JP3100000B2 - 放射光発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射光発生装置に係り、
特に１台または複数の電子蓄積リングと入射器とを有す
る放射光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩ製造のためのＸ線リソグラフィ
ー用の強力Ｘ線源として、近年シンクロトロン放射光
（いわゆるＳＯＲ光）が注目されている。

【０００３】図３は従来のＳＯＲ光装置を示す。図３に
おいて、符号１は入射用シンクロトロン加速器を、符号
２はビーム輸送系を、符号３は電子蓄積リングを示す。
前段入射器１４から放射された電子ビームはシンクロト
ロン１で加速された後ビーム輸送系２を通り分岐用磁石
１１により分岐させられ蓄積リング３に導かれる。蓄積
リング３内の電子は真空ダクト７上に置かれた偏向磁石
６によりビーム軌道８上の周回運動を行なう。符号４は
ＳＯＲ光９を通すためのビームラインを、符号５は放射
光モニターを、符号１２はビーム電流モニターを、符号
１０は電子を加速するための高周波加速空胴を、符号１
３は制御系を示す。

【０００４】このように構成された放射光装置を半導体
装置の製造に適用するためには安定したＳＯＲ光が照射
できるようにする事が必要となる。安定したＳＯＲ光を
得るためには入射器シンクロトロン１から蓄積リング３
へのビーム輸送を効率よく行なう必要がある。このため
にシンクロトロン１と蓄積リング３との間でバンチされ
たビームの同期をとって転送する。このためにはリング
間の周長は高周波の波長の整数倍に合わせることが望ま
しい。

【０００５】しかしながら実際のリングの周長は各磁石
の製作誤差および設置誤差により設計の周長からずれ
る。周長がずれるということは設計値のＲＦ周波数で運
転するとビームの平衡軌道がリングの中心軌道からず
れ、リングのアクセプタンスが狭くなることを意味す
る。

【０００６】次に具体的にどの程度リングのアクセプタ
ンスが変化するかの計算をしてみる。周長の変化による
ビームエネルギーの変化は次式のモーメンタム−コンパ
クションファクタ（momentum compaction factor ）α
で表される。

【０００７】 α＝（△Ｃ／Ｃ）／（△Ｐ／Ｐ） （式１） ここでＣはリングの周長、Ｐは電子ビームの運動量を示
す。

【０００８】リングの周長として１０ｍ、周長の誤差を
１cmと仮定する。αはリングのラテイスにより変化する
が０．１と仮定すると、△Ｐ／Ｐ＝０．０１となって電
子ビームのエネルギーで１％変化することに対応する。
この値は電子シンクロトロンから出射されるビームの典
型的なエネルギー幅０．１％と比較すると１０倍大きな
値になっている。ここでリングのエネルギー分散関数の
最大値を約１ｍとすると、エネルギーが１％ずれるとビ
ーム軌道は１cmずれることになる。このため一般には加
速周波数を調整することでビームの平衡軌道がリングの
設計軌道に合わせる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらリング間
でビームを転送する場合に前述のようにリング間の加速
周波数を一致させる場合を考えると、かってに周波数を
変更できないのでビームの平衡軌道が中心軌道よりずれ
てリングのアクセプタンスが減少する。この結果ビーム
損失が大きくなり放射線遮蔽上に問題点があった。

【００１０】一方、周波数を各リング毎に合わせようと
する場合にはビーム輸送の際に同期をとる必要があり、
ビームモニターの信号等を用いたタイミングシステムが
必要となる。しかしながら、ビーム輸送の際に同期をと
ろうとすると同期をとるために時間がかかり、とくに周
波数の差が小さい時に問題となる。またビームモニター
からのタイミング信号の時間ばらつきが大きいため入射
時に同期が十分にとれずにビームをロスするという問題
点があった。

【００１１】上述のように、入射シンクロトロンから１
台または複数の蓄積リングに入射する放射光発生装置に
おいて、各リングの周長は磁石の製作および設置誤差に
より設計値よりずれていることが多い。このためリング
間のバンチ転送を行なうためにリング間の加速周波数の
同期をとるとビームの平衡軌道とリングの中心軌道がず
れてリングのアクセプタンスが減少するという問題点が
あった。

【００１２】また、加速周波数を各リング毎に最適に設
定した場合にはバンチ転送をするために特別のタイミン
グシステムが必要となる。このタイミングシステムの時
間基準はビームモニター等からの信号を利用することに
なるが、この方式ではタイミング信号の時間のばらつき
が大きいため、入射時のアクセプタンスが減少するとい
う問題点があった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、電子ビーム入射
時のビーム損失を減少させ、蓄積リングへ必要量の電子
ビームを入射させるのに要する入射時間を減少させると
ともに、電子蓄積リングの放射線遮蔽を簡素化できる放
射光発生装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による放射光発生装置は、入射される電子ビ
ームを加速する入射用シンクロトロン加速器と、電子ビ
ームを輸送するビーム輸送部と、このビーム輸送部に接
続され前記入射用シンクロトロン加速器から電子ビーム
が輸送される１台または複数台の電子蓄積リングと、加
速された電子ビームを各々の前記電子蓄積リングへ出射
するときに各々の前記電子蓄積リングの各々の最適加速
周波数に合うように前記入射用シンクロトロン加速器の
加速周波数を調整する加速周波数調整手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１５】また、前記加速周波数調整手段はさらに、
前記入射用シンクロトロン加速器へ入射した電子ビーム
を前記入射用シンクロトロン加速器の中心軌道長さで決
まる所定加速周波数で加速するために前記入射用シンク
ロトロン加速器の加速周波数を所定加速周波数に調整す
ることが好適である。

【００１６】また、前記入射用シンクロトロン加速器お
よび各々の前記電子蓄積リングに電子ビーム平衡軌道の
位置を測定するためのモニター装置を設けることが好適
である。

【００１７】また、前記入射用シンクロトロン加速器に
おいて電子ビーム出射用機器が配置される直線部のエネ
ルギー分散関数をゼロ付近にすることが好適である。

【００１８】

【作用】上記のように構成された放射光発生装置は、入
射用シンクロトロン加速器の加速周波数を、蓄積リング
の最適加速周波数に調整することができ、また必要なら
ば入射用シンクロトロン加速器の所定加速周波数に調整
することも可能である。

【００１９】すなわち、入射用シンクロトロン加速器へ
入射した電子ビームは加速された後、適時選択される電
子蓄積リングへ出射される。各々の電子蓄積リングは各
々のリングの中心軌道長さ等で規定される最適加速周波
数を有し、また各々の電子蓄積リングの最適加速周波数
は同一とは限らない。そこで、入射用シンクロトロン加
速器で加速された電子ビームを選択された電子蓄積リン
グへ出射しようとするときに、選択された電子蓄積リン
グの最適加速周波数に合うように入射用シンクロトロン
加速器の加速周波数を加速周波数調整手段により調整す
る。

【００２０】このようにして、入射用シンクロトロン加
速器で電子ビームを加速の後、電子ビームサイズが十分
に小さくなったときに、入射用シンクロトロン加速器の
加速周波数を、加速された電子ビームが転送される相手
の蓄積リングの最適加速周波数に変更し、入射用シンク
ロトロン加速器のリングと電子蓄積リングのリング間の
バンチ転送を効率よく行なう。これによって、電子蓄積
リングへの電子ビームの入射効率が向上するため必要な
電子ビームを短時間で入射注入することができ入射時間
を短縮することができる。さらに電子ビームの損失を減
少させることができるので、必要な放射線遮蔽を簡素化
することができる。

【００２１】また、電子蓄積リングの最適加速周波数に
合うように入射用シンクロトロン加速器の加速周波数を
調整する前の段階において、入射用シンクロトロン加速
器へ入射した電子ビームを入射用シンクロトロン加速器
の中心軌道長さ等で規定される所定加速周波数にて加速
するために、入射用シンクロトロン加速器の加速周波数
を加速周波数調整手段によって入射用シンクロトロン加
速器の所定加速周波数に調整する。

【００２２】このようにして入射用シンクロトロン加速
器の所定加速周波数で運転することにより、電子ビーム
の平衡軌道が入射用シンクロトロン加速器のリングの中
心軌道に一致させることができる。これによって入射用
シンクロトロン加速器のリングのアクセプタンスを減少
させることなく、前段入射器から電子ビームを入射させ
ることができる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明による放射光発生装置の実施例
を図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の一実施例を示す平面図であ
る。図１に示すように放射光発生装置には、入射用シン
クロトロン加速器１の加速周波数を調整するための加速
周波数調整装置１６が設けられている。加速周波数調整
装置１６は制御部１３に接続されるとともに、入射用シ
ンクロトロン加速器１の高周波加速装置２０、および各
々の電子蓄積リングの高周波加速装置１０に接続されて
いる。

【００２５】各々の電子蓄積リング３の高周波加速装置
１０は前もって各々のリングの中心軌道長さ等で規定さ
れる最適の加速周波数に調整されている。この加速周波
数の調整は加速周波数調整装置１６を利用して行うこと
ができる。

【００２６】次にまず、リング立ち上げ時に入射用シン
クロトロン加速器１は適当な加速周波数で運転され、シ
ンクロトロン１のリングおよび各蓄積リング３のリング
内に配置されたビーム位置モニター１５あるいは放射光
モニター５によりリングの中心軌道からのズレを測定す
る。

【００２７】次にシンクロトロン１のリングおよび各蓄
積リング３リングの中心軌道を通る加速周波数を計算
し、あるいは実際に加速周波数を変えることにより求め
る。以上の計算または測定により、シンクロトロン１の
中心軌道を通過するために必要なシンクロトロン１の所
定加速周波数、および各蓄積リング３の各リングの中心
軌道を通過するために必要な各リングに対する最適加速
周波数を求める。

【００２８】また、前段入射器１４からシンクロトロン
１への電子ビームを入射させる時には、入射用シンクロ
トロン加速器１の高周波加速装置２０の設定される加速
周波数は入射用シンクロトロン加速器１の中心軌道長さ
等で規定される所定加速周波数になるように加速周波数
調整装置１６により設定される。このため前段入射器１
４からの電子ビームは効率的に入射用シンクロトロン加
速器１へ入射される。

【００２９】電子ビームが入射用シンクロトロン加速器
１において加速され加速終了後に、入射用シンクロトロ
ン加速器１の加速周波数は電子ビームを出射する相手の
蓄積リング３の最適加速周波数にあうように加速周波数
調整装置１６により変更される。

【００３０】この時、入射用シンクロトロン加速器１の
加速周波数は所定加速周波数からはずれることになる
が、電子ビームのサイズは十分に小さくなっているので
入射用シンクロトロン加速器１におけるビームロスはな
い。

【００３１】また、さらに蓄積リング３への入射は、そ
の蓄積リング３の最適加速周波数で行われるので、その
蓄積リング３のアクセプタンスを減少させることはな
い。

【００３２】この結果、入射用シンクロトロン加速器１
および蓄積リング３へのビームの入射効率を従来例より
向上させることができ、総合的に入射時間の短縮が可能
となる。さらにビームロスの減少にともない各リングの
放射線遮蔽の簡素化が可能となる。

【００３３】次に、本発明の第二の実施例を説明する。
本実施例の平面図を図２に示す。本実施例による放射光
発生装置においては入射用シンクロトロン加速器１は４
極電磁石１７を有する。入射用シンクロトロン加速器１
の電子ビーム出射点１８を含む直線部におけるエネルギ
ー分散は両隣の直線部に配置された４極電磁石１７の励
磁量を調整することによりゼロ付近に設定されている。

【００３４】まず、リング立ち上げ時に入射用シンクロ
トロン加速器１は適当な加速周波数で運転され、シンク
ロトロン１のリングおよび各蓄積リング３のリング内に
配置されたビーム位置モニター１５あるいは放射光モニ
ター５によりリングの中心軌道からのズレを測定する。

【００３５】次にシンクロトロン１のリングおよび各蓄
積リング３の中心軌道を通る加速周波数を計算し、ある
いは実際に加速周波数を変えることにより求める。以上
の計算または測定により、シンクロトロン１の中心軌道
を通過するために必要なシンクロトロン１の所定加速周
波数、および各蓄積リング３の中心軌道を通過するため
に必要な各リングに対する最適加速周波数を求める。

【００３６】また、前段入射器１４からシンクロトロン
１への電子ビームを入射させる時には、入射用シンクロ
トロン加速器１の高周波加速装置２０の設定される加速
周波数は入射用シンクロトロン加速器１の中心軌道長さ
等で規定される所定加速周波数になるように加速周波数
調整装置１６により設定される。このため前段入射器１
４からの電子ビームは効率的に入射用シンクロトロン加
速器１へ入射される。

【００３７】電子ビームが入射用シンクロトロン加速器
１において加速され加速終了後に、入射用シンクロトロ
ン加速器１の加速周波数は電子ビームを出射する相手の
蓄積リング３の最適加速周波数にあうように加速周波数
調整装置１６により変更される。

【００３８】この時、入射用シンクロトロン加速器１の
加速周波数は所定加速周波数からはずれることになる
が、電子ビームのサイズは十分に小さくなっているので
入射用シンクロトロン加速器１におけるビームロスはな
い。

【００３９】また、さらに蓄積リング３への入射は、そ
の蓄積リング３の最適加速周波数で行われるので、その
蓄積リング３のアクセプタンスを減少させることはな
い。

【００４０】この結果、シンクロトロンおよび蓄積リン
グへのビームの入射効率を従来例より向上させることが
でき、総合的に入射時間の短縮が可能となる。さらにビ
ームロスの減少にともない各リングの放射線遮蔽の簡素
化が可能となる。

【００４１】また、さらに入射用シンクロトロン加速器
１の出射部におけるエネルギー分散関数がゼロ付近の値
のため、相手方の電子蓄積リング３にあわせて加速周波
数調整装置１６により加速周波数を変更した場合でも出
射部において電子ビームの位置が変化しない。このため
一定エネルギーで出射した場合は出射機器の設定が各蓄
積リング３に対して同一で済むため制御が簡素化できる
という利点がある。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入射用シンクロトロン加速器の加速周波数を調整する加
速周波数調整手段を設けたので、各々の電子蓄積リング
の各々の最適加速周波数に合うように入射用シンクロト
ロン加速器の加速周波数を調整することができる。

【００４３】この結果、入射用シンクロトロン加速器か
ら蓄積リングへの電子ビームの入射効率を向上させるこ
とができ、必要な量の電子ビームを入射させるのに要す
る入射時間を短縮させることができる。

【００４４】また、電子ビームのロスを減少させること
ができるので各電子蓄積リングの放射線遮蔽を簡素化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放射光発生装置の第一の実施例を
示す平面図。

【図２】本発明による放射光発生装置の第二の実施例を
示す平面図。

【図３】従来の放射光発生装置を示す平面図。

【符号の説明】

１ 入射電子シンクロトロン加速器 ２ ビーム輸送系 ３ 電子蓄積リング ４ 放射光ビームライン ５ 放射光モニター ６ 偏向電磁石 ７ 真空ダクト ８ ビーム軌道 ９ 放射光 １０ 高周波加速装置 １１ 分岐用電磁石 １２ ビーム電流モニター １３ 制御部 １４ 前段入射器 １５ ビーム位置モニター １６ 加速周波数調整装置 １７ ４極電磁石 １８ シンクロトロン出射点 ２０ 高周波加速装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射される電子ビームを加速する入射用シ
   ンクロトロン加速器と、電子ビームを輸送するビーム輸
   送部と、このビーム輸送部に接続され前記入射用シンク
   ロトロン加速器から電子ビームが輸送される１台または
   複数台の電子蓄積リングと、加速された電子ビームを各
   々の前記電子蓄積リングへ出射するときに各々の前記電
   子蓄積リングの各々の最適加速周波数に合うように前記
   入射用シンクロトロン加速器の加速周波数を調整する加
   速周波数調整手段とを備えることを特徴とする放射光発
   生装置。