JPH04344500A - 放射光取り出し装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は偏平な状態で取り出さ
れるシンクロトロン放射光の照射領域を、放射光反射ミ
ラーの揺動によって拡大せしめた場合に、その露光面に
おける放射光強度の均一化又は照射量の均一化を図る放
射光取り出し装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、紫外線に代わるリソグラフィ用光
源及び医療Ｘ線透視用光源としてシンクロトロン放射光
の利用が期待されている。これはシンクロトロン放射光
が連続スペクトルを持ち、且つその中に強力で指向性の
強い軟Ｘ線を含んでおり、このような軟Ｘ線がスループ
ット及び解像性の点からリソグラフィ技術のＸ線源とし
て、又医療透視用Ｘ線源として理想的であるからである
。

【０００３】このシンクロトロン放射光は、超高真空の
放射光リング中でその軌道上を光速に近い速さで周回し
ている電子が偏向マグネットによって偏向せしめられた
時に発せられるものであるが、水平方向に偏平な状態で
発せられるため、大面積照射を必要とするリソグラフィ
技術等では垂直方向の照射野を拡大せしめる必要があっ
た。

【０００４】以上の要請を満たすものとして、図１７に
示される様に放射光反射ミラー１を光路途中に置き、こ
れを揺動せしめて放射光の照射領域を拡大せしめるミラ
ー揺動法や、図１８に示されるように、放射光リング２
０中にビーム揺動用のパータベータ８（揺動用マグネッ
ト）を置き、ビーム周回軌道を設計軌道上で揺動せしめ
て各偏向マグネットの部分で発せられるシンクロトロン
放射光を垂直方向等一方向に振るビーム揺動法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】前者のミラー揺動法
は取り出し光路途中で放射光の反射を利用して行うので
構造的に比較的簡単な構成で済み、しかもビーム揺動法
の場合に比ベビームラインのダクト径を小さくできたり
、シンクロトロン放射光の軟Ｘ線外の短波長をカットで
きる等利点も多い反面、ミラーの揺動角度に応じてミラ
ーへのＸ線の入射角が変わり、Ｘ線の反射率が変化する
等の問題がある。この時、入射角と反射率の関係はＸ線
の波長によって異なるために、反射率の変化によって単
にＸ線の強度が異なるだけでなく、露光面に入射するＸ
線のスペクトルが揺動角度によって異なったものとなっ
てしまう。また、Ｘ線強度をかせぐために揺動するミラ
ーとして集光ミラーを用いた場合、露光面でのＸ線照射
量に不均一性が出るといった問題も発生する。

【０００６】一方、後者のビーム揺動法では以上のよう
なＸ線反射率の揺動角依存性や露光強度不均一性等の問
題はないが、放射光の短波長がカットできないため、リ
ソグラフィに悪影響を与える２次電子が出る等の問題が
あり、又ビームの揺動パターンは放射光リングのラティ
スパラメータ等の複雑な関係で決まり、その場合に各偏
向マグネットの部分でＸ線の照射パターンが異なるとい
った欠点もある。

【０００７】本発明は従来技術の以上のような問題に鑑
み創案されたもので、各偏向部のＸ線の照射パターンが
同一にでき、Ｘ線照射野の拡大及び集光に伴う以上の欠
点を防止せんとするものである。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】そのため本発明の放射
光取り出し装置は、前記放射光リングと、該リングから
取り出されてくるシンクロトロン放射光の光路途中に揺
動可能に設けられた前記放射光反射ミラーとを備える事
を前提構成とし、該放射光リング中の偏向マグネットの
前後に複数のステアリングマグネットを設けて該偏向マ
グネットを中心に閉じたローカルバンプ軌道を作ると共
に、該軌道中で前記ビームのバンプ軌道制御を行って放
射光反射ミラーの揺動角度に応じて前記シンクロトロン
放射光の発光点位置及び発光角度を変更せしめるように
した事を基本的特徴としている。

【０００９】以上の構成で前提構成たる放射光反射ミラ
ーが平面ミラーの場合は、図１に示されるように、該放
射光反射ミラー１が角度Δθ傾いたときにこのミラー１
から見て放射光発光点Ｘが元の位置より角度Δθだけず
れるように、前記ローカルバンプ軌道におけるビームの
軌道制御を行わしめるようにする。

【００１０】このような構成によれば、放射光反射ミラ
ー１が揺動している時でもシンクロトロン放射光の該ミ
ラー１への入射角度は常にθ０の一定値となり、該放射
光のミラー反射率の入射角依存性の問題はなくなる。

【００１１】一方、シンクロトロン放射は水平方向、垂
直方向共に発散しているので、この広がりを抑えたり、
平行或いは集光状態にして露光強度の増大を図るために
凹状のトロイダルミラーを使用した場合は次のようにな
る。トロイダルミラーの場合には水平方向、垂直方向共
に集光しているが、露光強度増大に支配的なのは水平方
向の集光であるので以下では水平方向の集光の度合いに
ついて述べる。まず、従来と同様に放射光発光点Ｘの位
置が変わらないならば、放射光反射ミラーの揺動角の変
化に従ってシンクロトロン放射光の水平方向の集光の度
合いは図２に示されるように変化する。この様な反射ミ
ラーの（水平方向）曲率半径をＲとすると、図３に示さ
れる様に、光源ｘの位置をミラーの焦点距離ｆ〔Ｒ／２
ｓｉｎ（θ０）で表される〕に置けば、ミラー面で反射
した光線は平行光線となる。また、図４に示されるよう
に光源ｘの位置を上記焦点距離ｆの位置より遠ざければ
反射光はより集光された状態となり、逆に光源ｘを上記
焦点距離ｆよりミラー面側に近づけば、反射光は平行光
より広がった状態となる。以上の光の集束、発散現象を
図５及び図６に示されるような放射光反射ミラー１０の
揺動があり、且つ放射光発光点Ｘの位置が変わらない場
合に置き換えて考えてみると、曲率半径Ｒを持った放射
光反射ミラー１０の揺動中心Ｗが、シンクロトロン放射
光のミラー反射点Ｍの近傍にあるとした場合、ミラーの
揺動角をΔθとすると、ミラーへの入射角はθ０−Δθ
となる。 この時の焦点距離をｆ′とすると、ｆ′＝Ｒ／２ｓｉｎ
（θ０−Δθ）となり、ｆ′＞ｆとなるため、Ｄ＝ｆと
した時、Ｄ＜ｆ′となるため、ビームはやや広がった形
状となり、集光率は低下する。ミラー揺動を逆方向に行
った時（Δθが負の時）にはこの逆にｆ′＜ｆとなるた
めに集光率が増大する。また、集光率が大きい時と小さ
い時ではビームの横幅が異なる事はもちろんであるが、
その形状も図２で示すように変化する。一方、ミラーの
反射率は入射角が小さいほど大きい。従って、Δθが正
の時、集光率は小さく、反射率は大きい。逆にΔθが負
の時、集光率は大きく、反射率は小さくなる。ある露光
面積をミラーの揺動によって露光した時の積算照射量分
布はこの様に、Δθの変化に伴う集光率の変化、反射率
の変化、ビーム形状の変化の３点の兼ね合いから決まる
。光源点が全く移動しないミラー揺動法だけを採用した
場合、露光領域中の任意の部分における水平方向の積算
照射量分布を調べると、図７に示されるように、中央部
で大きく、両端部分で小さくなる分布を示す。従って、
水平方向の積算照射量分布は均一なものではない。

【００１２】一方、この様なトロイダルな鏡面を持つ放
射光反射ミラー１０を揺動せしめた際に、該揺動角Δθ
の変化に伴って放射光発光点Ｘの位置を該ミラー１０か
ら見てその揺動角の分だけずれる様にローカルバンプ軌
道におけるビームの軌道制御を行わしめるようにすると
、図８に示されるようにシンクロトロン放射光の水平方
向の集光の度合いは均一化される事になる。しかし、こ
の場合に得られる積算照射量の水平方向の分布を調べる
と、図９に示されるように両端部分で大きく、中央部で
小さくなる。この場合には揺動角の変化に伴う集光率の
変化、或いはビーム形状の変化は全く生じていないが、
水平方向の積算照射量分布はやはり均一ではない。

【００１３】この様な放射光照射領域中の任意の部分に
おける水平方向の積算照射量分布の不均一化を防止する
には、放射光反射ミラー１０の揺動時に放射光発光点Ｘ
の位置をずらす事が必要となるが、そのずらす量はミラ
ー揺動角に相当する分より小さくなくてはならない。本
発明者等は後述する実験で、前記ミラー１０の揺動角Δ
θに対し該ミラーから見て放射光発光点Ｘの位置が元の
位置よりどの程度の角度βずらすと照射面中の水平方向
の積算照射量分布の均一化がより達成される事になるか
を求めた（実際には水平方向の積算照射量分布の最大値
を１００％とした場合に、最低値との開きが７％未満に
なる角度βの範囲を求めた）ところ、次式に示されるよ
うな結果を得た。 ０＜β＜０．８・Δθ

【００１４】このため前述の放射光反射ミラー１０が凹
状のトロイダルミラーの場合は、該ミラー１０が角度Δ
θ傾いた時にこのミラー１０から見て放射光発光点Ｘが
元の位置より上記の式で表される角度βだけずれる様に
前記ローカルバンプ軌道におけるビームの軌道制御を行
わしめる事になる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の具体的実施例につき説明する。

【００１６】図１０は本発明装置の一実施例の構成の概
要を示す平面図であり、２は電子蓄積リングであって、
該リング２中を周回する電子ビームは偏向マグネット３
で偏向せしめられた際軌道の接線方向にシンクロトロン
放射光を放射する事になる。この放射光はビームライン
４ａ、４ｂにより該リング２外に取り出され、その途中
のミラーチャンバ５ａ、５ｂ内に設けられた放射光反射
ミラーの反射及び揺動で垂直方向に振られ、水平方向に
偏平な該放射光の照射野の拡大が図られる。

【００１７】本実施例では図１０及び図１１に示される
ようにこの偏向マグネット３を中心にその前後の軌道上
に２つずつステアリングマグネット６ａ乃至６ｄが設け
られており、これらのマグネットへの供給電流の調整に
よって図１１に示される様に、前記偏向マグネット３を
中心とした電子ビームの閉じたローカルバンプ軌道を作
る事ができるようにしている（このローカルバンプ軌道
は個々の偏向部内でのみ変化するため、他の偏向部に影
響を与えない）。又、前記ステアリングマグネット６ａ
乃至６ｄへの供給電流の調整は図１２に示されるように
、前記放射光反射ミラーのミラーポジション（揺動角度
Δθ）信号を、波形発生器を備えた制御回路７ａに入力
し、そこで前記ミラーポジションの場合に最適なシンク
ロトロン放射光の発光点及び発光角度（後述するように
、放射光反射ミラーの種類により異なる）を演算すると
共に、この様な放射光の発光点及び発光角度に設定する
事ができる偏向マグネット３を中心とした前記ローカル
バンプ軌道を求め、該軌道の形成に必要なステアリング
マグネット６ａ乃至６ｄへの各供給電流を決定して、そ
の決定に基づき該制御回路７ａから増幅回路７ｂを介し
て、各ステアリングマグネット６ａ乃至６ｄの電流供給
装置７０ａ乃至７０ｄに電流供給制御信号を出力する事
で実施される。

【００１８】これらの制御回路７ａ、増幅回路７ｂ及び
電流供給装置７０ａ乃至７０ｄによって実際に行われる
前記ローカルバンプ軌道のビームの軌道制御は放射光反
射ミラーの種類に応じて異なる制御を行った。

【００１９】即ちミラーチャンバ５ａ、５ｂ内に設けら
れる放射光反射ミラーが平面ミラーの場合は前記図１に
示されるように、放射光反射ミラー１が角度Δθ傾いた
時に、該ミラーから見て放射光発光点Ｘが元の位置より
角度Δθだけずれる様に前記ビームの軌道制御を行うも
のとした。その結果、該ミラー１への放射光入射角θ０
が常に一定となり、その反射率も変化しなくなった。従
って、揺動角の変化に伴って照射されるＸ線のスペクト
ルが変化するといった問題も全く生じない。尚、この反
射により放射光の垂直方向の照射野は角度Δθ分広がる
事になる。

【００２０】一方、前記ミラーチャンバ５ａ、５ｂ内の
ミラーがトロイダルミラーの場合、上記平面ミラーと同
じ様な制御を行ったのでは、積算照射量は平面ミラーを
用いた場合よりも大きくなるが、照射面中の任意の部分
における水平方向の積算照射量分布を採った時に、両端
側で大きく中央部分で小さくなり、不均一なものとなる
。反対に、放射光反射ミラーが揺動しても放射光発光点
位置や角度を変えない場合は、放射光が垂直方向に振ら
れるに従ってそのビーム形状や集光の度合いが大きく変
化するために前記の場合と異なった分布になるが、やは
り不均一なものとなる。そこで、集光ミラーを用いた場
合にこの様な積算照射量分布の均一化を図るために放射
光発光点Ｘの位置の移動制御をどのような範囲で行うべ
きかが次のような実験で求められた。

【００２１】まず、この実験で使用される電子蓄積リン
グ２中で測定された電子ビームエネルギＥは１ＧｅＶ、
ビーム電流Ｉは２００ｍＡ、偏向マグネット磁束密度Ｂ
は１．２Ｔであった。又、ビームライン４ａ、４ｂで形
成される発光点Ｘから照射面までの全長は８ｍで、図１
３（ａ）、（ｂ）に示されるように放射光発光点Ｘより
２．７ｍのところにミラーチャンバ５ａ、５ｂが設けら
れ、その中に長さ０．６ｍ、水平方向曲率半径０．１１
３ｍ、垂直方向曲率半径２５７ｍのトロイダルな反射面
を持つ放射光反射ミラー１０が設けられている（このミ
ラー１０による水平方向の集光率は８ｍ／２．７ｍ＝約
２．９６である）。該放射光反射ミラー１０はニュート
ラル状態では放射光の光路に対して２１ｍｒａｄの角度
θ０だけ傾いており、揺動時にそのニュートラルの状態
から上下に±６ｍｒａｄの範囲で揺動するように設置さ
れている。

【００２２】この時、放射光反射ミラー１０の揺動角Δ
θに対し放射光発光点Ｘの位置を種々移動せしめ、照射
面における水平方向の照射量分布をスキャン方向（垂直
方向）で採ったところ、図１４及び図１５に示されるよ
うな結果を得た。この時、垂直方向の照射量の均一性を
最も良くするためには該ミラーを等角速度で揺動すれば
良いので、揺動角速度は一定とした。図１４は放射光発
光点Ｘの移動を全く行わなかった場合であり、中央部下
方が最も照射量が大きく、これを１００％とした時に、
これより両端及び上方に向かうに従ってその照射量が小
さくなり、照射量の差の最大値は約７％となった。一方
、図１５は該ミラー１０の揺動角Δθに対し、放射光発
光点Ｘの位置をこのミラー１０から見てΔθ／２の角度
だけずらした状態で照射を行った時の照射量が最も高く
、これを１００％とした場合、これより中央側に向かう
に従ってその照射量が少なくなり、照射量の差は約５％
となった。 この時、先の平面ミラーの場合ほどではないが、放射光
発光点Ｘを全く移動しなかった場合と比べて、ミラー１
０に対する入射角の変化も小さくなるので、揺動角の変
化に伴う入射Ｘ線のスペクトルの変化も小さくなる。但
しこの時、水平方向照射量の積分値がスキャン方向の任
意の点毎に一定になるように、先の場合（一定角速度）
とは異なり、スキャン速度の調整を行っている。

【００２３】更に本発明者等は放射光反射ミラー１０の
揺動角Δθに対し、放射光発光点Ｘの位置をずらす角度
βにつき種々偏向を加えて照射を実施し、その照射量の
差の最大値を採り続けたところ、図１６に示されるよう
になった。そして、本発明者等は、放射光発光点Ｘの移
動を全く行わない場合の照射量の差である７％よりもこ
の差の最大値を小さくするためのβの範囲として、０＜
β＜０．８・Δθと設定した。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述した本発明装置によれば、水平
方向に偏平なシンクロトロン放射光の照射野拡大に際し
、揺動させながら使用される放射光反射ミラーの放射光
反射率の入射角依存性を廃して照射強度を一定に保つ事
ができるようにすると共に、リソグラフィ等に於いて有
害な２次電子の放出等の原因となる放射光の短波長成分
のカットもできるようになる。又、特に放射光反射ミラ
ーがトロイダルミラーの場合に問題となる水平方向の照
射量分布の不均一性を最小限に抑える事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放射光反射ミラーが平面ミラーの場合の本発明
の基本構成を示す説明図である。

【図２】放射光反射ミラーがトロイダルミラーの場合に
放射光発光点の位置が変わらない時に放射光の水平方向
の集光の度合いの状態を示す説明図である。

【図３】トロイダルな反射面を持つミラーによる光の集
光状態を示す説明図である。

【図４】同じくトロイダルな反射面を持つミラーによる
光の集光状態を示す説明図である。

【図５】従来構成でトロイダルな反射面を持つ放射光反
射ミラーを揺動させた場合の放射光のスキャン状態を示
す説明図である。

【図６】同じく従来構成による放射光のスキャン状態を
示す説明図である。

【図７】放射光発光点の位置を固定してトロイダルミラ
ーを揺動させた時の放射光照射面中の任意の部分の水平
方向の積算照射量分布を示すグラフである。

【図８】トロイダルミラーを揺動させた時に同時に放射
光発光点の位置も同じ角度分だけずらす制御を行なった
場合に得られた放射光の水平方向の集光の度合いの状態
を示す説明図である。

【図９】上記の放射光発光点をミラー揺動と共にずらす
制御を行なった時の放射光照射面中の任意の部分の水平
方向の積算照射量分布を示すグラフである。

【図１０】本発明装置の一実施例の構成の概要を示す平
面図である。

【図１１】本実施例におけるローカルバンプ軌道を形成
する構成を示す説明図である。

【図１２】上記ローカルバンプ軌道の形成に使用される
ステアリングマグネットへの電流供給構成を示す回路図
である。

【図１３】本実施例構成で放射光反射ミラーにトロイダ
ルミラーが用いられた場合の構成を示す説明図である。

【図１４】放射光発光点の移動を行なわなかった時の照
射面中の放射光照射量を示すグラフである。

【図１５】放射光発光点の移動を行なった時の照射面中
の放射光照射量を示すグラフである。

【図１６】ミラーの揺動角に対する放射光発光点の移動
量を変更した場合の照射量の差の最大値を採った結果を
示すグラフである。

【図１７】ミラー揺動法の説明図である。

【図１８】ビーム揺動法の説明図である。

【符号の説明】

１、１０　　　　放射光反射ミラー ２　　　　　　　　電子蓄積リング ３　　　　　　　　偏向マグネット ４ａ、４ｂ　　　ビームライン ５ａ、５ｂ　　　ミラーチャンバ ６ａ〜６ｄ　　　ステアリングマグネット７ａ　　　　
　　　制御回路 ７ｂ　　　　　　　増幅回路 ７０ａ〜７０ｄ　　　　電流供給装置 ８　　　　　　　　パータベータ Ｘ　　　　　　　放射光発光点 Δθ　　　　　ミラー揺動角 β　　　　　　　放射光発光点のずらし角度θ０　　　
　　　ニュートラル状態の時のミラー傾斜角度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ビーム周回の為に偏向マグネットで該
   ビームを偏向せしめた時にシンクロトロン放射光を放射
   する放射光リングと、該リングから取り出されてくるシ
   ンクロトロン放射光をその揺動によって一方向に振り、
   該方向への放射光照射領域の拡大を図る放射光反射ミラ
   ーを有する放射光取り出し装置において、前記偏向マグ
   ネットの前後に複数のステアリングマグネットを設けて
   該偏向マグネットを中心に閉じたローカルバンプ軌道を
   作ると共に、該軌道中で前記ビームの軌道制御を行って
   放射光反射ミラーの揺動角度に応じて前記シンクロトロ
   ン放射光の発光点位置及び発光角度を変更せしめる様に
   した事を特徴とする放射光取り出し装置。
2. 【請求項２】　　請求項第１項記載の放射光取り出し装
   置において、放射光反射ミラーが平面ミラーの場合に、
   該ミラーが揺動中心の回りで放射光のミラーへの初期入
   射角θ０から角度Δθ傾いた時にミラーの揺動中心から
   見て発光点が元の位置より角度Δθだけずれるように前
   記ローカルバンプ軌道におけるビームの軌道制御を行わ
   しめる様にした事を特徴とする請求項第１項記載の放射
   光取り出し装置。
3. 【請求項３】　　請求項第１項記載の放射光取り出し装
   置において、放射光反射ミラーが凹状のトロイダルミラ
   ーの場合に、該ミラーが揺動中心の回りで放射光のミラ
   ーへの初期入射角θ０から角度Δθだけ傾いた時にミラ
   ーの揺動中心から見て放射光発光点が元の位置より下式
   で表される角度βだけずれるように前記ローカルバンプ
   軌道におけるビームの軌道制御を行わしめる様にした事
   を特徴とする請求項第１項記載の放射光取り出し装置。 ０＜β＜　０．８・Δθ