JPH0672959B2

JPH0672959B2 - 荷電粒子装置の磁石

Info

Publication number: JPH0672959B2
Application number: JP62228538A
Authority: JP
Inventors: 俊二山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-09-14
Filing date: 1987-09-14
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS6472100A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は荷電粒子ビームを加速し或いは蓄積する荷電
粒子装置、特に荷電粒子ビームを集束又は発散させるた
めの荷電粒子装置における加工が容易な磁石に関するも
のである。〔従来の技術〕第５図は、例えばアイエスエスピー・レポート（ISSP00
82−4978,SerBNo.21,1988 ９月発行）に示された従来
の荷電粒子装置の平面図、第６図は四極電磁石の平衡軌
道に垂直な断面を示す断面図、第７図は第６図の磁極面
の拡大断面図、第８図は真空ドーナツツ内の内部断面図
であり、図において、（１）は荷電粒子ビームを蓄積す
るための蓄積リング、（２）は荷電粒子ビームを蓄積リ
ング（１）に導くための入射部ビームライン、（３）は
荷電粒子ビームを偏向して平衡軌道（４）を形成するた
めの偏向電磁石、（５）は荷電粒子ビームを偏向する際
に発生されるシンクロトロン放射光（SOR...シンクロト
ロン・オービタル・ラジエーシヨンの略語）を外部に取
に出してリソグラフイなどに利用するための放射光ビー
ムライン、（６）は荷電粒子ビームを集束させるための
四極電磁石、（７）は荷電粒子ビームの通路である真空
ドーナツツ、（８）は放射光を放射することによる荷電
粒子ビームのエネルギー損失を補い、これを所定のエネ
ルギーに加速するための高周波空洞、（９）は荷電粒子
ビームを入射部ビームライン（２）から真空ドーナツツ
（７）内に入射させるために荷電粒子ビームをパルス的
に偏向させるセプタムマグネツトである。第６図におい
て、（10）は鉄心、（11）は磁極面、（12）はコイル、
（13）はコイル（12）が励磁されて発生される磁場
（Ｂ）を表す磁力線、（ｘ）および（ｙ）は座標を示し
ておりそれぞれ横軸および縦軸である。第７図は第６図
の第１象限の拡大図であり、（ｒ_０）は真空ドーナツツ
（７）が挿入される部分であるクリアボア半径である。
ここで、第２象限から第４象限の磁極面は第１象限のも
のと全く同一であるので省略している。ここで、この荷電粒子装置の全体的な動作を簡単に説明
しておく。まず、入射部ビームライン（２）から入射さ
れた荷電粒子ビームがセプタムマグネツト（９）により
パルス的に偏向されて真空ドーナツツ（７）に入射され
る。次に、荷電粒子ビームは過渡的な軌道（バンプ軌道
という）を経たのち、偏向電磁石（３）と四極電磁石
（６）との配置により定まつた平衡軌道（４）に入り、
この軌道に沿つて長時間回転し続ける。一般的には、入射部ビームライン（２）と真空ドーナツ
ツ（７）とは同一平面内に配置される。例えば、入射部
ビームライン（２）内の荷電粒子ビームが水平方向に進
行して入射される場合には、セプタムマグネツト（９）
によつて荷電粒子ビームは水平方向の偏向を受ける。そ
して最終的には平衡軌道（４）に沿つて回転される。こ
こで、平衡軌道（４）に沿つて回転される荷電粒子ビー
ムが偏向電磁石（３）の磁界によつて偏向を受ける際
に、制動放射により放射光と呼ばれる電磁波が軌道接線
方向に水平に放射される。この放射光は偏向電磁石
（３）中の荷電粒子ビームの軌道上の任意の位置から得
ることができるので、一般的には放射光ビームライン
（５）は多数設けられた装置の利用効率の向上に役立て
られる。次に、第６図にす四極電磁石（６）について詳
細に説明する。xy平面は第５図に示す平衡軌道（４）に
垂直な面であり、座標原点は平衡軌道（４）と一致す
る。第７図に示される磁極面（11）の断面円弧部の形状
は双曲線を示しているので、次式のように表すことがで
きる。 2xy＝ｒ_０ ^２ ……（１）又、座標原点付近のｙ方向の磁界（By）は理想的には次
式で表すことができる。 By＝ax ……（２）（但し、ａは定数）（２）式は座標の１次に比例する磁界すなわち四極磁界
を表わしている。しかし、実際の四極電磁石（６）の発生磁界は（２）式
のように理想的ではなく、四極磁界成分の他に、六極、
八極などの高次の磁界成分を含んでいる。そのために、座標に対して直線的には磁界が変化せず、
曲線的に変化する。この傾向は座標原点から遠ざかり磁
極面（11）に近づくほど顕著となる。実際の四極電磁石
では、磁界出力の直線性（すなわち四極磁界成分）から
のずれを、ある一定割合以下に抑制するように指定す
る。その値は、必要な空間内において、通常、次の式で
示される値である。（以後、左辺の絶対値内をLNYとして説明する）。従来の荷電粒子装置の電磁石は前述のように構成され、
荷電粒子荘置が動作されて、荷電粒子ビームが発生し真
空ドーナツツ（７）内を回転する。この時に、この真空
ドーナツツ（７）に形成されるビーム断面（20）を第８
図に示す。このビーム断面（20）は、ｘ方向の幅２σ_ｘ、ｙ方向の
幅２σ_ｙにより表示される。σ_ｘとσ_ｙとは同一の場合
も、同一でない場合もある。またビーム断面（20）中心
の原点からのずれをCOD（Closed orbit distortion）と
呼び、ｘ方向のCODの大きさをｘ_COD、ｙ方向のそれをｙ
_CODとして第８図中に表示した。（21）は、磁界の直線性が極めて優れた良磁界領域、
（22）は真空ドーナツツ（７）を回転する際のビーム移
動範囲を示す。このCODの大きさは、偏向電磁石（３）
や四極電磁石（６）の発生磁界の誤差磁界成分の大きさ
などによつて定まるものである。通常、前述のｘ_CODがｙ_CODよりも大きく、ビーム移動範
囲（22）はだ円形状となる。従つて、この形状に合わせ
て、良磁界領域（21）もだ円状にする方がむだのない構
造である。なお、荷電粒子ビームが軌道上に周回させられる際に磁
場精度が悪く誤差磁場が多く含まれる場合にはビーム断
面（20）が著しく大きく成つたり、或いは崩壊したりす
る。〔発明が解決しようとする問題点〕前述のような従来の荷電粒子装置の電磁石では、磁極面
（11）の断面円弧部が双曲線になるように加工されてい
るので、この曲面加工における加工精度を上げることが
極めて困難であるという問題点、又、加工時間が長時間
に及ぶため人件費がかさみ結果として装置が高価になつ
てしまうという問題点があつた。この発明は前述のような問題点を解消するためになされ
たものであり、四極磁石の磁極面の加工が極めて容易で
あり、且つ、十分な精度の四極磁界成分を有する四極磁
石を備えた荷電粒子装置の磁石を得ることを目的とす
る。〔問題点を解決するための手段〕本発明に係る荷電粒子装置の磁石は、荷電粒子ビームを
加速、蓄積あるいは伝搬させるための磁極面を有すると
共に、前記磁極面の良磁界領域内に前記荷電粒子ビーム
のだ円状をなすビーム移動範囲が位置するようにした荷
電粒子装置の磁石において、前記ビーム移動範囲の短軸
方向に対向する前記磁極面の一方の領域を粗面とし、前
記粗面に隣接して形成され前記粗面よりも加工精度を上
げて加工した他方の領域を有し、前記良磁界領域が前記
ビーム移動範囲の最大外形形状にほぼ比例するようにし
た構成である。

【作用】

この発明においては、ビーム移動範囲の短軸方向に対向
する磁極面の一方の領域を粗面とし、この粗面に隣接し
てこの粗面よりも加工精度を上げて加工した他方の領域
を有し、だ円のビーム移動範囲の最大外形形状にほぼ比
例した良磁界領域が形成される。〔実施例〕第１図はこの発明で使用される荷電粒子装置の一例を示
す平面図、第２図はこの発明の一実施例の四極電磁石の
部分断面図、第３図はこの発明の良磁界領域を説明する
ための断面図、第４図はこの発明で得られる直線性を説
明する説明図であり、図において、（１）〜（５），
（７）〜（10），（12），（20），（ｒ_ｏ），
（σ_ｘ），（σ_ｙ）は従来例と全く同一であるので説明
を省略する。（6A）はこの発明の四極電磁石、（11A）
は磁極面、（21A）はこの発明で形成される良磁界領域
である。この発明の荷電粒子装置の磁石は前述のように構成され
ており、以下に開示するようにビーム断面（20）に則し
た良磁界領域（21A）を生成するように四極電磁石が加
工製作される。前述の良磁界領域（21A）は、従来の磁極面の加工精度
を最適化すること、すなわち、荷電粒子ビーム実験上全
く不要な領域の磁界精度が低下するよう加工精度を一部
分で粗くした製作方法を用いる。すなわち、第２図に示
すように、ビーム移動範囲（22）の短軸側に対向する磁
極面（11A）の一方の領域（RNG1）の部分の加工精度は
粗くして粗面とする。この粗面の形成手段としては、例
えば、平面カツトの組合せ、段階状カツトの組合せ、精
度が製図記号の（〜）以上に粗い曲面加工とする。これ
に対し、前記領域（RNG1）に隣接する他方の領域（RNG
2）の部分については、一方の領域（RNG1）の断面より
も加工精度を上げる。このように加工することによつて、四極電磁石（6A）の
良磁界領域（21A）が第３図に示すようにビーム移動範
囲（22）の断面形状にほぼ比例した円形状とすることが
できた。例えば、r₀＝５cmとすると、この時の四極電磁
石の発生磁界の直線性からのずれ、すなわち、四極磁界
成分に対する、六極磁界成分以上の誤差磁界成分の割合
を第４図に示す。すなわち、良磁界領域（21A）を、だ円状に形成させる
ことができ、また磁界の直線性|LNY|＝１×10^- ₃を確保
することができた。この領域の外側の領域では|LNY|＝
１×10^-2程度となる。なお、前述の実施例では、磁石については四極電磁石の
場合について述べたが、六極電磁石以上の電磁石でもよ
いし、電磁石以外の磁界発生源である永久磁石でもよ
い。〔発明の効果〕この発明においては以上説明したとおり、磁石はその良
磁界領域が前述の荷電粒子ビームのビーム移動範囲の形
状にほぼ比例するように加工されているので、ビーム断
面形状に則して磁極面の高精度加工すべき部分を最小に
抑えることができ、その分だけ製作が容易になり装置を
安価に製作できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例で使用される荷電粒子装置
の平面図、第２図はこの発明の四極電磁石の要部の部分
拡大図、第３図はこの発明の良磁界領域を示す断面図、
第４図はこの発明の直線性を説明するための断面図、第
５図は従来の四極電磁石を備えた荷電粒子装置の平面
図、第６図は従来の四極電磁石の平衡軌道に垂直な断面
を示す断面図、第７図は第６図の磁極面の要部の拡大断
面図、第８図は従来の真空ドーナツツ内の内部断面図で
ある。図において、（6A）はこの発明の四極電磁石、（11A）
は磁極面、（21A）は良磁界領域、（RNG1）は一方の領
域、（RNG2）は他方の領域、（22）はビーム移動範囲で
ある。なお、図において同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームを加速、蓄積あるいは伝搬
させるための磁極面を有すると共に、前記磁極面の良磁
界領域内に前記荷電粒子ビームのだ円状をなすビーム移
動範囲が位置するようにした荷電粒子装置の磁石におい
て、前記ビーム移動範囲の短軸方向に対向する前記磁極
面の一方の領域を粗面とし、前記粗面に隣接して形成さ
れ前記粗面よりも加工精度を上げて加工した他方の領域
を有し、前記良磁界領域が前記ビーム移動範囲の最大外
形形状にほぼ比例するように構成したことを特徴とする
荷電粒子装置の磁石。
【請求項２】前記磁極面は、電磁石に形成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子装
置の磁石。
【請求項３】前記磁極面は、永久磁石に形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子
装置の磁石。