TWI649934B - 電子注入器及自由電子雷射 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於提供一電子射束之注入器配置。該注入器配置包含用於提供電子聚束之一第一注入器，及用於提供電子聚束之一第二注入器。該注入器配置可在一第一模式與一第二模式中操作，在該第一模式中，該電子射束包含僅由該第一注入器提供之電子聚束，在該第二模式中，該電子射束包含僅由該第二注入器提供之電子聚束。

Description

電子注入器及自由電子雷射
本發明係關於一種用於將電子射束提供至自由電子雷射之電子注入器。該電子注入器可形成注入器配置之部件。自由電子雷射可用以產生用於微影裝置之輻射。
微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)製造中。微影裝置可(例如)將圖案自圖案化器件(例如，光罩)投影至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
由微影裝置使用以將圖案投影至基板上之輻射之波長判定可形成於彼基板上之特徵之最小大小。相比於習知微影裝置(其可(例如)使用具有為193奈米之波長之電磁輻射)，使用為具有在5奈米至20奈米之範圍內的波長之電磁輻射之EUV輻射的微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。
供一或多個微影裝置中使用之EUV輻射可由自由電子雷射產生。自由電子雷射可包含至少一電子注入器配置，該至少一電子注入器配置提供電子射束且可包含至少一注入器配置。
本發明之一目標為預防或減輕與先前技術相關聯之問題中之一或多者。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於提供一電子射束之注入器配置，其包含：一第一注入器，且用於提供一第一電子射束；及一第二注入器，其用於提供一第二電子射束，其中該注入器配置可在一第一模式與一第二模式中操作，在該第一模式中，自該注入器配置輸出之該電子射束係僅由該第一注入器提供，在該第二模式中，自該注入器配置輸出之該電子射束係僅由該第二注入器提供，其中該注入器配置進一步包含一合併單元，該合併單元經組態以將一再循環電子射束與由該第一注入器提供之該電子射束合併或與由該第二注入器提供之該電子射束合併。
以此方式，該注入器甚至在該第一注入器及該第二注入器中之一者非操作時亦可提供該電子射束。此情形確保一注入器之故障無需造成接收電子射束之裝置(諸如，自由電子雷射)之停工時間。另外，該第一態樣之該注入器配置允許在整體上保留該注入器配置之操作的同時對該第一注入器及該第二注入器中任一者進行維修。
該第二注入器可操作以在該第一模式中產生一電子射束。該第一注入器可操作以在該第二模式中產生一電子射束。
該第二注入器可操作以在該第一模式中以一較低重複率產生具有電子聚束之該電子射束。該第一注入器可操作以在該第二模式中以一較低重複率產生具有電子聚束之該電子射束。舉例而言，未將電子射束提供至自由電子雷射之注入器可產生具有與供應電子射束之注入器相同的電荷之電子聚束，但以極低重複率(或作用區間循環)進行。
該注入器配置可包含至少一操控單元。該至少一操控單元可具有：一第一操控模式，其中來自該第一注入器之該電子射束沿著一第一路徑傳播；及一第二操控模式，其中來自該第一注入器之該電子射束沿著一第二路徑傳播。
該至少一操控單元可包含：一第三操控模式，其中來自該第二 注入器之該電子射束沿著一第三路徑傳播；及一第四操控模式，其中來自該第二注入器之該電子射束沿著一第四路徑傳播。
該第二路徑及該第四路徑可(例如)加入由該電子射束遵循之一路徑，而該第一路徑及該第三路徑可能不加入由該電子射束遵循之該路徑。以此方式，當該至少一操控單元在該第二操控模式及該第三操控模式兩者中操作時，該注入器配置在該第一模式中操作。相反，當該至少一操控單元在該第一模式及該第四模式兩者中操作時，該注入器配置在該第二模式中操作。
該第一注入器可經配置以沿著該第一路徑發射該電子射束，且該至少一操控單元可經配置以在該第二操控模式中操作時使由該第一注入器輸出之該電子射束轉向以沿著該第二路徑傳播。以此方式，當在該第一模式中操作時，可無需由該第一注入器發射之該電子射束之主動操控。
該第二注入器可經配置以沿著該第三路徑發射該電子射束，且該至少一操控單元可經配置以在該第四操控模式中操作時使由該第二注入器輸出之該電子射束轉向以沿著該第四路徑傳播。以此方式，當在該第三模式中操作時，可無需由該第二注入器發射之該電子射束之主動操控。
該至少一操控單元可包含：一第一操控單元，其經配置以操控來自該第一注入器之該電子射束；及一第二操控單元，其經配置以操控來自該第二注入器之該電子射束。該第一操控單元可在該第一操控模式與該第二操控模式之間獨立可切換，且該第二操控單元可在該第三操控模式與該第四操控模式之間獨立可切換。
該注入器配置可進一步包含至少一射束截止器，其中該第一路徑通向該至少一射束截止器。該第三路徑亦可通向該至少一射束截止器。以此方式，該等第一注入器中之任一者或兩者可經配置以在該射 束截止器之方向上發射電子射束，使得無需將由每一注入器發射之該等電子射束主動操控至該射束截止器。此配置可在射束截止器可能夠自多個方向(例如，自第一路徑及第三路徑兩者)接收電子時特別有效率。相反，電子射束之目標可能夠自單一方向接收電子射束。
該注入器配置可經配置以朝向一自由電子雷射之一線性加速器引導該電子射束。一第三操控單元可安置於該注入器配置與該線性加速器之間，該第三操控單元經配置以朝向該線性加速器來操控該電子射束。
該第三操控單元可為一合併單元，該合併單元經配置以將由該注入器配置提供之該電子射束與在一自由電子雷射中傳播之一電子射束合併。舉例而言，在該注入器配置係供一ERL FEL使用的情況下，該合併單元可將由該注入器配置提供之該電子射束與已經傳播通過該線性加速器之一電子射束合併。
該注入器配置可包含至少一聚焦單元，該至少一聚焦單元係沿著由該第一注入器輸出之該電子射束行進之一路徑及/或由該第二注入器輸出之該電子射束之一路徑而安置。以此方式，可減輕由該第一注入器及該第二注入器提供之該等電子射束之電子聚束內之電荷分佈的變化。
該第一注入器可經定位成使得該第一注入器與該電子射束之一目標之間的電子射束之一路徑長度大於該第二注入器與該目標之間的電子射束之一路徑長度；且其中該至少一聚焦單元經配置以減低由該第一注入器輸出之該電子射束之電子聚束之一大小。
該第一注入器可經配置成使得該至少一操控單元在該第二操控模式中操作時使由該第一注入器輸出之該電子射束彎曲達小於90度之一角度。
該第二注入器可經配置成使得該至少一操控單元在該第四操控 模式中操作時使由該第二注入器輸出之該電子射束彎曲達小於90度之一角度。
該注入器配置可進一步在一第三模式中操作，在該第三模式中，該注入器配置輸出一電子射束，該電子射束包含與來自該第二注入器之該電子射束之電子聚束交錯的來自該第一注入器之該電子射束之電子聚束。以此方式，每一注入器可以(例如)為一個注入器單獨提供電子射束所需之重複率之一半的重複率進行操作。以此方式，每一注入器上經歷較小磨損。
該第一注入器可提供於一第一室中，且該第二注入器可提供於與該第一室屏蔽之一第二室中。
該注入器配置可包含該第一注入器與該第二注入器之間的輻射屏蔽。以此方式，在一注入器提供電子射束時對另一(非操作)注入器進行維修或其他工作係安全的。
該第一注入器可包含一第一光陰極，且該第二注入器可包含一第二光陰極。該注入器配置可包含一單一光陰極驅動雷射，該單一光陰極驅動雷射經配置以將雷射輻射提供至該第一光陰極及該第二光陰極兩者。
根據第二態樣，提供一種經配置以產生至少一輻射光束之自由電子雷射，該自由電子雷射包含該第一態樣之該注入器配置。
該自由電子雷射可包含一合併單元，其中該注入器配置經配置以將該電子射束提供至該合併單元。
根據一第三態樣，提供一種微影系統，其包含：根據該第二態樣之一自由電子雷射，其經配置以產生至少一輻射光束；及至少一微影裝置，該至少一微影裝置中每一者經配置以接收該至少一輻射光束中之至少一者。該至少一輻射光束可包含EUV輻射。
該至少一微影裝置可包含一或多個光罩檢測裝置。
根據本發明之一第四態樣，提供一種自由電子雷射，其包含：一注入器配置，該注入器配置包含一第一電子射束注入器及一第二電子射束注入器，其各自經組態以產生一經注入電子射束；及一注入器線性加速器，其經組態以使該經注入電子射束加速，該注入器線性加速器為一能量恢復線性加速器，該自由電子雷射進一步包含一第二線性加速器及一波紋機。
將該注入器線性加速器提供為能量恢復線性加速器有利，此係因為其允許將能量提供至經注入電子射束，此使電子加速且使該等電子對空間電荷效應較不敏感，而僅需要使用有限量之能量(相比於使用不使用能量恢復件的線性加速器)。縮減空間電荷效應允許將較高品質電子聚束遞送至第二線性加速器。
該注入器配置可進一步包含一合併單元。該合併單元可在該注入器線性加速器上游，且可經組態以在一第一模式中操作與一第二模式中操作之間進行切換，在該第一模式中將來自該第一注入器之一經注入電子射束與一再循環電子射束合併，在該第二模式中將來自該第二注入器之一經注入電子射束與該再循環電子射束合併。
該合併單元可包含一組合偶極磁體，該組合偶極磁體經組態以使該再循環電子射束彎曲達一第一角度且經組態以使該經注入電子射束彎曲達一第二較大角度。該合併單元可經組態以在該第一操作模式與該第二操作模式之間改變時切換該組合偶極磁體之極性。
該第一注入器可提供於該注入器配置之一軸線之一第一側上，且該第二注入器提供於該注入器配置之該軸線之一第二對置側上。
該合併單元可包含經配置為使該再循環電子射束彎曲之一軌道彎道之複數個偶極磁體，該等偶極磁體之極性可切換以反轉施加至該再循環電子射束之彎曲方向。
該軌道彎道可經組態以在該合併單元在該第一模式中操作時將 該再循環光束自該注入器配置軸線之與該第一注入器相同之該側引導朝向該組合偶極磁體，且經組態以在該合併單元在該第二模式中操作時將該再循環光束自該注入器配置軸線之與該第二注入器相同之該側引導朝向該組合偶極磁體。
該軌道彎道可經組態而以一角度且以一空間位置將該再循環光束遞送至該組合偶極磁體，該角度及該空間位置經選擇成使得該再循環電子射束在其離開該組合偶極磁體時將沿著該注入器配置軸線而傳播。
該等軌道彎道偶極磁體可為電磁體。
該第一注入器可包含複數個偶極磁體及複數個四極磁體，該複數個偶極磁體及該複數個四極磁體經組態以在該合併單元在該第一模式中操作時以一角度且以一空間位置將該第一經注入電子射束遞送至該組合偶極磁體，該角度及該空間位置經選擇成使得該第一經注入電子射束在其離開該組合偶極磁體時將沿著該注入器配置軸線而傳播。
該第二注入器可包含複數個偶極磁體及複數個四極磁體，該複數個偶極磁體及該複數個四極磁體經組態以在該合併單元在該第二模式中操作時以一角度且以一空間位置將該第二經注入電子射束遞送至該組合偶極磁體，該角度及該空間位置經選擇成使得該第二經注入電子射束在其離開該組合偶極磁體時將沿著該注入器配置軸線而傳播。
該等偶極磁體及該等四極磁體可經調諧以在該注入器線性加速器之後提供具有一所要品質之電子聚束。
該第一注入器及該第二注入器兩者可經組態以向該經注入電子射束提供低於電子將在一射束截止器中誘發放射性之一臨限能量的一能量。
該注入器線性加速器可經組態以將該經注入電子射束之該能量增加至少20MeV。
該第一注入器可提供於一第一室中且該第二注入器可提供於一第二室中，每一室具有提供屏蔽免於電磁輻射之壁。
該第二線性加速器可為一能量恢復線性加速器。
該第二線性加速器可經組態以在由該注入器線性加速器之加速之後將該電子射束之該能量增加100MeV或更大。
該自由電子雷射可包含含有該第二線性加速器及該注入器線性加速器之一第一迴路，及含有該第二線性加速器及該波紋機之一第二迴路。該第一迴路之路徑長度可等於該第二迴路之路徑長度。
該第一注入器及該第二注入器可各自經組態而以對應於電子圍繞該第一迴路行進所需之時間之一速率提供電子射束清除間隙。
該第一注入器及該第二注入器可提供於該第二線性加速器及該波紋機上方之室中。
根據本發明之一第五態樣，提供一種使用一自由電子雷射來產生一輻射光束之方法，該方法包含：使用一第一電子射束注入器以產生一經注入電子射束且將該經注入電子射束與一再循環電子射束組合，或使用一第二電子射束注入器以產生一經注入電子射束且將該經注入電子射束與該再循環電子射束組合；使用一注入器線性加速器以藉由將能量自該再循環電子射束轉移至該經注入電子射束而增加該經注入電子射束之能量；使用一第二線性加速器以進一步增加該經注入電子射束之該能量；及使用一波紋機以使用該電子射束來產生該輻射光束。
根據本發明之一第六態樣，提供一種電子注入器，其包含：一支撐結構，其經配置以支撐一光陰極；一光束遞送系統，其經配置以將一輻射光束自一輻射源引導至該光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；一調整機構，其可操作以改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區；及一操控單元，其可操作以將一力施加至該電子射 束以變更該電子射束之軌跡，使得該等電子變得與該電子注入器之一軸線實質上重合。
由輻射光束照明之光陰極之區在使用期間可變得受損。舉例而言，隨著時間推移，自該區發射之電子射束之峰值電流可減低及/或該電子射束之發射率可增加。改變由輻射光束照明之光陰極之區會允許待圍繞該光陰極而移動該光陰極之供發射電子射束之區。此情形藉由利用光陰極之較大範圍以遍及光陰極之壽命發射電子而延伸光陰極之使用壽命。
改變由輻射光束照明之光陰極之區可使自該光陰極發射之電子射束自電子注入器之軸線位移。該軸線可表示電子射束在離開電子源之後的所要軌跡。操控單元校正自軸線之位移，且因此使電子待在離開電子注入器之後與軸線重合。此亦可具有將電子注入器中之電子之路徑與在電子注入器下游產生的離子之路徑分離之效應。離子可與光陰極碰撞且對光陰極造成損害。藉由將離子之路徑與電子注入器中之電子之路徑分離，可將光陰極之因離子碰撞遭受損害的區與光陰極之供發射電子光束之區分離。此情形進一步延伸光陰極之使用壽命。
該操控單元可包含一或多個電磁體。
該操控單元可在該電子注入器之一電子升壓器下游。
由該輻射光束照明之該光陰極之該區可與該電子注入器之該軸線分離。
該光束遞送系統可經組態成使得該輻射光束在其入射於該光陰極上時不垂直於該光陰極。
該調整機構可包含該光束遞送系統中之一輻射光束調整單元，該輻射光束調整單元可操作以改變該輻射光束之一或多個屬性。
該輻射光束調整單元可操作以改變該輻射光束之傳播方向。
該光束遞送系統可包含一鏡面，該鏡面經配置以將該輻射光束 反射至該光陰極之一區上，且該調整機構可包含一致動器，該致動器可操作以改變該鏡面之位置及/或定向。
該調整機構可操作以控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之形狀。
該調整機構可操作以控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該形狀，使得在該操控單元將一力施加至自該經照明區發射之該電子射束之後該電子射束呈現一或多個所要屬性。
該調整機構可包含一致動器，該致動器可操作以改變該光陰極之位置及/或定向。
該致動器可操作以使該光陰極旋轉。
該電子注入器可進一步包含一控制器，其中該控制器可操作以控制該調整機構以便控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變。
該操控單元可操作以回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區而調整施加至該電子射束之該力。
該控制器可控制回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而進行施加至該電子射束之該力的該調整。
該電子注入器可進一步包含一電子射束量測器件，該電子射束量測器件可操作以量測該電子射束之一或多個屬性。
該操控單元可操作以回應於該電子射束之一或多個屬性之該量測而調整施加至該電子射束之該力。
該輻射源可為一雷射且該輻射光束可為一雷射光束。
該雷射可為一皮秒雷射。
該電子射束可包含複數個電子聚束。
該電子注入器可進一步包含一電子升壓器，該電子升壓器可操作以使該電子射束加速。
該軸線可表示自該電子注入器輸出之該電子射束之一所要軌跡。
該支撐結構可被容納於一電子槍中，且該電子注入器可進一步包含一致動器，該致動器可操作以調整該電子槍之位置及/或定向。
該致動器可操作以回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而調整該電子槍之該位置及/或該定向。
根據本發明之一第七態樣，提供一種自由電子雷射，其包含：根據該第六態樣之該電子注入器；一粒子加速器，其可操作以使該電子射束加速至相對論速度；及一波紋機，其可操作以使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
該波紋機可經組態以使該等相對論電子發射EUV輻射。
該粒子加速器可為一線性加速器。
根據本發明之一第八態樣，提供一種微影系統，其包含：根據本發明之該第六態樣之一自由電子雷射，及一或多個微影裝置。
根據本發明之一第九態樣，提供一種使用一電子注入器來產生一電子射束之方法，該方法包含：將一輻射光束引導至一光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區；及將一力施加至該電子射束以變更該電子射束之軌跡，使得該等電子變得與該電子注入器之一軸線實質上重合。
將一力施加至該電子射束可包含使用一或多個電磁體以產生一磁場以便變更該電子射束之該軌跡。
由該輻射光束照明之該光陰極之該區可與該電子注入器之該軸線分離。
改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區可包含改變該輻射光束之一或多個屬性。
改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區可包含改變該光陰極 之位置及/或定向。
改變該光陰極之該位置及/或該定向可包含使該光陰極旋轉。
該方法可進一步包含回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而調整施加至該電子射束之該力。
該方法可進一步包含量測該電子射束之一或多個屬性。
該方法可進一步包含回應於該電子射束之一或多個屬性之該量測而調整施加至該電子射束之該力。
該方法可進一步包含控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之形狀。
可控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該形狀，使得在將該力施加至自該經照明區發射之該電子射束之後該電子射束呈現一或多個所要屬性。
該電子射束可包含複數個電子聚束。
該軸線可表示自該電子注入器輸出之該電子射束之一所要軌跡。
根據一第十態樣，提供一種用於產生輻射之方法，其包含：根據該第九態樣之該方法而產生一電子射束；使該電子射束加速至相對論速度；及使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
可使該等相對論電子刺激EUV輻射之發射。
根據本發明之一第十一態樣，提供一種光陰極，其包含：經形成有一空腔之一基板；及安置於該基板上之一材料膜，其中該材料膜包含一電子發射表面，該電子發射表面經組態以在由一輻射光束照明時發射電子，其中該電子發射表面係在該材料膜之與該空腔對置之一側上。
該光陰極可經受與離子之碰撞。基板中之空腔用以增加離子在 光陰極中被停止所處的至基板之深度。此情形減低歸因於離子碰撞而自光陰極濺鍍之材料之量。經濺鍍材料可沈積至光陰極上且可縮減光陰極之量子效率。藉由縮減自光陰極濺鍍之材料之量，可縮減量子效率之任何縮減。此情形增加光陰極之使用壽命。
縮減自光陰極濺鍍之材料之量亦可防止量子效率之梯度產生於光陰極上。此情形增加與自光陰極發射之電子射束相關聯的電流之穩定度，且增加自光陰極發射之電子聚束之電荷分佈之均一性。當將光陰極用於自由電子雷射之電子源中時，此等效應兩者特別有利。
增加離子在光陰極中被停止所處的至基板之深度亦用以減低在光陰極之表面附近對光陰極之加熱。此情形縮減電子自光陰極之任何熱離子發射。此情形縮減由光陰極發射之暗電流。當將光陰極用於自由電子雷射之電子源中時此情形有利，此係因為其縮減自由電子雷射中之可損害自由電子雷射之組件之雜散電子。
該光陰極可包括一衝擊區，該衝擊區將在該光陰極之操作期間接收離子。
該基板中之該空腔可與該衝擊區實質上對準。
安置於該電子發射表面與該空腔之間的該光陰極之一部分之厚度足夠薄，使得入射於該光陰極之彼部分處之帶正電荷離子傳遞通過該光陰極之彼部分且傳遞至該空腔中。
安置於該電子發射表面與該空腔之間的該光陰極之該部分之該厚度可小於10微米。
該光陰極可經組態以在由當該光陰極經保持處於一電壓時施加至該光陰極之一靜電壓力引起的該光陰極之一變形之後呈現一所要形狀。
該光陰極可經組態成使得在該光陰極之該變形之後，與施加至該光陰極之該電壓相關聯之電場線實質上均一。
該基板可包含該基板中之一壓痕。
該基板中之該空腔可包含一斜面。
該基板可包含一或多個肋片。
該一或多個肋片可經配置以增強以抵抗在該光陰極經保持處於一電壓時施加至該光陰極之一靜電壓力。
該等肋片可以一蜂房式結構而配置。
該等肋片可具有小於大約1微米之一厚度。
該基板可包含矽。
該材料膜可包含一或多個鹼金屬。
該材料膜可包含銻化鈉鉀。
根據本發明之一第十二態樣，提供一種電子注入器，其包含：根據本發明之該第十一態樣之一光陰極，其經配置以自一輻射源接收一輻射光束；及一電子升壓器，其可操作以使自該光陰極發射之一電子射束加速。
根據本發明之一第十三態樣，提供一種自由電子雷射，其包含：根據本發明之該第十二態樣之一電子源；一線性加速器，其可操作以使該電子射束加速至相對論速度；及一波紋機，其可操作以使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
該波紋機可經組態以使該等電子發射EUV輻射。
根據本發明之一第十四態樣，提供一種微影系統，其包含：根據該第十三態樣之一自由電子雷射，及一或多個微影裝置。
根據本發明之一第十五態樣，提供一種產生一電子射束之方法，其包含：將一輻射光束引導成入射於一光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；其中該光陰極包含經形成有一空腔之一基板及安置於該基板上之一材料膜，其中該材料膜經組態以在由該輻射 光束照明時自一電子發射表面發射電子，其中該電子發射表面係在該材料膜之與該空腔對置之一側上。
本發明之任何態樣之特徵可與本發明之任一或任何其他態樣組合。
8‧‧‧開口
10‧‧‧琢面化場鏡面器件
11‧‧‧琢面化光瞳鏡面器件
13‧‧‧鏡面
14‧‧‧鏡面
19‧‧‧光束***裝置/光束***器
20‧‧‧光束擴展光學件/擴展器光學件
21‧‧‧注入器配置
22‧‧‧線性加速器/LINAC
23‧‧‧聚束壓縮機
24‧‧‧波紋機
26‧‧‧電子減速器
30‧‧‧第一注入器/操作注入器
31‧‧‧第二注入器/待用注入器/非操作注入器
32‧‧‧操控單元
33‧‧‧電子射束合併單元/合併器
34‧‧‧電子射束截止器/第一射束截止器
35‧‧‧第一操控單元
36‧‧‧第二操控單元
37‧‧‧第二射束截止器
38‧‧‧第一操控單元
39‧‧‧第二操控單元
40‧‧‧聚焦元件
50‧‧‧光陰極驅動雷射
51‧‧‧脈衝式雷射光束
52‧‧‧光束***器
53‧‧‧脈衝式雷射輻射光束
54‧‧‧脈衝式雷射輻射光束
55‧‧‧窗
56‧‧‧窗
57‧‧‧鏡面
58‧‧‧鏡面
59‧‧‧第一光陰極
60‧‧‧第二光陰極
100‧‧‧射束截止器
121‧‧‧注入器配置
122‧‧‧主線性加速器
124‧‧‧波紋機
130‧‧‧第一注入器
131‧‧‧第二注入器
133‧‧‧合併單元
134‧‧‧分解單元
150‧‧‧能量恢復注入器線性加速器
151‧‧‧射束截止器
161‧‧‧第一偶極磁體
162‧‧‧第二偶極磁體
163‧‧‧第一四極磁體
170‧‧‧第一偶極磁體
171‧‧‧第二偶極磁體
172‧‧‧第三偶極磁體
173‧‧‧組合偶極磁體
175‧‧‧四極磁體
178‧‧‧第一室
179‧‧‧第二室
180‧‧‧第一室
181‧‧‧第二室/偶極磁體
182‧‧‧室/偶極磁體
183‧‧‧室/四極磁體
230‧‧‧注入器
231‧‧‧電子槍
232‧‧‧真空腔室
233‧‧‧電子升壓器
234‧‧‧光束通路
235‧‧‧輻射源/雷射
236‧‧‧控制器
237‧‧‧窗
238‧‧‧雷射光束調整單元
239‧‧‧鏡面
240‧‧‧操控單元
241‧‧‧輻射光束/雷射光束
242‧‧‧支撐結構
243‧‧‧光陰極
245‧‧‧軸線
247‧‧‧射頻空腔
249‧‧‧衝擊區
251‧‧‧經照明區/照明區
251'‧‧‧經照明區
252‧‧‧角度/角位移
253‧‧‧位置偏移/位置位移
254‧‧‧沈積區
255‧‧‧內部部分
261‧‧‧基板
263‧‧‧材料膜
264‧‧‧電子發射表面
265‧‧‧空腔
266‧‧‧厚度
267‧‧‧厚度
269‧‧‧厚度
271‧‧‧圍繞光陰極之電場之方向/電場/電場方向
272‧‧‧光陰極上之靜電壓力之方向/靜電壓力
273‧‧‧經變形區
275‧‧‧壓痕/經壓痕區
276‧‧‧斜面
277‧‧‧加強肋片
278‧‧‧開口
A‧‧‧注入器配置之軸線
B‧‧‧極紫外線(EUV)輻射光束/主輻射光束
Ba‧‧‧分支輻射光束
Ba'‧‧‧經圖案化輻射光束
Bb‧‧‧分支輻射光束
Bh‧‧‧分支輻射光束
E‧‧‧聚束式電子射束/電子聚束
E1‧‧‧第一聚束式電子射束/聚束式經注入電子射束
E2‧‧‧第二聚束式電子射束/聚束式經注入電子射束
EIR‧‧‧再循環電子射束
E,EIR‧‧‧經合併電子射束
E2,EIR‧‧‧電子射束
FEL‧‧‧自由電子雷射
IL‧‧‧照明系統
LA1‧‧‧微影裝置
LA2‧‧‧微影裝置
LA8‧‧‧微影裝置
LS‧‧‧微影系統
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MT‧‧‧支撐結構
PS‧‧‧投影系統
R‧‧‧距離
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
現在將參看隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：- 圖1為微影系統之示意性說明，該微影系統包含根據本發明之一實施例之一自由電子雷射及八個微影裝置；- 圖2為形成圖1之微影系統之部分之微影裝置的示意性說明；- 圖3為根據本發明之一實施例之自由電子雷射的示意性說明；- 圖4為根據本發明之一實施例之注入器配置的示意性說明；- 圖5為根據本發明之一替代實施例之注入器配置的示意性說明；- 圖6為根據本發明之一替代實施例之注入器配置的示意性說明；- 圖7為根據本發明之一替代實施例之注入器配置的示意性說明；- 圖8為根據本發明之一替代實施例之注入器配置的示意性說明；- 圖9為根據本發明之一另外實施例的用於複數個注入器之驅動機構的示意性說明；- 圖10為根據本發明之一實施例之自由電子雷射的示意性說明；- 圖11為可形成圖10之自由電子雷射之部分之注入器配置的示意性說明；- 圖12為根據本發明之一實施例之電子注入器的示意性說明； - 圖13為供圖12之電子注入器中使用之光陰極的示意性說明；- 圖14為經由可由圖13之電子注入器使用之光陰極之橫截面的示意性說明；- 圖15為矽基板中之離子之停止位置的表示；- 圖16為經由經受靜電壓力之光陰極之橫截面的示意性說明；- 圖17a為經由經組態以在曝光至靜電壓力之後呈現所要形狀之光陰極之橫截面的示意性說明；- 圖17b為在圖17a之光陰極經受靜電壓力時經由該光陰極之橫截面的示意性說明；- 圖18為包含加強肋片之基板之一部分之平面圖的示意性說明；及- 圖19為經由包含具有開口之空腔之光陰極之橫截面的示意性說明。
圖1展示根據本發明之一實施例之微影系統LS的實例。該微影系統LS包含呈自由電子雷射FEL之形式的一輻射源、一光束***裝置19及八個微影裝置LA1至LA8。輻射源經組態以產生極紫外線(EUV)輻射光束B(其可被稱作主光束)。主輻射光束B***成複數個輻射光束Ba至Bh(其可被稱作分支光束)，該複數個輻射光束Ba至Bh中每一者係由光束***裝置19引導至微影裝置LA1至LA8之一不同微影裝置。分支輻射光束Ba至Bh可自主輻射光束連續地***，其中每一分支輻射光束自主輻射光束自先前分支輻射光束下游***。當為此狀況時，分支輻射光束可(例如)實質上彼此平行而傳播。
微影系統LS進一步包含光束擴展光學件20。光束擴展光學件20經配置以增加輻射光束B之橫截面面積。有利的是，此情形減低光束擴展光學件20下游之鏡面上的熱負荷。此情形可允許光束擴展光學件 下游之鏡面具有較低規範、具有較小冷卻，且因此較不昂貴。另外或替代地，其可允許下游鏡面較接近為正入射角。光束***裝置19可包含經配置於光束B之路徑中之複數個靜態提取鏡面(圖中未繪示)，該複數個靜態提取鏡面將來自主光束B之輻射沿著複數個分支輻射光束Ba至Bh來引導。增加主光束B之大小會縮減必須在光束B之路徑中定位鏡面之準確度。因此，此情形允許由***裝置19更準確地***輸出光束B。舉例而言，光束擴展光學件20可操作以在主光束B係由光束***裝置19***之前將主光束B自大約100微米擴展至多於10公分。
輻射源FEL、光束***裝置19、光束擴展光學件20及微影裝置LA1至LA8可全部經建構且經配置成使得其可自外部環境隔離。真空可提供於輻射源FEL、光束擴展光學件20、光束***裝置19及微影裝置LA1至LA8之至少部分中以便最小化EUV輻射之吸收。微影系統LS之不同部件可具備處於不同壓力之真空(亦即，被保持處於低於大氣壓力之壓力)。
參看圖2，微影裝置LA1包含一照明系統IL、經組態以支撐圖案化器件MA(例如，光罩)之一支撐結構MT、一投影系統PS，及經組態以支撐基板W之一基板台WT。照明系統IL經組態以調節由微影裝置LA1接收之分支輻射光束Ba，之後該分支輻射光束Ba入射於圖案化器件MA上。投影系統PS經組態以將輻射光束Ba'(現在由光罩MA而圖案化)投影至基板W上。基板W可包括先前形成之圖案。當為此狀況時，微影裝置將經圖案化輻射光束Ba'與先前形成於基板W上之圖案對準。
由微影裝置LA1接收之分支輻射光束Ba自光束***裝置19通過照明系統IL之圍封結構中之開口8而傳遞至照明系統IL中。視情況，分支輻射光束Ba可聚焦以在開口8處或附近形成中間焦點。
照明系統IL可包括琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件 11。琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11一起提供輻射光束Ba之所要橫截面形狀及所要角分佈。輻射光束Ba自照明系統IL傳遞且入射於由支撐結構MT固持之圖案化器件MA上。圖案化器件MA反射且圖案化輻射光束以形成經圖案化光束Ba'。除了琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11以外或代替琢面化場鏡面器件10及琢面化光瞳鏡面器件11，照明系統IL亦可包括其他鏡面或器件。舉例而言，照明系統IL可包括獨立可移動鏡面陣列。獨立可移動鏡面可(例如)有小於1毫米寬。獨立可移動鏡面可(例如)為微機電系統(MEMS)器件。
在自圖案化器件MA反射之後，經圖案化輻射光束Ba'進入投影系統PS。投影系統PS包含複數個鏡面13、14，該複數個鏡面13、14經組態以將輻射光束Ba'投影至由基板台WT固持之基板W上。投影系統PS可將縮減因數應用於輻射光束，從而形成特徵小於圖案化器件MA上之對應特徵的影像。舉例而言，可應用為4之縮減因數。儘管投影系統PS在圖2中具有兩個鏡面13、14，但投影系統可包括任何數目個鏡面(例如，六個鏡面)。
如上文所描述，經組態以產生EUV輻射光束B之輻射源包含自由電子雷射FEL。自由電子雷射包含一源，該源可操作以產生聚束式相對論電子射束，及該等相對論電子聚束經引導通過之一週期性磁場。該週期性磁場係由波紋機產生且使電子遵循圍繞中心軸線之振盪路徑。由於由磁性結構造成之加速度，故電子大體上在中心軸線之方向上自發地輻射電磁輻射。相對論電子與波紋機內之輻射相互作用。在某些條件下，此相互作用使電子一起聚束成微聚束，該等微聚束在波紋機內之輻射之波長下經調變，且刺激輻射沿著中心軸線之相干發射。
由電子遵循之路徑可為正弦及平面的，其中電子週期性地橫穿中心軸線；或可為螺旋狀，其中電子圍繞中心軸線而旋轉。振盪路徑 之類型可影響由自由電子雷射發射之輻射之偏振。舉例而言，使電子沿著螺旋狀路徑傳播之自由電子雷射可發射橢圓形偏振輻射，其對於藉由一些微影裝置對基板W之曝光而言可較佳。
圖3為自由電子雷射FEL之示意性描繪，該自由電子雷射FEL包含一注入器配置21、一線性加速器22、一波紋機24及一射束截止器100。圖10亦示意性地描繪自由電子雷射FEL(如下文中進一步描述)。
自由電子雷射FEL之注入器配置21經配置以產生聚束式電子射束E且包含一電子源，諸如，熱離子陰極或光陰極；及一加速電場。電子射束E係由線性加速器22加速至相對論速度。在一實例中，線性加速器22可包含：複數個射頻空腔，其沿著一共同軸線軸向地間隔；及一或多個射頻電源，其可操作以在電子聚束在該等電磁場之間傳遞時沿著該共同軸線控制該等電磁場以便使每一電子聚束加速。空腔可為超導射頻空腔。有利的是，此情形允許：以高作用區間循環施加相對大電磁場；較大光束孔徑，從而引起歸因於尾流場之較少損耗；且允許增加透射至光束(相對於通過空腔壁而耗散)之射頻之分率。替代地，空腔通常可導電(亦即，並非超導)，且可由(例如)銅形成。亦可使用其他類型之線性加速器。舉例而言，線性加速器22可包含雷射加速器，其中電子射束E傳遞通過經聚焦雷射光束且該雷射光束之電場使電子加速。
注入器配置21及線性加速器22一起提供相對論電子。
視情況，電子射束E可傳遞通過聚束壓縮機23。聚束壓縮機23可被安置於線性加速器22下游或上游。聚束壓縮機23經組態以聚束電子射束E中之電子且空間地壓縮電子射束E中之現有電子聚束。一種類型之聚束壓縮機23包含橫向於電子射束E而引導之輻射場。電子射束E中之電子與輻射相互作用且與附近之其他電子聚束。另一類型之聚 束壓縮機23包含磁性軌道彎道，其中在電子傳遞通過該軌道彎道時由該電子遵循之路徑之長度取決於該電子之能量。此類型之聚束壓縮機可用以壓縮已在線性加速器22使用複數個射頻空腔而加速之電子聚束。
電子射束E接著傳遞通過波紋機24。通常，波紋機24包含複數個磁體，該複數個磁體可操作以產生週期性磁場且經配置以便沿著週期性路徑來導引由注入器配置21及線性加速器22產生之相對論電子。結果，電子大體上在波紋機24之中心軸線之方向上輻射電磁輻射。波紋機24包含複數個模組，每一區段包含一週期性磁體結構。電磁輻射可在每一波紋機模組之開始時形成聚束(在本文中被稱作光子聚束)。波紋機24進一步包含用於重新聚焦電子射束E之機構，諸如，一對或多對鄰近模組之間的四極磁體。用於重新聚焦電子射束E之機構可縮減電子聚束之大小，此情形可改良電子與波紋機24內之輻射之間的耦合，從而增加輻射之發射之刺激。
自由電子雷射FEL可在自放大受激發射(SASE)模式中操作。替代地，自由電子雷射FEL可包含可藉由波紋機24內之受激發射放大之種子輻射源。輻射光束B自波紋機24傳播。輻射光束B包含EUV輻射。
在電子移動通過波紋機24時，其與輻射之電場相互作用，從而與輻射交換能量。一般而言，除非條件接近於諧振條件，否則在電子與輻射之間交換之能量之量將快速振盪，該諧振條件係由如下方程式給出： 其中λ em 為輻射之波長，λ u 為波紋機週期，γ為電子之勞倫茲因數，且K為波紋機參數。A取決於波紋機24之幾何形狀：對於螺旋狀波紋機，A=1，而對於平面波紋機，A=2。實務上，每一電子聚束將 具有一能量展度，但可儘可能地最小化此展度(藉由以低發射率產生電子射束EB1)。波紋機參數K通常為大約1且係由如下方程式給出： 其中q及m分別為電荷及電子質量，B 0 為週期性磁場之振幅，且c為光速。
諧振波長λ em 等於由移動通過波紋機24之電子自發地輻射之第一諧波波長。自由電子雷射FEL可在自放大受激發射(SASE)模式中操作。在SASE模式中之操作可需要在電子射束EB1進入波紋機24之前該電子射束EB1中之電子聚束之低能量展度。替代地，自由電子雷射FEL可包含可藉由波紋機24內之受激發射放大之種子輻射源。
移動通過波紋機24之電子可造成輻射之振幅增加，亦即，自由電子雷射FEL可具有非零增益。可在符合諧振條件時或在條件接近但稍微偏諧振時達成最大增益。
在進入波紋機24時符合諧振條件之電子將在其發射(或吸收)輻射時損耗(或取得)能量，使得諧振條件不再得以滿足。因此，在一些實施例中，波紋機24可漸狹。亦即，週期性磁場之振幅及/或波紋機週期λ u 可沿著波紋機24之長度而變化，以便在電子聚束經導引通過波紋機24時將該等電子聚束保持處於或接近於諧振。應注意，電子與波紋機24內之輻射之間的相互作用產生電子聚束內之能量展度。波紋機24之漸狹可經配置以最大化處於或接近於諧振之電子之數目。舉例而言，電子聚束可具有在峰值能量下處於峰值之能量分佈，且漸狹可經配置以在具有此峰值能量之電子經導引通過波紋機24時將該等電子保持處於或接近於諧振。有利的是，波紋機之漸狹具有用以顯著增加轉換效率之能力。漸狹波紋機之使用可將轉換效率(亦即，轉換成輻射光束B中之輻射的電子射束E之能量之部分)增加達原先的2倍以上。波 紋機之漸狹可藉由沿著波紋機之長度縮減波紋機參數K來達成。此可藉由使沿著波紋機之軸線之波紋機週期λ u 及/或磁場強度B 0 與電子聚束能量匹配以確保電子聚束處於或接近於諧振條件來達成。以此方式符合諧振條件會增加發射輻射之頻寬。
在離開波紋機24之後，將電磁輻射(光子聚束)發射為輻射光束B。輻射光束B將EUV輻射供應至微影裝置LA1至LA8。輻射光束B可視情況經引導至專用光學組件，該等專用光學組件可經提供以將輻射光束B自自由電子雷射FEL引導至微影裝置LA1至LA8。因為EUV輻射通常係由所有物質很好地吸收，所以使用反射光學組件(而非透射組件)以便最小化損耗。專用光學組件可調適由自由電子雷射FEL產生之輻射光束之屬性，使得其適於由微影裝置LA1至LA8之照明系統IL接受。專用光學組件可包括圖1所描繪之擴展器光學件20及光束***器19。
在離開波紋機24之後，電子射束E係由截止器100吸收，該截止器100可(例如)包括大量水或具有用於藉由高能量電子衝擊之放射性同位素產生之高臨限值的材料，例如，臨限值為大約15MeV的A1。在傳遞至截止器100之前，可需要自電子射束E提取能量以縮減其放射性及/或恢復能量之至少部分。
為了在電子由射束截止器100吸收之前縮減該等電子之能量，可將電子減速器26安置於波紋機24與射束截止器100之間。電子減速器26縮減在電子由射束截止器100吸收時該等電子所具有之能量之量，且因此將縮減產生於射束截止器100中之誘發性輻射及次級粒子之層級。此情形移除或至少縮減自射束截止器100移除及安置放射性廢料之需要。此情形有利，此係因為放射性廢料之移除需要週期性地關閉自由電子雷射FEL且放射性廢料之安置可昂貴且可具有嚴重環境影響。
電子減速器26可操作以將電子之能量縮減為低於一臨限能量。低於此臨限能量之電子可能不在射束截止器100中誘發任何顯著放射性層級。在自由電子雷射FEL之操作期間，將存在伽瑪輻射，但有利的是，當切斷電子射束E時，射束截止器100將供安全地處置。
注入器之組件(諸如，陰極)可具有相對短操作壽命且可需要頻繁更換或維修。此更換及維修對自由電子雷射具有有害效應，該等組件形成該等自由電子雷射之一部分。本發明之實施例可提供兩個注入器，該等注入器經組態成使得可在一注入器正操作時切斷另一注入器以允許維修。本發明之實施例可增加諸如陰極之注入器組件之操作壽命。
參看圖4，注入器配置21包含第一注入器30及第二注入器31。每一注入器30、31包含其自有電子源，諸如，熱離子陰極或光陰極；及一加速電場。第一注入器30經配置以產生第一聚束式電子射束E1，且第二注入器31經配置以產生第二聚束式電子射束E2。每一注入器30、31經配置以將其各別聚束式經注入電子射束E1、E2引導至操控單元32。操控單元32經配置以選擇性地將經注入電子射束中之一者引導至電子射束合併單元33(如所說明，此經注入電子射束為第一經注入電子射束E1)。經注入電子射束中之另一者經引導至電子射束截止器34(如所說明，此經注入電子射束為第二經注入電子射束E2)。電子射束截止器34可(例如)包括水本體或具有用於藉由高能量電子衝擊之放射性同位素產生之高臨限值的材料，例如，臨限值為大約15MeV的鋁(Al)。
如將對熟習此項技術者易於顯而易見，操控單元32可以任何適當方式予以實施。作為一實例，操控單元32可包含操控磁體，可控制該等操控磁體以在射束截止器34或合併單元33之方向上操控入射經注入電子射束E1、E2。
操控單元32可被認為在操控模式中操作。在第一操控模式中，操控單元32沿著第一路徑將電子射束自第一注入器30引導朝向射束截止器34。在第二操控模式中，操控單元將電子射束自第一注入器引導朝向合併單元33。
經引導朝向合併單元33之經注入電子射束E1提供輸出電子射束。合併單元33經配置以將由操控單元32提供之經注入電子射束與在自由電子雷射FEL內傳播之現有再循環電子射束合併，且將經合併電子射束E引導至線性加速器22。如將對熟習此項技術者易於顯而易見，合併單元33可以任何適當方式予以實施。作為一實例，合併單元33可包含複數個磁體，該複數個磁體經配置以產生一磁場以引導來自操控單元32之經注入電子射束E1以與再循環電子射束合併。應瞭解，在自由電子雷射FEL之初始化之後，可不存在供與由操控單元32提供之電子射束合併之再循環電子射束。在此狀況下，合併單元33僅僅將由操控單元32提供之電子射束提供至線性加速器22。
圖4之注入器配置21允許在注入器30、31中之一者操作時服務注入器30、31中之另一者。舉例而言，圖4將第一注入器30展示為操作的。亦即，由第一注入器30產生之電子射束E1係由操控單元32引導至合併單元33以供應至線性加速器22(由以實線之形式之電子射束E1之表示來表示)。如圖4所描繪，第二注入器31係非操作的(由電子射束E2與合併單元33之間的點線指示，其展示電子射束E2未貢獻於電子射束E)。
為了將非操作注入器快速切換至操作狀態，非操作注入器31可在待用模式中操作(待用注入器)，而另一注入器30(操作注入器)將其聚束式電子射束提供至線性加速器22。待用注入器31可產生與操作注入器30相同的電荷，但以低作用區間循環進行。由待用注入器31產生之電荷可經提供至截止器34(如所說明)。此情形允許非操作注入器31 在操作注入器需要維修的情況下快速假定操作注入器之作用。
應瞭解，在維修期間，非操作注入器可既不處於操作模式亦不處於待用模式，而是可處於不產生電荷之關斷狀態中。可將注入器30、31中每一者彼此屏蔽以便產生供服務非操作注入器之安全環境。舉例而言，每一注入器可各自被提供於具有壁之一室中，該等壁提供屏蔽免於由另一注入器產生之輻射。亦可將該等室與自由電子雷射FEL之其他部分屏蔽。
圖5示意性地說明根據一替代實施例之注入器配置21，其中類似組件已具備類似元件符號。在圖5中，第一注入器30及第二注入器31各自經配置以在射束截止器34之方向上引導各別電子射束E1、E2。各別操控單元35、36安置於每一注入器30、31與射束截止器34之間。每一操控單元35、36可選擇性地將所接收電子射束引導至射束截止器34或引導至合併單元33。因而，當一注入器30、31在待用(或完全非操作)模式中操作時，另一注入器30、31可將電子射束提供至線性加速器22。
操控單元35、36可被認為在操控模式中操作。在第一操控模式中，第一操控單元35沿著第一路徑將電子射束自第一注入器30引導朝向射束截止器34。在第二操控模式中，第一操控單元35將電子射束自第一注入器30引導朝向合併單元33。在第三操控模式中，第二操控單元36沿著第三路徑將電子射束自第二注入器31引導朝向射束截止器34。在第四操控模式中，第二操控單元36將電子射束自第二注入器31引導朝向合併單元33。
有益地，圖5之配置可需要與圖4之配置相比較不複雜的操控機構。亦即，射束截止器34可相對於每一操控單元35、36而定位成使得為將電子射束E1、E2引導至射束截止器34而無需對電子射束E1、E2之路徑進行調整。以此方式，操控單元35、36僅需要將電子射束E1、E2 引導至合併單元33。
可需要確保當自一個注入器切換至一不同注入器(亦即，將一個注入器自操作狀態轉變至待用或非操作狀態，同時將另一注入器自待用或非操作狀態轉變至操作狀態)時提供至合併單元33之電子射束E內之電荷分佈不改變。自每一注入器30、31至合併單元33之路徑長度之差可造成(例如)由於來自每一注入器之電子射束之不同擴展量的提供至合併單元之電子射束內之電荷分佈的此等改變。因此，可需要確保所有注入器與合併單元33之間的路徑長度相等。
在注入器與合併單元33之間的路徑長度不相等的情況下，可提供聚焦元件。圖6示意性地說明一替代注入器配置21，其中類似組件已具備類似元件符號。在圖6之配置中，第一注入器30經配置以將第一電子射束E1引導朝向第一射束截止器34，而第二注入器31經配置以將第二電子射束E2引導朝向第二射束截止器37。各別操控單元38、39安置於每一注入器30、31與其各別射束截止器34、37之間。每一各別操控單元38、39可操作以選擇性地將自其朝向射束截止器34、37之路徑之所接收電子射束轉向至朝向合併單元33之路徑，該合併單元33安置成鄰近於操控單元39。
操控單元38、39可被認為在操控模式中操作。在第一操控模式中，第一操控單元38沿著第一路徑將電子射束自第一注入器30引導朝向射束截止器34。在第二操控模式中，第一操控單元38將電子射束自第一注入器30引導朝向合併單元33。在第三操控模式中，第二操控單元39沿著第三路徑將電子射束自第二注入器31引導朝向射束截止器34。在第四操控模式中，第二操控單元39將電子射束自第二注入器31引導朝向合併單元33。
在第一注入器30與合併器33之間行進的電子聚束之路徑長度大於在第二注入器31與合併器33之間行進的電子聚束之路徑長度。因 而，合併單元33處之第一電子射束E1內之電荷分佈可不同於合併單元33處之第二電子射束E2內之電荷分佈。在第一操控單元38與合併單元33之間提供聚焦元件40。聚焦元件40可包含(例如)四極磁體，該四極磁體可操作以在必要時使第一電子射束E1變窄或擴展第一電子射束E1。因此，聚焦元件40可調整第一電子射束E1之聚焦，使得第一電子射束E1及第二電子射束E2內之電荷分佈在合併單元33處相同。
應瞭解，雖然在圖6之實施例中，聚焦元件40可提供於第一操控單元38與合併單元33之間，但聚焦元件可代替地或另外提供於第二操控單元39與合併單元33之間。提供於第二操控單元39與合併單元33之間的聚焦元件可操作以操縱電子射束E1、E2中之任一者或兩者。更通常，一或多個聚焦元件可提供於沿著電子射束E1、E2之路徑之任何點處。舉例而言，在圖4之實施例中，在第一注入器30相比於第二注入器31遠離操控單元32之程度更遠離操控單元32的情況下，可將聚焦單元提供於第一注入器30與操控單元32之間。
應進一步瞭解，雖然在圖6之示意性描繪中，第一電子射束E1被展示為傳遞通過第二操控單元39，但第一電子射束E1無需傳遞通過第二操控單元39。另外，在第一電子射束E1傳遞通過第二操控單元39的情況下，第二操控單元39可無需主動地操控電子射束E1。
除了路徑長度以外，電子射束在注入器與合併單元之間彎曲所經由之角度之差亦可引起合併單元處之彼等電子射束之間的電荷分佈之差。圖7說明一替代注入器配置21，其中類似組件已具備類似元件符號。在圖7之配置中，第一注入器30經配置以在射束截止器34之方向上引導第一電子射束E1，而第二注入器31經配置以在第二射束截止器37之方向上引導第二電子射束E2。各別操控單元38、39安置於每一注入器30、31與其各別射束截止器34、37之間。每一各別操控單元38、39可操作以選擇性地將自其朝向射束截止器34、37之路徑之所接 收電子射束轉向至朝向合併單元33之路徑，該合併單元33安置於操控單元38、39之間。圖7之配置提供注入器21之一個實例，其中每一電子射束E1、E2在其各別注入器30、31與合併單元33之間彎曲所經由之角度相等，藉此縮減可由不同彎曲角造成的電子射束E1、E2內之電荷分佈之變動。合併單元33在將第一經注入電子射束E1與再循環電子射束合併與將第二經注入電子射束E2與再循環電子射束合併之間切換。此切換可使用具有可切換極性之偶極磁體(例如)以下結合圖11進一步所描述之方式來達成。
操控單元38、39可被認為在操控模式中操作。在第一操控模式中，第一操控單元38沿著第一路徑將電子射束自第一注入器30引導朝向射束截止器34。在第二操控模式中，第一操控單元38將電子射束自第一注入器30引導朝向合併單元33。在第三操控模式中，第二操控單元39沿著第三路徑將電子射束自第二注入器31引導朝向射束截止器34。在第四操控模式中，第二操控單元39將電子射束自第二注入器31引導朝向合併單元33。
圖8示意性地說明一替代注入器配置21，其中類似組件已具備類似元件符號。圖8之配置通常對應於圖6之配置，而具有呈大體上相似佈局之相同組件。然而，在圖6之注入器配置中，電子射束E1、E2由各別注入器30、31發射之方向被描繪為實質上垂直於電子射束E在其進入合併單元33時之方向。亦即，在圖6之配置中，操控單元38、39被描繪為使電子射束E1、E2彎曲達90度之角度。與此對比，在圖8之配置中，注入器30、31及其各別射束截止器34、37各自經配置成相對於經注入電子射束E1、E2在其進入合併單元33時之傳播方向成一角度，使得操控單元38、39需要使每一電子射束E1、E2彎曲以將彼電子射束引導至合併單元33所經由之角度小於90度。相似地，在圖8之配置中，合併單元33經配置以使經注入電子射束E1、E2彎曲達小於90度 之角度。
因此，在圖8之配置中，相比於圖6之配置，每一電子射束E1、E2彎曲所經由之總角度得以縮減，藉此縮減電子射束內之電荷分佈之變動的有害效應。
雖然上文大體上描述一個注入器在任何時間係操作的，但一般而言，一個以上注入器可同時地操作。舉例而言，在圖5之配置中，每一注入器30、31可同時地操作。亦即，操控單元35、36可經配置以將電子射束E1、E2兩者同時引導至合併單元33，該等電子射束E1、E2一起提供電子射束E，該電子射束E待提供至線性加速器22。在將電子射束E1、E2兩者提供至合併單元33的情況下，每一注入器30、31可以縮減之重複率進行操作(亦即，可在給定時間段內發射較少電子聚束)。舉例而言，注入器30、31中每一者可以為一個注入器單獨操作之重複率之一半的重複率進行操作。在此狀況下，電子射束E可包含與來自第二注入器31之電子聚束交錯的來自第一注入器30之電子聚束。
儘管在所描述實施例中，每一注入器配置包含兩個注入器30、31，但應瞭解，可提供額外注入器(其中在必要時供應對應額外操控配置)。另外，儘管在所描述實施例中，每一注入器配置將一電子射束提供至合併單元(亦即，在可被稱作能量恢復LINAC(ERL)FEL之FEL組態中)，但應理解，在不使用能量恢復的情況下，由注入器配置產生之電子射束未被提供至合併器，而是在不與現有電子射束合併的情況下直接提供至LINAC 22。在此狀況下，可需要額外操控單元以將電子射束E引導至LINAC。替代地，注入器配置可經配置成使得在不使用額外操控單元的情況下自注入器配置提供電子射束E。
如上文所描述，每一注入器可包含經配置以產生電子之一光陰極。每一注入器之該光陰極可經配置以自諸如雷射(在本文中被稱作 光陰極驅動雷射)之輻射源接收輻射光束。
每一注入器之光陰極可藉由使用電壓源而保持處於高電壓。舉例而言，注入器之光陰極可保持處於大約幾百千伏之電壓。雷射光束之光子係由光陰極吸收，且可將光陰極中之電子激發至較高能態。光陰極中之一些電子可被激發至足夠高能態，使得該等電子自光陰極發射。光陰極之高電壓為負，且因此用以使自光陰極發射之電子加速遠離光陰極，藉此形成電子射束。
由光陰極驅動雷射提供之雷射光束可經脈動，使得電子係自光陰極以對應於雷射光束之脈衝之聚束形式被發射。光陰極驅動雷射可(例如)為皮秒雷射，且因此雷射光束中之脈衝可具有為大約幾皮秒之持續時間。光陰極之電壓可為DC電壓或AC電壓。在光陰極之電壓為AC電壓之實施例中，光陰極電壓之頻率及相位可與雷射光束之脈衝匹配，使得雷射光束之脈衝與光陰極之電壓中之峰值重合。
在一些實施例中，單一光陰極驅動雷射可將一雷射光束供應至多個注入器之光陰極。圖9示意性地說明一實例實施例，其中兩個注入器30、31係由單一光陰極驅動雷射50驅動。光陰極驅動雷射50經配置以將脈衝式雷射光束51發射至光束***器52。光束***器52經配置以將雷射光束51***成兩個脈衝式雷射光束53、54，該兩個脈衝式雷射光束53、54分別經引導至注入器30、31。脈衝式雷射光束53、54通過提供於注入器30、31之外殼中的各別窗55、56而進入注入器30、31，且入射於各別鏡面57、58上。
第一注入器30之鏡面57經配置以將脈衝式雷射光束53引導至第一光陰極59上，而第二注入器31之鏡面58經配置以將脈衝式雷射光束54引導至第二光陰極60上，從而使該等光陰極59、60發射各別電子聚束E1、E2。
為了操作注入器30、31中之處於待用模式中之一注入器或為了 允許注入器30、31中之一者非操作(例如，為了維修)，光束***器52可操作以選擇性地防止雷射輻射被引導至注入器30、31中任一者。光束***器52可操作以獨立地變化脈衝式雷射光束經提供至各別注入器30、31之頻率。舉例而言，在第一注入器30係操作的且第二注入器31待處於待用模式中的情況下，脈衝式輻射光束經提供至第二注入器31之頻率可低於脈衝式輻射光束經提供至第一注入器30之頻率。
替代地，光束***器52可始終將脈衝式雷射輻射光束53、54同等地提供至注入器兩者。在此狀況下，可藉由調整施加至一注入器之光陰極之電壓而將該注入器置放至待用模式中。舉例而言，可使施加至待用注入器之光陰極之電壓相比於施加至操作注入器之光陰極之電壓較不頻繁地高(藉此縮減待用注入器之作用區間循環)。
應瞭解，圖9僅僅係示意性的且每一注入器可包含比所說明組件多的組件。舉例而言，每一注入器之光陰極可容納於一真空腔室內，且每一注入器可包含一加速電場。
圖10示意性地展示一自由電子雷射FEL，其包含一注入器配置121、一線性加速器122及一波紋機124。注入器配置121被提供於第一室180中，且線性加速器配置122及波紋機124被提供於第二室181中。自波紋機124輸出EUV輻射光束B，且可將該EUV輻射光束B提供至微影裝置(例如，以上文結合圖1所描述之方式)。
注入器配置121包含第一注入器130及第二注入器131。第一注入器130位於第一室178中，且第二注入器131位於第二室179中。每一注入器130、131包含其自有電子源，諸如，光陰極；及一加速電場(例如，如圖12所展示)。加速電場使由電子源產生之電子加速，使得該等電子在具有(例如)大約10MeV之能量的情況下離開注入器130、131。注入器130、131產生電子射束E1、E2，該等電子射束E1、E2經引導朝向合併單元133。合併單元133將電子射束E1、E2與再循環電子 射束EIR合併(再循環電子射束EIR之起源係在下文予以進一步描述)。每一經注入電子射束E1、E2當其在合併單元133處與再循環電子射束EIR合併時相對於該再循環光束對向一角度α。該角度α可(例如)為大約30°或更小，且可(例如)為大約15°或更小。
實務上，在正常操作期間，注入器130、131中之一者可離線，例如，在待用模式中操作或被切斷以允許常規維修。因此，再循環電子射束EIR係與由第一注入器130產生之電子射束E1或由第二注入器131產生之電子射束E2合併。為易於術語，合併單元133之後之經注入電子射束被標註為經注入電子射束E(代替經注入電子射束E1或E2)。
線性加速器150形成注入器配置121之部分。線性加速器150使經注入電子射束E之電子加速且將該等電子能量增加至少20MeV。因為電子在具有大約10MeV之能量的情況下進入線性加速器150，所以其在具有為30MeV或更大之能量的情況下離開線性加速器。因此，注入器配置提供具有為30MeV或更大之能量之電子射束E。此電子射束E傳遞通過出自第一室180之開口(圖中未繪示)且傳遞至第二室181中。
在第二室181中，線性加速器122使電子射束E之電子加速。由線性加速器122提供至電子之能量顯著大於由注入器配置121之線性加速器150提供之能量。舉例而言，由線性加速器122提供之能量可為大約100MeV或更大。經加速電子射束E自線性加速器122傳遞至波紋機124。在波紋機中，輻射光束B係由電子射束E以上文所描述之方式而產生。
第二室181中之線性加速器122可被稱作主線性加速器122(或第二線性加速器)，且第一室180中之線性加速器150可被稱作注入器線性加速器150。在一替代配置中，注入器線性加速器150及主線性加速器122可被提供於同一室中。
在由注入器130、131產生之後且在電子射束行進至主線性加速器122之前使電子射束E加速有利，此係因為此情形顯著改良由主線性加速器接收之電子聚束之品質。電子射束E可在自注入器配置121行進至主線性加速器122時行進相當大距離(例如，超過10公尺)。若電子射束E之電子具有為大約10MeV之能量(諸如，可被預期由注入器130、131提供)，則隨著電子行進至主加速器122將發生電子射束中之電子聚束之品質之顯著降級。此內容背景中之術語「品質」可被解譯為係指電子聚束之緊密性及電子聚束內電子能量之展度。歸因於空間電荷效應而發生降級。為微聚束不穩定度效應之實例的此等空間電荷效應不可避免。使用注入器線性加速器150使電子射束E加速會顯著增加電子之勞倫茲因數，且結果，電子在其自注入器配置121行進至主線性加速器122時具有增加之質量。因為歸因於空間電荷力之施加至電子之加速度得以縮減，所以電子之增加之質量縮減藉由空間電荷效應造成的聚束降級。相應地，電子聚束之品質得以增加。
在一實施例中，若電子之能量自10MeV增加至30MeV或更大，則電子之質量為大約三倍或多於三倍。電子射束聚束降級相對應地縮減三分之二或多於三分之二。一些微聚束不穩定度效應尺度相對於勞倫茲因數γ非線性地縮減，且可(例如)以為γ2之因數或以為γ3之因數縮減。因此，隨著電子之能量增加，此等微聚束不穩定度效應極大地縮減。
注入器線性加速器150可將顯著多於20MeV之能量提供至電子。該注入器線性加速器150可(例如)提供30MeV或更大。該注入器線性加速器150可(例如)提供50MeV或更大，或60MeV或更大。該注入器線性加速器150可(例如)作為經組態以提供50MeV或更大或60MeV或更大之模組而提供。替代地，注入器線性加速器150可被提供為此模組的一半，其可經組態以提供20MeV或更大或30MeV或更大。將更 多能量提供至電子射束會進一步縮減微聚束不穩定度效應，且因此進一步增加由主加速器122接收之電子聚束之品質。
可考慮代替增加電子射束E中之電子之能量，可僅僅縮減自注入器至主線性加速器之路徑之長度。然而，進行此縮減實務上可成問題，且可需要例如遍及短距離超過45°之大彎曲角。舉例而言，當注入器130、131位於與主線性加速器所位於之室不同的室178、179時(可需要此情形以允許在自由電子雷射FEL之操作期間維修一注入器)可為此狀況。由電子射束E經歷之大彎曲角將造成電子發射相干同步加速器輻射。由電子聚束之前端之電子發射之相干同步加速器輻射將與電子聚束之後部處之電子相互作用。因此，相干同步加速器輻射干擾電子聚束且使電子聚束之品質降級。相干同步加速器輻射之發射及彼輻射與電子聚束之相互作用為微聚束不穩定度效應之另一實例。
當使用本發明之一實施例時，由電子射束E之電子經歷之空間電荷不穩定度效應得以極大地縮減。此情形允許增加自注入器配置121至主線性加速器122之路徑之長度，同時僅招致由於長度增加之電子射束中之電子聚束之品質的小縮減。增加路徑之長度可允許電子射束E逐漸更彎曲(亦即，較長路徑長度可用以達成電子射束之方向之給定改變)。舉例而言，可使用偶極磁體及四極磁體之組合來達成電子射束方向之改變。提供較長路徑長度以容納偶極及四極磁體可允許該等偶極及四極磁體經配置成使得其在電子射束方向之改變期間造成發射較少同步加速器輻射(相比於在較短路徑長度可用以容納磁體時在電子射束方向之改變期間發射之同步加速器輻射之量)。
因此，藉由增加電子射束中之電子之能量且藉此增加電子之勞倫茲因數(且增加質量)，縮減了微聚束不穩定度效應。藉此改良由主加速器122接收之電子射束中之電子聚束之品質。
注入器線性加速器150為能量恢復線性加速器。亦即，注入器線 性加速器150將能量自再循環電子射束EIR轉移至經注入電子射束E。再循環電子射束EIR以相對於注入器線性加速器150中之加速場(例如，射頻場)為大約180度之相位差進入該注入器線性加速器。電子聚束與注入器線性加速器150中之加速場之間的相位差造成再循環電子射束EIR之電子待由該等場減速。減速電子將其能量中之一些返回傳遞至注入器線性加速器150中之場，藉此增加使經注入電子射束E加速之場之強度。以此方式，將能量自再循環電子射束EIR轉移至經注入電子射束E。
在一實施例中，再循環電子射束EIR具有為30MeV之能量，且注入器線性加速器150將20MeV之能量自再循環電子射束轉移至經注入電子射束E。因此，自注入器線性加速器150提供能量為30MeV的輸出電子射束E及能量為10MeV的再循環電子射束EIR。藉由分解單元134將再循環電子射束EIR與電子射束E分離，且將該再循環電子射束EIR引導至射束截止器151。
因為注入器線性加速器150為能量恢復線性加速器且將能量自再循環電子射束EIR轉移至經注入電子射束E，所以該注入器線性加速器150使用比在線性加速器不為能量恢復線性加速器之狀況下將使用之能量少得多的能量。注入器線性加速器150可具有接近零之平衡空腔負荷。亦即，經注入電子射束E中之電流可與再循環電子射束EIR中之電流實質上匹配，且自再循環電子射束EIR提取之能量可幾乎相同於給定至經注入電子射束E之能量。實務上，給定至經注入電子射束E之能量之量可能稍微高於自再循環電子射束EIR提取之能量，在此種狀況下，將一些能量提供至注入器線性加速器150以構成此差。一般而言，再循環電子射束EIR在其離開注入器線性加速器150時之能量將實質上對應於由第一注入器130提供之電子射束E1(或等效地由第二注入器131提供之電子射束E2)之能量。
如上文所提及，注入器130、131各自包括一加速電場，該加速電場在電子到達合併單元133之前使該等電子加速。該加速電場係由使用與注入器線性加速器150及主線性加速器122相同的操作原理之線性加速器提供，亦即，空腔具備使電子加速之射頻(RF)場。然而，提供於注入器130、131內之加速與後續加速之間的重要差異在於：彼注入並不由能量恢復線性加速器提供。因此，在電子到達合併單元133之前使電子加速所需之全部能量必須被提供至注入器130、131(該能量不為經恢復能量)。舉例而言，為了將電子加速至10MeV，需要大約300kW之功率。若電子待由注入器130、131加速(例如)至30MeV，則此將需要大約900kW之功率。提供此高功率之缺點為：注入器130、131之低溫冷卻可變得成問題。另外，當歸因於橫越電力供應器而連接之負荷之量值而將注入器130、131接通及切斷時可出現複雜情況。
因為自再循環電子射束EIR恢復用以使電子加速之能量，所以使用能量恢復注入器線性加速器150以將電子加速至30MeV(或一些其他能量)會避免上述問題。注入具有相對低能量(例如，10MeV或更小)之電子射束且接著使用能量恢復注入器線性加速器150以使電子射束加速之額外益處為：再循環電子射束EIR在其已傳遞通過注入器線性加速器之後具有為10MeV或更小之能量。此能量足夠低以避免在射束截止器151中誘發放射性。若經注入電子射束具有顯著較高能量(例如，20MeV)，則將需要在射束截止器151之前添加電子減速單元以便避免在射束截止器中誘發放射性。
主線性加速器122亦為能量恢復線性加速器。主線性加速器122中之能量恢復以與注入器線性加速器150中之能量恢復相同的方式工作。在離開波紋機124之後，使電子射束E以大約180度之相位差再循環通過主線性加速器122。電子射束接著作為與經注入電子射束E1、 E2合併之再循環電子射束EIR進入注入器配置121。
電子射束E之電子聚束可被提供為聚束序列，其中間隙提供於該等序列之間。該等間隙可被稱作清除間隙且長於一電子聚束序列之鄰近電子聚束之間的分離度。在電子射束路徑中自殘餘氣體經由碰撞離子化而產生離子。離子帶正電荷，且離子之產生速率係使得隨著時間推移在該等離子未被移除的情況下將使電子射束E中和(例如，離子電荷與每公尺電子射束之電子電荷匹配)。電子射束E中之清除間隙允許離子漂移遠離電子射束路徑，藉此防止或縮減經截留離子之累積。可在沿著光束路徑之任何點處發生離子遠離電子射束之此漂移。可提供用以增加離子漂移遠離電子射束路徑之速度之提取電極。
如自考慮圖10可理解，在自由電子雷射中之一些位置處，電子射束E與再循環電子射束EIR彼此共同傳播。在合併單元133與分解單元134之間發生此共同傳播，其中光束共同傳播通過注入器線性加速器150(此共同傳播允許在線性加速器中發生能量恢復)。相似地，電子射束E及再循環電子射束EIR亦共同傳播通過主線性加速器122。
為了使清除間隙在電子射束E與再循環電子射束EIR共同傳播之部位處有效，電子射束E中之清除間隙應與再循環電子射束EIR中之清除間隙同步。除了允許離子漂移出電子射束路徑以外，在該等離子傳遞通過注入器線性加速器150及主線性加速器122時使清除間隙同步亦提供如下優點：加速器之能量恢復操作不被干擾(若清除間隙存在於減速光束中，而在加速光束中不具有對應清除間隙，則加速器將造成經加速電子射束之能量之非想要波動)。
在一實施例中，為了允許清除間隙之同步，圖10所展示之兩個迴路之電子射束路徑長度可彼此相等。可量測自合併單元133、通過注入器線性加速器150及主線性加速器122而返回至該合併單元(而不傳遞通過波紋機124)的第一迴路。可量測自主線性加速器122之進入 口、通過主線性加速器及波紋機124且返回至主線性加速器122之進入口的第二迴路。產生清除間隙之速率可對應於電子圍繞該等迴路中之一者行進所花費的時間(圍繞第一迴路之行進時間將相同於圍繞第二迴路之行進時間)。此情形將提供電子射束E及再循環電子射束EIR中之清除間隙之同步，由於該同步，可遍及電子射束路徑(包括在注入器線性加速器150及主線性加速器122中)發生離子清除。一般而言，經注入電子射束中之清除間隙可與再循環電子射束中之清除間隙同步。
儘管圖10將注入器配置121示意性地展示為在與主線性加速器122及波紋機124同一個平面中，但未必為此狀況。可在一不同平面中提供注入器配置121。舉例而言，經提供有注入器配置之室180可在經提供有主線性加速器122及波紋機124之室181之上方或下方。
一般而言，自由電子雷射FEL之每一室180至183可具有輻射屏蔽壁、地板及頂板，使得來自彼室外部之輻射不入射於彼室內部之操作者上(且反之亦然)。此情形可允許(例如)操作者在一注入器131正操作且自由電子雷射FEL部分其他部件正操作時修復另一注入器130。
圖11示意性地更詳細展示注入器配置121之合併單元133連同第一注入器130及第二注入器131。在圖11中，第二注入器131係操作的，且第一注入器130被切斷(例如，以允許維修)或處於待用模式中。合併單元133將經注入電子射束E2與再循環電子射束EIR組合，使得當此兩個電子射束離開合併單元時，其以共線之方式一起傳播。
合併單元133包含偶極磁體及四極磁體。在此實施例中，偶極磁體及四極磁體為電磁體(但偶極磁體及/或四極磁體可為永久性磁體)。偶極磁體係由含有圓盤之正方形161、162、170至173、181、182示意性地表示。偶極磁體改變電子射束之傳播方向(發生方向改變之點係由圓盤示意性地表示)。四極磁體係由不含有圓盤之矩形163、183、 175示意性地指示。四極磁體用以保持電子射束聚焦，亦即，用以防止電子射束之非想要發散度。
經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR係由組合偶極磁體173而組合。如示意性地所說明，經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR相對於注入器配置之軸線A(由點線指示)具有不同定向。在此實施例中，經注入電子射束E2在其進入組合偶極磁體173時相對於軸線A對向(例如)大約15°之角度。再循環電子射束EIR在其進入組合偶極磁體173時相對於軸線A對向(例如)大約2°之角度。在此實例中，經注入電子射束具有為大約10MeV之能量，且再循環電子射束EIR具有為大約80MeV之能量。
組合偶極磁體173在電子射束E2、EIR兩者傳遞通過組合偶極磁體時使該等電子射束E2、EIR向右彎曲。由組合偶極磁體173施加至電子射束E2、EIR之彎曲角度係與該等電子射束之能量成反比。使具有為10MeV之能量的經注入電子射束E2彎曲達大約15°之角度，使得當該經注入電子射束E2射出組合偶極磁體173時，其在軸線A之方向上傳播。使具有為80MeV之顯著較高能量的再循環電子射束EIR彎曲達大約2°之角度。為2°之彎曲角度係使得當再循環電子射束EIR射出組合偶極磁體173時，其亦在軸線A之方向上傳播。經注入電子射束E2在進入組合偶極磁體173時之空間位置及再循環電子射束EIR在進入偶極磁體時之空間位置經選擇成使得其兩者在離開該組合偶極磁體173時具有同一空間位置。因此，組合偶極磁體173將兩個電子射束組合成使得在射出組合偶極磁體時，該等電子射束兩者沿著軸線A傳播(其彼此共線)。
圖11所展示之其他偶極磁體161、162、170至172經組態而以相對於軸線A成某些角度及空間位置而將電子射束E2、EIR遞送至組合偶極磁體173，該等角度及空間位置係使得該等電子射束兩者在其離開組 合偶極磁體173時將沿著中心軸線傳播(亦即，其將共線)。因為在自由電子雷射之設計期間判定電子射束E2、EIR之能量，所以可在設計自由電子雷射時相當地選擇偶極磁體之一般組態。可在注入器配置121之安裝期間調諧由偶極磁體161、162、170至173提供之光束彎曲角度以便提供光束對準。
除了以相對於軸線A成所要角度及空間位置而將電子射束E2、EIR遞送至組合偶極磁體173以外，偶極磁體161、162、170至172亦可經組態以維持(或實質上維持)電子射束中之電子聚束品質。
一對偶極磁體161、162提供於經注入電子射束E2之路徑中。第一偶極磁體161經配置以使經注入電子射束E2向右彎曲，且第二偶極磁體162經配置以使經注入電子射束E2向左彎曲。在傳遞通過該對偶極磁體161、162之後，經注入電子射束E2接著傳遞通過組合偶極磁體173，該組合偶極磁體173使經注入電子射束向右彎曲。因此，經注入電子射束E2傳遞通過三個偶極磁體161、162、173。經注入電子射束E2亦傳遞通過提供於第一偶極磁體161之前、提供於第一偶極磁體161與第二偶極磁體162之間且提供於第二偶極磁體162之後的四極磁體。
偶極磁體161、162經組態而以相對於軸線A成一所要角度而將經注入電子射束E2遞送至組合偶極磁體173(該所要角度可(例如)為15°)。四極磁體163提供於第一偶極磁體161之前、提供於第一偶極磁體161與第二偶極磁體162之間且提供於第二偶極磁體162之後。四極磁體163將經注入電子射束E2保持聚焦，亦即，防止經注入電子射束之非想要發散度。組合地，三個偶極磁體161、162、173及三個四極磁體163提供實質上消色差之經注入電子射束E2之彎曲，亦即，組合偶極磁體173之後的電子射束之位置及方向係與經注入電子射束E2之能量無關。偶極磁體161、162、173及四極磁體163亦提供實質上等時之經注入電子射束E2之彎曲，亦即，電子之所有能量沿著同一路徑長 度行進。可在安裝期間執行偶極磁體161、162、173及四極磁體163之一些調諧以便獲得具有所要聚束品質之電子射束。該調諧可(例如)考量在注入器線性加速器150之後的電子聚束之品質。在一些情況下，注入器線性加速器150之後的最佳電子聚束品質可藉由有意使用偶極磁體161、162、173及四極磁體163將(例如)少量色度引入至經注入電子射束E2中來達成。一般而言，偶極磁體161、162、173及四極磁體163可經調諧以在線性加速器150之後提供具有所要品質之電子聚束。
經注入電子射束E2可在其到達第一四極磁體163之前沿著螺線管(圖中未繪示)行進。該螺線管可穿過經定位有第二注入器131之室179之壁(參見圖10)。
再循環電子射束EIR傳遞通過四個偶極磁體170至173。此等偶極磁體170至173具有可逆極性。亦即，由每一偶極磁體170至173施加至再循環電子射束EIR之彎曲角度可反轉。此反轉係藉由切換流動通過偶極磁體170至173之電流之方向，藉此調換彼等偶極磁體之B場方向來達成。
當第二注入器131正操作且第一注入器130被切斷(或處於待用模式中)時，偶極磁體170至173經組態成使得再循環電子射束EIR遵循由圖11中之實線示意性地指示之路徑。亦即，第一偶極磁體170使再循環電子射束EIR向右彎曲，第二偶極磁體171使再循環電子射束EIR向左彎曲，且第三偶極磁體172使再循環光束向右彎曲。在此實例中，偶極磁體170至172以相對於軸線A成大約2°之角度將再循環電子射束EIR遞送至組合偶極磁體173。偶極磁體170至173經配置為軌道彎道。該軌道彎道以一所要角度將再循環電子射束EIR遞送至組合偶極磁體173，使得再循環電子射束在其離開組合偶極磁體時沿著軸線A被引導。
如上文所提及，經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR之入射 角及其各別能量係使得經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR兩者在其離開組合偶極磁體173時沿著軸線A傳播。經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR傳遞通過四極磁體175，且接著行進至注入器線性加速器150(參見圖10)。
可需要切斷第二注入器131且使用第一注入器130以提供用於自由電子雷射之電子射束E1(亦即，在第二操作模式與第一操作模式之間切換)。當為此狀況時，作用於再循環電子射束EIR之偶極磁體170至173之極性全部被切換。此切換可藉由切換流動通過偶極磁體170至173之電流之方向來達成。再循環電子射束EIR接著遵循由虛線指示之光束路徑。此光束路徑實際上為當使用第二注入器131時由再循環電子射束EIR遵循之路徑之鏡像(圍繞軸線A而反射)。因此，再循環電子射束EIR係由第一偶極磁體170向左彎曲，接著由第二偶極磁體171向右彎曲，且接著由第三偶極磁體172向左彎曲。再循環電子射束藉此以大約2°之角度但自軸線A之對置側而遞送至組合偶極磁體173。
相似地，經注入電子射束E1遵循亦由虛線指示之一路徑。經注入電子射束E1傳遞通過兩個偶極磁體181、182及三個四極磁體183。此等磁體以對應於上文關於另一經注入電子射束E2所描述之方式的方式進行操作，且以大約15°之角度但自軸線A之對置側而將經注入電子射束E1遞送至組合偶極磁體173。
經注入電子射束E1及再循環電子射束EIR之能量及入射角係使得組合偶極磁體173將不同彎曲度施加至該等電子射束，且該等電子射束兩者在其離開組合偶極磁體時沿著軸線A而共線地傳播。
以上描述參考用於經注入注入電子射束E1、E2之為大約15°之入射角及用於再循環電子射束EIR之為大約2°之入射角。然而，應瞭解，可使用任何合適角(例如，用於經注入注入電子射束E1、E2之高達大約30°之入射角及用於再循環電子射束EIR之高達大約4°之入射 角)。如上文所提及，由組合偶極磁體173施加之彎曲度係與電子射束之能量成反比。因此，當組態注入器配置121時，可使用當注入器配置121係操作時將存在的電子射束能量來選擇偶極磁體161、162、170至173、181、182之組態(電子射束之能量將提前為吾人所知)。
再次參看圖10，可見，經注入電子射束E2呈現為在合併單元133上游與再循環電子射束EIR交叉。實務上，電子射束不相交，而是代替地經注入電子射束E2在再循環電子射束EIR上方傳遞。偶極磁體係用以在再循環電子射束EIR已在經注入電子射束E2下方傳遞之後向上移動該再循環電子射束EIR，使得光束兩者在其進入合併單元133之前在同一平面中傳播。經注入電子射束E2及再循環電子射束EIR之平面可對應於合併單元133之後的經合併電子射束E,EIR之平面。該平面可(例如)係實質上水平的。在一替代配置中，經注入電子射束E2可在合併單元133之前在再循環電子射束EIR下方傳遞。
在將自第一注入器130提供之經注入電子射束E1與再循環電子射束EIR組合的第一操作模式至將自第二注入器131提供之經注入電子射束E2與再循環電子射束組合的第二操作模式之間的切換可受到控制器(圖中未繪示)控制。該控制器可包含處理器。該控制器可藉由切換提供至軌道彎道之偶極磁體170至173之電流之方向來切換該等偶極磁體之極性。
圖12為注入器230之一實施例的示意性描繪。該注入器230包含一電子槍231(其可被認為是電子源)、一電子升壓器233，及一操控單元240。電子槍231包含支撐結構242，該支撐結構242經配置以支撐真空腔室232內部之光陰極243。應瞭解，在工業中，可出售不具有光陰極243的注入器230，該光陰極243可被認為是用於注入器230中之可更換部件。
電子槍231經組態以自輻射源235接收輻射光束241。輻射源235 可(例如)包含發射雷射光束241之雷射235。雷射235可被稱作光陰極驅動雷射。雷射光束241經引導通過雷射光束調整單元238且通過窗237而引導至真空腔室232中。雷射光束241係由鏡面239反射，使得其入射於光陰極243上。鏡面239可(例如)經金屬化且連接至接地端以便防止鏡面239變得帶電荷。
雷射光束調整單元238、窗237及鏡面239可全部被認為是將雷射光束241引導至光陰極243之區上之光束遞送系統之組件。在其他實施例中，光束遞送系統可包含比雷射光束調整單元238、窗237及鏡面239多或少的組件，且可包含其他光學組件。光束遞送系統可包含適於將雷射光束241引導至光陰極243之區上之任何組件。舉例而言，在一些實施例中，光束遞送系統可僅由一支撐件組成，該支撐件經組態以支撐雷射235，使得由雷射235發射之雷射光束241經引導至光陰極243之區上。
可藉由使用電壓源(圖中未繪示)使光陰極243保持處於高電壓，該電壓源可形成電子槍232之部分或可與電子槍232分離。舉例而言，光陰極243可保持處於大約幾百千伏之電壓。雷射光束241之光子係由光陰極243吸收且可將光陰極243中之電子激發至較高能態。光陰極243中之一些電子可被激發至足夠高能態，使得該等電子自光陰極243發射。光陰極243之高電壓為負，且因此用以使自光陰極243發射之電子加速遠離光陰極243，藉此形成電子射束E。
如上文進一步所提及，雷射光束241可經脈動，使得電子係自光陰極243以對應於雷射光束241之脈衝之聚束形式被發射。因此，電子射束E為聚束式電子射束。雷射235可(例如)為皮秒雷射，且因此，雷射光束241中之脈衝可具有大約幾皮秒之持續時間。光陰極243之電壓可為DC電壓或AC電壓。在光陰極243之電壓為AC電壓之實施例中，光陰極電壓之頻率及相位可與雷射光束241之脈衝匹配，使得雷射光 束241之脈衝與光陰極243之電壓中之峰值重合。
自自由電子雷射FEL發射之輻射之量係至少部分地取決於波紋機24中之電子射束E之峰值電流。為了增加波紋機24中之電子射束E之峰值電流且因此增加自自由電子雷射FEL發射之輻射之量，可需要增加自光陰極243發射之電子聚束之峰值電流。舉例而言，可需要使光陰極243發射具有超過1毫安之峰值電流之電子聚束。
每來自雷射光束241之光子由光陰極243發射之電子之數目被稱為光陰極之量子效率。可需要使光陰極243包含具有高量子效率之材料，使得針對雷射光束241之給定數目個光子自光陰極243發射具有大峰值電流(例如，大於1毫安之峰值電流)之電子射束E。光陰極243可(例如)包含一或多個鹼金屬且可包含含一或多個鹼金屬及銻之化合物。舉例而言，材料膜63可包含銻化鈉鉀。此光陰極243可(例如)具有幾個百分比之量子效率。舉例而言，光陰極243可具有大約5%之量子效率(此量子效率可被認為是高量子效率)。
真空腔室232自電子槍231延伸且延伸通過電子升壓器233，因此形成電子射束E行進通過之光束通路234。該光束通路234圍繞軸線245延伸。在電子射束E被直接遞送至不使用能量恢復之線性加速器之一實施例中，軸線245可對應於電子射束E通過線性加速器22之所要路徑，且可為電子在波紋機24中遵循振盪路徑所圍繞的軸線(如上文所描述)。在電子射束E係經由合併單元而遞送以加入再循環電子射束之一實施例中，軸線245可對應於電子射束E在離開注入器230時之所要路徑(該所要路徑係使得電子射束將由偶極磁體以所要入射角遞送至合併單元)。
軸線245可與光束通路234之幾何中心及/或光陰極243之幾何中心重合。在替代實施例中，軸線245可與光束通路234之幾何中心及/或光陰極243之幾何中心分離。一般而言，軸線245為需要使電子射束E 在電子射束已傳遞通過操控單元240之後實質上重合之軸線。
自光陰極243發射之電子聚束中之電子各自係由在電子之間起作用之排斥性靜電力而排斥遠離彼此。此為空間電荷效應且可造成電子聚束散開。電子聚束在位置及動量相位空間中之展度之特徵可在於電子射束E之發射率。歸因於空間電荷效應之電子聚束之散開增加電子射束E之發射率。可需要使電子射束E在線性加速器22、122、150及波紋機24、124(參見圖3及圖10)中具有低發射率，此係因為此情形可增加來自電子之能量轉換成波紋機24中之輻射之效率。
為了限制電子射束E之發射率之增加，在電子升壓器233中使電子射束加速。在電子升壓器233中使電子聚束加速會縮減藉由空間電荷效應造成的電子聚束之展度。在電子射束E之發射率歸因於空間電荷效應而實質上增加之前使光陰極243附近之電子射束E加速(使用電子升壓器233)係有利的。
電子升壓器233可(例如)使電子聚束加速至超過大約0.5MeV之能量。在一些實施例中，電子升壓器233可使電子聚束加速至超過大約5MeV之能量。在一些實施例中，電子升壓器233可使電子聚束加速至高達大約10MeV之能量。電子升壓器233可(例如)使電子聚束加速至大約10MeV之能量。
在一些實施例中，電子升壓器233可經定位於操控單元240下游(相對於在如圖12所描繪之操控單元240上游)。
電子升壓器233係以與上文所描述之線性加速器22相同的方式操作，且可(例如)包含複數個射頻空腔247(圖12所描繪)及一或多個射頻電源(圖中未繪示)。射頻電源可操作以控制沿著光束通路234之軸線245之電磁場。隨著電子聚束在該等空腔247之間傳遞，受到射頻電源控制之電磁場造成每一電子聚束加速。空腔247可為超導射頻空腔。替代地，空腔247通常可導電(亦即，並非超導)，且可由(例如)銅 形成。電子升壓器233可包含線性加速器。
在一替代實施例中，電子升壓器233可(例如)包含雷射加速器，其中電子射束E傳遞通過經聚焦雷射光束且雷射光束之電場造成電子加速。亦可使用其他類型之電子升壓器。
電子射束E沿著光束通路234行進，且傳遞至合併單元33、133(當使用LINAC時)或直接傳遞至線性加速器(當使用非能量恢復線性加速器時)。光束通路234經抽汲至真空壓力條件，但可含有一些殘餘氣體分子。電子射束E可與殘餘氣體分子碰撞且可離子化該等氣體分子，藉此產生帶正電荷離子。當電子被加速時，電子之能量增加，且此增加之能量引起產生更多離子。
遍及自由電子雷射FEL之帶正電荷離子被吸引至電子射束E之路徑，該電子射束E之負電荷充當至帶正電荷離子之勢井。該等離子具有實質上高於電子之質量的質量，且結果未(例如)由電子升壓器233之空腔247加速。該等離子將沿著光束通路234擴散且可(例如)返回行進至注入器230中。到達注入器230之離子歸因於光陰極之電壓而被吸引至光陰極243，且可與光陰極243碰撞。
返回行進至注入器230之正離子將沿著電子射束E之路徑行進。由離子朝向注入器行進之路徑之最後部分將為線性的(例如，對應於圖11所展示的注入器130與四極磁體183之間的路徑)。此線性路徑可(例如)穿過含有注入器130之室之壁。該線性路徑可位於螺線管內。由正離子行進之線性路徑可對應於圖12所展示之軸線245。
與光陰極243之離子碰撞可損害光陰極243。詳言之，離子與光陰極243之碰撞可造成材料自光陰極243之濺鍍。對光陰極243之損害可造成光陰極243之組成之改變，此情形可縮減光陰極243之量子效率且因此縮減自光陰極243發射之電子射束E之峰值電流。另外或替代地，由離子碰撞對光陰極243之損害可造成光陰極243之表面粗糙度的 增加。光陰極243之表面粗糙度之增加可導致自光陰極243發射之電子射束E之發射率的增加及/或可導致光陰極243之量子效率之縮減。因此，與光陰極243之離子碰撞隨著時間推移會縮減電子射束E之峰值電流及/或增加電子射束E之發射率。
除了與光陰極243之離子碰撞之效應以外，雷射光束241亦可對由雷射光束241照明之光陰極243之區造成損害。與離子碰撞之效應相似地，雷射光束241可造成光陰極243之表面粗糙度之增加及/或光陰極243之組成之改變，此情形可減低由雷射光束241照明之光陰極243之區之量子效率且可增加自彼區發射之電子射束E之發射率。
由離子碰撞及/或雷射光束241造成的光陰極243之損害可縮減光陰極之使用壽命。因此，可需要縮減對光陰極243之損害及/或縮減光陰極243之損害對自光陰極243發射之電子射束E之峰值電流及發射率之影響。此情形可增加光陰極243之使用壽命。
圖13為如沿著軸線245所檢視之光陰極243的示意性描繪。如上文所提及，離子歸因於由電子射束E造成的勢井而變得與電子射束E對準。電子射束E之路徑通常可在自注入器230之傳遞期間與軸線245實質上重合。在此等離子進入注入器230且與光陰極243碰撞的情況下，因此，其將在軸線245與光陰極243會合之位置附近與光陰極243碰撞。因此，與光陰極243碰撞之大部分離子可在環繞軸線245之衝擊區249(圖13所展示)(其可對應於光陰極之幾何中心)中衝擊光陰極243。
衝擊區249中之離子碰撞可變更光陰極243之組成及/或增加此區249中之光陰極243之表面粗糙度。因此，相比於自光陰極243之除了衝擊區249之外的區發射之電子射束E，自衝擊區249發射之電子射束E可具有較低峰值電流(歸因於衝擊區249中之縮減之量子效率)及/或較高發射率。為了增加峰值電流及/或縮減電子射束E之發射率，雷射光 束241可經引導以入射於光陰極243之與軸線245分離且與衝擊區249分離的經照明區251上。舉例而言，經照明區251可與軸線245分離達大約幾毫米之距離。相對少離子與經照明區251碰撞，此係因為該經照明區251係與軸線245分離。因此，經照明區251之組成及表面粗糙度可能並不藉由與光陰極243之離子碰撞而實質上縮減，且因此，可自經照明區251發射具有高峰值電流及低發射率之電子射束E。
將雷射光束241引導成入射於光陰極243之與軸線245分離的經照明區251上會造成自經照明區251發射之電子射束E之位置自軸線245移位一位置偏移253。當在與軸線245分離之位置自光陰極243發射電子射束E時，與光陰極243相關聯之電場可造成以不垂直於光陰極之表面之角度252發射電子射束E，正如圖12所展示。舉例而言，在光陰極243之幾何中心與軸線245重合之實施例中，在垂直於光陰極243之表面之方向上僅發射實質上在軸線245處發射之電子。因此，可在具有自軸線245之位置位移253及角位移252的情況下發射電子射束E。
注入器配置之後續組件(例如，合併單元或線性加速器)可經組態以使位置及軌跡與軸線245實質上重合的電子射束E加速。因此，可需要變更電子射束E之軌跡以便校正自軸線245之位置位移253及角位移252，使得電子射束E在離開注入器230之後即與軸線245實質上重合。
為了將電子射束E與軸線245對準，運用操控單元240(圖12所展示)來調整電子射束E。操控單元240經組態以變更電子射束E之軌跡，使得電子射束E之軌跡在離開操控單元240之後即與軸線245實質上重合。操控單元240可(例如)包含經組態以在光束通路234中產生磁場之一或多個電磁體。磁場可對電子射束E施加力，該力用以變更電子射束E之軌跡。在圖12所描繪之實施例中，電子射束之軌跡係由操控單元240變更直至電子變得與軸線245實質上重合為止。
在操控單元包含一或多個電磁體之實施例中，該等電磁體可經 配置以形成磁偶極、磁四極、磁六極中之一或多者，及/或經組態以將力施加至電子射束E之任何其他種類之多極磁場配置。另外或替代地，操控單元240可包含一或多個帶電板，該一或多個帶電板經組態以在光束通路234中產生電場，使得將力施加至電子射束E。一般而言，操控單元240可包含可操作以將力施加至電子射束E以變更電子射束E之軌跡使得電子與軸線245重合之任何裝置。
傳遞通過操控單元240之任何離子之質荷比比電子射束E中之電子之質荷比大得多。因此，操控單元240實質上不調整傳遞通過操控單元240而朝向光陰極243的離子之行進位置或方向。傳遞至注入器230中(例如，自線性加速器22)之離子可具有足夠動量，使得由注入器230中之電子射束E產生的勢井實質上並不變更注入器230中之離子之路徑。此情形具有將離子之路徑(其可與軸線245實質上重合)與注入器230中之電子射束E分離之效應，且允許光陰極243上之衝擊區249之位置與由雷射光束241照明之光陰極243之區251分離。此情形確保光陰極243之供發射電子射束E之經照明區251係與傾於自離子碰撞而損害之衝擊區249分離。此情形可確保與光陰極243之離子碰撞實質上並不縮減峰值電流或增加電子射束E之發射率。
然而，如上文所提及，入射於光陰極243上之雷射光束241可隨著時間推移損害由雷射光束241照明之光陰極243之區，且可縮減自光陰極243發射的電子射束E之峰值電流及/或增加該電子射束E之發射率。除了由雷射光束241照明之光陰極243之區251之藉由雷射光束241造成的損害以外，該經照明區251亦可受到藉由氣體分子與尚未傳遞通過操控單元240之電子之間的的碰撞而產生於注入器230中之離子損害。在操控單元240之前產生之離子可被吸引至操控單元240之前的電子射束E之路徑，且因此，可沿著電子射束E之路徑擴散以與由雷射光束241照明之光陰極243之區251碰撞。然而，一般而言，在注入器 230中產生比在注入器下游之位置處之離子少的離子，且因此，對由雷射光束241照明之光陰極243之區251的損害相比於對衝擊區249之離子損害可較不顯著。
為了增加光陰極243之使用壽命，可改變由雷射光束241照明之光陰極243之區251。舉例而言，在期間雷射光束入射於經照明區251上之一時間段之後(在該時間段期間經照明區251可已變得受損)，光陰極上之雷射光束之位置可改變至新經照明區251'(如圖13所展示)。雷射光束241可入射於新經照明區251'上歷時另一時間段直至該新經照明區251'變得受損為止。由雷射光束241照明之光陰極243之區可接著再次改變至另一新經照明區(圖中未繪示)。可循環地改變由雷射光束241照明之光陰極243之區之位置，藉此掃描光陰極243上方之雷射光束241，以便照明光陰極243之先前尚未被照明且因此受損之新區。
此情形可允許使用大光陰極243區以遍及光陰極243之壽命發射電子射束E，且因此可增加光陰極243之總使用壽命。改變由雷射光束241照明之光陰極243之區可(例如)允許光陰極243之使用壽命增加為原先的10倍或更大。
可連續地改變或可逐步地改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。在逐步地改變由雷射光束241照明之光陰極243之區之一實施例中，可週期性地發生步驟。在一替代實施例中，可非週期性地發生步驟。
可(例如)藉由雷射光束調整單元238(圖12所展示)來改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。雷射光束調整單元238可包含一或多個鏡面、透鏡或適於改變雷射光束241之一或多個屬性之其他光學組件。舉例而言，雷射光束調整單元238可改變雷射光束241之傳播方向，使得雷射光束241入射於鏡面239上之位置及雷射光束241入射於光陰極243上之位置得以改變。
在一替代實施例中，可藉由變更鏡面239之位置及/或定向來改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。舉例而言，鏡面239可經傾斜及/或移動以便變更雷射光束241自該鏡面239反射之方向，藉此改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。可使用可操作以改變鏡面239之位置及/或定向的致動器(圖中未繪示)來改變鏡面239之位置及/或定向。
在一另外替代實施例中，可藉由變更雷射235之位置及/或定向來改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。舉例而言，雷射235可經傾斜及/或移動以便改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。可藉由可操作以改變雷射235之位置及/或定向的致動器(圖中未繪示)來改變雷射235之位置及/或定向。
在另一實施例中，可藉由變更光陰極243之位置及/或定向來改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。舉例而言，可使光陰極243旋轉，同時雷射光束241之位置保持恆定，使得由雷射光束241照明之光陰極243之區在光陰極243上旋轉。替代地，可變更光陰極243及雷射光束241之位置及/或定向兩者以便改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。
可藉由致動器(圖中未繪示)改變光陰極243之位置及/或定向。舉例而言，支撐結構242可包含可操作以改變光陰極243之位置及/或定向之致動器。
雷射光束調整單元238、可操作以改變鏡面239之位置及/或定向之致動器、可操作以改變雷射235之位置及/或定向之致動器及可操作以改變光陰極243之位置及/或定向自致動器皆為可操作以改變由雷射光束241照明之光陰極243之區之調整機構的實例。應瞭解，可在不脫離本發明之範疇的情況下使用其他調整機構以改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。可分離地使用或結合一或多個其他調整機構來 使用每一調整機構以用於改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。
由雷射光束241照明之光陰極243之區可判定電子射束E自軸線245之角位移252及位置位移253。因此，由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變可造成自軸線245之角位移及/或位置位移的對應改變。回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變，操控單元240可調整施加至電子射束E之力，使得電子射束E之軌跡自其經調整角及位置位移變更，使得電子射束E在該調整之後繼續與軸線245重合。因此，操控單元240可操作以回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區而調整施加至電子射束E之力。
在操控單元240包含一或多個電磁體之一實施例中，操控單元240可調整流動通過該一或多個電磁體之線圈之一或多個電流。對該一或多個電流之調整可造成由操控單元240產生之磁場之改變，且因此造成由操控單元240施加至電子射束E之力之改變。
在一替代實施例中，操控單元240可機械地可移動。舉例而言，操控單元240可經傾斜、經旋轉及/或經移位以便回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變而調整施加至電子射束E之力。
操控單元240可受到控制器236(圖12所展示)控制。另外或替代地，控制器236可控制雷射光束調整單元238。控制器236可(例如)為可程式化邏輯控制器。控制器236可使雷射光束調整單元238改變由雷射光束241照明之光陰極243之區。控制器236可進一步使操控單元240回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變而調整施加至電子射束E之力，使得電子射束E在該調整之後繼續與軸線245重合。操控單元240可(例如)藉由調整流動通過操控單元240之一或多個電磁體之一或多個電流而調整施加至電子射束E之力。
在一替代實施例中，控制器236可控制雷射235、鏡面239及光陰極243中之一或多者以便造成由雷射光束241照明之光陰極243之區之 改變。一般而言，控制器236可控制可操作以改變由雷射光束241照明之光陰極243之區之任何調整機構。
在一些實施例中，操控單元240可回應於電子射束E之量測而將力施加至電子射束。舉例而言，電子射束量測器件(圖中未繪示)可經定位成接近電子射束E且可量測電子射束E之位置。操控單元240可使用電子射束E之量測以計算力且將力施加至電子射束E，使得電子與軸線245重合。當對雷射光束241入射之光陰極之區作出改變時，此情形可造成可由電子射束量測器件量測之電子射束E之位置的改變。電子射束量測器件可將電子射束之位置之改變傳達至操控單元240。操控單元240可回應於電子射束E之位置之改變而調整施加至電子射束E之力，使得由操控單元施加之力變更電子射束E之軌跡，使得電子與軸線245重合。
在一實施例中，可組合使用雷射光束量測器件及控制器236。在此實施例中，雷射光束量測器件可與控制器236通信。
在一些實施例中，操控單元240可回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變而不調整施加至電子射束E之力。舉例而言，在藉由在雷射光束241之位置保持恆定時使光陰極243旋轉來改變由雷射光束241照明之光陰極243之區之一實施例中，電子射束E自軸線245之位置位移253及角位移252並不改變。在此實施例中，電子射束E之軌跡可繼續由操控單元240變更，使得在不具有由操控單元240對電子射束E施加之力之調整的情況下電子與軸線245重合。
在一些實施例中，可回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變而調整電子槍231之位置及/或定向。舉例而言，回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變，電子槍231之位置及/或定向可經調整，使得離開電子槍231之電子之軌跡實質上相同於在由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變之前的電子之軌跡。在此實施例 中，由操控單元240施加至電子射束E之力可保持實質上恆定。替代地，可回應於由雷射光束241照明之光陰極243之區之改變而調整電子槍231之位置及/或定向及由操控單元240施加至電子射束E之力兩者。
可使用可操作以改變電子槍231之位置及/或定向之致動器(圖中未繪示)來調整電子槍231之位置及/或定向。在一些實施例中，亦可與電子槍231之位置及/或定向之調整一起調整電子升壓器233之位置及/或定向(例如，使用致動器)。
在一些實施例中，由雷射光束241照明之光陰極243之區可改變，使得雷射光束241橫越光陰極243進行掃描。雷射光束241可遍及實質上全部光陰極243進行掃描。替代地，雷射光束241可遍及惟衝擊區249除外的實質上全部光陰極243進行掃描。
在其他實施例中，雷射光束241可僅遍及光陰極243之一部分進行掃描。舉例而言，由雷射光束241照明之光陰極243之區可保持在光陰極243之內部部分255之內部(圖13所展示)。內部部分255可對應於光陰極243之處於與軸線245相隔之距離R內之部分。距離R可表示電子射束E自軸線245之最大位置位移253，針對該距離，操控單元240可操作以施加調整電子射束E之軌跡使得電子與軸線245重合之力。舉例而言，自內部區255之外部之區發射之電子射束E可自軸線245遠遠地位移，使得電子射束E可在到達操控單元240之前與光束通路234之外部範圍碰撞。替代地，電子射束E可在自軸線245之一位移處到達操控單元240，該位移太大而使操控單元240不能變更電子射束E之軌跡而使得電子與軸線245重合。
可需要使離開注入器230之電子聚束具有一特定形狀及電荷分佈。舉例而言，可需要使電子聚束具有圓形橫截面且沿著其長度具有均勻電荷密度。然而，除了變更電子射束E之軌跡以外，由操控單元240施加至電子射束E之力亦可造成電子射束E之聚束之形狀及/或電荷 分佈的改變。舉例而言，操控單元240可在一特定方向上壓縮或擴展電子聚束E。
為了縮減由操控單元240造成的電子聚束之形狀及/或電荷分佈之任何改變之效應，可控制由雷射光束241照明之光陰極243之區之形狀，以產生在傳遞通過操控單元240之後具有理想形狀及/或電荷分佈之電子聚束。舉例而言，由雷射光束241照明之光陰極243之區可成橢圓形以便造成自光陰極243發射具有橢圓形橫截面之電子聚束。該電子聚束隨後可由操控單元240沿著該電子聚束之橢圓形橫截面之半長軸壓縮，使得該電子聚束被壓縮成在其離開注入器230時具有圓形橫截面。
一般而言，可控制由雷射光束241照明之光陰極243之區之形狀，使得自經照明區發射之電子射束在操控單元240將力施加至該電子射束之後呈現一或多個所要屬性。舉例而言，該一或多個所要屬性可為電子射束之電子聚束之特定形狀及/或電荷分佈。
由操控單元240施加至電子射束E之力可針對由雷射光束241照明之光陰極243之不同區而不同。因此，由操控單元240造成的電子聚束之形狀及/或電荷分佈之任何改變可針對自光陰極243之不同區發射之電子聚束而不同。舉例而言，若由雷射光束241照明之光陰極243之區移動遠離軸線245，則操控單元240可增加施加至電子E之力。此情形亦可增加由操控單元240造成的電子射束E中之電子聚束之形狀及/或電荷分佈之改變。
為了適應於自光陰極243之不同區發射之電子聚束之形狀及/或電荷分佈的不同改變，由雷射光束241照明之光陰極243之區之形狀可針對雷射光束241在光陰極243上之不同位置予以調整。舉例而言，若由雷射光束241照明之光陰極243之區移動遠離軸線245，則可增加光陰極243之橢圓形經照明區之偏心率。此情形可增加自光陰極243發射之 電子聚束之橫截面之偏心率(在預料到操控單元240中電子聚束之形狀之較大壓縮的情況下)。此情形可確保離開操控單元240之電子聚束具有理想形狀及/或電荷分佈。
由雷射光束241照明之光陰極243之區之形狀可受到雷射光束調整單元238控制。舉例而言，雷射光束調整單元238可控制雷射光束241之形狀，使得控制雷射光束241入射之光陰極之區的形狀以造成具有所要屬性(例如，所要形狀及/或電荷分佈)之電子聚束之發射。自光陰極243發射之電子聚束之所要屬性可考量預期在操控單元240中發生的電子聚束之屬性之任何改變。自光陰極243發射之電子聚束之所要屬性可針對光陰極243之供發射電子聚束之不同區而不同。
另外或替代地，可藉由控制可操作以改變鏡面239之位置及/或定向之致動器來控制由雷射光束241照明之光陰極243之區之形狀。
如上文進一步所提及，藉由將照明區251與衝擊區249分離，自光陰極之接收較少離子碰撞且因此較不傾於受到離子碰撞造成的損害之區發射電子射束E。此情形可延伸可自光陰極243發射具有高峰值電流及低發射率之電子射束之時間段，且因此，可延伸光陰極243之使用壽命。
然而，光陰極243之在衝擊區249外部之區仍可受到衝擊區249中之離子碰撞影響，此係因為離子碰撞在衝擊區249中可造成材料自光陰極243之濺鍍。自衝擊區249濺鍍之一些材料可返回至光陰極243，且可沈積於光陰極243之在衝擊區249外部之區上。經濺鍍材料可(例如)沈積於沈積區254內部。沈積區254可(例如)與經照明區251、251'重疊，如圖13所展示。
沈積於光陰極243之沈積區254上之經濺鍍材料可變更光陰極243之沈積區254之全部或部分的化學組成。此變更可造成縮減沈積區254之全部或部分之量子效率。舉例而言，經照明區251之全部或部分之 量子效率可藉由經沈積濺鍍材料縮減。除非回應於經照明區251之全部或部分之量子效率之縮減而增加雷射光束241之功率，否則自經照明區251發射之電子射束E之峰值電流將縮減。
經濺鍍材料可不均勻地沈積於光陰極243上方。舉例而言，相比於可沈積於較遠離衝擊區249之區上的經濺鍍材料，更多經濺鍍材料可沈積於光陰極243之較接近衝擊區249之區上。此情形可(例如)造成光陰極243之量子效率之徑向梯度。
光陰極243之量子效率之徑向梯度可造成自光陰極243發射之電子聚束之不均勻電荷分佈。舉例而言，經照明區251之量子效率在經照明區251之較遠離衝擊區249之一部分中相比於在經照明區251之較接近衝擊區249之一部分中可較大。因此，當雷射光束241之脈衝入射於經照明區251上時，相比於自該經照明區251之具有較低量子效率之部分發射的電子數量，自該經照明區251之具有較高量子效率之部分發射更多電子。因此，將發射具有不均勻電荷分佈之電子聚束。此情形可不利，此係因為針對具有不均勻電荷分佈之電子聚束可縮減來自電子聚束之能量轉換成波紋機24中之輻射之效率。
由沈積於光陰極243上之經濺鍍材料造成的光陰極243之量子效率之不均勻分佈亦可造成自光陰極243發射之電子射束E之電流之不穩定度。電流不穩定度本質上可不穩定且可具有高頻率。難以預料此等電流不穩定度，且難以(例如)藉由調變雷射光束241之功率而校正此等電流不穩定度。
除了造成材料自光陰極243之濺鍍以外，與光陰極243碰撞之離子亦可將其能量中之一些以熱能之形式轉移至光陰極243。此情形可造成待加熱光陰極243之區。光陰極243之加熱可造成電子自光陰極243之一些熱離子發射。可在雷射光束241之脈衝期間及在雷射光束241之脈衝之間的時間發生電子自光陰極243之熱離子發射。因此，可 在期間光陰極243未由雷射光束241照明之時間發射電子。在光陰極243未由雷射光束241照明時之時間發射之電子造成來自光陰極243之電子流，其被稱作暗電流。
暗電流電子不與電子升壓器233或線性加速器22、122、150中之高頻反轉電磁場同步。因此，暗電流電子可取決於其到達電子升壓器233及/或線性加速器22、122、150之時間而呈現廣範圍之能量。暗電流電子之廣範圍之能量意謂自由電子雷射FEL之可經設計成引導或聚焦自由電子雷射FEL中之電子之元件可對暗電流電子具有變化之效應。因此，暗電流電子可為難以控制之雜散電子。
雜散暗電流電子可與自由電子雷射FEL之元件碰撞，此情形可對自由電子雷射之元件造成損害。舉例而言，暗電流電子可與波紋機24、124之磁性組件碰撞。此碰撞可造成波紋機之去磁，此情形可縮減波紋機之使用壽命。電子亦可與自由電子雷射之其他組件(諸如，光束通路234之外部範圍)碰撞，此情形可造成光束通路234變得放射性。
如上文所描述，與光陰極243之離子碰撞可造成材料自光陰極243之濺鍍及/或光陰極243之加熱，從而導致暗電流自光陰極243之發射增加。此等效應兩者可在自由電子雷射中具有不利後果，如上文所描述。因此，需要提供在與光陰極243之離子碰撞的情況下縮減或預防材料自光陰極243之濺鍍及/或縮減光陰極243之加熱的光陰極243。
圖14為根據本發明之一實施例之光陰極的示意性描繪。圖14為光陰極243(其在自上方被檢視時可具有圖13所展示之形式)之橫截面。光陰極243包含經安置有材料膜263之基板261。基板可(例如)包含矽、鉬、不鏽鋼或另一合適材料。基板261可經拋光以便較佳地促進材料膜263在基板261上之沈積。
材料膜263可包含具有高量子效率之材料。材料膜263可(例如)具 有幾個百分比之量子效率。舉例而言，材料膜263可具有大約5%之量子效率(該量子效率可被認為是高量子效率)。材料膜263具有一表面264，雷射光束241入射於該表面264上且自該表面264發射電子射束E。該表面264可被稱作電子發射表面。
材料膜263可為包含一或多個鹼金屬之材料。材料膜263可為包含一或多個鹼金屬及銻之化合物。舉例而言，材料膜263可包含銻化鈉鉀。材料膜263之組件可個別地沈積於基板261上。舉例而言，在材料膜263包含銻化鈉鉀之一實施例中，銻化物可首先沈積於基板上，接著是鉀，且接著是鈉。材料膜263可藉由原子氣相沈積而沈積於基板261上。可在沈積程序期間加熱基板261。
材料膜263之厚度267可顯著小於1微米。舉例而言，材料膜263之厚度267可為大約幾十奈米。基板261之厚度269可為大約幾毫米。舉例而言，基板261之厚度269可在1毫米與10毫米之間。
光陰極243可替代地由包含經組態以在由雷射光束241照明時發射電子之材料之基板261形成。此光陰極243可能不具有安置於上基板261上之材料膜263。電子發射表面264可代替地為基板261之表面。舉例而言，光陰極243可包含包括電子發射表面之銅基板261。然而，銅相比於(例如)包含一或多個鹼金屬之材料膜可具有相對低量子效率。因此，此光陰極可不適於供自由電子雷射中使用，此係因為包含具有高量子效率之材料之光陰極在自由電子雷射中有利。
為了縮減與光陰極243之離子碰撞之效應，在基板261中形成空腔265。空腔265可與衝擊區249實質上對準。舉例而言，空腔265可經定位於實質上在衝擊區249之下方，如圖14所展示。該空腔265可徑向地延伸超出衝擊區249之範圍，正如圖14所展示。然而，衝擊區249並非定義明確區，而是僅僅表示光陰極243之可供離子碰撞之區。一般而言，空腔265可與光陰極243之供離子碰撞之區實質上對準，使得離 子可傳遞至該空腔265中。該空腔可與注入器230之軸線245(參見圖12)實質上對準。注入器之軸線可對應於電子射束E在離開注入器230時之所要路徑。
可由基板261之具有厚度266之薄層將空腔265與材料膜263分離。此情形可允許空腔265經定位成在脫離基板261之具有可沈積有材料膜263之平滑表面之層時緊鄰於材料膜263。基板261之將材料膜263與空腔265分離之薄層可(例如)具有大約0.1微米與大約10微米之間的厚度266。
與光陰極碰撞之離子傳遞通過光陰極之上部層，之後在至光陰極之特定深度處停止。該等離子並未與光陰極之供該等離子在由該光陰極停止之前所傳遞通過的部分顯著相互作用。因此，在至光陰極之某一深度處發生由碰撞離子造成的大部分損害，該深度處於或接近於離子由光陰極停止所處之深度。
因此，與光陰極243碰撞之離子可行進通過材料膜263、通過基板261之薄層且行進至空腔265中，而不被停止。材料膜263及基板261之供離子傳遞通過之部分可用以使離子部分地減速，但此減速可不足以停止該等離子。一旦離子在空腔265中，就不存在用以使其減速之基板材料，且其可在未被進一步實質上減速的情況下傳遞通過空腔265。因此，該等離子可傳遞出空腔265之對置側(亦即，與該等離子進入之側對置)且傳遞至空腔265下方之基板材料中。基板材料可用以使離子進一步減速且停止該等離子。因此，離子被停止之點可在空腔265下方，此係因為離子在被減速之前傳遞通過空腔265且由空腔265下方之基板材料停止。因此，空腔265具有將離子在光陰極261中被停止之位置移位至至光陰極243之較大深度且移位遠離光陰極243之電子發射表面264之效應。
在一替代實施例中，空腔265可延伸通過基板261之後部，使得 空腔265對環境或另一材料敞開。在此實施例中，離子可傳遞通過空腔265且傳遞出光陰極243，使得在光陰極243之外部發生由離子造成的任何損害。
增加離子在光陰極243中被停止之深度可造成光陰極243之電子發射表面264處之材料之較小濺鍍。增加離子在光陰極243中被停止之深度可增加能量以熱能之形式自該等離子轉移至光陰極243之深度。此情形縮減在光陰極243之電子發射表面264附近之光陰極243之加熱，且因此縮減電子自光陰極243之電子發射表面264之熱離子發射，藉此縮減自由電子雷射FEL中之暗電流。空腔265可另外縮減可保留於表面264附近之基板261中之離子之量，且因此可縮減可以其他方式發生之表面264之任何起泡。
可參看圖15進一步理解本發明所隱含之原理。圖15為與矽基板碰撞的能量為500keV之正氫離子之模擬之結果的表示。500keV之能量可大約對應於自由電子雷射中之離子之能量。圓點表示氫離子由矽基板停止所處的基板中之位置。如圖15可見，大部分離子在至矽目標之一深度下停止，該深度大於大約4微米。正如上文所提及，材料膜263可具有比1微米小得多的厚度267。因此，大部分離子將在不被停止的情況下傳遞通過材料膜263。
圖15所顯示之結果指示：在基板261包含矽且基板261之將空腔265與材料層263分離之薄層具有小於大約4微米之厚度266的一實施例中，接著大部分離子將傳遞通過基板之該薄層且傳遞至空腔265中。傳遞至空腔265中之離子將在實質上不減速的情況下傳遞出空腔265之另一側。因此，該等離子將直至傳遞至超出空腔之基板材料中才被停止。
應瞭解，基板261之不同材料及具有不同能量之離子可在基板中之與圖15所展示之位置不同的位置處被停止。因此，可取決於光陰極 243之材料且取決於光陰極243之所欲使用來選擇光陰極243之尺寸及空腔265之配置。
一般而言，基板261中之空腔265可經定位成使得安置於表面264與空腔265之間的光陰極243之一部分之厚度足夠薄，使得入射於光陰極243之彼部分處之大部分離子傳遞通過光陰極243之彼部分且傳遞至空腔265中。安置於表面264與空腔265之間的光陰極之部分之厚度可(例如)小於大約10微米，且可小於大約5微米。
在操作期間，光陰極243可經受由與光陰極243之電壓相關聯之電場引起的靜電壓力。與光陰極243之電壓相關聯之電場可(例如)具有大約10MVm-1之場強度。此場強大可使光陰極243經受大約1000帕斯卡之靜電壓力。
圖16為當將靜電壓力施加至光陰極243時該光陰極之與圖14所展示一樣的橫截面之示意性描繪。光陰極243上之靜電壓力之方向係由箭頭272指示。空腔265可在空腔265附近使光陰極243結構上變弱。舉例而言，光陰極243之緊接在空腔265上方之薄層可能不足夠強以抑制其所經受之靜電壓力。此情形可造成光陰極243之區273待在靜電壓力下變形。
光陰極243之變形可造成經變形區273中之電場之變更。圍繞光陰極243之電場之方向係由圖16中之箭頭271指示。經變形區273中之電場之方向係藉由至光陰極243之變形而變更。詳言之，電場271可聚焦於經變形區273中。此情形可不利，此係因為其可變更自光陰極243發射之電子聚束之發射率及軌跡。因此，縮減由靜電壓力造成的光陰極243之任何變形及/或縮減或減輕光陰極243之任何變形對圍繞光陰極243之電場之效應可有利。
圖17a為在將電壓施加至光陰極243之前的光陰極243之示意性描繪。因為未將電壓施加至光陰極243，所以光陰極不經受任何靜電壓 力。圖17a所展示之光陰極243經塑形成預料到一旦將電壓施加至光陰極243就在靜電壓力下變形。亦即，光陰極243經組態以在靜電壓力下經變形之後呈現所要形狀。詳言之，基板261經塑形成在空腔265上方之區中包含壓痕275。
視情況，空腔265亦可經塑形成預料到經歷靜電壓力。舉例而言，空腔265可經塑形成包括斜面276，如圖17a所描繪。斜面276用以縮減基板261之環繞空腔265之隅角之區中之應力。此情形可縮減由於施加至光陰極243之靜電壓力而使裂紋產生於此等區中之基板中之風險。
圖17b為在將電壓施加至光陰極243時與圖17a所描繪相同的光陰極243之示意性描繪。光陰極243經受之靜電壓力272造成基板261之先前經壓痕區275之變形。在變形之後，先前經壓痕區275不再被壓痕，且基板261之上部表面實質上扁平。在先前經壓痕區275之變形之後，電場方向271實質上均一且因此，自光陰極243發射之電子聚束可實質上不受空腔265之存在影響。
圖17a及圖17b所描繪之光陰極243僅僅為光陰極243之一實施例之一實例。應瞭解，在預料到可施加於光陰極243上之靜電壓力的情況下，可以不同方式塑形及組態其他光陰極243。光陰極243之特定塑形及組態可取決於供建構光陰極243之材料及光陰極243之所欲操作條件。
替代地，光陰極243可經建構以便抵抗靜電壓力，使得靜電壓力實質上不使光陰極243變形。舉例而言，空腔265附近之基板261及材料膜263可足夠剛性以耐受預期在操作期間施加至光陰極243之靜電壓力。
為了增強光陰極243，可將加強肋片添加至基板261。加強肋片可幫助抵抗在靜電壓力下之變形。圖18為包含加強肋片277之基板261 之一部分的平面圖。加強肋片277係以蜂房式結構而配置，且可用以增強基板261。加強肋片277可另外幫助冷卻基板261。舉例而言，肋片277可將熱自基板261輻射至環境，藉此冷卻基板261。在替代實施例中，加強肋片277可經配置以形成除了蜂房式結構以外的結構。
可需要使加強肋片277實質上不防止離子傳遞通過基板261。舉例而言，可需要使加強肋片實質上不防止離子傳遞至空腔265中。此可藉由在加強肋片277之間提供相當大分離度(相對於該等肋片之厚度)來達成。此情形可確保由加強肋片277佔據之基板261之分率相對小(例如，小於10%)。因此，入射於基板261上之與肋片277碰撞之離子之比例相對小，且因此，藉由加強肋片277防止離子之非相當大比例傳遞通過基板261。
另外或替代地，肋片277之厚度可足夠薄，使得離子可傳遞通過肋片277，使得肋片277實質上不防止離子傳遞通過基板261。舉例而言，加強肋片277之厚度可小於大約1微米。
加強肋片277可並非遍及基板261而定位，而是可特別地經定位於在將電壓施加至光陰極243時經受大量應力的基板261之部分中。舉例而言，加強肋片277可經定位以加強基板261之將材料膜263與空腔265分離之層，此係因為此層可在使用期間經受大量應力。
光陰極243之實施例已在上文被描述為包含形成於基板261中之空腔265，該空腔265係由基板261之材料圍封。然而，在一些實施例中，空腔265可對環境或其他材料敞開。圖19為光陰極243之示意性描繪，該光陰極243包含延伸至基板261之基底之空腔265。因此，傳遞至空腔265中之離子可行進通過空腔且行進出由空腔265形成之開口278。材料可視情況經定位成超出開口278以便吸收及停止傳遞通過該開口之離子。此情形可確保在光陰極243外部發生由離子引起的任何損害。
儘管已關於發射入射於光陰極243上的雷射光束241之雷射235描述了電子源之實施例，但應瞭解，在其他實施例中，可使用除了雷射以外的輻射源。輻射源可發射不為雷射光束之輻射光束。因此，在一些實施例中，上文對雷射及/或雷射光束之任何參考分別替代輻射源及/或輻射光束。
儘管自由電子雷射之實施例已被描述為包含線性加速器22、150、122，但應瞭解，線性加速器僅僅為可用以使自由電子雷射中之電子加速的粒子加速器之類型之一實例。線性加速器可特別有利，此係因為其允許使具有不同能量之電子沿著同一軌跡加速。然而，在自由電子雷射之替代實施例中，可使用其他類型之粒子加速器以使電子加速至相對論速度。
術語「相對論電子」應被解譯為意謂以相對論速度行進之電子。詳言之，相對論電子可用以係指已由粒子加速器加速至相對論速度之電子。
應瞭解，該等圖所描繪之注入器及注入器配置僅僅為實施例，且根據本發明之其他注入器配置係可能的。
應理解，雖然上文提及包含八個微影裝置LA1至LA8之微影系統，但可將更多或更少微影裝置提供於微影系統中。另外，微影裝置LA1至LA8中之一或多者可包含光罩檢測裝置MIA。在一些實施例中，為允許一些冗餘，微影系統可包含兩個光罩檢測裝置。此情形可允許在一光罩檢測裝置被修復或經歷維修時使用另一光罩檢測裝置。因此，一個光罩檢測裝置始終可供使用。光罩檢測裝置相比於微影裝置可使用較低功率輻射光束。
儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之內容背景中之本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板) 或光罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置的部件。此等裝置通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
本發明之實施例可形成微影裝置之使用一電子射束或多個電子射束以圖案化基板之部件。
術語「EUV輻射」可被認為涵蓋具有在5奈米至20奈米之範圍內(例如，在13奈米至14奈米之範圍內)之波長之電磁輻射。EUV輻射可具有小於10奈米之波長，例如，在5奈米至10奈米之範圍內之波長，諸如，6.7奈米或6.8奈米。
微影裝置LA1至LA8可用於IC製造中。替代地，本文所描述之微影裝置LA1至LA8可具有其他應用。可能其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。

Claims (105)

  1. 一種用於提供一電子射束之注入器配置，其包含：一第一注入器，其用於提供一第一電子射束；及一第二注入器，其用於提供一第二電子射束；其中該注入器配置可在一第一模式與一第二模式中操作，在該第一模式中，自該注入器配置輸出之該電子射束係僅由該第一注入器提供，在該第二模式中，自該注入器配置輸出之該電子射束係僅由該第二注入器提供；其中該注入器配置進一步包含一合併單元，該合併單元經組態以將一再循環電子射束與由該第一注入器提供之該電子射束合併或與由該第二注入器提供之該電子射束合併。
  2. 如請求項1之注入器配置，其中該第二注入器可操作以在該第一模式中產生一電子射束，且該第一注入器可操作以在該第二模式中產生一電子射束。
  3. 如請求項2之注入器配置，其中該第二注入器可操作以在該第一模式中以一較低重複率產生具有電子聚束之該電子射束，且該第一注入器可操作以在該第二模式中以一較低重複率產生具有電子聚束之該電子射束。
  4. 如請求項1至3中任一項之注入器配置，其包含至少一操控單元，該至少一操控單元具有：一第一操控模式，其中來自該第一注入器之該電子射束沿著一第一路徑傳播；及一第二操控模式，其中來自該第一注入器之該電子射束沿著一第二路徑傳播。
  5. 如請求項4之注入器配置，其中該至少一操控單元包含：一第三操控模式，其中來自該第二注入器之該電子射束沿著一第三路 徑傳播；及一第四操控模式，其中來自該第二注入器之該電子射束沿著一第四路徑傳播。
  6. 如請求項4之注入器配置，其中該第一注入器經配置以沿著該第一路徑發射該電子射束，且該至少一操控單元經配置以在該第二操控模式中操作時使由該第一注入器輸出之該電子射束轉向以沿著該第二路徑傳播。
  7. 如請求項5之注入器配置，其中該第二注入器經配置以沿著該第三路徑發射該電子射束，且該至少一操控單元經配置以在該第四操控模式中操作時使由該第二注入器輸出之該電子射束轉向以沿著該第四路徑傳播。
  8. 如請求項4之注入器配置，其中該至少一操控單元包含：一第一操控單元，其經配置以操控來自該第一注入器之該電子射束；及一第二操控單元，其經配置以操控來自該第二注入器之該電子射束。
  9. 如請求項4之注入器配置，其進一步包含至少一射束截止器，其中該第一路徑通向該至少一射束截止器。
  10. 如請求項9之注入器配置，其中該第三路徑通向該至少一射束截止器。
  11. 如請求項1至3中任一項之注入器配置，其進一步包含至少一聚焦單元，該至少一聚焦單元係沿著由該第一注入器輸出之該電子射束行進之一路徑及/或由該第二注入器輸出之該電子射束之一路徑而安置。
  12. 如請求項11之注入器配置，其中該第一注入器經定位成使得該第一注入器與該電子射束之一目標之間的電子射束之一路徑長度大於該第二注入器與該目標之間的電子射束之一路徑長度；且其中該至少一聚焦單元經配置以減低由該第一注入器輸出之該 電子射束之電子聚束之一大小。
  13. 如請求項4之注入器配置，其中該第一注入器經配置成使得該至少一操控單元在該第二操控模式中操作時使由該第一注入器輸出之該電子射束彎曲達小於90度之一角度。
  14. 如請求項5之注入器配置，其中該第二注入器經配置成使得該至少一操控單元在該第四操控模式中操作時使由該第二注入器輸出之該電子射束彎曲達小於90度之一角度。
  15. 如請求項1至3中任一項之注入器配置，其中該注入器配置進一步可在一第三模式中操作，在該第三模式中，該注入器配置輸出一電子射束，該電子射束包含與來自該第二注入器之該電子射束之電子聚束交錯的來自該第一注入器之該電子射束之電子聚束。
  16. 如請求項1至3中任一項之注入器配置，其中該第一注入器提供於一第一室中，且該第二注入器提供於與該第一室屏蔽之一第二室中。
  17. 如請求項1至3中任一項之注入器配置，其中該第一注入器包含一第一光陰極且該第二注入器包含一第二光陰極；且其中該注入器配置包含一單一光陰極驅動雷射，該單一光陰極驅動雷射經配置以將雷射輻射提供至該第一光陰極及該第二光陰極兩者。
  18. 一種經配置以產生至少一輻射光束之自由電子雷射，該自由電子雷射包含如請求項1至17中任一項之注入器配置。
  19. 一種微影系統，其包含：一如請求項18之自由電子雷射，其經配置以產生至少一輻射光束；及至少一微影裝置，該至少一微影裝置中每一者經配置以接收 該至少一輻射光束中之至少一者。
  20. 如請求項19之微影系統，其中該至少一輻射光束包含EUV輻射。
  21. 一種自由電子雷射，其包含：一注入器配置，其包含：一第一電子射束注入器及一第二電子射束注入器，其各自經組態以產生一經注入電子射束；及一注入器線性加速器，其經組態以使該經注入電子射束加速，該注入器線性加速器為一能量恢復線性加速器；該自由電子雷射進一步包含一第二線性加速器及一波紋機。
  22. 如請求項21之自由電子雷射，其中該注入器配置進一步包含該注入器線性加速器上游之一合併單元，其中該合併單元經組態以在一第一模式中操作與一第二模式中操作之間進行切換，在該第一模式中將來自該第一注入器之一經注入電子射束與一再循環電子射束合併，在該第二模式中將來自該第二注入器之一經注入電子射束與該再循環電子射束合併。
  23. 如請求項22之自由電子雷射，其中該合併單元包含一組合偶極磁體，該組合偶極磁體經組態以使該再循環電子射束彎曲達一第一角度且經組態以使該經注入電子射束彎曲達一第二較大角度，其中該合併單元經組態以在該第一操作模式與該第二操作模式之間改變時切換該組合偶極磁體之極性。
  24. 如請求項23之自由電子雷射，其中該第一注入器提供於該注入器配置之一軸線之一第一側上，且該第二注入器提供於該注入器配置之該軸線之一第二對置側上。
  25. 如請求項24之自由電子雷射，其中該合併單元包含經配置為使該再循環電子射束彎曲之一軌道彎道之複數個偶極磁體，該等偶極磁體之極性可切換以反轉施加至該再循環電子射束之彎曲方向。
  26. 如請求項25之自由電子雷射，其中該軌道彎道經組態以在該合併單元在該第一模式中操作時將該再循環光束自該注入器配置軸線之與該第一注入器相同之該側引導朝向該組合偶極磁體，且經組態以在該合併單元在該第二模式中操作時將該再循環光束自該注入器配置軸線之與該第二注入器相同之該側引導朝向該組合偶極磁體。
  27. 如請求項26之自由電子雷射，其中該軌道彎道經組態而以一角度且以一空間位置將該再循環光束遞送至該組合偶極磁體，該角度及該空間位置經選擇成使得該再循環電子射束在其離開該組合偶極磁體時將沿著該注入器配置軸線而傳播。
  28. 如請求項25至27中任一項之自由電子雷射，其中該等軌道彎道偶極磁體為電磁體。
  29. 如請求項24至27中任一項之自由電子雷射，其中該第一注入器包含複數個偶極磁體及複數個四極磁體，該複數個偶極磁體及該複數個四極磁體經組態以在該合併單元在該第一模式中操作時以一角度且以一空間位置將該第一經注入電子射束遞送至該組合偶極磁體，該角度及該空間位置經選擇成使得該第一經注入電子射束在其離開該組合偶極磁體時將沿著該注入器配置軸線而傳播。
  30. 如請求項29之自由電子雷射，其中該等偶極磁體及該等四極磁體經調諧以在該注入器線性加速器之後提供具有一所要品質之電子聚束。
  31. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該第一注入器及該第二注入器兩者經組態以向該經注入電子射束提供低於電子將在一射束截止器中誘發放射性之一臨限能量的一能量。
  32. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該注入器線性 加速器經組態以將該經注入電子射束之該能量增加至少20MeV。
  33. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該第一注入器提供於一第一室中且該第二注入器提供於一第二室中，每一室具有提供屏蔽免於電磁輻射之壁。
  34. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該第二線性加速器為一能量恢復線性加速器。
  35. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該第二線性加速器經組態以在由該注入器線性加速器之加速之後將該電子射束之該能量增加100MeV或更大。
  36. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該自由電子雷射包含含有該第二線性加速器及該注入器線性加速器之一第一迴路，及含有該第二線性加速器及該波紋機之一第二迴路，且其中該第一迴路之路徑長度等於該第二迴路之路徑長度。
  37. 如請求項36之自由電子雷射，其中該第一注入器及該第二注入器各自經組態而以對應於電子圍繞該第一迴路行進所需之時間之一速率提供電子射束清除間隙。
  38. 如請求項21至27中任一項之自由電子雷射，其中該第一注入器及該第二注入器提供於該第二線性加速器及該波紋機上方之室中。
  39. 一種使用一自由電子雷射來產生一輻射光束之方法，該方法包含：使用一第一電子射束注入器以產生一經注入電子射束且將該經注入電子射束與一再循環電子射束組合，或使用一第二電子射束注入器以產生一經注入電子射束且將該經注入電子射束與該再循環電子射束組合； 使用一注入器線性加速器以藉由將能量自該再循環電子射束轉移至該經注入電子射束而增加該經注入電子射束之能量；使用一第二線性加速器以進一步增加該經注入電子射束之該能量；及使用一波紋機以使用該電子射束來產生該輻射光束。
  40. 一種電子注入器，其包含：一支撐結構，其經配置以支撐一光陰極；一光束遞送系統，其經配置以將一輻射光束自一輻射源引導至該光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；一調整機構，其可操作以改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區；及一操控單元，其可操作以將一力施加至該電子射束以變更該電子射束之軌跡，使得該等電子變得與該電子注入器之一軸線實質上重合。
  41. 如請求項40之電子注入器，其中該操控單元包含一或多個電磁體。
  42. 如請求項40或41之電子注入器，其中該操控單元係在該電子注入器之一電子升壓器下游。
  43. 如請求項40或41之電子注入器，其中由該輻射光束照明之該光陰極之該區係與該電子注入器之該軸線分離。
  44. 如請求項40或41之電子注入器，其中該光束遞送系統經組態成使得該輻射光束在其入射於該光陰極上時不垂直於該光陰極。
  45. 如請求項40或41之電子注入器，其中該調整機構包含該光束遞送系統中之一輻射光束調整單元，該輻射光束調整單元可操作以改變該輻射光束之一或多個屬性。
  46. 如請求項45之電子注入器，其中該輻射光束調整單元可操作以 改變該輻射光束之傳播方向。
  47. 如請求項40或41之電子注入器，其中該光束遞送系統包含一鏡面，該鏡面經配置以將該輻射光束反射至該光陰極之一區上，且其中該調整機構包含一致動器，該致動器可操作以改變該鏡面之位置及/或定向。
  48. 如請求項45之電子注入器，其中該調整機構可操作以控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之形狀。
  49. 如請求項48之電子注入器，其中該調整機構可操作以控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該形狀，使得在該操控單元將一力施加至自該經照明區發射之該電子射束之後該電子射束呈現一或多個所要屬性。
  50. 如請求項40或41之電子注入器，其中該調整機構包含一致動器，該致動器可操作以改變該光陰極之位置及/或定向。
  51. 如請求項50之電子注入器，其中該致動器可操作以使該光陰極旋轉。
  52. 如請求項40或41之電子注入器，其進一步包含一控制器，其中該控制器可操作以控制該調整機構以便控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變。
  53. 如請求項40或41之電子注入器，其中該操控單元可操作以回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區而調整施加至該電子射束之該力。
  54. 如請求項53之電子注入器，其中該控制器控制回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而進行施加至該電子射束之該力的該調整。
  55. 如請求項40或41之電子注入器，其進一步包含一電子射束量測器件，該電子射束量測器件可操作以量測該電子射束之一或多 個屬性。
  56. 如請求項55之電子注入器，其中該操控單元可操作以回應於該電子射束之一或多個屬性之該量測而調整施加至該電子射束之該力。
  57. 如請求項40或41之電子注入器，其中該輻射源為一雷射且該輻射光束為一雷射光束。
  58. 如請求項57之電子注入器，其中該雷射為一皮秒雷射。
  59. 如請求項40或41之電子注入器，其中該電子射束包含複數個電子聚束。
  60. 如請求項40或41之電子注入器，其中該電子注入器進一步包含一電子升壓器，該電子升壓器可操作以使該電子射束加速。
  61. 如請求項40或41之電子注入器，其中該軸線表示自該電子注入器輸出之該電子射束之一所要軌跡。
  62. 如請求項40或41之電子注入器，其中該支撐結構被容納於一電子槍中，且其中該電子注入器進一步包含一致動器，該致動器可操作以調整該電子槍之位置及/或定向。
  63. 如請求項62之電子注入器，其中該致動器可操作以回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而調整該電子槍之該位置及/或該定向。
  64. 一種自由電子雷射，其包含：如請求項40至63中任一項之電子注入器；一粒子加速器，其可操作以使該電子射束加速至相對論速度；及一波紋機，其可操作以使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
  65. 如請求項64之自由電子雷射，其中該波紋機經組態以使該等相 對論電子發射EUV輻射。
  66. 如請求項64或65之自由電子雷射，其中該粒子加速器為一線性加速器。
  67. 如請求項66之自由電子雷射，其中該線性加速器為一能量恢復線性加速器，且其中該自由電子雷射進一步包含一合併單元，該合併單元經組態以將自該電子注入器輸出之該電子射束與一再循環電子射束組合。
  68. 一種微影系統，其包含：一如請求項64至67中任一項之自由電子雷射；及一或多個微影裝置。
  69. 一種使用一電子注入器來產生一電子射束之方法，該方法包含：將一輻射光束引導至一光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區；及將一力施加至該電子射束以變更該電子射束之軌跡，使得該等電子變得與該電子注入器之一軸線實質上重合。
  70. 如請求項69之方法，其中該將一力施加至該電子射束包含：使用一或多個電磁體以產生一磁場以便變更該電子射束之該軌跡。
  71. 如請求項69或70之方法，其中由該輻射光束照明之該光陰極之該區係與該電子注入器之該軸線分離。
  72. 如請求項69或70之方法，其中改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區包含：改變該輻射光束之一或多個屬性。
  73. 如請求項69或70之方法，其中改變由該輻射光束照明之該光陰極之該區包含：改變該光陰極之位置及/或定向。
  74. 如請求項73之方法，其中改變該光陰極之該位置及/或該定向包含：使該光陰極旋轉。
  75. 如請求項69或70之方法，其進一步包含回應於由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該改變而調整施加至該電子射束之該力。
  76. 如請求項69或70之方法，其進一步包含量測該電子射束之一或多個屬性。
  77. 如請求項76之方法，其進一步包含回應於該電子射束之一或多個屬性之該量測而調整施加至該電子射束之該力。
  78. 如請求項69或70之方法，其進一步包含控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之形狀。
  79. 如請求項78之方法，其中控制由該輻射光束照明之該光陰極之該區之該形狀，使得在將該力施加至自該經照明區發射之該電子射束之後該電子射束呈現一或多個所要屬性。
  80. 如請求項69或70之方法，其中該電子射束包含複數個電子聚束。
  81. 如請求項69或70之方法，其中該軸線表示自該電子注入器輸出之該電子射束之一所要軌跡。
  82. 一種用於產生輻射之方法，其包含：根據如請求項69至81中任一項之方法而產生一電子射束；使該電子射束加速至相對論速度；及使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
  83. 如請求項82之方法，其中使該等相對論電子刺激EUV輻射之發射。
  84. 一種光陰極，其包含： 經形成有一空腔之一基板；及安置於該基板上之一材料膜，其中該材料膜包含一電子發射表面，該電子發射表面經組態以在由一輻射光束照明時發射電子，其中該電子發射表面係在該材料膜之與該空腔對置之一側上。
  85. 如請求項84之光陰極，其中該光陰極包括一衝擊區，該衝擊區將在該光陰極之操作期間接收離子。
  86. 如請求項85之光陰極，其中該基板中之該空腔係與該衝擊區實質上對準。
  87. 如請求項84至86中任一項之光陰極，其中安置於該電子發射表面與該空腔之間的該光陰極之一部分之厚度足夠薄，使得入射於該光陰極之彼部分處之大部分帶正電荷離子傳遞通過該光陰極之彼部分且傳遞至該空腔中。
  88. 如請求項87之光陰極，其中安置於該電子發射表面與該空腔之間的該光陰極之該部分之該厚度小於10微米。
  89. 如請求項84至86中任一項之光陰極，其中該光陰極經組態以在由當該光陰極經保持處於一電壓時施加至該光陰極之一靜電壓力引起的該光陰極之一變形之後呈現一所要形狀。
  90. 如請求項89之光陰極，其中該光陰極經組態成使得在該光陰極之該變形之後，與施加至該光陰極之該電壓相關聯之電場線實質上均一。
  91. 如請求項89之光陰極，其中該基板包含該基板中之一壓痕。
  92. 如請求項89之光陰極，其中該基板中之該空腔包含一斜面。
  93. 如請求項84至86中任一項之光陰極，其中該基板包含一或多個肋片。
  94. 如請求項93之光陰極，其中該一或多個肋片經配置以增強該光 陰極以抵抗在該光陰極經保持處於一電壓時施加至該光陰極之一靜電壓力。
  95. 如請求項93之光陰極，其中該等肋片係以一蜂房式結構而配置。
  96. 如請求項93之光陰極，其中該等肋片具有小於大約1微米之一厚度。
  97. 如請求項84至86中任一項之光陰極，其中該基板包含矽。
  98. 如請求項84至86中任一項之光陰極，其中該材料膜包含一或多個鹼金屬。
  99. 如請求項98之光陰極，其中該材料膜包含銻化鈉鉀。
  100. 一種電子注入器，其包含：一如請求項84至99中任一項之光陰極，其經配置以自一輻射源接收一輻射光束；及一電子升壓器，其可操作以使自該光陰極發射之一電子射束加速。
  101. 一種自由電子雷射，其包含：如請求項100之電子注入器；一線性加速器，其可操作以使該電子射束加速至相對論速度；及一波紋機，其可操作以使該等相對論電子遵循一振盪路徑，藉此使該等相對論電子刺激相干輻射之發射。
  102. 如請求項101之自由電子雷射，其中該波紋機經組態以使該等電子發射EUV輻射。
  103. 如請求項101或102之自由電子雷射，其中該線性加速器為一能量恢復線性加速器，且其中該自由電子雷射進一步包含一合併單元，該合併單元經組態以將自該電子注入器輸出之該電子射 束與一再循環電子射束組合。
  104. 一種微影系統，其包含：一如請求項101至103中任一項之自由電子雷射；及一或多個微影裝置。
  105. 一種產生一電子射束之方法，其包含：將一輻射光束引導成入射於一光陰極之一區上，藉此使該光陰極發射一電子射束；其中該光陰極包含經形成有一空腔之一基板及安置於該基板上之一材料膜，其中該材料膜經組態以在由該輻射光束照明時自一電子發射表面發射電子，其中該電子發射表面係在該材料膜之與該空腔對置之一側上。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9728931B2 (en) 2013-12-05 2017-08-08 Asml Netherlands B.V. Electron injector and free electron laser
TWI728951B (zh) * 2014-07-31 2021-06-01 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 投影曝光系統之照明裝置
WO2016023740A2 (en) * 2014-08-15 2016-02-18 Asml Netherlands B.V. Radiation source
US9392679B2 (en) * 2014-12-05 2016-07-12 Globalfoundries Inc. Method, apparatus and system for using free-electron laser compatible EUV beam for semiconductor wafer processing
US10051720B1 (en) * 2015-07-08 2018-08-14 Los Alamos National Security, Llc Radio frequency field immersed ultra-low temperature electron source
CA3003766C (en) * 2015-11-06 2024-02-20 Asml Netherlands B.V. Radioisotope production system using an electron beam splitter
NL2017884A (en) * 2015-12-23 2017-06-28 Asml Netherlands Bv Free electron laser
US9629230B1 (en) * 2016-02-24 2017-04-18 Jefferson Science Associates, Llc RF kicker cavity to increase control in common transport lines
US9870891B1 (en) * 2016-02-24 2018-01-16 Euclid Techlabs LLC High gradient permanent magnet elements for charged particle beamlines
WO2017153104A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-14 Asml Netherlands B.V. Electron source for a free electron laser
KR102240808B1 (ko) 2016-09-06 2021-04-15 비엔엔티 엘엘씨 천이 방사 광원
US10736205B2 (en) * 2016-10-05 2020-08-04 Asml Netherlands B.V. Electron beam transport system
CN108023265A (zh) * 2016-10-31 2018-05-11 中国科学院理化技术研究所 一种用于自由电子激光器或同步辐射源的长寿命电子注入器
CN106847658B (zh) * 2017-01-17 2018-12-21 中国科学院光电研究院 一种保持超快脉冲同步的切换装置
CN110383175A (zh) * 2017-04-26 2019-10-25 极光先进雷射株式会社 Euv光生成装置
US10932355B2 (en) * 2017-09-26 2021-02-23 Jefferson Science Associates, Llc High-current conduction cooled superconducting radio-frequency cryomodule
US10705243B2 (en) 2018-01-29 2020-07-07 Korea Atomic Energy Research Institute Nondestructive inspection system
CN112119480A (zh) 2018-05-17 2020-12-22 日商光电魂股份有限公司 搭载光电阴极的电子枪的入射轴对齐方法、计算机程序以及搭载光电阴极的电子枪
FR3092442B1 (fr) * 2019-02-04 2022-12-30 Amplitude Systemes Système laser à superposition temporelle d’impulsions
KR102627859B1 (ko) * 2019-03-15 2024-01-19 포항공과대학교 산학협력단 자유전자 레이저 발생 장치 및 방법
EP4036953B1 (en) * 2019-09-24 2024-04-03 Photo Electron Soul Inc. Method for verifying emission axis of electron beam emitted from photocathode, and method for aligning emission axis of electron beam emitted from photocathode
CN110944439B (zh) * 2019-10-29 2021-05-28 清华大学 基于电子储存环的高平均功率极紫外光源装置
WO2023162391A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 レーザ加速粒子ビーム装置およびレーザ加速粒子ビーム発生方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050264148A1 (en) * 2004-05-28 2005-12-01 Applied Materials, Inc. Multiple electron beam systems
US8153965B1 (en) * 2009-12-09 2012-04-10 The Boeing Company Apparatus and method for merging a low energy electron flow into a high energy electron flow

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3370253A (en) * 1964-03-31 1968-02-20 Navy Usa Integral mirror-photodetector structure
GB1258247A (zh) 1968-06-18 1971-12-22
US3774124A (en) * 1972-03-28 1973-11-20 Gte Sylvania Inc Incoherent to coherent image converter
US4323857A (en) * 1979-12-12 1982-04-06 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Catalac free electron laser
US4599724A (en) * 1984-11-13 1986-07-08 Rockwell International Corporation Quadrupole-magnetic-pump-field free electron laser
JPH01238088A (ja) 1988-03-18 1989-09-22 Toshiba Corp 自由電子レーザ
US4963823A (en) 1988-06-27 1990-10-16 Siemens Aktiengesellschaft Electron beam measuring instrument
JPH0244639A (ja) 1988-08-04 1990-02-14 Hamamatsu Photonics Kk 光電子増倍管の製造方法
US4930130A (en) 1988-11-29 1990-05-29 Burke Robert J Bimodal linear accelerator apparatus
JP2702541B2 (ja) 1989-02-13 1998-01-21 浜松ホトニクス株式会社 自由電子レーザ装置
US4972419A (en) 1989-09-28 1990-11-20 Rockwell International Corporation Regenerative ultraviolet driven photocathode
JPH05145199A (ja) 1991-11-19 1993-06-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 自由電子レーザ
US5898269A (en) * 1995-07-10 1999-04-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr. University Electron sources having shielded cathodes
JPH09246674A (ja) * 1996-03-07 1997-09-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd 小型自由電子レーザ装置
JP2000223052A (ja) 1999-01-28 2000-08-11 Hitachi Ltd 電子線発生装置
US6759800B1 (en) 1999-07-29 2004-07-06 Applied Materials, Inc. Diamond supported photocathodes for electron sources
US6376984B1 (en) 1999-07-29 2002-04-23 Applied Materials, Inc. Patterned heat conducting photocathode for electron beam source
US6476401B1 (en) 1999-09-16 2002-11-05 Applied Materials, Inc. Moving photocathode with continuous regeneration for image conversion in electron beam lithography
JP2003035735A (ja) 2001-07-24 2003-02-07 Toshiba Corp 帯電量の測定方法、荷電ビームの変位量測定方法、帯電量の測定装置および荷電ビームの変位量測定装置
US6828730B2 (en) 2002-11-27 2004-12-07 Board Of Trustees Of The University Of Illinois Microdischarge photodetectors
JP2005100911A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Koji Eto 高速連続撮影電子顕微鏡
US7277526B2 (en) * 2004-04-09 2007-10-02 Lyncean Technologies, Inc. Apparatus, system, and method for high flux, compact compton x-ray source
US7187755B2 (en) 2004-11-02 2007-03-06 General Electric Company Electron emitter assembly and method for generating electron beams
US7217924B1 (en) 2005-08-03 2007-05-15 Kla-Tencor Technologies Corporation Holey mirror arrangement for dual-energy e-beam inspector
WO2008138998A1 (en) 2007-05-16 2008-11-20 Ion Beam Applications S.A. Electron accelerator and device using same
WO2011084139A1 (en) 2009-12-16 2011-07-14 Los Alamos National Security, Llc Self-healing low temperature dispenser photocathode
US9520260B2 (en) 2012-09-14 2016-12-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Photo emitter X-ray source array (PeXSA)
WO2014074136A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Massachusetts Institute Of Technology Continuous-wave organic dye lasers and methods
US9159517B2 (en) 2012-11-30 2015-10-13 Far-Tech, Inc. Photocathode enhancement system
CN103227082B (zh) * 2012-12-22 2015-07-29 深圳先进技术研究院 X射线发射装置及x射线产生方法
DE102013211830A1 (de) 2013-06-21 2014-06-12 Carl Zeiss Smt Gmbh EUV-Lithographieanlage mit Freie-Elektronen-Laser-Einheit
US20150129772A1 (en) * 2013-10-18 2015-05-14 The Regents Of The University Of California Surface micro-machined multi-pole electromagnets
US9728931B2 (en) 2013-12-05 2017-08-08 Asml Netherlands B.V. Electron injector and free electron laser

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050264148A1 (en) * 2004-05-28 2005-12-01 Applied Materials, Inc. Multiple electron beam systems
US8153965B1 (en) * 2009-12-09 2012-04-10 The Boeing Company Apparatus and method for merging a low energy electron flow into a high energy electron flow

Also Published As

Publication number Publication date
CN105794055A (zh) 2016-07-20
US10103508B2 (en) 2018-10-16
KR102250568B1 (ko) 2021-05-11
US9728931B2 (en) 2017-08-08
US20170264071A1 (en) 2017-09-14
CN105794055B (zh) 2019-07-30
US20160301180A1 (en) 2016-10-13
JP6417418B2 (ja) 2018-11-07
TW201532355A (zh) 2015-08-16
NL2013885A (en) 2015-06-08
WO2015082295A1 (en) 2015-06-11
JP2016541099A (ja) 2016-12-28
KR20160095094A (ko) 2016-08-10

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