JPH04289700A - シンクロトロン放射光発生装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒子を、電子蓄積リン
グの真空ダクト内を周回させて、シンクロトロン放射光
を得るシンクロトロン放射光発生装置に関する。

【０００２】近年、、半導体装置の高集積化、高密度化
に伴い、半導体基板に微細パターンを形成するにあたり
、シンクロトロン放射光（ＳＯＲ）を用いてＸ線露光を
行っている。このシンクロトロン放射光は、電子蓄積リ
ング内を電子又は陽電子の粒子が光速に近い速度で振動
しながら周回し、該粒子の運動方向の変化時に放射され
るものであり、高安定化のシンクロトロンの放射光が得
られる安価な発生装置が望まれている。そのため、電子
蓄積リング内を周回する粒子の振動数の変動を防止する
必要がある。

【０００３】

【従来の技術】図３に、従来のシンクロトロン放射光発
生装置の概略図を示す。図３において、シンクロトロン
放射光発生装置１は、入射器２と連通する超高真空の電
子蓄積リングの真空ダクト３の所定位置に複数の偏向電
磁石４が設けられており、所定の偏向電磁石４部分によ
りシンクロトロン放射光を放射するビームライン５が連
通している。ある偏向電磁石４間には３個の四極電磁石
６が複数組で設けられ、該四極電磁石６が設けられてい
ない偏向電磁石４間の一箇所に電子又は陽電子の粒子を
高周波の電界により加速する高周波加速空洞７が設けら
れている。

【０００４】ここで、図４に従来の図３における電磁石
を説明するための図を示す。図４（Ａ）は偏向電磁石を
示したもので、図４（Ｂ）は四極電磁石を示したもので
ある。図４（Ａ）における偏向電磁石４は、偏平状に形
成された真空ダクト３の上下より内部に磁界を印加させ
る逆「コ」の字状のものである。この偏向電磁石４は入
射器２より入射した粒子を真空ダクト３内を周回させる
ために軌道を曲げる働きをなす。また、図４（Ｂ）にお
ける四極電磁石６は、筒状のヨークの内空に対向して４
つの磁極Ｐ１　〜Ｐ４　が９０度間隔に形成されたもの
である。この四極電磁石６は粒子が真空ダクト３内を安
定に周回し続けるために該粒子ビームを収束、発散させ
る働きをなす。

【０００５】このようなシンクロトロン放射光装置１は
、例えばＸ線露光技術に使用する場合、入射器２より入
射した粒子が電子蓄積リングの真空ダクト３の中を、各
電磁石４，６からの電磁力を受けながらある平衡軌道の
周りを振動して周回しながらシンクロトロン放射光を放
射する。これを、ビームライン５を通ってステッパ露光
装置に導くものである。

【０００６】ところで、粒子の平衡軌道は、各電磁石４
，６の配置や、理想的な磁場強度からのずれなどによっ
て決定される。また、粒子の振動は、一般にベータトロ
ン振動と呼ばれているもので、リング状の真空ダクト３
を一周する間に振動する振動数がチューンと呼ばれる。 すなわち、チューンは四極電磁石の強さで決定され、収
束力を強めれば振動数が増加し、発散力を強めれば振動
数が減少する。この場合、四極電磁石６の収束力や発散
力が強すぎると、粒子は発散して安定に周回できなくな
る。

【０００７】ここで、図５に従来における粒子周回の安
定領域の傾向を説明するためのグラフを示す。図５は安
定領域の例としてＵＶＳＯＲ（国立分子科学研究所シン
クロトロン放射光施設）の場合を示したものである。図
５のグラフにおいて、横軸に収束用の四極電磁石（ＱＦ
）６の強さを示し、縦軸に発散用の四極電磁石（ＱＤ）
６の強さを示している。ここで、Ｋは四極電磁石の強さ
を表わす量である。すなわち、図５中、安定領域の各交
点で粒子のチューンが決定される。例えば、図５の振動
を粒子の水平方向とすると、粒子の垂直方向の振動も同
様に決定され、すなわちチューンは水平、垂直に二値が
存在するものである。一方、四極電磁石６は、水平方向
に収束力を有するものは垂直方向に発散力として作用し
、逆に水平方向に発散力を有するものは垂直方向に収束
力として作用するという関係があり、水平方向のチュー
ンを増やせば垂直方向のチューンが減少する。

【０００８】そこで、図６に、従来のチューン測定を説
明するための概念図を示す。図６におけるチューン測定
は一般にＲＦＫＯ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｎｃｙ　Ｋ
ｎｏｃｋ−Ｏｕｔ）　システムと呼ばれる装置を用いる
もので、例えば電子蓄積リングの真空ダクト３内を周回
する電子ｅ−　（又は陽電子ｅ＋　）に可変周波数振動
発生器１０より増幅器１１を介して振動磁場発生器（Ｒ
ＦＫＯ）１０ａにより水平又は垂直方向の磁場を印加し
して振動させ、その周波数を変化させることで粒子の共
鳴状態を観ることによりチューン測定を行うものである
。すなわち、粒子の振動数は共鳴周波数に対応するもの
で、シンクロトロン放射光を光モニタ（検出器）１２に
より検出し、信号処理器１３を介してスペクトラム・ア
ナライザ１４にかけて、粒子の振幅の変化をシンクロト
ロン放射光強度として観測するものである。または、真
空ダクト３より位置モニタ電極（又はピックアップ用電
極）１５で粒子の振幅をピックアップし、スペクトラム
・アナライザ１４により粒子が振動することで誘起され
る電圧の変化を周波数分解して処理を行うものである。

【０００９】一方、図７に、従来のシントントロン放射
光の動作点と共鳴線の傾向を説明するためのグラフを示
す。図７は、ＵＶＳＯＲについてのグラフであるが一般
の蓄積リングについても同様の傾向を示すものである。 一般に、チューンをνＸ　，νＹ　とすると、λＸ　・
νＸ　＋λＹ　・νＹ　＝Ｋ　　…（１）の条件を満た
す時は、粒子は安定して周回することができない。ここ
でλ，Ｋと共に整数である。例えば、（λＸ　，λＹ　
）が、（０，１）又は（１，０）の時は整数共鳴と呼ば
れ、（０，２）又は（２，０）の時は半数共鳴と呼ばれ
る。すなわち、図７中、実線は整数共鳴線線，破線は半
整数共鳴線を表わし、粒子はこの線上のチューンで安定
に周回できない。。従って、四極電磁石６の磁場分布中
の均一度や設置誤差によってこれらの共鳴強さが決定さ
れるが、例えば図７中Ａ（νＸ　＝２．２５，νＹ　＝
１．２５）のように共鳴線を避けてチューン設定をする
ものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、四極電磁石６
を駆動する電源がドリストしたり、また温度による該四
極電磁石６の位置が変動するとチューンが時間と共に変
化する。これによりチューンが図７における共鳴線にか
かると粒子が短命化し、又は軌道が発散して失われる。 また、チューンが上記共鳴線にかからない場合でも、前
述の平衡軌道がチューンの大きさに依存していることか
ら、偏向電磁石４中をでの粒子軌道が変化し、ひいては
ステッパ露光装置に導かれるシンクロトロン放射光の光
源としての位置が変化してビームライン５内のスリット
（図示せず）等で遮られ、該ステップ露光装置に放射光
が届かないという事態が生じる。

【００１１】そのため、上記電源の変動を防止すること
は非常に高価となると共に、設置場所の温度調節を行っ
ているが、何らかの原因でずれたチューンに、シンクロ
トロン放射光が利用されない時に例えば入射直後熟練者
による補正を要するという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、安価であり，自動的にチューンを補正して電源
や温度の調節を不要とするシンクロトロン放射光発生装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は、電子蓄積リ
ングの真空ダクト内を振動しながら周回する粒子を、該
真空ダクトの所定位置に設けられた四極電磁石により収
束、発散させて安定周回させ、偏向電磁石により該粒子
を偏向して放射光を得るシンクロトロン放射光発生装置
において、前記真空ダクト内を周回する粒子の振動数を
所定時間ごとに測定する測定手段と、該測定手段により
測定された振動数と予め設定した設定値とを比較してず
れ量を算出する演算手段と、該演算手段によるずれ量に
応じて、前記四極電磁石の励磁電流を増減して該粒子を
該設定値の振動数で周回させるべく補正する補正手段と
を有する構成とすることにより解決される。

【００１４】

【作用】上述のように、周回粒子の振動数を所定時間ご
とに測定し、これを設定値と比較してずれ量を算出する
。そして、このずれ量に応じて四極電磁石の励磁電流を
増減して該設定値のチューンで粒子を周回させるべき補
正を行っている。

【００１５】これにより、粒子は自動的に常に一定値の
チューンで真空ダクト内を周回することから、四極電磁
石を駆動する電源や設置場所の温度の調整を不要とする
ことが可能となり、製作コストの低減を図ることが可能
となる。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の構成図を示す。 なお、図３及び図６と同一の構成部分には同一の符号を
付す。図１において、シンクロトロン放射光発生装置１
Ａ　は、真空ダクト３内を周回する電子又は陽電子の粒
子に、トリガによって可変周波数振動発生器１０より増
幅器１１を介して振動磁場発生器１０ａより水平又は垂
直の磁場を印加して振動させる。この粒子の振動は位置
モニタ電極１５により検出され信号処理器１６を介して
スペクトラム・アナライザ１４に入力され、スペクトラ
ム・アナライザ１４はトリガ部２０からのトリガにより
電圧変化で周波数分解を行い、チューン計算部２１によ
り振動数を測定する。この可変周波数振動発生器１０，
増幅器１１，振動磁場発生器１０ａ，位置モニタ電極１
５，信号処理器１６，スペクトラム・アナライザ１４，
トリガ部２０及びチューン計算部２１により測定手段を
構成する。

【００１７】チューン計算部２１の出力が加算器２２に
入力され、メモリ部２３からのチューン設定値と比較し
てずれ量を算出する。この加算器２２及びメモリ部２３
により演算手段を構成する。

【００１８】加算器２２からのずれ量は、制御部２４に
入力され、マップデータ部２５のデータに基づいて電源
部２６を駆動する。電源部２６は水平用の収束用四極電
磁石（ＱＦ）４ａ及び垂直用の発散用四極電磁石（ＱＤ
）４ｂを駆動する。この制御部２４，マップデータ部２
５及び電源部２６により補正手段を構成する。

【００１９】なお、電子蓄積リングの他の構成は図３と
同様である。

【００２０】このような、シンクロトロン放射光発生装
置１Ａ　は測定手段において、まず、真空ダクト３内を
周回する粒子を、トリガによって可変周波数振動発生器
１０で駆動する振動磁場発生器１０ａにより振動させ、
該振動を位置モニタ電極１５により検出してスペクトラ
ム・アナライザ１４に取り込む。トリガ部２０は、所定
時間ごとにスペクトラム・アナライザ１４にトリガをか
け、トリガに応じてスペクトラム・アナライザ１４が粒
子の振動で誘起される電圧の変化を周波数分解（νＸ　
，νＹ　）してチューン計算部２１に送る。そして、チ
ューン計算部２１において該粒子の振動数ν１　を算出
する。 すなわち、所定時間間隔で粒子の振動数を自動的に測定
するものである。

【００２１】チューン計算部２１により算出された振動
数ν１　は、加算器２２により、予めメモリ部２３に設
定されたチューン設定値（νＸＯ，νＹＯ）からの振動
数ν２　と比較され、その差をずれ量Δνとして制御部
２４に入力する。

【００２２】制御部２４は、加算器２２からのずれ量Δ
νに基づいて、マップデータ部２５に予めメモリされて
いるチューン補正のための電流値を決定する。ここで、
図２に本発明のチューン補正を行うマップデータ値のグ
ラフを示す。図２のグラフは、ＵＶＳＯＲでのチューン
と四極電磁石４ａ，４ｂとの強さの関係を示したもので
、予め四極電磁石４ａ，４ｂの励磁電流の増減とチュー
ンのシフト量との対応を測定しておき、マップデータ部
２５にマップを作成しておいたものである。すなわち、
横軸の水平方向の振動数νＸ　と縦軸の垂直方向の振動
数νＹ　との関係で、水平用四極電磁石（ＱＦ）４ａの
強さＫと垂直用四極電磁石（ＱＤ）４ｂの強さＫとのパ
ラメータであり、これに従って制御部２４がずれ量Δν
との補間処理を行い、励磁電流量の増減値をΔＩを決定
する。そして、制御部２４は増減値ΔＩにより電源部２
６を制御する。電源部２６を制御する。電源部２６は増
減値ΔＩにより水平用四極電磁石（ＱＦ）４ａを駆動す
ると共に、垂直用四極電磁石（ＱＤ）４ｂを駆動するも
のである。

【００２３】これにより、真空ダクト３内を周回する粒
子は自動的に常に一定の振動数により周回する。従って
、高精度の電磁石電源や厳しい温度調節機構が不要とな
り、製作コストを安価にすることができる。また粒子の
長寿命化やシンクロトロン放射光の光源位置の保持が可
能となり、高いスループットを達成し、安定なＸ線露光
を行うことができるものである。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、周回粒子
の振動数を所定時間ごとに測定して設定値との比較によ
りずれ量を算出し、このずれ量に応じて四極電磁石の励
磁電流を増減して補正することにより、安価であり、自
動的にチューンを補正して電源や温度の調節を不要とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明のチューン補正を行うマップデータ値を
示したグラフである。

【図３】従来のシンクロトロン放射光発生装置の概略図
である。

【図４】従来の図３における電磁石を説明するための図
である。

【図５】従来における粒子周回の安定領域の傾向を説明
するためのグラフである。

【図６】従来のチューン測定を説明するための概念図で
ある。

【図７】従来のシンクロトロン放射光の動作点と共鳴線
の傾向を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１，１Ａ　　　シンクロトロン放射光発生装置３　　真
空ダクト ４　　偏向電磁石 ６　　四極電磁石 １０　　可変周波数振動発生器 １４　　スペクトラム・アナライザ ２３　　メモリ部 ２４　　制御部 ２５　　マップデータ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子蓄積リングの真空ダクト（３）内
   を振動しながら周回する粒子を、該真空ダクト（３）の
   所定位置に設けられた四極電磁石（６）により収束、発
   散させて安定周回させ、偏向電磁石（４）により該粒子
   を偏向して放射光を得るシンクロトロン放射光発生装置
   において、前記真空ダクト（３）内を周回する粒子の振
   動数を所定時間ごとに測定する測定手段（１０，１０ａ
   ，１１，１４，１５，１６，２０，２１）と、該測定手
   段（１０等）により測定された振動数と予め設定した設
   定値とを比較してずれ量を算出する演算手段（２２，２
   ３）と、該演算手段（２２，２３）によるずれ量に応じ
   て、前記四極電磁石（６）の励磁電流を増減して該粒子
   を該設定値の振動数で周回させるべく補正する補正手段
   （２４〜２６）と、を有することを特徴とするシンクロ
   トロン放射光発生装置。