投影系統PS包含複數個鏡13、14，該複數個鏡經組態以將輻射光束B_a'投影至由基板台WT固持之基板W上。投影系統PS可將縮減因數應用於輻射光束，從而形成特徵小於圖案化器件MA上之對應特徵之影像。舉例而言，可應用縮減因數4。儘管投影系統PS在圖2中具有兩個鏡，但投影系統可包括任何數目個鏡(例如，六個鏡)。

微影裝置LAa可操作以賦予輻射光束B_a之截面一圖案，且將經圖案化輻射光束投影至基板之目標部分上，藉此將基板之目標部分曝露於經圖案化輻射。微影裝置LA_a可(例如)以掃描模式使用，其中在將 賦予至輻射光束B_a'之圖案投影至基板W上時，同步地掃描支撐結構MT及基板台WT(亦即，動態曝光)。可藉由投影系統PS之縮小率及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構MT之速度及方向。入射於基板W上之經圖案化輻射光束B_a'可包含輻射帶。輻射帶可被稱作曝光隙縫。在掃描曝光期間，基板台WT及支撐結構MT之移動使得曝光隙縫在掃描方向上在基板W的目標部分上方行進，藉此使基板W之目標部分曝露於經圖案化輻射。應瞭解，基板W之目標部分內的給定位置經受曝光的輻射之劑量取決於輻射光束B_a'之功率及當在該位置上方掃描曝光隙縫時彼位置曝露於輻射的時間量(在此情況下忽略圖案之影響)。術語「目標位置」可用以表示基板上曝露於輻射的位置(且可針對該位置計算所接收之輻射之劑量)。

再次參看圖1，輻射源SO經組態以產生具有足夠供應微影裝置LA_a至LA_n中之每一者之功率之EUV輻射光束RB。如上文所指出，輻射源SO可包含自由電子雷射。

圖3為自由電子雷射FEL之示意性描述，自由電子雷射包含一注入器21、一線性加速器22、一聚束壓縮器23、一波盪器24、一電子減速器26及一光束截止器27。

注入器21經配置以產生聚束式電子射束E且包含電子源(例如，熱電子陰極或光電陰極)及加速電場。電子束E中之電子藉由線性加速器22進一步加速。在一實例中，線性加速器22可包含沿著一共同軸線軸向間隔之複數個射頻空腔，及一或多個射頻電源，該一或多個射頻電源可操作以在成聚束之電子在其間傳遞時控制沿著共同軸線之電磁場以便對每一聚束之電子加速。空腔可為超導射頻空腔。有利的是，此情形允許：以高工作循環施加相對大的電磁場；較大光束孔徑，從而引起由尾流場(wakefield)引起之較少損耗；且透射至光束(相對於通過空腔壁而耗散)之射頻能量之分率增加。替代地，空腔習知地可導電 (亦即，不超導)，且可由(例如)銅形成。可使用其他類型之線性加速器，諸如，雷射尾流場加速器或反自由電子雷射加速器。

視情況，電子射束E傳遞通過安置於線性加速器22與波盪器24之間的聚束壓縮器23。聚束壓縮器23經組態以在空間上壓縮電子射束E中之現有電子聚束。一個類型之聚束壓縮器23包含橫向於電子射束E定向之輻射場。電子射束E中之電子與輻射相互作用且與附近之其他電子聚束。另一類型之聚束壓縮器23包含磁性軌道彎道，其中在電子傳遞通過軌道彎道時電子所遵循之路徑之長度取決於電子之能量。此類型之聚束壓縮器可用以壓縮已在線性加速器22中藉由複數個諧振空腔加速之電子聚束。

電子射束E接著傳遞通過波盪器24。一般而言，波盪器24包含複數個模組。每一模組包含一週期性磁體結構，該週期性磁體結構可操作以產生週期性磁場且經配置以便沿著彼模組內之週期性路徑來導引由注入器21及線性加速器22產生的相對論性電子射束E。由每一波盪器模組產生之週期性磁場使電子遵循圍繞中心軸線之振盪路徑。因此，在每一波盪器模組內，電子通常在彼波盪器模組之中心軸線的方向上輻射電磁輻射。

電子所遵循之路徑可為正弦的且平面的，且電子週期性地橫穿中心軸線。替代地，路徑可為螺旋的，且電子圍繞中心軸線旋轉。振盪路徑之類型可影響由自由電子雷射發射之輻射之偏振。舉例而言，使電子沿著螺旋路徑傳播之自由電子雷射可發射橢圓偏振輻射，橢圓偏振輻射對於由一些微影裝置進行的基板W之曝光而言可合乎需要。

在電子移動通過每一波盪器模組時，該等電子與輻射之電場相互作用，從而與輻射交換能量。一般而言，除非條件接近於諧振條件，否則在電子與輻射之間交換的能量之量將快速振盪。在諧振條件下，電子與輻射之間的相互相用使電子一起聚束成以波盪器內之輻射 之波長調變的微聚束，且刺激沿著中心軸線之輻射的相干發射。諧振條件可由以下公式給定：

其中λ _em 為輻射之波長，λ _u 為電子傳播通過之波盪器模組之波盪器週期，γ為電子之勞倫茲因數，且K為波盪器參數。A取決於波盪器24之幾何形狀：對於產生圓形偏振之輻射的螺旋波盪器，A=1；對於平面型波盪器，A=2；且對於產生橢圓偏振之輻射(亦即，既非圓形偏振，亦非線性偏振)之螺旋波盪器，1<A<2。實務上，每一電子聚束將具有能量展佈，但可儘可能地最小化此展佈(藉由產生具有低發射率之電子射束E)。波盪器參數K通常為大約1且由以下等式給定：

其中q及m分別為電荷及電子質量，B ₀ 為週期性磁場之振幅，且c為光速。

諧振波長λ _em 等於由移動通過每一波盪器模組之電子自發地輻射之第一諧波波長。自由電子雷射FEL可以自放大自發發射(self-amplified spontaneous emission；SASE)模式操作。SASE模式中之操作在電子束E進入每一波盪器模組之前可需要該電子束E中之電子聚束之低能量展佈。替代地，自由電子雷射FEL可包含可由波盪器24內之經刺激發射放大之種子輻射源(seed radiation source)。自由電子雷射FEL可作為再循環放大器自由電子雷射(RAFEL)而操作，其中由自由電子雷射FEL產生的輻射之一部分用以接種輻射之進一步產生。

移動通過波盪器24之電子可造成輻射之振幅增加，亦即，自由電子雷射FEL可具有非零增益。可最大增益可在滿足諧振條件時或在條件接近諧振但稍微偏離諧振時達成。

在進入波盪器24時滿足諧振條件之電子將在其發射(或吸收)輻射 時損耗(或取得)能量，使得諧振條件不再得以滿足。因此，在一些實施例中，波盪器24可為楔形。即，週期性磁場之振幅及/或波盪器週期λ _u 可沿著波盪器24之長度變化，以便在電子聚束經導引通過波盪器24時將該等電子聚束保持處於或接近於諧振。可藉由在每一波盪器模組內及/或在不同模組之間使週期性磁場之振幅及/或波盪器週期λ _u 變化來達成漸狹。另外或替代地，可藉由在每一波盪器模組內及/或在不同模組之間使波盪器24之螺旋性變化(藉此使參數A變化)來達成漸狹。

可將圍繞每一波盪器模組之中心軸線之區視為「良好場區」。良好場區可為圍繞中心軸線之體積，其中對於沿著波盪器模組之中心軸線之給定位置，該體積內之磁場之量值及方向大體上恆定。在良好場區內傳播之電子聚束可滿足方程式(1)之諧振條件且因此將放大輻射。另外，在良好場區內傳播之電子束E應不經歷由未經補償磁場引起之顯著非預期破壞。即，傳播通過良好場區之電子應保持在良好場區內。

每一波盪器模組可具有一系列可接受之初始軌跡。以在此系列可接受初始軌跡內之初始軌跡進入波盪器模組之電子可滿足方程式(1)之諧振條件，且與彼波盪器模組中之輻射相互作用以刺激相干輻射之發射。相比而言，以其他軌跡進入波盪器模組之電子可能不刺激相干輻射之顯著發射。

舉例而言，通常，對於螺旋狀波盪器模組，電子射束E應與波盪器模組之中心軸線大體上對準。電子射束E與波盪器模組之中心軸線之間的傾斜或角(以弧度為單位)通常應不超過ρ/10，其中ρ為FEL皮爾斯參數(Pierce parameter)。否則，波盪器模組之轉換效率(亦即，電子射束E之能量之轉換成彼模組中之輻射的部分)可下降至所要量以下(或可幾乎下降至零)。在一實施例中，EUV螺旋狀波盪器模組之FEL 皮爾斯參數可為約0.001，從而指示電子射束E相對於波盪器模組之中心軸線之傾斜應小於100微弧度。

對於平面型波盪器模組，較大範圍之初始軌跡可為可接受的。倘若電子束E保持大體上垂直於平面型波盪器模組之磁場且保持於該平面型波盪器模組之良好場區內，則可刺激輻射之相干發射。

在電子束E之電子移動通過每一波盪器模組之間的漂移空間時，該等電子並不遵循週期性路徑。因此，在此漂移空間中，儘管電子與輻射在空間上重疊，但該等電子不與輻射交換任何顯著能量且因此有效地自輻射解耦。聚束式電子射束E具有有限發射率，且因此直徑將增加，除非重新聚焦。因此，波盪器24可進一步包含用於在一或多對鄰近波盪器模組之間重新聚焦電子射束E之機構。舉例而言，可在每一對鄰近模組之間提供四極磁體。四極磁體減小電子聚束之大小。此情形改良電子與下一波盪器模組內之輻射之間的耦合，從而增大輻射之發射之刺激。

波盪器24可進一步包含每一鄰近對之波盪器模組之間的電子光束操縱單元，其經配置以在電子光束E傳遞通過波盪器24時提供對該電子光束E之精細調整。舉例而言，每一光束操縱單元可經配置以確保電子光束保持於良好場區內，且以來自對於下一波盪器模組可接受之該系列初始軌跡的軌跡進入彼波盪器模組。

波盪器24內產生之輻射經輸出作為輻射光束B_FEL(其可例如對應於圖1之輻射光束RB)。

在離開波盪器24之後，電子射束E由截止器27吸收。截止器27可包含足夠量的用以吸收電子光束E之材料。該材料可具有用於誘發放射性之臨限能量。進入截止器27的具有低於臨限能量之能量的電子可僅產生伽瑪射線射叢，但將不誘發任何顯著位準之放射性。該材料可具有高臨限能量以用於藉由電子衝擊來誘發放射性。舉例而言，光束 截止器可包含鋁(Al)，其具有大約17MeV之臨限能量。可能需要在電子光束E中之電子進入截止器27之前減小該等電子之能量。此情形移除或至少減小自截止器27移除及處置放射性廢料之需要。此情形為有利的，此係由於放射性廢料之移除需要週期性地關閉自由電子雷射FEL，且放射性廢料之處置可為昂貴的且可具有嚴重環境影響。

可藉由引導電子光束E通過安置於波盪器24與光束截止器27之間的減速器26而在電子光束E中之電子進入截止器27之前減小電子光束E中之電子的能量。

在一實施例中，可藉由使電子向後傳遞通過線性加速器22而使離開波盪器24之電子光束E減速，該電子光束E相對於由注入器21產生之電子光束具有180度之相位差。因此，線性加速器中之RF場用以使自波盪器24輸出之電子減速且使自注入器21輸出之電子加速。當電子在線性加速器22中減速時，電子之能量中之一些轉移至線性加速器22中之RF場。來自減速電子之能量因此由線性加速器22恢復且可用以使自注入器21輸出之電子束E加速。此配置被稱為能量恢復線性加速器(ERL)。

由自由電子雷射產生之輻射光束通常具有相對小光展量。詳言之，由自由電子雷射FEL產生之EUV輻射光束B_FEL具有顯著小於將由雷射產生電漿(LPP)源或放電產生電漿(DPP)源(其兩者在先前技術中為吾人所知)產生的EUV輻射光束之光展量的光展量。舉例而言，由自由電子雷射FEL產生之輻射光束B_FEL可具有小於500微弧度(例如，小於100微弧度)之發散度，且可(例如)具有大約100μm之直徑。

自由電子雷射FEL之輸出功率可為大約數十千瓦特，以便支援用於一或多個EUV微影裝置之高產出率。在此等功率下，由於由自由電子雷射FEL產生之輻射光束RB'之初始直徑很小，因此功率密度將相當大。因此，輻射光束擴展器100可距波盪器24足夠距離地定位以允 許光束擴展至具有更易接受之功率密度的大小。由於由自由電子雷射FEL產生之輻射光束B_FEL之發散度很小，因此波盪器24與輻射光束擴展器100之間的距離可為約數十或甚至數百公尺。在此距離之後，輻射光束B_FEL可具有約1mm之直徑。

圖4為根據本發明之一實施例之輻射光束擴展器100的示意性說明，該輻射光束擴展器形成圖1之微影系統之部分。輻射光束擴展器100適用於接收輸入輻射光束B_in，從而使其截面積增加且輸出該輻射光束作為輸出輻射光束B_out。輻射光束擴展器100包含複數個鏡M1、M2、M3、M4，該複數個鏡形成通過輻射光束擴展器100之光學路徑之部分。儘管四個鏡展示於圖4中，但輻射光束擴展器100之一些實施例可包含少於四個之鏡，且輻射光束擴展器100之一些實施例可包含多於四個之鏡。可形成圖1及圖4之輻射光束擴展器100的輻射光束擴展器200、250之兩個特定實施例將在下文中分別參看圖5及圖10來進一步描述。

複數個鏡M1、M2、M3、M4中之一或多者形成發散光學件，且複數個鏡M1、M2、M3、M4中之一或多者形成會聚光學件，如下文將進一步描述。發散光學件經配置以增加輸入輻射光束B_in之發散度。發散光學件為散光的，使得發散光學件使輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑102之平面中的第一方向及第二方向上之發散度增加不同量。會聚光學件經配置以使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度減小。會聚光學件為散光的，使得會聚光學件使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度減小不同量。除非另外陳述，否則應瞭解，如本文中所使用，輻射光束在給定方向上之發散度指輻射光束在含有給定方向及輻射光束之傳播方向的平面中之全張角。

輻射光束擴展器100包含感測器裝置S。感測器裝置S可操作以判定輸出輻射光束B_out(亦即，發散光學件及會聚光學件之後的輻射光 束)之發散度。感測器裝置S可能可操作以判定輸出輻射光束B_out之位置及/或方向。感測器裝置S可包含複數個輻射感測器。感測裝置S可包含用於判定輸出輻射光束B_out之發散度、位置及方向中之每一者的獨立感測器。

為了判定輸出輻射光束_Bout之發散度，感測器裝置可包含兩個感測器，每一感測器可操作以判定輸出輻射光束B_out於沿著其傳播路徑之不同點處的直徑。輸出輻射光束_Bout之發散度可自由兩個感測器判定之直徑的差及兩個感測器之間的距離來判定。兩個感測器中之每一者可為包含腔室之類型的氣體監視偵測器，該腔室含有氣體且(脈衝式)輻射光束傳播通過該腔室。隨著輻射光束之脈衝通過腔室，輻射光束使得腔室內之氣體將發射次級輻射(經由螢光)。因此，藉由偵測由氣體發射之次級輻射之分佈(例如，使用攝影機)，可判定輻射光束在腔室處之位置及/或直徑。

為了判定輸出輻射光束B_out之位置，感測器裝置可包含一或多個感測器，每一感測器可操作以判定輸出輻射光束B_out在沿著其傳播路徑之大體上相同之點處的位置。為了判定輸出輻射光束B_out之方向(亦被稱作指向)，感測器裝置可包含兩個感測器，每一感測器可操作以判定輸出輻射光束B_out在沿著其傳播路徑之不同點處的位置。輸出輻射光束B_out之方向可自由兩個感測器判定之位置來判定。用於判定位置及/或方向之感測器中之每一者可為包含腔室之類型的氣體監視偵測器，該腔室含有氣體且(脈衝式)輻射光束傳播通過該腔室。隨著輻射光束之每一脈衝通過腔室，輻射光束引起氣體之電離，從而導致帶正電離子及自由電子的產生。因此，藉由偵測電子由電離引起之分佈(例如，使用一或多個電極)，可判定輻射光束在腔室內之位置。在DE10244303中描述此氣體監視偵測器之實例。

感測器裝置S可操作以輸出指示輸出輻射光束B_out之發散度、位 置及方向中之一或多者的信號104。

另外或替代地，輻射光束擴展器100可包含感測器裝置(未圖示)，其可操作以判定輸入輻射光束B_in之發散度、位置及方向。

複數個鏡M1、M2、M3、M4中之每一者具備對應致動器A1、A2、A3、A4。致動器A1、A2、A3、A4中之每一者可操作以同時地控制其對應鏡M1、M2、M3、M4之複數個自由度。舉例而言，每一致動器A1、A2、A3、A4可能可操作以同時地控制其對應鏡M1、M2、M3、M4之曲率及定向。形成發散光學件及/或會聚光學件之鏡M1、M2、M3、M4中的一或多者可調整，使得發散光學件及/或會聚光學件在第一方向及第二方向中之每一者上之光功率為獨立可調整的。因此，致動器A1、A2、A3、A4中之一或多者可能可操作以使其對應鏡M1、M2、M3、M4變形以便控制其光功率。每一致動器A1、A2、A3、A4可能可操作以使其對應鏡M1、M2、M3、M4圍繞一或多個旋轉軸線旋轉。此旋轉可用以校正所謂之位置誤差及指向誤差。

輻射光束擴展器100包含控制器CN。控制器CN經配置以接收由感測器裝置S輸出之信號104。控制器CN進一步可操作以將控制信號s₁、s₂、s₃、s₄發送至與每一鏡M1、M2、M3、M4相關聯之致動器A1、A2、A3、A4。回應於由感測器裝置S判定之發散度，控制器CN可操作以控制鏡M1、M2、M3、M4中之一或多者的光功率，以便控制發散光學件及/或會聚光學件在第一方向及/或第二方向上之光功率。

控制器可能可操作以回應於由感測器裝置S判定之位置及/或方向而控制鏡M1、M2、M3、M4中之一或多者的定向。此情形可允許感測器裝置S及控制器CN形成回饋系統，該回饋系統提供對輸出輻射光束B_out之位置及/或方向的控制。此情形允許輸入輻射光束B_in之指向誤差及位置誤差的校正。

應瞭解，圖4為輻射光束擴展器100之示意性表示，且為清楚起見，已線性地表示輻射光束遵循的光學路徑102。然而，應瞭解，沿著光學路徑102之輻射方向將在每一鏡M1、M2、M3、M4處改變，且一般而言將包含三維路徑。圖4可被視為輻射光束擴展器100在遵循輻射光束之座標系統中的示意性表示。

本發明之實施例係關於包含複數個彎曲鏡之輻射光束擴展器。

一般而言，二維表面(例如，彎曲鏡之表面)可在不同方向上不同地彎曲。在下文中，應瞭解，「表面在該表面上之給定點處在給定方向上之曲率」意謂藉由該表面與含有彼點處之表面之垂直向量及該給定方向上之向量之平面的相交而形成的曲線之曲率。曲線之曲率係由彼曲線之曲率半徑的倒數給出。

在彎曲表面上之給定點處，曲率之主方向及主曲率分別由形狀運算子在彼點處之特徵向量及特徵值給出。對於一些二維表面，曲率之主方向在表面上方可為恆定的。

在第一主方向上具有非零曲率、在第二主方向上具有零曲率之二維表面可被稱作類柱面表面。類柱面表面之曲率在第一主方向上可為恆定的，且表面可為柱面的。替代地，類柱面表面之曲率在第一主方向上可變化，且類柱面表面可為擠出拋物線、擠出雙曲線或擠出橢圓。應瞭解，擠出曲線(其中曲線可例如為拋物線、雙曲線或橢圓之一部分)為藉由在垂直於曲線位於之平面的方向上平移曲線描繪出的表面。

在第一主方向及第二主方向上具有非零曲率之二維表面可被稱作類環面表面。類環面表面之曲率在第一主方向及第二主方向上可為恆定的，且表面可為環面。替代地，類環面表面之曲率可在第一主方向上變化，且類環面表面可為抛物面、雙曲面或橢圓形表面。

在以下描述中，除非另外陳述，否則對表面之曲率的任何參考 應被理解為彼表面在表面與標稱輻射光束路徑之主光線相交之點處的曲率。

形成根據本發明之實施例之輻射光束擴展器之部分的彎曲鏡可(例如)具有具藉由抛物面、雙曲面或橢球之一部分描述之形狀的反射表面。另外或替代地，彎曲鏡可具有具藉由擠出拋物線、擠出雙曲線或擠出橢圓描述之形狀的反射表面。此等抛物面、雙曲面、橢球、擠出拋物線、擠出雙曲線或擠出橢圓彎曲鏡可適合於聚焦具有高斯強度分佈的輻射光束。局部地，抛物面、雙曲面或橢球表面可由環面表面(亦即，環面之表面)來近似。類似地，局部地，擠出拋物線、擠出雙曲線或擠出橢圓之表面可由圓柱表面近似。因此，本發明之一些實施例係關於包含環面鏡及/或柱面鏡之輻射光束擴展器。

若鏡之主曲率不恆定，則入射於彼鏡上之輻射光束自標稱路徑之偏離可引起光學像差。在一些實施例中，彎曲鏡可各自具有反射表面，該反射表面為類柱面的且其具有由擠出曲線描述之形狀，該擠出曲線之形狀不同於拋物線、雙曲線或橢圓之形狀，使得由輻射光束自標稱路徑之偏離引起的光學像差被減小。

抛物面、雙曲面或橢球表面作為環面表面之近似及擠出拋物線、雙曲線及橢圓表面作為圓柱表面之近似僅在入射於彼等表面上之輻射光束之直徑逼近零的限值下有效。然而，本發明之實施例仍可使用具有可接受之低位準像差的環面鏡及柱面鏡，其限制條件為入射輻射光束之參數不自鏡經設計針對之一組標稱值偏離過多。對於較大輻射光束直徑，本發明之實施例可使用具有類柱面及類環面塑形之表面的鏡，該等表面諸如擠出拋物線(僅在一個方向上有曲率)或雙曲線(在兩個方向上有曲率)之表面。

環面鏡在其兩個相互垂直之主方向中之每一者上具有恆定曲率半徑。請注意，柱面鏡可被視為環面鏡之特殊情況，柱面鏡沿著其主 方向中之一者具有零曲率。在兩個相互垂直之方向上具有恆定曲率半徑之彎曲鏡可被視為具有環形幾何形狀，且包括柱面鏡、球面鏡及環面鏡。彎曲鏡為掠入射鏡。輻射光束以掠入射角β入射於彎曲鏡中之每一者上。典型掠入射角β為大約17毫弧度至70毫弧度(等效於1°至4°)。

當輻射光束以掠入射角β入射於鏡上時，接著一般而言，輻射光束將照射鏡之反射表面上的狹長光束點區，該狹長光束點區在一個方向(其可界定光束點區之長軸)上相較於另一垂直方向(其可界定光束點區之短軸)上較大。光束點區之長軸可位於入射平面中，且光束點區之短軸可垂直於入射平面。若輻射光束之截面為環形(或橢圓形)且鏡為平坦的，則光束點區之形狀將為橢圓形。若輻射光束之截面為環形且鏡為彎曲的(例如，柱面或環面)，則鏡之曲率將導致光束點區之橢圓形狀的某變形。

輸入輻射光束B_in可具有約5mm之直徑。彎曲鏡可具有短尺寸及長尺寸。在使用中，短尺寸可大體上與光束點區之短軸對準且可比入射於光束點區上之輻射光束之直徑大合適量，以便提供用於冷卻之空間及對輻射光束之位置誤差的某容許度。在使用中，長尺寸可大體上與光束點區之長軸對準，且可因此顯著大於入射於光束點區上之輻射光束的直徑，例如約250mm。

彎曲鏡可為散光的。一般而言，當輻射光束入射於散光鏡上時，鏡之曲率在含有每一主方向之平面中的焦距可不同。

形成根據本發明之實施例之輻射光束擴展器之部分的彎曲鏡(例如，類柱面及類環面鏡)在其兩個相互垂直之曲率方向上具有經良好界定的曲率。在使用中，輻射光束入射於此等彎曲鏡上，使得主曲率方向中之一者大體上垂直於入射平面(亦即，與光束點區之長軸對準)，且另一主曲率方向大體上平行於入射平面(亦即，與光束點區之 短軸對準)。當輻射光束入射於彎曲鏡中之一者(例如，類柱面或類環面鏡)上時，鏡的在含有每一主方向之平面中的焦距取決於：鏡之主曲率；及輻射光束入射於鏡上所成之角。考慮以掠入射角β入射於彎曲鏡(例如，類柱面或類環面鏡)上之環形輻射光束，使得鏡之第一主曲率方向與光束點區之長軸對準，且鏡之第二主曲率方向與光束點區之短軸對準。含有第一主曲率方向之平面中的焦距f₁由f₁=β/(2K₁)給出，其中K₁為鏡之表面在彼第一主方向上之曲率。含有第二主曲率方向之平面中的焦距f₂由f₂=1/(2βK₂)給出，其中K₂為鏡之表面在第二主方向上之曲率。鏡之表面在給定方向上之曲率K係由鏡之表面在彼方向上之曲率半徑R的倒數給出。

圖5展示根據本發明之一實施例之輻射光束擴展器200的第一實施例，輻射光束擴展器200可形成圖1及圖4之輻射光束擴展器100。請注意，為清楚起見，已自圖5省略感測器裝置S、致動器及控制器CN。

輻射光束擴展器200包含三個彎曲鏡M1、M2、M3。第一鏡M1經配置以接收且反射輸入輻射光束B_in。輸入輻射光束B_in依次由三個鏡M1、M2、M3中之每一者反射，使得鏡M1、M2、M3形成輸入輻射光束B_in之光學路徑的部分。輻射光束在三個彎曲鏡M1、M2、M3中之每一者處之掠入射角已在圖5中予以誇示，使得該掠入射角可被更清楚地看到。

第一鏡M1及第二鏡M2為凸起之類柱面鏡。第一鏡M1及第二鏡M2可為擠出雙曲線。替代地，第一鏡M1及第二鏡M2可為柱面的，或擠出抛物面或橢圓形。因此，第一鏡M1及第二鏡M2具有負光功率，且經配置以增加輻射光束之發散度，如下文將描述。

圖6展示可用作為第一鏡M1或第二鏡M2之類柱面鏡300。現參看右方笛卡爾座標軸系(u,v,w)來描述類柱面鏡300。圖6a為類柱面鏡 300在v-w平面中之截面圖，且圖6b為類柱面鏡300在u-v平面中的截面圖。類柱面鏡300具有兩個對置表面：用於接收及反射輻射光束之反射表面302；及後表面304。反射表面302為彎曲的，如現在所描述。

請注意，由於反射表面302為彎曲的，因此法線方向越過反射表面302變化。然而，至反射表面302之法線始終位於v-w平面(或平行於其的平面)內。

類柱面鏡300之反射表面302在w方向上之曲率可變化，使得(例如)在v-w平面中，反射表面302為雙曲線、拋物線或橢圓表面。替代地，類柱面鏡300之反射表面302在w方向上可具有恆定曲率，亦即，反射表面302在w方向上之曲率半徑可為恆定的，使得在v-w平面中，反射表面302具有環形圓弧的形狀。類柱面鏡300之反射表面302在u方向上無曲率，亦即，在u-v平面中，反射表面為平坦的。類柱面鏡300之兩個主方向與u及w方向對準。w方向可被稱作類柱面鏡300之曲率方向，且u方向可被稱作類柱面鏡300之平坦方向。兩個垂直方向(u及w)中之每一者的焦距不同。因此，類柱面鏡300將使入射於反射表面300上之輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的兩個不同(相互垂直)方向上之發散度不同地變化，如現在所描述。經配置以使入射輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的兩個不同(相互垂直)方向上之發散度不同地變化的光學元件(例如，類柱面鏡300)可被稱作散光光學元件。

應瞭解，隨著輻射光束傳播通過輻射光束擴展器200，輻射光束之傳播方向將改變。舉例而言，在每一鏡M1、M2、M3處，輻射光束之方向將改變。由於此原因，以良好界定之方式界定使輻射光束遵循其光學路徑之座標系統係便利的。以下定則將貫穿本申請案使用。

遵循輻射光束之座標系統可由笛卡爾座標軸系(x、y、z)來界定。按照定則，z方向與輻射光束之傳播方向對準，且x-y平面為垂直 於輻射光束之方向的平面。請注意，對於發散輻射光束，一般而言，光束之每一光線可在不同方向上傳播。對於此等發散輻射光束，輻射光束之傳播方向可經採用為輻射光束之中心或主光線。在每一反射光學元件處，輻射光束經反射且因此其方向改變。在每一反射光學元件處，遵循輻射光束之座標系統根據以下定則旋轉。

在反射光學元件(例如，柱面鏡200)處，入射平面可定義為含有主光線及光學元件之表面在主光線入射所在之點處之法線的平面。假設主光線以掠入射角β入射於反射表面處。藉由此配置，在輻射光束在反射表面處之反射之後，主光線圍繞垂直於入射平面之軸線旋轉角度2β，且遵循輻射光束之座標系統以如下方式變換。遵循輻射光束之座標系統圍繞垂直於入射平面之軸線(在x-y平面中)旋轉達角度2β，且接著經由含有兩者之平面反射：z軸及垂直於入射平面之軸線(在x-y平面中)。舉例而言，假設輻射光束以掠入射角β逼近鏡，使得x軸位於入射平面中，且y軸垂直於入射平面，如圖6a中所展示。在反射之後：y軸保持不改變；z軸已旋轉(圍繞y軸)達角度2β；且x軸已旋轉(圍繞y軸)達角度2β且接著反射穿過y-z平面。因此，若笛卡爾軸線x、y、z就在輻射光束之反射之前形成右方座標軸系，則軸x、y、z在反射之後將立即形成左方座標軸系。

如上文所解釋，當輻射光束以掠入射角β入射於反射光學元件上時，接著一般而言，輻射光束將照射光學元件之反射表面上的狹長光束點區。在鏡之表面上，遵循輻射光束之座標系統之x-y平面可被視為投影於鏡之反射表面(或法線與光學元件之表面在主光線入射所在之點處之法線重合的平面)上。光束點區之長軸之方向對應於x-y平面中垂直於入射平面之方向。類似地，光束點區之短軸之方向對應於x-y平面中垂直於入射平面之方向。舉例而言，假設輻射光束以掠入射角β逼近鏡，使得x方向位於入射平面中且y方向垂直於入射平面。在 鏡之表面上，光束點區之長軸對應於x方向，且光束點區之長軸對應於y方向。因此，x-y平面於鏡上之投影對應於遵循輻射光束之座標系統圍繞垂直於入射平面之軸(在x-y平面中)達角度(90°-β)的旋轉。

由於類柱面鏡300為散光的，因此當輻射光束B₁入射於反射表面302時，輻射光束之發散度在垂直於輻射光束之傳播路徑的平面(亦即，x-y平面)中的兩個不同(相互垂直)方向上受到不同影響。詳言之，類柱面鏡300將在x-y平面中之第一方向上使輻射光束B₁之發散度增加，且在x-y平面中之第二相互垂直方向上將不更改輻射光束B₁的發散度。x-y平面中之第一方向為鏡處對應於鏡300之曲率方向的方向(亦即，w方向)。舉例而言，考慮入射於類柱面鏡300上使得入射平面與v-w平面及x-z平面兩者重合(平行於v-w平面及x-z平面兩者)的輻射光束B₁。圖6a中展示此配置。在類柱面鏡處，x-y平面投影於u-w平面上，使得x方向對應於w方向。因此，在反射之後，輻射光束在x方向上之發散度將增加(歸因於反射表面302在w方向上之曲率)，且輻射光束在y方向上之發散度將保持不改變。

投影於由輻射光束之傳播路徑(亦即，z方向)及x-y平面中之第一方向(第一方向對應於反射表面之曲率方向，亦即，w方向)界定之平面上，離開類柱面鏡300之輻射光束B₁顯現為來源於虛擬線源306。請注意，在說明於圖6a中之實例中，v-w平面及x-z平面重合(或平行)。然而，一般而言，反射表面302之曲率方向(例如，w方向)可能不位於入射平面中。

如現在所描述，第一鏡M1及第二鏡M2經配置，使得該等鏡各自增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的不同方向上之發散度。在以下內容中，參看圖5，彎曲鏡M1、M2、M3之相對位置及定向將參看右方笛卡爾座標軸系(X、Y、Z)來描述。

第一鏡M1經配置，使得其曲率方向與Y方向對準，且其平坦方向與Z方向對準。即，對於鏡M1，Y方向等效於圖6之w方向，且Z方向等效於圖6之u方向。輸入輻射光束B_in之主光線由位於X-Y平面中之線AB來表示。因此，對於鏡M1處之反射，入射平面為標記為平面P1之X-Y平面。請注意，鏡M1相對於輸入輻射光束B_in配置，使得該鏡之曲率方向大體上與形成於鏡M1之表面上之光束點區的長軸對準。

第一鏡M1增加輻射光束在x-y平面中之第一方向上之發散度。在展示於圖5中之實例中，輻射光束入射於鏡M1上，使得入射平面與x-z平面重合(或平行)。因此，在自鏡M1反射之後，輻射光束之發散度得以增加之第一方向為x方向。

來自第二鏡M2之反射之入射平面係由輻射光束之在第一鏡M1與第二鏡M2之間傳播的主光線(由線BC表示)及第二鏡M2之法線界定。

鏡M2經配置以接收自第一鏡反射之輻射光束，使得第一鏡使輻射光束在x-y平面中之第二方向上之發散度增加。該第二方向可垂直於該第一方向。舉例而言，在圖5中，第二鏡M2經配置，使得輻射光束入射於第二鏡M2上(自第一鏡M1)，使得第二鏡M2之曲率方向對應於x-y平面中垂直於第一方向的方向。應瞭解，鏡M1及M2之達成此情形的相對定向可取決於入射於第一鏡M1上之輻射光束的定向。

在展示於圖5中之實例中，第二鏡M2鏡經定向，使得鏡M2處之入射平面P2垂直於鏡M1處的入射平面P1。鏡M1之曲率方向位於平面P1中，且鏡M2之曲率方向位於平面P2中。此配置確保，第一鏡M1及第二鏡M2中之每一者增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的不同方向上之發散度。第一鏡M1使x方向上之發散度增加，且第二鏡M2使y方向上之發散度增加。因此，在自鏡M2反射之後，輻射光束之發散度已在x-y平面中之兩個方向上得以增加。發散度在第一方向上已由第一鏡M1增加，且在第二方向上由第 二鏡M2增加。

請注意，第二鏡M2亦相對於輻射光束配置，使得其曲率方向大體上與形成於第二鏡M2之表面上之光束點區的長軸對準。

第一鏡M1及第二鏡M2可一起被視為用於接收輻射光束及增加輻射光束之發散度的發散光學件。第一鏡M1可被視為形成發散光學件的用於接收輻射光束及增加輻射光束在第一方向上之發散度之第一光學元件。第二鏡M2可被視為形成發散光學件的用於接收輻射光束及增加輻射光束在第二方向上之發散度之第二光學元件。一般而言，發散光學件(由鏡M1、M2形成)為散光的，使得發散光學件使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度減小不同量。

第三鏡M3為凹入之類環面鏡。第三鏡M3在此實施例中可為(例如)抛物面、雙曲面、橢球形或環面的。因此，第三鏡M3具有正光功率且經配置以減小輻射光束之發散度，如下文將描述。第三鏡M3可被視為用於接收輻射光束及減小輻射光束之發散度的會聚光學件。

圖7展示可用作第三鏡M3的凹入之類環面鏡350。現參看右方笛卡爾座標軸系(u、v、w)來描述類環面鏡350。類環面鏡350具有用於接收及反射輻射光束之反射表面352。反射表面352為彎曲的，使得其在u方向上具有恆定曲率K₁且在w方向上具有恆定曲率K₂。反射表面302之曲率在兩個垂直方向(u及w)上不同。此外，柱面鏡300可經配置以使入射於反射表面300上之輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的兩個不同(相互垂直)方向上之發散度不同地變化，使得柱面鏡為散光的。類環面鏡350在u-v平面中可具有第一焦距，其與反射表面在u方向上之曲率及輻射光束之掠入射角β相關。類環面鏡350在w-v平面中可具有第二焦距，其與反射表面在w方向上之曲率及輻射光束之掠入射角β相關。第一焦距f₁由f₁=β/(2K₁)給出，且第二焦距f₂由f₂=1/(2βK₂)給出。

第三鏡M3相對於第一鏡M1及第二鏡M2配置，使得第三鏡之主方向中之一者對應於x-y平面中之第一方向，且第三鏡之主方向中之另一者對應於x-y平面中之第二方向。第三環面鏡M3將因此使輻射光束在x-y平面中之第一方向及第二方向上之發散度減小不同量。

輻射光束在其離開第三鏡M3時之發散度取決於：輸入輻射光束B_in之發散度；三個鏡M1、M2、M3之曲率；輻射光束在三個鏡M1、M2、M3中之每一者處的掠入射角；及鏡之相對位置，如現在所描述。詳言之，輻射光束在其離開第三鏡M3時在第一方向上之發散度取決於：輸入輻射光束B_in在第一方向上之發散度；第一鏡M1之曲率；鏡M3在w方向上之曲率K₂；及第一鏡M1及第三鏡M3的相對位置。類似地，輻射光束其離開第三鏡M3時在第二方向上之發散度取決於：輸入輻射光束B_in在第二方向上之發散度；第二鏡M2之曲率；鏡M3在u方向上之曲率K₁；及第二鏡M2及第三鏡M3的相對位置。

如上文所論述，投影於由輻射光束之傳播路徑(亦即，z方向)及第一方向(在x-y平面中)界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第一虛擬源。類似地，投影於由輻射光束之傳播路徑(亦即，z方向)及第二方向(在x-y平面中)界定之平面上，離開發散光學件之輻射光束可顯現為來源於第二虛擬源。輸出輻射光束在第一(第二)方向上之發散度可取決於第一(第二)虛擬源之相對位置及會聚光學件在含有第一(第二)方向之平面中之焦點。

離開第三鏡M3之輻射光束可能需要進行準直。應瞭解，輻射光束經準直意謂輻射光束之發散度可忽略。此情形可藉由配置三個鏡M1、M2、M3使得以下情形發生來達成：第一虛擬源與第三鏡M3之第一焦點重合；且第二虛擬源與第三鏡M3之第二焦點重合。M1、M2及M3之曲率以及距離BC及CD經選擇，使得當輸入輻射光束B_in沿著標稱輸入路徑AB進入輻射光束擴展器200時，離開第三鏡M3之輸出 輻射光束_Bout經準直。

隨著輻射光束傳播通過輻射光束擴展器200，輻射光束之截面積增加，如現在所描述。

一般而言，由自由電子雷射FEL產生之輻射光束可為散光輻射光束，從而在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面中的兩個相互垂直方向中之每一者上具有不同發散度。另外，由自由電子雷射FEL產生之輻射光束之截面可為橢圓形，輻射光束之截面具有長軸及短軸。由自由電子雷射FEL產生之輻射光束可(例如)在長軸之方向上具有第一發散度且在短軸之方向上具有第二發散度。在使用中，輻射光束擴展器200之光學系統可相對於自由電子雷射FEL之波盪器24定向，使得輻射光束之長軸與第一方向及第二方向(位於x-y平面中)中之一方向對準，且輻射光束之長軸與第一方向及第二方向中之另一方向對準。

由自由電子雷射輸出之輻射光束B_FEL具有二維類高斯強度分佈。一般而言，該二維類高斯強度分佈可由9個參數描述。此等參數包括：兩個位置參數，其界定輻射光束之中心在沿著其傳播路徑之點處的位置；及兩個角度，其界定遠離該點之傳播方向。一般而言，輻射光束之截面將為橢圓的，該橢圓具有相互垂直之長軸及短軸。參數進一步包含界定長軸及短軸之定向的角度；兩個長度，其界定輻射光束沿著長軸及短軸中之每一者的大小(或等效地，高斯之寬度)；及兩個角度，其界定輻射光束沿著長軸及短軸中每一者的發散度。

現將參看圖8來描述當輻射光束沿著說明於圖5中之路徑(其可被稱作標稱路徑)傳播通過輻射光束擴展器200時的輻射光束之形狀。

在點A(參見圖5)處，當輸入輻射光束B_in進入輻射光束擴展器200時，輻射光束之截面形狀為橢圓的，如橢圓212所指示。橢圓212之長軸及短軸分別與y軸及x軸對準。實務上，此情形可(例如)藉由輻射光束擴展器200之整個光學系統相對於自由電子雷射FEL之波盪器24的 合適定向來達成。

一般而言，輸入輻射光束沿著橢圓212之長軸及短軸兩者可具有相對小但非零之發散度。舉例而言，輻射光束B_in可由自由電子雷射FEL產生且可具有小於500微弧度之發散度。因此，在點B處，輻射光束之截面在x及y方向兩者上增加，如橢圓214所指示。此小發散度將引起x及y方向兩者上之小的增加。應瞭解，此增加(如由橢圓212、214之大小的差表示)已經誇示，使得此增加可清楚地說明於圖8中。

第一鏡M1使輻射光束在x方向上之發散度增加。因此，在點C處，輻射光束之截面歸因於由鏡M1引入之發散度而主要在x方向上顯著地增加。此外，歸因於輸入輻射光束B_in之初始發散度，亦將存在輻射光束之截面在x及y方向兩者上的相對小增加。輻射光束在點C處之截面由橢圓216來表示。

第二鏡M2使輻射光束在y方向上之發散度增加。因此，在點D處，輻射光束之截面歸因於由鏡M1引入之發散度而主要在x方向上顯著地增加，且歸因於由鏡M2引入之發散度而主要在y方向上顯著地增加。此外，歸因於輸入輻射光束B_in之初始發散度，亦將存在輻射光束之截面在x及y方向兩者上的相對小增加。輻射光束在點D處之截面由圓218來表示。

第三鏡M3減小輻射光束在x及y方向兩者上之發散度，使得輻射光束經準直。因此，在點E處，輻射光束在點D處之截面亦由圓218來表示。

在使用中，輸入輻射光束B_in可能不與標稱路徑AB對準。輻射光束可相對於標稱路徑AB移位。此情形可被稱作輻射光束之位置誤差。另外或替代地，輻射光束可相對於標稱路徑AB旋轉。此情形可被稱作輻射光束之指向誤差。可能需要確保由輻射光束擴展器200輸出之輻射光束B_out(亦即，離開第三鏡M3之輻射光束)之位置及定向保 持固定而獨立於輸入輻射光束B_in之位置及定向的任何變化。

三個鏡M1、M2、M3中之每一者可旋轉。鏡M1、M2、M3之旋轉可用以校正輸入輻射光束B_in之位置誤差及/或指向誤差。即，鏡M1、M2、M3之旋轉可用以確保由輻射光束擴展器200輸出之輻射光束之位置及定向保持固定。

兩個凸面鏡M1、M2中之每一者圍繞垂直於鏡之曲率方向(且與鏡之平坦方向對準)的軸線可旋轉。第一鏡M1圍繞第一軸線R1可旋轉，且第二鏡M2圍繞第二軸線R2可旋轉。第一軸線R1及第二軸線R2分別垂直於平面P1、P2。第三鏡M3圍繞兩個相互垂直之軸線可旋轉：垂直於主方向中之一者之第三軸線R3；及垂直於主方向中之另一者的第四軸線R4。

鏡M1、M2中之每一者圍繞單一軸線之旋轉可借助於連接至鏡之軸及經配置以使軸旋轉之驅動機構(例如，馬達)來達成。

另外或替代地，三個鏡M1、M2、M3中之任一者之旋轉可藉由組合樞軸及一或多個線性致動器來實施，如圖9中所展示。圖9a及圖9b展示安裝於樞軸502上之鏡500。鏡500具備線性致動器504，其自樞軸偏移(圖9中在w方向上)且可操作以使點506在v方向上在鏡500上移動。點506之此線性運動使得鏡500圍繞穿過樞軸502之軸線旋轉。

如圖9a中所展示，樞軸502可靠近於鏡500之中心定位。藉由此配置，鏡500之旋轉軸線可儘可能靠近軸線R1至R8，如圖5及圖10中所展示。

替代地，如圖9b中所展示，樞軸502可近接於鏡500之邊緣定位。此配置以機械方式可能更穩定。然而，圖9b之配置將導致圍繞鏡500之中心之純粹旋轉與鏡500之中心之平移的混合。展示於圖9b中之組態適合於與展示於圖5及圖10中之實施例使用。鏡500之中心之平移將導致輻射光束之額外移位，但此額外移位可藉由使用其他可用致動 器來補償。

對於鏡M3圍繞兩個垂直軸線R3、R4之旋轉，可使用兩個線性致動器。舉例而言，可提供第二線性致動器(未圖示)，其在垂直於v-w平面之方向上自樞軸偏移且可操作以使第二點(未圖示)在v方向上在鏡500上移動。點506之此線性運動使鏡500圍繞穿過樞軸502之不同軸線旋轉。

若鏡M1上之點B(其表示第一鏡M1上主光線入射所在的點)經移位及/或路徑AB之方向經改變，則第一鏡M1及第二鏡M2分別圍繞第一軸線R1及第二軸線R2旋轉，使得輻射光束在空間中之標稱位置(圖5中之點D)處擊中鏡M3。此外，第三鏡M3圍繞軸線R3及R4旋轉，使得輸出輻射光束B_out指向標稱方向(圖5中之線DE)。

請注意，當輸入輻射光束B_in不與標稱路徑AB對準時，輻射光束擴展器200內由輻射光束遵循的路徑將並非展示於圖5中之標稱路徑。然而，藉由旋轉三個鏡M1、M2、M3，有可能確保輸出輻射光束B_out具有固定位置及方向(沿著圖5中之線DE)。

第一鏡M1及第二鏡M2中每一者之光功率係可獨立調整的，如現在所描述。第一鏡M1及第二鏡M2中每一者之光功率為其使輻射光束之發散度增加(或減小)之程度。

輻射光束之發散度由第一鏡M1或第二鏡M2增加的量取決於：各別鏡M1、M2之曲率；及輻射光束在各別鏡M1、M2處的掠入射角。在鏡之曲率方向上形成於每一鏡M1、M2上之光束點區的範圍取決於鏡M1、M2相對於入射輻射光束的定向(例如，該範圍取決於掠入射角β)。

第一鏡M1及第二鏡M2中每一者之光功率藉由使其曲率變化而可獨立調整。現參看圖10描述用於更改第一鏡M1及第二鏡M2之曲率之合適機構，圖10為鏡400之截面視圖。

鏡400具有對置之反射表面402及後表面404以及兩個對置側406、408。反射表面402為彎曲且凸面的。反射表面402係用於接收及反射輻射光束。

鏡400具備各自沿著鏡400之兩個側406、408中之一者延行之兩個致動器412、414。致動器412、414可(例如)至少部分提供於鏡400內部。致動器412、414為可旋轉的，且旋轉以將扭矩施加至反射器鏡，如由箭頭420示意性地指示。扭矩使用致動器412、414之施加將傾向於使反射表面402彎曲且使其曲率在w方向上更改。展示於圖10中的用於更改鏡400之曲率之機構之優點為該機構實施起來相對簡單。

後表面404在致動器412、414未施加扭矩時可通常為平坦的。替代地，後表面404甚至在此所施加扭矩不存在之情況下仍可能彎曲。舉例而言，鏡400在v-w平面中之厚度可具有沿著鏡400之長度(在w方向上)的良好定義之變化。藉由此配置，由致動器412、414施加之扭矩可導致鏡之曲率在w方向上之不均一改變。舉例而言，此配置可允許在v-w平面中具有抛物面反射表面之鏡400在致動器412、414施加扭矩時保持抛物面。

儘管上述鏡400具有彎曲且凸面反射表面402，但應瞭解，類似機構可用於平坦或凹面彎曲鏡。

第一鏡M1及第二鏡M2中之每一者具備展示於圖10中之機構，或允許該鏡沿著其曲率方向之曲率受控制的類似機構。

如上文所論述，當輻射光束以掠入射角β入射於具有環形幾何形狀之光學元件(例如，柱面或環面鏡)上時，若光學元件之主軸線中之一者與光束點區之長軸對準，則焦距f由f=β/(2K)給出，其中K為鏡之表面在彼主軸線之方向上之曲率。然而，若光學元件之主軸線中之一者與光束點區之短軸對準，則焦距f由f=1/(2βK)給出，其中K為鏡之 表面在彼主軸線之方向上之曲率。因此，若鏡之主軸線與長軸對準，則給定焦距之所要求曲率K(或曲率之改變)小於當鏡之主軸線與短軸線對準時的所要求曲率K(或曲率之改變)(以因數β²改變)。由於此原因，第一鏡M1及第二鏡M2皆相對於輻射光束配置，使得該等鏡之曲率方向大體上與形成於該等鏡之其表面上之光束點區之長軸對準。

在垂直方向(亦即，光束點之短軸之方向)上具有可調整曲率之鏡將需要較高扭矩(以因數1/β²改變)以達成光功率之相同調整。然而，原則上可使用此配置。類似地，原則上，鏡(例如，環面鏡)可具備經配置以控制鏡在兩個相互垂直之主軸線上之曲率的致動器。然而，用於致動兩個曲率參數之此配置實際上可能難以達成。

發散光學件包含各自具有可調整曲率之兩個獨立鏡M1、M2，每一鏡M1、M2之曲率引起輻射光束之發散度在不同方向上的增加。發散光學件之光功率在第一方向及第二方向中之每一者上的此獨立調整允許彼光學件之焦距在彼等方向上獨立地變化。此情形提供對輸出輻射光束B_out之發散度的控制而不必相對於會聚光學件(亦即，鏡M3)移動發散光學件(亦即，鏡M1、M2)。第一鏡M1及第二鏡M2之曲率之調整相較於發散光學件(亦即，鏡M1、M2)相對於會聚光學件(亦即，鏡M3)之移動提供更準確的對輸出輻射光束B_out之發散度之控制。

如上文所解釋，輸入輻射光束B_in之位置誤差及指向誤差可藉由旋轉三個鏡M1、M2、M3來校正。然而，三個鏡M1、M2、M3之此等旋轉將影響鏡之焦距(由於此等焦距取決於光束在每一鏡上之掠入射角)。由於鏡M1、M2、M3之焦距的此變化，當進入輻射光束擴展器200之輸入輻射光束B_in不沿著標稱輸入路徑AB傳播時，第一虛擬源可能不與第三鏡M3之第一焦點重合；且第二虛擬源可能不與第三鏡M3之第二焦點重合。藉由此配置，離開第三鏡M3之輸出輻射光束B_out將不被準直。

包含發散光學件及會聚光學件之簡單光束擴展器可用以產生具有增加之截面的經準直輻射光束。然而，該簡單光束擴展器不可用以校正輻射光束之指向誤差及/或位置誤差，此係由於發散光學件及會聚光學件之旋轉將在離開光束擴展器之光束中引入非所要的發散度或會聚度。此問題之一個解決方案將為使用獨立光學系統來校正指向誤差及位置誤差。舉例而言，兩個平坦(亦即，零光功率)的可旋轉鏡可在光束擴展器之上游使用以校正指向及位置。然而，此配置需要至少四個鏡(兩個平坦鏡及具有雙曲率的兩個鏡)。此外，此配置可能不能校正輸入輻射光束之初始發散度中的時間相依變化。如現在所描述，輻射光束擴展器200可藉由僅三個鏡M1、M2、M3來達成相同功能(擴展及準直輻射光束，且校正位置誤差及指向誤差)。

為了校正輻射光束擴展器200之三個鏡M1、M2、M3之焦距由鏡M1、M2、M3之旋轉引起的變化，第一鏡M1及/或第二鏡M2之曲率可同時變化，以確保第一虛擬源及第二虛擬源分別與第三鏡M3之第一焦點及第二焦點重合。因此，控制器CN可經配置以同時控制以下兩者：(a)鏡M1、M2、M3之定向；及(b)鏡M1、M2之曲率。

鏡M1、M2之曲率之調整亦可用以校正輸入輻射光束B_in之發散度的變化。

輻射光束擴展器200之上述實施例為有利的，此係由於該實施例提供具有僅三個鏡之簡單配置，此配置提供對光束之位置、方向及發散度的同時控制。此少量鏡降低輻射光束擴展器200之成本及由輻射光束擴展器200遭受之吸收損失。輻射光束之位置可由兩個參數(x及y方向上之位置)指定，且因此表示兩個自由度。輻射光束之方向可由兩個參數(兩個指向角)指定，且因此表示兩個自由度。一般而言，輻射光束之截面將為橢圓的，從而沿著其截面之長軸及短軸中之每一者具有不同發散度。因此，輻射光束之發散度可由兩個參數(沿著長軸 及短軸中之每一者之發散度)指定，且表示兩個自由度。因此，對光束之位置、方向及發散度之同時控制允許輸入輻射光束B_in之參數的六個自由度受控制。請注意，輻射光束擴展器200具有六個致動器(第一鏡M1圍繞第一軸線R1可旋轉；第二鏡M2圍繞第二軸線R2可旋轉；第一鏡M1及第二鏡M2之曲率係可調整的；且第三鏡M3圍繞第三軸線R3及第四軸線R4可旋轉)，且可補償輸入輻射光束B_in之參數中之六個自由度的變化。因此，輻射光束擴展器200不具備致動上之任何額外或冗餘自由度。輻射光束擴展器不提供對輸出輻射光束B_out之總直徑的控制。藉由此實施例，輸出輻射光束B_out之直徑取決於輸入輻射光束B_in之傳入直徑及發散度。

圖11展示根據本發明之一實施例之輻射光束擴展器250的第二實施例，輻射光束擴展器250可形成圖1及圖4之輻射光束擴展器100。請注意，為清楚起見，已自圖11省略感測器裝置S、致動器及控制器CN。

輻射光束擴展器250包含四個彎曲鏡M5、M6、M7、M8。第一鏡M5經配置以接收且反射輸入輻射光束B_in。輸入輻射光束B_in依次由四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者反射，使得鏡M5、M6、M7、M8形成輸入輻射光束B_in之光學路徑的部分。輻射光束在四個彎曲鏡M5、M6、M7、M8中之每一者處之掠入射角已在圖11中予以誇示，使得該掠入射角可被更清楚地看到。

第一鏡M5及第三鏡M7為凸起之類柱面鏡。因此，第一鏡M5及第三鏡M7具有負光功率，且經配置以增加輻射光束之發散度。第二鏡M6及第四鏡M8為凹入之類柱面鏡。因此，第二鏡M6及第四鏡M8具有正光功率，且經配置以減小輻射光束之發散度。彎曲鏡M5、M6、M7、M8可為柱面的，或替代地，該等彎曲鏡可具有其他形狀且該等鏡之截面可為(例如)雙曲線或抛物面。在一項實施例中，負光功 率鏡M5、M7可為擠出雙曲線鏡，且正光功率鏡M6、M8可為擠出抛物面鏡。

第一鏡M5及第三鏡M7經配置，使得該等鏡各自增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的不同方向上之發散度。類似地，第二鏡M6及第四鏡M8經配置，使得該等鏡各自減小輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的不同方向上之發散度。在以下內容中，參看圖11，將參考右方笛卡爾座標軸系(X、Y、Z)來描述彎曲鏡M5、M6、M7、M8之相對位置及定向。

第一鏡M5經配置，使得其曲率方向與Y方向對準，且其平坦方向與Z方向對準。即，對於鏡M5，Y方向等效於圖6之w方向，且Z方向等效於圖6之u方向。輸入輻射光束B_in之主光線由位於X-Y平面中之線FG來表示。因此，對於鏡M5處之反射，入射平面為標記為平面P3之X-Y平面。請注意，鏡M5相對於輸入輻射光束B_in配置，使得該鏡之曲率方向大體上與形成於鏡M5之表面上的光束點區之長軸對準。

第二鏡M6亦經配置，使得其曲率方向與Y方向對準，且其平坦方向與Z方向對準。來自第二鏡M6之反射之入射平面係由輻射光束之在第一鏡M5與第二鏡M6之間傳播的主光線(由線GH表示)及第二鏡M5之法線界定。因此，對於第二鏡M6處之反射，入射平面亦為平面P3。請注意，鏡M6相對於輸入輻射光束B_in配置，使得該鏡之曲率方向大體上與形成於鏡M6之表面上的光束點區之長軸對準。

第一鏡M5增加輻射光束在x-y平面中之第一方向上之發散度。在展示於圖11中之實例中，輻射光束入射於鏡M5上，使得入射平面P3與x-z平面重合(或平行)。因此，在自鏡M5反射之後，輻射光束之發散度增加所在之第一方向為x方向。

第二鏡M6經配置以減小輻射光束在x-y平面中之第一方向上之發 散度。在展示於圖11中之實例中，輻射光束入射於鏡M6上，使得入射平面P3與x-z平面重合(或平行)。因此，在自鏡M6反射之後，輻射光束之發散度減小所在之第一方向為x方向。

輻射光束在其離開第二鏡M6時在第一方向上之發散度取決於：輸入輻射光束B_in之發散度；第一鏡M5及第二鏡M6之曲率；第一鏡M5及第二鏡M6中之每一者處的掠入射角；及鏡M5、M6之相對位置，如現在所描述。投影於由輻射光束之傳播路徑(亦即，z方向)及第一方向(在x-y平面中)界定之平面上，離開第一鏡M5之輻射光束可顯現為來源於第一虛擬點源。輻射光束在其離開第二鏡M6時在第一方向上之發散度可取決於第一虛擬源之相對位置及第二鏡M6之焦點。

離開輻射光束擴展器250之輻射光束可能需要進行準直。輻射光束在第一方向上之準直可藉由如下處理來達成：配置第一鏡M5及第二鏡M6，使得：第一虛擬源與第二鏡M6之焦點重合。第一鏡M5及第二鏡M6之曲率及距離GH經選擇，使得當輸入輻射光束B_in沿著標稱輸入路徑FG進入輻射光束擴展器250時，離開第二鏡M6之輻射光束在第一方向上經準直。

第三鏡M7經配置以接收自第二鏡M6反射之輻射光束，使得第二鏡使輻射光束在x-y平面中之第二方向上之發散度增加。第二方向可垂直於第一方向。舉例而言，在圖11中，第三鏡M7經配置，使得輻射光束入射於第三鏡M7上(自第二鏡M6)，使得第三鏡M7之曲率方向對應於x-y平面中垂直於第一方向的方向。應瞭解，鏡M5、M6、M7之達成此情形的相對定向可取決於入射於第一鏡M5上之輻射光束的定向。

在展示於圖11中之實例中，第三鏡M7經定向，使得第三鏡M7處之入射平面垂直於第一鏡M5及第二鏡M6處的入射平面P3。第一鏡M5 及第二鏡M6之曲率方向位於平面P3中，且第三鏡M7之曲率方向位於平面P4中。此配置確保第一鏡M5及第三鏡M7中之每一者增加輻射光束在垂直於輻射光束之傳播路徑之平面(亦即，x-y平面)中的不同方向上之發散度。第一鏡M5使x方向上之發散度增加，且第三鏡M7使y方向上之發散度增加。

請注意，第三鏡M7亦相對於輻射光束配置，使得該鏡之曲率方向大體上與形成於其表面上之光束點之長軸對準。

來自第四鏡M8之反射之入射平面係由輻射光束之在第三鏡M7與第四鏡M8之間傳播的主光線(由線IJ表示)及第四鏡M8之法線界定。因此，對於第四鏡M8處之反射，入射平面亦係在平面P4中。請注意，鏡M8相對於輻射光束配置，使得鏡之曲率方向大體上與形成於鏡之表面上之光束點區之長軸對準。

第三鏡M7增加輻射光束在x-y平面中之第二方向上之發散度。在展示於圖11中之實例中，輻射光束入射於鏡M7上，使得入射平面P4與y-z平面重合(或平行)。因此，在自鏡M7反射之後，輻射光束之發散度增加所在之第二方向為y方向。

第四鏡M8經配置以減小輻射光束在x-y平面中之第二方向上之發散度。在展示於圖11中之實例中，輻射光束入射於鏡M8上，使得入射平面P4與x-z平面重合(或平行)。因此，在自鏡M8反射之後，輻射光束之發散度減小所在之第二方向為y方向。

輻射光束在其離開第四鏡M8時在第二方向上之發散度取決於：輸入輻射光束B_in之發散度；第三鏡M7及第四鏡M8之曲率；第三鏡M7及第四鏡M8中之每一者處的掠入射角；及鏡M7、M8之相對位置，如現在所描述。投影於由輻射光束之傳播路徑(亦即，z方向)及第二方向(在x-y平面中)界定之平面上，離開第三鏡M7之輻射光束可顯現為來源於第二虛擬點源。輻射光束在其離開第四鏡M8時在第二 方向上之發散度可取決於第二虛擬源之相對位置與第四鏡M8之焦點。

離開輻射光束擴展器250之輻射光束可能需要進行準直。輻射光束在第二方向上之準直可藉由以下處理來達成：配置第三鏡M7及第四鏡M8，使得：第二虛擬源與第四鏡M8之焦點重合。第三鏡M7及第四鏡M8之曲率及距離IJ經選擇，使得當輸入輻射光束B_in沿著標稱輸入路徑FG進入輻射光束擴展器250時，離開第四鏡M8之輻射光束在第二方向上經準直。

第一鏡M5及第二鏡M6一起起作用以在第一方向上擴展且準直輻射光束。類似地，第三鏡M7及第四鏡M8一起起作用以在第二方向上擴展且準直輻射光束。

第一鏡M5及第三鏡M7可一起被視為用於接收輻射光束及增加輻射光束之發散度的發散光學件。第一鏡M5可被視為形成發散光學件的用於接收輻射光束及增加輻射光束在第一方向上之發散度之第一光學元件。第三鏡M7可被視為形成發散光學件的用於接收輻射光束及增加輻射光束在第二方向上之發散度之第二光學元件。一般而言，發散光學件(由鏡M5、M7形成)可為散光的，使得發散光學件使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度增加不同量。

第二鏡M6及第四鏡M8可一起被視為用於接收輻射光束及減小輻射光束之發散度的會聚光學件。第二鏡M6可被視為形成會聚光學件的用於接收輻射光束及減小輻射光束在第一方向上之發散度之第一光學元件。第四鏡M8可被視為形成會聚光學件的用於接收輻射光束及減小輻射光束在第二方向上之發散度之第二光學元件。一般而言，會聚光學件(由鏡M6、M8形成)可為散光的，使得會聚光學件使輻射光束在第一方向及第二方向上之發散度減小不同量。

當輻射光束傳播通過輻射光束擴展器250時，輻射光束之截面積 增加，如現在所描述。

現將參看圖12來描述當輻射光束沿著說明於圖11中之路徑(其可被稱作標稱路徑)傳播通過輻射光束擴展器250時的輻射光束之形狀。

在點F處(參見圖11)，當輸入輻射光束B_in進入輻射光束擴展器250時，輻射光束之截面形狀為橢圓的，如橢圓262所指示。橢圓262之長軸及短軸分別與y軸及x軸對準。實務上，此情形可(例如)藉由輻射光束擴展器250之整個光學系統相對於自由電子雷射FEL之波盪器24的合適定向來達成。

一般而言，輸入輻射光束沿著橢圓262之長軸及短軸兩者可具有相對小但非零之發散度。舉例而言，輻射光束B_in可由自由電子雷射FEL產生且可具有小於500微弧度之發散度。因此，在點G處，輻射光束之截面在x及y方向兩者上增加，如橢圓264所指示。此小發散度將引起x及y方向兩者上之小增加。應瞭解，此增加(如由橢圓262、264之大小的差所表示)已經誇示，使得此增加可清楚地說明於圖12中。

第一鏡M5使輻射光束在x方向上之發散度增加。因此，在點H處，輻射光束之截面歸因於由鏡M5引入之發散度而主要在x方向上顯著地增加。此外，歸因於輸入輻射光束B_in之初始發散度，亦將存在輻射光束之截面在x及y方向兩者上的相對小增加。輻射光束在點H處之截面由橢圓266來表示。

第二鏡M6減小輻射光束在x方向上之發散度，使得輻射光束在x方向上經準直。在y方向上，輻射光束將具有與輸入輻射光束相同的初始發散度(相對小但非零)。因此，在點I處，輻射光束之截面在y方向上而非在x方向上增加且由橢圓268來表示。

第三鏡M7使輻射光束在y方向上之發散度增加。因此，在點J處，輻射光束之截面歸因於由鏡M7引入之發散度而主要在y方向上顯著地增加。此外，歸因於輸入輻射光束B_in之初始發散度，亦將存在 輻射光束之截面在y方向上的相對小增加。輻射光束在點J處之截面由圓270表示。

第四鏡M8減小輻射光束在y方向上之分散度，使得輻射光束在y方向上經準直。因此，在點J處，輻射光束之截面亦由圓270來表示。

在使用中，輸入輻射光束B_in可能不與標稱路徑FG對準。輻射光束可相對於標稱路徑FG移位。此情形可被稱作輻射光束之位置誤差。另外或替代地，輻射光束可相對於標稱路徑FG旋轉。此情形可被稱作輻射光束之指向誤差。可能需要確保由輻射光束擴展器250輸出之輻射光束B_out(亦即，離開第四鏡M8之輻射光束)之位置及定向保持固定，無輸入輻射光束B_in之位置及定向的任何變化無關。

四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者可旋轉。鏡M5、M6、M7、M8之旋轉可用以校正輸入輻射光束B_in之位置誤差及/或指向誤差。即，鏡M5、M6、M7、M8之旋轉可用以確保由輻射光束擴展器250輸出之輻射光束之位置及定向保持固定。

詳言之，四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者圍繞垂直於鏡之曲率方向之軸線可旋轉(且與鏡之平坦方向對準)。第一鏡M5圍繞第一軸線R5可旋轉；第二鏡M6圍繞第二軸線R6可旋轉；第三鏡M7圍繞第三軸線R7可旋轉；且第四鏡M8圍繞第四軸線R8可旋轉。第一軸線R5及第二軸線R6垂直於平面P3，且第三軸線R7及第四軸線R8垂直於平面P4。

若鏡M5上之點G(其表示第一鏡M5上主光線入射所在之點)經移位及/或路徑FG之方向經改變，則鏡M5、M6、M7、M8圍繞其各別軸線R5、R6、R7、R8旋轉，使得輻射光束在空間中之標稱位置(圖11中之點J)處擊中第四鏡M8，且使得輸出輻射光束B_out指向標稱方向(圖11中之線JK)。

請注意，當輸入輻射光束B_in不與標稱路徑FG對準時，輻射光束 擴展器250內輻射光束遵循的路徑將並非展示於圖11中之標稱路徑。然而，藉由四個鏡M5、M6、M7、M8之合適定向，有可能確保輸出輻射光束B_out具有固定位置及方向(沿著圖11中之線JK)。

四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者之曲率係可獨立調整的，如現在所描述。每一鏡之光功率為鏡增加(減小)輻射光束之發散度的程度。四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者之光功率藉由使其曲率變化而可獨立調整。用於更改鏡M5、M6、M7、M8之曲率之合適結構於上文參看圖10而描述。四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者具備如展示於圖10中之機構，或允許彼鏡沿著其曲率方向之曲率受控制的類似機構。

如上文所論述，當輻射光束以掠入射角β入射於具有環形幾何形狀之光學元件(例如，柱面或環面鏡)上時，若光學元件之主軸線中之一者與光束點區之長軸對準，則焦距f由f=β/(2K)給出，其中K為鏡之表面在彼主軸線之方向上之曲率。然而，若光學元件之主軸線中之一者與光束點區之短軸對準，則焦距f由f=1/(2βK)給出，其中K為鏡之表面在彼主軸線之方向上之曲率。因此，若鏡之主軸線與長軸對準，則給定焦距之所要求曲率K(或曲率之改變)小於當鏡之主軸線與短軸線對準時的所要求曲率K(或曲率之改變)(以因數β²改變)。由於此原因，四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者相對於輻射光束配置，使得鏡之曲率方向大體上與形成於鏡之表面上之光束點區之長軸對準。

由於四個鏡M5、M6、M7、M8中之每一者具有可調整曲率，因此每一鏡之焦距可獨立地變化。此情形提供對輸出輻射光束B_out之發散度及直徑之同時控制，而不必相對於會聚光學件(亦即，鏡M6、M8)移動發散光學件(亦即，鏡M5、M7)，如下文所論述。

如上文所解釋，輸入輻射光束B_in之位置誤差及指向誤差可藉由旋轉四個鏡M5、M6、M7、M8來校正。然而，鏡M5、M6、M7、M8 之此等旋轉將影響該等鏡之焦距(由於此等焦距取決於光束在每一鏡上之掠入射角)。由於鏡M5、M6、M7、M8之焦距之此變化，當進入輻射光束擴展器250之輸入輻射光束B_in不沿著標稱輸入路徑FG傳播時，第一虛擬源可不與第二鏡M6之焦點重合；且第二虛擬源可不與第四鏡M8之焦點重合。藉由此配置，離開第四鏡M8之輸出輻射光束B_out將未經準直。

如上文所解釋，用於擴展輻射光束以及校正位置誤差及指向誤差之一個潛在配置可使用兩個獨立光學系統(例如，兩個平坦之可旋轉鏡)：一個光學系統用以擴展光束，且一個光學系統用以校正指向誤差及位置誤差。此配置需要至少四個鏡(兩個平坦鏡及具有雙曲率的兩個鏡)。此外，具有僅四個鏡之此配置不可用於輸入輻射光束之初始發散度之時間相依變化，且不可提供對輸出輻射光束之直徑的控制。如現在所描述，輻射光束擴展器250可藉由四個鏡M5、M6、M7、M8來達成擴展及準直輻射光束以及校正位置誤差及指向誤差的功能。此外，輻射光束擴展器250可校正輸入輻射光束之初始發散度之時間相依變化，且提供對輸出輻射光束之直徑的控制。

為了校正輻射光束擴展器250之鏡M5、M6、M7、M8之焦距由鏡M5、M6、M7、M8之旋轉引起的變化，鏡M5、M6、M7、M8中之一或多者之曲率可同時變化以確保第一虛擬源及第二虛擬源分別與第二鏡M6及第四鏡M8之焦點重合。因此，控制器CN可經配置以同時控制以下兩者：(a)鏡M5、M6、M7、M8之定向；(b)鏡M5、M7之曲率；及(c)鏡M6、M8之曲率。

鏡M5、M6、M7、M8之曲率之調整亦可用以校正輸入輻射光束B_in之發散度的變化。

藉由僅調整第一鏡M5及第二鏡M6中之一者之曲率，有可能確保第一虛擬源與第二鏡M6之焦點重合。然而，藉由此配置(其類似於圖 5之輻射光束擴展器200)，不可能控制輸出輻射光束在第一方向上之大小。藉由提供對第一鏡M5及第二鏡M6兩者之曲率的控制，輸出輻射光束在第一方向上之大小可受控制。類似地，藉由僅調整第三鏡M7及第四鏡M8中之一者之曲率，有可能確保第二虛擬源與第四鏡M8之焦點重合。然而，藉由此配置(其類似於圖5之輻射光束擴展器200)，不可能控制輸出輻射光束在第二方向上之大小。藉由提供對第三鏡M7及第四鏡M8兩者之曲率的控制，輸出輻射光束在第二方向上之大小可受控制。

輻射光束擴展器250之上述實施例為有利的，此係由於該實施例提供對光束之位置、方向、發散度及直徑的同時控制。輻射光束之位置可由兩個參數(x方向及y方向上之位置)指定，且因此表示兩個自由度。輻射光束之方向可由兩個參數(兩個指向角)指定，且因此表示兩個自由度。一般而言，輻射光束之截面將為橢圓的，從而沿著其截面之長軸及短軸中之每一者具有不同發散度。因此，輻射光束之發散度可由兩個參數(沿著長軸及短軸中之每一者之發散度)指定，且表示兩個自由度。輻射光束之大小可由兩個長度指定，該兩個長度各自界定輻射光束沿著其長軸及短軸中之每一者的大小。因此，對光束之位置、方向、發散度及直徑之同時控制允許輸入輻射光束B_in之參數的八個自由度受控制。請注意，輻射光束擴展器250具有八個致動器(鏡M5、M6、M7、M8中之每一者圍繞其軸線R5、R6、R7、R8可旋轉；且鏡M5、M6、M7、M8中之每一者的曲率係可調整的)，且可補償輸入輻射光束B_in之參數的八個自由度之變化。因此，輻射光束擴展器250不具備致動上之任何額外或冗餘自由度。

在輻射光束擴展器250之上述實施例中，第一鏡M5及第二鏡M6起作用以在第一方向上擴展且準直輻射光束，且第三鏡M7及第四鏡M8起作用以在第二方向上擴展且準直輻射光束。然而，在替代實施 例中，可以不同次序配置該等鏡。舉例而言，第一鏡及第三鏡可在第一方向上擴展且準直輻射光束，而第二鏡及第四鏡可在第二方向上擴展且準直輻射光束。替代地，第一及第四鏡可在第一方向上擴展且準直輻射光束，而第二鏡及第三鏡可在第二方向上擴展且準直輻射光束。

在上述輻射光束擴展器200之第一實施例中，發散光學件包含各自在不同方向上(在x-y平面中)具備可調整曲率的兩個獨立鏡(M1、M2)。會聚光學件包含在兩個不同方向上具備曲率之單一鏡(M3)。在此實施例之變型中，發散光學件可替代地包含在兩個不同方向上彎曲之單一鏡，且會聚光學件可替代地包含各自在不同方向上(在x-y平面中)具備可調整曲率的兩個獨立鏡。

術語「掠入射角」指入射輻射光束之傳播方向與反射表面上入射輻射光束入射所在之點處的切線之間的角。術語「入射角」指入射輻射光束之傳播方向與反射表面上入射輻射光束入射所在之點處的法線之間的角。掠入射角與入射角互補，亦即，掠入射角與入射角的總和為直角。應瞭解，對於發散輻射光束，一般而言，光束之每一光線可在不同方向上傳播。對於此等發散輻射光束，輻射光束之傳播方向可選取為輻射光束之中心或主光線。

光學元件之「光功率」為焦距之倒數，且為光學元件使入射輻射光束發散或會聚之程度的量測。

雖然已將輻射源SO之實施例描述且描繪為包含自由電子雷射FEL，但應瞭解，輻射源可包含任何數目個自由電子雷射FEL。舉例而言，輻射源可包含一個以上自由電子雷射FEL。舉例而言，兩個自由電子雷射可經配置以將EUV輻射提供至複數個微影裝置。此係為了允許某一冗餘。此情形可允許在一個自由電子雷射正被修復或經歷維修時使用另一自由電子雷射。

微影系統LS可包含任何數目個微影裝置。形成微影系統LS之微影裝置之數目可(例如)取決於自輻射源SO輸出之輻射的量及在光束遞送系統BDS中損耗之輻射的量。形成微影系統LS之微影裝置之數目可另外或替代地取決於微影系統LS之佈局及/或複數個微影系統LS之佈局。

微影系統LS之實施例亦可包括一或多個光罩檢測裝置MIA及/或一或多個空中檢測量測系統(AIMS)。在一些實施例中，微影系統LS可包含複數個光罩檢測裝置以允許某一冗餘。此情形可允許在一個光罩檢測裝置正被修復或經歷維修時使用另一光罩檢測裝置。因此，一個光罩檢測裝置始終可供使用。光罩檢測裝置可比微影裝置使用低的功率輻射光束。另外，應瞭解，使用本文中所描述之類型之自由電子雷射FEL所產生之輻射可用於除微影或與微影相關應用以外的應用。

術語「相對論性電子」應被解釋為意謂具有相對論性能量之電子。當電子之動能比得上或大於其靜止質量能(511keV，以自然單位計)時，電子可被視為具有相對論性能量。實務上，形成自由電子雷射之部分之粒子加速器可將電子加速至比其靜止質量能大得多的能量。舉例而言，粒子加速器可將電子加速至>10MeV、>100MeV、>1GeV或更大之能量。

已在輸出EUV輻射光束之自由電子雷射FEL之內容背景下描述了本發明之實施例。然而，自由電子雷射FEL可經組態以輸出具有任何波長之輻射。因此，本發明之一些實施例可包含輸出並非EUV輻射光束之輻射光束之自由電子。

術語「EUV輻射」可被視為涵蓋具有4nm至20nm之範圍內(例如，13nm至14nm之範圍內)之波長的電磁輻射。EUV輻射可具有小於10nm(例如，在4nm至10nm之範圍內)之波長，諸如6.7nm或6.8nm。

微影裝置LA_a至LA_n可用於IC之製造中。替代地，本文中所描述之微影裝置LA_a至LA_n可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。

不同實施例可彼此組合。實施例之特徵可與其他實施例之特徵組合。

雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。

100‧‧‧輻射光束擴展器

102‧‧‧傳播路徑

104‧‧‧信號

A1‧‧‧致動器

A2‧‧‧致動器

A3‧‧‧致動器

A4‧‧‧致動器

B_in‧‧‧輸入輻射光束

B_out‧‧‧輸出輻射光束

CN‧‧‧控制器

M1‧‧‧鏡

M2‧‧‧鏡

M3‧‧‧鏡

M4‧‧‧鏡

S‧‧‧感測器裝置

s₁‧‧‧控制信號

s₂‧‧‧控制信號

s₃‧‧‧控制信號

s₄‧‧‧控制信號

Claims (20)

1. 一種輻射光束擴展器，其包含：一發散光學件，其用於接收一輻射光束及增加該輻射光束之一發散度，該發散光學件包含一或多個鏡；及一會聚光學件，其經配置以接收該輻射光束且減小該輻射光束之該發散度，該會聚光學件包含一或多個鏡；其中該發散光學件及/或該會聚光學件之該一或多個鏡中的至少一者具備一致動器，該致動器經配置以控制該鏡之一曲率。
2. 如請求項1之輻射光束擴展器，其進一步包含：一感測器裝置，其可操作以判定該發散光學件及該會聚光學件之後的該輻射光束之該發散度；及一控制器，其可操作以回應於由該感測器裝置判定之該發散度而控制該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該曲率。
3. 如請求項2之輻射光束擴展器，其中該控制器經配置以控制該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該曲率，使得在該發散光學件及該會聚光學件之後，該輻射光束經準直。
4. 如請求項1或請求項2之輻射光束擴展器，其中該發散光學件及該會聚光學件中之每一者之該一或多個鏡中的一或多者具備一致動器，該致動器可操作以使該鏡圍繞一或多個旋轉軸線旋轉以便控制該鏡之定向。
5. 如請求項4之輻射光束擴展器，其中該感測器裝置可操作以判定該輻射光束在其離開該會聚光學件之後的位置及/或方向；且 其中該控制器可操作以回應於由該感測器裝置判定之該位置及/或方向而控制該發散光學件及該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的一定向，以便控制該輻射光束在其離開該會聚光學件之後的該位置及/或方向。
6. 如請求項5之輻射光束擴展器，其中回應於由該感測器裝置判定之該發散度、位置及/或方向，該控制器經配置以同時控制：(i)該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該定向；及(ii)該發散光學件及/或該會聚光學件之該等鏡中之一或多者的該曲率。
7. 如請求項1或請求項2之輻射光束擴展器，其中該發散光學件之該一或多個鏡之一個以上曲率係可控制的，使得該發散光學件可操作以獨立地控制該輻射光束在垂直於該輻射光束之一傳播路徑之一平面中之第一方向及第二方向上的該發散度。
8. 如請求項1或請求項2之輻射光束擴展器，其中該會聚光學件之該一或多個鏡之一個以上曲率係可控制的，使得該會聚光學件可操作以獨立地控制該輻射光束在垂直於該輻射光束之一傳播路徑之一平面中之第一方向及第二方向上的該發散度。
9. 如請求項7之輻射光束擴展器，其中該發散光學件包含：一第一鏡(M1、M5)，其用於接收該輻射光束及增加該輻射光束在該第一方向上之該發散度；及一第二鏡(M2、M7)，其經配置以接收來自該第一鏡之該輻射光束且增加該輻射光束在垂直於該輻射光束之一傳播路徑之一平面中之一第二方向上的一發散度，其中該第一鏡及該第二鏡中之每一者之一曲率係可獨立調整的。
10. 如請求項9之輻射光束擴展器，其中該第一鏡(M1、M5)具有一凸起之類柱面反射表面，該反射表面在一第一主方向上具有一第一曲率且在一第二主方向上具有一零曲率。
11. 如請求項9之輻射光束擴展器，其中該第二鏡(M2、M7)具有一凸起之類柱面反射表面，該反射表面在一第一主方向上具有一第二曲率且在一第二主方向上具有一零曲率。
12. 如請求項9之輻射光束擴展器，其中該會聚光學件包含一凹入之類環面鏡(M3)，該鏡在該第一方向上具有一第三曲率且在該第二方向上具有一第四曲率。
13. 如請求項9之輻射光束擴展器，其中該會聚光學件包含：一第一凹入之類柱面鏡(M6)，其在該第一方向上具有一第三曲率；及一第二凹入之類柱面鏡(M8)，其在該第二方向上具有一第四曲率。
14. 一種輻射光束擴展器，其包含：一發散光學件，其用於接收一輻射光束及增加該輻射光束之一發散度，該發散光學件為散光的，使得該發散光學件使該輻射光束在垂直於該輻射光束之一傳播路徑之一平面中之第一方向及第二方向上之該發散度增加不同量；一會聚光學件，其經配置以接收該輻射光束且減小該輻射光束之該發散度，該會聚光學件為散光的，使得該會聚光學件使該輻射光束在該第一方向及該第二方向上之該發散度減小不同量；一感測器裝置，其可操作以判定該發散光學件及該會聚光學件之後的該輻射光束之該發散度；及一控制器；其中該發散光學件及該會聚光學件中之至少一者可調整，使得該至少一個光學件在該第一方向及該第二方向中之每一者上之光功率係可獨立調整的，且其中該控制器可操作以回應於由該感測器裝置判定之該發散度而控制彼光學件在該第一方向及/ 或該第二方向上的該光功率。
15. 一種用於一微影系統之輻射系統，其包含：一輻射源，其可操作以產生一輻射光束；及如請求項1至14中任一項之輻射光束擴展器，其經配置以自該輻射源接收該輻射光束且使該輻射光束之截面積增加以便提供一輸出光束。
16. 如請求項15之輻射系統，其中該輻射源可操作以產生一散光輻射光束，該散光輻射光束在垂直於該輻射光束之一傳播路徑之一平面中的兩個相互垂直之方向中之每一者上具有一不同發散度。
17. 如請求項16之輻射系統，其中該輻射光束之截面為橢圓的，該輻射光束之該截面具有一長軸及一短軸。
18. 如請求項17之輻射系統，其中該輻射光束在該長軸之一方向上具有一第一發散度且在該短軸之一方向上具有一第二發散度。
19. 如請求項18之輻射系統，其中該輻射源及如請求項7、8或14中任一項之輻射光束擴展器經配置，使得該輻射光束之該長軸與該第一方向及該第二方向中之一方向對準，且該輻射光束之該長軸與該第一方向及該第二方向中之另一方向對準。
20. 一種微影系統，其包含：如請求項15至19中任一項之輻射系統；一或多個微影工具；及一光束遞送系統，其經配置以將該經擴展輻射光束之至少一部分遞送至該一或多個微影工具中之至少一者。