DE3642400A1

DE3642400A1 - Verfahren zur ableitung von synchrotronstrahlung und elektronen-wellungs-ring fuer die ableitung der synchrotronstrahlung

Info

Publication number: DE3642400A1
Application number: DE19863642400
Authority: DE
Inventors: Takio Tomimasu
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1985-12-12
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1987-07-02
Also published as: JPS62139300A; JPH0514400B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren zur Herleitung oder Erzeugung von Synchrotronstrah lung durch Verwendung der Betatronoszillations-Charakteri stika, die einem Elektronenspeicherring innewohnen, in dem Hochenergieelektronen durch einen HF-Beschleunigungs hohlraum beschleunigt werden, während sie längs einer bestimmten Umlaufbahn umlaufen; die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Elektronen-Well-Ring zur Herleitung der Synchrotronstrahlung. Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine große Fläche mit hochintensiven Photonen zu bestrahlen. Die Erfindung ist somit für die Herstel lung von extrem feinen Strukturen geeignet, wie bei spielsweise zur Übertragung von VLSI-Schaltungsmustern.

Zum Stand der Technik sei auf Fig. 1 verwiesen, wo ein bekannter Elektronenspeicherring dargestellt ist. Die Bezugszeichen 1 a bis 1 h bezeichnen Biegemagnete, wobei jeder einen Umlaufbahnradius von 2 m und einen Biegewinkel von 45° besitzt. Ferner ist ein Septum- oder Trennmagnet 2 vorgesehen, eine Abstoß- oder Kickerspule 3, ein HF- Beschleunigungshohlraum 4, ein Quadropolmagnet 5 (der im folgenden als "Qd" bezeichnet wird, und zwar mit einer Konvergierkraft in Vertikalrichtung, einem weiteren Quadropolmagnet 6 (der im folgenden als "Qf" bezeichnet wird), mit der Konvergierkraft in der Horizontalrichtung Tripletts 7 A bis 7 D, jeweils bestehend aus dem Qd 5 sand wichartig angeordnet vom Qf 6, eine vorgegebene oder be stimmte Elektronenumlaufbahn 11 und Elektronen 12.

Der Elektronenspeicherring des Standes der Technik ist in der Form eines in Fig. 1 gezeigten Rings angeordnet und der Elektronenstrahl, der auf den Septummagneten 2 auftrifft, läuft durch eine sehr kleine rechteckige Öff nung von 8 ausgelegten Elektronenumlaufbahn 11 an einer Position radial gemacht, die radial außerhalb mit Abstand von der bestimmten Umlaufbahn um 40 mm angeordnet ist. Die ein fallenden Elektronen 12 treffen auf eine Unterteilungs platte für den Septummagneten 2 und werden gestreut, während sie einige Male durch die bestimmte oder bezeich nete Elektronenumlaufbahn 11 laufen, so daß der extrem kurze Impulsstrom veranlaßt wird, zu einer Periode zu fließen, und zwar synchron mit dem Elektronenstrahl und durch die Kickerspule 3 winkelmäßig mit Abstand angeordnet gegenüber dem Septummagneten 2 um 180°, wodurch die Umlauf bahn der Elektronen korrigiert wird. Die Elektronen 12 werden durch den HF-Beschleunigungshohlraum 12 beschleu nigt, und zwar winkelmäßig mit Abstand gegenüber der Kickerspule 3 um 90° angeordnet und sie werden gespeichert, während sie ergänzt oder aufgefrischt werden durch die in Lichtstrahlung verlorene Energie.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden die Charakteristika oder Kennlinien der Synchrotronstrahlung SR, emittiert vom Elektronenspeicherring beschrieben.

Gemäß Fig. 2 wird das Elektron 12 längs der bezeichneten Elektronenumlaufbahn 11 des Speicherrings in Radialrich tung zur Mitte der Umlaufbahn beschleunigt. Vom Elektron 12 emittierte Strahlung SR hat eine scharfe Richtungsab hängigkeit nur in Richtung senkrecht zur Ebene der be zeichneten Elektronenumlaufbahn 11 und ist eine divergie rende Lichtquelle zur Emission von Strahlung SR divergie rend in Richtung einer Linie tangential zu dem als Elek tronenumlaufbahn 11 bezeichneten Kreis.

Bei dem Elektronenspeicherring der oben beschriebenen Art ist die belichtete in Fig. 2 durch einen gestrichelten Teil angedeutete Fläche außerordentlich schmal, so daß dann Probleme auftreten, wenn die Strahlung SR bei dem lithographischen Verfahren angewandt wird, welches eine große Belichtungsfläche fordert.

Um die obigen sowie weitere Nachteile zu beseitigen, hat der Anmelder bereits ein Verfahren vorgeschlagen, um einen variablen Elektromagneten auf der Umlaufbahn der Elektro nen des Speicherrings derart anzuordnen, daß die Elektro nenumlaufbahn nach oben und unten bewegt wird, wie dies im einzelnen in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 60-70 700 beschrieben ist. Dieses Verfahren basiert auf einem Prozeß, der dazu verwendet wird, um die Posi tion der Umlaufbahn im Elektronenspeicherring einzustel len und ist in der Praxis für die Vergrößerung einer belichteten Fläche oder eines belichteten Gebiets nicht zufriedenstellend, da viele Probleme ungelöst bleiben. Wenn der variable Elektromagnet auf der Elektronenumlauf bahn im Speicherring angeordnet wird, so wird die Elektro nenumlaufbahn sehr kompliziert und es ist fast unmög lich, Strahlung SR in einer vorbestimmten Richtung zu emittieren.

Zusammenfassung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung sieht eine Lösung der oben genannten sowie weiterer Prob leme vor und bezweckt ein Verfahren anzugeben, um Syn chrotronstrahlung zu erhalten, und zwar durch Erzeugung der gewellten Bewegung des Elektronenstrahls längs der angegebenen Elektronenumlaufbahn durch Verwendung der Betatronoszillations-Eigenschaften, die dem Elektronen speicherring innewohnen; die Synchrotronstrahlung wird von einem Punkt, benachbart zu dem Knotenpunkt der Wellungsbewegung (Oszillation) abgeleitet, so daß ein Öffnungswinkel von der bestimmten Elektronenumlaufbahn vergrößert wird und daß infolgedessen die durch die Synchrotronstrahlung bestrahlte oder belichtete Fläche vergrößert wird. Der Elektronenstrahl wird in einer stabilisierten Art und Weise sowohl in Horizontal-wie auch Vertikalrichtungen versetzt. Hochintensive Synchrotron strahlung wird zur Bestrahlung einer großen Fläche emit tiert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Elektronen-Well-Ring vorzusehen, der das oben genannte Ver fahren verwendet.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ableitung von Synchrotronstrahlung, emittiert von Elektronen vorgesehen, die mit einer hohen Geschwindigkeit längs einer Umlaufbahn rotieren, wobei das Verfahren da durch gekennzeichnet ist, daß Elektronen sich wellenförmig längs einer vorbestimmten Elektronenumlaufbahn mit einer vorbestimnten Amplitude und einer vorbestimmten Anzahl von Knoten bewegen, und daß eine Synchrotronstrahlung von einem Punkt in der Nähe einer der Knoten abgeleitet wird.

Die Elektronen können hier in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn gewellt sein. Die Elektronen können sich auf der Ebene der Umlaufbahn wellenförmig bewegen.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Elektronen- Well-Ring zur Herleitung von Synchrotronstrahlung durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
einen Elektronenspeicherring, in dem eine vorbestimmte An zahl von Biegeelektromagneten an jeweils vorbestimmte Posi tionen längs einer vorbestimmten Elektronenumlaufbahn ange ordnet ist und eine vorbestimmte Anzahl von Hochfrequenz- Beschleunigungshohlräumen und eine vorbestimmte Anzahl von Multipolelektromagneten zur Konvergierung einfallender Elektronen sind an jeweils vorbestimmten Positionen angeord net, und zwar zwischen den Biegemagneten; und
Lenk- oder Biegemittel zur "Wellung" der Elektronen, die an einer willkürlichen Position längs der vorbestimmten Elektronenumlaufbahn gespeichert sind, und zwar in einer vorbestimmten Richtung mit einer vorbestimmten Amplitude und einer vorbestimmten Anzahl von Knoten längs der bestimmten Elektronenumlaufbahn, so daß eine von den Elektronen emittierte Synchrotronstrahlung von einem Punkt in der Nähe einer der Knoten abgeleitet wird.

Hier können die Lenk- und Biegemittel die Amplitude der gewellten Elektronenumlaufbahn und einen Öffnungswinkel variabel in Bezug auf die Elektronenumlaufbahn an den Knoten machen.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Elektro nen-Well-Ring dazu verwendet, um Synchrotronstrahlung herzuleiten, und zwar sind folgende kennzeichnende Merk male vorgesehen:

ein Elektronenspeicherring, in dem eine vorbestimmte An zahl von Biegeelektromagneten jeweils an vorbestimmten Positionen angeordnet ist, und zwar längs einer vorbe stimmten Elektronenumlaufbahn und wobei eine vorbestimmte Anzahl von HF-Beschleunigungshohlräumen und eine vorbestimm te Anzahl von Multipolelektromagneten zur Konvergierung einfallender Elektronen an jeweils vorbestimmten Positio nen zwischen den Biegeelektromagneten angeordnet sind, horizontal und vertikal lenkende oder vorspannende Mit tel zur "Wellung" der an einer willkürlichen Position auf der vorgesehenen Elektronenumlaufbahn gespeicherter Elektronen, um eine Wellenbewegung mit einer vorbestimm ten Amplitude und einem vorbestimmten Knoten in der vertikalen und horizontalen Richtung bezüglich der Umlauf ebene längs der vorbestimmten Umlaufbahn vorzusehen, so daß die Synchrotronstrahlung von einem Punkt in der Nähe des Knotens abgeleitet wird, und Wellungsmittel, um die Elektronen, die simultan oder ge sondert in den Vertikal- und Horizontalrichtungen sich wellenförmig bewegen durch die Lenk- oder Vorspannmittel dazu zu veranlassen, Photonen zu emittieren, und zwar mit einer hohen Intensität in einem Bereich von Infrarot strahlen zu Röntgenstrahlen.

Jedes der Ablenkmittel kann eine Amplitude der sich wel lenden Elektronenumlaufbahn und einen Öffnungswinkel variabel bezüglich der Elektronenumlaufbahn an den Knoten erzeugen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie len anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektronen speicherrings gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der vom Elektronen speicherring der Fig. 1 emittierten Strahlung SR;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem variablen Vertikalbiegelektromagneten und einem Elektronenstrahl;

Fig. 5A und 5B die Drauf- bzw. Seitenansichten eines Biegemagneten;

Fig. 6 eine erläuternde Darstellung der Wellenbewegungs charakteristika eines Elektronenstrahls in der Vertikalrichtung;

Fig. 7 eine erläuternde dreidimensionale Darstellung eines Elektronenstrahls, der nach oben und unten gewellt ist, und wobei gezeigt wird, daß die der Strahlung SR ausgesetzte Fläche vergrößert ist;

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung zur Veranschaulichung der Wellenbewegungs-Eigenschaften oder -Charakteri stika des Elektronenstrahls in der Horizontalrich tung;

Fig. 9 ein erläuterndes Diagramm, welches dreidimensional den Elektronenstrahl darstellt, und zwar parallel versetzt sowohl vertikal wie auch horizontal und wobei gezeigt ist, daß eine große Fläche hochinten siven Photonen ausgesetzt ist, die in einer Wel lenvorrichtung erzeugt werden, und wobei sich eine bessere Richtbarkeit ergibt;

Fig. 10 und 11 schematische Ansichten eines zweiten bzw. eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 12 eine Wellenform eines Anregungsstromes;

Fig. 13A eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Wellenvorrichtung zeigt;

Fig. 13B ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung der Richtfähigkeit der Strahlung UR, und

Fig. 13C ein erläuterndes Diagramm zur Erläuterung der Richtfähigkeit der Strahlung SR.

Im folgenden seien die bevorzugten Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Elektronen-Wellungs-Ringes, bei dem die Bestand teile durch die Bezugszeichen 1 a bis 1 h, 2 bis 6 und 7 A bis 7 D ähnlich wie beim Stand der Technik bezeichnet sind, der oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde.

In Fig. 3 bezieht sich das Bezugszeichen 21 auf eine Wel lenvorrichtung, um einen Teil der Energie des Elektrons, welches parallel versetzt ist oder infolge der Wellungs bewegung des Elektronenstrahls abweicht, in Photonen um zuwandeln, und zwar im Bereich von infraroten Strahlen zu Röntgenstrahlen. Ein variabler vertikaler Steuer- oder Lenkmagnet 22 a sitzt beispielsweise zwischen Qd 5 und Qf 6 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Tripletts 7 A. Ein variabler Horizontallenkmagnet ist benachbart zum Trip lett 7 A angeordnet. Bei der Vorspannung der Umlaufbahn des Elektronenstrahls wird das Vorspannen in vertikalen und horizontalen Richtungen unten in der angegebenen Reihenfolge beschrieben.

Um die vertikale Vorspannung zu erhalten,wird der variab le vertikale Lenkmagnet 22 a, angeordnet zwischen Qf 6 und Qd 5, die an der stromabwärts gelegenen Seite im Triplett 7 A positioniert sind, magnetisiert. Abhängig von der Richtung des Magnetfeldes, beispielsweise in der Größen ordnung von ± 100 Gauß, des variablen vertikalen Lenk elektromagneten 22 a wird die Umlaufbahn des auf Qf 6 ein fallenden Elektronenstrahls auf der stromabwärts gelege nen Seite nach oben oder nach unten, wie in Fig. 4 ge zeigt, vorgespannt und der Elektronenstrahl wird ver stärkt und abgelenkt, wie dies durch die ausgezogene Linie in Fig. 4 dargestellt ist, und zwar infolge der divergierenden Kraft in Vertikalrichtung von Qf 6, und der Strahl wird zum Einfallen auf dem Biege- oder Ablenk magneten 1 d mit einem Biege- oder Ablenkwinkel von 45° (vgl. Fig. 3) gebracht. Wie in Fig. 5A gezeigt, besitzt der Biege- oder Ablenkmagnet 1 d einen Winkel geneigten Einfalls R₁ (beispielsweise 11,7°) und besitzt die längs- oder longitudinalkonvergierende Kraft, wie dies in Fig. 5B gezeigt ist, so daß der Elektronenstrahl, der nach oben oder nach unten vorgespannt ist, in den Biege- oder Ablenk magneten 1 d eintritt. Sodann spannt der Biege- oder Ab lenkmagnet 1 d die Umlaufbahn nach unten hin oder nach oben hin vor, während der Elektronenstrahl durch den Biegemagneten 1 d verläuft. Der Elektronenstrahl ist der Longitudinalkonvergenz ausgesetzt, und zwar infolge des Winkels des geneigten Austritts R₂ auf der stromabwärts gelegenen Seite des Biege- oder Ablenkelektromagnets (Elektrode) 1 d, wodurch die Umlaufbahn korrigiert wird.

Der parallel zum Ablenkmagnet 1 d laufende Elektronen strahl läuft im wesentlichen horizontal und ist mit Vertikalabstand gegenüber der stabilisierten Umlaufbahn um d _z cm, wie in Fig. 6 gezeigt, angeordnet. Wenn sodann der Elektronenstrahl durch den Ablenkmagneten an der stromabwärtsgelegenen Seite läuft, so wird er der in Längsrichtung konvergierenden Kraft in der oben beschrie benen Weise ausgesetzt. Ferner kreuzt der auf das strom abwärts gelegene Triplett 7 D auftreffende Elektronenstrahl die stabilisierte Umlaufbahn bei Qd 5 des Tripletts 7 D, so daß der nach oben vorgespannte Elektronenstrahl nach unten abgelenkt wird, während der Elektronenstrahl , der nach unten vorgespannt war, nach oben vorgespannt wird. Infolgedessen führt das Elektron 12 die Wellenbewegung aus, bei der der variable vertikale Lenkelektromagnet 22 a im wesentlichen die Mitte definiert und die Ablenkmagnete 1 a und 1 f, die die dritten Elemente sind, die mit Abstand nach vorne und nach hinten von dem variablen vertikalen Lenkelektromagneten 22 a angeordnet sind, die Knoten punkte sind. Die positionsmäßigen Beziehungen zwischen dem variablen vertikalen Lenkmagneten 22 a, den Knotenpunk ten No und der Amplitude d _z werden durch Betatronoszilla tions-Charakteristika bestimmt, die dem Elektronenspei cherring inhärent sind , und zwar dann, wenn der variable vertikale Lenkelektromagnet 22 a in der in Fig. 3 gezeigten Position angeordnet ist, wobei der Elektronenstrahl 12 gegenüber der bezeichneten Elektronenumlaufbahn 1 um unge fähr d _z versetzt ist. In dieser Hinsicht hat die Fachwelt einen Fehler bei der Erklärung der Elektronenstrahlumlauf bahn gemacht.

Die oben beschriebene Versetzung des Elektronenstrahls wurde durch den vorliegenden Erfinder erkannt. Wenn gemäß der Erfindung das sich wellenförmig bewegende Elektron 12 mit einem variablen Öffnungswinkel gegenüber der angegebe nen Elektronenumlaufbahn 11 am Knotenpunkt No der vertika len Wellenbewegung sich wellenförmig bewegt, so wird die von dem Knotenpunkt No emittierte Synchrotronstrahlung dazu verwendet, um ein bestrahltes Feld senkrecht zur Ebene der Elektronenumlaufbahn zu vergrößern.

Fig. 7 zeigt in dreidimensionaler Stellung den Elektronen strahl 12, der sich vertikal wellenförmig bewegt, und zwar in Beziehung zur oben beschriebenen vorgesehenen oder kon struierten Elektronenumlaufbahn (stabile Umlaufbahn) 11, wobei H eine Länge eines belichteten oder strahlungsausge setzten Gebiets durch die Strahlung SR ist, wohingegen W eine Breite dieses Gebietes ist. Man erkennt, daß das durch die Strahlung SR bestrahlte Gebiet oder die be strahlte Fläche beträchtlich in Vertikalrichtung vergrö ßert ist. Ein gestrichelter Teil in Fig. 7 ist eine durch das Verfahren gemäß dem Stand der Technik bestrahlte Fläche.

Als nächstes wird die stabile Versetzung in Horizontal richtung des Elektronenstrahls infolge der Wellenbewegung in der Horizontalrichtung des Elektronenstrahls beschrie ben. Der die horizontale Vorspannung bewirkende variable horizontale Lenkelektromagnet 22 b kann an der Position angeordnet sein, an der der variable vertikale Lenkelektro magnet 22 a angeordnet ist oder an den Positionen der an deren Triplets 7 B bis 7 D, wobei aber bei diesem Ausfüh rungsbeispiel die Anordnung zwischen Qd 5 und Qd 6 an der stromabwärts gelegenen Seite des Triplets 7 A erfolgt.

Abhängig von der Richtung des Magnetfelds (beispielsweise in der Größenordnung von ± 100 Gauß) des variablen verti kalen Lenkelektromagneten 22 b wird die Umlaufbahn des Elektronenstrahls, auftreffend auf Qf 6 auf der stromabwärts gelegenen Seite nach linke (innen) oder nach rechts (au ßen) vorgespannt und ferner wird die Umlaufbahn in der entgegengesetzten Richtung infolge der horizontalen kon vergierenden Kraft von Qf 6 korrigiert. Sodann wird der Elektronenstrahl zum horizontalen Auftreffen auf den Ab lenk- oder Biegemagnet 1 d veranlaßt. In diesem Falle wird infolge des Winkels des geneigten Einfallens R₁ (bei spielsweise 11,7°) des Ablenkmagneten 1 d die Ablenkung in die rechte oder linke Richtung infolge der oben be schriebenen Vorspannung den Radius R der Umlaufbahn im Magnetfeld nicht stark beeinflussen. Die Umlaufbahn des Elektronenstrahls 12 ist in einer stabilen Art und Weise nach innen oder außen versetzt, und zwar bezüglich und im wesentlichen parallel mit der stabilen Umlaufbahn und der Elektronenstrahl wird in Horizontalrichtung durch Qf 6, angeordnet an der stromabwärts gelegenen Seite konver giert.

Die Charakteristika der Wellenbewegung in Horizontalrich tung des Elektronenstrahls besitzt, wie in Fig. 8 gezeigt, vier Knotenpunkte No der Oszillation. An der Wellungs vorrichtung 21 läuft der Elektronenstrahl im wesentlichen parallel mit der konstruierten Elektronenumlaufbahn 11 und ist nach rechts und links um d _x cm abweichend oder versetzt angeordnet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Fig. 9 zeigt in dreidimensionaler Darstellung den oben beschriebenen Elektronenstrahl, der zur Vorspannung in der vertikalen und horizontalen Richtung durch den va riablen vertikalen Lenkelektromagneten 22 a und den variab len horizontalen Lenkelektromagneten 22 b veranlaßt wird. Es ist ferner gezeigt, daß extrem hochintensive photonen, die eine bessere Richtfähigkeit haben und in der Wellen vorrichtung 21 erzeugt werden, aus der Oszillationsschleife emittiert werden, so daß ein großes Feld der Strahlung aus gesetzt werden kann. d _x zeigt die oben beschriebene Ver setzung in Horizontalrichtung an, während d _z die Verset zung in der Vertikalrichtung anzeigt. H repräsentiert die Länge des bestrahlten Gebietes, wohingegen W die Breite des Gebietes, wie im Falle der Fig. 7, angibt. Infolge der Betatronoszillations-Charakteristika wellt sich die Umlauf bahn des Elektronenstrahls derart, daß eine maximale Neigung bezüglich der stabilen Umlaufbahn an den Knoten No der Oszillation auftritt. Wenn daher Licht abgeleitet wird, dadurch daß man einen Wiggler an den Knoten No an ordnet, so kann die maximale Spreizung der Wellenstrahlung UR erhalten werden.

Nicht nur im Elektronenspeicherring, in dem Triplets 7 A bis 7 D als Konvergierlinsen, wie in Fig. 3 gezeigt, ver wendet werden, sondern auch in Elektronenspeicherringen, in denen eine oder zwei Quadropolmagnete 23 zwischen jedem Ablenkmagneten 1 a bis 1 f angeordnet sind, um Elektronen, wie in den Fig. 10 und 11, zu speichern und nicht nur in dem Elektronenspeicherring mit acht Biege- oder Ab lenkmagneten, wie er in den Fig. 10 und 11 verwendet wird, sondern auch in dem Elektronenring, der zur Speicherung des Elektrons verwendet wird, ist es möglich, die oben beschriebenen vertikalen und horizontalen Vorspannmittel 22 a und 22 b zu verwenden, und zwar zur Wellung (Undula tion) des Elektrons, so daß der Elektronenspeicherring die oben beschriebenen Elektronen-Wellungs-Charakteristika entsprechend der Betatronoszillations-Charakteristik be sitzt, die dem Speicherring innewohnt, und diese Elektro nenspeicherringe können als ein Elektronen-Wellungs-Ring verwendet werden.

Die oben beschriebene Tatsache ist eines der wichtigen Merkmale der vorliegenden Erfindung.

Als nächstes sei auf die Fig. 12 Bezug genommen, die die Wellenform eines Magnetisierungsstromes darstellt, wobei die Steuerung der Amplitude der Wellungsbewegung des Elektronenstrahls beschrieben wird.

In Fig. 12 ist die Zeit t längs der Abszisse aufgetragen, wohingegen der Magnetisierstrom I ₀ längs der Ordinate auf getragen ist. Während eines Zeitintervalls t ₀-t ₁ wird ein willkürlich variabler Magnetisierstrom I ₀ an die variablen vertikalen und horizontalen Lenkelektromagne te 22 a und 22 b, wie in Fig. 12 gezeigt, angelegt.

In diesem Fall ist während t ₀-Sekunden der Elektronen strahl in den Vertikal- und Horizontalrichtungen mit den Maximalamplituden d _z cm bzw. d _x cm versetzt, und zwar bei der gleichen Geschwindigkeit. Danach wird die Versetzung des Elektronenstrahls für t ₁-Sekunden unterbrochen und während t ₀-Sekunden ist der Elektronenstrahl mit Maximal amplituden -d _z cm bzw. -d _x cm versetzt und nach der Unter brechung für t ₁-Sekunden kehrt der Elektronenstrahl zu seiner anfänglichen Position durch Steuerung des Magneti sierstroms I ₀ zurück. Sodann kann, wie in Fig. 9 gezeigt, die Strahlung SR im wesentlichen gleichförmig eine große Fläche bestrahlen.

Als nächstes sei auf die Fig. 13A, 13B und 13C Bezug ge nommen, und zwar hinsichtlich des Aufbaus und der Betriebs weise der Well- oder Wellenvorrichtung (Undulator) 21, der den gewellten Elektronenstrahl dazu veranlaßt, die Photo nen zu emittieren, die im Bereich von infraroten Strahlen bis zu Röntgenstrahlen liegen.

Fig. 13A zeigt eine schematische Konstruktion der Well vorrichtung 21. Klein bemessene Permanentmagnete 31 sind derart angeordnet, daß sie eine obere Anordnung und eine untere Anordnung in der Weise bilden, daß entgegengesetzt liegende Magnetpole in entgegengesetzter Beziehung stehen. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Elektronenstrahl und λ₀ ist die Periodenlänge.

Bei einem Vergleich mit der Strahlung SR, emittiert von dem bekannten Speicherring hat die von der Wellenvorrich tung 21 emittierte Strahlung UR eine hohe Intensität und eine quasi-monochromatische Farbe mit dem 10²- bis 10³-fachen.

Die Richtfähigkeit der Strahlung SR, emittiert vom bekann ten Speicherring, ist nur auf die Richtung senkrecht zur Ebene der Elektronenumlaufbahn 11, wie in Fig. 13C be schränkt und auf der Umlaufbahnebene ist es eine divergie rende Lichtquelle, die zur Divergierung der Lichtstrahlen in Richtung tangential zu einer kreisförmigen Umlaufbahn dient. Andererseits ist die Strahlung UR, emittiert von der Wellvorrichtung 21, eine Strahlung, die während einer Zick-Zack-Bewegung des Elektronenstrahls emittiert wird und die eine geradlinige Richtfähigkeit (Richtfaktor oder Richtverstärkungsfaktor) besitzt. Das relative Intensi tätsverhältnis zwischen der Strahlung UR und der Strahlung SR ist folgendes:

2N<(RU)/(SR)<4N²,

dabei ist N eine Periodenzahl der Wellenvorrichtung 21. Der Minimalwert des relativen Intensitätsverhältnisse ist gleich der Anzahl der Schleifen der Zick-Zack-Elektronen umlaufbahn, während der Maximalwert gleich dem Wert ist, der erhalten wird, wenn der Interferenzeffekt der Strahlung, emittiert von den Schleifen der ausgerichteten Elektronen strahlen. In dem Falle, wo die Wellenvorrichtung (Undulator) 21 aus einem Permanentmagneten, wie beispielsweise SmCo₅, hergestellt ist, liegt die Länge der Periode λ₀ in der Größenordnung von 3 bis 4 cm und wenn die Periodenzahl N 10 ist, so ist die Intensität der Strahlung UR 400mal höher als die Strahlung SR. Wenn die Periodenzahl N 16 ist, so ist die Intensität der Strahlung UR 1000mal höher als die Strahlung SR. Somit emittieren die durch den Undulator 21 laufenden Elektronen die Photonen mit einer hohen Inten sität, und zwar im Bereich von Infrarotstrahlen zu Röntgen strahlen. Im Hinblick auf die Konstruktion des Elektronen- Undulationsringes ist der Undulator 21 an einem Linearteil angeordnet, und zwar mit Ausnahme des Elektroneneinfalls teils und des HF-Beschleunigungshohlraums.

Wie oben beschrieben, wird erfindungsgemäß zuerst der Elektronenstrahl zu einer Wellung oder Undulation veran laßt, und zwar durch den variablen vertikalen Lenkelektro magneten, angeordnet auf der Umlaufbahn des Elektronen speicherrings, so daß Licht von den Knoten der Undulation emittiert wird, so daß beim Vergleich mit dem Speicherring des Standes der Technik ein Gebiet oder eine Fläche der Strahlung, emittiert vom Speicherring, ausgesetzt werden kann, die beträchtlich vergrößert ist. Ferner kann durch die gesonderten horizontalen und vertikalen Lenkelektro magnete und den auf der Umlaufbahn des Elektronenspeicher rings angeordneten Undulator die Lichtquelle mit einer hohen Intensitätluminanz erhalten werden, die ein Feld beträchtlich größer bestrahlt als ein durch eine bekannte Vorrichtung bestrahltes Feld bestrahlt wird. Zudem kann die Amplitude der gewellten Elektronenstrahlumlaufbahn sowohl in vertikalen wie auch horizontalen Richtungen mit einer geeigneten Geschwindigkeit in einer stabilen Art und Weise derart variiert werden, daß die Erfindung für das lithographische Verfahren angewandt werden kann und extrem hohe industrielle Vorteile bietet.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Es wird die Betatronoszillations-Charakteristik ausgenutzt, die einem Elektronenspeicherring innewohnt, und zwar zur Speicherung von Hochenergieelektronen, beschleunigt in einem HF-Beschleunigungshohlraum während des Umlaufs längs einer durch Konstruktion festgelegten Umlaufbahn, um Undulationsbewegungen der Elektronen derart hervorzu rufen, daß Synchrotronstrahlung von einem Punkt abgeleitet wird, und zwar von einem Punkt, benachbart zu einem Knoten der Oszillation der Elektronen. Hochintensive Photonen können eine große Fläche bestrahlen, so daß die Synchrotron strahlung vorzugsweise auf die Herstellung extrem feiner Strukturen anwendbar ist, wie dies insbesondere bei der Übertragung von VLSL-Schaltungsmustern, d. h. hochfeiner integrierter Schaltungen verwendet werden können.

Claims

1. Verfahren zum Vorsehen oder Ableiten von Synchrotron strahlung, emittiert von Elektronen, die mit hoher Geschwindigkeit längs einer Umlaufbahn (Orbit) rotie ren, dadurch gekennzeichnet, daß Elektronen sich längs einer vorbestimmten Elektronen umlaufbahn wellenförmig bewegen, und zwar mit einer vorbestimmten Amplitude und einer vorbestimmten Anzahl von Knoten, und daß die Synchrotonstrahlung von einem Punkt in der Nähe einer der Knoten abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen sich in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn (Orbit) wellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen sich auf einer Ebene der Umlaufbahn wellenförmig bewegen.

4. Elektronen-Well-Ring zur Herleitung von Synchrotron strahlung, gekennzeichnet durch:
einen Elektronenspeicherring, in dem eine vorbestimmte Anzahl von Biegeelektromagneten an jeweils vorbestimm ten Positionen oder Stellen angeordnet ist, und zwar längs einer vorbestimmten Elektronenumlaufbahn und eine vorbestimmte Anzahl von Hochfrequenz-Beschleuni gungshohlräumen und eine vorbestimmte Anzahl von Mehrfach- oder Multipolelektromagneten zum Konvergie ren der einfallenden Elektronen sind an jeweils vor bestimmten Stellen oder Positionen angeordnet, und zwar zwischen den Biegeelektromagneten, und
ferner gekennzeichnet durch Lenk- oder Biegemittel zur Wellung der an einer beliebigen Position längs der bezeichneten Elektronenumlaufbahn gespeicherten Elektronen in einer vorbestimmten Richtung mit einer vorbestimmten Amplitude und mit einer vorbestimmten Anzahl von Knoten längs der bezeichneten Elektronen umlaufbahn, so daß eine von den Elektronen emittierte Synchrotronstrahlung von einem Punkt in der Nähe einer der Knoten abgeleitet wird.

5. Ring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenk- oder Biegemittel die Amplitude der wellenden Elektronenumlaufbahn und einen Öffnungswinkel bezüg lich der Elektronenumlaufbahn an den Knoten variabel machen.

6. Elektronenwellungsring, verwendet zur Ableitung von Synchrotronstrahlung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
einen Elektronenspeicherring, in dem eine vorbestimmte Zahl von Biegeelektromagneten an jeweiligen vorbe stimmten Positionen angeordnet ist, und zwar längs einer vorbestimmten Elektronenumlaufbahn und eine vor bestimmte Anzahl von Hochfrequenz-Beschleunigungs hohlräumen und eine vorbestimmte Anzahl von Mehrfach polelektromagneten zur Konvergierung der einfallen den Elektronen sind an jeweils vorbestimmten Positio nen zwischen den Biegeelektromagneten angeordnet, horizontal und vertikal lenkende oder vorspannende Mittel zum "Wellen" der Elektronen, gespeichert an einer willkürlichen Position auf der bezeichneten Elektronenumlaufbahn, um eine Wellungsbewegung mit einer vorbestimmten Amplitude und einen vorbestimm ten Knoten in der vertikalen und horizontalen Rich tung bezüglich der Ebene der Umlaufbahn längs der vorbestimmten Elektronenumlaufbahn zu erzeugen, so daß Synchrotronstrahlung von einem Punkt in der Nähe des Knotens abgeleitet wird, und
Wellungsmittel, um die Elektronen, die gleichzeitig und gesondert in den vertikalen und horizontalen Richtungen durch die Lenk- oder Vorspannmittel eine Wellenbewegung ausführen, zur Emission von Photonen zu veranlassen, die eine hohe Intensität im Bereich von Infrarotstrahlen bis zu Röntgenstrahlen haben.

7. Ring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ablenkmittel eine Amplitude der wellenden Elektronenumlaufbahn macht und einen Öffnungswinkel variabel bezüglich der Elektronenumlaufbahn an den Knoten.