JPH0656800B2 - 荷電ビ−ム装置 - Google Patents

荷電ビ−ム装置

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JPH0656800B2
JPH0656800B2 JP60268719A JP26871985A JPH0656800B2 JP H0656800 B2 JPH0656800 B2 JP H0656800B2 JP 60268719 A JP60268719 A JP 60268719A JP 26871985 A JP26871985 A JP 26871985A JP H0656800 B2 JPH0656800 B2 JP H0656800B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、荷電ビーム装置、特に例えば電子ビームの
ような荷電ビームを加速して蓄積し、荷電ビームの偏向
部から発生する放射光(シンクロトロン放射光とも呼ば
れる)を利用する荷電ビーム装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は従来の荷電ビーム装置を示す平面図である。1
は荷電ビームを所定のエネルギーに加速した後、後述す
る荷電ビーム蓄積リングに荷電ビームを入射する機能を
有する荷電ビーム加速入射器、2は所定のエネルギーの
荷電ビームを荷電ビーム加速入射器1と荷電ビーム蓄積
リングとの間を輸送するために設けられた荷電ビーム輸
送部、3は所定のエネルギーの荷電ビームを長時間貯
え、放射光9を利用するための荷電ビーム蓄積リングで
ある。この荷電ビーム蓄積リング3には放射光を外部に
導くための放射光ビームライン(ここでのビームは光子
ビームである)4、荷電ビームを偏向させ放射光9を発
生させるための偏向電磁石6、及び荷電ビームを長時間
回し続けるために例えば10-9Torr程度に真空度を保つ
真空ドーナツ7が存在する。図中の8は荷電ビームの平
衡軌道を示すもので、放射光9は荷電ビームの平衡軌道
8の曲線部からその接線方向に放出されることが知られ
ている。又、10は高周波空洞である。なお、この他
に、図示しない真空排気装置や軌道調整用の電磁石等が
有るが、本発明に関係する部分のみを示している。なお
放射光ビームライン4は図中では2本のみ示したが、こ
れは通常各偏向部から複数本出ている。前述した荷電ビ
ーム加速入射器1としては通常は線形加速器やシンクロ
トロンなどが用いられている。従来のこの種の装置の作
用を以下に詳しく説明する。
荷電ビーム加速入射器1により所定のエネルギー(ここ
でEとする)に加速された荷電ビームは、真空ビーム輸
送部2を経由して荷電ビーム蓄積リング3に入射され、
その後はエネルギーEのままで、平衡軌道8を回転し続
ける。しかし荷電ビームは偏向を受ける毎に放射光9を
放出するので、その放射損失に基づくエネルギー損失が
生じる。これを図中に示す高周波空洞10によって補な
い、所定のエネルギーを保っている。さらに、重要なこ
とは荷電ビーム蓄積リング3の中を回転している荷電粒
子の数が時間とともに減少することである。このメカニ
ズムは以下の通りである。
高真空に真空排気されている真空ドーナツ7の中には、
高真空とはいえ若干の残留分子が存在する。そのためこ
の残留分子と荷電ビームとが衝突して散乱を受け、これ
が真空ドーナツ7の壁面に衝突し、荷電ビーム、すなわ
ち荷電粒子の集団は時間と共に徐々に減少していく。こ
の他にも、ある確率で荷電ビームはその粒子数が減少し
ていくことが知られている。実際、従来の装置では、通
常数時間の寿命で荷電ビームは減少している。なお、こ
こで寿命とは、荷電ビームの中に含まれる荷電粒子の数
が元の粒子数の1/2あるいは36.8%(1/e)に減少
するまでの時間として定義されるのが一般的である。荷
電粒子の数を表わす場合、通常荷電ビームの電流値(こ
こではIbと表わす)が良く用いられている。荷電ビー
ムの速度が十分光速度に近い場合(通常の放射光利用の
ための荷電ビーム装置ではこの条件が成立つ)には、荷
電ビームの電流値Ibと荷電粒子の数N は比例する。
Ib=f・g・N……(1) 但し、gは1個の荷電粒子の電荷、fは荷電粒子のリン
グ内での回転周波数である。
すなわち、ここで説明したことをまとめると、荷電粒子
蓄積リング3の中の荷電ビームのエネルギーは時間の経
過によっても変化しないから、荷電ビームの電流値は時
間の経過とともに減少しているということである。
さて、ここで放射光の強度について説明する。放射光の
強度は文献“次代を担うリソグラフィ技術の本命”,阿
力田 伸史,雑誌 日本の科学と技術 84に示される
ように、荷電ビームのエネルギーEと荷電ビームの電流
値Ibとから P=α・E・Ib……(2)と表わすことができる。こ
こでPは放射光の強度、あるいは全パワーであり、αは
荷電ビーム蓄積リングの形状で定まる定数である。
従って、放射光の強度は、時間とともに減少していく。
すなわち、放射光の光量は時間とともに減少していき、
利用上不都合である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上説明した従来の荷電ビーム装置では、一旦荷電ビー
ム加速入射器から荷電ビーム輸送部を経て荷電ビーム蓄
積リングに入射された荷電ビームから放射される放射光
の強度あるいは光量は時間とともに減少し、利用上不都
合であった。又、1つの装置当りの有効に利用できる放
射光ビームラインの数は、真空ドーナツからの放射光ビ
ームライン用のポートの空間的な寸法面からの制約によ
り限度がある。このため1台の荷電ビーム加速入射器に
対して数の荷電ビーム蓄積リングを備え、利用できる放
射光ビームラインの数を増やすことが当然考えられる
が、この場合の最大の問題は、それぞれの荷電ビーム蓄
積リングから放射される放射光の強度あるいは光量が互
いに異なり、そのために利用上問題を生ずるという点で
ある。すなわち、単一の荷電ビーム蓄積リングに複数配
置された放射光ビームラインから得られる放射光の強度
あるいは光量はそれぞれ互いに等しくそろっているが、
異なる荷電ビーム蓄積リング間には放射光の強度がばら
つくという問題である。この理由は、荷電ビーム蓄積リ
ングを全く同一に設計,製作し、同一の真空排気設備を
施こしたとしても、真空ドーナツの吸着ガスの離脱の割
合は素材段階の脱ガス処理時の条件(例えば焼出し温度
や雰囲気)の微妙な違いや素材のばらつきなどに基づ
き、若干の差が有る。更には、偏向電磁石や軌道調整用
電磁石のわずかな仕上り精度の差や電流値のばらつき、
あるいは据え付け誤差等により荷電ビームの電流値の時
間的変化はそれぞれの荷電粒子蓄積リングで異なること
になるためである。
この発明は上記のような従来の問題点を解決するために
なされたもので、有効に利用できる放射光ビームライン
の数を十分に得られるとともに、放射光の強度がほぼ一
定で、かつ各荷電粒子蓄積リングで光強度が揃ったもの
が得られる荷電ビーム装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る荷電ビーム装置は、単数の荷電ビーム加
速入射器及び荷電ビーム輸送部と、複数の荷電ビーム蓄
積リング及び放射光の光量モニタあるいは蓄積された荷
電ビームの電流モニタとを備え、上記光量モニタあるい
は電流モニタでモニタした値に応じてそれぞれの荷電ビ
ーム蓄積リングから発生する放射光の光量の所定の値で
一定となるように、順次荷電ビームを荷電ビーム加速入
射器から荷電ビーム輸送部を経由して荷電ビーム蓄積リ
ングに補給するようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、上記のような構成により、放射光
の光量が所定の値で一定となるように制御され、利用で
きる放射光の性質と量を大幅に向上させることができ
る。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図に用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例による荷電ビーム装置を示
し、この実施例は複数の荷電ビーム蓄積リング3として
これを2個有する場合を示している。
5はそれぞれの荷電ビーム蓄積リング3の放射光ビーム
ライン4に取付けて配置された放射光の光量モニタであ
る。又、13は各荷電ビーム蓄積リング3の光量モニタ
5からの光量に比例する信号を受けて、それが所定の光
量となるように、荷電ビーム加速入射器1に対し制御信
号を発生し送るための制御部である。又11は荷電ビー
ム輸送部2の途中に複数設けられた荷電ビーム分岐用の
電磁石であり、これは荷電ビームを以後の高電ビーム輸
送部2に供給するか、蓄積リング3に供給するかを切換
えるものである。上記光量モニタ5としては、フォトダ
イオード等をはじめとする光電変換形のものが良く知ら
れている。本発明では、この光量モニタの特性に対する
条件は特に無く、単に光量の相対値のみ把握できるもの
で十分である。又、制御部6はアナログ形,デジタル形
のいずれでも可能であり、一般のフィードバック形の制
御機能を有するものであれば十分である。
次に動作について第2図を用いて説明する。
第2図において横軸は時間,縦軸はある荷電ビーム蓄積
リング3内の荷電ビーム電流値である。A点が所定の光
量値に対応するビーム電流値(Iとして示す)であ
る。A点から時間とともにビーム電流値は徐々に減少
し、それに比例して光量も減少する。この減少の経過
は、光量モニタ5からの信号により制御部6に伝えられ
ており、例えばその値がある設定値(Iとして示す)
になった時点で、制御部6は荷電ビーム加速入射器1及
び荷電ビーム分配用の電磁石1に対し、所要の蓄積リン
グ3に荷電ビームを補給するための動作指令を送り、荷
電ビーム加速入射器1から荷電ビームが補給される。こ
れにより、今対象としている荷電ビーム蓄積リング3の
中のビーム電流値はIに復帰し、従って光量も所定の
値となる。この動作を連続的に行なうことで、放射光の
光量は、常に一定値からある設定範囲の中に納めること
ができる。この動作を複数の荷電ビーム蓄積リングの各
々に対して行なうことで、いずれの荷電ビーム蓄積リン
グからの放射光光量もある設定範囲の中に納めることが
でき、放射光の利用上の問題点は無くなる。
なお上記実施例では、ある設定値(I)となった時点
で荷電ビームを補給する方式を説明したが、一定時間毎
に、放射光光量モニタからの信号と所定の放射光光量と
の差に対応する荷電ビーム電流値を補給する方式でも,
その効果は同様である。
また、上記実施例では、光量モニタを用いて光量が所定
の光量となる様に制御するようにしたが、光量モニタの
かわりに、第3図に示すように間接的に荷電ビーム電流
値を測定する電流モニタ12を用いることもできる。こ
の場合は、上記実施例に比し放射光ビームラインをモニ
タ用として1本使う必要が無く、放射光の利用率の面で
メリットが生ずる。この電流モニタ12としては直流変
流器方式のものが一般に用いられているが、特にその方
式は限定されず、ビーム電流のみ精度良くモニタできれ
ばどの様な方式のものでも良い。
なお、上記実施例では荷電ビーム蓄積リングの個数が2
個の場合を説明したが、これは更に多数の場合について
も全く同様であることは申すまでもない。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、一台の荷電ビーム加
速入射器及び荷電ビーム輸送部と、複数の荷電ビーム蓄
積リングとを組み合わせるとともに、放射光の光量をモ
ニタで観測し、フィードバック制御により放射光の光量
を所定の値にて一定となる様に制御するように構成した
ので、利用できる放射光の性質と量を大幅に向上できる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す平面図、第2図は上
記実施例の動作を説明するための特性図、第3図はこの
発明の他の実施例を示す平面図、第4図は従来この種の
装置を示す平面図である。 1は荷電ビーム加速入射器、2は荷電ビーム輸送部、3
は荷電ビーム蓄積リング、4は放射光ビームライン、5
は放射光光量モニタ、6は偏向電磁石、7は真空ドーナ
ツ、8は荷電ビームの平衡軌道、9は放射光、10は高
周波空洞、11はビーム分配用電磁石、12は電流モニ
タ、13は制御部である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電ビームを発生出力する単数の荷電ビー
    ム加速入射器と、 該加速入射器からの荷電ビームを輸送する単数の荷電ビ
    ーム輸送部と、 上記荷電ビーム輸送部に分岐手段を介して接続された複
    数の荷電ビーム蓄積リングと、 上記各荷電ビーム蓄積リングから発生する放射光の光量
    を観測する複数の光量モニタと、 該光量モニタでモニタした光量の値に応じて荷電ビーム
    蓄積リングから発生する放射光の光量を所定の値で一定
    となる様に上記荷電ビーム加速入射器及び上記分岐手段
    の動作を制御する制御部とを備え、 順次荷電ビームを荷電ビーム加速入射器から荷電ビーム
    輸送部を経由して荷電ビーム蓄積リングに補給するよう
    にしたことを特徴とする荷電ビーム装置。
  2. 【請求項2】荷電ビームを発生出力する単数の荷電ビー
    ム加速入射器と、 該加速入射器からの荷電ビームを輸送する単数の荷電ビ
    ーム輸送部と、 上記荷電ビーム輸送部に分岐手段を介して接続された複
    数の荷電ビーム蓄積リングと、 上記各荷電ビーム蓄積リングに蓄積された電流値をモニ
    タする複数の電流モニタと、 該電流モニタでモニタした光量の値に応じて荷電ビーム
    蓄積リングから発生する放射光の光量を所定の値で一定
    となる様に上記荷電ビーム加速入射器及び上記分岐手段
    の動作を制御する制御部とを備え、 順次荷電ビームを荷電ビーム加速入射器から荷電ビーム
    輸送部を経由して荷電ビーム蓄積リングに補給するよう
    にしたことを特徴とする荷電ビーム装置。
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JPH0831360B2 (ja) * 1990-06-08 1996-03-27 株式会社ソルテック 蓄積ビーム電流安定化制御方法
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