JPS60146500A

JPS60146500A - シンクロトロン放射光発生装置

Info

Publication number: JPS60146500A
Application number: JP59001256A
Authority: JP
Inventors: 細川　照夫; 北山　豊樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-01-10
Filing date: 1984-01-10
Publication date: 1985-08-02

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】（発明の属する分野）本発明は放射強度が太き（、照射面積の広いシンクロト
ロン放射光を発生させる装置に関するものである。

（発明の背景）超ＬＳＩの微細化に伴い、サブミクロンのパターンを大
量に且つ高速に転写するＸ線リソグラフィ技術が注目さ
れてきている。とくに、最近、Ｘ線リングラフ用の光源
として、極めて強力なＸ線を放射するシンクロトロン放
射光（ＳＯＲ光）が脚光を浴びている。このＳＯＲ光は
、（ａ）光強度が大きい、（ｂｌ光の平行性が良い、な
どＸ線露光用光源として理想的な特性を持っている反面
、Ｘ線露光に不可欠な照射面積の広い光を得るのが困難
とされてきた。本発明はかかる欠点を無くすために成さ
れたものである。

（従来の技術）従来、照射面積の広いＳＯＲ，光を得るために、次の方
法が提案されている。

（ａ）　Ｘ線鏡を動がしてＳＯＲ光を走査する。

（ｂ）　蓄積リング内の電子ビームを時間的に変化する
電磁界を用いて偏向させ、ＳＯＲ光が放射される方向を
変化させて照射面積の拡大をはかる。

Ｖ、Ｎ、　Ｋｏｒｃｈｕｇａｎｏｖ　ｅｔ、　ａｌ　、
、　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄ　
Ｆｌ＆ｔｈｏｄ、　２０８．１１　（１９８３）。

Ｈ，Ｔａｎ１ｎｏ　ｅｔ、　ａｌ、　、　Ｔｈｅ　１５
ｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　５ｏｌｃｘｌ５ｔ
ａｔｅ　′Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ
　、　ｃ−３−２ｒＪ　（１９８３）。

Ｈｌ　Ｂｅｔｚ　ｅｔ、　ａｌ、、Ｐｒｏｃ、ＩＥＥＥ
　Ｉｎｔ、Ｃｏｎｆ、Ｃ１ｒｃｕｉｔα川ルｔ、　１９
８０．５４３　（１９８０）方式（ａ）はＸ線鏡による
光の損失が大きべ、また、鏡および鏡の駆動系のコスト
が高いという欠点があった。また、機械的に鏡を動かす
ため、その制御性におとり、また、その応答速度も遅く
、高速描画を狙いとするＸ線リングラフィには不適当で
あった。方式（ｂ）では、電子ビームを偏向させるため
の偏向コイルとコイルを駆動する鋸波電流発生装置が使
われている。リソグラフィのスルーブツトを高めるため
にはこの鋸波電流発生装置の応答速度を高める必要があ
るが、高速・大電流鋸波電流発生装置は高価であり、ま
た応答速度に技術的限界があり、リソグラフィのスルー
プット向上に大きな制限を与える。また偏向コイルも大
きなものを必要とし、蓄積リングの直線部の一部を占め
るため、ウィグラやアンジ−レータ等を設置する場所が
せまくなり、ウィグラ等の長さ・極数に制限を与え、こ
れによって放射される光強度が小さくなるという問題が
生じる。また、ビーム偏向量が時間的に変化するので、
蓄積リングの他のボートの装置に対して、光源の位置を
動かす結果となり、問題となっていた。また、時間的に
変化する磁界を用いているので、渦電流を生じこれが消
費電力を増大させるだけではなく、発熱も生じさせる。

また、渦電流によって磁界が発生し、この磁界が蓄積リ
ングの動作に悪影響を与える恐れもあつた。

一方、ＳＯＲ光の発生のためにウィグラを用いる技術が
知られている。

図１にウィグラによるＳＯＲ光の発光原理を示す。１は
放射光を利用する試料面、２は試料面上で放射光が照射
される部分、３は周期磁界を発生させる複数の磁石群で
、通常、ウィグラと呼ばれる装置、４はウィグラを構成
する磁石、５は電子の軌道、６はウィグラによって生じ
る磁界である。

ビーム軸をＺ軸とし、それに垂直な２つの軸をＸ軸、Ｙ
軸とする。ウィグラ内では、図に示すように、周期的に
磁界の方向が変化するようになっている。電子ビームが
ウィグラに入射すると、ローレンツ力によって電子はＸ
−Ｚ面に平行な向きに力を受ける。磁界の向きが周期的
に変化しているので、電子の受ける力も周期的に変化し
、電子はＸ−２面内を周期的に蛇行運動をする。この時
、電子は加速度を受けるので、ＳＯＲ光を放射する。

ＳＯＲ光は電子の進行方向に、極めて狭角度（Ｖγ程度
、但し、γ＝Ｅ／ｍＣ２、Ｅは電子のエネルギー、ｍは
電子の質量、Ｃは光速である）に放射されるので、ウィ
グラから離れた所にある試料面における光の照射領域は
図１に示すように、Ｘ軸方向には広がっているが、Ｙ軸
方向には、１／ｒで決定される非常に狭い分布となる。

例えば、ウィグラと試料面との距離を５ｍ、電子のエネ
ルギーをＩＧｅＶとすると、試料面における光の拡がり
は、Ｘ軸方向に８０ｍｍ、　Ｙ軸方向に２．５　ｍｍ程
度となる。Ｘ線露光においては、少なくともＬＳＩの１
チップ分（ＩＱｍｍ　Ｘ　１０ｍｍ程度）の面積を均一
に照射する必要があるので、このままでは、Ｘ線露光に
は用いる事が出来ない。

（発明の目的）本発明は、前記の欠点を除去するために、放射光を発生
する周期磁界と、偏向電磁界を重畳させたもので、その
特徴は、周期磁界を発生させる磁石の間に電子ビームを
走行させシンクロトロン放射光を発生させる装置におい
て、前記磁石が発生する磁界と電子ビームの進行方向に
そって少なくとも一部が重なり合う磁界又は電界を発生
する偏内器がもうけられ、前記磁石による電子ビームの
偏向方向と前記偏向器による電子ビームの偏向方向とが
相互に異なるシンクロトロン放射光発生装置にある。

（発明の構成および作用）図２に本発明の一つの構成例を示し、偏向器として静電
形を用いた例である。７は静電偏向器偏向電極で静電偏
向器はこの電極だけで構成される。

８は静電偏向器によって生じる電界である。以下におい
ては、偏向器が静電形の場合について説明を行うが、磁
界形について及び静電・磁界複合形についても同様であ
る。ウィグラによる周期磁界の中に、静電偏向器を設置
し、この偏向器によって生じる電界と周期磁界がほぼ平
行になるようにすると効率が良く好ましい。この構成に
よって、電子の軌道は、周期磁界によってＸ方向Ｃ（蛇
行し、かつ偏向電界の作用によってＹ方向に放物線運動
をして離軸していく。ＳＯＲ光は、電子の運動の接線方
向に鋭い角度に放射されるので、本発明の構成によって
、試料面における５ＯＦＬ光の照射領域は磁界の蛇行に
よりＸ軸方向に拡がりつつ、電界による放物線運動によ
ってＹ軸方向にも広がるので、その相乗効果として、試
料面におけるＳＯＲ光照射領域は、Ｘ軸、Ｙ軸側方向に
広がった分布となる。偏向器としては、静電形について
例示したが電磁形でも可能である。しかしその場合は外
部磁石を磁石３０間に配置するスペースに問題があるの
で静電形の方が実装上有利である。

図２の構成では、ウィグラを出ていった電子はビーム軸
から離れて行くので、蓄積リング１定性等に影響を与え
る場合がある。このような場合には、図３あるいは図４
の構成をとればかかる問題よって生じる電界の向きを互
いに逆方向になるように各電極に電圧を印加する。この
時、第１段目の偏向器で、電子はＹ方向に離軸するが、
第２段目の偏向器によって電子は、ビーム軸に向かって
偏向される。各偏向板の長さ等を調整することによって
、ウィグラを出た所で電子が軸上に戻って来るようにで
きる。しかし、出射点において、電子軌道は傾斜を持っ
ているので、ウィグラを出たあとは、電子はビーム軸か
ら離れて行く。これが問題となる場合には、図４の実施
例によって、問題を解決できる。

図４では、偏向器を３段構成にしたもので、いままでに
述べてきた原理により明らかなように、各偏向板の長さ
・配置場所等を調整すれば、ウィグラをでた電子はビー
ム軸上を軸に平行に進んで行くようにすることが可能で
ある。

偏向器を多段にすることは、ウィグラの出射条件を任意
に設定できることだけでなく、試料面の光強度分布の均
一度改善にも役立つ。即ち、図２のような構成では、試
料面における光強度分布は、軸から離れるに従って、つ
まり、その点のＹ座標が大きい程、弱くなっていく。偏
向器を多段構成にし、その電極の長さ・偏向板電極間距
離・印加電圧比等を調整することにより、ＳＯＲ光が試
料面をＹ方向に走査する場所・速度を変えることによっ
て、試料面での任意面積の光の均一度を必要なだけ得る
ようにすることが出来る。以上の説明においては、ウィ
グラによる周期磁界の中に偏向電界が完全に含まれてい
るとしたが、これは本発明の必要条件ではない。周期磁
界と偏向電界が少しでも重なりあった部分をもてば・、
本発明の効果は得られる。

本発明において、ウィグラによる周期磁界の周期数が極
端に少ない場合、例えば、−周期しか無い場合には、本
発明による照射領域を広げるという主目的は達成されな
い。しかし、ウィグラは強いＳＯＲ，光を得るために用
いるものであり、また、その放射強度は周期数に比例す
るので、実際の実用装置においては、周期数が多いのが
通例である。

したがって、一般的には、本発明の効果はあるといって
良い。

（発明の効果）本発明によれば、２次元的に広い面積を均一な光強度で
照射出来るＳＯＲ，光が得られる。偏向器を駆動するの
に必要な電圧・電流は一定値でよいので、駆動電源の価
格は安い。また、静電偏向器を用℃）る場合には、電力
消費量は極めて少なく、装置のランニングコストは極め
て安価にできる。

この偏向器は、ウィグラと同一場所に設置できるので、
スペースパフォーマンスカ極めて良い。したがって、例
えば、−８ＯＲ蓄積リングの直線部をすべてウィグラ用
として使えるので、ウィグラの長さがそれだけ長ぐなり
、ＳＯＲ光の総出力を大きくすることができる。ウィグ
ラを設置する場所は、いわゆる、β関数の小さい所であ
るから、したがって、必然的に、偏向器もβ関数の小さ
い所に設置されることになり、偏向器挿入による蓄積リ
ング内の電子ビームに与える影響は小さくできる。偏向
器の駆動は一定電圧あるいは一定電流で行えば、蓄積リ
ング内を周回する電子は、毎回同じ軌道をとり、ビーム
の位置が時間的に変動することはない。したがって、蓄
積リングの他の放射光ボートを利廟’−ｊ−ｍ装置、例
えば分光器等、には何等影響を与えることがない。また
、蓄積リング内の他の場所に配置されている素子、例え
ばベンディング、磁石や多極子等に与える影響も少なく
できる。この効果は、高価な蓄積リングを多目的に使用
する場合には、極めて重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はウィグラによるシンクロトロン放射光発生の説
明図、第２図・第３図・第４図は本発明の実施例である
。１：試料面２ニシンクロトロン放射光照射領域３：ウィグラ４：ウィグラ磁石５：電子の軌道６：ウィグラ磁石によって生じる磁界７：静電偏向器偏向電極８：静電偏向器によって生じる電界特許出願人日本電信電話公社特許出願代理人弁理士　山　本　恵　−

Claims

【特許請求の範囲】（１）周期磁界を発生させる磁石の間に電子ビームを走
行させシンクロトロン放射光を発生させる装置において
、前記磁石が発生する磁界と電子ビームの進行方向にそ
って少なくとも一部が重なり合う磁界又は電界を発生す
る偏向器がもうけられ、前記磁石による電子ビームの偏
向方向と前記偏向器による電子ビームの偏向方向とが相
互に異なることを特徴とするシンクロトロン放射光発生
装置。（２、特許請求の範囲第１項記載のシンクロトロン放射
光発生装置において、偏向器が電子ビームの進行方向に
そって複数段に分割されている事を特徴とするシンクロ
トロン放射光発生装置。（３）特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のシン
クロトロン放射光発生装置において、偏向器が定電圧あ
るいは定電流で駆動されることを特徴とするシンクロト
ロン放射光発生装置。（４）前記磁石による電子ビームの偏向方向と、偏向器
による電子ビームの偏向方向とが相互にはｙ直角である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシンクロ
トロン放射光発生装置。