TWI673575B - 輻射源 - Google Patents

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TWI673575B TW104126143A TW104126143A TWI673575B TW I673575 B TWI673575 B TW I673575B TW 104126143 A TW104126143 A TW 104126143A TW 104126143 A TW104126143 A TW 104126143A TW I673575 B TWI673575 B TW I673575B
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赫爾乎特 傑洛恩 裘翰納斯 米歇爾 凡
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Abstract

協調處於加速階段之電子聚束之傳遞通過線性加速器(LINAC)與處於減速階段之電子聚束之傳遞通過該等LINAC。根據一重複電子聚束序列而將每一順次電子聚束對時間上間隔一各別聚束間隔。電子源在該電子聚束序列中提供清除間隙以允許在波盪器處之離子之清除。該電子源根據一清除間隙序列而提供該等清除間隙，使得對於該複數個能量恢復LINAC中之每一者及對於實質上所有該等清除間隙：對於在一加速階段或減速階段中之該清除間隙之每次傳遞通過該LINAC，協調該清除間隙與在一減速階段或加速階段中傳遞通過該LINAC之該等清除間隙中的一另外清除間隙，藉此維持該LINAC之能量恢復操作。

Description

輻射源
本發明係關於自由電子雷射(FEL)輻射源，例如，經組態以產生具有在4奈米至25奈米之範圍內的波長之輻射之FEL輻射源。輻射源可(例如)經組態以將輻射提供至用於將圖案自圖案化器件投影至基板上之微影裝置。
使用自由電子雷射(FEL)輻射源以產生所要波長之輻射為吾人所知，其中包含電子聚束之週期性序列之電子射束傳遞通過波盪器以產生輻射。此等源可用以產生在4奈米至25奈米之範圍內的輻射，例如，極紫外線(EUV)輻射。
在已知FEL輻射源中，自電子射束中之殘餘氣體經由碰撞離子化而產生離子。在具有幾百MeV之射束能量及幾十mA之射束電流的EUV FEL源中的離子產生之預期速率係使得在不存在干擾的情況下，電子射束可在不到10秒內完全中和(例如，每公尺電子射束的離子電荷與電子電荷匹配)。結果，波盪器處電子聚束之發射強度可顯著超過10毫米毫拉德，且將預期轉換效率下降多於10倍，因此實際上停用EUV FEL之操作。
為了抵消離子集中積聚，已建議若干策略，包括沿著電子射束置放提取電極或以選定電子聚束對之間具有短額外間隙(亦被稱作清除間隙)來實施射束電流圖案。短額外間隙亦可被認為表示電子聚束 序列中之遺漏聚束。清除間隙之使用意欲給出以其他方式在聚束式電子射束之電位中被截留的離子一些時間漂移走。根據已知建議清除間隙之使用可不完全移除經截留離子，但可允許減輕可對FEL操作有害的快速離子不穩定度。
已知FEL源包括用於使電子聚束在傳遞通過波盪器之前(及之後)加速(及減速)之LINAC。可使用能量恢復LINAC，其通常經設計為在經平衡空腔負荷接近零(例如，加速射束與減速射束中之電流匹配，且在加速及減速之後提取及沈積的能量幾乎匹配)的情況下操作。
在電子聚束之間清除間隙之使用可使能量恢復LINAC之操作失真。在單次通過LINAC系統之狀況下，G.H.Hoffstaetter等人已在Nuclear Instruments & Methods中(Physics Research A(557(2006年)，205至212中)建議使在單次通過LINAC時在LINAC模組內使電子射束加速及減速時的清除間隙(例如，遺漏聚束串)匹配。在單次通過LINAC時之清除間隙之匹配可相對直接(在每一電子聚束圍繞迴路循環一次且在其加速時僅傳遞通過單一LINAC一次且在其減速時僅傳遞通過單一LINAC一次的情況下)，且可藉由以合適規則速率提供遺漏聚束之要求來達成。
本發明之目的為提供可提供離子積聚之縮減的改良型或至少替代型FEL輻射源及此源之操作方法。
根據本發明之一態樣，提供用於電子源之定時圖案設計規則及用於FEL輻射源內之路徑長度之設計規則，使得來自該源之射束電流週期性地中斷，且由此形成於該射束中的間隙在加速及減速階段期間在共同傳播通過多個LINAC區段時實質上重疊。
根據本發明之另一態樣，提供一種自由電子雷射(FEL)輻射源，其包含：一電子源，其用於產生電子聚束；複數個線性加速器 (LINAC)，其用於使該等電子聚束加速及減速；一波盪器，其經組態成使得在操作中該等電子聚束之傳遞通過該波盪器會產生處於一所要波長之輻射；及複數個操控單元，其用於沿著該電子源、該複數個LINAC及該波盪器之間的一所要電子聚束路徑來導引該等電子聚束。該FEL輻射源經組態以操作使得在操作中：每一電子聚束在一加速階段期間沿著該電子聚束路徑自該電子源傳遞通過該複數個LINAC中之每一者至少一次，接著傳遞通過該波盪器，接著在一減速階段期間傳遞通過該複數個LINAC至少一次；協調處於加速階段之電子聚束之傳遞通過該等LINAC與處於減速階段之電子聚束之傳遞通過該等LINAC，以提供該等LINAC之能量恢復操作；及根據一重複電子聚束序列而將每一順次電子聚束對時間上間隔一各別聚束間隔。該電子源經組態以在該電子聚束序列中提供清除間隙以允許在該波盪器處之離子之清除，且該電子源經組態以根據一清除間隙序列而提供該等清除間隙，使得對於該複數個能量恢復LINAC中之每一者及對於實質上所有該等清除間隙：對於在一加速階段或減速階段中之該清除間隙之每次傳遞通過該LINAC，協調該清除間隙與在一減速階段或加速階段中傳遞通過該LINAC之該等清除間隙中的一另外清除間隙，藉此維持該LINAC之能量恢復操作。該電子聚束序列中之該等清除間隙亦可提供在該電子射束路徑之其他部分處以及在該波盪器中(例如，在該電子射束相比於在其他部分中更多地聚焦之該路徑之部分中)之離子之清除。該電子射束更多地聚焦之該路徑之此等部分可包含該路徑之實質上筆直區段，例如，一LINAC、一彎曲件之前或之後的一匹配區段以及該波盪器中之一或多者。
在操作中，每一電子聚束可在一加速階段期間傳遞通過每一LINAC至少兩次且在一減速階段期間傳遞通過每一LINAC至少兩次。
該等清除間隙及該等清除間隙中之該另外清除間隙可經協調， 使得該等清除間隙之先前及/或之後的電子聚束在傳遞通過該等LINAC期間可具有不同相位，差可為大約180度。
該電子聚束序列可包含一週期性電子聚束序列，且該等清除間隙可藉由提供該週期性電子聚束序列中之遺漏電子聚束及/或比該序列之正常聚束攜載實質上較低電荷的聚束來提供。舉例而言，攜載實質上較低電荷之聚束可攜載小於序列之正常聚束之電荷的50%，視情況小於序列之正常聚束之電荷的20%、視情況小於序列之電荷的10%。攜載實質上較低電荷之聚束可實質上不攜載電荷。
該清除間隙序列可使得以取決於該電子聚束路徑之長度之一選定週期性速率來提供該等清除間隙，該電子聚束路徑可包含複數個迴路，且該等迴路中之包括該波盪器的一迴路之長度可具有與該等迴路之至少一其他迴路之一長度的一選定關係，其中該選定週期性速率及迴路長度之間的該選定關係可用以提供在操作中該等清除間隙之該協調。
該複數個LINAC可包含一第一LINAC及一第二LINAC，該第一LINAC及該第二LINAC可經配置成使得在操作中每一電子聚束在一加速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次且在一減速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次，且在該等電子聚束之一路徑中存在一點(Z)使得：使一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該點(Z)至該第二LINAC之入口(K)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第二LINAC的一距離(ZK)實質上等於一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之出口(B)至該第二LINAC之入口(C)以使該電子聚束在其加速階段中一第一次傳遞通過該第二LINAC的一距離(BC)；使一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二 LINAC之出口(D)至該第一LINAC之入口(E)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC的一距離(DE)實質上等於一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之出口(L)至該第一LINAC之入口(M)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC的一距離(LM)；使一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之出口(F)至該第二LINAC之入口(G)以使該電子聚束在其加速階段中該第一次傳遞通過該第二LINAC的一距離(FG)實質上等於一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之出口(N)至該第二LINAC之入口(O)以使該電子聚束在其減速階段中該第二次傳遞通過該第二LINAC的一距離(NO)；使一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之出口(H)至該波盪器中之該點(Z)的一距離(HZ)實質上等於一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之出口(P)至該第一LINAC之入口(Q)以使該電子聚束在其減速階段中該第二次傳遞通過該第一LINAC的一距離(PQ)。
可以一重複率R提供該等清除間隙，且R或R*n(n為一整數)實質上等於一每AZ/c，其中AZ為一電子聚束沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之入口至該點(Z)以使該電子聚束在其加速階段期間第一次傳遞通過該第一LINAC的一距離，且c為該等電子聚束沿著該電子聚束路徑之平均速度。
對於沿著該電子聚束路徑之被陳述為實質上相等的每一對距離(ZK=BC、DE=LM、FG=NO、HZ=PQ)，一電子聚束沿著該對之彼等距離中之一者(ZK、DE、FG或HZ)之一行進時間可與一電子聚束沿著該對之彼等距離之該另一者(BC、LM、NO、PQ)之行進時間實質上相同，視情況相差小於+/-△L/4，其中△L為清除間隙持續時間。
該源可經組態以操作使得兩個或三個清除間隙同時存在於該電子聚束路徑上。
該複數個LINAC可包含一第一LINAC及一第二LINAC，該第一LINAC及該第二LINAC可經配置成使得在操作中每一電子聚束在一加速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次且在一減速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次，且在該等電子聚束之該路徑中存在一點(Z)使得：該等距離AC、CE、EG、GZ、ZK、KM、MO及OQ實質上相等，其中：AC為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之入口(A)至該第二LINAC之該入口(C)以使該電子聚束在其加速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離；CE為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(C)至該第一LINAC之該入口(E)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC的一距離；EG為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之該入口(E)至該第二LINAC之該入口(G)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離；GZ為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(G)至該波盪器中之一點(Z)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第二LINAC的一距離；KM為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(K)至該第一LINAC之該入口(M)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離； MO為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之該入口(M)至該第二LINAC之該入口(O)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC的一距離；OQ為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(O)至該第一LINAC之該入口(Q)以使該電子聚束在其減速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離。
可以一重複率R提供該等清除間隙，且R或R之整數倍(R*n，n為一整數)可實質上等於一每AC/c，其中c為該等電子聚束沿著該電子聚束路徑之該平均速度。
該源可經組態以操作使得八個或九個清除間隙同時存在於該電子聚束路徑上。
電子聚束沿著該等距離AC、CE、EG、GZ、ZK、KM、MO及OQ中之每一者之行進時間可實質上相同，視情況相差小於+/-△L/4，其中△L為清除間隙持續時間。
該複數個LINAC可包含一第一LINAC及一第二LINAC，該第一LINAC及該第二LINAC可經配置成使得在操作中每一電子聚束在一加速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次且在一減速階段期間傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC中之每一者至少兩次，且在該等電子聚束之該路徑中存在一點(Z)使得：該等距離AC、EG、ZK及MO實質上相等；且該等距離CE、GZ、KM及OQ實質上相等，其中：AC為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之該入口(A)至該第二LINAC之該入口(C)以使該電子聚束在其加速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離； CE為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(C)至該第一LINAC之該入口(E)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC的一距離；EG為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之該入口(E)至該第二LINAC之該入口(G)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離；GZ為一電子聚束在其加速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(G)至該波盪器中之一點(Z)以使該電子聚束在其加速階段中一第二次傳遞通過該第二LINAC的一距離；KM為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(K)至該第一LINAC之該入口(M)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離；MO為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第一LINAC之該入口(M)至該第二LINAC之該入口(O)以使該電子聚束在其減速階段中一第一次傳遞通過該第一LINAC的一距離；OQ為一電子聚束在其減速階段中沿著該電子聚束路徑自該第二LINAC之該入口(O)至該第一LINAC之該入口(Q)以使該電子聚束在其減速階段中一第二次傳遞通過該第一LINAC及該第二LINAC的一距離。
可以一重複率R提供該等清除間隙，且R或R之整數倍(R*n，n為一整數)可實質上等於一每c/AE，其中c為該等電子聚束沿著該電子聚束路徑之該平均速度。
電子聚束沿著該等距離AC、EG、ZK及MO中之每一者之該等行進時間可實質上相同，視情況相差小於+/-△L/4，其中△L為清除間隙 持續時間；且電子聚束沿著該等距離CE、GZ、KM及OQ中之每一者之該等行進時間可實質上相同，視情況相差小於+/-△L/4，其中△L為清除間隙持續時間。
每一清除間隙可與該聚束序列中之下一清除間隙分離達一清除間隙重複週期，每一清除間隙具有一清除間隙持續時間，且該清除間隙持續時間對一清除間隙重複週期之一比率可在5%與20%之間，視情況實質上等於10%。
該等清除間隙可以一清除間隙重複率而提供，且該重複率係在0.5MHz至1.5MHz之範圍內，視情況實質上等於1MHz。
該等清除間隙中之每一者可具有大於10奈秒、視情況大於100奈秒之一持續時間。
該等電子聚束可具有在10fs至10ps之一範圍內的一電子聚束持續時間(在該電子源處經量測時)。
可以在100MHz至1GHz之一範圍內的一聚束重複率來提供該等電子聚束。
該等電子聚束可遵循一聚束路徑，且用於該等聚束中之每一者之在該電子源與最後一次由該聚束射出該等LINAC中之一最後LINAC之間的該聚束路徑之該長度可在500公尺至1500公尺之一範圍內，視情況為大約800公尺。
該波盪器可經組態成使得在操作中該等電子聚束之傳遞通過該波盪器會產生處於在4奈米至25奈米之一範圍內的一波長之輻射。
在可獨立提供之本發明之一另外態樣中，提供一種微影系統，其包含：如本文所主張或所描述之一輻射源；及一微影裝置，其經配置以自該輻射源接收輻射且使用該輻射以將一圖案自一圖案化器件投影至一基板上。
在可獨立提供之本發明之一另外態樣中，提供一種操作自由電 子雷射(FEL)輻射源之方法，該FEL輻射源包含：一電子源，其用於產生電子聚束；複數個線性加速器(LINAC)，其用於使該等電子聚束加速及減速；一波盪器，其經組態成使得在操作中該等電子聚束之傳遞通過該波盪器會產生處於一所要波長之輻射；及複數個操控單元，其用於沿著該電子源、該複數個LINAC及該波盪器之間的一所要電子聚束路徑來導引該等電子聚束。該方法包含操作該FEL輻射源使得在操作中：每一電子聚束在一加速階段期間沿著該電子聚束路徑自該電子源傳遞通過該複數個LINAC中之每一者至少一次，接著傳遞通過該波盪器，接著在一減速階段期間傳遞通過該複數個LINAC至少一次。協調處於加速階段之電子聚束之傳遞通過該等LINAC與處於減速階段之電子聚束之傳遞通過該等LINAC，以提供該等LINAC之能量恢復操作。根據一重複電子聚束序列而將順次電子聚束對時間上間隔一各別聚束間隔。在該電子聚束序列中提供清除間隙以允許在該波盪器處之離子之清除。該方法包含根據一清除間隙序列而提供該等清除間隙，使得對於該複數個能量恢復LINAC中之每一者及對於實質上所有該等清除間隙：對於在一加速階段或減速階段中之該清除間隙之每次傳遞通過該LINAC，協調該清除間隙與在一減速階段或加速階段中傳遞通過該LINAC之該等清除間隙中的一另外清除間隙，藉此維持該LINAC之能量恢復操作。
在本發明之一另外態樣中，提供一種使用一自由電子雷射(FEL)來產生極紫外線(EUV)輻射之方法，該方法包含：將一驅動雷射光束導向至一陰極上以產生電子聚束；將該等電子聚束傳遞至一線性加速器(LINAC)以使該等電子聚束加速；將該等電子聚束沿著一電子聚束路徑傳遞通過一波盪器，該波盪器經組態以產生EUV輻射，該方法進一步包含藉由施加在一預定範圍內的該等電子聚束之電荷或發射強度之一變化而自該電子聚束路徑移除帶正電荷離子，其中電荷或發射強 度變化之該預定範圍經選擇以限定該LINAC中之加速梯度之變化。
該方法有利，此係因為其在無需使用提取電極的情況下自該FEL移除離子。
該等電子聚束之電荷或發射強度之該變化的該預定範圍可為該等電子聚束之該電荷或發射強度的10%或小於10%。
該變化可施加至該等電子聚束之該電荷及該發射強度兩者。
可藉由變更入射於該陰極上之該驅動雷射光束之雷射脈衝之能量而實施該經施加變化。
變更該驅動雷射光束之雷射脈衝之該能量可包含與該驅動雷射相關聯之雜訊之一放大。
一勃克爾盒可用以變更該驅動雷射之脈衝之該能量。
可變化由該驅動雷射產生之脈衝之一波前。
一勃克爾盒可用以變化由該驅動雷射產生之脈衝之該波前。
可變化該陰極之溫度以施加該等電子聚束之發射強度之該變化。
入射於該陰極上之一雷射可用以變化該陰極之該溫度。
在本發明之一另外態樣中，提供一種自由電子雷射(FEL)極紫外線(EUV)輻射源，其包含：一驅動雷射，其經組態以發射雷射脈衝；一陰極，其其經組態以接收該等雷射脈衝且產生電子聚束；一線性加速器(LINAC)，其經組態以使該等電子聚束加速；及一波盪器，其經組態以接收該等電子聚束且輸出一EUV輻射光束；其中該FEL進一步包含離子移除裝置，該離子移除裝置包含一電子聚束電荷或發射強度變化裝置，該電子聚束電荷或發射強度變化裝置受到一控制單元控制以在一預定範圍內變化該等電子聚束之電荷或發射強度，該預定範圍經選擇為自該FEL移除離子但限定該LINAC中之加速梯度之變化。
此輻射源有利，此係因為其在無需(例如)使用提取電極的情況下 自該FEL移除離子。
該等電子聚束之電荷或發射強度之該變化的該預定範圍可為該等電子聚束之該電荷或發射強度的10%或小於10%。
該變化可施加至該等電子聚束之該電荷及該發射強度兩者。
可藉由變更入射於該陰極上之該驅動雷射光束之雷射脈衝之能量而實施該經施加變化。
變更該驅動雷射光束之雷射脈衝之該能量可包含與該驅動雷射相關聯之雜訊之一放大。
一勃克爾盒可用以變更該驅動雷射之脈衝之該能量。
可變化由該驅動雷射產生之脈衝之一波前。
一勃克爾盒可用以變化由該驅動雷射產生之脈衝之該波前。
可變化該陰極之溫度以施加該等電子聚束之發射強度之該變化。
入射於該陰極上之一雷射可用以變化該陰極之該溫度。
在本發明之一另外態樣中，提供一種自由電子雷射(FEL)極紫外線(EUV)輻射源，其包含：一線性加速器(LINAC)，其經組態以使電子聚束加速；及一波盪器，其經組態以接收該等電子聚束且輸出一EUV輻射光束；其中該FEL進一步包含一RF電磁波發射器，該RF電磁波發射器經組態以提供延伸至該FEL之一射束管中之一RF漸消型電磁波或一拍頻RF電磁波。
此輻射源有利，此係因為其允許沿著射束管將離子推動至可提取該等離子之點，且結果離子在射束管中耗費較少時間。
該RF電磁波發射器可在該波盪器之一波盪器模組之一側上連接至該射束管。
提取電極可提供於該波盪器模組之一相對側上。
在本發明之一另外態樣中，提供一種使用一自由電子雷射(FEL) 來產生極紫外線(EUV)輻射之方法，該方法包含：將電子聚束傳遞至一線性加速器(LINAC)以使該等電子聚束加速，接著將該等電子聚束沿著一電子聚束路徑傳遞通過一波盪器，該波盪器經組態以產生EUV輻射；該方法進一步包含產生延伸至該FEL之一射束管中且沿著該射束管推動該等離子的一RF漸消型電磁波或一拍頻RF電磁波。
此方法有利，此係因為其允許沿著射束管將離子推動至可提取該等離子之點，且結果離子在射束管中耗費較少時間。
該RF漸消型電磁波或該拍頻RF電磁波延伸至之該射束管位於一波盪器模組中。
該RF漸消型電磁波或該拍頻RF電磁波可提供將離子推動朝向該波盪器模組之一相對末端之一電位。
提取電極可提供於該波盪器模組之彼相對側上。
該電位可具有一足夠高梯度以在大約1毫秒內自該自由電子雷射移除離子。
如將對熟習此項技術者易於顯而易見，可組合上文或下文所闡明之本發明之態樣及/或特徵與本發明之其他態樣及/或特徵。
8‧‧‧開口
10‧‧‧琢面化場鏡面器件
11‧‧‧琢面化光瞳鏡面器件
13‧‧‧鏡面
14‧‧‧鏡面
20‧‧‧光束分裂裝置
21‧‧‧電子源
22‧‧‧能量恢復線性加速器(LINAC)
23‧‧‧操控單元
24‧‧‧波盪器/波盪器模組
25‧‧‧第二操控單元
26‧‧‧射束截止器
31‧‧‧架構
31'‧‧‧第一架構
31"‧‧‧第二架構
32‧‧‧迴路
33‧‧‧長度
35‧‧‧寬度
37‧‧‧電氣櫃
39‧‧‧低溫冷卻櫃
40‧‧‧光學系統
47‧‧‧壁
132‧‧‧第一光學元件
134‧‧‧第二光學元件
136‧‧‧第一光學元件
138‧‧‧第二光學元件
219‧‧‧合併器組件
220‧‧‧單遍次自由電子雷射(FEL)輻射源
221‧‧‧注入器
222‧‧‧線性加速器(LINAC)
224‧‧‧波盪器
225‧‧‧去合併器組件
226‧‧‧射束截止器
227‧‧‧電子聚束路徑
239‧‧‧合併器組件
240‧‧‧雙遍次分裂加速自由電子雷射(FEL)輻射源/裝置
241‧‧‧注入器
242a‧‧‧第一線性加速器(LINAC)
242b‧‧‧第二線性加速器(LINAC)
244‧‧‧波盪器
245‧‧‧去合併器組件
246‧‧‧射束截止器
247‧‧‧電子聚束路徑
250‧‧‧清除間隙
252‧‧‧清除間隙
254‧‧‧清除間隙
260‧‧‧清除間隙
262‧‧‧清除間隙
270‧‧‧清除間隙
272‧‧‧清除間隙
274‧‧‧清除間隙
276‧‧‧清除間隙
278‧‧‧清除間隙
300‧‧‧輻射源
310‧‧‧驅動雷射
320‧‧‧快速調變單元
330‧‧‧間隙引入單元
340‧‧‧陰極
350‧‧‧電子槍腔室
360‧‧‧電子聚束
380‧‧‧控制單元
390‧‧‧電子升壓器
400‧‧‧雷射光束/雷射脈衝
410‧‧‧快速調變單元(圖22)
420‧‧‧輻射光束/雷射光束(圖21)/間隙引入單元(圖22)
430‧‧‧正離子/振盪
440‧‧‧電子射束路徑/電子射束軸線
450‧‧‧不規則電子聚束
500‧‧‧射頻(RF)電磁波發射器
502‧‧‧波導
504‧‧‧射束管/射束路徑
506‧‧‧耦合天線
508‧‧‧提取電極
a1‧‧‧點
a2‧‧‧點
a3‧‧‧點
a4‧‧‧點
a5‧‧‧點
a6‧‧‧點
a7‧‧‧點
a8‧‧‧點
A‧‧‧點
B‧‧‧極紫外線(EUV)輻射光束/主輻射光束/複合輻射光束/輸出輻射光束(圖1、圖4、圖5)/點(圖8)
B'‧‧‧第一極紫外線(EUV)輻射光束/雷射光束
B"‧‧‧第二極紫外線(EUV)輻射光束/雷射光束
B1‧‧‧分支輻射光束
B2‧‧‧分支輻射光束
B3‧‧‧分支輻射光束
B4‧‧‧分支輻射光束
B5‧‧‧分支輻射光束
B6‧‧‧分支輻射光束
B7‧‧‧分支輻射光束
B8‧‧‧分支輻射光束
B9‧‧‧分支輻射光束
B10‧‧‧分支輻射光束
B11‧‧‧分支輻射光束/經圖案化輻射光束
B12‧‧‧分支輻射光束
B13‧‧‧分支輻射光束
B14‧‧‧分支輻射光束
B15‧‧‧分支輻射光束
B16‧‧‧分支輻射光束
B17‧‧‧分支輻射光束
B18‧‧‧分支輻射光束
B19‧‧‧分支輻射光束
B20‧‧‧分支輻射光束
C‧‧‧點
D‧‧‧點
E‧‧‧聚束式電子射束/相對論電子射束/經加速電子射束(圖3)/點(圖8)
E'‧‧‧經減速電子射束/減速電子
F‧‧‧點
FEL‧‧‧自由電子雷射
FEL'‧‧‧第一自由電子雷射
FEL"‧‧‧第二自由電子雷射
G‧‧‧點
H‧‧‧點
I‧‧‧點
IL‧‧‧照明系統
J‧‧‧點
K‧‧‧點
L‧‧‧長度(圖3)/點(圖8)
LA1‧‧‧微影裝置
LA2‧‧‧微影裝置
LA3‧‧‧微影裝置
LA4‧‧‧微影裝置
LA5‧‧‧微影裝置
LA6‧‧‧微影裝置
LA7‧‧‧微影裝置
LA8‧‧‧微影裝置
LA9‧‧‧微影裝置
LA10‧‧‧微影裝置
LA11‧‧‧微影裝置
LA12‧‧‧微影裝置
LA13‧‧‧微影裝置
LA14‧‧‧微影裝置
LA15‧‧‧微影裝置
LA16‧‧‧微影裝置
LA17‧‧‧微影裝置
LA18‧‧‧微影裝置
LA19‧‧‧微影裝置
LA20‧‧‧微影裝置
LS‧‧‧微影系統
M‧‧‧點
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MT‧‧‧支撐結構
N‧‧‧點
O‧‧‧點
P‧‧‧點
PS‧‧‧投影系統
Q‧‧‧點
R‧‧‧點
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板(圖2)/寬度(圖3)
WT‧‧‧基板台
Z‧‧‧點
現在將參看隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：- 圖1為包含一輻射源及複數個微影裝置之微影系統的示意性說明；- 圖2為形成圖1之微影系統之部分之微影裝置的示意性說明；- 圖3為自由電子雷射之示意性說明；- 圖4為包括包含兩個自由電子雷射之輻射源的微影系統的示意性說明；- 圖5為光學系統之示意性說明； - 圖6為另一自由電子雷射之示意性說明；- 圖7為根據一實施例的包括兩個能量恢復多遍次LINAC的自由電子雷射輻射源的示意性說明；- 圖8至圖11為展示根據圖7之自由電子雷射輻射源之第一操作模式的清除間隙對沿著電子聚束路徑之進程的示意性說明；- 圖12至圖15為展示根據圖7之自由電子雷射輻射源之第二操作模式的清除間隙對沿著電子聚束路徑之進程的示意性說明；- 圖16為展示根據圖7之自由電子雷射輻射源之第二操作模式在某一時間點沿著電子聚束路徑的多個清除間隙之位置的示意性說明；- 圖17及圖18為展示根據圖7之自由電子雷射輻射源之第三操作模式的清除間隙沿著電子聚束路徑之進程的示意性說明；- 圖19為在清除間隙之傳遞並不與其他清除間隙協調的狀況下在該清除間隙之傳遞期間在LINAC模組中之相對r.m.s.振幅梯度變化的曲線圖；- 圖20為不規則電子聚束對電子射束路徑中之正離子之軌跡之效應的示意性說明；- 圖21為電子注入器之一實施例的示意性說明；- 圖22為由驅動雷射產生的雷射脈衝之集合隨著其行進通過快速調變單元及間隙引入單元之能量之改變的曲線圖；- 圖23為最佳電荷調變功能之實例的曲線圖；- 圖24為最佳電荷調變功能之另一實例的曲線圖；- 圖25為次佳電荷調變功能之實例的曲線圖；- 圖26為RF電磁波注入裝置之示意性說明；及- 圖27為說明使用電磁波注入裝置而產生的漸消型電磁波之場強度的曲線圖。
圖1展示微影系統LS，其包含：一輻射源SO、一光束分裂裝置20及複數個微影裝置LA1至LA20。輻射源SO包含至少一自由電子雷射且經組態以產生極紫外線(EUV)輻射光束B(其可被稱作主射束)。主輻射光束B分裂成複數個輻射光束B1至B20(其可被稱作分支射束)，該等輻射光束B1至B20中之每一者係由光束分裂裝置20導向至微影裝置LA1至LA20中之一不同微影裝置。分支輻射光束B1至B20可自主輻射光束B連續地分裂，其中每一分支輻射光束自主輻射光束B自先前分支輻射光束下游分裂。光束分裂裝置可(例如)包含一系列鏡面(圖中未繪示)，該等鏡面中每一者經組態以將主輻射光束B之一部分分裂成分支輻射光束B1至B20。
分支輻射光束B1至B20在圖1中被描繪為自主輻射光束B分裂，使得分支輻射光束B1至B20在大約垂直於主輻射光束B之傳播方向的方向上傳播。然而，在一些實施例中，分支輻射光束B1至B20可代替地自主輻射光束B分裂成使得每一分支輻射光束B1至B20之傳播方向與主輻射光束之傳播方向之間的角度實質上小於90度。此情形可允許光束分裂裝置之鏡面待配置成使得主輻射光束B以小於直角之入射角入射於鏡面上。有利的是，此情形可減低由鏡面吸收之輻射之量，且因此增加自鏡面反射且經由分支輻射光束B1至B20而提供至微影裝置LA1至LA20之輻射之量。
微影裝置LA1至LA20可皆定位於同一垂直層級上。供定位微影裝置LA1至LA20之垂直層級可為與供定位光束分裂裝置20且自輻射源SO接收主射束B之垂直層級實質上相同的垂直層級。替代地，光束分裂裝置20可將分支輻射光束B1至B20中之至少一些導向至供定位微影裝置LA1至LA20中之至少一些之一或多個不同垂直層級。舉例而言，主輻射光束B可由基底或底層垂直層級上之光束分裂裝置接收。光束分裂裝置20可將至少一些分支輻射光束B1至B20導向至經定位於該光束 分裂裝置上方且供定位微影裝置LA1至LA20中之至少一些之垂直層級。微影裝置LA1至LA20可定位於多個垂直層級上，且因而，光束分裂裝置20可將分支輻射光束B1至B20導向至不同垂直層級以便由微影裝置LA1至LA20接收。
輻射源SO、光束分裂裝置20及微影裝置LA1至LA20可全部經建構及配置成使得其可與外部環境隔離。真空可提供於輻射源SO、光束分裂裝置20及微影裝置LA1至LA20中之至少部分中，以便最小化EUV輻射之吸收。微影系統LS之不同部分可具備處於不同壓力之真空(亦即，被保持處於低於大氣壓力之壓力)。
圖2為圖1所展示之微影系統LS之微影裝置LA1的示意性描繪。微影裝置LA1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經組態以調節由微影裝置LA1接收之分支輻射光束B1，之後該分支輻射光束B1入射於圖案化器件MA上。投影系統PS經組態以將分支輻射光束B1(現在藉由光罩MA而圖案化)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B1與先前形成於基板W上之圖案對準。
由微影裝置LA1接收之分支輻射光束B1自光束分裂裝置20通過照明系統IL之圍封結構中之開口8而傳遞至照明系統IL中。視情況，分支輻射光束B1可聚焦以在開口8處或附近形成中間焦點。
照明系統IL可包括琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11。琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11一起提供輻射光束B1之所要橫截面形狀及所要角分佈。輻射光束B1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射束B11。除了琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11以外或代替琢面化場鏡面器件10及琢面化 光瞳鏡面器件11，照明系統IL亦可包括其他鏡面或器件。舉例而言，照明系統IL可包括獨立可移動鏡面陣列。獨立可移動鏡面可(例如)有小於1毫米寬。獨立可移動鏡面可(例如)為MEMS器件。
在自圖案化器件MA反射之後，經圖案化輻射光束B11進入投影系統PS。投影系統包含複數個鏡面13、14，該複數個鏡面13、14經組態以將輻射光束B11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上之對應特徵的影像。舉例而言，可應用為4之縮減因數。儘管投影系統PS在圖2中具有兩個鏡面13、14，但投影系統可包括任何數目個鏡面(例如，六個鏡面)。
在一些實施例中，微影系統LS可包括一或多個光罩檢測裝置(圖中未繪示)。光罩檢測裝置可包括經組態以自光束分裂裝置20接收分支輻射光束B1至B20且將分支輻射光束導向於光罩MA處之光學件(例如，鏡面)。光罩檢測裝置可進一步包括經組態以收集自光罩反射之輻射且在成像感測器處形成光罩之影像的光學件(例如，鏡面)。成像感測器處所接收之影像可用以判定光罩MA之一或多個屬性。光罩檢測裝置可(例如)相似於圖2所展示之微影裝置LA1，其中用成像感測器來替換基板台WT。
在一些實施例中，微影系統LS可包括可用以量測光罩MA之一或多個屬性之一或多個空中影像量測系統(AIMS)。舉例而言，AIMS可經組態以自光束分裂裝置20接收分支輻射光束B1至B20且使用分支輻射光束B1至B20以判定光罩MA之一或多個屬性。
輻射源SO包含可操作以產生EUV輻射光束之自由電子雷射FEL。視情況，輻射源SO可包含一個以上自由電子雷射FEL。
自由電子雷射包含電子源，該電子源可操作以產生聚束式相對論電子射束，且相對論電子聚束經導向通過週期性磁場。週期性磁場 係由波盪器產生且使電子遵循圍繞中心軸線之振盪路徑。由於由磁場造成之加速度，故電子大體上在中心軸線之方向上自發地輻射電磁輻射。相對論電子與波盪器內之輻射相互作用。在某些條件下，此相互作用使電子一起聚束成微聚束，該等微聚束在波盪器內之輻射之波長下經調變，且刺激輻射沿著中心軸線之相干發射。
圖3為自由電子雷射FEL之示意性描繪，該自由電子雷射FEL包含一電子源21、一線性加速器22、一操控單元23及一波盪器24。電子源21可替代地被稱作注入器。
電子源21可操作以產生電子射束E。舉例而言，電子源21可包含光陰極或熱離子陰極及加速電場。電子射束E為包含一系列電子聚束之聚束式電子射束E。電子射束E係由線性加速器22加速至相對論能量。在一實例中，線性加速器22可包含：複數個射頻空腔，其沿著一共同軸線軸向地間隔；及一或多個射頻電源，其可操作以在電子聚束在電磁場之間傳遞時沿著共同軸線控制該等電磁場以便使每一電子聚束加速。空腔可為超導射頻空腔。有利的是，此情形允許：以高作用時間循環施加相對大電磁場；較大射束孔徑，從而引起較少的歸因於尾流場之損耗；且允許增加傳輸至射束(相對於通過空腔壁而耗散)之射頻能量之分率。替代地，空腔通常可導電(亦即，不超導)，且可由(例如)銅形成。亦可使用其他類型之線性加速器。舉例而言，線性加速器22可包含雷射加速器，其中電子射束E傳遞通過經聚焦雷射光束且該雷射光束之電場使電子加速。
射出線性加速器22之相對論電子射束E進入操控單元23。操控單元23可操作以變更相對論電子射束E之軌跡以便將電子射束E自線性加速器22導向至波盪器24。操控單元23可(例如)包含經組態以在操控單元23中產生磁場之一或多個電磁體及/或永久磁體。磁場對電子射束E施加力，該力用以變更電子射束E之軌跡。在離開線性加速器22 之後電子射束E之軌跡係由操控單元23變更以便將電子導向至波盪器24。
在操控單元23包含一或多個電磁體及/或永久磁體之實施例中，磁體可經配置以形成磁偶極、磁四極、磁六極及/或經組態以將力施加至電子射束E之任何其他種類之多極磁場配置中的一或多者。另外或替代地，操控單元23可包含一或多個帶電板，該一或多個帶電板經組態以在操控單元23中產生電場，使得將力施加至電子射束E。一般而言，操控單元23可包含可操作以將力施加至電子射束E以變更其軌跡之任何裝置。
操控單元23將相對論電子射束E導向至波盪器24。波盪器24可操作以沿著週期性路徑來導引相對論電子，使得電子射束E與波盪器24內之輻射相互作用以便刺激相干輻射之發射。通常，波盪器24包含複數個磁體，該複數個磁體可操作以產生造成電子射束E遵循週期性路徑之週期性磁場。結果，電子大體上在波盪器24之中心軸線之方向上發射電磁輻射。波盪器24可包含複數個區段(圖中未繪示)，每一區段包含一週期性磁體結構。電磁輻射可在每一波盪器區段之開始處形成聚束。波盪器24可進一步包含用於重新聚焦電子射束E之機構，諸如，一或多對鄰近區段之間的四極磁體。用於重新聚焦電子射束E之機構可縮減電子聚束之大小，此可改良電子與波盪器24內之輻射之間的耦合，從而增加輻射之發射之刺激。
在電子移動通過波盪器24時，該等電子與波盪器24中之電磁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之能量之量將快速振盪，該諧振條件係由如下方程式給出： 其中λ em 為輻射之波長、λ u 為波盪器週期、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：對於螺旋狀波盪器，A=1，而對於平面波盪器，A=2。實務上，每一電子聚束將具有一能量展度，但可儘可能地最小化此展度(藉由以低發射強度產生電子射束E)。波盪器參數K通常為大約1且係由如下方程式給出： 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 等於由移動通過波盪器24之電子自發地輻射之第一諧波波長。自由電子雷射FEL可在自放大自發發射(SASE)模式中操作。在SASE模式中之操作可需要在電子射束E進入波盪器24之前該電子射束E中之電子聚束之低能量展度。替代地，自由電子雷射FEL可包含可藉由波盪器24內之受激發射放大之晶種輻射源。
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。可在符合諧振條件時或在條件接近但稍微偏諧振時達成最大增益。
在進入波盪器24時符合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，使得不再滿足諧振條件。因此，在一些實施例中，波盪器24可漸狹。亦即，週期性磁場之振幅及/或波盪器週期λ u 可沿著波盪器24之長度而變化，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。應注意，電子與波盪器24內之輻射之間的相互作用產生電子聚束內之能量展度。波盪器24之漸狹可經配置以最大化處於或接近於諧振之電子之數目。舉例而言，電子聚束可具有在峰值能量下處於峰值之能量分佈，且漸狹可經配置以在具有此峰值能量之電子經導引通過波盪器24時將該等電子保持處於或 接近於諧振。有利的是，波盪器之漸狹具有用以顯著增加轉換效率之能力。使用漸狹波盪器可將轉換效率(亦即，轉換成輻射光束B中之輻射的電子射束E之能量之部分)增加達原先的2倍以上。波盪器之漸狹可藉由沿著波盪器之長度縮減其參數K來達成。此可藉由使沿著波盪器之軸線之波盪器週期λ u 及/或磁場強度B 0 及/或定義所產生輻射之偏振且藉由波盪器幾何形狀定義的參數(常常被表示為A)與電子聚束能量匹配以確保其處於或接近於諧振條件來達成。以此方式符合諧振條件會增加發射輻射之頻寬。
在離開波盪器24之後，電磁輻射係作為輻射光束B'被發射。輻射光束B'包含EUV輻射，且可形成提供至光束分裂裝置20(圖1所描繪)且形成提供至微影裝置LA1至LA20之分支輻射光束B1至B20的輻射光束B之全部或部分。
在圖3所描繪之自由電子雷射之實施例中，離開波盪器24之電子射束E'進入第二操控單元25。第二操控單元25變更離開波盪器24之電子射束E'之軌跡，以便將該電子射束E'返回導向通過線性加速器22。第二操控單元25可相似於操控單元23，且可(例如)包含一或多個電磁體及/或永久磁體。第二操控單元25不影響離開波盪器24之輻射光束B'之軌跡。因此，操控單元25自輻射光束B'解耦電子射束E'之軌跡。在一些實施例中，可在到達第二操控單元25之前自輻射光束B'之軌跡解耦電子射束E'之軌跡(例如，使用一或多個磁體)。
第二操控單元25在電子射束E'離開波盪器24之後將電子射束E'導向至線性加速器22。已傳遞通過波盪器24之電子聚束可以相對於線性加速器22中之加速場(例如，射頻場)成大約180度之相位差進入線性加速器22。電子聚束與線性加速器22中之加速場之間的相位差造成電子由該等場減速。減速電子E'將其能量中之一些返回傳遞至線性加速器22中之場，藉此增加使來自電子源21的電子射束E加速之場之強 度。因此，此配置恢復被提供至線性加速器22中之電子聚束之一些能量(當該等電子聚束係由線性加速器加速時)，以便使來自電子源21抵達之後續電子聚束加速。此配置可被稱為能量恢復LINAC。
由線性加速器22減速之電子E'係由射束截止器26吸收。操控單元23可操作以自已由線性加速器22加速之電子射束E之軌跡解耦已由線性加速器22減速之電子射束E'之軌跡。此情形可允許在經加速電子射束E經導向至波盪器24時由射束截止器26吸收經減速電子射束E'。
替代地，自由電子雷射FEL可包含一光束分裂單元(圖中未繪示)，該光束分裂單元係與操控單元23分離且經組態以在操控單元23之上游自經減速電子射束E'之軌跡解耦經加速電子射束E之軌跡。
替代地，可藉由產生實質上恆定磁場而自經減速電子射束E'之軌跡解耦經加速電子射束E之軌跡。經加速電子射束E與經減速電子射束E'之間的能量之差造成該兩個電子射束之軌跡係由恆定磁場變更不同量。因此，該兩個電子射束之軌跡將變得自彼此解耦。
射束截止器26可(例如)包括大量水或具有用於藉由高能量電子衝擊而進行放射性同位素產生之高臨限值的材料。舉例而言，射束截止器26可包括具有用於放射性同位素產生之為大約15MeV之臨限值的鋁。藉由使線性加速器22中之電子射束E'在其入射於射束截止器26上之前減速，當電子由射束截止器26吸收時該等電子所具有之能量之量得以縮減。此情形縮減射束截止器26中所產生之誘發性輻射及次級粒子之層級。此情形移除或至少縮減自射束截止器26移除及安置放射性廢料之需要。此情形有利，此係因為放射性廢料之移除需要週期性地關閉自由電子雷射FEL且放射性廢料之安置可昂貴且可具有嚴重環境影響。
當作為減速器而操作時，線性加速器22可操作以將電子E'之能量縮減至低於臨限能量。低於此臨限能量之電子可能不在射束截止器26 中誘發任何顯著放射性層級。
在一些實施例中，與線性加速器22分離之減速器(圖中未繪示)可用以使已傳遞通過波盪器24之電子射束E'減速。電子射束E'可除了由線性加速器22減速以外或代替由線性加速器22減速，電子射束E'亦可由減速器減速。舉例而言，第二操控單元25可在電子射束E'係由線性加速器22減速之前將電子射束E'導向通過一減速器。另外或替代地，電子射束E'可在已由線性加速器22減速之後且在由射束截止器26吸收之前傳遞通過一減速器。替代地，電子射束E'可在離開波盪器24之後不傳遞通過線性加速器22且可在由射束截止器26吸收之前由一或多個減速器減速。
視情況，自由電子雷射FEL可包含一或多個聚束壓縮機(圖中未繪示)。聚束壓縮機可被安置於線性加速器22下游或上游。聚束壓縮機經組態以聚束電子射束E中之電子且空間地壓縮電子射束E中之現有電子聚束。一種類型之聚束壓縮機包含平行於電子射束E而導向之加速場。電子射束E中之電子與所提供場相互作用且與附近之其他電子成聚束。對於聚束中之電子之強加之能量差轉譯成對非相對論狀況之不同傳播時間。因此，在與此聚束壓縮機相隔某一距離處，可縱向地壓縮射束。另一類型之聚束壓縮機包含磁性軌道彎道，其中在電子傳遞通過軌道彎道時由該電子遵循之路徑之長度係取決於該電子之能量。此類型之聚束壓縮機可用以壓縮已在線性加速器22中由電位在(例如)射頻下振盪之複數個導體加速之電子聚束。
波盪器之增益長度定義光放大之特性尺度。增益長度隨著經由波盪器而發送的聚束中之電荷密度較高而縮短。因此，可有益的是徑向及縱向地壓縮聚束。同時，經壓縮聚束之聚束發射降級速率增加。亦即，正規化發射強度在射束線中每傳播公尺而生長，且歸因於尾流場及相干同步加速器輻射之較高損耗係與較短聚束相關聯。因此，可 最有益的是將聚束壓縮機置放於操控單元23與波盪器24之間。
圖3所展示之自由電子雷射FEL容納於架構31內。架構31可包含壁，該等壁在自由電子雷射FEL在操作中時實質上不透射產生於該自由電子雷射FEL中的輻射。舉例而言，架構31可包含厚混凝土壁(例如，大約4公尺厚的壁)。架構31之壁可進一步具備輻射屏蔽材料，諸如，導線及/或經組態以吸收中子及/或其他輻射類型之其他材料。有利的是，向架構31之壁提供輻射吸收材料可允許縮減該架構31之壁之厚度。然而，將輻射吸收材料添加至壁可增加建構該架構31之成本。可添加至架構31之壁以便吸收輻射之相對便宜材料可(例如)為土層。
除了提供架構31之具有輻射屏蔽屬性之壁以外，架構31亦可經組態以防止由自由電子雷射FEL產生之輻射污染該架構31下方之地下水。舉例而言，架構31之基底及/或底座可具備輻射屏蔽材料或可足夠厚以防止輻射污染架構31下方之地下水。在一實施例中，架構31可經定位成至少部分地在地下。在此實施例中，地下水可環繞架構31之外部之部分以及在該架構31下方。因此，可圍繞架構31之外部提供輻射屏蔽件，以便防止輻射污染環繞該架構31之地下水。
除了在架構31之外部屏蔽輻射以外或作為對在架構31之外部屏蔽輻射之替代例，亦可在架構31之內部提供輻射屏蔽件。舉例而言，輻射屏蔽件可在該架構31內部提供於最接近發射大量輻射之自由電子雷射FEL之部分的部位處。
架構31具有寬度W及長度L。藉由電子射束E通過自由電子雷射FEL所遵循的迴路32之大小部分地判定架構31之寬度W及長度L。迴路32具有長度33及寬度35。
迴路32之長度33係藉由線性加速器22之長度及波盪器24之長度予以判定。為了使電子射束E加速至足夠高能量使得電子在波盪器24中發射EUV輻射，可(例如)需要線性加速器22之給定長度。舉例而 言，線性加速器22可具有大於約40公尺之長度。在一些實施例中，線性加速器22可具有高達約80公尺之長度。另外，為了刺激波盪器24中相干輻射之發射，可需要波盪器24之給定長度。舉例而言，波盪器24可具有大於約40公尺之長度。在一些實施例中，波盪器24可具有高達約60公尺之長度。
迴路之寬度係藉由操控單元23調整電子射束E之軌跡之曲率半徑予以判定。操控單元23中之電子射束E之曲率半徑可(例如)取決於電子射束E中之電子之速度及產生於操控單元23中之磁場之強度。產生於操控單元23中之磁場之強度增加將減低電子射束E之曲率半徑，而電子之速度增加將增加電子射束E之曲率半徑。通過操控單元23之電子射束E之曲率半徑可(例如)為大約12公尺。在一些實施例中，通過操控單元23之電子射束E之曲率半徑可小於12公尺。舉例而言，通過操控單元23之電子射束E之曲率半徑可為大約7公尺。
電子射束E通過自由電子雷射FEL所遵循之迴路32可具有大於約60公尺之長度33。在一些實施例中，迴路32可具有高達約120公尺之長度33。迴路32可具有大於約12公尺之寬度35。在一些實施例中，迴路32可具有高達約25公尺之寬度35。
架構31亦可容納其他組件。舉例而言，含有將電功率供應至(例如)波盪器24、操控單元23、25及/或自由電子雷射FEL之其他組件的電組件之電氣櫃37可容納於架構31內。可有利的是將電氣櫃37提供成緊鄰波盪器24，如圖3所展示。然而，電氣櫃37可定位於相對於自由電子雷射FEL之組件之其他位置。
另外，含有經組態以將低溫冷卻提供至自由電子雷射FEL之組件的裝置之低溫冷卻櫃39可容納於架構31內。低溫冷卻可(例如)提供至線性加速器22且可使線性加速器22之超導空腔冷卻。可有利的是將低溫冷卻櫃39提供成緊鄰線性加速器22。此情形可縮減低溫冷卻櫃39與 線性加速器22之間的任何能量損耗。
可需要將電氣櫃37及低溫冷卻櫃39提供於電子射束E通過自由電子雷射FEL所遵循之迴路32之外部上(如圖3所展示)。將櫃37、39提供於迴路32之外部上可允許容易接取該等櫃，(例如)以監視、控制、維修及/或修復容納於該等櫃37、39內之組件。如自圖3應瞭解，將櫃37、39定位於迴路32之外部上可增加在架構31內容納自由電子雷射FEL之組件所需要的架構31之最小寬度W。架構31亦可容納圖3中未繪示的亦可判定架構31之尺寸之其他組件。
如圖3所展示，壁47經定位於電子射束通過自由電子雷射FEL所遵循的迴路32與電氣櫃37之間。壁47亦經定位於迴路32與低溫冷卻櫃39之間。壁47可屏蔽電氣櫃37及低溫櫃39使其不受由自由電子雷射FEL中之電子射束E產生之輻射影響。此情形保護櫃37、39中之組件不受輻射損害，且可允許維修工人在自由電子雷射FEL在操作中時接取櫃37、39，而維修工人不會曝露至危險輻射等級。
在圖3所描繪之實施例中，櫃37、39被展示為容納於與電子射束通過自由電子雷射FEL所遵循之迴路32是同一個的架構31中(但由壁47屏蔽以與迴路32隔離)。容納於櫃39內之低溫冷卻組件可產生振動，該等振動可經轉移至自由電子雷射FEL之組件且可不利地影響自由電子雷射FEL之對振動敏感之組件。為了防止由低溫冷卻組件產生之振動轉移至自由電子雷射之敏感部件，可將經容納有低溫冷卻櫃39之架構31之一部分與經容納有敏感組件之架構之部分機械地隔離。舉例而言，低溫冷卻櫃39可與線性加速器22、操控單元23及波盪器24機械地隔離。為了提供機械隔離，經容納有低溫冷卻櫃39之架構31之部分可(例如)具有與經容納有線性加速器22、操控單元23及波盪器24之該架構之一部分分離的底座。
替代地，低溫冷卻櫃39及/或電氣櫃37可容納於與架構31分離的 一或多個架構中。此情形可確保櫃37、39被屏蔽而不受由電子射束E產生之輻射影響，且自由電子雷射FEL之敏感組件與低溫冷卻櫃39機械地隔離。
微影系統LS可包含單一自由電子雷射FEL。自由電子雷射FEL可將EUV輻射光束供應至光束分裂裝置20，該光束分裂裝置20將分支輻射光束提供至複數個微影裝置。輻射源SO可包含包括專用光學組件之光學系統，該等專用光學組件經組態以將自自由電子雷射FEL輸出之輻射光束B'導向至微影系統LS之光束分裂器20。因為EUV輻射通常係由所有物質很好地吸收，所以通常使用反射光學組件(而非透射組件)以便最小化損耗。光學系統之專用光學組件可調適由自由電子雷射FEL產生之輻射光束之屬性，使得該輻射光束適於供微影裝置LA1至LA20之照明系統IL及/或光罩檢測裝置接受。
替代地，輻射源SO可包含複數個自由電子雷射(例如，兩個自由電子雷射)，該複數個自由電子雷射可各自將一EUV輻射光束提供至亦形成該輻射源SO之部件之光學系統。該光學系統可自複數個自由電子雷射中之每一者接收一輻射光束且可將該等輻射光束組合成一複合輻射光束，該複合輻射光束被提供至光束分裂裝置20以便將分支輻射光束B1至B20提供至微影裝置LA1至LA20。
圖4為包括輻射源SO之微影系統LS的示意性描繪，該輻射源SO包含第一自由電子雷射FEL'及第二自由電子雷射FEL"。第一自由電子雷射FEL'輸出第一EUV輻射光束B'且第二自由電子雷射FEL"輸出第二EUV輻射光束B"。第一自由電子雷射FEL'容納於第一架構31'內。第二自由電子雷射FEL"容納於第二架構31"內。
第一輻射光束B'及第二輻射光束B"係由光學系統40接收。光學系統40包含複數個光學元件(例如，鏡面)，該複數個光學元件經配置以接收第一輻射光束B'及第二輻射光束B"且輸出主輻射光束B。在第一 自由電子雷射及第二自由電子雷射兩者正在操作時，主輻射光束B為包含來自第一輻射光束B'及第二輻射光束B"兩者之輻射的複合輻射光束。將複合輻射光束B提供至光束分裂裝置20，該光束分裂裝置20將分支輻射光束B1至B20提供至微影裝置LA1至LA20。
圖4所描繪的兩個自由電子雷射經配置以提供輻射光束B'、B"以形成主輻射光束B之配置可允許在將輻射連續地提供至微影裝置LA1至LA20的同時關斷該等自由電子雷射中之一者。舉例而言，可自操作獲得該等自由電子雷射中之一者以便(例如)允許修復該自由電子雷射或使該自由電子雷射經歷維修。在此情況下，另一自由電子雷射可繼續提供輻射光束，該輻射光束係由光學系統40接收。在自由電子雷射中之僅一者將輻射提供至光學系統40的情況下，光學系統40可操作以形成主輻射光束B，該主輻射光束B包含來自將輻射提供至光學系統40的自由電子雷射之輻射。此情形允許即使在自操作獲得自由電子雷射中之一者時亦進行微影裝置LA1至LA20之連續操作。
圖5為根據本發明之一實施例的光學系統40之一實施例的示意性描繪，該光學系統40經配置以自自由電子雷射FEL'、FEL"中之每一者接收輻射光束B'、B"且輸出一輸出輻射光束B。由光學系統40輸出之輻射光束B係由光束分裂裝置20(參見圖1)接收。
光學系統40包含四個光學元件：與自由電子雷射中之第一自由電子雷射FEL'相關聯的第一光學元件132及第二光學元件134；及與自由電子雷射中之第二自由電子雷射FEL"相關聯的第一光學元件136及第二光學元件138。該等光學元件132、134、136、138經配置以變更來自自由電子雷射FEL'、FEL"之輻射光束B'、B"之橫截面的大小及形狀。
詳言之，第一光學元件132、136為凸鏡面，其用以增加來自自由電子雷射FEL'、FEL"之輻射光束B'、B"之橫截面面積。儘管在圖5 中第一光學元件132、136呈現為在x-y平面中實質上扁平，但其可在此平面中及在z方向上兩種情況下為凸面的。因為第一光學元件132、136為凸面的，所以其將增加EUV輻射光束B'、B"之發散度，藉此減低其下游之鏡面上的熱負荷。因此，第一光學元件132為經配置以增加自第一自由電子雷射FEL'接收之輻射光束B'之橫截面面積的發散光學元件。第一光學元件136為經配置以增加自第二自由電子雷射FEL接收之輻射光束B"之橫截面面積的發散光學元件。此情形可允許下游之鏡面具有較低規範、具有較小冷卻，且因此較不昂貴。另外或替代地，其可允許下游鏡面較接近於正入射角。實務上，由輻射源SO輸出之輻射光束B可由在射束B之路徑中串聯地配置之複數個連續、靜態、刀口鏡面分裂。增加射束B之大小(藉由(例如)使用如第一光學元件132、136之凸鏡面)會縮減必須在射束B之路徑中定位該等鏡面之準確度。因此，此情形允許由分裂裝置20更準確地分裂輸出射束B。
第二光學元件134、138係凹面的且在形狀方面與第一光學元件互補使得離開第二光學元件134、138之射束具有實質上零發散度。因此，在第二光學元件134、138下游，射束實質上準直。又，儘管在圖5中第二光學元件134、138呈現為在x-y平面中實質上扁平，但事實上其在此平面中及在z方向上兩種情況下係凹面的。
可較佳的是使由光束分裂裝置20接收之輸出射束B具有與由自由電子雷射FEL'、FEL"輸出之輸出射束不同的形狀及/或強度分佈。舉例而言，對於光束分裂裝置20內之連續刀口提取鏡面之圓形射束，矩形形狀可較佳。因此，除了增加輻射光束B'、B"之橫截面面積以外，光學元件132、134、136、138亦可用以變更輻射光束B'、B"之橫截面形狀。詳言之，光學元件132、134、136、138可為散光的或非球面的且可經塑形以便確保離開第二光學元件134、138之輻射光束B'、B"之形狀相比於由自由電子雷射FEL'、FEL"產生之輻射光束B'、B"之形狀 更像矩形。舉例而言，該等光學元件可經塑形使得離開第二光學元件134、138之射束B'、B"為大體上矩形，但具有圓形隅角，但其他形狀亦係可能的。此矩形形狀之二維可與在兩個垂直方向上(諸如，在x-y平面中及在z方向上)之光學元件之曲率半徑有關。有利的是，此情形允許用以將輸出輻射光束B分裂成分支輻射光束B1至B20(參見圖1)(之後該等分支輻射光束B1至B20進入微影裝置LA1至LA20)之鏡面相同或至少極相似。此情形自製造視點尤其有益。
當自由電子雷射FEL'、FEL"兩者接通時，光學系統40可操作以組合該等自由電子雷射FEL'、FEL"之輻射光束B'、B"以形成複合輻射光束B。在此實施例中，此係藉由使第一自由電子雷射FEL'之第一光學元件132及第二光學元件134在x方向上自第二自由電子雷射FEL"之第一光學元件136及第二光學元件138偏移使得離開第二光學元件134、138之射束B'、B"兩者彼此鄰近且相互平行來達成。詳言之，第一自由電子雷射FEL'之第一光學元件132及第二光學元件134安置於第二自由電子雷射FEL"之第一光學元件136及第二光學元件138之「下游」(相對於雷射光束B'、B"之傳播方向)。
在此配置中，光學系統40可操作以組合兩個輻射光束B'、B"以形成複合輻射光束。該複合射束為由光學系統40輸出之輸出輻射光束B。應瞭解，圖5僅僅係例示性的且可以與圖5所展示不同的方式來實施光學系統40。
再次參看圖4，架構31'、31"經組態以實質上防止由操作自由電子雷射產生之輻射(除了輻射光束B'、B"以外)自該等架構31'、31"傳播。因此，在分離架構內部容納第一自由電子雷射及第二自由電子雷射會允許對該等自由電子雷射中之一者安全地進行維修及/或修復，同時另一自由電子雷射繼續操作。舉例而言，可自操作獲得第一電子雷射FEL'以便允許修復該第一自由電子雷射FEL'或使該第一自由電子 雷射FEL'經歷維修。在此期間，第二自由電子雷射FEL"可繼續操作以便將輻射提供至光學系統40且提供至微影裝置LA1至LA20。因此，將在第二架構31"中歸因於第二自由電子雷射FEL"之操作而產生輻射。然而，危險等級之輻射歸因於由第二架構31"之壁提供之輻射屏蔽而未離開第二架構31"且未進入第一架構31'。因此，第一架構可由維修工人安全地進入以便修復第一自由電子雷射FEL'或對第一自由電子雷射FEL'進行維修。
實施例之一特徵為：提供多LINAC多遍次FEL輻射源，其中清除間隙提供於電子聚束序列中以使能夠自電子射束清除離子，此係因為由此等離子雲之聚焦可使聚束屬性降級且縮減波盪器中之轉換效率。在描述經提供有經協調清除間隙的根據一實施例之雙遍次FEL雷射之前，參看圖6簡要地描述單遍次FEL輻射源之另一實例。
圖6之單遍次FEL輻射源相似於圖3之單遍次FEL輻射源，且包括呈注入器221之形式的電子源、用於將來自注入器221之電子聚束合併成電子聚束串流之合併器組件219、包括一系列LINAC模組之LINAC222、波盪器224、及用於提取經減速電子聚束且將其導向朝向射束截止器226的去合併器組件225。輻射源亦包括圖6未圖示的操控單元，該等操控單元可操作以沿著電子聚束路徑227導向電子聚束，而自注入器221通過LINAC 222(其中使電子聚束加速)、通過波盪器224、返回通過LINAC 222(其中使電子聚束減速)且接著導引至截止器226。
圖6之單遍次FEL輻射源220之組件中的每一者相似於或相同於圖3之輻射源的對應組件，且輻射源兩者以相似方式操作。
在FEL輻射源220之操作中，每一電子聚束在加速階段期間傳遞通過LINAC 222一次，且在減速階段期間傳遞通過LINAC 222一次，且因此，FEL輻射源可被稱作單遍次FEL輻射源。
在此狀況下之電子聚束之加速階段可被認為包含電子聚束首次 自至LINAC 222之入口傳遞直至電子聚束進入波盪器224中為止，儘管應瞭解，主要在電子聚束傳遞通過LINAC期間發生電子聚束在加速階段期間之能量之增加。在此狀況下之電子聚束之減速階段可被認為包含電子聚束自波盪器224之出口傳遞直至電子聚束最後自LINAC 222射出，儘管應瞭解，主要在電子聚束傳遞通過LINAC 222期間發生電子聚束在減速階段期間之能量之減低。
圖6之輻射源之特徵為：由源進行之電子聚束之產生受控制以包括電子聚束之間的週期性較長間隙，且彼等週期性較長間隙亦可被稱作清除間隙。在不存在清除間隙的情況下之電子聚束亦週期性地間隔，其中週期小於清除間隙週期之週期。
圖6之輻射源220可經組態以操作使得處於加速階段的電子聚束之間的每一清除間隙與處於減速階段的電子聚束之間的清除間隙同時地傳遞通過LINAC 222，使得清除間隙之存在不會顯著破壞LINAC 222之能量恢復操作。對於單遍次FEL輻射源(諸如，圖6之單遍次FEL輻射源)，為了使LINAC 222處之清除間隙重疊，足夠需要以規則速率提供清除間隙且使清除間隙之重複率實質上等於N/t，其中N為整數，t為供電子行進單一迴路(例如，自合併器組件219返回至合併器組件219)之時間，且t=L/c，其中L為迴路之長度且c為電子聚束之平均速度，其接近於光速。
轉向雙遍次而非單遍次組態，圖7示意性地說明根據一實施例之雙遍次FEL輻射源240。
圖7之雙遍次分裂加速FEL輻射源240包括呈注入器241之形式的電子源、用於將來自注入器241之電子聚束合併成電子聚束串流之合併器組件239、各自包括一系列LINAC模組的一對LINAC 242a、242b、波盪器244，及用於提取經減速電子聚束且將其導向朝向射束截止器246的去合併器組件245。輻射源亦包括圖7未圖示的操控單 元，該等操控單元可操作以沿著電子聚束路徑247導向電子聚束。
圖7之雙遍次FEL輻射源240之組件中的每一者相似於或相同於圖3或圖6之FEL輻射源的對應組件。輻射源242經組態而以如下方式操作：對於LINAC 242a、242b中之每一者，加速電子聚束及減速電子聚束實質上同時地但相對於射頻場180度異相地傳遞通過LINAC，使得在加速聚束與減速聚束之間有效地交換能量且LINAC作為能量恢復LINAC而操作。
在FEL輻射源240之操作中，每一電子聚束在加速階段期間傳遞通過LINAC 242a、242b中之每一者兩次，且在減速階段期間傳遞通過LINAC 242a、242b中之每一者兩次，且因此，FEL輻射源可被稱作雙遍次FEL輻射源。
在此狀況下之電子聚束之加速階段可被認為包含電子聚束首次自至LINAC 242a之入口傳遞直至電子聚束進入波盪器244中為止，儘管應瞭解，主要在電子聚束傳遞通過LINAC 242a、242b期間發生電子聚束在加速階段期間之能量之增加。在此狀況下之電子聚束之減速階段可被認為包含電子聚束自波盪器244之出口傳遞直至電子聚束最後自LINAC 244a射出，儘管應瞭解，主要在電子聚束傳遞通過LINAC 242a、242b期間發生電子聚束在減速階段期間之能量之減低。
圖7示意性地展示電子聚束路徑247，且用於離開注入器241之電子聚束之電子聚束路徑247上的某些順序點係以元件符號a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8指示。電子聚束在點a1至a8之間傳遞，亦傳遞通過LINAC 242a、242b及波盪器244，如可藉由遵循經由點a1至a8之圖7之路徑247所理解。電子聚束路徑包括數個迴路使得每一電子聚束傳遞通過相同點多於一次，如自圖7可看到。
亦可參看圖8來理解電子聚束通過圖7之裝置之順序傳遞，圖8展 示電子聚束自指示首次至第一LINAC 242a之入口的點A傳遞至指示最後自第一LINAC 242a射出的點J。電子聚束自點A至點I(至波盪器244之入口)之傳遞可被稱作用於電子聚束之加速階段，且電子聚束自點J(自波盪器之出口)之傳遞至點R可被稱作用於電子聚束之減速階段。
圖7之實施例之特徵為：清除間隙提供於電子聚束序列中，且清除間隙之定時受到電子源控制使得在操作期間，對於複數個LINAC 242a、242b中之每一者，具有處於加速階段中的周圍電子聚束之聚束序列中之清除間隙及具有處於減速階段中的周圍電子聚束之聚束序列中之另一清除間隙在其傳遞通過LINAC期間經協調。可以週期性序列之形式提供電子聚束，且清除間隙可被認為表示在一些狀況下來自週期性序列之遺漏聚束。當電子聚束由脈衝式雷射之閃光照明時，自電子源之光陰極提取每一電子聚束。可藉由暫時抑制雷射照明而中斷電子射束來獲得清除間隙或遺漏聚束。彼情形可(例如)藉由結合偏振濾光器之雷射之一個或若干勃克爾盒旋轉偏振及/或藉由適當地致動雷射之放大來進行。實務上，遺漏聚束仍可包括一些電子，此係因為在許多實施例中，在使用光組件及電組件的情況下沒有可能在連續聚束之間的時間自全電荷聚束切換至確切為零之電荷狀態。因此，清除間隙或遺漏聚束可為相比於足以允許離子清除之序列之正常聚束電荷已得以縮減的聚束。
圖7之實施例經組態以操作使得每當清除間隙中之一者(在用於彼間隙之周圍聚束之加速階段或減速階段中之一者中)存在於LINAC中時，對應清除間隙(在用於該間隙之周圍聚束之加速階段或減速階段之另一者中)亦存在於LINAC中，且清除間隙經協調以便將對應加速電子聚束及減速電子聚束(例如，至少緊接在界定清除間隙之邊界的電子聚束之前及之後)維持異相，藉此維持以最小電場梯度變化之LINAC之能量恢復操作，而不管清除間隙之存在。清除間隙可在其傳 遞通過LINAC期間完全地或部分地重疊。
用於具有波盪器之雙遍次能量恢復LINAC系統(諸如，圖7之雙遍次能量恢復LINAC系統)之合適經協調清除間隙序列之設計係複雜的。現在參看圖8至圖18描述用於根據實施例之圖7之裝置之操作模式的合適清除間隙序列。
在參看圖8至圖11所描述之第一操作模式中，兩個或三個清除間隙在裝置240中在任一時間存在於沿著A與J之間的點之間的電子聚束路徑之點處。圖8展示在減速階段之結束時存在於第一LINAC 242a中的清除間隙250，及在加速階段之開始時亦存在於第一LINAC 242a中的清除間隙252，及同時存在於波盪器244中的另一清除間隙254。對處於加速階段之清除間隙之參考可被理解為係指使周圍電子聚束中的至少一者處於加速階段之清除間隙，且相似地，對處於減速階段之清除間隙之參考可被理解為係指使周圍電子聚束中的至少一者處於減速階段之清除間隙。
圖9至圖11展示在稍後時間點處於電子聚束路徑257上之各別同時位置的清除間隙252、254中之每一者。可看到，每當清除間隙中之一者252傳遞通過LINAC 242a、242b中之一者時，清除間隙中之另一者254就同時存在於彼LINAC中。
在如下條件下提供為了提供圖8至圖11(其未按比例)所說明的清除間隙之協調之清除間隙序列：在包括波盪器244之射束路徑247中存在點Z(例如，如針對一種狀況之圖8所指示)使得實質上滿足以下條件：ZK=BC
DE=LM
FG=NO
HZ=PQ
且以實質上等於一每AZ/c之規則速率供應清除間隙，其中c為沿著聚束路徑之電子聚束之平均速度，且其中：A為供電子聚束在其加速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242a的至第一LINAC 242a之入口；B為供電子聚束在其加速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242a的自第一LINAC 242a之出口；C為供電子聚束在其加速階段中第一次傳遞通過第二LINAC 242b的至第二LINAC 242b之入口；D為供電子聚束在其加速階段中第一次傳遞通過第二LINAC 242b的自第二LINAC 242a之出口；E為供電子聚束在其加速階段中第二次傳遞通過第一LINAC 242a的至第一LINAC 242a之入口；F為供電子聚束在其加速階段中第二次傳遞通過第一LINAC 242a的自第一LINAC 242a之出口；G為供電子聚束在其加速階段中第二次傳遞通過第二LINAC 242b的至第二LINAC 242b之入口；H為供電子聚束在其加速階段中第二次傳遞通過第二LINAC 242b的自第二LINAC 242a之出口；I為至波盪器之入口；J為自波盪器之出口；K為供電子聚束在其減速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242b的至第二LINAC 242b之入口；L為供電子聚束在其減速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242b的自第二LINAC 242b之出口；M為供電子聚束在其減速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242a的至第一LINAC 242a之入口； N為供電子聚束在其減速階段中第一次傳遞通過第一LINAC 242a的自第一LINAC 242a之出口；O為供電子聚束在其減速階段中第二次傳遞通過第二LINAC 242b的至第二LINAC 242b之入口；P為供電子聚束在其減速階段中第二次傳遞通過第二LINAC 242a的自第二LINAC 242b之出口；Q為供電子聚束在其減速階段中第二次傳遞通過第一LINAC 242a的至第一LINAC 242a之入口；R為供電子聚束在其加速階段中第二次傳遞通過第一LINAC 242a的自第一LINAC 242a之出口；且ZK為沿著電子聚束路徑之點Z與K之間的距離，BC為沿著電子聚束路徑之點B與C之間的距離等等。
在此狀況下，路徑等式(例如，ZK=BC)可意謂電子聚束自Z至K之行進時間與自B至C之行進時間在約+/-△L/4之準確度內匹配，其中△L為清除間隙持續時間。在此準確度內，優值(加速梯度自此偏差之標稱持續時間之偏差)比在未經協調清除間隙之狀況下小約10倍，其在此實施例中係足夠的，其限制條件為：間隙持續時間小於500奈秒。同時，路徑長度應準確以將加速聚束與減速聚束之相位差保留至約180度。在替代實施例中，條件相同，但以較高速率供應清除間隙，其中間隙之重複率實質上等於一每AZ/nc，其中c為電子聚束沿著聚束路徑之平均速度，且其中n為整數。
若精確地遵照先前段中所闡明的供提供根據第一操作模式之清除間隙之協調的條件，則實務上在經受實際組件之容許度及變化之效應的情況下，在加速階段及減速階段中之匹配清除間隙經協調使得該等清除間隙之先前(及之後的)電子聚束在傳遞通過LINAC期間相對於射頻場精確地180度異相，因此最小化LINAC之射頻空腔中之電場梯 度之變化且維持LINAC之最佳能量恢復操作。
若條件偏離，則在加速階段及減速階段中之匹配清除間隙可造成該等清除間隙之先前(及之後的)電子聚束自精確180度異相移位，但彼情形相比於清除間隙根本未經協調之狀況仍可提供LINAC之射頻空腔中的電場梯度之變化的縮減。
點A至R及Z僅被展示於圖8上且未被展示於圖9至圖16上，但應理解，彼等點在圖9至16上處於與在圖8上所展示之位置相同的位置。
在圖12至圖16示意性地說明之第二操作模式中，以比針對圖8至圖11所說明之第一操作模式之重複率高的重複率提供清除間隙，且八個或九個清除間隙在任一時間沿著A與J之間的點之間的電子聚束路徑存在於裝置240中。
圖12至圖15展示為了清楚起見僅一對清除間隙260、262之進程，其中另一清除間隙264與圖14中之序列接合。可看到，如同第一操作模式一樣，每當清除間隙中之一者260傳遞通過LINAC 242a、242b中之一者時，清除間隙中的另一者262或264就同時存在於彼LINAC中。上述情況亦同樣適用於沿著根據第二操作模式之電子聚束路徑而同時存在的其他對清除間隙(為了清楚起見圖12至圖15未繪示)。圖16展示針對第二操作模式在某一時刻沿著電子聚束路徑而同時存在的所有九個清除間隙。
在如下條件下提供為了提供圖12至圖16所說明的根據第二操作模式之清除間隙之協調之清除間隙序列：在包括波盪器244之射束路徑247中存在點Z使得實質上滿足以下條件：AC=CE=EG=GZ=ZK=KM=MO=OQ
且以實質上等於AC/c之規則速率供應清除間隙。在一些狀況下亦可為BC=NO及DE=PQ。在此狀況下，路徑等式(例如，AC=CE)可意謂電子聚束自A至C之行進時間與自C至E之行進時間在約+/-△L/4之 準確度內匹配，其中△L為清除間隙持續時間。在替代實施例中，條件相同，但以較高速率供應清除間隙，其中間隙之重複率為實質上等於一每AC/nc之速率，其中c為電子聚束沿著聚束路徑之平均速度，且其中n為整數。
正如針對第一操作模式之狀況一樣，若精確地遵照先前段中所闡明的供提供根據第二操作模式之清除間隙之協調的條件，則實務上在經受實際組件之容許度及變化之效應的情況下，在加速及減速階段中之匹配清除間隙經協調使得先前(及之後的)電子聚束在傳遞通過LINAC期間相對於射頻場精確地180度異相，因此最小化LINAC之射頻空腔中之電場梯度之變化且維持LINAC之最佳能量恢復操作。
若條件偏離，則在加速階段及減速階段中之匹配清除間隙可造成該等清除間隙之先前(及之後的)電子聚束自精確180度異相移位，但彼情形相比於清除間隙根本未經協調之狀況仍可提供LINAC之射頻空腔中的電場梯度之變化的縮減。
圖17及圖18示意性地說明第三操作模式，其展示清除間隙270、272、274、276、278之進程。填充圓圈指示存在於加速聚束之間的清除間隙，空白圓圈指示存在於減速聚束之間的清除間隙，且加影線圓圈指示存在於既不加速亦不減速之聚束之間的清除間隙。
在如下條件下提供為了提供圖17及圖18所說明的根據第三操作模式之清除間隙之協調之清除間隙序列：在包括波盪器244之射束路徑247中存在點Z使得實質上滿足以下條件：AC=EG=ZK=MO；且CE=GZ=KM-OQ
且聚束重複率為一每AE/c，其中c為電子聚束之平均速度。在此狀況下，針對兩個路徑之路徑等式(例如，AC=EG)可意謂用於該等路徑中之一者(例如，A至C)之電子聚束之行進時間與該等路徑中之(例 如)另一者之電子聚束之行進時間在約+/-△L/4之準確度內相同，其中△L為清除間隙持續時間。在替代實施例中，條件相同，但以較高速率供應清除間隙，其中間隙之重複率為實質上等於一每AC/nc的速率，其中c為電子聚束沿著聚束路徑之平均速度，且其中n為整數。
每一所描述操作模式可(例如)藉由使清除間隙之重複率加倍、增至三倍或乘以任何其他合適整數而延伸至在自由電子雷射輻射源內行進的較高數目個聚束。又，包括波盪器之迴路可含有一個以上聚束(如之前所描述)，但接著迴路之長度(自第二LINAC之開始通過波盪器而再次至第二LINAC之開始所量測)應比在所描述狀況中的迴路之長度長N倍，其中N為整數。
第一操作模式、第二操作模式及第三操作模式中之每一者提供在第一LINAC及第二LINAC之LINAC模組內之清除間隙重疊之所需圖案。其之間的差異在於清除間隙之重複率，且因此在於同時存在於裝置之能量恢復LINAC中之清除間隙之數目。
在調查針對不同的清除間隙重複率之離子穩定度之後，已發現，較低重複率可有益(限制條件為，可足夠充分地補償回應於交替負荷之注入器241之升壓器組件的加速梯度變化)。自觀測，益處可被理解為：在具有相同作用時間循環及清除間隙之較低重複率的情況下，離子必須清除射束之漂移時間增加。
應理解，在替代實施例中可能存在提供在圖7之裝置之能量恢復LINAC中在加速及減速階段中之清除間隙之同時存在的其他清除間隙序列。然而，關於圖8至圖18所描述的操作模式之清除間隙序列具有比一些其他合適清除間隙序列低的重複率。其他序列(具有在包括波盪器244之迴路中行進的較高數目個聚束)係可能的，但可並非最佳。
已闡明用於上文關於圖8至圖16所描述的操作模式之條件。其他操作參數(例如，電子聚束之長度及重複頻率、電子聚束之能量、清 除間隙之長度)可根據彼等條件而變化。
在根據圖7及圖8至圖18之一項實施例中之操作模式中，平均射束電流為幾十毫安，且波盪器處之射束能量為幾百MeV。電子聚束之重複率為幾百MHz，且在由波盪器發射之EUV輻射光束中遞送幾十千瓦功率。LINAC在此等實施例中提供為大約5毫伏/公尺至10毫伏/公尺之加速度，其中所需最終能量為約1GeV，此引起為大約100公尺至200公尺之加速長度，此又引起為大約200公尺至400公尺之加速加減速長度。連接LINAC及波盪器之圓弧之長度係藉由最小彎曲半徑(約10公尺，其受到相干同步加速器輻射損耗限制)定義，因此，彎曲件之總長度為約100公尺至200公尺。具有額外注入器長度之波盪器長度亦為約100公尺。因此，電子聚束路徑之長度因此為大約800公尺，且在此狀況下之最佳清除間隙重複週期為大約1微秒(例如，1.3微秒)，此對應於具有在系統中行進之三個清除間隙之狀況(2*c*τ=800公尺)。因此在此狀況下最佳清除間隙重複率為大約1MHz，此係因為其以給定作用時間循環提供最長清除間隙，及達射束圖案持續時間之至少10%的清除間隙作用時間循環(例如，清除間隙之長度在此狀況下為清除間隙重複週期的至少10%)，其對應於每一清除間隙之為大約100奈秒最小值之長度。發現具有重複率約1MHz的作用時間循環(5%至25%)最有效率地造成藉由離子運動穩定度模擬而自電子射束進行離子移除。
已對圖7之裝置執行模擬，其中提供清除間隙但清除間隙未經協調使得在加速及減速階段中之清除間隙在其傳遞通過LINAC期間並不重疊(例如，使得並不根據關於圖8至圖18所描述的操作模式來提供清除間隙)。此等非匹配清除間隙之存在造成LINAC模組中之電場梯度之變化。發現，自關於EUV波長變化之規範(針對為1MHz之清除間隙重複頻率，為大約100奈秒之清除間隙之長度、大約20mA之射束電 流，及LINAC之超導射頻空腔中之為大約10MV/m的電場梯度)，可接受LINAC模組中之全梯度之高達大約5x10-3的相對r.m.s.振幅變化。
應注意，在一些實施例中，存在與電子源相關聯且被稱作注入器之升壓器的另一LINAC(將電子聚束能量帶入至約10MeV且僅一個射束自電子源傳遞通過之加速器)。在彼另外LINAC中不能平衡電子射束，此係因為該另外LINAC用於電子聚束在注入至迴路中之前之加速。施加清除間隙將造成顯著梯度變化，該等顯著梯度變化不能藉由目前先進技術RF放大器來補償。針對此等狀況之變化預算係嚴格的：歸因於在射束線之分散區段中濾出升壓器之後的非想要電子之約10-4的相對能量變化。通常此濾光之能量接受度為約1%，且電子射束需要供傳遞通過裝置之準直器而在標稱狀況下不會損耗過多電子之餘裕。因此，所選擇之清除間隙圖案係取決於升壓器中之梯度變化以及向若干射束共同傳播之能量恢復LINAC之部分提供零電流力矩之需要。
圖19為針對圖7之實施例之LINAC模組之作為時間之函數的LINAC模組梯度之相對r.m.s振幅變化的標繪圖，其中在大約8奈秒之後將非匹配清除間隙引入至LINAC模組，間隙重複率為1MHz。可看到，對於具有等於清除間隙重複週期之10%的長度之清除間隙，LINAC模組梯度之相對r.m.s.振幅變化保持在為大約5x10-4之可接受等級內。然而，對於相對於清除間隙重複週期之較長清除間隙(20%或30%的間隙)，可看到，電場梯度之變化變得不可接受地高，而且其與相對於間隙重複週期之間隙大小大約線性地成比例。
儘管自圖17可理解甚至非匹配清除間隙可在一些特定狀況下在清除間隙長度相對於清除間隙重複週期保持足夠短的情況下提供可接受效能，但使用提供LINAC中之清除間隙之匹配的清除間隙序列(諸如，參看圖8至圖16所描述之清除間隙序列)可提供縮減之LINAC電場 梯度變化，允許使用更長清除間隙，且可提供可接受效能等級，而不管其他操作參數之可能變化。
實務上，電子聚束序列中之清除間隙亦可提供在電子射束路徑之其他部分處以及在波盪器中(例如，在電子射束相比於在其他部分中更多地聚焦之路徑之部分中)之離子之清除。電子射束更多地聚焦且可發生離子清除之路徑之此等部分在一些狀況下包含路徑之實質上筆直區段，例如，LINAC、彎曲件之前或之後的匹配區段以及波盪器中之一或多者。射束通常歸因於分散而在彎曲區段中並不如此聚焦，且因而聚焦可造成歸因於彎曲輻射之屬性之劣化。
可在FEL之波盪器24之輸入處指定多種參數以便達成理想轉換效率及所產生EUV輻射之功率。電子聚束之峰值電流可為大約500A。平均電流可為大約數十毫安，諸如，30mA。電子射束之橫向發射強度可限於大約十分之幾mm*mRad，諸如，小於0.6mm*mRad。電子射束之縱向發射強度可限於大約數十KeV*ps，諸如，小於100KeV*ps。
可在波盪器24之輸出處指定數個參數以便進一步界定轉換效率及所產生EUV輻射之功率。此等輸出波盪器參數亦可經指定以支援自能量恢復線性加速器(LINAC)中之所使用電子聚束之能量恢復。電子射束之橫向發射強度生長可限於波盪器24之全長內，以便維持波盪器中之理想增益長度。電子射束之橫向發射強度生長可限於大約十分之幾mm*mRad，諸如，限於0.1mm*mRad。
可在電子聚束減速且導向朝向射束截止器26時限制電子射束之橫向發射強度及縱向發射強度，以便限定在接近射束截止器時潛在損害電子損耗之數目。電子射束之橫向發射強度可限於大約幾個mm*mRad，諸如，1mm*mRad。電子射束之峰至峰縱向發射強度可限於大約5%。在波盪器24與射束截止器26之間發生的任何額外散射產生之發射強度生長可限於大約0.1mm*mRad至1mm*mRad之範圍以 便進一步限定任何相關聯電子損耗。
在超高真空條件下操作已知自由電子雷射。舉例而言，可在大約1nTorr之殘餘壓力下操作自由電子雷射。然而，殘餘氣體在操作期間仍存在於電子射束路徑中。大部分殘餘氣體係由氫組成。如上文進一步所解釋，在FEL之操作期間，加速電子與殘餘氫氣碰撞，而產生正離子。由經加速電子發射之同步加速器輻射亦與殘餘氫氣相互作用，從而引起另外正離子之產生。在不具有任何減輕成果的情況下，產生於電子射束路徑中之正離子之數目增加，且正離子電荷在大約10秒內與電子射束電荷匹配。當正離子電荷與電子射束電荷匹配時，存在歸因於下文所描述之效應之電子射束發射強度的大增加。
大多數正離子產生於電子射束之中心附近。一旦產生，正離子就歸因於與電子射束之電磁相互作用而被迫使朝向電子射束軸線。由正離子經歷之力係與正離子與電子射束軸線之間的距離成比例。此比例性使正離子圍繞電子射束軸線振盪。在具有近均一電荷及/或發射強度之規則電子聚束之集合中，正離子振盪均一，且在圍繞射束軸線之小直徑內發生正離子振盪。亦即，離子在電子射束之靜電電位內「經截留」振盪，而不具有振盪振幅或速度之任何顯著改變。
形成且環繞電子射束之振盪正離子雲將變更電子之動量。電子將歸因於與周圍正離子之靜電相互作用而被迫使朝向電子射束軸線。由電子經歷之動量之改變引起電子射束發射強度之改變。
電子射束發射強度可增加如此大，使得FEL轉換效率下降至零，此係因為電子射束太擴散而不能在波盪器24(參見圖3)中形成相干微聚束。電子射束發射強度之增加亦可引起在FEL中歸因於電子偏離預期射束路徑之相當大數目個電子損耗。在此狀況下，能量恢復LINAC 22不能操作，此係因為太少電子到達LINAC之能量恢復區段。
正離子之濃度應比電子之濃度小大約4級或四級以上，以便限制 電子射束發射強度之劣化。為了達成電子射束發射強度劣化之此限制，應在大約1毫秒內自電子射束移除所產生之正離子。
可單獨或以各種組合方式使用用以自電子射束移除正離子之若干策略。一個策略涉及將離子提取電極置放於正離子積聚之部位中。離子提取電極提供迫使正離子離開電子射束之電場。離子提取電極在移除重離子(例如，質荷比大於10的離子)時特別有效。如上文所提及之另一策略涉及引入允許正離子漂移出電子射束之離子清除間隙。
自電子射束路徑移除正離子之一個方法涉及引入諸如電荷及/或發射強度之電子聚束屬性之快速變化。可針對具有及不具有清除間隙之電子射束引入此變化。施加至具有清除間隙之電子射束之此變化相比於僅實踐清除間隙可縮減穩態離子濃度達兩個或兩個以上數量級。變更電子聚束之電荷及/或發射強度可造成LINAC 22之能量恢復區段中之加速梯度的非想要變化。電子聚束之電荷及/或發射強度可在預定範圍內變化以避免對LINAC之操作之有害效應。定義聚束電荷及/或發射強度之變化之函數可經選擇為使得由每聚束串電子射束遞送之平均電荷(平均發射強度)保持恆定或可允許該平均電荷自標稱偏離不超過10%，視情況自標稱偏離不超過1%。具有電子射束電荷及/或發射強度之大約1%與10%之間之變化的此函數可提供足夠正離子移除，而不會消極地影響LINAC 22之能量恢復區段之操作。變化可為電子射束電荷及/或發射強度之標稱值的峰至峰變化。電子聚束之電荷及發射強度可耦合，亦即，增加(減低)聚束電荷達1%可增加(減低)聚束發射強度達1%。
引入電子聚束屬性之快速變化以自電子射束移除正離子之方法可藉由考慮不具有任何離子清除間隙之聚束式電子射束來理解。橫向電子聚束電荷分佈可近似為以電子射束軸線為中心之高斯分佈。因此，橫向平面中之電子射束之大小可被描述為此高斯分佈(σ)之寬 度。將在電子射束大小之雙均方偏差內產生大部分正離子。在電子射束之雙均方偏差區內，作用於正離子之電子聚束之效應可經線性化。亦即，由正離子歸因於電子聚束而經歷之力或速度改變係與正離子與電子射束軸線相隔之距離成比例：
其中：r p -經典質子半徑；-離子質量(以原子為單位)對離子電荷之比率；c-光速；σ x,y -在x(或y)方向上之電子射束大小(高斯橫向射束形狀)；N b -電子聚束中之電子之數目；β-電子聚束之速度對光速之比率；(X,y)-離子相對於電子射束軸線之x(或y)座標。
在由共用實質上相同屬性之規則電子聚束組成的電子射束之狀況下，可藉由以下矩陣描述電子射束內之正離子之振盪：
其中：N-電子聚束之數目
t b -離子可在雙電子聚束到達之間漂移之時間
在早先描述之典型EUV FEL條件下之矩陣[A]之跡線之模數小於二。此結果意謂離子有效地「截留於」電子射束內。亦即，在任意數目個規則電子聚束已傳遞正離子之後，正離子之速度抑或振盪振幅皆不無限增加。
圖20為說明不規則電子聚束450對電子射束路徑440中之正離子430之軌跡之效應的圖解。引入電子聚束電荷及/或發射強度之快速變 化會產生不規則電子聚束450之集合。每一電子聚束對正離子誘發不同力。作用於正離子之不同誘發力造成圍繞電子射束軸線440之非均一振盪430。
由不規則電子聚束450對正離子施加之不同力可增加正離子之振盪430之振幅使得正離子射出電子射束路徑440。正離子振盪振幅D可如此多地增加使得正離子碰撞FEL之射束管壁且重組以形成中性物質，可接著自FEL經由超高真空抽汲而移除該等中性物質。正離子振盪振幅D可足夠增加使得即使當大數目個正離子存在於FEL中時在電子射束路徑440中實質上亦不存在正離子。
藉由電子聚束變化進行正離子之移除可經由離子清除間隙之引入而顯著加速。在典型FEL條件(射束電流為幾十mA、射束大小為0.1毫米至1毫米、離子質荷比為1至30、清除間隙為約0.1微秒、清除間隙重複率為約1MHz)中，離子圍繞電子射束之中心軸線以在0.1MHz至10MHz之範圍內的頻率振盪。藉由在相同頻率範圍內引入用於電荷及/或發射強度之射束調變函數，有可能將離子驅使成諧振且因此將離子振盪振幅快速增加至射束管之範圍(<10ms)。藉由自電子射束路徑移除正離子，減輕電子射束之發射強度生長。正離子移除之此方法可維持可接受FEL轉換效率，同時避免對LINAC 22之操作之任何有害效應。圖23及圖24給出最佳調變函數之實例。圖25給出次佳調變函數之實例。圖23含有正弦調變函數，其經歷在採取10%之振盪週期的清除間隙期間相位自0至2π之隨機跳躍，因此在傅立葉頻譜中，將存在自零至十倍基本頻率(在此實例中基本頻率為約1MHz)的頻率，此有效地將具有相同本徵頻率範圍的離子驅使成諧振且因此移除該等離子。
圖21為電子注入器之一實施例的示意性描繪。該注入器包含一驅動雷射310、一陰極340及一電子升壓器390。陰極340係在電子槍腔 室350內部。電子槍腔室350經配置以自輻射源300接收輻射光束420。輻射源300可(例如)包含發射雷射光束400之驅動雷射310。驅動雷射可包含晶種雷射及光學放大器(圖中未繪示)。雷射光束420經導向至電子槍腔室350中且入射於陰極340上。在圖21所展示之實施例中，雷射光束420係由鏡面(圖中未繪示)反射使得其入射於陰極340上。
陰極340保持處於高電壓。舉例而言，陰極340可保持處於大約幾百千伏特之電壓。陰極340可藉由使用可形成電子槍腔室350之部分或可與電子槍腔室分離的電壓源而保持處於高電壓。雷射光束420中之光子係由陰極340吸收且激發陰極中之電子。陰極340中之一些電子可被激發至足夠高能態，使得該等電子自陰極發射。陰極340之高電壓為負，且因此用以使自陰極發射之電子加速遠離陰極，藉此形成電子射束。
雷射光束400為脈衝式雷射光束。自陰極340以對應於雷射光束420之脈衝之聚束形式發射電子。因此，電子射束包含一系列電子聚束360。雷射310可(例如)為皮秒雷射，且因此，雷射光束中之脈衝可具有大約幾皮秒之持續時間。陰極340之電壓可為DC電壓或AC電壓。在陰極340之電壓為AC電壓之實施例中，陰極電壓之頻率及相位可與雷射光束400之脈衝匹配，使得雷射光束之脈衝與陰極之電壓中之峰值重合。雷射光束400之脈衝可與電子升壓器390中之加速場匹配使得電子聚束360在加速場用以使電子聚束加速時到達電子升壓器。相似地，亦可使雷射光束脈衝400與LINAC 22之加速場同步。
驅動雷射310將脈衝式雷射光束發送通過快速調變單元320及間隙引入單元330，之後雷射光束420入射於陰極340上。控制單元380係用以調整驅動雷射310之持續時間及定時。控制單元380亦用以控制快速調變單元320及間隙引入單元330。控制迴路存在於控制單元380及能量恢復LINAC 22及升壓器390之間，其補償LINAC中之加速梯度之 變更。若使用已知函數來調變電子聚束，則前饋迴路可存在於控制單元380與LINAC 22之間。若待經由驅動雷射310之雜訊放大而實施電子聚束調變，則快速調變單元及驅動雷射可組合以形成單一單元。
自陰極340發射之電子射束係由電子升壓器390加速。電子升壓器390用以使電子聚束沿著射束路徑且朝向能量恢復LINAC 22加速，其使電子聚束進一步加速至相對論速度。電子升壓器390可(例如)使電子聚束360加速至超過大約5MeV之能量。在一些實施例中，電子升壓器390可使電子聚束360加速至超過大約10MeV之能量。在一些實施例中，電子升壓器390可使電子聚束360加速至高達大約20MeV之能量。
電子升壓器390可相似於能量恢復LINAC 22，且可(例如)包含複數個射頻空腔及一或多個射頻電源。射頻電源可操作以控制射束路徑中之電磁場。隨著電子聚束360在該等空腔之間傳遞，受到射頻電源控制之電磁場造成每一電子聚束加速。空腔可為超導射頻空腔。替代地，空腔通常可導電(亦即，不超導)，且可由(例如)銅形成。
如上文所描述，入射於陰極340上之雷射光束420之每一脈衝造成對應電子聚束360待自陰極340發射。電子射束E中之每一電子聚束360係由電子升壓器390加速且由能量恢復LINAC 22加速。經加速電子聚束360傳遞至波盪器中，在波盪器中經加速電子聚束360刺激輻射之發射以形成輻射光束。輻射光束為脈衝式輻射光束，其中波盪器中之每一電子聚束360造成輻射光束中之輻射脈衝之發射。因此，對於入射於陰極340上的雷射光束420中之每一脈衝，在電子射束中存在對應電子聚束360且在自自由電子雷射FEL發射之輻射光束中存在對應脈衝。
存在可變化電子聚束之電荷及/或發射強度以便自電子射束路徑移除正離子之多個方式。本發明之一個實施例涉及變更驅動雷射光束 之雷射脈衝之能量。
可經由與驅動雷射310相關聯之雜訊(例如，散粒雜訊)之放大而變更由驅動雷射發射之脈衝之能量。舉例而言，與驅動雷射310之晶種雷射相關聯的雜訊可施加至用以放大雷射脈衝之光學放大器。此情形將引入由光學放大器提供之放大之變化，藉此造成提供至陰極340的雷射脈衝之功率之脈衝間變化。雜訊放大造成產生於注入器處之電子聚束電荷之脈衝間變化。亦即，歸因於經由經放大散粒雜訊效應之每一脈衝中之光子之不同數目而在每一聚束中自陰極340發射不同電子量。為了移除具有σ<100微米之電子射束中之具有M/Z<10的離子(M/Z為以原子為單位之離子之質量對其電荷的比率，σ為電子射束大小(高斯))，高頻(>10MHz)調變最佳。
可使用快速調變單元320來變更由驅動雷射310產生之雷射脈衝之能量。快速調變單元320可(例如)包含勃克爾盒。勃克爾盒連同偏振器可用以阻擋光，所阻擋之光之量係藉由橫越勃克爾盒之電壓予以判定。因此，橫越勃克爾盒之電壓之調變可用以在由驅動雷射310發射之脈衝入射於陰極340上之前調變該等脈衝之能量。驅動雷射310之能量脈衝之調變將引起由注入器中之陰極340產生的聚束電荷之調變。對於σ<1毫米的電子射束中之離子M/Z<100，中等頻率調變(0.1MHz至10MHz)係有效率的。
本發明之另一替代實施例包含在由驅動雷射310產生之脈衝入射於陰極340上之前誘發該等脈衝之波前之變化。可使用運用高模式拍頻而操作之空腔放大勃克爾盒來達成由驅動雷射產生之脈衝之波前的變化。變化到達陰極的驅動雷射脈衝之波前會引起陰極340之經照明區域之剖面改變。改變陰極340之經照明區域會造成所產生電子聚束之空間電荷支配發射強度之改變。
本發明之又一替代實施例係由誘發陰極340之溫度變化以施加所 產生電子聚束之發射強度之變化組成。變化脈衝之間的陰極溫度會改變起始電子熱能以產生起始電子聚束發射強度之變化。與驅動雷射310不同的雷射亦可入射於陰極上，且可用以以隨機或經調變方式變化陰極之溫度。第二雷射可為IR雷射，因此以防止藉由光效應之電子發射。當陰極溫度針對每一電子聚束而不同時，則每一電子聚束將具有不同起始發射強度。
圖22為展示由驅動雷射產生之雷射脈衝400之集合在其行進通過圖21所描繪之快速調變單元410及間隙引入單元420時之能量改變的說明性曲線圖。圖23及圖24為電荷調變函數之說明性實例，其對於在典型FEL條件(含有在0.1MHz至10MHz之範圍內的所有頻率與足夠功率且保留每聚束串平均電荷)下之離子移除係最佳的。圖23為在清除間隙期間之相位經調變電荷(在一個聚束串中一個或整數個振盪週期擬合)、振盪跳躍[自0至2π]之相位的實例。圖24為在清除間隙期間之振幅經調變電荷(在一個聚束串中一個或整數個振盪週期擬合)、調變(在0至10%內)跳躍之振幅的實例。圖25為僅針對有限數目個狀況(M/Z<10且σ<0.1毫米)有效率之高頻調變(基於脈衝間)的實例。
可使快速調變單元與間隙引入單元分離，此係因為每一單元在極不同頻率及振幅下操作。
電子聚束電荷及/或發射強度之如上文所描述的相位及/或振幅之類雜訊變化將增加離子清除間隙在自電子射束路徑移除正離子時之效率，同時確保與LINAC/s相關聯的加速梯度及電流負載之僅小失真。相比於每一聚束相似且具有經施加清除間隙之射束之狀況，穩態濃度之縮減為至少兩個數量級。
使用控制單元而操作之前饋迴路可用以補償可在LINAC中歸因於類函數經調變電子聚束電荷及/或發射強度變化而發生的任何電流負載及加速梯度變化。
調變單元320連同控制單元380可被認為係離子移除裝置之實例，此係因為此等單元組合地施加對電子聚束之電荷或發射強度的變化(此自射束路徑移除離子)。在將變化施加至驅動雷射310以變化自驅動雷射輸出之脈衝之電荷或發射強度的實施例中，驅動雷射連同調變單元380可被認為係離子移除裝置之實例。
如早先所提及，此正離子移除方法可單獨使用，或結合其他離子移除方法予以使用。其他正離子移除方法包括(但不限於)使用離子清除間隙及/或使用離子提取電極。使用電子聚束屬性之快速變化以實質上自電子射束移除正離子之方法可允許FEL之操作產生EUV輻射(在其他方法不足以進行此操作的情況下)。
隨著電子聚束傳遞通過FEL，其在可存在之離子提取電極內誘發電磁尾流場。此等電磁尾流場之產生構成電子射束能量之損耗且縮減波盪器24處之電子聚束之亮度。電子聚束屬性之快速變化可縮減在組合使用時實質上自電子射束移除正離子所需的離子提取電極之數目。具有存在於FEL系統中的縮減數目個離子提取電極意謂將存在由電子聚束經歷的較少電磁「尾流場」損耗，此將改良FEL之轉換效率。
使用變化之電子聚束屬性之技術亦可簡化FEL LINAC系統之試運行。此係因為自電子射束進行之正離子之移除可根除重新調諧LINAC之元件以補償由正離子造成的前述電子射束聚焦效應之需要。電子射束屬性之快速變化亦可縮減FEL之真空要求，此係因為可以較大簡易性自電子射束移除較多正離子。舉例而言，可縮減所需之真空泵之數目及/或施加至FEL之內部壁之氣體吸收塗層之量。
儘管離子提取電極可誘發如上文所提及之電磁尾流場，但仍可有利的是使用離子提取電極以便提供自FEL進行之離子之有效率提取。在典型配置中，電極提供於電子射束傳播之射束管之相對側上。橫越該等電極施加電壓差，且電壓差產生在該等電極之間延伸且橫向 於電子傳播之方向的電場。產生於電場附近之正離子被吸引朝向提取電極之陰極。離子自陰極或自射束管之壁接收電子且形成中性分子。藉由真空泵自射束管提取中性分子。
FEL之電子射束自身可提供縱向電位，縱向電位將離子自其產生之其地點推動朝向提取電極。藉由此電位(其可被稱作有效射束電位)進行之正離子之加速將取決於正離子之質量。重離子(例如，具有大於10之原子質量)將比較輕離子較緩慢地被加速。在電子射束改變方向的自由電子雷射之一些部件(諸如，操控單元23、25(參見圖3))中，有效射束電位可相當大。此可造成離子足夠快速地移動至提取電極，使得其並不造成由自由電子雷射發射之EUV輻射光束之顯著劣化。可(例如)在1毫秒內自電子射束路徑提取該等離子。然而，在自由電子雷射之其他部件中(特別是在電子射束以直線方式傳播之處)，有效射束電位可相對小，且結果離子可未被足夠快速地提取以避免EUV輻射光束之劣化。波盪器24為此位置之一實例。儘管電子射束之橫向尺寸可隨著電子射束沿著波盪器24傳播而改變，但X尺寸與Y尺寸之總和保持相對一致，且因此發生扁平縱向電位。因此，在波盪器模組內存在極小或不存在有效射束電位。
在(例如)FEL之波盪器24之模組內提供提取電極可為不切實際的。波盪器24可(例如)包含長度為大約2公尺且經提供有具有1公尺直徑的射束管之複數個模組。在此波盪器模組內提供提取電極可難以達成，且存在提取電極將損害射束管之內部表面之平滑度之風險。此外，在波盪器模組內可不存在足夠空間以提供供連接至真空泵以用於提取形成於提取電極附近的分子之開口。出於此等原因，提取電極可提供於波盪器模組之間而非提供於波盪器模組內。
然而，朝向波盪器模組之中心而產生的離子可花費相當大的時間以行進至位於波盪器模組之一個末端處的提取電極。舉例而言，離 子可花費10毫秒或更多時間以行進至提取電極。此情形不理想，此係因為正離子在電子射束路徑中之積聚將具有對電子射束之發射強度之有害效應，此又將具有對由FEL發射之EUV輻射光束之有害效應。可需要在已產生正離子之後在1毫秒內提取正離子。
圖26示意性地說明處理以上問題之本發明之一實施例，該圖26展示RF電磁波注入裝置。射頻(RF)電磁波發射器500係經由波導502而連接至形成自由電子雷射FEL之部分的射束管504。RF發射器500及波導502可(例如)提供於波盪器之模組之間，或可提供於任何其他合適部位處。耦合天線506(其亦可被稱作諧振腔室)提供於波導502與射束管504會合之部位處。進一步沿著射束管504提供提取電極508。舉例而言，提取電極可位於波盪器模組24之與耦合天線506相對的側上。並未描繪波盪器模組24，但波盪器模組24位於所標註間隙中。
在一實施例中，自RF發射器500發射之RF電磁波沿著波導502傳播且傳播至耦合天線506中，但並不沿著射束管504傳播。取而代之，由RF電磁波產生之漸消型波延伸至射束管504中。漸消型波提供具有沿著射束路徑504延伸之梯度之電場。正離子經歷歸因於電場之電位梯度，且將沿著彼電位梯度行進。
漸消型電磁波延伸至波盪器模組24中且提供將正離子推出波盪器模組之電位。離子被推動朝向提取電極508，提取電極508接著自射束路徑移除離子。由漸消型電磁波提供之電位可足夠強使得在1毫秒或小於1毫秒內自射束路徑移除離子。
由漸消型電磁波提供之電位Uw在經導引RF電磁波與射束管504會合之點處具有最大值。在所說明實施例中，此點處於耦合天線506處。電位以Uw/λw之平均梯度下降，其中λw為射束管504中之漸消型電磁波之波長。電位之梯度可(例如)為大約0.1V/m至10V/m(此將取決於離子之電荷及電磁波之功率)。離子遵循電位之梯度，加速度取決 於離子之荷質比。可(例如)在大約1毫秒或小於1毫秒內提取離子。
在一實施例中，可在TE模式中(亦即，具有垂直於電子射束路徑之軸線的電場(電子射束路徑係由圖26中之點線指示))連續施加漸消型電磁波。在此種狀況下，電子射束與漸消型電磁波之磁場之相互相用為零(其彼此平行)。由漸消型電磁波之電場造成的電子能量/動量改變為大約10eV。此情形具有對電子射束之可忽略效應，且具有對自FEL發射之EUV輻射光束之可忽略效應。
在一替代實施例中，可在TM模式中(亦即，具有垂直於電子射束路徑之軸線的磁場)連續施加漸消型電磁波。在此種狀況下，由電場造成的電子之能量/動量改變可為大約100KeV。磁場之效應可忽略。
在一實施例中，RF發射器500可在脈衝式模式中操作，其中RF發射器僅在離子清除間隙期間操作。在此種狀況下，電子射束完全不受漸消型電磁波影響，此係因為當電子射束沿著射束管504行進時不存在漸消型電磁波。
在一實施例中，可需要提供沿著射束管504延伸達大約2公尺(此可對應於波盪器模組之長度)之漸消型波。可需要提供為0.1V/m或更多之電位梯度。射束管可(例如)具有為大約5毫米之半徑。根據此實例中之圓形波導公式，電磁波之截止頻率為17.58GHz。此對應於2cm之波長。
以下公式可用以判定應由RF發射器500提供之電磁波之頻率：
其中f為截止頻率，λ為對應於截止頻率之波長，且λw為漸消型波之所要波長(在此實例中為2公尺)。在使用此方程式的情況下，可看到，低於17.58GHz截止頻率的為大約8.8MHz之頻率將提供所要漸消 型波。
圖27為展示延伸至長度為2公尺的具有5毫米半徑之射束管中的漸消型波之場強度針對RF波之不同頻率如何變化的曲線圖。射束管之截止頻率為17.58GHz。該曲線圖之左下隅角中所描繪的未經標註之曲線為17.00GHz曲線。如自該曲線圖可看到，對於顯著低於17.58GHz之頻率，漸消型波沿著2公尺長度的射束管之僅小比例而延伸。在頻率接近17.58GHz時，漸消型波沿著射束管進一步延伸，例如，當頻率為17.57GHz時延伸達超過1公尺。此外，在此頻率下之漸消型波具有具相當大梯度的場強度(場強度自7,000kV/m下降至零)。當達到截止頻率時，不再存在漸消型波，且代替地看到調變場。
可調諧RF源可用以產生驅動RF發射器500之RF信號。RF源可具有為1×10-5或更佳之頻率穩定度以便確保可提供足夠接近於截止頻率以提供所要漸消型波之頻率。穩定度佳於1×10-5的RF源之實例為可購自美國Keysight Technologies的N5193A信號產生器。
可需要為大約300kV/m之電場強度以便提供足夠強以在1毫秒或小於1毫秒內自波盪器模組移除重離子(例如，具有為10或更多之原子質量單位之離子)之電位。此情形又可需要自RF發射器500遞送大約30kW之功率。電磁波恰好低於射束管504之截止頻率，且結果，可歸因於射束管中之歐姆損耗而耗散大量功率。一些功率亦可耗散於提取電極中。電極可經設計成使得在電極處或鄰近處不誘發諧振，此將增加功率耗散。
圖26中標註波導502之寬度D及射束管504之寬度d兩者。提供寬度大於射束管504之寬度的波導502可允許待在波導中產生RF電磁波，該RF電磁波在射束管中形成漸消型波。在波導或射束管具有圓形橫截面之實施例中，寬度對應於波導或射束管之直徑。
在一替代實施例中，代替安排漸消型波以延伸至射束管504中， 可將具有兩個不同頻率之傳播電磁波提供於射束管中。傳播波可在頻率方面足夠接近使得其產生拍頻電磁波。電磁波之相位可受控制以在注入點(例如，耦合天線506)處提供拍頻電磁波之最大振幅且在提取電極508處提供最小振幅。拍頻電磁波沿著射束管504將離子推動朝向提取電極508。在一實施例中，注入點可在波盪器模組24之一側上，且提取電極可在波盪器模組之相對側上。
在使用拍頻電磁波之一實施例中，RF發射器可以充分低於射束管504之截止頻率的頻率提供RF電磁輻射。舉例而言，在一實施例中，頻率可為9.75GHz。提供兩個電磁波，且該兩個電磁波可在其之間具有大約1%之去諧。射束管504中之拍頻電磁波之電場之強度可(例如)為大約30KV/m，以便向具有10個原子單位之質量的離子提供為0.1V/m之電位降(在假定離子遺漏一個電子的情況下)。可藉由產生具有為大約300W之功率的電磁波來提供此電場。
一般而言，可使用以下方程式來判定電場強度與所得電位之間的關係：
其中U rf 為電位，Z為離子之電荷，A為以原子質量為單位之離子之質量，m u c 2 為原子質量單位之能量等效者(931.5MeV)，為電磁波之波長除以2π，e為電子之電荷，且E為電磁波中之電場振盪之振幅。
控制單元(未被說明)可用以控制提供驅動RF發射器500之RF信號之RF源。控制單元可用以調諧RF信號以在射束管504中提供所要電磁波(例如，漸消型波或拍頻波)。感測器可用以監視電磁波之強度。
在上述實例中，由發射器500提供之電磁波提供將離子推動朝向提取電極508之電位。另外或替代地，離子可由電磁波推動至射束路徑中之一部位，在該射束路徑中電子射束聚焦使得進入彼部位之離子 變得不穩定且被沖噴朝向射束管504之壁(例如，歸因於清除間隙之效應及/或清除間隙與射束調變之組合，或歸因於由電子射束自離子剝除額外電子，此縮減離子之質荷比)。
自由電子雷射FEL可形成圖1之微影系統LS之部分，其中由自由電子雷射產生之輻射最終由一或多個微影裝置LA1至LA20內之一或多個基板基板。此等基板可被認為包含經配置以接收經圖案化輻射之目標部分。
術語「EUV輻射」可被認為涵蓋具有在4奈米至20奈米之範圍內(例如，在13奈米至14奈米之範圍內)之波長之電磁輻射。EUV輻射可具有小於10奈米之波長，例如，在4奈米至10奈米之範圍內之波長，諸如，6.7奈米或6.8奈米。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的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，對於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。

Claims (19)

  1. 一種使用一自由電子雷射(FEL)來產生極紫外線(EUV)輻射之方法，該方法包含：將一驅動雷射光束導向至一陰極上以產生電子聚束(bunches)；將該等電子聚束傳遞至一線性加速器(LINAC)以使該等電子聚束加速；將該等電子聚束沿著一電子聚束路徑傳遞通過一波盪器，該波盪器經組態以產生EUV輻射；及藉由施加在一預定範圍內的該等電子聚束之電荷或發射強度之一變化而自該電子聚束路徑移除帶正電荷離子；其中電荷或發射強度變化(emittance variation)之該預定範圍經選擇以限定該LINAC中之加速梯度(accelerating gradients)之變化。
  2. 如請求項1之方法，其中該等電子聚束之電荷或發射強度之該變化的該預定範圍為該等電子聚束之該電荷或發射強度的10%或小於10%。
  3. 如請求項1或2之方法，其中將一變化施加至該等電子聚束之該電荷及該發射強度兩者。
  4. 如請求項1或2之方法，其中藉由變更入射於該陰極上之該驅動雷射光束之雷射脈衝之能量而實施該經施加變化。
  5. 如請求項4之方法，其中變更該驅動雷射光束之雷射脈衝之該能量包含與該驅動雷射相關聯之雜訊之一放大。
  6. 如請求項4之方法，其中一勃克爾盒(Pockels cell)係用以變更該驅動雷射之脈衝之該能量。
  7. 如請求項1或2之方法，其中變化由該驅動雷射產生之脈衝之波前。
  8. 如請求項7之方法，其中一勃克爾盒係用以變化由該驅動雷射產生之脈衝之該波前。
  9. 如請求項1或2之方法，其中變化該陰極之溫度以施加該等電子聚束之發射強度之該變化。
  10. 如請求項9之方法，其中入射於該陰極上之一雷射係用以變化該陰極之該溫度。
  11. 一種自由電子雷射(FEL)極紫外線(EUV)輻射源，其包含：一驅動雷射，該驅動雷射經組態以發射雷射脈衝；一陰極，該陰極經組態以接收該等雷射脈衝且產生電子聚束；一線性加速器(LINAC)，該LINAC經組態以使該等電子聚束加速；一波盪器(undulator)，該波盪器經組態以接收該等電子聚束且輸出一EUV輻射光束；及一離子移除裝置，該離子移除裝置包含一電子聚束電荷或發射強度變化裝置，該電子聚束電荷或發射強度變化裝置受到一控制單元控制以在一預定範圍內變化該等電子聚束之電荷或發射強度，該預定範圍經選擇為自該FEL移除離子但限定該LINAC中之加速梯度之變化。
  12. 一種自由電子雷射(FEL)極紫外線(EUV)輻射源，其包含：一線性加速器(LINAC)，該LINAC經組態以使電子聚束加速；一波盪器，該波盪器經組態以接收該等電子聚束且輸出一EUV輻射光束；及一RF電磁波發射器，該RF電磁波發射器經組態以提供延伸至 該FEL之一射束管(beam pipe)中之一RF漸消型(evanescent)電磁波或一拍頻(beating)RF電磁波。
  13. 如請求項12之FEL，其中該RF電磁波發射器在該波盪器之一波盪器模組之一側上連接至該射束管。
  14. 如請求項13之FEL，其中提取電極提供於該波盪器模組之一相對側上。
  15. 一種使用一自由電子雷射(FEL)來產生極紫外線(EUV)輻射之方法，該方法包含：將電子聚束傳遞至一線性加速器(LINAC)以使該等電子聚束加速；接著將該等電子聚束沿著一電子聚束路徑傳遞通過一波盪器，該波盪器經組態以產生EUV輻射；及產生延伸至該FEL之一射束管中且沿著該射束管推動離子的一RF漸消型電磁波或一拍頻RF電磁波。
  16. 如請求項15之方法，其中該RF漸消型電磁波或該拍頻RF電磁波延伸至之該射束管位於一波盪器模組中。
  17. 如請求項16之方法，其中該RF漸消型電磁波或該拍頻RF電磁波提供將離子推動朝向該波盪器模組之一相對末端之一電位。
  18. 如請求項17之方法，其中提取電極提供於該波盪器模組之一相對側上。
  19. 如請求項18之方法，其中該電位具有一足夠高梯度以在大約1毫秒內自該自由電子雷射移除離子。
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