(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティを通過する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を測定するための、測定装置であって、
前記キャビティ周囲に配置された複数の電極と、
複数の光学センサであって、前記複数の電極が前記光学センサに信号を提供し、それによって前記光学センサの少なくとも１つの光学特性を変調するように構成される、複数の光学センサと、
前記光学センサの前記少なくとも１つの光学特性を表す測定値を取得するために、一連のレーザパルスを備えるレーザビームを前記複数の光学センサに提供するための、少なくとも１つのレーザ源と、
少なくとも、前記光学センサのうちの第１のセンサからの第１の測定信号及び前記光学センサのうちの第２のセンサからの第２の測定信号を処理し、それによって前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を決定するように構成された、処理リソースと、
を備え、前記少なくとも１つの特性は、
電荷及び／又は横位置を含み、
前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスのうちの１つであり、
前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスは、各々が複数の異なるエネルギーのうちの１つを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子を含み、及び放射源の電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスであり、
前記放射源のコントローラは、前記複数のエネルギーのうちの選択されたエネルギーを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子について、前記放射源の動作パラメータを改変するように構成された、
測定装置。
【請求項２】
前記複数の光学センサは複数の電気光学変調器を備え、前記光学センサのうちの前記第１のセンサは前記電気光学変調器のうちの第１の変調器を備え、前記光学センサのうちの前記第２のセンサは前記電気光学変調器のうちの第２の変調器を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの特性は横位置を含み、前記光学センサのうちの前記第１のセンサからの前記第１の測定信号、及び前記光学センサのうちの前記第２のセンサからの前記第２の測定信号の処理は、前記第１の測定信号と前記第２の測定信号との間の差を決定することを含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の光学センサは少なくとも１つの更なる光学センサを備え、前記処理リソースは、前記少なくとも１つの特性を決定するために、前記少なくとも１つの更なる光学センサからの少なくとも１つの更なる測定信号を処理するように、更に構成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記処理リソースは、前記光学センサのうちの第３のセンサからの第３の測定信号、及び前記光学センサのうちの第４のセンサからの第４の測定信号を、処理するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の測定信号及び前記第２の測定信号の前記処理は、第１の横方向における前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の位置を決定するためのものであり、
前記第３の測定信号及び前記第４の測定信号の前記処理は、第２の横方向における前記電子バンチの位置を決定するためのものである、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の方向は、前記第１の方向に対して実質的に直角である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の前記少なくとも１つの特性は、前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の電荷を含み、前記処理リソースは、測定信号の和に依存して前記電荷を決定するように構成される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記測定信号の和は、少なくとも前記第１及び第２の測定信号の和を含むか、又はこれを表す、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記測定信号の和は、少なくとも前記第１、第２、第３、及び第４の測定信号の和を含むか、又はこれを表す、請求項５に従属する請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の測定信号の取得元である前記第１の光学センサは、前記電極のうちの第１の電極から信号を受信し、前記第２の測定信号の取得元である前記第２の光学センサは、前記電極のうちの第２の電極から信号を受信する、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記電極のうちの前記第１の電極は、前記電極のうちの前記第２の電極に対して実質的に正反対である、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記第３の測定信号の取得元である前記第３の光学センサは、前記電極のうちの第３の電極から信号を受信し、前記第４の測定信号の取得元である前記第４の光学センサは、前記電極のうちの第４の電極から信号を受信する、請求項５又は請求項５に従属する請求項６から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記電極のうちの前記第３の電極は、前記電子バンチ経路に関して、前記電極のうちの前記第４の電極に対して実質的に正反対である、請求項５又は請求項５に従属する請求項６から１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記レーザ源は、前記第１の測定信号が前記光学センサのうちの前記第１のセンサに関する局部最大信号を含み、前記第２の測定信号が前記光学センサのうちの前記第２のセンサに関する局部最大信号を含むように、前記一連のレーザパルスを提供するように構成される、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記光学センサ及び前記電極は、動作時に、前記光学センサのうちの各センサが前記電極のうちのそれぞれの単一電極から信号を受信するように配置される、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、同期化された一連のレーザパルスが各々の前記光学センサに提供されるように前記レーザビームを分割するためのビームスプリッタを、更に備える、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記レーザ源、前記ビームスプリッタ、及び前記光学センサは、動作時に、レーザパルスが各々の前記光学センサに実質的に同時に到達するように配置される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記第１の測定信号、前記第２の測定信号、並びに／或いは、前記第１の測定信号及び／又は前記第２の測定信号から導出されたパラメータのうちの、少なくとも１つを監視し、それによって、横位置及び／又は電荷が決定された前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子が、前記選択されたエネルギーの電子バンチ又は他のグループの荷電粒子であるかどうかを識別するように、構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記シーケンスの電子バンチのエネルギーは、１００ＭｅＶから１０００ＭｅＶの範囲内である、請求項１または請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記処理リソースは、一連の電子バンチに関する少なくとも１つの特性を決定するように、及び、前記特性の値における変化を監視するように、構成される、請求項１から請求項２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
キャビティを通過する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を測定する方法であって、
前記キャビティ周囲に配置された複数の電極から信号を取得すること、
複数の光学センサに信号を提供すること、それによって前記光学センサの少なくとも１つの光学特性を変調すること、
前記光学センサの前記少なくとも１つの光学特性を表す測定値を取得すること、及び、
少なくとも、前記光学センサのうちの第１のセンサからの第１の測定信号及び前記光学センサのうちの第２のセンサからの第２の測定信号を処理すること、それによって前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を決定すること、
を含み、前記少なくとも１つの特性は、
電荷及び／又は横位置を含む、
前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスのうちの１つであり、
前記電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスは、各々が複数の異なるエネルギーのうちの１つを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子を含み、及び放射源の電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスであり、
前記放射源のコントローラは、前記複数のエネルギーのうちの選択されたエネルギーを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子について、前記放射源の動作パラメータを改変するように構成された、
方法。
【請求項２３】
放射源であって、
電子のバンチを発生させるための電子源と、
前記電子のバンチを加速及び減速させるための少なくとも１つの線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、
動作時に、前記電子のバンチがアンジュレータを通過することで所望の波長の放射を発生させるように構成されたアンジュレータと、
前記電子源、前記少なくとも１つのＬＩＮＡＣ、及び前記アンジュレータの間の所望の電子バンチ経路に沿って、前記電子のバンチを誘導するための複数のステアリングユニットと、
前記放射源内の電子バンチの少なくとも１つの特性を測定するように配置された、請求項１から２１のいずれかに記載の測定装置と、
を備える、放射源。
【請求項２４】
請求項２３に記載の放射源と、前記放射源からの放射を受け取り、前記放射を使用してパターニングデバイスからのパターンを基板上に投影するように配置されたリソグラフィ装置とを備える、リソグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本願は、２０１５年５月７日に出願された欧州特許第１５１６６７７３．０号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の１つ以上の特性を測定するための装置及び方法に関する。電子バンチは、自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源、例えば、４ｎｍから２５ｎｍの範囲内の波長を有する放射を生成するように構成されたＦＥＬ放射源内の、電子バンチとすることができる。放射源は、例えば、パターニングデバイスから基板上にパターンを投影するためのリソグラフィ装置に、放射を提供するように構成可能である。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  放射を発生させるために電子バンチの周期シーケンスを備える電子ビームがアンジュレータを通過する、所望の波長の放射を生成するために、自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源を使用することが知られている。こうした放射源を使用して、例えば極端紫外（ＥＵＶ）放射などの４ｎｍから２５ｎｍの範囲内で、又は他の所望の波長で、放射を生成することができる。
【０００４】
[0004]  既知のＦＥＬ放射源において、衝突電離を介して電子ビーム内の残留ガスからイオンが生成される。
【０００５】
[0005]  既知のＦＥＬ放射源は、電子バンチがアンジュレータを通過する前（及び通過した後）に加速（及び減速）させるための、ＬＩＮＡＣを含む。通常は、ゼロに近い平衡キャビティ負荷（例えば、加速ビームと減速ビームにおける電流が一致し、加速及び減速時に抽出及び付与されるエネルギーがほぼ一致する）で動作するように設計された、エネルギー回収ＬＩＮＡＣを使用することができる。
【０００６】
[0006]  電子バンチのシーケンスは電子バンチトレインと呼ばれ、時間的に間隔が空けられ、異なるエネルギーを有し、加速及び減速サイクルの異なるステージにある、電子バンチのシーケンスを備えることができる。すべてのバンチはＬＩＮＡＣにおいて、横方向（例えば、伝搬方向に対して直角な平面内の横位置）及び縦方向（例えば、バンチの伝搬方向における、連続するバンチ間の時間又は距離的な分離）の両方で、精密に位置合わせされることが重要である。
【０００７】
[0007]  経路長さにわたって集積される電場がすべてのバンチエネルギーについて一定／安定的であることを保証し、それによって発生する放射の明確に定義されたエネルギーを保証するために、バンチの精密な位置合わせが重要な可能性がある。電子エネルギーにおける勾配がバンチ全体に適用可能であるため、磁石を用いて実行可能な最終バンチ圧縮に鑑みて、バンチ内の所与の位置について電子当たりの集積場が一定／安定的であることを保証するために、バンチの前の電子はバンチの終わりの電子よりも高いエネルギーを有することになる。ＬＩＮＡＣの中心からのバンチの任意の偏差が磁場における勾配に起因してキックを生じさせることになるため、バンチの精密な位置合わせも重要である。いずれの効果も、バンチの伝搬に、したがって発生する放射の歩留まり及び安定性に、大きな影響を与える可能性がある。
【０００８】
[0008]  電子ビーム又は電子バンチシーケンス、或いは任意の他の好適な荷電粒子ビームの横位置を決定するために使用可能な、ビーム位置モニタが知られている。既知のビーム位置モニタは、トラバースビームのクローン場の容量ピックアップに基づく。４つの電極を、ビーム経路周囲に９０°の角度分離で間隔を置いて配置することができる。各クアドラントについて、電極が信号をピックアップする。電極上に誘起される電荷に基づいて、信号からビームの２Ｄ横位置を再構成することができる。電極上の電荷は、読み出しエレクトロニクスを用いて読み出される。測定実施後の下降時間が遅く、電極上の反射が信号を妨害するため、２つの隣接するバンチ間の位置の差は、こうした既知のビーム位置モニタを使用して測定するのが困難又は不可能な可能性がある。例えば、電極が異なる角度分離で位置決めされた、異なるタイプの電極及び電極ジオメトリを使用する、他のビーム位置モニタも知られている。
【０００９】
[0009]  バンチ到達時刻モニタも知られている。既知のバンチ到達時刻モニタは、例えばマスタクロックに関してバンチの到達時刻を測定する。こうした既知のモニタにおいて、専用の電極を、ビーム位置モニタに使用される読み出しエレクトロニクスではなく、電気光学変調器結晶に結合することができる。４つのこうした電極は、ビーム経路周囲に９０°の角度分離で間隔を置いて配置することが可能であり、対向する電極の各ペアはそれぞれの電気光学変調器結晶に結合される。したがって、２つの電気光学変調器結晶は、４つの電極から測定値を取得するために使用され、対向する電極の各ペアは電気光学結晶のうちのそれぞれの１つに結合される。電極によって測定される電場は、電極に対するバンチの近似の関数であるが、多くの配置では、位置依存性をなくすために、２つの対向する電極の信号が組み合わせられる。モニタは、高帯域幅制限範囲を伴う微細読み出しチャネルと、より低い帯域幅及び大きな測定範囲を伴う粗チャンネルとを提供するように、構成可能である。
【００１０】
[0010]  バンチの到達時刻は、電場が印加されたときにそれらの光学特性を変化させる、電気光学変調器結晶を使用して測定される。電場の変化が結晶の特性を変化させる。いくつかのケースでは光ファイバによって案内され得るパルスフェムト秒レーザが、結晶をプローブする。光参照パルスのタイミングは、パルスがそのゼロ交差でピックアップ信号をサンプリングするように調節される。この動作ポイントで、到達時刻測定のバンチ電荷への固有依存性が低減される。到達時刻がこの参照ポイントから逸脱しているすべての後続の電子バンチが、サンプリングレーザパルスの振幅変調を生じさせる。異なる電極のタイプ及び配置を伴うか、又はＲ．Ｆ．キャビティなどの他のコンポーネントを含む、他のバンチ到達時刻モニタも知られている。
【００１１】
[0011]  ＦＥＬ放射源におけるバンチの位置は、曲げ磁石及びコンバイナ／スプレッダを使用して精密に調節することができる。しかしながら、正確な調節は、ＬＩＮＡＣ内でバンチトレインが正しく位置合わせされているかどうかを見るために、正確な診断を必要とする。典型的な既知のビーム位置モニタは、異なるエネルギーを区別することができず、すべてのバンチにわたる測定を統合する可能性がある。
【００１２】
[0012]  本発明の目的は、例えば放射源における電子バンチ又は他の荷電粒子バンチの少なくとも１つの特性を測定するための、改善されたか又は少なくとも代替の装置及び方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
[0013]  本発明の態様によれば、キャビティを通過する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を測定するための、測定装置が提供され、測定装置は、キャビティ周囲に配置された複数の電極と、複数の光学センサであって、複数の電極が光学センサに信号を提供し、それによって光学センサの少なくとも１つの光学特性を変調するように構成される、複数の光学センサと、光学センサの少なくとも１つの光学特性を表す測定値を取得するために、一連のレーザパルスを備えるレーザビームを複数の光学センサに提供するための、少なくとも１つのレーザ源と、少なくとも、光学センサのうちの第１のセンサからの第１の測定信号及び光学センサのうちの第２のセンサからの第２の測定信号を処理し、それによって電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を決定するように構成された、処理リソースであって、少なくとも１つの特性は、電荷及び／又は横位置を含む、処理リソースと、を備える。
【００１４】
[0014]  したがって、バンチトレイン内の個々の電子バンチ、又は他の個々のグループの荷電粒子の、測定電荷及び／又は横位置が取得できる。これは特に、間隔を置かずに配置された異なるエネルギーの電子バンチが、ＬＩＮＡＣを通過する電子バンチトレインを構成し、異なるエネルギーのバンチの電荷及び／又は位置における変動が、放射源によって生成される放射に最終的に大きな影響を与えることができる、自由電子放射源のＬＩＮＡＣとの関連において、特に有用な可能性がある。
【００１５】
[0015]  横位置は、キャビティの縦方向に対して垂直な平面及び／又は電子バンチの所望の経路に対して垂直な平面内に、位置を含むことができる。各センサは、例えば好適な電気光学変調器結晶などの少なくとも１つの感知コンポーネント、及び、例えばダイオード或いは他の電子コンポーネント又は回路などの少なくとも１つの測定コンポーネントを備え、少なくとも１つの感知コンポーネントの少なくとも１つの光学特性に依存する測定信号を提供することができる。
【００１６】
[0016]  複数の光学センサは複数の電気光学変調器を備えることができ、光学センサのうちの第１のセンサは、電気光学変調器のうちの第１の変調器を備えることができ、光学センサのうちの第２のセンサは、電気光学変調器のうちの第２の変調器を備えることができる。複数の光学センサは、複数の電気光学結晶を備えることができる。
【００１７】
[0017]  少なくとも１つの特性は横位置を含むことができ、光学センサのうちの第１のセンサからの第１の測定信号及び光学センサのうちの第２のセンサからの第２の測定信号の処理は、第１の測定信号と第２の測定信号との間の差を決定することを含むことができる。
【００１８】
[0018]  複数の光学センサは、少なくとも１つの更なる光学センサを備えることができ、処理リソースは、少なくとも１つの特性を決定するために、少なくとも１つの更なる光学センサからの少なくとも１つの更なる測定信号を処理するように、更に構成可能である。
【００１９】
[0019]  処理リソースは、光学センサのうちの第３のセンサからの第３の測定信号、及び光学センサのうちの第４のセンサからの第４の測定信号を、処理するように構成可能である。
【００２０】
[0020]  第１の測定信号及び第２の測定信号の処理は、第１の横方向における電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の位置を決定するためのものとすることができ、第３の測定信号及び第４の測定信号の処理は、第２の横方向における電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の位置を決定するためのものとすることができる。
【００２１】
[0021]  第２の方向は、第１の方向に対して実質的に直角とすることができる。第１の方向及び第２の方向は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の経路に対して実質的に直交する平面内にあるものとすることができる。
【００２２】
[0022]  電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の電荷を含むことができ、処理リソースは、測定信号の和に依存して電荷を決定するように構成可能である。
【００２３】
[0023]  測定信号の和は、少なくとも第１及び第２の測定信号の和を含むか、又はこれを表すものとすることができる。
【００２４】
[0024]  測定信号の和は、少なくとも第１、第２、第３、及び第４の測定信号の和を含むか、又はこれを表すものとすることができる。
【００２５】
[0025]  第１の測定信号の取得元である第１の光学センサは、電極のうちの第１の電極から信号を受信することができ、第２の測定信号の取得元である第２の光学センサは、電極のうちの第２の電極から信号を受信することができる。
【００２６】
[0026]  電極のうちの第１の電極は、電極のうちの第２の電極に対して実質的に正反対とすることができる。
【００２７】
[0027]  第３の測定信号の取得元である第３の光学センサは、電極のうちの第３の電極から信号を受信することができ、第４の測定信号の取得元である第４の光学センサは、電極のうちの第４の電極から信号を受信することができる。
【００２８】
[0028]  電極のうちの第３の電極は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の経路に関して、電極のうちの第４の電極に対して実質的に正反対とすることができる。
【００２９】
[0029]  装置は伝搬キャビティを備えることができる。電極のうちの第１の電極は伝搬キャビティの一方の側に配置可能であり、電極のうちの第２の電極は伝搬キャビティの反対側に配置可能である。電極のうちの第１の電極は、電極のうちの第２の電極からおよそ１８０度の角度分離で配置可能である。電極のうちの第３の電極は、電極のうちの第４の電極からおよそ１８０度の角度分離で配置可能である。第１、第２、第３、及び第４の電極は、およそ９０度の角度分離を有するように配置可能である。装置は、第１、第２、第３、及び第４の電極に加えて、更なる電極を備えることができる。およそ９０度又はおよそ１８０度以外の角度分離も使用可能である。更なる電極からの信号は、例えば、チェックとして、或いは、改善された信号対雑音比を取得するため、又は電子バンチ又は他のグループの荷電粒子に関する更なる情報を取得するために、使用可能である。
【００３０】
[0030]  レーザ源は、第１の測定信号が光学センサのうちの第１のセンサに関する局部最大信号を含み、第２の測定信号が光学センサのうちの第２のセンサに関する局部最大信号を含むように、一連のレーザパルスを提供するように構成可能である。
【００３１】
[0031]  光学センサ及び電極は、動作時に、光学センサのうちの各センサが電極のうちのそれぞれの単一電極から信号を受信するように配置可能である。
【００３２】
[0032]  装置は、同期化された一連のレーザパルスが各々の光学センサに提供されるようにレーザビームを分割するためのビームスプリッタを、更に備えることができる。
【００３３】
[0033]  レーザ源、ビームスプリッタ、及び光学センサは、動作時に、レーザパルスが各々の光学センサに実質的に同時に到達するように配置可能である。
【００３４】
[0034]  電子バンチ又は他のグループの荷電粒子は、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスのうちの１つとすることができ、電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスは、各々が複数の異なるエネルギーのうちの１つを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子を含むことができる。
【００３５】
[0035]  電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスは、放射源の電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のシーケンスを含むことができ、コントローラが、複数のエネルギーのうちの選択されたエネルギーを有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子について、放射源の動作パラメータを改変するように構成可能である。
【００３６】
[0036]  コントローラは、第１の測定信号、第２の測定信号、並びに／或いは、第１の測定信号及び／又は第２の測定信号から導出されたパラメータのうちの、少なくとも１つを監視し、それによって、横位置及び／又は電荷が決定された電子バンチ又は他のグループの荷電粒子が、選択されたエネルギーの電子バンチ又は他のグループの荷電粒子であるかどうかを識別するように、構成可能である。動作パラメータはタイミングパラメータを含むことができる。
【００３７】
[0037]  シーケンスの電子バンチ又は他のグループの荷電粒子のエネルギーは、１００ＭｅＶから１０００ＭｅＶの範囲内とすることができる。
【００３８】
[0038]  処理リソースは、一連の電子バンチ又は他のグループの荷電粒子に関する少なくとも１つの特性を決定するように、及び、プロパティの値における変化を監視するように、構成可能である。
【００３９】
[0039]  独立して提供可能な本発明の更なる態様において、キャビティを通過する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を測定する方法が提供され、方法は、キャビティ周囲に配置された複数の電極から信号を取得すること、複数の光学センサに信号を提供し、それによって光学センサの少なくとも１つの光学特性を変調すること、
光学センサの少なくとも１つの光学特性を表す測定値を取得すること、及び、少なくとも、光学センサのうちの第１のセンサからの第１の測定信号及び光学センサのうちの第２のセンサからの第２の測定信号を処理し、それによって電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の少なくとも１つの特性を決定することであって、少なくとも１つの特性は電荷及び／又は横位置を含む、決定すること、を含む。
【００４０】
[0040]  独立して提供可能な本発明の更なる態様において、放射源が提供され、放射源は、電子のバンチを発生させるための電子源と、電子のバンチを加速及び減速させるための少なくとも１つの線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、動作時に、電子バンチがアンジュレータを通過することで所望の波長の放射を発生させるように構成されたアンジュレータと、電子源、少なくとも１つのＬＩＮＡＣ、及びアンジュレータの間の所望の電子バンチ経路に沿って電子のバンチを誘導するための複数のステアリングユニットと、放射源内の電子バンチの少なくとも１つの特性を測定するように配置された、本明細書において請求又は記載される測定装置と、を備える。
【００４１】
[0041]  独立して提供可能な本発明の別の態様において、本明細書において請求又は記載される放射源と、放射源からの放射を受け取り、放射を使用してパターニングデバイスからのパターンを基板上に投影するように配置されたリソグラフィ装置とを備える、リソグラフィシステムが提供される。
【００４２】
[0042]  上記又は下記に記載される本発明の態様及び／又は特徴は、当業者に容易に明らかとなるように、本発明の他の態様及び／又は特徴と組み合わせることができる。
【００４３】
[0043]  次に、添付の概略図を参照しながら、本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】放射源と複数のリソグラフィ装置とを備える、リソグラフィシステムの概略図である。
【図２】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の概略図である。
【図３】自由電子レーザの概略図である。
【図４】２つの自由電子レーザを備える放射源を含むリソグラフィシステムの概略図である。
【図５】光学システムの概略図である。
【図６】更なる自由電子レーザの概略図である。
【図７】２つのエネルギー回収マルチパスＬＩＮＡＣを含む自由電子レーザ放射源の概略図である。
【図８】実施形態に従った、電子バンチの特性を測定するための測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
[0044]  図１は、放射源ＳＯ、ビーム分割装置２０、及び複数のリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０を備える、リソグラフィシステムＬＳを示す。放射源ＳＯは、少なくとも１つの自由電子レーザを備え、極端紫外（ＥＵＶ）放射ビームＢ（メインビームと呼ぶことができる）を発生させるように構成される。メイン放射ビームＢは、複数の放射ビームＢ１〜Ｂ２０（分岐ビームと呼ぶことができる）に分割され、その各々が、ビーム分割装置２０によって、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０のうちの異なる装置に誘導される。分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０はメイン放射ビームＢから順次分割され得、各分岐放射ビームは、先行する分岐放射ビームのダウンストリームでメイン放射ビームＢから分割される。ビーム分割装置は、例えば、各々がメイン放射ビームＢの一部を分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０に分割するように構成された、一連のミラー（図示せず）を備えることができる。
【００４６】
[0045]  分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０は、図１では、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０がメイン放射ビームＢの伝搬方向に対してほぼ垂直な方向に伝搬するように、メイン放射ビームＢから分割しているように示されている。しかしながらいくつかの実施形態において、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０はその代わりに、各分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０の伝搬方向とメイン放射ビームの伝搬方向との間の角度が実質的に９０度未満であるように、メイン放射ビームＢから分割することができる。これによって、メイン放射ビームＢが垂直より小さい入射角でミラー上に入射するように、ビーム分割装置のミラーを配置することができる。これによって、有利には、ミラーによって吸収される放射の量を減少させ、したがって、ミラーから反射され、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を介してリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に提供される、放射の量を増加させることができる。
【００４７】
[0046]  リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０はすべて、同じ垂直レベル上に位置決めすることができる。リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０がその上に位置決めされる垂直レベルは、ビーム分割装置２０がその上に位置決めされ、メインビームＢが放射源ＳＯから受け取られる垂直レベルと、実質的に同じ垂直レベルとすることができる。代替として、ビーム分割装置２０は、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０のうちの少なくともいくつかを、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０のうちの少なくともいくつかがその上に位置決めされる１つ以上の異なる垂直レベルに向けて誘導することができる。例えば、メイン放射ビームＢは、地階又は１階の垂直レベル上のビーム分割装置によって受け取ることができる。ビーム分割装置２０は、少なくともいくつかの分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を、ビーム分割装置の上に位置決めされ、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０のうちの少なくともいくつかがその上に位置決めされる、垂直レベルに向けて誘導することができる。リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０は、複数の垂直レベル上に位置決め可能であり、したがってビーム分割装置２０は、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０によって受け取られるために異なる垂直レベルに向けて誘導することができる。
【００４８】
[0047]  放射源ＳＯ、ビーム分割装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０は、すべて、それらを外部環境から隔離できるように構築及び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、ビーム分割装置２０、及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０の少なくとも一部内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、異なる圧力での真空を提供する（即ち、大気圧よりも低い異なる圧力で保持する）ことができる。
【００４９】
[0048]  図２は、図１に示されるリソグラフィシステムＬＳのリソグラフィ装置ＬＡ１の概略図である。リソグラフィ装置ＬＡ１は、照明システムＩＬ、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、投影システムＰＳ、及び基板Ｗを支持するように構成された基板テーブルＷＴを備える。照明システムＩＬは、リソグラフィ装置ＬＡ１によって受け取られる分岐放射ビームＢ１をパターニングデバイスＭＡ上に入射する前に条件付けるように構成される。投影システムＰＳは、（この時にマスクＭＡによってパターン付与された）分岐放射ビームＢ１を、基板Ｗ上に投影するように構成される。基板Ｗは、以前に形成されたパターンを含むことができる。これが当てはまる場合、リソグラフィ装置は、パターン付与された放射ビームＢ１と以前基板Ｗ上に形成されたパターンとを位置合わせする。
【００５０】
[0049]  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Ｂ１は、ビーム分割装置２０から照明システムＩＬの閉鎖構造内の開口８を介して照明システムＩＬ内へと通過する。任意選択で、分岐放射ビームＢ１は、開口８又はその近くに中間焦点を形成するように集束可能である。
【００５１】
[0050]  照明システムＩＬは、視野ファセットミラーデバイス１０及び瞳ファセットミラーデバイス１１を含むことができる。視野ファセットミラーデバイス１０及び瞳ファセットミラーデバイス１１は、共に、放射ビームＢ１に所望の断面形状及び所望の角度分布を提供する。放射ビームＢ１は、照明システムＩＬから通過し、サポート構造ＭＴによって保持されるパターニングデバイスＭＡ上に入射する。パターニングデバイスＭＡは反射し、パターン付与されたビームＢ１１を形成するために放射ビームにパターン付与する。照明システムＩＬは、視野ファセットミラーデバイス１０及び瞳ファセットミラーデバイス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、例えば独立して移動可能なミラーのアレイを含むことができる。独立して移動可能なミラーは、例えば直径１ｍｍ未満を測定することができる。独立して移動可能なミラーは、例えばＭＥＭＳデバイスとすることができる。
【００５２】
[0051]  パターニングデバイスＭＡからの反射に続いて、パターン付与された放射ビームＢ１１は投影システムＰＳに入る。投影システムは、基板テーブルＷＴによって保持される基板Ｗ上に放射ビームＢ１１を投影するように構成された、複数のミラー１３、１４を備える。投影システムＰＳは、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャよりも小さいフィーチャを伴うイメージを形成する縮小係数を、放射ビームに適用することができる。例えば縮小係数４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１３、１４を有するが、投影システムは任意数のミラー（例えば６つのミラー）を含むことができる。
【００５３】
[0052]  いくつかの実施形態において、リソグラフィシステムＬＳは、１つ以上のマスク検査装置（図示せず）を含むことができる。マスク検査装置は、ビーム分割装置２０から分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を受け取るように、及び、マスクＭＡで分岐放射ビームを誘導するように構成された、光学系（例えば、ミラー）を含むことができる。マスク検査装置は、マスクから反射された放射を収集するように、及び、イメージングセンサでマスクのイメージを形成するように構成された、光学系（例えば、ミラー）を更に含むことができる。イメージングセンサで受け取られたイメージを使用して、マスクＭＡの１つ以上の特性を決定することができる。マスク検査装置は、例えば、基板テーブルＷＴがイメージングセンサと交換された、図２に示されるリソグラフィ装置ＬＡ１と同様とすることができる。
【００５４】
[0053]  いくつかの実施形態において、リソグラフィシステムＬＳは、マスクＭＡの１つ以上の特性を測定するために使用可能な１つ以上の空中イメージ測定システム（ＡＩＭＳ）を含むことができる。ＡＩＭＳは、例えば、ビーム分割装置２０から分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を受け取るように、及び、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を使用してマスクＭＡの１つ以上の特性を決定するように、構成可能である。
【００５５】
[0054]  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自由電子レーザＦＥＬを備える。任意選択で、放射源ＳＯは２つ以上の自由電子レーザＦＥＬを備えることができる。
【００５６】
[0055]  自由電子レーザが、バンチされた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、及び、相対論的電子のバンチが誘導される際に通過する周期磁場を含む。周期磁場はアンジュレータによって生成され、電子に中心軸の周囲の振動経路をたどらせる。磁場によって生じる加速の結果として、電子は通常、自然発生的に電磁放射を中心軸の方向に発する。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。或る条件の下で、この相互作用は電子をまとめてマイクロバンチにバンチさせ、中心軸に沿った放射のコヒーレント放出が誘発される。
【００５７】
[0056]  図３は、電子源２１、線形加速器２２、ステアリングユニット２３、及びアンジュレータ２４を備える、自由電子レーザＦＥＬの概略図である。電子源２１は、代替として注入器と呼ばれることもある。
【００５８】
[0057]  電子源２１は、電子のビームＥを生成するように動作可能である。電子源２１は、例えば、光電陰極又は熱電子陰極、及び加速電場を備えることができる。電子ビームＥは、一連の電子のバンチを備えるバンチされた電子ビームＥである。電子ビームＥは、線形加速器２２によって相対論的エネルギーまで加速される。例において、線形加速器２２は、共通軸に沿って軸方向に間隔を置いて配置された複数の無線周波キャビティと、電子の各バンチを加速させるために電子のバンチが間を通過する時に、共通軸に沿って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、を備えることができる。キャビティは、超電導無線周波キャビティとすることができる。有利なことに、これによって、比較的大きな電磁場に高いデューティサイクルで印加すること、ビームアパーチャが大きいため、結果としてウェイク場による損失が少なくなること、及び、（キャビティウォールを介して消散されるのとは対照的に）ビームに伝送されるわずかな無線周波エネルギーが増加することが可能となる。代替として、キャビティは慣例的に電導性（すなわち、超電導ではない）であり得、例えば銅から形成され得る。他のタイプの線形加速器も使用可能である。例えば線形加速器２２は、レーザ加速器を含むことが可能であり、ここで電子ビームＥは集束されたレーザビームを通過し、レーザビームの電場は電子を加速させる。
【００５９】
[0058]  線形加速器２２を出た相対論的電子ビームＥは、ステアリングユニット２３に入る。ステアリングユニット２３は、電子ビームＥを線形加速器２２からアンジュレータ２４へと誘導するように、相対論的電子ビームＥの軌道を改変するように動作可能である。ステアリングユニット２３は、例えば、ステアリングユニット２３内に磁場を発生させるように構成された、１つ以上の電磁石及び／又は永久磁石を備えることができる。磁場は、電子ビームＥの軌道を改変するように動作する電子ビームＥに力を及ぼす。電子ビームＥの軌道は線形加速器２２を離れる際に、電子をアンジュレータ２４へと誘導するように、ステアリングユニット２３によって改変される。
【００６０】
[0059]  ステアリングユニット２３が１つ以上の電磁石及び／又は永久磁石を備える実施形態において、磁石は、磁気双極子、磁気四極子、磁気六極子、及び／又は、電子ビームＥに力を印加するように構成された任意の他の種類の多極磁場配置のうちの、１つ以上を形成するように配置可能である。ステアリングユニット２３は、追加又は代替として、電子ビームＥに力が印加されるようにステアリングユニット２３内に電場を作成するように構成された、１つ以上の電荷を帯びたプレートを備えることができる。一般に、ステアリングユニット２３は、電子ビームＥの軌道を改変するために電子ビームＥに力を印加するように動作可能な、任意の装置を備えることができる。
【００６１】
[0060]  ステアリングユニット２３は、相対論的電子ビームＥをアンジュレータ２４へと誘導する。アンジュレータ２４は、コヒーレント放射の放出を誘発するために、電子ビームＥがアンジュレータ２４内の放射と相互作用するように、周期経路に沿って相対論的電子を案内するように動作可能である。一般に、アンジュレータ２４は、電子ビームＥに周期経路をたどらせる周期磁場を生成するように動作可能な、複数の磁石を備える。結果として電子は、一般にアンジュレータ２４の中心軸の方向に電磁放射を放出する。アンジュレータ２４は、各セクションが周期的磁石構造を備える複数のセクション（図示せず）を備えることができる。電磁放射は、各アンジュレータセクションの初めにバンチを形成することができる。アンジュレータ２４は、例えば１つ以上の隣接セクションペア間の四極子磁石などの、電子ビームＥを再集束させるための機構を更に備えることができる。電子ビームＥを再集束させるための機構は、電子バンチのサイズを減少させることが可能であり、これによってアンジュレータ２４内の電子と放射との間の結合を改善し、放射の放出の誘発を増加させることができる。
【００６２】
[0061]  電子は、アンジュレータ２４を介して移動する場合、アンジュレータ２４内の電磁放射の電場と相互作用し、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、条件が以下の式によって与えられる共振条件に近くない限り、迅速に振動することになり、
【数１】
0006764876.tif 000002
上式で、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のジオメトリに依存し、らせんアンジュレータの場合、Ａ＝１であるが、平面アンジュレータの場合、Ａ＝２である。実際には、電子の各バンチはエネルギーの拡散を有することになるが、この拡散は（低エミッタンスの電子ビームＥを生成することによって）できる限り最小限とすることができる。アンジュレータパラメータＫは、典型的にはおよそ１であり、以下の式によって与えられ、
【数２】
0006764876.tif 000003
上式で、ｑ及びｍはそれぞれ電荷及び電子の質量であり、Ｂ０は周期磁場の振幅であり、ｃは光速である。
【００６３】
[0062]  共振波長λｅｍは、アンジュレータ２４を介して移動する電子によって自然発生的に放射される第１の調和波長に等しい。自由電子レーザＦＥＬは、自己拡張自然放出（ＳＡＳＥ）モードで動作可能である。ＳＡＳＥモードでの動作は、電子ビームＥがアンジュレータ２４に入る前に、電子ビームＥにおける電子バンチの低エネルギー拡散を必要とする可能性がある。代替として、自由電子レーザＦＥＬは、アンジュレータ２４内で誘発される放出によって増幅可能なシード放射源を備えることができる。
【００６４】
[0063]  アンジュレータ２４を介して移動する電子は、放射の振幅を増加させることが可能であり、すなわち自由電子レーザＦＥＬは非ゼロの利得を有することができる。最大利得は、共振条件に合致する時、又は条件が共振に近いがわずかに外れている時に、達成可能である。
【００６５】
[0064]  アンジュレータ２４に入る際に共振条件に合致する電子は、放射を発する（又は吸収する）際にエネルギーを失う（又は獲得する）ため、もはや共振条件は満たさないことになる。したがって、いくつかの実施形態において、アンジュレータ２４はテーパー状とすることができる。すなわち、電子のバンチがアンジュレータ２４を介して案内される際に、電子のバンチを共振又は共振近くに維持するために、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の長さに沿って変動可能である。アンジュレータ２４内での電子と放射との間の相互作用は、電子バンチ内でのエネルギーの拡散を生成することに留意されたい。アンジュレータ２４のテーパリングは、共振又は共振近くでの電子の数を最大にするように配置可能である。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、テーパリングは、電子がアンジュレータ２４を介して案内される際に、このピークエネルギーを共振又は共振近くに維持するように配置可能である。有利には、アンジュレータのテーパリングは、変換効率を著しく上昇させる能力を有する。テーパー状のアンジュレータを使用することで、変換効率（即ち、放射ビームＢにおいて放射に変換される電子ビームＥのエネルギーの部分）を、２倍を超えて上昇させることができる。アンジュレータのテーパリングは、アンジュレータパラメータＫをその長さに沿って減少させることで達成可能である。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、及び／又は生成された放射の偏光を定義し、アンジュレータジオメトリによって定義されるパラメータ（しばしばＡと示される）を、電子バンチエネルギーと一致させ、共振条件又はそれに近いことを保証することによって達成可能である。このように共振条件に合致させることによって、放出される放射の帯域幅が増加する。
【００６６】
[0065]  アンジュレータ２４を離れた後、電磁放射は放射ビームＢ’として放出される。放射ビームＢ’はＥＵＶ放射を含み、ビーム分割装置２０（図１に図示）に提供され、リソグラフィ装置ＬＡ１〜２０に提供される分岐放射ビームＢ１〜２０を形成する、放射ビームＢのすべて又は一部を形成することができる。
【００６７】
[0066]  図３に示される自由電子レーザの実施形態において、アンジュレータ２４を離れた電子ビームＥ’は第２のステアリングユニット２５に入る。第２のステアリングユニット２５は、電子ビームＥ’が線形加速器２２を介して戻るように誘導するために、アンジュレータ２４を離れる電子ビームＥ’の軌道を改変する。第２のステアリングユニット２５はステアリングユニット２３と同様とすることができ、例えば、１つ以上の電磁石及び／又は永久磁石を備えることができる。第２のステアリングユニット２５は、アンジュレータ２４を離れる放射ビームＢ’の軌道には影響を与えない。したがってステアリングユニット２５は、電子ビームＥ’の軌道を放射ビームＢ’から分離する。いくつかの実施形態において、電子ビームＥ’の軌道は、第２のステアリングユニット２５に到達する前に（例えば１つ以上の磁石を使用して）放射ビームＢ’の軌道から分離することができる。
【００６８】
[0067]  第２のステアリングユニット２５は、アンジュレータ２４を離れた後、電子ビームＥ’を線形加速器２２に誘導する。アンジュレータ２４を通過した電子バンチは、線形加速器２２における加速場（例えば、無線周波場）に対しておよそ１８０度の位相差で、線形加速器２２に入ることができる。電子バンチと線形加速器２２における加速場との間の位相差が、場によって電子を減速させる。減速電子Ｅ’は、そのエネルギーの一部を線形加速器２２内の場へと戻し、それによって、電子源２１から到達する電子ビームＥを加速させる場の強度を増加させる。したがってこの配置は、電子源２１から到達する後続の電子バンチを加速させるために、（線形加速器によって加速された時に）線形加速器２２内の電子バンチに与えられたエネルギーの一部を回収する。こうした配置を、エネルギー回収ＬＩＮＡＣと呼ぶことができる。
【００６９】
[0068]  線形加速器２２によって減速された電子Ｅ’は、ビームダンプ２６によって吸収される。ステアリングユニット２３は、線形加速器２２によって減速されてきた電子ビームＥ’の軌道を、線形加速器２２によって加速されてきた電子ビームＥの軌道から分離するように動作可能であり得る。これによって、減速された電子ビームＥ’はビームダンプ２６によって吸収し、加速された電子ビームＥはアンジュレータ２４に誘導することが可能となり得る。
【００７０】
[0069]  代替として、自由電子レーザＦＥＬは、ステアリングユニット２３から離れており、加速された電子ビームＥの軌道を、ステアリングユニット２３のアップストリームで減速された電子ビームＥ’の軌道から分離するように構成された、ビーム分割ユニット（図示せず）を備えることができる。
【００７１】
[0070]  代替として、実質的に一定の磁場を発生させることによって、加速された電子ビームＥの軌道を減速された電子ビームＥ’の軌道から分離することとができる。加速された電子ビームＥと減速された電子ビームＥ’との間のエネルギーの差が、２つの電子ビームの軌道を一定の磁場によって異なる量だけ改変させる。したがって、２つの電子ビームの軌道は互いに分離されることになる。
【００７２】
[0071]  ビームダンプ２６は、例えば、高エネルギー電子衝撃による放射性同位元素発生のために高閾値の大量の水又は材料を含むことができる。例えば、ビームダンプ２６は、放射性同位元素の発生についての閾値がおよそ１５ＭｅＶのアルミニウムを含むことができる。線形加速器２２内の電子ビームＥを、ビームダンプ２６上に入射する前に減速させることによって、ビームダンプ２６によって吸収される時に電子が有するエネルギーの量が減少する。これによって、誘導放射及びビームダンプ２６によって生成される２次粒子のレベルが低下する。これによって、ビームダンプ２６から放射性廃棄物を除去及び処分する必要性がなくなるか、又は少なくとも減少する。これは、放射性廃棄物の除去には自由電子レーザＦＥＬを定期的に停止する必要があり、放射性廃棄物の処分にはコストがかかり、環境に重大な影響を与える可能性があるため、有利である。
【００７３】
[0072]  減速器として動作している場合、線形加速器２２は、閾値エネルギーを下回るまで電子Ｅ’のエネルギーを低下させるように動作可能であり得る。この閾値エネルギーより下の電子は、ビームダンプ２６においていずれの著しい高濃度放射能も誘導しないことができる。
【００７４】
[0073]  いくつかの実施形態において、線形加速器２２とは別の減速器（図示せず）を使用して、アンジュレータ２４を通過した電子ビームＥ’を減速させることができる。電子ビームＥ’は、線形加速器２２によって減速されることに加えて、又は線形加速器２２によって減速される代わりに、減速器によって減速させることができる。例えば、第２のステアリングユニット２５は、電子ビームＥ’が線形加速器２２によって減速される以前に、減速器を介して電子ビームＥ’を誘導することができる。追加又は代替として、電子ビームＥ’は、線形加速器２２によって減速された後、及びビームダンプ２６によって吸収される前に、減速器を通過することができる。代替として、電子ビームＥ’は、アンジュレータ２４を離れた後に線形加速器２２を通過せず、ビームダンプ２６によって吸収される前に１つ以上の減速器によって減速されることが可能である。
【００７５】
[0074]  任意選択で、自由電子レーザＦＥＬは１つ以上のバンチ圧縮器（図示せず）を備えることができる。バンチ圧縮器を、線形加速器２２のダウンストリーム又はアップストリームに配設することができる。バンチ圧縮器は、電子ビームＥ内の電子をバンチ化し、電子ビームＥ内の既存の電子のバンチを空間的に圧縮するように、構成される。１つのタイプのバンチ圧縮器は、電子ビームＥに対して並列に誘導される加速場を備える。電子ビームＥ内の電子は提供された場と相互作用し、近くの他の電子とバンチ化する。バンチ内の電子に関して課せられたエネルギー差は、非相対論的な場合に対する異なる伝搬時間に変換する。したがってビームは、こうしたバンチ圧縮器から或る距離で、縦方向に圧縮可能である。別のタイプのバンチ圧縮器は磁気シケインを備え、電子がシケインを通過する際にたどる経路の長さはそのエネルギーに依存する。このタイプのバンチ圧縮器は、その電位が例えば周波数で振動する、複数の導体によって、線形加速器２２内で加速された電子のバンチを圧縮するために使用可能である。
【００７６】
[0075]  アンジュレータの利得長さが、光増幅の特性スケールを定義する。利得長さは、アンジュレータを介して送られるバンチ内の電荷密度が高いと短縮される。したがって、バンチを半径方向及び縦方向に圧縮することが有益であり得る。同時に、圧縮されたバンチに対してバンチ放出劣化率は上昇する。すなわち、バンチ圧縮器をステアリングユニット２３とアンジュレータ２４との間に置くことが、最も有益な可能性がある。
【００７７】
[0076]  図３に示された自由電子レーザＦＥＬは、建造物３１内に収容される。建造物３１は、自由電子レーザＦＥＬが動作中に、自由電子レーザＦＥＬ内で発生される放射を実質的に伝送しない壁を備えることができる。例えば、建造物３１は、厚いコンクリート壁（例えば、およそ４メートル厚さの壁）を備えることができる。建造物３１の壁には、例えばリード線、並びに／或いは、中性子及び／又は他の放射線タイプを吸収するように構成された他の材料などの、放射線遮へい材料を、更に提供することができる。建造物３１の壁に放射線吸収材料を提供することで、有利には、建造物３１の壁の厚みを減少させることができる。しかしながら、放射線吸収材料を壁に付加することで、建造物３１の建設費用が増加する可能性がある。放射線を吸収するために建造物３１の壁に付加することが可能な相対的に安価な材料は、例えば土の層とすることができる。
【００７８】
[0077]  放射線遮へい特性を有する建造物３１の壁を提供することに加えて。建造物３１は、建造物３１の下の汚染地下水から自由電子レーザＦＥＬによって放射線が発生するのを防止するように構成することも可能である。例えば、建造物３１の土台及び／又は基礎に、放射線遮へい材料を提供すること、又は、建造物３１の下の汚染地下水からの放射線を防止するのに十分な厚みとすることができる。実施形態において、建造物３１は少なくとも部分的に地下に位置決めすることができる。こうした実施形態において、地下水は、建造物３１の外側の一部を取り囲み、更に建造物３１の下にある可能性がある。したがって、建築物３１を取り囲む汚染地下水からの放射線を防止するために、放射線遮へいを建造物３１の外側周囲に提供することが可能である。
【００７９】
[0078]  建造物３１の外側で放射線を遮へいすることに加えて、又はその代替として、建造物３１の内側に放射線遮へいを提供することも可能である。例えば、大量の放射線を放出する自由電子レーザＦＥＬの一部に最も近い場所で、建造物３１の内側に放射線遮へいを提供することができる。
【００８０】
[0079]  建築物３１は、幅Ｗ及び長さＬを有する。建築物３１の幅Ｗ及び長さＬは、電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬを介してたどるループ３２のサイズによって、部分的に決定される。ループ３２は長さ３３及び幅３５を有する。
【００８１】
[0080]  ループ３２の長さ３３は、線形加速器２２の長さ及びアンジュレータ２４の長さによって決定される。例えば、電子がアンジュレータ２４内でＥＵＶ放射を放出するように電子ビームＥを十分な高エネルギーまで加速させるために、所与の長さの線形加速器２２が必要であり得る。例えば、線形加速器２２は約４０メートルを超える長さを有することができる。いくつかの実施形態において、線形加速器２２は最大約８０メートルの長さを有することができる。加えて、アンジュレータ２４内のコヒーレント放射の放出を誘発するために、所与の長さのアンジュレータ２４が必要であり得る。例えば、アンジュレータ２４は、約４０ｍを超える長さを有することができる。いくつかの実施形態において、アンジュレータ２４は最大約６０メートルの長さを有することができる。
【００８２】
[0081]  ループの幅は、ステアリングユニット２３が電子ビームＥの軌道を調節する際に用いる湾曲の半径によって決定される。ステアリングユニット２３における電子ビームＥの湾曲の半径は、例えば、電子ビームＥにおける電子の速度、及びステアリングユニット２３内で発生する磁場の強度に依存することができる。ステアリングユニット２３内で発生する磁場の強度が増加すると、電子ビームＥの湾曲の半径は減少することになるが、電子の速度が増加すると、電子ビームＥの湾曲の半径は増加することになる。ステアリングユニット２３を介する電子ビームＥの湾曲の半径は、例えばおよそ１２ｍとすることができる。いくつかの実施形態において、ステアリングユニット２３を介する電子ビームＥの湾曲の半径は、１２ｍ未満とすることができる。例えば、ステアリングユニット２３を介する電子ビームＥの湾曲の半径は、およそ７ｍとすることができる。
【００８３】
[0082]  電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬを介してたどるループ３２は、約６０メートルを超える長さ３３を有することができる。いくつかの実施形態において、ループ３２は最大約１２０メートルの長さ３３を有することができる。ループ３２は、約１２メートルを超える幅３５を有することができる。いくつかの実施形態において、ループ３２は最大約２５メートルの幅３５を有することができる。
【００８４】
[0083]  建造物３１は、他のコンポーネントを収容することもできる。例えば建造物３１内に、例えばアンジュレータ２４、ステアリングユニット２３、２５、及び／又は自由電子レーザＦＥＬの他のコンポーネントに電力を供給する電気コンポーネントを含む、電気キャビネット３７を収容することができる。図３に示されるように、電気キャビネット３７をアンジュレータ２４にごく接近して提供することが有利な場合がある。しかしながら電気キャビネット３７は、自由電子レーザＦＥＬのコンポーネントに関して、他の位置に位置決めすることができる。
【００８５】
[0084]  加えて、自由電子レーザＦＥＬのコンポーネントに極低温冷却を提供するように構成された極低温冷却キャビネット３９を、建造物３１内に収容することが可能である。例えば極低温冷を線形加速器２２に提供することが可能であり、線形加速器２２の超電導キャビティを冷却することが可能である。極低温冷却キャビネット３９を線形加速器２２にごく接近して提供することが有利な可能性がある。これにより、極低温冷却キャビネット３９と線形加速器２２との間のいずれのエネルギー損失も減少させることができる。
【００８６】
[0085]  電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬを介してたどるループ３２の外側に（図３に示されるように）、電気キャビネット３７及び極低温冷却キャビネット３９を提供することが望ましい可能性がある。ループ３２の外側にキャビネット３７、３９を提供することで、例えば、キャビネット３７、３９内に収容されるコンポーネントを監視、制御、保守、及び／又は修理するための容易なアクセスが可能となり得る。図３から理解されるように、キャビネット３７、３９をループ３２の外側に位置決めすることで、自由電子レーザＦＥＬのコンポーネントを建造物３１内に収容するために必要な、建造物３１の最小幅Ｗが増加する可能性がある。建造物３１は、建造物３１の寸法も決定し得る、図３に示されていない他のコンポーネントも収容することができる。
【００８７】
[0086]  図３に示されるように、電子ビームが自由電子レーザＦＥＬを介してたどるループ３２と電気キャビネット３７との間に、壁４７が位置決めされる。壁４７は、ループ３２と極低温冷却キャビネット３９との間にも位置決めされる。壁４７は、電気キャビネット３７及び極低温冷却キャビネット３９を、自由電子レーザＦＥＬ内の電子ビームＥによって発生する放射線から遮へいすることができる。これにより、キャビネット３７、３９内のコンポーネントを放射線による損傷から保護し、保守作業員が、自由電子レーザＦＥＬの動作中に危険レベルの放射線に曝されることなく、キャビネット３７、３９にアクセスできるようにする。
【００８８】
[0087]  図３に示される実施形態において、キャビネット３７、３９は、壁４７によってループ３２から遮へいされながら、電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬを介してたどるループ３２と同じ建造物３１内に収容されているものとして示されている。キャビネット３９内に収容された極低温冷却コンポーネントは、自由電子レーザＦＥＬのコンポーネントに伝達され得る振動を発生させる可能性があり、振動に対して敏感な自由電子レーザＦＥＬのコンポーネントに悪影響を与える可能性がある。極低温冷却コンポーネントによって発生する振動が自由電子レーザの感受性部分に伝達されるのを防止するために、極低温冷却キャビネット３９が収容された建造物３１の一部を、感受性コンポーネントが収容された建造物の一部から機械的に隔離することができる。例えば、極低温冷却キャビネット３９を、線形加速器２２、ステアリングユニット２３、及びアンジュレータ２４から機械的に隔離することができる。機械的隔離を提供するために、極低温冷却キャビネット３９が収容された建造物３１の一部は、例えば、線形加速器２２、ステアリングユニット２３、及びアンジュレータ２４が収容された建造物の一部とは別の基礎を有することができる。
【００８９】
[0088]  代替として、極低温冷却キャビネット３９及び／又は電気キャビネット３７を、建造物３１とは別の１つ以上の建造物内に収容することができる。これにより、電子ビームＥによって生成される放射線からキャビネット３７、３９を遮へいすること、及び、極低温冷却キャビネット３９から自由電子レーザＦＥＬの感受性コンポーネントを機械的に隔離することが保証可能である。
【００９０】
[0089]  リソグラフィシステムＬＳは、単一の自由電子レーザＦＥＬを備えることができる。自由電子レーザＦＥＬは、複数のリソグラフィ装置に分岐放射ビームを提供するビーム分割装置２０に、ＥＵＶ放射ビームを供給することができる。放射源ＳＯは、自由電子レーザＦＥＬから出力される放射ビームＢ’をリソグラフィシステムＬＳのビームスプリッタ２０に誘導するように構成された専用の光学コンポーネントを含む、光学システムを備えることができる。ＥＵＶ放射は一般にすべての物質によって十分に吸収されるため、損失を最小限にするために一般に（透過性コンポーネントではなく）反射性光学コンポーネントが使用される。光学システムの専用光学コンポーネントは、自由電子レーザＦＥＬによって生成される放射ビームの特性を、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０の照明システムＩＬ及び／又はマスク検査装置が受容するのに好適なように適合させることができる。
【００９１】
[0090]  代替として、放射源ＳＯは、同じく放射源ＳＯの一部を形成する光学システムに各々がＥＵＶ放射ビームを提供可能な、複数の自由電子レーザ（例えば、２つの自由電子レーザ）を備えることができる。光学システムは、複数の自由電子レーザの各々から放射ビームを受け取ることが可能であり、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０をリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に提供するために、放射ビームをビーム分割装置２０に提供される複合放射ビームに組み合わせることができる。
【００９２】
[0091]  図４は、第１の自由電子レーザＦＥＬ’及び第２の自由電子レーザＦＥＬ”を備える放射源ＳＯを含む、リソグラフィシステムＬＳの概略図である。第１の自由電子レーザＦＥＬ’は第１のＥＵＶ放射ビームＢ’を出力し、第２の自由電子レーザＦＥＬ”は第２のＥＵＶ放射ビームＢ”を出力する。第１の自由電子レーザＦＥＬ’は第１の建造物３１’内に収容される。第２の自由電子レーザＦＥＬ”は第２の建造物３１”内に収容される。
【００９３】
[0092]  第１及び第２の放射ビームＢ’、Ｂ”は光学システム４０によって受け取られる。光学システム４０は、第１の放射ビームＢ’及び第２の放射ビームＢ”を受け取り、メイン放射ビームＢを出力するように配置された、複数の光学要素（例えば、ミラー）を備える。第１及び第２の自由電子レーザが動作している時点で、メイン放射ビームＢは、第１及び第２の両方の放射ビームＢ’、Ｂ”からの放射を備える複合放射ビームである。複合放射ビームＢは、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０をリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に提供するビーム分割装置２０に提供される。
【００９４】
[0093]  メイン放射ビームＢを形成するために２つの自由電子レーザが放射ビームＢ’、Ｂ”を提供するように配置された、図４に示された配置構成は、自由電子レーザのうちの１つをオフにする一方で、放射を連続してリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に提供できるようにする。例えば、自由電子レーザの修理又は保守作業を行えるようにするために、自由電子レーザのうちの１つの動作を中止することができる。この場合、他方の自由電子レーザは、光学システム４０によって受け取られる放射ビームの提供を続行することができる。自由電子レーザのうちの１つのみが光学システム４０に放射を提供している場合、光学システム４０は、光学システム４０に放射を提供している自由電子レーザからの放射を含むメイン放射ビームＢを形成するように動作可能である。これにより、自由電子レーザのうちの１つが動作を中止している場合であっても、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０の連続動作が可能となる。
【００９５】
[0094]  図５は、自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”の各々から放射のビームＢ’、Ｂ”を受け取り、出力放射ビームＢを出力するように配置された、本発明の実施形態に従った光学システム４０の実施形態の概略図である。光学システム４０によって出力される放射ビームＢは、ビーム分割装置２０によって受け取られる（図１を参照のこと）。
【００９６】
[0095]  光学システム４０は、自由電子レーザＦＥＬ’のうちの第１の自由電子レーザに関連付けられた第１及び第２の光学要素１３２、１３４と、自由電子レーザＦＥＬ”のうちの第２の自由電子レーザに関連付けられた第１及び第２の光学要素１３６、１３８との、４つの光学要素を備える。光学要素１３２、１３４、１３６、１３８は、自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”からの放射ビームＢ’、Ｂ”の断面のサイズ及び形状を改変するように配置される。
【００９７】
[0096]  特に、第１の光学要素１３２、１３６は凸面ミラーであり、自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”からの放射ビームＢ’、Ｂ”の断面積を増加させる働きをする。図５では、第１の光学要素１３２、１３６はｘ−ｙ面において実質的に平坦であるように見えるが、この面及びｚ方向の両方において凸状であり得る。第１の光学要素１３２、１３６は凸状であるため、ＥＵＶ放射ビームＢ’、Ｂ”の発散度を増加させることになり、それによってそれらのダウンストリームにあるミラー上の熱負荷を減少させる。したがって第１の光学要素１３２は、第１の自由電子レーザＦＥＬ’から受け取られる放射ビームＢ’の断面積を増加させるように配置された発散光学要素である。第１の光学要素１３６は、第２の自由電子レーザＦＥＬから受け取られる放射ビームＢ”の断面積を増加させるように配置された発散光学要素である。これによってダウンストリームのミラーを、冷却がより少ない下位仕様の、したがってより安価なものにすることができる。追加又は代替として、ダウンストリームミラーを垂直入射により近くすることができる。実際には、放射源ＳＯによって出力される放射ビームＢは、ビームＢの経路内に直列に配置された複数の連続する、固定された、ナイフエッジミラーによって、分割可能である。ビームＢのサイズを（例えば、凸面ミラーを第１の光学要素１３２、１３６として使用することによって）増加させることで、ビームＢ経路内にミラーを位置付ける際に必要な正確さが低減される。したがってこれにより、分割装置２０による出力ビームＢの分割をより正確にすることができる。
【００９８】
[0097]  第２の光学要素１３４、１３８は凹面ミラーであり、形状の点で第１の光学要素の補足であるため、第２の光学要素１３４、１３８を離れるビームは実質的にゼロ発散度を有することになる。したがって、第２の光学要素１３４、１３８のダウンストリームで、ビームは実質的にコリメートされる。ここでもまた、図５では第２の光学要素１３４、１３８はｘ−ｙ面において実質的に平坦であるように見えるが、実際にはこの面及びｚ方向の両方において凹状である。
【００９９】
[0098]  ビーム分割装置２０によって受け取られる出力ビームＢについて、自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”によって出力されるものとは異なる形状及び／又は強度分布を有することが好ましい可能性がある。例えば、ビーム分割装置２０内の連続するナイフエッジ抽出ミラーの場合、円形ビームよりも矩形状が好ましい可能性がある。したがって、放射ビームＢ’、Ｂ”の断面積を増加させることに加えて、光学要素１３２、１３４、１３６、１３８は、放射ビームＢ’、Ｂ”の断面形状を改変する役割を果たすことができる。特に、光学要素１３２、１３４、１３６、１３８は非点又は非球面とすることができ、第２の光学要素１３４、１３８を離れる放射ビームＢ’、Ｂ”が、自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”によって生成される放射ビームＢ’、Ｂ”よりも矩形の形状であることを保証するような形状とすることができる。例えば光学要素は、第２の光学要素１３４、１３８を離れるビームＢ’、Ｂ”が全体として矩形であるが角は丸いような形状とすることが可能であるが、他の形状も可能である。こうした矩形の２つの寸法は、例えばｘ−ｙ面及びｚ方向などの２つの垂直方向において、光学要素の湾曲の半径に関するものとすることができる。有利なことに、これによって、出力される放射ビームＢがリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に入る前に分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０（図１を参照）に分割するために使用されるミラーを、同一にするか又は少なくとも極めて類似させることができる。これは特に、製造の点から見て有益である。
【０１００】
[0099]  自由電子レーザＦＥＬ’、ＦＥＬ”の両方がオンの場合、光学システム４０は、複合放射ビームＢを形成するためにそれらの放射ビームＢ’、Ｂ”を組み合わせるように動作可能である。本実施形態において、これは、第１の自由電子レーザＦＥＬ’の第１及び第２の光学要素１３２、１３４を、第２の自由電子レーザＦＥＬ”の第１及び第２の光学要素１３６、１３８からｘ方向にオフセットさせ、それによって第２の光学要素１３４、１３８を離れるビームＢ’、Ｂ”がどちらも互いに隣接し、相互に平行であるものとすることによって達成される。特に、第１の自由電子レーザＦＥＬ’の第１及び第２の光学要素１３２、１３４は、第２の自由電子レーザＦＥＬ”の第１及び第２の光学要素１３６、１３８の「ダウンストリーム」（レーザビームＢ’、Ｂ”の伝搬方向に関して）に配設される。
【０１０１】
[00100]  こうした配置において、光学システム４０は、複合放射ビームを形成するために２つの放射ビームＢ’、Ｂ”を組み合わせるように動作可能である。複合ビームは、光学システム４０によって出力される出力放射ビームＢである。図５は単なる例であり、光学システム４０は図５に示される以外に実装可能であることを理解されよう。
【０１０２】
[00101]  図４を再度参照すると、建造物３１’、３１”は、動作する自由電子レーザによって発生する放射（放射ビームＢ’、Ｂ”以外）が建造物３１’、３１”の外へ伝搬されるのを実質的に防止するように構成される。したがって、第１及び第２の自由電子レーザを別々の建造物の内部に収容することによって、一方の自由電子レーザの保守及び／又は修理を、他方の自由電子レーザの動作を続行させながら、安全に実施させることができる。例えば、第１の自由電子レーザＦＥＬ’が修理又は保守を受けることができるようにするために、第１の電子レーザＦＥＬ’の動作を中止させることができる。この間、第２の自由電子レーザＦＥＬ”は、光学システム４０及びリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に放射を提供するために、動作を続行することができる。したがって放射は、第２の自由電子レーザＦＥＬ”の動作に起因して、第２の建造物３１”内で発生することになる。しかしながら、第２の建造物３１”の壁によって提供される放射線遮へいに起因して、危険レベルの放射が第２の建造物３１”を離れることはなく、第１の建造物３１’に入ることはない。したがって第１の建造物には、第１の自由電子レーザＦＥＬ’に対して修理又は保守を実施するために、保守作業員が安全に立ち入ることができる。
【０１０３】
[00102]  次に、更なるパスＦＥＬ放射源について、図６を参照しながら簡単に説明する。図６の単一パスＦＥＬ放射源は図３のそれと同様であり、注入器２２１の形の電子源と、注入器２２１からの電子バンチを電子バンチストリームにマージするためのマージャコンポーネント２１９と、一連のＬＩＮＡＣモジュールを含むＬＩＮＡＣ２２２と、アンジュレータ２２４と、減速された電子バンチを抽出するため及びそれらをビームダンプ２２６に向けて誘導するためのディマージャコンポーネント２２５とを含む。図６には示されていないが、放射源はステアリングユニットも含み、これは電子バンチを、電子バンチ経路２２７に沿って注入器２２１からＬＩＮＡＣ２２２へと誘導し、ここで加速され、アンジュレータ２２４を介してＬＩＮＡＣ２２２に戻り、ここで減速された後、ダンプ２２６へと誘導するように動作可能である。
【０１０４】
[00103]  図６の単一パスＦＥＬ放射源２２０の各コンポーネントは、図３の放射源の対応するコンポーネントと同様であるか又は同じであり、どちらの放射源も同様に動作する。
【０１０５】
[00104]  ＦＥＬ放射源２２０の動作中、各電子バンチは、加速フェーズ中に１回及び減速フェーズ中に１回、ＬＩＮＡＣ２２２を通過するため、ＦＥＬ放射源は単一パスＦＥＬ放射源と呼ぶことができる。
【０１０６】
[00105]  この場合、電子バンチの加速フェーズは、電子バンチが最初にＬＩＮＡＣ２２２に入ってからアンジュレータ２２４に入るまでの通り道を含むものと見なすことが可能であるが、加速フェーズ中の電子バンチのエネルギーの増加は、主に、電子バンチがＬＩＮＡＣを通過中に生じることを理解されよう。この場合の電子バンチの減速フェーズは、電子バンチがアンジュレータ２２４を出てから、最後にＬＩＮＡＣ２２２を出るまでの通り道を含むものと見なすことが可能であるが、減速フェーズ中の電子バンチのエネルギーの減少は、主に、電子バンチがＬＩＮＡＣ２２２を通過中に生じることを理解されよう。
【０１０７】
[00106]  次に、単一パス構成ではなく２パスを考えてみると、実施形態に従った２パスＦＥＬ放射源２４０が図７に概略的に示されている。
【０１０８】
[00107]  図７の２パスの分割加速ＦＥＬ放射源２４０は、注入器２４１の形の電子源と、注入器２４１からの電子バンチを電子バンチストリームにマージするためのマージャコンポーネント２３９と、各々が一連のＬＩＮＡＣモジュールを含むＬＩＮＡＣのペア２４２ａ、２４２ｂと、アンジュレータ２４４と、減速された電子バンチを抽出するため及びそれらをビームダンプ２４６に向けて誘導するためのディマージャコンポーネント２４５とを含む。図６には示されていないが、放射源はステアリングユニットも含み、これは電子バンチを電子バンチ経路２４７に沿って誘導するように動作可能である。
【０１０９】
[00108]  図７の単一パスＦＥＬ放射源２４０の各コンポーネントは、図３又は図６のＦＥＬ放射源の対応するコンポーネントと同様であるか又は同じである。放射源２４２は、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂの各々について、加速及び減速する電子バンチは、時間的に間隔を空けずに配置され、無線周波場に関して１８０度位相外れでＬＩＮＡＣを通過するため、加速バンチと減速バンチとの間でエネルギーを効果的に交換するように動作するように構成され、ＬＩＮＡＣはエネルギー回収ＬＩＮＡＣとして動作する。
【０１１０】
[00109]  ＦＥＬ放射源２４０の動作中、各電子バンチは、加速フェーズ中に２回及び減速フェーズ中に２回、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂの各々を通過するため、ＦＥＬ放射源は２パスＦＥＬ放射源と呼ぶことができる。
【０１１１】
[00110]  この場合、電子バンチの加速フェーズは、電子バンチが最初にＬＩＮＡＣ２４２ａに入ってからアンジュレータ２４４に入るまでの通り道を含むものと見なすことが可能であるが、加速フェーズ中の電子バンチのエネルギーの増加は、主に、電子バンチがＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂを通過中に生じることを理解されよう。この場合の電子バンチの減速フェーズは、電子バンチがアンジュレータ２４４を出てから、最後にＬＩＮＡＣ２４４ａを出るまでの通り道を含むものと見なすことが可能であるが、減速フェーズ中の電子バンチのエネルギーの減少は、主に、電子バンチがＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂを通過中に生じることを理解されよう。
【０１１２】
[00111]  電子バンチ経路２４７が図７に概略的に示されており、注入器２４１を離れる電子バンチに関する電子バンチ経路２４７上の或る逐次ポイントは、参照番号ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８で示されている。図７の経路２４７をポイントａ１からａ８までたどることで理解できるように、電子バンチはポイントａ１からａ８の間を通過し、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂ及びアンジュレータ２４４も通過する。図７からわかるように、各電子バンチがＬＩＮＡＣを複数回通過するように、電子バンチ経路はいくつかのループを含む。動作中、異なるエネルギー（例えば、１００ＭｅＶから１０００ＭｅＶの範囲内のエネルギー）の連続する電子バンチを含む反復バンチトレインが、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂを通過する。
【０１１３】
[00112]  一実施形態において、電子バンチ反復周波数はおよそ１．５ＧＨｚであってよいが、他の実施形態では、例えば１００ＭＨｚから２ＧＨｚの範囲内の任意の他の好適な値を有することができる。電子バンチは、例えば１０ｆｓ  ｒ．ｍ．ｓ．から１０ｐｓ  ｒ．ｍ．ｓ．の範囲内の電子バンチ持続時間（電子源で測定した場合）を有してよいが、代替実施形態では他の好適な持続時間を有することができる。
【０１１４】
[00113]  次に、電子バンチがＬＩＮＡＣを、例えば図７の装置のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通過する際の電荷又は位置を測定するための測定装置を説明する。測定装置の一部を形成するピックアップ装置は、動作中に電子バンチが通過するキャビティ３１０の周囲に配置された、電極３０２、３０４、３０６、３０８を含む。ピックアップ装置は、電極のため、及び、電極３０２、３０４、３０６、３０８からの信号を、電気光学結晶を備える電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８へと提供するように配置された電気接続のための、ハウジング（図示せず）も含む。電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８は、マッハ−ツェンダ型の電気光学変調器であるが、代替実施形態では任意の好適なタイプの電気光学変調器を使用することができる。
【０１１５】
[00114]  電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８及び電極３０２、３０４、３０６、３０８は、図８では概略的に示されている。測定装置は、ビームを４つの別々のプローブビームに分割するビームスプリッタ３３２にフェムト秒レーザビームを提供する、フェムト秒レーザ３３０も含む。各プローブビームは、それぞれの光ファイバ導波路（明快にするために図示せず）によって、又は任意の他の好適な光学コンポーネントの配置を介して、それぞれ、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８のうちの１つに誘導される。コントローラ３２０の形の処理リソースが、レーザ３３０及びビームスプリッタ３３２配置構成に接続され、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８との相互作用に起因して、サンプリングレーザビームの変調によって取得される、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８からの測定信号を監視する。図８の実施形態における装置は、各プローブビームのパルスが、それらのそれぞれの電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８に同時に到達するように配置される。いくつかの実施形態において、分割ビームが電気光学変調器に同時に到達することを保証するために必要な場合、追加の遅延コンポーネント（例えば、精密に調節可能な光学遅延ライン）が使用される。４つの別々のビームを使用することで、２方向（例えば、ｘ及びｙ方向）の位置の測定が可能になる。いくつかの実施形態において、寸法のみにおける位置の測定が望ましい場合、４ビームではなく２ビームが使用される。
【０１１６】
[00115]  この場合、コントローラ３２０は、測定装置の一部を形成する専用の制御回路を備えるが、他の実施形態では、コントローラ又は他の処理リソースは、ソフトウェア及びハードウェアの任意の好適な組み合わせ、例えば、ＰＣ又は他の汎用コンピュータ上にインストールされたソフトウェアを備えることができる。いくつかの実施形態において、コントローラ３２０又は他の処理リソースは、１つ以上のＡＳＩＣ又はＦＰＧＡを含む。
【０１１７】
[00116]  コントローラ３２０は、電気光学変調器からの測定信号を処理し、それによって電極３０２、３０４、３０６、３０８の間のキャビティを通過する電子バンチの少なくとも１つの特性を決定するように構成される。少なくとも１つの特性は、電子バンチの電荷及び／又は横位置を含むことができる。
【０１１８】
[00117]  第一に横位置の決定を考えてみると、図８の実施形態において、コントローラ３２０は、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８の各々からそれぞれ測定信号を受け取る。
【０１１９】
[00118]  電極３０２、３０４、３０６、３０８の各々は、接続先であるそれぞれ別々の電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８を有する。動作中、各電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８は、フェムト秒レーザ３３０から取得したそれぞれの分割プローブビームによってプローブされ、したがって、各々がフェムト秒レーザ３３０からの同じレーザパルスによって同時に効果的にプローブされる。
【０１２０】
[00119]  図８の実施形態において、フェムト秒レーザ３３０の動作は、キャビティを介した電子バンチの通過と同期されるため、各電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８は、実質的に最大の電気光学変調器信号サイクルで、例えば、実質的に電子バンチの通過が各電気光学変調器によって最大信号を発生させた瞬間に、レーザパルスによってプローブされる。例えば、最大ポイントで測定信号が取得されるまでレーザパルスのタイミングを徐々に変動させることによって、較正手順を実行することができる。
【０１２１】
[00120]  正しく較正されたセットアップにおいて、２つの対向する電極に接続された電気光学変調器から取得される測定信号（例えば、対向する電極３０２、３０６に接続された電気光学変調器３２２、３２６から取得される測定信号）の最大値の差は、それらの測定信号を生成する電子バンチのキャビティ内（例えば、ビームパイプ内）での横位置の測度である。
【０１２２】
[00121]  図８の実施形態において、コントローラ３２０は、電極３０２、３０６に関して取得される測定信号の間の差を決定する。その差は、電極３０２、３０６の間のラインに関して電極の平面内の電子バンチの横位置を表す。例えば、好適に較正されたセットアップにおいて、電極３０２、３０６に関して取得される測定信号に差がない場合、電子バンチは電極３０２、３０６から等距離にあることが示される。
【０１２３】
[00122]  コントローラ３２０は、対向する電極３０４、３０８に関して電気光学変調器３２４、３２８から取得される測定信号の間の差も決定する。その差は、電極３０４、３０８の間のラインに関して電極の平面内の電子バンチの横位置を表す。
【０１２４】
[00123]  ２つの測定差を組み合わせることによって、コントローラ３２０は、電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面に関して測定時点の電子バンチの位置を決定することができる。本実施形態において、電子バンチの望ましい位置は電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面の中心であり、電子バンチの位置がその中心点にないものと決定されることに応答して、放射源の動作パラメータを調節することができる。
【０１２５】
[00124]  電子バンチの横位置を決定することに加えて、又はその代わりに、コントローラ３２０は電子バンチの電荷を決定するために、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８からの測定信号を処理することもできる。動作の１つのモードにおいて、コントローラ３２０は、電子バンチの電荷を表すパラメータを決定するために、電気光学変調器３２２、３２４、３２６、３２８の各々からの対応する測定信号を合計する。
【０１２６】
[00125]  測定信号の合計和は、バンチの合計電荷、及び電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面に関したバンチの縦位置の、両方と考えることができる。しかしながら、測定信号が最大値であることを保証するように、測定装置が初期に（例えば、レーザパルスのタイミングを好適に変動させることによって）セットアップされている場合、電子バンチは測定時点に電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面と実質的に一致する縦位置にあるものと想定することができるため、測定信号の和はバンチの合計電荷を表しているものと考えることができる。更なる説明として、２つのセンサ、センサ１及びセンサ２が同じ縦平面内で互いに対向しており、振幅Ａの測定信号がセンサ１から取得され、振幅Ｂの測定信号がセンサ２から同時に取得された、実施形態を採用した場合、Ａ＋Ｂがバンチの合計電荷に等しい（又は比例する）ように装置が較正された場合、測定時点でのバンチの横位置は（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に等しい（又は比例する）ものと考えることができる。
【０１２７】
[00126]  動作の１つのモードにおいて、コントローラ３２０は、例えば電子バンチの所望の又は予測される反復周波数に合致する反復周波数で測定信号を取得することによって、電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面を通過する同じエネルギーの電子バンチに対応する測定信号を反復的に取得するように構成される。コントローラ３２０は測定信号の和を監視し、バンチの電荷が一定であると想定される場合、経時的な測定信号の和の変動は、電子バンチのタイミングが所望のタイミングからドリフトしていることを示すものと考えることができる。例えば、測定信号の和の減少は、測定の時点で、電子バンチが電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面にまだ到達していないか、又は、電極３０２、３０４、３０６、３０８の平面をすでに通過したかの、いずれかを示すものと考えることができる。
【０１２８】
[00127]  したがって、一定の電荷が与えられた場合、時間的な測定値の和の振幅のドリフトは、バンチの到達時間の変動に対応する位相差を示すことができる。このようにして、バンチの到達時間の監視のためにのみ、或いは電荷及び／又は横位置の決定と同時に、装置を使用することができる。
【０１２９】
[00128]  図８の実施形態において、測定される電子バンチは、ＬＩＮＡＣを通過する電子バンチのシーケンスのうちの１つである。図７の装置のＬＩＮＡＣ２４２ｂ内の電子バンチを測定するために装置が使用されている場合、シーケンスの連続する各バンチは、４つの異なるエネルギーのうちの１つを有し、各バンチは加速フェーズ又は減速フェーズのいずれかにあり、ポイントａ１、ａ３、ａ５、又はａ７に対応する円弧のうちの１つからＬＩＮＡＣに到達している。
【０１３０】
[00129]  図８の実施形態では、図７の装置のＬＩＮＡＣ２４２ｂにおける電子バンチの測定の場合、単一の測定から、バンチのエネルギーを、例えばバンチが４つの予測されるエネルギーのいずれを所有するかを決定することは、不可能である。しかしながら、マスタクロックからのレーザパルスの既知の反復周波数及び第１の測定からのフェーズが与えられた場合、同じエネルギーの他のバンチも測定することができる。例えば、特定のエネルギー値の電子バンチについて、予測される反復周波数（又はその周波数の好適な一部）で測定を反復することによって、それらの測定値の各々が（たとえ特定のエネルギーが未知であっても）同じエネルギーの電子バンチのものであることが保証され得る。
【０１３１】
[00130]  動作の１つのモードにおいて、コントローラ３２０は、特定のエネルギーの電子バンチの少なくとも１つの特性に影響を与えるために、放射源の少なくとも１つの動作パラメータを改変した後、少なくとも１つの動作パラメータの改変が測定値に影響を与えたかどうかを特定するために、電気光学変調器から取得される測定値を監視する。パラメータの改変が測定値に影響を与える場合、コントローラ３２０によって自動的に、又はオペレータによって、電気光学変調器を使用して測定されている電子バンチが動作パラメータの改変によって影響を受けたものであると結論付けることができる。
【０１３２】
[00131]  動作パラメータの改変は、例えば、ポイントａ１、ａ３、ａ５、又はａ７（或いはポイントａ２、ａ４、ａ６、又はａ８）に対応する円弧のうちの１つ以上における、電子ビーム光学系の設定の調節を含むことができる。電子バンチエネルギーのうちの特定の１つに対応する円弧に関する電子ビーム光学系の設定の調節が、電気光学変調器を使用して取得される測定値において著しい改変（例えば、電子バンチタイミングにおける変動に起因する測定値の振幅の変動）を生じさせる場合、測定されているそのエネルギーの電子バンチであると結論付けることができる。
【０１３３】
[00132]  任意の好適な動作パラメータ、例えば、ＬＩＮＡＣを介する特定エネルギーの電子バンチの通過のタイミングに影響を与える可能性のある任意の好適な動作パラメータを、改変することができる。例えば、動作パラメータは、電子バンチの通過を制御するために使用される曲げ磁石及び／又はコンバイナ／スプレッダの動作パラメータを含むことができる。
【０１３４】
[00133]  コントローラ３２０は、１つ以上の命令を放射源の関連コンポーネントに直接送信することによって直接、或いは、放射源の動作を制御する更なるコントローラに命令又は要求を送信することによって、放射源の少なくとも１つの動作パラメータを改変することができる。
【０１３５】
[00134]  図８の装置の動作は、図７の２パス放射源における電子バンチの測定に関して説明される。しかしながら、図８の実施形態及び他の実施形態は、他の放射源、例えば図３又は図６の単一パス放射源において、電子バンチを測定するために使用することもできる。ＦＥＬ放射源のＬＩＮＡＣを通過する電子バンチを測定するための実施形態の使用について説明してきたが、こうした実施形態は、任意の他の好適な環境において電子バンチを測定するために使用することも可能であり、実施形態は、ＬＩＮＡＣ又は放射源における電子バンチの測定に限定されるものではない。
【０１３６】
[00135]  電極間のキャビティを通過する電子バンチの特性を測定するために、電極が使用される実施形態について説明してきた。電極は、例えばいくつかの実施形態において、電子ビーム伝搬チャンバ、例えばＬＩＮＡＣのビームパイプの内部に位置することが可能であるか、又は他の実施形態において、こうしたチャンバの壁の外側に位置するか、又は壁に埋め込まれることが可能である。
【０１３７】
[00136]  実施形態に従った測定装置において、任意の好適なコンポーネント、例えば任意の好適なタイプのレーザ、スプリッタ、ピックアップ装置電極、及び電気光学変調器が使用可能である。例えば、実施形態において、レーザ、スプリッタ、ピックアップ装置電極、及び／又は電気光学変調器は、Ａ．Ａｎｇｅｌｏｖｓｋｉ等による「Ｈｉｇｈ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｐｉｃｋｕｐ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ｂｕｎｃｈ  ａｒｒｉｖａｌ−ｔｉｍｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ｆｒｅｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｌａｓｅｒ」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｔｏｐｉｃｓ−Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｂｅａｍｓ  １５、１１２８０３−１から１１２８０３−８（２０１２年）、又は、Ｍ．Ｋ．Ｂｏｃｋ等による「Ｒｅｃｅｎｔ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｕｎｃｈ  Ａｒｒｉｖａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ａｔ  Ｆｌａｓｈ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＰＡＣ’１０、京都、日本、ＷＥＯＣＭＨ０２に記載されるものと、同じか又は同様のタイプである。
【０１３８】
[00137]  実施形態は、フェムト秒レーザを用いてプローブされる電気光学結晶を使用して、高速単一／ビーム位置測定を提供することができる。実施形態は、フェムト秒レーザを用いてプローブされる電気光学結晶を使用して、高速単一バンチ電荷測定を提供することができる。実施形態は、フェムト秒レーザを用いてプローブされる電気光学結晶を使用して、同時バンチ位置及びバンチ到達時間測定を提供することができる。
【０１３９】
[00138]  電子バンチの１つ以上の特性の決定に関して実施形態を説明してきたが、代替実施形態に従った装置及び方法を使用して、他のタイプの荷電粒子、例えば陽電子、陽子、又はイオンのグループのうちの、１つ以上の特性（例えば、電荷及び／又は、横又は他の位置）を決定することが可能である。更に、放射源のＬＩＮＡＣにおける測定に関して実施形態を説明してきたが、代替実施形態に従った装置及び方法を使用して、任意の他の好適な環境、システム、又は配置構成における電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の１つ以上の特性を決定することが可能である。例えば実施形態を使用して、ターゲットで発動された電子ビーム及び陽電子ビーム（又は他のグループの荷電粒子）の特性を決定することが可能であった。
【０１４０】
[00139]  単一バンチトレインの連続する電子バンチの特性の決定に関して、実施形態を説明してきたが、実施形態の装置及び方法を使用して、それらの間に位相差を有する重複するバンチトレインを区別することが可能な測定を実行することができる。例えば、光学センサに提供されるレーザパルスの動作のタイミング及び周波数の好適な選択によって、特定の反復周波数を有する電子バンチ又は他のグループの荷電粒子の特性を決定するために、実施形態を調整することが可能である。
【０１４１】
[00140]  以上、本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明は説明した以外の方法で実施可能であることを理解されよう。上記の説明は限定的ではなく例示的なものであることが意図される。したがって当業者であれば、説明した本発明に対して、以下に記載する特許請求の範囲を逸脱することなく修正が可能であることが明らかとなろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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