JPS61176100A - 電子シンクロトロン - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子シンクロトロンまたは電子蓄積屋シンク
ロトロンて係り、特にシンクロトロン放射光をリングラ
フィ用光源として受用するのに好適な電子ビーム制−用
磁石の構成に関する、〔発明の背景〕 シンクロトロン放射光（以下放射光と称す）は、高エネ
ルギー粒子加速器の副産物として得られ、相対論的な高
エネルギー荷電粒子が磁場によって偏向されるときに発
する電磁波である。この放射光は、指向性がよく、大強
度の白色光でおって、スペクトルの範囲がγ線頭域から
可視、赤外を経て電波領域にまで及んでいる。このため
、原子核、物性物理ｔ−はじめ、材料の分析や加工技術
などの幅広い分野の新型光源として注目されている。こ
のため、放射光の利用を主目的とした専用加速器として
は、故１００　Ｍ　ｅ　Ｖ−数ＧｅＶ級の電子蓄積型シ
ンクロトロンが世界各地において建設され、すでに稼動
している。

日本国内の代表的な放射光専用加速器としては、高エネ
ルギー物理学研究所の２−５ＧｅＶ庖子蓄積型シンクロ
トロン（フォトンファクト！７−　ＰｈｏｔｏｎＦａｃ
ｔｏｒｙ　）があげられる。このフォトンファクトリ−
の性能および電子ビーム専用の電磁石構成などけ、Ｉｋ
、ｋＬｋ、　　ｉ″ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｎ
ｅｕｃｌｅａｒ　ｊ９ｉｅｎｃｅ。

Ｖｏｌ　、ＮＳ　−２６，（１９７９）におけるＫａｍ
ａｄａ、　ｆ（ａｍｊｙａお、１び）（ｉｈａｒａによ
る”　ＬＡＴＴＩＣＥ　ＯＦ’　ＰＨ０ＴＯＮ１１’Ａ
ＣＴＯｉ（、Ｙ　５ＴＯＲ，ＡＧＥ　ルＩＮＧ　　”に
おいて論じられている。このフォトンファクトリ−は、
汎用の放射光光源として設計されておシ、偏向磁石が双
極磁場成分のみをもつセクタ（５ｅｃｔｏｒ　）型磁石
であって、電子ビームの収束にはほとんど関与していな
い。そして、゛電子ビームの収束は、偏向磁石間に仲人
したｄ数個の４極磁石群によって行う、いわゆるセパレ
イテッドファンクション型の強収束電子蓄積型シンクロ
トロンである。したがって、偏向磁石内の電子ビームサ
イズは、比較的小さなものとなシ、放射光の光源サイズ
を小さくすることができるため、原子、分子のスペクト
ロスコピーの分野に適したものとなっている。

ところが、リングラフイは、広い面積に光音照射する必
要があり、一般的な電子シンクロトロンや電子蓄積型シ
ンクロトロンから得な放射光をリングラフィ用の光源と
するには適していない。すなわち、電子ビームから得ら
れる放射光は、前記したように電子ビームが電・磁石に
Ｌり運動方向を変えるときに得られる。したがって、第
７図に示すように電子ビーム１０から得られる放射光ビ
ーム１２は、水平方向に比較的大きな角、ｆ：幅を得る
ことができるが、垂直方向に関しては放射光の自然広が
り角 程度の幅しか得ることができない。なお上式においてｍ
Ｑは電子の静止質量、Ｃは光速、Ｅは電子の全エネルギ
ーである。このため、シンクロトロンから得られる放射
光ビームは、直線状の狭い範囲しか照射することができ
ない。そこで、この放射光ビームをリングラフィ用の光
源とする場合、−向磁石内の電子ビームを上下にゆさぶ
る装置をストレイシリングに４ｔ）付けたシ、反射鏡を
用いて放射光ビームを上下方向にスキャンするなどの方
法により、一度にシリコンウェハ上の広い面積を露光す
る方法がとられている。しかし、これらの補助装置は、
４造が１１雑であったり、操作がむず刀≧しいという欠
点がめる。また、これらの補助装置を用゛いずに露光装
置を光源から充分離し、垂直方向に放射光ビームスポッ
トを増大させることは原理的に可能である。しかし、こ
の方法によるときは、放射光導出用ビームラインが長く
なるため、装置全体が大きくなる欠点を有している。

〔発明の目的〕

本発明は、光Ｉ２＠から近い距離においても垂直方向に
幅の広い放射光ビームを、容易に得ることができる電子
シンクロトロンを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、偏向磁石の磁極間ｖｉを電子ビームの周回軌
道の内側から外側に向けて漸次拡開させ、電子ビーム偏
向用の双極磁場と、電子ビームの垂直方向収束用のため
の４極磁場とを同時に発生させることが可能な、いわゆ
るコンバインドｔａｉ１石とするとともに、各偏向磁石
間に′電子ビームの水平方向収束用第１ｇ＆石を配置し
、この４極磁石によ＃）偏向磁石に入る電子ビームを垂
直方１司に発散させ、垂直方向に・嘔の広い放射光ビー
ムを得ることができるＬうに４を成したものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る電子シンクロトロンの好ましい実施例を、
添付図面に従って詳説する。

第１図は、本発明に係る電子シンクロトロンの実施例の
ストレイシリングの一部を示したものである。ｄＥｘ図
において、電子ビームｌＯはドーナツ状の真空容器内を
周回運動するようになっておシ、その真受容器のトロイ
ダル方向に沿ってａ数の偏向磁石１４ａ、１４ｂ、１４
Ｃ・・・・・・と、複数の水平方向収束用４極磁石１６
ａｊ１６ｂ、・・・・・−とが交互に所定の間隔を隔て
て配置しである。各偏向磁石１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・
・・・・・の両端面は、（子ビーム１０の入射、出射の
角度φが９０度となるように形成してらる。また、各１
向磁石は、第２図にＡ同磁石１４　ａ　Ｄ新面を代表し
て示した如く、鉄心１８が略Ｃ字状に形成して必る。そ
して鉄心１８には、一対のコイル２０が巻いてｉ、磁極
間隙２２に配置した真空容器２４に磁場を与えることが
できるように５±っている。１櫃間隙２２は、鉄心１８
の磁匝部が円または双曲線の一部をなす曲観伏に形成す
ることによシ、電子ビーム１０の周回軌道の内側から外
側に向けて漸次拡開している。このため、鉄心１８のａ
ｔｔは、双極磁場の池に、電子ビーム１０の垂直方向収
束用の４極磁場をも同時に発生する。

上記のｙ口＜３４成した実施例の作用は次のと′Ｊ？シ
である。

遊子ビーム１０は、各゛１向磁石１４ａ、１４ｂ。

１４Ｃ２・・・・・・に２いて、垂直方向に関して収束
させられ、水平方向に関して発散させられる。また、ｋ
子ビーム１０に、６水平方向収束用４極磁石１６ａ、１
５ｂ、　・・・・・・において垂直方向に発散させられ
、水平方向に関して収束させられる。そこで、磁場の強
さを適正にすることにより、垂直方向の電子ビームサイ
ズを偏向磁石内において最大となるようにし、水平方向
収束用４極磁石内において最小になる二うにすることが
できる。また、水平方向の電子ビームサイズを水平方向
収束用４極磁石内において最大にし、偏向磁石内におい
て最小にすることができる。第３図は、このような電子
ビームの水平方向および垂直方向の電子ビームサイズの
分布状況を、電子ビームの周回軌道Ｓに沿って模式的に
示し九ものである。このように偏向磁石内において垂直
方向の電子ビームサイズを大きくすることにより、放射
光光源ｔ−電子ビームサイズに対応させて垂直方向に広
げることが可能となシ、光源から比較的近い距離におい
ても、リングラフィ用光源に適し之大きな露光面積を得
ることができるとともに、強収束型の電子シンクロトロ
ンを構成することができる。

このリングラフィ用光源に適した電子ビームサイズの分
布特性が得られる理由は、シンクロトロンにおける電子
軌道の理論を用いて証明することができ、定性的には光
学レンズとのアナロジ−により理解することができる。

すなわち、電子ビームの垂直方向振動に関しては、偏向
磁石が凸レンズとして作用し、水平方向収束用４極磁石
が凹レンズとして作用する、と考えることができる。し
たがって、垂直方向の電子ビームサイズを示す曲線は、
第３図に示すように偏向磁石において上に凸、水平方向
収束用４極磁石において下に凸となる。一方、電子ビー
ムの水平方向振動に関しては、偏向磁石が凹レンズとし
て作用し、水平方向収束用４極磁石が凸レンズとして作
用する。

なお、本実施例においては、電子ビーム１０が各偏向磁
石へ垂直に入射するようにしであるため、端部ａＪ！Ｋ
　Ａるエツジフォーカシングの影響を考える必要がなく
、電子ビーム１０の安定性解析が容易である効果がるる
。ま九、ａｍな機構金もった補助装置を用いることなく
、大きな露光面積を得ることができ、装置の簡素化が図
れ、保守、運転が容易となる。

第４図は、本発明に係る電子シンクロトロンの他の実施
例を示したものである。＄４図に示した実施例は、各偏
向磁石１４　ａ、　　１４　ｂ、　　１４　ｃ。

・・・・・・の間に配置する収束用の４極磁石が水平方
向収束用４極磁石１６　ａ、　　１６　ｂ、　　１６　
ｃ、・・・・・・と垂直方向収束用４甑磁石２６ａ、２
６ｂ、２６ｃ。

・・・・・・とからなる４、原磁石群を構成している。

このように構成することによシ、垂直方向収束用の４極
磁石の強度を変えることにより、電子ビーム１０の寿ｉ
＃を延ばすことができ、装置の運転上における自由度が
増大し、運転頭載を広くとることができるため、電子ビ
ームの安定性を向上させることができるという効果を生
ずる。

第５図は、各偏向磁石への電子ビーム１０の入射角φが
９０度よシ小さくなるように偏向−石１４　ａ、　　ｌ
　４　ｂ、　　１４　ｃ、・・・・・・の磁極端面を形
成し、偏向磁石１４　ａ、　　１４　ｂ、　　１４　Ｃ
，・・・・・・の端部磁場を利用して水平方向の収束作
用（エツジフォーカシング）ヲ得るようにしたものであ
る。この実施例においては、水平方向収束用４極磁石の
作用を、偏向磁石の端部磁場による収束作用をもつてお
き換えたため、偏向磁石のみで強収束型シンクロトロン
を構成できる効果がある。また、各偏向磁石１４　ａ、
　　１４　ｂ、　　１４　ｃ、・・・・・・の間に垂直
方向収束用４極磁石を配置し、第４図に示した実施例と
同様の効果をあげることができる。第６図は、偏向磁石
の界磁巻線として超伝導コイルを用い九例を示したもの
である。超伝導コイル２８を用いることによシ、起磁力
を大きくとることができ、磁極間隙２２を簡単に大きく
することができる。このため、真空容器２４の垂直方向
の開口を増大でき、真空容器内壁と電子ビーム１ｏとの
相互作用による電子ど一ム１０の損失を減少することが
できる。したがって、電子ビーム１０の寿命を大きくす
ることができる効果がある。また、超伝導コイル２８を
用いたことにょシ、偏向磁石の双極磁場成分を常伝導コ
イルを用いた場合よシ大きくすることができ、電子ビー
ム１０の曲率半径が小さくなる九め、ストレイシリング
全体を小型化できる効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、光源から近い距
離においても、垂直方向に−の広い枚射光ビームを容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子シンクロトロンの実施例のス
トレイシリングの磁石配置図、第２図は前記実施例の偏
向磁石の断面図、第３図は前記実施例における電子ビー
ムサイズの分布特性の模式図、第４図は本発明に係る電
子シンクロトロンの他の実施例のストレイシリングの磁
石配置図、第５図は１向磁石のエツジフォーカシングを
利用したストレイシリングの例を示した図、第６因は超
伝導コイルを用いた偏向磁石の実施例の断面図、第７図
は従来の電子シンクロトロンから取り出される放射光ビ
ームの説明図である。 １０−・・電子ビーム、１４ａｔ　　１４ｂ、ｔ４ｃｍ
’−偏向磁石、１６ａ、１６ｂ、１６Ｃ・・・水平方向
収束用４砥磁石、２４−・・真空容器、２６　ａ、　　
２６　ｂ。 ２６Ｃ・・・垂直方向収束用４他磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部を高エネルギー電子ビームが周回運動するドー
   ナツ状の真空容器と、この真空容器のトロイダル方向に
   沿つて所定間隔を隔てて配設され、前記電子ビームの運
   動方向を変える複数の偏向磁石と、これら複数の偏向磁
   石間に配設され、前記電子ビームを収束させる４極磁石
   とを有する電子シンクロトロンにおいて、前記偏向磁石
   は磁極間隙が前記電子ビームの周回軌道内側から外側に
   向けて漸次拡開しており、前記４極磁石は前記電子ビー
   ムの水平方向収束用であることを特徴とする電子シンク
   ロトロン。 ２、前記偏向磁石間に配置する４極磁石は、前記電子ビ
   ームの水平方向収束用４極磁石と垂直方向収束用４極磁
   石とからなる４極磁石群を構成していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の電子シンクロトロン。