特許 7617938 線形加速器のための制御装置及び制御技術並びに線形加速器を有するイオン注入装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】線形加速器のための制御装置及び制御技術並びに線形加速器を有するイオン注入装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/02 20060101AFI20250110BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20250110BHJP

   H01J 37/248 20060101ALI20250110BHJP

   H05H 9/00 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

H05H7/02

H01J37/317 Z

H01J37/248 B

H05H9/00 A

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022556492

(86)(22)【出願日】2021-02-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-10

(86)【国際出願番号】 US2021017623

(87)【国際公開番号】W WO2021194655

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2024-02-13

(31)【優先権主張番号】16/828,899

(32)【優先日】2020-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】コワル， キース イー．

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０４３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５１０２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５２５４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８７８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０３４２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００３／０３２６９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第２０１８－０１３３２４０（ＫＲ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０７８８３６５３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許第０６３２６７４６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００７－２６５９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１５６５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８５１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８５１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２１１５００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ ７／０２

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｊ ３７／２４８

Ｈ０５Ｈ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

デジタルマスタクロック発生器及びマスタ波形発生器を含むグローバル制御モジュールと、
前記グローバル制御モジュールに結合された複数の共振器制御モジュールと、を備える装置であって、
前記複数の共振器制御モジュールのうちの所与の共振器制御モジュールは、
ローカル共振器から共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合された第１の入力と、前記デジタルマスタクロック発生器からデジタルマスタクロック信号を受信するように結合された第２の入力と、前記共振器出力電圧ピックアップ信号のゼロ交差イベントを特定するためのゼロ交差検出器と、前記ゼロ交差イベントと前記デジタルマスタクロック信号との比較によって特定された遅延信号を前記マスタ波形発生器に送信するように結合された第１の出力とを有する同期モジュールを備える、装置。

【請求項2】

前記マスタ波形発生器は、アナログ正弦波発生器を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記マスタ波形発生器は、前記遅延信号に基づいて前記ローカル共振器に送信される波形の位相を反復的に調整する、クロック調整回路を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記複数の共振器制御モジュールのうちの所与の共振器制御モジュールが、前記共振器出力電圧ピックアップ信号を受信し、前記共振器出力電圧ピックアップ信号の位相を出力する位相検出器と、前記共振器出力電圧ピックアップ信号の前記位相に基づいて、前記ローカル共振器の共振チューナに同調信号を出力する同調回路とを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記マスタ波形発生器は、複数のクロック調整回路を備え、前記複数のクロック調整回路は、前記複数の共振器制御モジュールに個々に結合される、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記同期モジュールは、
位相検出器であって、前記位相検出器は、前記ローカル共振器から前記共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合され、さらに、前記マスタ波形発生器からマスタクロック波形を受信するように結合されている、位相検出器と、
前記共振器出力電圧ピックアップ信号と前記マスタクロック波形との間の位相遅延を特定し、前記位相遅延を前記グローバル制御モジュールに出力する回路と、
を備える、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記マスタ波形発生器によって生成される波形の周波数は、少なくとも１０ＭＨｚであり、１００ＭＨｚ未満である、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記デジタルマスタクロック発生器によって生成されたデジタルクロック信号の周波数が、前記マスタ波形発生器によって生成されたマスタ波形の周波数に対応する、第２の周波数の整数倍である第１の周波数を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

複数のステージであって、前記複数のステージのうちの所与のステージは、電極アセンブリと、前記電極アセンブリに結合された共振器とを備える、複数のステージと、
前記複数のステージに結合された共振器制御アセンブリと、
を備える、線形加速器であって、
前記共振器制御アセンブリは、
デジタルマスタクロック発生器及びマスタ波形発生器を含むグローバル制御モジュールと、
前記複数のステージに結合され、さらに前記グローバル制御モジュールに結合された複数の共振器制御モジュールと、
を備え、
前記複数の共振器制御モジュールのうちの所与の共振器制御モジュールが、
ローカル共振器から共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合された第１の入力と、前記デジタルマスタクロック発生器からデジタルマスタクロック信号を受信するように結合された第２の入力と、前記共振器出力電圧ピックアップ信号のゼロ交差イベントを特定するためのゼロ交差検出器と、前記ゼロ交差イベントと前記デジタルマスタクロック信号との比較によって特定された遅延信号を前記マスタ波形発生器に送信するように結合された第１の出力とを有する同期モジュールを備える、線形加速器。

【請求項10】

前記マスタ波形発生器は、アナログ正弦波発生器を備える、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項11】

前記マスタ波形発生器が、前記遅延信号に基づいて前記ローカル共振器に送信される波形の位相を反復的に調整する、クロック調整回路を備える、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項12】

前記複数の共振器制御モジュールのうちの所与の共振器制御モジュールが、前記共振器出力電圧ピックアップ信号を受信し、前記共振器出力電圧ピックアップ信号の位相を出力する位相検出器と、前記共振器出力電圧ピックアップ信号の位相に基づいて、前記共振器の共振チューナに同調信号を出力する同調回路とを備える、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項13】

前記マスタ波形発生器は、複数のクロック調整回路を備え、前記複数のクロック調整回路は、前記複数の共振器制御モジュールに個々に結合される、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項14】

前記同期モジュールは、
位相検出器であって、前記位相検出器は、前記ローカル共振器から前記共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合され、さらに、前記マスタ波形発生器からマスタクロック波形を受信するように結合されている、位相検出器と、
前記共振器出力電圧ピックアップ信号と前記マスタクロック波形との間の位相遅延を特定し、前記位相遅延を前記グローバル制御モジュールに出力する回路と、
を備える、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項15】

前記デジタルマスタクロック発生器によって生成されたデジタルクロック信号の周波数が、前記マスタ波形発生器によって生成されたマスタ波形の周波数に対応する、第２の周波数の整数倍である第１の周波数を含む、請求項９に記載の線形加速器。

【請求項16】

イオンビームを制御する方法であって、
複数のステージを備える線形加速器を通るように前記イオンビームを方向付けることであって、前記複数のステージのうちの所定のステージがＲＦ共振器と共振器制御モジュールとを備える、前記イオンビームを方向付けることと、
前記共振器制御モジュールにおいて、デジタルマスタクロック発生器からデジタルマスタクロック信号を受信することと、
前記ＲＦ共振器によって出力される電圧信号の位相を、前記共振器制御モジュールにおいて測定することと、
前記共振器制御モジュールにおいて、前記電圧信号の前記位相と前記デジタルマスタクロック信号との比較に従って、前記ＲＦ共振器に送信される入力波形の位相を調整する遅延信号を生成することと、
を含む方法。

【請求項17】

前記共振器制御モジュールが、
前記電圧信号を受信するように結合された第１の入力と、前記デジタルマスタクロック信号を受信するように結合された第２の入力と、前記遅延信号をマスタ波形発生器に送信するように結合された第１の出力であって、前記マスタ波形発生器が前記入力波形を生成する第１の出力と、を有する同期モジュール
を備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記マスタ波形発生器は、アナログ正弦波発生器を備える、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］ 本開示は概して、イオン注入装置に関し、より具体的には、線形加速器に基づく高エネルギービームラインイオン注入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］ イオン注入は、衝突によってドーパント又は不純物を基板に導入する処理である。イオン注入システムは、イオン源及び一連のビームライン構成要素を備えうる。イオン源は、イオンが生成されるチャンバを備えうる。中程度エネルギー及び高エネルギーのイオンビーム生成に適したイオン注入装置の１つのタイプは、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を使用し、ビームの周囲にチューブとして配置された一連の電極が、連続するチューブに沿ってイオンビームを次第に高いエネルギーにまで加速する。種々の電極を一連のステージに配置することが可能で、所与のステージの所与の電極が、ＡＣ電圧信号を受け取り、イオンビームを加速する。

【0003】

［０００３］ ＬＩＮＡＣでは、イオンビームがビームラインを通って導かれる際に、当該イオンビームをバンチ化する初期ステージが採用されている。ＬＩＮＡＣの所与のステージは、例えば、所与のステージにおいて所与の電極又は電極セットに印加されるＲＦ電圧を生成する共振器を使用して、イオンを加速することによってイオンエネルギーを増大させるために使用される。ＲＦ電圧は、所与のＬＩＮＡＣステージに印加されるＲＦ電圧の位相及び振幅を制御することによって、ＬＩＡＣを通して伝導されるイオンビームに結合される振動電場を生成する。

【0004】

［０００４］ 所与のＲＦ共振器は、イオンビームへのＲＦエネルギーの最適な結合のため、共振を維持するように調整される。所与のＬＩＮＡＣは、４ステージ、６ステージ、１２ステージ、又はそれ以上など、いくつかのステージを採用することがあるため、ＬＩＮＡＣを通してイオンビームを加速するように、同様の数の共振器が制御されることになっている。これらの複数の共振器は、ナノ秒以下のスケールの調整など、共振を維持するために正確な制御を必要とする。共振状態が維持されるほど、イオンビームを加速する能力は大きくなる。さらに、ＬＩＮＡＣの所与のステージを制御するために使用される所与の共振器は、他のステージにリンクされた他の共振器とは独立であってもよい。したがって、複数の異なるステージで共振を維持するのに要求されるレベルまで複数の共振器を制御することは、課題として残されている。

【0005】

［０００５］ これらの留意事項及び他の留意事項に関連して、本開示が提供される。

【発明の概要】

【0006】

［０００６］ 一実施形態では、装置は、デジタルマスタクロック発生器及びマスタ波形発生器を含むグローバル制御モジュールを含んでもよい。また、装置は、グローバル制御モジュールに結合された複数の共振器制御モジュールを含んでもよい。複数の共振器制御モジュールのうちの所与の共振器制御モジュールは、ローカル共振器から共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合された第１の入力と、デジタルマスタクロック発生器からデジタルマスタクロック信号を受信するように結合された第２の入力と、遅延信号をマスタ波形発生器に送信するように結合された第１の出力とを有する同期モジュールを含んでもよい。

【0007】

［０００７］ 別の実施形態では、線形加速器が提供される。線形加速器は、複数のステージを含んでもよく、複数のステージのうちの所与のステージは、電極アセンブリと、電極アセンブリに結合された共振器とを含む。また、状態は、複数のステージに結合された共振器制御アセンブリを含んでもよい。共振器制御アセンブリは、デジタルマスタクロック発生器及びマスタ波形発生器を含むグローバル制御モジュールと、複数のステージに結合され、さらにグローバル制御モジュールに結合された複数の共振器制御モジュールと、を含んでもよい。所与の共振器制御モジュールは、ローカル共振器から共振器出力電圧ピックアップ信号を受信するように結合された第１の入力と、デジタルマスタクロック発生器からデジタルマスタクロック信号を受信するように結合された第２の入力と、遅延信号をマスタ波形発生器に送信するように結合された第１の出力とを有する同期モジュールを含んでもよい。

【0008】

［０００８］ さらなる実施形態では、イオンビームを制御する方法が提示される。この方法は、複数のステージを備える線形加速器を通るようにイオンビームを方向付けることを含んでもよく、複数ステージの所定のステージは、ＲＦ共振器と、共振器制御モジュールとを備える。この方法は、共振器制御モジュールにおいてマスタデジタルクロック信号を受信することと、ＲＦ共振器によって出力される電圧信号の位相を測定することと、電圧信号の位相とマスタデジタルクロック信号との比較に従って、ＲＦ共振器に送られるべき入力波形の位相を調整することとを含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態による、例示的なイオン注入システムを示す。

【図2】本開示の様々な実施形態による、ＬＩＮＡＣにおける複数の加速ステージを制御するための例示的な制御構成を図解している。

【図3A】本開示の実施形態による、共振器制御装置の例示的な詳細を示す。

【図3B】クロック調整回路の一実装を示す。

【図4】本開示のいくつかの実施形態による、例示的な処理フローを示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［００１４］ 図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は単なる表現にすぎず、本開示の具体的なパラメータを描写することを意図するものではない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すためのものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではない。図面では、類似の付番は類似の要素を表わしている。

【0011】

［００１５］ ここで、本開示による装置、システム及び方法を、システム及び方法の実施形態が示される添付の図面を参照しながら、以下により詳細に説明する。システム及び方法は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が一貫した完全なものであり、システム及び方法の範囲を当業者に十分に伝える。

【0012】

［００１６］ 本明細書で使用されているように、「ａ」又は「ａｎ」という単語に続いて、単数形で列挙される要素または動作は、同様に複数の要素または動作を含む可能性があるものとして、理解される。さらに、本開示の「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加的な実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図しない。

【0013】

［００１７］ 本明細書では、ビームラインアーキテクチャに基づく、改良された線形加速器、及び改良された高エネルギーイオン注入システムのためのアプローチが提供される。簡潔にするために、本明細書では、イオン注入システムを「イオン注入装置」と呼ぶこともある。様々な実施形態が、高エネルギーイオンを生成する能力を提供するための新規な構成を提供し、基板に届けられる最終的なイオンエネルギーは、３００ｋｅＶ、５００ｋｅＶ、１ＭｅＶ、又はそれ以上でありうる。例示的な実施形態では、複数のステージを有するＬＩＮＡＣ内の共振器を制御するための新規な制御構成及び技術が提供される。

【0014】

［００１８］ ここで図１を参照すると、イオン注入システム１００として示された例示的なイオン注入装置が、ブロック形態で示されている。イオン注入システム１００は、ビームラインイオン注入装置を表し、説明をわかりやすくするため、いくつかの要素が省略されている。イオン注入システム１００は、当該技術分野で知られているように、エンクロージャ１０４内のイオン源１０２と、高電圧に保持されたガスボックス１０７と、を含みうる。イオン源１０２は、第１のエネルギーでイオンビーム１０６を生成するために、抽出構成要素及びフィルタ（図示せず）を含みうる。第１のイオンエネルギーのための適切なイオンエネルギーの例は、５ｋｅＶ～１００ｋｅＶの範囲にあるが、実施形態は、本文脈に限定されない。高エネルギーイオンビームを形成するために、イオン注入システム１００は、イオンビーム１０６を加速するための様々な追加の構成要素を含む。

【0015】

［００１９］ イオン注入システム１００は、受け取ったイオンビームを分析するように機能する分析器１１０を含みうる。したがって、いくつかの実施形態では、分析器１１０が、イオン源１０２に位置する抽出光学系によって与えられたエネルギーを有するイオンビーム１０６を受け取ることができ、イオンエネルギーは、１００ｋｅＶ以下、具体的には８０ｋｅＶ以下の範囲にある。他の実施形態では、分析器１１０は、ＤＣ加速カラムによって加速され、２００ｋｅＶ、２５０ｋｅＶ、３００ｋｅＶ、４００ｋｅＶ、又は５００ｋｅＶといったより高いエネルギーとなったイオンビームを受け取りうる。実施形態はこの文脈に限定されるわけではない。イオン注入システム１００はまた、分析器１１０の下流に配置された線形加速器１２６（破線で図示）を含みうる。線形加速器１２６は、共振器１２８によって代表されるように、直列に配置された複数の加速器ステージを含みうる。例えば、線形加速器の所与のステージは、所与の共振器によって駆動され、ＭＨｚ範囲（ＲＦ範囲）のＡＣ電圧信号を生成することができ、ＡＣ電圧信号は、所与のステージの電極においてＡＣ場を生成する。ＡＣ場は、イオンビームを加速するように作用し、イオンビームは、バンチ化されたイオンビームとしてパケットのステージに送達されうる。バンチャは、別個に示されていないが、線形加速器１２６の第１のステージに配置されて、連続イオンビームを受け取り、バンチャでＲＦ共振器の作用によってバンチ化されたイオンビームを生成することができる。加速器ステージは、バンチャと同様に作用し、所与のステージでバンチ化されたイオンビームを出力し、イオンビームを段階的により高いエネルギーまで加速することができる。したがって、バンチャは、イオンビームが連続イオンビームとして受け取られるという点で、下流の加速器ステージとは異なる第１の加速器ステージと見做されうる。共振器は、共振器制御モジュール１３２及びグローバル制御モジュール１３４によって制御することができる。共振器制御モジュール及びグローバル制御モジュールの例を以下に詳細に示す。

【0016】

［００２０］ 様々な実施形態において、イオン注入システム１００は、フィルタ磁石１１６、スキャナ１１８、及び、コリメータ１２０といった、追加の構成要素を含んでよく、フィルタ磁石１１６、スキャナ１１８、及び、コリメータ１２０の一般的な機能は良く知られており、本明細書ではさらに詳細には説明しない。このように、高エネルギーイオンビーム１１５によって代表される、線形加速器１２６によって加速された後の高エネルギーイオンビームが、基板１２４の処理のために、末端ステーション１２２へと届けられうる。

【0017】

［００２１］ イオンビーム１０６が分析器１１０に直接的に供給されるいくつかの実施形態では、線形加速器１２６は、上述のように、１００ｋｅＶ未満といった比較的低いエネルギーの連続イオンビームとして、イオンビーム１０６を受け取りうる。他の実施形態では、イオン注入システムがＤＣ加速カラムを含む場合には、イオンビーム１０６は、最大５００ｋｅＶ以上のエネルギーの連続イオンビームとして供給されるよう加速されうる。

【0018】

［００２２］ 図２は、本開示の様々な実施形態による、ＬＩＮＡＣにおける複数の加速ステージを制御するための例示的な制御構成を示す。制御構成２００は、デジタルマスタクロック発生器２１２及びマスタ波形発生器２１０を含むグローバル制御モジュール２０２を含む共振器制御アセンブリ２０５を含み、共振器制御アセンブリは、構成要素が発振器２１４に結合されてもよい。また、共振器制御アセンブリ２０５は、複数の共振器制御モジュールを含んでもよく、複数の共振器制御モジュールは、共振器制御モジュール２０４として示される。所与の共振器制御モジュールは、グローバル制御モジュール２０２と共振器制御モジュール２０４との間で信号を伝送するため、少なくとも１つのケーブルを介してグローバル制御モジュール２０２に結合される。例えば、グローバル制御モジュール２０２の少なくとも一部は、ラックまたは他の構成要素内に配置され、複数のケーブルによって共振器制御モジュール２０４に接続されうる。動作中、グローバル制御モジュール２０２は、共振器制御モジュール２０４とグローバル制御モジュール２０２との間で送られる特定の信号を生成及び管理して、線形加速器１２６の異なるステージに対して共振器１２８の動作を管理するためのロジックを含んでもよい。

【0019】

［００２３］ 簡単に説明すると、制御構成２００は、共振器１２８の各々を駆動するために提供される精密なクロック及び波形の監視と維持に役立ちうる。例えば、線形加速器１２６の所与の加速ステージにおける所与の共振器は、所与のステージを通過するイオンビームを加速する最大電位を生成するため、共振を維持するようにサブナノ秒の制御を必要とすることがある。制御構成２００は、所与の加速ステージへの入力信号を監視し、その信号をグローバル制御モジュール２０２によって生成されるマスタデジタルクロック信号と比較することができる。以下で詳述するように、共振器制御モジュール２０４は互いに同じ様に配置されてよく、所与の共振器制御モジュールは、共振器１２８を制御するために使用されるマスタ波形２０１を調整するため、クロック調整回路２１６として示される専用構成要素に結合される。マスタ波形発生器２１０は、共振器制御モジュール２０４の数に適合するように、多数のクロック調整回路を含むことができる。図２に示すように、制御構成２００は、共振器１２８のうちの所与の共振器に結合され、共振器出力電圧ピックアップ信号を生成する電圧ピックアップを含んでもよい。したがって、制御構成２００は、共振器１２８において共振器出力電圧ピックアップ信号を特定し、この信号を共振器１２８を駆動する波形の位相と比較することができる。任意の位相遅延は、所与の共振器において共振をより正確に維持できるように、慎重なクロック遅延測定／調整を行う能力を支援することができる。

【0020】

［００２４］ 共振器１２８のいくつか又はすべての共振器について、位相遅延は、制御構成２００によって特定され、共振器１２８を目標精度に同調させるため、グローバル制御モジュール２０２に報告が返されてもよい。この較正が完了すると、線形加速器１２６の異なる共振器間の位相関係が分かるであろう。いくつかの実施形態では、グローバル制御モジュール２０２のマスタ波形発生器２１０は、１３．５６ＭＨｚなどの特定された周波数で共振器１２８を駆動するための正弦波を生成することができ、一方、デジタルマスタクロック発生器２１２は、２７．１２ＭＨｚなどの正弦波周波数の倍数でデジタル信号を生成することができる。これらの構成要素の両方のクロックは、温度又はその他の要因などの周囲の変化に従って、時間の経過とともにドリフトすることがある。本開示の実施形態によれば、制御構成２００は、そのような変化を考慮するために、共振器１２８の各々を適切に維持及び調整するように作用する。

【0021】

［００２５］ 図３Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、共振器制御モジュール２０４の一変形例の例示的な詳細を示す。図３Ａにおいて、共振器制御モジュール２０４は、上述のグローバル制御モジュール２０２、並びに共振器１２８と、共振器１２８にＲＦ電力を供給するＲＦ源３０４（ＡＣ電力３４０によって別々に給電される）と、を含む制御配置３００との関連で示されている。ＲＦ源３０４によって生成されるＲＦ電力の例示的な周波数は、いくつかの非限定的な実施形態によれば、数十メガヘルツから最大１００メガヘルツの範囲になりうる。ＲＦ源３０４による典型的な電力出力は、いくつかの非限定的な実施形態によれば、ｋＷから数十ｋＷの範囲とすることができる。

【0022】

［００２６］ 特に、本実施形態の線形加速器では、加速ステージごとに、共振器１２８が同様の共振器制御モジュールに結合されることになる。したがって、共振器１２８と協働する図３Ａの共振器制御モジュール２０４の動作は、線形加速器の異なる加速ステージについて複製されることになる。言い換えると、１２個の加速ステージを有する線形加速器では、１２個の別個の共振器を個々に制御するために、１２個の共振器制御モジュール２０４を設けることができる。実施形態は、この文脈において、任意の特定の数の加速ステージ又は対応する共振器に限定されない。

【0023】

［００２７］ 動作中、いくつかの実施形態によれば、グローバル制御モジュール２０２のマスタ波形発生器２１０は、アナログ正弦波発生器として作用し、波形３４２として示される波形をアナログ正弦波として生成してもよい。この波形は、ＲＦ源３０４によって（増幅器３０６などによって）増幅され、共振器１２８へのＲＦ電力として出力される。

【0024】

［００２８］ 制御構成３００は、ＲＦ源３０４から共振器１２８への入力電力を測定するように構成された電流ピックアップ３０８を含む、ピックアップの種々のモニタを含んでもよい。制御構成３００は、さらに、共振器１２８によって出力されるＡＣ（ＲＦ）電圧を測定するように構成された電圧ピックアップ３１２と、共振チューナ３１４とを含む。図３の実施形態では、加速ステージ３０１は、ＲＦ源３０４、共振器１２８、及びＡＣドリフトチューブ３０３によって表される。制御構成３００に示されたように、ＲＦ電圧は、所与の加速ステージのＡＣドリフトチューブ３０３に送られてもよい。ＡＣドリフトチューブ３０３は、中空シリンダとして配置され、中にＲＦ場を生成し、ＡＣドリフトチューブ３０３を通過するイオンビームを加速するために使用されてもよい。加速ステージは一般的に、図２に描かれているように、線形加速器の長さに沿って配置されるであろう。

【0025】

［００２９］ 加速ステージ３０１の動作を監視及び調整するために、共振器制御モジュール２０４として示された専用の共振器制御モジュールが設けられる。図３Ａに示したように、共振器出力電圧ピックアップ信号は、ローカル共振器から生成されており、共振器１２８に結合される電圧ピックアップ３１２からの信号を意味する。信号は、共振器出力電圧ピックアップ信号３１１として示される。共振器出力電圧ピックアップ信号３１１は、波形３４２の周波数でアナログ波形の形態を有してもよい。制御配置３００では、この信号は、電圧振幅検出器３２４及び電圧位相検出器３２６を含む共振器制御モジュール２０４の様々な構成要素に分配されてもよい。共振器制御モジュール２０４は、さらに、振幅検出器３２０と、位相検出器３２２とを含んでもよく、各検出器は、ＣＴピックアップ３０８からのＶｉｎ信号を受信するように結合されている。振幅検出器３２０及び電圧振幅検出器３２４は、共振器３１０の「総」同調用構成要素として機能してもよく、一方、位相検出器３２２及び位相検出器３２６は、共振器３１０の微調整用構成要素として機能してもよい。

【0026】

［００３０］ 共振器制御モジュール２０４は、さらに、ＡＤＣアセンブリ３３０Ａとして示されるアナログデジタル変換器のアセンブリと、異なる非限定的実施形態においてフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のマイクロプロセッサでありうる処理回路３３０Ｂとを含む制御モジュール３３０を含んでもよい。ＡＤＣアセンブリ３３０Ａは、例えば、振幅検出器３２０からのＩｉｎ信号、位相検出器３２２からのφ０信号、振幅検出器３２４からのＶＤ信号、及び位相検出器３２６からのφ１信号を受信するように結合された様々な入力を含んでもよい。これらの信号は、制御モジュール３３０によって処理され、後述する同期モジュール３３２に出力することができる。

【0027】

［００３１］ この変形例では、共振器制御モジュール２０４は、共振器出力電圧ピックアップ信号３１１も受信するように結合された第１の入力を有する同期モジュール３３２を含む。さらに、同期モジュール３３２は、デジタルマスタクロック発生器２１２からデジタルマスタクロック信号２１１を受信するように結合された第２の入力と、遅延信号２１５をマスタ波形発生器２１０に送信するように結合された第１の出力とを含んでもよい。

【0028】

［００３２］ 同期モジュール３３２は、共振器１２８によって出力される波形、例えば共振器出力電圧ピックアップ信号３１の位相と、デジタルマスタクロック発生器２１２から受信されるデジタルマスタクロック信号２１１の位相との間の遅延又はオフセットを特定することができる。例えば、同期モジュール３３２は、電圧ピックアップ３１２から生成された共振器出力電圧ピックアップ信号３１１のゼロ交差イベントを特定するために、ゼロ交差検出器３３４を含んでもよい。同期モジュール３３２は、さらに、ゼロ交差検出器３３４からゼロ交差信号３１５を受信するための入力と、デジタルマスタクロック信号２１１を受信するための入力と、を有する遅延測定回路３３６を含んでもよい。これら２つの信号の間の位相オフセットを比較することによって、共振器３１０に関連する遅延を特定することができる。次いで、この遅延は、同期モジュール３３２によって遅延信号２１５としてグローバル制御モジュール２０２に報告されうる。同様の遅延信号が、線形加速器１２６の各加速ステージの各共振器について報告されてもよい。したがって、この遅延は、線形加速器１２６の加速ステージ３０１の各共振器の動作を監視し、制御し、調整するために使用されうる。例えば、遅延信号２１５は、グローバル制御モジュール２０２のクロック調整回路２１６として示されるマスタ波形発生器２１０の専用回路によって受信されてもよい。次いで、クロック調整回路２１６は、同調信号を出力することができ、その結果、マスタ波形発生器２１０によって共振器１２８に出力される波形３４２の位相を必要に応じて調整することができる。

【0029】

［００３３］ 特に、図３Ａの配置では、電圧位相検出器３２６も、マスタ波形発生器２１０によって出力される波形３４２を受信するように結合される。そのため、ＲＦ源３０４に送られるような波形３４２と、共振器１２８で検出される電圧波形との間の遅延又は位相オフセットを特定することができる。この遅延は、システムクロック遅延を構成し、同期モジュール３３２によって定量化され、共振器３１０についてグローバル制御モジュール２０２に戻って報告され、互いの加速ステージ３０１について共振器３１０のそれぞれについて報告されてもよい。このようにして、グローバル制御モジュール２０２の前述の構成要素又は回路は、ＬＩＮＡＣの異なる加速ステージの共振器間の相対的位相遅延を特定することができる。

【0030】

［００３４］ また、制御モジュール３３０は、出力電圧ピックアップ信号の位相に基づいて、同調信号を共振器３１０の共振チューナ３１４に出力するための同調回路として機能してもよい。共振チューナ３１４は、調整可能なキャパシタ又は共振器３１０を調整するための他の適切な構成要素などの、調整可能な構成要素であってもよい。

【0031】

［００３５］ 図３Ｂは、クロック調整回路３５０の１つの実装を示す。クロック調整回路３５０は、デジタルマスタクロック発生器２１２からマスタデジタルクロック信号を受信するように結合された遅延クロック発生器３５２を含む。遅延クロック発生器３５２は、波形データブロック３５４に出力し、このブロックは、デジタルアナログ変換器３５８への出力に結合される。コントローラ３５６は、第１の制御信号を遅延クロック発生器に送信するための第１の出力と、第２の制御信号をデジタル／アナログ変換器３５８に送信し、アドレス信号を波形データブロック３５４へ送信するための第２の出力と、を有するように提供される。それに応じて、デジタルアナログ変換器３５８は、アナログ信号を信号条件ブロック３６０に出力することができ、このブロックは、次に、調整された波形を共振器及び関連する共振器制御モジュールに送信する。

【0032】

［００３６］ 図４は、本開示のいくつかの実施形態による、例示的な処理フロー４００を示す。ブロック４０２では、イオンビームが線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を通るように方向付けられる。イオンビームは、例えば、線形加速器の第１のステージでバンチャを使用して、バンチイオンビームとして線形加速器内に受け入れられる。

【0033】

［００３７］ ブロック４０４では、ＬＩＮＡＣの複数のステージで複数の共振器を制御するためにマスタ波形が生成されるが、イオンビームはＬＩＮＡＣを通って伝導される。マスタ波形は、複数のＲＦ共振器でＲＦ電力を生成するためにマスタ波形を増幅する複数のＲＦ源に送信されるアナログ正弦波として生成することができる。

【0034】

［００３８］ ブロック４０６では、マスタデジタルクロック信号が、複数の共振器に結合された複数の共振器コントローラに向けられる。マスタデジタルクロック信号は、マスタ波形の周波数の整数倍の周波数で生成されてもよい。

【0035】

［００３９］ ブロック４０８では、ＬＩＮＡＣの複数の共振器の各共振器によって出力される電圧信号の位相が個々に測定される。

【0036】

［００４０］ ブロック４１０では、複数の共振器に対する位相遅延の報告が受信され、ここで、位相遅延は、所与の共振器に対する電圧信号の位相とマスタデジタルクロック信号との比較に基づく。

【0037】

［００４１］ ブロック４１２では、複数の共振器のうちの所与の共振器に入力するためのマスタ波形の位相は、マスタデジタルクロック信号に対する電圧信号の位相の比較に基づいて、個々に調整されてもよい。

【0038】

［００４２］ 上記に鑑みて、本明細書に開示される実施形態によって、少なくとも以下の利点が達成される。第１の利点は、所与のＲＦ共振器に対する共振が自動的に維持されることを保証する手段を提供することによって実現される。第２の利点は、所与の共振器で遅延をより正確に特定する能力である。

【0039】

［００４３］ 本明細書では、本開示のある種の実施形態について説明してきたが、本開示は当該技術分野が許容する限り広い範囲にわたり、本明細書も同様に読まれうるので、本開示は本明細書での説明に限定されるわけではない。したがって、上記の説明は、限定として解釈されるべきではない。当業者には、本明細書に付随する特許請求の範囲及び主旨におけるその他の改変も想起されよう。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】