(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由電子レーザ（ＦＥＬ）を使用して極端紫外（ＥＵＶ）放射を生成する方法であって、
電子バンチを発生させるためにドライブレーザビームをカソード上に向けて送ることと、
前記電子バンチを加速させるために前記電子バンチを線形加速器（ＬＩＮＡＣ）に渡すことと、
ＥＵＶ放射を発生させるように構成されたアンジュレータを通る電子バンチ経路に沿って前記電子バンチを渡すことと、
所定の範囲内での前記電子バンチのエミッタンスの変動を適用することによって、正電荷を持つイオンを前記電子バンチ経路から除去し、それにより、クリアリングギャップのみを実施する場合よりも定常状態のイオン濃度を低下させることと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記所定の範囲の前記電子バンチの前記エミッタンスの変動は、前記電子バンチの前記エミッタンスの１０％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記適用される変動は、前記カソードに入射するドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することによって実装される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ドライブレーザビームのレーザパルスの前記エネルギーを変更することは、前記ドライブレーザに関連付けられた雑音の増幅を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ドライブレーザのパルスの前記エネルギーを変更するために、ポッケルセルが使用される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記ドライブレーザによって生成されるパルスの波面は、変動される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記ドライブレーザによって生成されるパルスの前記波面を変動させるために、ポッケルセルが使用される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電子バンチの前記エミッタンスの前記変動を適用するために、前記カソードの温度が変動される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項９】
前記カソードの前記温度を変動させるために、前記カソードに入射するレーザが使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
レーザパルスを放出するように構成されたドライブレーザと、
前記レーザパルスを受け取り電子バンチを発生させるように構成されたカソードと、
前記電子バンチを加速させるように構成された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、
前記電子バンチを受け取りＥＵＶ放射ビームを出力するように構成されたアンジュレータと、
所定の範囲内で前記電子バンチのエミッタンスを変動させるために制御ユニットによって制御される電子バンチエミッタンス変動装置を有するイオン除去装置と、を備え、
前記イオン除去装置は、正電荷を持つイオンを電子バンチ経路から除去することにより、クリアリングギャップのみを実施する場合よりも定常状態のイオン濃度を低下させる、
自由電子レーザ（ＦＥＬ）極端紫外（ＥＵＶ）放射源。
【請求項１１】
電子バンチを加速させるように構成された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、
前記電子バンチを受け取りＥＵＶ放射ビームを出力するように構成されたアンジュレータと、
自由電子レーザ（ＦＥＬ）のビームパイプ内へと延在するＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波を提供するように構成され、前記アンジュレータのアンジュレータモジュールの一方の側で前記ビームパイプに接続されるＲＦ電磁波エミッタと、
前記アンジュレータモジュールの反対側に提供される抽出電極と、を備え、
前記ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波は、イオンを前記アンジュレータモジュールの反対側に向かってプッシュする電位を提供し、
前記電位は、およそ１ｍｓ以内に前記自由電子レーザから前記イオンを除去するための勾配を有する、
自由電子レーザ（ＦＥＬ）極端紫外（ＥＵＶ）放射源。
【請求項１２】
自由電子レーザ（ＦＥＬ）を使用して極端紫外（ＥＵＶ）放射を生成する方法であって、
電子バンチを加速させるために前記電子バンチを線形加速器（ＬＩＮＡＣ）に渡した後、ＥＵＶ放射を発生させるように構成されたアンジュレータを通る電子バンチ経路に沿って電子バンチを渡すことと、
前記ＦＥＬのビームパイプ内へと延在し、前記ビームパイプに沿ってイオンをプッシュする、ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波を発生させることと、を含み、
前記ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波が延在する前記ビームパイプは、前記アンジュレータのアンジュレータモジュール内に配置され、
前記アンジュレータモジュールの反対側に抽出電極が提供され、
前記ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波は、前記イオンを前記アンジュレータモジュールの反対側に向かってプッシュする電位を提供し、
前記電位は、およそ１ｍｓ以内に前記自由電子レーザから前記イオンを除去するための勾配を有する、方法。
【請求項１３】
電子バンチを発生させるための電子源と、前記電子バンチを加速及び減速させるための複数の線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、動作中、前記電子バンチが通過することで放射を所望の波長で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、前記複数の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、を備える自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源であって、
前記ＦＥＬ放射源は、各電子バンチが、前記電子源から前記電子バンチ経路に沿って、前記複数のＬＩＮＡＣの各々を加速位相中に少なくとも１回通過し、その後前記アンジュレータを通過し、その後前記複数のＬＩＮＡＣを減速位相中に少なくとも１回通過するように、前記ＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を提供するために、前記加速位相における前記電子バンチによるＬＩＮＡＣの通過が、前記減速位相における前記電子バンチによるＬＩＮＡＣの通過と整合されるように、及び、電子バンチの各連続ペアが、反復電子バンチシーケンスに従って、それぞれのバンチ間隔ずつ時間的に間隔が空けられるように、動作するように構成され、
前記電子源は、前記アンジュレータでのイオンのクリアリングを可能にするために、前記電子バンチシーケンス内にクリアリングギャップを提供するように構成され、
前記電子源は、前記複数のエネルギー回収ＬＩＮＡＣの各々について、及び前記クリアリングギャップのほぼすべてについて、加速位相又は減速位相において前記クリアリングギャップが前記ＬＩＮＡＣを通過するごとに、前記クリアリングギャップが、減速位相又は加速位相において前記ＬＩＮＡＣを通過する前記クリアリングギャップのうちの更なる１つと整合され、それによって前記ＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を維持するように、クリアリングギャップシーケンスに従って前記クリアリングギャップを提供するように構成され、
前記電子バンチシーケンスは、周期的電子バンチシーケンスを含み、
前記クリアリングギャップは、電子バンチに低減電荷を提供することによって提供され、
前記クリアリングギャップの先行及び／又は後続の電子バンチが、それらの前記ＬＩＮＡＣの通過中、実質的に１８０度位相外れであるように、前記クリアリングギャップ及び前記クリアリングギャップのうちの更なる１つが整合され、
前記クリアリングギャップシーケンスは、
前記クリアリングギャップが前記電子バンチ経路の長さに依存する選択された周期レートで提供され、前記電子バンチ経路が複数のループを含み、かつ、前記アンジュレータを含む前記ループのうちの１つの前記長さが、前記ループのうちの少なくとも他の１つの前記長さに対して選択された関係を有する、
ようにされ、
前記選択された周期レート及び前記ループ長さ間の選択された関係は、動作中、前記クリアリングギャップの前記整合を提供するためのものである、放射源。
【請求項１４】
前記クリアリングギャップは、電子バンチに少なくとも１０倍の低減電荷を提供することによって提供される、請求項１３に記載の放射源。
【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、２０１４年８月１５日出願の欧州出願第１４１８１１５２．１号及び２０１５年６月４日出願の欧州出願第１５１７０６４０．５号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、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放射源に関する。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]  所望の波長の放射を提供するために自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源を使用することは既知であり、ここで電子ビームは、電子バンチの周期的シーケンスを備える電子ビームが放射を発生させるためにアンジュレータを通過する。こうした放射源は、４ｎｍから２５ｎｍの範囲内の放射、例えば極端紫外（ＥＵＶ）放射を生成するために使用可能である。
【０００４】
[0004]  既知のＦＥＬ放射源では、電子ビーム内の残留ガスから衝突電離を介してイオンが生成される。数百ＭｅＶのビームエネルギー及び数十ｍＡのビーム電流を伴うＥＵＶ  ＦＥＬ放射源内でのイオン発生予想レートは、対抗手段がない場合、電子ビームを１０秒未満で完全に中性化できる（電子ビーム１メートル当たりのイオン電荷と電子電荷が一致する）ものである。結果として、アンジュレータでの電子バンチのエミッタンスは１０ｍｍ  ｍＲａｄを大幅に超え、変換効率は１０分の１以下に低下することが予想されるため、ＥＵＶ  ＦＥＬの動作を実際上無効化することになる。
【０００５】
[0005]  イオン濃度のビルドアップに対抗するために、電子ビームに沿って抽出電極を配置すること、又は、選択された電子バンチのペア間に短付加ギャップ（クリアリングギャップとも呼ばれる）を伴うビーム電流パターンを実装することを含む、いくつかのストラテジが提案されてきた。短付加ギャップは、電子バンチのシーケンスにおける欠落バンチを表すものと考えることもできる。クリアリングギャップの使用は、そうでなければまとまった電子ビームの電位にトラップされるイオンに、ドリフトするための時間を与えることを意図している。既知の提案に従ったクリアリングギャップの使用では、トラップされたイオンを完全に除去できない可能性があるが、ＦＥＬ動作にとって有害であり得る高速イオンの不安定性を緩和することができる。
【０００６】
[0006]  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（及び後）に、電子バンチを加速（及び減速）させるためのＬＩＮＡＣを含む。通常はゼロに近いバランスの取れたキャビティ負荷（例えば、ビームの加速時及び減速時の電流が一致し、加速時及び減速時に抽出及び蓄積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る、エネルギー回収ＬＩＮＡＣが使用可能である。
【０００７】
[0007]  電子バンチ間でのクリアリングギャップの使用は、エネルギー回収ＬＩＮＡＣの動作を歪曲させる可能性がある。単一パスＬＩＮＡＣシステムの場合、Ｇ．Ｈ．Ｈｏｆｆｓｔａｅｔｔｅｒ等によるＮｕｃｌｅａｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＆  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｉｎＰｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａ、５５７（２００６年）、２０５〜２１２において、単一パスＬＩＮＡＣにおけるＬＩＮＡＣモジュール内で、電子ビームの加速時及び減速時のクリアリングギャップ（例えば、一連の欠落バンチ）を一致させることが提案されている。各電子バンチがループを１周し、加速時に１回、減速時に１回、単一ＬＩＮＡＣを通過するだけであるとすると、単一パスＬＩＮＡＣにおけるクリアリングギャップの一致は相対的に容易であり、欠落バンチが好適な一定のレートで提供されるという要件によって達成可能である。
【０００８】
[0008]  本発明の目的は、イオンのビルドアップを減少させるために提供可能な、改良されたか又は少なくとも代替のＦＥＬ放射源及びそうした放射源の動作方法を提供することである。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  本発明の態様によれば、源からのビーム電流が周期的に中断されるため、そのようにしてビーム内に形成されたギャップが、加速位相及び減速位相中に複数のＬＩＮＡＣセクションを同時伝播する時に実質的に重複するように、電子源に関するタイミングパターン設計規則及びＦＥＬ放射源内の経路長に関する設計規則が提供される。
【００１０】
[0010]  本発明の別の態様によれば、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複数の線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、動作中、電子のバンチがアンジュレータを通過することで放射を所望の波長で発生させるように構成されたアンジュレータと、電子源、複数の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を備える、自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源が存在する。ＦＥＬ放射源は、動作中、各電子バンチが、電子源から電子バンチ経路に沿って複数のＬＩＮＡＣの各々を加速位相中に少なくとも１回通過し、その後アンジュレータを通過し、その後複数のＬＩＮＡＣを減速位相中に少なくとも１回通過するように；ＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を提供するために、加速位相における電子バンチによるＬＩＮＡＣの通過が、その減速位相における電子バンチによるＬＩＮＡＣの通過と整合されるように；及び、電子バンチの各連続ペアが、反復電子バンチシーケンスに従って、それぞれのバンチ間隔ずつ時間的に間隔が空けられるように、動作するように構成される。電子源は、アンジュレータでのイオンのクリアリングを可能にするために、電子バンチシーケンス内にクリアリングギャップを提供するように構成され、電子源は、複数のエネルギー回収ＬＩＮＡＣの各々について、及びクリアリングギャップのほぼすべてについて、加速位相又は減速位相においてクリアリングギャップがＬＩＮＡＣを通過するごとに、クリアリングギャップが、減速位相又は加速位相においてＬＩＮＡＣを通過するクリアリングギャップのうちの更なる１つと整合され、それによってＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を維持するように、クリアリングギャップシーケンスに従ってクリアリングギャップを提供するように構成される。電子バンチシーケンス内のクリアリングギャップは、電子ビーム経路並びにアンジュレータ内の他の部分、例えば、他の部分よりも電子ビームがより集束される経路の部分においても、イオンのクリアリングを提供することができる。電子ビームがより集束される経路のこうした部分は、経路のほぼ直線的なセクション、例えばＬＩＮＡＣ、屈曲前又は後のマッチングセクション、並びにアンジュレータのうちの１つ以上を含むことができる。
【００１１】
[0011]  動作中、各電子バンチは、各ＬＩＮＡＣを加速位相中に少なくとも２回及び減速位相中に少なくとも２回、通過することができる。
【００１２】
[0012]  クリアリングギャップの先行及び／又は後続の電子バンチは、それらがＬＩＮＡＣを通過する間、異なる位相を有することが可能であり、その差異はほぼ１８０度であり得るように、クリアリングギャップ及びクリアリングギャップのうちの更なる１つを整合させることができる。
【００１３】
[0013]  電子バンチシーケンスは周期的電子バンチシーケンスを含むことができ、クリアリングギャップは、周期的電子バンチシーケンスからの欠落電子バンチ、及び／又はシーケンスの通常のバンチよりも大幅に低い電荷を帯びているバンチを提供することによって、提供可能である。例えば大幅に低い電荷を帯びているバンチは、シーケンスの通常のバンチの電荷の５０％未満、任意選択でシーケンスの通常のバンチの電荷の２０％未満、任意選択でシーケンスの電荷の１０％未満を帯びていてよい。大幅に低い電荷を帯びているバンチは、実質的に電荷を帯びていなくてもよい。
【００１４】
[0014]  クリアリングギャップシーケンスは、クリアリングギャップが電子バンチ経路の長さに依存する選択された周期レートで提供され、電子バンチ経路は複数のループを含み得、アンジュレータを含むループのうちの１つの長さはループのうちの少なくとも他の１つの長さに対して選択された関係を有し得るようであってよく、選択された周期レート及びループ長さ間の選択された関係は、動作中、クリアリングギャップの整合を提供するためのものとすることができる。
【００１５】
[0015]  複数のＬＩＮＡＣは、動作中、各電子バンチが第１及び第２のＬＩＮＡＣの各々を、加速位相中に少なくとも２回及び減速位相中に少なくとも２回通過し、電子バンチの経路内にポイント（Ｚ）が以下のように存在するように配置可能な、第１のＬＩＮＡＣ及び第２のＬＩＮＡＣを備えることが可能であり、
【００１６】
[0016]  第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、ポイント（Ｚ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｋ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＺＫ）は、第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣからの出口（Ｂ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｃ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＢＣ）にほぼ等しく、
【００１７】
[0017]  第１のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣからの出口（Ｄ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｅ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＤＥ）は、第１のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣからの出口（Ｌ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｍ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＬＭ）にほぼ等しく、
【００１８】
[0018]  第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣからの出口（Ｆ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｇ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＦＧ）は、第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣからの出口（Ｎ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｏ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＮＯ）にほぼ等しく、
【００１９】
[0019]  第２のＬＩＮＡＣの出口（Ｈ）からアンジュレータ内のポイント（Ｚ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＨＺ）は、第１のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣからの出口（Ｐ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｑ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離（ＰＱ）にほぼ等しい。
【００２０】
[0020]  クリアリングギャップは、反復レートＲで提供可能であり、Ｒ又はＲ＊ｎ（ｎは整数）はＡＺ／ｃ当たり１にほぼ等しく、ここでＡＺは、その加速位相中の第１のＬＩＮＡＣのその第１の通過のための、電子バンチの第１のＬＩＮＡＣへの入口からポイント（Ｚ）までの電子バンチ経路に沿った距離であり、ｃは、電子バンチ経路に沿った電子バンチの平均速度である。
【００２１】
[0021]  ほぼ等しいものとして示された電子バンチ経路に沿った距離の各ペア（ＺＫ＝ＢＣ、ＤＥ＝ＬＭ、ＦＧ＝ＮＯ、ＨＺ＝ＰＱ）について、それらのペアの距離のうちの一方（ＺＫ、ＤＥ、ＦＧ、又はＨＺ）に沿った電子バンチの移動時間は、それらのペアの距離のうちの他方（ＢＣ、ＬＭ、ＮＯ、ＰＱ）に沿った電子バンチの移動時間とほぼ同一であるか、又は任意選択で＋／−ΔＬ／４未満だけ異なることが可能であり、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。
【００２２】
[0022]  放射源は、２つ又は３つのクリアリングギャップが電子バンチ経路上に同時に存在するように動作するように構成可能である。
【００２３】
[0023]  複数のＬＩＮＡＣは、動作中、各電子バンチが第１及び第２のＬＩＮＡＣの各々を、加速位相中に少なくとも２回及び減速位相中に少なくとも２回通過し、電子バンチの経路内にポイント（Ｚ）が以下のように存在するように配置可能な、第１のＬＩＮＡＣ及び第２のＬＩＮＡＣを備えることが可能であり、
【００２４】
[0024]  距離ＡＣ、ＣＥ、ＥＧ、ＧＺ、ＺＫ、ＫＭ、ＭＯ、及びＯＱはほぼ等しく、
【００２５】
[0025]  ＡＣは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ａ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｃ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００２６】
[0026]  ＣＥは、第１のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｃ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｅ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００２７】
[0027]  ＥＧは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｅ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｇ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００２８】
[0028]  ＧＺは、第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｇ）からアンジュレータ内のポイント（Ｚ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００２９】
[0029]  ＫＭは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｋ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｍ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００３０】
[0030]  ＭＯは、第１のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｍ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｏ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００３１】
[0031]  ＯＱは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｏ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｑ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離である。
【００３２】
[0032]  クリアリングギャップは反復レートＲで提供可能であり、Ｒ又はＲの整数倍（Ｒ＊ｎ、ｎは整数）はＡＣ／ｃ当たり１にほぼ等しいことが可能であり、ここでｃは、電子バンチ経路に沿った電子バンチの平均速度である。
【００３３】
[0033]  源は、８つ又は９つのクリアリングギャップが電子バンチ経路上に同時に存在するように動作するように構成可能である。
【００３４】
[0034]  距離ＡＣ、ＣＥ、ＥＧ、ＧＺ、ＺＫ、ＫＭ、ＭＯ、及びＯＱの各々に沿った電子バンチの移動時間はほぼ同一であり、任意選択で＋／−ΔＬ／４未満だけ異なることが可能であり、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。
【００３５】
[0035]  複数のＬＩＮＡＣは、動作中、各電子バンチが第１及び第２のＬＩＮＡＣの各々を、加速位相中に少なくとも２回及び減速位相中に少なくとも２回通過し、電子バンチの経路内にポイント（Ｚ）が以下のように存在するように配置可能な、第１のＬＩＮＡＣ及び第２のＬＩＮＡＣを備えることが可能であり、
【００３６】
[0036]  距離ＡＣ、ＥＧ、ＺＫ、及びＭＯはほぼ等しく、
【００３７】
[0037]  距離ＣＥ、ＧＺ、ＫＭ、及びＯＱはほぼ等しく、
【００３８】
[0038]  ＡＣは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ａ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｃ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００３９】
[0039]  ＣＥは、第１のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｃ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｅ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００４０】
[0040]  ＥＧは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｅ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｇ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００４１】
[0041]  ＧＺは、第２のＬＩＮＡＣを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｇ）からアンジュレータ内のポイント（Ｚ）までのその加速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００４２】
[0042]  ＫＭは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｋ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｍ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００４３】
[0043]  ＭＯは、第１のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｍ）から第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｏ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離であり、
【００４４】
[0044]  ＯＱは、第１及び第２のＬＩＮＡＣを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣへの入口（Ｏ）から第１のＬＩＮＡＣへの入口（Ｑ）までのその減速位相における電子バンチの電子バンチ経路に沿った距離である。
【００４５】
[0045]  クリアリングギャップは反復レートＲで提供可能であり、Ｒ又はＲの整数倍（Ｒ＊ｎ、ｎは整数）はｃ／ＡＥ当たり１にほぼ等しいことが可能であり、ここでｃは、電子バンチ経路に沿った電子バンチの平均速度である。
【００４６】
[0046]  距離ＡＣ、ＥＧ、ＺＫ、及びＭＯの各々に沿った電子バンチの移動時間はほぼ同一であり、任意選択で＋／−ΔＬ／４未満だけ異なることが可能であり、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間であり、距離ＣＥ、ＧＺ、ＫＭ、及びＯＱの各々に沿った電子バンチの移動時間はほぼ同一であり、任意選択で＋／−ΔＬ／４未満だけ異なることが可能であり、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。
【００４７】
[0047]  各クリアリングギャップは、バンチシーケンス内の次のクリアリングギャップからクリアリングギャップ反復期間だけ離すことが可能であり、各クリアリングギャップはクリアリングギャップ持続時間を有し、クリアリングギャップ持続時間のクリアリングギャップ反復期間に対する比率は５％から２０％の間であり、任意選択でほぼ１０％に等しいものとすることができる。
【００４８】
[0048]  クリアリングギャップはクリアリングギャップ反復レートで提供され得、反復レートは０．５ＭＨｚから１．５ＭＨｚの範囲内であり、任意選択でほぼ１ＭＨｚに等しいものとすることができる。
【００４９】
[0049]  クリアリングギャップの各々は、１０ｎｓより長く、任意選択で１００ｎｓより長い持続時間を有することができる。
【００５０】
[0050]  電子バンチは、１０ｆｓから１０ｐｓの範囲内（電子源で測定した場合）の電子バンチ持続時間を有することができる。
【００５１】
[0051]  電子バンチは、１００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内のバンチ反復レートで提供することができる。
【００５２】
[0052]  電子バンチはバンチ経路をたどることが可能であり、電子源から最後にバンチが最終のＬＩＮＡＣを出るまでの間の各バンチのバンチ経路の長さは５００ｍから１５００ｍの範囲内であり、任意選択でおよそ８００ｍであり得る。
【００５３】
[0053]  アンジュレータは、動作中、電子のバンチがアンジュレータを通過することによって、４ｎｍから２５ｎｍの範囲内の波長で放射を発生させるように構成可能である。
【００５４】
[0054]  独立して提供可能な、本発明の更なる態様において、本明細書で請求又は説明される放射源と、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。
【００５５】
[0055]  独立して提供可能な、本発明の更なる態様において、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複数の線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、動作中、電子のバンチがアンジュレータを通過することで放射を所望の波長で発生させるように構成されたアンジュレータと、電子源、複数の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を備える、自由電子レーザ（ＦＥＬ）放射源を動作させる方法が提供される。方法は、動作中、各電子バンチが、電子源から電子バンチ経路に沿って複数のＬＩＮＡＣの各々を加速位相中に少なくとも１回通過し、その後、アンジュレータを通過し、その後複数のＬＩＮＡＣを減速位相中に少なくとも１回通過するように、ＦＥＬ放射源を動作させることを含む。ＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を提供するために、加速位相における電子バンチのＬＩＮＡＣの通過が、その減速位相における電子バンチのＬＩＮＡＣの通過と整合される。電子バンチの連続ペアが、反復電子バンチシーケンスに従って、それぞれのバンチ間隔ずつ時間的に間隔が空けられる。アンジュレータでイオンをクリアできるようにするために電子バンチシーケンス内にクリアリングギャップが提供される。方法は、複数のエネルギー回収ＬＩＮＡＣの各々について、及びほぼすべてのクリアリングギャップについて、加速位相又は減速位相においてクリアリングギャップがＬＩＮＡＣを通過するごとに、クリアリングギャップが、減速位相又は加速位相においてＬＩＮＡＣを通過するクリアリングギャップのうちの更なる１つと整合され、それによってＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を維持するように、クリアリングギャップシーケンスに従ってクリアリングギャップを提供することを含む。
【００５６】
[0056]  本発明の更なる態様において、自由電子レーザ（ＦＥＬ）を使用して極端紫外（ＥＵＶ）放射を生成する方法が提供され、方法は、電子バンチを発生させるためにドライブレーザビームをカソード上に向けて送ること、電子バンチを加速させるために電子バンチを線形加速器（ＬＩＮＡＣ）に渡すこと、ＥＵＶ放射を発生させるように構成されたアンジュレータを通る電子バンチ経路に沿って電子バンチを渡すことを含み、方法は更に、所定の範囲内での電荷の変動及び電子バンチのエミッタンスを適用することによって、正電荷を持つイオンを電子バンチ経路から除去することを含み、所定の範囲の電荷又はエミッタンスの変動は、ＬＩＮＡＣにおける加速勾配の変動を制限するように選択される。
【００５７】
[0057]  方法は、例えば抽出電極を使用する必要なしにＦＥＬからイオンを除去するという理由で、有利である。
【００５８】
[0058]  所定の範囲の電子バンチの電荷又はエミッタンスの変動は、電子バンチの電荷又はエミッタンスの１０％以下とすることができる。
【００５９】
[0059]  変動は、電子バンチの電荷及びエミッタンスの両方に適用可能である。
【００６０】
[0060]  適用される変動は、カソードに入射するドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することによって実装可能である。
【００６１】
[0061]  ドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することは、ドライブレーザに関連付けられた雑音の増幅を含むことができる。
【００６２】
[0062]  ドライブレーザのパルスのエネルギーを変更するために、ポッケルセルを使用することができる。
【００６３】
[0063]  ドライブレーザによって生成されるパルスの波面は変動可能である。
【００６４】
[0064]  ドライブレーザによって生成されるパルスの波面を変動させるために、ポッケルセルを使用することができる。
【００６５】
[0065]  電子バンチのエミッタンスの変動を適用するために、カソードの温度を変動させることができる。
【００６６】
[0066]  カソードの温度を変動させるために、カソードに入射するレーザを使用することができる。
【００６７】
[0067]  本発明の更なる態様において、レーザパルスを放出するように構成されたドライブレーザと、レーザパルスを受け取り、電子バンチを発生させるように構成されたカソードと、電子バンチを加速させるように構成された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、電子バンチを受け取り、ＥＵＶ放射ビームを出力するように構成されたアンジュレータとを備える、自由電子レーザ（ＦＥＬ）極端紫外（ＥＵＶ）放射源が提供され、ＦＥＬは、所定の範囲内で電子バンチの電荷又はエミッタンスを変動させるために制御ユニットによって制御される電子バンチ電荷又はエミッタンス変動装置を備える、イオン除去装置を更に備え、所定の範囲は、ＦＥＬからイオンを除去するが、ＬＩＮＡＣ内での加速勾配の変動を制限するように選択される。
【００６８】
[0068]  これは、例えば抽出電極を使用する必要なしにＦＥＬからイオンを除去するという理由で、有利である。
【００６９】
[0069]   電子バンチの電荷又はエミッタンスの変動の所定の範囲は、電子バンチの電荷又はエミッタンスの１０％以下とすることができる。
【００７０】
[0070]  変動は、電子バンチの電荷及びエミッタンスの両方に適用可能である。
【００７１】
[0071]  適用される変動は、電極に入射するドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することによって実装可能である。
【００７２】
[0072]  ドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することは、ドライブレーザに関連付けられた雑音の増幅を含むことができる。
【００７３】
[0073]  ドライブレーザのパルスのエネルギーを変更するために、ポッケルセルを使用することができる。
【００７４】
[0074]  ドライブレーザによって生成されるパルスの波面は変動可能である。
【００７５】
[0075]  ドライブレーザによって生成されるパルスの波面を変動させるために、ポッケルセルを使用することができる。
【００７６】
[0076]  電子バンチのエミッタンスの変動を適用するために、カソードの温度を変動させることができる。
【００７７】
[0077]  カソードの温度を変動させるために、カソードに入射するレーザを使用することができる。
【００７８】
[0078]  本発明の更なる態様において、電子バンチを加速させるように構成された線形加速器（ＬＩＮＡＣ）と、電子バンチを受け取り、ＥＵＶ放射ビームを出力するように構成されたアンジュレータとを備える、自由電子レーザ（ＦＥＬ）極端紫外（ＥＵＶ）放射源が提供され、ＦＥＬは、ＦＥＬのビームパイプ内へと延在するＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波を提供するように構成された、ＲＦ電磁波エミッタを更に備える。
【００７９】
[0079]  これは、イオンを引き出すことが可能なポイントまでビームパイプに沿ってイオンをプッシュすることが可能であり、結果としてイオンがビームパイプ内で費やす時間が少なくなるという理由で、有利である。
【００８０】
[0080]  ＲＦ電磁波エミッタは、アンジュレータのアンジュレータモジュールの一方の側でビームパイプに接続することができる。
【００８１】
[0081]  抽出電極は、アンジュレータモジュールの反対側に提供することができる。
【００８２】
[0082]  本発明の更なる態様において、自由電子レーザ（ＦＥＬ）を使用して極端紫外（ＥＵＶ）放射を生成する方法が提供され、方法は、電子バンチを加速させるために電子バンチを線形加速器（ＬＩＮＡＣ）に渡した後、ＥＵＶ放射を発生させるように構成されたアンジュレータを通る電子バンチ経路に沿って電子バンチを渡すことを含み、方法は更に、ＦＥＬのビームパイプ内へと延在し、ビームパイプに沿ってイオンをプッシュする、ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波を発生させることを含む。
【００８３】
[0083]  これは、イオンを引き出すことが可能なポイントまでビームパイプに沿ってイオンをプッシュすることが可能であり、結果としてイオンがビームパイプ内で費やす時間が少なくなるという理由で、有利である。
【００８４】
[0084]  ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波が延在するビームパイプは、アンジュレータモジュール内に配置することができる。
【００８５】
[0085]  ＲＦエバネセント電磁波又はビーティングＲＦ電磁波は、イオンをアンジュレータモジュールの反対側に向かってプッシュする電位を提供することができる。
【００８６】
[0086]  抽出電極は、アンジュレータモジュールのその反対側に提供可能である。
【００８７】
[0087]  電位は、およそ１ｍｓ以内に自由電子レーザからイオンを除去するのに十分な高い勾配を有することができる。
【００８８】
[0088]  当業者には容易に明らかであるように、上記又は下記に示される本発明の態様及び／又は特徴は、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。
【００８９】
[0089]  次に、本発明の実施形態を、添付の概略図を参照しながら単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】放射源及び複数のリソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムを示す概略図である。
【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を示す概略図である。
【図３】自由電子レーザを示す概略図である。
【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を示す概略図である。
【図５】光学システムを示す概略図である。
【図６】更なる自由電子レーザを示す概略図である。
【図７】実施形態に従った、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を示す概略図である。
【図８】図７の自由電子レーザ放射源の第１の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図９】図７の自由電子レーザ放射源の第１の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１０】図７の自由電子レーザ放射源の第１の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１１】図７の自由電子レーザ放射源の第１の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１２】図７の自由電子レーザ放射源の第２の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１３】図７の自由電子レーザ放射源の第２の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１４】図７の自由電子レーザ放射源の第２の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１５】図７の自由電子レーザ放射源の第２の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップのペアの進行を示す概略図である。
【図１６】図７の自由電子レーザ放射源の第２の動作モードに従った、ある時点での電子バンチ経路に沿った複数のクリアリングギャップの位置を示す概略図である。
【図１７】図７の自由電子レーザ放射源の第３の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップの進行を示す概略図である。
【図１８】図７の自由電子レーザ放射源の第３の動作モードに従った、電子バンチ経路に沿ったクリアリングギャップの進行を示す概略図である。
【図１９】クリアリングギャップの通過が他のクリアリングギャップと整合されていないケースにおいて、クリアリングギャップの通過中のＬＩＮＡＣモジュールにおける相対的なｒ．ｍ．ｓ．振幅勾配変動を示すグラフである。
【図２０】電子ビーム経路内の陽イオンの軌道に与える不規則な電子バンチの影響を示す概略図である。
【図２１】電子インジェクタの実施形態を示す概略図である。
【図２２】ドライブレーザによって発生したレーザパルスのセットが高速変調ユニット及びギャップ導入ユニットを介して移動する際の、レーザパルスのセットのエネルギーにおける変化を示すグラフである。
【図２３】最適電荷変調関数の例を示すグラフである。
【図２４】最適電荷変調関数の別の例を示すグラフである。
【図２５】準最適電荷変調関数の例を示すグラフである。
【図２６】ＲＦ電磁波注入装置を示す概略図である。
【図２７】電磁波注入装置を使用して発生するエバネセント電磁波の磁界強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
[0090]  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（主ビームとも呼ばれ得る）を発生させるように構成される。主放射ビームＢは複数の放射ビームＢ１〜Ｂ２０（分岐ビームとも呼ばれ得る）に分割され、その各々がビーム分割装置２０によってリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０のうちの異なる１つに向けて送られる。分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０は、主放射ビームＢから順番に分割され得、各分岐放射ビームは先行する分岐放射ビームから下流で主放射ビームＢから分割される。ビーム分割装置は、例えば各々が主放射ビーム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る、一連のミラー（図示せず）を備えることができる。
【００９２】
[0091]  分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０は、図１では、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０が主放射ビームＢの伝播方向にほぼ直角な方向に伝播するように、主放射ビームＢから分岐しているものと示されている。しかしながら、いくつかの実施形態ではその代わりに、分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０は、各分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０の伝播方向と主放射ビームの伝播方向との間の角度がほぼ９０度未満であるように、主放射ビームＢから分割することができる。これによって、主放射ビームＢが垂直より小さい入射角でミラーに入射するように、ビーム分割装置のミラーを配置することが可能になる。これによって、ミラーによって吸収される放射の量を有利に減少させ、更にそれによって、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。
【００９３】
[0092]  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、主ビームＢがその上で放射源ＳＯから受け取られる垂直レベルと、ほぼ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送ることができる。例えば主放射ビームＢは、地階又は１階垂直レベル上で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方に位置決めされ、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送ることができる。リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０は、複数の垂直レベル上に、また、リソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０によって受信されるためにビーム分割装置２０が分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を異なる垂直レベルに向けて送ることができるように、位置決めすることができる。
【００９４】
[0093]  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、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ように、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（すなわち、大気圧よりも低い異なる圧力で保持する）ことができる。
【００９５】
[0094]  図２は、図１に示された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、パターニングデバイスＭＡ上に入射する前にリソグラフィ装置ＬＡ１によって受け取られる分岐放射ビームＢ１を、調節するように構成される。投影システムＰＳは、分岐放射ビームＢ１（ここでマスクＭＡによってパターンが付与される）を基板Ｗ上に投影するように構成される。基板Ｗは予め形成されたパターンを含むことができる。その場合、リソグラフィ装置は、パターン付与された放射ビームＢ１を、基板Ｗ上に予め形成されたパターンと位置合わせする。
【００９６】
[0095]  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を通ってビーム分割装置２０から照明システムＩＬ内に渡される。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ために集束させることができる。
【００９７】
[0096]  照明システムＩＬは、切子面のある磁界ミラーデバイス１０及び切子面のある瞳ミラーデバイス１１を含むことができる。切子面のある磁界ミラーデバイス１０及び切子面のある瞳ミラーデバイス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から渡され、支持構造ＭＴによって保持されるパターニングデバイスＭＡ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を付与する。照明システムＩＬは、切子面のある磁界ミラーデバイス１０及び切子面のある瞳ミラーデバイス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未満とすることができる。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。
【００９８】
[0097]  パターニングデバイスＭＡから反射した後、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は放射ビームに減少係数を適用し、パターニングデバイスＭＡ上の対応するフィーチャよりも小さいフィーチャを備える像を形成することができる。例えば減少係数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。
【００９９】
[0098]  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を受け取り、分岐放射ビームをマスクＭＡに向けて送るように構成された、光学素子（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集め、結像センサでマスクの像を形成するように構成された、光学素子（例えば、ミラー）を更に含むことができる。結像センサで受け取られた像は、マスクＭＡの１つ以上の特性を決定するために使用可能である。マスク検査装置は、例えば、基板テーブルＷＴが結像センサに置き換えられた、図２に示されたリソグラフィ装置ＬＡ１と同様とすることができる。
【０１００】
[0099]  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つ以上の空中像測定システム（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を受け取り、マスクＭＡの１つ以上の特性を決定するために分岐放射ビームＢ１〜Ｂ２０を使用するように構成可能である。
【０１０１】
[00100]  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。
【０１０２】
[00101]  自由電子レーザは、まとまっ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、及び相対論的電子論のバンチが向けられる際に介する周期的磁界を備える。周期的磁界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発振経路をたどらせる。磁界によって生じた加速の結果として、電子は自発的に電磁放射を、通常は中心軸の方向に放射する。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。ある条件下では、この相互作用によって電子はマイクロバンチにまとまり、アンジュレータ内の放射の波長で変調され、中心軸に沿った放射のコヒーレントエミッタンスが誘発される。
【０１０３】
[00102]  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は代替としてインジェクタと呼ばれることもある。
【０１０４】
[00103]  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、例えばフォトカソード又は熱電子カソード及び加速電界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含むまとまった電子ビーム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が空けら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ように電子のバンチがそれらの間を通過する際に共通軸に沿って電磁界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、比較的大きな電磁界を高デューティサイクルで適用すること、ビームアパーチャを大きくし、結果として生じる航跡場による損失を少なくすること、及び、ビームに送られる少量の無線周波エネルギーを（キャビティ壁を介して消散されるのとは反対に）増加させることが可能になる。代替として、キャビティは通常通り電導性（すなわち、超電導性ではない）であり得、例えば銅から形成することができる。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はレーザ加速器を備えることができ、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、レーザビームの電界が電子を加速させる。
【０１０５】
[00104]  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に向けて送るように、相対論的電子ビームＥの軌道を変更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内に磁界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。磁界は、電子ビームＥの軌跡を変更させるように働く力を電子ビームＥにかける。電子ビームＥの軌跡は、線形加速器２２を離れると同時に、ステアリングユニット２３によって、電子をアンジュレータ２４に向けて送るように変更される。
【０１０６】
[00105]  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に力を加えるように構成された任意の他の種類の多極磁界配列のうちの、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に力を加えるようにステアリングユニット２３内に電界を作成するように構成された、１枚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、軌跡を変更するために電子ビームＥに力を加えるように動作可能な、任意の装置を備えることができる。
【０１０７】
[00106]  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に向けて送る。アンジュレータ２４は、周期的経路に沿って相対論的電子を誘導するように動作可能であるため、電子ビームＥは、コヒーレント放射のエミッタンスを誘発するようにアンジュレータ２４内の放射と相互作用することになる。一般に、アンジュレータ２４は、電子ビームＥに周期的経路をたどらせる周期的磁界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）を備えることが可能である。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、例えば隣接するセクションの１つ以上の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メカニズムを、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メカニズムは、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向上させ、放射のエミッタンスの誘発を増加させる。
【０１０８】
[00107]  電子はアンジュレータ２４を通って移動する際、アンジュレータ２４内の電磁放射の電界と相互作用し、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、条件が共振条件に近くない限りは高速で振動し、以下の式によって与えられ、
【数１】
0006774934.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はＡ＝１であるが、平面アンジュレータの場合は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が、この広がりは（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、典型的にはほぼ１であり、以下の式によって与えられ、
【数２】
0006774934.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、Ｂｏは周期的磁界の振幅であり、ｃは光の速度である。
【０１０９】
[00108]  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る第１の調和波長に等しい。自由電子レーザＦＥＬは、自己増幅自然エミッタンス（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内での電子バンチのエネルギー拡散が少ないことが必要である。代替として、自由電子レーザＦＥＬは、アンジュレータ２４内で誘発されるエミッタンス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。
【０１１０】
[00109]  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、共振条件に合致した時、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。
【０１１１】
[00110]  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、放射を放出（又は吸収）する際にエネルギーを失う（又は得る）ことになるため、共振条件はもはや満たされていない。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はテーパリングすることができる。すなわち、電子のバンチがアンジュレータ２４を通って誘導される際に、電子のバンチを共振又は共振の近くで維持するために、周期的磁界及び／又はアンジュレータ周期λｕの振幅は、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内の電子と放射との間の相互作用は、電子バンチ内に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なるエネルギー分布を有し得、テーパリングは、このピークエネルギーを伴う電子がアンジュレータ２４を通って誘導される際に、この電子を共振又は共振近くで維持するように配置可能である。有利なことに、アンジュレータのテーパリングは、変換効率を大幅に向上させるためのキャパシティを有する。テーパリングされたアンジュレータを使用することで、変換効率（すなわち、放射ビームＢ内で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倍以上向上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によって達成可能である。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界強度Ｂｏ、及び／又は、生成される放射の分極を定義するパラメータ（しばしばＡと示される）を、一致させることによって達成され得、共振条件又はこれに近いことを保証するために、アンジュレータジオメトリによって電子バンチエネルギーに対して定義され得る。このように共振条件に合致することで、放出される放射の帯域幅が増加する。
【０１１２】
[00111]  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放射を備え、またビーム分割装置２０（図１に示される）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。
【０１１３】
[00112]  図３に示された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、線形加速器２２を介して電子ビームＥ’を戻すように、アンジュレータ２４を離れた電子ビームＥ’の軌跡を変更する。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と同様であり得、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’の軌跡に影響を与えない。したがって、ステアリングユニット２５は、放射ビームＢ’から電子ビームＥ’の軌跡を減結合する。いくつかの実施形態において、電子ビームＥ’の軌跡は、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’の軌跡から減結合することができる。
【０１１４】
[00113]  第２のステアリングユニット２５は、アンジュレータ２４を離れた後の電子ビームＥ’を線形加速器２２に向けて送る。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内の加速場（例えば、無線周波磁界）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。線形加速器２２内の電子バンチと加速場との間の位相差により、電子を磁界によって減速させることになる。減速電子Ｅ’は、そのエネルギーの一部を線形加速器２２内の磁界に戻し、それによって、電子源２１から到達する電子ビームＥを加速させる磁界の強度を上昇させる。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２２内の電子バンチに（それらが線形加速器によって加速された時に）与えられたエネルギーの一部を回収する。こうした配置は、エネルギー回収ＬＩＮＡＣと呼ぶことができる。
【０１１５】
[00114]  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によって加速された電子ビームＥの軌跡から、線形加速器２２によって減速された電子ビームＥ’の軌跡を減結合するように動作可能である。これにより、減速された電子ビームＥ’をビームダンプ２６によって吸収させることが可能である一方で、加速された電子ビームＥはアンジュレータ２４に向けて送られる。
【０１１６】
[00115]  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とは別の、ステアリングユニット２３の上流で減速された電子ビームＥ’の軌跡から加速された電子ビームＥの軌跡を減結合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。
【０１１７】
[00116]  代替として、加速された電子ビームＥの軌跡は、ほぼ一定の磁界を発生させることにより、減速された電子ビームＥ’の軌跡から減結合することができる。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異により、２つの電子ビームの軌跡が一定の磁界によって異なる量だけ変更される。したがって２つの電子ビームの軌跡は、互いに減結合されることになる。
【０１１８】
[00117]  ビームダンプ２６は、例えば大量の水、又は、高エネルギー電子衝撃による放射性同位体発生に関して高いしきい値を備える材料を含むことができる。例えばビームダンプ２６は、放射性同位体発生に関するしきい値がほぼ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’がビームダンプ２６上に入射される前に、これを減速させることによって、電子がビームダンプ２６によって吸収される時に有するエネルギーの量が削減される。これにより、誘起放射とビームダンプ２６内で生成される２次粒子とのレベルを減少させる。これにより、ビームダンプ２６からの放射性廃棄物の除去及び処分の必要性が取り除かれるか、又は少なくとも低減される。放射性廃棄物の除去には自由電子レーザＦＥＬを定期的に停止することが必要であり、放射性廃棄物の処分には費用が掛かり、環境に重大な影響を与える可能性があるため、これは有利である。
【０１１９】
[00118]  減速器として動作する場合、線形加速器２２は、電子Ｅ’のエネルギーをしきい値エネルギーより下まで減少させるように動作可能である。このエネルギーがしきい値より下の電子は、ビームダンプ２６内にいかなる重大なレベルの放射能も誘起させ得ない。
【０１２０】
[00119]  いくつかの実施形態において、線形加速器２２とは分離された減速器（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、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れることが可能である。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前に、電子ビームＥ’に減速器を通過させることができる。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を通過しなくてもよく、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てもよい。
【０１２１】
[00120]  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。バンチ圧縮器は、線形加速器２２の下流又は上流に配設することができる。バンチ圧縮器は、電子を電子ビームＥ内にまとめ、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タイプのバンチ圧縮器は、電子ビームＥに並行に向けられる加速場を備える。電子ビームＥ内の電子は、提供される場と相互作用し、付近の他の電子とまとまる。バンチ内の電子に与えられるエネルギー差は、非相対論的ケースに対して異なる伝播時間に変換される。したがって、こうしたバンチ圧縮器からある一定の距離にあるビームを、縦方向に圧縮することができる。別のタイプのバンチ圧縮器は磁気シケインを備え、ここで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、その電位が例えば無線周波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することができる。
【０１２２】
[00121]  アンジュレータの利得長さは、光増幅の特徴的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たバンチ内の高い電荷密度を用いて短くなる。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関するバンチエミッタンス劣化率は上昇する。すなわち、正規化されたエミッタンスはビームライン内のメートル当たりの伝播を伸ばし、航跡場及びコヒーレントシンクロトロン放射によるより高い損失は、より短いバンチに関連付けられる。したがって、ステアリングユニット２３とアンジュレータ２４との間にバンチ圧縮器を置くことが最も有益であり得る。
【０１２３】
[00122]  図３に示される自由電子レーザＦＥＬは建造物３１内に収納されている。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内で発生する放射をほとんど透過させ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、例えば鉛などの放射線遮へい材料、並びに／あるいは、中性子及び／又は他の放射タイプを吸収するように構成された他の材料を、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は、有利なことに、建造物３１の壁の厚みを減少させることができる可能性がある。しかしながら、放射線吸収材料を壁に付加することは、建造物３１の建設費用を増加させる可能性がある。放射線を吸収するために建造物３１の壁に付加できる相対的に安価な材料は、例えば、地層とすることができる。
【０１２４】
[00123]  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、自由電子レーザＦＥＬによって発生する放射線が建造物３１の下の地面を汚染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の基礎及び／又は土台に放射線遮へい材料を提供することが可能であるか、又は建造物３１の下の地下水を放射線が汚染するの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の外部の一部を取り囲むこと、並びに建造物３１の下にあることが可能である。したがって、放射線が建造物３１を取り囲む地下水を汚染するのを防止するために、建造物３１の外部周辺に放射線遮へいを提供することができる。
【０１２５】
[00124]  建造物３１の外部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、放射線遮へいを建造物３１の内部に提供することもできる。例えば、大量の放射線を放出する自由電子レーザＦＥＬの部分に最も近い場所で、建造物３１の内部に放射線遮へいを提供することができる。
【０１２６】
[00125]  建造物３１は、幅Ｗ及び長さＬを有する。建造物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。
【０１２７】
[00126]  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。線形加速器２２の所与の長さは、例えば、電子がアンジュレータ２４内でＥＵＶ放射を放出するのに十分な高いエネルギーまで電子ビームＥを加速させるために必要な可能性がある。例えば線形加速器２２は、約４０メートルより大きい長さを有し得る。いくつかの実施形態において、線形加速器２２は約８０メートルまでの長さを有し得る。追加として、アンジュレータ２４の所与の長さは、アンジュレータ２４内のコヒーレント放射のエミッタンスを誘発させるために必要な可能性がある。例えばアンジュレータ２４は、約４０ｍより大きい長さを有し得る。いくつかの実施形態において、アンジュレータ２４は約６０メートルまでの長さを有し得る。
【０１２８】
[00127]  ループの幅は、ステアリングユニット２３が電子ビームＥの軌跡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内の電子ビームＥの湾曲の半径は、例えば電子ビームＥ内の電子の速度、及びステアリングユニット２３内で発生する磁界の強度に依存し得る。ステアリングユニット２３内で発生する磁界の強度の増加は、電子ビームＥの湾曲の半径を減少させる一方で、電子の速度の増加は電子ビームＥの湾曲の半径を増加させる。ステアリングユニット２３を通る電子ビーム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を通る電子ビーム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を通る電子ビームＥの湾曲の半径はおよそ７ｍとすることができる。
【０１２９】
[00128]  電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬをたどるループ３２は、約６０メートルよりも大きい長さ３３を有し得る。いくつかの実施形態において、ループ３２は約１２０メートルまでの長さ３３を有し得る。ループ３２は、約１２メートルよりも大きい幅３５を有し得る。いくつかの実施形態において、ループ３２は約２５メートルまでの幅３５を有し得る。
【０１３０】
[00129]  建造物３１は他の構成要素を収納することもできる。例えば、電力を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の他の構成要素に供給する電気構成要素を包含する電気キャビネット３７を、建造物３１内に収納することができる。図３に示されるように、アンジュレータ２４に極めて接近して電気キャビネット３７を提供することが有利であり得る。しかしながら、電気キャビネット３７は、自由電子レーザＦＥＬの構成要素に対して他の位置に位置決めすることができる。
【０１３１】
[00130]  追加として、自由電子レーザＦＥＬの構成要素に極低温冷却を提供するように構成された装置を包含する極低温冷却キャビネット３９を、建造物３１内に収納することができる。極低温冷却は、例えば線形加速器２２に提供可能であり、線形加速器２２の超電導キャビティを冷却することができる。極低温冷却キャビネット３９を線形加速器２２に極めて接近して提供することが有利であり得る。これにより、極低温冷却キャビネット３９と線形加速器２２との間のいかなるエネルギー損失をも減少させることができる。
【０１３２】
[00131]  電気キャビネット３７及び極低温冷却キャビネット３９を、（図３に示されるように）電子ビームＥが自由電子レーザＦＥＬをたどるループ３２の外側に提供することが望ましい場合がある。キャビネット３７、３９をループ３２の外側に提供することで、例えばキャビネット３７、３９の内部に収納されている構成要素を監視、制御、保守、及び／又は修理するために、キャビネットに容易にアクセスできる可能性がある。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、建造物３１内に自由電子レーザＦＥＬの構成要素を収納するために必要な、建造物３１の最小幅Ｗを増加させる可能性がある。建造物３１は、建造物３１の寸法も決定する可能性がある、図３に示されていない他の構成要素も収納可能である。
【０１３３】
[00132]  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、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、電気キャビネット３７及び極低温冷却キャビネット３９を遮へいすることができる。これにより、キャビネット３７、３９内の構成要素が放射線によって損傷されるのを保護し、自由電子レーザＦＥＬが動作中である間に、保守作業員が危険レベルの放射線にさらされることなくキャビネット３７、３９にアクセスすることができる。
【０１３４】
[00133]  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から遮へいされている間に、電子ビームが自由電子レーザＦＥＬをたどるループ３２と同じ建造物３１内に収納されているものとして示される。キャビネット３９内に収納された極低温冷却構成要素は、自由電子レーザＦＥＬの構成要素に伝達される可能性のある振動を発生させる可能性があり、振動に敏感な自由電子レーザＦＥＬの構成要素に悪影響を与える可能性がある。極低温冷却構成要素によって発生する振動が自由電子レーザの敏感な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が収納される建造物３１の部分を、敏感な構成要素が収納される建造物の部分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は、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が収納される建造物３１の部分は、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が収納される建造物の部分に対して、別の土台を有することができる。
【０１３５】
[00134]  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は、建造物３１とは別の１つ以上の建造物内に収納することができる。これによって、電子ビームＥによって発生する放射線からキャビネット３７、３９が遮へいされること、及び、自由電子レーザＦＥＬの敏感な構成要素が極低温冷却キャビネット３９から機械的に隔離されることを、保証することができる。
【０１３６】
[00135]  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から出力された放射ビームＢ’をリソグラフィシステムＬＳのビーム分割装置２０に向けて送るように構成された専用光学構成要素を含む、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（透過性構成要素ではなく）反射性光学構成要素が一般に使用される。光学システムの専用光学構成要素は、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による受け入れに好適なように、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に適合可能である。
【０１３７】
[00136]  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信す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。
【０１３８】
[00137]  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’内に収納される。第２の自由電子レーザＦＥＬ”は、第２の建造物３１”内に収納される。
【０１３９】
[00138]  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、主放射ビームＢを出力するように配置された、複数の光学素子（例えば、ミラー）を備える。第１及び第２の両方の自由電子レーザが動作している時点で、主放射ビーム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。
【０１４０】
[00139]  ２つの自由電子レーザが主放射ビームＢを形成するために放射ビームＢ’、Ｂ”を提供するように配置された、図４に示される配置構成によって、放射がリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０に連続的に提供されている間に、自由電子レーザのうちの１つをオフにすることができる。例えば自由電子レーザ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、例えば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。このイベントで、他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イベントでは、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主放射ビーム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の動作を続行することができる。
【０１４１】
[00140]  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（図１を参照）によって受け取られる。
【０１４２】
[00141]  光学システム４０は、第１の１つの自由電子レーザＦＥＬ’に関連付けられた第１及び第２の光学素子１３２、１３４と、第２の１つの自由電子レーザＦＥＬ”に関連付けられた第１及び第２の光学素子１３６、１３８との、４つの光学素子を備える。光学素子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変更するように配置される。
【０１４３】
[00142]  特に、第１の光学素子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ように働く。図５では、第１の光学素子１３２、１３６はｘ−ｙ面でほぼ平坦に見えるが、この面及びｚ方向の両方で凸状であり得る。第１の光学素子１３２、１３６は凸状であるため、ＥＵＶ放射ビームＢ’、Ｂ”の発散を増加させ、それによって、それらの下流のミラーにかかる熱負荷を減少させる。したがって第１の光学素子１３２は、第１の自由電子レーザＦＥＬ’から受け取る放射ビームＢ’の断面積を増加させるように配置される発散光学素子である。第１の光学素子１３６は、第２の自由電子レーザＦＥＬから受け取る放射ビームＢ”の断面積を増加させるように配置される発散光学素子である。これにより、下流のミラーを冷却の少ない低仕様のミラーにすることが可能であり、したがって安価である。追加又は代替として、下流のミラーを垂直入射により近くすることができる。実際に、放射源ＳＯによって出力される放射ビームＢは、ビームＢの経路内に連続して配置された複数の連続する静止ナイフエッジミラーによって分割することができる。ビームＢのサイズを増加させる（例えば、第１の光学素子１３２、１３６として凸面ミラーを用いることによって）ことで、ビームＢ経路内にミラーをロケートする際に必要な精度を減少させる。したがって、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。
【０１４４】
[00143]  第２の光学素子１３４、１３８は凹状であり、第２の光学素子１３４、１３８を離れるビームがほぼゼロ発散を有するように、第１の光学素子を形状的に補完するものである。したがって、第２の光学素子１３４、１３８の下流では、ビームはほぼ平行になる。ここでも、図５では第２の光学素子１３４、１３８はｘ−ｙ面でほぼ平坦であるように見えるが、実際にはこの面及びｚ方向の両方で凹状である。
【０１４５】
[00144]  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場合がある。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ための円形ビームにとって、矩形型が好ましい場合がある。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、光学素子１３２、１３４、１３６、１３８は、放射ビームＢ’、Ｂ”の断面形状を変更するように働くことができる。特に、光学素子１３２、１３４、１３６、１３８は非点収差又は非球面であってよく、第２の光学素子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”よりもより矩形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。例えば光学素子は、第２の光学素子１３４、１３８を離れるビームＢ’、Ｂ”が一般に矩形であるが角が丸いような形状とすることができるが、他の形状も可能である。こうした矩形形状の２次元は、例えばｘ−ｙ面及びｚ方向などの２つの垂直方向で光学素子の湾曲の半径に関係し得る。有利なことに、これによって、出力放射ビームＢを、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、同一又は少なくとも極めて同様にすることができる。これは、製造の観点から特に有益である。
【０１４６】
[00145]  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はそれらの放射ビームＢ’、Ｂ”を組み合わせて複合放射ビームＢを形成するように動作可能である。この実施形態において、これは、第２の光学素子１３４、１３８を離れるビームＢ’、Ｂ”がどちらも互いに隣接し、相互に並行であるように、第１の自由電子レーザＦＥＬ’の第１及び第２の光学素子１３２、１３４を、第２の自由電子レーザＦＥＬ”のそれら１３６、１３８からｘ方向にオフセット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の光学素子１３２、１３４は、第２の自由電子レーザＦＥＬ”のそれら１３６、１３８の「下流」（レーザビームＢ’、Ｂ”の伝播方向に関して）に配設される。
【０１４７】
[00146]  こうした配置において、光学システム４０は、２つの放射ビームＢ’、Ｂ”を組み合わせて複合放射ビームを形成す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に示された以外で実装可能であることを理解されよう。
【０１４８】
[00147]  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”の外に伝播されるのをほぼ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に収納することで、一方の自由電子レーザが動作を続行している間に、他方の自由電子レーザで保守及び／又は修理を安全に実施することができる。例えば、第１の自由電子レーザＦＥＬ’が修理されるか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’の動作を停止することができる。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、第２の自由電子レーザＦＥＬ”の動作のために、第２の建造物３１”内で放射が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より、危険レベルの放射線が第２の建造物３１”を出ることはなく、第１の建造物３１’に入ることもない。したがって、保守作業員は、第１の自由電子レーザＦＥＬ’を修理するか又は保守を実施するために、第１の建造物に安全に入ることができる。
【０１４９】
[00148]  電子ビームからのイオンの雲による集束がバンチ特性を劣化させ、アンジュレータ内の変換効率を低下させるため、電子ビームからのイオンをクリアリングできるように、一連の電子バンチ内にクリアリングギャップが提供される、マルチＬＩＮＡＣ、マルチパスＦＥＬの放射源が提供されることが、実施形態の特徴である。整合されたクリアリングギャップが提供される、実施形態に従った２パスＦＥＬレーザについて説明する前に、単一パスＦＥＬ放射源の更なる例を、図６を参照しながら簡単に説明する。
【０１５０】
[00149]  図６の単一パスＦＥＬ放射源は図３のそれと同様であり、インジェクタ２２１の形の電子源、インジェクタ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構成要素２１９、一連のＬＩＮＡＣモジュールを含むＬＩＮＡＣ２２２、アンジュレータ２２４、並びに、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に向けて送るためのデマージャ構成要素２２５を含む。放射源は、インジェクタ２２１から、ＬＩＮＡＣ２２２を通ってここで加速され、アンジュレータ２２４を通り、ＬＩＮＡＣ２２２に戻ってここで減速された後、ダンプ２２６に達する、電子バンチ経路２２７に沿って電子バンチを送るように動作可能な、図６に示されていないステアリングユニットも含む。
【０１５１】
[00150]  図６の単一パスＦＥＬ放射源２２０の構成要素の各々は、図３の放射源の対応する構成要素と同様又は同一であり、どちらの放射源も同様に動作する。
【０１５２】
[00151]  ＦＥＬ放射源２２０の動作中、各電子バンチは加速位相中に１回、減速位相中に１回、ＬＩＮＡＣ２２２を通過するため、ＦＥＬ放射源は単一パスＦＥＬ放射源と呼ばれることがある。
【０１５３】
[00152]  たとえ加速位相中の電子バンチのエネルギーの増加が、主として電子バンチがＬＩＮＡＣを通過する間に発生することが理解されるとしても、このケースでの電子バンチの加速位相は、電子バンチが最初にＬＩＮＡＣ２２２に入った時からアンジュレータ２２４に入るまでの電子バンチの通行を含むものと見なすことができる。たとえ減速位相中の電子バンチのエネルギーの減少が、主として電子バンチがＬＩＮＡＣ２２２を通過する間に発生することが理解されるとしても、このケースでの電子バンチの減速位相は、電子バンチがアンジュレータ２２４を出てから最後にＬＩＮＡＣ２２２から出るまでの電子バンチの通行を含むものと見なすことができる。
【０１５４】
[00153]  源による電子バンチの生成が、電子バンチ間のより長い周期的ギャップを含むように制御されることが、図６の放射源の特徴であり、それらのより長い周期的ギャップはクリアリングギャップと呼ぶことができる。クリアリングギャップのない電子バンチも、クリアリングギャップ周期よりも小さい周期で、周期的に間隔を空けられる。
【０１５５】
[00154]  図６の放射源２２０は、クリアリングギャップの存在がＬＩＮＡＣ２２２のエネルギー回収動作を大幅に阻止しないように、加速位相にある電子バンチ間の各クリアリングギャップが、減速位相にある電子バンチ間のクリアリングギャップと同時にＬＩＮＡＣ２２２を通過するように、動作するように構成可能である。図６のような単一パスＦＥＬ放射源の場合、ＬＩＮＡＣ２２２でクリアリングギャップを重複させるために、クリアリングギャップが一定のレートで提供されること、及びクリアリングギャップの反復レートがＮ／ｔにほぼ等しいことを要求すれば十分であり、Ｎは整数であり、ｔは電子が単一ループを移動するため（例えば、マージャ構成要素２１９からマージャ構成要素２１９に戻るまで）の時間であり、ｔ＝Ｌ／ｃであって、Ｌはループの長さであり、ｃは電子バンチの平均速度であって、光の速度に近い。
【０１５６】
[00155]  単一パスではなく２パス構成に目を向けると、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。
【０１５７】
[00156]  図７の２パスの分割加速ＦＥＬ放射源２４０は、インジェクタ２４１の形の電子源、インジェクタ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構成要素２３９、各々が一連のＬＩＮＡＣモジュールを含むＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂのペア、アンジュレータ２４４、並びに、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に向けて送るためのデマージャ構成要素２４５を含む。放射源は、電子バンチ経路２４７に沿って電子バンチを送るように動作可能な、図６に示されていないステアリングユニットも含む。
【０１５８】
[00157]  図７の単一パスＦＥＬ放射源２４０の構成要素の各々は、図３又は図６のＦＥＬ放射源の対応する構成要素と同様又は同一である。放射源２４２は、加速バンチと減速バンチとの間でエネルギーが効果的に交換され、ＬＩＮＡＣがエネルギー回収ＬＩＮＡＣとして動作するように、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂの各々について、加速及び減速の電子バンチはＬＩＮＡＣをほぼ同時に通過するが、ｒ．ｆ．磁界に対して１８０度位相外れであるように、動作するように構成される。
【０１５９】
[00158]  ＦＥＬ放射源２４０の動作中、各電子バンチは加速位相中に２回、減速位相中に２回、ＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂの各々を通過するため、ＦＥＬ放射源は２パスＦＥＬ放射源と呼ばれることがある。
【０１６０】
[00159]  たとえ加速位相中の電子バンチのエネルギーの増加が、主として電子バンチがＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂを通過する間に発生することが理解されるとしても、このケースでの電子バンチの加速位相は、電子バンチが最初にＬＩＮＡＣ２４２ａに入った時からアンジュレータ２４４に入るまでの電子バンチの通行を含むものと見なすことができる。たとえ減速位相中の電子バンチのエネルギーの減少が、主として電子バンチがＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂを通過する間に発生することが理解されるとしても、このケースでの電子バンチの減速位相は、電子バンチがアンジュレータ２４４を出てから最後にＬＩＮＡＣ２４４ａから出るまでの電子バンチの通行を含むものと見なすことができる。
【０１６１】
[00160]  電子バンチ経路２４７は図７に概略的に示され、インジェクタ２４１を離れる電子バンチのための電子バンチ経路２４７上の逐次ポイントは、参照番号ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８によって示される。図７の経路２４７をａ１からａ８までのポイントを介してたどることによって理解できるように、電子バンチはａ１からａ８の間を進み、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、電子バンチ経路は、各電子バンチが同じポイントを複数回通過するようないくつかのループを含む。
【０１６２】
[00161]  図７の装置を通る電子バンチの逐次的進行は、図８を参照しても理解可能であり、最初に第１のＬＩＮＡＣ２４２ａに入ることを示すポイントＡから、最後に第１のＬＩＮＡＣ２４２ａから出ることを示すポイントＪまでの、電子バンチの進行を示している。ポイントＡからポイントＩ（アンジュレータ２４４への入口）までの電子バンチの進行は、電子バンチの加速位相とも呼ぶことができ、ポイントＪ（アンジュレータからの出口）からポイントＲまでの電子バンチの進行は、電子バンチの減速位相とも呼ぶことができる。
【０１６３】
[00162]  クリアリングギャップが電子バンチシーケンス内に提供されること、並びに、動作中、複数のＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂの各々について、周囲の電子バンチをその加速位相内に有するバンチシーケンス内のクリアリングギャップと、周囲の電子バンチをその減速位相内に有するバンチシーケンス内の更なるクリアリングギャップとが、ＬＩＮＡＣを通過中に整合されるように、クリアリングギャップのタイミングが電子源によって制御されることが、図７の実施形態の特徴である。電子バンチは、周期シーケンスで提供可能であり、クリアリングギャップは、いくつかのケースで周期シーケンスからの欠落バンチを表すものと見なされ得る。各電子バンチは、パルスレーザのフラッシュによって照らされた時に、電子源のフォトカソードから抽出される。クリアリングギャップ又は欠落バンチは、レーザ照明を一時的に抑えることによって電子ビームを中断することによって取得できる。これは例えば、偏光フィルタと組み合わせてレーザの分極を回転させる１つ又はいくつかのポッケルセルによって、及び／又はレーザの振幅を適切に作動させることによって実行可能である。実際には、欠落バンチは依然としていくつかの電子を含む場合があり、多くの実施形態のように、使用される光学及び電気構成要素を用いて、連続するバンチの間にフル電荷バンチから厳密にゼロ電荷状態に切り替えることは不可能である。したがってクリアリングギャップ又は欠落バンチは、イオンクリアリングが十分に可能なシーケンスの通常バンチに比べて、電荷が減少したバンチとすることができる。
【０１６４】
[00163]  図７の実施形態は、クリアリングギャップのうちの１つが（そのギャップの周囲のバンチに関する加速位相又は減速位相のうちの一方で）ＬＩＮＡＣ内に存在するごとに、対応するクリアリングギャップも（ギャップの周囲のバンチに関する加速位相又は減速位相のうちの他方で）ＬＩＮＡＣ内に存在するように、及び、クリアリングギャップが動作するように構成され、クリアリングギャップは、対応する加速電子バンチ及び減速電子バンチ（例えば、クリアリングギャップの境界を画定する少なくとも直前及び直後の電子バンチ）を位相外れで維持し、それによって、クリアリングギャップが存在するにもかかわらず、最小限の電界勾配変動でＬＩＮＡＣのエネルギー回収動作を維持するように整合される。クリアリングギャップは、ＬＩＮＡＣを通過する間、全体的又は部分的に重複可能である。
【０１６５】
[00164]  アンジュレータを備える２パスエネルギー回収ＬＩＮＡＣシステムに好適な整合クリアリングギャップシーケンスの設計は、図７のように複雑である。次に、実施形態に従った、図７の装置の動作モードに好適なクリアリングギャップシーケンスを、図８から図１８を参照しながら説明する。
【０１６６】
[00165]  図８から図１１を参照しながら説明する第１の動作モードでは、どの時点でもＡからＪの間のポイント間の電子バンチ経路に沿ったポイントで、２つ又は３つのいずれかのクリアリングギャップが装置２４０内に存在する。図８は、その減速位相の終わりにＬＩＮＡＣ２４２ａに存在するクリアリングギャップ２５０、その加速位相の初めにも第１のＬＩＮＡＣ２４２ａに存在するクリアリングギャップ２５２、及びアンジュレータ２４４に同時に存在する更なるクリアリングギャップ２５４を示す。加速位相にあるクリアリングギャップへの言及は、周囲の電子バンチのうちの少なくとも１つが加速位相にあるクリアリングギャップへの言及として理解することが可能であり、同様に、減速位相にあるクリアリングギャップへの言及は、周囲の電子バンチのうちの少なくとも１つが減速位相にあるクリアリングギャップへの言及として理解することが可能である。
【０１６７】
[00166]  図９から図１１は、その後の時点で、電子バンチ経路２５７上のそれぞれの同時位置でのクリアリングギャップ２５２、２５４の各々を示す。クリアリングギャップ２５２のうちの一方がＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂのうちの１つを通過するごとに、クリアリングギャップ２５４のうちの他方がそのＬＩＮＡＣ内に同時に存在することがわかる。
【０１６８】
[00167]  以下の条件が実質上満たされるようなアンジュレータ２４４を含むビーム経路２４７内に（例えば１つのケースで図８に示されるような）ポイントＺが存在する場合、
ＺＫ＝ＢＣ
ＤＥ＝ＬＭ
ＦＧ＝ＮＯ
ＨＺ＝ＰＱ
及び、クリアリングギャップがＡＺ／ｃ当たり１にほぼ等しい一定レートで供給される場合、図８から図１１に示されたクリアリングギャップ（正確な縮尺ではない）の整合を提供するためのクリアリングギャップシーケンスが提供され、ここでｃはバンチ経路に沿った電子バンチの平均速度であり、
Ａは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａへの入口であり、
Ｂは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
Ｃは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂへの入口であり、
Ｄは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその加速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
Ｅは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａへの入口であり、
Ｆは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
Ｇは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂへの入口であり、
Ｈは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその加速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
Ｉは、アンジュレータへの入口であり、
Ｊは、アンジュレータからの出口であり、
Ｋは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂへの入口であり、
Ｌは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂからの出口であり、
Ｍは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａへの入口であり、
Ｎは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその減速位相における電子バンチの第１のパスのための、ＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
Ｏは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂへの入口であり、
Ｐは、第２のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第２のＬＩＮＡＣ２４２ｂからの出口であり、
Ｑは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａへの入口であり、
Ｒは、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａを通るその減速位相における電子バンチの第２のパスのための、第１のＬＩＮＡＣ２４２ａからの出口であり、
ＺＫは、電子バンチ経路に沿ったポイントＺとＫの間の距離であり、ＢＣは、電子バンチ経路に沿ったポイントＢとＣの間の距離、などである。
このケースでは、経路等式（例えば、ＺＫ＝ＢＣ）は、ＺからＫ及びＢからＣの電子バンチの移動時間が、約＋／−ΔＬ／４の精度内で一致することを意味し得、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。こうした精度では、性能指数（加速勾配の公称からの偏差に、こうした偏差の持続時間をかける）は、非整合クリアリングギャップのケースの約１０分の１であり、これはギャップ持続時間が５００ｎｓより小さいという条件で、本実施形態では十分である。同時に、経路長さは、約１８０度までの加速バンチ及び減速バンチの位相の差異を保持するように正確であるべきである。代替の実施形態では、条件は同じであるが、クリアリングギャップはより高いレートで供給され、ギャップの反復レートはＡＺ／ｎｃ当たり１にほぼ等しいレートであり、ここでｃはバンチ経路に沿った電子バンチの平均速度であり、ｎは整数である。
【０１６９】
[00168]  第１の動作モードに従ってクリアリングギャップの整合を提供するための上記段落で示した条件が精密にまとめられた場合、実際に、実構成要素の許容差及び変動の影響を受け、加速位相及び減速位相でのクリアリングギャップのマッチングは、クリアリングギャップの先行する（及び後続の）電子バンチが、ＬＩＮＡＣを通過中にｒ．ｆ．磁界に対して精密に１８０度位相外れであるように整合されるため、ＬＩＮＡＣのｒ．ｆ．キャビティ内の電界勾配の変動を最小限にし、ＬＩＮＡＣの最適なエネルギー回収動作を維持する。
【０１７０】
[00169]  条件が逸脱している場合、加速位相及び減速位相におけるマッチングクリアリングギャップは、クリアリングギャップの先行（及び後続）電子バンチを、精密に１８０度位相外れからシフトさせるが、クリアリングギャップがまったく整合されていないケースに比べて、ＬＩＮＡＣのｒ．ｆ．キャビティ内の電界勾配の変動を依然として削減することが可能である。
【０１７１】
[00170]  ポイントＡからＲ及びＺは図８にのみ示されており、図９から図１６には示されていないが、それらのポイントは図８上に示されたと同じ図９から図１６上の位置にあることが理解されよう。
【０１７２】
[00171]  図１２から図１６に概略的に示された第２の動作モードにおいて、クリアリングギャップは、図８から図１１に示された第１の動作モードよりも高い反復レートで提供されており、どの時点でもＡからＪの間のポイント間の電子バンチ経路に沿って、８つ又は９つのいずれかのクリアリングギャップが装置２４０内に存在する。
【０１７３】
[00172]  図１２から図１５は、明確にするために１ペアのクリアリングギャップ２６０、２６２のみの進行を示し、図１４では更なるクリアリングギャップ２６４がシーケンスにジョインしている。第１の動作モードと同じように、クリアリングギャップ２６０のうちの１つがＬＩＮＡＣ２４２ａ、２４２ｂのうちの１つを通過するごとに、クリアリングギャップ２６２又は２６４のうちの別の１つがそのＬＩＮＡＣ内に同時に存在することがわかる。同じことが、第２の動作モードに従い電子バンチ経路に沿って同時に存在するクリアリングギャップの他のペア（明確にするために、図１２から図１５には図示せず）にも適用される。図１６は、第２の動作モードの場合、ある時点で電子バンチ経路に沿って同時に存在する９つすべてのクリアリングギャップを示す。
【０１７４】
[00173]  以下の条件が実質上満たされるようなアンジュレータ２４４を含むビーム経路２４７内にポイントＺが存在する場合、
ＡＣ＝ＣＥ＝ＥＧ＝ＧＺ＝ＺＫ＝ＫＭ＝ＭＯ＝ＯＱ
及び、クリアリングギャップが、ＡＣ／ｃにほぼ等しい一定のレートで供給される場合、図１２から図１６に示される第２の動作モードに従ってクリアリングギャップの整合を提供するために、クリアリングギャップシーケンスが提供される。いくつかのケースでは、ＢＣ＝ＮＯ及びＤＥ＝ＰＱも可能である。このケースでは、経路等式（例えば、ＡＣ＝ＣＥ）は、ＡからＣ及びＣからＥの電子バンチの移動時間が、約＋／−ΔＬ／４の精度内で一致することを意味し得、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。代替の実施形態では、条件は同じであるが、クリアリングギャップはより高レートで供給され、ギャップの反復レートはＡＣ／ｎｃ当たり１にほぼ等しく、ここでｃはバンチ経路に沿った電子バンチの平均速度であり、ｎは整数である。
【０１７５】
[00174]  第１の動作モードのケースと同様に、第２の動作モードに従ってクリアリングギャップの整合を提供するための上記段落で示した条件が精密にまとめられた場合、実際に、実構成要素の許容差及び変動の影響を受け、加速位相及び減速位相でのクリアリングギャップのマッチングは、先行する（及び後続の）電子バンチが、ＬＩＮＡＣを通過中にｒ．ｆ．磁界に対して精密に１８０度位相外れであるように整合されるため、ＬＩＮＡＣのｒ．ｆ．キャビティ内の電界勾配の変動を最小限にし、ＬＩＮＡＣの最適なエネルギー回収動作を維持する。
【０１７６】
[00175]  条件が逸脱している場合、加速位相及び減速位相におけるマッチングクリアリングギャップは、クリアリングギャップの先行（及び後続）電子バンチを、精密に１８０度位相外れからシフトさせるが、クリアリングギャップがまったく整合されていないケースに比べて、ＬＩＮＡＣのｒ．ｆ．キャビティ内の電界勾配の変動を依然として削減することが可能である。
【０１７７】
[00176]  第３の動作モードが、クリアリングギャップ２７０、２７２、２７４、２７６、２７８の進行を示す図１７及び図１８に概略的に示されている。塗りつぶされた円は、加速バンチ間に存在するクリアリングギャップを示し、白抜きの円は減速バンチ間に存在するクリアリングギャップを示し、斜線が引かれた円は加速でも減速でもないバンチ間に存在するクリアリングギャップを示す。
【０１７８】
[00177]  以下の条件が実質上満たされるようなアンジュレータ２４４を含むビーム経路２４７内にポイントＺが存在する場合、
ＡＣ＝ＥＧ＝ＺＫ＝ＭＯ、及び
ＣＥ＝ＧＺ＝ＫＭ＝ＯＱ
図１７及び図１８に示される第３の動作モードに従ってクリアリングギャップの整合を提供するために、クリアリングギャップシーケンスが提供され、バンチ反復レートはＡＥ／ｃ当たり１であり、ここでｃは電子バンチの平均速度である。このケースでは、２つの経路についての経路等式（例えば、ＡＣ＝ＥＧ）は、経路のうちの一方（例えば、ＡからＣ）及び経路のうちの他方（例えば）についての電子バンチの移動時間が、約＋／−ΔＬ／４の精度と同じであることを意味し得、ここでΔＬはクリアリングギャップ持続時間である。代替の実施形態では、条件は同じであるが、クリアリングギャップはより高レートで供給され、ギャップの反復レートはＡＥ／ｎｃ当たり１にほぼ等しく、ここでｃはバンチ経路に沿った電子バンチの平均速度であり、ｎは整数である。
【０１７９】
[00178]  説明した各動作モードは、例えばクリアリングギャップの反復レートを２倍、３倍、又は任意の他の好適な整数倍にすることで、自由電子レーザ放射源内を移動するより多くの数のバンチに拡張可能である。また、アンジュレータを含むループは、（前述のように）２つ以上のバンチを含むことが可能であるが、ループの長さ（第２のＬＩＮＡＣの始めからアンジュレータを通り、再度第２のＬＩＮＡＣの始めまでを測定）は、説明したケースのＮ倍長いものとし、ここでＮは整数である。
【０１８０】
[00179]  第１、第２、及び第３の動作モードは各々、第１及び第２のＬＩＮＡＣのＬＩＮＡＣモジュール内に、必要なパターンのクリアリングギャップの重複を提供する。それらの間の差異は、クリアリングギャップの反復レート、及び、装置のエネルギー回収ＬＩＮＡＣ内に同時に存在するクリアリングギャップの数である。
【０１８１】
[00180]  異なるレートのクリアリングギャップ反復についてのイオン安定性の調査を受けて、より低い反復レートが有利であり得る（交互に与える負荷に応答して、インジェクタ２４１のブースタ構成要素の加速勾配の変動が、十分に補償され得るという条件で）ことがわかった。この利点は、同じデューティサイクル及びクリアリングギャップのより低い反復レートを用いた場合、ドリフト時間イオンはビーム増加をクリアしなければならないという観察から理解され得る。
【０１８２】
[00181]  代替の実施形態では、図７の装置のエネルギー回収ＬＩＮＡＣにおける加速位相及び減速位相において、クリアリングギャップが同時に存在する、他のクリアリングギャップシーケンスが可能であることを理解されよう。しかしながら、図８から図１８に関して説明した動作モードのクリアリングギャップシーケンスは、少なくともいくつかの他の好適なクリアリングギャップシーケンスよりも少ない反復レートを有する。他のシーケンス（より多くの数のバンチが、アンジュレータ２４４を含むループ内を移動する）が可能であるが、最適でない場合がある。
【０１８３】
[00182]  図８から図１６に関して上述した動作モードについての条件を詳述してきた。他の動作パラメータ、例えば、電子バンチの長さ及び反復周波数、電子バンチのエネルギー、クリアリングギャップの長さは、それらの条件に従って変更することができる。
【０１８４】
[00183]  図７及び図８から図１８に従った一実施形態における動作モードでは、平均ビーム電流は数十ミリアンペアであり、アンジュレータでのビームエネルギーは数百ＭｅＶである。電子バンチの反復レートは数百ＭＨｚであり、数十ｋＷの電力がアンジュレータによって放出されるＥＵＶ放射ビーム内で送達される。ＬＩＮＡＣは、これらの実施形態において約５から１０ＭＶ／ｍの加速を提供し、必要最終エネルギーは〜１ＧｅＶであり、その結果約１００ｍから２００ｍの加速長さを生じ、更にその結果、約２００から４００ｍの加速と減速とを加えた長さを生じる。ＬＩＮＡＣ及びアンジュレータを接続するアークの長さは、最小曲げ半径（〜１０ｍ、コヒーレントシンクロトロン放射損失によって限定される）によって定義されるため、屈曲の全長さは〜１００から２００ｍである。インジェクタ長さを加えたアンジュレータ長さも、〜１００ｍである。したがって、電子バンチ経路の長さは約８００ｍであり、このケースでは、最適なクリアリングギャップ反復周期は約１μｓ、例えば１．３μｓであり、これは、３つのクリアリングギャップがシステム内を移動するケースに対応する（２＊ｃ＊Ｔ＝８００ｍ）。したがって、最低約１００ｎｓの各クリアリングギャップの長さに対応して、所与のデューティサイクルでの最長クリアリングギャップ、ビームパターン持続時間の少なくとも１０％までのクリアリングギャップデューティサイクル（例えばこのケースでは、クリアリングギャップの長さは、クリアリングギャップ反復周期の少なくとも１０％である）を提供する場合、最適なクリアリングギャップ反復レートは、このケースでは約１ＭＨｚである。イオン運動安定性シミュレーションによって電子ビームからイオンを除去させるためには、反復レート〜１ＭＨｚを伴うデューティサイクル（５％から２５％）が、最も効率的であることがわかっている。
【０１８５】
[00184]  クリアリングギャップは提供されるが、加速位相及び減速位相でのクリアリングギャップが、ＬＩＮＡＣを通過中に重複しないように整合されていない（例えば、図８から図１８に関して説明した動作モードに従ったクリアリングギャップが提供されていない）、図７の装置に関して、シミュレーションが行われた。こうした非マッチングクリアリングギャップの存在により、ＬＩＮＡＣモジュール内の電界勾配に変動が生じる。約５×１０−３までのＬＩＮＡＣモジュール内での全勾配の相対的ｒ．ｍ．ｓ．振幅変動が、ＥＵＶ波長変動に関する仕様（１ＭＨｚのクリアリングギャップ反復周波数、約１００ｎｓのクリアリングギャップの長さ、約２０ｍＡのビーム電流、及び約１０ＭＶ／ｍのＬＩＮＡＣの超電導無線周波キャビティにおける電界勾配の場合）から受け入れ可能であり得ることがわかっている。
【０１８６】
[00185]  いくつかの実施形態において、電子源に関連付けられた、インジェクタのブースタ（〜１０ＭｅＶまでの電子バンチエネルギーをもたらし、電子源から１つのビームのみが通過する、加速器）と呼ばれる、更なるＬＩＮＡＣが存在することに留意されたい。更なるＬＩＮＡＣは、ループに注入される前の電子バンチの加速に使用されるため、電子ビームはその更なるＬＩＮＡＣ内ではバランスを取ることはできない。クリアリングギャップの適用により、最新のＲＦ増幅器による補償が不可能な重大な勾配変動が生じることになる。こうしたケースでの変動量は厳密であり、ビームラインの分散セクションにおけるブースタ後の望ましくない電子のフィルタリングにより、〜１０−４の相対エネルギー変動である。通常、こうしたフィルタリングのエネルギー許容は〜１％であり、電子ビームは、名目の場合、それほど多くの電子を損失することなく装置のコリメータを通過するためのマージンを必要とする。したがって、選択されるクリアリングギャップパターンは、ブースタ内の勾配変動、並びに、いくつかのビームが同時伝播するエネルギー回収ＬＩＮＡＣの一部に対してゼロ電流運動を提供したいという希望に依存する。
【０１８７】
[00186]  図１９は、図７の実施形態のＬＩＮＡＣモジュールについての時間の関数としての、ＬＩＮＡＣモジュール勾配の相対的なｒ．ｍ．ｓ．振幅変動のプロットであり、約８ｎｓ後に非マッチングクリアリングギャップがＬＩＮＡＣモジュールに導入され、ギャップ反復レートは１ＭＨｚである。クリアリングギャップ反復周期の１０％に等しい長さを有するクリアリングギャップの場合、ＬＩＮＡＣモジュール勾配の相対的なｒ．ｍ．ｓ．振幅変動は、約５×１０−４の許容レベル内にとどまっていることがわかる。しかしながら、クリアリングギャップ反復周期に対してより長いクリアリングギャップの場合（２０％又は３０％ギャップ）、電界勾配の変動が許容できないほど高くなり、更に、ギャップ反復周期に対するギャップサイズでほぼ直線的に上昇することがわかる。
【０１８８】
[00187]  図１７から、いくつかの特定のケースにおいて、非マッチングクリアリングギャップであっても許容可能なパフォーマンスを提供できることがわかるが、クリアリングギャップ長さがクリアリングギャップ反復周期に対して十分短く保たれる場合、（図８から図１６を参照しながら説明したような）ＬＩＮＡＣ内にクリアリングギャップのマッチングを提供するクリアリングギャップシーケンスを使用することで、ＬＩＮＡＣ電界勾配変動を低減させることが可能であり、より長いクリアリングギャップが使用可能であり、他の動作パラメータが変動する可能性があるにもかかわらず許容可能なパフォーマンスレベルが提供可能である。
【０１８９】
[00188]  実際に、電子バンチシーケンス内のクリアリングギャップは、電子ビーム経路の他の部分並びにアンジュレータ内で、例えば電子ビームが他の部分よりも集束される経路の部分で、イオンのクリアリングを提供することも可能である。電子ビームがより集束され、イオンクリアリングが発生し得る経路のこうした部分は、いくつかのケースにおいて、経路の実質上直線のセクション、例えばＬＩＮＡＣ、屈曲前後のマッチングセクション、並びにアンジュレータのうちの１つ以上を含む。ビームは通常、屈曲セクションでは分散によりそれほど集束されず、したがって集束は屈曲半径によって特性の劣化を招く場合がある。
【０１９０】
[00189]  生成されるＥＵＶ放射の望ましい変換効率及び電力を達成するために、ＦＥＬのアンジュレータ２４の入力で様々なパラメータを指定することができる。電子バンチのピーク電流は、５００Ａ程度とすることができる。平均電流は、例えば３０ｍＡなどの数十ミリアンペア程度とすることができる。電子ビームの横エミッタンスは、例えば０．６ｍｍ＊ｍＲＡＤ未満などの、十分の幾つかのｍｍ＊ｍＲＡＤ程度に制限することができる。電子ビームの縦エミッタンスは、例えば１００ＫｅＶ＊ｐｓなどの、数十ＫｅＶ＊ｐｓ程度に制限することができる。
【０１９１】
[00190]  生成されるＥＵＶ放射の望ましい変換効率及び電力を更に定義するために、アンジュレータ２４の出力でいくつかのパラメータを指定することができる。これらの出力されるアンジュレータパラメータは、エネルギー回収線形加速器（ＬＩＮＡＣ）内で使用済み電子バンチからのエネルギー回収をサポートするために指定することもできる。電子ビームの横エミッタンス成長は、望ましい利得長さを維持するために、アンジュレータ２４の全長に制限することができる。電子ビームの横エミッタンス成長は、例えば０．１ｍｍ＊ｍＲＡＤに制限されるなど、十分の幾つかのｍｍ＊ｍＲＡＤ程度に制限することができる。
【０１９２】
[00191]  電子ビームの横エミッタンス及び縦エミッタンスは、ビームダンプに接近した時に潜在的に損害を与える電子損失の数を抑制するために、電子バンチが減速され、ビームダンプ２６に向けて送られる時に制限することができる。電子ビームの横エミッタンスは、例えば１ｍｍ＊ｍＲＡＤなどの、数ｍｍ＊ｍＲＡＤ程度に制限することができる。電子ビームのピーク間縦エミッタンスは、５％程度に制限することができる。アンジュレータ２４とビームダンプ２６との間に生じる任意の追加の散乱が生成するエミッタンス成長は、任意の関連する電子損失を更に抑制するために、０．１から１ｍｍ＊ｍＲＡＤ程度の範囲に制限することができる。
【０１９３】
[00192]  既知の自由電子レーザは、超高真空条件下で動作する。例えば、自由電子レーザは、およそ１ｎＴｏｒｒの残留圧力で動作可能である。しかしながら動作中、電子ビーム経路内には残留ガスが依然として存在する。残留ガスの大半は水素からなる。上記で詳しく説明したように、ＦＥＬの動作中、加速電子は陽イオンを生成する残余水素ガスと衝突する。加速電子によって放出されるシンクロトロン放射も残余水素ガスと相互作用し、結果として更に陽イオンが生成される。何らかの軽減努力をしなければ、電子ビーム経路内で作られる陽イオンの数は増加し、およそ１０秒以内に陽イオン電荷は電子ビーム電荷と一致する。陽イオン電荷が電子ビーム電荷と一致した場合、以下で説明する効果により、電子ビームエミッタンスは大幅に増加する。
【０１９４】
[00193]  ほとんどの陽イオンは電子ビームの中心近くで作られる。陽イオンが作られると、電子ビームとの電磁相互作用により、電子ビーム軸方向に強制的に送られる。陽イオンが受ける力は、陽イオンと電子ビーム軸との間の距離に比例する。この比例が、陽イオンを電子ビーム軸の周囲で振動させる。ほぼ均一な電荷及び／又はエミッタンスを有する規則的な電子バンチセットにおいて、陽イオン振動は均一であり、ビーム軸周囲の小径内で起こる。すなわち、イオンは、振動の振幅又は速度にいかなる重大な変化もなく、電子ビームの静電電位内で「トラップ」状態で振動する。
【０１９５】
[00194]  電子ビームを形成しこれを取り囲む振動陽イオンの雲が、電子の運動量を変更する。電子は、周囲の陽イオンとの静電相互作用により、電子ビーム軸に向けて送られる。電子が受ける運動量の変化は、結果として電子ビームエミッタンスの変化を生じさせる。
【０１９６】
[00195]  アンジュレータ２４内にコヒーレントマイクロバンチを形成するには電子ビームが拡散し過ぎているため、ＦＥＬ変換効率がゼロまで落ちるほど、電子ビームエミッタンスが大幅に増加する可能性がある（図３を参照）。電子ビームエミッタンスの増加は、所期のビーム経路からの電子の逸脱により、ＦＥＬ内に大量の電子損失を生じさせることもある。このような場合、ＬＩＮＡＣのエネルギー回収セクションに到達する電子が少な過ぎるため、エネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２は動作不能である。
【０１９７】
[00196]  電子ビームエミッタンスの劣化を制限するために、陽イオンの濃度は、電子の濃度よりもおよそ４桁以上小さいはずである。この電子ビームエミッタンスの劣化制限を達成するために、陽イオンは、作られてからおよそ１ミリ秒以内に電子ビームから除去されなければならない。
【０１９８】
[00197]  電子ビームから陽イオンを除去するためのいくつかのストラテジが、単独又は様々な組み合わせで使用可能である。１つのストラテジは、陽イオンが蓄積する場所にイオン抽出電極を配置することを含む。イオン抽出電極は、電子ビームから陽イオンを取り除く電界を提供する。イオン抽出電極は、例えば質量対電荷比が１０を超えるイオンなどの重イオンを除去する際に、特に効果的である。前述の別のストラテジは、陽イオンを電子ビームから流出させることが可能なイオンクリアリングギャップの導入を含む。
【０１９９】
[00198]  電子ビーム経路から陽イオンを除去する１つの方法は、電荷及び／又はエミッタンスなどの電子バンチ特性の高速変動を導入することを含む。こうした変動は、クリアリングギャップを備えている電子ビームにも備えていない電子ビームにも導入することができる。クリアリングギャップを備えている電子ビームにこうした変動を適用することで、クリアリングギャップのみを実施するのに比べて、定常状態のイオン濃度を２桁以上低下させることができる。電子バンチの電荷及び／又はエミッタンスを変更することで、ＬＩＮＡＣ２２のエネルギー回収セクション内の加速勾配に望ましくない変動を引き起こす場合がある。電子バンチの電荷及び／又はエミッタンスは、ＬＩＮＡＣの動作に対する有害な影響を避けるために、所定の範囲内で変動可能である。バンチの電荷及び／又はエミッタンスの変動を定義する関数は、あらゆるバンチ列ごとの電子ビームによって送達される平均電荷（平均エミッタンス）が一定に保たれるか、又は公称の１０％未満、任意選択で公称の１％未満の偏差が許容されるように、選択することができる。変動が電子ビーム電荷及び／又はエミッタンスのおよそ１％から１０％の間であるこうした関数は、ＬＩＮＡＣ２２のエネルギー回収セクションの動作に悪影響を与えることなく、十分に陽イオンを除去することができる。変動は、電子ビーム電荷及び／又はエミッタンスの公称値のピーク間変動とすることができる。電子バンチの電荷及びエミッタンスは結合可能であり、すなわち、バンチ電荷の１％の増加（減少）で、バンチエミッタンスを１％増加（減少）させることができる。
【０２００】
[00199]  電子ビームから陽イオンを除去するために電子バンチ特性の高速変動を導入する方法は、いかなるイオンクリアリングギャップもない電子ビームバンチについて考察することで理解できよう。横方向の電子バンチ電荷分布は、電子ビーム軸を中心とするガウス分布として概算することができる。したがって電子ビームの横断面のサイズは、このガウス分布の幅（σ）として記述することができる。大部分の陽イオンは電子ビームサイズの２シグマ以内で生成される。電子ビームの２シグマ領域内では、陽イオンに作用する電子バンチの効果は線形化することができる。すなわち、電子バンチによって陽イオンが受ける力、又は速度変化は、以下のように、陽イオンの電子ビーム軸からの距離に比例する。
【数３】
0006774934.tif 000004
上式では以下の通りである。
γｐ−伝統的な陽子半径
Ａ／Ｚ−イオン質量（原子単位）対イオン電荷の比
ｃ−光の速度
σｘ，ｙ−ｘ（又はｙ）方向の電子ビームサイズ（ガウスの横ビーム形状）
Ｎｂ−電子バンチ内の電子の数
β―電子バンチの速度対光の速度の比
（ｘ，ｙ）―電子ビーム軸に対するイオンのｘ（又は）座標
【０２０１】
[00200]  ほぼ同じ特性を共有する規則的な電子バンチからなる電子ビームのケースでは、電子ビーム内での陽イオンの振動は、以下の行列で記述可能である。
【数４】
0006774934.tif 000005
上式では以下の通りである。
Ｎ−電子バンチの数
ｔｂ−２つの電子バンチの到達間にイオンがドリフトできる時間
前述の典型的なＥＵＶ  ＦＥＬ条件での、行列［Ａ］のトレースの係数は、２未満である。この結果は、電子ビーム内でイオンが効果的に「トラップ」されることを意味する。すなわち、任意数の規則的な電子バンチが陽イオンを通過した後、陽イオンの速度も振動振幅も無限に増加しない。
【０２０２】
[00201]  図２０は、電子ビーム経路４４０内の陽イオンの軌道４３０に与える不規則な電子バンチ４５０の影響を示す図である。電子バンチ電荷及び／又はエミッタンスの高速変動を導入することで、不規則な電子バンチのセット４５０が作り出される。各電子バンチは陽イオンに異なる力を誘起させる。異なって誘起された力が陽イオンに作用することで、電子ビーム軸４４０の周囲に不均一な振動４３０を発生させる。
【０２０３】
[00202]  不規則な電子バンチ４５０によって陽イオンに及ぼされる異なる力は、陽イオンが電子ビーム経路４４０から出るように、陽イオンの振動の振幅４３０を増加させることができる。陽イオンの振動振幅Ｄは、陽イオンがＦＥＬのビームパイプ壁に衝突して、中性種を形成するために再結合した後、中性種は超高真空ポンプを介してＦＥＬから除去できるように、大幅に増加することができる。陽イオン振動振幅Ｄは、ＦＥＬ内に多数の陽イオンが存在する場合であっても、実質上、電子ビーム経路４４０内には陽イオンが存在しないように、十分増加することができる。
【０２０４】
[00203]  電子バンチ変動による陽イオンの除去は、イオンクリアリングギャップの導入を介して大幅に加速することができる。典型的なＦＥＬ条件（数十ｍＡのビーム電流、０．１〜１ｍｍのビームサイズ、１〜３０のイオン質量対電荷比、〜０．１ｕｓのクリアリングギャップ、〜１ＭＨｚのクリアリングギャップ反復レート）において、イオンは、０．１〜１０ＭＨｚの範囲内の周波数で電子ビームの中心軸の周囲で振動する。同じ周波数範囲内で電荷及び／又はエミッタンスについてのビーム変調関数を導入することによって、イオンを共振させること、及び、イオン振動振幅をビームパイプの範囲（＜１０ｍｓ）まで迅速に増加させることが可能である。電子ビーム経路から陽イオンを除去することによって、電子ビームのエミッタンス成長は軽減される。陽イオンを除去する方法は、ＬＩＮＡＣ２２の動作に対するいかなる有害な影響をも回避しながら、受け入れ可能なＦＥＬ変換効率を維持することができる。最適変調関数の例は、図２３及び図２４で与えられる。準最適変調関数の例は、図２５で与えられる。図２３は正弦波変調関数を含み、これが、クリアリングギャップ中に０から２Πへの位相のランダムなジャンプを受け、振動周期の１０％を取るため、フーリエスペクトルでは基本周波数（この例では〜１ＭＨｚの基本周波数）のゼロから１０倍の周波数が存在することになり、同じ範囲の固有周波数を伴うイオンを共振させ、それらを除去する。
【０２０５】
[00204]  図２１は、電子インジェクタの実施形態を示す概略図である。インジェクタは、ドライブレーザ３１０、カソード３４０、及び電子ブースタ３９０を備える。カソード３４０は、電子銃室３５０の内部にある。電子銃室３５０は、放射源３００から放射のビーム４２０を受け取るように配置される。放射源３００は、例えば、レーザビーム４００を放出するドライブレーザ３１０を備えることができる。ドライブレーザは、シードレーザ及び光増幅器（図示せず）を備えることができる。レーザビーム４２０は、電子銃室３５０内に向けて送られ、カソード３４０上に入射する。図２１に示された実施形態において、レーザビーム４２０は、カソード３４０上に入射するようにミラー（図示せず）によって反射される。
【０２０６】
[00205]  カソード３４０は高電圧で保持される。例えばカソード３４０は、およそ数百キロボルトの電圧で保持することができる。カソード３４０は、電子銃室３５０の一部を形成することが可能であるか又は電子銃室から分離することが可能な電圧源を使用することによって、高電圧で保持することができる。レーザビーム４２０内の光子はカソード３４０によって吸収され、カソード内の電子を励起する。カソード３４０内のいくつかの電子が、十分な高エネルギー状態まで励起され、カソードから放出される。高電圧のカソード３４０は陰であるため、カソードから遠くへ放出される電子を加速させる働きをし、それによって電子のビームを形成する。
【０２０７】
[00206]  レーザビーム４００は、パルスレーザビームである。電子は、レーザビーム４２０のパルスに対応するバンチ状態でカソード３４０から放出される。したがって電子ビームは、一連の電子バンチ３６０を含む。レーザ３１０は、例えばピコ秒レーザであってよく、したがって、レーザビーム内のパルスはおよそ数ピコ秒の持続時間を有し得る。カソード３４０の電圧はＤＣ電圧又はＡＣ電圧とすることができる。カソード３４０の電圧がＡＣ電圧である実施形態において、カソード電圧の周波数及び位相は、レーザビームのパルスがカソードの電圧のピークと一致するように、レーザビーム４００のパルスと合致することができる。レーザビーム４００のパルスは、加速場が電子バンチを加速するように働く時点で電子バンチ３６０が電子ブースタに到達するように、電子ブースタ３９０内の加速場と合致することができる。同様に、レーザビームパルス４００及びＬＩＮＡＣ２２の加速場も同期可能である。
【０２０８】
[00207]  ドライブレーザ３１０が高速変調ユニット３２０及びギャップ導入ユニット３３０を介してパルスレーザビームを送信した後、レーザビーム４２０はカソード３４０上に入射する。制御ユニット３８０は、ドライブレーザ３１０の持続時間及びタイミングを調整するために使用される。制御ユニット３８０は、高速変調ユニット３２０及びギャップ導入ユニット３３０を制御するためにも使用される。制御ループは、制御ユニット３８０と、エネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２と、ＬＩＮＡＣ内の加速勾配の変動を補償するブースタ３９０との間に存在する。電子バンチが既知の機能を使用して変調される場合、フィードフォワードループは、制御ユニット３８０とＬＩＮＡＣ２２との間に存在し得る。電子バンチ変調がドライブレーザ３１０の雑音増幅を介して実装される場合、高速変調ユニット及びドライブレーザは単一ユニットを形成するために組み合わせることができる。
【０２０９】
[00208]  カソード３４０から放出される電子ビームは、電子ブースタ３９０によって加速される。電子ブースタ３９０は、ビーム経路に沿い、エネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２に向けて電子バンチを加速するために働き、エネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２は、電子バンチを相対論的速度まで更に加速する。電子ブースタ３９０は、例えば、およそ５ＭｅＶを超えるエネルギーまで電子バンチ３６０を加速することができる。いくつかの実施形態において、電子ブースタ３９０は、およそ１０ＭｅＶを超えるエネルギーまで電子バンチ３６０を加速することができる。いくつかの実施形態において、電子ブースタ３９０は、およそ２０ＭｅＶまでのエネルギーに電子バンチ３６０を加速することができる。
【０２１０】
[00209]  電子ブースタ３９０は、エネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２と同様であってよく、例えば複数の無線周波キャビティ及び１つ以上の無線周波電源を備えることができる。無線周波電源は、ビーム経路内の電磁界を制御するように動作可能であり得る。電子のバンチ３６０がキャビティ間を通過する際に、無線周波電源によって制御される電磁界は電子の各バンチを加速させる。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。代替として、キャビティは従来の電導（すなわち、超電導ではない）であってよく、例えば銅から形成することができる。
【０２１１】
[00210]  前述のように、カソード３４０上に入射するレーザビーム４２０の各パルスが、対応する電子バンチ３６０をカソード３４０から放出させる。電子ビームＥ内の各電子バンチ３６０は、電子ブースタ３９０によって、及びエネルギー回収ＬＩＮＡＣ２２によって加速される。加速された電子バンチ３６０はアンジュレータに入り、ここで放射ビームを形成するために放射のエミッタンスを誘発する。放射ビームはパルス放射ビームであり、アンジュレータ内の各電子バンチ３６０が放射ビーム内の放射のパルスを放出させる。カソード３４０上に入射するレーザビーム４２０内の各パルスについて、電子ビーム内に対応する電子バンチ３６０が存在し、自由電子レーザＦＥＬから放出される放射ビーム内に対応するパルスが存在する。
【０２１２】
[00211]  電子ビーム経路から陽イオンを除去するために電子バンチの電荷及び／又はエミッタンスが変動可能な、複数の方法が存在する。本発明の一実施形態は、ドライブレーザビームのレーザパルスのエネルギーを変更することを含む。
【０２１３】
[00212]  ドライブレーザ３１０によって放出されるパルスのエネルギーは、ドライブレーザに関連付けられた雑音（例えば、ショット雑音）の増幅を介して変更可能である。例えば、ドライブレーザ３１０のシードレーザに関連付けられた雑音は、レーザパルスの増幅に使用される光学増幅器に適用可能である。これにより、光学増幅器によって提供される増幅の変動が導入され、これがカソード３４０に提供されるレーザパルスの電力のパルス間変動を生じさせる。雑音増幅は、インジェクタで生成される電子バンチ電荷のパルス間変動を生じさせる。すなわち、各パルス内の異なる数の光子により、増幅されたショット雑音効果を介して、異なる量の電子が各バンチにおいてカソード３４０から放出される。高周波数（＞１０ＭＨｚ）変調は、σ＜１００ｕｍの電子ビーム内のＭ／Ｚ＜１０のイオンを除去するのに最適である（Ｍ／Ｚは、原子単位のイオンの質量と、電子ビームサイズ（ガウス）のその電荷σとの比である）。
【０２１４】
[00213]  ドライブレーザ３１０によって発生するレーザパルスのエネルギーは、高速変調ユニット３２０によって変更可能である。高速変調ユニット３２０は例えばポッケルセルを備えることができる。ポッケルセルは偏光子と共に光を遮断するために使用可能であり、遮断される光の量は、ポッケルセルの両端間の電圧によって決定される。したがってポッケルセルの両端間の電圧の変調を使用して、パルスがカソード３４０上に入射する前にドライブレーザ３１０によって放出されるパルスのエネルギーを変調することができる。ドライブレーザ３１０のエネルギーパルスの変調は、結果として、インジェクタ内のカソード３４０によって生成されるバンチ電荷を変調することになる。σ＜１ｍｍの電子ビーム内のＭ／Ｚ＜１００のイオンに対して、中間周波数変調（０．１〜１０ＭＨｚ）が効率的である。
【０２１５】
[00214]  本発明の更なる代替実施形態は、パルスがカソード３４０上に入射する前に、ドライブレーザ３１０によって生成されるパルスの波面の変動を誘起させることを含む。ドライブレーザによって生成されるパルスの波面の変動は、高モードビーティングで動作されるキャビティ増幅ポッケルセルを使用して達成可能である。カソードに到達するドライブレーザパルスの波面を変動させることで、結果としてカソード３４０の照明エリアのプロファイルを変更することになる。カソード３４０の照明エリアを変更することで、生成される電子バンチの空間電荷優勢エミッタンスが変更される。
【０２１６】
[00215]  本発明の更に他の代替実施形態は、生成される電子バンチのエミッタンスの変動を適用するために、カソード３４０の温度の変動を誘起させることからなる。パルス間のカソード温度の変動は、開始電子バンチエミッタンスにおける変動を生成するために、開始電子熱エネルギーを変更する。ドライブレーザ３１０とは異なるレーザをカソード上に入射させ、これを使用してランダムに又は変調様式でカソードの温度を変動させることができる。第２のレーザは、光効果によって電子放射を防止するための、ＩＲレーザとすることができる。各電子バンチでカソード温度が異なる場合、各電子バンチは異なる開始エミッタンスを有することになる。
【０２１７】
[00216]  図２２は、ドライブレーザによって発生するレーザパルスのセット４００のエネルギーが、図２１に示された高速変調ユニット４１０及びギャップ導入ユニット４２０を通って移動する際の変化を示す、例示的グラフである。図２３及び図２４は、典型的なＦＥＬ条件（十分な電力を伴う０．１〜１０ＭＨｚの範囲のすべての周波数を含み、バンチ列当たりの平均電荷を保存する）でイオンを除去するのに最適な電荷変調関数の例である。図２３は、位相変調電荷（１つのバンチ列に１つ又は整数数の振動周期が当てはまる）の例であり、振動位相はクリアリングギャップ中にジャンプする［０から２Π］。図２４は、振幅変調電荷（１つのバンチ列に１つ又は整数数の振動周期が当てはまる）の例であり、変調の振幅（０〜１０％以内）はクリアリングギャップ中にジャンプする。図２５は、高周波数変調（パルス間に基づく）の例であり、限られた数のケースにのみ効率的である（Ｍ／Ｚ＜１０及びσ＜０．１ｍｍ）。
【０２１８】
[00217]  高速変調ユニット及びギャップ導入ユニットは、各ユニットが非常に異なる周波数及び振幅で動作するため、別々とすることができる。
【０２１９】
[00218]  電子バンチ電荷及び／又はエミッタンスの、前述のような位相及び／又は振幅の雑音様変動は、ＬＩＮＡＣに関連付けられた加速勾配及び電流負荷のひずみがごく小さいものであることを保証しながら、電子ビーム経路から陽イオンを除去する際に、イオンクリアリングギャップの効率を向上させる。定常状態の濃度の低下は、あらゆるバンチが同様でありクリアリングギャップが適用されるビームのケースに比べて、少なくとも２桁である。
【０２２０】
[00219]  関数様変調電子バンチ電荷及び／又はエミッタンス変動によってＬＩＮＡＣ内に生じる可能性のある、いずれの電流負荷及び加速勾配の変動をも補償するために、制御ユニットを使用して動作されるフィードフォワードループを使用することができる。
【０２２１】
[00220]  変調ユニット３２０と制御ユニット３８０は、これらの組み合わせがビーム経路からイオンを除去する電子バンチの電荷又はエミッタンスに変動を適用するため、共にイオン除去装置の例であるとみなし得る。ドライブレーザから出力されるパルスの電荷又はエミッタンスを変動させるために、ドライブレーザ３１０に変動が適用される実施形態において、ドライブレーザと変調ユニット３８０は共に、イオン除去装置の例と見なすことができる。
【０２２２】
[00221]  前述のように、陽イオン除去のこの方法は、単独で又は他のイオン除去方法と組み合わせて、使用可能である。他の陽イオン除去方法は、限定されないが、イオンクリアリングギャップの使用及び／又はイオン抽出電極の使用を含む。電子ビームから陽イオンをほぼ除去するために電子バンチ特性の高速変動の方法を使用することは、他の方法では十分でない場合、ＦＥＬの動作でＥＵＶ放射を生成できるようにする。
【０２２３】
[00222]  電子バンチはＦＥＬを通過する際、存在し得るイオン抽出電極内の電磁航跡場を誘起させる。これらの電磁航跡場の作成が、電子ビームエネルギーを損失させ、アンジュレータ２４での電子バンチの輝度を低下させる。電子バンチ特性の高速変動は、組み合わせて使用された場合、電子ビームから陽イオンをほぼ除去するために必要なイオン抽出電極の数を減少させることができる。ＦＥＬシステム内に存在するイオン抽出電極の数が減少するということは、電子バンチが受ける電磁「航跡場」の損失が少なくなることを意味し、ＦＥＬの変換効率が向上することになる。
【０２２４】
[00223]  電子バンチ特性を変動させる技法を使用することで、ＦＥＬ  ＬＩＮＡＣシステムのコミッショニングを簡略化することも可能である。これは、電子ビームからの陽イオンの除去が、陽イオンによって生じる前述の電子ビームの集束の影響を補償するために、ＬＩＮＡＣの要素を再調整する必要を皆無にできるためである。電子ビーム特性の高速変動は、かなり容易により多くの陽イオンを電子ビームから除去できるため、ＦＥＬの真空要件も削減することができる。例えば、必要な真空ポンプの数及び／又はＦＥＬの内壁に塗布される気体吸収コーティングの量を削減することができる。
【０２２５】
[00224]  イオン抽出電極は前述のように電磁航跡場を誘起させる可能性があるが、それでもなお、ＦＥＬからの効率的なイオンの抽出を提供するために、イオン抽出電極を使用することが有利であり得る。典型的な配置構成では、電極は、内部で電子ビームが伝播されるビームパイプの両側に提供される。電極の両端間に電圧差が適用され、電極間及び電子の伝播方向に対して直角に延在する電界を生成する。電界の近くに発生する陽イオンは、抽出電極のカソード方向に引き付けられる。イオンはカソードから又はビームパイプの壁から電子を受け取り、中性分子を形成する。中性分子は真空ポンプによってビームパイプから抽出される。
【０２２６】
[00225]  ＦＥＬの電子ビームはそれ自体が、イオンをその発生場所から抽出電極方向へとプッシュする、縦方向の電位を提供する。この電位（有効ビーム電位と呼ばれることもある）による陽イオンの加速は、陽イオンの質量に依存する。重イオン（例えば、原子質量が１０を超える）は、軽イオンよりも迅速に加速されない。電子ビームが方向を変える、ステアリングユニット２３、２５（図３を参照）などの自由電子レーザのいくつかの部分では、有効ビーム電位がかなり大きい可能性がある。これにより、イオンを抽出電極方向に十分迅速に移動させることができるため、自由電子レーザによって放出されるＥＵＶ放射ビームを大幅に劣化させることはない。例えばイオンは、１ｍｓ以内に電子ビーム経路から抽出可能である。しかしながら、自由電子レーザの他の部分、特に電子ビームが直線的に伝播されている場所では、有効ビーム電位は比較的小さい可能性があり、ＥＵＶ放射ビームの劣化を避けるため、結果としてイオンが十分迅速に抽出されない可能性がある。アンジュレータ２４はこうした場所の例である。電子ビームの横断寸法は、アンジュレータ２４に沿って伝播する際に変化する可能性があり、Ｘ及びＹの合計寸法は相対的に一定のままであるため、平坦な縦方向電位が生じる。したがって、アンジュレータモジュール内には有効ビーム電位が存在しないか又はわずかに存在する。
【０２２７】
[00226]  例えばＦＥＬのアンジュレータ２４のモジュール内部に抽出電極を提供することは、実用的でない可能性がある。例えばアンジュレータ２４は長さ約２ｍの複数のモジュールを備えることができ、その内部に直径１ｃｍのビームパイプが提供される。こうしたアンジュレータモジュール内に抽出電極を提供することは達成が困難な可能性があり、抽出電極がビームパイプの内部表面の滑らかさを損なうリスクが存在する。更に、アンジュレータモジュールの内部には、抽出電極の近くに形成される分子を抽出するための真空ポンプに接続するための開口部を提供する、十分な空間がない可能性がある。これらの理由で、抽出電極はアンジュレータモジュールの内部ではなくアンジュレータモジュールの間に提供することができる。
【０２２８】
[00227]  しかしながら、アンジュレータモジュールの中心に向かって発生したイオンは、アンジュレータモジュールの一方の端部に配置された抽出電極まで移動するために、かなりの時間がかかる可能性がある。例えばイオンは、抽出電極まで移動するために１０ｍｓ以上かかる可能性がある。電子ビーム経路内の陽イオンの蓄積は、電子ビームのエミッタンスに有害な影響を与え、これが次に、ＦＥＬによって放出されるＥＵＶ放射ビームにも有害な影響を与えることになる。陽イオンが発生した後、１ｍｓ以内に陽イオンを抽出することが望ましい可能性がある。
【０２２９】
[00228]  上記の問題に対処する本発明の実施形態は図２６に概略的に示されており、ＲＦ電磁波注入装置を示す。無線周波（ＲＦ）電磁波エミッタ５００が導波管５０２を介して、自由電子レーザＦＥＬの一部を形成するビームパイプ５０４に接続される。ＲＦエミッタ５００及び導波管５０２は、例えばアンジュレータのモジュール間に提供するか、又は任意の他の好適な場所に提供することができる。導波管５０２がビームパイプ５０４と出会う場所に、結合アンテナ５０６（共振室と呼ばれることもある）が提供される。更にビームパイプ５０４に沿って抽出電極５０８が提供される。例えば、抽出電極は、結合アンテナ５０６からアンジュレータモジュール２４の反対側に配置することができる。アンジュレータモジュール２４は示されていないが、標示されたギャップ内に配置される。
【０２３０】
[00229]  実施形態において、ＲＦエミッタ５００から放出されるＲＦ電磁波は、導波管５０２に沿って結合アンテナ５０６内まで伝播するが、ビームパイプ５０４に沿って伝播することはない。代わりに、ＲＦ電磁波によって発生したエバネセント波がビームパイプ５０４内へと延在する。エバネセント波は、ビーム経路５０４に沿って延在する勾配を電界に与える。陽イオンは電界による電位勾配を受け、その電位勾配に沿って移動することになる。
【０２３１】
[00230]  エバネセント電磁波はアンジュレータモジュール２４内へと延在し、陽イオンをアンジュレータモジュールの外へプッシュする電位を提供する。イオンは抽出電極５０８方向へプッシュされ、その後、抽出電極５０８がビーム経路からイオンを除去する。エバネセント電磁波によって与えられる電位は、ビーム経路から１ｍｓ以内にイオンを除去するのに十分に強力である。
【０２３２】
[00231]  エバネセント電磁波によって提供される電位ＵＷは、導かれたＲＦ電磁波がビームパイプ５０４と出会うポイントで最大である。図示された実施形態において、これは結合アンテナ５０６である。電位は平均勾配ＵＷ／λＷで降下し、ここでλＷは、ビームパイプ５０４内のエバネセント電磁波の波長である。電位の勾配は例えば０．１〜１０Ｖ／ｍの範囲内であり得る（これは、イオンの電荷及び電磁波の電力に依存する）。イオンは、イオンの電荷対質量比に依存して加速しながら電位の勾配をたどる。イオンは、例えば約１ｍｓ以下で抽出可能である。
【０２３３】
[00232]  実施形態において、エバネセント電磁波はＴＥモードで、すなわち、電子ビーム経路の軸に対して直角な電界を伴って、連続して印加可能である（電子ビーム経路は図２６の点線によって示される）。これが当てはまるケースでは、電子ビームとエバネセント電磁波の磁界との相互作用はゼロである（互いに平行である）。エバネセント電磁波の電界によって引き起こされる電子エネルギー／運動量の変化は、１０ｅＶ程度である。これは、電子ビームにほとんど影響を及ぼさず、ＦＥＬから放出されるＥＵＶ放射ビームにもほとんど影響を及ぼさない。
【０２３４】
[00233]  代替実施形態において、エバネセント電磁波はＴＭモードで、すなわち、電子ビーム経路の軸に対して直角な磁界を伴って、連続して印加可能である。これが当てはまるケースでは、電界によって引き起こされる電子のエネルギー／運動量の変化は、約１００ＫｅＶであり得る。磁界はほとんど影響を及ぼさない。
【０２３５】
[00234]  実施形態において、ＲＦエミッタ５００はパルスモードで動作可能であり、イオンクリアリングギャップ中のみＲＦエミッタが動作する。これが当てはまるケースでは、電子ビームがビームパイプ５０４に沿って移動する時にエバネセント電磁波は存在しないため、電子ビームはエバネセント電磁波の影響をまったく受けない。
【０２３６】
[00235]  実施形態において、ビームパイプ５０４に沿って約２ｍ延在する（これは、アンジュレータモジュールの長さに対応し得る）エバネセント波を提供することが望ましい可能性がある。０．１Ｖ／ｍ以上の電位勾配を提供することが望ましい可能性がある。ビームパイプは、例えば約５ｍｍの半径を有し得る。こうした例の円形導波管式によれば、電磁波に関するカットオフ周波数は１７．５８ＧＨｚである。
【０２３７】
[00236]  以下の公式を使用して、ＲＦエミッタ５００によって与えられるべき電磁波の周波数を決定することができる。
【数５】
0006774934.tif 000006
上式で、ｆはカットオフ周波数であり、λはカットオフ周波数に対応する波長であり、λＷはエバネセント波の望ましい波長（この例では２ｍ）である。この式を使用すると、１７．５８ＧＨｚのカットオフ周波数の下方の約８．８ＭＨｚの周波数が、望ましいエバネセント波を提供することがわかる。
【０２３８】
[00237]  図２７は、半径５ｍｍのビームパイプ内部に２ｍの長さで延在するエバネセント波の磁界強度が、異なる周波数のＲＦ波に対してどのように変動するかを示すグラフである。ビームパイプのカットオフ周波数は１７．５８ＧＨｚである。グラフの左下隅に示された標示されていない曲線は、１７．００ＧＨｚ曲線である。グラフからわかるように、１７．５８ＧＨｚより大幅に下方の周波数の場合、２ｍ長さのビームパイプのごく一部のみに沿って延在する。周波数が１７．５８ＧＨｚに近づくにつれて、エバネセント波はビームパイプに沿って更に延在し、例えば周波数が１７．５７ＧＨｚの場合、１ｍを超えて延在する。更にこの周波数でのエバネセント波は、かなりの勾配の磁界強度を有する（磁界強度は７，０００ｋＶ／ｍからゼロまで降下する）。カットオフ周波数に達すると、エバネセント波はもはや存在せず、代わりに変調場が見られる。
【０２３９】
[00238]  調整可能ＲＦ源を使用して、ＲＦエミッタ５００を駆動するＲＦ信号を発生させることができる。ＲＦ源は、望ましいエバネセント波を提供するためにカットオフ周波数に十分近い周波数が提供可能であることを保証するために、１×１０−５又はそれ以上の周波数安定性を有することができる。１×１０−５よりも良好な安定性を備えるＲＦ源の例は、米国のＫｅｙｓｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から入手可能な、Ｎ５１９３Ａ信号発生器である。
【０２４０】
[00239]  重イオン（例えば、１０以上の原子質量単位を伴うイオン）を１ｍｓ以内にアンジュレータモジュールから除去するのに十分強力な電位を提供するためには、約３００ｋＶ／ｍの電界強度が望ましい可能性がある。これは次に、約３０ｋＷの電力がＲＦエミッタ５００から送達されることを必要とする可能性がある。電磁波はビームパイプ５０４のカットオフ周波数の直下にあり、結果として、ビームパイプ内の抵抗損により、大量の電力が消散する可能性がある。抽出電極内でも何らかの電力が消散する可能性がある。電極は、電力消散を増加させるような、電極又は電極に隣接して共振が誘起されることのないように設計することができる。
【０２４１】
[00240]  導波管５０２の幅Ｄ及びビームパイプ５０４の幅ｄは、どちらも図２６に標示されている。導波管５０２にビームパイプ５０４の幅よりも大きい幅を与えることで、導波管内にＲＦ電磁波を発生させることが可能であり、これがビームパイプ内にエバネセント波を形成する。導波管又はビームパイプが円形断面を有する実施形態において、幅は導波管又はビームパイプの直径に対応する。
【０２４２】
[00241]  代替実施形態において、エバネセント波がビームパイプ５０４内へと延在するように配置する代わりに、２つの異なる周波数の電磁波がビームパイプ内で伝播することができる。伝播電磁波は、ビーティング電磁波を発生させるのに十分近い周波数とすることができる。電磁波の位相は、注入ポイント（例えば、結合アンテナ５０６）でビーティング電磁波の最大振幅を提供するように、及び抽出電極５０８で最小振幅を提供するように、制御することができる。ビーティング電磁波は、ビームパイプ５０４に沿って抽出電極５０８方向にイオンをプッシュする。実施形態において、注入ポイントはアンジュレータモジュール２４の一方の側であり、抽出電極はアンジュレータモジュールの反対側であるものとすることができる。
【０２４３】
[00242]  ビーティング電磁波を使用する実施形態において、ＲＦエミッタは、ビームパイプ５０４のカットオフ周波数よりかなり下方の周波数で、ＲＦ電磁放射を提供することができる。例えば実施形態において、周波数は９．７５ＧＨｚとすることができる。２つの電磁波が提供され、それらの間に約１％の離調を有することができる。１０原子単位の質量を伴うイオン（イオンは１電子が欠落しているものと想定する）に対して０．１Ｖ／ｍの電位降下を提供するために、ビームパイプ５０４内のビーティング電磁波の電界強度は、例えば約３０ＫＶ／ｍとすることができる。この電界は、約３００Ｗの電力で電磁波を発生させることによって提供可能である。
【０２４４】
[00243]  一般に、電界強度と結果として生じる電位との間の関係は、以下の式を使用して決定可能であり、
【数６】
0006774934.tif 000007
上式で、Ｕｒｆは電位であり、Ｚはイオンの電荷であり、Ａは原子質量単位でのイオンの質量であり、ＭｕＣ２は原子質量単位のエネルギー等量であり（９３１．５ＭｅＶ）、
【数７】
0006774934.tif 000008
は２πで割った電磁波の波長であり、ｅは電子の電荷であり、Ｅは電磁波内の電界振動の振幅である。
【０２４５】
[00244]  制御ユニット（図示せず）は、ＲＦエミッタ５００を駆動するＲＦ信号を提供するＲＦ源を制御するために使用可能である。制御ユニットは、ビームパイプ５０４内に望ましい電磁波（例えばエバネセント波又はビーティング波）を提供するようにＲＦ信号を調整するために使用可能である。センサは電磁波の強度を監視するために使用可能である。
【０２４６】
[00245]  上述の例において、エミッタ５００によって提供される電磁波は、抽出電極５０８に向かってイオンをプッシュする電位を提供する。追加又は代替として、イオンは電磁波によってビーム経路内のある場所にプッシュされ得、ビーム経路内で電子ビームは、その場所に入ったイオンが不安定になり、ビームパイプ５０４の壁に向かってキックされるように集束される（例えば、クリアリングギャップ及び／又はクリアリングギャップとビーム変調との組み合わせの効果によるか、あるいは、質量対電荷比を減少させる電子ビームによってイオンからストリップされる追加の電子による）。
【０２４７】
[00246]  自由電子レーザＦＥＬは、図１のリソグラフィシステムＬＳの一部を形成することが可能であり、自由電子レーザによって生成される放射は最終的に、１つ以上のリソグラフィ装置ＬＡ１〜ＬＡ２０内の１つ以上の基板によって受け取られる。これらの基板は、パターンが付与された放射を受け取るように配置されたターゲット部分を備えるものと見なすことができる。
【０２４８】
[00247]  「ＥＵＶ放射」という用語は、４〜２０ｎｍ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もの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４〜１０ｎｍの範囲内の波長を有することができる。
【０２４９】
[00248]  以上、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明は説明した以外でも実践可能であることを理解されよう。上記の説明は限定的でなく例示的であることが意図されている。したがって当業者であれば、以下に示す特許請求の範囲を逸脱することなく、説明した本発明を修正可能であることが明らかとなろう。
【図１】
0006774934.tif 000009
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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