JPH11211899A - 短波長光発生装置 - Google Patents
短波長光発生装置Info
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- JPH11211899A JPH11211899A JP10073649A JP7364998A JPH11211899A JP H11211899 A JPH11211899 A JP H11211899A JP 10073649 A JP10073649 A JP 10073649A JP 7364998 A JP7364998 A JP 7364998A JP H11211899 A JPH11211899 A JP H11211899A
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- JP
- Japan
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- light
- electron beam
- laser
- converged
- concave mirrors
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆コンプトン散乱効果を利用して大収量の短
波長光を発生させること。 【解決手段】 本発明の短波長光発生装置１は、少なく
とも１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０から成る反射手段と、
反射手段にレーザ光Ｌを入射するレーザ光源２と、レー
ザ光源２から入射され反射手段で収束かつ反復反射して
いるレーザ光Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射する電子
ビーム発生部３とを備えている。
波長光を発生させること。 【解決手段】 本発明の短波長光発生装置１は、少なく
とも１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０から成る反射手段と、
反射手段にレーザ光Ｌを入射するレーザ光源２と、レー
ザ光源２から入射され反射手段で収束かつ反復反射して
いるレーザ光Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射する電子
ビーム発生部３とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光子（フォトン）
と電子とを衝突させて短波長の光を生成する短波長光発
生装置に関する。
と電子とを衝突させて短波長の光を生成する短波長光発
生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置等の製造で適用されるフォト
リソグラフィーでは、レジスト材料に所定の露光を行
い、現像、エッチングを行うことによって下地材料のパ
ターニングを行っている。
リソグラフィーでは、レジスト材料に所定の露光を行
い、現像、エッチングを行うことによって下地材料のパ
ターニングを行っている。
【０００３】近年では、デザインルールの微細化に伴
い、波長の短い露光光源を用いてフォトリソグラフィー
を行う必要が生じており、光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザ（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波
長：１９３ｎｍ）などが使用されている。
い、波長の短い露光光源を用いてフォトリソグラフィー
を行う必要が生じており、光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザ（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波
長：１９３ｎｍ）などが使用されている。
【０００４】また、短波長の露光光を得るために、電子
ビームを利用したリソグラフィー技術や、シンクロトロ
ン放射を応用したＸ線ビームによるリソグラフィー技術
も検討されている。
ビームを利用したリソグラフィー技術や、シンクロトロ
ン放射を応用したＸ線ビームによるリソグラフィー技術
も検討されている。
【０００５】しかし、電子ビームを使用したリソグラフ
ィー技術は、多品種少量生産には向いているものの、ス
ループットが低いことから大量生産には不向きである。
また、シンクロトロン放射を応用したＸ線ビームによる
リソグラフィー技術は、Ｘ線源として大規模で複雑な装
置が必要とされ、半導体装置の製造コストの上昇を招く
という問題がある。
ィー技術は、多品種少量生産には向いているものの、ス
ループットが低いことから大量生産には不向きである。
また、シンクロトロン放射を応用したＸ線ビームによる
リソグラフィー技術は、Ｘ線源として大規模で複雑な装
置が必要とされ、半導体装置の製造コストの上昇を招く
という問題がある。
【０００６】そこで、小規模で短波長の露光光を得る技
術として、逆コンプトン散乱効果を利用することが考え
られている。この逆コンプトン散乱効果を利用した光源
では、相対論的速度で運動する電子による光の散乱によ
って電子の有するエネルギーをフォトンに与え、散乱さ
れた光の短波長化を図っている。
術として、逆コンプトン散乱効果を利用することが考え
られている。この逆コンプトン散乱効果を利用した光源
では、相対論的速度で運動する電子による光の散乱によ
って電子の有するエネルギーをフォトンに与え、散乱さ
れた光の短波長化を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、逆コン
プトン散乱では、電子とフォトンとの散乱断面積が１０
-27 ｃｍ2 と非常に小さいことから、得られるＸ線領域
等のフォトンの収量が小さいという問題がある。このた
め、フォトリソグラフィーにおいて十分なＸ線光量を得
ることができず、実用化に際しての課題となる可能性が
高い。
プトン散乱では、電子とフォトンとの散乱断面積が１０
-27 ｃｍ2 と非常に小さいことから、得られるＸ線領域
等のフォトンの収量が小さいという問題がある。このた
め、フォトリソグラフィーにおいて十分なＸ線光量を得
ることができず、実用化に際しての課題となる可能性が
高い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された短波長光発生装置である。す
なわち、本発明の短波長光発生装置は、少なくとも１対
の凹面鏡から成る反射手段と、反射手段に光を入射する
発光手段と、発光手段から入射され反射手段で収束かつ
反復反射している光に向けて電子ビームを入射する電子
ビーム発生手段とを備えている。
を解決するために成された短波長光発生装置である。す
なわち、本発明の短波長光発生装置は、少なくとも１対
の凹面鏡から成る反射手段と、反射手段に光を入射する
発光手段と、発光手段から入射され反射手段で収束かつ
反復反射している光に向けて電子ビームを入射する電子
ビーム発生手段とを備えている。
【０００９】このような本発明では、発光手段で生成さ
れた光が反射手段に入射され、この反射手段で収束かつ
反復反射する。また、この反射手段で収束かつ反復反射
している光に向けて電子ビーム発生手段で発生した電子
ビームを入射することで、電子ビームと光とが高密度で
何度も衝突するようになる。つまり、電子と光の散乱頻
度が高まり散乱光の収量を高めることができるようにな
る。
れた光が反射手段に入射され、この反射手段で収束かつ
反復反射する。また、この反射手段で収束かつ反復反射
している光に向けて電子ビーム発生手段で発生した電子
ビームを入射することで、電子ビームと光とが高密度で
何度も衝突するようになる。つまり、電子と光の散乱頻
度が高まり散乱光の収量を高めることができるようにな
る。
【００１０】また、本発明は、少なくとも１対の凹面鏡
から成る反射手段と、反射手段における少なくとも１対
の凹面鏡で収束する光の径に合わせたビーム径の電子ビ
ームをこの１対の凹面鏡による光の収束部分に入射する
電子ビーム発生手段と、反射手段に向けて、電子ビーム
のビーム径に対応するパルス幅のパルス光を入射する発
光手段とを備えている短波長光発生装置でもある。
から成る反射手段と、反射手段における少なくとも１対
の凹面鏡で収束する光の径に合わせたビーム径の電子ビ
ームをこの１対の凹面鏡による光の収束部分に入射する
電子ビーム発生手段と、反射手段に向けて、電子ビーム
のビーム径に対応するパルス幅のパルス光を入射する発
光手段とを備えている短波長光発生装置でもある。
【００１１】このような本発明では、電子ビーム発生手
段から反射手段の少なくとも１対の凹面鏡における光の
収束部分に電子ビームを入射するにあたり、電子ビーム
のビーム径を少なくとも１対の凹面鏡で収束する光の径
に合わせていることで、収束している光とビーム径の絞
られた電子ビームとを高確率で衝突させることができる
ようになる。また、発光手段から出射する光としてパル
ス光を用い、そのパルス幅を電子ビームのビーム径に対
応させることで、断続的に出射される光と電子ビームと
を的確に衝突させることができるようになる。
段から反射手段の少なくとも１対の凹面鏡における光の
収束部分に電子ビームを入射するにあたり、電子ビーム
のビーム径を少なくとも１対の凹面鏡で収束する光の径
に合わせていることで、収束している光とビーム径の絞
られた電子ビームとを高確率で衝突させることができる
ようになる。また、発光手段から出射する光としてパル
ス光を用い、そのパルス幅を電子ビームのビーム径に対
応させることで、断続的に出射される光と電子ビームと
を的確に衝突させることができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の短波長光発生装
置における実施の形態を図に基づいて説明する。先ず、
図１に基づき本発明の基本原理を説明する。すなわち、
この短波長光発生装置１は、略平行に配置された１対の
反射鏡Ｍ１、Ｍ２と、この１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間に
所定波長の光（レーザ光Ｌ）を入射するレーザ光源２
と、１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射するレーザ光
Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部
３とを備えている。
置における実施の形態を図に基づいて説明する。先ず、
図１に基づき本発明の基本原理を説明する。すなわち、
この短波長光発生装置１は、略平行に配置された１対の
反射鏡Ｍ１、Ｍ２と、この１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間に
所定波長の光（レーザ光Ｌ）を入射するレーザ光源２
と、１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射するレーザ光
Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部
３とを備えている。
【００１３】この１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２としては、例
えば反射率９９．９％〜９９．９９％のものを使用す
る。また、レーザ光源２は、連続発振（ＣＷ）モードの
各種レーザに加え、高効率・高出力で短いパルス幅のレ
ーザ光を出射できるＱスイッチレーザを用いる。例え
ば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet ）レーザやチタ
ンサファイアレーザ等の固体レーザ、炭酸ガスレーザ、
ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ等の気体レーザが挙げられる。
えば反射率９９．９％〜９９．９９％のものを使用す
る。また、レーザ光源２は、連続発振（ＣＷ）モードの
各種レーザに加え、高効率・高出力で短いパルス幅のレ
ーザ光を出射できるＱスイッチレーザを用いる。例え
ば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet ）レーザやチタ
ンサファイアレーザ等の固体レーザ、炭酸ガスレーザ、
ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ等の気体レーザが挙げられる。
【００１４】また、電子ビーム発生部３は、パルス状の
電子ビームｅ- を出射できる構成となっている。
電子ビームｅ- を出射できる構成となっている。
【００１５】この短波長光発生装置１によって散乱光を
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間に入射する。このレー
ザ光Ｌは１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反射を繰り返すこ
とになる。
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間に入射する。このレー
ザ光Ｌは１対の反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反射を繰り返すこ
とになる。
【００１６】次いで、電子ビーム発生部３から電子ビー
ムｅ- を出射して、反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射して
いるレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電子ビームｅ-
としては、相対論的電子すなわち加速電圧が１００ｋｅ
Ｖ以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速度）程度以上で
あることが望ましい。
ムｅ- を出射して、反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射して
いるレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電子ビームｅ-
としては、相対論的電子すなわち加速電圧が１００ｋｅ
Ｖ以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速度）程度以上で
あることが望ましい。
【００１７】これにより、電子ビーム発生部３から出射
した電子ビームｅ- は、反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射
しているレーザ光Ｌと高い頻度で衝突し、図中２点鎖線
で示す散乱領域Ｓで逆コンプトン効果散乱を起こすこと
になる。
した電子ビームｅ- は、反射鏡Ｍ１、Ｍ２間で反復反射
しているレーザ光Ｌと高い頻度で衝突し、図中２点鎖線
で示す散乱領域Ｓで逆コンプトン効果散乱を起こすこと
になる。
【００１８】その結果、散乱領域Ｓでは電子ビームｅ-
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
【００１９】次に、この基本原理を発展させて更なる散
乱頻度向上を図った実施形態の説明を行う。図２は第１
実施形態を説明する模式断面図である。すなわち、第１
実施形態に係る短波長光発生装置１は、略平行に配置さ
れた１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０と、この１対の凹面鏡
Ｍ１０、Ｍ２０間に所定波長の光（レーザ光Ｌ）を入射
するレーザ光源２と、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で
反復反射するレーザ光Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射
する電子ビーム発生部３とを備えている。
乱頻度向上を図った実施形態の説明を行う。図２は第１
実施形態を説明する模式断面図である。すなわち、第１
実施形態に係る短波長光発生装置１は、略平行に配置さ
れた１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０と、この１対の凹面鏡
Ｍ１０、Ｍ２０間に所定波長の光（レーザ光Ｌ）を入射
するレーザ光源２と、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で
反復反射するレーザ光Ｌに向けて電子ビームｅ- を入射
する電子ビーム発生部３とを備えている。
【００２０】１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０としては、例
えば反射率９９．９％〜９９．９９％のものを使用す
る。また、レーザ光源２および電子ビーム発生部３は上
記基本原理で説明したものと同様な構成のものを使用す
る。
えば反射率９９．９％〜９９．９９％のものを使用す
る。また、レーザ光源２および電子ビーム発生部３は上
記基本原理で説明したものと同様な構成のものを使用す
る。
【００２１】この短波長光発生装置１によって散乱光を
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間に入射する。この
レーザ光Ｌは１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間でその曲率
半径に応じて収束されるとともに、１対の凹面鏡Ｍ１
０、Ｍ２０間で反射を繰り返すことになる。
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間に入射する。この
レーザ光Ｌは１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間でその曲率
半径に応じて収束されるとともに、１対の凹面鏡Ｍ１
０、Ｍ２０間で反射を繰り返すことになる。
【００２２】次いで、電子ビーム発生部３から電子ビー
ムｅ- を出射して、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で収束かつ
反復反射しているレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電
子ビームｅ- としては、相対論的電子すなわち加速電圧
が１００ｋｅＶ以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速
度）程度以上であることが望ましい。
ムｅ- を出射して、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で収束かつ
反復反射しているレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電
子ビームｅ- としては、相対論的電子すなわち加速電圧
が１００ｋｅＶ以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速
度）程度以上であることが望ましい。
【００２３】これにより、電子ビーム発生部３から出射
した電子ビームｅ- は、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で収束
かつ反復反射しているレーザ光Ｌと非常に高い頻度で衝
突する。つまり、レーザ光Ｌは凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間
で収束されるとともに反復反射していることから、その
収束部分のフォトン密度が非常が高められており、そこ
に電子ビームｅ- を入射することで、図中２点鎖線で示
す散乱領域Ｓにおいて非常に多くの逆コンプトン散乱を
起こすことになる。
した電子ビームｅ- は、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で収束
かつ反復反射しているレーザ光Ｌと非常に高い頻度で衝
突する。つまり、レーザ光Ｌは凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間
で収束されるとともに反復反射していることから、その
収束部分のフォトン密度が非常が高められており、そこ
に電子ビームｅ- を入射することで、図中２点鎖線で示
す散乱領域Ｓにおいて非常に多くの逆コンプトン散乱を
起こすことになる。
【００２４】その結果、散乱領域Ｓでは電子ビームｅ-
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
【００２５】ここで、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間の
距離をｄ、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０は各々同一の曲率半径
を有し、その曲率半径をｒ、ビームウェストでのビーム
半径をｗ0 、波長をλとすると、距離ｄ、曲率半径ｒ、
ビーム半径ｗ0 の間に以下の数１の関係が成り立ってい
る。
距離をｄ、凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０は各々同一の曲率半径
を有し、その曲率半径をｒ、ビームウェストでのビーム
半径をｗ0 、波長をλとすると、距離ｄ、曲率半径ｒ、
ビーム半径ｗ0 の間に以下の数１の関係が成り立ってい
る。
【００２６】
【数１】ｗ0 ＝（λ／π）1/2 ・（ｄ／２）1/4 ・（ｒ
−（ｄ／２））1/4
−（ｄ／２））1/4
【００２７】ビーム径はできる限り小さい方が好ましい
が、ビーム成形等によるロスを極力避ける必要があるた
め、実際に集光できるビーム半径としてｗ0 は２５μｍ
程度となる。
が、ビーム成形等によるロスを極力避ける必要があるた
め、実際に集光できるビーム半径としてｗ0 は２５μｍ
程度となる。
【００２８】また、曲率半径ｒはある程度以上大きくと
る必要があるが、ｒが大きいと上記数１の距離ｄに対す
る精度が厳しくなる。例えば、ｒ＝３ｃｍとすると、ビ
ーム半径ｗ0 ＝２５μｍを実現するための距離ｄは５．
９７７ｃｍとなる。
る必要があるが、ｒが大きいと上記数１の距離ｄに対す
る精度が厳しくなる。例えば、ｒ＝３ｃｍとすると、ビ
ーム半径ｗ0 ＝２５μｍを実現するための距離ｄは５．
９７７ｃｍとなる。
【００２９】凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０の反射率Ｒは９９．
９％〜９９．９９％である。このため、１対の凹面鏡Ｍ
１０、Ｍ２０間をレーザ光Ｌが反復反射すると、その光
の強度Ｉは入射光の強度をＩ0 とした場合、透過ロスを
無視すると数２のようになる。
９％〜９９．９９％である。このため、１対の凹面鏡Ｍ
１０、Ｍ２０間をレーザ光Ｌが反復反射すると、その光
の強度Ｉは入射光の強度をＩ0 とした場合、透過ロスを
無視すると数２のようになる。
【００３０】
【数２】Ｉ＝（１／（１−Ｒ））・Ｉ0 ≒１００〜１０
００×Ｉ0
００×Ｉ0
【００３１】ビーム径は散乱領域Ｓで常にπｗ0 2である
から、数３に示す単独の電子とフォトンの衝突により得
られるフォトン収量Ｙは、入射光にのみ電子を衝突させ
る場合に比べて１００〜１０００倍向上することにな
る。
から、数３に示す単独の電子とフォトンの衝突により得
られるフォトン収量Ｙは、入射光にのみ電子を衝突させ
る場合に比べて１００〜１０００倍向上することにな
る。
【００３２】
【数３】 Ｙ＝（２Ｎe ・Ｎp ・σ・Ｌ）／（Ａ・τ・ｃ） ここで、Ｎe ：電子ビーム中の電子数 Ｎp ：レーザ光中のフォトン数 σ ：基本的な散乱断面積で（８／３）π（ｅ／ｍ
ｃ2 ）2 ｃｍ2 Ｌ ：電子ビームとレーザ光との衝突領域における有効
距離 Ａ ：衝突する電子ビームとレーザ光の断面積のうち、
大きな方の断面積（単位：ｃｍ2 ）。電子ビームとレー
ザ光との衝突領域においてＡの値が変化する場合は最大
時の値をＡの値とする。 τ ：衝突する電子ビームとレーザ光のパルスのうち、
長い方のビームパルス幅（秒） ｃ ：光速（３×１０10ｃｍ／秒）
ｃ2 ）2 ｃｍ2 Ｌ ：電子ビームとレーザ光との衝突領域における有効
距離 Ａ ：衝突する電子ビームとレーザ光の断面積のうち、
大きな方の断面積（単位：ｃｍ2 ）。電子ビームとレー
ザ光との衝突領域においてＡの値が変化する場合は最大
時の値をＡの値とする。 τ ：衝突する電子ビームとレーザ光のパルスのうち、
長い方のビームパルス幅（秒） ｃ ：光速（３×１０10ｃｍ／秒）
【００３３】つまり、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０で収
束かつ反復反射しているレーザ光Ｌに電子ビームｅ- を
入射して衝突されることで、入射光にのみ電子ビームｅ
- を衝突させる場合と比べて１００〜１０００倍の収量
の散乱光を得ることが可能となる。
束かつ反復反射しているレーザ光Ｌに電子ビームｅ- を
入射して衝突されることで、入射光にのみ電子ビームｅ
- を衝突させる場合と比べて１００〜１０００倍の収量
の散乱光を得ることが可能となる。
【００３４】次に、本発明の第２実施形態の説明を行
う。図３は第２実施形態を説明する模式断面図、図４は
第２実施形態を説明する概略斜視図である。なお、図
３、図４に示す凹面鏡の形状、反射ビームの形状、経路
等はその概念を示している。
う。図３は第２実施形態を説明する模式断面図、図４は
第２実施形態を説明する概略斜視図である。なお、図
３、図４に示す凹面鏡の形状、反射ビームの形状、経路
等はその概念を示している。
【００３５】すなわち、第２実施形態に係る短波長光発
生装置１は、対向配置される凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２０
０と、この凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間に所定波長の
光（レーザ光Ｌ）を入射するレーザ光源２と、凹面鏡群
Ｍ１００、Ｍ２００間で反復反射するレーザ光Ｌに向け
て電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３とを備
えている。
生装置１は、対向配置される凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２０
０と、この凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間に所定波長の
光（レーザ光Ｌ）を入射するレーザ光源２と、凹面鏡群
Ｍ１００、Ｍ２００間で反復反射するレーザ光Ｌに向け
て電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３とを備
えている。
【００３６】このうち凹面鏡群Ｍ１００は、同列状に複
数の凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４が並んだ構成となってお
り、凹面鏡群Ｍ２００は、同列状に複数の凹面鏡Ｍ２０
１〜Ｍ２０４が並んだ構成となっている。つまり、凹面
鏡群Ｍ１００と凹面鏡群Ｍ２００とが対向配置されるこ
とで、各凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４と各凹面鏡Ｍ２０１
〜Ｍ２０４とが各々向かい合うようになっている。
数の凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４が並んだ構成となってお
り、凹面鏡群Ｍ２００は、同列状に複数の凹面鏡Ｍ２０
１〜Ｍ２０４が並んだ構成となっている。つまり、凹面
鏡群Ｍ１００と凹面鏡群Ｍ２００とが対向配置されるこ
とで、各凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４と各凹面鏡Ｍ２０１
〜Ｍ２０４とが各々向かい合うようになっている。
【００３７】このような凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００と
が対向配置されたものを製造するには、例えば、単純に
複数の凹面鏡をアレイ状に配置してもよいし、また半導
体や金属、絶縁体基板に各凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４お
よびＭ２０１〜Ｍ２０４に対応する溝をほり、この溝の
側面に金属膜等をコーティングして反射面を得るように
して、モノリシックな配置とすることも可能である。
が対向配置されたものを製造するには、例えば、単純に
複数の凹面鏡をアレイ状に配置してもよいし、また半導
体や金属、絶縁体基板に各凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４お
よびＭ２０１〜Ｍ２０４に対応する溝をほり、この溝の
側面に金属膜等をコーティングして反射面を得るように
して、モノリシックな配置とすることも可能である。
【００３８】また、レーザ光源２および電子ビーム発生
部３は上記基本原理で説明したものと同様な構成のもの
を使用する。
部３は上記基本原理で説明したものと同様な構成のもの
を使用する。
【００３９】この短波長光発生装置１によって散乱光を
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間に入射する。
このレーザ光Ｌは一方の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１
００）の一つの凹面鏡Ｍ２０１（またはＭ１０１）で反
射するとともに収束され、他方の凹面鏡群Ｍ１００（ま
たはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０２（またはＭ２０２）で
反射する。
発生するには、先ず、レーザ光源２からレーザ光Ｌを出
射して凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間に入射する。
このレーザ光Ｌは一方の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１
００）の一つの凹面鏡Ｍ２０１（またはＭ１０１）で反
射するとともに収束され、他方の凹面鏡群Ｍ１００（ま
たはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０２（またはＭ２０２）で
反射する。
【００４０】さらに、この凹面鏡Ｍ１０２（またはＭ２
０２）で反射したレーザ光Ｌは収束されるとともに一方
の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の凹面鏡Ｍ２０
３（またはＭ３０３）で反射し、さらに他方の凹面鏡群
Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０４（または
Ｍ２０４）で反射する。
０２）で反射したレーザ光Ｌは収束されるとともに一方
の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の凹面鏡Ｍ２０
３（またはＭ３０３）で反射し、さらに他方の凹面鏡群
Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０４（または
Ｍ２０４）で反射する。
【００４１】つまり、レーザ光源２から出射したレーザ
光Ｌは凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間でジグザグに
反射、収束を繰り返すことになる。
光Ｌは凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間でジグザグに
反射、収束を繰り返すことになる。
【００４２】次いで、電子ビーム発生部３から凹面鏡群
Ｍ１００、Ｍ２００間に電子ビームｅ- を出射して、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束かつ反復反射してい
るレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電子ビームｅ- と
しては、相対論的電子すなわち加速電圧が１００ｋｅＶ
以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速度）程度以上であ
ることが望ましい。
Ｍ１００、Ｍ２００間に電子ビームｅ- を出射して、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束かつ反復反射してい
るレーザ光Ｌと衝突させる。この際、電子ビームｅ- と
しては、相対論的電子すなわち加速電圧が１００ｋｅＶ
以上で速度が０．５×ｃ（ｃは光の速度）程度以上であ
ることが望ましい。
【００４３】これにより、電子ビーム発生部３から出射
した電子ビームｅ- は、凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間
で収束かつ反復反射しているレーザ光Ｌと非常に高い頻
度で衝突する。つまり、レーザ光Ｌは凹面鏡群Ｍ１０
０、Ｍ２００間で収束されるとともに反復反射している
ことから、その収束部分のフォトン密度が非常が高めら
れており、その部分に電子ビームｅ- を入射すること
で、図中２点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて非常に多く
の逆コンプトン効果散乱を起こすことになる。
した電子ビームｅ- は、凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間
で収束かつ反復反射しているレーザ光Ｌと非常に高い頻
度で衝突する。つまり、レーザ光Ｌは凹面鏡群Ｍ１０
０、Ｍ２００間で収束されるとともに反復反射している
ことから、その収束部分のフォトン密度が非常が高めら
れており、その部分に電子ビームｅ- を入射すること
で、図中２点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて非常に多く
の逆コンプトン効果散乱を起こすことになる。
【００４４】その結果、散乱領域Ｓでは電子ビームｅ-
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
【００４５】なお、上記第２実施形態においては、凹面
鏡群Ｍ１００、Ｍ２００として各々４つの凹面鏡Ｍ１０
１〜Ｍ１０４、Ｍ２０１〜Ｍ２０４で構成する例を示し
たが、４つに限定されることはない。
鏡群Ｍ１００、Ｍ２００として各々４つの凹面鏡Ｍ１０
１〜Ｍ１０４、Ｍ２０１〜Ｍ２０４で構成する例を示し
たが、４つに限定されることはない。
【００４６】次に、本発明の第３実施形態の説明を行
う。図５は第３実施形態を説明する模式断面図である。
すなわち、第３実施形態に係る短波長光発生装置１は、
第１実施形態と同様、略平行に配置された１対の凹面鏡
Ｍ１０、Ｍ２０と、この１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間
に所定波長のレーザ光を入射するレーザ光源２と、１対
の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で反復反射するレーザ光に向
けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３とを
備えているが、レーザ光源２からは所定のパルス幅ｔを
もったパルスレーザ光ＰＬを出射するとともに、電子ビ
ーム発生部３からはパルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔと
ほぼ等しいビーム径に絞った電子ビームｅ- を出射して
いる点に特徴がある。
う。図５は第３実施形態を説明する模式断面図である。
すなわち、第３実施形態に係る短波長光発生装置１は、
第１実施形態と同様、略平行に配置された１対の凹面鏡
Ｍ１０、Ｍ２０と、この１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間
に所定波長のレーザ光を入射するレーザ光源２と、１対
の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０間で反復反射するレーザ光に向
けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３とを
備えているが、レーザ光源２からは所定のパルス幅ｔを
もったパルスレーザ光ＰＬを出射するとともに、電子ビ
ーム発生部３からはパルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔと
ほぼ等しいビーム径に絞った電子ビームｅ- を出射して
いる点に特徴がある。
【００４７】レーザ光源２から出射されるパルスレーザ
光ＰＬとしては、例えばＱスイッチレーザやモードロッ
クレーザが適用される。このようなパルスレーザ光ＰＬ
を適用することで、ＣＷ（Continuous Wave ）レーザを
用いる場合に比べてビーム強度を大幅に増大させること
ができ、大収量の散乱光を生成できるようになる。
光ＰＬとしては、例えばＱスイッチレーザやモードロッ
クレーザが適用される。このようなパルスレーザ光ＰＬ
を適用することで、ＣＷ（Continuous Wave ）レーザを
用いる場合に比べてビーム強度を大幅に増大させること
ができ、大収量の散乱光を生成できるようになる。
【００４８】また、電子ビーム発生部３から出射される
電子ビームｅ- としては、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０
の略中央で収束するパルスレーザ光ＰＬの径に合わせて
そのビーム径が絞られている。
電子ビームｅ- としては、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０
の略中央で収束するパルスレーザ光ＰＬの径に合わせて
そのビーム径が絞られている。
【００４９】しかも、このビーム径の絞られた電子ビー
ムｅ- と１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０で収束されるパル
スレーザ光ＰＬとをその収束位置で的確に衝突させるた
め、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔを、電子ビームｅ
- のビーム径に対応させている。
ムｅ- と１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０で収束されるパル
スレーザ光ＰＬとをその収束位置で的確に衝突させるた
め、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔを、電子ビームｅ
- のビーム径に対応させている。
【００５０】収束位置におけるパルスレーザ光ＰＬの径
および絞り込む電子ビームｅ- のビーム径はいずれも可
能な限り小さい方が良いが、実用上は直径５０μｍ程度
となる。
および絞り込む電子ビームｅ- のビーム径はいずれも可
能な限り小さい方が良いが、実用上は直径５０μｍ程度
となる。
【００５１】そこで、この直径５０μｍの電子ビームｅ
- のビーム径に対応したパルスレーザ光ＰＬのパルス幅
ｔとしては、ビーム径／光速＝（５０×１０-4）／（３
×１０10）＝１．７×１０-13 （秒）となる。
- のビーム径に対応したパルスレーザ光ＰＬのパルス幅
ｔとしては、ビーム径／光速＝（５０×１０-4）／（３
×１０10）＝１．７×１０-13 （秒）となる。
【００５２】これにより、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０
で収束するパルスレーザ光ＰＬと、ビーム径の絞り込ま
れた電子ビームｅ- とが無駄なく確実に衝突し、図中２
点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて非常に多くの逆コンプ
トン効果散乱を起こすことになる。
で収束するパルスレーザ光ＰＬと、ビーム径の絞り込ま
れた電子ビームｅ- とが無駄なく確実に衝突し、図中２
点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて非常に多くの逆コンプ
トン効果散乱を起こすことになる。
【００５３】つまり、１対の凹面鏡Ｍ１０、Ｍ２０へ大
光量のパルスレーザ光ＰＬを入射することで、散乱領域
Ｓではパルスレーザ光ＰＬが収束かつ反復反射してその
フォトン密度が非常に高められており、そこにビーム径
を絞った電子ビームｅ- を入射することで、大光量のパ
ルスレーザ光ＰＬの全てと電子ビームｅ- とが非常に高
い頻度で衝突し、多くの逆コンプトン散乱によって大収
量の散乱光を生成できるようになる。
光量のパルスレーザ光ＰＬを入射することで、散乱領域
Ｓではパルスレーザ光ＰＬが収束かつ反復反射してその
フォトン密度が非常に高められており、そこにビーム径
を絞った電子ビームｅ- を入射することで、大光量のパ
ルスレーザ光ＰＬの全てと電子ビームｅ- とが非常に高
い頻度で衝突し、多くの逆コンプトン散乱によって大収
量の散乱光を生成できるようになる。
【００５４】次に、本発明の第４実施形態の説明を行
う。図６は第４実施形態を説明する模式断面図である。
なお、図６に示す凹面鏡の形状、反射ビームの形状、経
路等はその概念を示している。
う。図６は第４実施形態を説明する模式断面図である。
なお、図６に示す凹面鏡の形状、反射ビームの形状、経
路等はその概念を示している。
【００５５】すなわち、第４実施形態に係る短波長光発
生装置１は、第２実施形態と同様、対向配置される凹面
鏡群Ｍ１００、Ｍ２００と、この凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ
２００間に所定波長の光を入射するレーザ光源２と、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で反復反射するレーザ光に
向けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３と
を備えているが、レーザ光源２からは所定のパルス幅ｔ
をもったパルスレーザ光ＰＬを出射するとともに、電子
ビーム発生部３からはパルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔ
とほぼ等しいビーム径に絞った電子ビームｅ- を出射し
ている点に特徴がある。
生装置１は、第２実施形態と同様、対向配置される凹面
鏡群Ｍ１００、Ｍ２００と、この凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ
２００間に所定波長の光を入射するレーザ光源２と、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で反復反射するレーザ光に
向けて電子ビームｅ- を入射する電子ビーム発生部３と
を備えているが、レーザ光源２からは所定のパルス幅ｔ
をもったパルスレーザ光ＰＬを出射するとともに、電子
ビーム発生部３からはパルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔ
とほぼ等しいビーム径に絞った電子ビームｅ- を出射し
ている点に特徴がある。
【００５６】この凹面鏡群Ｍ１００としては、同列状に
複数の凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４が並び、凹面鏡群Ｍ２
００としては、同列状に複数の凹面鏡Ｍ２０１〜Ｍ２０
４が並んだ構成となっている。つまり、凹面鏡群Ｍ１０
０と凹面鏡群Ｍ２００とが対向配置されることで、各凹
面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４と各凹面鏡Ｍ２０１〜Ｍ２０４
とが各々向かい合うようになっている
複数の凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４が並び、凹面鏡群Ｍ２
００としては、同列状に複数の凹面鏡Ｍ２０１〜Ｍ２０
４が並んだ構成となっている。つまり、凹面鏡群Ｍ１０
０と凹面鏡群Ｍ２００とが対向配置されることで、各凹
面鏡Ｍ１０１〜Ｍ１０４と各凹面鏡Ｍ２０１〜Ｍ２０４
とが各々向かい合うようになっている
【００５７】このような凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００と
が対向配置されたものを製造するには、第２実施形態と
同様、例えば、単純に複数の凹面鏡をアレイ状に配置し
てもよいし、また半導体や金属、絶縁体基板に各凹面鏡
Ｍ１０１〜Ｍ１０４およびＭ２０１〜Ｍ２０４に対応す
る溝をほり、この溝の側面に金属膜等をコーティングし
て反射面を得るようにして、モノリシックな配置とする
ことも可能である。
が対向配置されたものを製造するには、第２実施形態と
同様、例えば、単純に複数の凹面鏡をアレイ状に配置し
てもよいし、また半導体や金属、絶縁体基板に各凹面鏡
Ｍ１０１〜Ｍ１０４およびＭ２０１〜Ｍ２０４に対応す
る溝をほり、この溝の側面に金属膜等をコーティングし
て反射面を得るようにして、モノリシックな配置とする
ことも可能である。
【００５８】なお、第４実施形態における凹面鏡群Ｍ１
００、Ｍ２００としては各々４つの凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ
１０４、Ｍ２０１〜Ｍ２０４で構成する例を示したが、
４つに限定されることはない。
００、Ｍ２００としては各々４つの凹面鏡Ｍ１０１〜Ｍ
１０４、Ｍ２０１〜Ｍ２０４で構成する例を示したが、
４つに限定されることはない。
【００５９】レーザ光源２から出射されるパルスレーザ
光ＰＬとしては、例えばＱスイッチレーザやモードロッ
クレーザが適用される。このようなパルスレーザ光ＰＬ
を適用することで、ＣＷ（Continuous Wave ）レーザを
用いる場合に比べてビーム強度を大幅に増大させること
ができ、大収量の散乱光を生成できるようになる。
光ＰＬとしては、例えばＱスイッチレーザやモードロッ
クレーザが適用される。このようなパルスレーザ光ＰＬ
を適用することで、ＣＷ（Continuous Wave ）レーザを
用いる場合に比べてビーム強度を大幅に増大させること
ができ、大収量の散乱光を生成できるようになる。
【００６０】また、電子ビーム発生部３から出射される
電子ビームｅ- としては、１対の凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ
２００の略中央で収束するパルスレーザ光ＰＬの径に合
わせてそのビーム径が絞られている。
電子ビームｅ- としては、１対の凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ
２００の略中央で収束するパルスレーザ光ＰＬの径に合
わせてそのビーム径が絞られている。
【００６１】しかも、このビーム径の絞られた電子ビー
ムｅ- と１対の凹面鏡Ｍ１００、Ｍ２００で収束される
パルスレーザ光ＰＬとをその収束位置で的確に衝突させ
るため、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔを、電子ビー
ムｅ- のビーム径に対応させている。
ムｅ- と１対の凹面鏡Ｍ１００、Ｍ２００で収束される
パルスレーザ光ＰＬとをその収束位置で的確に衝突させ
るため、パルスレーザ光ＰＬのパルス幅ｔを、電子ビー
ムｅ- のビーム径に対応させている。
【００６２】この短波長光発生装置１によって散乱光を
発生するには、先ず、レーザ光源２からパルス幅ｔのパ
ルスレーザ光ＰＬを出射して凹面鏡群Ｍ１００とＭ２０
０との間に入射する。このパルスレーザ光ＰＬは一方の
凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の一つの凹面鏡Ｍ
２０１（またはＭ１０１）で反射するとともに収束さ
れ、他方の凹面鏡群Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面
鏡Ｍ１０２（またはＭ２０２）で反射する。
発生するには、先ず、レーザ光源２からパルス幅ｔのパ
ルスレーザ光ＰＬを出射して凹面鏡群Ｍ１００とＭ２０
０との間に入射する。このパルスレーザ光ＰＬは一方の
凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の一つの凹面鏡Ｍ
２０１（またはＭ１０１）で反射するとともに収束さ
れ、他方の凹面鏡群Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面
鏡Ｍ１０２（またはＭ２０２）で反射する。
【００６３】さらに、この凹面鏡Ｍ１０２（またはＭ２
０２）で反射したパルスレーザ光Ｌは収束されるととも
に一方の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の凹面鏡
Ｍ２０３（またはＭ３０３）で反射し、さらに他方の凹
面鏡群Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０４
（またはＭ２０４）で反射する。
０２）で反射したパルスレーザ光Ｌは収束されるととも
に一方の凹面鏡群Ｍ２００（またはＭ１００）の凹面鏡
Ｍ２０３（またはＭ３０３）で反射し、さらに他方の凹
面鏡群Ｍ１００（またはＭ２００）の凹面鏡Ｍ１０４
（またはＭ２０４）で反射する。
【００６４】つまり、レーザ光源２から出射したパルス
レーザ光ＰＬは凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間でジ
グザグに反射、収束を繰り返すことになる。
レーザ光ＰＬは凹面鏡群Ｍ１００とＭ２００との間でジ
グザグに反射、収束を繰り返すことになる。
【００６５】次いで、電子ビーム発生部３から凹面鏡群
Ｍ１００、Ｍ２００間に電子ビームｅ- を出射して、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束かつ反復反射してい
るパルスレーザ光ＰＬと衝突させる。この電子ビームｅ
- のビーム径は凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束す
るパルスレーザ光ＰＬの径と同じになっており、収束か
つ反復反射しているパルスレーザ光ＰＬと無駄なく非常
に高い頻度で衝突する。
Ｍ１００、Ｍ２００間に電子ビームｅ- を出射して、凹
面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束かつ反復反射してい
るパルスレーザ光ＰＬと衝突させる。この電子ビームｅ
- のビーム径は凹面鏡群Ｍ１００、Ｍ２００間で収束す
るパルスレーザ光ＰＬの径と同じになっており、収束か
つ反復反射しているパルスレーザ光ＰＬと無駄なく非常
に高い頻度で衝突する。
【００６６】つまり、パルスレーザ光ＰＬは凹面鏡群Ｍ
１００、Ｍ２００間で収束されるとともに反復反射して
いることから、その収束部分のフォトン密度が非常が高
められており、さらにその部分にパルスレーザ光ＰＬの
収束径と同じビーム径に絞り込んだ電子ビームｅ- を入
射することで、図中２点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて
非常に多くの逆コンプトン効果散乱を起こすことにな
る。
１００、Ｍ２００間で収束されるとともに反復反射して
いることから、その収束部分のフォトン密度が非常が高
められており、さらにその部分にパルスレーザ光ＰＬの
収束径と同じビーム径に絞り込んだ電子ビームｅ- を入
射することで、図中２点鎖線で示す散乱領域Ｓにおいて
非常に多くの逆コンプトン効果散乱を起こすことにな
る。
【００６７】その結果、散乱領域Ｓでは電子ビームｅ-
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
のエネルギーがレーザ光Ｌのフォトンに与えられ、レー
ザ光Ｌの入射した際の波長より短い波長の散乱光を大収
量で生成できるようになる。
【００６８】ここで、ミラー間を繰り返し反射するレー
ザ光に電子ビームを入射した場合の散乱光のフォトン収
量について説明する。図７はミラーＭ１、Ｍ２間にレー
ザ光が入射し、繰り返し反射している中に電子ビームｅ
- を入射した場合の概念図である。
ザ光に電子ビームを入射した場合の散乱光のフォトン収
量について説明する。図７はミラーＭ１、Ｍ２間にレー
ザ光が入射し、繰り返し反射している中に電子ビームｅ
- を入射した場合の概念図である。
【００６９】このミラーＭ１、Ｍ２に対してレーザ光が
角度φで入射する場合、電子ビームｅ- の速度ｖとして
ｖ＝Ｃ・ｓｉｎφ（ここで、Ｃは光速）にすることによ
り、電子ビームｅ- とレーザ光のフォトンとは、常に電
子の運動方向に沿った図中点ａ、ｂ、ｃ、…で衝突する
ことが保証される。
角度φで入射する場合、電子ビームｅ- の速度ｖとして
ｖ＝Ｃ・ｓｉｎφ（ここで、Ｃは光速）にすることによ
り、電子ビームｅ- とレーザ光のフォトンとは、常に電
子の運動方向に沿った図中点ａ、ｂ、ｃ、…で衝突する
ことが保証される。
【００７０】また、電子ビームｅ- およびレーザ光が各
々ガウシャンで、電子ビームｅ- の密度ｎe およびレー
ザ光の密度ｎp を以下の数４のように表せる場合、電子
ビームｅ- とレーザ光とがφ＝π／２（ｒａｄ）で衝突
する場合の高エネルギーフォトンの収量Ｎx は以下の数
５のように表せる。
々ガウシャンで、電子ビームｅ- の密度ｎe およびレー
ザ光の密度ｎp を以下の数４のように表せる場合、電子
ビームｅ- とレーザ光とがφ＝π／２（ｒａｄ）で衝突
する場合の高エネルギーフォトンの収量Ｎx は以下の数
５のように表せる。
【００７１】
【数４】ｎe ≒Ｎe ｅｘｐ｛−１／２〔（ｘ2 ／
σex 2 ）＋（ｙ2 ／σey 2 ）＋（ｚ2／σez 2 ）〕｝ ｎp ≒Ｎp ｅｘｐ｛−１／２〔（ｘ2 ／σpx 2 ）＋（ｙ
2 ／σpy 2 ）＋（ｚ2／σpz 2 ）〕｝
σex 2 ）＋（ｙ2 ／σey 2 ）＋（ｚ2／σez 2 ）〕｝ ｎp ≒Ｎp ｅｘｐ｛−１／２〔（ｘ2 ／σpx 2 ）＋（ｙ
2 ／σpy 2 ）＋（ｚ2／σpz 2 ）〕｝
【００７２】
【数５】Ｎx ≒Ｎe Ｎp （σpy 2 ＋σey 2 ）-1/2・（σ
px 2 ＋σex 2 ＋σpz 2 ＋σez 2）-1/2・σcomp
px 2 ＋σex 2 ＋σpz 2 ＋σez 2）-1/2・σcomp
【００７３】ここで、Ｎe ：電子ビーム中の電子数 Ｎp ：レーザ光中のフォトン数 σcomp：クライン・仁科によるコンプトン（Compton ）
散乱断面積
散乱断面積
【００７４】すなわち、フォトン収量を増大するには、
電子ビーム、レーザ光の各々を絞って、σey、σez、σ
py、σpzを小さくすることが必要となるとともに、各々
の進行方向へのビームの拡がりσex、σpxも小さくする
ことが必要となる。
電子ビーム、レーザ光の各々を絞って、σey、σez、σ
py、σpzを小さくすることが必要となるとともに、各々
の進行方向へのビームの拡がりσex、σpxも小さくする
ことが必要となる。
【００７５】ここで、レーザ光がＱスイッチレーザであ
り、パルスレーザ光とパルス電子ビームとをφ＝π／２
（ｒａｄ）の角度で衝突させる場合、各ビームを空間的
に絞り込むと同時に各ビームのパルス幅を圧縮する必要
がある。
り、パルスレーザ光とパルス電子ビームとをφ＝π／２
（ｒａｄ）の角度で衝突させる場合、各ビームを空間的
に絞り込むと同時に各ビームのパルス幅を圧縮する必要
がある。
【００７６】例えば、ビーム径５０μｍに対応する光の
パルス幅は（５０×１０-4）／（３×１０10）≒１．７
×１０-13 （秒）＝１７０（フェムト秒）となる。この
ため、パルス電子ビーム、パルスレーザ光のパルス幅を
収束するビーム径と同等に調整することによって、繰り
返し反射するレーザ光に電子ビームを衝突させて得る散
乱光の収量を最大にすることが可能となる。
パルス幅は（５０×１０-4）／（３×１０10）≒１．７
×１０-13 （秒）＝１７０（フェムト秒）となる。この
ため、パルス電子ビーム、パルスレーザ光のパルス幅を
収束するビーム径と同等に調整することによって、繰り
返し反射するレーザ光に電子ビームを衝突させて得る散
乱光の収量を最大にすることが可能となる。
【００７７】また、ミラー（または凹面鏡）の反射率を
Ｒとすると、透過ロスが無視できる場合、レーザ光の光
量はこのミラーでの連続反射で１＋Ｒ＋Ｒ2 ＋…＝１／
（１−Ｒ）だけ蓄積される。したがって、ミラーの反射
率Ｒ≒０．９９９９の場合、フォトン収量は繰り返し反
射を行わないで散乱光を得た場合に比べて１０4 倍向上
することになる。
Ｒとすると、透過ロスが無視できる場合、レーザ光の光
量はこのミラーでの連続反射で１＋Ｒ＋Ｒ2 ＋…＝１／
（１−Ｒ）だけ蓄積される。したがって、ミラーの反射
率Ｒ≒０．９９９９の場合、フォトン収量は繰り返し反
射を行わないで散乱光を得た場合に比べて１０4 倍向上
することになる。
【００７８】ここで、ピークパワー１ＪのＱスイッチＹ
ＡＧレーザ光と電子数６×１０11個の電子ビームとを５
００Ｈｚで衝突させ、各々のビーム径を直径５０μｍに
収束させた場合に得られるフォトン収量Ｙは、ヘッドオ
ン衝突では以下の数６のようになる。
ＡＧレーザ光と電子数６×１０11個の電子ビームとを５
００Ｈｚで衝突させ、各々のビーム径を直径５０μｍに
収束させた場合に得られるフォトン収量Ｙは、ヘッドオ
ン衝突では以下の数６のようになる。
【００７９】
【数６】Ｙ≒（Ｎe Ｎp σcomp）／Ａ＝２．４×１０10
個／パルス＝１．２×１０13個／秒
個／パルス＝１．２×１０13個／秒
【００８０】なお、数６でＡは衝突する電子ビームとレ
ーザ光の断面積のうち、大きな方の断面積（単位：ｃｍ
2 ）であり、電子ビームとレーザ光との衝突領域におい
てＡの値が変化する場合は最大時の値をＡの値とする。
ーザ光の断面積のうち、大きな方の断面積（単位：ｃｍ
2 ）であり、電子ビームとレーザ光との衝突領域におい
てＡの値が変化する場合は最大時の値をＡの値とする。
【００８１】Ｘ線フォトリソグラフィー用レジストの感
度は５ｍＪ／ｃｍ2 であることから、上記フォトン収量
ｙの値はレジストを感光させる限界に近い。そこで、上
記説明のように、電子ビームおよびレーザ光のパルス幅
を収束するビーム径と同等に調整し、繰り返し反射する
レーザ光に電子ビームを衝突させることによってフォト
ン収量を１０4 倍に向上させるようにすれば、レジスト
感光に十分なフォトン収量を得ることが可能となる。
度は５ｍＪ／ｃｍ2 であることから、上記フォトン収量
ｙの値はレジストを感光させる限界に近い。そこで、上
記説明のように、電子ビームおよびレーザ光のパルス幅
を収束するビーム径と同等に調整し、繰り返し反射する
レーザ光に電子ビームを衝突させることによってフォト
ン収量を１０4 倍に向上させるようにすれば、レジスト
感光に十分なフォトン収量を得ることが可能となる。
【００８２】なお、上記説明した各実施形態において、
電子ビーム発生部３から出射する電子ビームｅ- の有す
るエネルギー（加速電圧）およびレーザ光源２から出射
するレーザ光Ｌの波長、さらには電子との衝突によって
散乱された散乱光の散乱角度を適宜設定するようにすれ
ば、所望の波長を有する散乱光を得ることができるよう
になる。
電子ビーム発生部３から出射する電子ビームｅ- の有す
るエネルギー（加速電圧）およびレーザ光源２から出射
するレーザ光Ｌの波長、さらには電子との衝突によって
散乱された散乱光の散乱角度を適宜設定するようにすれ
ば、所望の波長を有する散乱光を得ることができるよう
になる。
【００８３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の短波長光
発生装置によれば次のような効果がある。すなわち、反
射手段で収束かつ反復反射している光に向けて電子ビー
ムを入射することで、小型の装置構成でありながら電子
ビームと光とを何度も衝突させることができ、高い散乱
頻度によって散乱光の収量を大幅に向上させることが可
能となる。これによって、半導体装置等の製造における
フォトリソグラフィー技術でも十分に適用することが可
能となる。
発生装置によれば次のような効果がある。すなわち、反
射手段で収束かつ反復反射している光に向けて電子ビー
ムを入射することで、小型の装置構成でありながら電子
ビームと光とを何度も衝突させることができ、高い散乱
頻度によって散乱光の収量を大幅に向上させることが可
能となる。これによって、半導体装置等の製造における
フォトリソグラフィー技術でも十分に適用することが可
能となる。
【図１】本発明の基本原理を説明する模式断面図であ
る。
る。
【図２】第１実施形態を説明する模式断面図である。
【図３】第２実施形態を説明する模式断面図である。
【図４】第２実施形態を説明する概略斜視図である。
【図５】第３実施形態を説明する模式断面図である。
【図６】第４実施形態を説明する模式断面図である。
【図７】繰り返し反射を説明する概念図である。
１…短波長光発生装置、２…レーザ光源、３…電子ビー
ム発生部、Ｍ１…反射鏡、Ｍ２…反射鏡、Ｍ１０…凹面
鏡、Ｍ２０…凹面鏡、Ｍ１００…凹面鏡群、Ｍ２００…
凹面鏡群
ム発生部、Ｍ１…反射鏡、Ｍ２…反射鏡、Ｍ１０…凹面
鏡、Ｍ２０…凹面鏡、Ｍ１００…凹面鏡群、Ｍ２００…
凹面鏡群
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも１対の凹面鏡から成る反射手
段と、 前記反射手段に光を入射する発光手段と、 前記発光手段から入射され前記反射手段で収束かつ反復
反射している光に向けて電子ビームを入射する電子ビー
ム発生手段とを備えていることを特徴とする短波長光発
生装置。 - 【請求項２】 前記反射手段は、同列状に複数の凹面鏡
が並ぶ凹面鏡群を対向配置したものから成ることを特徴
とする請求項１記載の短波長光発生装置。 - 【請求項３】 少なくとも１対の凹面鏡から成る反射手
段と、 前記反射手段における少なくとも１対の凹面鏡で収束す
る光の径に合わせたビーム径の電子ビームを前記１対の
凹面鏡による光の収束部分に入射する電子ビー ム発生手段と、前記反射手段に向けて、前記電子ビーム
のビーム径に対応するパルス幅のパルス光を入射する発
光手段とを備えていることを特徴とする短波長光発生装
置。 - 【請求項４】 前記反射手段は、同列状に複数の凹面鏡
が並ぶ凹面鏡群を対向配置したものから成ることを特徴
とする請求項３記載の短波長光発生装置。 - 【請求項５】 前記発光手段は、Ｑスイッチレーザ光源
から成ることを特徴とする請求項３記載の短波長光発生
装置。 - 【請求項６】 前記発光手段は、モードロックレーザ光
源から成ることを特徴とする請求項３記載の短波長光発
生装置。 - 【請求項７】 前記発光手段は、Ｑスイッチレーザ光源
から成ることを特徴とする請求項４記載の短波長光発生
装置。 - 【請求項８】 前記発光手段は、モードロックレーザ光
源から成ることを特徴とする請求項４記載の短波長光発
生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10073649A JPH11211899A (ja) | 1997-11-21 | 1998-03-23 | 短波長光発生装置 |
| US09/195,103 US6226354B1 (en) | 1997-11-21 | 1998-11-18 | Short-wavelength electromagnetic-radiation generator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32076297 | 1997-11-21 | ||
| JP9-320762 | 1997-11-21 | ||
| JP10073649A JPH11211899A (ja) | 1997-11-21 | 1998-03-23 | 短波長光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211899A true JPH11211899A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=26414790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10073649A Pending JPH11211899A (ja) | 1997-11-21 | 1998-03-23 | 短波長光発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6226354B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11211899A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002333500A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 短パルスｘ線発生装置及び発生方法 |
| JP2005285764A (ja) * | 2004-03-29 | 2005-10-13 | General Electric Co <Ge> | Ｘ線を発生するためのシステム及び方法 |
| JP2008546152A (ja) * | 2005-06-02 | 2008-12-18 | マデイ，ジョン・エム・ジェイ | 光アンジュレータを使用する高効率単色ｘ線源 |
| US9769913B2 (en) | 2013-02-01 | 2017-09-19 | Inter-University Research Institute Corporation High Energy Accelerator Research Organization | Burst-laser generator using an optical resonator |
| US9832851B2 (en) | 2013-12-11 | 2017-11-28 | Inter-University Research Corporation High Energy Accelerator Research Organization | Optical resonator |
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| US7027553B2 (en) * | 2003-12-29 | 2006-04-11 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | Systems and methods for generating images by using monochromatic x-rays |
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| US7486984B2 (en) * | 2004-05-19 | 2009-02-03 | Mxisystems, Inc. | System and method for monochromatic x-ray beam therapy |
| US7310408B2 (en) * | 2005-03-31 | 2007-12-18 | General Electric Company | System and method for X-ray generation by inverse compton scattering |
| US7643609B2 (en) * | 2007-01-03 | 2010-01-05 | Andrea Clay | Secondary X-ray imaging technique for diagnosing a health condition |
| WO2012031607A1 (en) * | 2010-09-06 | 2012-03-15 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der... | Method of generating enhanced intra-resonator laser light, enhancement resonator and laser device |
| RU2661977C1 (ru) * | 2014-07-03 | 2018-07-23 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Устройство лазерной обработки |
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|---|---|---|---|---|
| US4456812A (en) * | 1982-07-30 | 1984-06-26 | Armco Inc. | Laser treatment of electrical steel |
| US4598415A (en) * | 1982-09-07 | 1986-07-01 | Imaging Sciences Associates Limited Partnership | Method and apparatus for producing X-rays |
| US5247562A (en) * | 1992-07-16 | 1993-09-21 | The Massachusetts Institute Of Technology | Tunable source of monochromatic, highly-directional x-rays and a method for producing such radiation |
| US5539764A (en) * | 1994-08-24 | 1996-07-23 | Jamar Technologies Co. | Laser generated X-ray source |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP10073649A patent/JPH11211899A/ja active Pending
- 1998-11-18 US US09/195,103 patent/US6226354B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US9832851B2 (en) | 2013-12-11 | 2017-11-28 | Inter-University Research Corporation High Energy Accelerator Research Organization | Optical resonator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6226354B1 (en) | 2001-05-01 |
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