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JPH0763036B2 - Bending electromagnet with return yoke - Google Patents
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JPH0763036B2 - Bending electromagnet with return yoke - Google Patents

Bending electromagnet with return yoke

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JPH0763036B2
JPH0763036B2 JP62053965A JP5396587A JPH0763036B2 JP H0763036 B2 JPH0763036 B2 JP H0763036B2 JP 62053965 A JP62053965 A JP 62053965A JP 5396587 A JP5396587 A JP 5396587A JP H0763036 B2 JPH0763036 B2 JP H0763036B2
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coil
vacuum duct
return yoke
magnetic
magnetic field
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穣治 中田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷電粒子を閉軌道上で回転させて加速あるい
は蓄積する荷電粒子加速蓄積装置としての蓄積リングす
なわちSOR露光装置の偏向電磁石の構造に関するもので
ある。
The present invention relates to a storage ring as a charged particle accelerating storage device for rotating or accelerating or storing charged particles on a closed orbit, that is, a structure of a deflection electromagnet of a SOR exposure apparatus. It is about.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のシンクロトロンや蓄積リングは高エネルギー物理
実験(主に電子と陽電子,陽子と反陽子との衝突実験に
よる素粒子の相互作用および新粒子の発見等のための実
験)のために製作されており、概して大型であった(直
径数十m〜数十km)。
Conventional synchrotrons and storage rings are manufactured for high-energy physics experiments (mainly experiments for interaction of elementary particles and collisions of electrons and positrons, protons and antiprotons, and discovery of new particles). And was generally large (tens of meters to tens of kilometers in diameter).

このように従来の蓄積リングは大型で、多数の偏向電磁
石で構成されており、個々の偏向電磁石はほぼ直線状の
構造であったため、電子が長時間周回するために必要な
条件である磁場の均一度を確保するための磁極構造最適
化は2次元の磁場解析で充分であった。
As described above, the conventional storage ring is large and is composed of a large number of deflection electromagnets. Since each deflection electromagnet has a substantially linear structure, the magnetic field that is a condition necessary for the electrons to orbit for a long time is A two-dimensional magnetic field analysis was sufficient for optimizing the magnetic pole structure to ensure the uniformity.

これに対し、最近、電子あるいは陽電子が周回する時に
放出されるSOR光を、光電子分光等の表面分析や半導体L
SIを製造する時のX線リソグラフィー用光源として利用
することが注目されている。これら半導体産業にこのSO
R光源が導入されるためには従来よりも小型で専用に設
計された蓄積リングが必要となる。このため世界中で蓄
積リングを小型化しようとする試みが行なわれている。
On the other hand, recently, SOR light emitted when electrons or positrons orbit is used for surface analysis such as photoelectron spectroscopy or semiconductor L
Attention has been paid to its use as a light source for X-ray lithography when manufacturing SI. In this semiconductor industry this SO
The introduction of the R light source requires a storage ring that is smaller and designed specifically than before. For this reason, attempts are being made worldwide to reduce the size of storage rings.

小型化の1つの有力な方向は、偏向電磁石を超伝導化
し、1つの偏向電磁石で180度電子を偏向し、電子の軌
道半径を数十cm程度のオーダにする方向である。これ
は、例えば「ホイバーガ著,固体工学,93頁,1986,2月
(A.Heuberger,Solid State Technology,p.93,February
1986)」に記載されている。
One important direction for miniaturization is to make the deflection electromagnet superconducting and deflect electrons by 180 degrees with one deflection electromagnet to make the orbital radius of the electron on the order of several tens of centimeters. This is described, for example, in “Heuberga, Solid State Engineering, p. 93, 1986, February (A. Heuberger, Solid State Technology, p. 93, February.
1986) ”.

従って、従来の2次元解析では不充分であり、3次元解
析の取扱いが必須となるが、必要な磁場の均一度を電子
の通る軌道軸に沿ってそれに垂直な平面の広い領域に確
保する具体的な磁石構造は未だ実現されていない。ま
た、磁性体を含んだ3次元解析には膨大な計算機パワー
を必要とし、上記ホイバーガ(A.Heuberger)等の偏向
電磁石も空芯型であり、鉄は使用されていない。
Therefore, the conventional two-dimensional analysis is insufficient, and the handling of the three-dimensional analysis is indispensable. However, the required homogeneity of the magnetic field is ensured in a wide area of a plane perpendicular to the orbital axis through which the electrons pass. Magnetic structure has not been realized yet. In addition, enormous computer power is required for three-dimensional analysis including a magnetic body, and the deflection electromagnets such as the above-mentioned Heiberger are also air core type, and iron is not used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

一方、蓄積リングを小型化する試みの中で、電子を円形
リングの中で360度偏向させようという試みもある。こ
のことは、例えば(高橋著,日本学術振興会,結晶加工
と評価技術,第145委員会,B分科会(放射光利用),第
9回研究会資料17頁)に記載されている。この例の場
合、磁性を使用しているが円形構造のため2次元の解析
で十分であった。しかし、180度偏向で磁性体を含む構
造では、上記のように膨大な計算機パワーを要する3次
元の解析が必要になり、現在まで具体的構造は提案され
ていない。
On the other hand, in an attempt to miniaturize the storage ring, there is an attempt to deflect electrons 360 degrees in a circular ring. This is described in, for example, (Takahashi, Japan Society for the Promotion of Science, Crystal Processing and Evaluation Technology, 145th Committee, Subcommittee B (using synchrotron radiation), 9th Research Material, page 17). In the case of this example, although magnetism is used, a two-dimensional analysis is sufficient because of the circular structure. However, a structure including a magnetic substance with a 180-degree deflection requires a three-dimensional analysis that requires enormous computer power as described above, and no specific structure has been proposed to date.

また、従来の超電導偏向電磁石は上記素粒子実験用に製
作されており、構造も直線状でSOR光取出し用スペース
のない、いわゆるcosθ巻きのコイル構造で、2次元の
磁場解析により電子の通る軌道軸およびそれに垂直な面
内で磁場の均一領域を確保していたが、これをそのまま
SOR光利用装置の電磁石とすることはできない。
Moreover, the conventional superconducting bending electromagnet is manufactured for the above elementary particle experiment, and the structure is linear and has a so-called cos θ winding coil structure with no space for SOR light extraction. A uniform area of the magnetic field was secured in the axis and in the plane perpendicular to it.
It cannot be used as an electromagnet for SOR light utilization equipment.

すなわち、従来の問題点は、蓄積リングの小型化と電子
軌道に沿っての均一な磁界分布とが実現されていないと
いうことである。
That is, the conventional problem is that the miniaturization of the storage ring and the uniform magnetic field distribution along the electron orbit have not been realized.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、半導体産業用に小型化したSOR
露光装置のための偏向電磁石を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to downsize a SOR for the semiconductor industry.
It is to provide a deflection electromagnet for an exposure apparatus.

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

このような目的を達成するために本発明は、真空ダクト
の水平断面がほぼ扇形の形状を有する荷電粒子加速蓄積
装置の上記真空ダクトに偏向磁場を発生させるリターン
ヨーク付き偏向電磁石において、上記真空ダクトを挟ん
で上下に一対以上設けられ真空ダクトに沿った内側と外
側に反対方向の電流が流れるようにループを形成した励
磁コイルと、この励磁コイルと真空ダクトを取り囲む磁
性体とを備え、励磁コイルは、真空ダクトに沿った外側
のコイルの上下間ギャップが内側のコイルの上下間ギャ
ップよりも大きく、かつ外側コイルと内側コイルを結ぶ
渡りの部分のコイルが外側に30±15度の角度で跳ね上が
るように配置されたものである。
In order to achieve such an object, the present invention relates to a deflection electromagnet with a return yoke for generating a deflection magnetic field in the vacuum duct of a charged particle accelerating and accumulating apparatus having a horizontal cross section of a substantially fan shape. An exciting coil having a pair of upper and lower portions sandwiching the coil and forming a loop so that currents in the opposite directions flow inward and outward along the vacuum duct, and a magnetic body surrounding the exciting coil and the vacuum duct. Is that the vertical gap of the outer coil along the vacuum duct is larger than the vertical gap of the inner coil, and the coil at the transition between the outer coil and the inner coil jumps outward at an angle of 30 ± 15 degrees. It is arranged as follows.

〔作用〕[Action]

本発明においては、小型蓄積リングおよび電子軌道に沿
っての均一な磁界分布を実現することができる。
In the present invention, a small storage ring and a uniform magnetic field distribution along the electron orbit can be realized.

〔実施例〕〔Example〕

まず、本発明の特徴について述べる。本発明は、1個の
偏向電磁石で180度電子を偏向させ、電子の通る軌道軸
およびそれに垂直な平面内の広い領域に均一な磁場を実
現したことを最も主要な特徴とする。
First, the features of the present invention will be described. The most main feature of the present invention is that a single deflection electromagnet deflects electrons by 180 degrees and a uniform magnetic field is realized in a wide area in a plane perpendicular to the orbital axis of the electron and the electron.

また、SOR光を取り出す領域を確保しつつ超電導化する
ことにより、軌道半径を数十cm程度と小さくした3次元
的コイル構造を磁性体(リターンヨーク)を含めて明確
化した。
In addition, we have clarified the three-dimensional coil structure, including the magnetic material (return yoke), which reduces the orbital radius to several tens of centimeters by making it superconducting while ensuring a region for extracting SOR light.

さらに、磁性体をコイルの回りに配置したため、コイル
の起磁力を空芯の時と比較して3割も低減させ、なおか
つコイルにかかる軸方向の電磁力を半分以下に低減した
も主要な特徴とする。
In addition, since the magnetic material is placed around the coil, the magnetomotive force of the coil is reduced by 30% compared to the air core, and the axial electromagnetic force applied to the coil is reduced to less than half. And

従来の小型蓄積リングを実現しようとする試みにおいて
は、上記のように180度偏向では空芯型、360度偏向では
磁性体を含む構造となっている。今回180度偏向で磁性
体を含む具体的な構造を提案したものである。
In an attempt to realize a conventional small storage ring, as described above, the 180 degree deflection has an air-core type, and the 360 degree deflection has a structure including a magnetic material. This time, we proposed a concrete structure that includes a magnetic body with 180 degree deflection.

今回、磁性体を含んだ3次元の磁場解析を実行し、SOR
光取出しを容易にしたコイル配置,磁性体の構造を実現
できた。以下、上記コイル配置,磁性体の構造について
説明する。
This time, we performed a three-dimensional magnetic field analysis including a magnetic material and performed SOR
We were able to realize a coil arrangement and magnetic structure that facilitated light extraction. The coil arrangement and the structure of the magnetic body will be described below.

第1図(a),(b)は本発明による鉄のリターンヨー
クの構造とコイルの位置を示したものであり、1は内側
コイル、2は外側コイル、3は渡りの部分のコイル、4
はリターンヨークである。第2図〜第5図はコイルの詳
細な配置を示した図であり、(a)は実際のコイル巻線
の外形、(b)は上記コイルの中心線と真空ダクト5の
外形を示す。実際の磁場計算では、この線電流モデルに
より計算するだけで充分な精度がある。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) show the structure of the iron return yoke and the position of the coil according to the present invention, in which 1 is an inner coil, 2 is an outer coil, 3 is a coil of the crossover portion, 4
Is the return yoke. 2 to 5 are diagrams showing the detailed arrangement of the coils. (A) shows the outer shape of the actual coil winding, and (b) shows the center line of the coil and the outer shape of the vacuum duct 5. In the actual magnetic field calculation, it is sufficient to calculate using this line current model.

第6図〜第8図は、リターンヨーク4の中にあるコイル
のみを取り出した時、そのコイルを上(±z方向)と横
(±x方向)から見たコイル切詰配置図であり、コイル
の中心線のみを示したものである。第7図のx≧0,y≧
0,z≧0の空間におけるコイルの中心線は、z=D1,x2
y2=R12の円弧とz=D2,x2+y2=R22の円弧(ただし、D
1>D2>0,R1>R2>0)のα≦θx≦90度(第7図
(a)参照)の部分である。すなわち、コイルの中心線
は所定の範囲で円弧と一致する。ここで、α,θxは3
次元円柱座標の角度を表し、αは0度≦α≦90度の間に
ある一定値である。この例ではα≠0である。第8図
は、z=D1,x2+y2=R12の円弧とz=D2,x2+y2=R22
円弧のy≧aの部分である。ここで、aは0≦a<R2を
満足する一定値で、この例ではa≠0である。第7図,
第8図のいずれにおいても、内側コイル1と外側コイル
2の中心線をその中に含む平面はz=0の平面と30度±
15度の角度で交差し、交線はy=tanα・xあるいはy
=αに平行である。第6図は、第7図のα=0または第
8図のa=0の場合に相当する。
FIG. 6 to FIG. 8 are coil truncation arrangement views of the coil in the return yoke 4 when taken out from above (± z direction) and side (± x direction). Only the center line of is shown. X ≧ 0, y ≧ in FIG.
The center line of the coil in the space of 0, z ≧ 0 is z = D1, x 2 +
An arc of y 2 = R1 2 and an arc of z = D2, x 2 + y 2 = R2 2 (however, D
1>D2> 0, R1>R2> 0) and α ≦ θx ≦ 90 degrees (see FIG. 7 (a)). That is, the center line of the coil coincides with the circular arc within a predetermined range. Where α and θx are 3
It represents the angle of the dimensional cylindrical coordinates, and α is a constant value within the range of 0 ° ≦ α ≦ 90 °. In this example, α ≠ 0. 8 is a part of z = D1, x 2 + y 2 = R1 2 arcs and z = D2, x 2 + y 2 = R2 2 of arc y ≧ a. Here, a is a constant value satisfying 0 ≦ a <R2, and in this example, a ≠ 0. Figure 7,
In any of FIG. 8, the plane including the center lines of the inner coil 1 and the outer coil 2 in it is the plane of z = 0 and ± 30 degrees.
They intersect at an angle of 15 degrees, and the line of intersection is y = tan α · x or y
= Parallel to α. FIG. 6 corresponds to the case where α = 0 in FIG. 7 or a = 0 in FIG.

以下、第1図〜第4図の実施例について詳細に述べる。
リターンヨーク4を付加することにより、空芯型のコイ
ルで最適化された配置では均一度は出なくなる。新たに
パラメータサーベイにより得られたコイル配置は以下の
通りである。
Hereinafter, the embodiment of FIGS. 1 to 4 will be described in detail.
By adding the return yoke 4, the uniformity is not obtained in the optimized arrangement with the air-core type coil. The coil layout newly obtained by the parameter survey is as follows.

第2図〜第5図に示されたコイルの配置構造により、電
子の軌道半径を数十cm(この例では52.38cmである。こ
れは3.5T,550MeVの軌道半径に相当する)とした。電子
の通る軌道軸に沿って均一な領域を確保するために、内
側コイル1より外側コイル2の方を高くし、なおかつそ
の2つのコイルを結ぶ渡りの部分のコイル3を外側に或
る一定の角度だけ跳上げた構造になっている。詳細なコ
イル配置を下記に示す(第10図参照)。
Due to the coil arrangement structure shown in FIGS. 2 to 5, the electron orbit radius is set to several tens of cm (52.38 cm in this example, which corresponds to the orbit radius of 3.5 T, 550 MeV). In order to secure a uniform region along the orbital axis through which the electrons pass, the outer coil 2 is made higher than the inner coil 1, and the coil 3 at the connecting portion connecting the two coils is placed outside to a certain extent. It has a structure that jumps up only at an angle. The detailed coil arrangement is shown below (see Fig. 10).

外側コイル中心の半径R1=784.9mm 外側コイル中心の高さD1=161.3mm 内側コイル中心の半径R2=268.4mm 内側コイル中心の高さD2=124.8mm 渡りの部分のコイルの跳上げ角度=30度 ここで、コイルの太さは、起磁力およびコイルに流すこ
とのできる最大電流密度によって規定され、線材の特性
・コイル内経験磁場・励磁速度等の因子によって異な
る。
Radius of outer coil center R1 = 784.9mm Height of outer coil center D1 = 161.3mm Inner coil center radius R2 = 268.4mm Inner coil center height D2 = 124.8mm Jumping angle of the coil at the transition point = 30 degrees Here, the thickness of the coil is defined by the magnetomotive force and the maximum current density that can be passed through the coil, and depends on factors such as the characteristics of the wire, the empirical magnetic field in the coil, and the excitation speed.

第9図(a)〜(j)は、上記のコイル配置の時、電子
軌道軸に沿ってそれに垂直な面内の磁場の均一度の分布
である。同図は、上から電子軌道軸に沿ってθx方向に
90度(y軸)〜0度(x軸)までの10度毎の各断面につ
いて磁場の均一度(Uniformity,以下「U」と略称す
る)を示している。図中横軸は電子の軌道軸に垂直な断
面をとった時の動径方向の位置を示している。(単位は
cm)。縦軸は均一度Uを表わし、実線,鎖線,一点鎖
線,二点鎖線の各曲線は、電子軌道軸に垂直な方向の高
さz=0cm,1cm,2cm,3cmの位置パラメータに対する均一
度Uを示す。ここで、均一度Uとは、横軸とパラメータ
で決定される位置における磁場のz成分BZの値と、z=
0cmで電子の平衡軌道の位置(図中横軸の0の位置)に
あたるBZの値BZ0のから次の式で定義される量である。
FIGS. 9 (a) to 9 (j) are distributions of the homogeneity of the magnetic field in the plane along the electron orbit axis and perpendicular to the axis in the above coil arrangement. This figure shows the direction from the top along the electron orbit axis in the θx direction.
The magnetic field homogeneity (Uniformity, hereinafter abbreviated as "U") is shown for each 10-degree section from 90 degrees (y-axis) to 0 degrees (x-axis). The horizontal axis in the figure indicates the radial position when a cross section perpendicular to the electron orbit axis is taken. (Units
cm). The vertical axis represents the homogeneity U, and each curve of the solid line, the chain line, the one-dot chain line, and the two-dot chain line shows the homogeneity U with respect to the position parameter of the height z = 0 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm in the direction perpendicular to the electron orbit axis. Indicates. Here, the homogeneity U is the value of the z component BZ of the magnetic field at the position determined by the horizontal axis and the parameter, and z =
It is a quantity defined by the following formula from the value of BZ BZ0 corresponding to the position of the electron's equilibrium orbit at 0 cm (position of 0 on the horizontal axis in the figure).

U=(BZ−BZ0)/BZ0 第9図の縦軸の均一度Uは真中が0であり、1目盛が±
0.5×10-3である。すなわち、この図は、電子の軌道軸
に沿ってそれに垂直な平面の10cm×6cm(高さ方向につ
いては系の対称性からz=3cm×2=6cm)の広い領域で
ほぼ±5×10-4の均一度を達成していることを示してい
る。この値は、従来の電子蓄積リングの偏向電磁石に要
求されている磁場精度(均一度)とほぼ同等の値であ
る。このように補正コイルを付加することなく、外側コ
イル2の上下間ギャップが内側コイル1の上下間ギャッ
プより大きくなるように配置され、x=0の面に対して
面対称の形状を有するコイルがz=0の面に対して面対
称に配置され、なおかつz=0の面に対して面対称な形
状の磁性体を含む構造で、電子軌道軸に沿ってそれに垂
直な平面の高さおよび動径方向の広い領域にこれだけの
磁場精度を達成したものである。これらの計算はビオ・
サバールの法則および有限要素用による磁性体を含めた
3次元の磁場解析の結果であり、上記のコイル配置もこ
のプログラムによるパラメータサーベイの結果得られた
値である。
U = (BZ-BZ0) / BZ0 The uniformity U on the vertical axis in FIG. 9 is 0 in the center and ± on one scale.
It is 0.5 × 10 -3 . That is, this figure shows approximately ± 5 × 10 − in a wide area of 10 cm × 6 cm (z = 3 cm × 2 = 6 cm in the height direction due to the symmetry of the system) of a plane perpendicular to the electron's orbital axis. It shows that the uniformity of 4 is achieved. This value is almost the same as the magnetic field accuracy (uniformity) required for the bending electromagnet of the conventional electron storage ring. Thus, without adding a correction coil, a coil having a vertical symmetry with respect to the plane of x = 0 is arranged so that the vertical gap of the outer coil 2 is larger than the vertical gap of the inner coil 1. A structure that includes a magnetic substance that is arranged symmetrically with respect to the plane of z = 0 and that is also symmetrical with respect to the plane of z = 0. The magnetic field accuracy of this level is achieved in a wide radial area. These calculations are
It is a result of a three-dimensional magnetic field analysis including a magnetic substance by Savart's law and a finite element, and the above coil arrangement is also a value obtained as a result of a parameter survey by this program.

次に渡りの部分のコイル3の跳上げ角度および内側コイ
ル1,外側コイル2の配置精度の影響について述べる。渡
りの部分のコイル3の跳上げ角度に関しては、前述のコ
イル配置条件、すなわち30度が最適であり、この跳上げ
角度を変化させると、偏向電磁石の出口付近で磁場の均
一度が乱れてくる。しかし、第6図(b)のように30±
15度の範囲にすれば、おおむね良好な均一度が得られ
る。上記の磁性体である鉄は、シールドおよびリターン
ヨークとしての役割しか持っておらず、飽和の度合も少
なく電子軌道軸から離れている。すなわち、このタイプ
のリターンヨーク構造では、外部電源から供給される電
流と電子軌道軸上の磁場の大きさが比例し、磁場の均一
度分布も励磁率(電流値)によって殆ど変化することな
く、ほぼ空芯の性質をそのまま保持している。従って、
コイル配置精度は空芯の時の値と同様と考えてよい。す
なわち、第10図の四辺形斜線部に示された値となる。
Next, the influence of the hoisting angle of the coil 3 and the placement accuracy of the inner coil 1 and the outer coil 2 in the transition portion will be described. Regarding the hoisting angle of the coil 3 at the crossover portion, the above-mentioned coil arrangement condition, that is, 30 degrees is optimal. When the hoisting angle is changed, the homogeneity of the magnetic field is disturbed near the exit of the deflection electromagnet. . However, as shown in Fig. 6 (b), 30 ±
Within the range of 15 degrees, generally good uniformity can be obtained. The iron, which is the above-mentioned magnetic material, has a role only as a shield and a return yoke, and has a small degree of saturation and is away from the electron orbit axis. That is, in this type of return yoke structure, the current supplied from the external power source is proportional to the magnitude of the magnetic field on the electron orbit axis, and the magnetic field homogeneity distribution hardly changes depending on the excitation rate (current value). It retains almost the same properties as an air core. Therefore,
The coil placement accuracy may be considered to be the same as the value for the air core. That is, the values are shown in the shaded portion of the quadrilateral in FIG.

次に磁性体を使用することの効果について述べる。磁性
体を使用することにより、次に示す各効果が表われる。
Next, the effect of using the magnetic material will be described. By using the magnetic material, the following effects are exhibited.

コイルの起磁力を完全空芯の場合と比較して3割程度
軽減させることができる。具体的には3.5Tの磁場を出す
ために必要な起磁力を3.0MATに減らすことができる。こ
の時、上側のリターンヨークをコイルに近づけてやれば
起磁力を更に軽減することはできるが、鉄が強く飽和し
始め磁場の分布を乱す可能性があるので、適度な値に離
しておくことが必要である。
The magnetomotive force of the coil can be reduced by about 30% as compared with the case of a perfect air core. Specifically, the magnetomotive force required to generate a magnetic field of 3.5 T can be reduced to 3.0 MAT. At this time, the magnetomotive force can be further reduced by moving the upper return yoke closer to the coil, but iron may start to saturate strongly and disturb the magnetic field distribution, so keep it at an appropriate value. is necessary.

起磁力(励磁率)を変化させた時、鉄の飽和効果が殆
どない、あるいは一部飽和していても、その鉄が電子軌
道軸から離れているために影響が小さい。すなわち、ほ
ぼ完全空芯のコイルの性質である磁場と外部電源との線
形性をそのまま保つ。具体的に言うと、磁場の均一度を
示す分布が励磁率を変化させても殆ど変化しない。ある
いは渡りの部分の磁場の軌道軸方向分布が励磁率によっ
て変化しない。このため電源トラッキングが容易である
という特徴がある。
When the magnetomotive force (excitation rate) is changed, there is almost no iron saturation effect, or even if iron is partially saturated, the effect is small because the iron is away from the electron orbit axis. That is, the linearity between the magnetic field and the external power source, which is the property of a coil having an almost perfect air core, is maintained. Specifically, the distribution showing the homogeneity of the magnetic field hardly changes even if the excitation rate is changed. Alternatively, the distribution of the magnetic field in the orbital axis direction at the crossover portion does not change depending on the excitation rate. Therefore, there is a feature that power supply tracking is easy.

鉄のリターンヨークは飽和を避けるためコイルから離
して置かれている。このため、SOR光のビームラインを
通すためにシールド側面に穴を開けても均一度分布に与
える影響は殆どない。
The iron return yoke is placed away from the coil to avoid saturation. For this reason, even if a hole is formed on the side surface of the shield to pass the beam line of SOR light, there is almost no effect on the uniformity distribution.

軸方向電磁力が半分以下になり、カラーおよびクライ
オスタットの構造を、たわみ量が小さくなり、更に小さ
くできる。
The axial electromagnetic force is reduced to less than half, and the structure of the collar and the cryostat can be further reduced by reducing the amount of deflection.

漏れ磁場を著しく軽減することができる。The stray magnetic field can be significantly reduced.

コイル経験磁場を小さくでき、超電導磁石の設計がや
り易くなる。
The empirical magnetic field of the coil can be reduced, which facilitates the design of the superconducting magnet.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、真空ダクトに沿った内側
と外側に反対方向の電流が流れるようにループを形成し
た励磁コイルを真空ダクトを挟んで上下に一対以上置
き、励磁コイルと真空ダクトを取り囲む磁性体を備え、
外側コイルの上下間ギャップを内側のコイルの上下間ギ
ャップよりも大きくし、かつ渡りの部分のコイルを外側
に30±15度の角度で跳ね上げるように配置したことによ
り、偏向電磁石内部の広い領域にわたって良好な磁場の
均一度を得ることができ、小型蓄積リングの実用化を図
ることができるので、半導体LSIのリソグラフィー工程
での微小パターンの形成が可能になり、半導体工場で小
型蓄積リングをSOR露光装置として設置することが可能
になるという効果がある。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, a pair of exciting coils having a loop formed so that currents in opposite directions flow inward and outward along the vacuum duct are placed above and below the vacuum duct, and the exciting coil and the vacuum duct are connected to each other. Equipped with a surrounding magnetic body,
The upper and lower gaps of the outer coil are made larger than the upper and lower gaps of the inner coil, and the coil at the crossover is arranged so as to bounce outward at an angle of 30 ± 15 degrees, which results in a large area inside the deflection electromagnet. It is possible to obtain good magnetic field homogeneity over a wide range, and it is possible to put a small storage ring into practical use.This makes it possible to form a minute pattern in the lithography process of a semiconductor LSI. There is an effect that it can be installed as an exposure device.

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

第1図(a),(b)は本発明に係わるリターンヨーク
付き偏向電磁石の一実施例を示す配置図、第2図〜第5
図は種々の角度から見たコイルの詳細配置を示す配置
図、第6〜第8図はコイル切詰配置図、第9図は磁場の
均一度を示すグラフ、第10図はコイル中心線の配置の許
容範囲を示す説明図である。 1……内側コイル、2……外側コイル、3……渡りの部
分のコイル、4……リターンヨーク、5……真空ダク
ト。
1 (a) and 1 (b) are layout diagrams showing an embodiment of a deflection electromagnet with a return yoke according to the present invention, and FIGS.
The figure is a layout showing the detailed layout of the coil as seen from various angles, Figures 6 to 8 are layout drawings of coil truncation, Figure 9 is a graph showing the homogeneity of the magnetic field, and Figure 10 is the layout of the coil center line. It is explanatory drawing which shows the permissible range. 1 ... Inner coil, 2 ... Outer coil, 3 ... Crossover coil, 4 ... Return yoke, 5 ... Vacuum duct.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空ダクトの水平断面がほぼ扇形の形状を
有する荷電粒子加速蓄積装置の前記真空ダクトに偏向磁
場を発生させるリターンヨーク付き偏向電磁石におい
て、 前記真空ダクトを挟んで上下に一対以上設けられ真空ダ
クトに沿った内側と外側に反対方向の電流が流れるよう
にループを形成した励磁コイルと、この励磁コイルと真
空ダクトを取り囲む磁性体とを備え、 前記励磁コイルは、真空ダクトに沿った外側のコイルの
上下間ギャップが内側のコイルの上下間ギャップよりも
大きく、かつ外側コイルと内側コイルを結ぶ渡りの部分
のコイルが外側に30±15度の角度で跳ね上がるように配
置されたものであることを特徴とするリターンヨーク付
き偏向電磁石。
1. A deflection electromagnet with a return yoke for generating a deflection magnetic field in the vacuum duct of a charged particle accelerating and accumulating device, wherein a horizontal cross section of the vacuum duct is substantially fan-shaped. And a magnetic body surrounding the vacuum duct, the exciting coil forming a loop so that currents in opposite directions flow inward and outward along the vacuum duct, and the exciting coil is arranged along the vacuum duct. The vertical gap of the outer coil is larger than the vertical gap of the inner coil, and the coil at the transition between the outer coil and the inner coil is arranged so as to bounce outward at an angle of 30 ± 15 degrees. A bending electromagnet with a return yoke, which is characterized in that
【請求項2】真空ダクトの外側を通る磁束のパスの磁気
抵抗と内側を通る磁束のパスの磁気抵抗を均等にするよ
うに磁性体を形成したことを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のリターンヨーク付き偏向電磁石。
2. The magnetic body is formed so as to equalize the magnetic resistance of the magnetic flux path passing through the outside of the vacuum duct and the magnetic resistance of the magnetic flux path passing through the inside of the vacuum duct. Bending electromagnet with return yoke as described.
【請求項3】偏向電磁石を構成するコイルが超電導コイ
ルであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
リターンヨーク付き偏向電磁石。
3. The deflection electromagnet with a return yoke according to claim 1, wherein the coil forming the deflection electromagnet is a superconducting coil.
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