JPS63291399A - 放射光発生装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、円形状加速器において高エネルギーの荷電粒
子が偏向される際に、荷電粒子進行方向で且つ偏向軌道
の接線方向に放射されるシンクロトロン放射光を、ＬＳ
Ｉパターンの露光等に適用する目的で、荷電粒子周回軌
道面に垂直な方向に拡大するための装置構成に関するも
のである。

（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）円形状
加速器（例えば、シンクロトロン等）に蓄積されている
高エネルギー荷電粒子が円形状加速器を構成する偏向電
磁石により偏向される際に、シンクロトロン放射光と呼
ばれる短波長のＴｉＮ波が荷電粒子の進行方向で偏向軌
道の接線方向に放射される。荷電粒子として通常電子が
用いられるため、以下では電子を例に述べることとする
。

シンクロトロン放射光は、その強度が高く、且つ平行性
の優れていることからｘｍｎ光用光源として有望視され
ているが、放射方向に関しては次に述べる欠点がある。

第９図はシンクロトロン放射光の放射方向を説明する図
であって、図において、Ａはシンクロトロン放射光源の
位置、０．は偏向半径の中心位置、Ｄは放射光源から露
光までの距離、Ｗは周回軌道方向の露光領域を示す０図
に示すように、シンクロトロン放射光は、荷電粒子の周
回軌道面（水平面）内では一周の３６０度の広範囲に放
射されるが、周回軌道面に垂直方向においては、放射さ
れる角度ψは（１）弐で表され、８００ＭｅＶの電子の
場合、ψζ０．６４ｍｒａｄと極めて狭い性質がある。

ここで、周回軌道面に垂直方向の放射光強度分布は正規
分布に類催した分布形状をしており、上記ψは最大強度
から１／２に低下する。までの角度で定義している。（
資料ｌ：エッチ、ビニイク　アンド　ニス、ドオニク、
″シンクロトロン　ラディエション　リサーチ”、プレ
ナム　プレス、ニューヨーク、　１９８０１３頁（Ｈ，
Ｗｉｎｉｃｋ　＆Ｓ、　Ｄｏｎｉａｃｈ、　　”５ｙｎ
ｃｈｒｏｔｒｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｒｅ５ｅａｒ
ｃｈ”　。

ＰＬＥＮＵＭ　ＰＲＥＳＳ、　ＮＥＷ　ＹＯＲＫ、　１
９８０．　ｐ１３　）。

ここで、鵬。Ｃ８は静止エネルギーで約０．５１ＭｅＶ
であり、Ｅ　（ＭｅＶ）は電子のエネルギーである。

放射光の発光点Ａより距離りの位置で水平方向の露光領
域Ｗを得るためには、３６０度の内で第９図に示すよう
に露光中心に対して（２）式から±θの放射光を用いる
ことで、容易に必要な露光領域を確保できる。　Ｗ＝３
０ｍｍ、　Ｄ＝ｌＯｍとするとθ＝１．５ｍｒａｄの範
囲の放射光を利用すれば良い。

θ＝−−−　　　　　　・Ｏ・・・　　（２）次に周回
軌道面に垂直方向の放射範囲Ｒを求める。Ｅ　＝８００
ＭｅＶとし、Ｄ＝１０−とすると、Ｒ＝２×ψＸ　Ｄ＝
２Ｘ０．６４ｓｒａｄＸ１０ｍ＝１２．８ｍｍとなる。

しかし、１２．８＋ｗ＋ｗの領域の中心部と周辺部では
、前記の如く放射光の強度分布により２倍程度の強度差
があるため、１２．８ｍｓ＋全域を露光に適用すること
ができない、露光に用いるレジスト（感光材）の性質か
ら、露光領域全域の放射光強度均一性を５〜ｌＯ％とす
る必要がある。必要な放射光強度均一性を５％とすると
、１２．８ｍｍの内で中心の４ＩＩｌｌ程度と狭い領域
しか露光に適用できない０周回軌道面に垂直方向の露光
範囲Ｈは通常、前記Ｗ””３０ｍｍと同程度が要求され
るため、実質的に前記４ｆｆｉＩ１１の範囲をＨ−３０
ｎｍまで拡大する必要がある。この解決方法として、従
来は第９図の放射光発光点Ａと露光位置の間にＸ線用ミ
ラーを設置し、このミラーの電子周回軌道面に対する角
度を時間的に変化させることにより放射光を走査させて
実効的に放射領域を露光領域以上に拡大していた（資料
２：鳳　紘一部、′シンクロトロン放射光リソグラフィ
ー”。

応用物理、５３巻、１号、　ｐ１７．１９８４　）。露
光に適用する放射光の波長は１ｒｕ＋程度であるため、
前記Ｘ線用ミラーには０．１１の桁の平面度が要求され
ると共に、Ｘ線用ミラーを駆動するための制御系が放射
光利用ラインの各々に必要となる等、ミラーを用いる方
法は多数の欠点を有している。これらの欠点を解決する
ために、電子の周回軌道の位置を電気的に変化させる方
法が提案されている（資料３：テ、トミマス、テ６ノグ
チ他、“アンエレクトロン　アンデュレイティング　リ
ングホーア　ブルスイ　リソグラフィ”、アイイイトラ
ンスアクション　オン　ニューフレア　サイアンス　ボ
ルウム　エヌエスー３２．５号、　３４０３頁１９８５
）　　（Ｔ、　Ｔｏ＋＊ｉｗａｓｕ、　Ｔ、　Ｎｏｇｕ
ｃｈｉ、　ｅｔ　ａｌ＋　　”ＡＮＥＬＥＣＴＲＯＮ　
　ＵＮＤＵＬＡＴＩＮＧ　　ＲＩＮＧ　　ＦＯＲＶＬＳ
Ｉ　　ＬＩＴＩＩＯＧＲＡＰＨＹＤ″　。

ＩＥＥＥ　　’Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　　Ｎ
ｕｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ＋　　Ｖｏｌ。

Ｎ５−３２．　Ｎｏ、５．　ｐ３４０３．１９８５）、
　　（資料４：冨増多喜夫、“電子波動リング■−電子
軌道の態動理論”、第３３回応用物理学関係連合講演会
講演予稿集、　　ｐ２０．１９８６年春季）、（資料５
：工、ハイベルガー、エッチ、ビエッ、　′Ｘレイ　リ
ソグラフィ　ウィズ　シンクロトロン　ラジェイシッン
”。

イエススデリクーミイティング、ソリッド　ステイト　
デバイス、　１９８２．１２１頁〔＾、　Ｈｅｕｂｅｒ
ｇｅｒ。

Ｈ，Ｂｅｔｚ、　”Ｘ−Ｒａｙ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ
ｙ　Ｗｉｔｈ　５ｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉ
ｏｎ″＊　　ＥＳＳＤＥＲＣ−Ｍｅｅｔｌｎｇ、　　５
ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅＤｅｖｉｃｅｓ、　１９８２．　
Ｐ１２１）＠−５資料３および４で用いられている手法
は、第１０図に示すごとく、偏向電磁石Ｅ３ｅｔ〜Ｂ□
、４極電位石Ｑ、、Ｑ、等が設置されていない場所に周
回軌道面に平行な磁場を発生させる電磁石Ｂｙを新たに
設け、このＢｙの磁場を時間的に変化させる方法である
０周回軌道に沿った座標をＳで表すと、Ｂｙを励磁する
ことにより、資料３の場合に第１０図に示す如く、周回
軌道面の垂直方向の電子の通過位置がＳ方向に対して変
化する。電磁石Ｂ、を交流信号で励磁することにより、
偏向電磁石ＢＤｚの位置では、電磁石Ｂｖを励磁しない
場合の周回軌道面に対して垂直方向に±ｈｖの範囲で変
化し、露光位置（前記の例ではＤ−１０ｍ）においても
、放射光が垂直方向の上下に±ｈｖだけ走査される。

従って、２ｈｖ≧Ｈとすることで、露光領域の垂直方向
の拡大が図れる。しかし、偏向ｉｉｔ磁石内で土ｈｖの
垂直方向の電子の位置変化を許容するためには、電子の
通過する真空ダクトを設置する偏向電磁石のギャップ高
さ幅を２ｈｖだけ余分に広くする必要がある。垂直方向
に電子の軌道を変化させないで使用する円形状加速器で
は、通常偏向電磁石のギャップ高さは５〇−曽程度であ
り、２ｈｖζ３０−一とすると偏向電磁石のギャップ高
さを８０謡−程度に広げる必要がある。一方、偏向電磁
石に所望の磁場を発生するための起磁力はギャップ高さ
にほぼ比例するので、偏向電磁石のコイル巻数が同じ場
合には、励磁に必要な電流値がギャップ高さに比例する
０通常偏向電磁石の励磁電流値は数１００　　（Ａ）で
あり、前記のように、５０−のギャップ高さを８０−一
に広げると、偏向電磁石用励磁電源の電流容量増大によ
り、偏向電磁石用励磁電源自身の高価格化と同時に運用
コストの増大を招く欠点がある。更に、励磁電流増大に
より、偏向電磁石のコイルでの発熱が励磁電流の２乗で
増大するため、偏向電磁石の寸法が大きくなると共にコ
イル冷却用の冷却設備の大容量化が必要となり、高価格
化を招く欠点も有している。

一方、第１０図の偏向電磁石Ｂ、内の“ノード”（ＭＯ
ＤＥ）の位置から放射される放射光を利用する場合は、
Ｂ、を交流信号で励磁することにより、±αの角度内を
電子は通過するので、放射光は第１１図の如く露光領域
を走査することになる。第１１図において、０．は偏向
半径の中心位置、Ｗは周回軌道方向の露光領域を示す、
従って、２αＤ≧Ｈとなるように電磁石Ｂｙの励磁量あ
るいは発光点から露光位置までの距ＨＤを設定する二と
により、露光領域の垂直方向の拡大が図れる。Ｈ＝３０
ｓ−とじ、Ｄ＝１０ｍとすると、α≧１．５　ｍｒａｄ
となり、放射光進行方向で偏向電磁石が存在する範囲は
高々５００ｍ−程度であるから、偏向電磁石出口（放射
光発光点から５００ｍｍ）での放射光走査範囲は１．５
　＋＊ｒａｄｘｓｏｏ　＋５ａ＝０．７５ｍｍである。

前記の如く、通常の偏向電磁石ギャップ高さは５０ｍ−
程度であるから、上記０．７５ｍ鶴は無視できる値であ
る。

一方、“ノード”からの放射光を利用する方法は、周回
軌道方向の放射光を凹面鏡を用いて集光する場合、前記
“腹”からの放射光を利用する場合に比べて極めて有効
である。利用する放射光の波長を１ｎ＋ａとすると、反
射効率を高めるために凹面鏡への視射角（ｇｌａｎｃｉ
ｎｇ　ａｎｇｌｅ）は２度程度である。従って、“腹”
からの放射光で上下３０ＩＩＩ１１走査するために必要
な凹面鏡の放射光進行方向の長さは約９００ｍ＋ｗであ
る。“ノード”からの放射光を用いる場合、“ノード”
から約１ｍの位置に凹面鏡を配置すると、走査角は上下
合わせて３　＋ａｒａｄであるので、凹面鏡の放射光進
行方向の長さは約９０＋１ｍｌで許容される。凹面鏡に
は０．１ｎ程度の精度が要求されるので、ミラーの大型
化は大幅な高価格化を招く欠点がある。

資料３および４に示されているように、電磁石Ｂｙを用
いる方法では、円形状加速器−周当りの“ノード”数は
円形状加速器の垂直方向のベータートロン振動数（円形
状加速器−周当りの荷電粒子の振動数）で決まるため、
“ノード”から次のパノード”までの距離は円形状加速
器−周の数分の１程度になり、通常は数ｍ〜１０数ｍで
ある。従って、１個の偏向磁場領域の内部に複数の“ノ
ード”を形成することや、角偏向電磁石に“ノード“を
形成することは困難である。また、ある偏向電磁石の所
で“ノード“を形成した場合には、他の偏向電磁石の位
置では垂直方向に位置変動する“腹”の部分が形成され
てしまう、″ノード”から次の“ノード”までのＳ方向
の距離を１０ｍ、α＝ｌ、５　閣ｒａｄとすると、“腹
”の位置の偏向電磁石のギャップ高さには前記と同様に
５０ｍ５のギャップ高さを８０ｍ■に広げておく必要が
ある０通常は全ての偏向電磁石を直列に配線して励磁す
るため、ギャップ高さの異なる偏向電磁石を用いること
ばできない、従って、“ノード”の位置（第１０図でＢ
１０の位置）からの放射光を利用する場合においても、
“腹”の位置（第１０図でＢ１１１の位置）からの放射
光を利用する場合と同じく、偏向！磁石のギヤノブ高さ
を広げる必要がある。従って、偏向電磁石励磁電源、運
用コスト、冷却設備等の高価格化を招（欠点を有してい
る。

上記は偏向電磁石のギャップ高さの観点での問題点を述
べたが、次に、電子を通過させる真空ダクトについて述
べる。偏向電磁石部でのシンクロトロン放射光が真空ダ
クト材（例えば、ステンレス材やアルミニウム材）に照
射されると、光刺激脱離効果により、真空ダクト材から
分子や原子が真空ダクト内に放出されて、真空ダクト内
の真空度が悪化することが知られている。これを避ける
ために、電子通過部とガス吸収部の２個所の真空領域を
持たせ、２個所の間を放射光が通過でき、且つ極力狭い
断面積で結合する技術が提案されている。（資料６：ア
ール、ベーレル及びジエ、メニツヒ、′ア　バキエム　
システム　ホア　ザアーゴネ　６　ジエン　ニス　ワイ
　ネロトロンライト　ソーズ、アイイイ　トランスサク
シラン　オン　ニエクレア　サイアンス、ボルウム。

エヌエスー３２巻、５号、　３７９２頁（Ｒ，１１ｅｈ
ｒｌｅ　＆　Ｊ。

Ｍｏｅｒ＋ｉｃｈ、　”＾ＶＡＣＩＪＵＭ　ＳＹＳＴＥ
Ｍ　ＦＯＲＴＨＥ　ＡＲＧＯＮＮＥ　６ＧｅＶ　５ＶＮ
ＣＨＲＯＴＲＯＮ　ＬＩＧＨＴ　５ＯＵＲＣＥ”　、　
ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｎｕｃｌ
ｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ＋　Ｖｏｌ、　Ｎ５−３２＋　
Ｎｏ、５＋ｐ３７９２．１９８５　）　）　、上記断面
積を狭くしておけば、ガス吸収部の真空度が低下しても
電子通過部を高真空に保ことができる。２個所の領域を
結合する断面積を極力狭くするためには、上記の電子の
変位を極力狭くすることが必須条件である。ところが、
上記の偏向１ｉｔ磁石部内の“腹１の部分では上下に３
０ｍ５程度変位するので、３０■皺以上の高さで上記２
個所の真空領域を結合する必要がある。このため、従来
の方法では、電子通過部の真空度が低下する欠点を有し
ている。

また、通常の円形状加速器から放射光を利用する場合は
、３６０度に放射される放射光をできるだけ多く利用す
ることが望ましく、１個の偏向電磁石から多数の放射光
利用ラインを設け、はぼ全ての偏向電磁石に放射光利用
ラインが設けられている。第１０図の如（に電磁石Ｂｙ
を励磁すると円形状加速器の全周の電子軌道が影響を受
けるため、特定の放射光利用ラインに適した条件で電磁
石Ｂ。

を励磁すると、他の放射光利用ラインの放射光の利用を
阻害することとなる。この結果、円形状加速器の利用効
率が低下し、実質的に放射光の高価格化を招く欠点を有
している。

（発明の目的） 本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的は、■振動用電磁石を励磁しない場合の周回
軌道面に対して、偏向磁場領域内部においてのみ荷電粒
子の軌道を傾けることによって放射光を垂直方向に走査
させること、■角偏向電磁石内の前記振動用電磁石の励
磁条件により、放射光走査条件を独立に設定可能とする
こと、■１偏向電磁石内部に複数の放射光走査中心を設
けることである。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は荷電粒子を加速蓄
積する円形状加速器において、該円形状加速器を構成す
る偏向電磁石の発生する偏向磁場領域内に、該円形状加
速器の荷電粒子周回軌道面に平行でビーム進行方向に垂
直な成分を持つ磁場を発生する複数個の振動用電磁石を
設けることを特徴とする放射光発生装置を発明の要旨と
するものである。

しかして本発明は、偏向電磁石の発生する偏向磁場領域
内に周回軌道面に平行な磁場成分を発生する複数個の振
動用電磁石を挿入し、この振動用電磁石の励磁電流を時
間的に変化させることを特徴とするものである。

次に本発明の実施例について説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうろこと
は言うまでもない。

実施例の偏向磁場領域内における真空ダクトおよび振動
用ｉ！電磁石概念的構成を第１図に示す。

図において、１は真空ダクト、３はシンクロトロン放射
光出射用ボード、Ｓは電子の進行方向の座標である。ｅ
−は電子を意味し、ｅ−は真空ダクト１のほぼ中心を矢
印の方向に進行している。Ｈｌ。

Ｍｔ、　Ｍｓ、　Ｍａは振動用電磁石であり、これらは
直列に配線接続されている０Ｍ１〜阿、の励磁電流は矢
印の方向に流れており、電子通過領域（真空ダクトの中
心近傍）での振動用電磁石（Ｍｌ−ｎａ）の発生する磁
場Ｂ４〜Ｂ１１４の方向は、全て周回軌道面に平行で、
ｉ、とり、は周回軌道の内側中心方向、ｈとＭｌはＭｌ
とｈと逆方向の周回軌道外側方向である。

従って、電子は振動用！磁石Ｍ１を通過することにより
周回軌道上側に偏向され、振動用電磁石Ｍ８を通過する
ことにより周回軌道下側に偏向される。

次に振動用電磁石りを通過することにより周回軌道上側
に偏向され、振動用電磁右同、を通過することにより周
回軌道下側に偏向される。振動用電磁石りとＲ３の間に
“ノード″（放射光の垂直方向走査の中心点）が形成さ
れる。振動用電磁石ｎ、〜Ｍ４の上下コイル間のギャッ
プを同一とし、振動用電磁石Ｍｔ、　ＭｓのＳ方向磁場
長し。、Ｌ□を振動用電磁石Ｍｌ、　ＭｌのＳ方向磁場
長Ｌ　Ｎ　ｌ　＊　　Ｌ　Ｎ　４の２倍とした場合、振
動用電磁石Ｍ４の出口での電子の位置及び進行方向は、
振動用電磁石Ｍ＋、　Ｍｘ、　Ｍ、、　Ｍ、を励磁しな
い時の電子軌道に一致する１Ｍｌ＋　Ｍｉ、　Ｍｓ。

阿、の励磁を時間的に変化させることにより、ＳＲゆの
進行方向は周回軌道面の垂直方向において上下方間に走
査される。

しかして前記複数の振動用電磁石の励磁は、複数の振動
用電磁石の発生する磁場の前記荷電粒子周回軌道面に平
行な成分の１偏向磁場領域内部における荷電粒子進行方
向の距離に関する積分値がほぼ零となるように行われる
ものである。振動用電磁石Ｍｌ＋　Ｍｔ、　Ｍｓ、　８
４を励磁した際のり、〜ｈの領域での放射光の方向を更
に明確化するために、第２図、第３図を用いて説明する
。

第２図は周回軌道面に投影した平面図であり、実線は電
子ｅ−の軌道であり、矢印の方向に進行している。２点
鎖線は偏向磁場領域であり、Ｌ□。

Ｌ、、４ｔ、　　ＬＭ３＋　　ＬＮ４はＭＩ＋　Ｌ、門
ｓ、　Ｍｓの発生するＳ方向振動磁場領域であり、磁場
の方向°は第１閏と同一テアル、　ＳＲ＋　〜ＳＲ？　
ハ周回軌道（Ｓ座４１）上の各々Ｓ　ｌ””’　Ｓ　ｔ
の位置から周回軌道の接線方向に放射される放射光を表
している。

第３図は周回軌道の外側からＳ座標に沿って周回軌道面
に垂直な面に投影した立面図であり、実線は電子Ｃ〜の
軌道で矢印の方向に進行している。

ＬＨＩ〜Ｌ、ｌａ、　５ｔ−Ｓｔは第２図と同じである
。　ＳＲ＋ｔはＳ、−ｓ□の間で電子軌道接線方向に放
射される放射光、ＳＲ□はＳ、〜Ｓ、の間での放射光、
ＳＲ＆？はＳ＆〜Ｓ７の間での放射光である。Ｓ、の位
置が１ノード”になっている、Ｓ茸〜Ｓ！の間、Ｓ、〜
Ｓ、の間でも当然電子軌道接線方向に放射光は放射され
るが、第２図、第３図には記載していない、１点鎖線は
実線の場合とは逆位相で同一電流値で振動用磁石阿、。

Ｌ、　Ｍｓ、　Ｍａを励磁した時の電子軌道であり、こ
の時Ｓ、〜Ｓ、の間から放射される放射光の進行方向を
ＳＲ３を靴で表しているｓｓＩ〜ＳＺの間、Ｓ□〜Ｓ％
の間およびＳ、〜Ｓ、の間の電子の周回軌道（Ｓ方向）
と成す角度の絶対値は全てαであり、即ち、Ｌｌｌ＋に
よる偏向角は「、ＬＭ！による偏向角は一２α、Ｌ０に
よる偏向角は２α、Ｌ、１４による偏向角は−αである
。

放射光発光点から露光位置までの距ＨＤ　＝　１０ｍ。

露光領域Ｈ＝　Ｗ　＝３０ｍｍ、電子エネルギーＥ＝８
００ＭｅＶ　　（従来例と同一の条件）とした時の第２
図。

第３図における具体的数値について次に述べる。

第２図、第３図においてθ≧１．５　ｍｒａｄ、　ｔｘ
≧１．５ｍｒａｄであり、従来例と同じとしている。偏
向磁場強度を１．５テスラとすると、偏向半径ρ”１．
７７ｈであるから、ｈ〜Ｓｓに必要となるＳ方向の距離
１−ｓｓは（３）式で与えられる。ここで、Ｅ　−８０
０ＭｅＶ、ρ−１．７７８−は放射光強度のピークがほ
ぼ放射光の波長”ｔ　Ｉｏｎ−となるように設定してい
る。

Ｌｓｓ≧２×ρ×θ＝５．３３ｍｍ　　・・・・・（３
）一方、Ｓ、およびＳ、での垂直方向の電子軌道の位置
変化：±ｈ、は（４）式で与えられる。

２　ｈｖ−Ｌｓｓｘα−０，００８ｍ１＋・・・・（４
）円形状加速器の偏向磁場領域のＳ方向の距離は通常数
１０ｃｍであり、偏向ｔｍ石のギヤツブ高さは数１０ｍ
−であるから、上記５．３３ｍ５＋および０．００ｈ−
はそれぞれ無視できる。第３図において、周回軌道面垂
直方向に電子軌道が変位するＳ方向の最大変位量δｈは
、Ｓ、とＳ、の中間位置およびＳ、とＳｈの中間位置に
ある。δｈはＬ　Ｎ　Ｉ　”−Ｌ　ｎ。およびＬ　Ｈ１
〜Ｌ　）１４の磁場強度Ｂ　Ｘ　Ｉ−Ｂ□に依存し、具
体的数値は後述する。

振動用電磁石Ｍ＋１Ｍｚ−Ｍｓ、　Ｈ４の励磁電流を実
線の条件から１点鎖線の条件に連続的に変化させると、
Ｓ、〜Ｓ、の間から放射される放射光の進行方向は、第
３図において、５Ｒｓｓから５Ｒ３Ｓｌｌの間を連続的
に変化する。即ち、露光位置においては、Ｈ＝３０ｍｍ
の領域を放射光が走査されることになる。一方、第２図
の平面図では、振動用電磁石Ｍ＋＋　？ｈ＋Ｌ、　Ｈ４
の励磁によって電子軌道は変化しないので、ＳＲ３〜Ｓ
Ｒ，は変化しないｍ　ｓ、〜Ｓ、の立体的な概念図は第
１１図と同様である。

第２図、第３図の振動用電磁石の構成では１偏向磁場領
域に１個の“ノード”しか形成されないが、例えば、”
ノード”を２個形成する時は、第４図の如く振動用電磁
石を１個追加すれば良い。

第４図でＬＩｌｓが追加された振動用電磁石りによる磁
場領域であり、ＬＭ！とは逆方向に励磁される。

Ｌｘｓ、　　Ｌ□の励磁方向は、第３図の場合と逆方向
とする。この構成によりＳ４およびＳ、の２個所が“ノ
ード”となる０図か１ら明らかなように、Ｓ、４からの
放射光ＳＲ，−と５Ｒ８４＊の進行方向は５Ｒｓｓおよ
び５Ｒｓｓ＋＋とは時間的に逆位相になる。“ノード”
の数を増やす方法として第３図の構成をＳ方向に２セッ
ト設けることも当然可能である。この場合、振動用電磁
石の励磁用ｉｓを別電源にすれば、電子軌道の振動条件
を独立に設定できる利点がある。

第５図は振動用電磁石Ｍｔ＋　Ｍ！＋　Ｍｓ、　ＦＩａ
の具体的構成例であり、Ｍｌ＋　Ｍｔのみ図示している
。１は真空ダクトであり、ＭＩ＋　Ｍｘは偏向電磁石内
部に設置されていない状態では空芯の電磁石（コイル）
である、４８９口３．・・・へＩ＋ト１＋チ、はＨ８で
配線の方向を変化させる位置を示している。励Ｔ６１電
流！。

が矢印の方向から流れ込み、イ、→ロ、→ハ、→二、→
ホ、→へ、→ト、→チ、→イ、の経路で１ターンを構成
しており、この経路をＮターンした後振動用電磁石りに
接続されている。振動用電磁石Ｈ８おいても同様に、イ
、→口、→・・・チ□→イ、の経路をＮターンして振動
用電磁石りに接続される０口、→ハ、とへ、→ト、の部
分、口、→ハ、とへ、→ト２の部分の起磁力は、Ｉ□Ｎ
〔アンペアターン〕となる。前述の如く振動用電磁石り
による偏向角は振動用電磁石Ｍ１による偏向角の２倍で
あるので、振動用電磁石りのＳ方向のコイル長は振動用
ＮＮ石Ｈ１のコイル長のほぼ２倍としている。振動用電
磁石Ｍ１による振動用磁場と振動用電磁石Ｍ２による振
動用磁場の方向は、第５図から明らかなように逆方向で
ある。電子軌道に振動用磁場を形成するための電子軌道
垂直方向の振動用電磁石Ｍ１とｈのコイル幅−１、ｈは
磁場均一度を得るために、電子軌道の幅に比べて十分広
くする必要がある。電子軌道は通常２〜３ｍｓ以下であ
るので、Ｗ、ζｗ、１＝ｉｓ抛閘とすればよく、偏向電
磁石。

真空ダクトの幅に比べれば十分狭い。

第５図の真空ダクトおよび振動用電磁石が偏向電磁石に
組み込まれた状態のＳ方向から見た断面図を第６図に示
す６図において、１０は偏向電磁石の鉄磁極、１１は偏
向電磁石のｊｉｌＪ磁用コイル、３はシンクロトロン放
射光出射ポートである。振動用電磁石Ｍ＋、　Ｍｘ、　
Ｈ３，Ｈａの上部および下部の近傍には、偏向電磁石の
鉄心が配置されており、この結果、振動用電磁石ｎ、、
　Ｍｚ、　Ｍ）、　Ｍａに必要な起磁力を空芯コイルの
場合と比べて約１／２に低減することができる（詳細は
後述する）、第５図、第６図では、振動用電磁石Ｍ＋、
　Ｈｚ、　Ｍｚ、　Ｈ４を真空ダクトの外部に設置して
いるが、真空ダクトの内部に設置することも当然可能で
ある。

次に前述の電子軌道振動角度αを実現するために振動用
電磁石Ｍ＋、　Ｍｚ、　？ｈ、　Ｈ４に要求される起磁
力を求める。

電子エネルギーＥおよび、第３図における電子軌道振動
角度αについては、前述と同様に、Ｅ＝Ｂｏｏ　ＭｅＶ
、　ａ　＝　１．５５ｒａｄとし、阿、のＳ方向磁場長
り、ｌ−１００−一とする。振動用を磁石Ｍ１による周
回軌道垂直方向の偏向半径を「とし、振動用電磁石Ｍ１
に要求される磁場強度を８１１１とすると、（５）、　
（６）式が成り立つ。

ｒ　Ｘ５ｉｎα＝ｒ（ｓ＋）Ｘｓｉｎ（１，５＋ｉｒａ
ｄ）＝ＬＭ＋＝１００ｍｍ　　Ｈ＋　（５）Ｅ　＝８０
０Ｍｅνでは、 （５）、　（６）式よりＢ　Ｍ、　−０，０４１１（テ
スラ〕となる。振動用電磁石Ｐｈ、　Ｌ、　Ｍａに必要
な磁場強度も同じである。

次にＢ　ｘ＋　＝０．０４１１　（テスラ〕を得るため
に必要な起磁力を求める。

第６図の偏向電磁石ギャップ部分の拡大図を第７図に示
す。ｌＯは偏向電磁石の鉄磁石であり、一点鎖線は振動
用電磁石Ｍｌ、　Ｍ！１Ｍｓ、　Ｈ４による偏向！磁石
゛ギャップ内部の周回軌道面磁場強度を算出するための
積分経路であり、一点鎖線上の矢印の方向に線積分を行
う、アンベルの積分法則から（７）式が成り立つ。

ここで、Ｈは磁界ベクトル、ｄｕは積分経路上の微小線
分ベクトル、Σ■、は一点鎖線で囲われた内部の合計電
流量である。Ｓ方向に直角方向の振動用電磁石Ｍａ１Ｍ
冨、　Ｍｓ、　Ｍａの幅縁、。Ｈｌ、　Ｈ３，Ｈａ（第
６図参照）は偏向電磁石ギャップ幅よりも十分広く、電
子通過領域近傍では振動用電磁石６１６Ｈｚ、　Ｍユ、
　Ｍａの励磁電流は第７図の紙面に垂直方向（Ｓ方向）
に流れているので、！　＋　−ａ　Ｒ＊　８２−８４の
Ｈの方向は周回軌道面にほぼ平行であり、これをＨ，で
表す＠　ａｌ−ａｌとａｌ−ａｍの範囲ではＨＮ３とな
る。一方、ａ、−ａｚの領域は真空であり、ａｌ−８４
の領域は鉄心であるがら、ａｌ−８４の領域の比透磁率
むはａｌ−ａｉの領域のμ−１に比べて十分大きい、ま
た、Σ夏、は一点鎖線で囲われた内部のコイル線の本数
とコイルに流れる励磁電流の積である。従って、ａｌ−
ａ、の距離をｕｈで表すと、（７）式は（８）式に書き
直すことができる。

ここで、Ｈ８は周回軌道面内で周回軌道に垂直な磁界強
度であり、真空の比透磁率を１、真空の透磁率をｔｔ＊
　＝１．２５６６４　Ｘｌ０−’　（Ｈ／ｓ）とし、ａ
ｌ’−ａｌ間の磁束密度をＢ、とすると、（８）式より
Ｂ、は（９）式で求まる。

コイル線材の断面積をＡｃ”　（ｓ町、線材を銅とする
と、銅に許容される電流密度は約３Ｘ１０’＾／ｍｍ”
であるので、Ａｃ露に流せる電流値’　ａｃ　′ｉ３　
Ｘ　６％（Ａ）となるｓｕｍの範囲に一層当り配線でき
るコイル線の本数ｎは、ｎ＝ｕｋ／＾Ｃとなり、その結
果、偏向電磁石ギャップ方向単位長さくｍ）の許容Ａ■
ρ　・ｔｕｒｎ数１１は００式となり、ｌｎ＝３×Ａｃ
！〔Ａ３ｘｕｈ／Ａｃ／Ａｃ＝３×１０６ＸｕｈＣＡ〕
・Ｈａす■、ｌ−３×１０３×ｕｈＣＡ〕　　・・・・
・θ０一方、振動用コイｌＬ；の偏向電磁石ギャップ方
向のコイル層数をＮＬとすると、上記（９）式のＮｌｔ
はＮ、Ｘｌ、となるので、（９）式と００式とから、０
２）式が得られる。

上式より、 となる。

（９）式によるＢｍは振動用電磁石の上部コイルのみに
よる磁束密度であるので、上部と下部の両コイルによる
磁束密度は（９）式の２倍となる。前述のＢＸＩ＝０．
０４１１　（テラス〕の１７２を０り式に代入すると、
必要なＮ、はＮ、　＝５．４５　Ｃ層］となる。Ｎ、は
整数であるからＮ、は６層とする必要がある。コイル断
面を１ｍｍＸ　１ｍｍ、　ｕｂ　＝５６ｍｍ、偏向ｔｍ
石ギャップ方向の振動用電磁石のコイル厚みを６１．１
、　＝３　（＾〕とすることにより、Ｎ−５６Ｘ６＝３
３６となり、（９）式からＢ、　′＝ｉｏ、０２２６　
（テスラ〕となる。上下のコイルによりＢ、ζ０．０４
５２　（テスラ〕が得られ、前述の周回軌道面垂直方向
に１．５　＋＊ｒａｄ偏向に必要な磁場が得られる。

次に、上記の条件で、第３図におけるδｈを求める。

Ｂ買茸−０，０４１１（テラス］として、（６）式と前
述のｈｖにより（ロ）式の如くδｈが求まる。

δｈ　−ｈ　ｖ＋ｒ　（１−ｃｏｓ（１，５ｍｒａｄ）
　）−０，００８（ｓ＋ｍ）＋０．０７８（−一）＝０
．０８６（ａｓ）　　・　・（１４＋この値は偏向電磁
石ギャップ高さに比べて十分無視できる。

次に、振動用Ｉ！電磁石発生する磁場分布を求める。

偏向電磁石ギャップ部と振動用電磁石のコイル構成を第
８図（ａ）に示す、１０は偏向電磁石を示す。

（ａ）で周回軌道面に垂直な方向をＹ座標とし、円形状
加速器の周回軌道外側をＸ座標としている。また、振動
用電磁石による磁束密度のＸ方向成分を前述と同樺にＢ
、とじている、（ａ）の構成における数値解析結果をら
）に示す、振動用電磁石の両コイル間の磁束密度は（ロ
）より約０．０２　（テスラ〕であり、前述の計算結果
と良く一致する。また、（ロ）でＹ方向の対するＢ、の
変化はδｈ−０，０８６（−ｍ）を考慮すると十分無視
できる値である０以上の如く、放射光を露光範囲３０ｍ
ｍ走査する場合、従来方式では偏向電磁石のギャップを
ほぼ３０■−拡げる必要があったが、本発明によって、
偏向電磁石のギャップ拡大は約１２ｍ−で露光範囲３抛
−を走査させることができる。

以上は放射光発光点から１０ｍにおいて露光領域３０ｍ
５＋の走査を前提として計算しているが、発光点からの
距離を長くするか、露光領域を狭くすることにより、振
動用ｔＧ６ｉ石のコイルに必要なアンペアターン数やコ
イル層数（コイル厚）は比例的に低減することができる
。

前述では、振動用電磁石Ｍ１〜Ｍ、を直接に配線接続す
る構成としたため、０９式の条件が必要であったが、 ＬＬｌｔ−Ｌｌ−２・Ｌ□−２・Ｌ、１４・・・・ａｓ
一般には、００式の条件が成立すればよいことは明らか
である。

Ｂｚｌ・　ＬＭｔ＝Ｂｘｓ”　ＬＭ３＝２”　Ｂｚｌ・
ＬＭ１＝２’　　ＢＸ４・ＬＭ４　　・　・（１０振動
用電磁石の励磁電流は周回軌道に対して上下に対称的に
振動させる場合は、０〔Ａ〕を中心とした、交流電流で
あり、電流波形としては、三角波または鋸歯状波である
。

振動用電磁石を励磁して電子軌道を上下に偏向すること
により、第３図かられかるように円形状加速器−周の周
回軌道の長さが変化する。振動用電磁石の励磁電流の周
期が電子の振動のシンクロトロン放射による減衰時間と
同程度の時は、周回軌道の長さの変化により、シンクロ
トロン振動が誘起されて、実質的に電子の径が増大する
０周回軌道の長さが振動用電磁石の励磁電流にほぼ比例
するので、励磁電流の絶対値の増大に合わせて、円形状
加速器内の高周波空胴へ供給される高周波電力の周波数
を低減させればよい。

真空ダクトの点では、上述の如く、電子の上下方向の変
位は±０．１＋ｗ−程度であり、放射光の走査角１．５
　ｍｒａｄ放射光光源から真空ダクト壁までの距離を例
えば０．３ｍとしても、放射光を取り出すための上下方
向の高さは１■−程度でよいことになり、従来例で述べ
た、２個所の真空領域を設ける真空ダクト構造における
結合部の高さを１ｍｍ程度とすることができ、その結果
、電子通過部を高真空に保つことができる利点を有する
。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば■放射光利用ライ
ンに“ノード”からの放射光が出射されるように、偏向
磁場領域内に振動用電磁石を複数個配置し、振動用電磁
石を交流で励磁することにより、偏向電磁石外部におけ
る荷電粒子軌道の位置変位無しに、且つ、他の偏向磁場
領域内振動用電磁石の励磁条件とは独立に放射光進行方
向を荷電粒子周回軌道面に垂直な方向に走査偏向させる
ことができ、周回軌道面垂直方向に実質的に放射光を拡
大することができる利点を有し、０１個の偏向電磁石内
に複数の“ノード”を形成することができ、それぞれの
“ノード”からの放射光進行方向に合わせて放射光利用
ラインを設けることにより、１個の円形状加速器の多数
の放射光利用ラインの利用効率向上が図れる利点も有し
、■偏向ｔＭ１石内の振動用磁場による電子軌道の変位
は無視できる値であるので、偏向電磁石ギャップ高さに
は振動用電磁石を挿入させるための空間を持たせるだけ
で放射光の走査を実現できる利点を存し、■振動用電磁
石励磁電流値に合わせて高周波加速空胴に供給される高
周波電力の周波数を変化させることにより、振動用電磁
石を励磁することによる荷電粒子ビームのビーム径増大
を抑制することができる利点を有する。また、周回軌道
方向の放射光を凹面鏡で集光して露光領域の放射光強度
を高める場合、露光領域の拡大を前述のように“ノード
”を用いる方法で実施すると、円形状加速器の放射光利
用ラインの全ての凹面鏡を小型化することができ、凹面
鏡の低価格化が実現できる利点を有し、■荷電粒子を周
回軌道面垂直方向に変位させて放射光を走査する場合に
おいても、２個所の真空領域を設けた真空ダクト構造に
より荷電粒子通過部を高真空に保つことができる利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動用電磁石と偏向を磁石部の真空ダ
クトとの構成を示す概念図である。第２図および第３図
は第１図の構成におけるシンクロトロン放射光と放射光
発光点の関係を荷電粒子周回軌道面および周回軌道に沿
って周回軌道面に垂直な面にそれぞれ投影した平面図お
よび立面図で、実線は電子軌道であり、一点鎖線は実線
の場合と逆方向に振動用電磁石が励磁された時の電子軌
道である。第４図は偏向電磁石内に“ノード”を２個形
成する場合の第３図に相当する立面図である。 第５図は振動用電磁石のコイル構成の具体例であり、第
６図は第５図の振動用電磁石を偏向電磁石に組み込んだ
場合の荷電粒子進行方向から見た断面図であり、第７図
は第６図の一部である。第８図（ａ）は振動用電磁石の
発生する磁束密度分布を計算する場合の構成図であり、
（ロ）が計算結果である。 第９図はシンクロトロン放射光の放射方向に関する性質
を示す図であり、第１Ｏ図はシンクロトロン放射光を周
回軌道面に垂直な方向に偏向走査させる方法の従来例で
あり、第１１図は偏向電磁石内の°゛ノードから放射さ
れるシンクロトロン放射光の露光位置における放射光を
示している。 １・・・・・真空ダクト ３・・・・・シンクロトロン放射光出射用ポート１０・
・・・・偏向電磁石の鉄磁極 １１・・・・・偏向電磁石用励磁コイルｅ−・・・・電
子 Ｍ＋−Ｍａ・・・振動用電磁石 ＳＲｏ　・・・・シンクロトロン放射光ＳＲ，〜ＳＲ？
　　・周回軌道上の各々ｓ１〜Ｓ、から放出されるシン
クロトロン放射光 Ｌ工、〜ＬＮ４・各々Ｍ１〜Ｍ、の発生する磁場領域θ
・・・・・周回軌道面方向の露光領域に必要な放射光源
範囲 ＳＲ＋！・・・・第３図の実線の電子軌道で３１〜Ｓ！
の範囲から放射される放射光の進行方 向 ５Ｒｓｓ・・・・第３図の実線の電子軌道でＳ、〜Ｓ、
の範囲から放射される放射光の進行方 向 ５Ｒｈｔ・・・・第３図の実線の電子軌道でＳ、〜Ｓ、
の範囲から放射される放射光の進行方 向 ５Ｒｓｓ＋＋　　・・・第３図の一点鎖線の電子軌道で
Ｓ、〜Ｓ、の範囲から放射される放射光の進 行方向 δｈ　・・・・Ｍ、、　Ｍ、内の電子の最大変位量α・
・・・・周回軌道面垂直方向の露光領域を走査するため
に必要な走査角度 ＬＭＳ・・・・偏向電磁石内の２個目の°゛ノードを形
成するた−めの振動用電磁石によ る磁場領域 ３．４・・・・偏向電磁石内の２個目の“ノード”！。 ・・・・振動用電磁石励磁電流値 イ、〜チ、・振動用電磁石Ｍ１のコイルの方向変更点 イ、〜チ□　・振動用電磁右心のコイルの方向変更点 −１〜−６・・・Ｍ　ｔ　””　Ｍ　ａの周回軌道垂直
方向コイル幅ａ１〜ａ４・・・線積分経路のコーナーの
点ｕｈ　　・・・・ａ３〜ａ、までの距離Ａ・・・・・
シンクロトロン放射光源の位置Ｄ・・・・・放射光源か
ら露光位置までの距離ψ・・・・・シンクロトロン放射
光の周回軌道面垂直方向の放射角 Ｏｌ　・・・・偏向半径の中心位置 Ｗ・・・・・周回軌道面方向の露光領域Ｈ・・・・・周
回軌道面に垂直な方向の露光領域Ｂｖ　・・・・従来例
における振動用電磁石８１〜ＥＳｔ＋ｓ・偏向電磁石 “ノード”・周回軌道面に垂直方向にシンクロトロン放
射光を走査する際の走査中心 特許出願人　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　　高　山　敏　Ｓｌ、、、’（、：１
名）第１図 第２■ 第３図 第４図 ヌ ＼。 ＠８　図 第９　図 坪　　　　　　　　　　　　Σ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子を加速蓄積する円形状加速器において、
   該円形状加速器を構成する偏向電磁石の発生する偏向磁
   場領域内に、該円形状加速器の荷電粒子周回軌道面に平
   行でビーム進行方向に垂直な成分を持つ磁場を発生する
   複数個の振動用電磁石を設けることを特徴とする放射光
   発生装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記複数の振動
   用電磁石の発生する振動用磁場が各々時間的に変化し、
   かつ、荷電粒子進行方向に隣同士の前記振動用磁場の位
   相が時間的に互いに逆位相となる如く前記振動用電磁石
   を励磁することを特徴とする放射光発生装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項において、前記複数の振動
   用電磁石の発生する磁場の前記荷電粒子周回軌道面に平
   行な成分の１偏向磁場領域内部における荷電粒子進行方
   向の距離に関する積分値がぼぼ零となる如く前記複数の
   振動用電磁石を励磁することを特徴とする放射光発生装
   置。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、前記荷電粒子周
   回軌道面に垂直な方向において、該荷電粒子周回軌道の
   上部および下部に該荷電粒子周回軌道に沿う方向に前記
   振動用電磁石の励磁用コイルを配置し、前記励磁用上部
   コイルと前記励磁用下部コイルの励磁電流方向が該周回
   軌道に沿う方向に対して互いに逆方向であることを特徴
   とする放射光発生装置。
5. （５）特許請求の範囲第１項において、前記振動用電磁
   石の励磁電流値の絶対値の変化に合わせて、前記円形状
   加速器の構成要素である高周波空胴に供給される高周波
   電力の周波数を変化させることを特徴とする放射光発生
   装置。