(57)【要約】  自由電子レーザＦＥＬは、コヒーレントＥＵＶ放射を発生し、上流の電子ビームＥＢ２を受け取り、下流の電子ビームＥＢ４を放出するアンジュレータ２４と、電子バンチを含む上流の電子ビームＥＢ１、ＥＢ２を生成するように動作可能な少なくとも１つの電子源２１ａ、２１ｂとを含む。ビームパスは、少なくとも第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂを含む線形加速器システム（ＬＩＮＡＣ）、バンチコンプレッサ２８ｂ、及び上記アンジュレータ２４を通って上流の電子ビームを誘導するように構成される。アンジュレータ２４を離れる下流の電子ビームＥＢ３、ＥＢ４は、下流のビームが第２の線形加速器２２ｂによって減速されるような位相によって上流の電子ビームと平行に第２の線形加速器２２ｂを通って再循環し、次に下流のビームが第１の線形加速器２２ａによって減速されるような位相によって上流の電子ビームと平行に第１の線形加速器２２ａを通って再循環し、下流のビームはビームダンプ１００に誘導される。少なくとも１つの第１のエネルギースプレッダ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、電子バンチのエネルギー分布に可逆変化を付与し、上流の電子ビームＥＢ１によってのみ通過されるようにバンチコンプレッサ２８ｂの前のビームパス内の位置に位置する。第２のエネルギースプレッダ５０ｄは、第１のエネルギースプレッダ５０ａ、５０ｂ、５０ｃによって付与された電子バンチのエネルギー分布に対する変化を逆にし、上流の電子ビームＥＢ２によってのみ通過されるようにアンジュレータ２４の前のビームパス内の位置に位置する。【選択図】図３
2019505984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、
コヒーレント放射を発生するために線形加速器システム、バンチコンプレッサ、及びアンジュレータを通って前記上流の電子ビームを誘導し、下流のビームが前記線形加速器によって減速されるような位相によって前記上流の電子ビームと平行に前記線形加速器を通って前記アンジュレータを離れる前記下流のビームを再循環し、前記下流のビームをビームダンプに誘導するように構成されたビームパスと、
電子バンチのエネルギー分布に可逆変化を付与するように動作可能で、前記上流の電子ビームによってのみ通過されるように前記バンチコンプレッサの前の前記ビームパス内の位置に位置する第１のエネルギースプレッダと、
前記第１のビームスプレッダによって付与された電子バンチの前記エネルギー分布に対する前記変化を逆にするように動作可能な第２のエネルギースプレッダであって、前記上流の電子ビームによってのみ通過されるように前記アンジュレータの前の前記ビームパス内の位置に位置する第２のエネルギースプレッダと、
を含む、自由電子レーザ。
【請求項２】
前記第２のエネルギースプレッダが前記アンジュレータの直前に位置する、請求項１に記載の自由電子レーザ。
【請求項３】
前記ビームパスが１つ以上のアークを含み、前記アークが前記バンチコンプレッサとして作用するように構成される、請求項１又は２のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項４】
前記線形加速器システムが前記ビームパス内に配置された第１の線形加速器と第２の線形加速器とを含み、前記上流の電子ビームが前記第２の線形加速器の前に前記第１の線形加速器を通過し、前記下流のビームが前記第１の線形加速器の前に前記第２の線形加速器を通過するようになっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項５】
前記第１のエネルギースプレッダが前記第１の線形加速器と前記第２の線形加速器との間に位置する、請求項４に記載の自由電子レーザ。
【請求項６】
前記ビームパスが、前記アンジュレータの前に複数回、前記第１及び第２の線形加速器のそれぞれを通って前記上流の電子ビームを誘導し、前記ビームダンプの前に複数回、前記第２及び第１の線形加速器のそれぞれを通って前記下流の電子ビームを誘導するように構成される、請求項４に記載の自由電子レーザ。
【請求項７】
前記第１のエネルギースプレッダが前記電子源の直後に位置する、請求項１から４又は６のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項８】
前記第１及び第２のエネルギースプレッダのそれぞれが横偏向ＲＦ空胴を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項９】
それぞれの横偏向ＲＦ空胴が、その中の磁場が最低である時に前記電子バンチが一度に前記横偏向ＲＦ空胴を通過するように構成される、請求項８に記載の自由電子レーザ。
【請求項１０】
前記第１及び第２のエネルギースプレッダの少なくとも１つが、電子バンチを診断ビームパスに偏向する偏向モードで更に動作可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項１１】
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、
コヒーレント放射を発生するために線形加速器システム、バンチコンプレッサ、及びアンジュレータを通って前記上流の電子ビームを誘導し、下流のビームが前記線形加速器によって減速されるような位相によって前記上流の電子ビームと平行に前記線形加速器を通って前記アンジュレータを離れる前記下流のビームを再循環し、前記下流のビームをビームダンプに誘導するように構成されたビームパスと、
前記上流のビームの電子バンチからチャープを除去するように構成されたデチャーパと、
そのエネルギーに比例して前記上流のビームの前記電子バンチ内の電子の縦方向位置をシフトするように構成されたウォッシュアウトデバイスと、
前記上流のビームの電子の前記電子バンチにチャープを加えるように構成されたチャーパと、
前記電子バンチを圧縮するように構成されたコンプレッサと、
を含む、自由電子レーザ。
【請求項１２】
前記線形加速器が前記デチャーパとして作用するように構成される、請求項１１に記載の自由電子レーザ。
【請求項１３】
前記チャーパがＲＦ空胴を含む、請求項１１又は１２に記載の自由電子レーザ。
【請求項１４】
前記線形加速器が前記チャーパとして作用するように構成される、請求項１１、１２、又は１３に記載の自由電子レーザ。
【請求項１５】
前記ウォッシュアウトデバイスがスプレッダを含む、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項１６】
前記ウォッシュアウトデバイスがシケインを含む、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項１７】
前記シケインが前記線形加速器システムのセクション間に位置する、請求項１６に記載の自由電子レーザ。
【請求項１８】
前記ウォッシュアウトデバイスが０．０１ｍ〜２ｍの範囲内のＲ５６を有する、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の自由電子レーザ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の自由電子レーザと、
１つ以上のリソグラフィ装置と、
を含む、リソグラフィシステム。
【請求項２０】
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成することと、
線形加速器を通って前記上流の電子ビームを加速することと、
前記上流の電子ビームの電子バンチを圧縮することと、
コヒーレント放射を発生するためにアンジュレータを通って前記上流の電子ビームを誘導することと、
減速された電子ビームを形成するために、前記アンジュレータを離れる下流の電子ビームを前記線形加速器を通って誘導することと、
前記圧縮前の前記上流の電子ビームのみの前記電子バンチのエネルギーを可逆的に拡散することと、
前記アンジュレータの前に前記拡散を逆にすることと、
を含む、放射ビームを生成する方法。
【請求項２１】
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成することと、
線形加速器を通って前記上流の電子ビームを加速することと、
前記電子バンチからチャープを除去することと、
前記電子バンチのウォッシュアウトを実行することであって、前記ウォッシュアウトによりそのエネルギーに比例して前記電子バンチ内の電子の縦方向位置をシフトすることと、
前記電子バンチにチャープを加えることと、
前記上流の電子ビームの前記電子バンチを圧縮することと、
コヒーレント放射を発生するためにアンジュレータを通って前記上流の電子ビームを誘導することと、
減速された電子ビームを形成するために、前記アンジュレータを離れる下流の電子ビームを前記線形加速器を通って誘導することと、
を含む、放射ビームを生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１５年１２月２３日に出願され、参照により全体として本明細書に取り入れられる欧州特許出願第１５２０２２４４．８号の優先権を主張するものである。
【０００２】
[0002]  本発明は自由電子レーザ（ＦＥＬ）に関する。排他的ではないが、特に、本発明はリソグラフィシステム用の放射源での使用に適したＦＥＬに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に適用するように構築された機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。リソグラフィ装置は例えば基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層にパターニングデバイス（例えばマスク）からのパターンを投影することができる。
【０００４】
[0004]  基板上にパターンを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、その基板上に形成可能なフィーチャの最小サイズを決定する。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を使用して、従来のリソグラフィ装置（例えば１９３ｎｍの波長を有する電磁放射を使用することができる）より小さいフィーチャを基板上に形成することができる。
【０００５】
[0005]  ＥＵＶリソグラフィのスループットを増加するために出力を増したＥＵＶ放射源を生成することが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]  第１の態様により、
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、
コヒーレント放射を発生するために線形加速器システム、バンチコンプレッサ、及びアンジュレータを通って上流の電子ビームを誘導し、下流のビームが線形加速器によって減速されるような位相によって上流の電子ビームと平行に線形加速器を通ってアンジュレータを離れる下流のビームを再循環し、下流のビームをビームダンプに誘導するように構成されたビームパスと、
電子バンチのエネルギー分布に可逆変化を付与するように動作可能で、上流の電子ビームによってのみ通過されるようにバンチコンプレッサの前のビームパス内の位置に位置する第１のエネルギースプレッダと、
第１のビームスプレッダによって付与された電子バンチのエネルギー分布に対する変化を逆にするように動作可能な第２のエネルギースプレッダであって、上流の電子ビームによってのみ通過されるようにアンジュレータの前のビームパス内の位置に位置する第２のエネルギースプレッダと、
を含む、自由電子レーザが提供される。
【０００７】
[0007]  第２の態様により、
上記の自由電子レーザと、
１つ以上のリソグラフィ装置と、
を含む、リソグラフィシステムが提供される。
【０００８】
[0008]  第３の態様により、
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成することと、
線形加速器を通って上流の電子ビームを加速することと、
上流の電子ビームの電子バンチを圧縮することと、
コヒーレント放射を発生するためにアンジュレータを通って上流の電子ビームを誘導することと、
減速された電子ビームを形成するために、アンジュレータを離れる下流の電子ビームを線形加速器を通って誘導することと、
圧縮前の上流の電子ビームのみの電子バンチのエネルギーを可逆的に拡散することと、
アンジュレータの前に拡散を逆にすることと、
を含む、放射ビームを生成する方法が提供される。
【０００９】
[0009]  第４の態様により、
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、
コヒーレント放射を発生するために線形加速器システム、バンチコンプレッサ、及びアンジュレータを通って上流の電子ビームを誘導し、下流のビームが線形加速器によって減速されるような位相によって上流の電子ビームと平行に線形加速器を通ってアンジュレータを離れる下流のビームを再循環し、下流のビームをビームダンプに誘導するように構成されたビームパスと、
上流のビームの電子バンチからチャープ（ｃｈｉｒｐ）を除去するように構成されたデチャーパ（ｄｅ−ｃｈｉｒｐｅｒ）と、
そのエネルギーに比例して上流のビームの電子バンチ内の電子の縦方向位置をシフトするように構成されたウォッシュアウトデバイス（ｗａｓｈｏｕｔ  ｄｅｖｉｃｅ）と、
上流のビームの電子の電子バンチにチャープを加えるように構成されたチャーパ（ｃｈｉｒｐｅｒ）と、
電子バンチを圧縮するように構成されたコンプレッサと、
を含む、自由電子レーザが提供される。
【００１０】
[0010]  第５の態様により、
電子バンチを含む上流の電子ビームを生成することと、
線形加速器を通って上流の電子ビームを加速することと、
電子バンチからチャープを除去することと、
電子バンチのウォッシュアウトを実行することであって、ウォッシュアウトによりそのエネルギーに比例して電子バンチ内の電子の縦方向位置をシフトすることと、
電子バンチにチャープを加えることと、
上流の電子ビームの電子バンチを圧縮することと、
コヒーレント放射を発生するためにアンジュレータを通って上流の電子ビームを誘導することと、
減速された電子ビームを形成するために、アンジュレータを離れる下流の電子ビームを線形加速器を通って誘導することと、
を含む、放射ビームを生成する方法が提供される。
【００１１】
[0011]  このようにして、電子ビーム内のマイクロバンチ不安定性（ｍｉｃｒｏｂｕｎｃｈ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を回避することができ、より高い電力出力を得ることができる。
【００１２】
[0012]  次に、本発明の実施形態を、添付の概略図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】[0013]本発明の一実施形態による自由電子レーザを含むリソグラフィシステムを示す。
【図２】[0014]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示す。
【図３】[0015]図１のリソグラフィシステムの一部を形成可能な自由電子レーザの概略図である。
【図４】[0016]電子バンチ内のスライスエネルギーの広がり（ｓｌｉｃｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｓｐｒｅａｄ）と自由電子レーザの出力電力との関係を示す。
【図５】[0017]横偏向ＲＦ空胴の部分切取概略図である。
【図６】[0018]電子バンチと、ｔ＝０における図５の横偏向ＲＦ空胴内のＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ）フィールドとの関係を示す。
【図７Ａ】[0019]横磁場偏向ＲＦ空胴通過前、横磁場偏向ＲＦ空胴通過後、及びレーザ加熱後の電子バンチの横方向とエネルギーの広がりの関数としてエネルギー分布を示す。
【図７Ｂ】[0019]横磁場偏向ＲＦ空胴通過前、横磁場偏向ＲＦ空胴通過後、及びレーザ加熱後の電子バンチの横方向とエネルギーの広がりの関数としてエネルギー分布を示す。
【図７Ｃ】[0019]横磁場偏向ＲＦ空胴通過前、横磁場偏向ＲＦ空胴通過後、及びレーザ加熱後の電子バンチの横方向とエネルギーの広がりの関数としてエネルギー分布を示す。
【図８】[0020]放射を発生するために電子バンチに対して実行されたプロセスを示す。
【図９】[0021]図１のリソグラフィシステムの一部を形成可能な他の自由電子レーザの概略図である。
【図１０Ａ】[0022]ウォッシュアウトステップ前のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１０Ｂ】[0022]ウォッシュアウトステップ前のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１０Ｃ】[0022]ウォッシュアウトステップ前のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１１Ａ】[0023]  ウォッシュアウトステップ後のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１１Ｂ】[0023]  ウォッシュアウトステップ後のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１１Ｃ】[0023]  ウォッシュアウトステップ後のエネルギー及び空間におけるバンチ内の電子の分布を示す。
【図１２】[0024]  図１のリソグラフィシステムの一部を形成可能な他の自由電子レーザの概略図である。
【図１３】[0025]  図１のリソグラフィシステムの一部を形成可能な他の自由電子レーザの概略図である。
【図１４Ａ】[0026]エネルギーｚの位相空間におけるバンチ形状に対するウォッシュアウトステップの効果を示す。
【図１４Ｂ】[0026]エネルギーｚの位相空間におけるバンチ形状に対するウォッシュアウトステップの効果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0027]  図１は、放射源ＳＯ、ビームスプリッティング装置２０、及び８つのリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８を含むリソグラフィシステムＬＳを示している。放射源ＳＯは、自由電子レーザを含み、極端紫外線（ＥＵＶ）放射ビームＢＦＥＬ（メインビームと呼ぶ場合もある）を発生するように構成される。メイン放射ビームＢＦＥＬは複数の放射ビームＢａ〜Ｂｈ（分岐ビームと呼ぶ場合もある）に分割され、そのそれぞれはビームスプリッティング装置２０によってリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８のうちの異なる装置に誘導される。分岐放射ビームＢａ〜Ｂｈはメイン放射ビームから連続して分割することができ、それぞれの分岐放射ビームは直前の分岐放射ビームの下流のメイン放射ビームから分割される。該当する場合、分岐放射ビームは、例えば、実質的に互いに平行に伝搬することができる。
【００１５】
[0028]  放射源ＳＯ、ビームスプリッティング装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８はいずれも、外部環境から隔離できるように構築し配置することができる。ＥＵＶ放射の吸収を最小限にするために、放射源ＳＯ、ビームスプリッティング装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８の少なくとも一部に真空を提供することができる。リソグラフィシステムＬＳの異なる部分に異なる圧力の真空を提供する（即ち、大気圧未満の異なる圧力に保持する）ことができる。
【００１６】
[0029]  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とを含む。照明システムＩＬは、パターニングデバイスＭＡに入射する前にそのリソグラフィ装置ＬＡ１によって受け取られた分岐放射ビームＢａを調節するように構成される。投影システムは、放射ビームＢａ’（ここではマスク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る。基板Ｗは前に形成されたパターンを含むことができる。該当する場合、リソグラフィ装置ＬＡ１はパターン付き放射ビームＢａ’を基板Ｗ上に前に形成されたパターンと位置合わせする。
【００１７】
[0030]  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はマスクインスペクション装置などのその他のツールを含むことができることを理解すべきである。
【００１８】
[0031]  リソグラフィ装置ＬＡ１によって受け取られた分岐放射ビームＢａは、照明システムＩＬの閉鎖構造の開口部８を通ってビームスプリッティング装置２０から照明システムＩＬ内に入る。任意選択で、分岐放射ビームＢａは、開口部８に又はその付近に中間焦点を形成するように合焦させることができる。
【００１９】
[0032]  照明システムＩＬは、ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１を含むことができる。ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１は協力して、所望の断面形状と所望の角分布を有する放射ビームＢａを提供する。ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１はそれぞれ、独立可動ミラーのアレイを含むことができる。ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１は異なる数の独立可動ミラーを含むことができる。例えば、ファセット瞳ミラーデバイス１１はファセットフィールドミラーデバイス１０の２倍の数のミラーを含むことができる。ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１内のミラーは任意の適切な形状のものにすることができ、例えば、一般にバナナ形にすることができる。放射ビームＢａは照明システムＩＬから出て、支持構造ＭＴによって保持された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してパターン付与し、パターン付きビームＢａ’を形成する。照明システムＩＬは、ファセットフィールドミラーデバイス１０及びファセット瞳ミラーデバイス１１に加えて又はそれらの代わりに、他のミラー又はデバイスを含むことができる。照明システムＩＬは、例えば、独立可動ミラーのアレイを含むことができる。独立可動ミラーは、例えば、差し渡し１ｍｍ未満にすることができる。独立可動ミラーは例えばＭＥＭＳデバイスにすることができる。
【００２０】
[0033]  パターニングデバイスＭＡから反射した後、パターン付き放射ビームＢａ’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によって保持された基板Ｗに放射ビームＢａ’を投影するように構成された複数のミラー１３、１４を含む。投影システムＰＳは、放射ビームに縮小係数を適用し、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャより小さいフィーチャを有する像を形成することができる。例えば、４という縮小係数を適用することができる。投影システムＰＳは図２では２つのミラーを有するが、投影システムは任意の数のミラー（例えば、６つのミラー）を含むことができる。
【００２１】
[0034]  放射源ＳＯは、ＥＵＶ放射のビームを生成するように動作可能な、本発明の一実施形態による自由電子レーザＦＥＬを含む。任意選択で、放射源ＳＯは、本発明の一実施形態による２つ以上の自由電子レーザＦＥＬを含むことができる。
【００２２】
[0035]  放射源ＳＯは、自由電子レーザから受け取った放射ビームの断面のサイズ及び／又は形状を変更するように配置された光学部品を更に含むことができる。
【００２３】
[0036]  この光学部品は、その自由電子レーザによって出力された放射ビームの断面積を増加するように配置されたビームエキスパンド光学部品を含むことができる。有利なことに、これは、ビームエキスパンド光学部品の下流のミラーに対する熱負荷を減少する。これにより、ビームエキスパンド光学部品の下流のミラーは、あまり冷却せず、従ってあまり高価ではない、より低い仕様のものにすることができる。追加的に又は代替的に、これにより、下流のミラーは法線入射により近くなることができる。ビームスプリッティング装置２０は、複数の分岐放射ビームＢａ〜Ｂｈに沿ってメインビームＢＦＥＬからの放射を誘導する、ビームＢＦＥＬのパス内に配置された複数の静的抽出ミラーを含むことができる。メインビームＢＦＥＬのサイズを増加すると、ミラーがビームＢＦＥＬのパス内で位置しなければならない正確さが低減される。従って、これにより、スプリッティング装置２０による出力ビームＢＦＥＬのより正確な分割が可能になる。
【００２４】
[0037]  放射源ＳＯは、自由電子レーザから受け取った放射ビームの断面形状を変更するように配置された形状変更光学部品を更に含むことができる。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含むことができる。形状変更光学部品とビームエキスパンド光学部品は共通の光学素子を共用することができる。
【００２５】
[0038]  自由電子レーザは、バンチ化相対論的電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、それを通って相対論的電子のバンチが誘導される周期磁場とを含む。周期磁場はアンジュレータによって生成され、中心軸の周りの発振経路を電子に辿らせる。磁場によって引き起こされた加速の結果として、電子は自発的に概ね中心軸の方向に電磁放射を放射する。相対論的電子はアンジュレータ内の放射と相互作用する。特定の条件下では、この相互作用により、電子はまとめてバンチ化して、アンジュレータ内の放射の波長で変調されたマイクロバンチになり、中心軸に沿った放射のコヒーレント発光が刺激される。
【００２６】
[0039]  図３を参照すると、自由電子レーザ（ＦＥＬ）の主要コンポーネントは、インジェクタ２１ａ、２１ｂ；第１及び第２の線形加速器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と線形加速器２２ａ、２２ｂは相対論的電子を生成するように協力して動作可能である。
【００２７】
[0040]  インジェクタ２１ａ、２１ｂは、第１のエネルギーＥ１を備えた電子バンチを有する初期電子ビームＥＢ１を生成するように配置される。２つのインジェクタは、一方が使用中である場合にもう一方を整備できるように冗長性のために設けられており、従って、望ましい場合に一方を省略することは可能である。インジェクタ２１ａ、２１ｂは、例えば電子陰極又は光電陰極などの電子源と、加速電場とを含む。好ましくは、初期電子ビームＥＢ１は例えば１ｍｍ  ｍＲａｄ未満の比較的低いエミッタンスを有する。第１のエネルギーＥ１は例えば５〜２０ＭｅＶあたりにすることができる。第１のエネルギーＥ１は１０〜１５ＭｅＶあたりにすることができ、これは初期電子ビームＥＢ１のエミッタンスが１ｍｍ  ｍＲａｄ未満のままになることが可能になるので好ましい可能性がある。電子ビームカップラ２５、例えばダイポールマグネットシステムは、第１の線形加速器２２ａ内に初期電子ビームＥＢ１を結合する。
【００２８】
[0041]  初期電子ビームＥＢ１は第１の線形加速器２２ａによって加速されて、加速された電子ビームＥＢ２を形成する。一例では、第１の線形加速器２２ａは、共通軸に沿って軸方向に間隔を開けて配置された複数の共振空胴と、それぞれの電子バンチを加速するために電子バンチがそれらの間を通過する時に共通軸に沿った電磁場を制御するように動作可能な１つ以上の無線周波電源とを含むことができる。共振空胴は超伝導無線周波空胴にすることができる。有利なことに、これにより、比較的大きい電磁場を高いデューティサイクルで適用することができ、より大きいビームアパーチャが得られ、その結果、ウェイク場による損失が少なくなり、（空胴壁を通って消散するものとは対照的に）ビームに伝達される無線周波エネルギーの一部を増加することができる。代替的に、共振空胴は、従来通り伝導（即ち、超伝導ではない）無線周波空胴にすることができ、例えば銅で形成することができる。その他のタイプの線形加速器も使用することができる。
【００２９】
[0042]  次に、加速された電子ビームＥＢ２は、その機能については後で説明されるビームダイバータ２６と、ビームダイバータ２６の効果を補償する第１のシケイン（ｃｈｉｃａｎｅ）２７ａとを通過する。次に、加速された電子ビームＥＢ２は、約１８０度だけビーム方向を変更し、加速された電子ビームＥＢ２を第２の線形加速器２２ｂに引き渡す第１のアーク２８ａを通過する。第２の線形加速器２２ｂは第１の線形加速器２２ａと同様の構成を有することができ、加速された電子ビームＥＢ２を第２のより高いエネルギーＥ２まで更に加速する。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つの線形加速器を含む。望ましい場合、第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂの代わりに、単一のより長い線形加速器を使用することができる。
【００３０】
[0043]  次に、加速された電子ビームＥＢ２は、それをアンジュレータ２４に引き渡す第２のアーク２８ｂを通過する。アンジュレータ２４は、周期磁場を生成するように動作可能で、周期経路に沿ってインジェクタ２１及び線形加速器２２によって生成された相対論的電子を誘導するように配置された、複数のマグネットを含む。その結果、電子は概ねアンジュレータ２４の中心軸の方向に電磁放射を放射する。電子が辿る経路は、電子が周期的に中心軸を横断する正弦かつ平面になる場合もあれば、電子が中心軸の周りを回転する螺旋状になる場合もある。発振経路のタイプは、自由電子レーザが放出する放射の偏光に影響する可能性がある。例えば、螺旋経路に沿って電子に伝搬させる自由電子レーザは楕円状に偏光した放射を生成する可能性があり、これはリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８による基板Ｗの露光には好ましい可能性がある。
【００３１】
[0044]  アンジュレータ２４は複数のセクションを含み、それぞれのセクションが周期的マグネット構造を含む。アンジュレータ２４は、１対以上の隣接セクション間の例えば四極マグネットなど、加速された電子ビームＥＢ２を再合焦させるためのメカニズムを更に含むことができる。加速された電子ビームＥＢ２を再合焦させるためのメカニズムは電子バンチのサイズを低減することができ、これは電子とアンジュレータ２４内の放射との結合を改善することができ、放射の発光の刺激を増加する。
【００３２】
[0045]  電子はアンジュレータ２４を通って移動する時に、放射の電場と相互作用し、その放射とエネルギーを交換する。一般に、電子と放射との間で交換されるエネルギーの量は、条件が以下の式で示される共振条件に近くない限り、急速に変動する。
【数１】
2019505984.tif 000003
ここでλｅｍは放射の波長であり、λｕはアンジュレータ周期であり、γは電子のローレンツ因子であり、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の幾何形状に依存し、螺旋アンジュレータの場合はＡ＝１であり、平面アンジュレータの場合はＡ＝２である。実際には、それぞれの電子バンチはエネルギーの広がりを有するが、この広がりは（低いエミッタンスを備えた加速された電子ビームＥＢ２を生成することにより）可能な限り最小限にすることができる。アンジュレータパラメータＫは典型的にほぼ１であり、以下の式で示される。
【数２】
2019505984.tif 000004
ここでｑ及びｍはそれぞれ電子の電荷及び質量であり、Ｂ０は周期磁場の振幅であり、ｃは光の速さである。
【００３３】
[0046]  共振波長λｅｍ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の高調波波長に等しい。自由電子レーザＦＥＬは自己増幅自然放出光（ＳＡＳＥ）モードで動作することができる。ＳＡＳＥモードでの動作は、それがアンジュレータ２４に入る前に加速された電子ビームＥＢ２内の電子バンチの低エネルギーの広がりを必要とする可能性がある。代替的に、自由電子レーザＦＥＬはシード放射源を含むことができ、この放射源はアンジュレータ２４内の誘導放出によって増幅することができる。
【００３４】
[0047]  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加させることができ、即ち、自由電子レーザＦＥＬは非ゼロの利得を有することができる。式（１）の共振条件を満足した場合は自由電子レーザＦＥＬの利得はゼロになる可能性がある。条件が共振に近いがわずかに外れている場合は最大利得を達成することができる。
【００３５】
[0048]  アンジュレータ２４内の電子と放射との間の相互作用は加速された電子ビームＥＢ２内の電子バンチ内でエネルギーの広がりを発生する。アンジュレータ２４を出る電子ビームＥＢ３は、エネルギーの広がりを備えた異なる電子ビームと見なすことができ、使用された電子ビームと呼ぶ場合もある。使用された電子ビームＥＢ３におけるエネルギーの広がりはアンジュレータ２４の変換効率に依存する。定量的には、使用された電子ビームＥＢ３におけるエネルギーの広がりの幅はアンジュレータ２４の変換効率と第２のエネルギーＥ２との積によって示すことができる。
【００３６】
[0049]  アンジュレータ２４に入る時に共振条件を満たす電子は、放射を放出（又は吸収）する時にエネルギーを失う（又は獲得する）ことになり、その結果、共振条件はもはや満足されなくなる。従って、いくつかの実施形態では、アンジュレータ２４は先細にすることができる。即ち、周期磁場の振幅及び／又はアンジュレータ周期λｕは、アンジュレータ２４によって誘導される時に電子バンチを共振又はその近くに保持するために、アンジュレータ２４の長さに沿って変動する可能性がある。アンジュレータ２４内の電子と放射との間の相互作用は電子バンチ内のエネルギーの広がりを発生することに留意されたい。アンジュレータ２４の先細部分は、共振又はその近くで電子の数を最大限にするように配置することができる。例えば、電子バンチはピークエネルギーでピークに達するエネルギー分布を有することができ、先細部分はアンジュレータ２４によって誘導される時に共振又はその近くでこのピークエネルギーを有する電子を保持するように配置することができる。有利なことに、アンジュレータの先細部分は変換効率を大幅に増加するための能力を有する。先細のアンジュレータを使用すると、変換効率（即ち、放射ビームＢＦＥＬ内の放射に変換される加速された電子ビームＥＢ２のエネルギーの一部分）を２倍以上に増加することができる。アンジュレータの先細部分は、その長さに沿ってアンジュレータパラメータＫを低減することによって達成することができる。これは、アンジュレータ周期λｕ及び／又はアンジュレータの軸に沿った磁場強度Ｂ０を電子バンチエネルギーに整合させて、それが共振条件又はその近くになることを保証することによって達成することができる。このように共振条件を満たすと、放出された放射の帯域幅が増加する。
【００３７】
[0050]  放射ビームＢＦＥＬはアンジュレータ２４から伝搬する。放射ビームＢＦＥＬはＥＵＶ放射を含む。自由電子レーザＦＥＬによって出力されたＥＵＶ放射ビームＢＦＥＬは、実質的に円形の断面及びガウス強度プロファイルを有することができる。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比較的小さい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ＢＦＥＬは、レーザ生成プラズマ（ＬＰＰ）源又は放電生成プラズマ（ＤＰＰ）源（どちらも当技術分野で知られている）によって生成されると思われるＥＵＶ放射ビームより著しく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ＢＦＥＬは、５００μｒａｄより小さい発散度、例えば１００μｒａｄより小さい発散度を有することができ、例えばアンジュレータ２４を離れる時に５０μｍあたりの直径を有することができる。
【００３８】
[0051]  自由電子レーザＦＥＬの出力電力は、８つのＥＵＶリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８のために高いスループットを支持するために、１０キロワット台にすることができる。この電力では、自由電子レーザＦＥＬによって生成された放射ビームＢＦＥＬの初期直径は非常に小さいので、放射ビームＢａ−ｈの出力密度は重大なものになる。
【００３９】
[0052]  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のために高いスループットを支持するのに十分なものであるために、自由電子レーザＦＥＬは特定の特性を有することができる。例えば、第２の線形加速器２２ｂから出力される加速された電子ビームＥＢ２の第２のエネルギーＥ２は５００〜１０００ＭｅＶあたりにすることができる。加速された電子ビームＥＢ２の電力は１〜１００ＭＷ台にすることができる。加速された電子ビームＥＢ２の電力は、ＥＵＶ放射の出力ビームＢＦＥＬの所望の電力及びアンジュレータ２４の変換効率によって規定することができる。自由電子レーザＦＥＬの所与の出力電力の場合、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の電流が低くなる。より高いアンジュレータ変換効率及びより低いインジェクタ電流が非常に望ましい可能性がある。
【００４０】
[0053]  アンジュレータ２４を離れる使用された電子ビームＥＢ３はダンプ１００によって吸収しなければならない。ダンプ１００は、使用された電子ビームＥＢ３を吸収するのに十分な量の材料を含むことができる。この材料は放射能の誘導のためのしきいエネルギーを有することができる。しきいエネルギー未満のエネルギーを備えてダンプ１００に入る電子は、ガンマ線シャワーのみを生成することができるが、重大なレベルの放射能を誘導することはない。この材料は電子衝撃による放射能の誘導のための高いしきいエネルギーを有することができる。例えば、ビームダンプは、１７ＭｅＶあたりのしきいエネルギーを有するアルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。ダンプ１００に入る前に使用された電子ビームＥＢ３内の電子のエネルギーを低減することが望ましい。これは、ダンプ１００から放射性廃棄物を除去して処分する必要性を除去するか又は少なくとも低減する。放射性廃棄物の除去は自由電子レーザＦＥＬを定期的にシャットダウンする必要があり、放射性廃棄物の処分は費用がかかる可能性があり、深刻な環境上の影響を有する可能性があるので、これは有利である。
【００４１】
[0054]  ダンプ１００に入る前に、エネルギーは使用された電子ビームＥＢ３から抽出され、即ち、電子は減速される。電子のエネルギーは１０ＭｅＶ未満に、好ましくは５ＭｅＶ未満に低減することができる。有利なことに、このエネルギー未満の電子はビームダンプ１００内で重大なレベルの放射能を誘導しない。自由電子レーザＦＥＬの動作中、ガンマ線放射が存在することになるが、電子ビームＥがオフになると、ビームダンプ１００は安全に取り扱えるようになる。
【００４２】
[0055]  アンジュレータ２４を離れる電子は、第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂを使用して減速される。即ち、インジェクタ２１から出力される電子を加速するために使用される第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂは減速にも使用することができる。このような配置はエネルギー回収ＬＩＮＡＣ（ＥＲＬ）として知られている。
【００４３】
[0056]  アンジュレータ２４を離れる電子バンチは、第２の線形加速器２２ｂ内の無線周波（ＲＦ）電場に対して１８０度あたりの位相差で第２の線形加速器２２ｂにそれらをもたらす第３のアーク２８ｃを通過する。コンバイナ２９は使用された電子ビームＥＢ３を加速された電子ビームＥＢ２と結合する。使用された電子ビームＥＢ３は第２の線形加速器２２ｂにおいて減速されて、減速された電子ビームＥＢ４を形成する。
【００４４】
[0057]  第２の線形加速器２２ｂの出口では、減速された電子ビームＥＢ４から加速された電子ビームＥＢ２を分離することが必要である。加速された電子ビームＥＢ２及び減速された電子ビームＥＢ４は同じ経路に沿って第２の線形加速器２２ｂを通って伝搬する。スプレッダ３０は加速された電子ビームＥＢ２及び減速された電子ビームＥＢ４を分離する。加速された電子ビームＥＢ２は第２のアーク２８ｂに移行し、減速された電子ビームＥＢ４は第４のアーク２８ｄを通過してコンバイナ２５（上述のもの）に移行する。コンバイナ２５は減速された電子ビームＥＢ４をバンチ化電子ビームＥＢ１と結合し、それらを第１の線形加速器２２ａに入れ、減速された電子ビームＥＢ４は第１の線形加速器２２ａ内の無線周波（ＲＦ）電場に対して１８０度あたりの位相差を有する。従って、第１の線形加速器２２ａは第２の線形加速器と同じメカニズムにより減速された電子ビームＥＢ４を更に減速する。
【００４５】
[0058]  第１の線形加速器２２ａの出口では、減速された電子ビームをダンプ１００に送ることができ、加速されたビームＥＢ２が第１のアーク２８ａを介して第２の線形加速器に移行するように、ダイポールセパレータ２６を使用して減速された電子ビームＥＢ４が加速された電子ビームＥＢ２から分離される。ダイポールセパレータは、ビームパス全域に均一な磁場を加え、加速された電子ビームと減速された電子ビームを曲げさせるだけである。ダイポールセパレータ２６によって引き起こされる電子ビームに対する偏向の程度は、それぞれのビーム内の電子のエネルギーに依存する。従って、加速された電子ビームＥＢ２は少量だけ偏向され、減速された電子ビームはより大きい角度で偏向され、すぐに加速された電子ビームＥＢ２から物理的に分離され、その後、加速された電子ビームＥＢ２に影響を及ぼさずにダンプ１００内に向けることができる。代替的に、アクロマートのビームセパレータ（エンゲ又はプレッツェルマグネットとしても知られている）を使用して、加速された電子ビームＥＢ２から減速された電子ビームＥＢ４を分離することもできる。
【００４６】
[0059]  従って、電子バンチの「一生」は以下のように要約することができる。即ち、インジェクタ２１ａ、２１ｂの一方において作成され；第１の線形加速器２２ａによって加速され、第２の線形加速器２２ｂによってもう一度加速され；アンジュレータ２４内で放射を発生し；第２の線形加速器２２ｂによって減速され、第１の線形加速器２２ａによってもう一度減速され；最後にダンプ１００において吸収される。上記では、簡潔にするため、ビームパスの各部を接続するために使用されるシケイン及び階段などの項目の説明は省略されている。ＦＥＬを通って伝搬する電子ビームは本明細書ではアンジュレータまでを上流の電子ビーム、その後を下流の電子ビームと呼ぶ。
【００４７】
[0060]  アンジュレータ２４によって生成された放射ビームＢＦＥＬの出力における重大な要因は、アンジュレータ２４に入る電子バンチのスライスエネルギーの広がり（即ち、伝搬の方向に対して垂直な電子バンチのスライス内の電子のエネルギーの広がり）である。伝搬の方向に沿ったエネルギーの変動も制御する必要がある。より小さいエネルギーの広がり、即ち、電子バンチにおけるより狭い範囲のエネルギーはより高い出力電力を提供する。従って、インジェクタ２１ａ、２１ｂによって生成され、次に線形加速器２２ａ、２２ｂにおいて加速される電子バンチにおいて低いエネルギーの広がりを提供することが望ましい。加えて、ビームパスの周りを進行する時に電子バンチを更に圧縮することが望ましい。一実施形態では、アーク２８ａ及び２８ｂは圧縮効果を有する。
【００４８】
[0061]  しかしながら、電子バンチの初期エネルギーの広がりが低すぎる場合、圧縮効果を有するデバイス内では、例えば、より低い電子に比べ、より高いエネルギーの電子により長い経路を取らせることにより、マイクロバンチ不安定性として知られる現象が発生する可能性がある。マイクロバンチ不安定性は、エネルギーの広がりを大幅に増加する自己増幅プロセスである。バンチ内の電子の密度に局所的な増加があると、増加した密度の領域より前の電子が押し進められ（加速され）、密度の局所的な増加より後の電子は押し戻される（減速される）。その効果は、密度の不均等性をエネルギーの不均等性に変換し、逆の場合も同様にすることである。
【００４９】
[0062]  図４は、初期エネルギーの広がりｄＩとアンジュレータにおけるエネルギーの広がりｄＵとの関係を左のグラフに示し、アンジュレータにおけるエネルギーの広がりｄＵとＦＥＬの出力電力Ｐとの関係を右のグラフに示している。マイクロバンチ不安定性がない場合、初期エネルギーの広がりｄＩとアンジュレータにおけるエネルギーの広がりｄＵとの間には単調な関係が存在するであろう。しかしながら、マイクロバンチ不安定性は避けられない現象であり、その結果、初期エネルギーの広がりｄＩとアンジュレータにおけるエネルギーの広がりｄＵとの関係は、より高いエネルギーの広がりでは線形関係に向かう傾向があるが、低いエネルギーの広がりでは、より低い初期エネルギーの広がりがアンジュレータにおいてより高いエネルギーの広がりを引き起こす。これは、図４の左のグラフに実線の曲線によって示されている。従って、マイクロバンチ不安定性がない場合、低い初期エネルギーの広がりｄＥ１は高い出力電力Ｐ２に至ると予想されるであろう。しかしながら、マイクロバンチ不安定性により、この低い初期エネルギーの広がりｄＥ１は低い出力電力を引き起こし、実際には達成可能な最高出力電力Ｐ１はより高い初期エネルギーの広がりｄＥ２によって得られる。
【００５０】
[0063]  従って、いわゆるレーザヒータを使用することにより最大出力電力を達成する値まで電子バンチのエネルギーの広がりを慎重に増加することが提案されている（Ｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  ＳＴＡＢ  ７，  ０７４４０１  （２００４））。このレーザヒータは、電子バンチと同時伝搬する（ｃｏｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ）光学レーザビームと結合された小さい２次アンジュレータセクションから構成される。電子バンチに対するレーザとアンジュレータフィールドとの総合作用の結果、電子バンチのエネルギーの広がりが増加する。この手法は自由電子レーザの実用的に達成可能な出力電力を増加するものであるが、かなり低いエネルギーの広がりを有するバンチがアンジュレータ２４に入力される可能性がある場合には、このケースと比べて依然として出力電力が実質的に低減されるものである。
【００５１】
[0064]  物理学の研究に使用される自由電子レーザでも同様の問題が発生する。磁気バンチコンプレッサシケインの上流と下流に２つの横偏向無線周波空胴を使用することが提案されている（Ｂｅｈｒｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．ＳＴＡＢ１５，０２２８０２（２０１２））。第１の横偏向無線周波空胴は、第２の横偏向無線周波空胴によって後で除去可能な可逆性のエネルギーの広がりを導入する。このようにして、マイクロバンチ不安定性は回避されるが、アンジュレータに引き渡される電子バンチにおいて狭いエネルギーの広がりが依然として達成される。しかしながら、提案されている配置では、一連の線形加速器セクションの中間に高速の横偏向無線周波空胴が配置される。このような配置は、加速及び減速両方の電子ビームが線形加速器を通って同時伝搬するエネルギー回収線形加速器では実現することができない。
【００５２】
[0065]  従って、本発明の一実施形態は、電子バンチを含む上流の電子ビームを生成するように動作可能な電子源と、コヒーレント放射を発生するために線形加速器システム、バンチコンプレッサ、及びアンジュレータを通って上流の電子ビームを誘導し、下流のビームが線形加速器によって減速されるような位相によって上流の電子ビームと平行に線形加速器を通ってアンジュレータを離れる下流のビームを再循環し、下流のビームをビームダンプに誘導するように構成されたビームパスと、電子バンチのエネルギー分布に可逆変化を付与するように動作可能で、上流の電子ビームによってのみ通過されるようにバンチコンプレッサの前のビームパス内の位置に位置する第１のエネルギースプレッダと、第１のビームスプレッダによって付与された電子バンチのエネルギー分布に対する変化を逆にするように動作可能な第２のエネルギースプレッダであって、上流の電子ビームによってのみ通過されるようにアンジュレータの前のビームパス内の位置に位置する第２のエネルギースプレッダとを含む、自由電子レーザを提供する。
【００５３】
[0066]  その加速の前に上流の電子ビームによってのみ通過されるようにバンチコンプレッサの前のビームパス上の早期位置に第１のエネルギースプレッダを位置決めし、同じく上流の電子ビームによってのみ通過されるようにアンジュレータの前に第２のエネルギースプレッダを位置決めすることにより、可逆性のエネルギーの広がりを導入してビームコンプレッサ内のマイクロバンチ不安定性を回避し、次に電子バンチがアンジュレータに引き渡される前にそれを除去して出力電力を増加することが可能である。本発明の一実施形態では、約２倍以上の出力電力の増加を達成することができる。
【００５４】
[0067]  一実施形態では、第２のエネルギースプレッダはアンジュレータの直前に、例えば、アンジュレータの前の最後のアークとアンジュレータ自体との間に位置する。
【００５５】
[0068]  一実施形態では、線形加速器のセクション間で並びに線形加速器からアンジュレータに上流及び下流の電子ビームを運ぶアークはバンチコンプレッサとして作用するように構成される。
【００５６】
[0069]  本発明の一実施形態では、線形加速器システムは第１の線形加速器と第２の線形加速器とを含み、上流の電子ビームは第２の線形加速器の前に第１の線形加速器を通過し、下流のビームは第１の線形加速器の前に第２の線形加速器を通過するようになっている。このような配置では、第１のエネルギースプレッダは第１の線形加速器と第２の線形加速器との間に位置することができる。第１のエネルギースプレッダは、下流のビームをビームダンプにそらすセパレータの後に位置することができる。
【００５７】
[0070]  一実施形態では、ビームパスは、アンジュレータの前に複数回、第１及び第２の線形加速器のそれぞれを通って上流の電子ビームを誘導し、ビームダンプの前に複数回、第１及び第２の線形加速器のそれぞれを通って下流の電子ビームを誘導するように構成される。この配置では、第１のエネルギースプレッダは望ましいことに、第１の線形加速器の前に電子源の直後に位置する。
【００５８】
[0071]  一実施形態では、第１及び第２のエネルギースプレッダのそれぞれは横偏向無線周波（ＲＦ）空胴を含む。一実施形態では、それぞれの横偏向ＲＦ空胴は、その中の磁場が最低で、望ましくはゼロである時に電子バンチが一度に横偏向ＲＦ空胴を通過するように構成される。このようなタイミングにより、横偏向ＲＦ空胴は上流の電子ビームを偏向しないが、それを通って伝搬する電子は、伝搬の方向に対して垂直な方向に変動する、伝搬の方向に平行な電場を経験する。従って、バンチ内の電子の位置と相関するエネルギーの広がりが電子バンチに付与される。従って、このエネルギーの広がりは、反対のエネルギーの広がりを付与することによって除去することができる。
【００５９】
[0072]  一実施形態では、第１及び第２のエネルギースプレッダの少なくとも１つは、電子バンチが診断ビームパスに偏向される偏向モードで更に動作可能である。このようにして、追加のハードウェアを必要とせずに電子バンチを診断ビームパスに選択的に誘導することは可能である。特に、エネルギースプレッダとしての横偏向ＲＦ空胴は、バンチ化電子ビームの電子バンチに対するＲＦ電場の位相の適切な制御により、エネルギー拡散モードではなく偏向モードで動作するように制御することができる。
【００６０】
[0073]  図３に示されているように、電子バンチに可逆性のエネルギーの広がりを導入する第１のエネルギースプレッダは、初期電子ビームＥＢ１がコンバイナ２５によって減速された電子ビームＥＢ４と結合される前に、インジェクタ２１ａ、２１ｂの直後に位置することができる。この位置における第１のエネルギースプレッダの場合、それぞれのインジェクタ２１について１つのエネルギースプレッダが必要であるが、エネルギースプレッダは特に高価なハードウェアではない。代替的に又は加えて、第１のエネルギースプレッダ５０ｃは、第１の線形加速器２２ａ及び減速された電子ビームＥＢ４をビームダンプ１００にそらすビームセパレータ２６の後に位置決めすることができる。どちらの位置でも第１のエネルギースプレッダは第１のアーク２８ａの前であり、これは電子バンチを圧縮するように構成することができる。
【００６１】
[0074]  図３に示されている構成では、第１のエネルギースプレッダ５０ａ、５０ｂ、又は５０ｃによって導入された可逆性のエネルギーの広がりを除去する第２のエネルギースプレッダ５０ｄはアンジュレータ２４の前に位置することができる。特に、第２のエネルギースプレッダ５０ｄは、アンジュレータ２４の前の最後のアークである２８ｂとアンジュ２４との間に位置することができる。アーク２８ｂはバンチ圧縮をもたらすように構成することができる。
【００６２】
[0075]  本発明の一実施形態において第１のエネルギースプレッダ又は第２のエネルギースプレッダのいずれかとして使用可能な横偏向ＲＦ空胴５０は図５に示されている。横偏向ＲＦ空胴は、ビームパスを取り囲み、いくつかの絞り５２によって分割された空胴５１を含む。それぞれの絞りは、ビームパス用の中心アパーチャを有し、モード安定化のための追加のアパーチャを有することができる。例えばクライストロンなどのＲＦ源は、適切な周波数の高周波（ＲＦ放射）を発生する。この高周波は導波管５３を介して横偏向ＲＦ空胴５１内に供給される。導波管５３は空胴５１の上流端又は下流端のいずれかに位置することができる。位相コントローラ（図示せず）は電子ビーム内の結合に対してＲＦ放射の位相を制御し、逆の場合も同様である。
【００６３】
[0076]  空胴５１内に供給されたＲＦ放射は、空胴を通る電子の伝搬方向に対して磁場が垂直になるように配置された進行電磁波を確立する。偏向モードでは、電子バンチは、磁場が最高である時に一度に空胴５１を通過し、従って、横向きの偏向を経験する。エネルギー拡散モードでは、電子バンチは、ＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）フィールドが最低、例えばゼロである時に一度に空胴５１を通過する。この時点で、ＴＥフィールドＦは空胴内に存在し、電子バンチの伝搬の方向ｘに対して垂直な方向ｙの大きさを増加する。これは図６に示され、同図は電場Ｆと電子バンチＭＢとの関係も示している。
【００６４】
[0077]  本発明の一実施形態では、進行波ではなく定常波を使用するものを含む、横偏向ＲＦ空胴のその他の設計を使用することができる。
【００６５】
[0078]  これによる効果は図７ａ、図７ｂ、及び図７ｃに示されている。図７ａは、ビームの伝搬の方向に対して垂直な方向における位置ｙの関数として、バンチ内の電子のエネルギーＥの分布を示している。インジェクタ２１によって出力されたバンチ内の電子のエネルギーは、望ましくは可能な限り小さい特定の範囲ｄＥ１の全域に分布する。図７ｂは、そのｙ位置に依存し、電子に加速又は減速を付与する横偏向ＲＦ空胴の効果を示している。この例では、負のｙ値（即ち、バンチ中心より下）を有する電子はバンチ中心からのそれぞれの距離に依存する量だけ加速され、正のｙ値（即ち、バンチ中心より上）を有する電子はバンチ中心からのそれぞれの距離に依存する量だけ減速される。これによる効果は図７ｂに示されており、初期エネルギーの広がりが引き伸ばされ回転されることである。これは、ｄＥ１より大きいエネルギー値ｄＥ２の有効範囲を作りだし、従って、マイクロバンチ不安定性に対する抵抗力がより大きい。図７ｃは、レーザヒータを使用してバンチのエネルギーの広がりを増加することの効果を比較として示している。エネルギーは、バンチ内の電子に無作為に導入され、従って、エネルギー分布は位置に対する相関関係なしに膨張する。従って、エネルギー拡散を逆にすることは可能ではない。エネルギーの広がりが横偏向ＲＦ空胴によって導入される場合、エネルギーは位置に対して相関関係にあり、従って、その効果は逆にすることができる。
【００６６】
[0079]  図８は本発明の一実施形態のプロセスを概略的に示している。電子バンチはインジェクタ２１によって発生され、次に第１のエネルギースプレッダ５０ａ、５０ｂ、又は５０ｃのうちの１つによる可逆的なエネルギー拡散にかけられる。それぞれのエネルギー分布が拡散されていた電子バンチは線形加速器２２によって加速され、バンチ圧縮にかけられる。バンチ圧縮は、例えば線形加速器のセクション間で電子バンチを移送するアークによって、又はバンチ圧縮用に具体的に設けられたシケインなどの要素によって実施することができる。可逆的なエネルギー拡散にかけられた電子バンチは、不均質性の自己増幅が低減されるので、より小さいエネルギーの広がりを備えた電子バンチと同じ程度までマイクロバンチ不安定性を経験することはない。局所密度濃縮より前の電子はある範囲のエネルギーを有し、従って圧縮にかけられると、電子バンチ内のある範囲の縦方向位置に後退し、従って密度濃縮は増幅されない。
【００６７】
[0080]  圧縮後、加速された電子バンチは第２のエネルギースプレッダ５０ｄによる可逆的なエネルギー拡散にかけられる。これは、第１のエネルギースプレッダによって加えられる電場とは反対の電場を加えるものであり、従って、エネルギーの広がりの効果を逆にするものである。電子バンチの横サイズの変化のために第１のエネルギースプレッダと同じ大きさの効果を及ぼすために、第２のエネルギースプレッダによって加えられる電場の大きさ及び／又は勾配は第１のエネルギースプレッダによって加えられるものとは異なる可能性がある。電子バンチのエネルギーの広がりが低減される場合は、第２のエネルギースプレッダが第１のエネルギースプレッダの効果を正確に打ち消す必要はないことは注目に値する。次に、エネルギーの広がりが除去されている電子バンチがアンジュレータ２４に供給される。アンジュレータ２４に入る電子バンチは狭い範囲のエネルギーを有するので、出力電力は高くなる。
【００６８】
[0081]  本発明の一実施形態では、第１のエネルギースプレッダ５０ａ、５０ｂ、又は５０ｃ及び第２のエネルギースプレッダ５０ｄのうちの少なくとも１つは、診断モードにおいて電子バンチを診断ビームライン内に誘導するように動作可能である。一実施形態では、第１及び第２のエネルギースプレッダのそれぞれはこのような診断モードで動作可能である。エネルギースプレッダのそれぞれにおいて、個別の診断ビームラインを提供することができる。診断ビームラインは、例えば、それぞれのタイミング、エネルギー、エネルギー分布、空間分布など、電子バンチの１つ以上の特性を測定する診断計器を含むことができる。
【００６９】
[0082]  横偏向ＲＦ空胴がエネルギースプレッダとして使用される場合、この空胴は、ビーム内の電子バンチに対する空胴内のＲＦ放射の位相を変更することにより、診断モードで操作することができる。例えば、磁場がその時点で最大になるようにＲＦ放射の位相を変動させる場合、電子バンチはその装置を通って伝搬し、次に電子バンチ内の電子は横偏向ＲＦ空胴を通過する時に横偏向を経験することになり、従って診断ビームラインに誘導することができる。エネルギースプレッダの診断モードは、自由電子レーザ全体が診断モードで操作されている時に使用することができる。診断モードでは、エネルギースプレッダは、すべてのバンチを診断ビームラインに偏向するか又はそれを通過するバンチの所望の部分を偏向するように構成することができる。
【００７０】
[0083]  図９は本発明の一実施形態による他の自由電子レーザを示している。図９の自由電子レーザは、使用された電子ビームＥＢ３からエネルギーを回収するために線形加速器を使用し、線形加速器システムを２つの別々の線形加速器２２ａ、２２ｂに分割するという点で図３の自由電子レーザと同様のものである。しかしながら、図９の自由電子レーザは、加速された電子ビームＥＢ２及び減速された電子ビームＥＢ４がそれぞれ線形加速器２２ａ、２２ｂを複数回、例えば２回通過させられるという点で図３の自由電子レーザとは異なっている。線形加速器２２ａ、２２ｂを複数回通って電子バンチを送ることにより、より短い線形加速器を使用してより高いエネルギーまで電子バンチを加速することができる。それぞれの加速及び減速の際に異なるステージで第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂの間を通過する電子バンチは異なるエネルギーを有することになるので、異なるエネルギーのビームに対処するために第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂをリンクする複数のビームパスを設けることが必要である。
【００７１】
[0084]  図９の自由電子レーザは、加速及び減速の際にそれぞれ２回ずつ電子バンチが第１及び第２の線形加速器２２ａ、２２ｂを通過するように適合される。従って、第１のアーク２８ａは、異なるエネルギーの電子に対処するために３つの別々のビームライン２８ａ１、２８ａ２、及び２８ａ３に分割される。同様に、第３のアーク２８ｄは３つのビームライン２８ｄ１、２８ｄ２、及び２８ｄ３に分割される。図９は、水平に間隔を開けて配置され、異なる曲率半径を有する、ビームライン２８ａ１、２８ａ２、及び２８ａ３と、ビームライン２８ｄ１、２８ｄ２、及び２８ｄ３とを示している。しかしながら、これらのビームラインは同じ曲率半径を有することができ、水平に間隔を開けて配置されるのではなく、垂直に積み重ねることもできる。
【００７２】
[0085]  図９の自由電子レーザでは、インジェクタ２１によって発生された電子バンチが再循環している加速及び減速電子バンチと結合され、第１の線形加速器２２ａ内に入る前に、第１のエネルギースプレッダ５０ａがインジェクタ２１の直後に設けられる。第１のエネルギースプレッダ５０ａは、上記と同じ方式で電子バンチのエネルギー分布内に可逆性の拡散を導入する。第２のエネルギースプレッダ５０ｄはアンジュレータ２４の直前のビームパス内に位置決めされる。第２のエネルギースプレッダ５０ｄは、上記のように第１のエネルギースプレッダ５０ａによって導入された可逆性のエネルギーの広がりを除去するように動作可能である。第２のエネルギースプレッダ５０ｄは、バンチコンプレッサとして構成されるシケイン３１の直後に設けることができる。アークがコンプレッサとして作用するように構成される場合、シケイン３１は省略することができる。
【００７３】
[0086]  自由電子レーザのその他の配置が可能であり、自由電子レーザの異なる配置では第１及び第２のエネルギースプレッダの異なる位置が適切である可能性があることは認識されるであろう。
【００７４】
[0087]  上記で示されているように、バンチのエネルギーの広がりを人為的に増加することによりマイクロバンチ不安定性を抑制することができる。しかしながら、これは、アンジュレータの入口でエネルギーの広がりを可能な限り低くしなければならないという要件と矛盾する。従って、本発明は、初期エネルギーの広がりを増加する必要性を回避しながら、マイクロバンチ不安定性を抑制するための代替技法も提供する。
【００７５】
[0088]  マイクロバンチ不安定性プロセスは、バンチに沿った位置の関数として電子密度及び電子エネルギーの両方の変動の自己増幅発達を伴う。電荷斥力など、バンチ内の電子の相互作用により、密度変動がエネルギー変動の成長を推進する。加速器内のバンチコンプレッサは反対のプロセスを推進し、エネルギー変動を密度変動に変換する。両方のメカニズムの組み合わせにより、密度変動とエネルギー変動の両方が増幅される正のフィードバックループが得られる。その結果、それぞれのバンチスライスのエネルギーの広がりが増加し、ＦＥＬのパフォーマンスに影響を及ぼす。
【００７６】
[0089]  この実施形態では、マイクロバンチ不安定性プロセスは、バンチの長さにわたる密度変動及びエネルギー変動をスミアリングするための専用の「ウォッシュアウト」ステップを挿入することにより抑制される。ウォッシュアウトステップは、電子のエネルギーに比例する距離にわたって、ｚ方向に沿ってバンチのそれぞれの電子を移動させる。ウォッシュアウトステップの作用については図１０Ａ〜図１０Ｃ及び図１１Ａ〜図１１Ｃに関連して示す。
【００７７】
[0090]  図１０Ａは、エネルギー位置パラメータ空間（「縦方向位相空間」）内の電子の密度を示している。図１１Ａは、それぞれの個々のエネルギーに比例して電子にｚ並進が適用される、ウォッシュアウトステップの適用後の同じ位相空間を示している。図１０Ｂ、図１０Ｃ、及び図１１Ｂ、図１１Ｃは、ウォッシュアウトステップ前後の対応する電子エネルギー及び密度プロファイルを示している。図１０Ｂ及び図１１Ｂは、ｚ軸上への図１０Ａ及び図１１Ａの投影図であり、電子密度をｚの関数として示している。図１０Ｃ及び図１１Ｃは、図１０Ａ及び図１１Ａの垂直平均であり、平均エネルギーをｚの関数として示している。明らかに、十分な振幅によるウォッシュアウトステップは、そうでなければマイクロバンチ不安定性プロセスによる増幅を被りがちと思われる、元の密度変動を完全にスミアリングする。ウォッシュアウトステップ後、マイクロバンチ不安定性増幅がほとんどない状態でバンチ圧縮を安全に行うことができる。
【００７８】
[0091]  シケイン、ジグザグ、アーク、及びドッグレッグなどの様々な基本加速器セグメントは、エネルギーに比例するｚ並進をもたらすように構成することができる。この効果の振幅に関する通常の測定単位は加速器セグメントのいわゆるＲ５６パラメータである。本発明のウォッシュアウトステップは、大きいＲ５６パラメータを有するように加速器セグメントを構成することによって実行することができる。荷電粒子光学部品では、粒子バンチ内の個々の粒子の位置及び速度は通常、寸法あたり１つの位置測定単位と１つの速度測定単位を備えた３つの寸法に対応する６つの座標で表される。粒子が特定の加速器セクションを通過する時にその加速器セクションが粒子の６つの座標に対して有する効果はしばしば線形近似で記述される。例えば、加速器セクションの出口における粒子の伝搬方向ｚにおける位置は以下のようになる可能性がある。
ｚ＝Ｒ５５＊ｚ０＋Ｒ５６＊ｄｅｌｔａ０
ここで、ｚ０は加速器セクションの入口における粒子の伝搬方向の位置であり、ｄｅｌｔａ０はバンチの平均エネルギーに対する粒子の相対エネルギーオフセットであり、即ち、以下の通りである。
ｄｅｌｔａ０＝（Ｅ０−＜Ｅ＞）／＜Ｅ＞
【００７９】
[0092]  上記の比例定数Ｒ５５及びＲ５６は、加速器セクションの特性であり、このセクションの行列要素と呼ばれる。全部で３６個が存在し、通常、Ｒｘｙとしてコード化され、ｘ及びｙの数は１〜６の範囲である。従って、Ｒ５６パラメータ（本明細書では単にＲ５６と呼ぶ）はこのセクションの入口における粒子のｄｅｌｔａ０とこのセクションの出口における粒子のｚとの比例定数である。
【００８０】
[0093]  電子バンチを圧縮するために大きいＲ５６を備えた加速器部分を使用することが知られている。これは、バンチの前部をバンチの後部よりいくらか多く加速すること（「バンチにチャープを加えること」として知られている）により行われ、大きいＲ５６を備えた加速器部分のその後の効果はバンチの後部と前部を一緒により近くに移動させることである。本発明では、ウォッシュアウトステップは、バンチ圧縮を引き起こすことを回避するように構成される。従って、ウォッシュアウトステップの前にバンチからチャープが除去されることが望ましい。
【００８１】
[0094]  従って、この実施形態の方法は以下のステップを含む。
１．電子源
２．加速
３．バンチをデチャープする
４．ウォッシュアウトステップ
５．バンチをチャープする
６．圧縮ステージ
【００８２】
[0095]  加速及び圧縮という２つのステップを有するＦＥＬ加速器では、これらのステップのいずれか一方又は両方に上記の方式を適用することができる。
【００８３】
[0096]  本発明の一実施形態では、必要なＲ５６効果の大きさを以下のように推定することができる。マイクロバンチ不安定性ダンピングに関する周知の条件は以下の通りである。
【数３】
2019505984.tif 000005
ここで、ｋ＝２π／λであり、λは密度変動の典型的な長さであり、σＥ／Ｅは相対エネルギーの広がりの振幅である［Ｄｉ  Ｍｉｔｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．ＰＲＳＴＡＢ１３，０１０７０２（２０１０）］。典型的に、放射源を供給する加速器では、約１００μｍ未満のλの密度の変動について最も問題のあるマイクロバンチ不安定性が発生し、容易に約３０ｋｅＶ（約３ｋｅＶというショットノイズレベルの１０倍）を超えるエネルギーの広がりσＥを誘発する。これらの仮定とともに、約１ＧｅＶのビームエネルギーＥを仮定すると、マイクロバンチ不安定性ダンピング基準は数十ｃｍのＲ５６を必要とする。この大きさのＲ５６はシケインなどの磁気部品において容易に達成することができる。一実施形態では、ウォッシュアウトエレメントは、０．０１ｍ〜２ｍ、望ましくは０．１ｍ〜１．０ｍの範囲内のＲ５６を有する。
【００８４】
[0097]  デチャープされたバンチと組み合わせて大きいＲ５６加速器セグメントを使用するウォッシュアウトステップに基づくマイクロバンチ不安定性抑制が提案され、線形非エネルギー回収加速器の特定のケースについて以前実験的に証明されている［Ｄｉ  Ｍｉｔｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．ＰＲＳＴＡＢ１３，０１０７０２（２０１０）；Ｄｉ  Ｍｉｔｒｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１１２，１３４８０２Ｂ］。しかしながら、そこに開示されている配置はエネルギー回収ＬＩＮＡＣ（ＥＲＬ）には適切ではない。
【００８５】
[0098]  高繰り返し率ＥＲＬは、マイクロバンチ不安定性を抑制するためにウォッシュアウトステップの実現について特定の要件を課している。これは、ＥＲＬの一部において、減速バンチが加速バンチと同じビームパイプに沿って移動するからである。しかしながら、ウォッシュアウトステップは特に加速バンチのみに作用するためのものである。減速バンチは、一般にゼロチャープを有するように準備することができず、それも通過する場合にウォッシュアウトエレメントによって積極的に圧縮（圧縮解除）されるであろう。従って、加速電子バンチのみがウォッシュアウトエレメントを通って誘導されるはずである。
【００８６】
[0099]  図１２及び図１３には、ＥＲＬにおけるウォッシュアウトステップに関する２通りの実現オプションが示されている。示されているＥＲＬは図３及び図９に関連して上記で説明したＥＲＬと同じものであり、従って、簡潔にするために同じ特徴についてはもう一度説明はしない。
【００８７】
[0100]  図１２及び図１３に示されているＥＲＬは、２つの圧縮及び加速ステップを直列に含み、従って、２つのウォッシュアウトステップが設けられている。図１２及び図１３の配置は異なる形式のＥＲＬに容易に適合させることができることは認識されるであろう。図１２及び図１３では、圧縮はアーク２８ａ及び２８ｂで行われ、これはマイクロバンチ不安定性を抑制すべき場所である。その他のＥＲＬ設計では、代わりに例えばアークの近くに圧縮シケインを使用して、圧縮機能を実行することができる。
【００８８】
[0101]  図１２の実施形態では、第１の線形加速器２２ａ’及び第２の線形加速器２２ｂ’は、バンチのチャープをゼロに設定するように構成され、それ以外は上記の線形加速器と同じである。スプレッダセクション６０は、第１の線形加速器２２ａ’と第１のアーク２８ａとの間並びに第２の線形加速器２２ｂ’と第２のアーク２８ｂとの間に設けられる。スプレッダセクション６０は、上記のように非常に大きいＲ５６を有するように調整され、従って、ウォッシュアウトステップを実行するように機能する。また、スプレッダは、加速ビームと減速ビームを分離することなど、その他のビーム調節機能を遂行することもできる。加速バンチのみの経路内のスプレッダ６０は、必要なＲ５６を提供するように構成することができるので、減速バンチに影響を及ぼすことはない。
【００８９】
[0102]  アーク２８ａ、２８ｂがバンチを圧縮できるようにバンチにチャープを加えるために追加のＲＦ空胴６１がスプレッダ６０の後に設けられる。より高い高調波空胴（即ち、線形加速器の周波数の整数倍で動作するＲＦ空胴）を使用することができる。２ｍ未満のフットプリントを有する３．９ＧＨｚの高調波空胴が開示されている［Ｅ．Ｈａｒｍｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＳＲＦ２００９，ＭＯＯＢＡＵ０１］。
【００９０】
[0103]  図１２の実施形態は、圧縮ステージでマイクロバンチ不安定性利得を抑制するという主要目標を達成することができる。更に、チャープ機能は線形加速器から専用モジュールに移動され、設計の柔軟性が増し、線形加速器の設計に関する要件が緩和される。更に、線形加速器はバンチをチャープする必要がないので、線形加速器は完全に最高位で操作することができる。これは、加速勾配を約１０％だけ低下させる（可用性を改善する）か又は線形加速器の加速空洞の数を約１０％だけ低減する（コストと長さを低減する）ための余裕を提供するものである。
【００９１】
[0104]  図１２の実施形態の可能な効果は、ゼロチャープに至るセットアップでバンチが線形加速器によって加速されることであり、これは「最高位加速（ｏｎ−ｃｒｅｓｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）」として知られている。最高位加速の場合、ｚ−Ｅ位相空間内のバンチ分布は比較的大きい曲率を獲得する。大きい曲率を備えたバンチが、ウォッシュアウトステップなどの大きいＲ５６セクションを通過する時に激しくゆがめられることは起こり得ることである。しかしながら、ウォッシュアウトステップに関連するｚ並進は密度変動の規模では大きいが、バンチ長さの規模では依然として小さいものである。このため、最高位加速及びウォッシュアウトステップによるバンチ形状のゆがみは非常に緩やかなものである。これは図１４に示されており、同図は最高位加速による曲率を考慮に入れて、ウォッシュアウトステップ前後のバンチ形状のシミュレーション結果を示している。
【００９２】
[0105]  本発明の他の実施形態は図１３に示されている。この場合も、この実施形態は以下に注記することを除けば前述の実施形態と同様のものであり、簡潔にするため、変わっていない部分の説明は省略する。
【００９３】
[0106]  図１３の実施形態では、線形加速器２２ａ及び線形加速器２２ｂのそれぞれの１つのセクションに短いシケイン７０が挿入される。シケイン７０の第１のマグネットは、加速バンチ及び減速バンチを別々のビームパイプ内に分離するスプレッダとして作用する。加速バンチの経路は大きいＲ５６を有するようにセットアップされ、それによりシケイン７０はウォッシュアウトモジュールとして作用するように構成される。減速バンチの経路はバンチ特性に対して小さい影響を及ぼすようにセットアップされる。線形加速器のうち、シケイン７０の上流の部分は、ウォッシュアウトシケインの必要に応じて、加速バンチのチャープをゼロにするように調整される。図１３の実施形態は、一般に非常に信頼でき安価である受動磁気素子のみが使用されるという恩恵を有する。考えられる不利点は、追加の機能が線形加速器内に結合され、それにより設計がより制限的で剛直なものになることである。
【００９４】
[0107]  従って、図１２及び図１３の実施形態は、大きいＲ５６の「ウォッシュアウト」エレメントを通ってゼロチャープバンチを誘導することにより、ＥＲＬ内でマイクロバンチ不安定性抑制を達成することができる。有利なことに、マイクロバンチ不安定性ウォッシュアウト機能はＥＲＬのスプレッダシケイン内に統合される。更に、これらの実施形態は、線形加速器に加えて専用のチャーパモジュールを使用することにより、ＥＲＬの加速及びチャープ制御の機能を分離することができる。
【００９５】
[0108]  図１２及び図１３の実施形態の主な利点は、ＥＲＬの圧縮部分におけるマイクロバンチ不安定性利得の抑制であり、それによりＦＥＬ出力電力及び安定性を増加する。加えて、図１２の実施形態は、専用チャーパ空胴を有することにより最高位に近い線形加速器の動作が可能になり、加速勾配を低減するための余裕をもたらし、それにより線形加速器の寿命及び可用性が改善されるという利点を提供する。代替的に、最高位に近い線形加速器の動作は線形加速器を短くするための余裕をもたらし、ＦＥＬ加速器のコスト及びサイズを低減する。
【００９６】
[0109]  リソグラフィシステムＬＳの上記の実施形態は８つのリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８を含むが、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含むことができる。
【００９７】
[0110]  本発明の一実施形態によるリソグラフィシステムは、１つ以上のマスクインスペクション装置を更に含むことができる。ビームスプリッティング装置２０は、メイン放射ビームＢＦＥＬの一部分をマスクインスペクション装置に誘導することができる。マスクインスペクション装置はこの放射を使用してマスクを照明することができ、イメージングセンサを使用してマスクＭＡから反射された放射をモニターする。マスクインスペクション装置は、ビームスプリッティング装置２０から分岐放射ビームを受け取り、その放射ビームをマスクに誘導するように構成された光学部品（例えばミラー）を含むことができる。マスクインスペクション装置は、マスクから反射された放射を収集し、イメージングセンサにおいてマスクの像を形成するように構成された光学部品（例えばミラー）を更に含むことができる。マスクインスペクション装置は、基板テーブルＷＴがイメージングセンサで置き換えられた、図２に示されているリソグラフィ装置ＬＡ１と同様のものにすることができる。いくつかの実施形態では、リソグラフィシステムは、何らかの冗長性を可能にするために２つのマスクインスペクション装置を含むことができる。これにより、一方のマスクインスペクション装置が修理中であるか又はメンテナンスを受けている時にもう一方のマスクインスペクション装置を使用することができる。従って、常に一方のマスクインスペクション装置が使用可能な状態である。マスクインスペクション装置はリソグラフィ装置より低い電力放射ビームを使用することができる。
【００９８】
[0111]  「ＥＵＶ放射」という用語は、５〜２０ｎｍの範囲内、例えば、１３〜１４ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射を包含すると見なすことができる。ＥＵＶ放射は、１０ｎｍ未満、例えば、６．７ｎｍ又は６．８ｎｍなどの５〜１０ｎｍの範囲内の波長を有することができる。また、本発明は、ＥＵＶ波長範囲の外側の放射を発生するために使用される自由電子レーザにおいても適用することができる。
【００９９】
[0112]  リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８はＩＣの製造に使用することができる。代替的に、本明細書に記載されているリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ８はその他の適用例も可能である。考えられるその他の適用例としては、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造を含む。
【０１００】
[0113]  本発明の特定の実施形態について上記で説明してきたが、本発明は上記以外に実践できることが認識されるであろう。上記の説明は限定的ではなく、例示的なものである。従って、以下に明記されている特許請求の範囲から逸脱せずに、上記の本発明に対して変更が可能であることは当業者には明白であろう。
【図１】
2019505984.tif 000006
【図２】
2019505984.tif 000007
【図３】
2019505984.tif 000008
【図４】
2019505984.tif 000009
【図５】
2019505984.tif 000010
【図６】
2019505984.tif 000011
【図７Ａ】
2019505984.tif 000012
【図７Ｂ】
2019505984.tif 000013
【図７Ｃ】
2019505984.tif 000014
【図８】
2019505984.tif 000015
【図９】
2019505984.tif 000016
【図１０Ａ】
2019505984.tif 000017
【図１０Ｂ】
2019505984.tif 000018
【図１０Ｃ】
2019505984.tif 000019
【図１１Ａ】
2019505984.tif 000020
【図１１Ｂ】
2019505984.tif 000021
【図１１Ｃ】
2019505984.tif 000022
【図１２】
2019505984.tif 000023
【図１３】
2019505984.tif 000024
【図１４Ａ】
2019505984.tif 000025
【図１４Ｂ】
2019505984.tif 000026
【国際調査報告】
2019505984.tif 000027
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2019505984.tif 000029