JPH03236200A - シンクロトロン放射光装置 - 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］ 本発明は高輝度放射光発生装置としての電子蓄積リング
に係り、特に半導体リソグラフィに好適な垂直方向照射
野拡大装置に関する。

［従来の技術］ 超々ＬＳＩ′！Ｒ造過程では、サブミクロン級の微細な
回路パターン′を転写するために、１０人前後の短波長
をもち、強力で平行性に富んだＸ線源が要求されている
。電子蓄積リングからのシンクロトロン放射光は、その
ための有望なＸ線源として注目されている。

第９図には、電子￥Ｓ積リングを用いたごく一般的なシ
ンクロトロン放射光発生装置を示す、電子蓄積リングは
、電子ビームを偏向させる偏向磁石１、ビーム軌道を水
平及び垂直方向に収束させる機能をもつ四極磁石２１，
２２、周回電子の放射光損失を補うための高周波加速空
胴３等により構成されている。半導体は露光装置４の中
で、リングからの放射光２０により露光される。

放射光２０の放射特性を第１０図に示す０周回電子の閉
軌道１１の偏向部から放射光２ｏが放射される。この場
合、偏向部のある一点９０に着目すると、細長い円錐状
の放射光８１が、その点９０から軌道面に平行に放射さ
れる。従って、偏向部の２点９１．９２の間から放射さ
れる放射光２０は、前記の円錐状の放射光８１を軌道面
に平行かつ扇状に広げた放射形状をもつ。このため。

第９図の露光装置４に入ってくる放射光２０は、水平方
向の照射野が広いのに対し、垂直方向の照射野が狭いと
いう特徴をもつ、放射光２０の垂直方向の広がり角０は
１／γ［ｒａｄ］程度である。ここにγは電子の静止質
量に対する周回電子の相討論的質量の比を表わす、半導
体リソグラフィに使われる放射光用の電子蓄積リングで
は通常γ２１０１でＯｚ　１　［ｍｒａｄ］となる。こ
のため１．放射光のビームラインの長さを１０［ｍｌに
とっても、垂直方向の照射野は約１０［ｍｕ］にしかな
らず、また放射光強度も一様ではない、半導体リソグラ
フィでは、３０〜５０ＩＩＩ１１程度の垂直方向の照射
野が必要とされるため、垂直方向の照射野を拡大するこ
とが必要となる。

そこで、垂直方向の照射野を拡大する有力な方法として
、電子軌道揺動法がある。これは、公開特許公報（特開
昭６２−１３０３００）に詳述されている。

この方法では、別途設けた垂直方向偏向磁石を交流運転
することにより、周回電子を基準電子軌道垂直方向に波
動運転させ、その波動の節近くで放射光を取り出す、こ
の様子を第１１図に示す、電子軌道７０は、節７３を形
成しながら、軌道７１゜７２の間を振動する。これに伴
い、節７３付近から取り出された放射光６０も、放射光
６１．Ｇ２の間を振動する。これにより、実効的に垂直
方向の照射野を拡大することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では１周回電子軌道に対する垂直方向の波
動運動における節あるいはその近くで放射光を取り出す
ために、放射光が本来もつ平行性が低下するという問題
があった。

本発明の目的は、放射光が本来もつ質の高い平行性を保
持しながら、垂直方向の照射野を拡大することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は１周回電子軌道を軌道面に対して垂直方向に
偏向させる複数の垂直方向偏向磁石を。

蓄積リングの構造的−周期当り一個ずつ設置し。

その励磁量を周期的に変え、水平方向偏向磁石部におい
て、元の平衡軌道に対してほぼ平行になるように平衡軌
道を元の平衡軌道面に対して垂直方向に振らせることに
より達成される。

あるいは、蓄積リングの構造的−周期当りに複数個ずつ
設置した垂直方向偏向磁石の励磁量を周期的に変えて、
平衡軌道を元の平衡軌道のまわりに波動状に蛇行させ、
且つ水平方向偏向磁石部に該波動の節ではなく腹をもっ
てくることによっても達成される。

あるいは更に、蓄積リングの高周波加速空胴における高
周波周波数をシンクロトロン周波数よりも低い周波数で
時間的に変えることによって上記目的を達成することが
できる。

［作　用］ 第２図を用いて本発明の基本原理を説明する。

第２図には１周期的構造をもつ電子蓄積リングの枯造的
−周期における磁石配置と電子の閉軌道の垂直方向変位
を示す、水平面内で偏向させる水平方向偏向磁石１、単
一あるいは複数の四極磁石２１．２２、及び真空ダクト
１０等で構成した従来形の一般的な電子？！Ｊ積リシリ
ングいて、電子軌道を垂直面内で偏向させる垂直方向偏
向磁石５を設置する。

ここで、垂直方向偏向磁石５の水平方向の磁場によって
、電子の平衡軌道は、垂直方向に摂動を受ける。この摂
動の影響は平衡軌道全体に及ぶ。

このため、電子軌道は四極磁石２１．２２の各々の中心
部から垂直方向にずれる。このため、電子は、四極磁石
２１．２２においても、（磁場勾配）×（垂直方向のず
れ）程度の水平方向の磁場を感じることになる。電子の
平衡軌道は、垂直方向偏向磁石５や四極磁石２１，２２
等のすべての水平方向の磁場を考慮して、全体がセルフ
コンシステントになるように決定される。この結果、電
子の平衡軌道１１は垂直方向に移動し、新たな平衡軌道
１２を形成する。このとき、水平方向偏向磁石１内では
、この新たな平衡軌道１２の勾配はゆるやかであり、も
との平衡軌道１１とほぼ平行である。このため、偏向磁
石１内から取り出されるシンクロトロン放射光は１元の
平衡軌道に対してほぼ平行に放射される。

この新たな平衡軌道１２を上下に振動させれば。

シンクロトロン放射光の発生源が上下に移動することに
なり、またこのときの平衡軌道１２の平行性はほぼ保た
れているので、シンクロトロン放射光の平行性を保持し
たまま、垂直方向の照射野を拡大できる。

［実　施　例］ 以下、本発明の一実施例を第１ないし第３図により説明
する。

第１図に示す、水平方向偏向磁石１．四極磁石２１．２
２、高周波加速空胴３．真空ダクト１０等でも５成され
た周期的構造を有する電子管積リングにおいて１図示の
如くも１造的−周期当りに夫々１つの垂直方向偏向磁石
５を設け、その励′ｍ証を周期的に変化させる励磁電源
６を′８置する。

以上の構成のもとに、電子を蓄積した状態で、垂直方向
偏向磁石５を励磁すると、電子の平衡軌道は第２図に示
したように、基準平衡軌道１１がら平衡軌道１２に変化
する。さらに、垂直方向偏向磁石５の励磁量を周期的に
変化させる。このとき、複数の垂直方向偏向磁石５の励
磁量を、同一あるいはほぼ同一にとっておけば、平衡軌
道は第３図の１２１ないし１２４のように変化する。こ
のとき、複数の水平方向偏向磁石１の偏向軌道部で発生
するシンクロトロン放射光の垂直方向の照射野は、水平
方向偏向磁石１の偏向軌道部での電子軌道の垂直方向の
振動幅と同程度に広げることができる。

本実施例によれば、従来の電子軌道揺動法にくらべて、
より少ない個数の垂直方向偏向磁石で、シンクロトロン
放射光の照射野を垂直方向に広げることができる。

第二の実施例を第６図および第７図により説明する。水
平方向偏向磁石１、四極磁石２１，２２、高周波加速空
胴３、真空ダクト１０等で構成された周期的構造を有す
る電子蓄積リングにおいて、図示の如＜　ｔＭ造的−周
期当り少なくとも２個の垂直方向偏向磁石５１．５２を
設け、これらの励磁量を周期的に変化させる励磁電源６
１．６２を設置する。

以上の構成のもとに、垂直方向偏向磁石５１゜５２を用
いて、第７図のように基準平衡軌道１１を垂直方向に歪
ませて新たな平衡軌道１３を形成する。この場合、水平
方向偏向磁石１内では、基準平衡軌道１１と平衡軌道１
３はほぼ平行になるように垂直方向偏向磁石５１．５２
の励磁量の関係を決定する。さらに、垂直方向偏向磁石
５１゜５２の励磁量を周期的に変化させ、平衡軌道１３
を上下に振動させる。このとき、水平方向偏向磁石１内
の平衡軌道１３は平衡軌道の振動の腹の部分に位置する
ことになる。したがって、平衡軌道は水平方向偏向磁石
１内で基準平衡軌道に対してほぼ平行に上下することに
なり、シンクロトロン放射光の基準平衡軌道に対する平
行性を保持したまま、垂直方向の照射野を広げることが
できる。

本実施例によれば、垂直方向に企んだ平衡軌道１３は、
元の基準平衡軌道１１と交わり、交点１４を形成する。

交点１４では平衡軌道は変位しないため、この位置に高
周波加速空胴３を配置すれば、電子ビームの安定性が高
まり、より多くの電流を蓄積できるという効果がある。

第三の実施例を第８図および第４図、第５図により説明
する。水平方向偏向磁石１、四極磁石２１．２２、高周
波加速空胴３、真空ダクト１０等で構成された電子蓄積
リングにおいて、励磁量一定の垂直方向偏向磁石５を図
示の如く設置する。

また、高周波加速空胴３に高周波電磁波を送りこむ高周
波増幅器３１の前段に、高周波電磁波の周波数を周期的
に変化させる発振器３２を設ける。

この場合、高周波電磁波の周波数変化の周期は、電子の
周回周期の振動、すなわちシンクロトロン振動の周期よ
りも充分長くとることが肝要であり、この場合に限り、
電子の中心エネルギーは周波数の変化に追随して変化し
、これにともなって平衡軌道も変化する。その変化のよ
うすは、第４図に示すごとく、垂直方向偏向磁石の水平
方向磁場によって歪んだ平衡軌道１２を中心に、軌道１
３１゜１３２のごとく上下に振動する。

この動作原理は次のごとくである。すなわち、電子の平
衡軌道のリング−周あたりの長さ、つまり周長け、シン
クロトロン振動により、高周波加速周波数が決まれば一
義的に決まる。従って、高周波加速周波数を変化させる
と周長も変化することになる０周長が変化すると、平衡
軌道上の電子のエネルギーも変化する。このエネルギー
変化によって、平衡軌道は第４図のごとく上下振動する
。

当然のことながら、このエネルギー変化により、平衡軌
道は垂直方向ばかりでなく水平方向にもずれる。しかし
、この場合でも、第５図に示したごく、放射光の平行性
を保持しながら、垂直方向の照射野を拡大することがで
きる。

本実施例によれば、垂直方向偏向磁石５の励磁量は周期
的に変化することなく、常に一定にできるという効果が
ある。

［発明の効果］ 本発明によれば、シンクロトロン放射光の水平方向の平
行性を保持したまま、垂直方向の照射野を広げることが
できるという効果がある。従来の電子軌道揺動法では平
衡軌道の波動運動の節近くで放射光を取り出すので放射
角は約１　［ｍｒａｄ］から５〜１０　［ｍｒａｄ］に
大きくなるが１本発明によれば、約１　［ｍｒａｄ］の
放射角がほぼそのまま維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の基本原理及び第一の実施
例を示すもので、第１図はシンクロトロン放射光発生装
置の平面構成概要図、第２図は構造的−周期の磁極配こ
とその配置方向に対する電子の平衡軌道の垂直方向変位
図、第３図は垂直方向偏向磁石を周期的に変化させた場
合の電子の垂直方向変位図、第４図及び第５図は本発明
の第三の実施例での電子の垂直方向変位図及び平衡軌道
上の電子エネルギーが変化した場合の摂動電子軌道を示
す立体図、第６図は本発明の第二の実施例の平面構成概
要図、第７図は該第二の実施例での電子軌道の垂直方向
変位図、第８図は本発明の第三の実施例の平面構成概要
図、第９図は従来の装置の一例の平面構成概要図、第１
０図は放射光の通常の放射特性を示す図、第１１図は従
来の電子軌道揺動法による照射野拡大の様子を示す図で
ある。 １・・・水平方向偏向磁石　３・・・高周波加速空胴４
・・・露光装置 ５．５１．５２・・・垂直方向偏向磁石１０・・・真空
ダクト　　　２１，２２・・・四極磁石１１．７０・・
・元の平衡軌道 １２．７１，７２，１２１〜１２４，１３１，１３２・
・・垂直方向に歪んだ平衡軌道 ３１・・・高周波増幅器 ３２・・・発振器 ６１゜ ６２・・・垂直方向偏向磁石用電源 ２０゜ ５０゜ ８１・・・シンクロトロン放射光 （他１名） ・面周のりｍ迷甲洞 ４・・　・露 光 装 置 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電子を水平方向に偏向させる水平方向偏向磁石と、
   電子を水平及び垂直方向に収束させる四極磁石と、電子
   を加速する高周波加速空胴と、電子を蓄積する真空ダク
   ト等とによって構成された周期的構造を有する電子蓄積
   リングの上記水平方向偏向磁石内からの放射光を取り出
   す様にしたシンクロトロン放射光装置において、電子の
   平衡軌道を軌道面と垂直方向に偏向させる複数の垂直方
   向偏向磁石を電子蓄積リングの構造的一周期当りに１つ
   ずつ設置し、電子の平衡軌道を上記水平方向偏向磁石内
   において、元の平衡軌道面に対して垂直方向にほぼ平行
   移動させるように上記複数の垂直方向偏向磁石の励磁量
   を時間的に周期的に変化させる励磁用電源手段を備えた
   ことを特徴とするシンクロトロン放射光装置。 ２　電子を水平方向に偏向させる水平方向偏向磁石と、
   電子を水平及び垂直方向に収束させる四極磁石と、電子
   を加速する高周波加速空胴と、電子を蓄積する真空ダク
   ト等とによって構成された周期的構造を有する電子蓄積
   リングの上記水平方向偏向磁石内からの放射光を取り出
   す様にしたシンクロトロン放射光装置において、電子の
   平衡軌道を軌道面と垂直方向に偏向させる複数の垂直方
   向偏向磁石を電子蓄積リングの構造的一周期当りに１つ
   ずつ設置し、電子の平衡軌道を元の平衡軌道面と交差す
   るように元の平衡軌道面に対して垂直な方向に波動状変
   位した軌道を形成する如く蛇行させ、該波動状の軌道の
   元の平衡軌道面に対する勾配の小さい部分が上記水平方
   向偏向磁石内に来るように上記複数の垂直方向偏向磁石
   の励磁量を時間的に周期的に変化させる励磁用電源手段
   を備えたことを特徴とするシンクロトロン放射光装置。 ３　特許請求の範囲第１項及び第２項記載のシンクロト
   ロン放射光装置において、垂直方向偏向磁石の励磁量を
   時間的に一定にして、高周波加速周波数を周期的に変化
   させる発振器を設けたことを特徴とするシンクロトロン
   放射光装置。