JPH0195500A - 電子波動リング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、放射光を得るための電子蓄積リングに関し
、特にＸ線リソグラフィの光源に適した照射面積の広い
放射光を得るようにした電子波動リングに関する。

［従来の技術］ 電子蓄積リング内における電子ビームの偏向に伴って放
射される放射光は、極めて強力でかつ指向特性が良好な
ことから、微細パターンの焼き付けを行うＸ線リソグラ
フィの露光光揮に適している。しかし、焼き付は露光に
必要となる、大面積のＸ線放射光は得られないので、従
来より、電子蓄積リングにて広い照射面積の放射光を得
るのための研究がなされていて、例えば“Ｘ線発生装置
”（特願昭５８−１７５５１７号）、“電子波動リング
（特願昭５８−１７８９８４号）、“シンクロトロン放
射光取出方法及びその方法を用いる電子波動リング（特
願昭６０−２７９９０５号）や“電子波動リング（特願
昭６０−３９７７８号）等に開示されており、ここで、
“電子波動リング（特願昭５８−１７８９８４号）を参
考として以下に述べる。

第２図において、１（Ｂ＋−Ｂｅ）は、電子蓄積リング
ＩＯの４隅に２個づつ設けられた偏向電磁石であり、偏
向角度が４５°、軌道半径が０，７ｍで縦方向の集束力
を与えるように、端面が該リングの直線部と１２°の角
度をなし、かつフィールドインデックスｎが０．４７と
なっている。２は、電子ビーム入射用のセプタム電磁石
であり、３は、軌道修正用のキツカーコイルであり、４
は、高周波加速空洞であり、電子ビームの偏向によるシ
ンクロトロン放射の結果低下する運動エネルギーを補う
。５は、水平方向の集束力を持つ横集束４極電磁石であ
り、６は、垂直方向の集束力を持つ縦集束４極電磁石で
あり、７は、水平方向の磁場を発生する波動用電磁石で
ある。

次に上記構成の電子蓄積リング１０の動作を説明する。

入射用セプタム電磁石２に対して入射された電子は、該
セプタム電磁石２に印加されるパルス電流による発生磁
場により、所定のビーム軌道に偏向される。このとき、
キツカーコイル３にパルス電流を流し、電子ビームの軌
道が所定のビーム軌道から逸脱しないように修正する。

さて、リング直線部を周回する電子ビームは、偏向電磁
石ｌの発生磁場により偏向され、その折りにＸ線放射光
が放射される。第３図に示すように、偏向する電子ビー
ムより放射されるシンクロトロン放射光の電子軌道面に
垂直な方向への発散角ψは、次式のごとく電子のエネル
ギーＥに反比例する。　　　　ψ舛２γ−’＝２ｍｏＣ
”／Ｅここでｍｏは電子の静止時の質量、Ｃは光速、ｍ
ｏｃ”は電子の静止エネルギーを表す。

これより、電子エネルギーが高くなるにつれて発散角ψ
が小さくなり、つまり、放射光の照射領域は垂直方向に
狭くなることがわかる。一方、上記波動用電磁石７によ
り水平方向の磁場を発生さ仕れば、電子ビームは摂動を
受けて定常的に波打つ変形閉軌道となり、安定した波動
の節が生ずるようになる。この波動現象を用い、電子ビ
ームの波動最大箇所あるいは節から放射光を取り出すよ
うにすれば、得られる放射光の照射領域は上下方向に拡
大されろようになる。

セプタム電磁石２が設置されているリング直線部の中心
を５＝Ｏｎ＋とじ、ビーム軌跡上で電子の進行方向に沿
ったＳ＝３．７ｍ＋の箇所に波動用電磁石７を配し、こ
の電磁石７により、電子ビームに対し１　ｍｒａｄのキ
ック角を与えたとき、第４図に示すように、電子ビーム
の軌跡上のＳ＝Ｏｍ及びＳ−７，５＋の箇所に波動の節
が生じる。この時の垂直方向のベータトロン振動数νｚ
＝１．２である。

前記キック角は、波動用電磁石の励磁電流に比例し、蓄
積電子の安定軌道からの変位Ｚ及び、その変位の変化を
示す傾き角Ｚ°は、キック角に比例するので、励磁電流
を増仕ば変位Ｚ及び傾き角Ｚ。

の値は増大し、つまり放射光の照射領域が大きくなる。

よって、この装置は、大面積露光を要するＸ線リソグラ
フィの光源に適していることがわかる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第４図より明らかなように、偏向電磁石に設
けられる各ビームライクで変位Ｚ及び傾き角Ｚ゛のそれ
ぞれ異なるシンクロトロン放射光が放射されるため、所
定の照射領域を得るのに必要なビームライン長が極端に
異なり、有効に利用できないビームラインら生じ得た。

又、与えられたキック角に対して変位Ｚ及び傾き角Ｚ′
の変化が小さく、波動用電磁石の負担が大きくなった。

この発明は、上述したような問題点をなくすためになさ
れたものであり、各偏向電磁石より一定でかつ大面積の
放射光を得ることのできる電子波動リングを提供するこ
とを目的どする。

［問題点を解決するための手段］ この発明の電子波動リングは、偏向電磁石を電子軌道上
に所定数配し、これらの偏向電磁石の間に、電子を水平
方向、垂直方向に集束させるための所定数の４極電磁石
と、電子を加速するための高周波加速空洞と、水平方向
の磁場を発生する波動用電磁石とを設けた、電子の偏向
に伴って生じる放射光を得るための電子波動リングであ
って、前記波動用電磁石よりの発生磁場でもって電子に
垂直波動運動を起こさせた際に、前記偏向電磁石部にお
ける電子の変位及び傾き角が等しくなるように構成して
いる。

［作用］ リング中の蓄積電子の安定軌道を座標の原点にとり、電
子の進行方向に沿ったＳｌの位置に水平方向磁場を発生
する波動用電磁石を設置し、角度ψにのキック角を垂直
方向に与えた場合の８点における電子の安定軌道からの
変位Ｚ（Ｓ）及び傾き角ｚ’（ｓ＞は、 ψに−ｃｏｓ（ｒｒνｚ−Ｉφｚ（Ｓ）−φｚ（Ｓ１］
）　−■ψｋ　（−ａ　ｚ（Ｓ）ｃｏｓ　（ｉ　ｖ　ｚ
−ｌφｚ（Ｓ）−φｚ（Ｓ、）１）土５ｉｎ（πｖｚ−
Ｉφｚ（Ｓ）−φｚ（Ｓ１］）　　　　　”’■で表さ
れる。ここで、βｚ（Ｓ）は垂直方向ベータトロン関数
、νｚは垂直方向ベータトロン振動数、φｚ（Ｓ）は、
φｚ（Ｓ）＝　ｓＨｄＳ／βｚ（Ｓ）で示されるベータ
トロン振動の位相の進み、α２はαｚ（Ｓ）＝−β’（
Ｓ）／２で示されるライスパラメータである。

■式より、垂直方向ベータトロン振動数νｚが０．５〈
νｚ＜１．５（νｚ≠１）の範囲では波動の節が２箇所
生じ、１．５＜νｚ＜２．５（νｚ≠２）の範囲では、
波動の節が４箇所生じることがわかる。

これより、各偏向電磁石における変位Ｚ及び傾き角Ｚ゛
を同じにするには、リングの直線部の中央に波動の節が
生じるように、垂直方向ベータトロン関数を選ぶことと
、ベータトロン振動の位相の進みを考慮して波動用電磁
石の設置場所とを選ぶことが重要となる。

このように構成された電子波動リングは、すべての偏向
電磁石における変位Ｚ及び傾き角Ｚ°を等しくすること
ができる。

［実施例コ 電子波動リングが産業用の放射光装置として普及してゆ
くためには、上述の問題点を解消し、利用に供し得るビ
ームライン当たりの装置コストを低減するとともに、各
ビームラインでのりソグラフィ条件、例えば露光条件等
を一定にする必要がある。

従来例と同様の電子波動リングを用いているが、垂直方
向ベータトロン振動数νｚを１．８としたとき（この値
は、横築束４極電磁石５及び縦集束４極電磁石６による
発生磁場を変化させることにより、可変である）、波動
用電磁石７をＳ＝４．８ｍの箇所に設置し、１　ｍｒａ
ｄのキック角を与えた場合の蓄積電子の安定軌道からの
変位Ｚ及び傾き角Ｚ°を第１図に示している。この第１
図で注目すべきことは、すべての偏向電磁石１（Ｂ、〜
ＢＳ）における変位Ｚ及び傾き角Ｚ′が等しくなってい
ることである。これは、波動用電磁石７には交流動作を
する励磁電流を流すので、各偏向電磁石ｌでの変位Ｚ及
び傾き角Ｚ°の変化が等しくなるのである。この実施例
のように、波動の節が４箇所生じる垂直方向ベータトロ
ン振動数νｚの範囲（１，５＜νｚ＜２．５、νｚ≠２
）の選択と、波動用電磁石７の設置位置との選択により
、すべてのビームラインにおいて変位Ｚ及び傾き角Ｚ°
を等しくできる。

又、所定の露光面積を得るには、各偏向電磁石部におけ
る電子の変位Ｚ及び傾き角Ｚ′が同符号の場合ビームラ
イン長は短くて済み、異符号の場合ビームライン長は同
符号の場合と比して長くなる。一方、許容し得る垂直ビ
ームサイズは、光源とマスク間との距離を一定とすれば
、異符号の場合の方がより小さいサイズが要求される。

従って長いビームラインを必要とする異符号の場合に対
し、ＩＺ（Ｓ）ｌとＩＺ’（Ｓ）ｌとが各偏向電磁石で
同程度ならば、許容垂直ビームサイズを同符号の場合と
ほぼ一致させることができる。このことは、波動リング
システム上非常に好都合となる。

更に、従来例と異なる電磁石配列、例えば、リング内を
周回する波動電子における周期数が偶数ｎで、かつ偏向
電磁石数を２ｎとしたリング構成で、垂直方向ベータト
ロン振動数νＺが（ｎ／２−１／２）＜　νｚ＜（ｎ／
２＋　１／２）（但しνｚ＋ｎ／２）を満たすリングに
おいても、変位Ｚ及び傾き角Ｚ”を等しくすることがで
きる。

［発明の効果コ この発明は、Ｘ線リソグラフィ光源として電子波動リン
グを用いるときに、節がリング直線部波動の中央に生じ
る垂直ベータトロン振動数とし、かつ、波動用電磁石の
設置位置を選ぶことにより、各偏向電磁石における蓄積
電子の変位及びその傾き角は等しくなり、それ故、すべ
てのビームラインが有効に利用でき、また露光システム
構成が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子波動リングの１実施例を示す電
子の変位及び傾き角の図、第２図は、電子波動リングの
概略構成を示す平面図、第３図は、電子波動リングから
の放射光の放射角を示す図、第４図は、従来の電子波動
リングにおける電子の変位及び傾き角を示す図である。 ｌ・・・偏向電磁石、２・・・セプタム電磁石、３・・
・キツカーコイル、４・・・高周波加速空洞、５・・・
横築束４極電磁石、６・・・縦集束４極電磁石、７・・
・波動用電磁石、１０・・・電子波動リング。 特許出願人　工業技術院長飯塚幸三　外２名工業技術院
長の復代理人 （新技術開発事業団および 住友電気工業株式会社の代理人）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）偏向電磁石を電子軌道上に所定数配し、これらの
   偏向電磁石の間に、電子を水平方向、垂直方向に集束さ
   せるための所定数の４極電磁石と、電子を加速するため
   の高周波加速空洞と、水平方向の磁場を発生する波動用
   電磁石とを設けた、電子の偏向に伴って生じる放射光を
   得るための電子波動リングであって、前記波動用電磁石
   よりの発生磁場でもって電子に垂直波動運動を起こさせ
   た際に、前記偏向電磁石部における電子の変位及び傾き
   角が等しくなるように構成したことを特徴とする電子波
   動リング。
2. （２）１個の波動用電磁石が設けられ、該波動用電磁石
   が正弦波、台形波もしくは３角波の電流で駆動される特
   許請求の範囲第１項記載の電子波動リング。
3. （３）リング内を周回する波動電子における周期数が偶
   数ｎで、かつ偏向電磁石数を２ｎとしたリング構成で、
   垂直方向ベータトロン振動数νｚが（ｎ／２−１／２）
   ＜νｚ＜（ｎ／２＋１／２）（但しνｚ≠ｎ／２）を満
   たす特許請求の範囲第１項記載の電子波動リング。
4. （４）リング直線部の中央に波動の節を生じさせる特許
   請求の範囲第１項記載の電子波動リング。
5. （５）リング直線部の中央に波動の節を生じさせるため
   に、位相進みの制御が容易な垂直ベータトロン関数を持
   つ電流にて４極電磁石を駆動する特許請求の範囲第４項
   記載の電子波動リング。
6. （６）リング直線部の中央に波動の節を生じさせるよう
   、波動用電磁石の設置場所の最適化を図った特許請求の
   範囲第４項記載の電子波動リング。
7. （７）各偏向電磁石部における電子の変位及び傾き角と
   、それらの積の符号とにより定まる、長さの異なる２種
   類のビームラインで構成した特許請求の範囲第１項記載
   の電子波動リング。
8. （８）長さの異なる２種類のビームラインを具備するこ
   とにより、放射光による露光の際に生じるぼけの影響を
   すべての露光システムで同程度とした特許請求の範囲第
   ７項記載の電子波動リング。