JPS62141721A - Charged particle device - Google Patents

Charged particle device

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JPS62141721A
JPS62141721A JP60282090A JP28209085A JPS62141721A JP S62141721 A JPS62141721 A JP S62141721A JP 60282090 A JP60282090 A JP 60282090A JP 28209085 A JP28209085 A JP 28209085A JP S62141721 A JPS62141721 A JP S62141721A
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charged particle
particle device
synchrotron radiation
storage ring
radiation beam
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史朗 中村
Soichiro Okuda
荘一郎 奥田
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雄一 山本
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize large-space radiation which is simple in constitution, superior in parallelism and high in performance, by moving a balanced orbit of charged particles in up and down directions and in parallel. CONSTITUTION:After prescribed charged particles are accumulated in an accumulation ring 1, the accumulation ring is moved up and down in accordance with an operation cure set in advance by movable mechanism 14. Then, up and down directional motion of the accumulation ring 1 serves for utilizing parallelism of radiated light beam lines. Necessity in the said motion is moving the whole in parallel without changing mutual positions among a deflecting electromagnet 3, a four-poled electromagnet 9 and other orbital electromagnets, which are constituents of the accumulation ring 1. Therefore, the accumulation ring 1 is fixed on a common board 13 and this board 13 is vibrated in up and down directions by hydraulic pressure control.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、荷電粒子装置に関するものであり。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a charged particle device.

更Eζ詳述すれば、電子ビームのような荷電粒子を加速
し、蓄積しで、偏向部から発生する放射魚シンクロトロ
ン放射光、 SORとも呼ばれている〕ビームを利用す
る荷電粒子装置に関するものである。
More specifically, it is related to a charged particle device that utilizes a synchrotron radiation (SOR) beam, which accelerates charged particles such as an electron beam, accumulates them, and generates them from a deflection section. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は半導体の露光に利用する従来の荷電粒子装置の
一例を示す平面図である。図において、(1)は荷電粒
子を長時間蓄積する蓄積リングである。
FIG. 5 is a plan view showing an example of a conventional charged particle device used for exposing semiconductors. In the figure, (1) is a storage ring that stores charged particles for a long time.

なお1本例では入射部(2)から入射される荷電粒子は
、既に所定のエネルギーに加速されでいる場合につし1
て説明するが、入射粒子を所定のエネルギーよりも低く
入射し、そして入射後これを加速して蓄積する場合も同
様である。(3)は荷電粒子を偏向し平衡軌道(4)を
形成するための偏向電磁石である。(5)は前記荷電粒
子が偏向する際に発生する放射光を外部に取り出して利
用するための放射光ビームラインである。なお図中、放
射光ビームライン(5)は単数で示したが、これは通常
複数本の放射光ビームラインで構成される。また、ここ
では説明の都合上放射光ビームラインが1本の場合を示
した。(6)は放射光ビームライン(5)を用I/%で
半導体の微細リングラフィを行うための露光部であり、
露光部(6)には、マスク(7)および表面lこレジス
トを塗布したウェハ(8)が互いに密着あるいは近接し
て配置される。(9)は荷電粒子の発散を防ぐための収
束用四極電磁石である。α〔は荷電粒子の通路である真
空ドーナツツを示す。住υは放射光ビームラインの放出
に伴う粒子のエネルギー損失を補い、そして所定のエネ
ルギーに加速あるいは維持するための高周波空洞である
。なお、本図ではこの他の機器1例えば真空排気装置や
ビーム制御vM整用の各種電磁石類はこれを省略しであ
る。
In this example, if the charged particles entering from the entrance part (2) have already been accelerated to a predetermined energy,
However, the same applies to the case where incident particles are incident with energy lower than a predetermined energy, and after the incident particles are accelerated and accumulated. (3) is a deflecting electromagnet for deflecting charged particles to form an equilibrium orbit (4). (5) is a synchrotron radiation beam line for extracting and utilizing the synchrotron radiation generated when the charged particles are deflected. Although the synchrotron radiation beam line (5) is shown as a single synchrotron radiation beam line in the figure, it is usually composed of a plurality of synchrotron radiation beam lines. Furthermore, for convenience of explanation, a case in which there is one synchrotron radiation beam line is shown here. (6) is an exposure section for performing fine phosphorography of semiconductors at I/% using the synchrotron radiation beam line (5);
In the exposure section (6), a mask (7) and a wafer (8) whose surface is coated with resist are arranged in close contact with or close to each other. (9) is a focusing quadrupole electromagnet for preventing charged particles from dispersing. α [represents a vacuum donut, which is a path for charged particles. The cavity is a high-frequency cavity that compensates for the energy loss of particles due to radiation from the synchrotron beam line and accelerates or maintains them at a predetermined energy level. In this figure, other equipment 1 such as a vacuum evacuation device and various electromagnets for beam control vM adjustment are omitted.

次シこその動作について説明する。まず、入射部(2)
から入射された荷電粒子は、予めリング中の電磁石すな
わち、偏向電磁石(3)と収束用四極電磁石(9)等の
配置により定まった平衡軌道(4)に入り、そしてこの
平衡軌道(4)に沿って長時間回転し続け&荷電粒子が
偏向!磁石(3)の磁界番こより偏向を受ける際、制動
放射により電磁波は軌道接線方向に放射にれが放射光で
ある)される。なお、放射光ビームラインの空間分布を
第3図の模式図に示した。第3図に示すようfこ放射光
ビームの軌道面(5)に対する縦方向の広がり(市は、
はぼ下式で示される。
The next operation will be explained. First, the entrance part (2)
The charged particles incident from It continues to rotate for a long time and the charged particles are deflected! When deflected by the magnetic field of the magnet (3), electromagnetic waves are emitted in the tangential direction of the orbit due to bremsstrahlung radiation (radiation is synchrotron radiation). The spatial distribution of the synchrotron radiation beam lines is shown in the schematic diagram of FIG. As shown in Figure 3, the vertical spread of the synchrotron radiation beam with respect to the orbital plane (5) is
It is shown in the Haboshita style.

δ(radi an ’w 2/r (但し7−1/ 
1−β2.β=v/c )ここで、Vは粒子の速度、C
は光の速度である。
δ(radian'w 2/r (7-1/
1-β2. β=v/c) Here, V is the velocity of the particle, C
is the speed of light.

二1堂 僑射半1/  y−→スソ尤刊田ナス方9相ヱ
状置では、Vヱ(!の高速粒子を用しする。そこで11
ソゲラフイー用途の代表的なパラメータを上式に代入す
ると、はぼγの値は1,000から2β00の範囲とな
る。すなわち、放射光ビームの縦方向の広がりは1〜2
 (m radian)である。従って、従来の荷電粒
子装置から発生する放射光ビームは、軌道面に泊った横
方向には十分広し1が、縦方向fこは極めて狭いといえ
る。なお、横方向の広がりは、第3図における放射光ビ
ームライン(5)の幅が制限を与えるのみで、横幅を広
くとれば、利用できる放射光の横幅は自由に選択するこ
とができる。
In the 9-phase position, we use high-velocity particles of V(!). Therefore, 11
By substituting typical parameters for use in sockeye into the above equation, the value of γ is in the range of 1,000 to 2β00. That is, the vertical spread of the synchrotron radiation beam is 1 to 2
(m radian). Therefore, it can be said that the synchrotron radiation beam generated from the conventional charged particle device is sufficiently wide in the horizontal direction on the orbital surface, but extremely narrow in the vertical direction. Note that the lateral spread is limited only by the width of the synchrotron radiation beam line (5) in FIG. 3; if the width is widened, the usable lateral width of the synchrotron radiation can be freely selected.

〔発明が解決しようとする間遍点〕[The gap that the invention attempts to solve]

さて、前記放射光を半導体リングラフイーlこ適用する
場合の大きな問題の一つは、縦方向の照射直積が極めて
狭いことである。これを解決するために従来かつ幾つか
の方法が提案されている。第7図は鳳氏が1シンクロト
ロン放射光リソグラフイー”の題名で°応用物理“誌、
第53巻M1号(1984,pp17〜25)に紹介さ
れた縦方向照射面積拡大の従来技術に関する模式図であ
る。第7図において、αのは放射光ビームライン(5)
の上流側1こ設置された揺動可能な全反射鏡である。こ
れにより前記放射光ビームラインを上下方向に振ってウ
ェハへの照射面積を拡大するものである。この方法では
、全反射鏡αりを真空の放射光ビームライン中で極めて
高精度に振らすための制御機構が複雑となり、また、放
射光ビームにより全反射鏡@がダメージを受けるという
大きな2つの問題があった。さらに全反射鏡(13の材
料の反射、吸収、透過等の光学特性の最適化も技術課題
であり、加えるに、反射鏡で前記放射光ビームを反射さ
せる従来方法の本質的な短所は、放射光ビームの平行性
を損なうと1/lう点である。もともと放射光ビームラ
インを半導体の11ングラフイー憂こ適用する際の光源
としての大キなメリットの一つは、放射光ビームのもつ
高い平行性であった。それが第7図の方法では、反射*
CtSを中心として、上下方向に放射光ビームラインを
発生させるものと等価であり、その振動の幅は平行性の
観点から極端に制限されるものである。
Now, one of the major problems when applying the synchrotron radiation to a semiconductor phosphor beam is that the direct irradiation area in the vertical direction is extremely narrow. Several methods have been proposed to solve this problem. Figure 7 was published by Mr. Otori in the magazine ``Applied Physics'' under the title ``1 Synchrotron Radiation Lithography''.
It is a schematic diagram regarding the conventional technique of expanding the irradiation area in the vertical direction introduced in Vol. 53, No. M1 (1984, pp 17-25). In Figure 7, α is the synchrotron radiation beam line (5)
This is a swingable total reflection mirror installed on the upstream side. This allows the synchrotron radiation beam line to be swung vertically to expand the irradiation area onto the wafer. This method has two major problems: the control mechanism for swinging the total reflection mirror α with extremely high precision in the vacuum synchrotron beam line is complicated, and the total reflection mirror is damaged by the synchrotron radiation beam. There was a problem. Furthermore, optimization of the optical properties such as reflection, absorption, and transmission of the material of the total reflection mirror (13) is also a technical issue.In addition, the essential disadvantage of the conventional method of reflecting the radiation beam with a reflection mirror is If the parallelism of the light beam is lost, it will be reduced by 1/1.One of the major advantages of using a synchrotron radiation beam line as a light source when applying a semiconductor 11 nm graph is that the synchrotron radiation beam has a high In the method shown in Figure 7, the reflection *
This is equivalent to generating a synchrotron radiation beam line in the vertical direction centering on CtS, and the width of its vibration is extremely limited from the viewpoint of parallelism.

第8図は従来から知られている縦方向照射面積拡大法の
他の方法を示す模式図である。これは。
FIG. 8 is a schematic diagram showing another conventionally known longitudinal irradiation area expansion method. this is.

荷電粒子の平衡軌道(4)を蓄積リング内の(b1部l
こ設けた横磁界発生用電磁石により、該リングの(a1
部を節として上下方向に揺らし、それにより発生する放
射光ビームを上下方向に揺動させるものである。この方
法においては、平行性を保ったままで放射光ビームライ
ンを上下方向1こ振らすことが可能であるが、この平衡
軌道の揺動幅が放射光ビームの不安定性tこ基づく制限
により、それほど大きくできないという欠点があった。
The equilibrium trajectory (4) of the charged particle is defined as (b1 part l) in the storage ring.
The transverse magnetic field generating electromagnet installed in this
The beam is swung vertically using the section as a node, and the emitted light beam generated thereby is swung vertically. In this method, it is possible to oscillate the synchrotron radiation beam line by one angle in the vertical direction while maintaining parallelism, but the fluctuation width of this equilibrium trajectory is limited due to the instability of the synchrotron radiation beam. The drawback was that it could not be made larger.

さらに1本質的な問題としで、複数の放射光ビームライ
ンから揺動幅の異なる放射光ビームしか得られないとい
う欠点がある。さらにまた、荷電粒子のビーム制御自体
が極めて複雑であり、かつ理論的な予測が難しいことも
欠点である。
Another essential problem is that only synchrotron radiation beams with different swing widths can be obtained from a plurality of synchrotron radiation beam lines. Furthermore, another disadvantage is that the beam control of charged particles itself is extremely complicated and is difficult to predict theoretically.

更暑こ他の拡大方法としては、第7図に示す露光部(6
)内のマスク(7)とレジストを塗布したウェハ(8)
との相対位置関係を変えずに両者を一体にして上下方向
に可動させる方法が考えられる。すなわち荷電粒子装置
からの放射光ビームラインによる照射面積を変えずに、
試料側で大面積露光を考える方式である。しかし、この
方法では分割露光方式の際tこ問題が生ずると指摘され
ている。すなわち、1ステツプの露光の間は試料を動か
さずtこ十分な直積を取る必要性があるので、試料を動
かすこの方法は分割露光ができない、なぜならば放射光
ビームラインを用いるリングラフイーでは、線幅が0.
1ミクロン級のものを対象としており、そしてマスクと
ウェハを一体で動かすときの相対的な位置関係のわずか
な誤差も許されないという事情がある。そのため、マス
クと試料ウェハを一体で動かすための機構が極めて複雑
となることである。
As an enlargement method other than heating, the exposure area (6
) Mask (7) and wafer coated with resist (8)
A possible method is to move the two together in the vertical direction without changing their relative positional relationship. In other words, without changing the irradiation area by the synchrotron radiation beam line from the charged particle device,
This method considers large-area exposure on the sample side. However, it has been pointed out that this method causes problems when using the divided exposure method. In other words, it is necessary to take enough direct product without moving the sample during one step of exposure, so this method of moving the sample cannot perform divided exposure. Line width is 0.
The target is 1 micron class, and even the slightest error in the relative positional relationship when moving the mask and wafer together cannot be tolerated. Therefore, the mechanism for moving the mask and sample wafer together becomes extremely complicated.

なお、前記分割露光方式でない場合でも、マスク(7)
とウェハ(8)とをわずかな(例えば露光すべき線幅の
1/10としても、0.01 ミクロン程度)相対的な
ずれを許さず、これらを一体で動かすための機構は大変
複雑となり、また、信頼性にも難がある。
Note that even if the divided exposure method is not used, the mask (7)
The mechanism for moving the wafer (8) and the wafer (8) as one unit without allowing a slight relative deviation (for example, about 0.01 micron, which is 1/10 of the line width to be exposed) is extremely complicated. There are also problems with reliability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明における荷電粒子装置は、荷電粒子の平衡軌道
を上下に平行Fこ移動させることにより。
The charged particle device according to the present invention moves the equilibrium trajectory of the charged particles up and down in parallel F.

発生する放射光ビームラインの縦方向における照射範囲
を拡大して大面積の照射を可能としたものである。すな
わち、荷電粒子の平衡軌道を上下に平行に移動させるf
こは、蓄積リングを平行fこかつ上下方向に移動できる
構成とする。
The irradiation range in the vertical direction of the generated synchrotron radiation beam line is expanded, making it possible to irradiate a large area. In other words, f moves the equilibrium trajectory of the charged particle vertically and parallelly.
This is configured so that the storage ring can be moved in parallel f and in the vertical direction.

(作用〕 この発明における荷電粒子装置は、蓄積リングを平行I
こ上下方向に可動としたので、放射光ビームラインの照
射面積は該放射光ビームの特性を損なうことなく拡大す
ることができる。すなわち、放射光ビームラインを発生
させている状態で、蓄積リングを上下方向に平行に移動
を繰り返す構成としたので、放射光ビームラインの縦方
向における照射面積つまり露光面積は従来のものに比べ
て、数倍から数10倍に拡大することができる、しかも
、放射光ビームラインや、蓄積リングあるいは露光部を
複雑な構成にすることなく可能となる。
(Function) The charged particle device of this invention has a storage ring parallel to I
Since it is movable in the vertical direction, the irradiation area of the synchrotron radiation beam line can be expanded without impairing the characteristics of the synchrotron radiation beam. In other words, since the storage ring is configured to repeatedly move parallel to the vertical direction while the synchrotron radiation beam line is being generated, the irradiation area in the vertical direction of the synchrotron radiation beam line, that is, the exposure area, is larger than that of conventional systems. , it is possible to expand from several times to several tens of times, and this is possible without making the synchrotron radiation beam line, storage ring, or exposure section complicated.

また、放射光の平行性の長所を十分に生かすことができ
る。
Further, the advantage of parallelism of the synchrotron radiation can be fully utilized.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、この発明の一実施例による装置を第1図の正面図
を用いて説明する。崗は蓄積リング(1)を固定する架
台、■はこの架台(1′3を矢印(四の上下方向に移動
させる油圧シリンダに代表される可動機構、へ9はこの
荷電粒子装置を設置する床、αeは放射光ビームライン
(5)の一部に挿着された真空ベローズである。
Hereinafter, an apparatus according to an embodiment of the present invention will be explained using the front view of FIG. (1) is the mount that fixes the storage ring (1), (1) is the movable mechanism represented by a hydraulic cylinder that moves the 3 in the vertical direction (4), and 9 is the floor on which this charged particle device is installed. , αe is a vacuum bellows inserted in a part of the synchrotron radiation beam line (5).

次fこその動作lこついて故明する。まず、蓄積リング
(1) jこ所定の荷電粒子を蓄積した後、可動機構α
荀により予め設定された動作曲線に従い、蓄積リングを
上下に移動させる。ここで、蓄積リング(1)の上下方
向における移動は、放射光ビームラインの平行性を生か
すためである。そして前記の移動は蓄積リング(1)の
構成要素である偏向電磁石(3)。
I'll explain the next step f. First, after accumulating a predetermined amount of charged particles in the storage ring (1), the movable mechanism α
The storage ring is moved up and down according to an operating curve preset by Xun. Here, the movement of the storage ring (1) in the vertical direction is to take advantage of the parallelism of the synchrotron radiation beam line. And said movement is a bending electromagnet (3) which is a component of the storage ring (1).

四極電磁石(9)およびその他の軌道電磁石を互いの相
対位置を変えることなく、全体を平行に移動する必要が
ある。このため−こは、第1図に示すように、蓄積リン
グ(1)を共通架台(t3上iこ固定し、そしてこの架
台(13を油圧制御により上下方向に振動させることが
最も簡便でありかつ高精度である。なお、架台α湯の振
動は特に油圧制御に限定されるものではなく、空気でも
あるいは機械式の可動機構でもよいことは明らかである
。また、第1図では。
It is necessary to move the quadrupole electromagnet (9) and the other orbital electromagnets in parallel without changing their relative positions to each other. For this reason, it is easiest to fix the storage ring (1) on a common pedestal (t3) and to vibrate this pedestal (13) vertically by hydraulic control, as shown in Fig. 1. Furthermore, the vibration of the gantry α is not limited to hydraulic control, and it is clear that air or a mechanical movable mechanism may be used.

複数の油圧シリンダを用いた方式を示したが、これは単
数にしても良い。
Although a system using a plurality of hydraulic cylinders has been shown, a single hydraulic cylinder may be used.

ac2図は蓄積リングの縦方向蚤こおける移動位置を示
す波形図である。なお、第2図(〜に示したように滑ら
かに移動動作させても、また第2図(鴎のように階段状
に移動動作させても本発明の本質tこは何等変わりが無
い、そして、前記上下方向の移動動作に関してその移動
量、移動速度および繰り返し数等を、露光側の条件に合
わせてプログラマブルとしてお(と本発明の効果を一層
高めることができる。
Figure ac2 is a waveform diagram showing the movement position of the storage ring in the vertical direction. It should be noted that the essence of the present invention remains the same even if the movement is performed smoothly as shown in Figure 2 (-) or in a stepwise manner like a seagull (Fig. 2). The effects of the present invention can be further enhanced by making the amount of movement, speed of movement, number of repetitions, etc. of the movement in the vertical direction programmable according to the conditions on the exposure side.

ざらに、この動作波形を予め設定するだけではなく、放
射光ビームの光量をモニタすると共に。
Roughly, this operation waveform is not only set in advance, but also the light intensity of the emitted light beam is monitored.

そのモニタ信号により前記照射される光量の時間積分値
が、ウェハの異なった位置で常時一定となるように、蓄
積リング(1)の上下方向における移動速度もしくはそ
の繰り返し数を制御する制御系を設けることも可能であ
る。
A control system is provided to control the moving speed of the storage ring (1) in the vertical direction or the number of repetitions thereof so that the time-integrated value of the amount of irradiated light is always constant at different positions on the wafer based on the monitor signal. It is also possible.

第3図は上記のような制御系fこたり設定された移動速
度の変化の模様を示す波形図である0図中、第3図CB
+の場合は放射光ビームの単位当たりの光量が、第3図
(〜の場合に比べて約1Aに低下した状態に対応する。
Figure 3 is a waveform diagram showing the pattern of change in the set moving speed of the control system f as described above.
In the case of +, the light amount per unit of the emitted light beam corresponds to a state in which the amount of light per unit of the emitted light beam is reduced to about 1 A compared to the case in FIG.

これは、蓄積リング(1)内の荷電ビーム量が通常、時
間とともに減少することを示したものである。なお、放
射光ビームの単位時間当たりの光量は、荷電ビーム量に
比例する、このような状態においでも、ウェハ(8)に
転写されるパターンの露光深さは、放射光ビームの照射
時間と単位時間当たりの光量の積(厳密lこは、時間の
積分値)で定まるため、一定のパターン深さを得るには
、放射光の上下方向における繰り返し数を増やす(一定
の移動速度の場合)か、または1回の繰り返しの時間を
長くする(一定の縁り返し数の場合)ことが必要となる
。第3図(81は、これを移動速度を遅くして補償した
例である。
This shows that the amount of charged beam in the storage ring (1) typically decreases with time. Note that the amount of light per unit time of the synchrotron radiation beam is proportional to the amount of the charged beam.Even in this state, the exposure depth of the pattern transferred to the wafer (8) is determined by the irradiation time and unit of the synchrotron radiation beam. It is determined by the product of the amount of light per hour (strictly speaking, the integral value of time), so in order to obtain a constant pattern depth, it is necessary to increase the number of repetitions of the synchrotron radiation in the vertical direction (for a constant moving speed). , or it is necessary to lengthen the time for one repetition (in the case of a constant number of edges). FIG. 3 (81) is an example in which this is compensated for by slowing down the moving speed.

本発明では、上述のような制限が容易にできるので、均
一な露光を得られるという長所もある。
The present invention has the advantage that uniform exposure can be obtained since the above-mentioned limitations can be easily achieved.

なお、放射光ビームの光量のモニタは、直接放射光を光
電変換するもの等があるが、蓄積IJ 7グ中の荷電ビ
ーム量、すなわちビーム強度をモニタすることで代用で
きることは、上述の説明の中で明らかである。次に蓄積
リングを上下方向に動かしたとき−こ、放射光ビームラ
インもそれfこ応じて上下方向に移動する原理fこつい
て説明する。まず、一般tこ粒子を高エネルギーに加速
したり、蓄積したりする加速器の平衡軌道とベータトロ
ン振動とを簡単に説明する。ここで前記平衡軌道とは、
荷電粒子あるいは荷電粒子の集団の中心が通る閉じた閉
軌道のことである。実際の荷電粒子は、この平衡軌道を
中心として、わずかに移動しながら蓄積リング内すなわ
ち、高真空ドウナツツ翰内を回っている。このわずかな
振動をベータトロン振動という。これらの平衡軌道、ベ
ータトロン振動はいずれも蓄積リングを構成する電磁石
群の配eにより一義的に定まる。つまり、電磁石の位置
を少し変えると、それに応じた位置に平衡軌道がずれる
ことfこなる。勿論、電磁石群をバラバラ1こ勝手に動
かすと、前記の閉軌道自体が存在しなくなったり、また
ビームが不安定になって失われるという事態が生じるの
で、電磁石群のそれぞれ相互の位置関係は充分設計段階
で検討した後で、その据え付は誤差をできるだけ小さく
して床面に固定されるのが普通である。
Note that there are methods to monitor the amount of synchrotron radiation, such as ones that directly photoelectrically convert the synchrotron radiation, but as explained above, it can be substituted by monitoring the amount of charged beam during storage IJ7, that is, the beam intensity. It is clear inside. Next, the principle that when the storage ring is moved up and down, the synchrotron radiation beam line also moves up and down accordingly will be explained. First, the equilibrium orbit of an accelerator that accelerates and accumulates general t-particles to high energies and betatron oscillations will be briefly explained. Here, the equilibrium orbit is
A closed orbit through which the center of a charged particle or a group of charged particles passes. The actual charged particles revolve around this equilibrium orbit within the storage ring, that is, within the high-vacuum donut holder, while moving slightly. This slight vibration is called betatron vibration. These equilibrium orbits and betatron oscillations are both uniquely determined by the arrangement e of the electromagnets forming the storage ring. In other words, if the position of the electromagnet is slightly changed, the equilibrium trajectory will shift to a corresponding position. Of course, if you move the electromagnets one by one, the closed orbit itself will no longer exist, or the beam will become unstable and be lost, so make sure that the mutual positional relationship of the electromagnets is sufficient. After consideration at the design stage, the installation is usually fixed to the floor with as little tolerance as possible.

さて、本発明では、電磁石群の相互の位置関係を変えず
に全体を上下に移動するので、平衡軌道の形はそのまま
で単にその高さ方向の位置が上下tこすれるだけである
。一方、予め元の平衡軌道を回っていた荷電粒子ビーム
は、平衡軌道の移動Fこ伴って新しい平衡軌道に移って
い(。この荷電粒子(ビーム)の移動は、ミクロにみる
と次のメカニズムで膜鳴される。
Now, in the present invention, since the electromagnet group as a whole moves up and down without changing the mutual positional relationship, the shape of the equilibrium trajectory remains the same, and its position in the height direction simply rubs up and down. On the other hand, the charged particle beam, which had been orbiting in its original equilibrium orbit beforehand, moves to a new equilibrium orbit due to the shift F of the equilibrium orbit (This movement of charged particles (beam) is microscopically explained by the following mechanism. Membranes are heard.

いま、荷電粒子の新しい平衡軌道が元の軌道に対して[
18fiだけ短時間に移ったとする。ここで元の軌道l
こいた荷電粒子は、(市襲を初期振幅値とするベータト
ロン振動が始まるが、このベータトロン振動は縦方向の
振動である。なお、この振動は放射光ビームラインを放
出していること1こよる放射制動により極めて短時間t
こ減衰する。この減衰の時定数は、放射光利用のための
蓄積リングで通常数ミリ秒であり、これをマクロ1こみ
ると新しい平衡軌道に瞬時に荷電粒子が移行すると考え
ても全(問題はな1/1゜従って、放射光ビームライン
は荷電粒子位置から発生するので、放射光ビームライン
も上下方向に移動する。但し、数ミリ秒の間に!磁石の
空隙距離をはずれる位の大きな距離を移動させると、振
幅が減衰するよりも早(を磁石の磁極に粒子が当たると
いう事態が生ずるので、移動の速度はそのような超高速
ではいけない。勿論1本発明fこおける蓄積リングの移
動は、そのような超高速でやる必要がないので、全く問
題がない。第1図の真空ベローズαQは、露光部(6)
と蓄積リング(1)の上下方向の変位を吸収するために
用いる。
Now, the new equilibrium orbit of the charged particle is [
Suppose that 18fi is moved for a short time. Here, the original trajectory l
The scattered charged particles start betatron oscillations with an initial amplitude value of (city attack), but this betatron oscillation is a vertical oscillation.It should be noted that this oscillation emits a synchrotron radiation beam line1. Extremely short time due to radiation braking
This attenuates. The time constant of this decay is usually several milliseconds in a storage ring used for synchrotron radiation, and if we look at this in a macroscopic way, even if we consider that the charged particles instantly shift to a new equilibrium orbit, there is no problem with the total (1) /1° Therefore, since the synchrotron radiation beam line is generated from the charged particle position, the synchrotron radiation beam line also moves in the vertical direction. However, in a few milliseconds, it moves a large distance that can exceed the gap distance of the magnet. If the particle is moved faster than the amplitude attenuates (a situation will occur where the particle hits the magnetic pole of the magnet), the movement speed should not be such an ultra-high speed.Of course, the movement of the storage ring in the present invention is as follows. There is no need to do it at such an ultra-high speed, so there is no problem at all.The vacuum bellows αQ shown in Figure 1 is
This is used to absorb vertical displacement of the storage ring (1).

なお1図中では、荷電粒子入射部(2)の上流側を省略
してしするが、この入射ラインの一部にも同様の真空べ
a−ズを配置すれば、図では省略した入射器との高さの
変位を吸収することができることは、前記放射光ビーム
ライン(5)の場合と同様である。
In Figure 1, the upstream side of the charged particle injection section (2) is omitted, but if a similar vacuum bead is also placed in a part of this injection line, the injector (not shown in the figure) can be replaced. Similar to the case of the synchrotron radiation beam line (5), it is possible to absorb the displacement in height.

第4図は本発明の他の実施例憂こよる装置を示した正面
図で、この場合、蓄積リング(1)の偏向電磁石(3)
は超電導電磁石から成る。この超電導電磁石は磁界の強
さを大きくできるので、放射光量を増やせる、あるいは
全体fこ蓄積リングを小形軽量にできる等の特徴がある
。また、その他の実施例として弱収束電磁石を用しまた
小形の蓄積リングに本発明を適用することも勿論可能で
ある。
FIG. 4 is a front view of a device according to another embodiment of the invention, in this case the deflection electromagnet (3) of the storage ring (1).
consists of a superconducting electromagnet. This superconducting electromagnet has features such as being able to increase the strength of the magnetic field, increasing the amount of emitted light, and making the entire storage ring smaller and lighter. Furthermore, as other embodiments, it is of course possible to use a weakly converging electromagnet and apply the present invention to a small storage ring.

なお、上記実施例では、真空ドーナツツα1も電磁石(
3)等と共に移動するようにしたが、上述した動作原理
で述べたように、電磁石群のみを一様lこ上下方向に移
動するだけでも、その効果は何等変わらない。
In addition, in the above embodiment, the vacuum donut α1 is also an electromagnet (
3), etc. However, as described in the operating principle above, even if only the electromagnet group is moved uniformly in the vertical direction, the effect will not change at all.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明の実M例によれば、蓄積リング
(1)を床面霞1こ対して上下方向に平行移動するよう
1こ構成したので、安価で、かつ単純な構成で平行性に
優れ、かつ従来にない高性能の大面積照射ができるとい
う効果がある。
As described above, according to the practical example of the present invention, one storage ring (1) is configured to move in parallel in the vertical direction with respect to one floor haze, so it is inexpensive and has a simple configuration. It has the effect of being able to irradiate a large area with high performance and unprecedented performance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例による荷電粒子装置を示す
正面図、第2図(AL(Blおよび第3図(At、fB
lはそれぞれこの発明における動作特性図、第4図は本
発明の他の実施例による荷電粒子装置を示す正面図1M
5図は従来の荷電粒子装置を示す正直図、第3図は従来
の放射光ビームラインの空間分布を示す模式図、第7図
および第8図はそれぞれ従来の放射光ビームラインの拡
大法を示す模式図である。 図中、(1)は蓄積リング、(2)は入射部、(3)は
偏向電磁石、(4)は平衡軌道、(5)は放射光ビーム
ライン、(6)は露光部、(7)はマスク、(8)はウ
ェー・、(9)は四極電磁石、住0は真空ドーナツツ、
(11)は高周波空洞。 αりは反射鏡、(131は架台、α■は可動機構、(旧
は床、(lI19は真空ベローズである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 弁理士 佐 藤 正 年 Δ・H?487 第8図 鐸l糧(cm) tIf動−f(cm) 第 5 rs       4−H9417第 6 図
Fig. 1 is a front view showing a charged particle device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 (AL (Bl) and Fig. 3 (At, fB
1 is an operational characteristic diagram of the present invention, and FIG. 4 is a front view 1M showing a charged particle device according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a straight view showing a conventional charged particle device, Figure 3 is a schematic diagram showing the spatial distribution of a conventional synchrotron radiation beam line, and Figures 7 and 8 each show a conventional synchrotron radiation beam line expansion method. FIG. In the figure, (1) is a storage ring, (2) is an entrance part, (3) is a bending magnet, (4) is an equilibrium orbit, (5) is a synchrotron radiation beam line, (6) is an exposure part, and (7) is a synchrotron radiation beam line. is a mask, (8) is a wave, (9) is a quadrupole electromagnet, and 0 is a vacuum donut.
(11) is a high frequency cavity. α is a reflecting mirror, (131 is a stand, α■ is a movable mechanism, (formerly is a floor, (lI19 is a vacuum bellows. The same reference numerals in each figure indicate the same or equivalent parts. Agent: Patent Attorney S. Masaru Fuji Year Δ・H?487 Fig. 8 鐸 l provision (cm) tIf movement - f (cm) 5th rs 4-H9417 Fig. 6

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)放射光ビームを発生しこれを利用する荷電粒子装
置において、荷電粒子の平衡軌道を上下方向に平行移動
させることにより、発生する放射光ビームラインの縦方
向の照射範囲を拡大し、もつて大面積の照射を可能とし
たことを特徴とする荷電粒子装置。
(1) In a charged particle device that generates and uses a synchrotron radiation beam, the vertical irradiation range of the generated synchrotron beam line can be expanded and maintained by vertically moving the equilibrium trajectory of the charged particles in parallel. A charged particle device that is characterized by being able to irradiate a large area.
(2)複数の電磁石と真空ドーナツツから成る蓄積リン
グを共通の架台とともに上下方向に平行に移動可能とし
た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。
(2) A charged particle device according to claim 1, characterized in that a storage ring consisting of a plurality of electromagnets and vacuum donuts is movable vertically in parallel together with a common pedestal.
(3)複数の電磁石と真空ドーナツツから成る蓄積リン
グにおいて、複数の電磁石が互いの相対的な位置関係を
一定のままでそれぞれを独立にあるいは複数のグループ
に分けてこれらを上下方向に平行に移動可能としたこと
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
(3) In a storage ring consisting of multiple electromagnets and vacuum donuts, the multiple electromagnets move in parallel in the vertical direction while keeping their relative positional relationship constant. 2. The charged particle device according to claim 1, wherein the charged particle device is capable of being used.
(4)上下方向の移動を油圧あるいは空圧制御にて行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項記載の
荷電粒子装置。
(4) The charged particle device according to claim 2 or 3, wherein the vertical movement is performed by hydraulic or pneumatic control.
(5)放射光ビームラインの上流側は平衡軌道とともに
上下方向に移動し、下流側は床面に対し一定の高さに固
定され、かつ上流側と下流側とが真空ベローズによりフ
レキシブルに結合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。
(5) The upstream side of the synchrotron radiation beam line moves vertically along the balanced trajectory, the downstream side is fixed at a constant height relative to the floor, and the upstream and downstream sides are flexibly connected by a vacuum bellows. A charged particle device according to claim 1, characterized in that:
(6)蓄積リングが超電導電磁石より成る偏向電磁石を
含む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。
(6) The charged particle device according to claim 1, wherein the storage ring includes a bending electromagnet made of a superconducting electromagnet.
(7)上下方向の移動量および移動速度、繰り返し数を
プログラマブルとしたことを特徴とする特許請求の範囲
第2項および第3項記載の荷電粒子装置。
(7) The charged particle device according to claims 2 and 3, characterized in that the amount of movement in the vertical direction, the speed of movement, and the number of repetitions are programmable.
(8)上下方向の移動速度、繰り返し数のいずれかある
いは両方を、放射光モニタからの信号により照射される
光量の時間積分値が常に一定となるような制御系を設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第2項および第3項
記載の荷電粒子装置。
(8) A control system is provided for controlling the vertical movement speed and/or the number of repetitions so that the time integral value of the amount of light irradiated is always constant based on the signal from the synchrotron radiation monitor. Charged particle device according to claims 2 and 3.
(9)放射光強度モニタとして、蓄積リングの荷電ビー
ム強度モニタを用いることを特徴とする特許請求の範囲
第8項記載の荷電粒子装置。
(9) The charged particle device according to claim 8, characterized in that a charged beam intensity monitor of a storage ring is used as a radiation light intensity monitor.
(10)荷電粒子入射ラインの下流側(蓄積リング側)
は平衡軌道とともに上下方向に移動し、上流側(入射器
側)は床面に対し一定の高さに固定され、かつ上流側と
下流側とが真空ベローズによりフレキシブルに結合され
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。
(10) Downstream side of charged particle incident line (storage ring side)
moves vertically along the balanced trajectory, the upstream side (injector side) is fixed at a constant height relative to the floor, and the upstream and downstream sides are flexibly connected by a vacuum bellows. A charged particle device according to claim 1.
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JPS6417427A (en) * 1987-07-13 1989-01-20 Nippon Telegraph & Telephone Fine pattern transferring device

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