JP2001052898A - シンクロトロン放射光計測装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定時間を短縮し、装置の電力消費を抑え、
装置の寿命を延ばし、そして他の計測装置などに振動等
の悪影響を及ぼすのを防止する。 【解決手段】シンクロトロン放射光源からのビームを複
数の受光手段７，８で直接受光する計測手段と、前記計
測手段により得られた複数のビーム強度の情報に基づい
て該ビームの強度プロファイルを特定するためのパラメ
ータを演算する演算手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子蓄積リング
制御系あるいはシンクロトロン放射光を利用した分光
器、リソグラフィ装置、Ｘ線顕微鏡などの各種装置に用
いられるシンクロトロン放射光計測装置および方法に関
する。

【０００２】

【従来技術】高速に加速した荷電粒子を磁場で曲げた際
に発生するシンクロトロン放射光は荷電粒子の軌道面に
集中したシート状のビームとして得られる。このビーム
は、荷電粒子の軌道面に垂直な方向には、概ねガアウシ
アンに近い強度分布をもっている。このビームの発散す
なわちシート状ビームの厚さは、荷電粒子の加速エネル
ギ、磁場強度、荷電粒子ビームのサイズ、荷電粒子ビー
ムの発散角などに依存している。

【０００３】シンクロトロン放射光を利用して測定や加
工などを行なう場合には、通常、ミラーを用いてビーム
を偏向または集光させて試料に照射する。試料の上に照
射されるビームの集光位置や強度は、ミラーに入射する
ビームの位置やその広がりの大きさに依存している。試
料に照射される光強度や位置を決定したり、最適値に調
整したりするためには、ビームの位置やサイズを測定す
ることが必要となる。また、ビームの位置やその広がり
の大きさが所定の値に保たれるようにシンクロトロン光
源を制御する際にも、ビームの位置やその広がりの大き
さを測定する必要がある。

【０００４】従来、シンクロトロン放射光ビームの位置
やサイズを測定する方法としては、図１７および図１８
に示すような装置を用いる方法がある。この装置は、真
空容器１、その中に配置され、ピンホール３４が設けら
れたアパーチャ板３５を前方に配置したフォトダイオー
ド３６によるＸ線検出器、このＸ線検出器をＹ方向に駆
動するステージ機構３７、大気中のステージ機構３７と
真空中のＸ線検出器を機械的に結合しかつ真空を保持す
るためのロッド１０とベローズ機構１１、Ｘ線検出器の
出力とステージ３７の駆動量を取り込んで記録する演算
装置１３などから構成される。ここで、ＳＲビーム１５
の進行方向をＺ、シート状のＳＲビーム１５の面（電子
ビーム軌道面と同一）内でＺに垂直な方向をＸ、そして
ＳＲビーム１５の面に垂直でＺに垂直な方向をＹと定義
している。

【０００５】この構成において、ピンホール３４を伴な
うフォトダイオード３６によるＸ線検出器をＹステージ
３７でスキャン移動させて、ビームプロファイルを求
め、これを適当な関数、例えばガアウシアンでフィッテ
ィングして、ビームの広がり（大きさ）σおよびＹ方向
位置を算出する。すなわち、図１９のように、横軸にＸ
線検出器の位置Ｙをとり、縦軸にＸ線検出器の出力Ｓ
（光強度）をとって測定値をプロットする。そして、こ
の実験値とよく一致するように、実線で示すようなガア
ウシアンでフィッティングして、ガアウシアンのσと中
心値を求める。具体的には、例えば仮定したガアウシア
ンと測定値との差の二乗和が最小となるようにガアウシ
アンのσと中心値のパラメータを決定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例には以下のような問題がある。すなわち、この従来
例によれば、高い精度でビームの位置やサイズを決定す
るためには、測定時に細かくＸ線検出器のＹ位置を設定
して繰り返し測定を行ない、多くのデータを取得する必
要がある。例えば０．１ｍｍピッチでステージを駆動
し、１０ｍｍの範囲において１０１点について計測を行
なう。そしてその際、１回の測定毎にステージを微小量
駆動してはＸ線検出器の出力を取り込むという動作を何
度も繰り返し行なう必要があるため、計測に長い時間が
かかる。例えば１点の測定に０．１秒要するとしても、
測定には１０秒以上の時間が必要である。シンクロトロ
ン放射光ビームの位置やサイズは短い周期で変動する場
合も有り得るが、そのような短い周期の変動は、このよ
うな従来の方法では検出することができない。

【０００７】また、ステージをスキャンしてビームプロ
ファイルを計測する間にビームの位置やサイズが変動す
ると、正確にビームプロファイルを計測することができ
ず、ビームの位置やサイズの計測値に誤差が発生する。

【０００８】また、計測のたびにステージを駆動する必
要があるため、電力消費が大きく、維持費用が嵩むとい
う問題もある。また、シンクロトロン放射光を利用する
他の計測装置などに振動等の悪影響を及ぼしやすいとい
う問題もある。

【０００９】また、ベローズやステージ機構には弾性変
形や摩擦する部材があるため、長期間にわたって繰り返
し駆動を行なうと、これらの部材が摩耗したり、破損し
たりする恐れがある。すなわち、これらの機械的な寿命
によって計測システムの寿命が制限され、長期間使用す
ることが難しいという問題点がある。

【００１０】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、シンクロトロン放射光計測装置および方法
において、測定時間を短縮し、あるいはこれに加えて装
置の電力消費を抑え、また、装置の寿命を延ばし、さら
には他の計測装置などに振動等の悪影響を及ぼすのを防
止することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ため、本発明のシンクロトロン放射光計測装置は、シン
クロトロン放射光源からのビームを複数の受光手段で直
接受光する計測手段と、前記計測手段により得られた複
数のビーム強度の情報に基づいて該ビームの強度プロフ
ァイルを特定するためのパラメータを演算する演算手段
とを具備することを特徴とする。前記パラメータとして
はシート状に放射される前記ビームの厚さ方向に関する
位置と大きさを示す代表値を用いることができる。

【００１２】また、本発明のシンクロトロン放射光計測
方法は、シンクロトロン放射光源からのビームを複数の
受光手段で直接受光することにより、該ビームの強度プ
ロファイルを特定するためのパラメータを計測すること
を特徴とする。前記パラメータはシート状に放射される
前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代表
値であることが好ましい。

【００１３】本発明の好ましい第１のシンクロトロン放
射光計測装置は、シンクロトロン放射光源からのビーム
についてその厚さ方向の全範囲にわたって積分した全強
度を計測する全強度計測手段と、前記ビームの強度をそ
の厚さ方向の位置が異なる２点で計測する２点強度計測
手段と、前記全強度および２点の強度に基づいて前記ビ
ームの厚さ方向の大きさを演算する演算手段とを具備す
ることを特徴とする。なお、ビームの厚さ方向の大きさ
は、例えば、ビームの厚さ方向の強度分布をガアウシア
ンでフィッティングした場合の標準偏差σで与えられ
る。

【００１４】また、前記２点強度計測手段を前記ビーム
の厚さ方向に移動する手段を有することを特徴とする。
前記全強度計測手段は、前記ビームの厚さ方向の全範囲
にわたって一度で受光できる受光面を有する放射光検出
器を有する。また、前記全強度計測手段は、シンクロト
ロン蓄積電流を検出することにより前記全強度を計測す
るものである。

【００１５】さらに、前記全強度計測手段は、前記２点
で強度が計測されるビームが取り出されるビームライン
とは別のビームラインから取り出されるビームについて
全強度を計測するものである。前記２点間の間隔は前記
ビームの厚さ方向の大きさの１．５倍以下または２．５
倍以上であることが好ましい。

【００１６】前記演算手段は、前記全強度および２点の
強度に基づいて前記ビームの厚さ方向の位置または大き
さを演算するための校正関数を、予め行なった前記全強
度の計測および前記厚さ方向に移動させながら行なう前
記２点の強度についての計測の結果に基づいて求めるも
のであることが好ましい。前記予め行なった全強度およ
び２点の強度の計測は、シンクロトロン蓄積電流値が異
なる複数の条件下で行なったものであることが好まし
い。

【００１７】さらに、本発明の好ましい第２のシンクロ
トロン放射光計測装置は、前記シンクロトロン放射光源
からのビームの強度をその厚さ方向の位置が異なる３点
で計測する３点強度計測手段と、前記３点のビーム強度
に基づいて前記パラメータを演算する演算手段とを具備
することを特徴とする。

【００１８】また、前記３点強度計測手段を前記ビーム
の厚さ方向に移動させる手段を有することを特徴とす
る。

【００１９】前記演算手段は、３点の強度に基づいて前
記パラメータを演算するための校正関数を、前記厚さ方
向に移動させながら行なう前記３点の強度についての計
測の結果に基づいて求めるものであることが好ましい。

【００２０】前記３点の強度の計測は、シンクロトロン
蓄積電流値が異なる複数の条件下で行なったものである
ことが好ましい。また、前記校正関数は多項式であるこ
とが好ましい。

【００２１】前記３点強度計測手段を前記ビームの厚さ
方向に移動させる手段を用いることなく、前記校正関数
なしに前記３点のビームの強度に基づいて前記パラメー
タを演算することが好ましい。

【００２２】また、本発明の好ましい第１のシンクロト
ロン放射光計測方法は、シンクロトロン放射光のビーム
についてその厚さ方向の全範囲にわたって積分した全強
度を計測する全強度計測工程と、前記ビームの強度をそ
の厚さ方向の位置が異なる２点で計測する２点強度計測
工程と、前記全強度および２点の強度に基づいて前記ビ
ームの厚さ方向の大きさを演算する演算工程とを具備す
ることを特徴とする。また、前記２点の強度測定点を前
記ビームの厚さ方向に移動する工程を有することを特徴
とする。

【００２３】前記全強度の計測は、前記ビームの厚さ方
向の全範囲にわたって一度で受光できる受光面を有する
放射光検出器により行なう。また、前記全強度の計測
は、シンクロトロン蓄積電流を検出することにより行な
う。さらに、前記全強度の計測は、前記２点で強度が計
測されるビームが取り出されるビームラインとは別のビ
ームラインから取り出されるビームについて行なう。

【００２４】前記２点間の間隔は前記ビームの厚さ方向
の大きさの２．５倍以上であることが好ましい。前記演
算工程では、前記全強度および２点の強度に基づいて、
前記ビームの厚さ方向の位置または大きさを、予め行な
った前記全強度の計測および前記厚さ方向に移動させな
がら行なう前記２点の強度についての計測の結果に基づ
いて求めた校正関数を用いて演算することが好ましい。

【００２５】前記予め行なった全強度および２点の強度
の計測は、シンクロトロン蓄積電流値が異なる複数の条
件下で行なったものであることが好ましい。また、前記
校正関数は多項式であることを特徴とする。

【００２６】また、本発明の好ましい第２のシンクロト
ロン放射光計測方法は、前記シンクロトロン放射光のビ
ームの強度をその厚さ方向の位置が異なる３点で計測す
る３点強度計測工程と、前記３点のビーム強度に基づい
て前記パラメータを演算する演算工程とを具備すること
を特徴とする。また、前記３点強度計測工程を前記ビー
ムの厚さ方向に移動させる工程を有することを特徴とす
る。

【００２７】前記演算工程は、３点の強度に基づいて前
記パラメータを演算するための校正関数を、前記厚さ方
向に移動させながら行なう前記３点の強度についての計
測の結果に基づいて求めるものであることが好ましい。
前記３点の強度の計測は、シンクロトロン蓄積電流値が
異なる複数の条件下で行なったものであることが好まし
い。前記校正関数は多項式であることが好ましい。

【００２８】また、前記３点強度計測工程を前記ビーム
の厚さ方向に移動させる工程を用いることなく、前記校
正関数なしに前記３点のビームの強度に基づいて前記パ
ラメータを演算することが好ましい。

【００２９】なお、本発明のシンクロトロン放射光計測
装置は、シンクロトロン放射光源からのビームの複数の
ビーム強度の計測情報に基づいて、シンクロトロン照射
光源から直接出射されたビームの強度プロファイルを特
定するためのパラメータを演算する演算手段を有するこ
とを特徴とする。前記パラメータはシート上に放射され
る前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代
表値を用いることができる。

【００３０】また、本発明のシンクロトロン放射光計測
装置は、シンクロトロン放射光源からのビームの複数の
ビーム強度の計測情報に基づいて、シンクロトロン照射
光源から直接出射されたビームの強度プロファイルを特
定するためのパラメータを演算することを特徴とする。
前記パラメータはシート上に放射される前記ビームの厚
さ方向に関する位置と大きさを示す代表値であることが
好ましい。

【００３１】これらの構成において、実際のビームの大
きさの測定時には、ビームの全強度および２点、または
３点での強度は、測定位置を移動させることなく一度で
測定される。したがって、測定位置を変えながら繰り返
し測定を行なっていた従来技術に比べ、測定時間が短縮
することになる。また、測定位置を移動させるためのス
テージを駆動する等の必要がないため、装置の電力消費
を減少し、装置の寿命が延び、他の装置に対して振動等
の悪影響を防止することになる。

【００３２】本発明において、２点または３点での計測
とは、狭い意味での２点または３点での計測のみなら
ず、２線または３線での計測を含む。また、２面または
３面での計測を含む。

【００３３】同様に、本発明において、２点または３点
強度とは、狭い意味での２点または３点強度のみなら
ず、２線または３線強度を含む。また、２面または３面
強度を含む。

【００３４】本発明において、光電変換装置としては、
フォトダイオードなどの受光素子の他、金属ワイヤおよ
び金属板等も用いることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい第１の実施形態
においては、前記ビームの強度を測定する２点を前記ビ
ームの厚さ方向に移動する手段または工程を有する。た
だし、実際の測定時に移動することは不要である。ビー
ムの全強度の計測は、ビームの厚さ方向の全範囲にわた
って一度で受光できる受光面を有する放射光検出器によ
り行なう。またはシンクロトロン蓄積電流値を検出する
ことにより行なう。また、全強度の計測は前記２点で強
度が計測されるビームが取り出されるビームラインとは
別のビームラインから取り出されるビームについて行な
うようにしてもよい。前記２点間の間隔は、ビームの厚
さ方向の大きさ、例えば上述のσの１．５倍以下または
２．５倍以上であるのが好ましい。

【００３６】予め、蓄積電流値が異なる複数の条件下に
おいて、前記全強度を計測し、また前記厚さ方向に移動
させながら前記２点の強度についての計測を行なって、
これらの計測結果に基づいて校正関数を求めておき、実
際の計測にあたっては、この校正関数を用い、全強度お
よび２点の強度の計測値に基づいてビームの厚さ方向の
位置または大きさを演算することができる。

【００３７】さらに、本発明の好ましい第２の実施形態
においては、前記ビームを測定する３点を前記ビームの
厚さ方向に移動する手段または工程を有する。ただし、
実際の測定時に移動することは不要である。蓄積電流値
が異なる複数の条件下において、前記厚さ方向に移動さ
せながら前記３点の強度についての計測を行なって、こ
れらの計測結果に基づいて校正関数を求めておき、実際
の計測にあたっては、この校正関数を用い、３点の強度
の計測値に基づいてビームの厚さ方向の位置または大き
さを演算する。

【００３８】さらに、前記ビームを測定する３点を前記
ビームの厚さ方向に移動する手段または工程を用いるこ
となく、前記校正関数なしに前記３点のビームの強度に
基づいて前記ビームの厚さ方向の位置または大きさを演
算することもできる。

【００３９】このようにしてビームの大きさや位置を求
めることができるのは、次の原理による。ビームの強度
分布がガアウシアンであると仮定すると、好ましい第１
の形態の場合、ビームの中心位置Ｙ０、ビームの広がり
σ、およびビームの厚さ方向であるＹ方向に積分した全
強度Ｉ０が決まれば、ビームの強度分布は一意に決ま
る。また、ビームのＹ方向に積分した全強度Ｉ０、およ
びビーム内の特定の２点位置での強度がわかれば、ビー
ムの強度分布は一意に決まり、ビームの中心位置Ｙ０
と、ビームの広がりσも決まる。

【００４０】好ましい第２の実施形態の場合、ビーム内
の位置が異なる３つの位置での強度がわかれば、ビーム
の強度分布は一意に決まり、ビームの中心位置Ｙ０と、
ビームの広がりσも決まる。従って、予め校正関数を決
定するための計測を行わなくても、ビーム内の位置が異
なる３つの位置での強度からシンクロトロン放射光ビー
ムの位置とサイズを決定することもできる。

【００４１】この原理を図２０、図２１および図２２を
用いて説明する。図２０は、全強度が一定でビームの位
置（Ｙ０）が変化したときのビームプロファイルと２個
の検出器ＡおよびＢの位置との関係を示す。同図に示す
ように、２個の検出器ＡおよびＢが所定の間隔でビーム
に対して対称に位置ＹａおよびＹｂに設置されている場
合において、ビームが検出器Ａの側に移動したとすれ
ば、検出器Ａの出力が大きくなり、検出器Ｂの出力が小
さくなる。逆に破線で示されるようにビームが検出器Ｂ
の側に移動したとすれば、検出器Ａの出力が小さくな
り、検出器Ｂの出力が大きくなる。この場合には、検出
器Ａおよび検出器Ｂそれぞれの出力の比Ｒ１がビームの
位置を表わすパラメータとなる。

【００４２】

【数１】 また検出器ＡおよびＢ間の間隔が大きいほど、検出器Ａ
およびＢそれぞれの出力の比は、ビームの位置変化に対
して急激に変化する。したがって、２個の検出器Ａおよ
びＢ間の間隔が大きい方がビーム位置検出の感度が高く
なる。

【００４３】図２１は、全強度が一定でビームの広がり
（σ）が変化したときのビームプロファイルの変化を示
す。同図に示すように、２個の検出器ＡおよびＢがビー
ムのσの２倍より大きい間隔でビームに対して対称に設
置されている場合において、破線で示されるようにビー
ムのσが大きくなったとすると、検出器ＡおよびＢの出
力が両方とも大きくなる。逆に、ビームのσが小さくな
ったとすると、検出器ＡおよびＢの出力が両方とも小さ
くなる。一方、検出器Ａ’およびＢ’がビームのσの２
倍より小さい間隔でビームに対して対称に位置Ｙａ’お
よびＹｂ’に設置されている場合において、ビームのσ
が大きくなったとすると、検出器ＡおよびＢの出力が両
方とも小さくなる。逆にビームのσが小さくなったとす
ると、検出器Ａ’およびＢ’の出力が両方とも大きくな
る。このように、検出器ＡおよびＢそれぞれの出力の和
が、ビームの広がりを表わすパラメータとなる。

【００４４】ただし、ビームのσが一定で、ビーム全体
の強度が変化した場合においても検出器ＡおよびＢの出
力の和が変化する。すなわち、検出器ＡおよびＢの出力
の和が変化しても、これがビーム全体の強度が変化した
ためか、またはビームのσが変化したためかは区別がつ
かない。そこで、別の手段によってビーム全体の強度を
計測し、この値で検出器ＡおよびＢの出力を規格化す
る。このように規格化した検出器ＡおよびＢの出力の和
により、ビームの広がりを知ることができる。ビーム全
体の強度を計測する方法については、実施例において詳
細に述べる。

【００４５】また、２個の検出器ＡおよびＢがビームの
σの２倍の間隔でビームに対して対称に設置されている
場合、ビームのσが変化しても、検出器ＡおよびＢの出
力は変化しない。したがって、検出器ＡおよびＢ間の間
隔がσの２倍ではビームのσを測定することができな
い。ビームのσを測定するためには、検出器の間隔はビ
ームのσに近い値を避けることが必要であり、ビームの
σを精度よく測定するためには、検出器の間隔はビーム
のσの１．５倍以下あるいは２．５倍以上が望ましい。

【００４６】一方、検出器ＡおよびＢ間の間隔が大きい
方が、ビーム位置が変動したときの検出器の出力の変化
が大きい。すなわち２個の検出器ＡおよびＢ間の間隔が
大きい方がビーム位置検出の感度が高い。したがって、
ビームのσと位置Ｙを同時に精度よく測定するために
は、２個の検出器の間隔はσの２倍より大きいことが望
ましく、より望ましくは、σの２．５倍以上が適当であ
る。

【００４７】さらに、第３の検出器Ｃがビームの中心付
近に設置されているとする。図２２に全強度が一定でビ
ームの広がり（σ）が変化したときのビームプロファイ
ルの比較を示す。同図に示すように、ビームのσが大き
くなったとすると、検出器Ｃの出力が小さくなる。逆
に、ビームのσが小さくなったとすると、検出器Ｃの出
力が大きくなる。同図では、ビームの積分速度が一定と
しているが、実際にはビームの積分強度は変動する。そ
こで、検出器Ｃの出力と、検出器Ａ，Ｂの和との比Ｒ２
をパラメータにとると、このパラメータはビームの広が
りσを反映する。

【００４８】

【数２】 すなわち、ビームのσが大きくなった場合には、Ｒ２が
小さくなり、逆にビームのσが小さくなったとすると、
Ｒ２が大きくなる。本発明のシンクロトロン放射光ビー
ムの位置とサイズを測定する装置は、シンクロトロン放
射光ビームのＹが異なる３点でビームの強度を計測する
手段、３個の出力値からビームの位置とサイズを演算す
る手段から構成される。また、この装置を予め校正する
ためのＹ方向に移動可能なステージ機構を備えている。

【００４９】これらの原理に基づき、本発明の好ましい
第１の実施形態では、ビームの大きさや位置を計測する
ための準備として、ビームの大きさが異なった条件（例
えば蓄積電流値が異なった条件）でＹスキャンさせなが
らビームの全強度と２点での強度を計測し、これらの計
測値の比をＹとσの関数として算出する。具体的な校正
の手段については実施例の中で詳細に説明する。そし
て、校正を終えた後は、ビームが２つの計測点のほぼ中
間に入射するように調整し、全強度Ｉ０と２点での強度
ＩＡおよびＩＢを計測し、これらの比の値を先の校正に
よって決定した校正関数に代入してビームの太さσおよ
び位置Ｙを算出する。

【００５０】また、本発明の好ましい第２の実施形態で
は、校正は、前記したビームの大きさが異なった条件
で、ビームの厚さ方向に移動させながら３個の検出器の
出力値を計測し、３個の検出器の出力の比をＹとσの関
数として算出する。具体的な校正の手順については実施
例の中で詳細に説明する。そして、校正を終えた後は、
ビームが３つの計測点のうち、中央の計測点に入射する
ようにＹ方向に移動可能なステージ機構を固定し、３個
の検出器の出力を測定する。測定されたＳ１、Ｓ２、Ｓ
３の値を先の校正によって決定した校正関数に代入し、
ビームの太さσおよび位置Ｙを算出する。また、ビーム
の厚さ方向に移動させることなく、校正関数も使用せ
ず、ビームのσとＹを算出する方法については実施例の
中で詳細に説明する。

【００５１】この上述した算出は、計測手段の出力をア
ナログ−デジタル変換器を用いて数値化し、コンピュー
タで処理することによって、きわめて短時間に行なうこ
とができる。

【００５２】

【実施例】［実施例１］図２は本発明の第１の実施例に
係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブロッ
ク図であり、図１はその要部を示す斜視図である。この
装置は３個のフォトダイオードを用いてシンクロトロン
放射光によるビームの位置やサイズを測定するものであ
る。これらの図に示すように、この装置は、シンクロト
ロン放射光によるビーム１５が導入される真空容器１、
この中に配置され、２個のピンホール２と１個のＹ方向
に長い縦スリット４が設けられたアパーチャ板５、この
背後に配置され、３個のフォトダイオード７および８を
有するＸ線検出器、このＸ線検出器をＹ方向に駆動する
ためのステージ／コントローラ９、大気中のステージ／
コントローラ９と真空容器１による真空中のＸ線検出器
を機械的に結合し、かつ真空を保持するためのロッド１
０とベローズ機構１１、Ｘ線検出器の出力とステージ／
コントローラ９のステージ駆動量を取り込んで記録する
ための検出器アンプ／アナログデジタル変換器１２およ
び演算装置１３などで構成されている。

【００５３】Ｘ線検出器は金属製のシールドケース１４
に納められ、不要な可視光や光電子がフォトダイオード
７や８に照射されるのを防止している。さらにシールド
ケース１４は真空容器１に入れられ、真空容器１は排気
ポンプ１７によって超高真空に排気される。真空容器１
はシンクロトロンリングとゲートバルブを介して接続さ
れる。アパーチャ板５はシールドケース１４の最上流側
に設けてある。また、アパーチャ板５は銅板製であり、
シンクロトロン放射光の熱負荷による温度上昇を抑える
ために水冷されている。アパーチャ板５に設けられたピ
ンホール２の直径は０．５ｍｍ、２つのピンホール２間
のＹ方向間隔は８ｍｍである。縦スリット４は幅が１ｍ
ｍ、Ｙ方向の長さが２０ｍｍである。測定対象であるシ
ンクロトロン放射光ビーム１５の広がりσは２ｍｍ程度
であり、縦スリット４の長さはビームの広がりσに対し
て充分な大きさをもっている。また、ピンホール２のＹ
方向間隔はσの約４倍に設定されている。なお、ピンホ
ール２の開口の形状は円形でなくても構わない。例えば
長方形等でもよい。また、ピンホール２および縦スリッ
ト４の各開口は１枚の金属板に設けられている必要はな
く、１個の開口があいたアパーチャ板を３枚組み合わせ
たものであってもよい。

【００５４】アパーチャ板５の下流側には放射線による
損傷防止と、ＳＲ光１５に含まれる可視光の遮蔽のため
に金属箔製のフィルタ１６、例えば厚さ数百μｍのアル
ミニウム箔を設けてある。２個のフォトダイオード７お
よび１個のフォトダイオード８は、フィルタ１６の下流
において、アパーチャ板５の２個のピンホール２および
１個の縦スリット４に対応する位置に設けてある。ピン
ホール２の下流に設けられたフォトダイオード７は直径
５ｍｍの円形受光面を有し、縦スリット４の下流に設け
られたフォトダイオード８は幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍの
長方形の受光面をもっていて、ピンホール２および縦ス
リット４の各アパーチャを通過した光はそれぞれ全てフ
ォトダイオード７および８の受光面に入射する。

【００５５】フォトダイオードは、シンクロトロン放射
光から出射されたビームをフィルタを通して直接受光す
る。フォトダイオードに入射する光は、シンクロトロン
放射光の中の短波長成分の割合が高まっている。シンク
ロトロン放射光から直接出射されたビームの強度プロフ
ァイルは観測する光の波長に応じて異なるが、プロファ
イルの変化には各波長で相関があるので、フィルタを通
った光を観測しても、シンクロトロン放射光源から直接
出射されたビームの強度プロファイルの変化を正確に知
ることができる。

【００５６】なお、本明細書においてシンクロトロン放
射光源からのビームを直接受光するとは、このように経
由前後で強度プロファイルの変化に各波長で相関がある
フィルタのような部材、経由前後で強度プロファイルが
実質的な変化を起こさない部材、を通った後で受光する
場合も含むものである。

【００５７】ステージ／コントローラ９は真空容器１の
外に設けられたＹステージを有し、このＹステージは真
空容器１中のシールドケース１４とロッド１０でつなが
れている。ベローズ１１の一端はロッド１０に、他端は
チャンバ１に溶接され、これによりロッド１０は真空を
保持しながら、Ｙ方向に駆動することができる。

【００５８】次に校正の手順について説明する。校正の
際には、ビームサイズが異なった条件で、Ｙステージに
よりＹスキャンしながら３つの検出器７および８の出力
値を計測することが必要である。予めビームサイズを知
ることはできないが、ビームサイズに影響を及ぼす他の
パラメータを変えて測定を行なえばよい。例えば、ビー
ムサイズは蓄積電流値に依存して変化する。そこで、異
なる電流値において、Ｙスキャンしながら３つの検出器
の出力値を計測すればよい。

【００５９】ある電流値のとき、ピンホール２を伴なっ
たフォトダイオード７の出力をそれぞれＳ１およびＳ２
とし、縦スリット４を伴なった全強度を計測するための
フォトダイオード８の出力をＳ０とする。そして、Ｙス
キャン時の素子出力比Ｒ１およびＲ２をＹの関数として
算出する。ここで、Ｒ１およびＲ２は次式で表される。

【００６０】

【数３】 次に２個の検出器の出力Ｓ１およびＳ２をＹの関数とし
てガアウシアンでフィッティングし、ビームのＹ方向の
太さσを求める。以上のデータ処理によって、σとＹの
関数としてＲ１およびＲ２を求める。

【００６１】電流値が異なる条件でＹスキャンを繰り返
し、σ、Ｙ、Ｒ１、Ｒ２のテーブルを蓄積し、校正関数
を決定する。例えば、蓄積ビーム電流値が１００ｍＡか
ら１００ｍＡ毎に１Ａまでの１０点でスキャンを行な
う。本実施例ではσおよびＹを、Ｒ１およびＲ２の多項
式としてフィッティングする。例えば、次式のように置
いて、実測されたσやＹとの差の２乗和が最小になるよ
うに、各係数を求める。

【００６２】

【数４】 Ｒ１としては出力Ｓ１とＳ２との比を反映するパラメー
タであればよいので、例えばＳ１とＳ２との比の対数、
Ｒ１＝ｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ２）や、Ｓ１とＳ２の差とＳ０
との比、Ｒ１＝（ＳＡ−ＳＢ）／Ｓ０、等を用いて同様
に校正を行なってもよい。

【００６３】２個の検出器の感度が異なる場合には、係
数をかけてピーク出力が等しくなるように規格化する。
すなわち、出力Ｓ１の最大値がＳ１ｍａｘ、出力Ｓ２の
最大値がＳ２ｍａｘであった場合、Ｓ１／Ｓ１ｍａｘお
よびＳ２／Ｓ２ｍａｘをそれぞれ規格化した検出器出力
として、Ｒ１およびＲ２を求めて校正を行なえばよい。
校正を終えた後は、ビームが２個のピンホール２のほぼ
中間に入射するようにＹステージを固定し、３個のフォ
トダイオード７および８の出力を測定する。測定された
ＳＡ、ＳＢおよびＳ０の値から、次式によりＲ１および
Ｒ２を算出する。

【００６４】

【数５】 そして、これを先の校正によって決定した次の校正関数
に代入して、ビームの太さσおよび位置Ｙを算出する。

【００６５】

【数６】 ただし、Ｒ１として、Ｒ１＝ｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ２）やＲ
１＝（ＳＡ−ＳＢ）／Ｓ０等を用いて校正を行なった場
合には、これらのパラメータを校正で得た関数に代入す
る。

【００６６】これらの計算は、フォトダイオード７およ
び８の出力をアナログ−デジタル変換器１２を用いて数
値化し、コンピュータ１３で処理することによって、き
わめて短時間に行なうことができる。

【００６７】この計測方法によれば、計測中はステージ
駆動が不要であり、ある時刻のフォトダイオードの出力
を演算することにより、直ちにビームの位置と広がりを
求めることができる。このため、短時間の変動も正確に
測定することができる。また計測時にはＹステージを移
動する必要がないため、他の装置に振動等の悪影響を及
ぼすことがない。また、電力の消費が少なく、装置の寿
命も長い。

【００６８】［実施例２］図３は本発明の第２の実施例
に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブロ
ック図であり、図４はその要部を示す斜視図である。こ
の装置では、２本のワイヤおよび別のビームラインの全
強度モニタを用いてシンクロトロン放射光によるビーム
の位置やサイズを測定する。これらの図において、１８
はシンクロトロン放射光１５の検出器を構成する２本の
金属ワイヤ、９は金属ワイヤ１８をＹ方向に駆動するス
テージ／コントローラ、１９は他のビームラインに設け
た全強度検出器、１３はＸ線検出器の出力とステージ駆
動量を取り込んで記録する演算装置である。図３および
図４において、図１および２と同一の要素には同一の符
号を付した。

【００６９】ワイヤ１８は真空容器１に入れられ、真空
容器１は排気ポンプ１７によって超高真空に排気され
る。真空容器１はまた、シンクロトロンリングとゲート
バルブを介して接続される。２本のワイヤ１８はセラミ
ック等の絶縁物２０によってビーム１５面と平行に保持
される。絶縁物２０は真空容器１の外のステージ／コン
トローラ９のＹステージと機械的に結合され、Ｙ方向に
駆動される。ワイヤ１８としては、金がメッキされたタ
ングステンワイヤ等が用いられる。太さは例えば０．１
〜１ｍｍ程度である。ワイヤ１８は真空容器１外のバイ
アス印加回路／電流電圧変換回路２１のバイアス印加回
路に導線で接続され、真空容器１に対して数Ｖから数百
Ｖの電圧が印加される。このとき、ワイヤ１８にシンク
ロトロン放射光１５が照射されると、光電子が発生し、
これが印加電圧による電場によって移動するので、ワイ
ヤ１８に電流が流れる。この電流を検出するため、ワイ
ヤ１８はバイアス印加回路／電流電圧変換回路２１の電
流−電圧変換回路にも接続されている。電流−電圧変換
回路の出力は、検出器アンプ／アナログデジタル変換器
１２のアナログ−デジタル変換回路を経て演算装置１３
に取り込まれる。

【００７０】本実施例では、測定を行なうビームライン
１５には全強度検出器を設けず、代わりに、他のビーム
ラインに設けた全強度検出器１９の出力を用いるが、そ
れ以外については、実施例１の場合と同様にしてビーム
１５の位置やサイズを測定することができる。

【００７１】一般に、シンクロトロン放射光光源では多
数のビームラインが設置され、多数のビームラインでビ
ーム位置やビームサイズの計測を行なうことがある。こ
のような場合において本実施例の装置を用いる際には、
各ビームラインに２個の検出器を設け、さらに１本のビ
ームラインだけに全強度を測定する検出器を設ける。こ
の方法によれば、検出器の個数を最小限に減らすことが
でき、その分だけ信号処理装置も減らすことができる。
したがって、システム全体の費用を下げることができ
る。

【００７２】［実施例３］図５は本発明の第３の実施例
に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブロ
ック図であり、図６はその要部を示す斜視図である。こ
の装置では、シンクロトロン放射光ビームの位置やサイ
ズを測定するために、イオンチャンバおよびシンクロト
ロン蓄積電流値を用いている。この装置は、２個のピン
ホールが設けられたアパーチャ板２２、これに対応する
位置に位置された２個のイオンチャンバ２３、アパーチ
ャ板２２をＹ方向に駆動するステージ／コントローラ
９、シンクロトロン放射光光源２４の蓄積電流値を測定
するための手段、イオンチャンバ２３の出力、シンクロ
トロン放射光光源２４の蓄積電流値２８およびステージ
／コントローラ９のステージ駆動量を取り込んで記録す
る演算装置１３等で構成される。

【００７３】この計測装置は、大気中でシンクロトロン
放射光の計測を行なう。ベリリウム窓２６を通って大気
中に導かれたシンクロトロン放射光１５を２個のピンホ
ールが設けられたアパーチャ板２２で遮り、ピンホール
を通過したＸ線を２個のイオンチャンバ２３で測定す
る。アパーチャ板２２はステージ／コントローラ９のＹ
ステージに固定されており、Ｙ方向に駆動することがで
きる。イオンチャンバ２３はＹステージではなく床面に
対して固定されている。イオンチャンバ２３の受光面は
２０ｍｍ程度の大きさがあり、アパーチャ板２２がＹ方
向に移動しても、ピンホールを通ったＸ線は常にイオン
チャンバ２３に入射する。

【００７４】シンクロトロン放射光の全強度は、加速エ
ネルギや磁場強度が一定であれば、電子蓄積リングの蓄
積電流値に比例する。本実施例では、全強度検出器によ
る全強度の代わりに電子蓄積リングの蓄積電流値のデー
タ２８を用いる。蓄積電流値は通常、電流トランス、Ｄ
ＣＣＴ等によって精度よく計測することができる。一般
に、シンクロトロン放射光光源では多数のビームライン
が設置され、多数のビームラインでビーム位置やビーム
サイズの計測を行なうことがある。このような場合にお
いて本実施例の装置を用い、各ビームラインに２個の検
出器を設け、電流トランスによって測定したビーム電流
の情報を多数の計測装置で共通に用いることにより、検
出器の個数を最小限に減らすことができ、その分だけ信
号処理装置も減らすことができる。したがって、システ
ム全体の費用を下げることができる。また、本実施例で
は計測装置は大気中にあり、真空容器や排気ポンプ等が
不要なので、装置費用を低減することができる。さらに
本実施例では、Ｙステージが駆動する部材はアパーチャ
板２２だけであり、軽量なので、小型のステージを用い
ることができるため、さらに装置費用を低減することが
できる。

【００７５】［実施例４］図７は本発明の第４の実施例
に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブロ
ック図であり、図８はその要部を示す斜視図である。こ
の装置では、シンクロトロン放射光ビームの位置やサイ
ズを測定するために、４枚の金属板の光電効果を用いて
いる。この装置は、長方形の穴があいたアパーチャ板３
０、この後方の対応する位置に配置され、アパーチャ板
３０を通過したシンクロトロン放射光１５のＸ方向の範
囲を規制する２枚の金属板３１、同様にＹ方向の範囲を
規制する２枚の金属板３２、アパーチャ板３０と金属板
３１および３２をＹ方向に駆動するステージ／コントロ
ーラ９、金属板３１および３２の光電流値とステージ／
コントローラ９のステージ駆動量を取り込んで記録する
演算装置１３などから構成される。

【００７６】本実施例では、シンクロトロン放射光１５
を複数の金属板３１および３２に照射し、そこからの光
電子を計測する。計測装置全体は真空容器１に納められ
ている。最上流にアパーチャ板３０が設けてあり、これ
によりシンクロトロン放射光ビーム１５のＸ方向の幅を
規制する。アパーチャ板３０のアパーチャ３３のＹ方向
の幅はビームの幅より充分大きく、シンクロトロン放射
光ビーム１５のＹ方向の幅は規制されない。アパーチャ
３３の後方にＸ方向を規制する２枚の金属板３１、さら
にその下流にＹ方向を規制する２枚の金属板３２が設け
られている。金属板３１にはビーム１５のＹ方向全体が
照射されるので、これらからの光電流はビーム１５の全
強度に比例する。したがって、金属板３１は全強度検出
器として用いることができる。金属板３２にはビーム１
５のＹ方向の一部が照射される。したがって、金属板３
２からの光電流をＹが異なる位置に設置された２つの検
出器の出力として用いることができる。

【００７７】本実施例によれば、ビーム１５の中心部分
は検出器に遮られず、そのまま通過するので、他の測定
や材料加工等に用いることができる。

【００７８】［実施例５］図９は本発明の第５の実施例
に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブロ
ック図であり、図１０はその要部を示す斜視図である。
この装置は、３個のフォトダイオードを用いてシンクロ
トロン放射光によるビームの位置やサイズを測定するも
のである。これらの図において、この装置は、シンクロ
トロン放射光によるビーム１５が導入される真空容器
１、３個のピンホール３９が設けられたアパーチャ板３
８、これに対応する位置に位置された３個のフォトダイ
オード４０を有するＸ線検出器、このＸ線検出器をＹ方
向に駆動するステージ／コントローラ９、大気中のステ
ージ／コントローラ９と真空容器１による真空中のＸ線
検出器を機械的に結合し、かつ真空を保持するためのロ
ッド１０とベローズ機構１１、Ｘ線検出器の出力とステ
ージ／コントローラ９のステージ駆動量を取り込んで記
録するための検出器アンプ／アナログデジタル変換器１
２および演算装置１３などで構成されている。

【００７９】本実施例では、Ｘ線検出器は金属製のシー
ルドケース１４に納められ、不要な可視光や光電子がフ
ォトダイオード３９に照射されることを防止している。
さらにシールドケース１４は真空容器１に入れられ、排
気ポンプ１７によって超高真空に排気される。真空容器
１はシンクロトロンリングとゲートバルブを介して接続
される。シールドケース１４の最上流側にはアパーチャ
板３８が設けてあり、アパーチャ板３８には図９の様に
３個のピンホール３９が等間隔にあけてある。アパ−チ
ャ板３８は銅板製であり、シンクロトロン放射光の熱負
荷による温度上昇を抑えるために内部が水冷されてい
る。ピンホール３９の直径は０．５ｍｍ、Ｙ方向の間隔
は４ｍｍである。本実施例のシンクロトロン放射光ビー
ム１５の位置やサイズを測定する装置が測定しようとす
るビームの広がりσは２mm程度であり、ピンホール３９
の間隔はＹ方向にσの約２倍に設定されている。

【００８０】アパーチャ板３８上のピンホール３９の形
状は、円形でなくても構わない。例えば、長方形等でも
よい。また各開口は１枚の金属板に設けられている必要
はなく、１個の開口があいた３枚のアパーチャ板３８を
組み合わせてもよい。

【００８１】アパーチャ板３８の下流側には放射線によ
る損傷防止と、ＳＲ光１５に含まれる可視光遮蔽のため
に金属箔製のフィルタ１６、例えば厚さ数百μｍのアル
ミニウムを設けてある。均一な厚さのフィルタ１６を用
いた場合、３個あるフォトダイオード４０のうち、中央
のフォトダイオード４０はビーム１５の中心に近いので
他の２個のフォトダイオード４０に比較して強いＸ線が
照射される。このため、放射線による損傷が起りやす
い。そこで、中央のフォトダイオード４０のみに更に１
枚フィルタ１６を付加し、３個のフォトダイオード４０
に入射するＸ線の強度がほぼ等しくなるようにしてあ
る。こうすることで、センサの寿命を長くすることがで
きる。本実施例では、１枚の均一な厚さのフィルタ１６
に加え、中央のフォトダイオードのみに更に１枚フィル
タ１６を付加してあるが、このほかに中央部分のみの厚
さが厚くなった１枚のフィルタ１６を用いても同様の効
果が得られる。

【００８２】フィルタ１６の下流にはアパーチャ板３８
の３つの開口に対応する位置に検出器を構成する３個の
フォトダイオード４０が設けてある。ピンホール３９の
下流に設けられたフォトダイオード４０は直径５ｍｍの
円形受光面を持っていて、ピンホール３９を通過した光
は全てフォトダイオード４０の受光面に入射する。

【００８３】真空容器１の外にはＹステージが設けてあ
り、真空容器１中のシールドケース１４とロッド１０で
つながれている。ベローズ１１の一端にロッド１０が、
もう一方の端がチャンバ１に溶接され、真空を保持しな
がら、Ｙ方向に駆動することができる。

【００８４】次に校正の手順について説明する。校正の
際には、ビームサイズが異なった条件で、Ｙスキャンし
ながら３つのフォトダイオード４０の出力値を計測する
ことが必要である。予めビームサイズを知ることはでき
ないが、ビームサイズに影響を及ぼす他のパラメータを
変えて測定を行えばよい。例えば、ビームサイズは蓄積
電流値に依存して変化する。そこで、電流値が異なる時
に、Ｙスキャンしながら３つのフォトダイオード４０の
出力値を計測すればよい。

【００８５】ある電流値のとき、ピンホール３９を伴っ
たフォトダイオード４０のＹ方向に離れたそれぞれの出
力を各々Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とする。そして、Ｙスキャン
時の素子出力比Ｒ１、Ｒ２をＹの関数として算出する。
ここで、Ｒ１およびＲ２は次式で表される。

【００８６】

【数７】 次に３個のフォトダイオード４０の出力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ
３をそれぞれＹの関数としてガアウシアンでフィッティ
ングし、ビームのΥ方向の太さ＝σ１、σ２、σ３を求
め、これの平均値をビームの太さσとする。以上のデー
タ処理によって、σとＹの関数としてＲ１、Ｒ２を求め
る。

【００８７】電流値が異なる条件でＹスキャンを繰り返
し、σ、Ｙ、Ｒ１、 Ｒ２のテーブルを蓄積し、校正関数
を決定する。例えば、蓄積ビーム電流値が１００ｍＡか
ら１００ｍＡ毎に１Ａまでの１０点でスキャンを行う。
本実施例ではσ、 Ｙを、Ｒ１、Ｒ２の多項式としてフィ
ッティングする。例えば、次式のように置いて、実測さ
れたσやＹとの差の２乗和が最小になるように、各係数
を求める。

【００８８】

【数８】 Ｒ１としては、Ｓ１とＳ２との比を反映するパラメータ
ならよいので、例えば、次式のように、Ｓ１とＳ２との
比の対数等を用いて同様に校正を行ってもよい。

【００８９】

【数９】 ３個のフォトダイオード４０の感度が異なる場合には、
係数をかけてピーク出力が等しくなるように規格化す
る。すなわち、Ｓ１の出力の最大値がＳ１ｍａｘ、Ｓ２
の出力の最大値がＳ２ｍａｘ、Ｓ３の出力の最大値がＳ
３ｍａｘ、であった場合、Ｓ１／Ｓ１ｍａｘ、Ｓ２／Ｓ
２ｍａｘ、Ｓ３／Ｓ３ｍａｘ、をそれぞれ規格化した検
出器出力として、Ｒ１、 Ｒ２、Ｒ３を求めて校正を行え
ばよい。校正を終えた後は、ビーム１５の中心が３個の
ピンホール３９のうち、中央のピンホールに入射するよ
うにＹステージを固定し、３個のフォトダイオード４０
の出力を測定する。測定されたＳ１、Ｓ２、Ｓ３の値か
ら数５によるＲ１、Ｒ２を算出し、これを先の校正によ
って決定した次の校正関数に代入し、ビームの太さσ、
位置Ｙを算出する。

【００９０】

【数１０】 ただし、Ｒ１として、Ｒ１＝ｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ２）等を
用いて校正を行った場合には、これらのパラメータを校
正で得た関数に代入する。

【００９１】これらの計算は、フォトダイオード４０の
出力を検出器アンプ／アナログデジタル変換器１２のア
ナログ−デジタル変換器を用いて数値化し、コンピュー
タ１３で処理することによって、きわめて短時間に行う
ことができる。

【００９２】本実施例によれば、計測中はステージ駆動
が不要で、ある時刻のフォトダイオード４０の出力を演
算することで、直ちにビーム１５の位置と広がりを求め
ることができる。このため、短時間の変動も正確に測定
することができる。また、計測時はＹステージを移動す
る必要がないので、他の装置に振動等の悪影響を及ぼす
ことがない。電力の消費が少なく、また装置の寿命が長
い。

【００９３】［実施例６］図１１は本発明の第６の実施
例に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブ
ロック図であり、 図１２はその要部を示す斜視図であ
る。この装置では、３本の金属ワイヤを検出器としてシ
ンクロトロン放射光の位置やサイズを測定する。これら
の図において、この装置は、シンクロトロン放射光によ
るビーム１５が導入される真空容器１、シンクロトロン
放射光１５の検出器を構成する３本の金属ワイヤ４１、
金属ワイヤ４１をＹ方向に駆動するステージコントロー
ラ９、Ｘ線検出器の出力とステージ駆動量を取り込んで
記録する演算装置１３などから構成される。図１１およ
び図１２において、図３および図４と同一の要素には同
一の符号を付した。

【００９４】本実施例では、シンクロトロン放射光１５
の検出器として３本の金属ワイヤ４１を用いる。ワイヤ
４１は真空容器１に入れられ、排気ポンプ１７によって
超高真空に排気される。真空容器１はシンクロトロンリ
ングとゲートバルブを介して接続される。３本のワイヤ
４１はセラミック等の絶縁物でビーム１５面と平行に保
持される。絶縁物は真空容器１の外のＹステージと機械
的に結合され、Ｙ方向に駆動される。第１と第２のワイ
ヤ４１の間隔はビーム１５のＹ方向のサイズの約２倍
で、ビーム計測時はビーム１５に対しほぼ対称な位置に
ある。第３のワイヤ４１は、第１と第２のワイヤの中間
位置からビームのＹ方向のサイズの約１．５倍に等しい
距離だけＹ方向に離れている。

【００９５】ワイヤ４１としては金がメッキされたタン
グステンワイヤ等が用いられる。太さは例えば０．０１
〜０．５ｍｍ程度である。ワイヤ４１は真空容器１外の
バイアス電圧印加回路／電流電圧変換回路４２のバイア
ス印加回路に導線で接続され、真空容器１に対して数Ｖ
から数百Ｖの電圧が印加される。このワイヤ４１にシン
クロトロン放射光１５が照射されると、光電子が発生
し、印加電圧による電場によって移動するので、ワイヤ
４１に電流が流れる。この電流を検出するため、ワイヤ
４１はバイアス電圧印加回路／電流電圧変換回路４２の
電流−電圧変換回路にも接続されている。電流−電圧変
換回路の出力は検出器アンプ／アナログデジタル変換回
路１２のアナログ−デジタル変換回路を経て演算装置１
３に取り込まれる。

【００９６】予め、第５の実施例と同様な手順で校正関
数の算出を行い、その後は、この校正関数に測定値を代
入してビーム１５の位置やサイズを算出する。

【００９７】［実施例７］図１３は本発明の第７の実施
例に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブ
ロック図であり、 図１４はその要部を示す斜視図であ
る。この装置では、３本の金属ワイヤを検出器としてシ
ンクロトロン放射光の位置やサイズを測定する。これら
の図において、この装置は、シンクロトロン放射光によ
るビーム１５が導入される真空容器１、シンクロトロン
放射光１５の検出器を構成する３本の金属ワイヤ４１、
Ｘ線検出器の出力とステージ駆動量を取り込んで記録す
る演算装置１３などから構成される。図１３および図１
４において、図１１および図１２と同一の要素には同一
の符号を付した。

【００９８】本実施例では、シンクロトロン放射光の検
出器として３本の金属ワイヤ４１を用いる。ワイヤ４１
は真空容器１に入れられ、排気ポンプ１７によって超高
真空に排気される。真空容器１はシンクロトロンリング
とゲートバルブを介して接続される。３本のワイヤ４１
はセラミック等の絶縁物でビーム１５面と平行に保持さ
れる。ワイヤ４１としては金がメッキされたタングステ
ンワイヤ等が用いられる。太さは例えば０．０１〜０．
５ｍｍ程度である。ワイヤ４１は真空容器１外のバイア
ス電圧印加回路／電流電圧変換回路４２のバイアス電圧
印加回路に導線で接続され、真空容器１に対して数Ｖか
ら数百Ｖの電圧が印加される。このワイヤ４１にシンク
ロトロン放射光１５が照射されると、光電子が発生し、
印加電圧による電場によって移動するので、ワイヤ４１
に電流が流れる。この電流を検出するため、ワイヤ４１
はバイアス電圧印加回路／電流電圧変換回路４２の電流
−電圧変換回路にも接続されている。電流−電圧変換回
路の出力は検出器アンプ／アナログデジタル変換器１２
のアナログ−デジタル変換回路を経て演算装置１３に取
り込まれる。

【００９９】本実施例では、校正関数を用いず、測定値
よりガウス関数を直接算出する。強度分布関数はガウス
分布関数で近似出来る。すなわち、次式のように表現で
きる。

【０１００】

【数１１】 ここでＩ０はビームの全強度、Ｙ０はビームの中心位
置、σはビームの広がりである。

【０１０１】本実施例のビーム計測装置では、３つの異
なるＹに対し、ビーム強度観測値が３点ある。すなわち
ＹとＩのデータが３組得られる。Ｉ０とＹ０とσを３つ
の未知数に対して連立方程式を解いてＩ０とＹ０とσを
算出する。この方法では予め校正関数を求める必要がな
く、真空中の検出器を移動するための駆動機構やベロー
ズ機構などが不要で、装置構成が単純なため、価格が低
くなり、信頼性も向上する。

【０１０２】［実施例８］図１５は本発明の第８の実施
例に係るシンクロトロン放射光計測装置の構成を示すブ
ロック図であり、 図１６はその要部を示す斜視図であ
る。この装置では、シンクロトロン放射光の位置やサイ
ズを測定するために、２枚の金属（電極）板と１本の金
属ワイヤの光電効果を用いている。これらの図におい
て、この装置は、シンクロトロン放射光によるビーム１
５が導入される真空容器１、長方形の穴（矩形開口４
７）があいたアパーチャ板４６、この後方の対応する位
置に配置され、アパーチャ板４６を通過したシンクロト
ロン放射光１５のＹ方向の範囲を規制する２枚の電極板
４４、１本の金属ワイヤ４３、アパーチャ板４６と電極
板４４および金属ワイヤ４３をＹ方向に駆動するステー
ジ／コントローラ９、電極板４４とワイヤ４３の光電流
値とステージ／コントローラ９のステージ駆動量を取り
込んで記録する演算装置１３などから構成される。図１
５および図１６において、図９および図１０と同一の要
素には同一の符号を付した。

【０１０３】本実施例ではシンクロトロン放射光を２枚
の電極板４４と１本のワイヤ４３に照射し、それからの
光電子を計測する。計測装置全体は真空容器１に納めら
れている。最上流に長方形の穴（矩形開口４７）があい
たアパーチャ板４６が設けてあり、矩形開口４７により
シンクロトロン放射光ビーム１５のＸ方向の幅を規制す
る。アパーチャ板４６に設けられた矩形開口４７のＹ方
向の幅はビーム１５の幅より充分大きく、シンクロトロ
ン放射光ビーム１５のＹ方向の幅は規制されない。アパ
ーチャ板４６の後方にＹ方向を規制する２枚の電極板４
４のＣ，Ｄが設けられている。

【０１０４】電極板４４Ｃ，Ｄ、および金属ワイヤ４３
にはビーム１５のＹ方向の一部が照射されるので、これ
からの光電流をＹが異なる位置に設置された３個の検出
器の出力として用いることができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
ンクロトロン放射光源からのビームを複数の受光手段で
直接受光して得た複数のビーム強度の情報に基づいてビ
ームの強度プロファイルを特定するためのパラメータを
演算する、あるいはシンクロトロン放射光源からのビー
ムの複数のビーム強度の計測情報に基づいてシンクロト
ロン照射光源から直接出射されたビームの強度プロファ
イルを特定するためのパラメータを演算する、ようにし
たことで、きわめて短時間にプロファイル特定のための
パラメータ、例えばビームの太さσ、位置Ｙを計測する
ことができる。このため、従来の技術では知りえなかっ
た短時間の変動を正確に計測することが可能となる。ま
た本発明によれば、校正の時を除いて、計測中はステー
ジを駆動することが必須でない。このため、電力消費が
小さく、維持費用が低く抑えられる。また、シンクロト
ロン放射光を利用する他の計測装置などに振動等の悪影
響を及ぼすことが少ない。また、ステージを駆動するの
は校正の時等に限られるので、べローズやステージ機構
等の装置の損耗が少なく、装置の寿命を非常に長く延ば
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図２の装置の要部を示す斜視図である。

【図２】 本発明の第１の実施例に係るシンクロトロン
放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の第２の実施例に係るシンクロトロン
放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図４】 図３の装置の要部を示す斜視図である。

【図５】 本発明の第３の実施例に係るシンクロトロン
放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図６】 図５の装置の要部を示す斜視図である。

【図７】 本発明の第４の実施例に係るシンクロトロン
放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図８】 図７の装置の要部を示す斜視図である。

【図９】 本発明の第５の実施例に係るシンクロトロン
放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】 図９の装置の要部を示す斜視図である。

【図１１】 本発明の第６の実施例に係るシンクロトロ
ン放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】 図１１の装置の要部を示す斜視図である。

【図１３】 本発明の第７の実施例に係るシンクロトロ
ン放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】 図１３の装置の要部を示す斜視図である。

【図１５】 本発明の第８の実施例に係るシンクロトロ
ン放射光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１６】 図１５の装置の要部を示す斜視図である。

【図１７】 従来のシンクロトロン放射光測定装置の構
成を示すブロック図である。

【図１８】 図９の装置の要部を示す斜視図である。

【図１９】 従来例に係るビームの広がりσおよびＹ方
向位置を算出する方法を示すグラフである。

【図２０】 本発明のシンクロトロン放射光測定装置の
測定原理を示すグラフである。

【図２１】 本発明のシンクロトロン放射光測定装置の
測定原理を示す他のグラフである。

【図２２】 本発明のシンクロトロン放射光測定装置の
測定原理を示す他のグラフである。

【符号の説明】

１：真空容器、２：ピンホール、４：縦スリット、５：
アパーチャ板、７，８：フォトダイオード、９：ステー
ジ／コントローラ、１０：ロッド、１１：ベローズ機
構、１２：検出器アンプ／アナログデジタル変換器、１
３：演算装置、１４：シールドケース、１５：ビーム、
１６：フィルタ、１７：排気ポンプ、１８：金属ワイ
ヤ、１９：全強度検出器、２０：絶縁物、２１：バイア
ス印加回路／電流電圧変換回路、２２：アパーチャ板、
２３：イオンチャンバ、２４：シンクロトロン放射光光
源、２６：ベリリウム窓、２８：蓄積電流値、２９，３
０：アパーチャ板、３１，３２：金属板、３３：アパー
チャ、３４：ピンホール、３５：アパーチャ板、３６：
フォトダイオード、３７：ステージ機構、３８：アパー
チャ板、３９：ピンホール、４０：フォトダイオード、
４１：金属ワイヤ、４２：バイアス電圧印加回路／電流
電圧変換回路、４３：金属ワイヤ、４４Ｃ，４４Ｄ：電
極板、４５，４６：アパーチャ板、４７：アパーチャ
（矩形開口）。

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シンクロトロン放射光源からのビームを
   複数の受光手段で直接受光する計測手段と、前記計測手
   段により得られた複数のビーム強度の情報に基づいて該
   ビームの強度プロファイルを特定するためのパラメータ
   を演算する演算手段とを具備することを特徴とするシン
   クロトロン放射光計測装置。
2. 【請求項２】 前記パラメータはシート状に放射される
   前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代表
   値であることを特徴とする請求項１に記載のシンクロト
   ロン放射光計測装置。
3. 【請求項３】 シンクロトロン放射光源からの前記ビー
   ムについてその厚さ方向の全範囲にわたって積分した全
   強度を計測する全強度計測手段と、前記ビームの強度を
   その厚さ方向の位置が異なる２点で計測する２点強度計
   測手段と、前記全強度および２点の強度に基づいて前記
   ビームの厚さ方向の大きさを演算する演算手段とを具備
   することを特徴とする請求項１または２に記載のシンク
   ロトロン放射光計測装置。
4. 【請求項４】 前記２点強度計測手段を前記ビームの厚
   さ方向に移動する手段を有することを特徴とする請求項
   ３に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
5. 【請求項５】 前記全強度計測手段は、前記ビームの厚
   さ方向の全範囲にわたって一度で受光できる受光面を有
   する放射光検出器を有することを特徴とする請求項３ま
   たは４に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
6. 【請求項６】 前記全強度計測手段は、シンクロトロン
   蓄積電流を検出することにより前記全強度を計測するも
   のであることを特徴とする請求項３または４に記載のシ
   ンクロトロン放射光計測装置。
7. 【請求項７】 前記全強度計測手段は、前記２点で強度
   が計測されるビームが取り出されるビームラインとは別
   のビームラインから取り出されるビームについて全強度
   を計測するものであることを特徴とする請求項３〜６の
   いずれか１項に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
8. 【請求項８】 前記２点間の間隔は前記ビームの厚さ方
   向の大きさの１．５倍以下または２．５倍以上であるこ
   とを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載のシ
   ンクロトロン放射光計測装置。
9. 【請求項９】 前記演算手段は、前記全強度および２点
   の強度に基づいて前記ビームの厚さ方向の位置または大
   きさを演算するための校正関数を、予め行なった前記全
   強度の計測および前記厚さ方向に移動させながら行なう
   前記２点の強度についての計測の結果に基づいて求める
   ものであることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１
   項に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
10. 【請求項１０】 前記予め行なった全強度および２点の
    強度の計測は、シンクロトロン蓄積電流値が異なる複数
    の条件下で行なったものであることを特徴とする請求項
    ９に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
11. 【請求項１１】 前記シンクロトロン放射光源からの前
    記ビームの強度をその厚さ方向の位置が異なる３点で計
    測する３点強度計測手段と、前記３点のビームの強度に
    基づいて前記パラメータを演算する演算手段とを具備す
    ることを特徴とする請求項１または２に記載のシンクロ
    トロン放射光計測装置。
12. 【請求項１２】 前記３点強度計測手段を前記ビームの
    厚さ方向に移動させる手段を有することを特徴とする請
    求項１１に記載のシンクロトロン放射光計測装置。
13. 【請求項１３】 前記演算手段は、３点の強度に基づい
    て前記パラメータを演算するための校正関数を、前記厚
    さ方向に移動させながら行なう前記３点の強度について
    の計測の結果に基づいて求めるものであることを特徴と
    する請求項１１または１２に記載のシンクロトロン放射
    光計測装置。
14. 【請求項１４】 前記３点の強度の計測は、シンクロト
    ロン蓄積電流値が異なる複数の条件下で行なったもので
    あることを特徴とする請求項１３に記載のシンクロトロ
    ン放射光計測装置。
15. 【請求項１５】 前記校正関数は多項式であることを特
    徴とする請求項９、１０、１３または１４いずれかに記
    載のシンクロトロン放射光計測装置。
16. 【請求項１６】 前記３点強度計測手段を前記ビームの
    厚さ方向に移動させる手段を用いることなく、前記校正
    関数なしに前記３点のビームの強度に基づいて前記パラ
    メータを演算することを特徴とする請求項１１に記載の
    シンクロトロン放射光計測装置。
17. 【請求項１７】 シンクロトロン放射光源からの前記ビ
    ームを複数の受光手段で直接受光することにより、該ビ
    ームの強度プロファイルを特定するためのパラメータを
    計測することを特徴とするシンクロトロン放射光計測方
    法。
18. 【請求項１８】 前記パラメータはシート状に放射され
    る前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代
    表値であることを特徴とする請求項１７に記載のシンク
    ロトロン放射光計測方法。
19. 【請求項１９】 シンクロトロン放射光の前記ビームに
    ついてその厚さ方向の全範囲にわたって積分した全強度
    を計測する全強度計測工程と、前記ビームの強度をその
    厚さ方向の位置が異なる２点で計測する２点強度計測工
    程と、前記全強度および２点の強度に基づいて前記ビー
    ムの厚さ方向の大きさを演算する演算工程とを具備する
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載のシンク
    ロトロン放射光計測方法。
20. 【請求項２０】 前記２点の強度測定点を前記ビームの
    厚さ方向に移動する工程を有することを特徴とする請求
    項１９に記載のシンクロトロン放射光計測方法。
21. 【請求項２１】 前記全強度の計測は、前記ビームの厚
    さ方向の全範囲にわたって一度で受光できる受光面を有
    する放射光検出器により行なうことを特徴とする請求項
    １９または２０に記載のシンクロトロン放射光計測方
    法。
22. 【請求項２２】 前記全強度の計測は、シンクロトロン
    蓄積電流を検出することにより行なうことを特徴とする
    請求項１９または２０に記載のシンクロトロン放射光計
    測方法。
23. 【請求項２３】 前記全強度の計測は、前記２点で強度
    が計測されるビームが取り出されるビームラインとは別
    のビームラインから取り出されるビームについて行なう
    ことを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記
    載のシンクロトロン放射光計測方法。
24. 【請求項２４】 前記２点間の間隔は前記ビームの厚さ
    方向の大きさの２．５倍以上であることを特徴とする請
    求項１９〜２３のいずれか１項に記載のシンクロトロン
    放射光計測方法。
25. 【請求項２５】 前記演算工程では、前記全強度および
    ２点の強度に基づいて、前記ビームの厚さ方向の位置ま
    たは大きさを、予め行なった前記全強度の計測および前
    記厚さ方向に移動させながら行なう前記２点の強度につ
    いての計測の結果に基づいて求めた校正関数を用いて演
    算することを特徴とする請求項１９〜２４のいずれか１
    項に記載のシンクロトロン放射光計測方法。
26. 【請求項２６】 前記予め行なった全強度および２点の
    強度の計測は、シンクロトロン蓄積電流値が異なる複数
    の条件下で行なったものであることを特徴とする請求項
    ２５に記載のシンクロトロン放射光計測方法。
27. 【請求項２７】 前記シンクロトロン放射光の前記ビー
    ムの強度をその厚さ方向の位置が異なる３点で計測する
    ３点強度計測工程と、前記３点のビームの強度に基づい
    て前記パラメータを演算する演算工程とを具備すること
    を特徴とする請求項１７または１８に記載のシンクロト
    ロン放射光計測方法。
28. 【請求項２８】 前記３点強度計測工程を前記ビームの
    厚さ方向に移動させる工程を有することを特徴とする請
    求項２７に記載のシンクロトロン放射光計測方法。
29. 【請求項２９】 前記演算工程は、３点の強度に基づい
    て前記パラメータを演算するための校正関数を、前記厚
    さ方向に移動させながら行なう前記３点の強度について
    の計測の結果に基づいて求めるものであることを特徴と
    する請求項２７または２８に記載のシンクロトロン放射
    光計測方法。
30. 【請求項３０】 前記３点の強度の計測は、シンクロト
    ロン蓄積電流値が異なる複数の条件下で行なったもので
    あることを特徴とする請求項２９に記載のシンクロトロ
    ン放射光計測方法。
31. 【請求項３１】 前記校正関数は多項式であることを特
    徴とする請求項２５、２６、２９または３０いずれかに
    記載のシンクロトロン放射光計測方法。
32. 【請求項３２】 前記３点強度計測工程を前記ビームの
    厚さ方向に移動させる工程を用いることなく、前記校正
    関数なしに前記３点のビームの強度に基づいて前記パラ
    メータを演算することを特徴とする請求項２７に記載の
    シンクロトロン放射光計測方法。
33. 【請求項３３】 シンクロトロン放射光源からのビーム
    の複数のビーム強度の計測情報に基づいて、シンクロト
    ロン照射光源から直接出射されたビームの強度プロファ
    イルを特定するためのパラメータを演算する演算手段を
    有することを特徴とするシンクロトロン放射光計測装
    置。
34. 【請求項３４】 前記パラメータはシート上に放射され
    る前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代
    表値であることを特徴とする請求項３３に記載のシンク
    ロトロン放射光計測装置。
35. 【請求項３５】 シンクロトロン放射光源からのビーム
    の複数のビーム強度の計測情報に基づいて、シンクロト
    ロン照射光源から直接出射されたビームの強度プロファ
    イルを特定するためのパラメータを演算することを特徴
    とするシンクロトロン放射光計測方法。
36. 【請求項３６】 前記パラメータはシート上に放射され
    る前記ビームの厚さ方向に関する位置と大きさを示す代
    表値であることを特徴とする請求項３５に記載のシンク
    ロトロン放射光計測方法。