JPH0443599A - 蓄積ビーム電流安定化制御方法 - 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、半導体リングラフィ用光源等に用いられる
フルエネルギ入射方式のビーム蓄積リングおける蓄積ビ
ーム電流安定化制御方法に関する。

〔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ＸｇＡがスループット及び解像
性の点からりソグラフィ技術のＸ線源として、又医療透
視検査用Ｘ線源として理想的であるからである。

第５図（ａ）　（ｂ）は超高真空のリング（５）　（５
０）中でその軌道上を光速に近い速さで周回している電
子が偏向電磁石（５１）によって偏向せしめられた時に
シンクロトロン放射光を放射する放射光施設の概要を示
している。そのうち同図（ａ）は装置規模小型化が可能
な主に産業用光源として期待されている加速蓄積兼用リ
ング（５０）の装置構成である。入射モードにおいて電
子ライナック等のビーム入射器（ｌＯ）から低いエネル
ギ状態でリング（５０）内に入射されたビームは、該リ
ング（５０）中で周回する間に加速されて高いエネルギ
状態に達し、又この周回中に放射されるシンクロトロン
放射光は該エネルギの上昇によって出力を上昇せしめる
ことになる。

一方、同図（ｂ）に示されたものは、ビーム寿命が前記
リング構成のものより長いとして中・大規模の研究施設
用に建設されるフルエネルギ入射方式のリング構成から
なる放射光施設である。この例では、ビーム入射器とし
て電子ライナック（１）等の他、ビームの加速のみに使
用される電子シンクロトロン（３）等の加速リングが使
用されており、入射モードにおいて該加速リングでフル
エネルギ状態に加速されたビームは、次のビーム蓄積リ
ング（５）に入射されて、そのエネルギを保持したまま
長時間該リング（５）中を周回し、その間にシンクロト
ロン放射光を長時間に亘って放射する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の加速蓄積兼用リング（５０）及び蓄積リング（５
）内を周回しているビームは、放射光を安定して得る蓄
積モード中に該リング（５）（５０）内に発生した微量
ガスイオン等に衝突して失われ、このリング（５）（５
０）内のビーム電流は次第に低下することになる。この
時シンクロトロン放射光出力は、該ビーム電流の低下に
伴って全波長域で急速に低下する。しかし、半導体リソ
グラフィではレジスト面に一定の光量が必要とされ、上
述のような放射光出力の減少は必然的に出力減少分だけ
露光時間を増加させて、レジスト感度に対応した光量を
獲得できるようにしなければならず、実際の半導体露光
に使用された場合、スループット低下の原因となる。

そこで電流の減衰に伴い、あるビーム電流値になった時
に該蓄積モードから入射モードにモード変更し、ビーム
入射器側からのビームの追加入射を行なってビーム電流
値を上げ、定常の蓄積モードに復帰させることもできる
。

しかし前述の加速蓄積兼用リング（５０）では。

上記追加入射時にリング中のビームエネルギを一旦入射
エネルギレベルまで下げる必要があり、その過程でシン
クロトロン放射光出力が弱くなるため、その間露光用に
は利用できない問題を生ずる。

一方、後者のフルエネルギ入射方式のリング構成におけ
るこのような追加入射を行なうことの可能性については
、電気学会電子デバイス研究会資料ＥＤＤ−９０−３９
，１９９０に示された「Ｘ線すングラフィ用ツルチック
Ｉ　ＧｅＶ放射光源」に報告された例があり、この場合
はリング（５）中のビームエネルギを一旦入射エネルギ
まで下げる必要はないものの、ｍＷモードから入射モー
ドへのモード変更をオペレータの操作により行なってい
たため、もともとモード変更時の応答特性があまりよく
ないこととも相俟って。

タイムラグが発生し、第６図に示されるような鋸刃状の
ビーム電流値の変動が生じてしまい。

それによって放射光の光量は１０〜５０％程度変動して
いた。

このように追加入射を行なう場合でも現実にはシンクロ
トロン放射光出力の変動が大きく、このような施設をＸ
線リソグラフィに用いた場合にはスループットが低下し
たり、露光条件が一定にならないためにプロセスの条件
出しが難しくなるという問題を生ずることになる。又、
このような放射光出力の変動は医療透視検査用のＸ線源
に該光源を用いようとする場合にも問題となる。

本発明は以上のような問題に鑑み創案されたもので、シ
ンクロトロン放射光を放射するリングにおける蓄積ビー
ム電流を一定に安定化させることができる制御方法を提
供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はまずリング中の蓄積ビーム電流の安定化のため
に、該ビーム電流の減衰に応じてビーム入射器側からの
追加入射を行なう構成をその前提構成として採用するも
のであるが、前述のように加速蓄積兼用リングでの追加
入射では、リング中のビームエネルギをどうしても一旦
入射エネルギレベルまで下げる必要があるので、本発明
ではこのようなリング構成への適用は避け、フルエネル
ギ入射方式のビーム蓄積リングにおけるビームの入射制
御に用いるものとした。

又、追加入射の際は、蓄積モードから入射モードへのモ
ード変更を行なっていたが、前述のように、このような
モード変更を行なうと、その応答特性の低さのためにタ
イムラグが生じてしまい、ビーム電流安定化のためには
好ましくない状態となるため、そのようなモード変更を
行なわずに追加入射が可能な方法につき検討を加えた。

一方、短時間の間にゼロから所定の高いビーム電流値ま
で立ち上げるために前記蓄積リングへのビーム入射が高
電流値且つ短期周期でなされる初期入射モードでは、前
記蓄積モードにおける追加入射の際のビーム入射とは、
入射ビーム電流値やトリガ信号周期等の制御パラメータ
が全く異なるため、モード変更によって初期入射モード
から蓄積モードへの変更を行なった上で、上記追加入射
については蓄積モードにおいて、所定の制御パラメータ
に基づいて行なうこととした。

即ち、本発明の制御方法では、ビーム入射器を有するフ
ルエネルギ入射方式のビーム蓄積リングで、そのビーム
電流を検出し、又は該蓄積リングから放射されるシンク
ロトロン放射光の出力を検出し、その検出ビーム電流値
又は検出された放射光出力より求められるビーム電流値
が予め設定された減衰値分だけ基準値より下がった時に
、その減衰値より求められる最適入射ビーム電流値を演
算し、それに基づき前記蓄積リングへの追加入射を行な
うことを基本的特徴としている。

又、第２発明では、初期入射モードと蓄積モードのモー
ド変更を行なう一連の制御プロセスを対象とするもので
あって、ビーム入射器を有するフルエネルギ入射方式の
ビーム蓄積リングで、そのビーム電流を検出し、又は該
蓄積リングから放射されるシンクロトロン放射光の出力
を検出し、所定の入射ビーム電流値及びトリガ信号タイ
ミングでビーム入射が行なわれる初期入射モードで前記
検出ビーム電流値又は検出された放射光出力より求めら
れるビーム電流値が基準値に略達した時に蓄積モードへ
のモード変更を行なうと共に、該＃！Ｉ積モードでは、
該検出ビーム電流値又は検出された放射光出力より求め
られるビーム電流値が予め設定された減衰値分だけ前記
基準値より下がった時に、その減衰値より求められる最
適入射ビーム電流値を演算し、それに基づき前記蓄積リ
ングへの追加入射を行なうことを特徴としている。

上述した構成で基準値とは、上記ビーム蓄積リングから
放射されるシンクロトロン放射光の強度がＸ線露光やＸ
線透過に適した状態になり、且つ安定的に得られるよう
になった時のビーム電流値をいい、本発明では蓄積モー
ドにおいてビーム電流値をこの基準短辺りに調整し、長
時間安定的に運転するようにその制御を行なうことにな
る。

又、この基準値工。で入射されたビーム蓄積リングのｔ
　（ｓｅｅ）後のビーム電流値■は、但し、τ：ビーム
蓄積リングにおけるビームの寿命であるから、該式から
ビーム電流の減衰については次式が成立し、 この式よりΔを後のビーム電流減衰分Δ工は、ΔＩ＝−
−・工・Δｔ τ となる。従って理論的にはこの減衰弁Δ工を予め基準値
Ｉ０からの減衰値分として逆に決定しておき、Δを毎に
この減衰値Δ１分を追加入射すれば、蓄積リング中のビ
ーム電流は非常に狭い範囲の変動だけで長時間に亘って
略一定に安定させることができるようになると考えられ
る。

但し、本発明では追加入射の周期を定めず、設定された
減衰値分の減衰が実際に検出された時に追加入射を行う
構成とした。尚、リング中のビーム電流値は該リングか
ら放射されるシンクロトロン放射光の出力からもわかる
ので、上記制御は該放射光の出力を検知しながら行なう
こともできる。

更に、初期入射モードにおける入射ビーム電流値の制御
及び蓄積モードの追加入射時における入射ビーム電流値
の制御は、主にビーム入射器系やビーム蓄積リングにお
けるビームの入射効率の調整により行なうもので、例え
ば第１図に示されたフルエネルギ入射方式の放射光施設
における電子ライナック（１）では、クライストロンの
印加電圧の調整、同じくクライストロンのＲＦ周波数調
整、ステアリングの磁場制御及びライナックからのビー
ムの出射タイミング制御等により行ない（マイクロトロ
ンからビームを取り出す場合も略同じような調整がなさ
れることになる）、又ＬＢ　Ｔ　（Ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇ
ｙ　ＢｅａｍＴｒａｎｓｆｅｒ）系（２）では、偏向電
磁石（ＢｅｎｄｉｎｇＭａｇｎｅｔ　）やステアリング
の磁場制御及びワイヤグリッドの出し入れによる制御、
電子シンクロトロン（３）では、インフレクタ、パータ
ベータ。

デフレクタ及びキッカ等における電圧調整やタイミング
調整、ステアリングの磁場制御等、更にＨＢ　Ｔ　（Ｈ
ｉｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ　Ｂｅａｍ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）
系（４）では、ＢＭやステアリングの磁場調整、加えて
ビーム蓄積リング（５）では、インフレクタやパータベ
ータにおける電圧調整やタイミング調整により行なうこ
とになる。これらの調整により該蓄積リング（５）にお
けるビームの入射効率は大きく左右される。尚、前記初
期入射モードから蓄積モードへのモード変更がなされた
時、該モードでの追加入射の際のビームの入射効率は、
初期入射モード時よりも当然下げられることになるが、
この初期入射モード時にビーム電流値の上昇曲線カーブ
から基準値に到る時点を予測して、モード変更直前から
ビームの入射効率を緩やかに下げるようにしても良い。

〔実施例〕

以下本発明の具体的実施例につき説明する。

第２図はフルエネルギ入射方式の放射光施設における本
願第２発明法の実施構成の概要を示している。同図にお
いて（１）乃至（４）は電子ビームを加速するビーム入
射器系であり、そのうち（１）は電子ライナック、（２
）はＬＢＴ、（３）は電子シンクロトロン、（４）はＨ
ＢＴである。又（５）は上記ビーム入射器系から加速さ
れた電子ビームを入射しその中で周回せしめることで、
シンクロトロン放射光をそこから得るビーム蓄積リング
である。

本実施例では、ビーム蓄積リング（５）の周回軌道中に
その蓄積ビーム電流を検出するビーム電流モニタ（６）
が設置され、後述する制御計算器（７）にその検出値が
入力される。又ビーム入射器系及びビーム蓄積リング（
５）の各コンポーネントは、制御計算器（７）によって
その稼動が制御されている。特にマスタオシレータ（８
ａ）を備えたサイクル信号発生器（８）から発生する信
号周期に基づき該制御計算器（７）からはトリガ信号が
出力され、それによってビーム入射用に前記ビーム入射
器系及びビーム蓄積リング（５）の稼動が制御される。

又Ｌ　Ｂ　Ｔ　（２）の第２ＢＭ（偏向電磁石）には、
印加電流を可変制御することでその磁場調整が行なえる
磁場制御手段が備えられ、前記制御計算器（７）により
その印加電流の制御がなされることで、ビーム蓄積リン
グ（５）へのビーム入射効率を変更することができるよ
うになっている。

この制御計算器（７）により初期入射モードでは、３．
２秒に１回の周期で且つ５ｍＡ／１人射の割合で２分間
に２００ｍＡ弱までビーム電流を蓄積した。前記電流モ
ニタ（６）によるビーム電流の検出によりビーム電流値
が２００ｍＡに達する直前に制御計算器（７）は、前記
Ｌ　Ｂ　Ｔ　（２）の第２ＢＭの磁場調整を行なって２
ｍＡ／１人射までその入射効率を下げ、更に検出ビーム
電流値が基準値である２００ｍＡに時速した時点で制御
計算器（７）は初期入射モードから蓄積モードへモード
変更を行なった。

該蓄積モードでは、周回するビーム電流は非常に安定し
、その周回中に発生するシンクロトロン放射光の出力も
略一定の状態に保たれるが、このビームの寿命を８　ｈ
ｏｕｒとした場合、前記電流モニタ（６）で検出される
ビーム電流値は、１．２分間に０．５ｍ　Ａ、２．４分
間に１ｍＡの割合で減衰している（放射光強度に換算す
ると１．２分間に０．２５％、２．４分間に０．５％の
割合で減衰している）計算になる。そこでこの蓄積モー
ドでは、前記制御計算器（７）による稼動制御によりＬ
　Ｂ　Ｔ　（２）の第２ＢＭに対する印加電流制御を行
ない、その磁場調整をなし、ビーム蓄積リング（５）へ
の入射効率を０．５ｍＡ／１人射に下げて追加入射を行
なった。この時、該制御計算器（７）は前記検出ビーム
電流値が基準値より０．５ｍ　Ａ下がる毎にトリガ信号
を出力した。この時間間隔は前述の１．２分程度だった
。又、１回の追加入射で基準値に到達しない場合は２回
以降の入射を行なうが、この入射の最低時間間隔は初期
入射時の３．２秒より長い６．４秒とした。これは前記
電流モニタ（６）及びデータの転送速度を考え。

測定値が十分に落ち着く時間を開けたことによる。一方
、この追加入射にもかかわらずビーム電流が基準値に到
達しない場合は、そのビーム電流値からもう一度入射電
流値を算出し、第２ＢＭの電流値を再設定した。又、追
加入射の最／１１時間間隔も４．６秒と短くした。

第３図は本実施例の初期入射モード及び蓄積モードで検
出された略７０分間に亘るビーム蓄積リング（５）のビ
ーム電流値の変動状態を示すグラフ図である。同図から
明らかなように、蓄積モードにモード変更されてから、
そのビーム電流値は２００ｍＡ弱のところで安定し、し
かも最大値及び最小値の差も約２ｍＡの範囲であった。

又、第４図はＬ　Ｂ　Ｔ　（２）の第２ＢＭにおける印
加電流制御による電子シンクロトロン（３）中のビーム
電流の変動状態を示すグラフ図である。

同図によれば、該第２ＢＭの印加電流が１２．８２８Ａ
である時に電子シンクロトロン（３）のビーム電流値は
２２ｍＡの最大値を示し、該印加電流値から±０．０１
５Ａの変動があると、電子シンクロトロン（３）のビー
ム電流値は２　ｍ　Ａ程度まで下がる。従って本実施例
のように制御計算器（７）によりＬ　Ｂ　Ｔ　（２）の
第２ＢＭの印加電流を制御すれば、結果的にビーム蓄積
リング（５）の入射効率の制御は非常に容易に行なえる
ことになる。

例えば電子シンクロトロンのビーム電流籠を最大（２２
ｍＡ）から１０％程度下げようとするならば、Ｌ　Ｂ　
Ｔ　（２）の第２ＢＭの印加電流は１２Ｊ２８Ａから０
．００３７５Ａ下げるか、０．００２５Ａ強上げれば実
現できることになる。従ってＬ　Ｂ　Ｔ　（２）の第２
ＢＭに限らず、他のビーム入射器系コンポーネントやビ
ーム蓄積リングを構成する各コンポーネントにつき、こ
のような入射ビーム電流値制御を行なうためのパラメー
タをいくつか制御計算器（７）中に用意しておけば、蓄
積リング（５）中のビーム電流の変動が不安定な場合で
も、該制御計算器（７）によって演算された最適ビーム
電流値に基づき一番適切なパラメータをその中から選択
せしめることで、これらのコンポーネントの稼動を制御
し、上記本発明の実施をすることもできる。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明の制御方法によれば、ビーム蓄積リ
ングにおける蓄積ビーム電流を一定に安定化させること
ができ、従って該リングより得られるシンクロトロン放
射光出力も長時間に亘って一定に保持することができ、
そのためＸ線リソグラフィ用光源として該放射光を用い
た場合、スループットが上がり、且つ露光条件が一定と
なってプロセスの条件出しも簡単になる。特に本発明で
は前記蓄積リングを、最大ビーム電流値で動作させるこ
とができるため、高スループツトで高強度且つ一定のシ
ンクロトロン放射光を供給でき、従来の場合のように電
流値が下がり、放射光の利用ができなくなるといったこ
とがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフルエネルギ入射方式の放射光施設の一例を示
す概略図、第２図は本願第２発明法が適用される実施例
のフルエネルギ入射方式の放射光施設の概要を示す斜視
図、第３図は本実施例の初期入射モード及び蓄積モード
で検出されたビーム蓄積リングのビーム電流値変動状態
を示すグラフ図、第４図はＬＢＴの第２８Ｍにおける印
加電流制御による電子シンクロトロン中のビーム電流値
の変動状態を示すグラフ図、第５図（ａ）は加速蓄積兼
用リングの装置構成例を示す説明図、同図（ｂ）はフル
エネルギ入射方式のリング構成例を示す説明図、第６回
はフルエネルギ入射方式のリング構成で追加入射のため
モード変更を行なった際のビーム電流値変動状態を示す
グラフ図である。 図中、（１）は電子ライナック、（２）はＬＢＴ、（３
）は電子シンクロトロン、（４）はＨＢＴ、（５）はビ
ーム蓄積リング、（６）はビーム電流モニタ、（７）は
制御計算器、（８）はサイクル信号発生器。 （８ａ）はマスタオシレータを各示す。 １・・・電子ライナック　２・・・ＬＢＴ　　　４・・
・）−ＩＥＩＴ３・・電子ジシクロトロン　　５・・ビ
ーム蓄積リング５１・・・偏向電磁石 第３図 第 図 ７　　（ｍｉｎ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビーム入射器を有するフルエネルギ入射方式のビ
   ーム蓄積リングで、そのビーム電流を検出し、又は該蓄
   積リングから放射されるシンクロトロン放射光の出力を
   検出し、その検出ビーム電流値又は検出された放射光出
   力より求められるビーム電流値が予め設定された減衰値
   分だけ基準値より下がった時に、その減衰値より求めら
   れる最適入射ビーム電流値を演算し、それに基づき前記
   蓄積リングへの追加入射を行なうことを特徴とする蓄積
   ビーム電流安定化制御方法。
2. （２）ビーム入射器を有するフルエネルギ入射方式のビ
   ーム蓄積リングで、そのビーム電流を検出し、又は該蓄
   積リングから放射されるシンクロトロン放射光の出力を
   検出し、所定の入射ビーム電流値及びトリガ信号タイミ
   ングでビーム入射が行なわれる初期入射モードで前記検
   出ビーム電流値又は検出された放射光出力より求められ
   るビーム電流値が基準値に略達した時に蓄積モードへの
   モード変更を行なうと共に、該蓄積モードでは、該検出
   ビーム電流値又は検出された放射光出力より求められる
   ビーム電流値が予め設定された減衰値分だけ前記基準値
   より下がった時に、その減衰値より求められる最適入射
   ビーム電流値を演算し、それに基づき前記蓄積リングへ
   の追加入射を行なうことを特徴とする蓄積ビーム電流安
   定化制御方法。